Werner Karl Heisenberg (* 5. Dezember 1901 in Würzburg; † 1. Februar 1976 in München) war ein deutscher Physiker, der als Begründer der Quantenmechanik gilt und zu den bedeutendsten Physikern des 20. Jahrhunderts zählt.
Heisenberg gab 1925 die erste mathematische Formulierung der Quantenmechanik an. 1927 formulierte er die Heisenbergsche Unschärferelation, ein fundamentales Prinzip der Quantenmechanik. Für die Begründung der Quantenmechanik wurde er 1933 mit dem Nobelpreis für Physik des Jahres 1932 ausgezeichnet. Er befasste sich auch mit den philosophischen Aspekten der Quantenmechanik und äußerte sich in umstrittener Weise zur Entwicklung und Anwendung der Atombombe.
Nach dem Studium in München war Heisenberg Assistent von Max Born in Göttingen und arbeitete in Niels Bohrs Institut in Kopenhagen. Ab 1927 lehrte er Physik in Leipzig und ab 1942 in Berlin, wo er zugleich das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik leitete. Während des Zweiten Weltkriegs war er am deutschen Uranprojekt beteiligt. Nach dem Krieg war er Direktor des Max-Planck-Instituts für Physik in Göttingen (1946–1958) und München (1958–1970).
Werner Heisenberg wurde in eine Gelehrtenfamilie geboren. Er war ein Urenkel von Adolf Zeising, der vor allem als Verbreiter der Lehre vom Goldenen Schnitt bekannt wurde. Sein Vater war der Byzantinist August Heisenberg (1869–1930). Seine hochintelligente Mutter Annie geb. Wecklein (1871–1945) war die Tochter des klassischen Philologen Nikolaus Wecklein, der Rektor des Maximiliansgymnasiums in München war. Sein älterer Bruder Erwin (1900–1965) studierte in Berlin und wurde Industriechemiker in Bitterfeld.
Heisenberg kam nach München, als sein Vater einige Jahre nach seiner Geburt dorthin als Professor berufen wurde. Er besuchte das Münchner Maximiliansgymnasium, das bis 1913 von seinem Großvater geleitet wurde. Er war Neupfadfinder.
Im Jahr 1918 leistete er Kriegshilfsdienst auf einem oberbayerischen Bauernhof. 1919 schloss sich Heisenberg einer Freiwilligeneinheit an, die dem Freikorps Lützow zugeordnet war, und beteiligte sich an der Niederschlagung der Münchner Räterepublik, während sein Bruder im Freikorps Epp diente.
Heisenberg war lange Zeit unentschlossen, ob er Musik oder Naturwissenschaften und Mathematik studieren sollte. Er entschloss sich dann doch zu einem Mathematikstudium. Er besuchte bereits vor seinem Studium Kurse an der Münchner Universität, darunter auch über mathematische Methoden in der damals aufkommenden modernen Physik. Er strebte an, das Mathematik-Grundstudium zu überspringen. Dazu sprach er bei dem bekannten Mathematikprofessor Ferdinand von Lindemann vor, der jedoch der Anwendung der Mathematik in der Physik äußerst kritisch gegenüberstand. In seiner Autobiographie Der Teil und das Ganze beschrieb Heisenberg das Treffen als Desaster: Nachdem Lindemanns kleiner Hund ihn schon beim Eintritt wütend angekläfft hatte, fragte der Professor nach Heisenbergs Lektüre. Als er von Hermann Weyls Raum, Zeit, Materie (ein Buch über Allgemeine Relativitätstheorie) erfuhr, beendete er das Gespräch unverzüglich mit der unwirschen Bemerkung: „Dann sind Sie für die Mathematik sowieso schon verdorben.“
So begann Heisenberg mit Unterstützung durch Arnold Sommerfeld ein Studium der Physik in München und konnte es in der Mindeststudienzeit von drei Jahren abschließen. Unter Sommerfeld arbeitete er an einem schwierigen Thema der älteren Quantentheorie, dem anomalen Zeemaneffekt. Im Juni 1922 nahm ihn Sommerfeld zu den Vorlesungen von Niels Bohr in Göttingen („Bohrfestspiele“) mit.
Heisenberg wurde 1923 mit einer Dissertation über Stabilität und Turbulenz von Flüssigkeitsströmen bei Sommerfeld promoviert. Dabei kam er nur durch energisches Eintreten von Sommerfeld durch die mündliche Doktorprüfung. Der Mitprüfer, der Experimentalphysiker Wilhelm Wien, warf Heisenberg „bodenlose Ignoranz“ in der Experimentalphysik vor und wollte ihn durchfallen lassen, nachdem er schon im Experimentalphysik-Praktikum sehr unzufrieden mit ihm gewesen war. Eine der Prüfungsfragen, an der Heisenberg damals scheiterte, war das Auflösungsvermögen des Mikroskops und anderer optischer Instrumente, das Wien ausführlich in seinen Vorlesungen behandelt hatte. Heisenberg verwendete es später als Beispiel für seine Unschärferelation. Heisenberg erhielt bei der Doktorprüfung nur den dritthöchsten Grad cum laude von vier möglichen Graden.
Heisenberg wurde 1924 Assistent von Max Born in Göttingen. Im Juli 1924 habilitierte er sich in Göttingen. In den folgenden Jahren begründete er mit Max Born und Pascual Jordan die theoretische Quantenmechanik.
Im März/April 1924 und von September 1924 bis Anfang April 1925 arbeitete er mit Niels Bohr in dessen Institut in Kopenhagen, dann nochmals im Herbst 1925. Bohrs Institut war damals ein internationaler Treffpunkt von Physikern, die sich mit Quantentheorie befassten.
Mit 25 Jahren wurde Heisenberg 1927 als Professor an die Universität Leipzig berufen, die er mit Friedrich Hund zu einem Zentrum der theoretischen Physik machte, insbesondere für Kernphysik. Das Seminar „Heisenberg mit Hund“ erlangte Weltgeltung und zog Schüler aus vielen Ländern an. Hund war mit Heisenberg befreundet und verteidigte ihn wie andere führende deutsche Physiker auch gegen die bedrohliche, von Johannes Stark entfachte Kampagne, die sich auch gegen die moderne theoretische Physik richtete. Heisenberg war Patenonkel von Hunds jüngstem Sohn.
Zusammen mit Paul Dirac unternahm Heisenberg Ende August 1929 eine Reise nach Tokio, wo die beiden im September wissenschaftliche Vorträge hielten.
1933 erhielt Heisenberg den Nobelpreis für Physik für das Jahr 1932.
Von 1942 bis 1945 leitete Heisenberg das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik in Berlin-Dahlem und lehrte zudem als Professor an der Berliner Universität.
In Berlin war Heisenberg am Uranprojekt des Heereswaffenamtes beteiligt. Zu Beginn des Weltkriegs wurden er und andere Physiker wie Otto Hahn und Carl Friedrich von Weizsäcker in das Heereswaffenamt berufen, um Einsatzmöglichkeiten der Kernspaltung zu finden. Heisenberg stieß zwar relativ spät dazu, arbeitete jedoch intensiv und übernahm bald eine führende Rolle.
Er und seine Kollegen kamen schon früh zu dem Schluss, dass die aufwändige Anreicherung des Spaltstoffes Uran 235 mit den allgemein zur Verfügung stehenden Ressourcen während der voraussichtlichen Kriegsdauer nicht zu machen war, und informierten dahingehend am 4. Juni 1942 Albert Speer. Allerdings verschwiegen sie oder deuteten nur an, die Möglichkeit, eine Kernwaffe mit Plutonium zu bauen, bei der die Trennung viel einfacher chemisch ablaufen konnte. Für diese war nur ein Natururan-Reaktor mit Schwerwasser als Moderator erforderlich – ähnlich wie der heutige kanadische CANDU-Reaktortyp, mit dessen Hilfe Indien in den Besitz von Kernwaffen kam. Auf die entscheidende Frage Speers, wie lange sie für eine Bombe bräuchten, gab er drei bis fünf Jahre an – womit das Projekt seine Priorität verlor.
Im weiteren Verlauf arbeiteten die deutschen Kernphysiker nur noch an einem Schwerwasserreaktor, der zum Kriegsende ins schwäbische Haigerloch ausgelagert wurde. In den Experimenten der letzten Kriegstage, drei Jahre nach der erfolgreichen Inbetriebnahme eines graphitmoderierten Reaktors durch Enrico Fermi in Chicago, gelang es beinahe, den Forschungsreaktor Haigerloch kritisch werden zu lassen.