物理八卦21（海森堡） 2010-09-20 10:55 (分类:物理奥赛)
海森堡：天才的“福尔摩斯”
比狄拉克年长一岁（获诺奖早一年）的海森堡是20世纪另一位大物理学家，有人认为他比狄拉克还要略高一筹。他于1925年夏天写了一篇文章，引导出了量子力学的发展。38年后科学史家库恩访问他，谈到构思那个工作时的情景，海森堡说：
爬山的时候，你想爬某个山峰，但往往到处是雾……你有地图，或别的索引之类的东西，知道你的目的地，但是仍堕入雾中。然后…… 忽然，你模糊地，只数秒钟的工失，自雾中看到一些形象，你说：“哦，这就是我要找的大石。”整个情形自此而发生了突变，因为显然你仍不知道你能不能爬到那块大石，但是那一瞬间你说：“我现在知道我在什么地方了。我必须爬近那块大石，然后就知道该如何前进了。”
1925年夏天，23岁的海森堡在雾中摸索，终于摸到了方向，写了上面所提到的那篇文章。有人说这是300年来物理学史上继牛顿的《自然哲学的数学原理》以后影响最深远的一篇文章。
可是这篇文章只开创了一个摸索前进的方向，此后两年间还要通过玻恩、狄拉克、薛定谔、玻尔等人和海森堡自己的努力，量子力学的整体架构才逐渐完成。
量子力学使物理学跨入崭新的时代，更直接影响20世纪的工业发展，举凡核能发电、核武器、激光、半导体元件等都是量子力学的产物。
1927年夏，25岁尚未结婚的海森堡当了德国莱比锡大学理论物理系主任。海森堡爱好经典音乐，是个出色的钢琴手，他喜欢乒乓球，而且极好胜。第一年他在系中称霸。1928年秋自美国来了一位博士后，自此海森堡只能屈居亚军。这位博士后的名字是大家都很熟悉——周培源。
海森堡所有的文章都有一共同特点：朦胧、不清楚、有渣滓，有时似乎茫然乱摸索，与狄拉克的文章风格形成一个鲜明的对比。读了海森堡的文章，你会惊叹他天才的独创力，然而会觉得问题还没有做完，没有做干净，还要发展下去。
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有些人的工作是由于数理功底扎实，水到渠成，他们从事的问题别人同样去做也可能成功，但是海森堡的研究就非常奇怪，比如他不会严格计算湍流，但是猜出了二维
湍流解，最后这个解被林家翘严格证明了，诺伊曼作数值计算也发现他是对的。
2、
量子力学的创立也是如此，谁也没想到他能够一开始就完全放弃轨道等经典概念，只从可观测量出发建立量子力学。戈德史密特作过氦光谱的问题，他想用轨道自旋耦合解释，费尽力气也没找到答案，然后海森堡开始做，他从一开始就意识到这可能与反对称波函数有关，结果作出了答案，这好像是反对称波函数的第一次应用。 3、
当博士当的最郁闷的莫过于海森堡。
做实验答辩，结果委员会中有老师对他不满，差点没让毕业。做理论，老板索莫菲，给了个做不出来的题目，湍流，差点不能完成任务。不过超人毕竟是超人,他在不知道怎么计算精确解的情况下，猜了一个近似解，毕业了。最后那个结果也被证明是正确的。 4、
重新讲一下海森堡的答辩
海森堡当年在慕尼黑跟索莫菲做博士，系里另一个老大是wien,wien认为每个学生都必须在理论和实验方面都做得很好，因此对实验水平要求的特别高，但是海森堡。。。咋说呢，估计实验水平跟俺大学时候差不多，数据伪造的多。据说他有次测音叉频率，直接拿耳朵听了一下就交差了，所以wien老大好像对他不是很满意。 5、
到了毕业的时候，可就麻烦了，因为wien也是老大阿，所以毕业答辩，wien和索莫菲是评委，分数是两个人共同给的，索莫菲那边没啥，毕竟自己的大老板阿，而且给的题目海森堡做得不错，肯定是最高分了，wien那边就麻烦了，海森堡这个愁啊，于是早早的把理论的论文交了，开始准备实验去了(不会是跟我一样天天上bbs去了吧) 6、
到了答辩的时候，wien和索莫菲坐在桌子前，大家发问，前面都是数学问题啥的，海森堡轻松搞定，正在得意的时候，wien发问了。wien知道海森堡最近一直在捣鼓法布里博罗干涉仪，心想这个他熟,于是就让他现推一下这种干涉仪的分辨率，海森堡折腾了半天，不会，wien一看感情这个太难了，就来了句，你把普通显微镜的分辨率推一下吧，这个东东也就普物水平，应该算是放水了吧，结果海森堡郁闷半天，还是不会。甚至，更糟的是，他连蓄电池的原理都没答出来。wien后来给海森堡老爸写过一封信，说在他看来，海森堡不适合从事物理。答辩结果，索莫菲给了海森堡一个A, wien给了他一个F (fail), 不过最后两项成绩一合计，海森堡还是顺利毕业了，不过据说成绩是这个系有史以来的倒数前三。 7、
索莫菲倒是没啥，当天晚上开了个party,要庆祝海森堡获得博士学位，海森堡可是受不了了，借口自己身体不舒服，提前撤退了，然后背包就去了波恩那里。 波恩在大约年前就给了海森堡一个研究助理的位置，但是海森堡不知道自己毕业成绩这么烂，老大还肯不肯要阿，于是他一去就跟born说了答辩的情况，波恩考虑了老久(我估计中间海森堡快担心死了），然后跟海森堡说，这两个问题是
比较tricky的，答不出来也不算什么，这个位置还是给的。born对海森堡的遭遇表示理解，可能是因为他自己在实验方面也并非那么顺利，哈哈. 8、
虽然老大发话了，但是海森堡还是心里不踏实啊，于是他决定再跟个老师认认真真学习做实验，于是找了另一个哥廷根的老大，要他教自己实验。可是据后来的事实证明，海森堡学了两遍实验，还是啥都不会。海森堡在哥廷根学第二遍实验的时候，好像跟的人叫franck,过了一段儿,franck劝海森堡离开实验室，因为这样海森堡可以真正利用自己的时间(原文是the bored young man could make better use of his time doing theory), 说白了就是劝他不必在实验上白费力气了 9、
到了海森堡发现测不准原理的时候，其中一个理想实验也是有关显微镜的分辨率推导的，不幸的是，他还是不会，是bohr帮他做出来的。 10、
顺便提一句，海森堡的理论的论文是关于水流的运动问题，要求解湍流，前面的八卦里我们说过，他的解是猜得，不过wien对他这片文章很满意，准备让他在wien自己主编的一份杂志上发表，不过有另一个牛牛不同意，认为结论不够严谨，所以没能发。大家猜猜这个牛牛是谁？她叫noether。