主题：【原创】《量子》----第十章·哥本哈根的不确定性（1） -- 奔波儿

当海森堡还在哥本哈根为了探求测不准原理忙得昏天黑地之时，身处挪威滑雪场上的玻尔却有了一个绝妙的主意---互补原理（Complementary）。在他看来，人们一直试图描绘出量子世界的神奇本质，迄今为止，人们缺乏的并非纯粹的理论或者原理，而是没有找到最为关键的概念体系。玻尔认为，互补原理能够调和波粒二相性这一互为矛盾的特性。电子及光子同时具有的波与粒子的特性，在同一物理现象中，这一对儿既相互排斥，又互为补充。波和粒子不过是一枚硬币的两面而已。

波和粒子，形同水火，但人们不得不用它们来描述这个与经典物理学相左的世界，因而困难重重，而互补原理不落痕迹地规避了这一难关。玻尔认为，在描述量子世界时，无论是波还是粒子，均不可或缺。如果只使有其中一个，而置另一个于不顾，那么这种描述只会是部分正确。光子描绘的是一个光的画面，而波则给出的是另一幅图画。因此，玻尔将它们等而置之。但是，为了避免出现矛盾，必须得设置一些限制条件。在给定的时间点上，观测者只能看见两者中的其中一个。任何实验都无法同时展现出一个粒子和一道波。玻尔认为“在不同条件下，人们所得到的证据无法单独用一种理论去做解释，它们必须被认为是互补的，因为只有从整体上观测才有可能挖掘出被观测目标的真实信息”。

玻尔找到了支持自己理论的依据，而该依据就藏身于测不准原理的公式中，即ΔpΔq≥h/2π和ΔEΔt≥h/2π。海森堡由于对波和连续性敬而远之，因此被自己的偏见蒙住了双眼。普朗克---爱因斯坦方程E=hν和德布罗意公式p=h/λ均体现了波粒二相性。能量和动量通常被认为与粒子相关联，同时，频率、波长则又是波所具有的特性。这两个方程都含有一个与粒子有关的变量，同时还有一个与波相关的变量。粒子与波的特性同时共存于同一公式中，这到底意味着什么呢？这个问题让玻尔心烦意乱。毕竟，粒子和波是两个完全不同的物理概念。

当玻尔对海森堡所构思的显微镜实验进行修正时，他提出：对测不准原理中的关系式而言，两种概念都是正确的。在这种想法的指导下，他对测不准原理给出了自己的解释，即，粒子和波这两种物理概念既互为补充，又相互排斥，在量子世界中，如果同时运用这两种概念，那么测不准原理则反映出它们能被运用到何种程度。

另外，测不准原理的关系式还说明，对于基于能量和动量（即关系式中的E和p）守恒定理的这一（玻尔称之为）“因果律”描述，以及所有物理现象在时间和空间（q和t）上均必须服从的“时空性”描述，两者之间，人们必须要做一个选择。这两种描述方法是互斥的，但也是互补的，并能解释所有可能存在的实验结果。令海森堡惊愕不已的还在后面，玻尔接着又将测不准原理简化为一个特殊的定律，利用这一定律，他就能够解释道，当对互补的测量值，比如位置和动量，进行同时观测时，或者同时运用两种互补的描述方法时，存在着内在的限制条件。

还有另一种观点。依据测不准原理，海森堡能够探寻经典物理概念，诸如“粒子”、“波”、“位置”，“动量”以及“轨迹”等，在原子领域的适用范围，但是，玻尔提出“人们之所以能够对实验结果进行解释，正是由于依赖于经典物理概念”。海森堡主张用操作主义（opertional）的方法，即基于观测的定义方法，来确定这些概念，但玻尔却认为当人们在经典物理学中使用这些概念时，它们的涵义就已经被固定下来。“对事物变化的任一描述”，他在1923年写道，“所基于的这些理论，都是通过经典物理学引入并定义下来的。”为了对理论进行检验，人们在实验室中进行观测，为之所获得的所有实验数据，以及相关的讨论和解释，都必须用经典物理学的语言和概念来进行表述，就算是仅仅为了这个简单的道理，那么，即使依据测不准原理能够引入一些限制条件，人们也不应该去替换这些概念。

而依据海森堡的建议，既然经典物理学在原子尺度，不敢越雷池半步，那么还有什么理由继续使用这些概念呢？“在极高的观测精度下，以及由此而来的不确定性关系式的支配之下，我们无法使用这些概念，因此我们在一定程度上必须放弃它们，我们为什么就不能直接了当地宣布这一点呢？”他在1927年的春天牢骚满腹。当涉及到量子问题时，“我们必须认识到我们的语言已经不堪一用了。”如果表述上出了问题，海森堡所采用唯一的选择就是重新省视量子力学的公式。总而言之，他坚持认为“最好的方法就是提出一套崭新的数学理论，因为这一新的数学理论将告诉我们什么可以存在，而什么不能存在”。

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