我们对现实生活的理解是否受限于科学知识？

1927年春天，25岁的德国物理学家维尔纳·海森堡发表了一篇论文，提出了一个深刻的哲学问题:我们如何认识我们周围的物理世界？

答案似乎很明显——通过观察和测量。但在物理实验中，微观粒子表现的是涨落的本质，电磁波表现的是粒子的本质。量子理论将这种奇怪的现象称为“波粒二象性”海森堡意识到，回答我们如何认识物理世界的问题意义重大。

海森堡指出，观察微观粒子需要光或其他形式的电磁波。假设我们想确定一个运动电子的位置。由于电子非常小，我们只能通过波长较短的电磁波来“看见”它们。根据量子理论，这种电磁波也有类似粒子的动量。所以海森堡说，任何对电子的观测都是电磁波和电子的“碰撞”，必然会改变电子的速度。越想精确确定电子的位置，使用的电磁波波长越短，电子的“碰撞”越剧烈，电子的速度变化越大。换句话说，不可能在不影响电子速度的情况下测量电子的位置——一方面测量越确定，另一方面就越不确定。我们永远不可能同时准确理解这两个方面。

海森堡推导出一系列数学公式，形成了测不准原理的核心。海森堡认为，如果我们无法获得关于电子当前状态的准确知识，我们就无法预测它下一步会是什么状态——我们最多只能知道该状态的概率。海森堡的结论是，测不准原理是我们观察和测量的必然部分，是人类对周围物理世界认识的极限，是对哲学范畴中因果关系的挑战。海森堡指出，如果人类期望像上帝一样无所不知，测不准原理永远是不可逾越的障碍。

海森堡的论文在当时的物理学家中引起了激烈的争论。哥本哈根学派的掌门人尼尔斯·玻尔基本同意海森堡的理论，但认为造成不确定性的因素远比观测和测量引起的“扰动”复杂。玻尔认为不确定性的基础是互补性。玻尔指出，在经典理论中相互排斥的不同性质在量子理论中成为互补的方面，波粒二象性是互补性的重要表现。所以经典意义上的因果关系已经不存在了，这就是著名的“互补原理”。

海森堡的对手是阿尔伯特·爱因斯坦，最伟大的物理学家。海森堡的论文一发表，爱因斯坦就开始试图质疑测不准原理。尽管物理学家根据测不准原理很快解决了放射性衰变和太阳核聚变的重大科学谜团，但爱因斯坦仍然坚持认为这一理论只是无知的表现——所有这些不确定性都表明量子论并不完美。

1935年，爱因斯坦提出了一个他认为可以反驳测不准原理的假设实验:想象一个分子由A和B两个原子组成，然后分子分裂，分别向相反的方向射出A和B。根据海森堡的测不准原理，任何对A的精确位置的测量都会使我们很难知道A的精确速度，但爱因斯坦认为有一种方法可以做到:根据牛顿的作用力和反作用力定律，这意味着A和B必须以相同的速度向相反的方向运动。于是他指出，我们完全可以通过同时测量A的位置和B的速度来确定A的状态。

针对爱因斯坦的挑战，玻尔提出了反驳:测不准原理对A和B都有影响，也就是说，当我们测量A的位置时，测量行为会立即影响B的速度，从而使测量结果完全符合测不准原理。更不可思议的是，玻尔认为即使两个微观粒子相距很远，这种效应也会瞬间发生。表面上看，玻尔的论证打破了爱因斯坦“运动速度不能超过光速”的定律。但玻尔认为，这对微观粒子从未真正分开过，一旦同时形成，它们将永远“纠缠”在一起。爱因斯坦愤慨地说，他根本无法接受玻尔的“奇怪”解释。

1982年，法国物理学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspe)进行了量子纠缠实验，结果证明玻尔是对的。今天，“量子纠缠”效应为一种新的通信方式——“量子通信”技术提供了理论基础:迄今为止，秘密信息的传输都要冒着密码落入敌手的风险。“量子纠缠”的实验表明，即使微观粒子对相距甚远，其中一个也能立即显示出另一个是否被观测到。如果用纠缠光子传输信息，那么任何非法读取信息的企图都会被立即发现。

海森堡首次提出测不准原理时，震惊了当时的物理学界。85年来，它深刻地改变了人类的认识论和世界观。不确定性原理乍一看似乎是完全否定的，不确定性是对人类认识世界的一种限制。然而，只有承认不确定性，人类才能在认识世界的过程中取得进步。