導語：如何才能寫好一篇量子力學對科技的影響，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞:量子力學 量子計算機

中圖分類號:TP39 文獻標識碼:A文章編號:1007-3973 (2010) 02-106-01

1量子力學對計算機技術發(fā)展的影響

自1646年第一臺電子計算機問世以來,其芯片發(fā)展速度日益加快。按照芯片的摩爾定律 ,其集成度在不久的將來有望達到原子分子量級。在享受計算機飛速發(fā)展帶來的種種便利的同時,我們也不得不面臨一個瓶頸問題,即根據量子力學理論,在芯片發(fā)展到微觀集成的時候,量子效應會影響甚至完全破壞芯片功能。因此,量子力學對計算機技術發(fā)展具有決定性作用。

1.1量子力學簡介

量子力學是近代自然科學的最重要的成就之一. 在量子力學的世界里,一個量子微觀體系的狀態(tài)是由一個波函數來描述的,而非由粒子的位置和動量描述,這就是它與經典力學最根本的區(qū)別。

1.2量子力學與量子計算機

量子力學的海森堡測不準原理決定了粒子的位置和動量是不能同時確定的()。當計算機芯片的密度很大時(即很小)將導致很大,電子不再被束縛,產生量子干涉效應,而這種干涉效應會完全破壞芯片的功能。為了克服量子力學對計算機發(fā)展的限制,計算機的發(fā)展方向必然和量子力學相結合,這樣不僅可以越過量子力學的障礙,而且可以開辟新的方向。

量子計算機就是以量子力學原理直接進行計算的計算機.保羅•貝尼奧夫在1981年第一次提出了制造量子計算機的理論。量子計算機的存儲和讀寫頭都以量子態(tài)存在的,這意味著存儲符號可以是0、1以及它們的疊加。

2量子計算機的優(yōu)點

近年來的種種試驗表明,量子計算機的計算和分析能力都超越了經典計算機。它具有如此優(yōu)越的性質正在于它的存儲讀取方式量子化。對量子計算機的原理分析可知,以下兩個個特性是令量子計算機優(yōu)越性的根源所在。

2.1存儲量大、速度高

經典計算機由0或1的二進制數據位存儲數據,而量子計算機可以用自旋或者二能級態(tài)構造量子計算機中的數據位,即量子位。不同于經典計算機的在0與1之間必取其一,量子位可以是0 或者1,也可以是0和l的迭加態(tài)。

因此,量子計算機的n個量子位可以同時存儲2n個數據,遠高于經典計算機的單個存儲能力; 另一方面量子計算機可以同時進行多個讀取和計算,遠優(yōu)于經典計算機的單次計算能力。量子計算機的存儲讀取特性使其具有存儲量大、讀取計算速度高的優(yōu)點。

2.2可以實現量子平行態(tài)

由量子力學原理可知,如果體系的波函數不能是構成該體系的粒子的波函數的乘積,則該體系的狀態(tài)就處在一個糾纏態(tài),即體系的粒子的狀態(tài)是相互糾纏在一起的。而量子糾纏態(tài)之間的關聯效應不受任何局域性假設限制,這使兩個處在糾纏態(tài)的粒子而言,不管它們離開有多么遙遠,對其中一個粒子進行作用,必然會同時影響到另外一個粒子.正是由于量子糾纏態(tài)之間的神奇的關聯效應, 使得量子計算機可以利用糾纏機制,實現量子平行算法,從而可以大大減少操作次數。

3量子計算機發(fā)展現狀和未來趨勢

3.1量子計算機實現的技術障礙

到目前為止,世界上還沒有真正意義上的量子計算機,它的實現還有許多技術上的問題。

量子計算機的優(yōu)越性主要體現在量子迭加態(tài)的關聯效應. 然而,環(huán)境對迭加態(tài)的影響以及迭加態(tài)之間的相互作用會使這種關聯效應減弱甚至喪失,即量子力學去相干效應.因此應盡量減少環(huán)境對量子態(tài)的作用。同時,萬一由于相干效應引入了錯誤信息,必需能及時改正,這需要進一步的研究和實驗。

另一方面,量子態(tài)不能復制,使得不能把經典計算機中很完善的糾錯方法直接移植到量子計算機中來.由于量子計算機在計算過程中不能對量子態(tài)測量, 因為這種測量會改變量子態(tài), 而且這種改變是不可恢復的,因此在糾錯方面存在很多問題。

3.2量子計算機的現狀

由于上述兩種原因,現在還無法確定未來的量子計算機究竟是什么樣的, 目前科學家門提出了幾種方案.

第一種方案是核磁共振計算機. 其原理是用自旋向上或向下表示量子位的0 和1 兩種狀態(tài),重點在于實現自旋狀態(tài)的控制非操作,優(yōu)點在于盡可能保證了量子態(tài)和環(huán)境的較好隔離。

第二種方案是離子阱計算機. 其原理是將一系列自旋為1/2 的冷離子被禁錮在線性量子勢阱里, 組成一個相對穩(wěn)定的絕熱系統(tǒng),重點在于由激光來實現自旋翻轉的控制非操作其優(yōu)點在于極度減弱了去相干效應, 而且很容易在任意離子之間實現n 位量子門。

第三種方案是硅基半導體量子計算機. 其原理是在高純度硅中摻雜自旋為1/2的離子實現存儲信息的量子位,重點在于用絕緣物質實現量子態(tài)的隔絕,其優(yōu)點在于可以利用現代高效的半導體技術。

此外還有線性光學方案, 腔量子動力學方案等.

3.3量子計算機的未來

隨著現代科學技術的發(fā)展,量子計算機也會逐漸走向現實研制和現實運用。量子計算機不但于未來的計算機產業(yè)的發(fā)展緊密相關,更重要的是它與國家的保密、電子銀行、軍事和通訊等重要領域密切相關。實現量子計算機是21 世紀科學技術的最重要的目標之一。

參考文獻:

[1]胡連榮. 速度驚人的量子計算機[J].知識就是力量

[2]付剛.“量子計算機”解密[N].中安在線-安徽日報

[3]譚華海.量子計算機研究的最新進展[J].教育部科技發(fā)展中心內刊.

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這項計劃將由谷歌的量子人工智能（Quantum Artificial Intelligence）研究小組來實施。谷歌在博客中透露，美國加州大學圣巴巴拉分校的一個研究小組也加入了這項計劃。

谷歌去年的研發(fā)開支達到80億美元。為了在互聯網搜索和在線廣告等市場保持領先地位，谷歌目前正在開發(fā)一些新的計算機技術。在科技行業(yè)中的一些人看來，量子技術是計算機進行海量數據分析的一種革命性方式。這種新技術對谷歌的主要業(yè)務尤其有幫助，對它的新項目――如聯網設備和聯網汽車――也是有用的。

“在一個硬件研發(fā)團隊的協(xié)助下，量子人工智能研究小組現在能夠落實新的設計并測試新的產品。”谷歌在博客中寫道。

在整理和分析海量數據方面，量子計算機將具有比傳統(tǒng)計算機更快的解決速度。谷歌量子人工智能小組成員馬蘇德?莫森（Masoud Mohseni）曾經與人合作撰寫過具有領先學術水平的量子技術論文。谷歌也一直被視為這一新技術革命的領導力量之一。

此外，谷歌的競爭對手微軟也在進軍這個新領域，并建立了一個名為“量子架構和計算（Quantum Architectures and Computation Group）”的研究小組。

探秘量子計算機

量子計算機，早先由理查德?費曼提出，一開始是從物理現象的模擬而來的。可他發(fā)現當模擬量子現象時，因為龐大的希爾伯特空間使資料量也變得龐大，一個完好的模擬所需的運算時間變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數字。理查德?費曼當時就想到，如果用量子系統(tǒng)構成的計算機來模擬量子現象，則運算時間可大幅度減少。量子計算機的概念從此誕生。

從物理層面上來看，量子計算機不是基于普通的晶體管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如質子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（學校實驗大多用這個）等等作為載體。當然從理論上來看任何一個多能級系統(tǒng)都可以作為量子比特的載體。

從計算原理上來看，量子計算機的輸入態(tài)既可以是離散的本征態(tài)（如傳統(tǒng)的計算機一樣），也可以是疊加態(tài)（幾種不同狀態(tài)的幾率疊加），對信息的操作從傳統(tǒng)的“和”，“或”，“與”等邏輯運算擴展到任何幺正變換，輸出也可以是疊加態(tài)或某個本征態(tài)。所以量子計算機會更加靈活，并能實現并行計算。

量子計算機或不再遙遠

據外媒報道，美國普林斯頓大學研究人員近日設計出一種裝置，可以讓光子遵循實物粒子的運動規(guī)律。現存的計算機是基于經典力學研發(fā)而成的，在解釋量子力學方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。

研究人員制作出一種超導體，里面有1000億個原子，在聚集起來之后，眾多原子如同一個大的“人工原子”。科學家把“人工原子”放在載有光子的超導電線上，結果顯示，光子在“人工原子”的影響下改變了原有的運動軌跡，開始呈現實物粒子的性質。例如，在正常情況下，光子之間是互不干涉的，但是在這一裝置里，光子開始相互影響，呈現出液體和固體粒子的運動特性，光子的這種運動“前所未有”。

現存的計算機是基于經典力學研發(fā)而成的，在解釋量子力學方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。研究人員稱，在改變光子的運動規(guī)律之后，量子計算機的發(fā)明也許不再遙遠。

就我國量子計算機而言，相關研究也一直處于世界領先水平。早在2013年12月30日，美國物理學會《物理》雜志就公布了2013年度國際物理學領域的十一項重大進展，中國科學技術大學潘建偉教授及其同事張強、馬雄峰和陳騰云等“利用測量器件無關量子密鑰分發(fā)解決量子黑客隱患”的研究成果位列其中。

《物理》雜志以“量子勝利的一年――但還沒有量子計算機”為題報道了中國科學家成功解決量子黑客隱患這一重要成果。

盡管量子計算機仍然是遙遠的未來，但2013年科學家們卻報道了一系列量子信息和量子通信領域的勝利。在量子密碼方面，兩個獨立的研究組報道了一種新的加密手段，可以提供絕對的安全性，以解決量子黑客隱患。

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經典物理的產生一般認為從文藝復興時期開始，前期經過許多科學家，特別是伽利略、笛卡爾、惠更斯等先賢的努力，建立起力學的實驗基礎。牛頓總結前人的成果，確立了經典力學的基本理論體系，麥克斯韋、玻爾茲曼等確立了經典統(tǒng)計力學和電磁場理論。經典物理經過幾百年的不斷發(fā)展和完善，形成了自然科學中唯一有完整的理論、思想、數學推理和研究方法體系的學科。牛頓力學和麥克斯韋電動力學號稱經典物理的兩大支柱，牛頓和麥克斯韋在物理學界的位置，可以相比于中醫(yī)學的先圣張仲景。

現代物理從20世紀初始興起，由愛因斯坦、玻爾為代表的眾多科學家的杰出工作，創(chuàng)立了相對論和量子力學，開創(chuàng)了物理學的新局面。以相對論和量子力學標志的、研究微觀、高速物理現象的新的理論和方法體系，統(tǒng)稱現代物理學。現代物理學在原子、分子、固體、原子核、天體力學和宇宙學、等離子體、激光技術、基本粒子、半導體、超導的研究中得到了廣泛的應用。

有人稱相對論和量子力學的創(chuàng)立是“物理學上的一次革命”。更多的局外人則認為現代物理是一種全新的理論，完全推翻和取代了經典物理學，經典物理已經完成了自己的歷史使命，現代社會已經不再需要她。這其實是一種誤解。如果我們從歷史和現實的的角度重新審視事實，就會發(fā)現，經典物理沒有被拋棄，她不僅是現代物理產生的溫床、理論與方法的啟示、研究的工具，更是現代社會的頂梁柱，仍在現今眾多高科技領域中發(fā)揮著不可替代的作用。下面，我從以下三個方面討論現代物理與經典物理的關系，從而說明重視經典是物理發(fā)展的需要，是現代科學、社會發(fā)展的需要。

1 現代是經典恰當的擴展

愛因斯坦在創(chuàng)立狹義相對論時，提出了兩個基本假定：相對性原理和光速不變原理[1]。首先我們注意到，愛因斯坦的相對性原理與伽利略相對性原理驚人地相似，比較一下就可以看到：

伽利略相對本文由收集整理性原理（由伽利略等人經過反復多次的實驗檢驗而提出）：一個相對于慣性參照系做勻速直線運動的系統(tǒng)，其內部所發(fā)生的一切力學過程，都不受系統(tǒng)運動的影響，或一切慣性系統(tǒng)都是等價的。

愛因斯坦假定，不僅力學過程，所有的物理過程都不受系統(tǒng)運動的影響，即：

物理學的基本規(guī)律在相互作勻速運動的一切參照系中都是相同的；或：一切慣性系統(tǒng)都是等價的。

從中我們不僅看出，愛因斯坦對伽利略的相對原理有著非常深刻的、超出常人的理解，已經達到了熟能生巧的地步，自然會有如此隨手拈來、為我所用的“上工”境界；也看出創(chuàng)造經典的先賢們的超前意識和睿智之魅力所在。

再看光速不變原理，只要對經典電磁理論稍有了解的人都會發(fā)現，麥克斯韋的電磁理論完全可以給出明確的關于光速不變的預言。這是因為，只要從著名的麥克斯韋方程組出發(fā)，利用簡單的數學推演，可以毫不困難地導出電磁場波動方程，不僅預言了電磁波的存在，還給出了電磁波在真空中的傳播速度。用c表示電磁波在真空中的速度，c的大小是：

c=■≈3.0×10■米秒

其中μ■為真空磁導率，ε■為真空介電常數，由于μ■和ε■數值的大小固定，與參照系的選擇無關，換句話說，與系統(tǒng)的運動狀態(tài)無關，這正是光速（光屬于電磁波）不變原理。

愛因斯坦在創(chuàng)立狹義相對論時，對當時著名的、能夠證明光速不變的邁克耳孫光干涉實驗并不知曉，他能參考的資料只有經典電動力學，麥克斯韋方程組和電磁場波動方程表達的深刻內涵才是他提出光速不變假設的根據。

2 現代是對經典的包容而非否定

無論是相對論和量子力學，都無法否定經典物理，也沒有否定經典的企圖。相反，所有的新理論都試圖找到和經典的聯系，如果找不到應有的聯系，這樣的新理論有可能破產。所以，相對論和量子力學實際都包含了經典。這與所有的后世中醫(yī)大家，在發(fā)表自己的新見解時，都要證明自己的觀點與《內經》、《傷寒論》有內在聯系如出一轍。

相對性原理最著名的數學表示即洛侖茲變換，具體表述如下：設兩個相對有勻速運動，速度為v參照系統(tǒng)，它們沿v方向各自建立的直角的坐標系分別為x，y，z，t和x’，y’，x’，z’，t’，若初始時，兩坐標原點重合，兩坐標系由以下變換公式[1]聯系：

x′=■ y′=y z′=z t′=■

式中 c 是前面提到的光速，具體數值為30萬公里每秒。我們通常能見到的物體運動速度，如汽車、火車、飛機，能達到1公里每秒的速度并不多見，宇宙飛船的速度，也最多達到10幾公里每秒，即使將來提高100倍，與光速相比仍顯得微不足道。而上式表明，當系統(tǒng)的相對速度v遠遠達不到光速的時候，（日常中大量事實正是如此）上面的公式就變成伽利略變換：

x′=x-vt y′=y z′=z t′=t

說明洛侖茲變換與經典的伽利略變換并沒有矛盾，前者包含了后者，后者用更加廣泛。

再看量子力學，量子力學的基本原理是測不準關系[2]。其典型的表述是：粒子的位置和動量不能同時確定。它們在某一方向上不確定量的乘積大于或等于h/2。即

δx？誗δpx≥■， h=6.62×10-32焦耳秒

可以看出，h是一個很小的量，小到什么程度呢？小數點后面有34個0！是6的百億億億億分之一。一般氣體分子夠小

轉貼于

的了，如氧氣分子質量為10-23的數量級，常溫下速度大約為102的數量級，則動量為10-21的數量級，和h相比大了10萬億倍，完全可以不考慮測不準關系的影響。所以，當我們研究的對象系統(tǒng)中物理量的數量級遠遠大于普朗克常數時，不確定度數值相對來講，必然微不足道，量子力學很自然地回歸到經典力學。也可以說，測不準關系包容了經典力學，后者應用更為廣泛。

3 現代對經典的接收和繼承

現代物理不是空中樓閣，它是采用經典的材料和藝術，一磚一瓦構建的絕美珍品。在現代物理學中，經典的概念、定義、研究方法無處不在，發(fā)揮著主導的、關鍵的作用。在相對論力學中，我們可以看到力、加速度和動量以及它們的矢量形式，能量、拉格朗日量、哈密頓量等在經典中熟知的力學量。這些力學量全部統(tǒng)一到了滿足洛侖茲協(xié)變的四維形式中去。至于經典電磁理論中所有規(guī)律，由于自然地滿足相對性協(xié)變，幾乎很少更改地進入相對論，成為相對論的重要的組成部分。

在量子力學中，同樣采用了經典力學的所有量，只是為了描述測不準關系、描述系統(tǒng)的狀態(tài)需要，力學量在不同的表象中可以有不同的形式，可以是標量、矢量、張量算符。如在坐標表象中，動量具有梯度矢量的算符形式，哈密頓量則包含了拉普拉斯算符。量子力學的創(chuàng)立者之一海森堡更是心有靈犀，他把測不準關系表示成為力學量的對易關系[2]：

q■p■δ■■i■

這很容易想到經典力學中的泊松括號

q■p■δ■■

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關鍵詞：凝聚態(tài)物理；關聯區(qū)；量子態(tài)；理論方法

中圖分類號：O469 文獻標識碼：A

凝聚態(tài)物理學是當今物理學中最大也是最重要的分支學科之一，它是從微觀角度出發(fā)，研究凝聚態(tài)物質的物理性質、微觀結構以及它們之間的關系，因此建立起既深刻又普遍的理論體系，是當前物理學中最重要、最豐富和最活躍的學科，在許多學科領域中的重大成就已在當今高新科學技術領域中起了關鍵性作用，為發(fā)展新材料、新器件和新工藝提供了科學基礎。凝聚態(tài)物理一方面與粒子物理學在概念上的發(fā)展相互滲透，對一些最基本的問題給出啟示；另一方面為新型材料的研發(fā)和制備提供理論上和實驗上的支持，與工科的技術學科銜接構成科學上最有實用性的拓新領域。那么，當今凝聚態(tài)物理主要研究哪些分支內容？使用什么樣的理論方法？這些研究在哪些方面有所成就？

一、凝聚態(tài)物理當今主要研究的一些分支內容

凝聚態(tài)指的是由大量粒子組成且粒子間有很強相互作用的系統(tǒng)。固態(tài)和液態(tài)是最常見的凝聚態(tài)，低溫下的超流態(tài)、超導態(tài)、玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)、磁介質中的鐵磁態(tài)、反鐵磁態(tài)等，也都是凝聚態(tài)。凝聚態(tài)物理是屬于偏應用的交叉學科，研究方向和分支很多，基本任務是闡明微觀結構與物理性質的關系。傳統(tǒng)的凝聚態(tài)物理主要研究半導體、磁學、超導體等，現今凝聚態(tài)物理學研究的理論內容十分廣泛，以下是其中較活躍的幾個分支：

1.固體電子論中的關聯區(qū)

研究固體中的電子行為，是凝聚態(tài)物理的前身固體物理學的核心問題。按電子間相互作用的大小，固體中電子的行為分成3個區(qū)域，它們分別是弱關聯區(qū)、中等關聯區(qū)和強關聯區(qū)。弱關聯區(qū)的研究基于電子受晶格上離子散射的能帶理論，應用于半導體和簡單金屬，構成了半導體物理學的理論基礎；中等關聯區(qū)的研究包括一般金屬和強磁性物質，是構成鐵磁學的物理基礎；強關聯區(qū)則涉及電子濃度很低的不良金屬，諸如莫脫絕緣體、近藤效應、巨磁電阻效應等，它們的物理性質問題尚未得到很好地解決。

現今對固體電子論的研究比較注重的是強關聯系統(tǒng)。

2.宏觀量子態(tài)

用量子力學描述宏觀體系的狀態(tài)稱為宏觀量子態(tài)，如超導中電子的庫珀對。超導現象是電阻在臨界轉變溫度Tc以下突然降為零，磁通全部被斥，成為完全抗磁體，超流現象是當液氦（4He）的溫度降到2.17K時，由正常流體突然轉變?yōu)榫哂幸幌盗袠O不尋常的性質的“超流體”。宏觀量子態(tài)具有典型的量子力學性質，如勢壘隧道穿越和位相相干等。當前量子力學研究的重要課題是退相干現象和耗散現象。

3.介觀物理與納米結構

介觀是介于宏觀與微觀之間的一種體系，處于介觀的物體的尺寸可以說是宏觀的，因而具有宏觀體系的特點；但是由于其中電子運動的相干性，會出現一系列新的與量子力學相位相聯系的干涉現象，這又與微觀體系相似，故稱“介觀”。介觀物理學所研究的物質尺度和納米科技的研究尺度有很大重合，所以這一領域的研究常被稱為“介觀物理和納米科技”。

為獲取更優(yōu)異的物理性能，凝聚態(tài)物理界從20世紀中期開始注重將材料按特定的結構尺度組織成復合體，若結構尺度在1nm～100nm范圍內，即為納米結構，它在基礎研究中發(fā)揮的重要的作用是：在兩維電子氣中發(fā)現了整數量子霍爾效應、分數量子霍耳效應和維格納晶格，在一維導體中驗證了盧廷格液體的理論，在一些人工的納米結構中發(fā)現了介觀量子輸運現象。在未來的一段時期內，納米電子學和自旋電子學將成為固體電子學和光子學的發(fā)展主流。

4.軟物質物理學

1991年被提出的軟物質也被稱為復雜液體，它是介于固體與液體之間的物相，一般由大分子或基團組成，諸如液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質、生命體系物質諸如DNA、細胞、體液、蛋白質等都屬于這類物質，它們中大多數都是有機物質，在原子的尺度上是無序的，在介觀的尺度上則可能出現某種規(guī)則而有序的結構。軟物質在變化過程中內能的變化很微小，熵的變化卻很大，因而其組織結構的變化主要是由熵來驅動，和內能驅動的硬物質不同。有機物質中的小分子和聚合物的電子結構與電子性質現在正受到重視，因此有機發(fā)光器件和電子器件正在研制開發(fā)中。

二、當今凝聚態(tài)物理研究的一些現象及其理論方法

固體物理學的一個重要的理論基石為能帶理論，它是建立在單電子近似的基礎上的。而凝聚態(tài)物理學的概念體系則淵源于相變與臨界現象的理論，植根于相互作用的多粒子理論。凝聚態(tài)物理學的理論基礎是量子力學，基本上已經完備且成熟。

當前常用的一些理論方法：第一性原理（特指密度泛函理論計算），蒙特-卡洛方法，玻爾茲曼模型，分子動力學模擬，伊辛模型，有效場，平均場等等。

當前被研究的一些現象：光譜，超導，霍爾效應，弱相互作用，電阻（巨磁電阻，龐磁電阻），磁性研究（磁阻，微磁學，鐵磁性，巨磁阻抗效應，相圖），多向異性，子晶格，態(tài)密度，能隙，強關聯、激發(fā)態(tài)，量子通信，冷原子、物理進展等等。

第一性原理方法是根據原子核與電子相互作用及其基本運動的規(guī)律，運用量子力學原理從哈密頓量出發(fā)，近似處理后進行求解薛定諤方程的方法，它能給出體系的電子結構性質等相關信息，能描述化學鍵的斷裂、重組，以及電子的重排而被很多人多熱衷。

蒙特-卡羅方法也被稱統(tǒng)計模擬方法，是以概率統(tǒng)計理論為基礎的使用隨機數來進行數值計算的方法一類數值計算方法，它是以事件出現的頻率估算隨機事件的概率，并將這個結果作為問題的解。

伊辛模型是描述分子之間有較強相互作用的系統(tǒng)發(fā)生相變情況的模型。通常使用有效場理論、平均場理論和蒙特?卡羅方法來研究它。

三、當今凝聚態(tài)物理研究的一些成就

凝聚態(tài)物理當今在器件方面取得的兩方面主要成就是太陽能電池和納米器件。在材料方面取得的一些成就有：納米材料，電子陶瓷材料，拓撲絕緣材料，碳材料（石墨烯，石墨炔，碳化鍺薄膜等），復合熱電材料，自旋液體、超導體，超材料，薄膜材料。

上邊所列的這些成就中，拓撲絕緣體的邊界或表面總是存在導電的邊緣態(tài)，這有望于制造未來新型電腦芯片等元器件。自旋液體描述物質中的一種特殊自旋排布狀態(tài)，材料的作用能支持某些奇異的超導性或將一些像粒子一樣擁有電荷的實體組織起來。石墨烯是目前發(fā)現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機，而且它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。當今對石墨炔衍生物的研究逐漸成為研究熱點，研究者們積極地設計可能的石墨炔衍生物并預測其物理性質。如研究BN摻雜的石墨炔系列結構的穩(wěn)定性與電子結構，發(fā)現它的性質與硼氮元素摻雜的濃度和位置緊密相關；N摻雜石墨炔可充當氧還原反應的無金屬電催化劑；氟化作用可調節(jié)石墨炔帶隙寬度，這使得石墨炔在納米電子設備的使用上使其有靈活性；分別在石墨二炔和α-石墨炔中摻入硅和鍺的結果是碳硅元素以及碳鍺元素之間可以形成穩(wěn)定的炔鍵結構，并且其帶隙值明顯加寬。總之，設計實現這些新的碳鍺材料，不僅可以豐富碳相關材料的數據庫，而且可以為電子設備、氣體分離薄膜、儲能材料、鋰離子電池電極材料等方面提供可選的對象。

還有，利用粒子的隧道效應可制備隧道結這類夾層結構，諸如半導體隧道二極管、單電子超導隧道結、庫珀對超導隧道結。利用與自旋相關的隧道效應，則已制出具有隧道磁電阻的磁存儲器。半導體量子阱已用來制備快速晶體管和高效激光器。量子點可用以制備微腔激光器和單電子晶體管。利用鐵磁金屬與非磁金屬可制成磁量子阱，呈現巨磁電阻效應，可用作存儲器的讀出磁頭等等。

結論

有人說：“沒有量子力學就沒有手機和電腦，就沒有現今互聯網的普及。”從這句話中可以看出更確鑿的事實：基礎科學一直是科學技術發(fā)展的基礎和推手，凝聚態(tài)物理在理論上的發(fā)展一方面詮釋客觀物質世界存在的現象，一方面又能預測人類將能解決的客觀問題；而它在實驗上的發(fā)展則是根據其理論上建立的模型給予驗證并因此揭示客觀事物的實質與規(guī)律，且據此來建立并整合理論結果和實驗結果與實用技術之間的聯系，使得這些客觀事物及其規(guī)律最終為人類所利用。

參考文獻

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關鍵詞：微電子；半導體物理；教學質量；教學方法

作者簡介：湯乃云（1976-），女，江蘇鹽城人，上海電力學院計算機與信息工程學院，副教授。（上海200090）

基金項目：本文系上海自然科學基金（編號：B10ZR1412400）、上海市科技創(chuàng)新行動計劃地方院校能力建設項目（編號：10110502200）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）13-0059-02

隨著半導體和集成電路的迅猛發(fā)展，微電子技術已經滲透到電子信息學科的各個領域，電子、通信、控制等諸多學科都融合了微電子科學的基礎知識。[1]作為微電子技術的理論基礎，半導體物理研究、半導體材料和器件的基本性能和內在機理是研究集成電路工藝、設計及應用的重要理論基礎；作為微電子學相關專業(yè)的特色課程及后續(xù)課程的理論基礎，“半導體物理”的教學直接影響了后續(xù)專業(yè)理論及實踐的教學。目前，對以工程能力培養(yǎng)為目標的微電子類相關專業(yè)，如電子科學與技術、微電子、集成電路設計等，均強調培養(yǎng)學生的電路設計能力，注重學生的工程實踐能力的培養(yǎng)，在課程設置及教學上輕視基礎理論課程。由于“半導體物理”的理論較為深奧，知識點多，涉及范圍廣，理論推導復雜，學科性很強，對于學生的數學物理的基礎要求較高。對于沒有固體物理、量子力學、統(tǒng)計物理等基礎知識背景的微電子學專業(yè)的學生來說，在半導體物理的學習和理解上都存在一定的難度。因此需要針對目前教學過程中存在的問題與不足，優(yōu)化和整合教學內容，探索形象化教學手段，結合科技發(fā)展熱點問題，激發(fā)學生的學習興趣，提高半導體物理課程的教學質量。

一、循序漸進，有增有減，構建合理的教學內容

目前，國內微電子專業(yè)大部分選用了電子工業(yè)出版社劉恩科等編寫的《半導體物理學》，[2]教材知識內容體系完善，涉及內容范圍廣、知識點多、理論推導復雜、學科交叉性強。該教材的學習需要學生有扎實的固體物理、量子力學、統(tǒng)計物理以及數學物理方法等多門前置學科的基礎知識。但是在以培養(yǎng)工程技術人員為目標的微電子學類專業(yè)中，國內大部分高校均未開設量子力學、統(tǒng)計物理學及固體物理學等相應的前置課程。學生缺少相應固體物理、統(tǒng)計物理與量子力學等背景知識，沒有掌握相關理論基礎，對半導體物理的學習感到頭緒繁多，難以理解，容易產生畏學和厭學情緒。

在課程教學中教師必須根據學生的數理基礎，把握好課程的內容安排，抓住重點和難點，對原有的教材進行補充更新，注意將部分量子力學、統(tǒng)計物理學、固體物理學等相關知識融合貫穿在教學中，避免學生在認識上產生跳躍。例如在講解導體晶格結構內容前，可以增加2-3個學時的量子力學和固體物理學中基礎知識，讓學生在課程開展前熟悉晶體的結構，了解晶格、晶胞、晶向、晶面、晶格常數等基本概念，掌握晶向指數、晶面指數的求法，了解微觀粒子的基本運動規(guī)律。在講解半導體能帶結構前，增加兩個學時量子力學知識，使學生了解粒子的波粒二象性，掌握晶體中薛定諤方程及其求解的基本方法。在進行一些復雜的公式推導時，隨時復習或補充一些重要的高等數學定理及公式，如泰勒級數展開等。這些都是學習“半導體物理學”必備的知識，只有在透徹理解這些基本概念的前提下，才能對半導體課程知識進行深入地學習和掌握。

另一方面，對于微電子學專業(yè)來講，側重培養(yǎng)學生的工程意識，“半導體物理”課程中的部分教學內容對于工科本科學生來說過于艱深，因此在滿足本學科知識的連貫性、系統(tǒng)性與后續(xù)專業(yè)課需要的前提下，大量刪減了涉及艱深物理理論及復雜數學公式推導的內容，如在講述載流子在電場中的加速以及散射時，可忽略載流子熱運動速度的區(qū)別及各向異性散射效應，即玻耳茲曼方程的引入，推導及應用可省略不講。

二、豐富教學手段，施行多樣化教學方法，使教學形象化

半導體物理的特點是概念多、理論多、物理模型抽象，不易理解，如非平衡載流子的一維飄移和擴散，載流子的各種復合機理，金屬和半導體接觸的能帶圖等。這些物理概念和理論模型單一從課本上學習，學生會感覺內容枯燥，缺少直觀性和形象性，學習起來比較困難。為了讓學生能較好地掌握這些模型和理論，需要采用多樣化的教學方法，充分利用PPT、Flash等多媒體軟件、實物模型、生產錄像等多種信息化教學手段，模擬微觀過程，使教學信息具體化，邏輯思維形象化，增強教學的直觀性和主動性。同時，教師除開展啟發(fā)式、討論式等教學方法調動學生學習的主動性、積極性外，[3，4]還可以應用類比方法幫助他們理解物理概念或模型。如講半導體材料中的缺陷及躍遷機制時，為了幫助學生理解，可以做一個類比：將階梯教師里單位面積的座位數比做晶格各能級上的電子能態(tài)密度，把學生當作電子，一個學生坐在某一排的某個座位上，即認為這個電子被晶格束縛。當有外來學生進入教室，在教室過道上走動時，可類比為間隙式缺陷；而當外來學生取代現有學生的座位時，可類比為填隙式缺陷等等。通過類比，學生對半導體內部的點缺陷的概念的理解就清楚形象多了。

三、結合微電子行業(yè)領域的迅速發(fā)展，以市場為導向，培養(yǎng)學生興趣

微電子技術的發(fā)展歷史，實際上就是固體物理與半導體物理不斷發(fā)展和創(chuàng)新的過程，[5]1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領域的重大發(fā)明，都與一系列的固體物理、[6]半導體物理及材料科學的重大突破有關。縱觀微電子工業(yè)的發(fā)展，究竟是哪些半導體理論推動了微電子技術的發(fā)展，哪些科學家推導并得出了這些理論？他們在理論推導的同時遇到了哪些困難？這些理論規(guī)律又起源于哪些實驗？到了21世紀，也就是今后50年微電子技術的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領域，[5，6]即以硅基CMOS電路為主流工藝，系統(tǒng)芯片SOC（System On A Chip）為發(fā)展重點，量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；[7]與其他學科的結合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNA Chip等，也都于半導體科學相關。這些新的微電子發(fā)展趨勢主要涉及半導體物理中的哪些知識？涉及哪些領域等？

針對以上問題，教師在講授半導體物理的基礎上，對教材進行補充更新。在保持基礎知識體系完整性的同時，避免面面俱到，刪減課本中一些不必要的內容，大量加入近幾十年來發(fā)展成熟的新理論、新知識，突出研究熱點問題，力求做到基礎性和前瞻性的緊密結合，使學生在掌握基礎知識的同時對微電子發(fā)展歷史中半導體技術的發(fā)展趨勢有一個清晰地認識，讓學生能從中掌握事物的本質，促進思維的發(fā)展，形成技能；同時注重與信息化技術相結合，將近幾年半導體技術的最新研究成果，如太陽能電池等半導體光伏發(fā)電技術在國家綠色能源戰(zhàn)略上的地位，半導體光電探測器在國家航天戰(zhàn)略上的應用等，使學生能及時掌握半導體技術前沿發(fā)展趨勢。將這些問題分成若干個相關的專題分派給學生，學生自行查閱和搜集資料，他們在課堂上講述該專題，教師加以引導和幫助。這種方式不僅充分調動課堂氣氛，加深他們對所學知識的理解，同時也讓學生學習了半導體物理課程在微電子專業(yè)中課程體系的作用，在科學意識上加深了半導體物理課程的重要性，激發(fā)學習興趣和欲望。

同時，為幫助學生了解學術前沿，培養(yǎng)專業(yè)興趣，還可邀請校內外的專家做講座，學生可以利用課余時間，根據自己的興趣選擇聽取，加深對半導體物理課程的了解，培養(yǎng)專業(yè)學習興趣。

四、總結

總之，“半導體物理學”是微電子技術專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下理論基礎。在“半導體物理”教學過程中，應積極采用現代化教學手段提高學生積極性，在教學過程中合理安排教學內容，與時俱進引入科技熱點，削弱傳統(tǒng)的課本知識與市場需求的鴻溝，培養(yǎng)適應社會需求的微電子人才。

參考文獻：

[1]張興,黃如,劉曉彥.微電子學概論[M].北京:北京大學出版社,2000.

[2]劉恩科,朱秉升,羅晉生.半導體物理學[M].北京:電子工業(yè)出版社,

2008.

[3]陳國英.《半導體器件物理基礎》課程教學的思考[J].常州信息職業(yè)技術學院學報,2007,(6):56-57.

[4]王印月,趙猛.改革半導體課程教學融入研究性學習思想[J].高等理科教育,2003,(1):69-71.

[5]王陽元,張興.面向21世紀的微電子技術[J].世界科技研究與發(fā)展,

1999,(4):4-11.

篇6

2015年度國家自然科學一等獎

2016年1月8日，潘建偉院士、彭承志教授、陳宇翱教授、陸朝陽教授、陳增兵教授組成的5人團隊獲得了2015年度國家自然科學一等獎，并在人民大會堂接受頒獎。5位老師均來自中國科學技術大學，他們是該獎項歷史上最年輕的獲獎團隊，其中潘建偉、彭承志、陳增兵3位老師為70后，而陳宇翱和陸朝陽兩位老師為80后。

國家自然科學一等獎是中國自然科學領域的最高獎項，很多耳熟能詳的老一輩科學家都名列其中。但是因2014年獲獎的“透明計算”存在較大爭議，2015年急需一個眾望所歸的團隊來重新樹立該獎項的聲譽。恰好2015年初潘院士團隊作為最大熱門參加了該獎項的評選，并最終毫無懸念地獲獎。

這次潘建偉院士團隊獲獎的項目名稱為“多光子糾纏和干涉度量學”。“多光子糾纏”顧名思義就是讓多個光子產生糾纏，這是利用光子做量子比特傳送和量子計算的必要前提;而“干涉”就是實驗上實現多光子糾纏的手段。潘建偉院士團隊在量子通信和量子計算等多個方向上都取得了世界領先的科研成果，“多光子糾纏和干涉度量學”就作為其核心研究內容之一，貫穿始終。

潘建偉院士的團隊是世界上量子信息研究的領軍者之一，在量子通信領域更是世界最強。與以往的歷屆國家自然科學一等獎相比，潘建偉團隊在頂級論文數量和國際影響力上都更為出類拔萃。截止到2015年，該團隊成果3次入選美國物理學會評選的“年度物理學重大事件”，2次入選英國物理學會評選的“年度物理學重大進展”。2015年年末更是被物理世界網站（Physics world）評選為“2015年世界物理學十大進展”第一名，這在中國物理學界史無前例。

量子糾纏

介紹“多光子糾纏和干涉度量學”，首先需要介紹一下什么是量子糾纏。量子力學中最神秘的就是疊加態(tài)，而量子糾纏就是多粒子的一種疊加態(tài)。以雙粒子為例，一個粒子A可以處于某個物理量的疊加態(tài)，同時另一個粒子B也可以處于疊加態(tài)，當兩個粒子發(fā)生糾纏，就會形成一個雙粒子的疊加態(tài)，即糾纏態(tài)：無論兩個粒子相隔多遠，只要沒有外界干擾，當A粒子處于0態(tài)時，B粒子一定處于1態(tài);反之，當A粒子處于1態(tài)時，B粒子一定處于0態(tài)。

隨著量子信息學的誕生，量子糾纏已經不僅僅是一個基礎研究，它已經成為量子信息科技的核心：例如，利用量子糾纏可以完成量子通信中的量子隱形傳態(tài)，可以完成一次性操作多個量子比特的量子計算。讓更多的粒子糾纏起來是量子信息科技不斷追尋的目標。

多光子糾纏和干涉度量學

“多光子糾纏和干涉度量學”就是通過干涉度量的方法實現多光子的量子糾纏。如果這種把雙光子干涉產生糾纏的方法層層累加，擴展到更多的光子，就可以形成更多光子的糾纏。針對量子信息處理尤其是光量子計算的需求，糾纏的光子數自然是越多越好。但是隨著產生糾纏的光子數越多，干涉和測量的系統(tǒng)也就越復雜，實驗難度也就越大。

潘建偉團隊從2004年開始，通過在國際上原創(chuàng)的多光子干涉和測量技術，一直保持著糾纏光子數的世界紀錄。2004年在世界上第一個實現了5光子糾纏，2007年在世界上第一個實現了6光子糾纏，2012年在世界上第一個實現了8光子糾纏，并且保持該紀錄至今。

每增加一個糾纏光子，光學干涉系統(tǒng)就要復雜一倍，糾纏產生的難度會隨著光子數呈指數上升。這個8光子糾纏光路就像“潘神的迷宮”一樣復雜，精巧，困難重重，但又引人入勝。

量子計算的應用

1. 量子疊加態(tài)的計算魅力。在經典物理學中，物質在確定的時刻僅有確定的一個狀態(tài)。量子力學則不同，物質會同時處于不同的量子態(tài)上。因為處于疊加態(tài)，這就意味著，量子計算一次運算就可以處理210=1024個數（從0到1023被同時處理一遍）。以此類推，量子計算的速度與量子比特數是2的指數增長關系。一個64位的量子計算機一次運算就可以同時處理264=18446744073709551616個數。如果單次運算速度達到目前民用電腦CPU的級別（1GHz），那么這個64位量子計算機的數據處理速度將是世界上最快的“天河二號”超級計算機（每秒33.86千萬億次）的545萬億倍。

量子力學疊加態(tài)賦予了量子計算機真正意義上的“并行計算”，而不像經典計算機一樣只能并列更多的CPU來并行。因此在大數據處理技術需求強烈的今天，量子計算機越來越獲得互聯網巨頭們的重視。

2. 肖爾算法――RSA加密技術的終結者。1985年，牛津大學的物理學家戴維?德意志提出了量子圖靈機模型的概念。隨后貝爾實驗室的彼得?肖爾于1995年提出了量子計算的第一個解決具體問題的思路，即肖爾因子分解算法。

我們今天在互聯網上輸入的各種密碼，都會用到RSA算法加密。這種技術用一個很大的數的兩個質數因子生成密鑰，給密碼加密，從而安全地傳輸密碼。由于這個數很大，用目前經典計算機的速度算出它的質數因子幾乎是不可能的任務。但利用量子計算的并行性，肖爾算法可以在很短的時間內通過遍歷算法來獲得質數因子，從而破解掉密鑰，使RSA加密技術不堪一擊。

量子計算機會終結任何依靠計算復雜度的加密技術，但這不意味著從此我們會失去信息安全的保護。量子計算的孿生兄弟――量子通信，會從根本上解決信息傳輸的安全隱患。

3. 格羅弗算法――未來的搜索引擎。肖爾算法提出一年后的1996年，同在貝爾實驗室的洛夫?格羅弗提出了格羅弗算法，即通過量子計算的并行能力，同時給整個數據庫做變換，用最快的步驟顯示出需要的數據。

量子計算的格羅弗搜索算法遠遠超出了經典計算機的數據搜索速度，這也是互聯網巨頭們對量子計算最大的關注點之一。量子信息時代的搜索引擎將植根于格羅弗算法，讓我們更快捷地獲取信息。

4. 量子計算機與人工智能。英國物理學家羅杰?彭羅斯把依靠經典計算機的人工智能稱為“皇帝新腦”（即像皇帝的新衣一樣）。他認為人腦不會像經典計算機那樣以確定的方式處理信息，但量子測量會賦予人腦隨機性，同時量子疊加態(tài)還會賦予人腦全局觀（一個一個像素處理的經典計算做不到全局觀）。因此彭羅斯等人認為，人腦可能是一臺量子計算機。也許量子計算機的研究能在某個量子和經典的交匯點上給出答案，解答人類意識和智慧的起源。那樣，量子計算機就會成為實現真正的人工智能的關鍵。

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關鍵詞 物理學 分析 前景

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A

Physics Professional Analysis

ZENG Daimin[1], LI Yong[2]

([1]Physics Department, Physics College, Chongqing University, Chongqing 400040;

[2]State Intellectual Property Bureau Patent Examination Coordination Center, Beijing 100190)

AbstractThis paper combine with the cultivation of students in Physics professional, takes a professional analysis on Physics major, including Physics professional direction settings, course setting, and cultivating specification as well as employment prospects of the students.

Key wordsPhysics; analyse; prospects

物理學是研究物質運動和相互作用的規(guī)律的科學，是除數學外最基本的一門學科。物理運動是自然界最普遍的一種現象，因此物理學研究的對象和內容就是宇宙間各種物質的性質、存在狀態(tài)、各種物理運動形式及其轉化現象、物質的內部結構及這些內部結構的組成部分，物理領域的各種基本相互作用及其規(guī)律。由于一切物理現象都在時間、空間中表現出來和發(fā)生運動和轉化，所以物理學也要研究時間和空間的性質、聯系等。 進行物理學研究，首先是觀察各種客觀物理現象，再從許多表象性的現象中，揭示基本規(guī)律，建立較為系統(tǒng)的理論。物理學研究除了要依靠好的科學方法外，還要取決于認知工具。工具越先進，研究效率越高，成果越顯著。 物理學在發(fā)展過程中形成了一套完整的科學方法，它對其他學科的研究，乃至哲學發(fā)展，都有重要意義。①重慶大學物理學專業(yè)從2008年開始正式招生，到現在，第一屆學生即將進入大四。通過這幾年對物理學專業(yè)學生的培養(yǎng)，我們有一些體會，與同行共勉。

1 專業(yè)方向設置

1.1 理論物理方向

理論物理學從各類物理現象的普遍規(guī)律出發(fā)，運用數學理論和方法，系統(tǒng)深入的闡述有關概念，現象及其應用。理論物理是從理論上探索自然界未知的物質結構、相互作用和物質運動的基本規(guī)律的學科。理論物理的研究領域涉及物理學所有分支的基本理論問題。理論物理是在實驗現象的基礎上，以理論的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子等物質運動的基本規(guī)律，從而解決學科本身和在高科技探索中提出的基本理論問題。重慶大學物理學院理論物理方向目前包括：高能物理、引力波、天體物理、量子信息與量子通信等幾個分支。

1.2 凝聚態(tài)物理方向

凝聚態(tài)物理學是從微觀角度出發(fā)，研究由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態(tài)的結構、動力學過程及其與宏觀物理性質之間的聯系的一門學科。凝聚態(tài)物理是以固體物理為基礎的外向延拓。凝聚態(tài)物理的研究對象除晶體、非晶體與準晶體等固相物質外還包括從稠密氣體、液體以及介于液態(tài)和固態(tài)之間的各類居間凝聚相，例如液氦、液晶、熔鹽、液態(tài)金屬、電解液、玻璃、凝膠等。經過半個世紀的發(fā)展，目前已形成了比固體物理學更廣泛更深入的理論體系。特別是上世紀八十年代以來，凝聚態(tài)物理學取得了巨大進展，研究對象日益擴展，更為復雜。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的固體物理各個分支如金屬物理、半導體物理、磁學、低溫物理和電介質物理等的研究更深入，各分支之間的聯系更趨密切；另一方面許 多新的分支不斷涌現，如強關聯電子體系物理學、無序體系物理學、準晶物理學、介觀物理與團簇物理等。從而使凝聚態(tài)物理學成為當前物理學中最重要的分支學科之一。由于凝聚態(tài)物理的基礎性研究往往與實際的技術應用有著緊密的聯系，凝聚態(tài)物理學的成果是一系列新技術、新材料和新器件，在當今世界的高新科技領域起著關鍵性的不可替代的作用。

2 主干課程設置

重慶大學物理學專業(yè)的主干課程有力學：使學生比較系統(tǒng)地掌握力學基礎知識，且能比較靈活加以應用。培養(yǎng)學生獨立分析問題與解決問題能力，初步培養(yǎng)學生的唯物主義世界觀。主要內容有質點運動學、牛頓運動定律、動量守恒定律和動量定理、功和能與碰撞問題、角動量、剛體力學、振動和波。熱學：使學生掌握物質熱運動形態(tài)的規(guī)律性和熱運動與機械運動，電磁運動等其它基本運動形式之間轉化的規(guī)律性。掌握統(tǒng)計規(guī)律性和統(tǒng)計的方法以及物性方面的知識，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。主要內容有熱力學第零、第一、第二定律和熵、分子運動論、輸運過程、固體和液體及相變。電磁學：使學生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握電磁運動的基本現象、基本概念和基本規(guī)律，具有一定的分析和解決電磁問題的能力，為后繼課程奠定必要的基礎。主要內容有靜電場、靜電場中導體和電介質。穩(wěn)恒電流、穩(wěn)恒磁場、電磁感應、磁介質、交流電初步、麥克斯韋電磁理論和電磁波、電磁單位制。光學：使學生比較系統(tǒng)地掌握光學的基本知識，主要講授幾何光學、波動光學、量子光學初步和光學應用。原子物理學：使學生掌握原子結構的性質和一般規(guī)律，掌握和了解核的性質與核能利用，了解粒子的基本性質。講授盧瑟福模型、氫原子的玻爾理論、量子力學初步、原子的精細結構、多電子原子、X射線、原子核物理概論。理論力學：使學生掌握力學的基本理論，培養(yǎng)學生理性思維能力。講授質點力學、質點組力學、剛體力學、非慣性系動力學與分析力學等基本理論。熱力學與統(tǒng)計物理：使學生掌握物質的熱運動規(guī)律及熱運動對物質宏觀性質的影響。講授熱力學的基本定律，熱力學函數、平衡及穩(wěn)定條件，相平衡及化學平衡，不可逆過程熱力學，最可幾統(tǒng)計法――玻爾茲曼分布、費米分布、玻色分布，氣體和固體的熱容量理論，金屬中的電子氣體、平衡輻射，系統(tǒng)理論，熱力學的統(tǒng)計表達式，非理想氣體態(tài)式，漲落理論，非平衡態(tài)統(tǒng)計物理簡介。電動力學：使學生掌握電磁場的基本屬性及運動規(guī)律以及它和帶電物質之間的相互作用。講授電磁現象的普遍規(guī)律，靜電場和穩(wěn)定電流磁場，電磁波的傳播，電磁波的輻射，狹義相對論及帶電粒子和電磁場的相互作用。量子力學：了解微觀客體運動特點，初步掌握量子力學的基本原理和方法。課程內容包括波函數、薛定鄂方程，量子力學中的力學量，態(tài)和表象理論，微擾理論等。固體物理：初步掌握固體物理的基本原理和特點。課程內容包括晶體、晶體的缺陷和擴散、晶體振動、相圖、能帶論、金屬和半導體電子論、固體的磁性和介電性等。數學物理方法：掌握有關復變函數、復變函數的積分、冪級數展開、留數定理、傅里葉級數、積分變換、數學物理方程定解問題、分離變數法、二階常微分方程的級數解法、本征值問題、球函數、柱函數、格林函數、積分變換法等數學物理方法的基本知識。

3 培養(yǎng)規(guī)格及要求

通過四年的物理學專業(yè)學習，要求學生掌握數學的基本理論和基本方法，具有較高的數學修養(yǎng)；掌握堅實的、系統(tǒng)的物理學基礎理論及較廣泛的物理學基本知識和基本實驗方法，具有一定的基礎科學研究能力和應用開發(fā)能力；了解相近專業(yè)的一般原理和知識；了解物理學發(fā)展的前沿和科學發(fā)展的總體趨勢；了解國家科學技術、知識產權等有關政策和法規(guī)；掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有一定的實驗設計，創(chuàng)造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結果，撰寫論文，參與學術交流的能力。具有計算機應用的基本技能。較熟練地掌握一門外國語言，具有良好的聽、讀、寫作和會話能力，能夠較順利地閱讀本專業(yè)的外文資料。

4 學生就業(yè)前景分析

重慶大學物理學專業(yè)的培養(yǎng)目標是：培養(yǎng)具有寬厚扎實的物理學基礎、綜合素質優(yōu)秀，并且具有良好數學基礎和實驗技能，能在物理學或相關科學技術領域中從事科研、教學、技術和相關管理工作的高素質專門人才；培養(yǎng)良好的創(chuàng)新意識和科學的思維方式，以及分析和解決實際問題的能力以適應學科交叉和社會的各種需要。

物理學專業(yè)學生畢業(yè)后主要從事以下一些行業(yè)：（1）繼續(xù)物理方向的深造，成為一名物理學家、物理教師。（2）從事與物理相關的一些工作，如技術工程師、發(fā)明家、研究助理等。（3）與物理關系不大的一些行業(yè)，如公務員、管理人員等。就業(yè)領域主要是：科研院所、高等院校、企事業(yè)單位、政府機關等。

總之，重慶大學成立物理學專業(yè)的主要目的是發(fā)現與培養(yǎng)真正熱愛物理的好苗子，讓他們打好基礎，再繼續(xù)深造，為物理學的發(fā)展做出貢獻。在學習的過程中，有部分同學發(fā)現自己并不是很適合學物理，可以申請轉專業(yè)，找到適合自己發(fā)展的方向。最后留下來的絕大部分同學都會繼續(xù)讀研深造，向著他們心中神圣的物理殿堂繼續(xù)努力。實踐表明，物理學專業(yè)的學生物理基礎打得非常堅實，為將來的繼續(xù)深造做好了準備，即將畢業(yè)的學生將有部分保送到中國科學院及各大高校，其余的同學也成為了本校碩士生導師爭搶的對象。物理學專業(yè)的培養(yǎng)是成功的，并且也已經成為重慶大學的一個優(yōu)勢特色專業(yè)，它將為全國培養(yǎng)和輸送更多、更好的物理方面人才。

基金項目：重慶大學人才引進科研啟動基金（0903005104675）資助

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【關鍵詞】思想實驗科學素養(yǎng)

利用科學發(fā)展史知識對于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)具有重要的意義，如何利用科學史中的有關思想實驗史料來培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)是個值得研究的問題，對于思想實驗，有些老師往往只重視了思想實驗的知識功能，對于其豐富的思想內涵則較少進行挖掘，特別是它對于培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的意義。本文試圖對此進行探討。

1什么是思想實驗

根據中國大百科全書可知，思想實驗 （thought experiment）是一種按照實驗程序設計的并在思維中進行的特殊論證方法。它既不同于真實實驗，也有別于形式邏輯的推理。是按照假想的實驗手段和步驟，進行思維推理，得出合乎邏輯的結果。在物理學發(fā)展的歷史過程中伽利略、愛因斯坦等許多科學大師都曾經借助思想實驗延伸其理論的觸角。

從科學思想實驗發(fā)展的歷史，我們可以看到思想實驗主要特點。

1.1 可操作性。思想實驗不是實際進行的實驗，但是它是按照實驗的格式展開的，是可操作的。

1.2 嚴密的邏輯性。思想實驗的操作過程，既是想象自由展開的過程，又是邏輯運動的過程。在這中間，邏輯起著主導作用，它引導、控制著想象，保證想象既是豐富的．又不是胡思亂想。

1.3 高度的創(chuàng)造性。科學家做思想實驗的目的，是為了揭示事物內部的規(guī)律性。因此其探索是前無先例的，帶有高度的創(chuàng)造性。

2什么是科學素養(yǎng)

科學素養(yǎng)（scientific literacy）概念的形成與發(fā)展經歷了長期的演進過程，并且隨著科學技術的發(fā)展和變革，概念的含義也將不斷變化。本文采用以下觀點。科學素養(yǎng)的基本要素包括以下幾個方面。

一是科學知識與技能，是人們在科學實踐中獲得的關于客觀世界的各種事物的本質及規(guī)律性的認識程度和實際操作本領。

二是科學方法與能力，是人們在認識和改造客觀世界的實踐中總結出來的，并能在實踐中正確運用的思維和行為方式，以及把握事物本質的策略與熟練程度。

三是科學行為與習慣。科學習慣是長期積累和科學行為的定型。

四是科學精神、態(tài)度與價值觀。科學精神是指人所具有的科學的意識、思維活動和一般心理狀態(tài)，其中以推動并指引一個人采取決定和行動的科學的原則、信念和標準組成的科學價值觀為核心。科學態(tài)度則指個體在科學價值觀的支配下，對某一對象所持的評論和行為傾向。

我國在制定中學"科學"標準時，認為科學素養(yǎng)還應該涉及科學、技術與社會的關系方面。這些都是科學素養(yǎng)所包含的重要內容。

3利用思想實驗培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)的途徑

思想實驗可以對所研究的過程設想出真實實驗暫時不可能或原則上不可能達到的實驗條件，進行邏輯論證。在這個過程中，不僅包含有豐富的科學知識與技能，體現了物理學研究事物的方式與方法，而且也蘊含著人類認識事物，研究事物時所伴隨的豐富的科學精神和人文精神。這些對于提高學生的科學素養(yǎng)都是具有重要意義的，都是值得挖掘與充分利用的。

3.1 挖掘科學史中思想實驗提高學生科學素養(yǎng)

伽利略是第一位思想實驗大師，他重視實驗對理論的檢驗作用，但由于外部環(huán)境的惡劣、實驗條件的簡陋以及哲學思想的影響，因此思想實驗是一個常用的方法，并依此獲得許多重要的發(fā)現與結論。

重力作用下的落體運動在伽利略的力學中占據著中心位置，他在關于落體運動的討論中仍然運用了他早先提出的"落體佯謬"，對亞里士多德的落體定律提出詰難，然后逐步顯示出他的研究的全部豐富內容，在這個思想實驗中，他已把早先所說的密度相同而大小不同的物體改變成重量不同的物體。對話是這樣進行的：

"如果讓兩塊石頭（其中之一的重量十倍于另一塊的重量）同時從比如說100腕尺高處落下，那么這兩塊石頭下落的速率便會不同，那較重的石塊落到地面時，另一塊石頭只不過下落了10腕尺。"

"如果我們取天然速率不同的兩個物體，顯而易見，如果把那兩個物體連接在一起，速率較大的那個物體將會因受到速率較小物體的影響其速率要減慢一些，而速率較小的物體將因受到速率較大的物體的影響其速率要快一些。……但是，如果這是對的話，并假定一塊大石頭以8的速率運動，而一塊較小的石塊以4的速率運動，那么把二者連在一起，這兩塊石頭將以小于8的速率運動；但兩塊連在一起的石頭當然比先前以8的速率運動的更重。可見，較重的物體反而比較輕的物體運動的慢，而這個效應同你的設想是相反的。"

這個佯謬不僅揭示了亞里士多德理論的破綻和邏輯混亂，同時也表明了，運用這種思想實驗的推理法，比起永遠可能被人挑剔的真實實驗，有時會更有說服力的一個包含著錯誤的理論。

在這個過程中，不僅說明了重力作用下的落體運動規(guī)律，而且體現了物理學研究問題的方法，如認真觀察現象，提出要研究的問題，并對問題提出猜想與假設，然后進行論證。更蘊含了豐富的科學精神與科學態(tài)度，對于前人的觀點不是盲目的接受，而是具有懷疑精神，敢于提出問題，實事求是地面對科學并勇于堅持。這些都是科學素養(yǎng)的范疇，因此，從物理學的重大發(fā)現中吸取營養(yǎng)，對提高學生的科學素養(yǎng)是大有裨益的。

3.2利用物理學方法中的思想實驗提高學生科學素養(yǎng)

如果所設想的條件是完全理想化的，如絕對真空、絕對光滑等，在這種條件下所進行的論證稱為理想實驗法，它是思想實驗的一種重要形式。

這一部分在中學的物理教學中涉及的知識很多。如牛頓運動定律等。真正代表近代科學方法論精神的伽利略與牛頓。伽利略最先倡導并實踐了實驗加數學的方法，但是他所謂的實驗并不是培根意義上的觀察實驗，而是理想化實驗。地球上的任何力學實驗都不能避免摩擦力的影響，但是認識基本的力學規(guī)律，又要從觀念上排除這種摩擦力，這就需要全新的概念體系來支撐將做得實驗，包括設計、實施和解釋實驗結果，只有這種理想化的實驗才可能與數學處理相配套。伽利略的研究程序可以分為三個階段：直觀分解、數學演繹、實驗證明。牛頓在吸收前人經驗的基礎上做了進一步完善，牛頓的方法可以稱之為"歸納-演繹"法，并且認為演繹的結果必須重新訴諸實驗確證。牛頓運動定律就是這些過程的直接結果。

牛頓運動定律不僅內容上說明了自然界的重要定律，他的研究方法、研究思想同樣也具有重要的價值。它是以觀察和實驗中了解到的資料作為出發(fā)點，把自然現象合理簡化并建立起恰當的物理模型；運用思想實驗，即在絕對簡化理想條件下，運用思維中的邏輯演繹推理導出某種科學結論，再去接受科學實踐的檢驗的過程。

從這個研究的過程本身我們可以發(fā)現其中不僅包括科學知識，而且還涉及一種比較完善的物理學的研究方法，這對后人進行進一步的研究具有重要的借鑒意義。發(fā)現過程本身也暗含了牛頓對于科學的濃厚興趣和科學探究的整個過程。這些都是培養(yǎng)科學素養(yǎng)的重要素材，應該給予充分利用。

3.3利用現代物理學研究中的思想實驗部分提高學生科學素養(yǎng)

新課程強調科學與社會，技術的聯系，必須看到，現代科技已經逐漸滲透到了我們生活的方方面面，因此需要學生對于現代物理學有些初步的認識。如中學物理課本加入了關于愛因斯坦的相對論和一些量子力學的簡單介紹。但是現代物理學的研究，無論在微觀還是宏觀上越來越多地進入了不能完全直接靠實驗證實或證偽的領域。相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱，其中都包含有豐富思想實驗的部分。

1961年諾貝爾物理學獎獲得者美國物理學家霍夫斯塔斯曾說過："我相信任何一個喜歡自然的人都應該學習量子力學，并不是他的數學而是他的思想"。進入21世紀，無論是中學生或者是全體公民都應該不同程度的知道一點什么是量子力學，量子力學的基本概念，基本思想，量子力學有什么作用，已經起到了什么作用，這些都是很必要的。

使學生能了解科學與技術的區(qū)別與聯系，初步認識科學推動技術進步、技術又促進科學發(fā)展的相互關系，初步認識社會需求是科學技術發(fā)展的強大動力等科學、技術與社會的關系。同時能使學生增長見識，激起學生的好奇心，培養(yǎng)科學精神。這也是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的一個重要方面。

4進行思想實驗教學時的注意事項

4．1 處理好思想實驗與真實實驗的關系

思想實驗是一種理性的思維活動。但不是脫離實際的主觀臆想，而是以實踐為基礎．按照實驗的格式操作展開，對實際過程做出更深入一層的抽象分析，其推理過程是以一定的邏輯法則為根據的。而這些邏輯法則，都是從長期的社會實踐中總結出來且為實踐所證實了的。

思想實驗和真實實驗又是緊密聯系和互補的。科學中的理論、規(guī)律是從大量實驗事實中總結概括出來的，科學中的假設、爭論也有賴于真實實驗的驗證。

有時兩者往往密不可分地穿插在一起，真實實驗為思想實驗提供經驗材料，思想實驗對經驗材料進行理性加工，并為真實實驗提供理論指導。從伽利略發(fā)現落體定律和慣性定律的活動中，可以明顯地看到這一點。

4．2不能忽略物理學史中被證實為錯誤的思想實驗

在科學研究中，通過再多的科學實驗都不能完全證實一個理論，這是歸納法的本質所決定的，但是一個否定例證就足以證偽一個理論。在物理學的思想實驗中，有的已被否定，但不能因此就貶低它的作用，那些被證偽的思想實驗往往是一個新理論產生的重要基石，如伽利略在給出著名的"落體佯謬"的最初說法時，他所說的是同樣材料而不同大小的物體，并非指所有的物體，其前提是錯誤的，結論也是有局限性的，但是他的過程本身是非常有意義的，為他后來得出普遍的結論提供了重要的基礎。這些過程都是需要進一步挖掘的，這樣才能讓學生明白科學研究的真實過程，對于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)是具有豐富的教育意義的。

4．3 思想實驗是一種相對獨立的科學方法

在科學研究中，思想實驗能夠成為一種不替代的科學方法，是由于思想實驗以其科學思維的嚴密性、精確性補充了真實實驗的不足。比如，驗證廣義相對論的某些實驗條件，或者某些條件在任何時代都不能被滿足，比如，驗證牛頓第一定律所需要的無摩擦力的平面。但是，這些條件在邏輯上是可以實現的，這樣，人們可以避開實際的技術困難。在思維中把這些條件制作出來，或者對現在條件進行理想化抽象，在想象中實現這些條件。進而在頭腦中展開類似于真實實驗的"仿真"過程，推斷被研究事物的內部規(guī)律。

必須看到，思想實驗中包含有豐富的思想內涵，有利于進行積極的科學文化教育，而且思想實驗作為一種科學方法將在更廣闊的領域中應用。

參考文獻

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［5］查有梁等．物理教學論［M］廣西：廣西教育出版社，1997

篇9

關鍵詞：時間之矢；演化；熵

從古至今，關于時間方向問題的探討一直困擾著哲學家和物理學家。在傳統(tǒng)物理學中，時間沒有方向，它僅僅是作為運動的一個外部參量存在的，用可逆的物理方程描述客觀世界，忽略了不可逆性的真實過程的理論近似，這就在本質上否定了自然界的演化與歷史性，因此受到了恩格斯與波普爾等人的深刻批判。20世紀80年代普利高津提出了“時間之矢”的概念，并科學論證了時間是有方向的，“熵”概念的引入使時間之矢開始從外部走向內部，把自然界的各種規(guī)律統(tǒng)一了起來，使自然界的演化獲得較好的解釋，為科學的發(fā)展提供了方法論支持，因此， “時間之矢”概念的探討具有了非常深刻的理論與現實意義。

一、時間之矢的概念及內涵

唯物辯證法認為一切事物都是發(fā)展變化的。同樣，人們對時間問題的認識也是在不斷發(fā)展變化的。在科學史上，牛頓是第一個給時間以科學定義的人。但在他的物理學中時間是均勻恒定的流逝的，它僅僅是描述物質運動的一個外部參量，與物質運動的性質沒有任何內在的必然的聯系；堅信時間具有同時性，是對稱的可逆的，過去、現在和未來是完全相同的，這在本質上就否定了自然界的演化或歷史性——時間失去了方向。20世紀初，相對論的誕生超越了牛頓的絕對時空觀，引入了時間、空間等概念，強調了事物的整體性、時空與物質的不可分性，指出時間和空間隨物體運動的速度變化而變化。但此時由于牛頓“絕對時空觀”長期對人們思想的禁錮，使人們難以走出“時間反演對稱性”的桎梏，正如愛因斯坦所說“過去、現在與未來之間的分別只不過有一種幻覺的意義而已”（1）。顯然，愛因斯坦的相對論時間雖然在時間觀念上引起了一次偉大的革命，但它對人們理解時間的方向、演化的不可逆性卻毫無幫助——時間仍然沒有方向。20世紀70年代英國宇宙學家霍金提出了“虛時間”的概念，拓寬了時間的含義，但此時時間仍是可逆的沒有方向，80年代普利高津提出了“時間之矢”的概念，并科學論證了時間是有方向的；自然界中發(fā)生的所有過程都是不可逆的，并且指出時間的不可逆性是無條件的絕對的而時間的可逆性是相對的。由此，時間有了方向。人們最終在一定層面達成了共識：時間之矢是指時間的流逝，是指時間的單向性或不可逆性，亦即時間對稱的破缺，或世界演化的不可逆性。到目前為止人們已經在熱力學、統(tǒng)計物理學、生物學、電磁學、量子力學、宇宙學、心理學等領域證實了時間之矢的存在。

熱力學的時間之矢即熵增加的時間方向，它來自熱力學第二定律，指向無序；生物學中的時間之矢是生物進化的時間方向，是一個從簡單到復雜從低級到高級的不可逆過程，它指向有序；電磁學以時間之矢是振動電磁產生的電磁波的傳導方向；量子力學時間之矢是原子的自發(fā)輻射的時間方向；宇宙學時間之矢指向宇宙膨脹的方向；心理學時間之矢在我們人類的經驗中是最顯著的，我們覺察到的并記住的總是過去而不是將來。當然它們之間亦存在著千絲萬縷的聯系，史蒂芬?霍金在《時間簡史》中曾做過詳盡的闡述。總之，許多學者都認為自然界所有過程的不可逆性都來自宇宙的原始爆炸和隨后發(fā)生的宇宙膨脹。他們認為，宇宙中最根本的方程是可逆的引力場方程，加上大爆炸的初始條件就選擇了宇宙膨脹這個解，從而產生了宇宙學之矢。以后在宇宙膨脹的不同階段，相繼產生了電磁學之矢、熱力學之矢、生物學之矢等，而心理學時間之矢是在我們頭腦中由熱力學時間之矢所決定的。

二、時間之矢與自然演化

在傳統(tǒng)物理學與經典力學中沒有進化與歷史，時間僅僅是一個描述運動的幾何參量，世界演化的方向僅由經驗決定而不是由理論來描述的。正如柏格森在《創(chuàng)造進化論》中指出，經典力學中“變化不是別的，而是對演化的一種否認”。對此普利高津認為，盡管相對論與量子力學自身相當革命，卻仍因襲了牛頓物理學的思想：一個靜止的宇宙，即一個存在著的、沒有演化的宇宙。然而把時間之矢同自然演化聯系在一起時就突現了時間的質的規(guī)定性，使時間同方向真正地、內在地統(tǒng)一起來，進而使自然演化的程度可以用時間來度量。當然在演化的基礎上對時間之矢加以科學的系統(tǒng)的闡述則是在非平衡系統(tǒng)自組織理論提出“內部時間”之后。

自然演化有兩個特定的方向：進化與退化，進化與退化從哲學上講同有序與無序、可逆與不可逆、對稱與破缺等范疇有十分密切的聯系。自然界的變化表現為過程，其有可逆與不可逆之分。可逆與不可逆是自然科學在研究變化過程中遇到的一種普遍現象。科學家用“熵”的增減來說明演化過程的方向。英國物理學家愛丁頓就把熵看作“時間之矢”，并堅信時間之矢的方向就是物質系統(tǒng)的演化過程的方向。熵增就意味著系統(tǒng)從有序向無序演化。

“熵”的提出是19世紀的重大成就之一，它出自于熱力學，并經過玻爾茲曼的統(tǒng)計解釋被移植到其它多門學科。愛因斯坦在與里茲的爭論中曾說過：熱力學箭頭是由熵增原理定義的，時間箭頭是完全同熱力學關系聯系在一起的。自然界里絕大多數是開放的系統(tǒng)，與外界有能量和物質的交換，即外界與系統(tǒng)之間有熵流，因此也就有熵流與負熵流之分。事實也說明生命過程與負熵聯系著，負熵是導致生物進化的一個必要條件。薛定諤在《生命是什么》一書中提到，生命似乎是物質的有秩序和有規(guī)律的行為，它不是完全以其從有序轉向無序的傾向為基礎的，而是部分地基于那種被保持著的現存秩序，即生命有機體是依賴負熵為生的，負熵是開放系統(tǒng)從無序向有序的進化過程的“時間之矢”。雖然熵并非能夠完美的對時間進行標度——在與平衡態(tài)相距很遠的非平衡態(tài)中，熵的概念不再存在，——但它已足夠說明時間的方向性。 轉貼于

在熱力學第二定律提出后，達爾文提出了生物進化論學說，將演化的觀點帶入科學界，但人們很快發(fā)現經典熱力學與達爾文生物學發(fā)現的單向過程并不一致。經典熱力學中“時間之矢”朝下，趨向于無序狀態(tài)和隨機性；而在生物進化論中“時間之矢”朝上，趨向于在一定結構和功能方面的組織性更高層次。對此不同的科學家們有不同的價值取向，并據此提出了不同的理論與觀點，為自然演化的進程做出了巨大的理論貢獻。1969年普利高津發(fā)現，在不違反熱力學第二定律的前提下，自然系統(tǒng)可以經過自組織過程從無序演化為有序。從而使人們明白進化與退化的兩種時間之矢的沖突僅僅是一種表面現象，進化的系統(tǒng)是一開放系統(tǒng)，宇宙過程并不將時間之矢指向宇宙熱寂狀態(tài)。但不可否認的是在生物的進化中也有退化——局部的退化。

三、時間之矢的現實意義

首先，正確理解“時間之矢”有利于人們樹立正確的世界觀和方法論，防止偽科學的產生。“時間之矢”實質就是對經典物理學中對稱性的突破，對決定論的否定，它促進人們的思維發(fā)生了一場徹底的革命。非決定論代替了決定論使其描述的自然圖景更負有科學性與時代性。這是科學發(fā)展的必然結果，是我們在認識世界的過程中追求新的平衡新的對稱性的必然結果，是人類認識史上的一次巨大飛躍。但我們并不否認對其的誤用亦使世界文化充斥著濃厚的相對主義與多元主義色彩，為偽科學的產生提供了基礎。

其次，把時間之矢納入科學描述之中，有利于對科技的正負效用產生正確的認識，防止對待科學技術的極端化傾向，有利于更加合理的使用科技造福人類，做到防患于未然。長期以來，由于受確定性的影響人們堅信科學規(guī)律是永恒不變的絕對真理，人們對科技關注的焦點也在于科技為人們所帶來的福利，而對于科技所附有的負面作用要么視而不見，要么認為科學能解決一切。然而事實證明了如果將時間之矢排除在科學的描述之外，表面上我們是獲得了確定的知識，但實際上他并不符合自然法則。當然不確定性并不意味我們完全無知，科學規(guī)律顯示了它的相對真理性與內在的不確定性，是確定性與不確定性的辨證統(tǒng)一。所以對待科技我們既不能盲目的樂觀也不能盲目的悲觀。時間之矢觀念的加強可以使我們正確認識科學規(guī)律的不確定性是實質，從而防止對科技作用的無限夸大，認為科技能包攬和解決一切。當然時間之矢意識的加強也有助于防止因科學規(guī)律本身的隨機性而陷入徹底的相對主義，進而盲目悲觀。

再者，時間之矢的確立能促進自然科學反省由近代科學所造成的人與自然相分離的關系格局。時間之矢的遺忘使人們把整個未來與整個過去都包含在現在之中，人的主體性地位被空前提高，人與自然嚴重分離，從而帶來了哲學上主體與客體的分離，也導致了科技文化與人文文化的不相容，所有這些都是與我們當今所倡導的和諧、可持續(xù)發(fā)展的道路相違背的，所以科技與人文的融通已迫在眉睫。

總之，人類的發(fā)展與自然的演化是不可能脫離時間之矢而獨自進行的，任何否定時間之矢的行為其實質都是企圖將世界演化的歷史性、生命的根源等排除于科學之外；都是要否定不確定性與隨機性的存在，而一味的追求單純，追求單一性。事實上“大自然喜愛單純，不愛過多因素的繁華。”（2）這僅僅是科學家們的一相情愿。而要真正走出科學確定性的迷霧，正確認識時間的真諦與世界的演化，并在認識自然與改造自然的科技活動中能自覺保持人與自然的動態(tài)平衡與和諧，牢牢樹立時間之矢的觀念是必不可少的。

注釋：

[1] 許良英等譯：《愛因斯坦文集》第三卷，商務印書館，1979年版，第507頁

[2] 彼得、

參考文獻：

[1] 陳其榮.自然哲學.復旦大學出版社，2005(2).

篇10

【關鍵詞】后現代科學/現代科學范式/后現代知識

【正文】

近年以來，后現代主義沸沸揚揚，“后現代科學”也成為一個時髦的名詞。似有“忽如一夜春風來”，后現代科學也如“梨花”盛開。問題是，后現代科學真能如此“盛開”嗎？本文首先考察現代科學具有什么樣的范式；其次，考察后現代科學有什么樣的特征，它的依據是什么，這些依據是否使現代科學范式漸趨式微？科學還要“返魅”嗎？如若不然，后現代科學又是在何種意義上有其價值？

1現代科學范式

1.1自近代以來，科學與哲學發(fā)生分離，科學與宗教神學發(fā)生決裂。經過以伽利略、牛頓為代表的第一次科學革命和以能量守恒與轉化定律、電磁學理論為標志的第二次科學革命，到19世紀末，確立了近代科學的基本范式。與兩次科學革命相對應，發(fā)生了兩次工業(yè)革命，推動了科學制度、經濟制度和社會制度的創(chuàng)新，到19世紀末，歐洲、北美基本上實現了現代化，它們?yōu)槭澜绮话l(fā)達國家展示出嶄新的未來前景。

正是在這樣一種氛圍中，值19—20世紀之交的時刻，許多著名科學家認為經典物理學的大廈業(yè)已建立，只需對大廈作一些修補工作，晴朗的天空僅有兩朵烏云，殊不知，這兩朵烏云卻引發(fā)了20世紀初相對論、量子力學的誕生。在世紀之交早就為科學家彭加勒注意到的初始條件的敏感性，也引發(fā)了60—80年代的混沌學的誕生。相對論、量子力學和混沌學是同一水平的革命，同屬于第三次科學革命，它們從三個方面給牛頓力學施加了限制。如一位物理學家說：相對論排除了絕對空間和時間的牛頓幻覺；量子論排除了對可控測量過程的牛頓迷夢；混沌則排除了拉普拉斯決定論的可預見性的狂想。〔1〕可見，第三次科學革命否定了機械自然觀。但是，第三次科學革命并沒有摧毀由第一、二次科學革命確立的科學范式，而且，它們共同構建了現代科學范式。

需要指出的是，在我國一般把20世紀之前的科學稱為近代科學，20世紀之后的科學稱之為現代科學。但是，在西方，則通稱為現代科學。西方沒有近、現代之分，只有現代（modern）一詞。正如現代化研究專家羅榮渠指出：“在英文里（法文、西班牙文、德文、俄文等也同樣），‘現代’一詞至少有兩層含義：一層是作為時間尺度，它泛指從中世紀結束以來一直延續(xù)到今天的一個‘長過程’；一層是作為價值尺度，它指區(qū)別于中世紀的新時代精神與特征”。〔2〕

1.2我們首先看一下“范式”這一概念。范式（paradigm）是由科學哲學家?guī)於鳎═.Kuhn）在《科學革命的結構》一書提出來的。庫恩沒有給范式下一個明確的定義，解釋不一。大體上是指科學共同體成員共有的研究傳統(tǒng)、理論框架、理論上和方法上的信念、科學的模型和具體運用的范例等，還包括指導和聯系理論體系與心理認識的自然觀或世界觀，后來他又稱之為專業(yè)基質（disciplinarymatrix）。在庫恩看來：“‘范式’一詞，無論實際上還是邏輯上都很接近于科學共同體這個詞；反過來說，也正是由于他們掌握了共有的范式才組成了這個科學共同體”。〔3〕“科學共同體”指的是在科學發(fā)展的某一歷史時期該學科領域中持有共同的基本觀點、基本理論和基本方法的科學家集團。大體講，庫恩所指的“范式”包含兩方面的涵義：（1）從心理上講，它是指科學共同體所共有的信念；（2）從理論與方法上講，它是指科學共同體所共同具有的模型或框架。科學共同體還可分為許多級。全體自然科學家成為一個最大的科學共同體。

1.3我們認為，現代科學范式由以下部分組成：（1）近、現代自然科學家所共同擁有的信念（如科學目標、科學的社會規(guī)范、自然觀等）；（2）建構科學理論所必須遵從的規(guī)范和方法論原則；（3）還包括科學與技術、經濟、社會、文化、宗教神學等的關系規(guī)范。大體講，現代科學范式的具體內容主要有：

1.3.1關于科學的目標。到18—19世紀，人們普遍形成了無誤論的觀點，即認為科學是由真命題構成的系統(tǒng)。科學無誤論認為科學目標是追求真知識，即絕對確定的可證明的知識。到20世紀，邏輯實證主義認為，科學是具有一定預言值的命題系統(tǒng)，科學的目標旨在追求高概率的理論（命題）。波普爾則認為科學的目標旨在提高理論的逼真度，追求逼真度更大的理論。而在者看來，科學目標是與真理問題相聯系的。科學是一項理性的事業(yè)，其目標是科學真理，而且科學真理是相對真理與絕對真理的統(tǒng)一。科學的目標是不斷向絕對真理逼近。

1.3.2關于建構科學理論所必須遵從的規(guī)范或原則。這一規(guī)范凸顯了科學理論與其它理論（或知識）相區(qū)別的根本性特征。就科學理論所遵從的規(guī)范而言，大致有預設主義和相對主義兩類觀點。預設主義是合理性的傳統(tǒng)模式，它以邏輯推理作為合理性的形式，其次以經驗檢驗作為合理性的最終標準。譬如，邏輯經驗主義認為，理論的評價或選擇與這個理論的形式結構和它引出的經驗證據有關。相對主義認為預設主義觀點極為片面。歷史主義者庫恩就說，邏輯形式與觀察實驗不能決定相對立的理論或范式，因為范式各方面的支持者都有一套彼此相異的評判標準。

盡管預設主義與相對主義相對立，但是或多或少可以接受的共同評價規(guī)范還是有的。至少，狹義地講，科學是一個陳述系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足一些基本規(guī)范。這些規(guī)范構建了科學不同于其它人類知識的典型特征，可以稱之為建構科學理論體系的基本原則。這些原則具體包括：內在一致性（理論的邏輯無矛盾），可檢驗性（經驗實證性），解釋性（預見性，特別是能預見新的不同類的科學事實），邏輯簡單性等。這些原則實際上反映了科學理性的基本內核。

1.3.3關于構建科學理論的方法論原則。為什么要選擇這樣一種方法或規(guī)則，而不選擇別的？這關涉到科學方法的根據。預設主義堅持方法論的一元論，認為科學方法論作為科學的邏輯是一套對科學進行邏輯分析的元科學，它給出一切理論都應具有的永恒不變的公理結構，即注重邏輯形式而不關注內容。與此相反，相對主義堅持方法論的多元論。歷史主義認為，重要的不是科學形式，而是科學的內容，其原因在于科學的一切隨社會文化條件而轉移。我們認為，科學方法論應當在一元與多元、變與不變之間保持適當的張力。雖然科學方法隨科學的發(fā)展而變化，但是一些基本的科學方法卻沒有多大的變化，只是在科學發(fā)展的不同時期凸現了不同的科學方法。科學愈向高級階段發(fā)展，其抽象性愈高，假設一演繹法愈受到重視。

1.3.4關于科學的社會規(guī)范。科學的社會規(guī)范支配著所有從事科學活動的人，同時成為科學活動的行為規(guī)范。倘若沒有這些規(guī)范，就無法產生重要的科學問題，無法評價科學活動的成果，獎勵卓有成效的科學家。科學的社會規(guī)范主要有：普遍性、競爭性、公有性、誠實性和合理的懷疑性。科學的社會規(guī)范被默頓（R·Merton）稱之為科學的精神氣質。他指出：“科學的精神氣質是有感情情調的一套約束科學家的價值和規(guī)范的綜合。這些規(guī)范用命令、禁止、偏愛、贊同的形式來表示。它們借助于習俗的價值而獲得其合法地位。這些通過格言和例證來傳達、通過法令而增強的規(guī)則在不同程度上被科學家內在化了，于是形成了他的科學良心”。〔4〕科學的社會規(guī)范構成了科學區(qū)別于人類其它活動的基本特征。

1.3.5關于科學與宗教神學之間的關系。盡管科學與宗教神學之間的關系較為復雜，但是科學體系與上帝、神毫無關系。現代科學是與“自然的祛魅”（disenchantment）相聯系的。所謂“自然的祛魅”，按后現代主義者格里芬（D·R·Griffin）的說法，“它意味著否認自然具有任何的主體性、經驗和感覺”。〔5〕雖然人類文明初期的許多知識被宗教神學家篡改，為其神學目的服務，但是，具體的宗教教義是和相關科學的結論或原理相沖突的。羅素指出：“神學與科學的沖突，也就是權威與觀察的沖突”。〔6〕科學與宗教的本質區(qū)別在于科學的實證性與宗教的信仰性，二者是難以簡單調和的。

1.3.6關于科學與政府之間的關系。自近代科學以來，科學與政府的關系日趨緊密。特別是20世紀以來，科學已向人類社會的各個領域全面滲透，知識經濟的來臨，科學技術成為第一生產力，科學與政府權力日益整合。科學的問題在很大程度上已是一個政府的問題。沒有政府的贊助，科學難以發(fā)展。政府的不正當要求也會使科學迷失方向，甚至墮落。因此，科學的合法發(fā)展要由合法性的政府來規(guī)范。但是，當代合法的政府卻存在合法性危機（如政治危機、經濟危機和文化危機等等），為此，需要各國政府和國際社會一道制定合理的規(guī)范制約政府的行為，保證科學的合理合法的發(fā)展，保證科學指向人類進步的向度。

以上我們僅論及了現代科學規(guī)范的幾個主要方面，其中1.3.1、1.3.2、1.3.3三節(jié)構成了科學的內在規(guī)范，1.3.4、1.3.5、1.3.6三節(jié)構成了科學的外在規(guī)范。內在規(guī)范中1.3.2，即“建構科學理論所必須遵從的規(guī)范或原則”凸顯了科學理論與其它人文知識的本質區(qū)別，界定了科學理論的本質規(guī)定性，換言之，它是現代科學范式的核心，是硬核，難以改變。科學的內在規(guī)范是科學范式的主要方面，對科學的發(fā)展起決定性作用；外在規(guī)范是次要方面，非本質的。但是，在一定條件下，外在規(guī)范也可能對科學的發(fā)展起決定性作用。

2后現代科學可以成立嗎？

2.1西方發(fā)達資本主義國家自50年代向后工業(yè)社會過渡，60年代出現了后現代主義思潮。90年代在我國，后現代主義也大行其道。當代主要后現代主義哲學家的理論各有特點，雖有沖突，但是，他們主要從哲學層面出發(fā)，其共同點體現在：反對（否定、超越）傳統(tǒng)形而上學、體系哲學、心物二元論、基礎主義、本質主義、理性主義、人類中心主義、一元論和決定論等，可稱為否定性或解構性的后現代主義。與此相反，格里芬等人則從人與世界、人與自然的關系問題，在很大程度上是從科學的層面出發(fā)，探討更為廣泛的問題，倡導建設性的后現代主義，主張人與世界、物質與意識、價值與事實、真與善與美的統(tǒng)一，主張科學應當“返魅”（reenchantment）。這些觀點較為集中地反映在由格里芬主編的《后現代科學—科學魅力的再現》一書中。參加此書撰寫的學者既有科學家，也有從事神學、靈學研究的學者。其中包括著名物理學家大衛(wèi)·玻姆（DavidBohm）。凡了解量子力學的讀者一定會知道玻姆，他的思想極為深刻。比如，在著名物理學家愛因斯坦與玻爾關于量子力學是否完備的論戰(zhàn)中，愛因斯坦等人于1937年提出了一個關于坐標與動量關聯的理想的EPR實驗來反駁玻爾。50年代玻姆則從自旋的三個分量著手提出了具有可操作性的自旋EPR實驗方案。目前EPR的檢驗仍然是物理學的前沿之一，直接涉及到量子力學是否完備這一重大問題。（參見吳國林《從微觀物質開放性角度審視ERP佯謬》，《科學技術與辯證法》，1997年第1期）。

2.2近年來后現代主義之所以能夠迅速傳播，就在于人們對現代性愈來愈不滿足。譬如，當代有人口問題、資源問題、環(huán)境問題、兩次世界大戰(zhàn)帶來的巨大災難等等。就中國而言，自1978年改革開放以來，一方面，經濟高速增長，經濟“軟著陸”成功；另一方面，中國的生態(tài)環(huán)境迅速惡化。隨著計劃經濟向市場經濟轉變，人們的思想觀念也發(fā)生了相當大的變化。對外開放使外域之風也迅速吹向國內。總之，種種因素使后現代主義在我國迅速傳播，這也表明了國人對我國正在進行的現代化運動的急切關注和深思。

無疑，外域之風并非都是清新馨香的，保持謹慎的批判態(tài)度是必要的，只有如此，我們才能更好地建設我國的現代化與信息化。實際上，許多西方學者早就注意到，晚期資本主義文化領域完全滲透了資本和資本的邏輯，滲透了商品的邏輯，而且，晚期資本主義文化正向全球蔓延，對于經濟落后的第三世界國家極為不利。西方者杰姆遜（F·Jameson）就指出：“中國讀者也應該抵制后現代社會的某些特征，其實也就是晚期（資本主義），但同樣是徹頭徹尾的資本主義文化邏輯的一部分，這些特征從內容到形式完全溶入到商品生產和消費中，盡管具有新的類型”。〔7〕

2.3在當代，科學或知識或信息的作用日益凸顯。80年代經濟學家羅默（P·Romer）、盧卡斯（R·Lucas）等人提出了新經濟增長理論，知識成為內生變量，知識內在地推動經濟發(fā)展。1996年經合組織第一次明確提出了知識經濟是以知識為基礎的經濟，人類將步入一個以知識資源的占有、配置、生產、分配和消費為最重要因素的經濟時代。我國業(yè)已制定的《技術創(chuàng)新工程》、《211工程》，《知識創(chuàng)新工程》正處于試點階段。無疑，推動經濟增長最重要的知識是科學知識，其根源是科學。所謂科學，就是系統(tǒng)化的知識；反過來，知識則不一定是系統(tǒng)化的。知識包括人文知識與科學知識。一般所指的科學，是指自然科學。自然科學具有實證性。科學與知識的區(qū)別在于，科學是系統(tǒng)化的實證性的知識，而且如前所述現代科學已形成了自身的范式，這一范式也沒有因為后現代主義思潮發(fā)生突變。

2.4雖然，早在19世紀之前就發(fā)生過反現代運動，如始于19世紀初的浪漫主義者和盧德派的反現代運動。1755年盧梭在其專著《論人類不平等的起源和基礎》一書中對科學和藝術，進而對整個人類的文明進步，都持否定態(tài)度。本世紀法蘭克福學派也對科學技術進行過批判。他們把科學技術看作新的意識形態(tài)，認為科學技術具有壓抑人、統(tǒng)治人的功能。馬爾庫塞主張要徹底否定科學技術成果。但是，當前后現代主義的反現代情緒比以往任何時候都要普遍和強烈。如果說后現代主義可以概括為格里芬所言：“它指的是一種廣泛的情緒而不是任何共同的教條——即一種認為人類可以而且必須超越現代的情緒”。“后現代世界是一種新的科學、一種新的精神和一種新的社會”。〔8〕那么，具有嚴格規(guī)范要求的“科學”如何可能與后現代主義“情緒”相調適呢？

2.4.1在格里芬等人看來，后現代科學應當有什么特征呢？他們反對科學必然和一種“祛魅”的世界觀相聯盟，其中沒有宗教意義和道德價值，即頑固的自然主義。主張靈活的自然主義，即認為“自由、價值的客觀實在性，神在世界中作用（通過它的作用，價值才得以在我們生活中產生影響）、生態(tài)倫理以及對泛心理學，如超感觀視覺、心靈感應以及中國氣功師的外氣發(fā)放等問題的研究，甚至死后生命問題等等，都占有一席之地”。〔9〕一言以蔽之，后現代科學的特征大致可概括為：整體論和有機論。

2.4.2在格里芬看來，后現代科學背離了與現代科學密切相關的機械論和還原論的世界觀，根源于科學本身實質性的進展。的確，玻姆發(fā)展了一種隱變量的量子理論，提出了一個包含環(huán)境信息的量子勢概念，由此他認為：“世界不能真正分解成彼此分離的部分，而必須把它看成一個不可分的統(tǒng)一體，其分離部分的出現，只是作為一種僅僅在經典極限下才有效的近似”。“從量子尺度看，宇宙是一個不可分的整體，它不能真正看成是由彼此分離的獨立部分構成的。”〔10〕從物理上講，這是正確的。后來，他又提出了顯序和隱序概念，他認為，整體包含于每一部分之中，部分被展開成為整體。無疑，這已是物理哲學的概括了。在玻姆看來，“后現代物理學，廣而言之，后現代科學”，“不應將物質與意識割裂開來，因而也不應將事實、意義及價值割裂開來”。〔11〕這只能是更有哲學意味了。誠然，近代科學以機械論、還原論為特征，現代科學以整體論為特征。且不說，在西文意義上，近代科學與現代科學是同一概念，僅以科學史來看，是先有科學實驗、科學發(fā)現、科學理論，后有科學世界觀。換言之，還原論、整體論都是從近現代科學中抽象出來的，它只能看作科學理論的次級意義或社會意義。事實上，還原論、整體論也只能算作科學的外在規(guī)范，是非本質的，并不能構成對科學內在規(guī)范（核心）的重大沖擊。而且整體論也不是拋棄還原論的整體論，而是建立在還原論基礎上的整體論。當代科學發(fā)展的客觀事實是，實踐中的科學家在某種意義上都是還原論者，進行還原嘗試的方法仍然極富成果。〔12〕

2.4.3后現代的有機論認為，所有原初的個體都是有機體，都具有哪怕是些許的目的因。原初的有機體可以被組織成兩種形式：（1）一個是復合的個體，它產生于一個無所不包的主體，（2）一個是非個體化的客體，它不存在統(tǒng)一的主體性。動物屬第一類。石頭屬第二類。后現代的有機論認為，不存在什么本體論的二元論，但存在著一種組織的二元論。〔13〕我們認為這一觀點是站不住腳的。按后現代的有機論看來，宇宙的原初總應當看作一個有機體吧！總應包含些許的目的因吧！但是，描述宇宙原初的物質狀態(tài)，是用宇宙波函數表達的。宇宙波函數僅有引力場和物質場。當代著名的理論物理學家、宇宙學家霍金（S·W·Hawking）發(fā)展的“無邊界”量子宇宙學已粗略地給出了宇宙的創(chuàng)生與演化過程。實質上，它否定了任何目的論、否定了上帝或神秘力量的存在。正如卡爾·薩根在為霍金的名著《時間史之謎》一書中所做的“導言”中指出：“這還是一本關于上帝……或許關于上帝不存在的書”。“正如霍金明確指出的，他試圖理解上帝的思想。這使他的努力所得的結論越加出人意料之外，至少到目前為止是如此：一個沒有空間邊緣、沒有時間起點或終點，以及沒有上帝可做事情的宇宙”。〔14〕

2.4.4克里普納（S·Krippner）在《靈學與后現代科學》一文中說：“不僅量子論指出無法區(qū)分一個‘觀察者’和一個‘被觀察者’，而且它還可以通過將意識完全并入科學研究的主流中來而得到解釋”。雖然在量子力學的觀察者與被觀察者關系上有許多爭論，但是，觀察者也沒有將自己的意識并入量子過程中。事實上，觀察者是宏觀物體，量子過程是微觀過程，兩者之間有本質區(qū)別。量子現象是微觀客體與宏觀外界共同作用的結果。物理學家玻姆曾明確指出：“我不認為精神對原子有重要的效應，至少人類精神對原子沒有影響”。〔15〕與玻姆長期合作的海利（B·Hiley）教授認為：“我不明白為何在現階段需要把精神引入到物理學中來”。現在用量子勢來表達，就不會陷入量子理論的多宇宙解釋所造成的精神介入困境。〔16〕

2.4.5格里芬認為，自然的祛魅的一個深刻而主要的特征是否認“遠距離作用”。韋伯在形容祛魅一詞時，含有“驅除魅力”的含義。機械論的中心內容就是否定自然事物有任何吸引其它事物的隱匿（神秘）的力量。〔17〕事實上，從已有的關于EPR實驗的結果來看，絕大多數支持量子力學是完備的，這也意味著量子力學中波函數之間的聯系是瞬時的，也即是遠距離作用；玻姆倡導的非定域的量子勢概念也是遠距離作用的。可見，從物理上講，微觀客體可以存在“遠距作用”，盡管現代物理學（如粒子物理學）仍然建立在近距作用基礎上。科學的一個基本原則是用自然說明自然，否認任何神秘作用。由EPR實驗所表征的“遠距作用”與靈學中的超心理現象、心靈致動、“中國大氣功師”所宣稱的“他心通”、“遙視”等“特異功能”的“遠距作用”具有本質區(qū)別。科學堅持重復檢驗原則，一個科學事實是可以在相同的實驗條件和實驗程式下重復出現，至少存在相當高的概率。一個事實不能得到較高概率或重復出現就不能被證認為科學事實。〔18〕靈學中宣稱的心靈感應、氣功中的“特異功能”幾乎沒有在科學的嚴格規(guī)范下重復出現，“大師”們也沒有顯出比常人有更大的本領。然而靈學家、大氣功師們卻把結果的不可重復歸因于：心不誠則不靈，有人干擾氣場，沒有進入氣功狀態(tài)等，無疑這是遁詞。可見，科學不是簡單肯定或否定遠距作用，科學必須建立在具有可重復性檢驗的科學事實上。不可重復的事實，其真?zhèn)涡詿o法判定，由此彰顯了科學與靈學的區(qū)別。

2.5如果說后現代科學是可能的，那么后現代科學的范式是什么呢？格里芬在《論心與分子：心身相關宇宙中的后現代醫(yī)學》一文中有所表達。在他看來，二元論和唯物論是17世紀以來統(tǒng)治現代社會的兩種范式，可具體歸納為：客觀論、現象論、移動論、機械決定論、還原論和感覺論，這樣一來，世界的基本構成要素是“空洞的實在”，全然不存在內在的實在、感知或經驗、主觀性、目的以及一切的內在的生成。但是，這種論點是可疑的。由此，格里芬提出了后現代范式的依據——泛經驗論，用以表述后現代科學的基本性格和方向。

2.5.1格里芬的泛經驗論建立在懷特海和哈茨霍恩哲學的基礎之上，是一種后現代的有機選擇論。泛經驗論的具體要點可概括為：（1）每一實際存在都是一個實際活動，亦被稱為一個經驗活動。（2）自為的經驗是一個作為主體的事件。事件作為主體，它被涉入一個簡短的生成過程中。作為主體的經驗活動將感受（肉體性）與自決（精神性）結合在一起。（3）一個客體就是一個原本實質上的主體事件，主體與客體的不同僅表現在時間上。（4）“心”與“分子”是一系列先主體后客體的事件。它們之間的差異只是程度上的差異，而不是是否具有經驗這種絕對的差異。（5）每一種永恒的事物都是一個由一系列迅速發(fā)生的事件所組成的時間上的“群集”。事件是最基本的個體。一個事件的“運動”不是移動，而是內部生成。（6）內部生成是第一性的，移動是派生的。（7）每一新的經驗都是產生于許多經驗之上的集合體。合眾為一是經驗的終極實質。實際上，它就是宇宙的終極原因。（8）實在是完完全全群集的，不存在只保持其本來面目的永恒的實在，存在的僅是事件和事件的群集。（9）每一層次的個體都是有機體的一個層次。心理學和生物學研究較高層次的有機體。人類是具有等級結構的有機體：是有機體的有機體的有機體。〔19〕據此，格里芬斷言，心會受到身體內一切活動的影響，同時，身體內的一切活動也會受到心的影響——這是與現代范式截然不同的看法。

2.5.2不難看出，泛經驗論是有一定啟發(fā)意義的，是一種后現代性質的本體論。正如格里芬自己承認：“當然，泛經驗論是有一種未被證實的假設”。但是他又認為：“低級存在不具有任何形式的經驗的觀點亦未被證實。驗證每一假設的途徑只能是考察這一假設所導致的結論”。〔20〕中國幾千年的氣功實踐，無疑證明了心和身是相關的，但是，要把人類具有的經驗內涵泛化到分子也具有經驗，顯然是外延太大了。不僅在邏輯上是不成立的，而且在科學實踐中也沒有被證實。我們知道，一個科學理論除了滿足邏輯一致、經驗實證性和解釋性之外，還有一個重要的標志：科學理論必須能夠預見新的不同類的科學事實，而且愈多愈好。比如，愛因斯坦的廣義相對論，首先預言了光線彎曲，這與“光線為直線”的日常經驗不一致，是一類新的經驗。后來，廣義相對論還預見了雷達回波延遲、黑洞等新的物理現象。那么，泛經驗論的推論又預見了什么新的事實呢？用泛經驗論可以解釋醫(yī)學中業(yè)已存在的心身相關問題，并沒有什么特別之處，它能否在物理、化學等無生命物質世界邏輯地預見一個新的事實呢？顯然，目前沒有這樣的事例。我相信，今后也不會出現。因此，泛經驗論也只能是一種哲學思辨式的無根的假設，而不是一個具有可檢驗性的科學假設。可見，企圖建立于泛經驗論這一基礎之上的后現代科學，無異于空中樓閣。不僅結不了果，甚至連花也開放不了。

2.6后現代科學空疏的根本原因在于，現代科學范式沒有突變，現代科學沒有發(fā)生危機。

2.6.1牛頓的第一次科學革命確立了機械論自然觀思想，第二次科學革命確立了世界是聯系的發(fā)展的辯證的自然觀，第三次科學革命否定了機械論自然觀、否定了自然的不變性和預成性，否定了決定論和確定性，代之以世界的生成性和不確定性，凸顯了不確定性的重要地位。雖然從第一次、第二次到第三次科學革命，自然觀上有較大的變化，也就是說，現代科學的某些外在規(guī)范發(fā)生了變化，但是，科學的內在規(guī)范——現代科學范式的核心部分（如建構科學理論的規(guī)范或原則等）——卻沒有受到沖擊，經受住了科學發(fā)展的檢驗。

2.6.2就現代科學自身而言，特別是帶頭科學——物理學與生物學，它們不僅沒有危機發(fā)生，反而生機一片，有力地促進了信息社會、知識經濟時代的來臨。按照庫恩的科學發(fā)展模式：常規(guī)科學危機科學革命新的常規(guī)科學……。只有現代科學發(fā)生危機，科學革命才能發(fā)生。如果說現代科學有危機發(fā)生，至多只能說有危機的征兆（主要是指外在規(guī)范問題），而沒有沖擊現代科學范式的內在規(guī)范。既然現代科學范式沒有本質的危機，那么科學革命就不可能發(fā)生，亦即不可能發(fā)生從舊范式向新范式的過渡。

2.6.3僅僅依持科學規(guī)范發(fā)生的某些變化，僅僅停留在“祛魅”、“返魅”、“物質有痛苦”、“磁石有靈魂”等詞語的編排上，顯然是不可能符咒般地呼喚出后現代科學。既然如此，又為何極力呼喊后現代科學呢？難道我們還不能洞見到文化中滲透了商品的邏輯嗎？

2.7我們認為，在后現代主義思潮中，后現代科學更多的是一種哲學觀念。例如，玻姆在《后現代科學和后現代世界》一文中，提出了后現代物理學。他說，相對論與量子力學的共同點是同意宇宙是一個完整的整體，量子論的數學定律可以被理解為對整體運動的描述，在這一整體運動中，部分被展開為整體。后現代物理學應從整體出發(fā)。〔21〕可見，玻姆的后現代物理學也只是一個思路，沒有具體的操作意義，對量子力學的重新理解也不過是變換了一個視角。法國哲學家利奧塔（J·F·Lyotard）在《后現代狀態(tài)——關于知識的報告》一書中也談到后現代科學，他說：“后現代科學本身發(fā)展為如下的理論化表述：不連續(xù)性、突變性、非矯正性以及佯謬。后現代科學對以下事物關切備至：不可決定的、精確控制的極限、以不完全信息表征的沖突、破碎的、突變和語用學悖論等”。〔22〕這些特征是與量子力學、突變論、混沌學、耗散結構論等有明顯的聯系，但是，這些學科卻都是屬于現代科學，而不是后現代科學。因此，我寧愿把現在所謂的“后現代科學”稱之為“后現代知識”，即在現代科學范式下可以合理存在著后現代知識，后現代知識以不確定性為標志。其原因在于：科學是一種嚴格的體系，有一定的穩(wěn)定性和確定性，而知識則不一定，可以沒有體系要求。目前所稱的“后現代科學”更沒有什么體系可言，只是一種哲學式的假設罷了。從科學的角度看，后現代知識可以從1927年量子力學不確定性原理的提出作為肇始的標志。到50年達資本主義國家向后工業(yè)社會過渡之時，后現代知識才成為浩浩江河，特別是90年代知識經濟的出現，后現代知識已勢不可擋。〔23〕

3結語

盡管后現代科學難以成立，但是，后現代科學力圖克服現代科學種種弊端，以達澄明之境；后現代科學對人類發(fā)展所表現出的深切關懷和焦慮，因此，它是有意義的。然而，有意義的東西不一定要冠之以“科學”稱謂，不如稱之為“后現代知識”。要使后現代科學真正成為可能，不僅需要哲學家、宗教學家等人文學者的努力，而且更重要的是，現代科學自身已發(fā)生了危機、發(fā)生了范式嬗變；不僅要有概念變革的先行，而且要有實踐運作的科學具體操作層面的突變，要有科學方法的變革。目前看來，后現代科學所具有的意義，或許從觀念逐漸浸潤的視角加以評價更為恰當些，而操作意義上的工作還遠沒有展開。而這種展開目前看不見明顯的征兆。

在我看來，在現代科學范式下，人類仍有現實的可行策略，即通過“立法”——制度創(chuàng)新——來化解現代科學帶來的弊端，減少現代科學帶來的不確定性。在科學如此發(fā)達的今天，人類可以通過各國政府及政府間的合作達成某些共識，利用人類文化（包括宗教、倫理等）的精粹，構建若干科學規(guī)范——“科學法”——規(guī)導現代科學，使科學更好地為人類社會的可持續(xù)發(fā)展服務。〔24〕從某種意義上講，這或許是一種現代科學范式下的“后現代知識”狀態(tài)。也正是中國當前所需要的有益的“后現代”策略。

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〔11〕格里芬編，《后現代科學》，中央編譯出版社，1995，2，中譯本序言，中譯本序言，76，28，3，199，193，85。

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〔14〕斯蒂芬·霍金著：《時間史之謎》，上海人民出版社，1991，導言。

〔15〕〔16〕英戴維斯，布朗合編，《原子中的幽靈》，湖南科技出版社，1992，106，129。

〔18〕吳國林：以概率確證審視氣功“特異功能”之真?zhèn)危稓夤εc科學》，1998，（1），14。

〔22〕J·F·Lyotard,ThePostmodernCondition:AReportonKnowledge,theUniversityofMinnesota,1984,pp.60。