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玻尔将经典物理学与量子理论相结合 ， 提供了比一篇论文更深入的见解 。 于是 ， 他在哲学杂志上发表了三本系列文章 ， 全都题为《论原子和分子的构成》。 第一部分出现在 1913 年 7 月 ， 描述了氢原子中电子轨道和量子跃迁的量子规则 ， 解释了它发出的颜色光谱 。 在第二部分中 ， 玻尔描述了电子在更复杂原子核周围的环中的排列 ， 这是解释元素周期表的第一步 。 第三部分描述了原子如何共享电子形成的分子 。 对玻尔的理论反应不一 ， 一些专家认为它很巧妙 。 其他人无法理解 。 爱因斯坦一开始不相信就很感兴趣 。 但是 ， 当一项实验证实了玻尔的预测 ， 即据称来自氢的某些颜色的光实际上来自氦时 ， 爱因斯坦出现了 。 当被告知那个实验时 ， 爱因斯坦回答说：“这是一个巨大的成就 。 那么玻尔的理论一定是对的 。 ”但玻尔知道 ， 他的理论在瞥见现实的同时 ， 也有其不足之处 。 他认为 ， 它的成功很大程度上归功于氢的简单性 。 在接下来的十年中 ， 将其应用于更复杂原子的努力失败了 。 最终 ， 在 1925 年 ， 曾在哥本哈根玻尔理论物理研究所学习的年轻德国物理学家维尔纳·海森堡构建了一种新的数学方法 ， 得到了正确的答案 。 海森堡的论文标志着现代量子力学的诞生 。
大约在同一时间 ， 实验开始表明粒子有时具有波动特性（反之亦然） 。 Erwin Schrdinger 构建了量子理论的波动版本 ， 很快就证明与海森堡的粒子版本等效 。 1927 年 ， 海森堡的工作导致了他著名的不确定性原理：不可能同时精确测量某些属性对 ， 例如粒子的位置和动量 。 玻尔再次介入以解决悖论 。 在 1927 年的一次演讲中 ， 他提出了一个新原则 ， 称为互补性 。 玻尔宣称 ， 光可以是粒子或波 ， 具体取决于您选择进行的实验 。 您可以测量电子的位置或动量 ， 具体取决于您设计实验的方式 。 你不能同时做这两个实验 。 玻尔的互补性是后来被称为量子力学哥本哈根解释的基础 。 在流行的讨论中 ， 哥本哈根观点强调观察者在创造现实中的作用 ， 这是当今许多物理学家争论的焦点 。 但玻尔并没有那样说 ， 圣母大学的科学哲学家唐霍华德说 。 关注观察者角色的是海森堡 。 玻尔的观点要微妙得多 。 他坚持认为 ， 量子系统的特性在被测量之前没有精确的意义 。 但是测量需要测量仪器与量子系统相互作用 。 一旦发生这样的相互作用 ， 测量设备和量子系统就会共享一段历史 ， 用现代术语来说就是“纠缠在一起” 。 那么 ， 怎么可能谈论量子系统的属性呢？
“这是真正重要的想法进入玻尔思想的地方 ， ”霍华德在物理会议上说 。 如果您指定要执行的实验 ， 则可以使用结果来描述量子系统的属性 ， 就好像它具有精确值一样 ， 即使没有测量就没有精确值 。 当然 ， 您不能一次谈论系统的所有属性 ， 您必须选择要测量的内容 。 “对于玻尔来说 ， 位置和动量等两个属性对于完整描述系统及其行为是必要的 ， ”霍华德说 。 “但我们一次只能谈论它们 ， 而不是同时谈论它们 ， 因为我们有权将它们称为系统的明确定义的属性 ， 只有在可以测量这种属性的上下文中 。 ” 位置和动量的测量环境在物理上是不兼容的 。 “这就是为什么我们不能同时谈论明确定义的位置值和明确定义的动量值的深层原因 ， ”霍华德说 。
多重真理
玻尔对这种不一致的接受反映了他年轻时对真理的看法 。 事实上 ， 他对量子科学的研究提供了更广阔的世界观 。 Heilbron 说：“他对更广泛哲学的量子物理学参与的主要回报是发现多个真理……以互补的形式出现 。 ”最近 ， 玻尔在原子模型工作期间与未婚妻玛格丽特·诺伦德的新通信阐明了玻尔关于真理的思想 。 海尔布隆引用了一封信 ， 玻尔在信中讨论了布道、伟大的文学作品和科学中表达的不同类型的真理 。 个人同情的真理 ， 文学的普遍人类真理和科学真理都不同 ， 但都很重要 ， 玻尔写道 。 “这是我非常强烈的感觉 ， 我几乎可以称它为我的宗教 ， 我认为所有有价值的东西都是真实的 。 ”Heilbron 在这些著作中看到了与玻尔将量子引入原子的四种方法的相似之处 ， 多个真理 ， 并非全部一致 。 “尽管它们在物理内容上有所不同 ， 有时在数学上会发生冲突 ， 但玻尔认为他需要它们 ， ”海尔布伦说 。 “在给出这四个公式时 ， 玻尔不仅仅是在对冲他的赌注 。 他相信每一个都包含真理的元素 ， 因此……即使它们相互冲突 ， 他也有义务使用它们 。 这种包容原则对他来说几乎是一种宗教戒律 。 ”然而 ， 对于标准宗教 ， 玻尔并不同情 。 他的母亲是一个不务正业的犹太人 ， 他的父亲是一个无神论者路德教 。 作为一个年轻人 ， 尼尔斯试图吸收宗教教义 ， 但很快得出结论 ， 所教的宗教经不起逻辑和科学背景下的审查 。 当他向父亲坦白这件事时 ， 老玻尔的反应是一个简单的支持微笑 。 尼尔斯给玛格丽特写下了那一集：“我的勇气如此狂野、狂野地咆哮着 ， 因为那时我知道我也能思考 。 ”
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