海森堡出生在德国的乌兹堡，是一位古典语言教授的儿子，在很小的时候就被认为天资聪颖——以及争强好胜。他父亲鼓励这种竞争精神，海森堡经常跟大他一岁的兄长打架。这种争执以一次血腥的斗殴告终，这一次他们用木椅攻击对方，随后叫了休战——他们的休战之所以会延续，主要是因为他们走上了各自的人生道路，离开了家庭，终其一生再也没有和对方说过话。在未来的日子里，海森堡还将同样凶猛地攻击他的工作带给他的挑战。
海森堡一直把竞争当作个人挑战。他对滑雪并没有特别的天赋，但他通过训练变成了一名优秀的滑雪者。他热衷长跑、练习大提琴和钢琴。但最重要的是，当他还在上小学时，他发现自己有算术方面的天赋，这使他对数学及其应用产生了浓厚的兴趣。
1920年夏天，海森堡决定考取数学博士学位。要想被录取必须说服一位教员做你的担保人，通过父亲的关系，海森堡获得机会参加慕尼黑大学知名数学家费迪南德·冯·林德曼的面试。结果证明，这次面试并不是那种你有时候通过走后门得到的机会，在这样的面试中，面试官或许会给海森堡提供茶水和黑森林蛋糕，还会告诉海森堡他们对他的聪明才智早已如雷贯耳。相反，这是一次很糟糕的面试，林德曼还有两年就将退休，对一年级新生并不感兴趣，他办公桌上卧着的一只狮子狗不停地狂吠，让耳背的他很难听清楚海森堡在说什么。然而，最终毁掉海森堡机会的似乎是他提到他正在阅读的一本关于爱因斯坦相对论的书，这本书由一位名叫赫尔曼·魏尔的数学家撰写。在听到这个年轻人对物理学的兴趣后，作为数字理论家的林德曼突然终止了面试，说道：“假如那样的话，你根本就不懂数学。” 林德曼这句话的意思或许是对物理学的兴趣显示出糟糕的品位，然而，作为一名物理学家，我认为他真正的意思是，在接触了一个更有趣的科目后，海森堡将很难再有耐心去研究数学。无论哪种情况，林德曼的傲慢和僵化改变了历史的进程，因为假使他接纳了海森堡，物理学将会损失一位其观点将成为量子理论核心的人物。
在被林德曼拒绝后，海森堡并没有多少选择余地，他决定去阿诺德·索末菲那里尝试申请物理学博士，索末菲是玻尔原子的重要支持者，此时他已经对这种理论做出了自己的贡献。索末菲瘦小，秃顶，留着一把大胡子，没有养狮子狗，年轻的海森堡阅读魏尔的书给他留下了良好的印象。但这种印象也没有深刻到让他决定马上接受他，但也足够让他为海森堡提供暂时担保。“你或许知道一些东西，你或许什么也不知道，”索末菲说，“我们以后就知道了。” 海森堡当然知道一些东西。他知道的东西足够让他在1923年从索末菲那里获得博士学位，在1924年，他甚至获得了更高等的“特许任教资格”学位，可以让他去哥廷根大学在玻恩手下工作。但他通往不朽的道路实际上却开始于1924年秋天去哥本哈根拜访尼尔斯·玻尔。
当海森堡抵达时，受到误导的玻尔正在努力改进他的原子模型，海森堡也加入其中。我说“误导”并不只是因为他的努力白费了，也是因为他的目标：玻尔想把光子，也就是爱因斯坦的光量子从他的模型中剔除。这听起来或许很奇怪，因为最初正是光量子这种概念启发玻尔去思考原子或许是因为受到限制才只会有某种离散的能量。尽管如此，玻尔和大多数物理学家一样不太情愿接受光子存在的现实，因此他问自己，人们可以创造一个不包含光子的玻尔原子的变体吗？ 玻尔相信他可以。我们曾经见过玻尔努力工作并最终获得成功的故事，但这一次他的努力将一无所获。
当我还是学生时，我的朋友和我把许多物理学家视为偶像。我们崇拜爱因斯坦是因为他那无懈可击的逻辑和激进的观点。我们崇拜费曼和英国物理学家保罗·狄拉克（1902—1984）是因为他们发明了表面上看不合规定的数学概念，并通过它们得到了神奇的结果。（数学家后来终究会发现一种证明它们的方法。）我们崇拜玻尔是因为他的直觉。我们把这些人视为英雄，超人般的天才，他们的思路总是那么清晰，观点总是那么正确。这没有什么不正常，我猜——艺术家、企业家以及体育迷都能说出几个他们认为比生命还要伟大的人物。
在我的学生时代，我们被告知玻尔对量子物理学的直觉是如此让人印象深刻，以至于他似乎“和上帝有直接连线”。但在讨论早期的量子理论时，他们只会谈论玻尔那伟大的洞察力，而很少会提及他的许多错误观点。这很自然，因为随着时间的流逝，好的观点留了下来，不好的则被人遗忘。不幸的是，这给我们留下一种错误印象，即科学比它实际上要更简单，更容易——至少对某些“天才”来说是这样。
伟大的篮球明星迈克尔·乔丹曾经说过：“在我的职业生涯中，我投丢了超过9 000个球，输掉了差不多300场比赛，有26次我被托付来完成制胜一球，但我投丢了。我在生命中一次又一次地失败。这就是我为什么会成功。”他是在耐克广告上说的这段话，因为这样一位传奇人物在经历失败之后又继续前行的故事听起来非常鼓舞人心。但对任何在发现或创新领域工作的人来说，听一听玻尔的误导概念或牛顿在炼金术上毫无成果的努力，知道我们的智力偶像也会和我们一样产生错误观点和失败，这具有同样的价值。
玻尔当初应该考虑一下他的玻尔原子是不是太激进了，这种想法很有意思，但毫不令人意外，因为科学和社会一样，是建立在某种共同的观点和信仰之上的，但玻尔原子并不符合这个标准。结果，从伽利略到牛顿，从玻尔到爱因斯坦——以及未来的先驱——即使他们的想象力帮助他们创造了未来，他们仍然还有一只脚停留在过去。
在这个方面，科学领域的“革命者”与其他领域具有前瞻性思维的个人没有什么不同。以亚伯拉罕·林肯为例，他是解放美国南部奴隶的拥护者，但却从来没有放弃自己早已过时的信仰，即不同民族不可能共同生活在“社会和政治的平等中”。林肯意识到或许会有人认为他反对奴隶制的立场跟他对于种族不平等的包容不一致。但他在为自己对白种人优越性的认可辩护时称，它是否“与公正相符”不是一个关键问题，因为白人的优越性是一种“普遍感受”，无论“有没有充分的依据，都不能轻易地漠视”。 换句话说，抛弃白人的优越性甚至对他也是一种过于激进的举动。
如果你问别人他们为什么会相信这个或那个，他们不会像林肯那样坦率或自觉。没有几个人会照实说，他们相信某样东西是因为大家都相信它。或者“因为我一直都相信它”，或者“因为家庭和学校教育我应该相信它”。但是，就像林肯说的那样，这通常是一个很好的理由。在社会中，共同的信仰创造了文化，有时候也会制造不公。在科学、艺术以及其他重视创造力和创新性的领域，共同的信仰变成了阻碍进步的思维桎梏。这就是为什么改变通常都是一点一滴地出现，这也是为什么玻尔在试图改变他的理论时会畏首畏尾。
假如玻尔的新理论注定会失败，它却产生了一个非常幸运的结果：它迫使年轻的海森堡去深入思考玻尔原子初始理论的含义。他的分析逐渐使他得出一个激进的物理学新观点：放弃对原子内部活动方式的物理想象是可行的，甚至是必要的——比如电子的运动轨道，它是我们在头脑中想象出来的，但在现实中却无法观察。
和经典物理学理论一样，玻尔的理论依靠的是描述电子的位置和轨道速度等特性的数值。在牛顿所研究的物体世界中——抛射物、钟摆、行星——位置是可以被观察和测量的。但在实验室中却无法观察原子是否游移不定，或者如果它们的确处于运动状态，它们的速度又有多快。
海森堡分析，假如经典概念——例如位置、速度、路径、轨道和抛物线——在原子层面上无法被观察到的话，人们或许不应该再试图创造一门基于它们的原子科学——或其他体系。为什么非得执着于这些旧观点呢？海森堡判定它们就是17世纪的思维束缚。
海森堡问自己，有没有可能发展出一种基于可被直接测量的原子数据——例如原子释放的辐射的频率和振幅——的理论？ 卢瑟福之所以反对玻尔原子模型，是因为玻尔没有为电子如何在原子能级之间完成跃迁提供机制；海森堡将为这个批评做出解答，但不是通过提供这种机制，而是在有人提起电子时宣称没有什么机制，也不存在什么路径，或者至少物理王国之内不存在这个问题——因为物理学家可以测量在这个过程中吸收或释放的光，但却无法亲眼看到这个过程。
到海森堡在1925年春天回到哥廷根并在玻尔的研究所担任讲师时，发明出一种完全基于可测量的数据的新方法来研究物理学变成了他的梦想——他的目标。
对任何人来说，创造一门激进的新科学，抛弃牛顿对于现实的直觉描述，否定位置和速度等我们可以想象和理解的概念，这都是一个大胆的目标，更别说像海森堡这样一个23岁的年轻人了。但和在22岁就改变了世界政治版图的亚历山大一样，年轻的海森堡将引领一场重塑世界科学版图的行军。
