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科学家的道德责任: newlight 2014-11-17 07:17; 书名：《为第三帝国服务》(Serving the Reich) 作者：菲利普•博尔(Philip Ball) 出版社：Vintage 出版时间：平装本2014年10月出版本年度英国皇家学会科学图书奖最近公布了提名名单，六部作品入选。在科学题材图书奖中，这是地位最高的一个，世界各地出版的英语科学图书，只要能在英国买到的，都可以入选。今年的提名名单中大部分属于科普类图书。《改变世界的七个元素》( Seven Elements That Have Changed the World )讲述了铁、碳、金、银、铀、钛和硅这七种在人类历史上起过重要作用的元素。《完美理论》( The Perfect Theory )写的是从1915年爱因斯坦首次提出广义相对论之后的一百年中，科学界在求证过程中的合作与纷争。《癌症编年史》( The Cancer Chronicles )的作者从医学科学到家庭环境各方面讲述癌症，结合科学知识和个人体验，详尽而感人。《神奇的材料》( Stuff Matters )说的是我们日常生活中接触的各种材料的神奇特性。《消化道之旅》( Gulp )则是用诙谐的笔调向读者讲解人类消化道的作用，即食物在消化道内“从头至尾”的旅程。不过今年初选名单中最特别的一本书是《为第三帝国服务》( Serving the Reich )，既是一本历史作品，也是对科学与政治之间关系的反思。本书作者菲利普•博尔(Philip Ball)曾在《自然》杂志当了20多年的编辑，现在是独立撰稿人，写过好几本颇受好评的科普图书，这部新作试图通过对纳粹德国时期几位著名物理学家行为言论的回顾分析，探讨科学家身负的道德责任。 1930年代纳粹上台之后，即开始实施针对犹太人的驱逐排挤政策，科学界也不能幸免，许多犹太科学家被迫离职或逃亡。有些德国科学家或是出于贪婪嫉妒，或是相信“雅利安人”具有高贵血统而对这些手段十分支持。对这些人历史已有明确的判断，但是对于另一些科学家，那些在纳粹统治下企图“保持中立”，远离政治，坚持科学发现高于道义责任的人，情况就比较复杂，他们的动机也更值得深思。在《为第三帝国服务》一书中，作者选择了三位诺贝尔奖获得者、杰出的德国物理学家作为重点研究对象。第一位是著名物理学家马克斯•普朗克(Max Planck)，量子理论的创始人，1930年代前他就已是德高望重的科学家，威廉皇帝学会的主席。当纳粹开始驱逐学会中的犹太科学家时，他保持了沉默，拒绝参与同道的公开抗议，但是到1936年他自己也遭受攻击排挤，从学会主席的位置上退休了。博尔对他的批判较为轻微，认为普朗克是一个正直的学者，但其理念保守，坚持科学无政治性，只会等待而无力抗争。书中分析的第二位物理学家是维尔纳•海森堡(Werner Heisenberg)，量子理论的重要人物，“测不准原理”的提出者。二战期间海森堡是德国原子弹项目的主管，但他本人并非纳粹的积极拥护者。海森堡服务于第三帝国的动机还成了一部话剧《哥本哈根》的题材，这部话剧选择了1941年海森堡与其好友、丹麦物理学家尼尔斯•波尔(Niels Bohr)在哥本哈根的一次会面的经过虚构而成，反映了海森堡的内心挣扎，演出后受到高度评价。二战之后海森堡宣称自己曾故意拖延原子弹项目的进展，让纳粹德国迟迟得不到这一决定性武器，不少人接受了这一说法，但是《为第三帝国服务》作者指出这一说法并无相应的证据支持。第三位物理学家更具争议，彼得•德拜(Peter Debye)是一位荷兰物理学家，过去的说法是说德拜不关心政治、对纳粹不满，以至于在1940年离开德国前往美国康奈尔大学任教。但前几年一位荷兰记者提出各种证据，指称德拜为纳粹同情者，这些指控随后又被另一位历史学家推翻，闹出了一场风波。本书作者对这三位物理学家的动机分析十分客观中肯，他指出像海森堡和德拜这样的人物，他们的最大问题是对自己为第三帝国服务的行为毫无反省之意，科学家如果忽略了自己的道德责任，就有走上歧途的危险。不管会不会夺得皇家学会科学图书奖，《为第三帝国服务》都是一本值得一读的作品。《深圳特区报》稿件; 个人分类: 人文图书|4355 次阅读|0 个评论

海森堡最先提出定位精度高过衍射极限的证据: 热度 11 AlecXu 2014-10-9 18:59; 海森堡在1930年出版的《 Physikalischen Prinzipien der Quantentheorie 》中已经提出了定位精度高于衍射极限，而定位精度直接和检测到的光子的数量的平方根直接相关。瑞典皇家科学院引用的 Eric Betzig 根本不是第一个想到使用定位方法的人，把 PALM / STORM 显微镜的理论原理的功劳记到 Betzig 名下不符合历史事实。以下我给出Carl Eckart 和 Frank C. Hoyt 根据海森堡的书翻译的版本作为证据。该书的英文版《The Physical Principles of the Quantum Theory》由Dover publication 出版社出版。我们 AlbaNova 的图书馆也收藏了德语原版，不过我偷懒就没去扫描给大家贴出来。; 个人分类: 自然科学|6088 次阅读|27 个评论

海森堡的“补课”和爱因斯坦的懊悔: 热度 19 sciencepress 2014-9-22 08:15; 1925年，海森堡在研究原子核外双电子的问题中遇到了难关。最后，他引入自己称之为“能量表格”给予解决如下：他的导师波恩看到后大笑，说：“这个‘能量表格’就是矩阵，你还没学过，好吧！我请我的另一学生Jordan 来给你补补课。”于是创立了量子矩阵力学，进而有了测不准关系。海森堡（Werner Karl Heisenberg）海森堡——德国著名物理学家。量子力学中矩阵力学的创始人，诺贝尔奖获得者。但是，就是在他创立矩阵力学的过程中发生了如下大事： 20世纪20年代正是量子力学热火朝天的研究时代。哥本哈根学派领袖玻尔提出了氢原子的单电子模型用量子力学很好地给出了解答。但是令人遗憾的是这一理论甚至连核外只有两个电子的氦原子模型也解决不了。海森堡当时作为一个年青人刚刚通过博士考试（由于某些老先生作难），只考了个及格。24岁的他情绪极为沮丧（无独有偶，Einstein的大学成绩也不很理想，他正研究自己所感兴趣的问题）。波恩（Max Born）天赐良机，海森堡要跟波恩作研究。波恩是当年物理又一大家。经过种种失败，1925年6月5日。连导师波恩都不耐烦了。要求离开海森堡作短期休假。巧的是当时海森堡也由于花粉过敏而患病，他到北海赫尔兰岛修养。正是在这种情况下，海森堡作出了他一生最大的灵感： ☀ 研究的目标应该采用两个电子的可观参量（即能量E和光谱频率γ），这样便于实践检验； ☀ 海森堡采用非谐振子的概念推广了玻尔的谐振子思想； ☀ 海森堡认为：第1个电子的能量E1不仅与本身γ1有关，也与第2个电子的γ2有关；同样，第2个电子的能量E2不仅与本身γ2有关；也与第1个电子的γ1有关。换句话说：它们之间是相互耦合的。于是，正根据这一思想海森堡大胆列出来自己定义的所谓“能量表格（Table）”。并作出实例计算。整整一个通宵晚上，数据和实验完全吻合。他几乎不相信自己的成功，甚至以为这是“上帝”在相助。海森堡在之后的回忆录写道：“凌晨3点钟，我才得到最后的计算结果。能量守恒对所有项均成立。我再也不怀疑我的计算所指出的那种量子力学的数学一致性和自洽性了”。图海森堡计算核外双电子而引入“能量表格” ——实际上就是矩阵。起初，我深深地为之惊慌。我有这样的感觉：通过原子现象表面，我正窥测到一个奇妙的内部世界。想到我此时此刻必须去探究自然界已如此慷慨的展现在我面前的这种绚丽多姿的数学结构，我感到几乎眼花缭乱，我激动的不能入睡。所以天刚一亮我就登上小岛南边的岩石，在那里迎接那初升的太阳。当海森堡满怀希望兴冲冲地把自己的研究结果交给刚刚回来的波恩导师时，万万想不到的是波恩在表扬之余给他泼了一大盆冷水：海森堡所谓自己创新发现的“能量表述”根本不是什么新东西，而是早就有的—— 矩阵（Matrix）。于是，海森堡面临的第一大任务就是补课。波恩马上请他的另一学生Jordon好好教给海森堡。于是，海森堡、波恩和Jordan创立了量子“矩阵力学”，双电子也漂亮地采用matrix给出了表示。作为一个重要注记即 E = hγ 的矩阵推广。历史奇妙地指出：“矩阵力学”的主要创立者海森堡在最初阶段竟然不懂Matrix。当然，这也从另一方面反证了《矩阵论》的重要性。刚过去的20世纪，计算机的发明和应用是人类的一件大事，而也正因为计算机使得矩阵在数学中逐渐进入中心地位。不论是力学中的有限元法或者电磁学中的矩量法都离不开计算机的介入，它们分别称之为计算力学和计算电磁学。另一方面，有限元法、矩量法又离不开矩阵的应用。究其深层原因，矩阵的两个核心本质是线性和离散，它们在物理中的线性问题和计算机的离散特性中相得益彰、相互结合甚至达到相互融合的很高境界。矩阵理论又是代数和几何的优美结合。目前不少书籍往往相对注意到矩阵代数的一个侧面。实质上，矩阵几何是我们研究很多问题中必不可少的，广义上矩阵构成一个变换。作为一典型实例：坐标转动即可以采用矩阵表示；同时，矩阵也独立地构成了空间，典型的有Euclid空间。千万不要小看矩阵空间，以为它仅仅是形式语言，实际上正是这一思想使物理有飞跃的发展。 1905年，伟大的爱因斯坦创立了狭义相对论。这正是一场物理学的革命，完全使人没有想到的是仅仅过了两年，即1907年，他的数学老师闵可夫斯基建立了四维矩阵空间。即用矩阵把四维时空真正放到一起。注意到 ict 也是长度量纲。建立了完整的闵可夫斯基复矩阵空间，其突出真空中光速 c 是空间的不变量。由此，爱因斯坦深为自己没有修好《线性代数》（即矩阵论）后悔不已。完全可以看出：矩阵的发展离不开应用的刺激，当今有了计算机情况更为如此了。本文摘编自梁昌洪所著《矩阵论札记》一书，标题为编者所加。本书的核心主题是矩阵，在侧重矩阵代数的同时，强调了矩阵几何的应用，由此引出了矩阵空间、矩阵变换等。该书是作者的四本工程数学札记中的第三本，另外三种别是《矢算场论札记》（科学出版社，2007）、《复变函数札记》（科学出版社，2011）、《概率论札记》（科学出版社，2014）。尽管四本书所涉猎的领域完全不同，但却有着完全一致的目标，“ 推出一套把数学和应用紧密结合的工程数学书籍，使读者能在数学和工程之间这座桥梁自如跨越且掌握得心应手。” 一起阅读科学 ! 敬请关注科学出版社，搜索微信ID ： sciencepress-cspm 或 “ 科学出版社 ” 公众号; 个人分类: 科学书摘|33554 次阅读|41 个评论

不确定原理：近90年后有新解（修改稿）: 热度 9 zhpd55 2014-5-1 08:15; 不确定原理：近90年后有新解诸平 Nearly 90 years after Werner Heisenberg pioneered his uncertainty principle, a group of researchers from three countries has provided substantial new insight into this fundamental tenet of quantum physics with the first rigorous formulation supporting the uncertainty principle as Heisenberg envisioned it. Credit: P.Busch/York 维尔纳 · 卡尔 · 海森堡 (Wener Karl Heisenberg ， 1901~1976) 是德国著名的理论物理学家、哲学家，量子力学的主要创始人， “ 哥本哈根学派 ” 的代表人物， 1932 年诺贝尔物理学奖获得者。量子力学是整个科学史上最重要的成就之一，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。介于他的重要影响，在美国学者麦克 · 哈特所著的《影响人类历史进程的 100 名人排行榜》，海森堡名列第 46 位。 “ 不确定性原理（ uncertainty principle ） ” 是海森堡学说所得出的著名成果之一。这条原理由他在 1927 亲自提出，被一般认为是科学中所有道理最深奥、意义最深远的原理之一。早期被称为“测不准原理”，但是现在被改称 “ 不确定性原理 ” 。 “ 不确定性原理 ” 所起的作用就在于它说明了我们的科学度量的能力在理论上存在的某些局限性，具有巨大的意义。如果一个科学家用物理学基本定律甚至在最理想的情况下也不能获得有关他正在研究的体系的准确知识，那么就显然表明该体系的将来行为是不能完全预测出来的。根据测不准原理，不管对测量仪器做出何种改进都不可能会使我们克服这个困难！不确定性原理表明从本质上来讲物理学不能做出超越统计学范围的预测（例如，一位研究放射的科学家可能会预测出在三兆个原子中将会有两百万个在翌日放射 γ 射线，但是他却无法预测出任何一个具体的镭原子将会是如此）。在许多实际情况中，这并不构成一种严重的限制。在牵涉到巨大数目的情况下，统计方法经常可以为行动提供十分可靠的依据；但是在牵涉到小数目的情况下，统计预测就确实靠不住了。事实上在微观体系里，测不准原理迫使我们不得不抛弃我们的严格的物质因果观念。这就表明了科学基本观发生了非常深刻的变化；的确是非常深刻的变化以致于象爱因斯坦这样的一位伟大的科学家都不愿意接受。爱因斯坦曾经说过： “ 我不相信上帝在和宇宙投骰子。 ” 然而这却基本上是大多数现代物理学家感到必须得采纳的观点。显而易见，从某种理论观点来看，量子学说改变了我们对物质世界的基本观念，其改变的程度也许甚至比相对论还要大。然而量子学说带来的结果并不仅仅是人生观的变化。尽管如此，不确定关系式 ΔxΔP≥ћ/2 的严格意义上的支持自 1927 年以来的近 90 年期间一直使人困惑的难解之谜。据物理学家组织网（ phys.org ） 2014 年 4 月 29 日报道，就在维尔纳 · 海森堡提出不确定性原理之后近 90 年之际，一群来自英国、芬兰和德国的研究人员对其量子物理学的基本原则提供了内容充实的新洞察，这也是首次对海森堡不确定性原理的设想给出了严格意义上的支持。他们分别来自英国约克大学（ University of York ）数学系、芬兰图尔库大学（ University of Turku ）物理与天文学系、图尔库量子物理研究中心以及德国莱布尼兹大学（ Leibniz Universität ）理论物理研究所的研究人员，通过合作研究，首次对 1927 年维尔纳 · 卡尔 · 海森堡（ Werner Heisenberg ， 1901~1976 ）提出的不确定关系式给出了最严格的支持。其研究成果于 2014 年 4 月 29 日在《数理杂志》（ Journalof Mathematical Physics ）发表，更多信息请浏览原文( 可以免费下载 )—— Paul Busch, Pekka Lahti and Reinhard F. Werner. Measurement uncertainty relations . Journal of Mathematical Physics , V olume55 , Tuesday April 29, 2014. DOI:10.1063/1.4871444 . 相关参考： Proving uncertainty: First rigorous formulation supporting Heisenberg's famous 1927 principle 对于“不确定关系式”的异议：随着科技进步，20世纪80年代以来，有声音开始指出该定律并不是万能的。日本名古屋大学教授小泽正直（ Masanao Ozawa ）在2003年提出“小泽不等式”，认为“测不准原理”可能有其缺陷所在。为此，其科研团队对与构成原子的中子“自转”倾向相关的两个值进行了精密测量，并成功测出超过所谓“极限”的两个值的精度，使得小泽不等式获得成立，同时也证明了与“测不准原理”之间存在矛盾（参见： Masanao Ozawa . Universally valid reformulation of the Heisenberg uncertainty principle on noise and disturbance in measurement （可以免费下载） . Submitted on 19 Jul 2002) 。日本名古屋大学教授小泽正直（Masanao Ozawa）和奥地利维也纳工科大学（Vienna University of Technology）副教授长谷川祐司（ Yuji Hasegawa ）的科研团队通过实验发现，大约在80年前提出的用来解释微观世界中量子力学的基本定律“测不准原理”有其缺陷所在。他们用两台仪器分别测量中子的自旋角度并计算后，得到了比海森堡不确定性原理所示误差更小的测量结果，此即证明海森堡不确定性原理所主张的测量极限是错误的。但是，不确定性原理仍旧正确无误，因为这是粒子内秉的量子性质。长谷川佑司（Yuji Hasegawa）和小泽正直（Masanao Ozawa）等学者于2012年1月15日在英国科学杂志《自然物理学》（ Nature Physics ）上发表发表反驳海森堡不确定性原理的实证结果。（参见： Erhart, Jacqueline; stephan Sponar, Georg Sulyok, Gerald Badurek, Masanao Ozawa, Yuji Hasegawa. Experimental demonstration of a universally valid error-disturbance uncertainty relation in spin-measurements （可以免费下载） . Nature Physics，2012， 8: 185–189. doi:10.1038/nphys2194. ）; 个人分类: 新观察|15187 次阅读|25 个评论

[转载]寻找海森堡——慕尼黑印象: sdzjh870 2013-9-11 20:47; 若水阁科学博客天鹅城堡自从去年那次去德国慕尼黑之后，和朋友们聊起，我才知道原来慕尼黑有那么多著名的地方，于是一直盼望着今年的慕尼黑之旅。好不容易盼来了出发的日子，那边实验站却突然因故暂停运行，我们要是过去没法做实验就是白白浪费钱和时间，无奈只好坐等几天。后来决定还是尽快过去那边等，用大师兄的话说就是——“赌了！”当然，我也做好了“万一”做不成实验的准备——我的旅游计划。因为到那边时正好赶上周末，于是第一站我预想着去巴伐利亚州阿尔卑斯山上的天鹅城堡。这座城堡的美恐怕许多人早已认识，因为迪斯尼电影片头的那个城堡就是它！所以有人又称它为“白雪公主堡”，而天鹅城堡之名来自于建成城堡时到处都养着美丽的天鹅。城堡的第一个主人巴伐利亚国王路德维希二世是茜茜公主的表弟、铁血宰相俾斯麦的好友，年少的他对美丽的表姐萌发了的爱情，只可惜茜茜公主在15岁就嫁到了奥地利，朦胧的爱情无果而终。而后国王一生沉溺在自己的童话梦想里，于是开始修建童话式的城堡，直到他出走死去的那天城堡也没有竣工，国家给他最后一个封号是精神病患者。而后天鹅城堡在德国人不断修缮下终于完工，才有了今天如此梦幻般的童话世界。看到这些介绍，我们早已心痒的不行了。遗憾的是，去实验站报道的那天得到消息：实验站当晚就可以恢复运行，明天一早开始我们的实验。童话的世界又一次留在了我的梦想里…… 飞机上的日落很华丽，我对此行原本也充满着如此的憧憬。计划赶不上变化，我们只能如期开展实验。我不清楚慕尼黑纬度有多高，但是这期间，都晚上9：30了居然还可以看到太阳！不知道是时差还是太阳的原因，我们常常忘记应该几点去吃饭，或者是不是该吃饭了，或者该去哪里吃饭，或者在街上迅步寻找合适的饭店。那边的几天，印象最深的几顿饭：一是一家日本回转寿司店，里面放的萨克斯音乐居然都是刘德华、张宇、张学友等华星的歌词旋律；二是在一个高速路旁的五洲大酒店，自助餐很过瘾，什么鸵鸟肉、袋鼠肉都尝试过了，没发现和牛羊肉有什么区别；三是一家印度餐馆，因为几次找餐馆都看到印度菜，师弟说咱们和印度菜有缘，那就决定亲密接触一把，结局是惨不忍睹的，米饭和咖喱牛肉都很难下咽，只能放弃。在慕尼黑出租车都是奔驰，坐着那个叫舒泰啊。不过我们嫌贵，只在第一天下飞机赶去旅馆登记才打车，花了四十多欧，很是心疼。我们下榻的小旅馆周边村居。预订时说是三星级，到了后才发现是个家庭旅馆，全旅馆就三个工作人员，老太太和她两个儿子。早餐很郁闷，很难找到想吃的东西，房间也很狭小，还好有无线网络。旅馆的餐厅可以免费看球，和街上许多咖啡店一样，都有大屏幕或者投影仪看球赛，咱们只能看画面、当聋子。老太太也只说德语，我们那个郁闷啊…… Kieferngarten是离旅馆最近的地铁站，这个就是站牌，简单的要命。后来才知道，Kieferngarten是松树园的意思，原来不远处是一片松树林。地铁内景，空无一人。慕尼黑坐地铁除了自主购票、无人检票、随意轻松换乘外，而常常有舒适的座位，这些在北京地铁里都不可想象。这好像是一趟晚上12点的车，这是我们每天的最早下班时间，上班时间是九点以前，幸亏没几站地…… 这个就是实验站的大门，隶属于慕尼黑科技大学。这个校门估计比中国所有学校的大门都还要简朴，但单凭人家拥有世界一流的核反应研究堆这一点，其科研实力恐怕在中国无法找到与其相当者。这个是废弃的第一代核反应堆，一个巨型的蛋。像不像竖立着的咱们国家大剧院？马克斯普兰克研究所等离子体物理研究所，坐落在玻尔兹曼街上。这个所不大，可据说有不少诺贝尔提名的人。玻尔兹曼街其实很短，步行走完不超过5秒，就像玻尔兹曼的人生，短暂而光辉。拜仁慕尼黑队的主场——阿联球场。德国国家队很多队员都来自拜仁，他们都很优秀，德国能在世界杯赛场上如此出色的表现，跟拜仁的贡献也是分不开的。我们实验进程很紧张，只有偶尔的一两个小时可以溜出去，顶着太阳看半场球赛，喝一杯苦涩的啤酒。明信片架。上两张是啤酒节的象征，传统的巴伐利亚服装，露出大胸部和美腿彰显热情。中间是慕尼黑最古老的大教堂。下面就是阿联球场的夜景，有红、蓝、白三种颜色，只要你路过，就一定会注意到。玛利亚广场卖艺者。不知道他们是在卖艺，还是在自娱自乐？玛利亚广场表演的小丑。小女孩上前扔一个硬币，小丑就会弯下腰来让你在他的签名簿上留言。乞讨也需要艺术啊！终于有了半日闲的机会，在遗憾地取消天鹅城堡之旅后，我们决定完成另一个心愿——寻找海森堡。确切地说，是寻找海森堡之墓。Werner Heisenberg，量子力学的创始人之一，德国著名物理学家，他和玻尔的合作闪耀了20世纪人类最顶级的智慧，他和玻尔的友谊破裂也成了物理学史上一段秘史。有人说海森堡曾为纳粹造原子弹，可他故意拖延时间，最终没有成功（据说是玻尔没有告诉他秘诀所在）。而在美国人成功造出原子弹并在日本实战试验之后，盟国取得了反法西斯的胜利，海森堡成了战俘并被囚禁。因为这段耻辱的历史，海森堡被物理学界排斥，再也没做出更加杰出的贡献，海森堡的一生也因此充满传奇和神秘的色彩。关于海森堡的故事，诸位还是请看张文卓同学的博客《我，海森堡》。正是张文卓告诉我，海森堡的墓地，就在慕尼黑市区南边一个叫 Waldfriedhof 森林里的第 163 号墓地里，墓碑面向西。于是我们直奔而去。到了墓园才发现，原来这是一片巨大的森林，每号墓地都有一百平米以上，而一共有两三百号墓地！我们从一号找起，看到了很多各式各样的墓碑，这就是一个家族墓地。终于在163号墓地的一个极其不起眼的小角落看到了这个极其不起眼的墓碑，海森堡和他的父母、妻子葬在一起。点缀墓地的就几颗绿植，再也没别的东西。在伟人的面前，即使跪下也显得自己渺小。墓碑近影。可以看出海森堡的父亲是个大学教授。而海森堡自己的介绍只有一个单词：Physiker（物理学家），没有所谓的那句:我既在这里也在那里的鬼话。想起当今中国自称为科学家或者物理学家的人有多少，也没见他们脸红过。或许海森堡认为，物理学家足以概括他的一生，正如玻尔兹曼，一个S=KlnW公式就是他的一生。回程的飞机上，云海很飘逸，但下面的沙漠就不让你那么惬意了。记住，这里离北京已很近。; 个人分类: 海外一瞥|1893 次阅读|0 个评论

[转载]海森堡不确定性原理经典解释被实验推翻: crossludo 2012-10-2 13:14; 海森堡不确定性原理经典解释被实验推翻海森堡测不准原理的一种常见解释被证伪。　　不确定性原理限制了我们对一个量子系统的了解，但结果的不确定性并不完全是测量行为导致的。（供图：C·达金/科技图片图书馆）和学生们所学的相反，旁观者并不总能感觉到量子不确定性。一项新实验证实，对一个量子系统的测量不一定会导致不确定性。研究推翻了大量关于量子世界为何如此不可知的解释，但可探测的最小尺度的基本极限仍然不变。海森堡测不准原理是量子力学的一块基石。简单地说，这个原理导致我们对量子世界的探索有一个基本的极限。例如，你越是确定某个粒子的位置，就越不能确定它的动量，反之亦然。这个极限被表述为一个方程，在数学上很容易证明。海森堡有时把测不准原理称为进行测量的一个难题。他最著名的思想实验是对一个电子拍照。为了拍摄照片，科学家可能要向电子的表面发射一颗光子。这会暴露电子的位置，但光子也会把能量传递给电子，使它发生位移。探测电子的位置会不确定地改变它的速率，而测量行为引发的不确定性足以让这个原理成立。物理系学生在入门课上仍然在通过学习测量干扰来理解测不准原理，但人们发现这不一定是对的。加拿大多伦多大学的艾弗瑞·斯坦恩博格（AephraimSteinberg）和他的团队对光子进行了测量，发现测量行为引发的不确定性可能小于海森堡测不准原理的要求。不过，我们对光子性质的整体了解中包含的不确定性仍然高于海森堡原理的下限。巧妙的测量斯坦恩博格的团队并没有测量光子的位置和动量，而是两个不相干的性质：光子的偏振状态。在这种情况下，在一个面上的偏振本质上是和另一个面上的偏振状态相互联系的，根据海森堡测不准原理，我们对这两种状态的确定了解有一个极限。研究者“稍微”测量了光子在一个面上的偏振状态，这种测量既不会干扰光子，又足以大致了解它的偏振方向。然后，他们测量了光子在另一个平面上的偏振状态。最后，他们精确测量了光子在第一次测量的平面上的偏振状态，看看它是否受到了第二次测量的干扰。多次进行实验之后，研究者发现测量一个偏振状态对另一个状态造成的干扰不一定像测不准原理预言那么多。在最有利的情况下，干扰是测不准原理所预言的一半。斯坦恩博格说：别太激动——测不准原理还是对的。“最后，你还是无法同时准确得知两种量子态。”但实验显示，测量行为不一定是导致结果不确定的原因。他说：“如果系统中本身就包含了很多不确定性，那测量结果的不确定性不一定全部是测量行为导致的。” 最新实验第二次进行了小于不确定极限的测量。今年早些时候，奥地利的维也纳科技大学的一位物理学家长谷川宇治（YujiHasegawa）测量了中子的自旋，结果的不确定性小于假设系统中所有的不确定性都由测量导致的预测结果。但最新的研究成果最清晰地解释了海森堡原理解释的错误。澳大利亚布里斯班的格里菲斯大学的一位理论物理学家霍华德·维斯曼（HowardWiseman）说：“这是海森堡测量干扰不确定原理的最直接的实验证明。这很可能对教科书的作者们有用，让他们知道简单地把测量和干扰联系起来是错误的。” 不过，要动摇古老的“测量导致不确定”的解释也许很难。甚至在进行实验之后，斯坦恩博格仍然在最近留给学生的一份作业中提出了一个测量如何导致不确定的问题。他说：“直到批改作业的时候，我才意识到我的题目是错的。现在我要小心点了。”; 个人分类: 量子计算|1399 次阅读|0 个评论

啥叫测不准原理？: 热度 25 gfcao 2012-7-7 13:07; 看了老邪的一篇文章，觉得薛定谔猫的比喻很有意思，便顺手写了一篇调笑文章《鬼魅的量子力学》。量子力学的科普文章轮不到我来写，我也没有这个能力科普量子力学，文中提到的一些概念不过信手拈来，根本没有多加推敲，不成想招到科学网“斗士”吴国胜博主的质疑，质疑我不懂测不准原理。其实我文章中只说到了测不准，并未提什么原理，虽然后面提到了海森堡的测不准关系，不过没有给出这个关系的详细解释。我文章还提到了上帝与爱因斯坦的对话，吴博主咋就没质疑呢？吴博主对我文章的质疑皆因文章分类引起，特将分类做一下调整，这下吴国胜博主该满意了吧？不过文章内容恕不做任何修改，因为我并非在做科普。既然吴博主提到了测不准原理，我就温习一下概念以作备忘录，免得将来万一真的提到这个概念时再次犯错误。对于宏观世界来说，运动物体的位置与动能一般是可以准确测定的，例如我们可以很容易地测量汽车、火车的位置和动量，但在微观世界里由于运动电子的质量非常小，速度又非常快，其位置和动量是不能准确测定的。海森堡指出，对于比原子还小的微观粒子，如果想准确测定其位置，就无法准确测定其动量，反之，如果想准确测定其动量，就不能准确测定其位置，总之，不可能同时准确测定微观粒子的位置与动量或能量与时间。不知上述关于测不准原理的解释是否正确？我这外行倒是另有个观点，这也是我在上篇博文中提到上帝的原因。人们对世界的认识往往受技术条件的限制，微观粒子测不准到底是微观粒子本身固有的属性还是源于人类的技术水平不够？似乎人们都觉得测不准是微观粒子固有的属性，我倒是觉得也许是技术水平的原因。如果我们有上帝之能，微观与宏观就全在我们的掌握之中了，世界在人类面前就再也没有什么秘密，不过这或许是永远的痴心妄想。外行看热闹之言，不必当真。; 个人分类: 杂文|20703 次阅读|59 个评论

超越海森堡的不确定性: 热度 2 liwei999 2012-4-20 08:29; 超越海森堡的不确定性。作者: mirror (*) 日期: 04/19/2012 17:02:47 日本人长谷川佑司最近完成了这个工作的证实（ http://www.nature.com/nphys/journal/v8/n3/full/nphys2194.html ）。一般教科书上对海森堡不确定性关系的解说都是比较模糊的、甚至说是不正确的。这其中当然也包括提出了不确定性关系的海森堡本人。因为海森堡不确定性关系（式）的不完整性，因此才引来了玻尔和爱因斯坦的争论，才有EPR，才有了贝尔的不等式，才有了人们对量子力学的“难解”。人们“磕磕碰碰”地对不确定性关系误解了几十年，直到量子力学不确定性问题关系到物理的测量极限，必须要正面突破。当初在推进重力波检测的实验工作时，因为要用巨大的预算，物理界里有过不确定性和测量极限的讨论：在原理上，重力波检测实验是否可以超越不确定性关系的制约，达成所期望的测量精度呢？最终，日本的数学（？）家小泽正直给出了这个问题数学上的表达式(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037596010200659X)，使重力波检测工程获得了巨大预算的支持。小泽投稿到PRL时，两个评审中一个同意发，一个不同意。编审没有水平，在小泽给出说明后依然不能理解这个事态。小泽改投欧洲的杂志，一次就获得的通过。欧洲的学术传统对这类物理学的基本问题有个比较深刻的理解，这个差距是美国人必须承认的。问题的核心在于，在这个不确定性关系中，登场的演员不止是测量“误差”的ΔX和因测量X带来的干扰ΔP这两个人，还有位第三者——量子本征的不确定性σ。有三个人的世界就“热闹”了，就可以“游戏”了。正如猜拳要有石头、剪子和布这三个要素一样。小泽不等式是： Q和P是一般坐标和动量的表达。ε、η和σ分别代表了测量误差、测量干扰和量子本征的不确定性。传统的对海森堡不确定性只是这个表达式中的第一项，相当于没有量子本征的不确定性时（西格玛项为零）的情况。长谷川佑司中子实验证实了小泽不等式，在不久的将来，量子力学的教科书的这个部分需要改写了。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。是说物质世界的“点”的结构的问题。作者: mirror (*) 日期: 04/19/2012 18:40:06 若以为“点”无大小的话，则用有限的点撑不起来有限的实空间。因此原子的“点”有大小。这个大小的尺度，就是量子的尺度。正因为海森堡不等式可以被突破，所以才有了检测引力波的大项目，检测微小的空间变形。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。; 个人分类: 镜子大全|10310 次阅读|4 个评论

[转载]不确定性原理的前世今生 · 数学篇（三）: QIQIZHU 2011-11-26 21:10; 不确定性原理事实上不是一个单独的定理，而是一组定理的统称。基本上，凡是刻划一个信号不能在时空域和频域上同时过于集中的命题都可以称为不确定性原理，由于这里「集中」这一性质可以有不同的数学描述，也就对应着不同的数学定理。但是在所有冠以「不确定性原理」之名的定理中，最著名的当然是海森堡 (W. Heisenberg) 在 1927 年所提出的影响物理学发展至深的那个版本。它精确的数学描述是：假定一个信号的总能量为 1，则这个信号和它的傅立叶变换的能量的方差之积不小于 1/16π2。换言之，两者各自的能量都可能很集中，但是不能同时很集中。如果时空域中能量的方差很小（亦即集中在一起），那么频域上能量的方差就不会太小（亦即必然会弥散开），反之亦然。对这个定理在量子物理中的意义的详细讨论超出了本文的话题范围，坊间相关的著作已有不少。不过，下面简单胪列了一些相关的历史事实：海森堡在 1927 年的那篇文章标题为 Ueber den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik（《量子理论运动学和力学的直观内容》）。这篇文章很大程度上是对薛定谔 (E. Schrödinger) 在 1926 年所提出的薛定谔波动方程的回应。相较于海森堡的矩阵力学而言，薛定谔的方程很快由于它物理上的直观明晰而吸引了越来越多物理学家的赞赏。海森堡对此极为失落。在 1926 年 6 月 8 日海森堡写给泡利 (W. Pauli) 的信中他说：「我对薛定谔的理论想得越多我就越觉得恶心。」因此，他迫切需要给他自己的理论配上一幅更直观的图象。海森堡的这篇文章提出了后来被人们所熟悉的关于为什么无法同时测量一个电子的位置和动量的解释，但是并未给出任何严格的数学证明。他把他的结论笼统地表达为 Δx Δp ≥ ħ，其中 x 是位置，p 是动量，ħ 是普朗克常数。但他并没有详细说明 Δx 和 Δp 的严格意思，只针对若干具体情形做了一些直观的讨论。第一个从数学上证明不确定性原理的物理学家是 E. Kennard。他在 1927 年证明了文章开头所描述的定理，指出 Δx 和 Δp 的数学意义其实是方差。这种解释很快就成了海森堡不确定性原理的标准数学表达，海森堡本人 1930 年在芝加哥所做的演讲中也使用了这种数学推导来佐证他的立论。需要说明的是，海森堡尽管很快接收了这一数学解释，但是后来人们发现在他本人原先的论文里所举的那些例子中，有很多被他用 Δx 和 Δp 笼统概括的含混概念其实是无法被解释成方差的。在他心目中，不确定性原理首先是一个经验事实，其次才是一个数学定理。海森堡并未将他的发现命名为不确定性「原理」，而只是称之为一种「关系」。爱丁顿 (A. Eddington) 在 1928 年似乎第一个使用了原理一词，将之称为 principle of indeterminacy，后来 uncertainty principle 这种说法才渐渐流行起来。海森堡本人始终称之为 ungenauigkeitsrelationen/unbestimmtheitsrelationen（相当于英语的 inaccuracy/indeterminacy relations），直到五十年代才第一次接受了 principle 这种叫法。海森堡有趣的是，即使很多信号处理或者量子力学领域的专家也不知道自己平时所讨论的不确定性原理和对方的其实是一回事。这两者之间的联系也的确并不太显然，一个关注信号的时空和频域分布，一个关注粒子的运动和能量。它们之间的相关性只有从数学公式上才看起来比较明显。在海森堡的时代当然并不存在「信号处理」这一学科，数学家们也只把不确定性原理当作一条纯数学的结论来对待。他们什么时候最先注意到这一定理并不是很清楚。有记录表明维纳 (N. Wiener) 1925 年在哥廷根的一次讲座中提到了类似的结论，但是那次讲座并没有任何纸面材料流存下来。外尔 (H. Weyl) 在 1928 年名为《群论与量子力学》的论著中证明了这一定理，但他将之归功于泡利的发现。直到 1946 年 D. Gabor 的一篇名为《通讯理论》的经典论文才真正让这个定理以今天信号处理领域的专家们所熟悉的方式流传开来。左：Weyl；右：Gabor 正如前面说过的那样，在数学上不确定性原理不仅仅有海森堡这一个版本，而其实是一组定理的统称。譬如哈代 (G. Hardy) 在 1933 年证明了一个和海森堡原理类似的定理，今天一般称为哈代不确定性原理。海森堡和哈代的定理都只约束了信号在时空域和频域的大致分布，而并没有限制它们同时集中在有限大的区域内。M. Benedicks 第一个证明了信号在时空域和频域中确实不能同时集中在有限大的区域内，而这已经是 1974 年的事情了。; 个人分类: 醍醐灌顶文|2705 次阅读|0 个评论

[转载]数学家与数学分支的故事: 热度 1 zjzhang 2011-11-23 11:54; 很久很久以前，在拉格朗日照耀下，有几座城：分别是常微分方城和偏微分方城这两座兄弟城，还有数理方程、随机过城。从这几座城里流出了几条溪，比较著名的有：柯溪、数学分溪、泛函分溪、回归分溪、时间序列分溪等。其中某几条溪和支流汇聚在一起，形成了解析几河、微分几河、黎曼几河三条大河。河边有座古老的海森堡，里面生活着亥霍母子，穿着德布罗衣、卢瑟服、门捷列服，这样就不会被开尔蚊骚扰，被河里的薛定鳄咬伤。城堡门口两边摆放着牛墩和道尔墩，出去便是鲍林。鲍林里面的树非常多：有高等代树、抽象代树、线性代树、实变函树、复变函树、数值代树等，还有长满了傅立叶，开满了范德花的级树...人们专门在这些树边放了许多的盖(概)桶,高桶，这是用来放尸体的，因为，挂在上面的人，太多了，太多了... 这些人死后就葬在微积坟，坟的后面是一片广阔的麦克劳林，林子里有一只费马，它喜欢在柯溪喝水，溪里撒着用高丝做成的ε-网，有时可以捕捉到二次剩鱼。后来，芬斯勒几河改道，几河不能同调，工程师李群不得不微分流形，调河分溪。几河分溪以后，水量大涨，建了个测渡也没有效果，还是挂了很多人，连非交换代树都挂满了，不得不弄到动力系桶里扔掉。有些人不想挂在树上，索性投入了数值逼井（近）。结果投井的人发现井下生活着线性回龟和非线性回龟两种龟：前一种最为常见的是简单线性回龟和多元线性回龟，它们都喜欢吃最小二橙。柯溪经过不等市，渐近县和极县，这里房子的屋顶都是用伽罗瓦盖的，人们的主食是无穷小粮。极县旁有一座道观叫线性无观，线性无观里有很多道士叫做多项士，道长比较二，也叫二项士。线性无观旁有一座庙叫做香寺，长老叫做满志，排出咀阵，守卫着一座塔方。一天二项士拎着马尔可夫链来踢馆，满志曰：“正定！正定！吾级数太低，愿以郑太求和，道友合同否？”二项士惊呼：“特真值啊！”立退。不料满志此人置信度太低，不以郑太求和，却要郑太回归。二项士大怒在密度函树下展开标准分布，布里包了两个釵釵，分别是标准釵和方釵。满志见状央（鞅）求饶命。二项式将其关到希尔伯特空间，命巴纳赫看守。后来，巴纳赫让其付饭钱，满志念已缴钱便贪多吃，结果在无参树下被噎死（贝叶斯）。; 个人分类: 数学|2820 次阅读|2 个评论

[转载]《爱在西元前》之量子力学版: Leafage10 2011-7-13 21:15; 普朗克先生写下了黑体辐射公式，宣告量子力学诞生距今已一百又零三年。薛定谔方程，天才的灵光一现，用德布罗意波谱写出物理学光辉顶点。对易，表象，守恒，自旋，是谁的发现？喜欢在光谱中你只属于我的那条线。经过丹麦玻尔研究院，我以大师之名许愿，思念像海森堡矩阵般地蔓延。当波函数只剩下测不准语言，几率就成了永垂不朽的诗篇。我给你的爱是轨道加自旋渗透到每一个原子里面，隔一个世纪再一次发现泡利不相容原理依然清晰可见。我给你的爱是轨道加自旋渗透到每一个原子里面，用狄拉克符号写下了永远，那一宏观确定的经典，不会再重演。我感到很疲倦，能级低得好可怜。害怕再也不能跃迁到你身边。; 2296 次阅读|0 个评论

原理探讨和实际可能是要分开的: 热度 4 iwesun 2011-5-8 23:03; 原理探讨和实际可能是要分开的　　Me：不要只记住薛定谔，忘了海森堡，忘了矩阵力学　　我说镜子这回在耍赖。　　镜子：根本不是“在耍赖”。“先把波函数变回n=1，随便跑，再变n=2，就穿过去”的说法，可以有粒子集团（或时间序列）的统计性来保障。　　Me：但你在这个问题上，是不能用的。　　你这样发挥“量子精神”等同于啥事都是可能的，不需要理由。　　也就是说，实际发生的，原理性探讨，你还得分开。　　你要不分开，啥都不需要理由。　　这句话还是对，量子力学如果不修炼到随便扯的境界，就真的没学成。　　镜仙都如此，况凡人呼？　　相对论和量子力学就是危险的实用工具，很多时候，人们分不清自己是在闲扯，还是在求一个可靠地结果。　　正是这个原因，这两大东东，确实需要从根儿废掉，连牛顿一起废掉。　　用张树风的话，强拆？; 236 次阅读|6 个评论

不要只记住薛定谔，忘了海森堡，忘了矩阵力学: 热度 8 iwesun 2011-5-8 22:14; 不要只记住薛定谔，忘了海森堡，忘了矩阵力学　　最近忙自己的事情，没注意，老黄又放了一颗炸弹。　　引来无数神仙　　尽折腰。　　大致看了一下，刘全慧不愧为守门员，就他一个说到了点子上。　　包括，李铭，曹天师，都是闲扯。　　这回镜子也在耍赖，先把波函数变回n=1，随便跑，再变n=2，就穿过去了。　　老黄有一句话说的没错，量子力学如果不修炼到随便扯的境界，就真的没学成。　　大家都喜欢薛定谔的波函数，对sin,cos有偏执，(无限光滑的东西，代表完美)，不要忘了矩阵力学。　　有人证明矩阵力学和波函数等价之后，就基本上再无人摆弄了。　　数学结果等价，但物理意义是不同的。　　人们喜欢当上帝，讨论精确到一点的情况如何，这个原因就是波函数盛行的主要原因。　　还有人准备对波函数细分，也许在其中一段不是sin，还有个高次谐波之类的。　　和老罗说两句，他是因果派的。　　为什么到了，相对论和量子力学，似乎因果被打乱了？　　理由很简单，因为这个因果是你构造的一张网，本身是一个幻象，而非真实的因果。　　上帝眼里的因果，也许从来不会断。　　你这个幻象因果，谁先谁后本来说不清，因为你无法得到数据，但你必须分出个序列来，结果就是顾了头，就顾不了尾。　　历史从来没有真的改变过，改变的是你对历史的分析。　　因为你的行为在不停的篡改数据，其结果，等同于篡改了我们可以谈论的历史。　　我们还只能谈论可以谈论的历史，也就是篡改过的历史，还在不停被篡改的历史，你有办法么？　　这你是没办法的事情，混乱是认为的，你越想搞清，但到时越搞不清。　　搞清是有限度的，因为你有个搞字，搞的结果不但是清，还是乱。　　你以为是越高越清，实际上是越搞越乱。　　这不扯远了，就说矩阵力学和波函数。　　矩阵处理的方波，中间过程，如镜子说的，你没必要管它。　　在方波还是正弦波的问题上，在能量守恒问题上，我试图教唆刘全慧升天，他死活不升天。　　也没办法。　　结果可靠就行了，你越想把中间过程搞清，你连现在的可靠的结果，都保不住了。　　老黄的问题，你要是用直方图，表达一下，还有什么问题么？　　　　为什么，我一直提倡方波，就是断了你这个念想。　　念想断了，你就升天了。　　就真的加入连续体了。　　Ｑ，有个体么？　　没有。　　一个Q，还是两个Q？　　数量对Ｑ，已经没意义了。　　升天之前，你是看不到连续体的。; 1165 次阅读|45 个评论

读《时间简史》感（三）——微观世界与时间往返: jddyxcn63 2011-1-27 16:44; 【霍金《大设计》：“为什么存在实在之物，而非一无所有？我们为什么存在？为什么是这一族特殊的定律而非别的？”】我们曾经认为地球是宇宙的中心，因为我们坚信上帝是我们的主。现在我们知道，上帝不单管我们，他还有很多事情要管，我们只是宇宙中的沧海一粟，我们在宇宙的时间长轴中就那么一小段，跟150亿年比，人类的历史只是可“微粒”。现代物理有个“不确定性原理”（海森堡），说是对粒子的位置测量得越准确，对速度的测量就越不准确，反之亦然。这真是一种矛盾！物质构成的粒子程序：物质-原子-电子+原子核，原子核-质子+中子-考克，考克有六“味”：上、下、奇、粲（càn）、底、顶，每味有三“色”：红、绿、蓝。一个质子=两个上考克+一个下考克，一个中子=两个下考克+一个上考克。粒子具有所谓的“自旋”性质，不同的粒子自旋状况不同。自旋为0的粒子像个圆点，从任何方向看度一样；自旋为1的粒子像一个箭头，从不同方向看是不同的，只有当它自旋一整圈时，才显得一样；自旋为2的粒子像个双箭头，只有转过半圈，看起来就是一样的；而自旋为1/2的粒子，要转过两周，才看起来一样。由于不同粒子的作用，物质存在四种力：引力、电磁力、弱核力、强核力。时间问题，是人类中的每个份子最关注的问题，也是现代物理研究结果中最能让我们感觉神奇、科幻的。毫无疑问时间是有方向的，可只有物理学家们在研究时间为什么有方向？使时间有方向的是时间箭头，它将过去和将来区别开来。物理学家们发现，至少有三个时间箭头：热力学时间箭头——在这个时间方向上无序度或熵增加；心理学时间箭头——我们感觉时间流逝的方向，在这个方向，我们可以记忆过去而不是未来；宇宙学时间箭头——在这个方向上，宇宙在膨胀，而不是收缩。如果我们可以运动得比光速快，事情将会变得怎么样？我们可以今天出发去遥远的地方，前天就已经回来了，也就是，我们可以实现回到过去的梦想。我们知道，光速是速度的极限，如果能够构建连接宇宙遥远区域间的时空管道，即虫洞，也许就可以克服速度的限制。; 个人分类: 阅读札记|2580 次阅读|0 个评论

测不准原理的一个经典情形: luocun 2010-9-16 05:07; 警告：俺的物理水平，从俺关于荡秋千的问题可见一斑。此博文纯属胡思乱想，阅后如有任何不良反应，后果自负。假定我们通过摄影来测量一个运动物体──比如在真空中无重力的条件下飞行的乒乓球──的速度和位置。在乒乓球飞行过程中，以一定的曝光时间（t）拍一张照片。然后，我们可以根据照片上乒乓球成像的位置来确定乒乓球在拍照时的位置。不过，由于曝光时间大于0，所以乒乓球的成像不会是圆，而更像一根火腿肠，所以我们也可以根据这根儿火腿肠的长度和曝光时间的关系，来确定乒乓球的速度。俺断定：位置和速度在这里存在测不准原理所描述的那种关系。为什么？要准确定位乒乓球的位置，当然是曝光时间越短越好。这样的话，火腿肠就越短，在飞行方向上的位置误差就越小。为了讨论方便，假定位置的误差（s）和曝光时间（t）成正比： s = h 1 t （1）这里h 1 是个常数。要准确定位乒乓球的速度，当然是曝光时间越长越好。这样的话，火腿肠就越长，在曝光时间内飞行方向上的位移的测量误差就越小，速度也就可以测得越准确。在最简单的情况下，咱们可以假定速度的误差（v）和曝光时间（t）成反比： v = h 2 / t （2）这里h 2 也是个常数。把两个式子联系起来看：要想通过缩短曝光时间（t）来准确测量位置（1），速度的误差就增加（2）；反之，要想通过增加曝光时间（t）来准确测量速度（2），位置的误差就增加（1）。把两个式子乘起来，就得到： s v = h 1 h 2 （3）然后，或者是由于h 1 和h 2 可能有内在联系，或者是干脆就把h1 h2给个新名字，我们可以用h来代替（3）中的h 1 h 2 ： s v = h （4）于是就得到了咱们的测不准关系。由于曝光时间t在（4）中并不出现，所以我们知道要想通过调整曝光时间来同时降低两个误差是不可能的。因为俺觉得上面这个（经典？）情形很直观，所以俺觉得海森堡的测不准原理其实并没有什么太奇怪的，也不应该是量子领域的专利，那么量子力学描述的世界是不是也并不太奇怪呢？最后说明一点，俺讲的并不是茅于轼先生所说的那种任何观察所必需的观察者、观察仪器和观察对象之间泛泛而言的相互作用。; 个人分类: 胡思乱想|4314 次阅读|2 个评论

[转载]量子力学创始人海森堡: wweeii2009 2010-7-27 11:45; 量子力学创始人海森堡 2001年 12月5日是量子力学创始人之一 W.K.海森堡诞辰一百周年纪念日。这一天在海森堡成长和工作多年的慕尼黑市组织了有多位世界著名物理学家参加的纪念活动。其实早在2001年9月德国A.冯洪堡基金会就在巴伐利亚州小城邦堡市召开了纪念海森堡诞辰一百周年的国际大会，与会者包括来自世界各地的近百位专家学者(笔者本人也有幸应邀参加了这一盛会)。在这两个会议期间，海森堡的关门弟子H.瑞辛堡等人举办了介绍海森堡生平、科学贡献和社会活动的图片展览。会后有关展览内容经瑞辛堡和G.威尔莫编辑成册，题为《Werner Heisenberg 1901 1976: Schritte in die Neue Physik》 (即《魏纳海森堡 1901 1976：探索新物理之路》 )，由德国Sax-Verlag Beucha出版社公开发行。本文摘取编译了该书中总结海森堡生平的部分章节，以飨读者。一. 海森堡的青少年时代 (19011924年) W.K.海森堡 1901年12月5日出生于巴伐利亚州小城乌尔兹堡。1910年海森堡一家迁居巴伐利亚州首府慕尼黑市。他的父亲A.海森堡在慕尼黑大学担任中世纪及现代希腊语言学终身教授。 1911年海森堡进入久负盛名的慕尼黑马克希米廉斯中学，并获得巴伐利亚州马克希米廉斯基金会颁发的奖学金。他的外祖父曾任该校校长。海森堡的中学时代恰逢第一次世界大战。 1917年至1919年间他作为志愿者服务于战争后方从事救助工作。1920年海森堡以优异成绩完成了中学学业，转入路易.马克希米廉斯大学(即慕尼黑大学)开始学习物理，数学，化学和天文学。在大学第一学期海森堡想加入数学家 F.林德曼的研讨班，却被拒绝了。他转而选择物理学家A.索末菲作为导师。索末菲教授精通原子理论，引导海森堡进入了新兴的量子论最前沿领域。1922年冬季索末菲带领海森堡来到哥廷根大学聆听物理学大师N.玻尔关于原子结构的系列讲座。年轻的海森堡给玻尔留下了深刻印象，两人的师生友谊也从此开始。索末菲为海森堡选定的博士学位研究课题是一个经典难题湍流。经过深入研究，海森堡提出了一种巧妙独到的解决湍流问题的方案。索末菲对海森堡的才能青睐有加，曾写信给他的父亲 A.海森堡称赞道，你的家庭出了一位物理学与数学奇才。尽管受到实验物理学家W.韦恩的刁难，海森堡还是通过了博士论文答辩，于1923年夏天毕业。获得博士学位后，海森堡受聘于哥廷根大学，担任物理学家 M.玻恩的助手。这时他的主要研究兴趣转到了量子理论。经过一年的努力，海森堡在哥廷根顺利通过了申请终身教授职位的资格考试。 1924年9月海森堡离开哥廷根，以洛克菲勒基金会研究员的身份奔赴他向往已久的理论物理学圣地哥本哈根大学玻尔研究所。这是他人生的一个重要转折点。二. 量子力学的诞生 (1924 1927 年) 在哥本哈根访问工作数月后，海森堡于 1925年5月返回德国，暂时任教于哥廷根大学。 1926年 5月他再次访问哥本哈根大学，担任理论物理学讲师和玻尔的主要研究助手。作为量子力学的创始人之一，1924至1927年是年轻的海森堡学术生涯的第一个颠峰期。玻尔与索末菲的半经典原子理论假设电子在围绕原子核的固定轨道上转动。这一理论取得了很大成功，但在解释几个关键实验结果 (如光谱的反常拉曼效应和辐射性质)时却彻底失败了。为了克服玻尔-索末菲模型的缺陷，玻恩、海森堡和W.泡利在德国以及玻尔等在丹麦分别展开了深入细致的研究工作。1925年6月在海格兰岛养病期间，海森堡的研究有了突破性进展，从而导致了全新自洽的原子理论量子力学的诞生。之后不久，玻恩、 P.约丹和海森堡在哥廷根大学建立了量子力学的完备数学体系，称为矩阵力学。当时量子力学有五种不同的数学体系： (1)矩阵力学，由玻恩、约丹和海森堡在哥廷根建立；(2)Q-代数，由P.狄拉克在剑桥建立；(3)积分方程理论，由K.兰酋斯在法兰克福建立；(4)算符力学，由玻恩和N.维也纳合作完成；(5)波动力学，由苏黎世大学的E.薛定谔于1926年根据L.德布勒意在1923年提出的物质波思想推导建立。在这五种不同表述中，薛定谔的波动力学最为实用，因为它的数学形式直观简洁，可以计算当时所有的原子问题。如何诠释量子力学波函数的概念是 1926年理论物理学界的一大焦点。经过一番辩论，薛定谔的连续诠释观点被玻恩的统计诠释观点和狄拉克-约丹的统计变换理论驳倒了。1927年海森堡首次提出并证明了量子力学的测不准原理。紧接着玻尔发展了互补性原理。至此量子力学的基本概念得到了完备自洽的物理解释。三. 莱比锡原子理论的新中心 (1927 1933 年) 早在 1926年春天海森堡就收到邀请，莱比锡大学有意提供给他一个特聘教授职位。但是他放弃了这个难得的机会，赴哥本哈根访问并同玻尔一起工作。莱比锡大学的教授职位后来给了索末菲的另一个得意门生G.温奇尔。1927年年关前后，莱比锡大学的两位物理学终身教授T.德司考蒂意斯和O.维也纳相继去世。他们空出的实验物理学教授职位由索末菲的第一个博士生P.德拜填补上，而理论物理学教授职位则给了海森堡。海森堡于 1927年10月到莱比锡任职后，立即吸引了许多天才后生前来求学。海森堡带领学生们开始了凝聚态量子力学的研究工作，并同其它原子理论研究中心(比如哥本哈根，哥廷根，慕尼黑和苏黎世)一直保持密切的学术交流。他与苏黎世的关系尤其特殊，因为他的密友泡利在苏黎世高等工业大学工作。泡利于1928年获得了理论物理学终身教授职位。当 1928年夏天温奇尔离开莱比锡去苏黎世大学接替薛定谔时(后者已于早些时候赴柏林大学就任以量子论的创始人M.普朗克命名的终身教授职位)，罗斯道克大学的F.洪特加盟海森堡的研究所并担任数学物理终身教授。洪特与海森堡早在哥廷根就是好朋友，两人在为人与教学等方面相得益彰，吸引了大批年轻学生和著名学者从世界各地前来莱比锡参加他们的讲座与研讨会。此外，与数学家们的密切合作使海森堡进一步巩固了量子力学的数学基础。名噪一时的莱比锡大学周是由德拜组织的。这一活动促进了现代物理和化学的理论与实验方法的广泛交流。在第一次大学周活动中，狄拉克做了关于相对论电子的全新量子理论的讲演。四. 周游世界及荣获诺贝尔奖 (1929 1933 年) 1929年 3月初海森堡完成了一篇重要的研究手稿，概括了他两年来推导相对论性量子场论的尝试和结果。之后他开始访问美国，首先到达东海岸的麻省理工学院 (波士顿)和哥伦比亚大学(纽约),接着来到芝加哥大学并做了题为量子理论的物理原理的系列讲座。当时海森堡的朋友狄拉克正在威斯康星大学访问工作。两人相约一道去了美国西部，游览了著名的黄石国家公园和加州大学。后来他们经由夏威夷访问日本。海森堡和狄拉克向汤川秀树等日本同行介绍了他们各自在量子力学方面的最新研究工作。最后海森堡取道中国和印度返回了莱比锡，而狄拉克则穿越了苏联经由莫斯科回到剑桥。这趟世界之旅大大提高了海森堡本人和量子力学的知名度。 1932年他再次应邀访问美国。许多美国和日本学生及学者频繁来莱比锡求学或讲学。国际著名的物理学大会(如1930年和1933年在布鲁塞尔召开的索尔维会议和1931年在罗马召开的核物理大会)也纷纷邀请海森堡参加并做报告。这些国际大会以及玻尔研究所举办的精英荟萃的小型研讨会激发了海森堡的物理思想也同时传播了他的最新研究成果，其中包括关于原子核结构的理论和关于宇宙线中的高能基本粒子过程的理论。 1933 年底海森堡名至实归，荣获 1932年度的诺贝尔物理学奖该奖项肯定了他对量子力学理论及其应用的创造性贡献。与此同时，诺贝尔奖评委会宣布将 1933年度的物理学奖颁发给狄拉克和薛定谔，以表彰他们对新的原子理论的杰出贡献。五.犹太物理学与德意志家庭(1933 1939 年) 1933年初由新纳粹政府蓄意煽动的第一波种族歧视浪潮对德国各大学造成严重冲击。海森堡在哥廷根的老师玻恩和 J.弗兰克不得不移居国外，他的助手F.布劳赫离开了莱比锡，原先的学生如R.佩尔斯和E.泰勒以及原来的助手G.贝克等都无法在德国的大学保留原职。1933年11月，首次针对海森堡的人身攻击开始了，原因是他拒绝在一篇向A.希特勒献媚的致词中签名。然而海森堡依旧公开反对政府强行解雇更多的犹太同事，尽管他和他的朋友们的这种努力在残酷的现实面前是徒劳的。在犹太学者被驱逐出德国各大学和研究所之后，科学界的纳粹帮凶们加强了他们反对普朗克、 M.冯劳厄和索末菲的活动。更有甚者，他们把矛头指向年轻的海森堡，因为在这些人眼中海森堡是犹太物理学(特别是相对论和量子力学)的主要代表人物之一。海森堡成功地抵制了用心险恶的诽谤，但最终他没有被当局允许去接任他的导师索末菲在慕尼黑大学的终身教授职位。此后，现代物理学的研究环境在德国急剧恶化，而美国则在许多方面取代德国处于领先地位。许多莱比锡的同事在这段困难时期给予了海森堡巨大帮助和安慰。 1937年4月，海森堡与E.苏玛赫结婚，组成了一个典型的德意志家庭。两人共生育了七个孩子。有限的国外旅行以及那仍旧具有国际水准的莱比锡理论物理研讨会使得海森堡能够和世界范围的量子物理学家们保持一定程度的联系和交流。尽管战争的阴云笼罩欧洲，尽管收到名声卓著的美国大学的高薪聘请，海森堡经过一个夏天在巴伐利亚的阿尔卑斯山避难之后依然于1939年8月返回莱比锡。六. 从和平到战争：核物理与核能源 (1935 1945 年) 在三十年代海森堡继续探索一个能够满足相对论的量子场理论。他为此与泡利和其他苏黎世的同行开展了合作研究。海森堡和他的学生在高能宇宙线和介子理论方面也做了大量工作，并和日本著名物理学家汤川秀树就有关问题通过书信进行探讨。他成功地创立了莱比锡理论核物理讲习班，在国际上久负盛誉。这个讲习班直到第二次世界大战爆发后才被迫停办。 1938 年 12月O.哈恩和F.思特拉斯曼发现了铀裂变。这一发现使得原子能的开发和利用成为可能。1939年9月战争在欧洲爆发，德国军械局把利用铀裂变制造核武器的研究立项，并招海森堡来领导这个项目。海森堡首先在理论上分析了铀裂变机器的工作原理，然后和他的莱比锡同事进行了实验研究。1942年春天他们相当肯定地得出结论，建立以天然铀为燃料和以重水为缓冲剂的核反应堆是现实可行的。到了 1942年年中，纳粹军械局将上述铀裂变项目转交民用部门负责。海森堡被任命为凯萨-威海姆物理研究所所长兼柏林大学教授，计划在柏林进行核武器的具体研制和大规模实验。由于战争条件的限制，该计划直到1945年初才在德国南部小城海格劳赫实施并近乎取得成功。尽管海森堡肩负战时秘密使命，他仍被允许数次出访国外，其中包括 1941年9月的哥本哈根之行。海森堡是否在哥本哈根将德国的核武器计划泄露给了玻尔已成为一个历史谜团。就海森堡本人而言，他希望访问交流能使自己与丹麦、荷兰、匈牙利以及瑞士的同事和朋友保持学术联系。在欧洲战事即将结束时，一个美国特别分队逮捕了海森堡和其他九位德国原子物理学家。他们被拘留在英国将近一年，接受盟军的秘密审讯。在拘留所里，海森堡等人获悉了日本广岛和长琦被美军原子弹摧毁的消息。第二次世界大战以核武器的研制成功和毁灭性使用后果而告终。七. 重建德国和欧洲的物理事业 (1945 1957 年) 1945年 10月，和海森堡一同被拘留在英国的德国物理学家哈恩荣获1944年度的诺贝尔化学奖该奖项肯定了他率先发现铀裂变的科学意义。在这之前，英国物理学家及政府科学顾问P.布拉克特已经同哈恩，海森堡和冯劳厄讨论了重建德国科学事业的可能性。重建工作是在盟军的严格监督和限制下展开的。由于饱受战火的摧残，德国当时一片废墟。几个前凯撒 -威海姆学会所属的研究所迁到英美控制区，由马克思-普朗克学会统一领导。这样海森堡将他的物理研究所从柏林迁至哥廷根，并增加了基本粒子物理和天体物理等新学科。不久以后海森堡与英国、意大利、瑞士和西班牙的同行恢复了密切的学术交流。日益广泛的国际交流慢慢冲淡了盟军原定的对德国科学家从事原子和原子核物理研究的种种限制。在重振西德的科学事业过程中，海森堡和时任马普学会主席的哈恩起了关键作用。 1949至1951年间，海森堡担任德意志研究院院长。他同时是西德政府处理核问题的科学顾问。到了五十年代中期，西德也参加了一些开发利用核能的项目。然而海森堡、哈恩、冯魏茨塞克和其他科学家坚决反对政府生产制造任何核武器。他们为此于1957年4月发表了著名的哥廷根限制核武器宣言。 1952 年 6月，由海森堡等人倡议的西欧核子研究中心(CERN)在日内瓦正式创建。这是一个以研究基本粒子和原子核的性质与相互作用为目标的国际物理中心，海森堡是该中心的首任科学政策委员会主席。德国的许多科研机构(如海森堡任所长的哥廷根物理研究所)都参加了西欧核子中心的合作项目。 1953年海森堡担任战后重建的 A.冯洪堡基金会主席，邀请世界各国的优秀青年学者到西德的大学和研究所从事科学研究和交流。他担当这一职务达二十七年之久，直到去世。如今冯洪堡基金会名声显赫，受它资助过的学者遍布全世界。八. 科学、政治、哲学和艺术 (1955 1976 年) 通过战后的各种活动，海森堡逐步规划和重组了德国的基础科学研究。特别是在马普学会内部和涉及所谓大规模科学研究计划方面，海森堡起的作用影响深远。 1958年9月海森堡回到慕尼黑，将他原先的研究所扩展为国际著名的马克思-普朗克物理和天体物理研究所，并与L.比尔曼共同担任所长。以此为模式，海森堡又在慕尼黑附近的伽兴市推动成立了马普等离子体研究所和马普大气物理所，在斯坦堡市推动成立了马普生态环境研究所。对于海森堡来说，一个关于物质的最基本组份的理论应该基于对称性、简单性和完整性。这不仅反映了他作为物理学家的深邃洞察力，也是他的世界观的思想基础。他认为对称性、简单性和完整性是概括物质世界的普遍规律的出发点，可以从物理学、化学和生物学延伸到人类意识、社会秩序、宗教行为和艺术活动的各个方面。海森堡晚年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。他的研究工作最初得到了泡利的支持，但是后来泡利开始怀疑海森堡的物理想法并最终退出了合作。海森堡的有关研究结果虽然在 1959年后陆续发表，却没有被物理学界广泛接受。这种情况是他以往不曾遇到的，也很令他失望。尽管如此，海森堡的所谓非线性旋量场理论包含了许多具有创新意义的物理思想，启发后人最终成功地建立了电磁和弱相互作用的统一量子理论。虽然战后德国分裂成东西两个不同的政治实体，这并没有影响海森堡偶尔从西德造访属于东德的莱比锡。他于 1958年在莱比锡物理研究所和1967年在萨克逊科学院的讲演吸引了大批听众，造成了广泛的影响。 1976 年2 月1 日，一代物理学宗师海森堡在慕尼黑逝世，享年七十五岁。（本文2001年由邢志忠编译，发表于《现代物理知识杂志》）转自 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=8329; 个人分类: 未分类|2611 次阅读|0 个评论

寻找海森堡——慕尼黑旅记: Penrose 2010-7-7 20:07; 天鹅城堡自从去年那次去德国慕尼黑之后，和朋友们聊起，我才知道原来慕尼黑有那么多著名的地方，于是一直盼望着今年的慕尼黑之旅。好不容易盼来了出发的日子，那边实验站却突然因故暂停运行，我们要是过去没法做实验就是白白浪费钱和时间，无奈只好坐等几天。后来决定还是尽快过去那边等，用大师兄的话说就是赌了！当然，我也做好了万一做不成实验的准备我的旅游计划。因为到那边时正好赶上周末，于是第一站我预想着去巴伐利亚州阿尔卑斯山上的天鹅城堡。这座城堡的美恐怕许多人早已认识，因为迪斯尼电影片头的那个城堡就是它！所以有人又称它为白雪公主堡，而天鹅城堡之名来自于建成城堡时到处都养着美丽的天鹅。城堡的第一个主人巴伐利亚国王路德维希二世是茜茜公主的表弟、铁血宰相俾斯麦的好友，年少的他对美丽的表姐萌发了的爱情，只可惜茜茜公主在15岁就嫁到了奥地利，朦胧的爱情无果而终。而后国王一生沉溺在自己的童话梦想里，于是开始修建童话式的城堡，直到他出走死去的那天城堡也没有竣工，国家给他最后一个封号是精神病患者。而后天鹅城堡在德国人不断修缮下终于完工，才有了今天如此梦幻般的童话世界。看到这些介绍，我们早已心痒的不行了。遗憾的是，去实验站报道的那天得到消息：实验站当晚就可以恢复运行，明天一早开始我们的实验。童话的世界又一次留在了我的梦想里飞机上的日落很华丽，我对此行原本也充满着如此的憧憬。计划赶不上变化，我们只能如期开展实验。我不清楚慕尼黑纬度有多高，但是这期间，都晚上9：30了居然还可以看到太阳！不知道是时差还是太阳的原因，我们常常忘记应该几点去吃饭，或者是不是该吃饭了，或者该去哪里吃饭，或者在街上迅步寻找合适的饭店。那边的几天，印象最深的几顿饭：一是一家日本回转寿司店，里面放的萨克斯音乐居然都是刘德华、张宇、张学友等华星的歌词旋律；二是在一个高速路旁的五洲大酒店，自助餐很过瘾，什么鸵鸟肉、袋鼠肉都尝试过了，没发现和牛羊肉有什么区别；三是一家印度餐馆，因为几次找餐馆都看到印度菜，师弟说咱们和印度菜有缘，那就决定亲密接触一把，结局是惨不忍睹的，米饭和咖喱牛肉都很难下咽，只能放弃。在慕尼黑出租车都是奔驰，坐着那个叫舒泰啊。不过我们嫌贵，只在第一天下飞机赶去旅馆登记才打车，花了四十多欧，很是心疼。我们下榻的小旅馆周边村居。预订时说是三星级，到了后才发现是个家庭旅馆，全旅馆就三个工作人员，老太太和她两个儿子。早餐很郁闷，很难找到想吃的东西，房间也很狭小，还好有无线网络。旅馆的餐厅可以免费看球，和街上许多咖啡店一样，都有大屏幕或者投影仪看球赛，咱们只能看画面、当聋子。老太太也只说德语，我们那个郁闷啊 Kieferngarten是离旅馆最近的地铁站，这个就是站牌，简单的要命。后来才知道，Kieferngarten是松树园的意思，原来不远处是一片松树林。地铁内景，空无一人。慕尼黑坐地铁除了自主购票、无人检票、随意轻松换乘外，而常常有舒适的座位，这些在北京地铁里都不可想象。这好像是一趟晚上12点的车，这是我们每天的最早下班时间，上班时间是九点以前，幸亏没几站地这个就是实验站的大门，隶属于慕尼黑科技大学。这个校门估计比中国所有学校的大门都还要简朴，但单凭人家拥有世界一流的核反应研究堆这一点，其科研实力恐怕在中国无法找到与其相当者。这个是废弃的第一代核反应堆，一个巨型的蛋。像不像竖立着的咱们国家大剧院？马克斯普兰克研究所等离子体物理研究所，坐落在玻尔兹曼街上。这个所不大，可据说有不少诺贝尔提名的人。玻尔兹曼街其实很短，步行走完不超过5秒，就像玻尔兹曼的人生，短暂而光辉。拜仁慕尼黑队的主场阿联球场。德国国家队很多队员都来自拜仁，他们都很优秀，德国能在世界杯赛场上如此出色的表现，跟拜仁的贡献也是分不开的。我们实验进程很紧张，只有偶尔的一两个小时可以溜出去，顶着太阳看半场球赛，喝一杯苦涩的啤酒。明信片架。上两张是啤酒节的象征，传统的巴伐利亚服装，露出大胸部和美腿彰显热情。中间是慕尼黑最古老的大教堂。下面就是阿联球场的夜景，有红、蓝、白三种颜色，只要你路过，就一定会注意到。玛利亚广场卖艺者。不知道他们是在卖艺，还是在自娱自乐？玛利亚广场表演的小丑。小女孩上前扔一个硬币，小丑就会弯下腰来让你在他的签名簿上留言。乞讨也需要艺术啊！终于有了半日闲的机会，在遗憾地取消天鹅城堡之旅后，我们决定完成另一个心愿寻找海森堡。确切地说，是寻找海森堡之墓。Werner Heisenberg，量子力学的创始人之一，德国著名物理学家，他和玻尔的合作闪耀了20世纪人类最顶级的智慧，他和玻尔的友谊破裂也成了物理学史上一段秘史。有人说海森堡曾为纳粹造原子弹，可他故意拖延时间，最终没有成功（据说是玻尔没有告诉他秘诀所在）。而在美国人成功造出原子弹并在日本实战试验之后，盟国取得了反法西斯的胜利，海森堡成了战俘并被囚禁。因为这段耻辱的历史，海森堡被物理学界排斥，再也没做出更加杰出的贡献，海森堡的一生也因此充满传奇和神秘的色彩。关于海森堡的故事，诸位还是请看张文卓同学的博客《我，海森堡》。正是张文卓告诉我，海森堡的墓地，就在慕尼黑市区南边一个叫 Waldfriedhof 森林里的第 163 号墓地里，墓碑面向西。于是我们直奔而去。到了墓园才发现，原来这是一片巨大的森林，每号墓地都有一百平米以上，而一共有两三百号墓地！我们从一号找起，看到了很多各式各样的墓碑，这就是一个家族墓地。终于在163号墓地的一个极其不起眼的小角落看到了这个极其不起眼的墓碑，海森堡和他的父母、妻子葬在一起。点缀墓地的就几颗绿植，再也没别的东西。在伟人的面前，即使跪下也显得自己渺小。墓碑近影。可以看出海森堡的父亲是个大学教授。而海森堡自己的介绍只有一个单词：Physiker（物理学家），没有所谓的那句:我既在这里也在那里的鬼话。想起当今中国自称为科学家或者物理学家的人有多少，也没见他们脸红过。或许海森堡认为，物理学家足以概括他的一生，正如玻尔兹曼，一个S=KlnW公式就是他的一生。回程的飞机上，云海很飘逸，但下面的沙漠就不让你那么惬意了。记住，这里离北京已很近。; 个人分类: 水煮物理|19386 次阅读|15 个评论

讀書卡片9：海森堡談科學與宗教: jiangjinsong 2010-6-1 21:25; 已經證實了的科學結論的正確性應當合理地不受到宗教思想的懷疑，反之亦然，發自宗教思想內心的倫理要求不應當被科學領域的極端理性的論證所削弱。宗教是倫理的基礎，而倫理是生活的先決條件。一個科學界的代表，如果他努力思索了宗教真理和科學真理的關係，也必須承認宗教無所不包的意義。《物理學和哲學》，商務印書館，1984; 个人分类: 讀書卡片|3538 次阅读|0 个评论

天才的足迹--Werner Heisenberg: huanghe 2009-4-10 09:42; 天才的足迹 --Werner Heisenberg 海森堡 (Werner Heisenberg,1901 年 -1976 年 ), 德国著名物理学家 , 量子力学的创立人之一 . 他于 20 世纪 20 年代创立的量子力学 , 可用于研究电子 , 质子 , 中子以及原子和分子内部的其它粒子的运动 , 从而引发了物理界的巨大变化 , 开辟了 20 世纪物理时代的新纪元。 1932 年 , 荣获诺贝尔物理学奖 , 成为 20 世纪继爱因斯坦和波尔之后的世界级的伟大科学家。艺术与物理 Heisenberg 不仅对量子力学感兴趣 , 对艺术和音乐也十分在行 . 他的研究风格与达芬奇作画时尽量利用素描 , 色彩和光线的明暗等手段相似 , 力求达到客观与主观的协调一致。他认为 : 音乐如同语言 , 极具个性化 ; 而物理研究也如同作曲 , 古典物理犹如巴赫的交响曲。而他把物理当成了作曲，不同的是 , 作曲家使用的是音符 ,Heisenberg 则使用数学符号。他了解的是物理的自然法则 , 在其理论的声音里没有游离音 , 在他的证明空间里发出的音调是原子法则 , 其目的是为了完善原子理论。青少年时代 (19011924年) Heisenberg1901 年 12 月 5 日出生于巴伐利亚州小城乌尔兹堡。 1910 年 Heisenberg 一家迁居巴伐利亚州首府慕尼黑市。他的父亲 A.Heisenberg 在慕尼黑大学担任中世纪及现代希腊语言学终身教授。 1911 年 Heisenberg 进入久负盛名的慕尼黑马克希米廉斯中学。 1917 年至 1919 年间 Heisenberg 作为志愿者服务于战争后方从事救助工作。 1920 年 Heisenberg 进入慕尼黑大学开始学习物理 , 数学 , 化学和天文学 ; 在这个十字路口上 , 他首先选择了数学 : A) 大学第一学期 Heisenberg 想加入数学家 F. 林德曼的研讨班却被拒绝 ( 原因是经过一次见面 F. 林德曼之后认为他不适合学习数学 ) B) 数学之门关闭之后他转而选择物理学家 A. 索末菲作为导师 , 索末菲引导他进入了新兴的量子论最前沿领域 1922 年冬季索末菲带领 Heisenberg 来到哥廷根大学聆听物理学大师 N. 玻尔关于原子结构的系列讲座 . 年轻的 Heisenberg 给玻尔留下了深刻印象 , 两人的师生友谊也从此开始 Heisenberg 的博士论文是经典难题湍流：经过深入研究 ,Heisenberg 提出了一种巧妙独到的解决湍流问题的方案。索末菲对 Heisenberg 的才能青睐有加 , 曾写信给他的父亲 A.Heisenberg 称赞道 , 你的家庭出了一位物理学与数学奇才 . Heisenberg1923 年夏天获得博士学位，尽管答辩时曾受到实验物理学家 W. 韦恩的刁。获得博士学位后 ,Heisenberg 受聘于哥廷根大学 , 担任物理学家 M. 玻恩的助手。这时他的主要研究兴趣转到了量子理论 . 经过一年的努力 ,Heisenberg 在哥廷根顺利通过了申请终身教授职位的资格考试 . 1924 年 9 月 Heisenberg 离开哥廷根 , 以洛克菲勒基金会研究员的身份奔赴他向往已久的理论物理学圣地哥本哈根大学玻尔研究所 . 量子力学的诞生 (1924 1927年) 在哥本哈根访问工作数月后 ,Heisenberg 于 1925 年 5 月返回德国 , 暂时任教于哥廷根大学 ;1926 年 5 月他再次访问哥本哈根大学 , 担任理论物理学讲师和玻尔的主要研究助手 . 作为量子力学的创始人之一 ,1924 至 1927 年是年轻的 Heisenberg 学术生涯的第一个颠峰期 .1925 年 6 月在海格兰岛养病期间 ,Heisenberg 的研究有了突破性进展 , 从而导致了全新自洽的原子理论 -- 矩阵量子力学的诞生。之后不久 , 玻恩 ,P. 约丹和海森堡在哥廷根大学建立了量子力学的完备数学体系 , 称为矩阵力学 ! 当时量子力学有五种不同的数学体系 : (1) 矩阵力学 , 由玻恩 , 约丹和海森堡在哥廷根建立 ; (2)Q- 代数 , 由 P. 狄拉克在剑桥建立 ; (3) 积分方程理论 , 由 K. 兰酋斯在法兰克福建立 ; (4) 算符力学 , 由玻恩和 N. 维也纳合作完成 ; (5) 波动力学 , 由苏黎世大学的 E. 薛定谔于 1926 年根据。 L. 德布勒意在 1923 年提出的物质波思想推导建立。如何诠释量子力学波函数的概念是 1926 年理论物理学界的一大焦点 . 经过一番辩论 , 薛定谔的连续诠释观点被玻恩的统计诠释观点和狄拉克 - 约丹的统计变换理论驳倒了。 1927 年 Heisenberg 首次提出并证明了量子力学的测不准原理 . 紧接着玻尔发展了互补性原理。至此量子力学的基本概念得到了完备自洽的物理解释 . 第一次世界大战结束后 , 欧洲终于恢复了平静 ; 哥本哈根聚集了一群充满朝气的物理学家。德国的 Heisenberg, 瑞士的泡利 , 英国的狄拉克等人都投师于玻尔的门下 , 形成闻名于世的哥本哈根学派 , 他们共同完成了新的量子力学理论。其中不确定性原理可谓量子力学的基石 , 它是 Heisenberg 于 1926 年至 1927 年间提出的微观世界的基本法则 . 莱比锡原子理论的新中心 (1927 1933年) Heisenberg 于 1927 年 10 月到莱比锡任职理论物理学教授 , 并带领学生进行凝聚态量子力学的研究。并同其它原子理论研究中心 ( 比如哥本哈根 , 哥廷根 , 慕尼黑和苏黎世 ) 一直保持密切的学术交流。泡索尔维会议 (1930,1933) 海森堡应邀参加并做报告，与泡利 ,W.(Wolfgang Ernst Pauli1900 ～ 1958) 接下深厚的友谊。泡利于 1928 年获得了理论物理学终身教授职位 . 由于发现不相容原理 ( 后称泡利不相容原理 ), 获得 1945 年诺贝尔物理学奖。 1929 年 3 月初 Heisenberg 完成了一篇重要的研究手稿 , 概括了他两年来推导相对论性量子场论的尝试和结果。之后开始访问美国 , 先后访问了麻省理工学院 , 哥伦比亚大学 , 芝加哥大学并做了题为量子理论的物理原理的系列讲座 . 经由夏威夷访问日本， Heisenberg 和狄拉克向汤川秀树等日本同行介绍了他们各自在量子力学方面的最新研究工作。最后海森堡取道中国和印度返回了莱比锡 , 而狄拉克则穿越了苏联经由莫斯科回到剑桥。 1933 年底 Heisenberg 实至名归 , 荣获 1932 年度的诺贝尔物理学奖该奖项肯定了他对量子力学理论及其应用的创造性贡献。与此同时 , 诺贝尔奖评委会宣布将 1933 年度的物理学奖颁发给狄拉克和薛定谔 , 以表彰他们对新的原子理论的杰出贡献。从和平到战争:核物理与核能源(1935 1945年) 1937 年 4 月 , 犹太物理学与德意志家庭纳粹政府蓄意煽动的种族歧视浪潮对德国各大学造成严重冲击 , 许多犹太同事相继离开 . 对 Heisenberg 的人身攻击开始了 , 原因是他拒绝在一篇向 A. 希特勒献媚的致词中签名 , 但他抵制了用心险恶的诽谤。 1937 年 4 月 ,Heisenberg 与 E. 苏玛赫结婚 , 组成了一个典型的德意志家庭 . 两人共生育了七个孩子。德国军械局确定了利用铀裂变制造核武器的研究立项 , 并招 Heisenberg 来领导这个项目。 1942 年 ,Heisenberg 被任命为凯萨 - 威海姆物理研究所所长兼柏林大学教授 , 计划在柏林进行核武器的具体研制和大规模实验。 1945 年初在德国南部小城海格劳赫实施近乎取得成功 . 同年 , 美国特别分队逮捕了 Heisenberg 和其他九位德国原子物理学家并进行秘密审讯 . 拘留所里 ,Heisenberg 等人获悉了日本广岛和长琦被美军原子弹摧毁的消息。第二次世界大战以核武器的研制成功和毁灭性使用后果而告终。重建德国和欧洲的物理事业(1945 1957年) 1949 至 1951 年间 , Heisenberg 担任德意志研究院院长 . 他同时是西德政府处理核问题的科学顾问。 1952 年 6 月 , 由 Heisenberg 等人倡议的西欧核子研究中心 (CERN) 在日内瓦正式创建。 1953 年 Heisenberg 担任战后重建的 A. 洪堡基金会主席 , 邀请世界各国的优秀青年学者到西德的大学和研究所从事科学研究和交流。他担当这一职务达二十七年之久。 1957 年 4 月发表了著名的哥廷根限制核武器宣言。天才的殒落 1976 年 2 月 1 日 , 一代物理学宗师 Heisenberg 在慕尼黑逝世 , 享年七十五岁。海森堡物理学全明星原子弹爆炸附上海森堡1927测不准原理原文。愿国内学者也能多发表如此经典的论文海森堡测不准原理; 个人分类: 科学人文|8448 次阅读|1 个评论

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