Werner Karl Heisenberg是一位德国理论物理学家，也是量子力学的主要先驱之一。他在1925年发表了一篇突破性论文。在同一年随后的一系列与Max Born和Pascual Jordan合作的论文中，量子力学的矩阵公式得到了大幅发展。他因发现不确定性原理而闻名，该原理发表于1927年。Heisenberg因"创立量子力学"获得1932年Nobel Prize in Physics。
Heisenberg还在湍流流体力学、原子核、铁磁性、宇宙射线和亚原子粒子理论方面做出了重要贡献。在第二次世界大战期间，他是德国核武器计划的主要科学家。他也在1957年与planning the first West German nuclear reactor at Karlsruhe以及Munich的研究反应堆中发挥了重要作用。
第二次世界大战后，他被任命为Kaiser Wilhelm Institute for Physics的主任，该研究所随后更名为Max Planck Institute for Physics。直到1958年研究所迁至Munich，他一直担任该研究所的主任。之后，他从1960年至1970年担任Max Planck Institute for Astrophysics的主任。
Heisenberg还担任德国研究委员会主席、原子物理委员会主席、核物理工作组主席和Alexander von Humboldt Foundation主席。
早年生活与学习
早年
Werner Karl Heisenberg出生于Würzburg, Germany，他的父亲是Kaspar Ernst August Heisenberg，一位中等学校古典语言教师，他成为了德国大学系统中唯一的中世纪和现代希腊研究的ordentlicher Professor ordinarius教授，母亲是Annie Wecklein。
Heisenberg作为路德教信徒被抚养长大。他的自传从青少年晚期的Heisenberg开始，当时他在Bavarian Alps登山时阅读了Plato的Timaeus。Heisenberg讲述了他与同学和老师在Munich、Göttingen和Copenhagen接受科学培训期间关于理解原子的哲学对话。Heisenberg后来声称"我的思想是通过研究哲学、Plato和那种东西形成的"，并且"现代物理学已经明确地赞同Plato。事实上，物质的最小单位不是普通意义上的物理对象；它们是形式、观念，只能用数学语言明确表达"。
Heisenberg在1919年作为Freikorps的一员抵达Munich，参加对一年前建立的Bavarian Soviet Republic的战斗。50年后，他回忆起那些日子是青年的乐趣，就像"玩警察和强盗之类的；这根本不是什么严肃的事情"。
任职资格
他从1920年到1923年在Ludwig Maximilian University of Munich和Georg-August University of Göttingen学习物理学和数学。在Munich，他师从Arnold Sommerfeld和Wilhelm Wien。在Göttingen，他跟Max Born和James Franck学习物理学，跟David Hilbert学习数学。他在1923年在Munich获得Sommerfeld指导下的博士学位。在Göttingen，在Born的指导下，他在1924年完成了关于反常Zeeman效应的Habilitationsschrift启蒙论文的任职资格。
因为Sommerfeld对他的学生有真诚的兴趣，并且了解Heisenberg对Niels Bohr原子物理学理论的兴趣，Sommerfeld带Heisenberg前往Göttingen参加1922年6月的Bohr Festival。在该活动中，Bohr是特邀讲师，进行了一系列关于量子原子物理学的综合讲座。在那里，Heisenberg第一次遇见了Bohr，这对他产生了重大而持久的影响。
Heisenberg的博士论文题目由Sommerfeld建议，内容是关于湍流的；论文讨论了层流的稳定性和湍流的性质。稳定性问题通过使用Orr–Sommerfeld方程来研究，这是一个关于层流小扰动的四阶线性微分方程。第二次世界大战后，他曾短暂地回到这个课题。
在他的青年时期，他是Neupfadfinder（一个德国童子军协会和德国青年运动的一部分）的成员和童子军领队。1923年8月，Robert Honsell和Heisenberg组织了该协会Munich分部童子军小组对Finland的旅行。
个人生活
Heisenberg喜欢古典音乐，是一位技艺精湛的钢琴演奏家。他对音乐的兴趣导致他遇见了未来的妻子。1937年1月，Heisenberg在私人音乐会上遇见了Elisabeth Schumacher (1914–1998)。Elisabeth是著名Berlin经济学教授的女儿，她的哥哥是经济学家E. F. Schumacher，著有《Small Is Beautiful》。Heisenberg在4月29日与她结婚。孪生兄妹Maria和Wolfgang在1938年1月出生，随后Wolfgang Pauli祝贺Heisenberg"对生成"——这是一个来自基本粒子物理学中对生成过程的文字游戏。他们在随后的12年内又生了5个孩子：Barbara、Christine、Jochen、Martin和Verena。1936年，他在southern Germany的Urfeld am Walchensee为家人购买了一座度假别墅。
学术生涯
Göttingen、Copenhagen和Leipzig
从1924年到1927年，Heisenberg是Göttingen的Privatdozent，这意味着他有资格独立教学和考试，但没有教授职位。从1924年9月17日到1925年5月1日，在International Education Board Rockefeller Foundation奖学金的支持下，Heisenberg前往与Niels Bohr合作进行研究，Bohr是University of Copenhagen理论物理研究所的主任。他的开创性论文"Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen"（"量子理论对运动学和力学关系的重新诠释"）发表于1925年9月。他回到Göttingen，与Max Born和Pascual Jordan在大约六个月的时间里开发了量子力学的矩阵力学公式。1926年5月1日，Heisenberg开始在Copenhagen担任大学讲师和Bohr的助手。正是在Copenhagen，1927年，Heisenberg在研究量子力学的数学基础时发展了他的不确定性原理。2月23日，Heisenberg给同事物理学家Wolfgang Pauli写了一封信，首次描述了他的新原理。在关于该原理的论文中，Heisenberg使用了"Ungenauigkeit"（不精确）一词，而不是"不确定性"来描述它。
1927年，Heisenberg被任命为University of Leipzig理论物理的ordentlicher Professor教授和物理系系主任；他在1928年2月1日在那里进行了就职讲演。在他从Leipzig发表的第一篇论文中，Heisenberg使用Pauli不相容原理解决了铁磁性之谜。
在Heisenberg在Leipzig任职期间，与他学习和合作的博士生及研究生和研究员的高质量从许多人后来获得的荣誉中可以看出。他们在不同时期包括Erich Bagge、Felix Bloch、Ugo Fano、Siegfried Flügge、William Vermillion Houston、Friedrich Hund、Robert S. Mulliken、Rudolf Peierls、George Placzek、Isidor Isaac Rabi、Fritz Sauter、John C. Slater、Edward Teller、John Hasbrouck van Vleck、Victor Frederick Weisskopf、Carl Friedrich von Weizsäcker、Gregor Wentzel和Clarence Zener。
1929年初，Heisenberg和Pauli提交了奠定相对论性量子场论基础的两篇论文中的第一篇。同样在1929年，Heisenberg进行了对China、Japan、India和美国的讲座巡回。1929年春天，他是University of Chicago的访问讲师，在那里讲授了量子力学。
1928年，英国数学物理学家Paul Dirac推导了他的相对论性量子力学波方程，这意味着存在正电子，后来被命名为positrons。1932年，美国物理学家Carl David Anderson从宇宙射线的云室照片中识别出一条迹象是由positron产生的。1933年中期，Heisenberg提出了他的positron理论。他对Dirac理论的思考和理论的进一步发展在两篇论文中阐述。第一篇"Bemerkungen zur Diracschen Theorie des Positrons"（"关于Dirac的positron理论的评论"）发表于1934年，第二篇"Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons"（"Dirac的Positron理论的推论"）发表于1936年。在这些论文中，Heisenberg首次将Dirac方程重新诠释为任何自旋ħ/2点粒子的"经典"场方程，它本身受到涉及反对易关系的量子化条件的约束。因此，将其重新诠释为精确描述电子的量子场方程，Heisenberg将物质与电磁学置于同等地位：由相对论性量子场方程描述，允许粒子产生和湮灭的可能性。Hermann Weyl早已在1929年给Albert Einstein的信中描述了这一点。
矩阵力学与Nobel Prize
Heisenberg建立量子力学的论文困惑了物理学家和历史学家。他的方法假设读者熟悉Kramers-Heisenberg跃迁概率计算。主要的新想法，非对易矩阵，只是通过拒绝不可观测量来证明的。尽管Heisenberg当时不熟悉矩阵的数学理论，但它通过基于对应原理的物理推理引入了矩阵的非交换乘法。导致这些结果的路径已在MacKinnon, 1977中重建，详细计算在Aitchison等人中阐述。
在Copenhagen，Heisenberg和Hans Kramers合作进行了一项关于色散或波长大于原子的辐射从原子的散射的论文。他们表明，Kramers早前开发的成功公式不能基于Bohr轨道，因为跃迁频率是基于不恒定的能级间距。相比之下，锐利经典轨道的Fourier变换中出现的频率间距相等。但这些结果可以由半经典虚态模型解释：入射辐射将价电子或外层电子激发到虚态，然后从中衰变。在后续论文中，Heisenberg证明了这个虚振子模型也可以解释荧光辐射的偏振。
这两个成功，以及Bohr–Sommerfeld模型继续未能解释反常Zeeman效应的突出问题，导致Heisenberg使用虚振子模型尝试计算光谱频率。这种方法证明太难以立即应用于现实问题，所以Heisenberg转向了一个更简单的例子，非谐振子。
偶极振子由一个简单的谐振子组成，被认为是一个弹簧上的带电粒子，受到外力的扰动，如外部电荷。振荡电荷的运动可以表示为振子频率的Fourier级数。Heisenberg用两种不同的方法求解了量子行为。首先，他用虚振子方法处理了该系统，计算了外部源会产生的能级之间的跃迁。
然后他通过将非谐势项视为谐振子的扰动，并使用他和Born开发的扰动方法来解决相同的问题。两种方法都导致了一阶项和非常复杂的二阶修正项的相同结果。这表明在非常复杂的计算背后存在一致的方案。
因此Heisenberg着手制定这些结果，不依赖于虚振子模型的任何显式形式。为此，他用矩阵替换了空间坐标的Fourier展开式，矩阵对应于虚振子方法中的跃迁系数。他通过诉诸Bohr的对应原理和量子力学必须限于可观测量的Pauli学说来证明这一替换。
7月9日，Heisenberg将这篇论文给Born审阅并提交发表。当Born读到这篇论文时，他认识到该公式可以被转录并扩展为矩阵的系统语言，他从在Breslau University师从Jakob Rosanes的研究中学到了这一点。Born在他的助手和前学生Pascual Jordan的帮助下，立即开始进行转录和扩展，并提交他们的结果发表；该论文在Heisenberg论文发表后仅60天就被接受发表。年底前，全部三位作者提交了后续论文。
直到这个时候，物理学家很少使用矩阵；它们被认为属于纯数学的领域。Gustav Mie在1912年的电动力学论文中使用了它们，Born在他1921年关于晶体晶格理论的工作中使用了它们。虽然在这些情况下使用了矩阵，但矩阵的代数及其乘法并没有像在量子力学的矩阵公式中那样进入图景。
1928年，Albert Einstein提名Heisenberg、Born和Jordan获得Nobel Prize in Physics。Nobel的宣布
