CONFERENCE ON THE FOUNDATIONS OF QUANTUM MECHANICS 
October 1-5, 1962 
Concept of Observation in Quantum Mechanics
by Eugene P. Wigner 
Xavier University 
Cincinnati,  Ohio 
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MON-Eve 
DR. EUGENE P. WIGNER 
Thank you very much, it is a great pleasure to be here. I will talk 
about a subject which is not published, and it couldn't be published, 
because I would like to continue the ideas which Dr. Furry has told 
about.  I shall try to continue what he did, and of course, I did not 
know very much ahead of time what he would say.  He explained, with 
almost unbelievable conciseness and clarity, the process of measure-
ment and what we know about it.  But I would like to make one addition 
to it, and then explain in what way and how we are somewhat unhappy 
with it. 
I do not mean to say that there is a logical flaw in the structure. 
Mow there is no logical flaw and - I don't know whether I should say 
this three times over again - but there is no logical flaw in the 
structure, there is no logical flaw in the structure, the structure 
is free of logical flaws  (audience laughter) - because it's very 
difficult to accept this if the man afterwards just the same says that 
he is not entirely happy with it.  It is clear enough, well I said it 
three times and I think that should suffice. 
Let me make now the single remark which I would like to add to Dr. 
Furry's talk. He explained to us how the quantum mechanical measurement 
can be described by considering it as an interaction - or nowadays 
people would say, as a collision - as a temporary interaction or 
collision between object and instrument, he called it.  Now the result 
of this collision, he said, is a state of the joint system: object plus 
instrument, or object plus apparatus;  in which neither of the two has 
a wave function, but only together do they have a wave function.  
Separately, they must be considered to be mixtures.  That is the 
technical expression.  They don't have separate wave functions. 
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MON-Eve 
-2- 
But what the measurement accomplished was to give a statistical 
correlation between the properties of the instrument and the properties 
of the apparatus.  As he explained to you, the correlation is such that 
if you now observe the instrument, it isn't necessary after that to 
observe the object, because you already know what the observation of 
the object would give.  So this is the statistical correlation that 
has been established. 
However, it is clear that the measurement is not completed because 
he said "If you now observe the instrument."  He did not tell you how 
to observe the instrument.  And the observation of the instrument, in 
some cases, may be even a very difficult task.  But at any rate, it 
is again an observation.  So that, as far as the description of the 
measurement by quantum mechanics is possible, it isn't a description 
of the full measurement but it is only the shifting of one of the 
measurements on the object to a measurement on what was called an 
instrument. 
Now many people say, "Oh well, the instrument may be macroscopic. 
That's easy to observe".  Well it is not so.  Because the instrument, 
of course, may be macroscopic — but the instrument may be in a state 
which has no classical analog.  And therefore, the observation on an 
instrument is fundamentally just as difficult and conceptually just as 
undescribed a problem as observation was to begin with.  And I still 
quote exactly from the same source from which Professor Furry quoted, 
namely, the sixth chapter of von Neumann's book, where this is 
described. 
What we can describe with quantum mechanics is the transmission 
of information from one to the other.  But how we eventually get the 
information is not described and cannot be described clearly with 
quantum mechanics.  One reason that it cannot be described was also 
mentioned by Dr. Furry. Namely, that the result of it is unpredictable, 
whereas  
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MON-Eve 
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as long as quantum mechanical equations are valid everything is causal 
and predictable.  So there is a final step in this:  the cognition — 
or whatever more technical words are used — which cannot be described, 
of course.  And we could not really expect quantum mechanics to describe 
it. 
However, the fact is (and this is a point which has been brought 
out very often) that quantum mechanics does not permit objective 
reality. The wave function is only something that I use, and I use it 
to calculate probability connections between subsequent observations 
and that is all that I can calculate. 
Now many people say that, "Oh well, that's not very spectacular. 
Classical mechanics can also be formulated as probability connections 
between subsequent observations." And that is true.  But that means 
only that every theory can be formulated that way.  Classical theory 
can also be formulated in terms of objective reality, but quantum 
mechanics cannot be formulated in terms of objective reality.  This 
is a major difference between the two.  And it is something with which 
we either have to come to equilibrium and accept, or we have to say,  
"Oh, we don't believe entirely what quantum mechanics tells us and we 
want to modify it."  I don't know which one is the right procedure, 
but I think it is good to be clear about it, that one of the two things 
has to be accepted.  Either we believe that quantum mechanics will have 
to be modified, and very fundamentally modified, by giving up the 
superposition principle, or else we have to acquiesce to the situation 
that the objective - well, what is usually called objective-reality, 
cannot be described and we have only probability connections between 
subsequent observations. 
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MON-Eve 
-4- 
This is one of the two remarks which I wanted to make, still 
entirely within the spirit of Professor Furry's talk.  Namely, to 
discuss the conceptual framework of quantum mechanics without any 
particular reference to its content. Professor Furry did not tell 
us that it is relativistic or not relativistic, that it describes 
a collision or doesn't describe a collision. He described only its 
language and not its content.  Now this is one of the two points I 
would like to make which still refer only to the language. 
Then I would like to make some remarks about how modern theory 
is compatible with it.  And I will consider it from two points of 
view: from the point of view of relativistic invariance, which, as 
you know, plays a very fundamental role.  Modern quantum mechanics 
is an attempt to reconcile relativity theory with quantum mechanics.  
And the other point of view from which I would like to discuss it, 
is the question, how realistic is it to consider this? Professor Furry 
said the experimental man makes an apparatus or instrument, he called 
it, which does this.  Now, how does he do it? 
But let me speak now about the other language problem which 
bothers me a great deal, and has bothered me since I learned these 
things many more years ago than I am happy to admit. 
Professor Furry only mentioned an example of "What is the 
quantity which we measure?" He measured momentum, angular momentum, 
position, and so on.  But if we look at the conceptual framework of 
quantum mechanics, "Oh" he said, "every self-adjoint operator can be 
measured" Well, why is it that we measure - as a rule - almost 
exclusively -positions? 
If you ask a well-educated freshman how he measures the velocity, 
he wont tell you that he will measure it in the way Professor Furry 
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MON-Eve 
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would want to measure it, namely with a grating to measure its momentum, 
and then divide by its mass.  But if he measured it, "Oh", he will say, 
"I will measure its position at two times, take the difference, and 
divide by the time difference." 
In other words, the position observable plays an entirely prominent 
role in all our measurements. Now why is that? If we think of it in an 
abstract way, me really can't explain this.  And if there is such a very 
fundamental point here — that almost all our measurements are position 
measurements, whereas from the beginning all types of measurements are 
almost on a par — I feel terribly uneasy about it. 
We come here to the question of measuring now the position, now 
the- state of the apparatus, "Dr. Furry told us, "Oh, the apparatus has 
a pointer and we have to measure the position of the pointer." In that 
case he didn't talk about other measurements, but the measurement of 
the pointer.  Wow why is that? To this I don't have any answer, and - 
well, I don't mean to repeat again what I repeated three times.  I can't 
make a contradiction out of it, and it is not possible to make a 
contradiction, because the theory is logically consistent.  But, there 
is something here which makes me at least, very uneasy. 
Now, this brings me to the next question, which perhaps I still 
should classify as not in the content but in language.  When we were 
--when one is young and one enters science, one has such a wonderful 
ideal how wonderful science is and what it will accomplish for us. One 
feels that it would be wonderful to be able to sit in a corner and have 
all our knowledge based on science.  And — whether somebody will come 
in through the door — it would be wonderful to be able not just to say, 
"Oh yes, my girl friend is due just about this time", but somehow to 
MON-Eve 
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be able to calculate that scientifically.  In other words, there is 
an ideal of what I might call "homo scientificus" — somebody who doesn't 
base his notions on everyday knowledge;  on the properties of, well, 
the girl friend who keeps her appointments or not — but who would like 
to base his knowledge on scientific fact.  Well, we don't necessarily 
want to have this;  but this ideal, I think, exists in us when we enter 
science. 
Now the fact that quantum mechanics gives us probability 
connections between subsequent observations reminds us very much of 
that, because it tells us, "Oh well, we have observed already this and 
that, from this we should be able to calculate this and that." Now, 
this again is, I think, a fallacy.  And I want to point this out because 
I want to return to this question at the end.  Because quantum mechanics 
brought it home to us that we cannot exist or cannot make science without 
being unscientific. 
Professor Furry explained to us that the experimentalist uses 
certain apparatus to measure the position, let us say, or the momentum, 
or the angular momentum.  Now, how does the experimentalist know that 
this apparatus will measure for him the position?  "Oh", you say, "he 
observed that apparatus. He looked at it." Well that means that he 
carried out a measurement on it.  How did he know that the apparatus 
with which he carried out that measurement will tell him the properties 
of the apparatus? Fundamentally, this is again a chain which has no 
beginning.  And at the end we have to say, "We learned that as children 
how to judge what is around us."  And there is no way to do this 
scientifically.  The fact that in quantum mechanics we try to analyze 
the measurement process only brought this home to us that much sharply. 
MON-Eve 
-7- 
I mention this because at the end I would like to return to this very 
same question, which only teaches us a little humility in our science. 
I would like now to enter a little more closely into the content 
of the theory, not only the language.  In other words, to see where 
we stand.  And there are two questions, as I mentioned, which I want 
to discuss in particular:  namely, how relativistic the theory is, 
and how realistic the theory is.  And, as I said, practically all my 
comments will be adverse comments on the theory of measurements.  This 
is not surprising, because the favorable comments come naturally, and 
are made every day.  The fact that we still have problems in physics 
is certainly not new, and the fact that these problems manifest 
themselves also in the theory of measurement is very natural and not 
at all surprising. 
Now as to relativistic nature, the situation is, I think, this: 
What is it that we measure? We measure, according to Professor Furry 
-although he didn't use this word - the transition probabilities into 
a set of orthogonal states.  Right? This is essentially what we measure. 
He called those orthogonal states 
n
Y
and he said that we measure the 
quantity A. So for the operator A the equation would be 
A
n
Y
= A
n
n
Y
. You see, the eigenvalue A is only a label,  What one really 
measures are the transition probabilities into the members of a 
complete orthogonal set. 
Now, how is a complete orthogonal set defined?  It is defined on 
a space-like cut in the universe. Right? It's not the universe in 
space-time. The 
n
Y
is defined on a space-like cut in space-time, so 
that we measure the transition probabilities into something which is 
MON-Eve
-8-
defined on a space-like cut in space-time.  Well, this clearly is not 
a relativistic concept.  And, of course, what is a space-like cut in 
one coordinate system is tilted in time in a moving coordinate system, 
So that the question, as it's usually formulated, is not relativistic.
There are two ways to get out of this difficulty.  The 
n
Y
is 
a function which, let us say, is defined as a function of x at t 
equals zero.  Now there are two ways to generalize this.
One way to generalize it is to say, "Oh, well, every measurement 
takes a certain length of time and therefore, what we really measure 
is not something that is defined an such a sharp cut but is defined 
somehow smeared out also in time." Well, possibly this is a useful and 
interesting way to do it.  But this has never really been worked out 
or ever really even considered carefully.  It is a difficult thing.
The other way to get out of the difficulty is to go to the other 
extreme and say, "We always measure something that is at a point. Namely, 
the field strength at this point or the density, or the current at this 
point."
Now, if you have something smeared out, and you make a coordinate 
transformation, it still will be smeared out.  If it is a point, and 
you make a coordinate transformation, it still will be a point.  What 
is not relativistically invariant is a "line parallel to this", because 
that will not be a "line parallel to this" after a coordinate 
transformation.  But both the smeared-out thing and the point are.
The first way looks awfully difficult.  So that one, in this way, 
is naturally led to the — Well, since the first one looks awf — Well, 
whether it's difficult or not, no one really did it seriously. It seems 
that one, in this way, is naturally led to consider field
MON-Eve
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quantities.  This is done seriously and this is the quantum field 
theory in which the observables are localized, not only in time, but 
also in space.  From that point of view, it is quite consistent and 
therefore, if one wants to relieve the non-relativistic nature of 
the observation concept, one must say that every real observable is 
something like a field strength at that point.
Now this sounds wonderful in principle.  But if we think about 
whether it satisfies the other criterion, whether it is realistic, 
we come to a rather negative judgment.  Bohr and Rosenfeld, as I am 
sure many of you know, analyzed this.  And they came to the conclusion, 
"Yes, it is possible to make such a measurement provided we have an 
arbitrarily big charge in an extremely heavy point concentrated in 
an arbitrarily small space." Well, nobody has yet succeeded to do that! 
Well, it has other problems too.
So the situation is really this:  If I try to satisfy the 
relativistic requirement — if I ask myself, "Is it relativistic?" — 
I can happily answer, "Yes".  But if I ask myself, "Is it realistic?" 
Well, I'm afraid I must answer "No,  it is not very realistic." The 
measurement of field strength at points, with the accuracy required 
to see quantum effects, not only has not yet been accomplished in 
practice, but evidently runs into very grave difficulties.
The last question which I would like to ask is, "Is it enough?" 
In other words, could I build up a theory only on this basis? And this 
is satisfied, and in fact it is done.  So the quantum field theories 
operate only with the concept of field measurement, and they work. 
Well, many people say — and, I think, correctly — that they're not 
really terribly consistent in themselves.  But, on the whole, the lack 
of consistency surely does not arise because one does not have enough
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