互補原理（Complementarity）

互補原理
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

互補原理是量子物理學中的一個基本定理，它是量子力學哥本哈根詮釋的重要內涵，即所謂的波-粒雙重性，對同一個系統不同的測量方式會導致它的粒子性或波動性。尼爾斯-波耳在1927年首次提出的互補性觀點，就是要試圖回答以下諸問題：量子力學是否是一個完備的理論？微觀世界的物體與觀測儀器之間存在著什麼關係？波耳的學生海森堡在互補原理的指導下，尋求與古典力學相對應的量子力學的各種具體對應關係和對應量，由此建立了矩陣力學。互補原理最狹義最正統的說法是一個量子系統可以像是一個粒子或擁有波動的性質，但是不能同時兩者兼備，愈強的粒子屬性就會壓抑波動的性質，反之亦然。

互補原理認為事物常常同時擁有數種明顯相互衝突的性質，我們可以在這幾種性質中來回觀察，但是就是不能同時看到它們全部，但是在現實的客體中，這些屬性是同時存在的，但是我們一次只能看到一個。所以在這種意義上，這些屬性一方面是相斥的(人類感官無法同時察知)，但是另一方面又是互補的(同時存在一現實客體上)。例如我們可以將電子視為是粒子束或者是波動，取決在我們如何觀察它，但是在電子身上，這兩個屬性都必須存在才能構成完整的電子。

互補原理更深刻的內涵在於它還限制了人類對這個物理世界認識的極限。在物理上任意兩個不對易的變量不能同時被測量出來；更精確地知道其中一個變量的同時，必定會更不精確地知道另外一個變量，這就是所謂海森堡「不確定原理」。互補原理與不確定原理宣示了在我們的物理世界，所有的性質與作用都必然無法決定性的精密到無限小的程度。

波耳認為他的互補原理是一條無限寬廣的哲學原理，在他看來，為了容納和排比我們的經驗，因果性的概念已經不敷使用了，必須用互補性概念這一更加寬廣的思維架構來替代它。波耳的互補哲學受到許多有影響力的學者的擁護，但是也受到另外一些同樣有影響力的學者的質疑與反對。這場論戰已經進行了數十年，而且看來離結束還非常遙遠。

參考資料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Complementarity_(physics)
中國大百科物理卷I，p.59