導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)存在的問題，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

本書的主要目的，就是要證明這樣的替代物是存在的，它與50年前人們討論的所謂唯象隨機(jī)量子力學(xué)以及隨機(jī)零點(diǎn)場(chǎng)理論密切相關(guān)。這是一種漲落場(chǎng)，屬于經(jīng)典Maxwell方程的解，但是在零溫下有非零平均能。作者們認(rèn)為量子化源于經(jīng)典物理與這種零點(diǎn)場(chǎng)漲落緊密聯(lián)系的深刻隨機(jī)過程，而量子力學(xué)的基本理論建筑在第一原理的基礎(chǔ)上，這個(gè)原理揭示從更深層次的隨機(jī)過程引發(fā)的涌現(xiàn)（Emergency，或譯突現(xiàn)）現(xiàn)象的量子化。

作者們?cè)诒緯尸F(xiàn)的理論觀點(diǎn)是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的努力尋找而獲得的答案。長(zhǎng)期以來，科研人員試圖尋找答案的以下問題：哪些概念對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展起重要作用；是什么為這些概念提供了物理基礎(chǔ)；量子力學(xué)背后的物理學(xué)的最新發(fā)現(xiàn)中，有哪些對(duì)這些問題的回答形成了綜合的和自洽的新的理論框架。

作者認(rèn)為任何物質(zhì)系統(tǒng)都是一個(gè)開放系統(tǒng)，它們永久地接觸隨機(jī)零點(diǎn)輻射場(chǎng)，并與其達(dá)到平衡狀態(tài)。從這個(gè)基礎(chǔ)出發(fā)，導(dǎo)出量子力學(xué)形式體系的核心以及非相對(duì)論QED的相對(duì)論修正，同時(shí)揭示了基本的物理機(jī)制。本書打開了通向進(jìn)一步探索并揭示物理的新大門。讀者會(huì)看到，這一任務(wù)遠(yuǎn)沒有結(jié)束，仍存在很多問題沒有考察到，期待進(jìn)一步研究。

本書闡明了量子理論一些核心特點(diǎn)的根源，諸如原子的穩(wěn)定性，電子自旋，量子漲落、量子非定域性和糾纏。這里發(fā)展的理論重新確認(rèn)了諸如實(shí)在性、因果性、局域性和客觀性等基本的科學(xué)原理

全書內(nèi)容共分10章：1.量子力學(xué)：某些問題；2.唯象隨機(jī)方法：通向量子力學(xué)的簡(jiǎn)捷途徑；3.普朗克分布，漲落零點(diǎn)場(chǎng)的一個(gè)必然推論；4.通向薛定諤方程的漫長(zhǎng)旅途；5.通向海森伯量子力學(xué)之路；6.超越薛定諤方程；7.解開量子糾纏； 8.量子力學(xué)的因果性、非定域性和糾纏； 10.零點(diǎn)場(chǎng)波（和）物質(zhì)。

本書適合熟悉量子力學(xué)的最基本概念和結(jié)果的讀者閱讀。其內(nèi)容適用于從事理論物理、數(shù)學(xué)物理、實(shí)驗(yàn)物理、量子化學(xué)和物理哲學(xué)的研究人員、研究生和教師參考。

丁亦兵，教授

（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)）

Ding Yibing，Professor

（The University，CAS）Ignatios Antoniadis et al

Supersymmetry After the

Higgs Discovery

2014

http：///book/

10.1007/978-3-662-44172-5

篇2

關(guān)鍵詞: 《量子力學(xué)》 物理圖像 創(chuàng)新思維 培養(yǎng)

《量子力學(xué)》是物理學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,其教學(xué)質(zhì)量的高低不僅影響到其他后續(xù)課程的學(xué)習(xí),而且直接影響到物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。衡量物理教學(xué)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該有三個(gè)維度,一是知識(shí)與技能維度,二是物理思想和方法論維度,三是物理品格維度。過去的教學(xué),我們往往過多地重視第一維度,而忽視第二、第三個(gè)維度。在量子力學(xué)教學(xué)中,我們結(jié)合量子力學(xué)及其發(fā)展歷史所涵含的豐富的物理思想與方法,開展了學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐研究。

一、創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求

考慮到培養(yǎng)21世紀(jì)需要的應(yīng)用型人才目標(biāo)的要求,而且結(jié)合新建本科院校的課程設(shè)置的特點(diǎn),《量子力學(xué)》課程的教學(xué)方法和教學(xué)體系建設(shè)應(yīng)從以下兩方面著手:一方面,著重量子力學(xué)概念、規(guī)律和物理思想的展現(xiàn),使學(xué)生在知識(shí)層面上夠用并且能用,并注意科學(xué)人文精神的闡發(fā),為進(jìn)行物理素質(zhì)教育與物理教學(xué)研究提供量子力學(xué)方面的科學(xué)素養(yǎng),如勇于創(chuàng)新、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)取Ａ硪环矫?培養(yǎng)學(xué)生建立正確的量子力學(xué)概念和物理圖像,掌握基本規(guī)律,廣泛了解量子力學(xué)在推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步方面的作用,開拓思路,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理規(guī)律解決應(yīng)用技術(shù)問題的能力。

二、《量子力學(xué)》教學(xué)中創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo),我們一直致力于探索一套合適的物理學(xué)專業(yè)量子力學(xué)課程教學(xué)的共享數(shù)字化教學(xué)體系,創(chuàng)建完整的教學(xué)資源,力求使學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程的同時(shí)受到實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。相應(yīng)措施主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

(一)創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)情景,以實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐為基礎(chǔ)深化量子力學(xué)的原理。

由于量子力學(xué)主要研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,理論太抽象,許多量子現(xiàn)象和日常的生活經(jīng)驗(yàn)不符合甚至相違背,因此在教學(xué)中教師必須強(qiáng)調(diào)量子力學(xué)首先是一門試驗(yàn)性的科學(xué),應(yīng)從實(shí)驗(yàn)事實(shí)去推理分析,不直接與主觀經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系,并時(shí)時(shí)將新的概念和結(jié)論與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)果作比較,使學(xué)生能正確理解量子力學(xué)的基本概念,從而學(xué)會(huì)處理具體問題的方法,掌握量子力學(xué)的精髓。在講述量子力學(xué)基本內(nèi)容的時(shí)候,尋找合適的接口與量子力學(xué)原理在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用相聯(lián)系。通過這兩方面的著重討論,學(xué)生能感受到量子力學(xué)的抽象原理是實(shí)實(shí)在在的、來源于實(shí)踐又回到實(shí)踐中得到檢驗(yàn)的、正確的理論。

量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)從可操作的層面上可大致分為三類,一類是僅存在于人們想象中或目前還不能實(shí)現(xiàn)的理想實(shí)驗(yàn),一類是在高水平的實(shí)驗(yàn)室中可以實(shí)現(xiàn)的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn),一類是我們讓學(xué)生自己動(dòng)手做的有關(guān)教學(xué)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。但無論何種實(shí)驗(yàn),我們都可以利用多媒體技術(shù)在課堂上將其生動(dòng)形象的展現(xiàn)出來,讓學(xué)生不僅深刻認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)在量子力學(xué)發(fā)展中的重要作用,而且培養(yǎng)用實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題和驗(yàn)證假說的能力。例如在講解物質(zhì)粒子的波粒二象性時(shí),我們用多媒體課件演示單電子衍射實(shí)驗(yàn)。單電子發(fā)射時(shí),在熒屏上出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn),說明電子的粒子性;再發(fā)射大量電子,屏幕上出衍射條紋,說明了電子的波動(dòng)性。這樣,難以講解清楚的知識(shí)變得生動(dòng)活潑,使學(xué)生能更快地理解所學(xué)的知識(shí),且加深了學(xué)生的認(rèn)知印象,大大提高了學(xué)習(xí)效率。

(二)充分利用現(xiàn)代媒體的作用,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造興趣。

以電腦和互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)已演變?yōu)槔^傳統(tǒng)媒體后的“現(xiàn)代媒體”?，F(xiàn)代媒體將為教學(xué)過程提供新的教學(xué)手段,并為培養(yǎng)創(chuàng)新人才奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù),學(xué)生可以突破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制,不但可以享受本校教學(xué)資源,而且可以享受到全國(guó)高水平的教學(xué)資源,從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享,也為各學(xué)校的師生討論交流提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。

對(duì)于《量子力學(xué)》這樣一門抽象的理論課,多媒體技術(shù)將圖、文、聲、像等各種教學(xué)信息有機(jī)的組合在一起,直觀、形象、生動(dòng),即使對(duì)那些比較抽象,難以理解的理論和日常看不到或拍攝不到的情景,也可以通過三維動(dòng)畫虛擬實(shí)現(xiàn)。多媒體豐富的表現(xiàn)力不僅能打破人類視覺上的樊籬,使得學(xué)生從科學(xué)與藝術(shù)相融的視覺信息中感知抽象、復(fù)雜的理論,而且能引發(fā)學(xué)生無限的遐想,極大地激發(fā)了他們的想象力。學(xué)生的思維高度活躍從而激發(fā)創(chuàng)新火花。

(三)密切結(jié)合當(dāng)前的科技前沿和高新技術(shù),將量子力學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

量子力學(xué)在各學(xué)科中已經(jīng)有很多成功的應(yīng)用并催生了許多交叉學(xué)科及現(xiàn)代高新技術(shù)的產(chǎn)生。在教學(xué)中,教師應(yīng)盡可能進(jìn)行知識(shí)的滲透和遷移,及時(shí)將當(dāng)前與量子力學(xué)相關(guān)的科技前沿和高新技術(shù)引入到教學(xué)中,一些知識(shí)可以作為簡(jiǎn)單的介紹,也可以就某個(gè)方面詳細(xì)分析,闡明其量子力學(xué)原理。例如量子力學(xué)與非線性科學(xué)的關(guān)系,量子理論在耗散系統(tǒng)、納米技術(shù)、分子生物學(xué)中的應(yīng)用,量子力學(xué)與正在研究的量子計(jì)算機(jī)、量子保密通信的關(guān)系,等等。在教學(xué)中教師適當(dāng)?shù)卮┎暹@些知識(shí),既不會(huì)花費(fèi)太多的時(shí)間,又能使教學(xué)更生動(dòng)、易于理解,而且可使學(xué)生開拓視野,活躍思維,激發(fā)興趣。這樣學(xué)生不僅可以學(xué)到運(yùn)用基礎(chǔ)理論指導(dǎo)科學(xué)研究的方法,而且可以克服原有的“量子力學(xué)就是一種純理論的學(xué)科”的片面認(rèn)識(shí)。如我們?cè)谥v解一維無限深勢(shì)阱時(shí),將其與半導(dǎo)體量子阱和超晶格這一現(xiàn)代科學(xué)的前沿相聯(lián)系;在講解隧道效應(yīng)時(shí),將其與掃描隧道顯微鏡相聯(lián)系,進(jìn)而可以介紹掃描探針操縱單個(gè)原子的實(shí)驗(yàn)。我們通過這種方式使學(xué)生對(duì)這一部分的知識(shí)有了直觀的認(rèn)識(shí),從而不再感到量子力學(xué)的學(xué)習(xí)枯燥無味。

參考文獻(xiàn):

[1]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].物理,2000,(7).

[2]錢伯初.我的教學(xué)生涯[C].2003.

[3]謝希德.創(chuàng)造學(xué)習(xí)的新思路[N].人民日?qǐng)?bào),1998-12-25,(10).

篇3

量子力學(xué)解釋遇到的困難，通常包括：數(shù)學(xué)形式的抽象、明顯的非決定論；測(cè)量的不可逆性；測(cè)量中觀察者的作用；制備與測(cè)量的區(qū)分；在相隔遙遠(yuǎn)的客體之間的關(guān)聯(lián)；波粒二象性的疑團(tuán)等等。將近一個(gè)世紀(jì)以來，已經(jīng)發(fā)展出幾十種解釋，各有優(yōu)劣，爭(zhēng)論異常激烈。其中長(zhǎng)期以來占據(jù)統(tǒng)治地位的是由波爾和海森堡于1927年提出并逐漸發(fā)展起來的所謂哥本哈根解釋，幾乎成為了標(biāo)準(zhǔn)解釋。這種解釋的最大問題在于它的“反實(shí)在性”，因而受到許多質(zhì)疑和反對(duì)。本書所建議的“交易解釋”（TI）正是針對(duì)這一要害建立的。它是1986年由J.G.Cramer 受到WheelerFeynman的光吸收理論啟發(fā)而首創(chuàng)的。其基本觀點(diǎn)認(rèn)為一個(gè)量子事件是由于超前波與推遲波的一種“牽手”，完成一種“交易”形成的。它明顯是一種非定域的解釋，與最近關(guān)于檢驗(yàn)Bell不等式的實(shí)驗(yàn)自洽，同時(shí)又能夠滿足相對(duì)論的協(xié)變性和因果規(guī)律。本書作者接受并推廣了這種解釋，在書中詳細(xì)地把這種解釋與哥本哈根解釋進(jìn)行了比較，特別強(qiáng)調(diào)了對(duì)于所謂的一些佯謬的不同處理。這種解釋最大的優(yōu)勢(shì)在于可以把量子力學(xué)波函數(shù)解釋為在空間真實(shí)傳播的物理的波，而不是像哥本哈根解釋中認(rèn)為的只是人們知識(shí)的數(shù)學(xué)表示。它對(duì)于波函數(shù)的復(fù)數(shù)特性以及所謂的“扁縮”給出了清楚的理解。同時(shí)對(duì)于量子力學(xué)解釋與量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的關(guān)系進(jìn)行了深入的討論。作者認(rèn)為這種解釋會(huì)給量子力學(xué)解釋長(zhǎng)期存在的許多難題的解決提供希望。

全書內(nèi)容分成9章：1.導(dǎo)言：量子特性；2.示意圖對(duì)版圖；3.原始的TI：基礎(chǔ)；4.新的TI：可能主義者交易解釋（PTI）；5.挑戰(zhàn)、答復(fù)和應(yīng)用；6.PTI和相對(duì)論；7.PTI中可能性的形而上學(xué)；8.PTI 和“時(shí)空”；9.后記：超越視覺。

本書是一部關(guān)于量子力學(xué)解釋問題的學(xué)術(shù)專著，代表了當(dāng)前有一定影響的一派主張，當(dāng)然也有不少對(duì)于該觀點(diǎn)的質(zhì)疑，因此，尚不能認(rèn)為是一種完整的成熟觀點(diǎn)。讀懂該書需要有較高深的量子力學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)和對(duì)于各種量子力學(xué)解釋的深入了解。對(duì)于物理學(xué)和自然科學(xué)的哲學(xué)問題感興趣的研究人員和研究生，這是一部值得一讀的參考書。

篇4

近年來，許多人著書立說，認(rèn)為當(dāng)代物理學(xué)與東方哲學(xué)(包括中國(guó)與印度)之間存在著某種相似性。在本文中，作者將著重討論它與中國(guó)哲學(xué)，特別是易哲學(xué)的共同點(diǎn)。易哲學(xué)主要源出于《易傳》，該書是約在公元前3世紀(jì)編成的，傳統(tǒng)的看法是由儒家編纂的，但從它的內(nèi)容來看應(yīng)該推測(cè)是由道家編纂的。

簡(jiǎn)單地把量子力學(xué)與易哲學(xué)做直接的類比，只能給出它們之間相同性的膚淺描述。為了把這種無定形的直覺變成為一種有價(jià)值的、具有透徹性的思想，必須要在本體論的層面上對(duì)二者進(jìn)行深入的分析比較。本文作者試圖在這一工作的基礎(chǔ)上，融合量子力學(xué)與易哲學(xué)這兩方面的思想成果，建立起一個(gè)嶄新的哲學(xué)觀，這一哲學(xué)觀將會(huì)較好地對(duì)量子力學(xué)做出哲學(xué)上的詮釋，同時(shí)也包含對(duì)易經(jīng)哲學(xué)中的主要哲學(xué)思想進(jìn)行科學(xué)化與形式化的轉(zhuǎn)變。

2 量子力學(xué)的本體論表述

2.1 玻爾的哲學(xué)觀

從經(jīng)典物理學(xué)到量子力學(xué)，這一過渡對(duì)物理學(xué)觀念產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響?，F(xiàn)在人們已清楚地認(rèn)識(shí)到，經(jīng)典物理學(xué)的原理僅適用于有限的范圍，而且只是一種近似。經(jīng)典力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)哲學(xué)詮釋混淆了物理的現(xiàn)象與本體論的概念，并且與量子力學(xué)是不相容的。

尼爾斯·玻爾是在量子論出現(xiàn)時(shí)期的一位偏好哲學(xué)的著名物理學(xué)家。他對(duì)量子理論引起的哲學(xué)問題進(jìn)行過深刻思考。玻爾關(guān)于量子力學(xué)的哲學(xué)觀既深刻又有局限性，這源于他的方法學(xué)。他的方法學(xué)的中心部分是關(guān)于物理學(xué)概念體系的分析。他尖銳地指出，西方本體論的概念是對(duì)經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的概念體系的不適當(dāng)?shù)耐馔?。玻爾的哲學(xué)觀的局限在于，他的方法學(xué)過份強(qiáng)調(diào)了物理學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)而忽視了他分析中暴露出的量子力學(xué)含有的思想體系的內(nèi)涵。

在他著名的科莫演講中，玻爾陳述了量子論的基礎(chǔ)：或許可以用所謂“量子假設(shè)”來表述，即一個(gè)基本的不連續(xù)性或更確切地說是分立性，存在于任何原子過程中。這對(duì)經(jīng)典理論來說是完全陌生的，這一分界以普朗克的量子運(yùn)動(dòng)為標(biāo)志。據(jù)此，他做出以下結(jié)論：量子假設(shè)表明，有關(guān)原子現(xiàn)象的任何觀察，都不可避免地包含觀察者與觀察媒介的相互作用。

2．2 相互作用原理

當(dāng)然，玻爾自己很小心地避開了本體論的話題，也拒絕提出任何本體的假設(shè)，因?yàn)檫@樣的假設(shè)違背了他的方法論的原則。雖然如此，因?yàn)樯厦嬲f過量子力學(xué)包涵著新的思想材料，我們可以看見他的立場(chǎng)很含蓄地贊成了本體實(shí)體的存在。這是因?yàn)樗牧?chǎng)既要把觀察描述成一種相互作用又要把在不同實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)同一被觀察物得出的現(xiàn)象的描述，作為對(duì)這一被觀察物的互補(bǔ)性的信息。

需要一種新的本體論的原則，來描述本體與現(xiàn)象之間的關(guān)系。這個(gè)原則可取之于兩個(gè)來源，一個(gè)是玻爾對(duì)觀察與相互作用的觀念；另一個(gè)是假設(shè)現(xiàn)象是本體與觀測(cè)儀器相互作用的結(jié)果。這導(dǎo)致了相互作用原理：

現(xiàn)象是由于本體與觀測(cè)媒介相互作用的結(jié)果。

相互作用原理將全面的現(xiàn)實(shí)分為兩個(gè)領(lǐng)域：一個(gè)領(lǐng)域是本體現(xiàn)實(shí)，它與實(shí)驗(yàn)媒介相互作用，這一現(xiàn)實(shí)是獨(dú)立存在于相互作用之外的；另一領(lǐng)域是指相互作用的結(jié)果，這是被稱為現(xiàn)象的現(xiàn)實(shí)，相互作用使得這一現(xiàn)實(shí)可以被實(shí)驗(yàn)所感覺到。從這一理解出發(fā)，本體論的中心問題是探索這一本體現(xiàn)實(shí)的性質(zhì)。

2．3 通向本體論的三個(gè)步驟

建立量子力學(xué)的本體論哲學(xué)體系可以分為三個(gè)步驟。第一個(gè)步驟是給出這一概念的形式化的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。薛定諤方程中的波函數(shù)概念是量子力學(xué)的中心形式化概念。玻恩的幾率詮釋符合了使波包與實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一起來的需求，但是創(chuàng)造一個(gè)本體論的獨(dú)立實(shí)在的概念需要完全不同的方法。由于薛定諤方程可以用來描述觀測(cè)之間的真實(shí)變化過程，而符合薛氏方程的波包的量子力學(xué)的干涉有物質(zhì)的結(jié)果，所以本文作者認(rèn)為，薛氏方程所描述的波包概念是一個(gè)比較合適的用以建立本體論概念的形式化概念。

第二步，我們必須考慮，假如有實(shí)體滿足該描述，為了真正的存在，它們還要滿足什么樣的其他條件。在目前情形下，我們必須考慮波包應(yīng)具有怎樣的本體性的性質(zhì)才能得以存在，這即是說一個(gè)單獨(dú)的波包不能做一個(gè)本體實(shí)體，我們必須考慮要加上怎樣更多的性質(zhì)去構(gòu)成一個(gè)完備的本體實(shí)體。這一考慮的結(jié)果將會(huì)給波包一個(gè)實(shí)在性的詮釋。具有波包的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的真實(shí)存在，將與我們通常所認(rèn)為的自然實(shí)體有著截然的不同。這一詮釋需要一個(gè)全新的概念體系的框架。因此，詮釋的問題，便是在波包的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個(gè)全新的范疇體系，來表達(dá)一個(gè)合適的本體實(shí)體概念。這一概念必須承認(rèn)，實(shí)體在孤立時(shí)是非局域性的，而當(dāng)與一個(gè)實(shí)驗(yàn)媒介發(fā)生系列相互作用后，便會(huì)成為局域的。根據(jù)這一要求，本文作者提出一個(gè)新的概念就是“雙波包”的概念。雙波包由正弦元波包與相調(diào)節(jié)子波包構(gòu)成。這些概念將在下一章節(jié)里加以闡明。

第三步，是要建立一個(gè)普遍的哲學(xué)體系，使我們能夠理解現(xiàn)實(shí)的一切，它將包含而又超出我們一開始所討論的所有科學(xué)問題。這將導(dǎo)致對(duì)精神一類性質(zhì)的問題的哲學(xué)探索，以及對(duì)雙波包體系的哲學(xué)上的思考。后一問題是本文的主要重點(diǎn)，并將在“3”討論，出于適當(dāng)?shù)膭?dòng)機(jī)，將在“2．5”對(duì)精神和意識(shí)問題做出一個(gè)粗略的描述。

2．4 雙波包

本體實(shí)體必須是某種真實(shí)波包，從而波包的形式體系可以用來描述它。構(gòu)成這一波包的波可以認(rèn)為是一組單色正弦元波。這樣的波包是量子力學(xué)的群包的本體論的詮釋。它所組成的各個(gè)單色正弦波不是真正的本體實(shí)體，但是為了構(gòu)成真實(shí)的波包，它們必須具有一種似實(shí)非實(shí)的存在性質(zhì)。它們沒有現(xiàn)象上的存在，是因?yàn)樗鼈冏约罕旧聿荒苡辛孔恿W(xué)的干涉從而產(chǎn)生局域化而被觀測(cè)到。可以說本體實(shí)體的原料不是正弦波而是正弦波之間的量子力學(xué)的干涉。

構(gòu)成這波包的波，必然有很復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)，這樣波與波之間的干涉才能建立并保持下來。進(jìn)一步，它們還必須具有一些特別的性質(zhì)來造成它們的粒子現(xiàn)象。如果粒子現(xiàn)象是由于波包里的波之間的干涉被重新調(diào)節(jié)而形成的一個(gè)極限小結(jié)構(gòu)，那么，這就可以用相關(guān)聯(lián)的重新調(diào)節(jié)來解釋群包的塌縮，就是粒子的出現(xiàn)。所以，在波包形成與塌縮時(shí)，便會(huì)通過相關(guān)聯(lián)來建立或調(diào)節(jié)構(gòu)成波之間的干涉。

在量子力學(xué)中，沒有任何力可以在波包中調(diào)節(jié)一個(gè)單獨(dú)的元波。所有的量子力學(xué)的力都表現(xiàn)于不可分割的基本粒子之間，不表現(xiàn)于一個(gè)基本粒子之內(nèi)。因此，本文作者認(rèn)為本體性的干涉實(shí)際上是通過一種比量子力學(xué)的力更復(fù)雜精巧的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。借鑒電磁相互作用與強(qiáng)相互作用中的光子與膠子概念，可以把這些干涉相應(yīng)地解釋為一種本體性的實(shí)體，即所謂的相調(diào)節(jié)子，因?yàn)樗{(diào)節(jié)正弦元波的相位。

為構(gòu)成一個(gè)波包，一大群的相調(diào)節(jié)子必須一齊配合起作用。所以，我們提出這大群調(diào)制子構(gòu)成一個(gè)調(diào)節(jié)波包。沒有相調(diào)節(jié)子來調(diào)節(jié)一群正弦元波，這群正弦元波就不能構(gòu)成一個(gè)波包。因此正弦波包的存在依靠著相調(diào)節(jié)子波包的作用。所以本文作者認(rèn)為，一個(gè)基本的本體實(shí)體，是由一對(duì)雙波包構(gòu)成的，它包含密切相關(guān)的正弦元波包與相調(diào)節(jié)子波包。雙波包概念是建立在形式化量子理論基礎(chǔ)上的本體論的中心概念。

2．5 精神與意識(shí)

相互作用原理和雙波包的本體論提供了一個(gè)基礎(chǔ)，可以用來建立一個(gè)關(guān)于意識(shí)的解釋性體系，而這一點(diǎn)用其他的量子論詮釋是無法達(dá)到的。首先，我們利用相互作用原理把意識(shí)經(jīng)驗(yàn)解釋為本體現(xiàn)實(shí)與經(jīng)驗(yàn)媒介、我們的感官相互作用的結(jié)果。這樣的相互作用的概念是由相調(diào)制波包的相互作用的概念擴(kuò)展而來的。其次，雙波包的本體論讓我們可以假定相互作用是相調(diào)節(jié)子波包，而非量子力學(xué)的群波包。因此，意識(shí)是本體實(shí)體的相調(diào)節(jié)子與人類的器官的相互作用結(jié)果。意識(shí)現(xiàn)象與它的相應(yīng)本體現(xiàn)實(shí)分子的關(guān)系，與物質(zhì)實(shí)體與它的相應(yīng)本體現(xiàn)實(shí)分子的關(guān)系類似。當(dāng)然，在進(jìn)入相互作用中的本體現(xiàn)實(shí)分子的性質(zhì)必須被詮釋為如下兩種不同的情形：進(jìn)入物理作用的是正弦元波包，它是量子力學(xué)的群波包，可用薛定諤方程描述；有意識(shí)現(xiàn)象做結(jié)果的是相調(diào)節(jié)子波包，它不能用量子力學(xué)來描述。但是只是通過量子力學(xué)概念體系就能夠發(fā)揮這個(gè)概念。在這兩個(gè)范圍內(nèi)相互作用必然有性質(zhì)上的不同。在物質(zhì)的方面相互作用是波包的塌縮。在意識(shí)的方面，可以類似地稱之為相調(diào)節(jié)子波包的塌縮?？墒怯捎谖覀儧]有一個(gè)關(guān)于相調(diào)節(jié)子波包的決定性概念，這樣說必然依舊相對(duì)地不明朗。無論怎樣，這種概念在區(qū)分相互作用的來源與結(jié)果上有著重要的用處，正像在量子力學(xué)中一樣。正如物質(zhì)實(shí)體是現(xiàn)象，意識(shí)也是現(xiàn)象。它是本體實(shí)體與人類的器官的相互作用的結(jié)果，就像量子力學(xué)的粒子是本體實(shí)體與觀察媒介的相互作用的結(jié)果一樣。

現(xiàn)在，我們有了一個(gè)關(guān)于精神哲學(xué)的全新的概念體系。我們可以稱其最高范疇為相調(diào)節(jié)子領(lǐng)域中的“心”或“靈”，它相應(yīng)于傳統(tǒng)上西方哲學(xué)對(duì)心與靈的理解。但我們必須注意，傳統(tǒng)的解釋有嚴(yán)重缺陷，因?yàn)槿藗儼殃P(guān)于心和靈的本體的因素與意識(shí)的現(xiàn)象的因素混淆在一塊了?，F(xiàn)象的因素必須從本體論概念中抽出來，歸到現(xiàn)象性的自我，即意識(shí)。心或靈概念中剩下的本體論的內(nèi)容應(yīng)該被詮釋為一個(gè)相調(diào)節(jié)子波包系統(tǒng)。進(jìn)一步地，相調(diào)節(jié)子除在解釋量子力學(xué)的現(xiàn)實(shí)詮釋上有重要作用外，它既給心以自然詮釋也使心的概念自然化，并將它擴(kuò)大到整個(gè)自然界。

總之，量子力學(xué)的雙波包本體論使本體實(shí)體與現(xiàn)象實(shí)體之間有了本質(zhì)上的區(qū)分?，F(xiàn)象實(shí)體是本體實(shí)體與經(jīng)驗(yàn)媒介相互作用的結(jié)果。本體實(shí)體與現(xiàn)象實(shí)體，都各有兩個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)象實(shí)體的兩個(gè)領(lǐng)域是意識(shí)和物質(zhì)實(shí)體。本體實(shí)體的兩個(gè)領(lǐng)域是物質(zhì)的正弦元波包和非物質(zhì)的相調(diào)節(jié)子波包。

3 中國(guó)的本體論與量子力學(xué)

3．1 雙波包的本體論與西方本體論概念

現(xiàn)在我們必須把我們的注意力轉(zhuǎn)向建立一個(gè)解釋現(xiàn)實(shí)的普遍的哲學(xué)概念體系。縱觀西方哲學(xué)概念，沒有類似雙波包理論的。西方哲學(xué)有二元論的傳統(tǒng)，其中以笛卡爾為最。但是二元論與這里提到的雙波包的二元性有根本上的不同。在二元論中，物質(zhì)與精神兩個(gè)領(lǐng)域是截然隔離的。這就是說，物質(zhì)與精神這兩個(gè)領(lǐng)域中的每一個(gè)別的實(shí)體，都有著獨(dú)立的本體的存在。但是在雙波包理論中，正弦元波包與相調(diào)節(jié)子波包只能互相關(guān)聯(lián)地存在以構(gòu)成獨(dú)立存在的真實(shí)波包。在這里要強(qiáng)調(diào)，由邏輯觀點(diǎn)來說正弦元波包與調(diào)節(jié)子波包是先于存在的，但它們本身不是這一本體論的真實(shí)存在，僅僅是構(gòu)成真實(shí)存在的某種前提性的東西。

3．2 雙波包本體論與陰陽(yáng)

笛卡爾的二元論深刻地影響了現(xiàn)代西方哲學(xué)和科學(xué)，但雙波包本體論與它在結(jié)構(gòu)上是完全不相同的。與雙波包類似的本體論卻主導(dǎo)了中國(guó)哲學(xué)近2000年，這就是易哲學(xué)。這種哲學(xué)根源于陰陽(yáng)的原理；陰陽(yáng)是《易經(jīng)》中有關(guān)變化過程的東西。在陰陽(yáng)及其變化的觀念基礎(chǔ)上形成了《易傳》的宇宙論體系，這是此后所有哲學(xué)的基礎(chǔ)，也是此后大多數(shù)儒家的本體論的基礎(chǔ)。

陰陽(yáng)的概念，來源于對(duì)自然現(xiàn)象中呈現(xiàn)的對(duì)立兩方面的觀察，并認(rèn)為這是自然界存在與運(yùn)行的基本動(dòng)力。例如，男人與女人的對(duì)立被認(rèn)為是產(chǎn)生生命與維系自然物種的力量。光與暗、熱與冷代表循環(huán)變化的動(dòng)力。當(dāng)《易經(jīng)》演變成為一個(gè)哲學(xué)體系時(shí)，陰與陽(yáng)便成為本體論上的二元性的宇宙的原則。

這就是雙波包與陰陽(yáng)之間的類同之處。純的陰與陽(yáng)可以被認(rèn)為是正弦元波與相調(diào)節(jié)子波。正弦元波與相調(diào)節(jié)子波單獨(dú)地并不構(gòu)成真實(shí)的存在，只有它們的混合交織才能構(gòu)成波包，波包又構(gòu)成雙波包，就是構(gòu)成真實(shí)實(shí)體。這十分近似于對(duì)陰陽(yáng)的本體論解釋的原理。陰和陽(yáng)并不單獨(dú)構(gòu)成真實(shí)世界。自然中沒有任何東西是純陰或純陽(yáng)的。所有存在之物都是陰與陽(yáng)相互交織的雜交體。本體現(xiàn)實(shí)是由兩個(gè)不同的似實(shí)非實(shí)的領(lǐng)域組成，這兩個(gè)領(lǐng)域的成分本身又不是真實(shí)的實(shí)體。這一命題是兩者比擬的核心；但這抽象命題在兩種不同的體系中卻有著兩種不同的具體內(nèi)容。

3．3 復(fù)雜性的兩個(gè)層次

在《易經(jīng)》體系里，八卦(經(jīng)卦)有三爻，六十四卦(別卦)有六爻，別卦由兩經(jīng)卦組成，這是另外一項(xiàng)類比的根據(jù)。在雙波包本體論與《易經(jīng)》哲學(xué)中，真實(shí)存在的基本成分都是由兩個(gè)部分組成：一個(gè)雙波包包含了正弦元波包和相調(diào)節(jié)子波包，而一個(gè)有六爻的別卦是由二個(gè)有三爻的經(jīng)卦組成的。這便產(chǎn)生了兩個(gè)層次上的現(xiàn)象的復(fù)雜性，在《易經(jīng)》中這一點(diǎn)被十分清楚地闡明了。把這一點(diǎn)應(yīng)用到雙波包情形上，對(duì)于一個(gè)深刻的哲學(xué)問題會(huì)產(chǎn)生十分有趣的觀點(diǎn)。

《易經(jīng)》把現(xiàn)實(shí)組成描述為兩個(gè)階段，其中基本的具體物象是由有三爻的經(jīng)卦結(jié)構(gòu)揭示出的，而事件以及關(guān)于變化運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是由有六爻的別卦的結(jié)構(gòu)揭示出的?！兑讉鳌は缔o傳(下)》說：“八卦成列，象在其中矣。因而重之，爻在其中矣。”

從雙波包實(shí)在論的觀點(diǎn)看，不同程度的復(fù)雜性的區(qū)分是十分有意義的。但是把這種區(qū)分看成是現(xiàn)象與變化之間的不同是錯(cuò)誤的。最好是區(qū)分兩個(gè)不同層次的復(fù)雜性的現(xiàn)象的領(lǐng)域，每一個(gè)層次又包含了相應(yīng)的變化規(guī)則。

在20世紀(jì)，好多西方哲學(xué)家試圖將意識(shí)現(xiàn)象歸并到物質(zhì)現(xiàn)象，兩個(gè)層次的復(fù)雜性對(duì)這個(gè)歸并方案導(dǎo)致了一個(gè)既新穎又深刻的觀點(diǎn)。這一方案對(duì)西方的唯物論哲學(xué)家們一直是一個(gè)難于應(yīng)付的問題?！艾F(xiàn)象”這個(gè)概念，在普通語言中，比在經(jīng)典物理學(xué)中，是豐富多了?，F(xiàn)象的本質(zhì)在物理上處理為位置與動(dòng)量這些東西，但是對(duì)某種層次的現(xiàn)象的徹底性的分析，并不適合去解釋有目的的行為與主觀經(jīng)驗(yàn)這類現(xiàn)象。

使復(fù)雜性的層次性原理適應(yīng)雙波包理論的概念體系便會(huì)產(chǎn)生以下的解釋。正弦元波包與物理中的物質(zhì)聯(lián)系在一起，相調(diào)節(jié)子波包與意識(shí)聯(lián)系在一起。物理學(xué)的原理僅僅是作用在整個(gè)現(xiàn)象范圍的一部分；而作用在這個(gè)有限的物理范圍的原理比之作用在整個(gè)現(xiàn)象現(xiàn)實(shí)的原理要有限得多。任何包含人在內(nèi)的變化必須包含相調(diào)節(jié)子對(duì)正弦元波的影響。這表明，物理只是現(xiàn)象現(xiàn)實(shí)的一部分的描述，在目的性可以被概括進(jìn)描述之前需要引伸到相調(diào)節(jié)子范圍。

雙波包理論與易哲學(xué)的兩種復(fù)雜性的二層次的原理有兩個(gè)重要不同的地方。第一，組成《易經(jīng)》的六爻別卦與兩個(gè)三爻的經(jīng)卦的性質(zhì)是一樣的，但是，組成雙波包的兩個(gè)成分是不同的，互補(bǔ)性的。第二，在《易經(jīng)》的體系中陰陽(yáng)的互相交織組成三爻經(jīng)卦，經(jīng)卦是獨(dú)立的真正的現(xiàn)象，陰陽(yáng)是現(xiàn)象界的原始原料，可是，在雙波包理論中，正弦元波包與相調(diào)節(jié)子波包不是真正現(xiàn)象，只是現(xiàn)象界的原始原料，現(xiàn)象界是由它們的交織構(gòu)成的。

3.4 關(guān)于自然概念的含義

自然的含義在西方科學(xué)中與在易哲學(xué)中是不同的，在西方物理學(xué)中，自然是與能測(cè)量的自然屬性聯(lián)系在一起的，例如位置與動(dòng)量，所以意識(shí)與目的的范疇被完全排斥在外。西方方法學(xué)的優(yōu)點(diǎn)在于分離測(cè)量過程，這使得科學(xué)得以誕生。它的缺點(diǎn)是丟棄了現(xiàn)實(shí)中的一個(gè)十分重要的部分。

孕育了科學(xué)的哲學(xué)背景現(xiàn)在卻成了它的絆腳石，因?yàn)樗箍茖W(xué)與一個(gè)包括意識(shí)在內(nèi)的全面世界不能相容。量子力學(xué)把經(jīng)典物理的物質(zhì)的本體論粉碎了。我們應(yīng)當(dāng)更進(jìn)一步，希望能在量子力學(xué)的體系中發(fā)掘出能包含目的性在內(nèi)的關(guān)于自然的觀念。《易經(jīng)》的一種方法做到了這一點(diǎn)，難以為西方的想象力所接受。雙波包的本體論也做到了這一點(diǎn)，它是以科學(xué)哲學(xué)的理論方式來敘述的。

基于這一觀點(diǎn)，可以得出結(jié)論：自然的概念應(yīng)該包含目的性。物理學(xué)不包含它的原因在于它是限制于雙波包的正弦波包的范圍。雙波包的哲學(xué)體系的相調(diào)節(jié)子波包卻潛在的蘊(yùn)涵了目的性的因素。這樣自然化目的性的結(jié)果相似于《易經(jīng)》的自然概念。可是在易經(jīng)的體系中，三爻的經(jīng)卦跟六爻的別卦都有目的性，不過是兩個(gè)層次的。物理學(xué)的偉大成就證明自然界有一個(gè)非目的性的層次。這表明，在這個(gè)方面雙波包理論的二層次的結(jié)構(gòu)比《易經(jīng)》優(yōu)越。

3．5 道的三個(gè)層面

關(guān)于自然的廣義概念中，易經(jīng)哲學(xué)強(qiáng)調(diào)一種整體性的原理，其中一個(gè)抽象的單一的自然的規(guī)則“道”可以在自然界中不同的實(shí)體與結(jié)構(gòu)中有不同的表現(xiàn)?！兑讉鳌ふf卦》中說：“是以立天之道，曰陰與陽(yáng)。立地之道，曰柔與剛。立人之道，曰仁與義?！钡赖娜齻€(gè)自然層面可以解釋為，一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)則概括了物理、生命和目的性過程。這一點(diǎn)與西方的觀念截然不同。西方哲學(xué)家對(duì)此進(jìn)退兩難：要么把目的性現(xiàn)象看成是物理過程(唯物主義)；要么把物理過程看成是目的性現(xiàn)象(唯心主義)；要么認(rèn)為二者是完全地不相容(二元論)。為了把這一統(tǒng)一的原理引進(jìn)現(xiàn)代的西方科學(xué)框架中，需要對(duì)非決定論與目的性做出新的解釋，這將給予它們一個(gè)共同的基礎(chǔ)核心。

3.6 非決定論

雙波包的本體理論既可以把自然的概念由物質(zhì)現(xiàn)象擴(kuò)大到意識(shí)現(xiàn)象，也可以對(duì)非決定論提出新的解釋。在量子力學(xué)中，從決定論轉(zhuǎn)換到非決定論，不會(huì)給出更深的哲學(xué)意義。

這是因?yàn)?，量子力學(xué)不過是簡(jiǎn)單的而已。如果能給出一個(gè)物理上的解釋，一個(gè)選擇可以怎樣從一些可能性中做出，那么在量子力學(xué)觀念上這將不是非決定論了?？墒窍嗾{(diào)節(jié)子的假設(shè)提出選擇過程在量子力學(xué)描述的領(lǐng)域之外受到影響。

在雙波包中，正弦元波包領(lǐng)域與相調(diào)節(jié)子波包領(lǐng)域在本體論上是截然分開的。相調(diào)節(jié)子波包對(duì)一個(gè)事件的影響，從本體論上而言，是在量子力學(xué)描述范圍之外的。所以，這樣講并不矛盾：在物理上是非決定論的，但在更廣的整個(gè)現(xiàn)實(shí)范圍里卻遵從某一選擇。在這一意義上，物理現(xiàn)實(shí)只是本體的現(xiàn)實(shí)的一個(gè)部分而量子力學(xué)是它的完全性描述。這意味著，量子力學(xué)在玻爾與愛因斯坦?fàn)幷摰囊饬x上是完全的，因?yàn)樵谒姆秶鷥?nèi)它是完整的；但在一個(gè)本體論的意義上說，它又是不完全的，因?yàn)樗皇敲枋隽吮倔w現(xiàn)實(shí)的一個(gè)部分而已。

在單個(gè)粒子的量子體系中，選擇由相調(diào)節(jié)子波包所決定，它從由波函數(shù)塌縮而致的可能性中做出選擇，而這一塌縮過程在標(biāo)準(zhǔn)的量子力學(xué)看來是純隨機(jī)的。在兩個(gè)粒子的情形中，例如在貝爾實(shí)驗(yàn)中所描述的那樣，兩個(gè)粒子的量子力學(xué)的干涉糾纏在一起以至兩個(gè)事件的結(jié)果是相干的。這兩個(gè)粒子的相調(diào)節(jié)波包也糾纏在一起了，這是一些相調(diào)節(jié)波包構(gòu)成復(fù)雜組織的根據(jù)。在更復(fù)雜的系統(tǒng)中，相調(diào)節(jié)子波包之間的相互關(guān)聯(lián)變得更強(qiáng)，逐漸地導(dǎo)致了生命、行為、意識(shí)和目的性。在更復(fù)雜的系統(tǒng)中，選擇變得更復(fù)雜，更有效。量子力學(xué)的可能的觀察結(jié)果的選擇變?yōu)橥耆康男缘淖杂梢庵具^程。這需要建立一系列的新概念，量子力學(xué)的選擇是其中一個(gè)極端，自由意志是另一極端。這一系列新生的概念可以延伸至

包括意識(shí)與目的性，覆蓋所有層次，而且必須在雙波包的基礎(chǔ)上給它們自然的詮釋。

3．7 目的性概念的廣義化

在這一詮釋下，相調(diào)節(jié)子在十分復(fù)雜的物理體系中于不同層次上發(fā)生作用。第一，它們有著純物理的功能，用以調(diào)節(jié)正弦元波構(gòu)成真實(shí)實(shí)在，也作為最基本的選擇。第二，在包含生命在內(nèi)的十分復(fù)雜的物理體系中，從無生命物質(zhì)到生物體的構(gòu)成過程，是一個(gè)更高級(jí)的規(guī)則；這是由相互關(guān)聯(lián)的相調(diào)節(jié)子所構(gòu)成的(關(guān)于所有的有關(guān)的物理粒子)。最后，考慮到人類行為的適應(yīng)性和意識(shí)以及目的性的出現(xiàn)，更高級(jí)的相調(diào)節(jié)子過程必須構(gòu)造出來。

在現(xiàn)代科學(xué)思想體系中，關(guān)于現(xiàn)象過程的三個(gè)層面的特性可以概括為一個(gè)單一的普遍的規(guī)則，它實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用在不同的形式中：物質(zhì)實(shí)體的存在與穩(wěn)定；生命從物質(zhì)中演化出來；目的性行為從生命中產(chǎn)生出來。除了語言上的不同外，這一規(guī)則與道的三個(gè)層面的特性有共同之處，它們都給出了自然的一個(gè)圖景，并且都強(qiáng)調(diào)一個(gè)單一的規(guī)則作用在不同的體系中，體現(xiàn)出不同的特性。

篇5

關(guān)鍵詞：布朗運(yùn)動(dòng) 量子力學(xué) 物質(zhì)場(chǎng) 波動(dòng)函數(shù)

引子：這篇論文是洗衣服時(shí)出現(xiàn)的一些現(xiàn)象，讓我很好奇，所以我開始了對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的研究。

布朗運(yùn)動(dòng)：懸浮微粒永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象（說明一下：永不停息是不存在的，長(zhǎng)時(shí)間或較長(zhǎng)時(shí)間，人們是可以接受的），很對(duì)不起大家，剛開始就要括號(hào)說明，只是現(xiàn)在的定義，真是永不停息。布朗運(yùn)動(dòng)的例子特別多，大家很容易見到，如把一把泥土扔到水里攪合攪合，或在無風(fēng)的情況下對(duì)著陽(yáng)光觀察空氣中的塵粒等等，現(xiàn)在這些類似運(yùn)動(dòng)都稱為布朗運(yùn)動(dòng)。

1827年，植物學(xué)家R·布朗首先提出發(fā)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)。在他之后的很長(zhǎng)時(shí)間，人們對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)、觀察。最后古伊在1888-1895期間對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)提出自己的認(rèn)識(shí)：

布朗運(yùn)動(dòng)并不是分子運(yùn)動(dòng)，而是從分子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出的一些結(jié)果能向我們提供直接和可見的證據(jù)，說明對(duì)熱本質(zhì)假設(shè)的正確性。按照這樣的觀點(diǎn)，這一現(xiàn)象的研究承擔(dān)了對(duì)分子物理學(xué)的重要作用。

古伊的文獻(xiàn)產(chǎn)生過重要的影響，后來貝蘭（我們第一個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量原子大小的人）把布朗運(yùn)動(dòng)正確解釋的來源歸于古伊。實(shí)話實(shí)說，古伊的文獻(xiàn)太重要了，在我看來：一語中的。太對(duì)了，古伊是歸納總結(jié)的天才，也是真正從實(shí)驗(yàn)的角度來解釋布朗運(yùn)動(dòng)的第一人。

古伊的話有三個(gè)重點(diǎn)：

一、布朗運(yùn)動(dòng)不是分子運(yùn)動(dòng)。

二、說明熱本質(zhì)假設(shè)的正確性(下面會(huì)專門論述熱的本質(zhì)問題）。

三、利用分子布朗運(yùn)動(dòng)的結(jié)果來承擔(dān)對(duì)分子物理學(xué)的研究。

1905年愛因斯坦根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論的原理提出布朗運(yùn)動(dòng)理論，同時(shí)期的斯莫羅霍夫斯基作出同樣的成果。

愛因斯坦在論文中指出：按照熱的分子運(yùn)動(dòng)論，由于熱的分子運(yùn)動(dòng)大小可以用顯微鏡看見的物體懸浮在液體中，必定會(huì)發(fā)生大小可以用顯微鏡觀測(cè)到的運(yùn)動(dòng)，可能這里所討論的運(yùn)動(dòng)就是布朗運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)這種運(yùn)動(dòng)和預(yù)期的規(guī)律性，就可能精確測(cè)量原子的大小，反之證明熱分子運(yùn)動(dòng)的預(yù)言就不正確。這些是愛因斯坦的研究成果。

現(xiàn)在人們認(rèn)為這是對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的根源及其規(guī)律性的最終解釋，我認(rèn)為不是。這是愛因斯坦成功的利用布朗運(yùn)動(dòng)的原則創(chuàng)造性提出熱分子運(yùn)動(dòng)論，利用這一理論可以測(cè)量分子原子的大小，把布朗運(yùn)動(dòng)近似為熱分子運(yùn)動(dòng)論?；蛟S是天意，愛因斯坦的論文我怎么看都有絕對(duì)論的意思?！坝写笮】梢杂蔑@微鏡看見的物體懸浮在液體，必定會(huì)發(fā)生大小可以用顯微鏡觀測(cè)到的運(yùn)動(dòng)”。運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性，不過這里他說的是發(fā)生相對(duì)于物質(zhì)本身的運(yùn)動(dòng)，可能這是相對(duì)論的名稱來源吧。我的評(píng)價(jià)：初級(jí)的絕對(duì)論。在絕對(duì)論中只要有物質(zhì)存在就有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的。愛因斯坦的熱分子運(yùn)動(dòng)論：舍本取末，換句話說他把布朗運(yùn)動(dòng)等同于分子運(yùn)動(dòng)了，認(rèn)為熱分子運(yùn)動(dòng)引起了的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，就是觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)。既然相對(duì)論是初級(jí)的絕對(duì)論，我今天提出絕對(duì)論，那么所有愛因斯坦做過的事情，我可能都要去做一遍。布朗運(yùn)動(dòng)不是熱分子運(yùn)動(dòng)，但是可以引起熱分子運(yùn)動(dòng)，愛因斯坦的成果只是利用了布朗運(yùn)動(dòng)引起的熱分子運(yùn)動(dòng)，他沒有分析布朗運(yùn)動(dòng)的根源：物質(zhì)為什么會(huì)存在布朗運(yùn)動(dòng)。當(dāng)顯微鏡越來越清晰的時(shí)候，愛因斯坦的擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)方程就不能適用了。

現(xiàn)在隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，量子理論對(duì)真空漲落的認(rèn)識(shí)不斷加深，量子理論也對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的根源給出自己的看法，同樣今天絕對(duì)論也給出自己對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)：

一、布朗運(yùn)動(dòng)不是分子運(yùn)動(dòng)，或者說不是單個(gè)粒子間的運(yùn)動(dòng)。

二、布朗運(yùn)動(dòng)是一個(gè)由點(diǎn)到面，再由面到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式。

三、布朗運(yùn)動(dòng)是與波動(dòng)函數(shù)有關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特性。

布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的運(yùn)動(dòng)或者說不是單個(gè)粒子之間的運(yùn)動(dòng)，為什么這么說呢：一滴水融入大海永不干涸（永字應(yīng)為長(zhǎng)時(shí)間，不過人們習(xí)慣認(rèn)識(shí)，所以沒有改為長(zhǎng)時(shí)間）大海洶涌澎湃，一盤水很容易平靜。相比之下，為什么有如此巨大反差：物質(zhì)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的疊加效應(yīng)，滴水穿石的道理也是如此。

簡(jiǎn)單的一滴水為什么能夠融入大海呢？正像洗衣服為什么能把衣服洗干凈，洗不干凈會(huì)在衣服干后留下許多漬跡一樣。液體的形態(tài)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了如何的影響呢？這是我們應(yīng)該思考的問題，這里我引入二個(gè)概念：物質(zhì)場(chǎng)與波動(dòng)函數(shù)。

說一下自己的看法：一滴水的運(yùn)動(dòng)比如一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)，大海是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，一盆水也是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，同樣一滴水也可是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，那么一個(gè)電子也可是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，也就是說一個(gè)量子可以看作是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，量子的運(yùn)動(dòng)可以當(dāng)成物質(zhì)場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)。

其實(shí)為了研究布朗運(yùn)動(dòng)，引入物質(zhì)場(chǎng)這個(gè)概念，把物質(zhì)現(xiàn)實(shí)中的存在狀態(tài)看成是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的存在，相信大家能夠理解。把物質(zhì)形態(tài)存在的狀態(tài)不去看它把當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的物質(zhì)場(chǎng)存在，比如一塊鐵、一塊鋼、一塊磚，我們都把它當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的物質(zhì)場(chǎng)存在，那么這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)中的電子、原子、質(zhì)子等粒子都是這物質(zhì)場(chǎng)的一部分，那么這物質(zhì)場(chǎng)中的一切物質(zhì)都應(yīng)是這物質(zhì)場(chǎng)的一部分。

一個(gè)統(tǒng)一的物質(zhì)場(chǎng)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)而言，物質(zhì)場(chǎng)有整體的運(yùn)動(dòng)，也有物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)：質(zhì)子、電子、中子等微粒之間的運(yùn)動(dòng)，比如我用力去拿一件東西，我的全部身體都在運(yùn)動(dòng)，手的運(yùn)動(dòng)和身體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)時(shí)截然不同的，但作為一個(gè)整體，我把東西拿了起來，而東西作為一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)表現(xiàn)是被我拿了起來，整個(gè)的分子、原子、電子構(gòu)成的物質(zhì)場(chǎng)共同被我拿了起來。

諸如這些運(yùn)動(dòng)是整體的完整的物質(zhì)場(chǎng)，對(duì)另一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)的作用，牛頓力學(xué)已經(jīng)很好的應(yīng)用到多個(gè)方面，宏觀物理研究的物體很明確，運(yùn)動(dòng)也很明顯，都可以準(zhǔn)確測(cè)量計(jì)算。為什么這里一定要強(qiáng)調(diào)完整的物質(zhì)場(chǎng)呢？一滴水進(jìn)入了大海之后，這一滴水的完整物質(zhì)場(chǎng)依然存在，而變成大海的物質(zhì)場(chǎng)一部分，這一滴水所有的運(yùn)動(dòng)，所有的信息都變成了大海物質(zhì)場(chǎng)的一部分，大海的每一滴水都是一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)，但都是大海物質(zhì)場(chǎng)的一部分，大海有每一滴水的信息 ，但當(dāng)空氣蒸發(fā)水蒸氣時(shí)，大海不會(huì)單獨(dú)讓哪一個(gè)完整的小水滴去蒸發(fā)，而是大海整個(gè)的一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在做蒸發(fā)這件事，與個(gè)體的物質(zhì)場(chǎng)的狀態(tài)關(guān)系不大。

可能從小水滴到大海大家覺得不直觀，在量子力學(xué)把電子看成小水滴，把一個(gè)物質(zhì)粒子看成大海，或者幾公斤的金屬板看成大海，相信這樣我們的科學(xué)人士都能夠理解。

光電效應(yīng)的原理：把光子看成一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，把金屬板看成一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，光照到金屬板上，放出電子（當(dāng)然需要一個(gè)極限頻率）是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)對(duì)另一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的反應(yīng)，那么釋放的電子是物質(zhì)場(chǎng)的整體行為，不是單個(gè)電子吸收能量而釋放出來。極限頻率，用水吸收80卡的熱量才能變成水蒸氣來說明吧，80米的水位永遠(yuǎn)流不出100米的大壩。每個(gè)物質(zhì)場(chǎng)都有自己的固有頻率，超過這個(gè)頻率的東西來破壞它，這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)就發(fā)生變化用大錘去打東西，物質(zhì)會(huì)反應(yīng)不同的。

另一個(gè)問題：固體微粒之間結(jié)合很好，但是一個(gè)個(gè)的原子又是相互隔開，可是這一個(gè)個(gè)原子又構(gòu)成統(tǒng)一的物體。為什么？：波動(dòng)函數(shù)，物質(zhì)的特性是一個(gè)個(gè)小的原子共同表現(xiàn)出的特性，兩塊鐵融化后能夠形成一塊鐵，人類有無數(shù)的合金材料以及其它合成物質(zhì)，為什么這些材料表現(xiàn)出了原來不同的特性呢，物質(zhì)場(chǎng)的特性為什么變化呢？

物質(zhì)的特性變化了，那么每一個(gè)小的物質(zhì)場(chǎng)的特性也會(huì)變化。一般情況下原子不可能變，合金狀態(tài)的原子也未變，那么什么變化了呢？量子的運(yùn)動(dòng)方式變化了，也就是電子和質(zhì)子以及其它的微粒運(yùn)動(dòng)形式變化了，整個(gè)的物質(zhì)場(chǎng)的量子波動(dòng)函數(shù)變化了。

波動(dòng)函數(shù)是為了形象說明布郎運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)引入的一個(gè)物質(zhì)特征，一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的波動(dòng)函數(shù)體現(xiàn)物質(zhì)作布郎運(yùn)動(dòng)的能力，也體現(xiàn)了物質(zhì)場(chǎng)內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)能力。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)之間結(jié)合（疊加）能力的一種體現(xiàn)。一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)中會(huì)有很多不同的波動(dòng)函數(shù)如：分子之間，原子之間，電子之間，質(zhì)子之間，原子于分子之間，電子與原子核之間，質(zhì)子與中子之間等等許許多多的量子之間。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種能力的體現(xiàn)。

當(dāng)然這個(gè)概念也很符合量子力學(xué)的波動(dòng)方程的需要，那就是所有的物質(zhì)場(chǎng)都有自己的波動(dòng)函數(shù)，而且不止一個(gè)。當(dāng)波動(dòng)函數(shù)達(dá)到一定數(shù)值，物質(zhì)場(chǎng)之間既可融合。這樣雖然原子之間的距離是分開的，但是電子之間的物質(zhì)場(chǎng)卻可以是融合在一起的（當(dāng)然還有比電子更小物質(zhì)，那它們的物質(zhì)場(chǎng)更會(huì)融在一起）

波動(dòng)函數(shù)越高，物質(zhì)融合的越快，反之越慢，諸如擴(kuò)散現(xiàn)象，滲透等等，固體之間的波動(dòng)函數(shù)低，所以最好融化或鍛打成液態(tài)式的結(jié)合，需要外部的力量加大它的波動(dòng)函數(shù)。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)作布郎運(yùn)動(dòng)的一種能力，我更愿意認(rèn)為波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種能力（在絕對(duì)論中運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的生命）。與物質(zhì)本身的溫度有關(guān)，與外界的干涉有關(guān)。例如：加熱氣體，溶液或用力攪拌溶液等等會(huì)增波動(dòng)函數(shù)值。（下面我們還要專門研究熱的本質(zhì)問題）

用一個(gè)方程式來表達(dá)吧。

H值=H℃溫度+Hoi外部干涉，H：波動(dòng)函數(shù)。其實(shí)我的波動(dòng)函數(shù)和量子力學(xué)中的的物質(zhì)波不是完全相同。

波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)場(chǎng)的特性，是物質(zhì)生命能力的一種體現(xiàn)。表現(xiàn)在粒子上，粒子就具有波動(dòng)性，同時(shí)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一定需要能量的，也一定出現(xiàn)物質(zhì)的波動(dòng)。所以不是粒子具有波粒二象性，而是物質(zhì)場(chǎng)具有波動(dòng)函數(shù)。就象一整鐵的內(nèi)部具有輕微的布郎運(yùn)動(dòng)，也就是說這塊鐵的所有原子、分子、電子等等一切粒子都在做一定的布郎運(yùn)動(dòng)。所有的粒子都具有這塊鐵的物質(zhì)特性。也就是所有的粒子都有自己相應(yīng)的波動(dòng)函數(shù)。這與這塊鐵的運(yùn)動(dòng)和外界條件都有關(guān)系。就比如大海是所有的水滴和水中的懸浮物體構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的物質(zhì)場(chǎng)，是所有的物質(zhì)場(chǎng)的疊加效應(yīng)，如果你取出一滴水，那么這一滴水就不屬于大海了，它和大海就毫不相干了，完全是不同的物質(zhì)場(chǎng)了。

說到這些，大家可能會(huì)樂了，我也很樂的：這就是我們量子力學(xué)上著名的不確定原理和測(cè)不準(zhǔn)原理，因?yàn)槟阋獙?duì)這一個(gè)量子測(cè)量，那你就要破壞這個(gè)粒子在物質(zhì)場(chǎng)的狀態(tài)，你永遠(yuǎn)不能無法精確測(cè)量一個(gè)量子系統(tǒng)。因?yàn)槟銣y(cè)量一滴水的結(jié)果就會(huì)脫離大海這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)。這一滴水在大海里就和大海一樣大，除非有測(cè)大海一樣大的儀器，否則無法測(cè)量這一滴水在大海中運(yùn)行狀態(tài)。但是我們可以運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)整個(gè)的物質(zhì)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。我們可以計(jì)算大海每天蒸發(fā)了多少噸的水，但不可以說是那一噸水。

其實(shí)量子力學(xué)碰到的最大問題，不是實(shí)驗(yàn)不能證明。而是無法說明粒子為什么不可測(cè)，而且無法確定位置，因?yàn)槿魏我粋€(gè)物質(zhì)場(chǎng)都是一個(gè)面，一個(gè)量子只是一個(gè)點(diǎn)，而運(yùn)動(dòng)和變化是物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)之間發(fā)生的，與單個(gè)的粒子運(yùn)動(dòng)關(guān)系不大。當(dāng)然也不能說一點(diǎn)沒有，就象人與人打架一樣，是兩個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)，打在手上，而全身都難受，手痛得最厲害。是整個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在對(duì)外界的物質(zhì)場(chǎng)共同的感受。可不是只是手不舒服，所以我們能夠精確地確認(rèn)各個(gè)量子運(yùn)動(dòng)疊加之后統(tǒng)計(jì)結(jié)果（宏觀物理），但我們不能很精確一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)內(nèi)部的那一小點(diǎn)起作用。物質(zhì)是整體運(yùn)行的，當(dāng)外部的物質(zhì)變化時(shí)內(nèi)部的物質(zhì)也會(huì)有相應(yīng)變化的，量子運(yùn)行方式會(huì)發(fā)生一些改變。

量子力學(xué)從來沒有從一個(gè)面去研究物體，只注重了一個(gè)點(diǎn)，而經(jīng)典物理只注意宏觀物理現(xiàn)象的規(guī)律性，也就是注意面了。

量子力學(xué)注重研究了物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)：?jiǎn)蝹€(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)（點(diǎn)）。經(jīng)典物理學(xué)：牛頓力學(xué)，相對(duì)論只注重了物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)的外部運(yùn)動(dòng)（面）。

而布郎運(yùn)動(dòng)是把物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部和外部運(yùn)動(dòng)結(jié)合一起的表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，是點(diǎn)到面，再面到點(diǎn)全過程，所以對(duì)布郎運(yùn)動(dòng)的研究也是一個(gè)科學(xué)研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)史的一個(gè)縮影。

人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)總是漸近的，按照絕對(duì)論的原則，弧立的事情是不存在的，所有的系統(tǒng)都是宇宙整體的一部分，所有的運(yùn)動(dòng)都是宇宙生命的一種體現(xiàn)。

現(xiàn)在用量子理論中的概念說明熱的本質(zhì)問題：熱量只是能量的一種表現(xiàn)形式。熱的來源一般是：化學(xué)反應(yīng)，物理作用（包括核反應(yīng)），能量轉(zhuǎn)化。等等的這一切源于：量子運(yùn)行方式的改變。量子運(yùn)行只會(huì)一個(gè)場(chǎng)，一個(gè)場(chǎng)的變化，也就是說量子運(yùn)動(dòng)只可123456 不會(huì)連續(xù)不斷 沒有0.1，0.2，0.3，0.4等等。量子的運(yùn)行方式改變只可這個(gè)場(chǎng)直接到那個(gè)場(chǎng)，要么吸收一定能量，要么釋放一定能量。水分子或者是固態(tài)，或是氣態(tài)，液態(tài)，沒有中間的狀態(tài)。能量有許多表現(xiàn)形式，而熱量是能量的一種表現(xiàn)形式，所以我們可以測(cè)定溫度等等現(xiàn)象。量子運(yùn)行方式改變了，物質(zhì)的特性也就改變了。燒火做飯，木柴變成灰燼，原子一個(gè)不少，電子一個(gè)不少，可是它們之間的運(yùn)行方式改變了，能量或釋放了或吸收了，物質(zhì)也就變化了。

篇6

[關(guān)鍵詞]量子計(jì)算 量子通信 通信效率 安全通信

中圖分類號(hào)：TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）09-0128-01

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，量子信息學(xué)逐漸得到人們的關(guān)注與重視，在近代物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域都有所涉及。通過量子力學(xué)的基礎(chǔ)，不斷的發(fā)展與延伸。量子信息學(xué)，是量子力學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，是以量子力學(xué)的態(tài)疊加原理為基礎(chǔ)，研究信息處理的一門新興前沿科學(xué)。包括量子密碼術(shù)、量子通信、量子計(jì)算機(jī)等幾個(gè)方面。我們?cè)谶@里，著重的了解一些量子通信。

一、 量子通信協(xié)議概念

1，量子通信協(xié)議定義

量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測(cè)量裝置。按其所傳輸?shù)男畔⑹墙?jīng)典還是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)和量子糾纏的分發(fā)。其中隱形傳送是指脫離實(shí)物的一種“完全”的信息傳送?？梢韵胂螅合忍崛≡锏乃行畔ⅲ缓髮⑦@些信息傳送到接收地點(diǎn)，接收者依據(jù)這些信息，選取與構(gòu)成原物完全相同的基本單元，制造出原物完美的復(fù)制品。實(shí)際上是一種對(duì)于通信地保密性的傳輸。是一種在理論上可以保證通信絕對(duì)安全的一種通信方式。由于量子力學(xué)中的不確定性原理，是不允許精確地提取原物的全部信息，因此長(zhǎng)期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。

2，量子通信與光通信的區(qū)別

量子通信與光通信的區(qū)別，在于在通信中用的光的強(qiáng)度是不同的。光通信一般采用是強(qiáng)光，包括無線電、微波、光纜、電纜等具體形式。通過偏振或相位等的調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)。量子通信討論的是光子級(jí)別的很弱的光，通過對(duì)光子態(tài)的調(diào)制，但是主要利用了光子的特性，量子態(tài)不可克隆原理和海森堡不確定性關(guān)系。這也是區(qū)別于光通信的重點(diǎn)。

二、量子通信基本方式

量子通信在量子力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，通過量子態(tài)編碼和攜帶信息進(jìn)行加工處理，將信息進(jìn)行傳遞。只要包括：量子隱形傳態(tài)、量子密鑰分發(fā)等，下面主要介紹這兩個(gè)組成部分：

1，量子隱形傳態(tài)

量子隱形傳態(tài)，又稱量子遙傳、量子隱形傳輸。經(jīng)由經(jīng)典通道和EPR 通道傳送未知量子態(tài)。利用分散量子纏結(jié)與一些物理訊息的轉(zhuǎn)換來傳送量子態(tài)至任意距離的位置的技術(shù)。它傳輸是量子態(tài)攜帶的量子信息。想要實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)，要求接收方和發(fā)送方擁有一對(duì)共享的EPR對(duì)，即BELL態(tài)（貝爾態(tài)）。發(fā)送方對(duì)他的一半EPR對(duì)與發(fā)送的信息所在的粒子進(jìn)行結(jié)合，而接收方所有的另一半EPR對(duì)將在瞬間坍縮為另一狀態(tài)。根據(jù)這條信息，接收方對(duì)自己所擁有的另一半EPR對(duì)做相應(yīng)幺正變換即可恢復(fù)原本信息。到乙地，根據(jù)這些信息，在乙地構(gòu)造出原量子態(tài)的全貌。量子隱形傳態(tài)大致可以這樣描述：準(zhǔn)備一對(duì)糾纏光子對(duì)，一個(gè)光子發(fā)送給有原始量子態(tài)（即第三個(gè)光子）的甲方，另一個(gè)光子發(fā)送給要復(fù)制第三光子的量子態(tài)的乙方。甲方讓收到的一個(gè)光子與第三光子相互干涉（“再糾纏”），再隨機(jī)選取偏振片的方向測(cè)量干涉的結(jié)果，將測(cè)量方向與結(jié)果通過普通信道告訴乙方；乙方據(jù)此選擇相應(yīng)的測(cè)量方向測(cè)量他收到的光子，就能使該光子處于第三光子的量子態(tài)。

量子隱形傳態(tài)作為量子通信中最簡(jiǎn)單的一種，是實(shí)現(xiàn)全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的可行性的前提研究。它的存在與應(yīng)用，可以完全的保證用戶的信息安全，通信保密，同時(shí)如果出現(xiàn)有人竊聽的現(xiàn)象，將會(huì)及時(shí)的進(jìn)行信息的改變，保證內(nèi)容的“獨(dú)一無二”。

2，量子密鑰分發(fā)

量子密鑰分發(fā)以量子物理與信息學(xué)為基礎(chǔ)，是量子密碼研究方向中不可缺少的重要部分。被認(rèn)為是安全性最高的加密方式，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的密碼體制。當(dāng)然這只是理論上的內(nèi)容，在現(xiàn)實(shí)生活中還是有一定的差距。只是理論上具有無條件的安全性。1969年提出用量子力學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行加密信息處理。到了1984年，第一次提出量子密鑰分發(fā)協(xié)議，即BB84協(xié)議。隨后又提出B92協(xié)議。2007年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)院士潘建偉小組在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)，解決了非理想單光子源帶來的安全漏洞。后又與美國(guó)斯坦福大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了國(guó)際上迄今為止最先進(jìn)的室溫通信波段單光子探測(cè)器――基于周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)的上轉(zhuǎn)換探測(cè)器。解決了現(xiàn)實(shí)環(huán)境中單光子探測(cè)系統(tǒng)易被黑客攻擊的安全隱患。保證了非理想光源系統(tǒng)的安全性。生成量子密鑰大致為：準(zhǔn)備一批糾纏光子對(duì)，一個(gè)光子發(fā)送給發(fā)信方，另一個(gè)光子發(fā)送給收信方。測(cè)量光子極化方向的偏振片的方位約定好兩種。兩人每次測(cè)量一個(gè)光子時(shí)選擇的方向都是隨機(jī)的，但要記錄下每次選擇的方向，當(dāng)然也要記錄下每次測(cè)量的結(jié)果，有光子通過偏振片就記1，無光子通過則記0。通過普通信道兩人交換測(cè)量方向的記錄，那些測(cè)量方向不一致的測(cè)量結(jié)果的記錄都舍去不要，剩下的那些測(cè)量方向相同所對(duì)應(yīng)的測(cè)量結(jié)果，兩人應(yīng)一致，這一致的記錄就可作為兩人共同的密鑰。

總結(jié)

經(jīng)典通信較光量子通信相比，量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對(duì)安全特性。具有保密性強(qiáng)、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。量子通信不僅在軍事、國(guó)防等領(lǐng)域具有重要的作用，而且會(huì)極大地促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。逐漸走進(jìn)人們的日常生活。為了讓量子通信從理論走到現(xiàn)實(shí)，從上世紀(jì)90年代開始，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家做了大量的研究工作。自1993年美國(guó)IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局都對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行了深入的研究，歐盟在1999年集中國(guó)際力量致力于量子通信的研究，研究項(xiàng)目多達(dá)12個(gè)，日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項(xiàng)目。我國(guó)從上世紀(jì)80年代開始從事量子光學(xué)領(lǐng)域的研究，近幾年來，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的量子研究小組在量子通信方面取得了突出的成績(jī)。

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量子計(jì)算機(jī)的秘密武器：疊加和糾纏

一方面，量子效應(yīng)對(duì)現(xiàn)代電子學(xué)來說非常重要，它能使晶體管變得非常小；但另一方面，量子效應(yīng)也是一個(gè)惹人討厭的“調(diào)皮鬼”，由于電子的位置并非確定不變，它能讓晶體管內(nèi)的電子簡(jiǎn)單地從一個(gè)地方消失并在另外一個(gè)地方再次出現(xiàn)，這樣會(huì)使得電流泄漏出來，導(dǎo)致信號(hào)衰減。

不過，有些科學(xué)家卻從中看到了機(jī)會(huì)。他們認(rèn)為，量子尺度上發(fā)生的一些詭異事件可以被利用起來，讓人們能以一種全新且更快的方式進(jìn)行計(jì)算并發(fā)送信息，至少?gòu)睦碚撋隙?，這些信息不可能被攔截。幾個(gè)對(duì)此感興趣的科研團(tuán)體希望建造出量子計(jì)算機(jī)，以解決目前的計(jì)算機(jī)無法解決的問題，諸如找出幾百位數(shù)的質(zhì)因子或?qū)⒋蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)一網(wǎng)打盡等等。這些研究計(jì)劃和成果都在AAAS的年度大會(huì)上得到了展示。

這些科學(xué)家們努力的核心是量子疊加和量子糾纏這兩種量子力學(xué)現(xiàn)象。普通的數(shù)字計(jì)算機(jī)以位的形式操縱信息，位的值要么是1，要么是0。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，不同的電流電壓分別表示1和0，這同電子的電荷有關(guān)。電荷是所有電子的固定特征，每個(gè)電子的電荷數(shù)目是一樣的。但是，電子也擁有其他特征，比如自旋，自旋的方向可以表示為“向上”、“向下”或者模糊不清的“既向上又向下”。這種既向上又向下的狀態(tài)就被稱為疊加，疊加能被用來構(gòu)建量子力學(xué)中的位量子位（量子比特）。

與此同時(shí)，糾纏使粒子捆綁在一起以增加更多量子位。在量子機(jī)器中，每增加一個(gè)量子位會(huì)讓它能同時(shí)進(jìn)行的操作翻番，這就是量子計(jì)算機(jī)之所以擁有強(qiáng)大計(jì)算能力的“秘訣”。比如，2個(gè)相互糾纏的量子位可以進(jìn)行4個(gè)操作；3個(gè)量子位可以進(jìn)行8個(gè)操作，等等，依此類推。那么，一個(gè)擁有300個(gè)量子位的計(jì)算機(jī)能同時(shí)執(zhí)行的操作數(shù)就比可見宇宙中的原子數(shù)還多。

疊加和糾纏并不穩(wěn)定

然而，不幸的是，這樣的機(jī)器對(duì)我們來說仍是“羚羊掛角，無跡可尋”。糾纏和疊加都是非常精細(xì)的活，即使最輕微的擾動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致“量子位”失去這種相干性，讓它們的神奇屬性消失殆盡。為了建造出一臺(tái)能工作的量子計(jì)算機(jī)，量子位將不得不變得更加靈活，更容易恢復(fù)相干性，但迄今為止，這方面的進(jìn)步一直不大。

1995年，科學(xué)家們首次在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算，從那時(shí)起，有科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)法讓14個(gè)量子位發(fā)生了糾纏。這項(xiàng)紀(jì)錄的保持者是來自德國(guó)因斯布魯克的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)，他們使用了一個(gè)名為離子陷阱的設(shè)備，并讓以處于不同能量狀態(tài)的銣原子的疊加形式而存在的量子位在其間發(fā)生了糾纏。而加拿大滑鐵盧大學(xué)的雷蒙德·拉弗莫和同事則設(shè)法使用同樣的技巧讓12個(gè)量子位發(fā)生了糾纏，讓特定的原子在名為組氨酸的氨基酸單分子內(nèi)發(fā)生了糾纏，組氨酸的特征使它非常適合這樣的實(shí)驗(yàn)。

這些方法存在的問題是，它們并不容易進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展。離子陷阱位于大的真空室內(nèi)，不能輕易地收縮。另外，一個(gè)組氨酸分子包含的適合原子數(shù)量也有限，因此，科學(xué)家們一直在搜尋更實(shí)用的量子位。

各出奇招制造穩(wěn)定的量子位

一種有潛力解決這一問題的方法是在半導(dǎo)體內(nèi)蝕刻量子位。查爾斯·馬庫(kù)斯以前是哈佛大學(xué)的教授，現(xiàn)在是哥本哈根大學(xué)的教授，他一直試圖使用電子自旋做到這一點(diǎn)。單電子制造的量子位很快會(huì)失去相干性，因此，他的研究團(tuán)隊(duì)決定使用兩個(gè)電子制造出一個(gè)量子位，他們將其稱為“量子點(diǎn)”，這是一塊細(xì)小的半導(dǎo)體晶體（馬庫(kù)斯使用的半導(dǎo)體是砷化鎵）。當(dāng)兩個(gè)這樣的量子點(diǎn)相互靠近時(shí)，能讓一個(gè)電子陷入一個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)以彈出并同另一個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)相鄰的電子相結(jié)合，兩個(gè)電子自旋的這種疊加就產(chǎn)生了量子位。

迄今為止，馬庫(kù)斯團(tuán)隊(duì)已設(shè)法讓4個(gè)這樣的量子位結(jié)合在一起，而且，使用了一套靈敏的技巧將其壽命延伸至10微秒，這一時(shí)間足以用來執(zhí)行簡(jiǎn)單的代數(shù)操作，代數(shù)操作是計(jì)算的命脈。他們希望使用硅或碳，進(jìn)一步延長(zhǎng)其壽命，硅或碳的原子核對(duì)糾纏電子的干擾比砷化鎵要小。

另外，美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校的約翰·馬提尼斯和同事試圖從超導(dǎo)電路打造出量子位。在超導(dǎo)體內(nèi)，電子并不會(huì)單獨(dú)旅行，相反，因?yàn)閺?fù)雜的量子力學(xué)原因，它們會(huì)成雙成對(duì)地出現(xiàn)（也因?yàn)橥瑯拥脑?，這對(duì)電子之間不會(huì)有電阻）。當(dāng)它們成雙成對(duì)旅行時(shí)，這對(duì)電子的行為就像單個(gè)粒子一樣，這就出現(xiàn)了疊加傾向。例如，這個(gè)“超粒子”實(shí)際上一次能朝兩個(gè)方向移動(dòng)，當(dāng)這對(duì)電子移動(dòng)時(shí)，它們就制造出了一個(gè)磁場(chǎng)。接著，制造一個(gè)超導(dǎo)閉環(huán)，科學(xué)家們就得到了一個(gè)能同時(shí)朝上和朝下的磁場(chǎng)，馬提尼斯團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已設(shè)法讓5個(gè)這樣的超導(dǎo)量子位發(fā)生了糾纏。

馬提尼斯團(tuán)隊(duì)還使用一套名為共振腔的設(shè)備，將信息從電路傳送到單個(gè)光子并將光子捕獲在一個(gè)空腔內(nèi)，并持續(xù)幾微秒。換句話說，他們已經(jīng)制造出了一個(gè)量子存儲(chǔ)設(shè)備。幾微秒聽起來很短暫，但足以執(zhí)行很多基本操作。

前路漫漫任重而道遠(yuǎn)

所有上述方法面臨的問題是，他們賴以依靠的量子狀態(tài)非常脆弱，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。一種確保他們能用量子位進(jìn)行計(jì)算的方法是用幾個(gè)量子位而非僅用一個(gè)量子位來對(duì)同樣的信息進(jìn)行編碼。因此，馬庫(kù)斯、馬提尼斯以及拉夫莫不得不在他們的系統(tǒng)中建立一些多余的量子位。這樣，對(duì)于每個(gè)計(jì)算所需要的每一個(gè)“邏輯”量子位來說，都存在著幾個(gè)其他的物理量子位，所有這些量子位都需要被糾纏在一起。

微軟公司研究中心的米歇爾·弗里德曼正試圖另辟蹊徑來解決這一問題，他和同事正在建造他們稱為拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的機(jī)器，這臺(tái)機(jī)器在一層名為銻化銦的奇異材料上方使用了一個(gè)超導(dǎo)體。當(dāng)朝這套系統(tǒng)施加電壓時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就變成了一個(gè)能以疊加狀態(tài)而存在的量子系統(tǒng)。

弗里德曼的量子位與馬提尼斯的量子位的不同之處在于，它們對(duì)干涉反應(yīng)的方式不同。在馬提尼斯的量子系統(tǒng)中，刺激一個(gè)超導(dǎo)電路中的任何電子，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)失去相干性。然而，弗里德曼的設(shè)計(jì)對(duì)這樣的本地破壞活動(dòng)“刀槍不入”，因?yàn)樗捎靡环N特殊的方式讓能量遍布于整個(gè)銻化銦上。迄今為止，微軟公司的團(tuán)隊(duì)還沒有制造出一個(gè)起作用的量子位，但他們希望很快能做到，他們也正在尋找其他材料來重復(fù)同樣的實(shí)驗(yàn)。

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關(guān)鍵詞：黑體輻射；康普頓效應(yīng)；微攏理論；波動(dòng)性；粒子性

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）09-0066-02

一、人類對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程

光的本性問題是貫穿在光學(xué)發(fā)展中的一個(gè)根本問題。正是這種對(duì)光的本性的探討有力地推動(dòng)了光學(xué)以及整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展。人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)，從光是“物質(zhì)的微粒流”，經(jīng)歷了光是“以太的振動(dòng)”，光是電磁波到光是波粒二象性的統(tǒng)一等各個(gè)認(rèn)識(shí)階段。這一認(rèn)識(shí)歷程從牛頓和惠更斯之爭(zhēng)算起到現(xiàn)在其間經(jīng)歷了三百多年。人們遵循實(shí)驗(yàn)—假設(shè)—理論—實(shí)驗(yàn)這條途徑，逐步達(dá)到了對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)，這一認(rèn)識(shí)揭示了物質(zhì)世界光和電磁的統(tǒng)一，光的波動(dòng)性和微粒性的統(tǒng)一。

在大學(xué)本科層次的光學(xué)教學(xué)中，光與物質(zhì)相互作用的黑體輻射和康普頓效應(yīng)是光學(xué)課程最主要的內(nèi)容之一。但其內(nèi)容比較抽象，學(xué)生對(duì)它的理解比較困難，因此不易講解，并且一部分教師和學(xué)生在理解過程中存在一些概念的錯(cuò)誤和混淆。下面筆者以光學(xué)課程中的一些經(jīng)典問題為例，研究在光學(xué)教學(xué)中存在的一些敏感問題。

二、光微粒說法中的兩個(gè)問題

1.黑體輻射。眾所周知，普朗克公式在近代物理的發(fā)展中占有極其重要的地位，它不僅奠定了量子論的基礎(chǔ)，而且解決了基爾霍夫定律所提出的普適函數(shù)問題，成為黑體輻射理論最基本的公式，并且由其可導(dǎo)出黑體輻射的其他定律。普朗克公式通常可表示為：

?籽（v，T）=■■ （1.1）

其中，hv為能量子，c為光速，T為溫度，k為玻爾茲曼常數(shù)，v為電磁波頻率，h是普朗克常量，其值為：h=6.63×10-34J.s。普朗克輻射定律的建立，不僅解決了物理學(xué)中的所謂“紫災(zāi)”問題，同時(shí)對(duì)于黑體輻射找到了一個(gè)既適用于長(zhǎng)波區(qū)，又適用于短波區(qū)的統(tǒng)一公式；更偉大的意義在于他提出了能量量子化的概念，即能量是不連續(xù)的，存在著能量的最小單元（能量子hν），物體輻射或吸收能量是這最小單元的整數(shù)倍，而且是一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的。這就為量子物理和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

普朗克的能量子輻射理論很好解決了經(jīng)典理論不能解釋的黑體輻射問題，能量子概念也極大地沖擊了傳統(tǒng)理論認(rèn)為能量是連續(xù)的信念，它不僅為量子物理學(xué)的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也使愛因斯坦受到極大啟發(fā)，愛因斯坦就是在發(fā)展了能量子理論。

2.康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)是表明光具有粒子性的另一個(gè)現(xiàn)象。這現(xiàn)象首先是由康普頓于1922～1923年間發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)波長(zhǎng)很短的X射線通過某種物質(zhì)時(shí)，散射光中除了有原有波長(zhǎng)?姿0的X射線外，還有較長(zhǎng)波長(zhǎng)?姿的X射線的散射現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。對(duì)同一散射物質(zhì)，波長(zhǎng)的改變與散射角的關(guān)系為：

?姿'-?姿=?姿■（1-cos?茲） （1.2）

圖1 康普頓散射的動(dòng)量關(guān)系

其中，?姿和?姿'分別為x射線在散射前后的波長(zhǎng)， ?茲為散射角，m0為電子的靜止質(zhì)量，可見在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)x光的光子與“自由電子”碰撞后，光子將沿某一方向（θ角）散射。同時(shí)，碰撞過程中把一部分能量傳遞給“自由電子”，因此光子因能量減少而波長(zhǎng)變大，即波長(zhǎng)發(fā)生改變。

三、微粒說法的量子解釋

這個(gè)理論是從光粒子所獲得的唯一性和實(shí)驗(yàn)方法，本文探討上述問題，想借助波動(dòng)的經(jīng)典理論和量子力學(xué)相結(jié)合的微擾理論，來進(jìn)行研究。了原子系統(tǒng)的改變?cè)诠獾淖饔孟?，原子體系的變化情況，用量子力學(xué)方法來討論。兩個(gè)理論探討，用電磁波理論描述中光波的有關(guān)探討。

1.康普頓效應(yīng)問題。康普頓效應(yīng)，是指X射線的光子，跟物質(zhì)相互作用，在這一過程中，會(huì)失去能量，這樣的波長(zhǎng)就會(huì)變長(zhǎng)。光的粒子性的證明式（1.2）作為理論依據(jù)的證明性很強(qiáng)。還可以通過波動(dòng)，利用電子相互作用的入射和散射光，用量子力學(xué)描述電子該式，如圖2

（a）康普頓散射的能級(jí)圖 （b）康普頓散射的位相關(guān)系

圖2康普頓散射

電子從基發(fā)態(tài)k躍遷到激發(fā)態(tài)g，這時(shí)入射和散亂光分別表示為：

E0（t，■）=cos2?仔c/?姿t-■·■ （1.4）

Es（t，■）=cos2?仔c/?姿't-■·■ （1.5）

其中■=2?仔/?姿，■'=2?仔/?姿'，E0為自由電子波，W是由因散亂生的動(dòng)能。

ES是受擾動(dòng)的電子的波，即從基發(fā)態(tài)k，到激發(fā)態(tài)g。

該擾動(dòng)過程隨時(shí)間變化產(chǎn)生的，這樣（1.4）、（1.5）作用二級(jí)微擾，得出能量守恒定律。

設(shè)由體系的哈密頓量而得到的n級(jí)近似方程：

i?捩■C■■（t）=■H'■（t）e■Cgk（n-1）（t） （1.6）

則二級(jí)微擾方程為：

i?捩■C■■（t）=■H'■（t）e■Cgk（1）（t） （1.7）

其中C■■（t）=■■e■H'gk（t）dt,wgk=■，

C（2）■■（t）=■■H'gk（t）e■C（i）gk（t）dt

設(shè)kg（≠g）躍遷幾率為P（2）gk，則可表示為：

P（2）gk=?啄c/?姿-c/?姿'-W/h （1.8）

由上式（1.8）可得以下的能量守恒定律：

（hc/?姿）-（hc/?姿'）=W （1.9）

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關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化學(xué)；創(chuàng)新精神；高等教育；教育改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）02-0083-02

結(jié)構(gòu)化學(xué)是高等院?；瘜W(xué)、材料等相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是理論化學(xué)的一個(gè)重要分支。它是探究原子、分子、晶體結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)，原子和分子中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，及原子和分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間關(guān)系的一門科學(xué)[1-3]。開設(shè)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的目的是使相關(guān)專業(yè)的學(xué)生對(duì)微觀世界的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律有所了解，初步掌握結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的相互關(guān)系；從而使學(xué)生更進(jìn)一步地從更深的層次上理解其他化學(xué)相關(guān)的專業(yè)課程，包括無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等。

一、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)化學(xué)這門課程特點(diǎn)明顯，如下：（1）綜合程度高；（2）理論性強(qiáng)；（3）內(nèi)容抽象。由于這一系列的特點(diǎn)，初學(xué)者在開始接觸這門課程時(shí)，常有聽“天書”無從下手的感覺；作者在教學(xué)過程中也因此遇到了一些問題。下面將遇到的問題做一概括：

1.綜合程度高。結(jié)構(gòu)化學(xué)這門課程不是建立在經(jīng)典力學(xué)體系下的課程，而是一門以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的課程[4]。因此在此門課程的學(xué)習(xí)開始，就要求學(xué)生們鞏固好大一、大二所學(xué)的四大化學(xué)（無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)）課程以及其他學(xué)過的化學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)，并在腦海中建立起一套完善的量子力學(xué)體系。此外量子力學(xué)論還是近代物理的重要組成部分，因此同學(xué)還要兼?zhèn)湟欢ǖ奈锢碇R(shí)基礎(chǔ)。只有綜合掌握了物理和化學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)后，才能從本質(zhì)上理解微觀化學(xué)領(lǐng)域各個(gè)粒子的結(jié)構(gòu)與性能的特征，學(xué)懂結(jié)構(gòu)化學(xué)這門課程。由此可見，該課程不管是教還是學(xué)，兩方面都存在著較大的難度。

2.理論性強(qiáng)。結(jié)構(gòu)化學(xué)授課困難的一個(gè)重要原因就是課本中含有大量的公式推導(dǎo)過程，復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和大段的文字?jǐn)⑹銮蠼膺^程。公式推導(dǎo)過程用到比較多的包括微積分、線性代數(shù)等高等數(shù)學(xué)知識(shí)。而高等數(shù)學(xué)方面向來是化學(xué)專業(yè)學(xué)生們的弱點(diǎn)，一步步的推導(dǎo)過程枯燥乏味，讓學(xué)生感覺云里霧里般，進(jìn)而忙于應(yīng)付求解過程忽略了公式中各個(gè)變量的深層次含義。

3.內(nèi)容抽象。微觀粒子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律是結(jié)構(gòu)化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容，而看不見摸不著的微觀粒子的運(yùn)動(dòng)給同學(xué)們學(xué)的過程帶來了一定的困難，文字?jǐn)⑹鰺o法直觀表達(dá)，只能靠學(xué)生的憑空想象。因此這門課程對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力和空間想象能力都有較高的要求。

二、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程授課過程中存在的問題及改革建議

本文作者根據(jù)自己多年的教學(xué)授課經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生課后的反饋意見，對(duì)改革結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)方式提出了一些建議，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛提高課上學(xué)生的吸收率。

1.重視引導(dǎo)。結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門化學(xué)專業(yè)類的理論基礎(chǔ)課，學(xué)生們看到教材上大段的文字?jǐn)⑹鲞€有繁雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過程，往往還沒有開始學(xué)習(xí)就對(duì)此門課程失去了興趣。所以，在上第一節(jié)課的時(shí)候就應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行正確的引導(dǎo)，在緒論課上給大家講述一些結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)展史。首先便是1900年，普朗克提出了量子假說，勇敢地打破了能量必須連續(xù)變化的經(jīng)典理論，規(guī)定了以間斷形式存在的能量，電磁場(chǎng)中的能量和物質(zhì)交換間的能量，能量子的大小同輻射頻率成正比，用普朗克常數(shù)作為二者之間的比例常數(shù)，從而得出黑體輻射能量分布公式，完美地詮釋了黑體輻射現(xiàn)象。其次在1905年，愛因斯坦意識(shí)到了量子化概念在微觀領(lǐng)域的重要性，引進(jìn)了光子的概念，從而解釋了光電效應(yīng)，開啟了量子力學(xué)的新篇章。學(xué)生們?cè)诼牴适碌耐瑫r(shí)，會(huì)不知不覺地克服恐懼心理，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。最后順著教學(xué)大綱的思路，引導(dǎo)大家用量子力學(xué)體系的思維去思考分析結(jié)構(gòu)化學(xué)中所遇到的問題，讓同學(xué)們處于愉快的氣氛中，帶著笑容下課。

2.充分利用多媒體教學(xué)手段輔助教學(xué)。結(jié)構(gòu)化學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上涉及一些相對(duì)抽象的模型，如原子軌道形狀、多原子分子的組合方式、配位化合物的配位形式、晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等都涉及原子和分子的空間排布規(guī)律，這些內(nèi)容要求學(xué)生具備較強(qiáng)的空間想象能力。傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式很難將結(jié)構(gòu)化學(xué)中較為抽象的理論以直觀的形式表現(xiàn)給同學(xué)們，大段大段的純文字描述也使得學(xué)生感到晦澀難懂。多媒體技術(shù)可以將授課內(nèi)容動(dòng)態(tài)化、立體化[5]，絕大多數(shù)的分子、晶體結(jié)構(gòu)都可以用3D軟件結(jié)合FLASH等做成可360°觀看，任意縮放、平移、旋轉(zhuǎn)的模型，同學(xué)們可任意角度觀看，有利于鞏固加深記憶。

3.注重理論與實(shí)際的聯(lián)系。由于結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門理論基礎(chǔ)學(xué)科，因此學(xué)生們理解起來可能會(huì)有一定的難度，容易學(xué)過即忘，在教學(xué)過程中應(yīng)讓學(xué)生通過理論聯(lián)系實(shí)際中所熟知或已學(xué)過的現(xiàn)象，通過類比的方法鞏固加深記憶。比如，在講晶體的宏觀對(duì)稱性時(shí)，聯(lián)系大自然，啟發(fā)學(xué)生思考：大自然雖然講究對(duì)稱美，但為什么很少有五邊形和七邊形的物體呢？由此引入晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、對(duì)稱元素、對(duì)稱操作的概念并對(duì)對(duì)稱軸次加以證明，得出結(jié)論：晶體結(jié)構(gòu)中的對(duì)稱軸次只允許存在1、2、3、4、6這五種不存在5和7，這與大自然世界的對(duì)稱美是相呼應(yīng)的。而講到離域鍵的共軛效應(yīng)時(shí)，以堿性條件下酚酞會(huì)變成紅色為例，結(jié)合學(xué)生高中所學(xué)知識(shí)讓學(xué)生理解酚酞變色的根本原因，主要過程是酚酞與堿性溶液發(fā)生反應(yīng)，形成了離域鍵，產(chǎn)生了共軛效應(yīng)，酚酞-堿性溶液體系能量下降，能級(jí)間隔變小，光譜偏移至可見光區(qū)，因此我們看到無色的酚酞變成了紅色。通過這種由外至內(nèi)、循序漸進(jìn)的引導(dǎo)方式使學(xué)生轉(zhuǎn)變對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)這門課程的印象，說明這門課程不是憑空想象漫無邊際地研究我們用不到的東西，而是服務(wù)于實(shí)踐，解釋著實(shí)踐中所遇到的問題，從而使他們樹立起學(xué)習(xí)信心，增加學(xué)習(xí)動(dòng)力，真正做到課上講過的東西當(dāng)堂就吸收理解掌握。

4.弱化公式推導(dǎo)。結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)的目的就是讓同學(xué)們理解掌握結(jié)論和推導(dǎo)過程中各符號(hào)的物理意義及這些符號(hào)在化學(xué)中起到了什么樣的作用，有什么應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化學(xué)中的公式推導(dǎo)過程用到的高等數(shù)學(xué)的課程知識(shí)比較多，包括微積分的多重積分求解，線性代數(shù)中的行列式求值等。而數(shù)學(xué)功底普遍是化學(xué)專業(yè)學(xué)生們的弱項(xiàng)，大部分所用到的數(shù)學(xué)知識(shí)又都是在大一學(xué)習(xí)的可能已經(jīng)被忘到了腦后，因此在講述結(jié)構(gòu)化學(xué)課本中的公式時(shí)應(yīng)盡可能弱化公式推導(dǎo)過程，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)整體大局和結(jié)論的理解，不再單獨(dú)強(qiáng)調(diào)詳細(xì)的求解過程。因此在講到公式部分時(shí)，首先要明確每個(gè)符號(hào)所代表的物理意義，從本質(zhì)上理解結(jié)構(gòu)化學(xué)這門課程，引導(dǎo)學(xué)生們?nèi)绾稳ソ鉀Q問題，解決問題后又能得出怎樣的結(jié)論，所得結(jié)論的實(shí)際意義是什么，然后再回到研究數(shù)學(xué)推導(dǎo)求解過程上。讓學(xué)生抓住該課程的主線厘清學(xué)習(xí)這門課程的基本思路，順著大綱學(xué)下去，把握住主要的大方向，這樣繼續(xù)向后面章節(jié)學(xué)習(xí)就不會(huì)出現(xiàn)斷層。反之如果從數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)出發(fā)，進(jìn)行煩瑣的化簡(jiǎn)計(jì)算，就容易忽略需要解決的問題的主體，不知道這些純數(shù)學(xué)求解過程是要干什么，得出的結(jié)果有什么意義，事倍功半。

5.科學(xué)的完善考核機(jī)制。考試是教學(xué)活動(dòng)不可缺少的一部分，也是衡量教師授課成果和學(xué)生掌握課程情況的主要方法?，F(xiàn)代大學(xué)是以培養(yǎng)綜合創(chuàng)新型人才為目的的，因此在教學(xué)考核過程中，應(yīng)該用科學(xué)的、多元的方式去綜合評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生，拒絕一考定終身的制度，取代傳統(tǒng)的單一閉卷考試方法，轉(zhuǎn)變學(xué)生們認(rèn)為只要死記硬背課本就能取得好成績(jī)的慣性思維。將最終成績(jī)定為三部分之和，其中，平時(shí)成績(jī)占30%；期中成績(jī)30%；期末成績(jī)40%。平時(shí)成績(jī)的30%包括課堂表現(xiàn)（10%）、習(xí)題作業(yè)（10%）和專業(yè)課小論文（10%）。課堂上教師有針對(duì)性地提出問題并根據(jù)學(xué)生的回答情況給出分?jǐn)?shù)，既能隨時(shí)掌握學(xué)生們的學(xué)習(xí)狀況還能根據(jù)學(xué)生們的整體掌握情況隨時(shí)調(diào)整課程安排。有利于增強(qiáng)師生課上的互動(dòng)、改變課堂沉悶的授課氛圍，培養(yǎng)學(xué)生們獨(dú)立自主的思考問題，討論問題，解決問題的能力，同時(shí)還可以鍛煉他們的語言表達(dá)能力和應(yīng)變能力。課后的習(xí)題作業(yè)主要是引導(dǎo)學(xué)生正確地復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容。專業(yè)小論文則偏重于考查學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)、獲取知識(shí)的能力。這樣靈活的考試機(jī)制有利于引導(dǎo)學(xué)生改變突擊復(fù)習(xí)期末考試的方法，樹立正確的學(xué)習(xí)觀，從平時(shí)開始做到課后即復(fù)習(xí)，查漏補(bǔ)缺，也只有這樣才能真正達(dá)到結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)目的。

根據(jù)筆者多年來對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程改革的摸索，使用上述方法學(xué)生們學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的積極性明顯提高，課堂氣氛也活躍起來了，學(xué)生們愛聽了，授課效率明顯提高。

總之，結(jié)構(gòu)化學(xué)是一門其中理論在實(shí)際生活中接觸較少，學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容相對(duì)抽象，老師和同學(xué)們?cè)诮膛c學(xué)的過程都感到較為困難的理論基礎(chǔ)課。教師們應(yīng)精心備課，認(rèn)真設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，研究課程改革，由淺入深的教學(xué)，消除學(xué)生們對(duì)課程的恐懼心理。通過一系列的改革過程，改變課堂環(huán)境，活躍課堂氣氛，讓學(xué)生體會(huì)到獨(dú)立自主創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性，培養(yǎng)他們對(duì)問題分析和解決的能力；最后引入科學(xué)合理的考核機(jī)制對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)觀，不斷充實(shí)結(jié)構(gòu)化學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)，提高主動(dòng)獲取知識(shí)、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)多能創(chuàng)新型優(yōu)秀人才。

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篇10

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)類社會(huì)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)。在這一百年中發(fā)生了物理學(xué)革命，建立了相對(duì)信紙和量子力學(xué)，完成了從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的轉(zhuǎn)變。在二十世紀(jì)二、三十年代以后，現(xiàn)代物理學(xué)在深度和廣度上有了進(jìn)一步的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的新學(xué)科的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，人類對(duì)物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識(shí)，物理學(xué)理論達(dá)到了一個(gè)新高度，現(xiàn)代物理學(xué)達(dá)到了成熟的階段。

在此世紀(jì)之交的時(shí)候，人們自然想展望一下二十一世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展前景，探索今后物理學(xué)發(fā)展的方向。我想談一談我對(duì)這個(gè)問題的一些看法和觀點(diǎn)。首先，我們來回顧一下上一個(gè)世紀(jì)之交物理學(xué)發(fā)展的情況，把當(dāng)前的情況與一百年前的情況作比較對(duì)于探索二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向是很有幫助的。

一、歷史的回顧

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物物學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了它的頂峰，當(dāng)時(shí)人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對(duì)物理世界的解釋已經(jīng)達(dá)到了終點(diǎn)。物理學(xué)的一些基本的、原則的問題都已經(jīng)解決，剩下來的只是進(jìn)一步精確化的問題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補(bǔ)充和修正，使已知公式中的各個(gè)常數(shù)測(cè)得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的事實(shí)。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。[1]這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，經(jīng)典物理發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”。由此引起了物理學(xué)的一場(chǎng)偉大的革命。愛因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

把物理學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之外，也有不同之處。

在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象?？梢哉f，現(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點(diǎn)上，目前有情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為今后物理學(xué)不會(huì)有革命性的進(jìn)展了，物理學(xué)的根本性的問題、原則問題都已經(jīng)解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學(xué)，對(duì)現(xiàn)有的理論作一些補(bǔ)充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點(diǎn)，他們相信物理學(xué)遲早會(huì)有突破性的發(fā)展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。客觀物質(zhì)世界是分層次的。一般說來，每個(gè)層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個(gè)層次）構(gòu)成。從一定意義上說，宏觀與微觀是相對(duì)的，宏觀體系由大量的微觀系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學(xué)研究的目的包括：探索各層次的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，是在三個(gè)方向上前進(jìn)的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展。

1）在微觀方向上深入下去。在這個(gè)方向上，我們已經(jīng)了解了原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運(yùn)規(guī)律，建立了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識(shí)到強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會(huì)有新的進(jìn)展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強(qiáng)大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為近期內(nèi)在這個(gè)方向上難以有突破性的進(jìn)展。

2）在宏觀方向上拓展開去。1948年美國(guó)的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當(dāng)時(shí)并未引起重視。1965年美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測(cè)結(jié)果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據(jù)，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝?gòu)┖兔绹?guó)的古斯同時(shí)提出暴脹理論。八十年代以后，英國(guó)的霍金[2,3]等人開始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無”誕生，今后在這個(gè)方向上將會(huì)繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來說，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴于向廣漠的宇宙更遙遠(yuǎn)處觀測(cè)的新結(jié)果，這需要人類制造出比哈勃望遠(yuǎn)鏡性能更優(yōu)越得多的、各個(gè)波段的太空天文望遠(yuǎn)鏡，這是很艱巨的任務(wù)。

我個(gè)人對(duì)于近年來提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對(duì)宇宙的一個(gè)近似的描述。因?yàn)楝F(xiàn)在的宇宙學(xué)研究的只是我們能觀測(cè)到的范圍以內(nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無數(shù)個(gè)“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的。現(xiàn)代宇宙學(xué)只研究我們這個(gè)“宇宙”，當(dāng)然只能得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生了初及遙遠(yuǎn)的未來，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯(lián)系。

這正是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究的主要內(nèi)容。二十世紀(jì)在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)有了得大的發(fā)展，然后建立了“耗散結(jié)構(gòu)”理論、協(xié)同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發(fā)展起來了。近年來把這些分支學(xué)科都納入非線性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學(xué)的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學(xué)現(xiàn)有的基本理論的框架內(nèi)。在下個(gè)世紀(jì)，物理學(xué)的基本理論應(yīng)該怎樣發(fā)展呢？有一些物理學(xué)家在追求“超統(tǒng)一理論”。在這方面，起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”；直到1967、1968年，美國(guó)的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統(tǒng)一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學(xué)家正在探索加上強(qiáng)力的“大統(tǒng)一理論”以及再加上引力把四種力都統(tǒng)一起來的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛因斯坦當(dāng)初探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”是基于他的“物理世界統(tǒng)一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒有成功。我對(duì)此有不同的觀點(diǎn)，根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，我認(rèn)為“物質(zhì)世界是既統(tǒng)一，又多樣化的”。且莫論追求“超統(tǒng)一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學(xué)發(fā)展的終點(diǎn)。因?yàn)椤霸诮^對(duì)的總的宇宙發(fā)展過程中，各個(gè)具體過程的發(fā)展都是相對(duì)的，因而在絕對(duì)真理的長(zhǎng)河中，人們對(duì)于在各個(gè)一定發(fā)展階段上的具體過程的認(rèn)識(shí)只具有相對(duì)的真理性。無數(shù)相對(duì)的真理之總和，就是絕對(duì)的真理?！薄叭藗?cè)趯?shí)踐中對(duì)于真理的認(rèn)識(shí)也就永遠(yuǎn)沒有完結(jié)。”[5]

現(xiàn)代物理學(xué)的革命將怎樣發(fā)生呢？我認(rèn)為可能有兩個(gè)方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現(xiàn)在我們不知道。我的直覺是：將來最早發(fā)現(xiàn)的第五種力可能存在于生命現(xiàn)象中。物質(zhì)構(gòu)成了生命體之后，其運(yùn)動(dòng)和變化實(shí)在太奧妙了，我們沒有認(rèn)識(shí)的問題實(shí)在太多了，我們今天對(duì)于生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)猶如亞里斯多德時(shí)代的人們對(duì)于物理學(xué)的認(rèn)識(shí)，因此在這方面取得突破性的進(jìn)展是很可能的。我認(rèn)為，物理學(xué)業(yè)與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向之一，與此有關(guān)的最關(guān)于復(fù)雜性研究的非線性科學(xué)的發(fā)展。

2）現(xiàn)代物理學(xué)理論也只是相對(duì)真理，而不是絕對(duì)真理。應(yīng)該通過審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，在下一節(jié)中將介紹我的觀點(diǎn)。

三、現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是完美的嗎？

相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎(chǔ)是否十全十美的

呢？我們來審思一下這個(gè)問題。

1）對(duì)相對(duì)論的審思

當(dāng)年愛因斯坦就是從關(guān)于光速和關(guān)于時(shí)間要領(lǐng)的思考開始，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論[1]。我們今天探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，也應(yīng)該從重新審思時(shí)空的概念入手。愛因勞動(dòng)保護(hù)坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論是從講座慣性系中不同地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的同時(shí)性開始的[4]，他規(guī)定用光信號(hào)校正不同地點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)鐘來定義“同時(shí)”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進(jìn)一步導(dǎo)致一個(gè)四維時(shí)空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛因勞動(dòng)保護(hù)擔(dān)提出用光信號(hào)來校正時(shí)鐘，而不用別的信號(hào)呢？在他的論文中沒有說明這個(gè)問題，其實(shí)這是有深刻含意的。

時(shí)間、空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運(yùn)動(dòng)談?wù)摃r(shí)間、空間，在定義時(shí)空時(shí)應(yīng)該說明是關(guān)于什么運(yùn)動(dòng)的時(shí)空?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過一定的場(chǎng)傳遞過去，傳遞需要一定的時(shí)間，時(shí)間、空間的定義與這個(gè)傳遞速度是密切相關(guān)的。如果這種場(chǎng)是電磁場(chǎng)，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛因斯坦定義的時(shí)空實(shí)際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，適用于描述這種運(yùn)動(dòng)。

愛因斯坦把他定義的時(shí)間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上就暗含了這樣的假設(shè)：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c＇。至今為止，并無實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明c＇等于c。愛因斯坦因他的“物質(zhì)世界統(tǒng)一性”的世界觀而在實(shí)際上假定了c=c＇。我持有“物質(zhì)世界既統(tǒng)一，又多樣化的”以觀點(diǎn)，再加之電磁力和引力的強(qiáng)度在數(shù)量級(jí)上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工樣，關(guān)于由電磁力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的四維時(shí)空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來的運(yùn)動(dòng)方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場(chǎng)方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c＇。如果研究的問題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來判斷c＇和c是否相等；如果不相等，需要導(dǎo)出c＇的數(shù)值。

我在二十多年前開始形成上述觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)測(cè)量引力波是眾所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，我曾對(duì)那些實(shí)驗(yàn)寄予厚望，希望能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經(jīng)過長(zhǎng)斯的努力引引力波實(shí)驗(yàn)沒有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項(xiàng)工作冷下去了。根據(jù)愛國(guó)斯坦理論預(yù)言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠達(dá)到的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度之下，這樣弱的引力波應(yīng)該能夠探測(cè)到的話，長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點(diǎn)。應(yīng)該從c＇可能不等于c這個(gè)角度來考慮問題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強(qiáng)度比根據(jù)愛因勞動(dòng)保護(hù)坦理論預(yù)言的強(qiáng)度弱得多的結(jié)果。

弱力、強(qiáng)力與引力、電磁力有本質(zhì)的不同，前兩者是短程力，后兩者是長(zhǎng)程力。不同的相互作用是通過傳遞不同的媒介粒子而實(shí)現(xiàn)的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規(guī)范粒子（光子除外）；強(qiáng)相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質(zhì)量為零，按照愛因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質(zhì)量和能量有關(guān)，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強(qiáng)相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義慣性系中不同的地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的“同時(shí)”，是否應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)呢？我對(duì)核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個(gè)問題。如果應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)，那么關(guān)于由弱力或強(qiáng)力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設(shè)弱或強(qiáng)相互作用的傳遞速度為c＇＇，c＇＇不是常數(shù)，而是可變的，則關(guān)于由弱或強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時(shí)間t＇＇和空間（x＇＇，y＇＇，z＇＇）將是c＇的函數(shù)。然而，很可能應(yīng)該這樣來考慮問題：關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時(shí)的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統(tǒng)一起來了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以介子的靜質(zhì)量取作零（在理論上取作零，在實(shí)際上沒有靜質(zhì)量為零的介子）時(shí)的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無論上述兩種考慮中哪一種是對(duì)的，整個(gè)物質(zhì)世界的時(shí)空將是高于四維的多維時(shí)空。對(duì)于由短程力（或只是強(qiáng)力）引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如果時(shí)空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說需要建立新的量子場(chǎng)論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問題既清及長(zhǎng)程力，又涉及短程力（尤其是強(qiáng)力），則更需要建立新的理論。

1）對(duì)量子力學(xué)的審思

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場(chǎng)論的時(shí)候，遇到了“發(fā)散困難”[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國(guó)的費(fèi)曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒有徹底克服這一困難。“發(fā)散困難”的一個(gè)基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運(yùn)動(dòng)能量、相互作用能量合在一起計(jì)算[6]，這與德布羅意波在υ=0時(shí)的異性。

現(xiàn)在我陷入一個(gè)兩難的處境：如果采用傳統(tǒng)的德布羅意關(guān)系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關(guān)系，就必須面對(duì)使新的理論滿足相對(duì)論協(xié)變性的難題。是否有解決問題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)。現(xiàn)在的量子力學(xué)理論中時(shí)寬人的定義實(shí)質(zhì)上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規(guī)律，所以時(shí)間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時(shí)空要領(lǐng)不再適用。在時(shí)間或空間的間隔非常小的時(shí)候，描寫事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時(shí)空時(shí)還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的類別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個(gè)數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時(shí)空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀(jì)物理學(xué)將在三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開去；（3）深入探索各層次間的聯(lián)系，進(jìn)一步發(fā)展非線性科學(xué)。

2）可能應(yīng)該從兩方面去控尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口。（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過審思相對(duì)論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論

3）由于現(xiàn)代物理學(xué)尚未發(fā)生“危機(jī)”，因此目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件也許還不成熟，物理學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)革命都有賴于在物理實(shí)驗(yàn)和對(duì)客觀物質(zhì)世界的觀測(cè)中獲得新的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)是發(fā)展物理學(xué)的量重要手段，這是我們要關(guān)注的首要問題。然而，科學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)的發(fā)展有本身的邏輯，符合客觀規(guī)律的、有真知灼見的思維也是一個(gè)關(guān)鍵。