Heisenbergin epävarmuusperiaate on yksi fysiikan tunnetuimmista (ja luultavasti yksi väärinymmärretyimmistä) ajatuksista. Tämä fysiikan periaate sanoo, että on olemassa perustavanlaatuinen raja sille, mitä voimme tietää kvanttihiukkasten käyttäytymisestä ja siten luonnon pienimmistä mittakaavoista. Näistä mittakaavoista voimme toivoa korkeintaan todennäköisyyksien laskemista siitä, missä asiat ovat jaToisin kuin Isaac Newtonin kellokoneisto-universumissa, jossa kaikki noudattaa selkeitä lakeja siitä, miten liikkua (ja ennustaminen on helppoa, jos tiedetään alkuehdot), kvanttiteoriaan sisältyy epävarmuusperiaate, joka aiheuttaa sekavuutta.
Werner Heisenbergin yksinkertainen ajatus kertoo meille, miksi atomit eivät räjähdä, miten aurinko onnistuu loistamaan ja miksi avaruuden tyhjiö ei olekaan tyhjä.
Epävarmuusperiaatteen varhainen versio ilmestyi saksalaisen fyysikon Heisenbergin, joka työskenteli tuolloin Niels Bohrin instituutissa Kööpenhaminassa, vuonna 1927 julkaisemassa artikkelissa "Kvanttiteoreettisen kinematiikan ja mekaniikan havaintosisällöstä". Yhtälön tunnetuin muoto syntyi muutamaa vuotta myöhemmin, kun Heisenberg oli tarkentanut ajatuksiaan luennoillaan ja esitelmissään.myöhemmät artikkelit.
Heisenberg käsitteli kvanttiteorian seurauksia, outoa uutta tapaa selittää atomien käyttäytymistä, jonka useat fyysikot, kuten Niels Bohr, Paul Dirac ja Erwin Schrödinger, olivat kehittäneet edellisen vuosikymmenen aikana. Kvanttiteoria esitti monien vastakkaisten ajatustensa joukossa, että energia ei ole jatkuvaa, vaan se on paketeissa.diskreettejä (kvantteja) ja että valoa voidaan kuvata aaltona ja näiden kvanttien virtana. 
Werner Heisenberg, poikkeuksellinen fyysikko, poikkeuksellinen tutkija, saksalainen teoreettinen fyysikko, sai vuonna 1932 Nobelin fysiikan palkinnon "kvanttimekaniikan luomisesta, jonka sovellukset johtivat muun muassa vedyn allotrooppisten muotojen löytämiseen".
Kehittäessään tätä radikaalia maailmankuvaa Heisenberg havaitsi ongelman siinä, miten kvanttisysteemissä olevan hiukkasen fysikaalisia perusominaisuuksia voitiin mitata. Eräässä säännöllisesti lähettämässään kirjeessä kollegalleen Wolfgang Pauli esitteli hän todisteet ajatukselle, josta on sittemmin tullut olennainen osa maailman kvanttikuvausta.
Epävarmuusperiaate sanoo, että emme voi mitata hiukkasen sijaintia (x) ja impulssia (p) absoluuttisella tarkkuudella. Mitä tarkemmin tiedämme yhden näistä arvoista, sitä epätarkemmin tiedämme toisen. Näiden arvojen mittausvirheiden (virheitä kuvaa kunkin ominaisuuden edessä oleva kolmiosymboli, kreikkalaisella kirjaimella delta) kertominen antaa luvun, joka on suurempi tai suurempi kuinon yhtä suuri kuin puolet vakiosta nimeltä "h-bar" eli yhtä suuri kuin Planckin vakio (yleensä kirjoitetaan h) jaettuna 2π:llä. Planckin vakio on tärkeä luku kvanttiteoriassa, jolla mitataan maailman rakeisuutta sen pienimmissä mittakaavoissa, ja sen arvo on 6,626 x 10-34 joulesekuntia.
Yksi tapa ajatella epävarmuusperiaatetta on laajentaa sitä, miten näemme ja mittaamme asioita jokapäiväisessä maailmassa. Voit lukea nämä sanat, koska valohiukkaset, fotonit, kimpoavat näytöltä tai paperilta ja osuvat silmiisi. Jokainen fotoni tuolla matkalla kuljettaa mukanaan valon nopeudella tietoa pinnasta, josta se kimposi. Kun näet subatomisen hiukkasen, kuten esimerkiksiSamoin siitä voi kimpoaa fotoni ja toivoa, että fotoni voidaan havaita mittalaitteella. On kuitenkin todennäköistä, että fotoni siirtää elektroniin osuessaan jonkin verran vauhtia ja muuttaa mitattavan hiukkasen kulkureittiä. Tai sitten, koska kvanttihiukkaset liikkuvat usein niin nopeasti, elektroni saattaaKummassakin tapauksessa sijainnin tai liikemäärän havaitseminen on epätarkkaa, ja mikä tärkeämpää, havainnointi vaikuttaa havaittavaan hiukkaseen.
Epävarmuusperiaate on monien havaitsemiemme asioiden ytimessä, joita emme voi selittää klassisen fysiikan (ei-kvanttifysiikan) avulla.Otetaan esimerkiksi atomit, joissa negatiivisesti varautuneet elektronit kiertävät positiivisesti varautunutta ydintä.Klassisen logiikan mukaan voisimme olettaa, että vastakkaiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa, jolloin kokonaisuus hajoaa hiukkaspalloksi.Epävarmuusperiaateepävarmuus selittää, miksi näin ei tapahdu: jos elektroni pääsee liian lähelle ydintä, sen sijainti avaruudessa tunnettaisiin tarkasti, ja siksi sen sijainnin mittausvirhe olisi häviävän pieni. Tämä tarkoittaa, että sen impulssin (ja siten myös nopeuden) mittausvirhe olisi valtava. Tällöin elektroni voisi liikkua niin nopeasti, että se jättäisi kokonaan poisatomi.
Heisenbergin ajatus voi selittää myös eräänlaisen ydinsäteilyn, jota kutsutaan alfahajoamiseksi. Alfahiukkaset ovat kahden protonin ja kahden neutronin muodostamia hiukkasia, joita eräät raskaat ytimet, kuten uraani-238, säteilevät. Normaalisti nämä hiukkaset ovat sidottuja raskaan ytimen sisälle, ja niiden sidosten murtaminen vaatisi paljon energiaa. Mutta koska alfahiukkasella ytimen sisällä on alfahiukkanen, jolla on alfahiukkanen.nopeus on hyvin määritelty, mutta sen sijainti ei ole yhtä hyvin määritelty. Tämä tarkoittaa, että on olemassa pieni mahdollisuus, mutta ei nolla, että hiukkanen voi jossain vaiheessa joutua ytimen ulkopuolelle, vaikka sillä ei teknisesti ole tarpeeksi energiaa paeta. Kun näin tapahtuu - prosessi tunnetaan kuvainnollisesti "kvanttitunneloinniksi", koska pakenevan hiukkasen on kaivettava itsensä ulos ytimestä.jotenkin energiaesteen läpi, jonka yli se ei voi hypätä - alfahiukkanen pakenee ja näemme radioaktiivisuutta.
Samanlainen kvanttitunnelointiprosessi tapahtuu päinvastoin Aurinkomme keskuksessa, jossa protonit sulautuvat yhteen ja vapauttavat energiaa, jonka ansiosta tähti loistaa. Auringon ytimen lämpötila ei ole niin korkea, että protoneilla olisi tarpeeksi energiaa voittaakseen keskinäisen sähköisen hylkimisensä. Epävarmuusperiaatteen ansiosta ne voivat kuitenkin kulkea tietäenergiaesteen läpi.
Epävarmuusperiaatteen ehkä oudoin tulos on tyhjiöitä koskeva. Tyhjiöt määritellään usein kaiken puuttumiseksi. Kvanttiteoriassa näin ei kuitenkaan ole. Kvanttiprosesseihin osallistuvan energian määrään ja näiden prosessien tapahtumisaikaan liittyy luontaista epävarmuutta. Sijainnin ja impulssin sijasta Heisenbergin yhtälö voi myös ollaMitä rajoitetumpi toinen muuttuja on, sitä vähemmän rajoitettu toinen on. On siis mahdollista, että kvanttisysteemin energia voi olla hyvin, hyvin lyhyen ajanjakson ajan hyvin epävarma, niin että tyhjiössä voi esiintyä hiukkasia. Nämä "virtuaalihiukkaset" esiintyvät pareittain - elektroni ja sen antimateriapari, positroni,Tämä on enemmän kuin perusteltua kvanttifysiikan lakien nojalla, sillä hiukkaset ovat olemassa vain hetkellisesti ja katoavat, kun niiden aika on kulunut. Epävarmuus ei siis ole mikään huolenaihe kvanttifysiikassa, emmekä itse asiassa olisi täällä, jos tätä periaatetta ei olisi olemassa.
