베르너 하이젠베르크

1. 개요

베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg, 1901–1976)는 독일의 이론 물리학자로, 양자역학의 발전에 크게 기여했으며, 1932년 노벨 물리학상을 수상했다. 그는 뮌헨 대학교에서 물리학을 전공하고, 막스 보른, 닐스 보어 등과 교류하며 양자역학의 행렬 역학을 개발했다. 하이젠베르크는 불확정성 원리를 제안하여 양자역학의 해석에 중요한 영향을 미쳤으며, 독일 핵무기 개발 프로그램인 우라늄 클럽에 참여했다. 그는 전후 막스 플랑크 물리학 연구소 소장, 독일 연구 협회 회장 등을 역임하며 과학 발전에 기여했고, 동양 철학에 관심을 가지는 등 철학적인 면모도 보였다.

2. 어린 시절과 학업

베르너 하이젠베르크는 1901년 독일 뷔르츠부르크에서 태어났다. 그의 아버지 카스파 에른스트 아우구스트 하이젠베르크는 중세 및 현대 그리스어 연구 권위자였으며, 어머니는 애니 베클레인이었다. 아버지는 고전어를 가르치는 중등학교 교사였으며, 대학교 시스템에서 정교수가 되었다. 하이젠베르크는 외조부가 교장을 역임했던 인문주의 김나지움인 막시밀리안 김나지움 뮌헨에서 교육을 받았다.

하이젠베르크는 루터교 신자로 자랐으며, 10대 시절 바이에른 알프스에서 하이킹을 하면서 플라톤의 《티마이오스》를 읽고 큰 영향을 받았다. 뮌헨, 괴팅겐, 코펜하겐에서 과학 교육을 받는 동안 동료 학생 및 교수들과 원자 이해에 대한 철학적 대화를 나누었다. 훗날 그는 "철학, 플라톤 등을 연구함으로써 내 마음이 형성되었다"라고 회고했다.

1919년, 하이젠베르크는 자유군단에 참여하여 바이에른 평의회 공화국 진압에 가담했다. 50년 후 그는 이 시절을 "경찰과 강도 놀이와 같은 젊은 시절의 재미"로 회상했다.

1920년부터 1923년까지 뮌헨 대학교와 괴팅겐 대학교에서 물리학과 수학을 공부했다. 뮌헨 대학교에서는 아르놀트 조머펠트와 빌헬름 빈에게, 괴팅겐 대학교에서는 막스 보른, 제임스 프랑크, 다비트 힐베르트에게 배웠다. 1923년 뮌헨 대학교에서 아르놀트 조머펠트의 지도 하에 난류에 관한 논문으로 박사 학위를 받았다. 그러나 구두 시험에서 실험 물리학 관련 질문에 제대로 답하지 못해 낮은 평점을 받았다.

1924년 괴팅겐 대학교에서 막스 보른의 지도 하에 하빌리타치온을 완료했다.

1922년 6월, 조머펠트는 하이젠베르크를 괴팅겐에서 열린 '보어 축제'에 데려갔다. 조머펠트는 학생들에게 깊은 관심을 가졌고, 하이젠베르크가 닐스 보어의 원자 물리학 이론에 흥미를 가지고 있음을 알고 있었다. 이 행사에서 하이젠베르크는 보어를 처음 만났고, 이는 그에게 지속적인 영향을 주었다.

그는 젊은 시절 독일 청년 운동의 일원인 '노이파드핀데르(Neupfadfinder)'의 회원이자 스카우트 리더였다. 1923년 8월, 로베르트 혼젤과 함께 핀란드 여행을 계획하기도 했다.

하이젠베르크는 클래식 음악을 즐겨 들었으며, 뛰어난 피아니스트였다. 1937년 1월, 개인 음악 발표회에서 엘리자베스 슈마허를 만나 그해 4월 29일에 결혼했다. 이후 7명의 자녀를 두었다.

3. 교육 경력

베르너 하이젠베르크는 뷔르츠부르크에서 아버지 카스파 에른스트 아우구스트 하이젠베르크와 어머니 애니 베클레인 사이에서 태어났다. 그의 아버지는 현대 그리스어 연구 분야의 정교수(ordentlicher Professor)였다.

하이젠베르크는 루터교 신자로 자랐으며, 십대 시절 플라톤의 《티마이오스》를 읽고 철학에 관심을 가졌다. 그는 뮌헨, 괴팅겐, 코펜하겐에서 과학 교육을 받으며 원자 이해에 대한 철학적 대화를 나누었다. 그는 "현대 물리학은 확실히 플라톤에게 유리하게 결정되었다"고 언급했다.

1919년, 하이젠베르크는 바이에른 평의회 공화국에 맞서 싸우기 위해 자유군단의 일원으로 뮌헨에 도착했다. 그는 당시를 "경찰, 강도 놀이"와 같은 젊음의 즐거움으로 회상했다.

1920년부터 1923년까지 루트비히-막시밀리안 뮌헨 대학교에서 아르놀트 조머펠트와 빌헬름 빈에게 물리학과 수학을, 게오르그-아우구스트 괴팅겐 대학교에서 막스 보른, 제임스 프랑크에게 물리학을, 다비트 힐베르트에게 수학을 공부했다. 1923년 뮌헨에서 조머펠트 밑에서 난류에 관한 논문으로 박사 학위를 받았다.

1922년, 조머펠트는 하이젠베르크를 '보어 축제'에 데려갔고, 그곳에서 하이젠베르크는 닐스 보어를 처음 만나 큰 영향을 받았다.

1924년, 괴팅겐에서 보른 아래에서 제이만 효과에 대한 논문으로 하빌리타치온을 완료했다.

그는 젊은 시절 독일 청년 운동의 일원이었다. 1923년에는 핀란드 여행을 계획하기도 했다.

3.1. 괴팅겐, 코펜하겐, 라이프치히

1924년부터 1927년까지 하이젠베르크는 괴팅겐 대학교에서 프리바트도첸트(Privatdozent)로 재직했다. 이는 교수직 없이 독립적으로 강의와 시험을 할 수 있는 자격을 의미한다. 1924년 9월 17일부터 1925년 5월 1일까지, 국제교육위원회 록펠러 재단(Rockefeller Foundation)의 펠로우십 지원을 받아 코펜하겐 대학교(University of Copenhagen) 이론물리학 연구소 소장인 닐스 보어(Niels Bohr)와 함께 연구를 수행했다.

1925년 9월, 하이젠베르크는 "양자이론적 운동학적 및 역학적 관계의 재해석(Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen)"(흔히 '움도이퉁(Umdeutung)' 논문으로 불림)을 발표했다. 그는 괴팅겐으로 돌아와 막스 보른(Max Born)과 파스쿠알 요르단(Pascual Jordan)과 함께 약 6개월에 걸쳐 양자역학의 행렬역학 공식을 개발했다.

1926년 5월 1일, 하이젠베르크는 코펜하겐에서 보어의 조교이자 대학 강사로 임용되었다. 1927년 코펜하겐에서 하이젠베르크는 양자역학의 수학적 기초를 연구하면서 불확정성 원리를 고안했다. 1927년 2월 23일, 하이젠베르크는 동료 물리학자 볼프강 파울리(Wolfgang Pauli)에게 편지를 써서 이 새로운 원리를 처음으로 설명했다. 불확정성 원리에 관한 논문에서 하이젠베르크는 이를 설명하기 위해 '불확실성(uncertainty)'이 아닌 "Ungenauigkeit"(부정확성)이라는 단어를 사용했다.

1927년, 하이젠베르크는 라이프치히 대학교(Leipzig University) 이론물리학 정교수(ordentlicher Professor) 겸 물리학과장으로 임명되었고, 1928년 2월 1일 취임 강연을 했다. 당시 25세였던 하이젠베르크는 독일에서 가장 젊은 정교수가 되었다. 라이프치히에서 발표한 그의 첫 번째 논문에서 하이젠베르크는 파울리 배타 원리를 사용하여 강자성의 미스터리를 해결했다.

하이젠베르크는 라이프치히 대학교에서 에드워드 텔러(Edward Teller)와 로버트 오펜하이머(Robert Oppenheimer) 같은 저명한 물리학자들을 지도했다. 이들은 훗날 미국의 맨해튼 계획(Manhattan Project)에 참여하였다.

하이젠베르크가 라이프치히에서 재직하는 동안 그와 함께 공부하고 일했던 박사 과정 학생들과 대학원 교육(Postgraduate education) 및 연구원들은 훗날 큰 명성을 얻었다. 대표적인 인물들은 다음과 같다.

* 에리히 바게(Erich Bagge)
* 펠릭스 블로흐(Felix Bloch)
* 우고 파노(Ugo Fano)
* 지그프리트 플뤼게(Siegfried Flügge)
* 윌리엄 버밀리온 휴스턴(William Vermillion Houston)
* 프리드리히 훈트(Friedrich Hund)
* 로버트 멀리컨(Robert S. Mulliken)
* 루돌프 파이얼스(Rudolf Peierls)
* 조지 플라체크(George Placzek)
* 아이작 라비(Isidor Isaac Rabi)
* 프리츠 자우터(Fritz Sauter)
* 존 슬레이터(John C. Slater)
* 에드워드 텔러(Edward Teller)
* 존 밴블렉(John Hasbrouck van Vleck)
* 빅터 바이스코프(Victor Frederick Weisskopf)
* 카를 프리드리히 폰 바이츠제커(Carl Friedrich von Weizsäcker)
* 그레고어 벤트첼(Gregor Wentzel)
* 클래런스 제너(Clarence Zener)

3.2. 행렬 역학과 노벨상

1925년 하이젠베르크는 막스 보른, 파스쿠알 요르단과 함께 양자역학의 행렬역학을 개발했다. 이전까지 물리학자들은 행렬을 거의 사용하지 않았지만, 하이젠베르크는 대응 원리에 기초한 물리적 추론으로 행렬의 '비가환 곱셈'을 도입했다.

1928년 알베르트 아인슈타인은 하이젠베르크, 보른, 요르단을 노벨 물리학상 후보로 지명했다. 1932년 노벨 물리학상은 그해 11월로 연기되었다가, 하이젠베르크가 "그중에서도(inter alia), 수소의 동소체(allotropic) 형태의 발견으로 인도한 그 적용의 양자역학의 창안"으로 1932년 수상자로 발표되었다.

3.3. 양자 이론의 해석

하이젠베르크는 양자역학의 철학적 함의에 대해 깊이 고민했다. 10대 후반, 바이에른 알프스에서 하이킹을 하면서 플라톤의 티마이오스를 읽었으며, 뮌헨, 괴팅겐, 코펜하겐에서 과학 교육을 받는 동안 동료 학생들과 교수들과 원자를 이해하는 것에 대한 철학적 대화를 나누었다고 회상했다. 그는 "저의 사고방식은 플라톤과 그런 것들을 연구하면서 형성되었습니다"라고 말했고, "현대 물리는 분명히 플라톤을 지지했습니다. 사실, 물질의 가장 작은 단위는 일반적인 의미에서 물리적 객체가 아닙니다. 그것들은 형태, 즉 수학적 언어로만 명확하게 표현될 수 있는 관념입니다"라고 말했다.

3.4. 친위대(SS) 조사

1933년 나치 집권 이후 하이젠베르크는 상대성이론 및 유대인 물리학자들을 옹호하는 입장을 취했기 때문에, 슈타르크와 레나르트 등 나치당원 물리학자들로부터 "백색 유대인"이라고 불리며 강한 공격을 받았다.

4. 독일 핵무기 프로그램

하이젠베르크는 독일의 원자폭탄 개발팀인 우라늄클럽(Uranverein)의 일원이었다. 1939년 독일의 핵무기 개발 계획인 우란베라인이 결성되자, 이 계획의 핵심 구성원으로 활동했으며, 1942년 카이저 빌헬름 물리학 연구소 소장으로 임명되었다.

1941년, 덴마크의 보어를 방문하여 "이론적으로는 개발이 가능하지만, 기술적으로나 재정적으로 어려우며, 원자폭탄은 이 전쟁에는 시간 내에 개발이 불가능하다"라고 전하고, 어떤 메모를 건넸다. 보어는 그 메모를 미국의 한스 베테에게 전달했는데, 베테에 따르면 그것은 원자로의 그림이었다.

하이젠베르크의 싱크로트론 화재 사건은 세계적인 뉴스가 되었는데, 알베르트 아인슈타인은 이 뉴스를 보고 "하이젠베르크가 마침내 원자로 개발에 성공했으므로, 원자폭탄을 만드는 것은 시간 문제다"라고 생각했다. 그러나 보어에게서 베테에게 전달된 하이젠베르크의 메모에는 중수로의 개략도가 있었고, 아인슈타인은 원자폭탄 개발 경쟁이 망상에 불과했음을 깨달았다. 하이젠베르크는 나치 고위 관계자에게 전력 부족 해결책으로 중수로를 사용하는 방법을 제시했지만, 스스로는 중수로 개발을 사보타주했다.

종전 후 다른 개발자들과 함께 영국 정보국 비밀정보부에 의해 영국의 팜홀에 감금되었고, 히로시마·나가사키의 원폭 투하 소식을 거기서 들었다. 하이젠베르크는 그 소식을 듣고 불가능하다고 놀랐다고 한다.

다음은 독일 우란프로옉트(우라늄 프로젝트)의 내부 간행물인 핵물리학 연구보고서 (Kernphysikalische Forschungsberichte)에 게재된 하이젠베르크의 보고서들이다.

4.1. 전쟁 전 물리학 연구

1932년 제임스 채드윅이 중성자를 발견한 직후, 하이젠베르크는 핵의 중성자-양성자 모형에 대한 논문을 제출했다. 1933년 아돌프 히틀러가 집권한 후, 하이젠베르크는 언론에서 "백인 유대인"이라는 공격을 받았다. 도이체 물리학(Deutsche Physik)(독일 물리학, 아리안 물리학(Aryan Physics)으로도 알려짐)의 지지자들은 아르놀트 조머펠트와 하이젠베르크를 포함한 주요 이론 물리학자들에 대한 악의적인 공격을 시작했다. 1930년대 초반부터 반유대주의 및 반이론물리학 운동인 도이체 물리학은 양자역학과 상대성이론에 관심을 기울였다. 대학 환경에서 정치적 요인이 학문적 능력보다 우선했고, 이 운동의 가장 두드러진 두 지지자는 노벨 물리학상 수상자 필리프 레나르트와 요하네스 슈타르크였다.

하이젠베르크가 독일 대학의 교수로 임명되려는 시도는 여러 번 실패했다. 아르놀트 조머펠트의 후계자로 임명받으려는 시도는 도이체 물리학 운동의 반대 때문에 좌절되었다. 1935년 4월 1일, 루트비히-막시밀리안 뮌헨 대학교에서 하이젠베르크의 박사학위 고문이었던 저명한 이론 물리학자 조머펠트는 명예교수(emeritus) 지위를 취득했다. 조머펠트는 1939년 12월 1일까지 걸린 후임자 선출 과정 동안 그의 자리를 유지했다. 뮌헨 교수단의 선택과 독일 교육부 및 도이체 물리학 지지자들 사이의 학문적, 정치적 차이로 인해 그 과정은 장기화되었다.

1935년 뮌헨 교수단은 조머펠트를 대신할 뮌헨 대학교 이론물리학 정교수 겸 이론물리학 연구소장 후보자 목록을 작성했다. 후보자 3인은 모두 조머펠트의 이전 학생이었다: 노벨 물리학상 수상자 하이젠베르크, 1936년 노벨 화학상 수상자 피터 디바이, 리처드 베커_{Richard Becker}. 뮌헨 교수단은 하이젠베르크를 최우선으로 이들을 지지했다. 그러나 도이체 물리학 지지자들과 교육부(REM) 요원들은 자체 후보자 목록을 가지고 있었고, 4년 이상 갈등이 이어졌다. 이 시기 하이젠베르크는 도이체 물리학 지지자들의 맹렬한 공격을 받았다. 하인리히 힘러가 이끄는 친위대(SS)의 신문 《검은 군단(The Black Corps)》은 하이젠베르크를 "사라져야" 마땅한 "백인 유대인"(유태인처럼 행동하는 아리아인)이라고 불렀다. 유대인들이 폭력적인 공격을 받고 투옥되었기 때문에 이러한 공격은 심각하게 받아들여졌다. 하이젠베르크는 문제를 해결하고 명예를 되찾기 위해 사설과 힘러에게 보내는 편지로 반격했다.

하이젠베르크의 어머니는 힘러의 어머니를 방문했다. 하이젠베르크의 외할아버지와 힘러의 아버지가 바이에른 하이킹 클럽의 목사이자 회원이었기 때문에 두 여성은 서로 알고 있었다. 1938년 7월 21일, 힘러는 친위대 집단지도자 라인하르트 하이드리히와 하이젠베르크에게 두 통의 편지를 보내 하이젠베르크 사건을 진정시켰다. 하이드리히에게 보낸 편지에서 힘러는 하이젠베르크가 한 세대의 과학자들을 가르치는데 유용하기 때문에 독일은 그를 잃거나 침묵시킬 이유가 없다고 말했다. 힘러는 하이젠베르크에게 이 편지가 가족의 추천으로 보내졌다며 전문적인 물리학 연구 결과와 관련 과학자들의 개인적이고 정치적인 태도를 구별하라고 경고했다.

빌헬름 뮐러_{Wilhelm Müller}가 루트비히-막시밀리안 뮌헨 대학교에서 조머펠트의 자리를 이어받았다. 그러나 뮐러는 이론물리학자가 아니었고, 물리학 저널에 논문을 발표하지 않았으며, 독일 물리학회 회원도 아니었다. 그의 임명은 조롱거리로 여겨졌고 이론물리학자들을 교육하는데 악영향을 끼쳤다.

하이젠베르크의 친위대(SS) 수사를 이끈 세 명의 조사관은 물리학 교육을 받았다. 하이젠베르크는 라이프치히 대학교에서 그들 중 한 명의 박사 시험에 참여했었다. 가장 영향력 있는 사람은 요하네스 줄프스_{Johannes Juilfs}였다. 그들은 하이젠베르크뿐만 아니라 이론물리학 및 학계에서 '도이체 물리학' 운동의 이념 정책에 반대하는 지지자가 되었다.

4.2. 우란베라인의 멤버쉽

1939년 독일의 핵무기 개발 계획인 우란베라인이 결성되었다. 하이젠베르크는 이 계획의 핵심 구성원으로 활동했다. 1942년 카이저 빌헬름 물리학 연구소 소장으로 임명되었다. 하이젠베르크는 핵분열의 에너지 잠재력에 대해 강연했지만, 핵무기 개발에는 소극적인 태도를 보였다. 1942년 이후 우란베라인 프로젝트는 핵무기 개발보다는 원자로 개발에 집중했다.

하이젠베르크는 독일의 원자폭탄 개발팀인 우라늄클럽(Uranverein)의 일원이었다. 하지만 후에 그는 이 일이 정신적으로 고통스러웠다고 적었다.

1941년, 하이젠베르크는 덴마크의 보어를 방문하여 "이론적으로는 개발이 가능하지만, 기술적으로나 재정적으로 어려우며, 원자폭탄은 이 전쟁에는 시간 내에 개발이 불가능하다"라고 전하고, 어떤 메모를 건넸다. 보어는 그 메모를 미국의 한스 베테에게 전달했다. 베테에 따르면, 그것은 원자로의 그림이었다. 하이젠베르크의 싱크로트론이 화재를 일으켜, 필사적인 소화 활동에도 불구하고 한 달 동안 진화되지 않아 세계적으로 뉴스로 보도되었는데, 그 신문 기사를 읽은 알베르트 아인슈타인은 "하이젠베르크가 마침내 원자로 개발에 성공했으므로, 원자폭탄을 만드는 것은 시간 문제다"라고 생각했다. 보어에게서 베테에게 전달된 하이젠베르크의 메모에는 중수로의 개략도가 적혀 있었고, 이를 본 아인슈타인은 원자폭탄 개발 경쟁이라는 망상에 불과했던 것을 각오했다. 하이젠베르크는 나치 고위 관계자에게 전력 부족 해결책으로 중수로를 사용하는 방법을 제시했지만, 스스로는 중수로 개발을 사보타주했다.

종전 후 다른 개발자들과 함께 영국 정보국 비밀정보부에 의해 영국의 팜홀에 감금되었고, 히로시마·나가사키의 원폭 투하 뉴스도 거기서 들었다. 그것을 들은 하이젠베르크는 그런 것은 불가능하다고 놀랐다고 한다.

다음은 독일 우란프로옉트(우라늄 프로젝트)의 내부 간행물인 핵물리학 연구보고서 (Kernphysikalische Forschungsberichte)에 게재된 하이젠베르크의 보고서들이다.

5. 제2차 세계 대전 이후

1939년 6월과 7월, 하이젠베르크는 미국을 방문하여 미시간 대학교의 사무엘 아브라함 고우드스미트를 만났지만, 미국으로 이민 갈 것을 거절했다. 1938년 12월, 독일 화학자 오토 한과 프리츠 슈트라스만은 우라늄에 중성자를 충돌시킨 후 바륨 원소를 검출했다는 보고서를 『자연과학』에 보냈고, 한은 우라늄 원자핵의 '분열'이 발생했다고 결론지었다. 리제 마이트너와 그녀의 조카 오토 로버트 프리슈는 한과 슈트라스만의 결과를 핵분열로 정확하게 해석했고, 프리슈는 1939년 1월 13일에 이를 실험적으로 확인했다.

5.1. 1945: 알소스 임무

알소스 작전(Alsos Mission)은 연합군이 독일의 핵무기 개발 정보를 수집하고 관련 과학자들을 체포하기 위한 작전이었다. 1945년 1월, 하이젠베르크는 카이저 빌헬름 물리학 연구소의 다른 대부분의 직원들과 함께 흑림의 시설로 이전했다. 1945년 5월 하이젠베르크는 알소스 작전에 의해 체포되었다.

5.2. 1945: 히로시마에 대한 반응

팜 홀 기록에 따르면, 베르너 하이젠베르크는 오토 한과 카를 프리드리히 폰 바이츠제커를 포함하여 팜 홀에 억류된 다른 물리학자들과 함께 연합군이 제2차 세계 대전에서 승리한 것을 기뻐했다. 하이젠베르크는 다른 과학자들에게 자신은 폭탄을 생각해 본 적이 없으며 에너지를 생산하는 원자 파일만 생각했다고 말했다. 나치를 위한 폭탄 제작의 도덕성도 논의되었다. 소수의 과학자들만이 핵무기의 가능성에 대해 진정한 공포를 표했고, 하이젠베르크 자신도 이 문제에 대해 논의하는 데 신중했다. 독일의 핵무기 프로그램이 원자폭탄 제작에 실패하자, 하이젠베르크는 "우리는 1942년 봄에 정부에게 원자폭탄을 건설하기 위해서 120,000명을 고용해야 한다고 권고할 도덕적 용기가 없었을 것이다."라고 언급했다.

6. 전후 연구 경력

1936년 중반, 하이젠베르크는 우주선 소나기 이론에 관한 두 편의 논문을 발표했다. 이후 2년 동안 네 편의 논문이 추가로 발표되었다.

1938년 12월, 독일의 화학자 오토 한과 프리츠 슈트라스만은 우라늄에 중성자를 충돌시킨 후 바륨 원소를 검출했다는 논문을 발표했다. 오토 한은 우라늄 원자핵의 '폭발(bursting)'을 결론지었고, 동시에 그해 7월 네덜란드를 거쳐 스웨덴으로 피신한 리제 마이트너에게 이 결과를 알렸다. 마이트너와 그녀의 조카 오토 로버트 프리슈는 한과 슈트라스만의 실험 결과를 핵분열로 올바르게 해석했으며, 프리슈는 1939년 1월 13일 실험을 통해 이를 확인했다.

1939년 6월과 7월, 하이젠베르크는 미국 미시간 대학교의 사무엘 구드스미트를 방문하기 위해 미국으로 갔다. 그러나 하이젠베르크는 미국 이민 초청을 거절했다. 그는 6년 후 구드스미트가 알소스 작전(Alsos Mission)의 수석 과학 고문이 되기 전까지 그를 다시 보지 못했다.

알소스 작전은 독일의 원자폭탄 개발 계획을 확인하고, 미국의 이익을 위해 독일의 원자 관련 시설, 연구, 물자, 과학 인력을 활용하려는 연합군의 노력이었다. 이 작전에 투입된 병력은 연합군 통제하에 있던 지역으로 이동했지만, 때로는 독일군 통제하에 있는 지역에서 작전을 수행하기도 했다. 베를린에는 많은 독일 과학 연구 시설이 있었다. 전쟁 말기에 사상자와 장비 손실을 줄이기 위해 이 시설들 중 다수는 다른 지역으로 분산되었다. 카이저 빌헬름 물리학 연구소(KWIP)는 1943년과 1944년에 대부분 슈바르츠발트 끝자락에 있는 헤칭겐과 그 인근 마을인 하이겔로흐로 옮겨졌고, 결국 프랑스 점령 지역에 포함되었다. 이를 통해 알소스 작전의 미국 특수부대는 핵 연구와 관련된 많은 독일 과학자들을 구금할 수 있었다.

1945년 3월 30일, 알소스 임무단은 하이델베르크에 도착하여 발터 보테, 리하르트 쿤, 필리프 레나르트, 볼프강 거트너를 포함한 중요한 과학자들을 체포했다. 조사 결과 오토 한은 테일핑겐에 있는 그의 실험실에 있었고, 하이젠베르크와 막스 폰 라우에는 헤칭겐의 하이젠베르크의 실험실에 있었으며, 하이젠베르크 팀이 베를린에 건설한 천연 우라늄 원자로는 하이겔로흐로 옮겨졌다. 이후 알소스 임무의 주요 초점은 뷔르템베르크 지역의 핵 시설에 맞춰졌다. 하이젠베르크는 1945년 5월 3일 우르펠트에서 독일군 점령 지역에서 산악 작전을 벌이다 붙잡혀 체포되었다. 그는 하이델베르크로 옮겨져 1939년 앤아버 방문 이후 처음으로 5월 5일 구드스미트를 만났다. 독일은 이틀 만에 항복했다. 하이젠베르크는 프랑스와 벨기에를 거쳐 1945년 7월 3일 영국으로 이동하면서 8개월 동안 가족을 다시 보지 못했다.

우란베라인의 일원으로 《핵물리 연구보고서(Nuclear Physics Research Reports)》에 보고서를 발표한 저명한 독일 과학자 중 9명은 알소스 작전에 의해 체포되어 엡실론 작전(Operation Epsilon) 아래 영국에서 투옥되었다. 하이젠베르크를 비롯한 10명의 독일 과학자들은 영국의 팜 홀(Farm Hall)에 억류되었다. 그 시설은 영국의 해외 정보국 MI6의 안전가옥이었다. 구금된 동안 그들의 대화는 녹음되었고, 지적 가치가 있다고 생각되는 대화는 영어로 번역되었다. 이 기록들은 1992년에 발표되었다. 1945년 8월 6일, 팜 홀의 과학자들은 언론 보도를 통해 미국이 일본 히로시마에 원자폭탄을 떨어뜨렸다는 사실을 알게 되었다. 처음에는 폭탄이 만들어지고 떨어졌다는 사실이 믿기지 않았다. 그 후 몇 주 동안 독일 과학자들은 미국이 어떻게 폭탄을 만들 수 있었는지 논의했다.

팜 홀 기록에 따르면 하이젠베르크는 오토 한과 카를 프리드리히 폰 바이츠제커를 포함하여 팜 홀에 억류된 다른 물리학자들과 함께 연합군이 제2차 세계 대전에서 승리한 것을 기뻐했다고 한다. 하이젠베르크는 다른 과학자들에게 자신은 폭탄을 생각해 본 적이 없으며 에너지를 생산하는 원자로만 생각했다고 말했다. 나치를 위한 폭탄 제작의 도덕성도 논의되었다. 소수의 과학자들만이 핵무기의 가능성에 대해 진정한 공포를 표했고, 하이젠베르크 자신도 이 문제에 대해 논의하는 데 신중했다. 독일의 핵무기 프로그램이 원자폭탄 제작에 실패하자, 하이젠베르크는 "우리는 1942년 봄에 정부에게 원자폭탄을 건설하기 위해서 120,000명을 고용해야 한다고 권고할 도덕적 용기가 없었을 것이다."라고 언급했다.

6.1. 독일 연구 기관의 임원 직위

1946년 하이젠베르크는 막스 플랑크 물리학 연구소 소장이 되었다. 막스 폰 라우에가 부소장으로 임명되었고, 카를 비르츠, 카를 프리드리히 폰 바이츠제커, 루트비히 비어만이 하이젠베르크의 연구소 설립을 도왔다. 하인츠 빌링은 전자 컴퓨팅 개발을 촉진하기 위해 1950년에 합류했다.

하이젠베르크는 헤르만 라인과 함께 포르슝스라트(Forschungsrat, 연구 위원회)를 설립하는 데 중요한 역할을 했다. 하이젠베르크는 새로 설립된 독일 연방 공화국과 독일에 기반을 둔 과학계 사이의 대화를 촉진하기 위해 이 포르슝스라트를 계획했다. 하이젠베르크는 포르슝스라트의 회장으로 임명되었다. 1951년 독일 과학 비상 협회(Notgeminshaft der Deutschen Wissenschaft)와 통합되었고 같은 해 독일 연구협회(Deutsche Forschungsgemeinschaft)로 이름을 바꾸었다. 합병에 이어서 하이젠베르크는 회장으로 임명되었다.

1958년에 막스 플랑크 물리학 연구소는 뮌헨으로 이전되어 확장되었으며 막스 플랑크 물리학 및 천체 물리학 연구소(Max-Planck-Institut für Physik und Astrophysik)(MPIFA)로 이름이 변경되었다. 그 사이에 하이젠베르크와 천체물리학자 루트비히 비어르만은 MPIFA의 공동 책임자였다. 하이젠베르크는 또한 루트비히 막시밀리안 뮌헨 대학의 정교수가 되었다. 하이젠베르크는 1960년부터 1970년까지 MPIFA의 단독 책임자였다. 하이젠베르크는 1970년 12월 31일에 MPIFA의 책임자직을 사임했다.

6.2. 국제 과학 협력 촉진

1951년 하이젠베르크는 유네스코 회의에서 독일 연방 공화국의 과학 대표로 활동했다. 그는 서방 진영 과학자들의 자원과 기술을 활용하여 대형 입자 가속기를 건설하는 것을 목표로 하는 유럽 핵물리학 연구소 설립에 참여했다. 1953년 7월 1일, 독일 연방 공화국을 대표하여 CERN 설립 협약에 서명했다. CERN의 과학 정책 위원회 의장으로 임명되어 CERN의 과학 프로그램을 결정하는 역할을 맡았으나, 창립 과학 책임자 직책은 거절했다.

1953년 12월, 하이젠베르크는 알렉산더 폰 훔볼트 재단의 회장이 되었다. 그는 회장 재임 기간 동안 78개국 출신의 550명의 훔볼트 학자들에게 과학 연구비를 지원했으며, 사망 직전까지 회장직을 수행했다.

6.3. 연구 관심사

하이젠베르크는 난류, 초전도, 우주선, 중간자, 플라스마 물리학, 핵융합 등 다양한 분야를 연구했다. 1947년과 1948년에는 막스 폰 라우에와 함께 초전도 현상에 대한 논문을 발표했다. 2차 세계 대전 직후에는 박사 학위 논문 주제였던 난류로 돌아와 1948년과 1950년에 관련 논문을 발표했다. 전후에는 중간자 다중 생성을 고려한 우주선 샤워에 대한 연구를 계속하여 1949년, 1952년, 1955년에 논문을 발표했다.

1957년부터는 플라스마 물리학과 핵융합 과정에 관심을 가졌고, 제네바에 있는 국제 원자 물리학 연구소와 협력하며 과학 정책 위원회 위원 및 위원장을 역임했다. 또한 1957년 괴팅겐 선언문(Göttingen Manifesto)에 서명하여 핵무기로 무장한 독일 연방 공화국에 대해 공개적으로 반대 입장을 밝혔다.

7. 철학과 세계관

하이젠베르크는 동양철학에 관심을 가졌고, 양자역학과 동양 철학 사이에 유사점이 있다고 보았다. 그는 라빈드라나트 타고르와의 대화를 통해 이전에는 이해하기 어려웠던 개념들이 더 명확해졌다고 언급했다. 그는 "자연법칙'이라는 개념은 완전히 객관적일 수 없으며, '법칙'이라는 단어는 순전히 인간의 원리이다"라고 말했다.

하이젠베르크는 루트비히 비트겐슈타인의 초기 저작인 《논리철학 논고》는 싫어했지만, 후기 사상과 언어 철학은 매우 좋아했다.

독실한 루터교 신자였던 하이젠베르크는 알베르트 아인슈타인에게 보낸 편지에서 "우리는 선하신 주 하나님께서 [원자보다 작은] 입자들의 위치를 알고 계실 것이라는 점에 위안을 삼을 수 있습니다. 따라서 그는 인과율 원리가 계속 유효하도록 하실 것입니다."라고 썼다.

그는 과학과 종교의 조화를 추구했으며, 1974년 로마노 구아르디니 상을 수상하면서 "과학적 진리와 종교적 진리"라는 연설을 했다. 그는 이 연설에서 과학적 진리는 그 영역에서 부정할 수 없지만, 종교적 사상을 구시대적인 것으로 치부할 수 없다고 강조하며, 두 사상 영역의 관계에 대해 깊이 고민했다고 밝혔다.

하이젠베르크는 자연을 "하나님의 두 번째 책"(첫 번째는 성경)이라고 언급했고, "물리학은 창조에 대한 신성한 사상에 대한 성찰이며, 따라서 물리학은 신성한 봉사이다"라고 믿었다.

8. 자서전과 사망

하이젠베르크는 60대 후반에 대중을 위한 자서전을 집필했다. 1969년 독일에서 《부분과 전체(Der Teil und das Ganze)》라는 제목으로 출판되었고, 1971년 초에는 영어로 《물리학 및 그 너머 (Physics and Beyond): 만남과 대화 (Encounters and Conversations)》라는 제목으로 출판되었으며, 그 후 여러 언어로 번역되었다. 그는 1966년부터 이 프로젝트를 시작했는데, 당시 그의 공개 강연은 점차 철학과 종교라는 주제로 옮겨가고 있었다. 하이젠베르크는 자서전을 1) 정확한 과학의 목표, 2) 원자 물리학에서 언어의 문제, 3) 수학과 과학에서의 추상화, 4) 물질의 가분성 또는 칸트의 이율배반, 5) 기본 대칭, 6) 과학과 종교 등의 주제로 구성하였다.

하이젠베르크는 회고록을 일련의 대화 형식으로 썼고, 그의 생애를 망라했다. 이 책은 대중적인 성공을 거두었지만 과학사가들에게는 골칫거리로 여겨졌다. 서문에서 하이젠베르크는 역사적 사건을 더 간결하게 만들기 위해 요약했다고 썼다.

하이젠베르크는 1976년 2월 1일 자택에서 신장암으로 사망했다. 다음 날 저녁, 그의 동료와 친구들은 물리학 연구소에서 그의 집까지 추모 행진을 하고, 촛불을 켜서 그의 문 앞에 놓았다. 하이젠베르크는 뮌헨 발트프리트호프(Munich Waldfriedhof)에 묻혔다.

9. 서훈과 수상

* 1932년 - "양자역학의 창안, 그 응용은 특히 수소의 동소체 발견으로 이어졌다"는 업적으로 노벨 물리학상 수상.
* 1933년 - 독일 물리학회의 막스 플랑크 메달.
* 브뤼셀 자유 대학교, 카를스루에 공과대학교, 외트뵈시 로란드 대학교에서 명예박사학위 수여.
* 바이에른 공로 훈장.
* 로마노 구아르디니 상.
* 스타와 함께 연방 서비스를 위한 대십자.
* 공로 기사단(시민 계급).
* 1937년 미국철학학회 국제 회원.
* 1955년 왕립학회 외국인 회원(ForMemRS).
* 1958년 미국 예술 과학 아카데미 국제 명예 회원.
* 괴팅겐, 바이에른, 작센, 프로이센, 스웨덴, 루마니아, 노르웨이, 스페인, 네덜란드(1939), 로마, 나투르포르셰르 레오폴디나 독일 아카데미, 린체이 아카데미, 미국 과학 아카데미의 회원.
* 1929년 마테우치 메달
* 1930년 바너드 메달
* 1970년 지그문트 프로이트 상