海森堡——一个被误解误传的量子力学奠基人(上).pdf

纪念量子力学诞生一百周年

海森堡——一个被误解误传的量子力学2024－09－23收到

†email：zxcao@

奠基人(上)DOI：10.7693/w

CSTR：32040.14.w

曹则贤†

(中国科学院物理研究所北京100190)

…scheintesmireinederwichtigstenSeitenderQuantenmechanik,daßsieaufder

KorpuskularvorstellungderMateriebasiertist…

…我觉得，量子力学之最重要的一面是，它是基于粒子图像的…

——海森堡，1926

摘要海森堡是量子论和量子力学发展史上的关键人物之一。海森堡引入了半量

子数，提出了研究原子问题关注可观测量的思路，给出了引出矩阵力学的求和规则，基于

波动力学处理多体问题提出了交换能的概念进而建立了铁磁模型，提出了不确定性原理，

其关于原子核构造的理论引出了后来的同位旋量子数。海森堡无疑地是第一流的物理学家，

有着非同寻常的物理直觉。围绕他的一些不解之谜是量子力学史的持久话题。

关键词反常塞曼效应，半量子数，色散关系，可观测量，矩阵力学，多体问题，

交换作用能，铁磁性，不确定性原理，海森堡表示，原子核构造

1951)教授。似乎索末菲也对接收海森堡不是很热

1海森堡小传心，英文文献谓索末菲曾说过“Itmaybethatyou

knowsomething；itmaybethatyouknownothing.

海森堡(WernerHeisenberg，1901—1976)出生Weshallsee.”笔者特别声明，笔者没找到这话的

于德国的维尔茨堡，九岁时其父到慕尼黑大学任原文出处。索末菲是量子论的关键人物，其于

希腊研究教授，海森堡随父到了慕尼黑并在那里1916年量子化了电子轨道的取向(所谓的空间量子

长大和接受教育(图1)。海森堡年轻时参加过一个化)。海森堡跟着索末菲这样的导师，在我们称为

名为Neupfadfinder(新寻路者)的精英组织。据信“大二”的那一年其科学人生就开挂了。1921年，

“寻路(pathfinding)”在其他方面也很重要，比如

他们也试图重新发现科学(discoverscienceanew)。

海森堡把兴趣集中在远离应用的那些科学领

域，可能是因为他的同志们把物理学烙上了

“mechanicmaterialism”的印记。Mechanicmateria-

lism这个被我们误译为机械唯物主义的概念对

于理解20世界的物理学具有重要的意义，它是

一种认识到物质之下有运行原理的哲学，此乃

mechanics之真义。1920年10月海森堡想进慕尼

π

黑大学数学系，投奔证明了是超越数的林德曼

(FerdinandvonLindemann，1852—1939)，被拒后

图1海