理论教育 互补性原理:玻尔的量子理论中的哲理思辨

互补性原理:玻尔的量子理论中的哲理思辨

时间:2023-07-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:1927年,玻尔提出了一个惊人的折中方案。玻尔坚称,这并不是矛盾的描述,而只是对本质特征的一对互补性描述。玻尔的理论被称为互补性原理,后来也成了量子物理学领域的核心理论。互补性原理在一定程度上是一种哲理思辨。玻尔坚信,在亚原子层面上,自然表现的方式与我们所预期的情况相去甚远,以至于我们根本不可能真正地将之恰当地描述出来。互补性原理解释了这种争论持续这么长时间的原因。

互补性原理:玻尔的量子理论中的哲理思辨

语言是在何时失去它们的力量的

20世纪20年代,尼耳斯·玻尔在探索亚原子世界方面做出了大量努力。和其他的物理学家一样,他非常清楚自己正被一系列基本而又可能相互交织着的矛盾所困扰。

其中最为出名的是关于光的矛盾问题。数百年间,关于是把光描述为一系列相互独立的粒子集合最好,还是描述为通过某种介质传播的光波最好,学界一直摇摆不定。

在18世纪之交,艾萨克·牛顿表达了对光的微粒说的支持,这似乎平息了争论(参考阅读:光的微粒说,第120页)。然而100年后,托马斯·杨又说服了众人相信光其实就是一种波(参考阅读:光的波动说,第122页)。到了19世纪晚期,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦巩固了波动说(参考阅读:麦克斯韦方程组,第124页)。数十年后,阿尔伯特·爱因斯坦又为微粒说提供了极具说服力的证据(参考阅读:光电效应,第152页)。

所有这些意味着什么呢?1927年,玻尔提出了一个惊人的折中方案。他说,双方的试验结果都是极具说服力的证据,所以物理学界必须承认,光是一种微粒,同时也是一种波,或者说,它至少有时会表现为我们说的波状,而有时候则表现为微粒状。玻尔坚称,这并不是矛盾的描述,而只是对本质特征的一对互补性描述。玻尔的理论被称为互补性原理,后来也成了量子物理学领域的核心理论。

互补性原理在一定程度上是一种哲理思辨。玻尔坚信,在亚原子层面上,自然表现的方式与我们所预期的情况相去甚远,以至于我们根本不可能真正地将之恰当地描述出来。更糟的是,甚至因为我们的语言是建立在我们预期世界遵守“古典”物理学的基础之上的,所以我们根本没有能力去充分描述亚原子的世界。这就是为何光有时候看上去呈现出我们说的波状运动,有时候又明显表现出微粒状。问题不在于光本身,而在于我们用来描述它的语言。

量子的世界是难以用语言描述的。(www.daowen.com)

参考阅读//

No. 78 EPR 悖论,第 160 页

No. 80 电子双缝试验,第164页

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在研究例如光这样的亚原子现象的真正本质的问题上,科学家们已经争论了好几个世纪了。互补性原理解释了这种争论持续这么长时间的原因。

要充分解释亚原子层面上的活动时,语言却失去了它的力量。

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