除非把维尔纳·海森堡的贡献放在他所生活的时代背景下加以考察，否则人们无法充分欣赏他的作品。维尔纳·卡尔·海森堡1901年12月5日出生在德国维尔茨堡，在一个致力于人文学科的家庭中，他在一个学术环境中长大。他的父亲是慕尼黑大学的一名教授，无疑极大地影响了年轻的维尔纳，当时维尔纳是马西米兰体育馆的一名学生。
海森堡有机会与世界上许多顶尖物理学家合作，包括尼尔斯·玻尔和马克斯·伯恩。就像许多高层人士一样
海森堡早年就获得了博士学位。在海森堡的案例中，他在23岁的时候接受了治疗。海森堡不只是一个研究者。他还是一名教授和作家。在他的职业生涯中，他在许多著名的大学任教，包括莱比锡大学、哥廷根大学和柏林大学。他还撰写了许多重要的著作，包括《量子理论的物理原理》、《宇宙辐射》、《物理与哲学》和《基本粒子统一理论导论》。1932年，他因在量子力学方面的工作而获得诺贝尔物理学奖。
随着纳粹掌权，第二次世界大战迫在眉睫，他的德国血统不可避免地将在他的职业生涯中发挥关键作用。在德国对波兰发动闪电战之前，海森堡决定最后一次拜访他在西方的朋友。许多人试图说服他留下来，接受哥伦比亚大学的教授职位，但海森堡拒绝了。他觉得在战争期间保护德国的科学基础是他的责任。他还认为，在战争期间留在德国，他可以帮助德国科学家。事实上，当犹太科学家在其他大学被解雇时，他确实给他们提供了工作。随着时间的流逝，海森堡发现他无力保护他的朋友。海森堡本人也遭到了人身攻击，他在慕尼黑大学的任命也遭到了阻挠。在一年多的时间里，海森堡被党卫军报纸攻击，称他为“白人犹太人”。袭击变得如此具有威胁性，以至于海森堡的母亲，她与希姆莱的家庭有轻微的联系，写信给希姆莱的母亲，请希姆莱出面调解。 Himmler personally cleared Heisenberg of the charges leveled against him a year later, but he was told to study science and avoid discussing scientists. The strain of the investigation surely affected Heisenberg’s creativity.
战争期间，海森堡和其他一些德国科学家一起致力于德国的原子弹项目。托马斯·鲍尔斯(Thomas Powers)在小说《海森堡的战争》(Heisenberg’s War)中提出，海森堡故意破坏了这个项目，以避免原子弹落入希特勒之手。战争结束后，所有在德国从事原子弹项目的科学家，包括海森堡，都被拘留在英国，对他们在该项目上的工作进行讯问。
海森堡的民族主义最终毁了他的许多学术友谊。他与尼尔·玻尔的亲密关系被他在战争期间留在德国的决定破坏了。他未能更具体地表明自己在是否认真研发德国炸弹问题上的立场，这是他未能与移居西方的朋友重建关系的一个重要原因。在战争结束时，与许多顶尖科学家的创造性互动并没有恢复。
海森堡最重要的发现，测不准原理是量子力学的基石。然而，许多进步
量子力学必须在海森堡发现它之前建立起来。一切都始于卢瑟福的原子模型。由带正电荷的中心原子核组成，周围环绕着绕轨道运行的行星电子。大约在卢瑟福发现原子基本结构的同一时间，普兰克也做了一些重要的工作。他发现振动粒子的能量不是连续发射的，而是以能量包的形式发射的，于是他发展了辐射量子理论。由此产生了在海森堡测不准原理中起重要作用的普遍常数h。然后，尼尔·玻尔建立了一个新的原子模型，结合了卢瑟福和普朗克的工作。这个新模型解释了光谱中已知的原子辐射模式。然而，玻尔在纸上所写的关于电子活动的东西和其他物理学家所观察到的是两件不同的事情。玻尔抛弃了经典频率与电子轨道相关联的想法，发展了他的原子量子理论，但他仍然保留了经典轨道的概念。 Heisenberg went one step further and discarded the concept of the orbit itself. Rather than the classical idea of the position and the motion, or momentum, of the electron at each instant in time, Heisenberg introduced his square arrays or matrices, which depict the electron as existing simultaneously in all possible Bohr orbits. After Heisenberg’s discovery, the classical concept of the electron as a particle was no longer justifiable.
海森堡之所以产生这些革命性的想法，是因为他坚持只在一个理论中使用那些可以直接观察到的量。由于电子的轨道是不可观测的，所以它在理论中没有立足之地。只有谱线被观察到，而且，由于这些涉及到对轨道，所有用来描述原子内部电子的量都应该与这些对相关联。
这样的思考导致了海森堡的矩阵。矩阵的一个重要特征是它不能交换。如果表示电子位置的数组是q，表示电子动量的数组是p，那么乘积pq和乘积qp不一样。
这表明海森堡的不确定性关系纯粹是他的矩阵理论的代数推论。如果你把乘积pq想象成电子位置的测量然后是动量的测量;另一方面，Qp表示对粒子动量的测量，然后是对其位置的测量。这两组测量结果的不同，仅仅意味着对粒子动量的测量破坏了我们对其位置的认识，反之亦然。因此，要同时获得或获得粒子的位置和动量的精确知识是不可能的;这就是测不准原理的本质。
它对于原子结构的意义在于，我们无法通过观测来确定电子在原子内部的轨道。正如海森堡在分析量子理论的哥本哈根解释时指出的那样，只有用伽马射线显微镜才能观察到原子内部的电子，因为伽马射线的波长较短，所以分辨率很高。这台显微镜向我们展示
电子在任何时刻的位置，但至少有一个伽玛射线光子会被电子反射。在这个过程中，电子被撞出原子。那么，谈论它的轨道是毫无意义的。
虽然不确定关系可以从理论中得到数学上的推导，但从物理图中得到它更有意义。这种方法清楚地显示了波与粒子之间的相互关系。事实上，从海森堡的分析中可以清楚地看出，波和粒子是互补的，位置和动量也是互补的。正是基于这样的考虑，玻尔发展了他的互补理论，这对理解现代原子理论至关重要。
不确定性关系完全改变了我们对因果关系的看法。如果我们不能以任何期望的精度同时确定一个粒子的位置和动量，我们就不能确定它未来的轨迹。我们可以解出质点运动的方程。然而，只有在过去的某个时刻或现在的某个时刻，我们知道它的位置和势头，这些解决方案才能告诉我们它未来的历史。我们越试图展望未来，我们的预测就越不准确，因为我们目前的不确定性，无论多么小，都会导致随着时间的增加，与预测的运动模式的偏差更大。考虑到美国和苏联的月球导弹探测，我们可以理解这种情况。要击中像月球一样遥远的目标，火箭必须非常精确地瞄准目标，并给它正确的初始动量;如果我们想在更远处击中目标，我们的精度必须大大提高，因为距离越远，任何初始误差的倍数就越大。
今天，我们用量子力学这个术语来指代整个数学体系，它被用来处理原子、核、基本粒子和场物理学的问题。量子力学的数学直接起源于海森堡的矩阵力学，是他的测不准原理的结果。如果有人证明他的测不准原理是错的，量子力学的基础就会倒塌。
海森堡在他职业生涯的最后几年里，试图从量子场论的背离中得出诸如电子、质子等基本粒子的性质，方法是让场论本身构造自己的粒子。不幸的是，这种方法导致了一个非常复杂的数学公式，有人说这破坏了量子力学的伟大之美。
