第十三章 互补思想方法

玻尔的互补原理
1、玻尔的互补性解释 、 1927年9月玻尔发表《量子公式和原子 年 月玻尔发表 月玻尔发表《 论的最近发展》的演讲， 论的最近发展》的演讲，提出了他的新 的思维方式——互补原理。 互补原理。 的思维方式 互补原理 · “互补”一词的意义：一些经典概念的任 互补” 互补 一词的意义： 何确切的应用， 何确切的应用，将排除另一些经典概念 的同时应用，而这另一些经典概念， 的同时应用，而这另一些经典概念，在 另一种条件下都是阐明现象所同样的不 可缺少的。 可缺少的。
（3）爱因斯坦的“亦此亦彼”解释 ）爱因斯坦的“亦此亦彼” · 提出光量子假说：能量同频率成正比， 提出光量子假说：能量同频率成正比， 成功解释了光电效应 · 光既具有波动性、又具有粒子性，光具 光既具有波动性、又具有粒子性， 有波粒二象性 · 光同时又是波，又是粒子；又是连续 光同时又是波，又是粒子； 又不是连续的， 的，又不是连续的，自然界喜欢矛盾 亦此亦彼） （亦此亦彼）
2、互补原理的推广 、
· 互补原理可用来描述光的波粒二象性。 互补原理可用来描述光的波粒二象性。 · 互补原理可以解释测不准关系。 互补原理可以解释测不准关系。 · 互补原理可以推广到生物学研究中。 互补原理可以推广到生物学研究中。 · 科学家在科学研究中既是自然界变化的观察者，又以不同 科学家在科学研究中既是自然界变化的观察者， 的方式参与自然界的变化，科学家的这两种角色也是互补 的方式参与自然界的变化，科学家的这两种角色也是 互补 的。 · 互补性这一概念也可以用来表示原子物理学中所遇到的根 本界限：现实的客观存在和观察它们的方法有关。 本界限：现实的客观存在和观察它们的方法有关。 · 可以用互补原理说明人的心理活动：理智与感性互补， 可以用互补原理说明人的心理活动：理智与感性互补， 本能” 理性” 沉思” 决心” “本能”与“理性”、“沉思”与“决心”也都是互补的 关系。 关系。 · 互补性思维是一种综合性思维，即把两个相互排斥的描述 互补性思维是一种综合性思维， 综合在一起。 综合在一起。
三、波粒二象性的互补性解释
研究光的本质所做的任何一个光学实 验只能证明波粒二象性的某一象性， 验只能证明波粒二象性的某一象性， 而不能同时证明粒子和波的二象性。 而不能同时证明粒子和波的二象性。
折射实验 只证明光的微粒说 提出问题
衍射实验 只证明光的波动说
如何用一种新的思维方式克服 非此即彼” 思维方式的局限？ “ 非此即彼 ” 思维方式的局限 ？
2、光学研究中的“非此亦彼”思维 、光学研究中的“非此亦彼” 光的本质是什么？近代光学史上， 光的本质是什么？近代光学史上， 一直存 在着粒子说和波动说之争。 在着粒子说和波动说之争。 17世纪： 世纪： 世纪 光的本质 光是一种物质粒与流 牛 顿（英） 即微粒说 惠 更 斯 光是一种波 （荷兰） 即波动说 荷兰）
二、“亦此亦彼”思维方法被科学家采 亦此亦彼” 用
1、“亦此亦彼”思维方法的提出 、 亦此亦彼” · 黑格尔提出“亦此亦彼”思维方法 黑格尔提出“亦此亦彼” · 恩格斯在《自然辨证法》一书中进一步 恩格斯在《自然辨证法》 阐述了“亦此亦彼” 阐述了“亦此亦彼”思想 · 对于比较简单的事物和形态，常采用 对于比较简单的事物和形态， 非此即彼” “非此即彼” · 对于比较复杂事物和形态常采用“亦此 对于比较复杂事物和形态常采用“ 亦彼” 亦彼” · 自然科学早期，比较流行的是“非此即 自然科学早期，比较流行的是“ 彼”的思维方法 · 随着科学进一步的发展，科学家便开始 随着科学进一步的发展， 采用“亦此亦彼” 采用“亦此亦彼”的思维方法
（3）德布洛依预言与证实 ）
· 预言：一束电子穿过非常小的孔， 预言：一束电子穿过非常小的孔， 可能产生衍射现象， 可能产生衍射现象，可用 来难物质波存在 · 证实：后来戴维森和汤姆生通过实验 证实： 证实了物质波的存在
3、“亦此亦彼”思维被科学家广泛采 、 亦此亦彼” 用
“亦此亦彼”思维被科学家广泛应用 亦此亦彼” 亦此亦彼 <奥>薛定锷从物 普朗克的能量子引出爱 自然界的物质分为粒 奥 薛定 薛定锷 因斯坦的光量子。 因斯坦的光量子。 子和场， 质波动性出发 子和场，很难用 创立波动力学 从波粒二象性，从机械 一种图景把粒子 从波粒二象性， <德>海森堡从物 德 海森堡从物 场综合， 波，电磁波引出物 场综合，可是粒 质波。 质微粒性出发 质波。从经典的量 子和场又可以相 互转化。 创立矩阵力学 子论引出量子力学 互转化。 1926年薛定锷证明 年薛定锷证明 年薛定 两种力学等价 结论： 结论： · 对于整个世界的认识，我们应当采用波粒二象性的思维方 对于整个世界的认识， 即承认“非此即彼” 也承认“亦此亦彼” 法，即承认“非此即彼”，也承认“亦此亦彼”。 · 世界上的各种事物，都具有各自的二象性。 世界上的各种事物，都具有各自的二象性。
（2）德布洛依寻找答案： ）德布洛依寻找答案：
· 根据：牛顿力学、质能关系式、普朗克公式 根据：牛顿力学、质能关系式、
· 推出：凡物质都具有质量且与一定能量 频率 推出：凡物质都具有质量且与一定能量—频率 —脉动 波动相联系 脉动—波动相联系 脉动 · 答案：凡物质都具有一定波动性 答案： · 结论：电子实质是一种波、粒子是表面现象 结论：电子实质是一种波、 不是机械波，不是磁波； 不是机械波，不是磁波；而是物质波 （波粒二象性） 波粒二象性）
19世纪： 世纪： 世纪 托马斯·杨 托马斯 杨 （英） 菲涅尔 （法） 发现光的干涉现象认为干涉 现象只能用波动说解释 做了光的干涉实验证实光具 有波动性
3、“非此亦彼”思维在光学中遇到了挑战 、 非此亦彼” （1）近代微粒说与波动说之争始终无结论 ） 微粒说质问波动说： 微粒说质问波动说： · 为什么说声音能在弯曲的管道内传播， 为什么说声音能在弯曲的管道内传播， 而光却不能？ 而光却不能？ · 为什么声音通过小孔可以四面传播，而 为什么声音通过小孔可以四面传播， 光基本上只能直线传播？ 光基本上只能直线传播？ 波动说质问粒子说： 波动说质问粒子说： · 体积、颜色呢？ 体积、颜色呢？ · 光是粒子，它有质量吗？ 光是粒子，它有质量吗？
2、“亦此亦彼”思维发现物质波 、 亦此亦彼” （1）德布洛依联想： ）德布洛依联想：
· 光——由一象性（波或粒子） 由一象性（ 由一象性 波或粒子） 人们认识光：由一象性（波或粒子） 人们认识光：由一象性（波或粒子） 到二象性（即是波又是粒子） 到二象性（即是波又是粒子） · 电子 电子——是一种粒子，是否具有波动性？ 是一种粒子， 是一种粒子 是否具有波动性？
3、哥本哈根学派的评价 、
· 玻尔的互补原理提出以后，受到哥本哈根学派 玻尔的互补原理提出以后， 的欢迎。 的欢迎。 · 海森堡、魏扎克尔、玻恩、约尔丹等物理学家 海森堡、魏扎克尔、玻恩、 对互补原理做出很高评价。 对互补原理做出很高评价。 · 互补原理虽不是矛盾原理，但却是科学家对新 互补原理虽不是矛盾原理， 的思维方式进行探索的产物。 的思维方式进行探索的产物。 · 既互相排斥，又互相补充，这含有一定辩证法 既互相排斥，又互相补充， 的因素 · 互补原理的可贵之处和不足之处都在于，它是 互补原理的可贵之处和不足之处都在于， 物理学家对思维方式的探索。 物理学家对思维方式的探索。
（1）互补描述方式： ）互补描述方式：
· 在同一实验条件下，只能二者择一，不能同出 在同一实验条件下，只能二者择一， 相反的，若是能够同时出现， 现；相反的，若是能够同时出现，就要产生 矛盾了。 矛盾了。 · 如果不是同一的实验条件，而是两种不同的实 如果不是同一的实验条件， 验条件，即在一种实验条件上， 验条件，即在一种实验条件上，表现出粒子 的现象，只能运用时空描述， 的现象，只能运用时空描述，而排斥因果描 在另一种实验条件下，出现波动现象， 述；在另一种实验条件下，出现波动现象， 只能运用因果描述，排斥时空描述， 只能运用因果描述，排斥时空描述，从表面 上看是极其矛盾的， 上看是极其矛盾的，但由于两种不同的条 所以并不出现逻辑矛盾。 件，所以并不出现逻辑矛盾。 · 可以无岐义的分别用各自不同的经典概念。这 可以无岐义的分别用各自不同的经典概念。 是一种新的描述方式，即互补描述方式。 是一种新的描述方式，即互补描述方式。
（2）互补原理： ）互补原理：
· 只有互斥知识的总汇，才能容尽客体的全部知识， 只有互斥知识的总汇，才能容尽客体的全部知识， 在这种互补性中， 在这种互补性中，要求无岐义的运用概念来描述现 象。 · 我们在描述一个物理现象时，有两种不同的物理 我们在描述一个物理现象时， 模型，它们是互相排斥的。 模型，它们是互相排斥的。我们不能同时采用这两 种模型， 种模型，但其中任何一个模型都不能提供对这一物 理现象的完整解释， 理现象的完整解释，而这任何一个模型都是不可缺 少的，因此，这两种物理模型应当相互补充。 少的，因此，这两种物理模型应当相互补充。 · 两个互相排斥的描述方式，并不是逻辑上的矛盾 两个互相排斥的描述方式， · 实验条件的不同，出现互相掩护的现象不是矛盾 实验条件的不同， 图景， 图景，而是互补图景 · 只有所有这些互补图景的全部，才能提供经典的 只有所有这些互补图景的全部， 描述方式的一种自然的推广
（2）“非此亦彼”说遇到挑战： ） 非此亦彼”说遇到挑战： · 麦克斯韦：光是一种电磁波具有连续性 麦克斯韦： ·赫 兹：捕捉到电磁波证明了麦克斯 韦理论的正确性 · 勒纳德研究发现与波动说相悖：赫兹的 勒纳德研究发现与波动说相悖： 学生勒纳德等人研究光电效应中发现， 学生勒纳德等人研究光电效应中发现， 微弱的紫光能从金属表面打出电子， 微弱的紫光能从金属表面打出电子，而 很强的红光却连一个电子都打不出来。 很强的红光却连一个电子都打不出来。 而按波动说， 而按波动说，光的能量同光的频率无关 与强度成正比。 与强度成正比。
1、“非此即彼”思维方式 、 非此即彼”
“非此即彼”思维方式在欧洲根深蒂固（从古希腊 非此即彼”思维方式在欧洲根深蒂固（ 亚里士多德开始一直到十九世纪末） 亚里士多德开始一直到十九世纪末） 亚里士多德： 亚里士多德： · 非冷即热，非干既湿 非冷即热， · “非此即彼”，不能“亦此亦彼” 非此即彼” 不能“亦此亦彼” 非此即彼 · “非此即彼”是唯一无可争辩的思维方式 非此即彼” 非此即彼 李约瑟（科学史家）： 李约瑟（科学史家）： · 欧美学者思考问题采用“A或非 的判断，是A 欧美学者思考问题采用“ 或非 的判断， 或非A”的判断 就是A，不是A就是不 就是不A， 就是 ，不是 就是不 ，反对模棱两可 · 西方人长期采用两分法的思维，把世界过于简 西方人长期采用两分法的思维， 单化
第十三章 互补思想方法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
尼尔斯·玻尔的互补思想方法 尼尔斯 玻尔的互补思想方法 · 关于互补性或互补关系的思想 · 对“亦此亦彼”思维方式作了深刻说 亦此亦彼” 明 · 互补思维成为一种思维方法，不仅 互补思维成为一种思维方法， 在科学技术领域， 在科学技术领域，在其它领域也有 广泛的影响
一、“非此即彼”思维方式 非此即彼”