沃纳·卡尔·海森堡（Werner Karl Heisenberg，1901年12月5日出生于 德国 符兹堡 ，1976年2月1日逝世于西德 慕尼黑 ）是 德国 著名物理学家， 量子力学 的主要创始人之一， 哥本哈根 学派的代表人物。 同时，他还因其在 第二次世界大战 期间作为德国核裂变研究领导者而受到争议。
1920年， 海森堡 进入 慕尼黑大学 ， 1923年获得了博士学位，并在索米菲的指导下发表了关于 流体力学 方向的 博士论文 。 1926年，他被任命为 哥本哈根大学 理论物理学讲师。次年，被 莱比锡大学 聘为理论物理学教授和物理系主任，任职15年。 1941年，海森堡被任命为 柏林洪堡大学 物理学教授和凯泽·威廉皇家物理所所长。 1946年，他与同事们重组了 哥廷根市 物理研究所，该研究后更名为 马克斯·普朗克 物理研究所。
在海森堡的学术生涯中，他提出了 量子力学 的矩阵形式（ 矩阵力学 ），这一理论的发表以及其应用（主要指氢的 自旋 异构体发现）使海森堡于1932年获得 诺贝尔物理学奖 ，他的《量子论的物理学基础》是量子力学领域的一部经典著作。 此外海森堡又提出了“ 不确定性原理 ”（又称“海森堡不确定性原理”）和S矩阵理论等。并且他还在湍流 流体力学 、 原子核 、 铁磁性 、宇宙射线和 亚原子粒子 等领域做出了贡献。 在 第二次世界大战 期间，他是 德国 核武器 计划的主要科学家，相关 原子 研究方面的工作引起争议。
1955年海森堡当选为 伦敦皇家自然知识促进学会 外籍院士 ，1961年当选为 美国国家科学院 外籍院士。
人物生平
早年经历
沃纳·卡尔·海森堡于1901年12月5日出生在 德国维尔茨堡 （ 符兹堡 ）。其父亲是卡斯帕·恩斯特·奥古斯特· 海森堡 （Kaspar Ernst August Heisenberg），曾任中学教师和 维尔茨堡大学 讲师， 并在海森堡8岁时，成为 慕尼黑大学 唯一研究 中世纪 和现代 希腊语 的教授。 母亲安妮·韦克莱因（Annie Wecklein）是 慕尼黑 精英马克西米利安文理中学校长的女儿。 1906年9月， 海森堡 进入 符兹堡 小学。 1910年，他的父亲被任命为慕尼黑大学中世纪和现代 希腊 研究教授，他和家人一起搬到了慕尼黑，在那里他们定居在施瓦宾的文化和艺术区。9岁（1911年）时， 海森伯格 进入马克西米利安文理中学进行了为期9年的学习，数学和 自然科学 的成绩优异。
1914年 第一次世界大战 爆发后，由于盟军对 德国 封锁，食物和燃料等物资短缺，学校长期关闭。海森堡和他的同学开始在学校军事训练部队服役。在德国 君主制 转向社会民主共和国革命期间， 海森堡 和他的同学加入了一支从柏林派出部队，一度对学习失去了兴趣，直到德国青年运动才有了新的方向。
学业生涯
1920年，海森堡进入 慕尼黑大学 ， 师从 阿诺德·索末菲 （Arnold Johannes Wilhelm Somme rfe ld， 德国 理论物理学家）、 威廉·维恩 （Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien，德国物理学家）、普林斯海姆（Alfred Pringsheim，德国数学家）学习物理学和数学，并于1923年获得了博士学位，并在索米菲的指导下发表了关于 流体力学 方向的 博士论文 。
在 慕尼黑大学 1922-23学年，其导师 阿诺德·索末菲 在 威斯康星大学 麦迪逊分校休假， 海森堡 前往了 哥廷根大学 学习了一段时间， 教他的老师主要有 马克斯·玻恩 （Max Born，德裔 英国 物理学家和数学家）、 弗兰克 （James Franck，德国物理学家）和 戴维·希尔伯特 （David Hilbert，德国数学家）。1924 年，在 哥廷根市 ，在博恩的领导下，他完成了关于反常塞曼效应的适应理论的论文，晋身讲师。在取得博士学位后成为了 马克斯·玻恩 的助手，直到1926年春天。
在学生时期，海森堡就对 光谱学 发生了兴趣，掌握了原子物理学方面的许多资料。另外，他经常陪同老师 阿诺德·索末菲 参加各种学术会议，不仅使他增长了见识，也有机会与 尼尔斯·玻尔 （Niels Bohr， 丹麦 理论物理学家）讨论各种问题。 海森堡 的新颖的见解，引起了波尔的重视，于是毕业后接受了波尔的邀请去 哥本哈根 工作。
工作生涯
从讲师到教授
1924年9月17日至1925年5月1日，在国际教育委员会 洛克菲勒基金会 的资助下，海森堡与 哥本哈根大学 理论物理研究所所长尼尔斯· 玻尔 一起进行研究，并于1925年夏天返回 哥廷根市 。其中，1924年，海森堡在波尔的指导下，对光的色散理论进行探讨，从中产生了对 电子 轨道的怀疑，当海森堡把这些可观察量和代表轨道模型中周期运动坐标的 约瑟夫·傅里叶 级数 联系起来发现，这种 代数 是非对易的，两种量的乘积与它们的先后次序有关。他把这篇论文和想法告诉了 马克斯·玻恩 ，并向老师请教。1925 年， 海森堡 在《关于运动学和力学关系的量子论的全新解释》这篇论文中，创立了新的力学——矩阵代数，名为《 量子力学 》。 到11月，他和助手一起完成了《量子力学II》，被视为新量子力学的基础。
1926年，他被任命为 哥本哈根大学 理论物理学讲师。次年，年仅26岁的海森堡被 莱比锡大学 聘为理论物理学教授和物理系主任，任职15年。 1927年，海森堡有提出了 不确定性原理 ，这个发现也成为原子物理学最伟大的成就之一。 1928年的一篇论文中，他利用 泡利不相容原理 解开了 铁磁性 之谜。 1929年， 海森堡 前往 美国 、 日本 和 印度 进行巡回演讲。
1933年1月 阿道夫·希特勒 上台。同年12月，海森堡因创立的 量子力学 ，尤其是运用量子力学理论发现了同素异形氢，荣获 诺贝尔物理学奖 。 1933年年中，海森堡提出了他的正电子理论。他对狄拉克理论的思考和理论的进一步发展在两篇论文中得到了阐述。第一本是1934年出版的《狄拉克正电子理论评论》（Bemerkungen zur Diracschen Theorie des Positrons），第二本是1936年出版的《狄拉克正电子理论的后果》。 在 诺贝尔奖 的影响下， 海森堡 成为 德国 现代物理学的主要人物。
海森堡在20世纪30年代后期的主要工作重点是高能宇宙 射线 ，为此他提出了一种“爆炸 阵雨 ”理论，即在一个过程中产生多个粒子，这与 英国 和 美国 物理学家主要青睐的“级联”理论形成鲜明对比。海森堡还在宇宙射线现象中看到了他关于最小长度标记 量子力学 领域下边界的想法的可能证据。 作为量子力学的创始人和理论物理项目的负责人， 海森堡 吸引了 莱比锡市 众多来自德国和世界各地的一流学生和访客。 海森堡 和他的合作者提出了固态 晶体 、 分子结构 、 原子 核辐射 散射、 铁磁性 和 霍尔效应 的解释以及第一个 中子- 质子 模型等重要理论。
1939年 波兰战役 后，海森堡被征召到陆军武器局工作，负责 核能 问题。起初，海森堡往返于莱比锡和 柏林 的德皇威廉物理研究所（KWI）之间。 1941年，他被任命为 柏林洪堡大学 物理学教授和威廉皇家物理研究所所长。 1942年后，海森伯格在 德国 的核研究中发挥了主导作用。考虑到纳粹的背景，这个角色一直备受争议。
1945年1月，海森堡被美国军事情报小组抓获，与其他几名 德国 物理学家一起在 英国 被拘留。
创办研究所
1945年， 第二次世界大战 结束时， 海森伯格 与其他 德国 物理学家被 美国军队 俘虏，送往了 英国 乡村庄园农场拘留了六个月。在此期间，他们的私人谈话在那里被秘密录音、 转录 和翻译。 1946年，他回到了德国并与同事们重组了 哥廷根市 物理研究所，致力于复兴新兴的西德共和国的研究。 该研究所于1948年更名为 马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克 物理研究所。
1948年， 海森堡 在英国剑桥讲学数月。 1949年，德国研究委员会 （Deutscher Forschungsrat）成立，该委员会由15名顶尖科学家组成， 海森伯格 担任主席，该协会于1951年与德国科学紧急协会（Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft）合并为现在的德国研究协会（Deutsche Forschungsgemeinschaft）。 1950年和1954年海森堡又应邀到 美国 讲学。1955年至1956 年冬天，他在苏格兰 圣安德鲁斯大学 发表了系列讲座，并将其作为专著出版，也就是著名的《物理学与哲学》一书（英文版为《 Physics and 哲学 》，德文版 为 《 Physik und Philosophie 》） 。
研究兴趣转移
自1953年以来， 海森堡 与 沃尔夫冈·泡利 将理论工作集中在 基本粒子 的 统一场论 上，在他看来是理解基本粒子是物理学的关键。 当年，他成为 亚历山大·冯·洪堡 基金会主席，为推进该基金会项目的发展，邀请了许多其他国家的科学家到德国工作。 1955年， 海森堡 忙于将 马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克 物理研究所迁往 慕尼黑 。作为该研究所所长，他随研究所前往慕尼黑，并于1958年被任命为 慕尼黑大学 物理学荣誉教授。他的研究所随后更名为 马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克 物理和天体物理学研究所。 1957年， 海森堡 对等离子体物理和 热核 过程问题的研究产生了兴趣，并与 日内瓦 国际原子物理研究所密切合作，开展了许多工作。他曾多年担任该研究所科学政策委员会主席，卸任后仍担任该委员会成员。
1970年他从 马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克 物理和天体物理研究所退休，1972年最后一次访问 美国 。1975年，辞去 亚历山大·冯·洪堡 基金会主席职务。 1976年2月1日，海森堡因癌症在 慕尼黑 的家中去世。
主要成就
量子力学 中 哥本哈根 学派的思想在量子力学理论建立过程中，形成了哥本哈根学派，而除了 尼尔斯·玻尔 作为这个学派的“灵魂”以外， 海森堡 也起到了不可忽视的作用，在他的学术生涯中分别提出了 矩阵力学 、 不确定性原理 、 电磁场 量子论、 矩阵理论、 同位旋 概念等，并于1932年获得了 诺贝尔物理学奖 （1933年颁发）。
矩阵力学
1925年，年仅23岁的海森堡发表了论文《关于运动学和力学关系的量子论的全新解释》。由于这一理论的发表以及其应用（主要指氢的 自旋 异构体发现），使他获得了1932年诺贝尔物理学奖。 海森堡 的 量子力学 理论主要是基于对 原子 辐射的观察，提出在某一个给定的时间点，一个 电子 所处的位置是无法确定的，也无法跟踪它的轨迹，所以 波尔 假定的电子轨道并不存在；诸如位置、速度等力学量，无法用通常的数字来描述，但可以用抽象的 数学结构 即矩阵来表达，于是 海森堡 用矩阵形式阐述了该理论（ 矩阵力学 ）。
不确定性原理
1927年， 海森伯格 提出了他著名的 不确定性原理 （也称测不准原理），在一个量子力学系统中，一个运动粒子的位置和它的 动量 不可被同时确定，位置的不确定性 和动量的不确定性 是不可避免的，它们的乘积不小于 （ 为 普朗克常数 ），这些误差对于人类来说虽然是微小的，但是在 原子 研究中并不能被忽略。 即：位置的测量越精确，动量的测量就越不精确，反之亦然。在最极端的情况下，一个变量的绝对精度将导致另一个变量的绝对不精确。
重要论著
相关书籍
《量子理论的物理原理》
这部著作是量子力学领域的一部经典著作，阐述了量子理论的物理意义，特别着重于粒子图像和波动图像的等价性，讨论了“测不准原理”（又称“海森堡不确定性原理”）对统一这两种图像的意义和必要性。 在这部著作中，海森堡基于在 芝加哥大学 的演讲，展示了量子理论的完整物理图景。书中有不少内容是海森堡独到的见解，特别是对哥本哈根学派的观点和思想作了完整论述，是这一学派的一本代表作。他不仅涵盖了他自己的贡献，还涵盖了 尼尔斯·玻尔 、 保罗·狄拉克 、 萨特延德拉·玻色 、 路易·德布罗意 、 恩里科·费米 、 阿尔伯特·爱因斯坦 、 沃尔夫冈·泡利 、 埃尔温·薛定谔 、萨默菲尔德、鲁普、威尔逊、格默和其他人在一篇为不是量子理论或现代数学专家的物理科学家写的文章中。
《原子时代的海森堡：科学与公共领域（自传）》
海森堡 在六十多岁时撰写了自传，并于1969年在 德国 出版，1971年以英文出版，随后被翻译成多个国家语言。 后来，保罗·福尔曼（美国 科学 史学家）在《科学》杂志上评论该自传：“这是一本以理性重构对话形式呈现的回忆录。而对话本身就是一种最阴险的文学手段：生动、有趣，特别适合暗示观点，同时又逃避责任。”
重要论文
《关于运动学和动力学的量子力学解释》
1925年，发表的《关于运动学和动力学的量子力学解释》（"Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen". Zeitschrift für Physik. 1925,33 (1): 879–893）是一篇具有划时代意义的论文，主要观点是认为 量子力学 的问题不能直接用不可观测的轨道来表述，应该采用跃迁几率这类可以观测的量来描述。这篇论文标志着量子物理学的一个重大突破，奠定了不久后产生的“ 矩阵力学 ”的基础。
《论量子理论的运动学和力学的直观内容》
1927年，发表的《论量子理论的运动学和力学的直观内容》（"Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik". Z. Phys. 1927,43 (3–4): 172–198）是海森堡最著名和影响最广的物理学论文。文中提出了“ 不确定性原理 ”，即 亚原子粒子 的位置和 动量 不可能同时准确测量。这一原理和 马克斯·玻恩 的 波函数 概率解释一起，奠定了 量子力学 几率诠释的物理基础。
社会任职
人才培养
所获荣誉
相关争议
海森堡之谜
1939年，欧洲战争的爆发和柏林核裂变的发现增强了物理学家的信心。 海森堡 作为 德国 核武器 开发计划研制的参与者，和“ 计划”中的其他同事开始研究核裂变的实际应用。不过 纳粹德国 自始至终都没有能力将核武器从理论变为现实。海森堡本人提供的一种说法称，他其实并不信任 阿道夫·希特勒 政权，因此在尽力拖延纳粹德国的研究计划。但 曼哈顿计划 重要领导人古德施密特等一些人对这种说法嗤之以鼻，这也被称之为“海森堡之谜”。
哥本哈根之谜
1941年9月底，德国物理学家 海森堡 来到 丹麦 首都 哥本哈根 ，看望丹麦物理学家 奥格·玻尔 ，两人进行了一次只有10分钟的秘密会谈，然后便不欢而散。经过半个多世纪的论证，哥本哈根谜局浮现出两个谜底。但由于证据不足，这两个谜底仍然只能称为“可能性”，不能称为“定论”。可能性之一： 海森堡 的1941年哥本哈根之行，其秘密身份是纳粹间谍，他希望通过这次会面，打探 反法西斯同盟 研制 原子弹 的进展情况。可能性之二：海森堡此次来 哥本哈根 ，是希望 奥格·玻尔 帮助 德国 研制原子弹。
后世纪念
AMC 电视连续剧《 绝命毒师 》讲述了一位化学老师转为毒品生产者，名叫沃尔特·怀特，他用“ 海森堡 ”这个名字作为他的笔名来向这位科学家致敬。
在 计算机 编程术语中，heisenbug 是一种软件错误，当人们试图研究它时，它似乎会消失或改变其行为。
人物评价
索末菲 （Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld）的评价：湍流问题确实太难了，除了海森堡，我不会让别的学生拿它作 博士论文 。海森堡在理论造诣上，我们都自愧不如。
电子自旋的发现者之一古德施密特（Goudsmit, Samuel Abraham）评价： 海森堡 是一位很伟大的物理学家，一位深刻的思想家、一位很有教养的人，同时也是一个很有勇气的人。他是我们这个时代最伟大的物理学家之一，但是他在一些狂热的同事没根据的攻击下经受了严重的痛苦。按照我的意见，他在某些方面应该被看成是纳粹政权的受害者。
尼尔斯·玻尔 （Niels Bohr）评价：海森堡在物理学发展中所起的作用，将被当作一种超等的作用而永志不忘。
利奥波第那科学院 评价：海森堡是20世纪最重要的物理学家之一，他对基本粒子物理学和核物理学做出了重要贡献。
人物关系
在量子学说领域中，除了 海森堡 ，还有他的前辈 马克斯·普朗克 、 阿尔伯特·爱因斯坦 、 尼尔斯·玻尔 以及 法国 物理学家路易·德·希罗格列，这些人都对 量子力学 有着深远的影响，海森堡不是此领域中唯一成果显赫的科学家。另外， 海森堡 发表了关于 矩阵力学 的论文后，其他一些科学家相继做出了许多关于量子力学的成果，例如 奥地利 科学家欧文·施罗丁格，英籍科学家 保罗·狄拉克 等等。
海森堡的爱好古典音乐，同时他也是一位多才多艺的钢琴家。 1937年1月，海森堡在一场私人音乐演奏会中结识了其妻子伊丽莎白·舒马赫（ Elisabeth Schumacher）。同年4月29日， 海森堡 与 迈克尔·舒马赫 完婚。次年，他们有了一对双胞胎，名为玛丽亚（Maria Heisenberg）和沃尔夫冈（Wolfgang Heisenberg）。后续12年，又陆续有了5个孩子分别为芭芭拉（Barbara Heisenberg）、 克里斯汀·斯图尔特 （Kristen Heisenberg）、约亨（Jochen Heisenberg）、马丁（Martin Heisenberg）和维雷娜（Verena Heisenberg）。 其中，约亨后来也成为了一名物理学家，从事 核物理 研究。 而马丁成为了一位 德国 神经生物学家和遗传学家。