Quantum Theory: Werner Heisenberg
Explaining Heisenberg's Uncertainty Principle:
From particle / wave duality to Wave Structure of Matter where discrete standing wave interactions cause particle effects and Uncertainty of particle location / momenta.
Both matter and radiation possess a remarkable duality of character, as they sometimes exhibit the properties of waves, at other times those of particles. Now it is obvious that a thing cannot be a form of wave motion and composed of particles at the same time - the two concepts are too different. (Werner Heisenberg, on Quantum Theory, 1930)
The solution of the difficulty is that the two mental pictures which experiment lead us to form - the one of the particles, the other of the waves - are both incomplete and have only the validity of analogies which are accurate only in limiting cases. (Werner Heisenberg, on Quantum Theory, 1930)
Light and matter are both single entities, and the apparent duality arises in the limitations of our language.
It is not surprising that our language should be incapable of describing the processes occurring within the atoms, for, as has been remarked, it was invented to describe the experiences of daily life, and these consist only of processes involving exceedingly large numbers of atoms. Furthermore, it is very difficult to modify our language so that it will be able to describe these atomic processes, for words can only describe things of which we can form mental pictures, and this ability, too, is a result of daily experience. Fortunately, mathematics is not subject to this limitation, and it has been possible to invent a mathematical scheme - the quantum theory - which seems entirely adequate for the treatment of atomic processes; for visualisation, however, we must content ourselves with two incomplete analogies - the wave picture and the corpuscular picture. (Quantum Theory, Werner Heisenberg, 1930)
This application of the concept of statistical laws was finally formulated in the second half of the last century as the so-called statistical mechanics. In this theory, which is based on Newton's mechanics, the consequences that spring from an incomplete knowledge of a complicated mechanical system are investigated. Thus in principle it is not a renunciation of determinism.
The incomplete knowledge of a system must be an essential part of every formulation in quantum theory. Quantum theoretical laws must be of a statistical kind. .. This state of affairs is best described by saying that all particles are basically nothing but different stationary states of one and the same stuff. Thus even the three basic building-stones have become reduced to a single one. There is only one kind of matter but it can exist in different discrete stationary conditions. (Atomic Physics and Causal Law, from The Physicist’s Conception of Nature, Werner Heisenberg, 1958)
Every word or concept, clear as it may seem to be, has only a limited range of applicability. (Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963)
The problems of language here are really serious. We wish to speak in some way about the structure of the atoms… But we cannot speak about atoms in ordinary language. (Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963)
The most difficult problem… concerning the use of the language arises in quantum theory. Here we have at first no simple guide for correlating the mathematical symbols with concepts of ordinary language: and the only thing we know from the start is the fact that our common concepts cannot be applied o the structure of the atoms. (Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963)
The violent reaction on the recent development of modern physics can only be understood when one realises that here the foundations of physics have started moving; and that this motion has caused the feeling that the ground would be cut from science. (Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963)
Natural science, does not simply describe and explain nature; it is part of the interplay between nature and ourselves. (Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963)
What we observe is not nature itself, but nature exposed to our method of questioning. (Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963)
I remember discussions with Bohr which went through many hours till very late at night an ended almost in despair; and when at the end of the discussion I went alone for a walk in the neighbouring park I repeated to myself again and again the question: Can nature possibly be so absurd as it seemed to us in these atomic experiments? (Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963)
The world thus appears as a complicate tissue of events, in which connections of different kinds alternate or overlap or combine and thereby determine the texture of the whole. (Heisenberg, Physics and Philosophy, 1963)
Quantum Theory: Werner Heisenberg
Explaining Heisenberg's Uncertainty Principle:
Von Teilchen / Welle-Dualismus zu Wave Struktur der Materie, wo diskrete stehende Wellen Wechselwirkungen verursachen Partikeleffekte und Unsicherheit der Teilchenphysik Lage / Momente.
Beide Materie und Strahlung besitzen eine bemerkenswerte Dualität von Charakter, da sie manchmal weisen die Eigenschaften von Wellen, zu anderen Zeiten die von Teilchen. Nun ist es offensichtlich, dass ein Ding kann nicht als eine Form der Welle Bewegungs-und aus Teilchen zur gleichen Zeit - die beiden Konzepte sind zu unterschiedlich. (Werner Heisenberg, in Quantum Theory, 1930)
Die Lösung der Schwierigkeit darin, dass die beiden geistigen Bildern, die uns führen Experiment zu bilden - die eines der Teilchen, die andere von den Wellen - sind beide unvollständig und haben nur die Gültigkeit von Analogien, die genaue nur in Fällen zu begrenzen. (Werner Heisenberg, in Quantum Theory, 1930)
Licht und Materie sind sowohl einzelne Einheiten, und die scheinbare Dualität entsteht in den Grenzen unserer Sprache.
Es ist nicht verwunderlich, dass unsere Sprache sollte nicht in der Lage beschreibt die Prozesse innerhalb der Atome, für die, wie schon bemerkt, es wurde erfunden, um die Erfahrungen des täglichen Lebens, und diese bestehen nur aus Verfahren, die außerordentlich große Anzahl von Atomen. Außerdem ist es sehr schwer zu ändern, unsere Sprache, so dass er in der Lage zu beschreiben, diese atomare Prozesse, nach Wörtern beschreiben kann nur über Dinge, die wir bilden können geistige Bilder, und diese Fähigkeit ist auch ein Resultat der täglichen Erfahrung. Glücklicherweise, Mathematik ist nicht Gegenstand dieser Beschränkung, und es war möglich zu erfinden, eine mathematische System - der Quantentheorie - das scheint völlig ausreichend für die Behandlung von atomarer Prozesse, für Visualisierung, aber wir müssen uns selbst Inhalte mit zwei unvollständig Analogien -- Bild der Welle und der korpuskularer Bild. (Quantum Theory, Werner Heisenberg, 1930)
Diese Anwendung des Konzepts der statistischen Gesetze formuliert wurde schließlich in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts wie die so genannte statistische Mechanik. In dieser Theorie, die sich auf Newtons Mechanik, die Konsequenzen, die aus Frühjahr ein unvollständiges Wissen über ein kompliziertes mechanisches System untersucht. So sind im Prinzip ist es nicht ein Verzicht auf Determinismus.
Die unvollständige Kenntnisse eines Systems muss ein wesentlicher Bestandteil jeder Formulierung in der Quantentheorie. Quantum theoretischen Gesetze müssen von einer statistischen Art. .. Dieser Zustand ist am besten beschrieben mit den Worten, dass alle Teilchen sind im Grunde nichts anderes als verschiedene stationäre Zustände von ein und demselben Material. So auch die drei grundlegenden Bau-Steine haben sich auf ein einziges. Es gibt nur eine Art von Materie, sondern es existieren können in verschiedenen diskreten stationären Bedingungen. (Atomphysik und kausale Recht, von der Physiker's Conception of Nature, Werner Heisenberg, 1958)
Jedes Wort oder Konzept, klar wie es scheinen mag sein, hat nur eine begrenzte Anzahl an Anwendbarkeit. (Heisenberg, Physik und Philosophie, 1963)
Die Probleme mit der Sprache hier sind wirklich ernst. Wir wollen, sprechen in gewisser Weise über die Struktur der Atome… Aber wir können nicht sprechen von Atomen in normalen Sprache. (Heisenberg, Physik und Philosophie, 1963)
Das schwierigste Problem… über die Verwendung der Sprache entsteht in der Quantentheorie. Hier haben wir in erster keine einfachen Leitfaden für die Korrelation der mathematischen Symbolen mit Konzepten der normalen Sprache: und das Einzige, was wir wissen von Anfang an ist die Tatsache, dass unsere gemeinsame Konzepte nicht angewandt werden können oder die Struktur der Atome. (Heisenberg, Physik und Philosophie, 1963)
Die heftige Reaktion auf die jüngste Entwicklung der modernen Physik kann nur verstanden werden, wenn man erkennt, dass hier die Grundlagen der Physik mit dem Verschieben haben, und dass diese Bewegung verursacht hat das Gefühl, dass der Boden geschnitten werden, würde aus der Wissenschaft. (Heisenberg, Physik und Philosophie, 1963)
Naturwissenschaften, nicht einfach zu beschreiben und zu erklären, Natur, sie ist ein Teil des Wechselspiels zwischen der Natur und uns. (Heisenberg, Physik und Philosophie, 1963)
Was wir beobachten ist nicht die Natur selbst, sondern der Natur ausgesetzt zu unserer Methode des Fragens. (Heisenberg, Physik und Philosophie, 1963)
Ich erinnere mich an Gespräche mit der Bohr ging durch viele Stunden bis sehr spät in die Nacht endete ein fast verzweifelt, und wenn am Ende der Diskussion ging ich allein für einen Spaziergang im benachbarten Park ich wiederholt zu mir selbst immer wieder die Frage: Kann Natur möglicherweise so absurd, wie es schien uns in diesen atomaren Experimente? (Heisenberg, Physik und Philosophie, 1963)
Die Welt erscheint somit als komplizieren Gewebe von Veranstaltungen, in denen Verbindungen verschiedener Art Stellvertreter oder überschneiden oder kombinieren und damit ermitteln, die Textur des Ganzen. (Heisenberg, Physik und Philosophie, 1963)
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