| 《科学大师启蒙文库》，使我们有机会重新回顾现代科学在中国传播扩散的具体过程，也对其中的遗憾和缺陷有了具体而明确的认识。有些重要科学家的著作，很少被介绍到中国来，一定程度上至少影响了更多的中国学人对其科学思想和方法的深入学习。此套文库，也是对此项遗憾的一个弥补。过去那种把科学普及单纯理解为讲讲科学家小故事，传播一些科学常识的初级阶段的做法，必须尽快予以升级。本套文库是了解科学大师的一扇窗口，泛读浏览，可以一窥大师思想之光华；精读研习，又可以从专业角度感知科学大师科学发现的思路历程，为未来的创新寻找思想和方法的启蒙。无论哪种方式，我们都乐于看到通过我们的工作能让读者朋友和大师对话，开启科学思想的启蒙之航。 本册为《科学大师启蒙文库》之《海森伯》。 |
| 海森伯谈人生、社会与艺术 科学家的责任 革命和大学生活 走向新起点 政治和历史课的教训 科学的和政治的争论 作为国家谅解的一种工具的科学 科学与音乐 精密科学中美的含义 海森伯的科学思想与科学方法论 量子论的哥本哈根解释 关于科学语言的讨论 量子论和物质结构 现代物理学中的语言和实在 严密自然科学基础近年来的变化 在科学进步中思想结构的变革 量子力学以及同爱因斯坦的谈话 获诺贝尔物理学奖时的演说 海森伯的科学认识论 原子物理学与实用主义 量子力学和康德哲学 实证主义、形而上学和宗教 基本粒子和柏拉图哲学 现代物理学中的古代自然哲学思想 自笛卡儿以来哲学观念的发展和量子论的新形势的比较 普朗克的发现和原子论的基本哲学问题 附录 海森伯生平及著作年表 后记 |
| 海森伯（Werner Karl Heisenberg，1901~1976），20世纪著名的理论物理学家，1932年诺贝尔物理学奖得主，主要贡献是发现测不准原理并创立了量子力学的矩阵力学形式。在拥有崇高学术声誉的同时，海森伯也因在纳粹德国时期的表现而被人指责，是一个备受争议的科学家。研究海森伯，可以让我们对科学家及其社会行为有更为全面深刻的认识。 1901年12月5日，海森伯出生于德国维尔茨堡的一个学者家庭，在慕尼黑长大。他的父亲是一位学者，从事中世纪及现代希腊语的教学与研究，海森伯从小就受到古代思想文化的熏陶，具有很高的文化素养。在父亲激励竞争的教育方式下，青少年时期的海森伯就养成了自强不息、意志坚强的优秀品质，时常借助体育活动磨炼自己，锐意进取的性格对其日后的科学研究产生了很大影响。 中学时代的海森伯已经展现出科学方面的天赋，老师评价他能看到事物的本质，而不仅仅拘泥于表象和细节。进入慕尼黑大学后，海森伯受到索末菲教授的赏识，得以参与一些重要的研究工作如分析原子光谱中有关反常塞曼效应的新数据等，从而迅速进入理论物理学的前沿领域，并充分发挥出他的天赋。在索末菲的指导下，他提出了对反常塞曼效应的初步量子论分析，一年后作为他的第一篇论文发表。索末菲还针对海森伯重视原子物理的理论问题，缺乏系统知识的缺点，以湍流问题作为他的博士论文题目，用以加强海森伯的基础训练。湍流问题是流体力学中最困难的问题。海森伯凭借扎实的数理功底和高超的研究技巧，不负导师所望，在第三学年就出色地完成了博士论文。索末菲和泡利等人对论文的评价是，海森伯完全掌握了数学工具，具有大胆新颖的物理思想。对海森伯而言，大学期间另外一件重要的事情就是和泡利的相识，海森伯与泡利经常在一起研讨、争论科学问题，并开始对牛顿经典物理学的一些理论提出质疑，一些新的重大发现在逐渐孕育、萌芽、成长起来。两人后来成为科研、学习与生活上的挚友。 1922年，海森伯同玻尔的一次讨论对他的学术生涯产生“决定性的影响”。这年的6月，玻尔到哥廷根大学作有关原子的量子论和元素周期性的系列讲演，史称“玻尔的节日”。在一次讲演会上，21岁的大学生海森伯对原子物理学权威玻尔关于塞曼效应的解释表示了不同的意见，引起了玻尔的注意。会后，玻尔邀海森伯一起散步长谈。玻尔很欣赏海森伯并邀请他在适当时候去哥本哈根做访问学者，合作研究一些新课题。这次谈话使海森伯受益匪浅。他回忆说：“这是我能够回忆起来的关于现代原子理论的基本物理学问题和哲学问题的第一次透彻的讨论”。他甚至说那次谈话是他“真正的科学生涯的开始”。在1933年获诺贝尔奖演说中，海森伯还专门对玻尔的贡献表示了感谢。 1923年，海森伯以论文《流体动力学的基本方程》获得博士学位。随后，他来到哥廷根大学，在玻恩教授指导下工作，并于1924年在该校授课。和玻尔一样，玻恩也非常欣赏海森伯，他曾说：“海森伯是我所能想象的最敏锐和最有能力的合作者”。当然，玻恩的研究思想和方法对海森伯也有重要启示，应该说，在海森伯所进行的量子革命中，也有玻恩的学术贡献。 1924年9月17日，海森伯正式开始了哥本哈根大学玻尔教授处的研究工作，这是他向往已久的一天。此后的两年多时间里，海森伯完成了他一生中最为重要的两篇论文：《关于运动学和动力学的量子力学解释》（1925年）和《论量子理论的运动学和力学的直观内容》（1927年）。前者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。后者是海森伯最著名和影响最广的物理学论文，文中提出了测不准原理，即亚原子粒子的位置和动量不可能同时准确测量。这一原理和玻恩的波函数概率解释一起，奠定了量子力学诠释的物理基础。由此可见，海森伯的快速成才得益于三位物理学家：索末菲、玻恩和玻尔的精心指导，可以说他融会贯通了三位老师的科研特点——索末菲对观测数据的重视、玻恩对物理量的数学化处理以及玻尔对物理现象的精彩直觉。海森伯曾在回忆录中说：“我在索末菲那里学到了乐观精神，在哥廷根学到了数学，在玻尔那里学到了物理学。”这句话深刻而生动地反映了三位老师对海森伯的重要影响。 1927-1941年，海森伯进入科学创造的鼎盛时期，他和合作者把量子力学推广应用到分子结构理论、原子核物理、固体物理、金属的电磁性等方面，在量子力学的应用方面取得了一系列重要成就。1928年，海森伯用量子力学的交换现象，解释了物质的铁磁性问题。1929年，他与泡利一道，引入场量子化的普遍方案，给出了量子电动力学的表述形式，为量子场论的建立奠定了基础。1932年，他创建了关于原子核的中子-质子模型，提出质子和中子实际上是同一种粒子的两种量子状态，这一模型已成为现代人的科学常识。与此同时，海森伯和其他参与创建矩阵力学的学者一起宣扬量子论的哥本哈根精神，在国际物理学界产生了广泛的影响。由于在量子力学方面的开拓性成就，1932年海森伯获诺贝尔物理学奖，1933年又获得马克斯·普朗克奖。 海森伯一生中最为苦闷的时期是纳粹势力统治德国的1933~1945年间，此间他的一些行为也引起了广泛的争议。1933年纳粹势力上台，许多科学家纷纷离开了德国，海森伯坚持留在德国。在坚持科学研究的同时，他还参与了纳粹的一些军事研究，特别是原子弹的研究。可能他的本意是保持德国的科学研究不至于中断，然而批评者认为他事实上成为了纳粹的帮凶。1941年9月，海森伯的哥本哈根之行成了战后物理学界乃至社会公众广为争议的一个话题。此次海森伯与玻尔会面时就制造核武器的可能性方面所作的交谈，使他无可挽回地失去了玻尔以及其他一些物理学家的信任和友谊。从科学上看，海森伯在这段时期仍然做出了一些重要的科研成果。1934年6月，他提出正电子理论，9月发表有广泛影响的报告《严密自然科学基础近年来的变迁》。1943年，海森伯把描述相互作用的重要工具散射矩阵（S矩阵）引入量子场论。此外，海森伯还对高能粒子的碰撞作用进行过理论研究，创立了S矩阵理论。 二次大战以后，在重振联邦德国的科学事业过程中，海森伯发挥了关键作用。1949~1951年间，海森伯担任德意志研究院院长。他还先后担任过德意志科学研究委员会（DFR）主席、德意志科学研究联合会（DFG）主席、洪堡基金会主席、普朗克学会副主席、日内瓦西欧核子研究中心（CERN）首任科学政策委员会主席等职。作为联邦德国政府处理核问题的科学顾问，海森伯坚决反对政府生产制造任何核武器，为此还与其他科学家发表了著名的哥廷根限制核武器宣言。 晚年的海森伯致力于建立一个描述基本粒子及其相互作用的统一量子场论，但研究结果没有被物理学界广泛接受，甚至曾经支持他的泡利也开始怀疑海森伯的想法并最终退出了合作。这种情况令他非常失望。海森伯在晚年虽然没有取得像青年时期那样丰硕的成果，但他在统一场论探索性研究中不畏艰险、勇于登攀的追求科学真理的精神仍然值得我们敬仰与学习。他的非线性旋量场理论包含了许多具有创新意义的物理思想，启发后人建立了电磁和弱相互作用的统一量子理论。 1976年2月1日，一代物理学大师海森伯在慕尼黑逝世，享年75岁。物理学家冯·威札克尔评价海森伯一生的工作时曾说：“他的物理学工作有两个主题：量子力学和统一场论。量子力学像是一次胜利凯旋的进军，统一场论则是一场消耗实力的阵地战。”海森伯的科研风格与爱因斯坦、狄拉克有所不同，后两者通常从第一性原理出发，通过严密的逻辑推理和数学演绎，获得对物理现象的本质理解。海森伯的科学风格则与玻尔更为接近，他们从具体物理实验和现象的分析中发掘新的思想观念和物理原理，在此基础上建立理论体系，在研究中更依赖于过去的经验、对现象的综合和物理的直觉。海森伯具有一种从物理学上把握问题关键的直觉，这使他成为20世纪最富于创造性和最成功的物理学家之一。至于从哲学深度提出和分析问题的偏爱，使他成为关于量子力学解释哥本哈根学派中仅次于玻尔的领袖人物。海森伯举止文雅，平易近人，多才多艺，对人类文化的众多方面都颇感兴趣。除了作为科学家外，他还是一个钢琴家，一个登山和滑雪运动的爱好者。他在哲学、数学、美学等方面都有独到的见解。海森伯一生著作颇丰，主要有《量子论的物理原理》、《基本粒子统一场论导论》、《原子核物理学》、《严密自然科学基础近年来的变迁》（英译本名为《原子核科学的哲学问题》）、《当代物理学的自然观》（英译本名为《物理学家的自然观》），《物理学与哲学——现代科学中的革命》，《物理学和其他——遭遇和对话》、《超越界限》等。本书是从海森伯著作中精选而得，重点介绍这位科学大师对人生、艺术、社会的观点及其在科学思想、科学方法、科学认识论等方面的论述。它既可以为我们在科学研究与科技创新中提供方法论的参考，也可以为我们认识宇宙万物、感悟人生真谛提供一面思考的镜子。 |
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