后世对量子力学的哥本哈根诠释中的“互补性”的内容有诸多争议,但其实在玻尔1928年《自然》杂志上发表的论文对其有一个相当简洁的表述。玻尔在那篇论文中用一个简洁的图表来表示新的量子理论和旧的经典理论的差别:
CLASSICAL THEORY
Space-time Description [and] Causality
QUANTUM THEORY
Either "Space-Time Description But Indeterminacy Relations"
Or "Causality But Mathematical Model Not in Space and Time"
而“either”和“or"之间的关系玻尔注明是 “Statistical Correlations”。
这里,Space-Time description即指动量,位置,能量等等可以在时空中测量的物理量构成的描述。在经典力学中,这样的描述可以构成一个时空中的具有因果律的定律,比如牛顿第二定律,欧拉-拉格朗日最小作用量原理等等所有我们所熟悉的经典物理定律。但是在量子理论中,要么(Either)只有关于粒子的可在时空中测量的量(动量/位置)的不确定原理,要么(Or)只有一个不在时空中的概率波描述。前者在真实的时空中,但是不遵循因果律(不确定原理,当时叫Indeterminacy Relations);后者遵循因果律(概率波函数的薛定谔方程),但是不在真实的时空中(概率波不是一个时空中的可观测函数)。
我尚不知道后来玻尔对这个描述有没有进行什么决定性的修正。但是这是我见过的关于哥本哈根诠释中的互补性的最简洁、也最令人信服的表述。这也是最早的相关原始文献之一里的表述(仅晚于玻尔第一次提出和阐释互补性的“科莫演讲”一年)。
当然,这个东西爱因斯坦或者薛定谔等人到死也不接受,这个是后话,爱因斯坦到底卡在哪里,各物理学家也众说纷纭。而玻尔则说,这是量子力学唯一可能“科学的”诠释。其结果就是,要么我们有实在性但是必须牺牲绝对因果律(不遵循绝对因果律的粒子),要么我们可以有因果律但是没有实在性(遵循因果律的非实体波)。实在性和因果律是互补而不可兼得的。
玻尔的主要中文译者戈革教授说“互补性”是“本世纪最重要的、最难懂和受到误解、歪曲即污蔑最多的一种科学哲学思想乃至一般哲学思想”(当然这个评价是有争议的)。戈革教授翻译了1927年的“科莫演讲”。但次年玻尔在《Nature》上的这篇论文却鲜见译文或被人提及,不知道玻尔的这样一个原始描述是否对不确定原理、概率波函数、及“互补性”问题的澄清有些许的帮助。
参考文献:
1.Nature,121,580,1928
2.《尼尔斯·玻尔哲学文选》(戈革译,商务印书馆,2007)。其中“量子公设和原子理论的晚近发展”即“科莫演讲”