四
令德布罗意困惑的是，电子怎么就知道缝上有粒子观测仪，从而变身为粒子？其实说出来也很简单，观测仪要看见东西，必须发射一束光线照射对象，这束光线与电子耦合，波函数就坍缩成了一个粒子。双缝实验是由发射源—双缝—接收屏三者共同构成的一个完整的实验场合，而在缝上安装了观测仪，就变成了从发射源到双缝和从双缝到接收屏的两个实验场合，在这两个实验中，都没有双缝这个环节（双缝成了第一个实验的终点和第二个实验的起点），当然就不会有干涉的波动效应。至于有无双缝量子精灵为什么会判若两人，恐怕到费曼的“路径积分”理论才能给出答案。
互补原理的第二个方面：“两大类不同的实验场合（或称观测方式）也互斥互补。”（波尔语）
哈哈！这个原理的简称也许是“互斥原理”才更准确。粒子实验和波动实验是互斥的，看到粒子就看不到波动，反之亦然。同样，测量共轭量的实验也是互斥的，测准了动量就测不准位置，反之亦然；测准了能量就测不准时间，反之亦然。我们可以把测准能量和动量的实验归为一类，把测准时间和位置的实验归为另一类。然而这两类目标互斥的实验，恰恰又要通过波粒互补才能说清。
回到波—海之争，海森堡试图用不确定性原理来扭转粒子军团的颓势，波尔说：错，只有波粒平权，才能说清不确定性原理。看看量子力学的两个基本的物理量：
能量：E＝hv
动量：p＝h/λ
式子的左边是粒子（都是分立间断的量），右边是波动（分别带有频率和波长的符号）。多像一个翘翘板呐，h是个不变的支点，粒子和波动则互斥又相关的起落，粒子上去了，波动就要下来，波动显现了，粒子就要隐形。
另外，令海森堡难堪的显微镜（图12.3）的分辨率揭示了一个基本原理——实验仪器也是不确定性的一个基本原因。要看一个电子，不仅要用射线照射它，更需要看照射后的射线散射。为了看清电子的位置，我们要选择大孔径的显微镜，但同时孔径越大，散射角度就越测不准，而这个数据与动量的测准直接相关。在经典光学中，电子的位置不确定性△x照射光的波长λ成正比，与显微镜的孔径角θ成反比——
△x＝λ/θ
图12.3 海森堡伽马射线显微镜。波长为λ的入射伽马射线（以绿色表示），被电子散射后，进入显微镜的孔径角θ。散射的伽马射线以红色表示。
再往下说就有点大逆不道了，但我们必须面对严峻的事实。式子的右边，照射光的波长是不是由实验者决定的？显微镜的孔径角是不是由实验者决定的？结论居然是：量子精灵的不确定性是由实验安排决定的，更准确的说，是由实验条件与微观粒子的量子耦合决定的。我们不可能获得一个没有观察者的纯客观对象的图像。
有朋友说，就算你说的是对的，通过合理的实验安排，我们照样可以获得关于客观对象的不以实验为转移的真实图像。比如，我通过一个动量观测，使尽可能的长波，尽可能的小孔径显微镜，测准了动量，然后做另一种相反的实验安排，测准了位置，我们不就获得了一个位置和动量都比较准确的电子图像了吗？正如盲人摸象的故事，尽管每一个盲人的感觉都是片面的，但把几个盲人的感觉综合在一起，我们不就获得了关于大象的全面真实的认识了吗？
好吧，我们把盲人摸象实验简化为两个盲人，一个测大象腿的粗细（P）。另一个测大象尾的长短（q）。经典观察，这两个盲人谁先谁后都不打紧，因为pq＝qp，pq－qp＝0。但量子观察则不能得出这样的等式，pq跟qp是不可对易的——
pq－qp＝（h/2π）i（参看第六章）
所以你把pq的p跟qp的q并接在一起的时候，你不是获得了一个更真实的大象，而是一个腿粗和尾长都同样不清楚的大象。用泡利的话来说：“一个人可以用p眼来看世界，也可以用q眼来看世界，但是当他睁开双眼时，他就会头昏眼花了。”
有朋友又会联想到道家哲学，老子的 “道”正是一个“恍兮忽兮”主客不分的东东，跟波尔眼里的量子图像惟妙惟肖。区别仅在于，老子一开始就是用双眼看到的世界图像，波尔则是分别用单眼看世界后，意味到两种图像你死我活的互斥，然后进行了反经典的数学建构，才建立起来的一幅互补图像。这话扯远了，就此打住。
实验场合或观测方式的互补原理的实质在于，实验仪器不是被动的聆听者，而是主动的拷问者，它们对对象施加酷刑，逼迫对象回答自己想知道的问题。微观物体则是一个随机应变的两面派，有时发现得像个波，有时候又像是粒，一切都取决于实验场合提出的问题。你不是想知道我穿过缝时的位置吗？我就老老实实从左缝或右缝穿过，表现得像一个粒子，决不会去干那种同时穿过两条缝又互相干涉的波动行为；另一个实验法官喜欢波动，我就老老实实像波一样无孔不入并互相干涉，但决不告诉你我的时空坐标。还是爱因斯坦不经意说出的那句话：“理论决定了我们能看到什么”。不同的实验设备是不同理论的物化，决定了量子态以什么样的图像呈现出来。仪器就是作用于变换函数的算符，由不同的算符确定ψ产生出什么样的结果——波或粒。
而量子观测的或波或粒的显现，正是为了满足实验者对共扼量的不同要求：当你希望确定动量分布时，现象的波动性就凸显出来，但同时位置分布就无法确定；而当你想方设法确定了位置分布，现象的波动性就凸显出来，但同时动量分布又变得模糊不清——波动性又没有了。我们为了建构量子世界的运动规律，就不得不面对两类图像，不得不使用两类实验。而结果呢，我们就不能提供一个牛顿式的包打天下的基本方程，只能提供一个随机应变的运算程序，然后用运算结果来编织世界的完备图像。
诡异的量子观测是个很恼人的问题，大家放心好了，只要我们一路同行，更大的苦头还在后面，今天说得够多了，放你们一马吧。
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