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波尔设计的族徽
“上帝说要有光,于是就有了光。”光与人类的生活息息相关,却又让人既感熟悉又觉神秘。光到底是什么?人类自从有意识之日起,就一直在思索和探究这个问题。在人类历史的长河中,其最具代表性认识光的学说莫过于波动说和粒子说。经过了千年的思索,现在的人们基本达成了共识,光既是粒子又是波,具有波粒二象性。当然不仅仅是光,德布罗意已经宣明了粒子也具有波动的特性。
光和粒子都具有波粒二象性,然而波动性和粒子性又决不会在同一测量中同时出现。因而,波和粒子这两种经典概念在描述微观现象时就是互斥;另一方面既然波和粒子不能同时存在,他们就不会在同一实验中直接冲突。但这两种概念在描述微观现象、解释实验时又都是不可缺少的,企图扔掉哪一个都不行。作为对量子理论做出特殊贡献的哥本哈根学派的首领的波尔,面对这两难的境地而提出了“互补原理”。其基本思想是:任何事物都有不同的侧面,对于同一研究对象,一方面承认了它的一些侧面就不得不放弃另一侧面,在这种意义上他们是互斥;另一方面,那些侧面不能完全废弃,因为在适当的条件下,人们还必须用到它们,在这种意义上二者又是互补的。正如波尔为阐明互补原理,而经常举一个简单例子:银币有正、反两面,任何时刻我们只能看到其中的一面,不能同时看到两面,而只有当银币的正、反两面都被看到后,才能说我们对这个银币有了较完整的认识。
老子说:“万物负阴而抱阳,冲气以为和。”波尔哲学思想可能和中国的道家有一定的渊源吧。当波尔在设计族徽时,还选择了中国的太极图作为族徽的中心图案,并刻上了“对立即互补”的铭文。
   著名的物理理学家惠勒在198110月到我国访问时,在演讲中曾提到:“在西方,互补观念似乎是革命性的。然而,波尔高兴地发现,在东方,互补观念乃是一种自然的思想方法……”但我们并不能感觉到脸上的光彩,不得不反思“为什么我们没有拾起‘老祖中的东西’”。库恩在他那本在学界产生很大影响的著作—《科学革命的结构》中写道:“每一理论下的概念只能在该理论之下才能被准确的理解,所以必须改变已经确立的,且为大家所熟悉的概念的含义”。换句话说,新旧理论之间不可能存在逻辑上的蕴含关系。所以,我们也不能为我们的祖先感到多大荣光了。
“互补原理”是用哲学的思想来解释量子现象的基本特征—波粒二象性。当然哲学思想从来不会只局限于某一领域,它应具有普遍意义。分形几何学的集大成者曼德布尔诺曾经在IBM公司研究过计算机之间信息传输中的噪音。他发现,在有误差簇与无误差簇之间,存在一种始终如一的几何关系,用小时或秒做尺度,有错段与无错段之比总是一个常量(事实上,这可以用康托集合来描述)。有错段与无错段相互对立,然而它又是怎样互补的呢?恐怕先下,研究的重点只在怎样去除这噪音吧!
康托集合或者其它分形结构都有确定的几何构造,我们只要知道了足够多的参数,我们就能够完完全全地预测它。正如拉普拉斯的断言:如果有一位智慧之神在某一刻能获知自然界一切物体的位置及作用力,那么他便可以预测宇宙的未来状况。一切都是安排好的,诚如是,我们又怎样解释成熟而又心智健全的人在两种可能的行为之间自由选择的能力?现在,人们再也不会追求长期的天气预报了,然而短期的局部的天气却仍然可以正确地预报。确定与不确定,在不同的有效范围内发挥着不同的效益,然而他们却都是我们认识自然界不可或缺的,尽管它们又是那样的对立。
人类与自然界有多种途径的对话方式,然而科学却是其中最独特、最富有成效的对话方式。在历史的长河中,新体系的形成伊始,总要遭到旧体系无情的攻击,他们总要“请问:‘治何经典’”。如同哥本哈根学派在波尔带领下左突右创时,受到不信任,怀疑,攻击……现如今,互补原理已经是量子力学哥本哈根解释的支柱之一。如果我们对‘互补原理’有所怀疑的话,恐怕会被嘲弄、批判……然而这却是科学前进的必经之路。
波尔设计的族徽.jpg
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共 0 个关于【往期回顾】波尔设计的族徽的回复 最后回复于2014-11-15 16:47:01

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