互補性原理

原理的內容有兩個層次：

①關於原子的內在性質的所有知識都是從實驗中導出的。實驗條件有時是不相容的，如測量粒子在同一方向的座標和動量。因此這兩個方面的認識是互補的，而它們的結果又只能是獨立的側面。這個觀點此後量化和提高到不確定度關係。

②對微觀體系的描述有粒子（以能量和動量為表徵）與波動（以頻率和波長為表徵）兩個側面。兩個側面是互補的。一個電子通過雙縫在屏幕上給出干涉圖樣，呈現了其波動性。如果要它同時呈現粒子性，要弄清它從哪一個狹縫穿過，干涉圖樣就會消失。確定它“走哪一條路徑”，可放置光源在雙縫後面，當電子通過時和光子發生散射，從散射光子的動量就能判斷電子的路徑。但電子在散射時得到動量轉移，它使兩束原子德布羅意波的相差發生變化，而這種變化是概率性的，對不同相差的平均結果消除了干涉圖樣。電子有粒子和波動兩個互補的面貌，它呈現一種面貌時，另一種面貌則退隱。R.P.費因曼在討論這個實驗時，稱之為“想象中的實驗”，因為不可能造出和電子德布羅意波長相比的干涉裝置。更重要困難是光和電子的相互作用太弱，發生散射的概率太小。

驗證互補原理的實驗是D.E.普里恰德研究組在1995年實現的。他們用共振光照射原子干涉儀中的原子，保證原子在通過光束時幾乎肯定能發生散射。實驗結果是當相移的幅度增大時，代表相干的干涉條紋可見度很快下降。

實驗還回答了一個更深層次的問題。保持照射條件不變，只對符合光柵作出調整，則僅探測得到動量傳輸被限制在較窄的範圍內的原子，干涉條紋可見度的減小就慢得多。這種限制意味着限制散射光子的動量範圍，並不能提供走“哪一條路徑”的有效信息，就部分地保留了原子的波動性。這説明互補原理的成立並非不確定度關係的直接推論，因為在調整中原子散射的條件並未改變。波動性的減弱直至消失取決於相差範圍的大小，而這在實驗中是可調節的。

驗證互補原理的這些實驗提供了對微觀粒子的波粒二象性更深入的認識。 ^[1]