与玻尔之争　互补性原理

追朔物理学的发展，仅就光的粒子性与波动性之争就持续了300多年，这个争论牵涉到了许多伟大的物理学家，其中有牛顿、胡克、惠更斯、托马斯·杨、菲涅尔、傅科、麦克斯韦、赫兹、汤姆逊、爱因斯坦、康普顿、德布罗意等。为解释这两个彼此矛盾的性质，使不少人走入进退维谷的境地。仅就电子来说，玻尔的跃迁、原子光谱和海森堡的矩阵都强调了它的量子性，但薛定谔的波动方程却又揭示出了它的连续性和波动性，究竟该如何理解电子的这两个彼此矛盾的性质呢？玻尔对这个问题进行了长时间的思考，海森堡的论文发表之后，在他与海森堡的争论中，玻尔的思想逐渐明确，最后提出了著名的互补性原理。

发现不确定性原理之后，海森堡把论文草稿首先寄给了泡利，想在给玻尔看之前，先征求这位善于提出尖刻批评的师兄的意见。他解释说：“因为我担心玻尔会反对我对这个原理的解释。”他得到了泡利的鼓励，但却由于这篇不确定性原理的论文与玻尔发生了激烈的争论［54］。

海森堡与玻尔争论的焦点在如何看待微观粒子上，海森堡一贯强调电子量子性，他认为只有量子性才能反映其“真面目”，但是玻尔并不这样看。争论就此开始而且陷入不可开交［55］。

当海森堡把论文交给玻尔看，并提出自己的想法时，玻尔很严肃地回绝了他：“不，你理解得不对……你的显微镜实验是不对的。”玻尔摇着头回答得很干脆，他说：“无论什么时候，当我们观察电子时，它必然只显示出其中一种属性，要么是粒子，要么是波。声称看到粒子—波混合叠加在一起的人要么是花了眼，要么是纯粹胡说。如果把电子看作整体，说它具有波粒二象性的话，那就是指它既可以呈现出粒子性的一面，也可以呈现出波动性的一面，这完全取决于我们如何去观察它。我们想看到它是一个粒子？那好，让它打到荧光屏上变成一个小点，看，这就是粒子！如果想看到它是一个波？那也行，让它通过双缝呈现干涉图样，看，这就是波！”但是海森堡不同意玻尔的看法，玻尔说：“这就是关键！这就是你我的分歧所在了。”接着，玻尔意味深长地说：“电子的‘真身’？或者换个词，电子的原型？电子的本来面目？电子的终极理念？这些词都毫无意义。我们唯一能知道的，只是每次我们看到的电子是什么。我们看到电子呈现出粒子性，又看到电子呈现出波动性，当然我们就会假设它是粒子和波的混合体。我一点都不关心电子‘本来’是什么，我觉得那是没有意义的。事实上我也不关心大自然‘本来’是什么，我只关心我们能够‘观测’到大自然是什么。电子是个粒子又是个波，每次我们观察它，它却只展现出其中的一面，关键是我们在‘如何’观察它，而不是它‘究竟’是什么。”［56］两人的分歧很大，致使师徒两人发生了激烈的争执，甚至导致了“重大的个人误会”［57］。最后，泡利亲自跑到丹麦，这件事才得到了平息。最后玻尔和海森堡两人达成和解，玻尔同意不确定性原理给出了量子力学的一个基本公式，而海森堡承认了不确定性原理需要一个更高级的解释，这就是玻尔的互补性原理［58］。(https://www.daowen.com)

这场争论让海森堡意识到，不确定性原理应该建立在波和粒子的双重基础之上，可以说它是电子在波和粒子间的一种摇摆：对于波的属性了解得越多，关于粒子的属性就了解得越少。

玻尔的互补性原理给出了解释粒子性和波动性的一种尝试。一方面，在认识上，玻尔认为在量子现象中，波动性和粒子性是互相排斥又互相补充的，只有这两种描述互相补充，才有可能解释清楚量子现象；另一方面，他又认为，在数学上必须借用经典描述的共轭量，如坐标和动量，能量和时间，而这些共轭量间也是互相排斥又互相补充的，这就是它们的不确定性，虽然在测量上它们顾此失彼，但必须相互补充，才能得出量子规律。玻尔认为，之所以有这种互相补充和互相排斥现象“不是因为现象背后有一个对立统一的实体，而是由观察决定的”。［59］