Принцип дополнительности

Для объяснения соотношения неопределенностей Н. Бор выдвинул принцип дополнительности, противопоставив его принципу причинности. При использовании прибора, позволяющего точно измерить координаты частиц, импульс может быть любым и, следовательно, причинная связь отсутствует. Применяя приборы другого класса, можно точно измерить импульс, а координаты становятся произвольными. В этом случае процесс, по Н. Бору, совершается якобы вне пространства и времени, т.е. следует говорить либо о причинности, либо о пространстве и времени, но не о том и другом вместе.

Принцип дополнительности является методологическим принципом. В обобщенном виде требования принципа дополнительности как метода научного исследования можно сформулировать так: для воспроизведения целостности явления на определенном промежуточном этапе его познания необходимо применять взаимоисключающие и взаимоограничивающие друг друга "дополнительные" классы понятий, которые могут использоваться обособленно в зависимости от особых условий, но только взятые вместе исчерпывают всю поддающуюся определению и передаче информацию.

Так, согласно принципу дополнительности, получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными величинами можно считать координату частицы и ее скорость (импульс), кинетическую и потенциальную энергию, направление и величину импульса.

Принцип дополнительности позволил выявить необходимость учета корпускулярно-волновой природы микроявлений. Действительно, в одних экспериментах микрочастицы, например, электроны ведут себя как типичные корпускулы, в других - как волновые структуры.

С физической точки зрения принцип дополнительности часто объясняют влиянием измерительного прибора на состояние микрообъекта. При точном измерении одной из дополнительных величин, другая величина в результате взаимодействия частицы с прибором претерпевает полностью неконтролируемое изменение. Хотя такое толкование принципа дополнительности и подтверждается анализом простейших экспериментов, с общей точки зрения оно наталкивается на возражения философского характера. С позиции современной квантовой теории роль прибора в измерениях заключается в "приготовлении" некоторого состояния системы. Состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенные значения, принципиально невозможны, причем, если одна из таких величин точно определена, то значения другой полностью неопределены. Таким образом, фактически принцип дополнительности отражает объективные свойства квантовых систем, не связанных с наблюдателем.