《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》。

海森伯是20世纪德国著名的理论物理学家，诺贝尔物理学奖得主，他创立了量子力学的矩阵力学形式及测不准原理，创建了关于原子核的中子一质子模型，对国际物理学产生了广泛影响，是一位拥有崇高学术声誉的科学大师。本书是从海森伯著作中精选而得，分为“海森伯谈人生、社会与艺术”、“海森伯的科学思想与科学方法论”、“海森伯的科学认识论”三部分，书前有“导读”，书后有大师的生平及著作年表，它可以为我们在科学研究与科学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，是一本适合青年学生阅读的高质量的科学普及读物。

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

走向新起点

到1941年末，我们的“铀俱乐部”已经大体上掌握了原子能技术开发中涉及的物理学问题。我们知道，天然铀和重水可以用来建造核反应堆，这种反应堆能够提供能量，并产生一种像铀235一样裂变物铀239，也可以作炸药。以前，也就是接近1939年年底，由于理论上的理由，我曾怀疑，碳可以代替重水用作减速剂，但是，测定碳的吸收能力却错误地导致了一个过高的数值。由于在另一个著名的学院里仅做了这个测定，我们再也没有费神去重复它了，于是我们很快地放弃了整个想法。至于铀235的产生，我们知道，在战争条件下，德国没有适当的方法能生产出有意义的数量。总之，尽管我们知道在原理上和用什么方法上现在可以制造原子弹了，但是我们过高地估计了有关的技术上的成就。所以我们能愉快地向当局提出了一个关于最新发展的绝对真诚的报告，然而感到德国肯定不会作出认真的尝试来制造原子弹，需要完成的技术上的努力似乎是一个非常遥远的目标，这一目标显得如此惊人，以致在国家面临紧张的局势下，希特勒未必能下决心去这样做。

不过，我们都感到我们已处于非常危险的境地，因而我只能偶然地和魏扎克、威尔兹、詹森和豪特曼斯等人对于我们所做的工作是否正确，进行长时间的、详细的讨论，我还清楚地记得，那一次在大哈里姆的凯塞、威尔海尔姆物理研究所我的房间里，我和魏扎克谈话的情景。当时詹森刚好离开了我们，魏扎克说了如下一段话：

“在目前，我们不必为原子弹的事情而担心，只是由于技术研究计划看来完全超出了我们的物力，但这是容易改变的。若是如此，我们继续在这里工作对吗?我们在美国的朋友现在能做些什么呢?他们能够全力地投入原子弹这个项目吗?”

我尽量把自己摆在他的位置上。

“美国的物理学家，尤其是那些从德国移居到那里又受到优厚待遇的物理学家的心理状态，与我们是极不相同的。他们都可以使人们坚信他们在为正义而斗争。但正由于原子弹的应用使得成千上万的平民瞬间遭到屠杀，这也可以认为它是在保卫正义事业吗?难道我们真的又要搬用那个传统的格言，即只要目的正当就可以不择手段了吗?换言之，难道说要我们建造原子弹是为了正义的而不是为非正义的事业吗?倘若我们采取这样一种观点，而它又在历史上不适当地流行的话，那么谁来判定哪种事业是正义的哪种事业又是非正义的呢?希特勒的事业是非正义的这是容易看出的。但美国的事业全都是正义的吗?同样，难道我们不必根据他们所寻求的手段去评价他们吗?当然，即使是正义的战争也会包含着一些不好的手段，但是难道不存在一个界限，在超出这个界限的任何情况下我们什么都不应当做吗?在上一个世纪，人们试图通过条约的协定来限制有害的战争手段的使用，但是在当前的战争中，希特勒已全然不顾这些协定了，在这一点上，希特勒比他的敌手更有过之而无不及。总之，我认为我们可以制造那种在美国物理学家那里也不喜欢的原子弹，当然，由于受到我们的威胁所刺激，他们也是可能制造的。”

魏扎克对我说：“如果你能够在哥本哈根和玻尔讨论整个这些问题的话，这也许是件好事。例如玻尔可以说明这样的观点，指出我们是错误的，我们必须停止使用铀的工作，那将对我有极大的启示。”

在1941年秋，当我们以为已经有了一个关于相当清晰的技术可能性的前景时，我们要求德国在哥本哈根的大使馆为我安排一次公开的讲演。我记得我是在1941年10月到达丹麦的，而且当我到卡尔斯贝格玻尔的家拜访他，直到傍晚散步时，我才把制造原子弹的危险课题提出来同他讨论。由于意识到玻尔已被德国人监视，我说话时极其慎重。我暗示说，现在建造原子弹原则上是可能的，但那需要技术上作出巨大的努力和尝试，而且物理学家们也许应当问问自己，他们是否应该全然在这个领域工作。遗憾的是当我稍微触及制造原子弹的可能性时，玻尔就马上表现得十分震惊，以致顾不及去领会我的话中最重要的部分，也就是说，需要一个庞大的技术研究计划，现在这一点对于我来说，确实是重要的，因为它提供了物理学家们是否应该下决心进行原子弹制造的可能性。物理学家要么向他们的政府说明原子弹将赶不及应用于当前的战争，从而说服他们的政府取消这项研究计划，要么就全力以赴与之斗争，这样一来就可能使他们之间处于冲突的状态。提出的这两种见解同样是可信的。而且事实上，它已证明了在战争期间，甚至在研究条件比德国不知好多少倍的美国，也不能在德国投降之日即1945年5月8日之前拿出原子弹。

正如我说过的，玻尔还是被制造原子弹的很大可能性所震惊，以致无法听清楚我议论的后一部分。也许是由于德国军队残暴地占领他的国家，他充满了无可非议的痛苦，以致对物理学家们之间的国际协议不抱任何希望。我感到最大的痛苦是，看到我们的政策是如何使我们德国人完全陷于孤立，并认识到战争是如何破坏有史以来存在的友谊，至少在一段时间是如此。

尽管这次我的哥本哈根之行失败了，德国“铀俱乐部”相对地仍处于无足轻重的地位。1942年6月，政府作出了反应堆设计工作必须有所节制地进行的决定。但是没有发出建造原子弹的任何命令，因而我们当中的任何一个人也没有理由去提出一个与此相反的决议。由于这个原因，尽管我们的工作全然被破坏了，但它为在战后和平的利用原子能技术铺平了道路，而且它本身也是具有实际成果的。建立在天然铀和重水基础上的第一个原子能发电站的核心，由德国某公司输出国外(到阿根廷)，这绝不是偶然的，很像是在战争期间我们曾设计过的那种。

在这方面，我还清楚地记得我同当时达尔尼凯塞·威尔海尔姆研究所的一位叫阿道夫·巴登纳德的生物化学家的一次谈话，正是这次谈话使我以后同他亲密往来。以前，尽管我们都参与过一系列生物学和原子物理学的讲演，但是直到1943年3月1日晚上，在空袭后我们从柏林市中心步行回到大哈里姆的路上，我们才进行了一次长时间的交谈。  P23-25

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。

我们正处于一个科学昌明的时代，每一个接受过规范教育的大学生，几乎都全方位学习过发源于西方的现代自然科学。看起来，好像没必要再进行科学启蒙教育了。然而，进一步的考察不难发现，尽管我们掌握了相当多的科学知识，也能在重复记忆和模仿学习的层面熟练重演现代科学的几乎全部知识，但从文明发展的整体层面上看，我们依然缺乏科学原始创新的能力和动力。究其原因，还在于我们需要从更深入的层面，虚心学习现代科学的创新精神和探索模式。

毋庸讳言，现代科学几乎全部发源于较早进人工业化的西方国家。科学技术已经成为人类文明发展的重要动力，对于曾经长期徘徊在农业文明状态的中华民族，仅仅通过一次新文化运动从表层上学习现代科学是不够的。到科学思想的源头，寻觅科学大师的足迹，察看大师当年进行科学创造的原始过程，就成为深入领会科学精神，全面把握现代科学创新方法的重要手段之一。阅读科学大师们关于科学、社会和人生的种种论断，也可以让我们对科学大师的成长和思想有更为具体而理性的认识。因此，阅读科学大师的原始文献，无疑是提高科学素养、拓展创新能力的一个有效途径。有鉴于此，上海交通大学出版社创意了《科学大师启蒙文库》这样一个富于历史意义和现实价值的重要选题，交由我们具体工作。作为从事科学技术与社会研究的专业工作者，对科学大师的历史文献进行探寻梳理，为普通读者或专业研究者提供一个简明扼要而又内容全面的原著读本，既是一个学习的过程，也时时充满发现和收获。然而，当工作真正展开之后，困难比我们起初设想的要大得多，一些发现也令人警醒。最值得和读者朋友交流的是，尽管我们把弘扬科学挂在嘴边，对科学大师的名字也耳熟能详，但却很少有人看过他们的著作，甚至在国内寻找这些著作都非常困难。一个典型的例子大约要数居里夫人了，这是一位伟大的女性科学家，全面学习和了解她的科学思想和科学精神，无疑是十分重要的，但居里夫人的著作、文章或书信，几乎很少有翻译流传的中文版本。也就是说，几十年来，人们对居里夫人的了解，很多时候都停留在科学家小故事这样的生活层面。其他诸如哥白尼、伽利略、麦克斯韦等等也都同样很难寻觅其原著的中文版本。这些事实提醒我们，原汁原味的科学思想和科学精神在中国的传播依然任重道远。当然，我们也同样要感谢众多学者和翻译家们曾经作出的努力，是他们将大量科学大师们的著作译成了中文，使得我们可以从中进一步发掘开采，编辑整理出目前这样一个简明读本，以飨读者。更为令人感动的是，当我们联系这些译者告知我们的工作和想法时，绝大多数能够联系上的专家和前辈翻译家们都给予了慷慨的支持，一些德高望重的老专家还亲笔给我们回信，对编辑工作予以精心的指导。前辈及同行专家们传播科学的热情和支持，对我们完成此项工作意义重大。对此，我们深表感谢!为尊重他们的劳动，每篇译文都注明了中文译者，我们只对其中个别的地方进行了必要的技术润色，翻译的成绩还要归功于译者。因个别译者无法联系，盼能见到此书和我们联系，以便按规定处理相关版权。

编辑《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。编辑此套文库，也是对此项遗憾的一个弥补。我们认为，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。我们还需要在传播和普及科学思想与科学方法上下大功夫，只有真正让科学思想深入人心，才能从根本上把握现代科学的精髓与实质，本土化的科学创新才有进步的起点。或许有人认为，学习科学大师的原著，看原文就可以了，没必要阅读中文，这种精英哲学对专业研究固然不能算错，但科学的发展毕竟不是少数人的事，没有全民族崇尚科学文化的基础，科学创新也将失去大众的土壤和条件。

作为编者，我们建议一般读者不妨将本套文库当作了解科学大师的～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。从这个意义上说，每一个没有读过科学大师原著的人，不都需要这样一个科学思想的启蒙教育吗?这样的启蒙充满了未知、传奇和启迪，有兴趣深究可以全套书逐一看过，浅尝辄止也不妨选其一本细细品读。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。

最后，我们要特别感谢上海交通大学出版社，是他们锲而不舍的努力，独具慧眼构思了这样的选题并积极努力促成了此套丛书的问世。我们还要感谢中国科学技术大学国家哲学社会科学创新基地的领导对本书的编纂出版发行等各方面给予的大力支持和帮助!