补丁12.1
互补原理的客观基础——两个“量子佯谬”
咱们从观察谈起吧。我观察到了什么，眼前是电脑屏幕，中间是键盘，右手一杯茶，左手一包烟，这些东西我都认为是不依赖于我的观察而独立存在的。我刚才打了一下瞌睡，它们不会因为我漠视它们而烟消云散，当我醒过来的时候它们都好端端的在那里，不作任何改变。
量子观察就不是这回事了，海森堡揭示出，观察必定扰动对象，当我们得到一个观察量时，必须要意识到这不是一个纯“客观”的量，必有观察时施加进去的量，而且我们还无从分析，客观的量是多少，观察的量是多少。如果把对象自身称为“客体”，把观察称为“主体”， 我们的观察对象必定是一个主客不分的东西，是一个对象与观察耦合的东西。这是宏观条件下的观察和量子条件下的观察的区别。
由这种特别的观察方式产生了第一个佯谬——既不能观察，又不能不观察。牛顿力学以可观察量的时空微分方程描述宏观物体的运动状态，既可以观察也可以不观察。观察，证明运动方程的因果率，不观察，它同样遵循方程所表征的严格的因果律。而量子世界，为了用时空框架描述对象，我们可以使用波函数的时空微分方程，表征量子在时间中的连续演进，在空间中的连续分布，具有严格的决定性。然而ψ恰恰不是一个在时空中出现的对象，不是可观察的量。为了取得在时空中出现的可观察量我们必须观察，而一旦观察，波函数就坍缩了，连续性破坏了，因果链中断啦！观察必然把不确定性镌入对象，量子条件必定把变量切割成分立的不连续的等份。普朗克常数是逃不掉的普洛克斯忒斯之床，高个子斩短，矮个子拉长，是人类不可突破的极小值。观察，就破坏了严格的因果律，只能有概率性的统计结果；不观察，又没有时空框架内的对象。因此波尔说，客体运动服从严格的因果律，和用时空坐标描述客体，这两个要求是不能同时满足的。
接着又有第二个佯谬——既不能用经典概念描述，又不能不用经典概念描述。用经典的时空中的物理规律来描述量子对象，我们就不可避免的陷入不确定的恶梦，我们甚至划不清法与非法的界线。“量子跃迁”是否违反定域性？我们根本不能测定跃迁发生的时间。“隧道效应”是否违反能量守恒定律？我们根本不能测定能量。所以量子世界必须有独立的语言系统，必须有自己的独特的物理定律。然而量子定律又不得不借助经典概念，这倒不是我们缺乏概念创造能力，而是因为我们借以观察量子现象的实验设备必然是遵循宏观规律的，呈现的“可观察量”是宏观条件下的量。如果不能用经典概念来描述我们用仪器观察到的力学量，则我们连量子定律的真实性都无法证实或证伪。这就是波—海之争的关键所在。一台显微镜，物镜窥视对象，通过聚焦在目镜中呈现给科学家。我们应该站在物镜一端说话呢，还是站在目镜一端说话？在海森堡看来，理论物理学家的职能止于建立量子变量的逻辑自洽的数学模型，甚至说量子是波动还是粒子都是多余的，因为这两个概念都是描述宏观现象的，而任何宏观经验框架内的直观模型都会背离量子规律的真谛。所以只能站在物镜一端说话。而波尔多少具有操作主义倾向，理论必须满足科学实践和人类实践的需要。毕竟科学理论必须具有科学实验的可操作性，最终还要利用量子规律的宏观效应为人类服务。所以我们必须站在目镜一端说话，必须使用波动和粒子之类的宏观概念。狄拉克用他的“狄拉克变换”和“狄拉克方程”以数学形式阐述了波尔的这一思想——描述量子规律的量子语言q数还必须通过一个给定的算符转换为经典概念的c数才有意义。
这二个佯谬，正是互补性原理产生的客观基础。这些佯谬告诉我们，那种追寻现象背后的“本质”，透过现象看到量子“本身”的努力根本就是徒劳无益的，根本就没有什么独立于观察的“客观实在”。ψ不是量子“本身”，它不是真实的存在，而是我们对量子现象的逻辑建构，是我们解释微观物质的宏观呈现的理论模型。而这种模型与牛顿方程的区别在于，它没有唯一解，方程解由输入的算符决定，输入波动算符，就产生波动解，输入粒子算符，就产生粒子解。那么量子“实在”是什么呢？就是实验观测到的量子现象。由于两类实验场合的互补性，我们说量子具有“波粒二相性”。
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