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玻尔的互补性原理(第1页)

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玻尔的互补性原理

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玻尔认为,在研究微观粒子的现象时,不应该以完全舍弃对运动的描述为代价,而应该提出具有一定适用范围的特殊“运动粒子”

的概念,在此基础上取代海森堡提出的仅通过可观测的波动特性来描述微观粒子的表述方式。

当然,海森堡证明了微观粒子的运动不能被牛顿体系描述,这是毋庸置疑的。

这是因为,在牛顿力学中只要知道了粒子的初始位置、动量以及受到的力,就可以无限精确地计算出未来任意时刻粒子的位置和速度;而对于微观粒子来说,这是无法实现的。

确实微观粒子的运动也满足一定的规律,当它们质量非常小时(即亚原子粒子),如果已知其某一时刻的位置和动量的大致数值范围,那么也能够预测未来某一时刻粒子的位置会落在哪个范围中。

然而,即使已知的初始条件范围再窄,我们也无法像牛顿定律那样,预测出同样精确的末态。

换句话说,如果试图用微观粒子击中靶心,那么即使枪口瞄得再准,微观粒子也未必能落入靶心。

在海森堡的理论中,位置测量的不确定度和动量的不确定度之间有某种关系:它们的乘积等于一个确定的量,即普朗克常数h。

这一关系就是著名的“海森堡不确定关系”

(Heisenberg'srelatioerminacy)。

不久,玻尔就对这种微观粒子的奇怪行为做出了更完善的阐释。

他指出,就像光子的粒子性和波动性一样,“位置”

和“动量”

是一个微观粒子的两个不同方面。

把粒子的位置限制在空间确定区域内,正如将光的能量集中在一个光子上;而粒子的动量则与光的波动性对应。

物质粒子和光都具有波粒二象性(articleduality),但波动性和粒子性之间既不矛盾,又非毫无关系。

玻尔又一次强调了“马赫的要求”

,即物理的陈述应当可以被确定的物理实验观测所验证。

所以,特定的实验测量仪器决定了光或者电子表现出波动性还是粒子性。

波动性和粒子性是同一物理对象的两种“互补”

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