Komplementaarisuusteoria

Komplementaarisuusteoria on kvanttimekaniikassa keskeinen käsite, jonka Niels Bohr esitti 1920-luvulla osana Kopenhagan-tulkintaa. Sen mukaan kvanttisilla järjestelmillä on toisiaan täydentäviä ominaisuuksia, joita ei voida havaita tai määrittää samalla kertaa täydellisesti. Erilaisten mittausasetelmien avulla voidaan saada erilaista, toisiaan täydentävää tietoa samasta systeemistä.

Esimerkkinä on aalto- ja hiukkasmaisien piirteiden rinnakkainen ilmeneminen: kvanttisissa järjestelmissä kuten fotoneissa tai elektronissa käyttäytyminen näyttää sekä aalto- että hiukkasmaisia piirteitä riippuen mittausmenetelmästä. Kaksoisrakokokeessa interferenssikuvio osoittaa aalto-ominaisuuksia, kun taas reitin tiedon saaminen estää interferenssin ja korostaa hiukkasmaisia piirteitä. Näin samaa ilmiötä voidaan kuvata vain käyttämällä erilaisia, toisiaan täydentäviä mittauksia.

Komplementaarisuus liittyy ei-yhteensopivien havaittavien suureiden mittauksiin, kuten paikan ja momentin tai erilaisten spinikomponenttien mittauksiin. Näiden ominaisuuksien yhtäaikainen täydellinen määrittäminen ei ole mahdollista; mittauskonteksti määrittää, mitä ominaisuutta voidaan arvoittaa.

Periaate ei väitä, että ominaisuudet eivät olisi olemassa, vaan että klassiset käsitteet eivät riitä kvanttisessa maailmassa. Se liittyy epävarmuusperiaatteeseen, mutta on erillinen näkökulma: komplementaarisuus osoittaa, miksi tarvitaan useita, toisiaan täydentäviä kuvausvaihtoehtoja. Vaikutus tutkimukseen on edelleen keskeinen perustutkimuksessa ja tulkintakeskusteluissa, vaikka nykyiset näkemykset kontekstuaalisuudesta ja mittauksesta vaihtelevat.