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人类认识世界的限制

1927年春天，25岁的德国物理学家维尔纳·海森堡发表了一篇论文，这篇论文提出了一个深刻的哲学问题：我们如何认识周围的物理世界?
答案似乎很明显——通过观察和测量。但是在物理实验中，微观粒子表现出波动的性质，而电磁波又表现出粒子的性质。量子理论把的这种怪异的现象称为“波粒二象性”。海森堡意识到，它对于回答我们如何认识物理世界的问题具有至关重要的意义。
海森堡指出，想要观察微观粒子，就要用到光或其他形式的电磁波。假设我们想确定一个移动电子的位置，由于电子很小，我们只能通过波长很短的电磁波才能“看到”它们。根据量子理论，这种电磁波也具有类似粒子的动量，因此，海森堡说，任何对电子的观察都是电磁波对电子的“碰撞”，都必然会改变电子的速度。越想精确地测定电子位置，所使用的电磁波的波长就越短，对电子的“碰撞”就越厉害，电子的速度改变就越大。换言之，要测量电子的位置而不影响其速度是不可能的——对一方面的测量越确定，对另一方面就越不确定。我们永远不能同时在这两方面得到准确无误的认识。
海森堡推导出了一系列的数学公式，这构成了测不准原理的核心。海森堡认为，如果不能得到关于电子目前状态的准确知识，那就完全无法预测下一步它会是什么状态——我们最多只能知道状态出现的概率。海森堡的结论是：测不准原理是我们观察和测量不可避免的一部分，是人类认识周围的物理世界的极限，是对哲学范畴中因果关系的挑战。海森堡指出，如果人类期盼像上帝那样无所不知，测不准原理就是永远不可逾越的障碍。
海森堡的论文引起了当时的物理学家们激烈的争议。哥本哈根学派的掌门人尼尔斯·玻尔基本同意海森堡的理论，但认为引起不确定性的因素远比观察和测量造成的“惊扰”更加复杂。玻尔认为，不确定性的基础是互补性。玻尔指出，在经典理论中相互排斥的不同性质，在量子理论中却成了相互补充的一些侧面，波粒二象性正是互补性的一个重要表现。因此, 经典意义的因果关系不复存在,这就是著名的“互补原理”。
海森堡的反对者是最伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦。海森堡的论文刚一发表，爱因斯坦就开始设法诘难测不准原理。尽管物理学家们根据测不准原理，很快就破解了放射性衰变和太阳核聚变这些重大的科学之迷，但是爱因斯坦仍然坚持认为这种理论只是一种无知的表现——所有这些不确定性都表示量子理论还不完善。
爱因斯坦于1935年提出了一项他认为能够驳倒测不准原理的假想实验：设想有一个分子由A和B两个原子构成，然后分子裂变，把A和B分别射向相反的方向。根据海森堡的测不准原理，任何对A准确位置的测量都将使我们难以知道A的准确速度。但爱因斯坦认为有一个办法可以做到：根据牛顿的作用力与反作用力定律，这意味着A和B一定会以相同速率向相反方向运动。因此他指出，我们可以通过同时测量A的位置和B的速度来完全确定A的状态。
针对爱因斯坦的挑战，玻尔提出了反驳：测不准原理既影响A也影响B，也就是说，就在我们测量A的位置的同时，测量行为立即会对B的速度造成影响，令测量结果完全符合测不准原理。更加不可思议的是，玻尔认为即使两个微观粒子距离很远，这种作用也会瞬时发生。表面看来，玻尔的论点打破了爱因斯坦建立的“运动速度不可能超过光速”的法则。但玻尔认为，这对微观粒子从来没有真正分开过，一旦同时形成，它们就永远“纠缠”在一起。爱因斯坦愤慨地表示：他完全不能接受玻尔如此“诡异”解释。
1982年，法国物理学阿兰·阿斯佩进行了“量子纠缠”实验，结果证明玻尔是对的。今天，“量子纠缠”效应为全新的通讯方法——“量子通讯”技术提供了理论基础：到目前为止，秘密信息的传送都要冒着密码落入敌手的风险。“量子纠缠”实验表明，成对微观粒子即使相距很远，其中一个也能立即显示另一个是否被观察。如果利用纠缠的光子输送信息，那么任何试图非法读取信息的行为都会立即被发现。
当海森堡第一次提出测不准原理时，它震惊了当时的物理学界。85年过去，它已经深刻的改变了人类的认识论和世界观。最初看上去，测不准原理似乎完全是负面的，不确定性是对人类认识世界的限制。然而只有承认不确定性，人类才能在认识世界的过程中有所进展。

我们对现实的认识是否受科学知识的局限？
我们如何认识周围的物理世界?通过观察和测量。
但是在物理实验中，微观粒子表现出波动的性质，而电磁波又表现出粒子的性质。量子理论把的这种怪异的现象称为“波粒二象性”。它对于回答我们如何认识物理世界的问题具有至关重要的意义。
想要观察微观粒子，就要用到光或其他形式的电磁波。假设我们想确定一个移动电子的位置，由于电子很小，我们只能通过波长很短的电磁波才能“看到”它们。根据量子理论，这种电磁波也具有类似粒子的动量/
任何对电子的观察都是电磁波对电子的“碰撞”，都必然会改变电子的速度。越想精确地测定电子位置，所使用的电磁波的波长就越短，对电子的“碰撞”就越厉害，电子的速度改变就越大。换言之，要测量电子的位置而不影响其速度是不可能的——对一方面的测量越确定，对另一方面就越不确定。我们永远不能同时在这两方面得到准确无误的认识。
推导出了一系列的数学公式，这构成了测不准原理的核心。海森堡认为，如果不能得到关于电子目前状态的准确知识，那就完全无法预测下一步它会是什么状态——我们最多只能知道状态出现的概率。结论是：测不准原理是我们观察和测量不可避免的一部分，是人类认识周围的物理世界的极限，是对哲学范畴中因果关系的挑战。如果人类期盼像上帝那样无所不知，测不准原理就是永远不可逾越的障碍。
论文引起了当时的物理学家们激烈的争议。哥本哈根学派的掌门人尼尔斯·玻尔基本同意理论，但认为引起不确定性的因素远比观察和测量造成的“惊扰”更加复杂。玻尔认为，不确定性的基础是互补性。玻尔指出，在经典理论中相互排斥的不同性质，在量子理论中却成了相互补充的一些侧面，波粒二象性正是互补性的一个重要表现。因此, 经典意义的因果关系不复存在,这就是著名的“互补原理”。
反对者是最伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦。论文刚一发表，爱因斯坦就开始设法诘难测不准原理。尽管物理学家们根据测不准原理，很快就破解了放射性衰变和太阳核聚变这些重大的科学之迷，但是爱因斯坦仍然坚持认为这种理论只是一种无知的表现——所有这些不确定性都表示量子理论还不完善。
爱因斯坦于1935年提出了一项他认为能够驳倒测不准原理的假想实验：设想有一个分子由A和B两个原子构成，然后分子裂变，把A和B分别射向相反的方向。根据测不准原理，任何对A准确位置的测量都将使我们难以知道A的准确速度。但爱因斯坦认为有一个办法可以做到：根据牛顿的作用力与反作用力定律，这意味着A和B一定会以相同速率向相反方向运动。因此他指出，我们可以通过同时测量A的位置和B的速度来完全确定A的状态。
针对爱因斯坦的挑战，玻尔提出了反驳：测不准原理既影响A也影响B，也就是说，就在我们测量A的位置的同时，测量行为立即会对B的速度造成影响，令测量结果完全符合测不准原理。更加不可思议的是，玻尔认为即使两个微观粒子距离很远，这种作用也会瞬时发生。表面看来，玻尔的论点打破了爱因斯坦建立的“运动速度不可能超过光速”的法则。但玻尔认为，这对微观粒子从来没有真正分开过，一旦同时形成，它们就永远“纠缠”在一起。爱因斯坦愤慨地表示：他完全不能接受玻尔如此“诡异”解释。
1982年，法国物理学阿兰·阿斯佩进行了“量子纠缠”实验，结果证明玻尔是对的。今天，“量子纠缠”效应为全新的通讯方法——“量子通讯”技术提供了理论基础：到目前为止，秘密信息的传送都要冒着密码落入敌手的风险。“量子纠缠”实验表明，成对微观粒子即使相距很远，其中一个也能立即显示另一个是否被观察。如果利用纠缠的光子输送信息，那么任何试图非法读取信息的行为都会立即被发现。
当第一次提出测不准原理时，它震惊了当时的物理学界。85年过去，它已经深刻的改变了人类的认识论和世界观。最初看上去，测不准原理似乎完全是负面的，不确定性是对人类认识世界的限制。然而只有承认不确定性，人类才能在认识世界的过程中有所进展。

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