初探互补原理 一一自然科学哲学性的一次飞跃 王子瑞 上海交通大学物理系 F1007202班 5100729051 大陆学生在学习原子物理学中的不确定关系的时候，课本一笔带过了互补原理。原文是 这样描述的：“必须而且只需将所有这些既互斥、又互补的概念汇集在一起，才能而且定能 形成对现象的详尽无遗的描述”。（杨福家.原子物理学.P93.2008.高等教育出版社） 显然，这这样简单的介绍，对互补原理所拥有的地位而言，是远远不够的。互补原理在 量子力学，尤其是量子力学的哥本哈根学派中有极其重要的地位，和不确定关系并称为哥本 哈根解释的两大支柱。 而在我看来，互补原理的出现，可以看做是自然科学的一次飞跃。 首先，互补原理作为一个物理学原理己经飞跃到了哲学高度。课本上使人云里雾里的介 绍其实基本就是玻尔提出互补原理时的情况。“玻尔对互补原理只有一些原则性的笼统表述， 并不存在一种条理分明而意义明确的标准版本。”（关洪.一代神话一哥本哈根学派.p85.2002. 武汉出版社)由于玻尔的语言以含混和内涵丰富而著称，有点像中国古代的文言文，从某种 意义上，这是很适合哲学的语言方式。含义灵活而广泛，难以被彻底推翻。但另一方面，尤 其玻尔去世后，基本不太可能再有权威性的对互补原理的定义性解释，因此互补原理只能作 为一种“互相联系的不同观点的一种共同的特征”（雅默语），而抽象存在。曾经有互补原理 的反对者爱因斯坦和支持者外扎克都试图去提炼出互补原理的含义，但爱因斯坦自己承认做 不到，而外扎克辛苦总结出的论文被玻尔看到后断然否定。这更说明了，研究互补原理的出 发点只能是用一个个具体的事例作为切入点，或者站在哲学的高度去慢慢理解。 其次，互补原理可以看作是从经典物理飞跃到量子力学间的航道。互补原理的首次公开 提出是在玻尔参加在意大利科莫举行的纪念伏打的会议时做演讲的时候。整个演讲中，只有 八个简单的数学公式，其中四个属于经典物理，另外四个包含了量子和物质波概念。在演讲 里玻尔说到“用一些新的概念形式来代替经典物理学的概念就可以避开原子理论的困难，这 也许是一种误解。”（关洪.一代神话一哥本哈根学派.p902002.武汉出版社)。也许从本质上 来说，量子力学的哥本哈根解释主要目的就是用经典概念来解释量子物理，而在遇到困难时， 哥本哈根学派找到了他们的武器，即互补原理。运用互补原理，意味着“对原子过程的因果 性空间一时间标示的放弃”（玻尔语），但再在解释量子力学时，就可以比较大胆地使用经典 概念了。这也极大促进了量子力学和哥本哈根学派的发展。 另外，互补原理使自然科学看待问题的角度有了一个飞跃。互补原理中，“互补”和“互 斥”是相辅相成的。“一些经典概念的任何应用，将排除另一些经典概念的同时应用，而这
初探互补原理 ——自然科学哲学性的一次飞跃 王子瑞 上海交通大学 物理系 F1007202 班 5100729051 大陆学生在学习原子物理学中的不确定关系的时候，课本一笔带过了互补原理。原文是 这样描述的：“必须而且只需将所有这些既互斥、又互补的概念汇集在一起，才能而且定能 形成对现象的详尽无遗的描述”。（杨福家.原子物理学.P93.2008.高等教育出版社） 显然，这这样简单的介绍，对互补原理所拥有的地位而言，是远远不够的。互补原理在 量子力学，尤其是量子力学的哥本哈根学派中有极其重要的地位，和不确定关系并称为哥本 哈根解释的两大支柱。 而在我看来，互补原理的出现，可以看做是自然科学的一次飞跃。 首先，互补原理作为一个物理学原理已经飞跃到了哲学高度。课本上使人云里雾里的介 绍其实基本就是玻尔提出互补原理时的情况。“玻尔对互补原理只有一些原则性的笼统表述， 并不存在一种条理分明而意义明确的标准版本。”（关洪.一代神话—哥本哈根学派.p85.2002. 武汉出版社）由于玻尔的语言以含混和内涵丰富而著称，有点像中国古代的文言文，从某种 意义上，这是很适合哲学的语言方式。含义灵活而广泛，难以被彻底推翻。但另一方面，尤 其玻尔去世后，基本不太可能再有权威性的对互补原理的定义性解释，因此互补原理只能作 为一种“互相联系的不同观点的一种共同的特征”（雅默语），而抽象存在。曾经有互补原理 的反对者爱因斯坦和支持者外扎克都试图去提炼出互补原理的含义，但爱因斯坦自己承认做 不到，而外扎克辛苦总结出的论文被玻尔看到后断然否定。这更说明了，研究互补原理的出 发点只能是用一个个具体的事例作为切入点，或者站在哲学的高度去慢慢理解。 其次，互补原理可以看作是从经典物理飞跃到量子力学间的航道。互补原理的首次公开 提出是在玻尔参加在意大利科莫举行的纪念伏打的会议时做演讲的时候。整个演讲中，只有 八个简单的数学公式，其中四个属于经典物理，另外四个包含了量子和物质波概念。在演讲 里玻尔说到“用一些新的概念形式来代替经典物理学的概念就可以避开原子理论的困难，这 也许是一种误解。”（关洪.一代神话—哥本哈根学派.p90.2002.武汉出版社）。也许从本质上 来说，量子力学的哥本哈根解释主要目的就是用经典概念来解释量子物理，而在遇到困难时， 哥本哈根学派找到了他们的武器，即互补原理。运用互补原理，意味着“对原子过程的因果 性空间—时间标示的放弃”（玻尔语），但再在解释量子力学时，就可以比较大胆地使用经典 概念了。这也极大促进了量子力学和哥本哈根学派的发展。 另外，互补原理使自然科学看待问题的角度有了一个飞跃。互补原理中，“互补”和“互 斥”是相辅相成的。“一些经典概念的任何应用，将排除另一些经典概念的同时应用，而这
另一些经典概念在另一种条件下却是阐明现象所同样不可缺少的。”（玻尔语）从玻尔自己的 话中，可以读出互补原理的“互补”只是一方面，而前提应该是“互斥”。要想说明一件研 究领域中的问题，几种经典原理都是不可缺少的，但同时，要想真正清楚说明问题的某一方 面，则只能主要运用其中的一种经典原理。而且，这种经典原理运用时越是清楚明了，其他 原理就越是无意义。“1930年，玻尔已经把这个观念推广到统计热力学说：‘温度这个概念 与所讨论的物体中的源自行为的细致描述形成互斥的关系’”（关洪.一代神话一哥本哈根 学派.p99.2002.武汉出版社) 最后，互补原理作为一种有着深刻思想内涵的物理学和哲学思想，飞跃到了各个学科中。 它不仅存在于量子力学，如上文所说，也存在于其他物理学科，自然科学学科甚至社会科学 学科中。从热力学、生物学、乃至文学、艺术、心理学、神学、哲学都有它的用武之地。这 方面的文献有《光与生命》《生物学和原子物理学》以及《知识的统一性》等。课本上介绍 了玻尔从中国传统的阴阳五行中找到了他自己互补思想的影子，并把太极阴阳图纳入了自己 的家谱。这也说明了，互补思想作为一种普遍的哲学思想，在不同地域、不同历史时期、不 同领域以不同形式己经存在了很久，而它作为指导思想，也对整个人类社会的发展与进步做 出了贡献。 可以说，如果说量子力学是一只鸟，带领着自然科学从因果论飞到了概率论的崭新阶段， 那么，互补原理就像这只大鸟的一双飞翔的翅膀
另一些经典概念在另一种条件下却是阐明现象所同样不可缺少的。”（玻尔语）从玻尔自己的 话中，可以读出互补原理的“互补”只是一方面，而前提应该是“互斥”。要想说明一件研 究领域中的问题，几种经典原理都是不可缺少的，但同时，要想真正清楚说明问题的某一方 面，则只能主要运用其中的一种经典原理。而且，这种经典原理运用时越是清楚明了，其他 原理就越是无意义。“1930 年，玻尔已经把这个观念推广到统计热力学说：‘温度这个概念 与所讨论的物体中的源自行为的细致描述形成互斥的关系’” （关洪.一代神话—哥本哈根 学派.p99.2002.武汉出版社） 最后，互补原理作为一种有着深刻思想内涵的物理学和哲学思想，飞跃到了各个学科中。 它不仅存在于量子力学，如上文所说，也存在于其他物理学科，自然科学学科甚至社会科学 学科中。从热力学、生物学、乃至文学、艺术、心理学、神学、哲学都有它的用武之地。这 方面的文献有《光与生命》《生物学和原子物理学》以及《知识的统一性》等。课本上介绍 了玻尔从中国传统的阴阳五行中找到了他自己互补思想的影子，并把太极阴阳图纳入了自己 的家谱。这也说明了，互补思想作为一种普遍的哲学思想，在不同地域、不同历史时期、不 同领域以不同形式已经存在了很久，而它作为指导思想，也对整个人类社会的发展与进步做 出了贡献。 可以说，如果说量子力学是一只鸟，带领着自然科学从因果论飞到了概率论的崭新阶段， 那么，互补原理就像这只大鸟的一双飞翔的翅膀
