ハイゼンベルク
【白いユダヤ人と呼ばれ乍らも不確定性関係を構築】

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【1901年12月5日生まれ ~ 1976年2月1日没】

【出典：Wikimedia Commons:Heisenberg】

ハイゼンベルクの不確定性関係

ハイゼンベルクは、行列力学の構築と不確定性関係の提唱によって、
現代の量子力学を形作った中心人物の一人です。

バイエルン王国に生まれたハイゼンベルクは、ミュンヘン大学で
ゾンマーフェルトに学び、その後マックス・ボルン
の下で研究を続け、さらにコペンハーゲンの
ニールス・ボーアのもとでも議論を重ねました。

1925年、ハイゼンベルクは、それまでのように電子の「軌道」を
直接思い描くのではなく、実験で観測できる量を基礎にして
量子力学を組み立てようとしました。

この発想から生まれたのが、後に「行列力学」と呼ばれる形式です。
ハイゼンベルクの仕事を受け取ったボルンは、論文中の量を
行列として理解し、さらにボルンとヨルダンが数学的な形式を
発展させました。

つまり、行列力学はハイゼンベルク一人が完成させたものではありません。
ハイゼンベルクの物理的な発想を、ボルンとヨルダンが数学的に整理し、
一線級の議論の中で、ディラックらが発展させることで、
量子力学の体系が形作られていったのです。

そして1927年、ハイゼンベルクは「不確定性関係」を発表します。
これは、粒子の位置と運動量のような物理量について、
古典力学のように両方を同時に任意の精度で決定できるわけではない、
という量子力学の本質に関わる考え方です。

ここで重要なのは、「測定技術が未熟だから分からない」という意味ではないことです。
量子力学そのものが、位置と運動量を同時に完全に確定した値として
扱えない構造を持っています。

ハイゼンベルクの仕事は、単なる「測定限界」の説明ではありません。
それまで人間が当然だと思っていた「物体は決まった位置と運動量を
同時に持っている」という古典的な描像そのものを問い直したのです。

量子論の本質的な概念である不確定性原理はボルンや
ヨルダン、ハイゼンベルクによって確立されました。
具体的に、ハイゼンベルグは1925年の
「運動力学及び力学の関係式の量子論的再解釈について」
において新しい発想を展開します。

　論文を読んだボルンが論文中の「遷移振幅」が
　行列であることに気付いたのです。

そこで、ボルンとヨルダンは「量子力学について」で
座標と運動量の交換関係を考えていきます。
それの続いてボルン、ヨルダン、ハイゼンベルグの3人で
「量子力学についてⅡ」という論文を纏め行列力学が完成しました。
「量子力学は多くの人間で作られていた」
と改めて感じさせるストーリーですね。

　ハイゼンベルグと同時代の偉人達

加えて、ハイゼンベルクはシュレディンガーやポール・ディラック
と同じ時代に生き、積極的に行動すればアインシュタインや
ボースとも議論が出来ました。。そうした天才達がミクロの原理を
一つ一つ解きほぐしたのです。

まだ見えない原子レベルの大きさの事象を推察する
手法が色々と試みられて、その結果を説明する理論が発展したのです。
不確定性関係の発表が1927年なのですが、同時期には数多くの
革新的な発表がされて量子力学の対象の理論と応用技術が
飛躍的に発展した時代でした。

同時に大変な時代背景として（流れとして）、
先ず第一次世界大戦（1914/7/28 – 1918/11/11）
そして
第二次世界大戦（1939-45）があったのです。

ハイゼンベルクと戦時下のドイツ

ハイゼンベルクの人生を理解するうえで避けて通れないのが、
ナチス政権下で物理学者として生きたという問題です。

第二次世界大戦中、ドイツでも原子核研究が進められ、
連合国側ではドイツが核兵器を開発する可能性が強く警戒されました。
ハイゼンベルク自身もドイツに残り、核研究に関わっています。

ただし、ハイゼンベルクがナチスの核兵器開発に対して
どの程度積極的だったのかについては、現在でも歴史的な議論があります。
そのため、「ナチスのために原爆を作ろうとした」と単純化するよりも、
戦時下の科学者が置かれた状況そのものを考えるほうが、
ハイゼンベルクという人物を理解しやすいでしょう。

プランクからの指摘もあり
戦後の体制を見据えてハイゼンベルクはドイツ
に残ったと解釈するのが良いでしょう。

　サイクロトロンとハイゼンベルグ

しかし戦時下ですので物理の知識をナチスの為に使う事になり、
色々考えたようです。ドイツでも原子核研究が進められて
いたことは、連合国側に強い危機感を与えていました。
その緊張感の中で、アインシュタインはシラードらの働きかけを受け、
大統領宛の書簡に署名することになります。

そして、
大戦が深まる中でナチス側も原子力爆弾の実用化を模索していた中で
当時のドイツ内でのハイゼンベルグの立場は極めて苦しくなります。

実際にハイゼンベルグが積極的な態度をとった
としたら恐ろしい事です。歴史には「たら・れば」
はよく語られていて、、仮にナチスが原爆を持っていたら、
連合国との原爆の応酬でとても恐ろしい状況になっていた筈です。

私自身も量子力学の計算を進めていて感じたのですが、
オブザーバブルに対する状態の時間発展を表す表式は
数学的な厳密さを持つ半面で、
状態を表している物理表現として洗練されてます。

ハイゼンベルク等の提唱した行列形式はそこにつながっていきます。
又、いくつかの思考実験で裏打ちされた不確定性関係は
量子力学の現象理解の中では本質的です。

またハイゼンベルクはピアノの名手
だったと言われていています。
聞いてみたかったですね。

関連人物

〆

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2020/08/19_初回投稿
2026/09/07改訂投稿

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AIでの考察（参考）

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（2021/10月時点での対応英訳）

Heisenberg’s Uncertainty Principle

Heisenberg is one of the people who shaped quantum theory by introducing the matrix form and applying the uncertainty relation. Born in the Kingdom of Bavaria, he studied under Sommerfeld at the University of Munich, worked as an assistant under Max Born, and trained under Niels Bohr in Copenhagen. He formalizes his theory in such first-class discussions. The uncertainty principle, which is an essential concept of quantum theory, was established by Born, Jordan, and Heisenberg. One answer to the proposition of how finely the world that can be imagined by visualization can be considered is the system of quantum mechanics including the uncertainty relation.

Heisenberg and his contemporaries

In addition, Heisenberg lived in the same era as Schrodinger and Paul Dirac, and if he acted positively, he could argue with Einstein and Bose. .. These geniuses unraveled the micro-principles one by one. Various methods have been tried to infer events of atomic level that are not yet visible, and the theory that explains the results has been developed. The Uncertainty Principle was announced in 1927, and at the same time, many innovative announcements were made and the theory and applied technology of the object of quantum mechanics developed dramatically.

At the same time, due to the difficult historical background and World War II, Heisenberg used the relativity created by Einstein and cared for Jewish physicists, so he was called “white Jew” by Nazi physicists. I’m having a hard time. Heisenberg remained in Germany in anticipation of the postwar regime, as pointed out by Planck.

Cyclotron and Heisenberg

However, since it is during the war, knowledge of physics
It was decided to use it for the Nazis, and it seems that he thought about various things.
The Heisenberg synchrotron actually ignited
Einstein, who was in exile in the United States, is very surprised to hear that he has become news in the world.
It is said that the incident actually made him decide to develop the atomic bomb.

And as the war deepened, the Nazi side was also searching for the practical application of nuclear bombs, and Heisenberg’s position in Germany at that time became extremely difficult. It would be scary if Heisenberg actually took a positive attitude. “Tara, if” is often spoken in history, and if the Nazis had an atomic bomb, it would have been a very scary situation due to the exchange of the atomic bomb with the Allies.

He felt that he was proceeding with the calculation of quantum mechanics, but the expression that expresses the time evolution of the state with respect to the observable is mathematically rigorous, but it is refined as a physical expression that expresses the state. .. The matrix format proposed by Heisenberg and others will lead to that. Also, the uncertainty relation backed by some thought experiments is essential in understanding the phenomenon of quantum mechanics.

Heisenberg is a master of the piano
It is said that it was.
I want to listen.

〆