量子物理告诉我们,一个粒子的空间位置Ar (X、y、z)与动量Ap不确定性之间关系的精确数学形式,是以海森伯测不准关系式来表达的。它意味着在亚原子世界里,我们永远无法同时精确地知道一粒子的位置和动量,我们对位置知道的越清楚,动量就越模糊,反之亦然。我们可以决定精确地测定两个量中任何一个量,但是对于另一个量只能是一无所知,必须指出,这决不是测量技术的不完善而造成的。
粒子的位置和动量确定性之间的关系,决不是测不准原理的唯一形式,其它量之间也保持着类似的关系。例如一个原子事件的时间t与有关的能量E之间,只要我们不把波包的图象看成是在空间里的图形,而是看成在时间里的振动图形,就很容易说明这一点。当粒子通过某观察点时,在这一点波的图形的振动将从很小的振幅幵始,不断增加,然后又减小,最后振动完全停止。它所需要的时间表示粒子通过我们观察点所需的时间,但是该时间我们无法进一步加以确定,振动图形所确定的时间,表明了事件时间的不确定性。
波包的空间图形是没有确定的波长的,当然相应的时间上的振动图形也没有确定的频率,频率的增加依赖于振动图形所持续的时间,因此量子力学就把波的振动频率和粒子的能量联系起来了,而图形频率的增加就意味着不确定性,所以事件在时间上的不确定性与能量△E不确定性的关系,就类似于粒子的位置不确定性与动量不确定性之间的关系,也可以用测不准关系式进行表述。
测不准原理在量子物理学中是十分重要的,它说明了经典概念采用精确数学形式的局限性,微观粒子世界表现为统一的整体。经典概念通常是我们从宏观世界得到的,并不适合描述亚原子世界或微观世界的情况。
为了更好的理解每一经典概念之间的关系,玻尔引进了互补性概念,他把粒子图象与波的图象看成是同实体的互补性描述,其中每一种都只是部分正确的及应用范围是有限的,要对原子实在作出充分的描述,每一种图象都是需要的,但是应用范围都受到测不准原理的限制。
现在这种互补性的概念已经成了物理学家思索世界方式的重要组成部分,玻尔常常主张,很可能在物理领域以外这一概念也是一个有用的概念。实际上在古代中国,互补性概念在3000年以前就已经被证明是极其有用的,它在中国思想中一直起着重要作用,在《周易》中圣贤们用阴阳组成的太极、八卦来表示对立面的互补性,并且把它们之间的相互作用看成是所有自然现象和人类情况的本质。
玻尔充分认识到他们互补性概念与中国《周易》思想的相似性,当他1937年访问中国时他对量子理论的解释早已精细完善,但古代中国关于阴阳对立两极的概念还是使他深感震惊。从此以后,他对中国传统文化一直保持着兴趣。由于他对科学成就和丹麦文化生活的重要贡献,而被封为爵士,受勋时,当他必须选择一种盾形纹章的主要花纹时,他就选中了中国的太极图来表示阴阳的互补关系,同时还加上了二对立即互补的铭文,玻尔承认,在古代中国《周易》中与现代西方科学之间有着深刻的协调性。
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