2018/04/12 文 / Brian

愛因斯坦曾和年輕時的海森堡有過一次對談，愛因斯坦提到：「原則上由觀察到的數值來建立一個理論是不對的。實際上往往相反，反而是你用的理論決定你能觀察到甚麼。」這個想法一直在海森堡的心中，後來更導致他提出不確定性原理。海森堡說：「在原子尺度時，物理學家只該考慮可測量量。」他認為在量子尺度時，我們只能考慮能被測量的量。這是甚麼意思呢？ 當量子還在建立階段時，古典的物理學家都質問他們：「你看你們的理論一點都不好，因為它不能回答粒子的實際位置是甚麼、或是在干涉實驗中粒子究竟穿過了哪個孔，或諸如此類的問題。」 海森堡卻說：「我不需要回答這類問題，因為你無法由實驗的方法問這個問題。」 我們不需要回答這種問題，因為每個在物理中使用的概念都需要有個可操作的定義，除非我們可以指出它要怎麼被測量，否則我們不允許談論某個概念。

玻爾的互補原理

爾後玻爾提出了互補原理，他認為不能用單獨一種概念來完備地描述整體量子現象，為了完備地描述整體量子現象，必須將分別描述波動性、粒子性的概念都囊括在內。這兩種概念可以視為同一個硬幣的兩面。互補的兩件事情（例如波粒二象性或位置動量不確定性）無法被同時觀察到，不可能在某一時刻看到波動和粒子兩種性質，所以當我們想要描述量子行為時，必須同時考慮波動和粒子兩種觀點，不可能用單一種概念來描述整個量子現象。 因此在這個基礎上，他認為人們原先無法解釋電子干涉圖樣中出現既有粒子又有波的現象，只是互補的兩面，而這兩種概念都不能被捨棄，波動和粒子兩種描述都是必要的，它們適用於不同的條件，兩種概念是互補而非互斥的。他說：「由不同實驗條件下得到的結果無法被單一圖像包含，他們必須被認為是互補的，因為只有總體的現象能夠徹底探討關於這些對象的可能信息。」我們必須放棄以往只用單一模型來描述物理概念的這種想法，玻爾認為海森堡發現的不確定原理是更深刻的互補原理的一種表現。玻爾甚至把互補原理和東方的「陰／陽」聯繫起來，還在自己的墓碑上刻了一個太極符號，他體悟到一項真諦：沒有一種角度可以窮盡真實，不同的觀點可能都有價值，卻是互相排斥的。

在量子力學建立後，物理學家對於世界的認識有了革命性的改變，以往視為理所當然的物理實在現在出問題了，因為從互補原理可以得知用不同的儀器觀測同一物體竟然會出現不同的現象。我們只能透過儀器來認識這個世界，而由不同的儀器所看到的世界也是不同的。 玻爾認為：「並不存在量子世界。只有一個抽象的量子物理描述。認為物理學的任務是弄清楚自然是怎麼回事是不對的。物理學只關注我們對自然的看法。」

「描述世界」這件事只是在融合我們經驗中的客觀事件，客觀的外在世界根本就不存在，一切實驗只是客觀世界在我們的主觀意識上的投影。

愛因斯坦的本體論觀點認為科學的任務是要描述自然的「本質」；但玻爾的知識論觀點則認為科學的任務是描述我們「怎麼了解自然」，也就是所有可能的感知與實驗的綜合結果。這聽起來還是很抽象，我們以不確定原理為例，本體論觀點會告訴你：「一個電子不能同時『擁有』確切的位置和確切的動量。」而知識論觀點則會說：「不可能同時『知道』電子確切的位置和動量。」我不在乎有沒有，我只能說測不了，沒法設計某種實驗同時測到位置和動量。