導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)概念，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

乍看,題目好象哲學(xué)的。不屑哲學(xué),只談物理。

大量研究表明,目前為止的實驗已經(jīng)給出物質(zhì)世界準(zhǔn)確信息,物理學(xué)重要任務(wù)之一就在于找出這信息并揭示其內(nèi)在規(guī)律。遺憾的是,目前為止的理論(無例外)均未能如此。然而國內(nèi)外學(xué)界卻一致認(rèn)為理論物理大廈框架——《量子力學(xué)》已經(jīng)建成,剩下只是裝修和美化了。

但經(jīng)本文研究表明,《量子力學(xué)》對一些基本物理學(xué)問題的實質(zhì)并不清楚,往往似是而非。然而《量子力學(xué)》卻娓娓動聽、夸夸其談,實則以其昏昏使人昭昭!請看事實:

1.1 關(guān)于“量子化”根源問題。

微觀世界“量子化”已被證實,人們已經(jīng)公認(rèn)。但接踵而來的就是“量子化”根源問題,又機制怎樣?這本是物理學(xué)根本任務(wù)之一。已有的理論包括愛因斯坦、玻爾、量子力學(xué)都未能回答。然而量子力學(xué)家們卻置這本職任務(wù)于不顧,翩翩起舞與數(shù)學(xué)喧賓奪主、相互玩弄!

就是說,《量子力學(xué)》是在未有弄清量子化根源前提下侈談“量子”的“科學(xué)”。其結(jié)果只能使原子結(jié)構(gòu)憑空量子化,量子化則成為無源之水,無本之木。這就是目前物理科學(xué)之現(xiàn)狀!

可有人,例如一位量子力學(xué)教授辯論時說:“量子化是電子自身固有屬性,陰極射線中的電子能量也是量子化的”。

雖然,這量子力學(xué)家利用了“微小量子”數(shù)學(xué)“極限”概念進(jìn)行詭辯,顯得很聰明,但卻誤了人類物理學(xué)前程!

不可否認(rèn)的事實是:陰極射線中的電子、X射線韌致輻射電子、高能加速器中電子或其它自由電子能量都連續(xù)可變,決不表現(xiàn)量子化!這無疑表明量子化不是電子自身固有屬性。那末,原子結(jié)構(gòu)中能量量子化必有其它原因。顯然這是基本物理學(xué)問題,作為理論物理又是非弄清不可的問題。其它科學(xué)例如數(shù)學(xué),由于任務(wù)不同尚可不必關(guān)心量子化根源問題。然,作為理論物理決不可以!本文如下將準(zhǔn)確具體討論量子化根源問題以及物質(zhì)世界又怎樣量子化的,并給出8位數(shù)字有效精度與實驗完全相符的計算結(jié)果。 1.2 理論與實踐關(guān)系問題

既然憑空將電子能量量子化,就難免臆造之嫌,所以《量子力學(xué)》就下意識往實驗上靠――“符合”試驗。然而,既下意識就難免拙劣,請看事實:

世界著名理論物理第六冊——《量子力學(xué)》(文獻(xiàn) [1]) 中著:“量子力學(xué),可建立于數(shù)個基本假定上,大體上這些基本假定分屬兩大項……,兩項的假定便構(gòu)成一量子力學(xué)完整系統(tǒng)”。

這明確表明,量子力學(xué)就是建立在基本假定上的(種種猜測)?！翱茖W(xué)學(xué)”研究還表明:任何建立在基本假定上的東西都不可能是科學(xué)!然而量子力學(xué)家們卻娓娓動聽說:“量子力學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)”。這不是彌天大謊么?!

文獻(xiàn) [1] 在建立對易關(guān)系:

pq -qp = (?/i)E ――――――――― (1)

時說:“這是一基本假定”。并告誡人們:“不可懂”!就是說(1)式不能用任何數(shù)學(xué)——物理方法導(dǎo)出,即:不否認(rèn)這是一種猜測。然而,(1)式就是昭著世界的“波動方程”的基礎(chǔ),也就是量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)。

所以確切地說,量子力學(xué)就是建立在基本假定上的種種猜測。這分明表現(xiàn)的是量子力學(xué)家們主觀意識!

研究表明,量子力學(xué)所謂實驗基礎(chǔ),首先在于德布羅意“物質(zhì)波”理論。認(rèn)真研究表明,物質(zhì)波究竟是什么?德布羅意本人未有弄清,后人至今仍未弄清,又怎能說“建立在實驗基礎(chǔ)上”呢?!

研究表明,量子力學(xué)的實際過程是:德布羅意對自然現(xiàn)象進(jìn)行一次連他自己也弄不清的抽象(猜測)(以下證明),提出“物質(zhì)波”概念。量子力學(xué)對這不清的概念又進(jìn)行一次抽象(猜測)(以下證明),提出“波函數(shù)”(Ψ)概念,并且通過一種算符將其作用到一個基本假定即(1)式上,便鑄成了著名的“波動方程” ——量子力學(xué)的理論基礎(chǔ):

(h2/2m)2Ψ + (E-V)Ψ = 0 ――――― (2)

由于量子力學(xué)憑空引進(jìn)“波函數(shù)Ψ”,實際上就賦予了電子神奇性質(zhì)。正是這種神奇性質(zhì)使得量子力學(xué)具備了非凡詭辯能力。

1.3 量子力學(xué)詭辯倫理

1.3.1 關(guān)于理論基礎(chǔ)詭辯

以上及以下討論都證明,量子力學(xué)是,由于缺乏了解,錯誤地估計了試驗(以下嚴(yán)格證明),用了錯誤的基本假定(不能由任何合理方法導(dǎo)出)而形成的,錯誤理論。然而量子力學(xué)家們卻口口聲聲:“量子力學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上地科學(xué)”。這分明是在詭辯,再加上社會意識,量子力學(xué)又具備了狡辯能力。 1.3.2 關(guān)于物質(zhì)波的狡辯

對于“物質(zhì)波”概念,量子力學(xué) [1] 應(yīng)用了三個基本假定:其一假定“對易關(guān)系”即(1)式,由此構(gòu)成量子力學(xué)骨架;其二假定“測不準(zhǔn)原理”,由此編造了電子“幾率云”圖像;其三假定“波?；パa原理”,這種原理本身就是一種詭辯,因為“波粒二象性”問題目前仍屬困難不解的世界性難題。于是量子力學(xué)精心泡制出“波函數(shù)Ψ”并強加給電子。經(jīng)如此之假定,電子便具備了神奇性質(zhì)——量子力學(xué)家們的主觀意識。

然而“波函數(shù)”的物理意義究竟是什么?量子力學(xué)家們著實應(yīng)向人們交代清楚,遺憾的是任何學(xué)家都未能如愿。實際上對波函數(shù)Ψ的真實物理意義,量子力學(xué)家們也只是:你知、我知、天知、地知,凡人不可知。這分明是狡辯理論!

如果需要,量子力學(xué)(文獻(xiàn) [1])首先拿出:

2πa=n ―――――――――――――― (3)

很明顯式中 2πa是粒子中心軌跡。于是說,物質(zhì)波是粒子軌跡波動。此說極易征服初學(xué)者,但此說問題也易敗露。量子力學(xué)立即改變說法,言(3) 式系近代物理概念,對此不能用經(jīng)典概念理解。于是又出現(xiàn):

1.3.3 關(guān)于“經(jīng)典”與“近代”狡辯

量子力學(xué)經(jīng)常炫耀是近代科學(xué)理論,已經(jīng)超脫經(jīng)典,又不時貶低經(jīng)典理論。

然而,以下討論完全證明:量子力學(xué)除了主觀臆造因素外,完全沒有離開經(jīng)典物理一步,也未超出經(jīng)典物理一點,就連波函數(shù) Ψ 的表達(dá)式(無例外)也完全是經(jīng)典數(shù)學(xué)和經(jīng)典力學(xué)關(guān)系式,并且以下用不可否認(rèn)的事實——量子力學(xué)所犯經(jīng)典錯誤,表明量子力學(xué)連經(jīng)典理論也不通。所以,量子力學(xué)所謂超脫經(jīng)典,正在于一些基本假定連同主觀臆造。在此種意義上說,量子力學(xué)不僅超脫經(jīng)典,而且也超脫科學(xué)! 1.3.4 量子力學(xué)方法論狡辯

確切說,量子力學(xué)不能給波函數(shù) Ψ 做出完整的真實物理學(xué)定義,但在理論中卻輪番使用: ①波函數(shù) Ψ 表示粒子中心軌跡波動;②波函數(shù) Ψ 表示粒子出現(xiàn)幾率;③波函數(shù) Ψ 表示彌撒物質(zhì)波包三種概念。有了三種概念,又可各取所需,自然一切物理問題都“迎刃而解”了。

然而,量子力學(xué)同時又“有權(quán)”輪番否定這三種概念。但卻不是自我否定,而是另一種需要——否定其它理論,其中包括真理。要指出的是,量子力學(xué)輪番使用三種概念,又輪番否定這三種概念,并不是在同一時間同一地點進(jìn)行的。因為應(yīng)用一種概念的同時又否定這種概念,這是賣矛又賣盾的故事,連兒童都知道是蠢事。顯然量子力學(xué)家比兒童高明得多,這叫認(rèn)識方法狡辯。

似這樣,在哲學(xué)面前,用“建立在實驗基礎(chǔ)上”量子力學(xué)可以蒙混過關(guān);其它科學(xué)由于研究任務(wù)不同,不會關(guān)心“量子化”根源,又由“領(lǐng)地”限制也無權(quán)過問波函數(shù)的真實意義;量子力學(xué)又可各取所需輪番應(yīng)用和輪番否定①、②、③三種概念。于是,量子力學(xué)便以狡辯贏得了世界理論權(quán)威!

1.4 關(guān)于“符合”試驗問題

以下將證明,量子力學(xué)所謂符合實驗,實際上系對實驗的猜測。量子力學(xué)很善于做貌似合理實則謬誤的猜測(以下揭示),并美其名曰“符合”試驗。其實,對實驗的真實物理過程并不清楚,又何談相符呢?請看事實:

基于玻爾理論的成功,量子力學(xué)作兩項重要推廣。 心理學(xué)原因,人們對這種推廣又愿意接受。然而卻出現(xiàn)本質(zhì)性原則錯誤,請看:

1.4.1 量子力學(xué)推廣(一)

由于氫原子的試驗電離能與玻爾理論真實能級相近,于是量子力學(xué)推廣為:

試驗電離能 = 原子真實能級 ―――――――――― (4)

將該式推廣到多電子原子中顯然很省力氣,但這是嚴(yán)重錯誤。請看氦原子事實:

試驗(文獻(xiàn)[1])測得氦原子兩個電離能,這里分別用 E1,E2 表示為:

E1= 1.80(Rhc) = 24.58(ev) ―――――――― (5)

E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――――― (6)

量子力學(xué)[1]認(rèn)為這就是氦原子的兩個真實能級。

若用 E玻 表示類氫氦離子基態(tài)能玻爾理論值,則

E玻 = 54.42(ev) ――――――――――――― (7)

顯然下式成立:

E2 = E1+ E玻 ―――――――――――――― (8)

該式明確表明 E2 不是氦原子的真實能級,因為其中包含有 E1 ,即第一電離能。

那么,實驗值 E2 即(8)式表示什么物理內(nèi)容呢?

研究表明:要使氦原子第二電子電離,儀器必先付出能量 E1=24.58(ev) 先使第一電子電離,這好比代價,氦原子于是變成類氫氦離子,其基態(tài)能為 E玻=54.42(ev)。要使它電離,儀器必須再付出與 E玻 相等的能量,才能使第2電子電離。那么儀器付出總能量必為 E2=E1+E玻,這就是氦原子電離實驗真實過程,由此不難結(jié)論:

1.4.2 據(jù)電離實驗本文結(jié)論

電離實驗結(jié)論一:氫原子及類氫氦離子玻爾理論值正確。

電離實驗結(jié)論二:目前電離能實驗值 ≠ 原子真實能級。

電離實驗結(jié)論三:所有元素最低能級皆為其類氫離子能級,不存在比這更低的能級。 然而量子力學(xué)(文獻(xiàn)[1]、[3])卻競相用“微擾法”、“變分法”乃至用修正核電荷方法逼近計算這氦原子的“能級”E2 :

E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――― (9)

篇2

論文摘要：針對鄭州輕工業(yè)學(xué)院量子力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合“量子力學(xué)”的課程特點，立足于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，簡要介紹了近年來在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方法等方面進(jìn)行的一些改革嘗試。

論文關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)改革；物理思想

“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)對科學(xué)研究和人類文明進(jìn)步的兩大標(biāo)志性貢獻(xiàn)之一，已經(jīng)成為物理學(xué)專業(yè)及部分工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，是學(xué)習(xí)“固體物理”、“材料科學(xué)”、“材料物理與化學(xué)”和“激光原理”等課程的重要基礎(chǔ)。通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟練掌握量子力學(xué)的基本概念和基本理論，具備利用量子力學(xué)理論分析問題和解決問題的能力。同時，這門課程對培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識及科學(xué)素養(yǎng)亦具有十分重要的意義。然而，“量子力學(xué)”本身是一門非常抽象的課程，眾多學(xué)生談“量子”色變，教學(xué)效果可想而知。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，提高量子力學(xué)的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。近年來，筆者在借鑒前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄭州輕工業(yè)學(xué)院（以下簡稱“我校”）教學(xué)實際，在“量子力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。

一、“量子力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的改革

量子力學(xué)理論與學(xué)生長期以來接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠(yuǎn)，尤其是處理問題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無關(guān)聯(lián)，許多量子力學(xué)中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。因此，在“量子力學(xué)”教學(xué)中，一方面需要學(xué)生摒棄在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中形成的固有觀念和認(rèn)識，另一方面在學(xué)習(xí)某些基本概念和基本理論時又要求學(xué)生建立起與經(jīng)典物理之間的聯(lián)系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學(xué)生陷于煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之中，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺失。針對以上教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，筆者對“量子力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容作了一些有益的調(diào)整。

1.理清脈絡(luò)，強化知識背景

從經(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行細(xì)致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發(fā)展有一個準(zhǔn)確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經(jīng)證明為正確并得到公認(rèn)的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學(xué)生對量子力學(xué)中基本概念和基本理論的形成和建立的科學(xué)歷史背景有一深刻了解，有助于學(xué)生理清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學(xué)生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學(xué)思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及科學(xué)素養(yǎng)。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設(shè)很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來解釋，學(xué)生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內(nèi)容時，很有必要介紹一下玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景，告訴學(xué)生在玻爾的量子化假設(shè)之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關(guān)于原子光譜的實驗數(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經(jīng)典物理理論及實驗事實存在嚴(yán)重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應(yīng)運而生。在用量子力學(xué)求解氫原子定態(tài)波函數(shù)時，還可以通過定態(tài)波函數(shù)的概率分布圖，向?qū)W生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現(xiàn)幾率比較大的區(qū)域。通過這樣講述，學(xué)生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學(xué)中的概念混為一談。

2.重在物理思想，壓縮數(shù)學(xué)推導(dǎo)

在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來表述物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式之中。因此，在教學(xué)過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質(zhì)。對一些涉及繁難數(shù)學(xué)推導(dǎo)的內(nèi)容，在教學(xué)中刻意忽略具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，著重于使學(xué)生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學(xué)中，對于數(shù)學(xué)方面的問題，只要求學(xué)生能正確寫出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現(xiàn)成結(jié)論的應(yīng)用上。這樣，學(xué)生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學(xué)習(xí)熱情。

二、教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學(xué)生在教學(xué)活動中始終處于被動接受地位，極大地壓制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，十分不利于知識的獲取以及對學(xué)生創(chuàng)新能力及科學(xué)思維的培養(yǎng)。而且，“量子力學(xué)”這門課程本身實驗基礎(chǔ)薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學(xué)，學(xué)生勢必感到枯燥，甚至厭煩。長期以往，學(xué)習(xí)積極性必然受挫，學(xué)習(xí)效果自然大打折扣。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)其科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，筆者在教學(xué)方法上進(jìn)行了一些有益的探索。

1.發(fā)揮學(xué)生主體作用

除卻必要的教學(xué)內(nèi)容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動時間。教師通過創(chuàng)設(shè)問題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究討論，或者針對已講授內(nèi)容，使學(xué)生對已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、總結(jié)、辨析，以加深理解；或者針對未講授內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這兩個典型的束縛態(tài)問題后就可引導(dǎo)學(xué)生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”），這樣學(xué)生就會積極地預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容；或者選擇一些有代表性的習(xí)題，讓學(xué)生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學(xué)生利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源等尋求解決，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。此外，還可使學(xué)生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關(guān)的題目進(jìn)行討論、調(diào)研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，另一方面使其接受初步的科研訓(xùn)練，一舉兩得。 轉(zhuǎn)貼于

2.注重構(gòu)建物理圖像

在實際教學(xué)中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學(xué)生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構(gòu)建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數(shù)的統(tǒng)計解釋；借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學(xué)生更易接受和理解態(tài)疊加原理；借助解析幾何中的坐標(biāo)系，可很好地為學(xué)生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標(biāo)系和表象這些概念之間有本質(zhì)上的區(qū)別，但借助這些學(xué)生已經(jīng)熟知和深刻理解的概念，可使學(xué)生非常容易地接受和理解量子力學(xué)中難以言明的概念和理論，同時，也可使學(xué)生掌握這種物理圖像的構(gòu)建能力，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有非常積極地作用。

三、教學(xué)手段和考核方式改革

1.課程教學(xué)采用多種先進(jìn)的教學(xué)方式

如安排小組討論課，對難于理解的概念和規(guī)律進(jìn)行討論。先是各小組內(nèi)討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進(jìn)行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時，有的學(xué)生認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)的波。這些問題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，從而進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對一些不易理解的概念和量子原理進(jìn)行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外課程作業(yè)布置小論文，邀請國內(nèi)外專家開展系列量子力學(xué)講座等都是不錯的方式。

2.堅持研究型教學(xué)方式

把課程教學(xué)和科研相結(jié)合，在教學(xué)過程中針對教學(xué)內(nèi)容，吸取科研中的研究成果，通過結(jié)合最新的科研動態(tài)，向?qū)W生講授在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在量子力學(xué)誕生后，作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一的現(xiàn)代物理學(xué)的每一個分支及相關(guān)的邊緣學(xué)科都離不開量子力學(xué)這個基礎(chǔ)，量子理論與其他學(xué)科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學(xué)為基礎(chǔ)；量子力學(xué)在通信和納米技術(shù)中的應(yīng)用；量子理論在生物學(xué)中的應(yīng)用；量子力學(xué)與正在研究的量子計算機的關(guān)系等，在教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎暹@些知識，擴大學(xué)生的知識面，消除學(xué)生對量子力學(xué)的片面認(rèn)識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性。

3.利用量子力學(xué)課程將人文教育與專業(yè)教學(xué)相結(jié)合

量子力學(xué)從誕生到發(fā)展的物理學(xué)史所包含的創(chuàng)新思維是迄今為止哪一門學(xué)科都難以比擬的。在19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應(yīng)、原子光譜等物理現(xiàn)象的實驗結(jié)果嚴(yán)重沖擊經(jīng)典物理學(xué)理論，讓經(jīng)典物理學(xué)陷入危機四伏的境地。1900年，德國物理學(xué)家普朗克創(chuàng)造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象，量子概念誕生。1905年，愛因斯坦進(jìn)一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時是不連續(xù)的（普朗克假設(shè)），而且在物質(zhì)相互作用中也是不連續(xù)的。1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經(jīng)驗光譜公式。泡利突破玻爾半經(jīng)典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應(yīng)以合理解釋。1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開始與經(jīng)典理論分庭抗禮。和學(xué)生一起重溫量子力學(xué)史的發(fā)展之路，在教學(xué)過程中展現(xiàn)量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式之美，使學(xué)生在科學(xué)海洋中得到美的享受，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。

4.考試方式改革

在本課程的教學(xué)中采用了教考分離，通過小考題的形式復(fù)習(xí)章節(jié)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的實際水平適當(dāng)輔導(dǎo)答疑，注重學(xué)生對量子力學(xué)基礎(chǔ)知識理解的考核。對于評價系統(tǒng)的建立，其中平時成績（包括作業(yè)、討論、綜合表現(xiàn)等）占30％，期末考試占70％。從實施的效果來看，督促了學(xué)生的學(xué)習(xí)，收到了較好的效果，受到學(xué)生的歡迎。

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關(guān)鍵詞：問題式教學(xué)法；量子力學(xué)；教學(xué)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0102-02

隨著高校教學(xué)改革的不斷深入，多媒體技術(shù)的普及和任課教師專業(yè)水平的提高，使得教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段更加豐富多樣。量子力學(xué)課程是核類專業(yè)的基礎(chǔ)課，它對于學(xué)習(xí)和理解核類專業(yè)主干課程，如原子核物理學(xué)、原子核物理實驗方法等具有十分重要的作用和意義。但由于其理論性強，思維方式與經(jīng)典力學(xué)差異較大，量子力學(xué)現(xiàn)象在日常生活中比較少見。這樣就使得核類專業(yè)特別是核類工科專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)和理解該門課程時遇到了很大的困難，也使得學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)沒有積極性。因而在課堂上就經(jīng)常出現(xiàn)這樣的一幕：只有老師在講，學(xué)生思考的少，氣氛壓抑。如何改變這一現(xiàn)狀呢？怎么樣來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性呢？這些都是急需解決的問題?；诖?，在分析量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)相互聯(lián)系的基礎(chǔ)上，探究并實踐了由經(jīng)典物理學(xué)的問題來引入量子力學(xué)學(xué)科的問題。將問題式教學(xué)法應(yīng)用于量子力學(xué)的實踐教學(xué)當(dāng)中。這樣既可以活躍課堂氣氛，提高學(xué)生積極性，又可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，同時還可以鞏固學(xué)生以前學(xué)過的經(jīng)典物理學(xué)的相關(guān)知識，進(jìn)而能提升教學(xué)質(zhì)量。

一、問題式教學(xué)法概念

問題式教學(xué)（Problem-Based Teaching）是問題式學(xué)習(xí)（Problem-Based-Learning）的發(fā)展，它鼓勵學(xué)生主動思考問題、自主尋找答案，是以問題為基礎(chǔ)來展開學(xué)習(xí)和教學(xué)過程的一種教學(xué)模式，通過學(xué)生合作解決真實問題來學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能，并形成自主學(xué)習(xí)的能力。PBL最早起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、會計、英語等眾多學(xué)科。

二、量子力學(xué)與經(jīng)典物理的聯(lián)系及問題式教學(xué)法在量子力學(xué)課程中的應(yīng)用

經(jīng)典物理可以解釋天體間的相互作用、電磁波的傳播以及系統(tǒng)的熱力學(xué)平衡等自然現(xiàn)象。20世紀(jì)初，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)了放射性現(xiàn)象后，在解釋分子原子尺度的物理現(xiàn)象時，經(jīng)典力學(xué)往往無能為力。因此需要建立一個全新的理論，這就是量子力學(xué)。它是闡明原子核、固體等性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，且在化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科和許多近代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。在經(jīng)典力學(xué)，做機械運動的物體簡化為質(zhì)點，位置可以用坐標(biāo)系上的坐標(biāo)表示。將坐標(biāo)對時間求導(dǎo)、再求導(dǎo)，得到物體運動的速度■和加速度■。■=■（t） ■=■ ■=■ ①

經(jīng)典物理中，描述物體運動的規(guī)律是牛頓三大定律。描述物體t時刻的狀態(tài)用t時刻的位置矢量■，動量■。初始位置矢量、動量及所受到的力■知道，由牛頓運動定律就可以知道物體的運動狀態(tài)。量子力學(xué)是用來描述微觀粒子運動規(guī)律的一門學(xué)科。由于微觀粒子運動的隨機性，使得粒子的動量和位置不能同時確定。在實際的教學(xué)中就可以引入這樣的問題：量子力學(xué)中是怎么樣來描述粒子的狀態(tài)及運動規(guī)律呢？這就要找到與經(jīng)典對應(yīng)的關(guān)系。這樣就可以引入量子力學(xué)的波函數(shù)概念及其物理含義。波函數(shù)是描述微觀粒子的狀態(tài)，可以表示為如下的形式：

Ψ（x，y，z，t）=Ψ（p，r，t） ②

此時又引入一個新的問題：波函數(shù)遵循什么樣的規(guī)律呢？與經(jīng)典牛頓運動定律對于的定理或者定律又是什么呢？這個時候就可以用問題式的方法來引入薛定諤方程問題。

i？攸=■=-■？犖2Ψ+U（r）Ψ ③

上式子表示粒子在相互作用勢為U（r）的勢場中運動時，描述粒子運動狀態(tài)波函數(shù)隨時間的演化所滿足的規(guī)律。同樣，像以上這樣利用問題式引入的方式來講授量子力學(xué)課程的相關(guān)內(nèi)容還有很多，如態(tài)疊加原理，表象變換等。對于態(tài)疊加原理，問題的引入：經(jīng)典物理有波函數(shù)的概念，有波的疊加，那量子力學(xué)中描述物體狀態(tài)的波函數(shù)是否也有疊加性，他們之間有什么異動呢？這樣就可以將學(xué)生引入到量子力學(xué)中的態(tài)疊加原理的相關(guān)內(nèi)容。

三、需要重視的問題

針對目前核類專業(yè)特別是核類工科專業(yè)量子力學(xué)課程的現(xiàn)狀，我們除了將問題式教學(xué)法應(yīng)用到教學(xué)實踐中，還要從以下的幾個方面來激起學(xué)生的興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的積極性。

首先，需要激起學(xué)生的好奇心。其次，在解答習(xí)題中將問題式教學(xué)融入其中，要做到課堂知識和課后習(xí)題的問題式教學(xué)雙覆蓋。最后，需要學(xué)生知道處理量子力學(xué)問題的一般方法，同時適當(dāng)鼓勵學(xué)生。為了充分調(diào)動學(xué)生參與課程教學(xué)的積極性和主動性，必須在教學(xué)過程中把握學(xué)生對知識的掌握程度，對表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生進(jìn)行表揚并登記，從心理層面激勵其更加積極參與到教學(xué)互動中。本科階段的量子力學(xué)是一門入門課程，是繼續(xù)學(xué)習(xí)物理學(xué)的基礎(chǔ)。只有讓學(xué)生認(rèn)識到了量子力學(xué)課程的重要性，才能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

通過經(jīng)典物理與量子力學(xué)的類比對應(yīng)關(guān)系，在量子力學(xué)講授相關(guān)知識時，用問題式的方式引入知識點。激發(fā)學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)積極性。使用該教學(xué)方式以來，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)質(zhì)量都得到了提高，達(dá)到了教學(xué)改革的目的。

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關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；非機械決定論；整體論；復(fù)雜性；主客體互動

Abstract:Asoneofthreerevolutionsofphysicsin20thcentury,quantummechanicshasgreatlytransformedtheworldviewofclassicalscienceinmanyaspects.Quantummechanicsbreaksthoughthemechanicaldeterminisminclassicalscience,transformingitintononmechanicaldeterminism;itchangesscientificcognitiveprocessfromthetheoryofreductionismtothetheoryofwholism;itshiftsthewayofthinkingfrompursuingsimplicitytoexploringthecomplexity;italsoestablishestheinteractionbetweensubjectandobjectinscientificresearches.

Keywords:quantummechanics;worldviewofclassicalscience;nonmechanicaldeterminism;wholism;complexity;interactionbetweensubjectandobject

經(jīng)典科學(xué)基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開創(chuàng)的，近三百年內(nèi)發(fā)展起來的一整套觀點、方法、學(xué)說。經(jīng)典科學(xué)世界圖景的最大特征是機械論和還原論，片面強調(diào)分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學(xué)派的量子力學(xué)理論三部曲：統(tǒng)計解釋—測不準(zhǔn)原理—互補原理所反映的主要觀點是：微觀粒子的各種力學(xué)量（位置、動量、能量等）的出現(xiàn)都是幾率性的；量子力學(xué)對微觀粒子運動的幾率性描述是完備的，對幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋；決定論不適用于量子力學(xué)領(lǐng)域；儀器的作用同觀察對象具有不可分割性，確立了科學(xué)活動中主客體互動關(guān)系。[1]量子力學(xué)的發(fā)展從根本上改變了經(jīng)典科學(xué)世界

圖景。

一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機械決定論，遵循因果加統(tǒng)計的非機械決定論

經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機械運動的科學(xué)，機械運動是自然界最簡單也是最普遍的運動。說它最簡單，因為機械運動比較容易認(rèn)識，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說它最普遍，因為機械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對化。[2]機械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。[3]其實，機械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對于微觀領(lǐng)域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計決定論。[4]

量子力學(xué)是對經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運動規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運動遵守統(tǒng)計規(guī)律，我們不能說某個電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。

玻恩的統(tǒng)計解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機械決定論代替了機械決定論的統(tǒng)治。

經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動搖嚴(yán)格決定論，量子力學(xué)的沖擊則使機械決定論的大廈坍塌了。量子力學(xué)揭示并論證了人們對微觀世界的認(rèn)識具有不可避免的隨機性，它不遵循嚴(yán)格的因果律。任何微觀事件的測定都要受到測不準(zhǔn)關(guān)系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動量、時間和能量，只能描述和預(yù)言微觀對象的可能的行為。因此，量子力學(xué)必須是幾率的、統(tǒng)計的。而且，隨著認(rèn)識的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計的隨機性，不是由于我們知識和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學(xué)使得科學(xué)認(rèn)識方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論

還原論作為一種認(rèn)識方法，是指把高級運動形式歸結(jié)為低級運動形式，用研究低級運動形式所得出的結(jié)論代替對高級運動形式的本質(zhì)認(rèn)識的觀點。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點和規(guī)律去解釋、說明要研究的對象。其目的是簡化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認(rèn)識處于初級水平上無疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學(xué)的本質(zhì)，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機的自覺因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^粒子在某些實驗條件下，只表現(xiàn)波動性；而在另一些實驗條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實驗結(jié)果不能同時在一次實驗中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動性，即波粒二象性。這就是整體論觀點強調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準(zhǔn)原理說明不能同時測量微觀粒子的動量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測量簡單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動搖了還原論觀點。

三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

從經(jīng)典科學(xué)思維方式來看，世界在本質(zhì)上是簡單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡單性是經(jīng)典科學(xué)奮斗的目標(biāo)，也是推動它獲取成功的動力。開普勒以三條簡明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽系行星運動，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡單性解釋復(fù)雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學(xué)初步揭示了客觀世界的復(fù)雜性。經(jīng)典科學(xué)的簡單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是理想的物質(zhì)客體。它不但用理想化的“質(zhì)點”、“剛體”、“理想氣體”來描述物體，而且把研究對象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進(jìn)入微觀領(lǐng)域，微觀粒子運動的幾率性、隨機性；觀測對象和觀測主體不可分割性等都足以說明自然界本身并不是我們想象的那么簡單。

在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡單性作為一個特例包含其中，正如莫蘭所說的，復(fù)雜性是簡單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡單性更基本，可能性比現(xiàn)實性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實來限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實；不是以既存的實體來確定演化，而是在演化中認(rèn)識和把握實體。復(fù)雜性主張考察被研究對象的復(fù)雜性，在對其作出層次與類別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強調(diào)的是一種整體的協(xié)同。

四、量子力學(xué)使科學(xué)活動中主客體分離邁向主客互動

經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，在面對量子世界如此微小的測量對象時，成為一個難以把握的手段。因為研究者的介入對量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時，我們就會遇到一個矛盾：我們的觀測儀器是宏觀的，可是研究對象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對我們的認(rèn)識產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測的假定，從而建立了科學(xué)活動中主客體互動的關(guān)系。

例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實驗安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實驗安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學(xué)的發(fā)展表明，不存在一個客觀的、絕對的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測到的世界。物理學(xué)的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關(guān)于自然我們能夠“說什么”。

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[6]疏禮兵，姜巍.近現(xiàn)代科學(xué)觀的演進(jìn)及其啟示[J].科學(xué)管理研究，2004,22(5)：56-58.

篇5

量子力學(xué)是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展中最成功、也是最神秘的理論之一。其成功之處在于，它以獨特的形式體系與特有的算法規(guī)則，對原子物理學(xué)、化學(xué)、固體物理學(xué)等學(xué)科中的許多物理效應(yīng)和物理現(xiàn)象作出了說明與預(yù)言，已經(jīng)成為科學(xué)家認(rèn)識與描述微觀現(xiàn)象的一種普遍有效的概念與語言工具，同時也是日新月異的信息技術(shù)革命的理論基礎(chǔ)；其神秘之處在于，與其形式體系的這種普遍應(yīng)用的有效性恰好相反，量子物理學(xué)家在表述、傳播和交流他們對量子理論的基本概念的意義的理解時，至今仍未達(dá)成共識。量子物理學(xué)家在理解和解釋量子力學(xué)的基本概念的過程中所存在的分歧，不是關(guān)于原子世界是否具有本體論地位的分歧，而是能否仍然像經(jīng)典物理學(xué)理論那樣，把量子理論理解成是對客觀存在的原子世界的正確描述之間的分歧。

在量子力學(xué)誕生的早期歲月里，這些分歧的產(chǎn)生主要源于對量子理論中的波函數(shù)的統(tǒng)計性質(zhì)的理解。因為量子力學(xué)的創(chuàng)始人把量子力學(xué)理解成是一種完備的理論，把量子統(tǒng)計理解成是不同于經(jīng)典統(tǒng)計的觀點，在根本意義上，帶來了量子力學(xué)描述中的統(tǒng)計決定性特征。而理論描述的統(tǒng)計決定性與物理學(xué)家長期信奉的因果決定論的實在論研究傳統(tǒng)相沖突。在當(dāng)時的背景下，對于那些在經(jīng)典物理學(xué)的熏陶下成長起來的許多傳統(tǒng)物理學(xué)家而言，對量子力學(xué)的這種理解是難以容忍的。這些物理學(xué)家仍然堅持以經(jīng)典實在觀為前提，希望重建對原子對象的因果決定論的描述。這種觀點認(rèn)為，現(xiàn)有的量子力學(xué)只是臨時的現(xiàn)象學(xué)的理論，是不完備的，將來總會被一個擁有確定值的能夠解決量子悖論的新理論所取代。量子哲學(xué)家普遍地把這種實在論稱之為定域?qū)嵲谡?，或者稱為非語境論的實在論。從EPR悖論到貝爾定理的提出正是沿著這一思路發(fā)展的。這種觀點把量子論中的統(tǒng)計決定論與經(jīng)典實在論之間的矛盾，理解成是量子論與傳統(tǒng)實在論之間的矛盾。

但是，自從1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列實驗，沒有支持定域隱變量理論的預(yù)言，而是給出了與量子力學(xué)的預(yù)言相一致的實驗結(jié)果以來，量子論與傳統(tǒng)實在論之間的矛盾焦點，由對量子理論中的統(tǒng)計決定性特征的質(zhì)疑，轉(zhuǎn)向了對更加基本的量子測量過程中的“波包塌縮”現(xiàn)象的理解。因為量子測量問題是量子理論中最深層次的概念問題。馮諾意曼在本體論意義上引入量子態(tài)的概念來表征量子實在的作法，直接導(dǎo)致了至今難以解決的量子測量難題。到目前為止，所有的量子測量理論都是試圖站在傳統(tǒng)實在論的立場上，對量子測量過程作出新的解釋。玻姆的本體論解釋在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計性特征，把量子世界看成是由客觀的不確定性、隨機性和量子糾纏所支配的世界的前提下，通過假設(shè)非定域的隱變量的存在，尋找對量子測量過程的因果性解釋。量子哲學(xué)家把這種實在論稱為非定域的實在論。[1] 多世界解釋在承認(rèn)現(xiàn)有的量子力學(xué)的形式體系和基本特征是完全正確的前提下，通過多元本體論的假設(shè)來對具有整體性特征的量子測量過程作出整體論的解釋。量子哲學(xué)家把這種實在論稱為非分離的實在論。[1]

量子測量現(xiàn)象的非定域性和非分離性所反映的是量子測量過程的整體性特征。問題是，相對于科學(xué)哲學(xué)研究而言，如果把量子測量系統(tǒng)理解成是一個包括觀察者在內(nèi)的整體，我們將永遠(yuǎn)不可能在觀察者與被觀察系統(tǒng)之間作出任何形式的分割。而觀察者與被觀察系統(tǒng)之間的分界線的消失，將會使我們在不考慮觀察者的情況下，對物理實在進(jìn)行客觀描述的夢想徹底地破滅。這是因為，一方面，如果我們認(rèn)為量子力學(xué)的形式體系是正確而完備的理論，那么，就能夠用量子力學(xué)的術(shù)語描述包括觀察者在內(nèi)的整個測量過程。這時，觀察者成為整個測量系統(tǒng)中的一個組成部分參與了測量中的相互作用；另一方面，如果我們?nèi)匀豢释褚钥煞蛛x性假設(shè)為基礎(chǔ)的經(jīng)典測量那樣，在以整體性假設(shè)為基礎(chǔ)的量子測量系統(tǒng)中，也能夠得到確定而純客觀的測量結(jié)果，那么，他們必須要在觀察者與被觀察的量子系統(tǒng)之間作出某種分割，觀察者才有可能站在整個測量系統(tǒng)之外進(jìn)行觀察。然而，在量子測量的具體實踐中，這個重要的“阿基米德點”是永遠(yuǎn)不可能得到的。因為對量子測量系統(tǒng)進(jìn)行的任何一種形式的分割，都必然會導(dǎo)致像“薛定諤貓”那樣的悖論。這樣，關(guān)于量子論與實在論之間的矛盾事實上轉(zhuǎn)化為，在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計性特征的前提下，如何解決量子測量的整體性與傳統(tǒng)實在論之間的矛盾。

以玻爾為代表的傳統(tǒng)量子物理學(xué)家在創(chuàng)立了量子力學(xué)的形式體系之后，并不追求從量子測量現(xiàn)象到量子本體論的超越中提供一種本體論的理解。而是在認(rèn)識論和現(xiàn)象學(xué)的意義上做文章。玻爾認(rèn)為，觀察的“客觀性”概念的含義，在原子物理學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了語義上的變化。在這里，客觀性不再是指對客體在觀察之前的內(nèi)在特性的揭示，而是具有了“在主體間性的意義上是有效的”這一新的含義。這種把“客觀性”理解成是“主體間性”的觀點，在認(rèn)識論意義上，所隱藏的直接后果是，使“客觀性”概念失去了與“主觀性”概念相對立的基本含義，從而使量子力學(xué)成為支持科學(xué)的反實在論解釋的一個重要的立論依據(jù)。與此相反，近幾十年發(fā)展起來的多世界解釋，試圖以多元本體論的假設(shè)為前提，恢復(fù)對客觀性概念的傳統(tǒng)理解；玻姆的本體論解釋則是以粒子軌道與真實波的二元論假設(shè)為代價，把測量過程中的整體性特征歸結(jié)為是量子勢的性質(zhì)。這兩種解釋雖然在理解量子測量現(xiàn)象時堅持了傳統(tǒng)實在論的立場。但是，這些立場的堅持是以在量子力學(xué)中增加某些額外的假設(shè)為代價的。這正是為什么近幾十年來，反思與研究量子力學(xué)與量子測量的概念基礎(chǔ)問題，成為不計其數(shù)的論著和論文所討論的中心論題的主要原因所在。

到目前為止，在量子物理學(xué)家的心目中，微觀客體的非定域性特征和量子測量的非分離性特征已經(jīng)成為不爭的事實。如果我們站在科學(xué)哲學(xué)的立場上，像當(dāng)初接受量子統(tǒng)計性一樣，也接受量子力學(xué)描述的微觀系統(tǒng)的這種整體性特征。那么，量子測量過程中被測量的系統(tǒng)與測量儀器（包括觀察者在內(nèi)）之間的整體性關(guān)系將會意味著，在微觀領(lǐng)域內(nèi)，我們所得到的知識，事實上，總是與觀察者密切相關(guān)的知識。這個結(jié)論顯然與長期以來我們所堅持的真理符合論的客觀標(biāo)準(zhǔn)不相容。因此，接受量子力學(xué)的整體性特征，就意味著放棄真理符合論的標(biāo)準(zhǔn)，需要對傳統(tǒng)實在論的核心概念——理論和真理的性質(zhì)與意義——進(jìn)行重新理解。這樣，現(xiàn)在的問題就變成是，能否在接受量子力學(xué)的統(tǒng)計性和整體性特征的前提下，闡述一種新的實在論觀點呢？如果答案是否定的，那么，科學(xué)實在論將永遠(yuǎn)不可能得到辯護(hù)；如果答案是肯定的，那么，與理論的整體性特征相協(xié)調(diào)的實在論是一種什么樣的實在論呢？這正是本文所關(guān)注的主要問題所在。

2．認(rèn)識論教益：隱喻思考與模型化方法的突現(xiàn)

自近代自然科學(xué)產(chǎn)生以來，公認(rèn)的傳統(tǒng)實在論的觀點是建立在宏觀科學(xué)知識基礎(chǔ)之上的一種鏡像實在論。在宏觀科學(xué)的研究領(lǐng)域內(nèi)，觀察者總是能夠站在整個測量系統(tǒng)之外，客觀地獲得測量信息。在有效的測量過程中，測量儀器對測量結(jié)果的干擾通常可以忽略不計。測量結(jié)果為理論命題的真假提供了直接的評判標(biāo)準(zhǔn)，使命題和概念擁有字面表達(dá)的意義（literal meaning）或非隱喻的意義和指稱。因此，鏡像實在論是以觀察命題的真理符合論為前提的。

真理符合論的最實質(zhì)性的內(nèi)容是，堅持命題與概念同實際的事實相符合。長期以來，科學(xué)家一直把這種觀點視為是科學(xué)研究活動的價值基礎(chǔ)。

維特根斯坦在其著名的《邏輯哲學(xué)導(dǎo)論》一書中，把真理的這種符合論觀點表述為：就像唱片是聲音的畫像并具有聲音的某些結(jié)構(gòu)一樣，命題所描述是事實的畫像，并具有與事實一致的結(jié)構(gòu)。因為用語言來思考和說話，就是用語言來對事實作邏輯的模寫，它類似于畫家用線條、色彩、圖案來描繪世界上的事物。所以，用語言描述的圖象與世界的實際圖象之間具有同構(gòu)性。1933年，塔爾斯基對這種真理觀進(jìn)行了定義。在當(dāng)前科學(xué)哲學(xué)的文獻(xiàn)中，人們習(xí)慣于用“雪是白的”這一命題為例，把塔爾斯基對真理的定義形象地表述為：“雪是白的”是真的，當(dāng)且僅當(dāng)，雪是白的。

普特南把塔爾斯基對真理的這種定義概括為“去掉引號的真理論”。塔爾斯基認(rèn)為，要想使“‘雪是白的’是真的”，這個句子本身成真，當(dāng)且僅當(dāng)，“雪是白的”這個事實是真實的，即我們能夠得到“雪是白的”這一經(jīng)驗事實。這個看似簡單的句子隱含著兩層與常識相一致的符合關(guān)系：第一層的相符合關(guān)系是，語言表達(dá)的命題與實際事實相符合；第二層的相符合關(guān)系是，觀察得到的事實與真實世界相符合。在日常生活中，像“雪是白的”這樣的經(jīng)驗事實是非常直觀的，只要是一個正常的人，都有可能看到“雪確實是白色的”這個實際存在的事實。因此，人們對它的客觀性不會產(chǎn)生任何懷疑，能夠作為“‘雪是白的’是真的”這個句子的成真條件。

然而，量子力學(xué)揭示出的微觀測量系統(tǒng)中的整體性特征，既限制了我們對這種理想知識的追求，也向傳統(tǒng)的客觀真理標(biāo)準(zhǔn)的價值觀提出了挑戰(zhàn)。這是因為，在量子測量的過程中，對命題的這種理想的描述方式和對對象的如此單純的觀察活動，已經(jīng)不再可能。以玻爾為代表的許多物理學(xué)家雖然在量子力學(xué)誕生的早期就已經(jīng)意識到這一點。但是，在科學(xué)哲學(xué)的意義上，他們在拋棄了真理符合論之后，卻走向了認(rèn)識論的反實在論；馮諾意曼的測量理論以真理符合論為基礎(chǔ)，要求在觀察者與測量儀器之間進(jìn)行分割的做法，直接導(dǎo)致了量子測量中的“觀察者悖論”；現(xiàn)存的非分離與非定域的實在論解釋，也是以真理符合論為基礎(chǔ)，在量子力學(xué)的形式體系中增加了某些難以令人接受的額外假設(shè)，來解決量子測量難題。從哲學(xué)意義上看，這種借助于額外假設(shè)來使量子力學(xué)與實在論相一致的作法并沒有唯一性。它不過是借助于各種哲學(xué)的想象力來解決量子測量難題而已。

由此可見，量子測量難題的產(chǎn)生，實際上是以真理符合論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實在論的觀點，來理解量子測量過程的整體性特征所導(dǎo)致的。現(xiàn)在，如果我們像放棄經(jīng)典的絕對時空觀，接受相對論一樣，也放棄真理符合論的實在論，接受現(xiàn)有的量子力學(xué)。那么，在當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)的研究中，我們需要以成功的量子力學(xué)帶給我們的認(rèn)識論教益為出發(fā)點，對理論、概念和真理的性質(zhì)與意義作出新的闡述。量子力學(xué)所揭示的微觀世界與宏觀世界之間的最大差異在于，我們對微觀世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，不可能像對宏觀世界的認(rèn)知那樣，使觀察者能夠站在整個測量語境的外面來進(jìn)行。

這就像盲人摸象的故事一樣，不同的盲人從大象的不同部位開始摸起，最初，他們所得到的對大象的認(rèn)識是不相同的，因為每個人根據(jù)自己的觸摸活動都只能說出大象的某一個部分。只有當(dāng)他們摸完了整個大象時，他們才有可能對大象的形狀作出客觀的描述。然而，雖然他們對大象的描述始終是從自己的視角為起點的，并建立在個人理解的基礎(chǔ)之上。但是，不可否認(rèn)的是，他們的觸摸活動總是以真實的大象為本體的。在微觀領(lǐng)域內(nèi)，量子世界如同是一頭大象，物理學(xué)家如同是一群盲人，有所區(qū)別的是，物理學(xué)家對微觀世界的認(rèn)識不可能是直接的觸摸活動，而只能借助于自己設(shè)計的測量儀器與對象進(jìn)行相互作用來進(jìn)行。在這個相互作用的過程中，包括觀察者在內(nèi)的測量語境成為聯(lián)系微觀世界與理論描述之間的一個不可分割的紐帶。

如果把這種量子力學(xué)的這種整體性思想延伸外推到一般的科學(xué)哲學(xué)研究中，那么，可以認(rèn)為，科學(xué)家所闡述的理論事實上是一個產(chǎn)生信念的系統(tǒng)?？茖W(xué)家借助于模型化的理論，把他們對世界的認(rèn)知模擬出來。理論模型所描述出的世界與真實世界之間的關(guān)系是一種內(nèi)在的、整體性的相似關(guān)系。這種相似分為兩個不同的層次：其一，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在現(xiàn)象學(xué)意義上的初級相似。這種相似是指，在這個層次上，我們只是能夠通過某些關(guān)系把現(xiàn)象描述出來，但是，對現(xiàn)象之所以發(fā)生的原因給不出明確的說明；其二，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在認(rèn)識論意義上的高級相似。這種相似是指，理論模型達(dá)到了與真實世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與關(guān)系之間的相似。所以，現(xiàn)象學(xué)意義上的相似最后會被成熟理論所描述的認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似所包容或修正。

這兩個層次之間的相似關(guān)系是建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)之上的，而不是建立在邏輯或先驗的基礎(chǔ)之上。這樣，雖然科學(xué)家在建構(gòu)理論模型的過程中，總是不可避免地存在著許多非理性的因素。但是，在根本的意義上，他們的建構(gòu)活動是以最終達(dá)到使理論描述的可能世界與真實世界之間的結(jié)構(gòu)與關(guān)系相似為目的的。因此，測量語境的存在成為科學(xué)家建構(gòu)活動的一個最基本的制約前提。建構(gòu)理論模型的活動是一種對世界的認(rèn)知活動。建構(gòu)活動中的虛構(gòu)性將會在與公認(rèn)的實驗事實的比較中不斷地得到矯正，直至達(dá)到與真實世界完全一致為止。或者說，在一定的語境中，當(dāng)從理論模型作出的預(yù)言在經(jīng)驗意義上不斷地得到了證實的時候，類比的相似性程度將隨之不斷地得以提高；當(dāng)科學(xué)共同體能夠依據(jù)理論模型所描述的可能世界的結(jié)構(gòu)來理解真實世界時，相似性關(guān)系將逐漸地趨向模型與世界之間的一致性關(guān)系。

在這種理解方式中，真理是物理模型與真實世界之間的相似關(guān)系的一種極限，是在一定的語境中完善與發(fā)展理論的一個最終結(jié)果。這樣，在科學(xué)研究中，真理成為科學(xué)研究追求的一個最終目標(biāo)，而不是科學(xué)研究的邏輯起點?；蛘哒f，把真理理解成是在科學(xué)的探索過程中，成熟的物理模型與世界結(jié)構(gòu)之間達(dá)成的一致性關(guān)系。對真理的這種理解，使過去追求的客觀真理變成了與語境密切相關(guān)的一個概念。超出理論成真的語境范圍，真理也就失去了存在的前提和價值。這樣，與玻爾把理論的客觀性理解成是主體間性的觀點所不同，本文是通過改變對真理意義的理解方式，挽救了理論的客觀性。

如果把科學(xué)活動理解成是對世界的模擬活動，那么，在理論的建構(gòu)活動中，科學(xué)理論的概念與術(shù)語所描述出的可能世界，只在一定的語境中與真實世界具有相似性。所以，相對于不可能被觀察到的真實世界而言，科學(xué)的話語（scientific discourses）將不再具有按字面所理解的意義，而是只具有隱喻的意義。只有當(dāng)理論與世界之間的關(guān)系趨向于一致性關(guān)系時，對某些概念的隱喻性理解才有可能變成字面語言的理解。所以，在科學(xué)研究的活動中，研究對象越遠(yuǎn)離日常經(jīng)驗，科學(xué)話語中的隱喻成份就越多。這也許是為什么在量子理論產(chǎn)生的早期年代，物理學(xué)家在理解微觀現(xiàn)象時，不可能在微觀對象的粒子性和波動性之間作出任何選擇的原因所在。實際上，微觀粒子的波——粒二象性概念只是在現(xiàn)象學(xué)意義上的一種典型的隱喻概念，它們并不擁有概念的字面意義，而只具有隱喻的意義。因此，它們不是對真實世界的基本結(jié)構(gòu)的實際描述。正如惠勒的“延遲實驗”所揭示的那樣，物理學(xué)家不可能選擇用其中的一類圖象來解釋另一類圖象。只有當(dāng)關(guān)于微觀世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)在可能世界的模型中得到全部模擬時，原來的波——粒二象性的概念才被一個更具有普遍意義的新的量子態(tài)概念所取代。

如果科學(xué)語言只具有隱喻的意義，科學(xué)理論所描述的是可能世界，那么，物理學(xué)家對測量現(xiàn)象的描述，也只是一種隱喻描述，而不是非隱喻的按照字義所理解的描述。這種描述既依賴于觀察者的背景知識，也依賴于當(dāng)時的技術(shù)發(fā)展的水平。就像格式塔心理學(xué)所闡述的那樣，同樣的圖形、同一個對象，不同的觀察者會得出不同的結(jié)論。在這個意義上，測量與觀察不再是純粹地揭示對象屬性的一種再現(xiàn)活動，而是觀察者與對象發(fā)生相互作用之后，受到測量語境約束的一種生成活動。在這個活動中，就現(xiàn)象本身而言，至少包含有兩類信息：一是來自對象自身的信息；二是包括觀察者在內(nèi)的測量系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生相互作用時新生成的信息。

從這個意義上看，微觀粒子在測量過程中表現(xiàn)出的波——粒二象性只是一種現(xiàn)象學(xué)意義上的相似，而不是微觀粒子的真實存在。在大多數(shù)情況下，現(xiàn)象還不等于是證據(jù)，把現(xiàn)象作為一種證據(jù)表述出來，還要受到物理學(xué)家的背景知識和社會條件的制約，甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制約。按照對理論、真理和測量的這種理解方式，由“波包塌縮”現(xiàn)象所反映的問題，就變成了提醒物理學(xué)家有必要對過去所忽視的物理測量過程的各個細(xì)節(jié)，對宏觀與微觀之間的過渡環(huán)節(jié)，進(jìn)行更細(xì)致的理論研究的一個信號，成為進(jìn)一步推動物理學(xué)發(fā)展的一個技術(shù)性的物理學(xué)問題，而不再是觀念性的與實在論相矛盾的哲學(xué)問題。

玻姆的量子論是試圖用非隱喻的字面語言對真實的量子世界進(jìn)行描述，而現(xiàn)有的量子力學(xué)在它的產(chǎn)生初期則是用隱喻的語言對量子世界的一種模擬描述。正是由于理論模型具有的相似性，才使得薛定諤的波動力學(xué)與海森堡等人的矩陣力學(xué)能夠得出完全相同的結(jié)果，并最終證明兩者在數(shù)學(xué)上是等價的。在量子力學(xué)的語境中，不論是波動圖象，還是粒子圖象都只是理論與世界之間的現(xiàn)象學(xué)意義上的初級相似。在以后的發(fā)展中，量子力學(xué)所描述的可能世界的預(yù)言與真實世界的實驗現(xiàn)象相一致的事實說明，當(dāng)馮諾意曼在希爾伯特空間以量子態(tài)為基本概念建立了量子力學(xué)的公理化體系之后，這些現(xiàn)象學(xué)意義上的相似已經(jīng)上升到認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似，說明量子力學(xué)描述的可能世界與真實世界在微觀領(lǐng)域內(nèi)是一致的。這時，以波——粒二象性為基礎(chǔ)的隱喻圖象被整體論的世界圖象所取代。這也許正是物理學(xué)家可以在拋開哲學(xué)爭論的前提下，只注重量子物理學(xué)的技術(shù)性發(fā)展的一個原因所在。而相比之下，玻姆的理論不過是追求傳統(tǒng)意義上的非隱喻的字面圖象和傳統(tǒng)哲學(xué)觀念的一種理想產(chǎn)物。

在對理論、概念和真理的意義的這種理解方式中，理論與世界之間的一致性關(guān)系不是建立在命題與概念的層次上，而是以測量語境為本體，建立在物理模型與真實世界之間從現(xiàn)象學(xué)意義上的初級相似到認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似的基礎(chǔ)之上的。測量語境的本體性，成為我們在認(rèn)識論意義上承認(rèn)科學(xué)理論是一個信念系統(tǒng)的同時，拒絕后現(xiàn)代主義者把理論理解成是可以隨意解讀的社會文本的極端觀點的根本保證。所以，真理的意義不是取決于詞、概念和命題與世界之間的直接符合，而是在于理論整體與世界整體之間在逼真意義上的一致性。由于可能世界與真實世界之間的這種一致性關(guān)系在一定程度上是依賴于社會技術(shù)條件的動態(tài)關(guān)系。因此，以一致性為基礎(chǔ)的真理是依賴于語境的真理，它永遠(yuǎn)是一個動態(tài)的和可變的概念，而不是靜止的和不變的概念。這顯然是對“把科學(xué)研究的目的理解為是追求真理”這句話的最好解答。

3．從思維方式的變革到語境實在論的基本原理

當(dāng)我們把對理論、真理和意義的這種理解方式應(yīng)用于對真實世界的認(rèn)識時，也可以在測量語境的基礎(chǔ)上，對理論進(jìn)行實在論的解釋。所不同的是，這種實在論不再是把科學(xué)理論理解成是提供關(guān)于世界的某種鏡象圖景的、以強調(diào)語言與命題的真理符合論為基礎(chǔ)的那種實在論，而是把科學(xué)理論理解成是通過先對世界的模擬，然后，與真實世界趨于一致的、依賴于測量語境的實在論。不同的理論模型和測量語境可以提供對世界的不同描述。但是，通過進(jìn)一步的觀察或?qū)嶒灒覀兛梢耘袛嗄囊粋€模型能夠更好地與世界相一致。在這里，理論模型與世界之間的關(guān)系是一種相似關(guān)系，而不再是相符合的關(guān)系；測量結(jié)果與對象之間的關(guān)系是在特定條件下的一種境遇性關(guān)系，而不再是一種純粹的再現(xiàn)關(guān)系。我們把這種與量子力學(xué)的整體性特征相一致的量子實在論稱為“語境實在論”。用語境實在論的觀點取代傳統(tǒng)實在論的觀點，必然帶來思維方式的根本轉(zhuǎn)變。需要以整體性的語境論的思維觀取代傳統(tǒng)思維觀。這種思維方式的逆轉(zhuǎn)主要通過下列幾個方面體現(xiàn)出來：

首先，在本體論意義上，用普遍的本體論的關(guān)系論（global-ontological relationalism）的觀點取代傳統(tǒng)的本體論的原子論（ontological atomism）的觀點。承認(rèn)關(guān)系屬性或傾向性屬性的存在，承認(rèn)概率的實在性，承認(rèn)世界中的實體、屬性與關(guān)系之間的整體性。傳統(tǒng)的原子本體論總是把世界理解成是由可以進(jìn)行任意分割的部分所組成，整體等于部分之和，牛頓力學(xué)是這種本體論的一個典型范例；關(guān)系本體論則把世界理解成是一個不可分割的整體，整體大于部分之和，量子力學(xué)是這種本體論的一個典型范例。與原子本體論中認(rèn)為實體可以獨立地?fù)碛凶陨淼膶傩运煌?，在關(guān)系本體論中，實體及其屬性總是在一定的關(guān)系中體現(xiàn)出來。這里存在著兩層關(guān)系：一層是實體之間的內(nèi)在關(guān)系屬性；另一層是實體固有屬性表現(xiàn)的外在關(guān)系條件。前者具有潛存性，后者為潛存性向現(xiàn)實性的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了有利條件。 其次，在認(rèn)識論意義上，用理論模型的隱喻論的觀點取論模型的鏡象論的觀點。傳統(tǒng)的模型鏡象論觀點把理論理解成是命題的集合，命題與概念的指稱和意義是由對象決定的，它們的集合構(gòu)成了對對象的完備描述；而模型隱喻論的觀點雖然也認(rèn)為理論能夠以命題的形式表示出來，但是，理論不是命題的集合，而是包含有模仿世界的內(nèi)在機理的模型集合。理論與世界之間的關(guān)系不是傳統(tǒng)的相符合關(guān)系，而是在一定的語境中，理論描述的可能世界與真實世界之間以相似為基礎(chǔ)的一致性關(guān)系。理論系統(tǒng)的模型與真實系統(tǒng)之間的相似程度決定理論的逼真性。這樣，真理不再是命題與世界之間的符合，而是成為理論的逼真性的一種極限情況?；蛘哒f，當(dāng)理論所描述的可能世界與真實世界相一致的時候，理論的真理才能出現(xiàn)。這是對基本的認(rèn)識論概念的倒轉(zhuǎn)：傳統(tǒng)的逼真性理論是用命題或命題集合的真理作為基本單元，來衡量理論距真理的距離，即理論的逼真度；而現(xiàn)在正好反過來，是通過對逼真性概念的理解來達(dá)到對真理的理解。

第三，在方法論意義上，用語義學(xué)方法取代傳統(tǒng)的認(rèn)識論方法。在傳統(tǒng)的認(rèn)識論方法中，是用命題的真理或圖象與世界之間的逼真度的術(shù)語來表達(dá)科學(xué)實在論的一般論點。然而，這種方法使我們從開始就需要清楚地辨別對一些解釋性描述的理解。例如，在相同的研究領(lǐng)域內(nèi)，我們?yōu)槭裁茨軌蛘f，一個理論比與它相競爭的另一個理論更逼近真理或更遠(yuǎn)離真理？對于諸如此類的問題，如果沒有一個明確的和可辯護(hù)的回答方式，那么，逼真性概念要么是空洞的；要么就是不一致的。結(jié)果，對理論的逼真性的論證反而成為對“認(rèn)識的謬誤（epistemic fallacy）”的證明，并在某程度上支持了認(rèn)識論的懷疑論觀點。但是，如果我們在語義學(xué)的語境中，通過對逼真性概念的分析與辯護(hù)，然后，衍生出理論的真理，對上述問題的理解方式將不會陷入如此的認(rèn)識論困境。并且從認(rèn)識論的懷疑論也不會推論出語義學(xué)的懷疑論。

第四，在經(jīng)驗的意義上，用現(xiàn)象生成論的測量觀取代現(xiàn)象再現(xiàn)論的測量觀。所謂現(xiàn)象再現(xiàn)論的測量觀是指，把物理測量結(jié)果理解成是對對象固有屬性的一種再現(xiàn)，測量儀器的使用不會對對象屬性的揭示產(chǎn)生實質(zhì)性的干擾，它扮演著一個單純意義上的工具角色。理論術(shù)語能夠?qū)@些觀察證據(jù)進(jìn)行精確的表述。觀察證據(jù)的這種純粹客觀性成為建構(gòu)與判別理論的邏輯起點；而現(xiàn)象生成論的測量觀則認(rèn)為，測量是對世界的一種透視，測量結(jié)果是在對象與測量環(huán)境相互作用的過程中生成的。測量結(jié)果所表達(dá)的經(jīng)驗事實，不是純粹對世界狀態(tài)的反映，因為經(jīng)驗事實存在于我們的信念系統(tǒng)之中，而不是獨立于觀察者的意識或論述之外與世界的純粹符合，只是在特定的測量語境中的一種相對表現(xiàn)，是相互作用的結(jié)果?；蛘哒f，測量語境構(gòu)成了對象屬性有可能被認(rèn)識的必要條件。

所以，理論的逼真度與科學(xué)進(jìn)步之間的聯(lián)系，應(yīng)該在經(jīng)驗的意義上來確立?？茖W(xué)進(jìn)步的記錄并不是真命題的積累，而是從模型系統(tǒng)與真實系統(tǒng)之間的相似性出發(fā)，用逼真度的概念衡量科學(xué)研究綱領(lǐng)接近真理的程度。在這里，相似性不是一個命題，也不是兩個世界之間的一種固定不變的關(guān)系，而是依賴于語境的一個程度性的概念。它的內(nèi)容將會隨著我們對世界的不斷深入的理解而發(fā)生變化。所以，科學(xué)進(jìn)步不是真命題積累的問題，而是理論的成功預(yù)言與經(jīng)驗事實的函數(shù)。

第五，在語義學(xué)的意義上，用整體論或依賴于語境的隱喻語言范式取代非隱喻的字面真理范式（literal-truth paradigm）。從17世紀(jì)開始，非隱喻的字面真理的范式就已經(jīng)被科學(xué)家廣泛地接受為是理想的語言。其動機是期望把理論模型的言語和論證，建立在優(yōu)美而簡潔的數(shù)學(xué)和幾何的基礎(chǔ)之上。當(dāng)時的理性論者和經(jīng)驗論者把科學(xué)語言當(dāng)成是理想的合乎理性的語言，或者說，把科學(xué)的經(jīng)驗和知識看成是人類經(jīng)驗和知識的典范。這種觀點認(rèn)為，所有的知識與真實世界之間的關(guān)系是根據(jù)表征知識的命題方式來討論的，科學(xué)語言與概念的意義由它所表征的世界來確定，它們不僅在本質(zhì)上具有固有的字義，而且語言本身的字面意義就是使用詞語的標(biāo)準(zhǔn)。語言的意義不僅與語言的用法無關(guān)，而被認(rèn)為是客觀地對應(yīng)于世界的各個方面?？茖W(xué)的話語總是關(guān)于自然界的現(xiàn)象、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和原因的話語。

然而，在整體論的隱喻語言范式中，理論所討論的是由科學(xué)共同體提出的關(guān)于世界的因果結(jié)構(gòu)的信念，知識與真實世界之間的關(guān)系是根據(jù)可能世界與真實世界之間的相似關(guān)系來討論的。在這里，兩個世界之間的相似程度的提高是它們共有屬性的函數(shù)。在隱喻的意義上，語言與概念的意義是極其模糊的和語境化的，隱喻的表達(dá)通常并不直接對應(yīng)于世界中的實體或事件：即，按照字面的意義理解隱喻的陳述常常是錯誤的。例如，在理解量子測量現(xiàn)象時，實驗已經(jīng)證明，或者強調(diào)使用粒子語言，或者強調(diào)波動語言都是失敗的。這也是玻爾的互補性原理在量子力學(xué)的時期歲月里容易被人們所接受的高明之處。從本文的觀點來看，關(guān)于微觀世界的粒子圖象或波動圖象只不過是傳統(tǒng)思維慣性的一種最顯著的表現(xiàn)而已。事實上，這兩種圖象都只是一種隱喻意義上的圖象，而不代表微觀世界的真實圖象。隱喻與其它非字面的言詞是依賴于語境的。正如后期維特根斯所言，語言與概念的意義依賴于活動，使用一個符號的充分必要條件必須包括對活動的描述。

在這種整體論的思維方式的基礎(chǔ)上，我們可以把語境實在論的主要觀點，總結(jié)為下列六個基本原理：

本體論原理：在物理測量的過程中，物理學(xué)家所觀察到的現(xiàn)象是由不可能被直接觀察到的過程因果性地引起的。這些不可能被直接觀察到的過程是獨立于人心而自在自為地存在著的。

方法論原理：對一個真實過程的理論模型的建構(gòu)，是對不可能被觀察到的真實世界的機理和結(jié)構(gòu)的模擬。對于真實世界而言，它在現(xiàn)象學(xué)意義上的表現(xiàn)與它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)或機理在定性的意義上具有一致性。即，理論模型具有經(jīng)驗的適當(dāng)性。

認(rèn)識論原理：理論描述的可能世界與真實世界只具有的相似性，它們之間的相似程度是它們具有的共同特性的函數(shù)。這些共性是在實驗與測量語境中找到的。

語義學(xué)原理：在一定的語境中，理論模型與真實系統(tǒng)之間的相似關(guān)系決定理論的逼真性。在理想的情況下，真理是理論描述的可能世界逼近真實世界的一種極限。

價值論原理：科學(xué)理論的建構(gòu)在最終意義上總要受到實驗證據(jù)的制約，科學(xué)理論的發(fā)展總是向著越來越接近真實世界機理的方向發(fā)展的。

倫理學(xué)原理：包括人類在內(nèi)的自然界具有不可分割的整體性，關(guān)于人類行為的評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該建立在人與自然的整體性關(guān)系上。

4．科學(xué)進(jìn)步的語境生成論模式

探討科學(xué)進(jìn)步的模式問題一直是科學(xué)哲學(xué)研究中的重大理論問題之一。不同的學(xué)派提出了不同的觀點。邏輯實證主義者繼承了自培根以來的哲學(xué)傳統(tǒng)，認(rèn)為科學(xué)的發(fā)展在于對經(jīng)驗證實的真命題的積累。理論所包括的真命題越多，它就越逼近真理。波普爾把理論逼近真理的這種性質(zhì)稱為“逼真性”，逼真性的程度稱為“逼真度”。他認(rèn)為，理論是真內(nèi)容與假內(nèi)容的統(tǒng)一，理論的逼真度等于理論中的真內(nèi)容與假內(nèi)容之差。而真內(nèi)容由理論中那些得到經(jīng)驗確認(rèn)的真命題所組成。真命題越多，理論的逼真度就越高。在所有這些觀點中，逼真性的主要特性是用命題與事實的符合作為近似真理的基本單元。換言之，是用命題真理的術(shù)語來理解理論的逼真性。在這里“符合”沒有程度上的差別；逼真性與真理之間的關(guān)系是部分與整體之間的關(guān)系。這種“符合”或“與事實相符”包含著四個方面的關(guān)系：其一，句子的主語與謂詞之間處于相互聯(lián)系的狀態(tài)；其二，事態(tài)（the state of affairs）與主語之間的指稱關(guān)系；其三，謂詞表達(dá)與被選擇的事態(tài)之間的指稱關(guān)系；其四，說話者所選擇的對象與事態(tài)之間的相適合關(guān)系。[1]

然而，這種以真命題的多少來衡量理論的逼真度的方法，似乎沒有辦法回答諸如下面的那些問題：如果一個理論最后被證明是與事實不相符，那么，這個理論怎么可能接近真理呢？比如說，在當(dāng)前的情況下，量子場論還是一個不成熟的理論，它在未來一定會被加以修改，那么，我們能夠說，量子場論不如牛頓力學(xué)與事實更相符嗎？此外，“符合事實”這個概念也會遇到同樣的問題：如果某個理論根本就是錯誤的，我們又怎能說，它與事實符合的更好或更糟呢？也許有些在表面上曾經(jīng)顯示出具有某種逼真性的理論，實際上，它卻在根本意義上就是錯的。例如，化學(xué)中的“燃素說”、物理學(xué)中的“地心說”，等等，這些理論都曾經(jīng)在科學(xué)家的實際工作中，起到過積極的作用。但是，后來的發(fā)展證明，它們都是錯誤的假說。另一方面，這種方法還無法解釋為什么在前后相繼的理論中使用的同一個概念，卻具有不同的內(nèi)涵這樣的問題。例如，經(jīng)典物理學(xué)中的質(zhì)量概念不同于相對論力學(xué)中的質(zhì)量概念；量子力學(xué)的中微觀粒子概念也比經(jīng)典物理學(xué)中的粒子概念擁有更豐富的內(nèi)涵。庫恩在闡述他的科學(xué)進(jìn)步的范式論模式時，為了避免上述問題的出現(xiàn)，走向了徹底的相對主義。

如果我們用強調(diào)理論描述的物理模型與世界之間的相似性比較，取論中包含的真命題的比較來理解理論的逼真性，那么，上述問題就很容易得到解決。在特定的語境中，并存著的相互競爭的理論，分別描繪出幾個相互競爭的可能世界，這些可能世界與真實世界之間的相似程度決定理論的逼真性。逼真度越高的理論，將會越客觀、越接近于真理。真理是理論的逼真度等于1時的一種極限情況。例如，牛頓力學(xué)比伽里略的力學(xué)更接近真理的真正理由是，因為牛頓物理學(xué)所描繪的世界模型比伽里略物理學(xué)所描繪的世界模型與真實世界更相似。而不應(yīng)該把這個結(jié)論替換成是，在每一個方法中通過真命題的計數(shù)來使它們與精確地說明真實世界的真命題的總數(shù)進(jìn)行比較后作出的選擇。前后相繼的理論中所使用的共同概念的意義也是依賴于可能世界的。不同層次的可能世界雖然賦予同一個概念以不同的內(nèi)涵。但是，由于更深層的可能世界更接近真實世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，所以，對為什么同一個概念會有不同內(nèi)涵的問題就容易理解了。

我們把由理論描繪的可能世界逼近真實世界的過程，以及前后相繼的理論之間的更替關(guān)系總結(jié)為：

前語境階段——語境確立階段——語境擴張階段——語境轉(zhuǎn)換階段

——新的語境確立階段……

在科學(xué)進(jìn)步的這個模式中，前語境階段是指，當(dāng)科學(xué)進(jìn)入一個新的研究領(lǐng)域時，面對不可能被舊理論所解釋的有限數(shù)量的實驗證據(jù)和存在的重要問題，科學(xué)家首先是進(jìn)行大膽的創(chuàng)新和積極地猜測，提出可能與證據(jù)相一致的相互競爭的理論或假說。這些理論或假說分別描繪出了相互競爭的各種可能世界的圖象。這個時期，科學(xué)家在建構(gòu)理論時，通過模型與現(xiàn)象的比較來約束他們的想象?；蛘哒f，他們的富有創(chuàng)造性的想象力是一種意向性的想象，而不是完全隨意的想象。這種意向性的信息直接來自不可能被直接觀察到的對象本身?？茖W(xué)家在相互競爭的理論中作出選擇時，依賴于兩個主要的歸納根據(jù)：其一，相信任何一個理論模型的建構(gòu)都是為了盡可能準(zhǔn)確地模擬真實世界的結(jié)構(gòu)和機理；其二，依據(jù)模型所產(chǎn)生的信念能夠作為成為設(shè)計新的實驗方案的基礎(chǔ)，這個實驗方案的設(shè)計是為了探索世界，和檢驗?zāi)Ｐ团c它所表征的世界之間的類似程度。在特定領(lǐng)域內(nèi)和一定的歷史條件下，根據(jù)一個理論的信念所設(shè)計的實驗越新穎，在得到應(yīng)用之后，越能夠證明理論的成功性。同時，理論的調(diào)整總是向著與新的實驗結(jié)果相一致的方向進(jìn)行的。而新的實驗結(jié)果是由自然界中某種未知的因果機理引起的。

然而，說明的成功（explanatory success）只是理論逼近真理的一個象征或一個結(jié)果，或者說，說明的成功只是理論逼近真理的一個必要條件。凡是逼真的理論都必定能夠?qū)嶒灛F(xiàn)象作出成功的說明。但是，并不是每一個擁有成功說明的理論都是逼真的理論。在理論的說明中，理論的逼真性與不斷增加的成功之間的聯(lián)系應(yīng)該是一個認(rèn)識論問題，而不是一個語義學(xué)問題。一個完整的科學(xué)理論從產(chǎn)生到成熟通常要經(jīng)過三個階段：其一，對現(xiàn)象的描述階段，這個階段得到了在經(jīng)驗上恰當(dāng)?shù)哪Ｐ汀＠纾诹孔恿W(xué)之前，玻爾等人提出的各種原子模型；第二個階段是建立一個理論的說明模型。例如，現(xiàn)有的量子力學(xué)的數(shù)學(xué)形式體系。第三個階段是為成功的說明模型尋找一種可理解的機理，或者說，對說明模型提供語義學(xué)的基礎(chǔ)。相對于一個成熟的科學(xué)理論而言，現(xiàn)象——模型——機理三者之間的相互關(guān)系具有內(nèi)在的不可分割的整體性。這也就是為什么原子物理學(xué)家在理解量子力學(xué)的內(nèi)在機理的問題上沒有達(dá)成共識時，產(chǎn)生了量子力學(xué)的解釋問題的原因所在。

在這里，我們所說的模型是指物理模型而不是僅僅指數(shù)學(xué)模型。物理模型除了包括數(shù)學(xué)模型之外，還包括理解世界的構(gòu)成機理的模型。物理模型是為數(shù)學(xué)模型提供一個語義學(xué)基礎(chǔ)。例如，分子運動論模型是解釋壓強公式的語義學(xué)基礎(chǔ)；場的觀點是理解引力理論的語義學(xué)基礎(chǔ)。所以，物理學(xué)中的模型是指真實物理系統(tǒng)的替代物，它既具有解釋的作用，也能夠把抽象的數(shù)學(xué)系統(tǒng)翻譯為一個可理解的論述。正是在這個意義上，物理學(xué)模型是指一個模型簇。由這些模型簇所描繪的可能世界的結(jié)構(gòu)與真實世界的結(jié)構(gòu)之間的相似關(guān)系，在選擇理論時是很重要的。一方面，它能夠使理論在科學(xué)實踐中被不斷地修改和擴展以適應(yīng)新的現(xiàn)象，而不是靜止的和孤立的；另一方面，它使相互競爭的理論之間的選擇在科學(xué)實踐的規(guī)則與活動之內(nèi)自然地得到了求解。這時，被淘汰掉的理論并非必須要被證偽（盡管證偽也是因素之一），而是如同生物進(jìn)化那樣是自然選擇的結(jié)果。

在這里，把逼真度作為選擇理論的標(biāo)準(zhǔn)，與要么強調(diào)經(jīng)驗證實，要么強調(diào)經(jīng)驗證偽的標(biāo)準(zhǔn)不同，它永遠(yuǎn)是動態(tài)的和依賴于研究語境的概念。它既有助于把淘汰掉的理論中的某些合理化因素進(jìn)行再語境化，也能夠確?？茖W(xué)描述和與此相關(guān)的實驗技巧與獨立于人心的世界之間建立起一種物理聯(lián)結(jié)，從而堅持了存在著一個不可能被觀察到的獨立于人心的世界的本體論的實在論觀點。大體上，衡量可能世界與真實世界之間的結(jié)構(gòu)或機理的相似程度可以通過它們之間的共有屬性（或共同特征）來進(jìn)行。如果用S（A ，B）表示兩個世界之間的基本特征的相似關(guān)系，用 A∩B表示共有屬性，A – B和 B - A表示它們之間的差異，那么，在定性的意義上，這些量之間的關(guān)系可以定性地表示為：[1]

S（A ，B）= C1F（A∩B）- C2F（A - B）- C3F（B - A）

這個公式說明，兩個世界之間的相似關(guān)系是它們的共性與差異的函數(shù)。當(dāng)C1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2和C3時，兩個系統(tǒng)之間的共性將比差異處于更重要的支配地位。其中，三個系數(shù)C1、C2和C3 的值是通過實驗來確定的。這樣，我們就有可能在經(jīng)驗的意義上來研究相似關(guān)系。在經(jīng)驗的意義上，如果相互競爭的理論中的某個理論的描述和說明模型能夠完全依據(jù)當(dāng)前的實驗結(jié)果和本體論概念被加以校準(zhǔn)，那么，我們就可以認(rèn)為，這個理論是似真的（plausible）。理論越擬真，它就越逼真。

在一個特定的語境中，當(dāng)一個理論的說明與理解模型能夠完全經(jīng)得起經(jīng)驗的考驗時，科學(xué)共同體將認(rèn)為理論描繪的可能世界與真實世界之間達(dá)到了某種一致性。這時，科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了語境確立的階段。這個階段相當(dāng)于庫恩的常規(guī)科學(xué)時期或范式形成時期。這時，科學(xué)家不僅擁有共同的信念和共同的語言，而且擁有對真實世界的共同圖象。他們相信，理論描繪的可能世界代表了真實世界的內(nèi)在機理；理論描繪的圖象就是不可觀察的真實世界的圖象。為了進(jìn)一步探索真實世界的精細(xì)結(jié)構(gòu)，科學(xué)家常常會根據(jù)現(xiàn)有理論提供的信念和約定，設(shè)計新的實驗規(guī)劃，預(yù)言新的實驗現(xiàn)象，特別是運用成熟理論中的理論實體進(jìn)行實驗操作，從而形成了一個相對穩(wěn)定的語境階段。但是，這個相對穩(wěn)定的語境邊界是非常不確定的。

當(dāng)科學(xué)家把成熟理論所揭示的世界機理作為一個范式和信念的基礎(chǔ)，延伸推廣到解釋其它相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)象時，科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入到語境的擴張階段。其中，既包括理論研究的信念與方法的擴張，也包括以它的基本原理為基礎(chǔ)的技術(shù)與實驗的擴張。例如，在牛頓理論確立之后，不論是物理學(xué)還是化學(xué)家，他們都用牛頓力學(xué)的基本思想解釋他們所面臨的其它領(lǐng)域內(nèi)的新的實驗現(xiàn)象，并且成功地制造出了許多測量儀器；同樣，現(xiàn)代技術(shù)的崛起和分子生物學(xué)、量子化學(xué)等學(xué)科的產(chǎn)生都是量子力學(xué)的基本原理成功應(yīng)用的結(jié)果。所以，語境擴張的過程實際上是已有語境膨脹的過程。當(dāng)科學(xué)共同體在語境擴張的過程中，遇到了與理論信念相矛盾的而且是他們料想不到的實驗事實時，他們才有可能開始對理論的信念產(chǎn)生懷疑，這時，理論的應(yīng)用邊界，或者說，語境擴張的邊界逐漸地變得明確起來，科學(xué)的發(fā)展開始進(jìn)入語境轉(zhuǎn)換階段。在這個階段，舊語境的擴張受到了限制，新的語境處于形成與培育當(dāng)中。新的理論競爭也就隨之開始了。隨著新理論競爭的開始，科學(xué)共同體的信念也在不斷地發(fā)生著改變，直到一個全新的語境形成為止。

當(dāng)新的語境確立之后，不僅科學(xué)家確立了新的信念，而且他們對問題的求解值域也隨之發(fā)生了改變。這時，原來前語境中的一些不合理的偏見，在新語境中得到了糾正。在前語境中是真理的理論，在后語境中失去了它的真理性。后語境的形成是伴隨著新理論的確立而完成的。由于新語境比舊語境揭示出了更深層次的世界結(jié)構(gòu)或機理。所以，它在理論信念、方法和技術(shù)層次的擴張與滲透力將會比舊語境更強、更徹底。這也就是，為什么量子力學(xué)的產(chǎn)生所帶來的理論、方法與技術(shù)革命會比牛頓力學(xué)更深刻、更廣泛的原因所在。但是，前后語境之間的界線是連續(xù)的。這時，就像新理論是對舊理論的一種超越一樣，新語境也是對舊語境的一種超越。由于語境的變遷和運動是不斷地向著揭示世界的真實機理的方向發(fā)展的。因此，在語境中生成的理論也使得科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步向著不斷地逼近真理的方向進(jìn)行。本文把科學(xué)發(fā)展的這種模式稱為“語境生成論模式”。

這里包括兩個層次的生成，其一，理論的形成與完善是在特定的語境中進(jìn)行的；其二，科學(xué)進(jìn)步也是在語境的變更中完成的。但是，值得注意的是，強調(diào)語境化并不意味著使科學(xué)進(jìn)步成為無規(guī)則的游戲。把理論系統(tǒng)放置于特定的語境當(dāng)中，強調(diào)了系統(tǒng)的開放性和連續(xù)性。在這個意義上，語境論的事實也是一種客觀事實。運用語境論的隱喻思考與模型化方法，不僅能夠使科學(xué)進(jìn)步過程中的微觀的邏輯結(jié)構(gòu)與宏觀的歷史背景有機地結(jié)合起來，而且能夠使基本的內(nèi)在邏輯的東西在歷史的發(fā)展中內(nèi)化到新的語境當(dāng)中，從而使得語境在自然更替的同時，一方面，完成了理論知識的積累與繼承的任務(wù)；另一方面，揭示出更深層次的世界機理。所以，語境生成論的科學(xué)進(jìn)步模式既不會像庫恩的范式論那樣，走向相對主義，也不會像普特南那樣，走向多元真理論?？茖W(xué)進(jìn)步的語境生成論模式，既能夠包容相對主義的某些合理成份，又能夠堅持實在論的立場。

5．結(jié)語

從量子力學(xué)的認(rèn)識論教益中抽象出的語境實在論的觀點，是一種具有更廣泛的解釋力，并且有可能把許多觀點有機地融合在一起的實在論觀點。它不僅能夠賦予量子力學(xué)以實在論的解釋，而且為解決科學(xué)實在論面臨的許多責(zé)難，理清上世紀(jì)末圍繞“索卡爾事件”所發(fā)生的一場震驚西方學(xué)壇的科學(xué)大戰(zhàn)，[1] 提供了一條可能的思路。法因曾經(jīng)在《擲骰子游戲：愛因斯坦與量子論》一書中斷言“實在論已經(jīng)死了”。[2] 然而，我們通過對量子力學(xué)與實在論的分析，在放棄了傳統(tǒng)的真理符合論之后，運用隱喻思考與模型化方法所得出的結(jié)論則是，“實在論還活著，而且活的很好”。

[1] D.Bohm and B.J.Hiley， The Unpided Universe: An ontological interpretation of quantum theory， Routledge and Kegan Paul， London (1993).

[1] Jeffrey Alan Barrett， The Quantum Mechanics of Minds and Worlds， Oxford University Press (1999).

[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 136-137.

[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 133.

篇6

在建立科學(xué)理論體系的過程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至為復(fù)雜的實驗、歸納和演繹工作為基礎(chǔ)。而且人們一般相信科學(xué)知識就是在這個基礎(chǔ)上產(chǎn)生和累積起來的。但只要這種認(rèn)識活動過程是為一個協(xié)調(diào)一致的目標(biāo)所固有，只要它真正屬于科學(xué)研究自我累進(jìn)的進(jìn)程，則不論其如何復(fù)雜，仍只是過程性的，而不從根本上規(guī)定科學(xué)的性質(zhì)、程序，乃至結(jié)論。這就使我們在考察復(fù)雜的科學(xué)認(rèn)識活動時，可以抽取出高于具體手段的，基本上只屬于人類心智與外在世界相聯(lián)絡(luò)的東西，即科學(xué)語言，來作為認(rèn)識的中介物。

要說明科學(xué)語言何以能成為這樣的中介，需要先對科學(xué)的認(rèn)識結(jié)構(gòu)加以分析。

作為一種形式化理論的近現(xiàn)代科學(xué)，其目的是力圖摹寫客觀實在。這種摹寫的認(rèn)識論前提是一個外在的、自為的客體和作為其思維對立面的內(nèi)在的主體間的雙重存在。這一認(rèn)識論前提在科學(xué)認(rèn)識方面衍生出一個更實用的前提，就是把客體看作是一種自在的“像”或者“結(jié)構(gòu)”（包括動態(tài)結(jié)構(gòu)，比如動力學(xué)所概括的各種關(guān)系和過程）。

這一自在的實在具有由它的“自明性”所保證的嚴(yán)格規(guī)范性。這種自明性只在涉及存在與意識的根本關(guān)系時才可能引起懷疑。而科學(xué)是以承認(rèn)這種自明性為前提的。因此科學(xué)實際就是關(guān)于具有自明性的實在的思維重構(gòu)。它必須限于處理自在的實在，因為科學(xué)的嚴(yán)格規(guī)范性（主要表現(xiàn)為邏輯性）是由實在的自明性所保證的，任何超越實在的描述都會破壞這種描述的前提。這一點對稍后關(guān)于量子力學(xué)的討論非常重要。

上述分析表明，科學(xué)的嚴(yán)格規(guī)范性并非如有唯理論傾向的觀點所認(rèn)為的那樣，是來自思維，也并非如經(jīng)驗論觀點所認(rèn)為的來自具體手段對經(jīng)驗表象的操作，也并不象當(dāng)代某些科學(xué)哲學(xué)家所認(rèn)為的純粹出于主體間的共同約定。科學(xué)的最高規(guī)范是存在在客觀實在中的，是來自客體的自明性。一切具體手段只是以這種規(guī)范為目標(biāo)而去企及它。

在科學(xué)認(rèn)識活動中，不論是一個思維過程還是一個實驗過程，如果其中缺失了語言過程，那就什么意義都不會有。科學(xué)語言與人類思維形態(tài)固然有很大的關(guān)系，但是它們可能在一個很高的層次上有著共同的根源。就認(rèn)識的高度而言，思維形態(tài)作為人類的一種意識現(xiàn)象，對它進(jìn)行本質(zhì)的追究，至少目前還不能完全放在客觀實在的背景上。因此，在科學(xué)認(rèn)識的層次上，思維形態(tài)完全可以被視為相對獨立的東西。而科學(xué)語言則是明確地被置于實在自身這一背景之中的。這就使我們實際上可以把科學(xué)語言看作一種知識，它與系統(tǒng)的科學(xué)知識具有完全相同的確切性，即它首先是與實在自身相諧合，然后才以這種特殊性成為思維與對象之間的中介。這才能保證，既使科學(xué)語言所述說的科學(xué)是關(guān)于實在的確切圖景，又使思維活動具備與實在相聯(lián)絡(luò)的手段。

科學(xué)語言作為一種知識所具備的上述特殊性，使它成為客觀實在圖景構(gòu)成的基本要素，或科學(xué)知識的“基元”。思維形態(tài)不能獨立地形成知識，但思維形態(tài)卻提供某種方式，使科學(xué)語言所包含的知識基元獲得某種特定的加成和組合，從而構(gòu)成一種系統(tǒng)化的理論。這就是語言在認(rèn)識中的中介作用。由于任何事物都必須“觀念地”存乎人的意識中，才能為人的心智所把握，所以，在這個意義上，一個認(rèn)識過程就是一個運用語言的過程。

二、數(shù)學(xué)語言

數(shù)學(xué)語言常常幾乎就是科學(xué)語言的同義詞。但實際上，科學(xué)語言所指的范圍遠(yuǎn)比數(shù)學(xué)語言的范圍大，否則就不會出現(xiàn)量子力學(xué)公式的解釋問題。在自然科學(xué)發(fā)生以前，數(shù)學(xué)所起的作用也還不是后世的那種對科學(xué)的敘錄。只是由于精密推理的要求所導(dǎo)致的語言理想化，才推進(jìn)了數(shù)學(xué)的應(yīng)用。但歸根究底，數(shù)學(xué)與前面說的那種合乎客觀實在的知識基元是不同的。將數(shù)學(xué)用作科學(xué)的語言，必須滿足一個條件，即數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與實在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，但這一點并不是顯然成立的。

愛因斯坦曾分析過數(shù)學(xué)的公理學(xué)本質(zhì)。他說，對一條幾何學(xué)公理而言，古老的解釋是，它是自明的，是某一先驗知識的表述，而近代的解釋是，公理是思想的自由創(chuàng)造，它無須與經(jīng)驗知識或直覺有關(guān)，而只對邏輯上的公理有效性負(fù)責(zé)。愛因斯坦因此指出，現(xiàn)代公理學(xué)意義上的數(shù)學(xué)，不能對實在客體作出任何斷言。如果把歐幾里德幾何作現(xiàn)代公理學(xué)意義上的理解，那么，要使幾何學(xué)對客體的行為作出斷言，就必須加上這樣一個命題：固體之間的可能的排列關(guān)系，就象三維歐幾里德幾何里的形體的關(guān)系一樣?！?〕只有這樣，歐幾里德幾何學(xué)才成為對剛體行為的一種描述。

愛因斯坦的這種看法與上文對科學(xué)語言的分析是基本上相通的。它可以說明，數(shù)學(xué)為什么會一貫作為科學(xué)的抽象和敘錄工具，或者它為什么看上去似乎具有作為科學(xué)語言的“先天”合理性。

首先，作為科學(xué)的推理和記載工具的數(shù)學(xué)，實際上是從思維對實在的一些很基本的把握之上增長起來的。歐幾里得幾何學(xué)中的“點”、“直線”這樣一些概念本身就是我們以某種方式看世界的知識。之所以能用這些概念和它們之間的關(guān)系去描繪實在，是因為這些“基元”已經(jīng)包含了關(guān)于實在的信息（如剛體的實際行為）。

其次，數(shù)學(xué)體系的那種嚴(yán)密性其實主要是與人類思維的屬性有關(guān)，盡管思維的嚴(yán)密性并不是一開始就注入了數(shù)學(xué)之中。如前所述，思維的嚴(yán)密性是由實在的自明性來決定的，是習(xí)得的。這就是說，數(shù)學(xué)之所以與實在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，只是因為數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)確切地說來自這種結(jié)構(gòu)；而數(shù)學(xué)體系的自洽性是思維的翻版，因而是與實在的自明性同源的。

由此可見，數(shù)學(xué)與自然科學(xué)的不同僅表現(xiàn)在對于它們的結(jié)果的可靠性（或真實性）的驗證上。也就是說，科學(xué)和數(shù)學(xué)同樣作為思維與實在相互介定的產(chǎn)物，都有可能成為對實在結(jié)構(gòu)的某種描述或“偽述”，并且都具有由實在的自明性所規(guī)定的嚴(yán)密性。但數(shù)學(xué)基本上只為邏輯自治負(fù)責(zé)，而科學(xué)卻僅僅為描述的真實性負(fù)責(zé)。

事實正是如此。數(shù)學(xué)自身并不代表真實的世界。它要成為物理學(xué)的敘錄，就必須為物理學(xué)關(guān)于實在結(jié)構(gòu)的真實信息所重組。而用于重組實在圖景的每一個單元，實際上是與物理學(xué)的基本知識相一致的。如果在幾何光學(xué)中，歐幾里德幾何學(xué)不被“光線”及其傳播行為有關(guān)的概念重組，它就只是一個純粹的形式體系，而對光線的行為“不能作出斷言”。非歐幾何在現(xiàn)代物理學(xué)中的應(yīng)用也同樣說明了這一點。

三、物理學(xué)語言

雖然物理學(xué)是嚴(yán)格數(shù)學(xué)化的典范，但物理學(xué)語言的歷史卻比數(shù)學(xué)應(yīng)用于物理學(xué)的歷史要久遠(yuǎn)得多。

在認(rèn)識的邏輯起點上，僅當(dāng)認(rèn)識論關(guān)系上一個外在的、恒常的（相對于主體的運動變化而言）對象被提煉和廓清時，才能保證一種僅僅與對象自身的內(nèi)在規(guī)定性有關(guān)的語言描述系統(tǒng)成為可能。對此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時間”、“質(zhì)料”、“運動”等觀念。顯然，這些觀念并非來自邏輯的推導(dǎo)或數(shù)學(xué)計算，它是人類世代傳承的關(guān)于世界的知識的基元。

然后，需要對客觀實在進(jìn)行某種方式的剝離，才能使之通過語言進(jìn)入我們的觀念。一個客觀實在，比如說，一個電子，當(dāng)我們說“它”的時候，既指出了它作為離散的一個點（即它本身），又指出了它身處時空中的那個屬性。而后一點很重要，因為我們正是在廣延中才把握了它的存在，即從“它”與“其它”的關(guān)系中“找”出它來。

當(dāng)我們按照古希臘人（比如亞里士多德）的方式問“它為什么是它”時，我們正在試圖剝離“它”之所以為“它”的屬性。但這個屬性因其離散的本質(zhì)，在時空中必為一個“奇點”，因而不能得到更多的東西。這說明，我們的語言與時空的廣延性合若符節(jié)，而對離散性，即時空中的奇點，則無法說什么。如果我們按照伽利略的方式問“它是怎樣的”時，我們正是在描繪它與廣延有關(guān)的性質(zhì)，即它與其它的關(guān)系。這在時空中呈現(xiàn)為一種結(jié)構(gòu)和過程。對此我們有足夠的手段（和語言）進(jìn)行摹寫。因為我們的語言，大多來自對時空中事物的經(jīng)驗。我們運用語言的主要方式，即邏輯思維，也就是時空經(jīng)驗的抽象和提升。

可見，近現(xiàn)代物理學(xué)語言是一種關(guān)于客觀實在的時空形式及過程的語言，是一種廣延性語言。幾何學(xué)之所以在科學(xué)史上扮演著至為重要的角色，首先不在于它的嚴(yán)格的形式化，而在于它是關(guān)于實在的時空形式及過程的一個有效而簡潔的概括，在于與物理學(xué)在面對實在時有著共同的切入點。

上述討論表明了近現(xiàn)代物理學(xué)語言格式包含著它的基本用法和一個根深蒂固的傳統(tǒng)，這是由客觀實在和復(fù)雜的歷史因素所規(guī)定的。至為關(guān)鍵的是，它必須而且只是關(guān)于實在的時空形式及過程的描述?？梢韵胂?，離開了這種用法和傳統(tǒng)，“另外的描述”是不可能在這種語言中獲得意義的。而這正是量子力學(xué)碰到的問題。

四、量子力學(xué)的語言問題

上文說明，在描摹實在時，人類本是缺乏固有的豐富語言的。西方自古希臘以來，由于主、客體間的某種相互介定而實現(xiàn)了有關(guān)實在的時空形式和過程的觀念及相應(yīng)的邏輯思維方式。任何一種特定的語言，隨著時代的變遷和認(rèn)識的深入，某些概念的含義會發(fā)生變化，并且還會產(chǎn)生新的語言基元。有時，這樣的變化和增長是革命性的。但不可忽視的是，任何有革命性的新觀念首先必須在與傳統(tǒng)語言的關(guān)系中獲得意義，才能成為“革命性的”。在自然科學(xué)中，一種新理論不論提出多么“新”的描述，它都必須仍然是關(guān)于時空形式及過程的，才能在整體的科學(xué)語言中獲得意義。例如，相對論放棄了絕對時空、進(jìn)而放棄了粒子的觀念，但代之而起的那種連續(xù)區(qū)概念仍然是時空實在性的描述并與三維空間中的經(jīng)驗有著直接聯(lián)系。

量子力學(xué)的情況則不同。微觀粒子從一個態(tài)躍遷到另一個態(tài)的中間過程沒有時空形式；客體的時空形式（波或粒子）取決于實驗安排；在不觀測的情況下，其時空形式是空缺的；并且，觀測所得的客體的時空形式并不表示客體在觀測之前的狀態(tài)。這意味著，要么微觀實在并不總是具有獨立存在的時空形式，要么是人類無法從認(rèn)識的角度構(gòu)成關(guān)于實在的時空形式的描述。這兩種選擇都將超出現(xiàn)有的物理學(xué)語言本身，而使經(jīng)典物理學(xué)語言在用于解釋公式和實驗結(jié)果時受到限制。

量子力學(xué)的這個語言問題是眾所周知的。波爾試圖通過互補原理和并協(xié)原理把這種限制本身上升為新觀念的基礎(chǔ)。他多次強調(diào)，即使古典物理學(xué)的語言是不精確的、有局限性的，我們?nèi)匀徊坏貌皇褂眠@種語言，因為我們沒有別的語言。對科學(xué)理論的理解，意味著在客觀地有規(guī)律地發(fā)生的事情上，取得一致看法。而觀測和交流的全過程，是要用古典物理學(xué)來表達(dá)的?！?〕

量子力學(xué)的反對者愛因斯坦同樣清楚這里的語言問題。他把玻爾等人盡力把量子力學(xué)與實驗語言溝通起來所作的種種附加解釋稱之為“綏靖哲學(xué)”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文學(xué)”〔4〕，這實際上指明了互補原理等觀念是在與時空經(jīng)驗相關(guān)的科學(xué)語言之外的。愛因斯坦拒絕承認(rèn)量子力學(xué)是關(guān)于實在的完備描述，所以并不以為這些附加解釋會在將來成為科學(xué)語言的新的有機內(nèi)容。

薛定諤和玻姆等人從另一個角度作出的考慮，反映了他們以為玻爾、海森堡、泡利和玻恩等人的觀點回避了經(jīng)典語言與實在之間的深刻矛盾，而囿于語言限制并為之作種種辯解。薛定諤說：“我只希望了解在原子內(nèi)部發(fā)生了什么事情。我確實不介意您（指玻爾）選用什么語言去描述它?！薄?〕薛定諤認(rèn)為，為了賦予波函數(shù)一種實在的解釋，一種全新的語言是可以考慮的。他建議將N個粒子組成的體系的波函數(shù)解釋為3N維空間中的波群，而所謂“粒子”則是干涉波的共振現(xiàn)象，從而徹底拋棄“粒子”的概念，使量子力學(xué)方程描述的對象具有連續(xù)的、確定的時空狀態(tài)。

固然，幾率波的解釋使得理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)不能對應(yīng)于實在的時空結(jié)構(gòu)，如果讓幾率成為實驗觀察中首要的東西，就會讓客觀實在在描述中成了一種“隱喻”。然而薛定諤的解釋由于與三維空間中的經(jīng)驗沒有明顯的聯(lián)系，也成了另一種隱喻，仍然無法作為一種科學(xué)語言而獲得充分的意義。

玻姆的隱序觀念與薛定諤的解釋在語言問題上是相似的。他所說的“機械序”〔6〕其實就是以笛卡爾坐標(biāo)為代表的關(guān)于廣延性空間的描述。這種描述由于經(jīng)典物理學(xué)的某些限定而表現(xiàn)出明顯的局限性。玻姆認(rèn)為量子力學(xué)并未對這種序作出真正的挑戰(zhàn)，在一定程度上指出了量子力學(xué)的保守性。他企圖建立一種“隱序物理學(xué)”，將量子解釋為多維實在的投影。他以全息攝影和其它一些思想實驗為比喻，試圖將客觀實在的物質(zhì)形態(tài)、時空屬性和運動形式作全新的構(gòu)造。但由于其基礎(chǔ)的薄弱，仍然只是導(dǎo)致了另一種脫離經(jīng)驗的描述，也就是一種形而上學(xué)。

這里所說的“基礎(chǔ)”指的是，一種全新的語言涉及主客體間完全不同的相互介定。它涉及對客體的完全不同的剝離方式，也就是說，現(xiàn)行科學(xué)語言及其相關(guān)思維方式的整個基礎(chǔ)都將改變。然而，現(xiàn)實地說，這不是某一具有特定對象和方法的學(xué)科所能為的。

可見，試圖通過一種全新的語言來解決量子力學(xué)的語言問題是行不通的。這個問題比通常所能想象的要無可奈何得多。

五、量子力學(xué)何種程度上是“革命性”的

量子力學(xué)固然在解決微觀客體的問題方面，是迄今最成功的理論，然而這種應(yīng)用上的重要性使人們有時相信，它在觀念上的革命也是成功的。其實，上述語言與實在圖景的沖突并未解決。量子力學(xué)的種種解釋無法在科學(xué)語言的基礎(chǔ)上必然過渡到那種非因果、非決定論觀念所暗示的宇宙圖景。這就使我們有必要對量子力學(xué)“革命性”的程度作審慎的認(rèn)識。

正統(tǒng)的量子力學(xué)學(xué)者們都意識到應(yīng)該通過發(fā)展思維的豐富性來解決面臨的困難。他們作出的重要努力的一個方面是提出了很多與經(jīng)典物理學(xué)不同的新觀念，并希望這些新觀念能逐漸溶入人類的思想和語言。其中玻恩用大量的論述建議幾率的觀念應(yīng)該取代嚴(yán)格因果律的概念?！?〕測不準(zhǔn)原理以及其中的廣義坐標(biāo)、廣義動量都是為粒子而設(shè)想的，卻又不能描述粒子在時空中的行為，薛定諤認(rèn)為應(yīng)該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認(rèn)為不能放棄，可以用互補原理來解決。玻爾還希望，波函數(shù)這樣的“新的不變量”將逐漸被人的直覺所把握，從而進(jìn)入一般知識的范圍?！?〕這相當(dāng)于說，希望產(chǎn)生新的語言基元。

另一方面，海森堡等人提出，問題應(yīng)該通過放棄“時空的客觀過程”這種思想來解決。〔9〕這又引起了量子力學(xué)的客觀性問題。

這些努力在很大程度上是具有保守性的。

我們試把量子力學(xué)與相對論作比較。相對論的革命性主要表現(xiàn)在，通過對時間和空間的相對性的分析，建立起時間、空間和運動的協(xié)變關(guān)系，從而了絕對時空、絕對同時性等舊觀念，并代之以新的時空觀。重要的是，在這里，絕對時空和絕對同時性是從理論上作為邏輯必然而排除掉的。四維時空不變量對三維空間和一維時間的性質(zhì)依賴于觀察者的情形作了簡潔的概括，既不引起客觀性危機，又與人類的時空經(jīng)驗有著直接關(guān)聯(lián)。相對論排除了物理學(xué)內(nèi)部由于歷史和偶然因素形成的一些含混概念，并給出了更加準(zhǔn)確明晰的時空圖景。它因此而在科學(xué)語言的范圍內(nèi)進(jìn)入了一般知識。

量子力學(xué)的情況則不同。它的保守性主要表現(xiàn)在：

第一，嚴(yán)格因果律并不是從理論的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中邏輯地排除的。只是為了保護(hù)幾率波解釋，才不得不放棄嚴(yán)格因果律，這只是一種人為地避免邏輯矛盾的處理。

第二，不完全連續(xù)性、非完全決定論等觀念并沒有構(gòu)成與人類的時空經(jīng)驗相關(guān)聯(lián)的自洽的實在圖景?；パa原理和并協(xié)原理并沒有從理論內(nèi)部挽救出獨立存在于時空的客體的概念，又沒有證明這種概念是不必要的（如相對論之于“以太”那樣）。因此，量子力學(xué)的有關(guān)哲學(xué)解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實際上，卻由于這些從理論結(jié)構(gòu)上說是附加的解釋超出了關(guān)于實在的描述，因而破壞了以實在的自明性為保證的描述的前提。所以它實際上對觀念的豐富和發(fā)展所作的貢獻(xiàn)是有限的。

第三，量子力學(xué)內(nèi)在地不能過渡到關(guān)于個別客體的時空形式及過程的模型，使得它的反對者指責(zé)說這意味著位置和動量這樣的兩個性質(zhì)不能同時是實在的。而為了保護(hù)客觀性，它的支持者說，粒子圖像和波動圖象并不表示客體的變化，而是表示關(guān)于對象的統(tǒng)計知識的變化?！?0〕這在關(guān)于實在的時空形式及過程的科學(xué)語言中，多少有不可知論的味道。

第四，人們必須習(xí)慣地設(shè)想一種新的“實在”觀念以便把充滿矛盾的經(jīng)驗現(xiàn)象統(tǒng)一起來。在對客體的時空形式作抽象時，這種方法是有效的。而由于波函數(shù)對應(yīng)的不是個別客體的行為，所以大多新的“實在”幾乎都是形而上學(xué)的構(gòu)想。薛定諤和玻姆的多維實在、玻姆在闡釋哥本哈根學(xué)派觀點時提出的那種包含了無限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構(gòu)想。玻恩也曾表示，量子力學(xué)描述的是同一實在的排斥而又互補的多個影像?！?2〕這有點象是在物理學(xué)語言中談?wù)摗盎煸被颉疤珮O”一樣，很難說對觀念有積極的建設(shè)。

本文從科學(xué)語言的角度，對量子力學(xué)尤其是它的哲學(xué)基礎(chǔ)的保守性作出一些分析，這并不是在相對論和量子力學(xué)之間作價值上的優(yōu)劣判斷。也許量子力學(xué)的真正價值恰恰在于它所碰到的困難是根本性的。

海森堡等人與新康德主義哲學(xué)家G·赫爾曼進(jìn)行討論時，赫爾曼提出，在科學(xué)賴以發(fā)生的文化中，“客體”一詞之所以有意義，正在于它被實質(zhì)、因果律等范疇所規(guī)定，放棄這些范疇和它們的決定作用，就是在總體上不承認(rèn)經(jīng)驗的可能性?！?3〕我們應(yīng)該注意到，赫爾曼所使用的“經(jīng)驗”一詞，實際上是人類對客觀事物的廣延性和分立性的經(jīng)驗。這種經(jīng)驗是科學(xué)的實在圖景成立的基礎(chǔ)或真實性的保證，邏輯是它的抽象和提升。

在本文的前三節(jié)已經(jīng)談到，自從古希臘人力圖把日常語言理想化而創(chuàng)立了邏輯語言以來，西方的科學(xué)語言就一直是在實在的廣延性和分立性的介定下發(fā)展起來的。我們也許可以就此推測，對于人的認(rèn)識而言，世界是廣延優(yōu)勢的，但如果因此認(rèn)為實在僅限于廣延性方面，卻是缺乏理由的。廣延性優(yōu)勢在語言上的表現(xiàn)之一是幾何優(yōu)勢。西方傳統(tǒng)中的代數(shù)學(xué)思想是代數(shù)幾何化，即借助空間想象來理解數(shù)的。不論畢達(dá)哥拉斯定理還是笛卡爾坐標(biāo)都一樣。直角三角形的斜邊是直觀的，而根號2不是。我們可以用前者表明后者，而不能反過來?？墒且粋€離散的數(shù)量本身究竟是什么呢？它是否與實在的另一方面或另一部分（非廣延的）相應(yīng)？也許在微觀領(lǐng)域里不再是廣延優(yōu)勢而量子力學(xué)的困難與此有關(guān)？

如果量子力學(xué)面臨的是實在的無限可能性向語言的有限性的挑戰(zhàn)，那么問題的解決就不單單是語言問題，甚至不單單是目前形態(tài)的物理學(xué)的問題。它將涉及整個認(rèn)識活動的基礎(chǔ)。玻爾似乎是深刻地意識到這一點的。他說“要做比這些更多的事情完全是在我們目前的手段之外?！薄?4〕他還有一句格言；“同一個正確的陳述相對立的必是一個錯誤的陳述；但是同一個深奧的真理相對立的則可能是另一個深奧的真理?！薄?5〕

參考文獻(xiàn)和注釋

〔1〕〔3〕〔4〕《愛因斯坦文集》第一卷，商務(wù)印書館，1994，第137、241、304頁。

〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15〕海森堡：《原子物理學(xué)的發(fā)展和社會》，中國社會科學(xué)出版社，1985，第141、84、82、131、47、112頁。

〔6〕玻姆：《卷入——展出的宇宙和意識》，載于羅嘉昌、鄭家棟主編：《場與有——中外哲學(xué)的比較與融通（一）》，東方出版社，1994年。

〔7〕玻恩：《關(guān)于因果和機遇的自然哲學(xué)》，商務(wù)印書館，1964年。

篇7

[關(guān)鍵詞]量子；特性；意識；應(yīng)用

中圖分類號：O413.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知識

1、量子

我們在物理學(xué)中提到“量子”時，實際上指的是微觀世界的一種行為傾向，也就是可觀測的物理量都在不連續(xù)地變化。？比如，我們說一個“光量子”，是因為單個光量子的能量是光能變化的最小單位，光的能量是以單個光量子的能量為單位一份一份地變化的。對于量子的種種特性，連不少科學(xué)家都為之迷惑，對于我們普通人來說自然更加高深。今天我就試著走近它，來發(fā)現(xiàn)她“幽靈”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之處首先在于它的奇妙特性――量子疊加和量子糾纏。

量子疊加就是說量子有多個可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有在被觀測或測量時，才會隨機地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)，因此，對物質(zhì)的測量意味著擾動，會改變被測量物質(zhì)的狀態(tài)。好比孫悟空的分身術(shù)， 孫悟空可能同時出現(xiàn)在幾個地方，他的各個分身就像是他的疊加態(tài)。在日常生活中，我們不可能在不同的地方同時出現(xiàn)，但在量子世界里它卻可以同時出現(xiàn)在多個不同的地方?！?/p>

而所謂的量子糾纏，則意味著兩個糾纏在一起的量子就像有心電感應(yīng)的雙胞胎，不管兩個人的距離有多遠(yuǎn)，當(dāng)哥哥的狀態(tài)發(fā)生變化時，弟弟的狀態(tài)也跟著發(fā)生一樣的變化?！叭绻@兩個光量子呈糾纏態(tài)的話，哪怕是千公里量級或者更遠(yuǎn)的距離，還是會出現(xiàn)遙遠(yuǎn)的點之間的詭異互動，愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”?？茖W(xué)家就可以利用這種效應(yīng)將甲地某一粒子的未知量子態(tài)，在乙地的另一粒子上還原出來。量子糾纏的廣泛應(yīng)用將會改變我們的生活，真正地突破時空的局限，交通、物流也就不再會有時間與空間的阻礙了。我國發(fā)射的“墨子號”量子衛(wèi)星昭示著我國在量子通信領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先的地位。

二、意識是量子力學(xué)現(xiàn)象

人們的意識一直都沒有搞清楚，用經(jīng)典物理學(xué)的電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)方法去測量意識是測量不出來的，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)開始認(rèn)識到了意識是種量子力學(xué)的現(xiàn)象，意識的念頭像量子力學(xué)的測量。為什么這么說呢？比如我們面前出現(xiàn)了一座房子，這時有兩種可能的狀態(tài)：一個沒有任何心思的人會看房非房，他的意識處于自由的狀態(tài)，沒看到房子是石頭的還是木頭的，他根本就不動念頭。意識也是這樣，如果你看到這座房子，一下子動念頭了，動念頭實質(zhì)上就是作了測量。

客觀世界是一系列復(fù)雜念頭造成的。有一本非常著名的書叫《皇帝新腦》， 就是研究意識，他認(rèn)為計算機僅僅是邏輯運算，不會產(chǎn)生直覺，直覺只能是量子系統(tǒng)才能夠產(chǎn)生，意識是種量子力學(xué)現(xiàn)象，意識的念頭像量子力學(xué)的測量。而人的大腦有直覺，也就是說人的意識不僅存在于大腦之中，也存在于宇宙之中，量子糾纏告訴我們，一定有個地方存在著人的意識。

三、量子技術(shù)的應(yīng)用

科學(xué)家認(rèn)為，量子糾纏是一種 “神奇的力量”，可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。實際上，量子糾纏還有很多奇妙的應(yīng)用，可以在許多領(lǐng)域中突破傳統(tǒng)技術(shù)的極限。量子技術(shù)已經(jīng)成為一個新興的、快速發(fā)展中的技術(shù)領(lǐng)域。這其中，量子通信、量子計算、量子成像、量子生物學(xué)是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通過把量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合，利用量子調(diào)控技術(shù)，確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度。 廣義地說，量子通信是指把量子態(tài)從一個地方傳送到另一個地方，它的內(nèi)容包含量子隱形傳態(tài)，量子糾纏交換和量子密鑰分配。狹義地說，實際上只是指量子密鑰分配或者基于量子密鑰分配的密碼通信，解決了以往用微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計算機信息技術(shù)極易遭遇泄密的問題。

2、量子計算

量子計算是量子物理學(xué)向我們展示的又一種強大的能力，源自于對真實物理系統(tǒng)的模擬。模擬多粒子系統(tǒng)的行為時，當(dāng)需要模擬的粒子數(shù)目很多時，一個足夠精確的模擬所需的運算時間則變得相當(dāng)漫長。而如果用量子系統(tǒng)所構(gòu)成的量子計算機來模擬量子現(xiàn)象則運算時間可大幅度減少，從此量子計算機的概念誕生。

3、量子成像

量子成像是從利用量子糾纏原理開始發(fā)展起來的一種新的成像技術(shù)，有一種比較奇妙的現(xiàn)象稱之為“鬼成像”。比如將糾纏的雙光子分別輸入兩個不同的光學(xué)系統(tǒng)中，在其中一個系統(tǒng)里放入待成像的物體，通過雙光子關(guān)聯(lián)測量，在另一個光學(xué)系統(tǒng)中能再現(xiàn)物體的空間分布信息。即與經(jīng)典光學(xué)成像只能在同一光路中得到物體的像不同，鬼成像可以在另一條并未放置物體的光路上再現(xiàn)該物體的成像。

4、量子生物學(xué)

量子生物學(xué)是利用量子力學(xué)的概念、原理及方法來研究生命物質(zhì)和生命過程的學(xué)科。薛定諤在《生命是什么》一書中對這一觀點進(jìn)行了詳盡的闡述，提出遺傳物質(zhì)是一種有機分子，遺傳性狀以“密碼”形式通過染色體而傳遞等設(shè)想。這些設(shè)想由脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)模型而得到極大的發(fā)展，從而奠定了分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。分子的相互作用必然涉及其電子的行為，而能夠精確描述電子行為的手段就是量子力學(xué)。因此量子生物學(xué)是分子生物學(xué)深入發(fā)展的必然趨勢，是量子力學(xué)與分子生物學(xué)發(fā)展到一定階段之后相互結(jié)合的產(chǎn)物。

愛因斯坦相對論指出：相互作用的傳播速度不會大于光速，可是對于分開很遠(yuǎn)距離的兩個處于糾纏態(tài)中的粒子，當(dāng)對一個粒子進(jìn)行測量時，另一個粒子的狀態(tài)受到關(guān)聯(lián)關(guān)系已經(jīng)發(fā)生了變化，這種傳輸?shù)睦碚撍俣瓤梢赃h(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速。這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。量子糾纏是量子物理學(xué)里最稀奇古怪的東西，即使腦洞大開我們還是很難領(lǐng)會它，另外從常識角度來看，量子理論描述的自然界很荒謬，許多解釋還涉及到哲學(xué)問題。但另一方面，量子物理學(xué)有很廣泛的應(yīng)用，它的發(fā)展可能帶來行業(yè)面貌的改變，所涉及的范圍從量子計算機到人工智能，無所不含，這也正是我們深入學(xué)習(xí)、研究量子物理的動力所在啊！

參考文獻(xiàn)

[1] 薛定諤，生命是什么.

[2] 舒娜，量子糾纏技術(shù)與量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周榮庭譯，跨越時空的骰子.

[4] 中國科普博覽.

[5] 科普中國.

篇8

關(guān)鍵詞：維勢壘波函數(shù)；教學(xué)研究；化學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2013）26-152-01

具有一定能量E的粒子，沿著X軸運動，碰到高度為V0的勢壘，按照經(jīng)典力學(xué)的觀點，如果E小于V，則粒子不能進(jìn)入勢壘，將會被完全彈回去。但從量子力學(xué)的觀點來看，考慮粒子的波動性，有一部分波會穿過勢壘，像這種粒子穿過比它動能更高的勢壘，稱為遂穿效應(yīng) [1]。在教學(xué)過程中，如果生硬的講解該部分內(nèi)容，大部分學(xué)生會不知所云，難以理解，有沒有可能尋求一種容易方便學(xué)生理解的方式來講解呢？為此我們摸索采用數(shù)值化形象教學(xué)，下面我們以一維勢壘為例，利用計算機數(shù)值模擬方法，實時觀察波函數(shù)是如何穿過勢壘的，該方法有利于學(xué)生深入理解遂穿效應(yīng)的基本原理，對教授和理解量子力學(xué)大有裨益。

在圖一中給出了勢壘穿透的波動示意圖。向左傳播一列波函數(shù) 沿著一維直線傳播，碰到勢壘后，一部分會有一定幾率透過勢壘，透射部分波函數(shù)為 。一部分會被勢壘彈回去；反射部分波函數(shù)為 。為了求解波函數(shù)的貫穿，我們需要求解非含時薛定諤方程[1]

。

我們在本文中，為了實時貫穿波函數(shù)的貫穿過程，我們利用含時方法求解薛定諤方程[2，3]

。

含時波函數(shù)為：

公式中H是體系的哈密頓算符：

我們給定初始波函數(shù)，就可以利用演化算符求得任意一時刻的體系的波函數(shù)，從而觀察波函數(shù)是如何貫穿勢壘整個過程的。

圖一：遂穿效應(yīng)示意圖

在數(shù)值模擬中，我們選用Eckart 勢壘，具體形式為：

中心位置處在R=15bohr處。高度為0.5eV。傳播初始時刻，我們構(gòu)建了一個高斯波包[4，5]

波函數(shù)在不同時刻的分布情況如圖二所示。初始波函數(shù)分布如圖二中T=0 a.u. 所示。中心位置在22 bohr位置處， 中心能量為0.4 eV，寬度為0.7 bohr，向X軸左方向運動。傳播時間1900 a.u. 時候，波函數(shù)傳播到勢壘位置，到時間2300 a.u. 時，波函數(shù)分布如圖所示。波函數(shù)部分被彈回，可以看見圖中17bohr處，波函數(shù)被彈回形成的小山峰。小山峰分布是入射波函數(shù)與被彈回來的波函數(shù)疊加而形成的震蕩山峰。從圖中可以很明顯看出，隨著時間的推移，在3100 a.u.后，波函數(shù)有兩個明顯的山峰分布，一個在勢壘的左邊，為透射波函數(shù)部分，一個在勢壘的右邊，是被彈出波函數(shù)部分。

圖二：波函數(shù)在不同時刻的分布情況

本文以一維粒子的直線運動為例，構(gòu)建初始波包，利用演化算符研究時間相關(guān)的波包與Eckart 勢壘相互作用。研究了不同時刻的體系波函數(shù)的分布狀態(tài)，形象的觀察和研究了量子力學(xué)的遂穿效應(yīng)。為量子力學(xué)的形象化教學(xué)提供了一些思路。

參考文獻(xiàn)：

篇9

多年以前，高科技最牛的美國就已不把電子計算機列為高科技產(chǎn)品了。

但巨高性能計算機仍是信息時代的高科技標(biāo)志物件之一。2012年諾貝爾物理學(xué)獎發(fā)給了法國人塞爾日·阿羅什和美國人大衛(wèi)·維恩蘭德，這兩位科學(xué)家的研究成果為新一代超級量子計算機的誕生提供了可能性。

惡搞一下：法國人浪漫，而簡稱美國人為美人，那么，浪漫人美人=？

文藝范兒的信息

不往濫俗里想，那么，答案就是很文藝化的表達(dá)了。其實，“信息”最初是相當(dāng)文藝范兒的，而不是20世紀(jì)中期才開始熱門起來的科技詞匯。

一般認(rèn)為，中文的“信息”一詞出自南唐詩人李中《暮春懷故人》：“夢斷美人沉信息，目穿長路倚樓臺。”—— “美眉音信消息全無啊，夢里也夢不到你，我獨自上樓倚欄，望眼欲穿望到長路盡頭也不見你?！边@么拙劣地意譯，也讓人感覺到深深的思念。

其實，在李中之前一百多年，與李商隱齊名的唐朝大詩人杜牧《寄遠(yuǎn)》里就有“信息”了：“塞外音書無信息，道旁車馬起塵埃。”還有比小杜更早的，唐朝詩人崔備的《清溪路中寄諸公》：“別來無信息，可謂井瓶沉?！?/p>

宋朝的婉約派大詞人柳永、李清照也用過“信息”這個詞。因金兵入侵而流離失所的李清照思念當(dāng)年安樂的故鄉(xiāng)，心理上把信息的價格定成了真正的天價：“不乞隋珠與和璧，只乞鄉(xiāng)關(guān)新信息。”——千年前的唐宋中國，其高科技雖是世界第一，但信息技術(shù)還是跟現(xiàn)在沒法比的，要靠驛馬、鴻雁甚至人步行來傳遞信息，速度慢而效率低，信息珍貴啊。

在地球的西方呢？雖然香農(nóng)1948年就劃時代地把信息引為數(shù)學(xué)研究的對象，賦予其新的科學(xué)的涵義；至1956年，“人工智能”術(shù)語也出現(xiàn)了?？勺钤缬懻摂?shù)據(jù)、信息、知識與智慧之間關(guān)系的，卻是得過諾貝爾文學(xué)獎的大詩人艾略特（T. S. Eliot；錢鐘書故意譯為“愛利惡德”）。他在1934年的詩歌“The Rock”中寫道：

Where is the Life we have lost in living？

Where is the wisdom we have lost in knowledge？

Where is the knowledge we have lost in information？

Where is the information we have lost in data？

我們迷失于生活中的生命在哪里？

我們迷失于知識中的智慧在哪里？

我們迷失于信息中的知識在哪里？

我們迷失于數(shù)據(jù)中的信息在哪里？

盡管第四句是好事者后加的，但詩人還是直指本質(zhì)地提出了信息暴炸時代最困擾人的難題：如何不讓我們的生命和智慧都迷失在數(shù)據(jù)中？

量子計算機和量子信息技術(shù)，提供了一種讓生命和智慧不要淹沒在數(shù)據(jù)的海洋中的途徑、工具和可能。

量子與量子計算機

量子理論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一，為從微觀理解宏觀提供了理論基礎(chǔ)?？陀^世界有物質(zhì)、能量兩種存在形式，物質(zhì)和能量可以互相轉(zhuǎn)換（見愛因斯坦的質(zhì)能方程），量子理論就是從研究極度微觀領(lǐng)域物質(zhì)的能量入手而建立起來的。

我們知道，微觀世界中有許多不同于宏觀世界的現(xiàn)象和規(guī)則。經(jīng)典物理學(xué)理論中的能量是連續(xù)變化的，可取任意值，但科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)微觀世界中的很多物理現(xiàn)象無法解釋。1900年12月14日，普朗克在解釋“黑體輻射”時提出：像原子是一切物質(zhì)的構(gòu)成單元一樣，“能量子（量子）”是能量的最小單元，原子吸收或發(fā)射能量是一份一份地進(jìn)行的。這是量子物理理論的誕生。

1905年，愛因斯坦把量子概念引進(jìn)光的傳播過程，提出“光量子（光子）”的概念，并提出光的“波粒二象性”。1920年代，德布羅意提出“物質(zhì)波”概念，即一切物質(zhì)粒子均有波粒二象性，海森堡等建立了量子矩陣力學(xué)，薛定諤建立了量子波動力學(xué)，量子理論進(jìn)入了量子力學(xué)階段。1928年，狄拉克完成了矩陣力學(xué)和波動力學(xué)之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，對量子力學(xué)理論進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，成功地將相對論和量子力學(xué)兩大理論體系結(jié)合起來，使量子理論進(jìn)入量子場論階段。

“量子”詞源拉丁語quantum，意為“某數(shù)量的某事物”。現(xiàn)代物理學(xué)中，某些物理量的變化是以最小的單位跳躍式進(jìn)行的，而不是連續(xù)的，這個最小的基本單位叫做量子；或者說，一個物理量如果有不可連續(xù)分割的最小的基本單位，則這個物理量（所有的有形性質(zhì)）是“可量子化的”，或者說其物理量的數(shù)值會是特定的數(shù)值而非任意值。例如，在（休息狀態(tài)）的原子中，電子的能量是可量子化的，這能決定原子的穩(wěn)定和一般問題。

雖然量子理論與我們?nèi)粘＝?jīng)驗感覺的世界大不一樣，但量子力學(xué)已經(jīng)在真實世界應(yīng)用。激光器工作的原理，實際上就是激發(fā)一個特定量子散發(fā)能量?，F(xiàn)代社會要處理大量數(shù)據(jù)和信息，需要計算的機器（計算機）。量子力學(xué)的突破，使瓦格納等于1930年發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體同時有導(dǎo)體和絕緣體的性質(zhì)，后來才有了用于電子計算機的同時作為電子信號放大器和轉(zhuǎn)換器的晶體管，再有了集成電路芯片，今天的一個尖端芯片可集聚數(shù)十億個微處理器。

隨著計算機科技的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)能耗導(dǎo)致發(fā)熱而影響芯片集成度，限制了計算速度；能耗源于計算過程中的不可逆操作，但計算機都可找到對應(yīng)的可逆計算機且不影響運算能力。既然都能改為可逆操作，在量子力學(xué)中則可用一個幺正變換來表示。1969年，威斯納提出“基于量子力學(xué)的計算設(shè)備”，豪勒夫等于1970年代論述了“基于量子力學(xué)的信息處理”。1980年代量子計算機的理論變得很熱鬧。費曼發(fā)現(xiàn)模擬量子現(xiàn)象時，數(shù)據(jù)量大至無法用電子計算機計算，在1982年提出用量子系統(tǒng)實現(xiàn)通用計算以減少運算時間；杜斯于1985年提出量子圖靈機模型。1994年，數(shù)學(xué)家彼得·秀爾提出量子質(zhì)因子分解算法，因其可破解現(xiàn)行銀行和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的加密，許多人開始研究實際的量子計算機。

在物理上，傳統(tǒng)的電子計算機可以被描述為對輸入信號串行按一定算法進(jìn)行變換的機器，其算法由機器內(nèi)部半導(dǎo)體集成邏輯電路來實現(xiàn)，其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是傳統(tǒng)信號（輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)），存儲數(shù)據(jù)的每個單元（比特bit）要么是“0”要么是“1”，即在某一時間僅能存儲4個二進(jìn)制數(shù)（00、01、10、11）中的一個。而量子計算機靠控制原子或小分子的狀態(tài)，用量子算法運算數(shù)據(jù)，輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交，其中的變換為所有可能的幺正變換；因為量子態(tài)有疊加性（重疊）和相干性（牽連、糾纏）兩個本質(zhì)特性，量子比特（量子位qubit）可是“0”或“1”或兩個“0”或兩個“1”，即可同時存儲4個二進(jìn)制數(shù)（00、01、10、11），實現(xiàn)量子并行計算（量子計算機對每一個疊加分量實現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種傳統(tǒng)計算，所有傳統(tǒng)計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加，給出量子計算機的輸出結(jié)果），從而呈指數(shù)級地提高了運算能力——一臺未來的量子計算機3分鐘就能搞定當(dāng)今世界上所有電子計算機合起來100萬年才能處理完的數(shù)據(jù)。用量子力學(xué)語言說，傳統(tǒng)計算機是沒有用到量子力學(xué)中重疊和牽連特性的一種特殊的量子計算機。從理論上講，一個250量子比特（由250個原子構(gòu)成）的存儲器，可能存儲2的250次方個二進(jìn)制數(shù)，比人類已知宇宙中的全部原子數(shù)還多。而且，集成芯片制造業(yè)很快將步入16納米的工藝，而量子效應(yīng)將嚴(yán)重影響芯片的設(shè)計和生產(chǎn)，又因傳統(tǒng)技術(shù)的物理局限性，硅芯片已到盡頭，突破的希望在于量子計算。

量子世界的死貓活貓與粒子控制

喜好科技的文藝青年可能看過美劇《生活大爆炸》，其中有那只著名的“薛定諤貓”：一只被關(guān)在黑箱里的貓，箱里有毒藥瓶，瓶上有錘子，錘子由電子開關(guān)控制，電子開關(guān)由一個獨立的放射性原子控制；若原子核衰變放出粒子觸動開關(guān)，錘落砸瓶放毒，則貓死。薛定諤構(gòu)想的這個實驗，被引為解釋量子世界的經(jīng)典。而量子理論認(rèn)為，單個原子的狀態(tài)其實不是非此即彼，或說箱里的原子既衰變又沒有衰變，表現(xiàn)為一種概率；對應(yīng)到貓，則是既死又活。若我們不揭開蓋子觀察，永遠(yuǎn)也不知道貓的死活，它永遠(yuǎn)處于非死非活的疊加態(tài)。

宏觀態(tài)的確定性，其實是億萬微觀粒子、無數(shù)種概率的宏觀統(tǒng)計結(jié)果。微觀粒子通常表現(xiàn)為兩種截然不同的狀態(tài)糾纏一起，一旦用宏觀方法觀察這種量子態(tài)，只要稍一揭開箱蓋，疊加態(tài)立即就塌縮了（擾破壞掉），薛定諤貓就突然由量子的又死又活疊加態(tài)變成宏觀的確定態(tài)。用實驗研究量子，首先要捕獲單個的量子。即若不分離出單個粒子，則粒子神秘的量子性質(zhì)便會消失?？茖W(xué)家們長期以來頭疼的是，未找到既不破壞量子態(tài)，又能實際觀測它的實驗方法，他們只能在頭腦中進(jìn)行思想實驗，而無法實際驗證其預(yù)言。

而阿羅什和維恩蘭德的研究，發(fā)明了在保持個體粒子的量子力學(xué)屬性的情況下對其進(jìn)行觀測和操控的方法，則可實證地說出薛定諤貓究竟是死貓還是活貓，而且為研制超級量子計算機帶來了更大可能，因為量子計算機中最基礎(chǔ)的部分——得到1個量子比特已獲成功。

光子和原子是量子世界中的兩種基本粒子，光子形成可見光或其他電磁波，原子構(gòu)成物質(zhì)。他們研究光與物質(zhì)間的基本相互作用，方法大同小異：維因蘭德利用光或光子來捕捉、控制以及測量帶電原子或者離子。他平行放置兩面極精巧的鏡子，鏡間是真空空腔，溫度接近絕對零度（約-273℃）。一個光子進(jìn)入空腔后，在兩鏡面間不斷反射。阿羅什則通過發(fā)射原子穿過阱，控制并測量了捕獲的光子或粒子。他用一系列電極營造出一個電場囚籠，粒子像是被裝進(jìn)碗里的玻璃球；然后用激光冷卻粒子，最終有一個最冷的粒子停在了碗底。阿羅什在捕獲單個光子后，引入了特殊的里德伯原子，作為觀測工具，從而得到光子的數(shù)據(jù)。維因蘭德向碗中發(fā)射激光，通過觀測光譜線而得到碗底粒子的數(shù)據(jù)。

2007年以來，加拿大、美國、德國和中國的科學(xué)家都說自己研制出了某種級別的量子計算機，但到今天卻仍無一個投入實用。光鐘更接近現(xiàn)實，因為可操控單個量子，就能按意愿調(diào)控量子的振蕩（相當(dāng)于鐘擺）頻率，越高越精；目前實驗的光鐘，若從宇宙產(chǎn)生起開始計時，至今只誤差5秒。光鐘可使衛(wèi)星定位和計算太空船的位置更精確……

神話般的量子信息技術(shù)

科幻作家克萊頓（著有《侏羅紀(jì)公園》、《失去的世界》等）在科幻小說《時間線》中，曾文藝化地描述量子計算，用了“量子多宇宙”、“量子泡沫蟲洞”、“量子運輸”、“量子糾纏態(tài)”、“電子的32個量子態(tài)”等讓常人倍感高深的說法。其中一些如今正在證實或變現(xiàn)。

如果清朝政府的通信密碼不被日本破譯，那么李鴻章后去日本談判時就很可能是另外一種結(jié)局，今天也不會有的問題了。目前世界的密碼系統(tǒng)大都采用單項數(shù)學(xué)函數(shù)的方式，應(yīng)用了因數(shù)分解等數(shù)學(xué)原理，例如目前網(wǎng)絡(luò)上常用的密碼算法。秀爾提出的量子算法利用量子計算的并行性，能輕松破解以大數(shù)因式分解算法為根基的密碼體系。量子算法中，量子搜尋算法等也能分分鐘攻破現(xiàn)有密碼體系?？烧f量子這種技術(shù)在現(xiàn)代軍事上的意義不亞于核彈。但同時，量子信息技術(shù)也將發(fā)展出一種理論上永遠(yuǎn)無法破譯的密碼——量子密碼。

保密通信分為加密、接收、解密三個過程，密鑰的保密和不被破解至為關(guān)鍵。量子密碼采用量子態(tài)作為密鑰，是不可復(fù)制的，至少在理論上是無破譯的可能。量子通信是用量子態(tài)的微觀粒子攜帶的量子信息作為加密和解密用的密鑰，其密鑰安全性不再由數(shù)學(xué)計算，而是由微觀粒子所遵循的物理規(guī)律來保證，竊密者只有突破物理法則才有可能盜取密鑰（根據(jù)海森堡的測不準(zhǔn)原理，任何測量都無法窮盡量子的所有信息）。而且量子通信中，量子糾纏態(tài)（有共同來源的兩個粒子存在著糾纏關(guān)系，似有“心靈感應(yīng)”，無論距離多遠(yuǎn)，一個粒子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個粒子也發(fā)生變化，速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速，一旦受擾即不再糾纏。愛因斯坦稱這種發(fā)生機理至今未解的量子糾纏為“幽靈般的超距作用”）被用于傳輸和保證信息安全，使任何竊密行為都會擾亂傳送密鑰的量子狀態(tài)，從而留下痕跡。

篇10

摘 要：凝聚態(tài)物理學(xué)作為物理學(xué)的一大分支，其研究前景十分廣泛。凝聚態(tài)物理學(xué)是研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)以及它們的微觀結(jié)構(gòu)的學(xué)科。其通過分析構(gòu)成凝聚態(tài)物質(zhì)的電子、離子、原子、分子的運動形態(tài)和運動規(guī)律，從而對凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)進(jìn)行認(rèn)知。凝聚態(tài)物質(zhì)是固體物理學(xué)的一個拓展方面，研究的物質(zhì)的典型特征之一是其具有多種形態(tài)。同時，凝聚態(tài)物理學(xué)也為材料研究引入了新的體系。本文就目前凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展情況，對其中的基本概念的產(chǎn)生、含義及其發(fā)展進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：凝聚態(tài)物理學(xué)；基本概念；特點闡述

凝聚態(tài)物理學(xué)的基本概念需根據(jù)物質(zhì)世界的層次化進(jìn)行闡述效果會更加明了。作為一門至今仍然擁有豐富生命力的研究學(xué)問，凝聚態(tài)物理學(xué)時時刻刻影響著我們生活的方方面面。例如，液態(tài)金屬、溶膠、高分子聚合物等等物質(zhì)的研究都和凝聚態(tài)物理學(xué)有著密不可分的聯(lián)系。凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展歷史和其理論支撐，是對凝聚態(tài)物理學(xué)的基本概念進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)。

一、凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展歷史

1、物質(zhì)世界層次化

為了對凝聚態(tài)物理學(xué)基本概念進(jìn)行闡述，首先就需要提到物質(zhì)世界層次化的研究方式?？v觀二十世紀(jì)的物理學(xué)發(fā)展，在二十世紀(jì)初，兩大劃時代的物理理論突破的出現(xiàn)，拉開了宇觀物理學(xué)和微觀物理學(xué)的探究序幕。兩大理論即是相對論和量子論，相對論和量子理論是對傳統(tǒng)物理學(xué)的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。其中，狹義相對論修正了經(jīng)典物理學(xué)當(dāng)中的電磁學(xué)和力學(xué)之間存在的矛盾；廣義相對論則是為近代物理學(xué)當(dāng)中的天體運行研究做出了巨大的貢獻(xiàn)。量子論的建立正式拉開了現(xiàn)代物理學(xué)對于微觀世界的研究，使得基于原子乃至更小系統(tǒng)的探究成為可能?，F(xiàn)代物理學(xué)的研究方式正是基于這一種將物質(zhì)世界進(jìn)行分層的觀點進(jìn)行的，因為物理學(xué)當(dāng)中的理論使用范圍都有區(qū)別。例如，在宏觀世界當(dāng)中，牛頓力學(xué)成立；在微觀世界當(dāng)中，牛頓力學(xué)就難以支撐實驗事實了。

2、凝聚B物理學(xué)的步步發(fā)展

從科學(xué)家開始探索微觀世界開始，凝聚態(tài)物理學(xué)就悄然發(fā)展開來?？茖W(xué)家從原子物理出發(fā)，深入到原子核內(nèi)外空間的研究，為了探索微觀世界粒子的基本特性，建立了多代高能粒子加速器，使得近代微觀物理學(xué)探索出中子、夸克、輕子類的微觀粒子。同時，近代物理學(xué)的一條研究途徑也是將原子物理作為基本主線。在這條研究主線當(dāng)中，量子力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)向結(jié)合，奠定了固定物理學(xué)的基礎(chǔ)。固定物理學(xué)的逐漸發(fā)展擴大，演變?yōu)榱四蹜B(tài)物理學(xué)。凝聚態(tài)物理學(xué)的研究發(fā)展從簡單到復(fù)雜，從宏觀到微觀。其結(jié)合到其他學(xué)科（材料學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等）共同創(chuàng)新，取得了巨大成果。

二、凝聚態(tài)物理學(xué)的基本概念闡述

1、基本理論

凝聚態(tài)物理學(xué)基本概念中最重要的基礎(chǔ)則是構(gòu)建這門學(xué)科的理論支撐。其基本理論當(dāng)中的核心即是量子物理和經(jīng)典物理。根據(jù)凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展歷史來看，量子物理理論推動了凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展，使其對眾多實驗研究成為可能。經(jīng)典物理理論在凝聚態(tài)物理學(xué)中并非一無是處，仍在一些研究方面起著不可忽視的作用。兩種理論知識在凝聚態(tài)物理學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用都存在著自身的適用范圍，下面對其進(jìn)行比較說明。在中學(xué)物理中我們初步了解到，物質(zhì)粒子具有二象性――粒子與波。在粒子的二象性當(dāng)中，粒子所具有的波動性使得量子力學(xué)有別與經(jīng)典力學(xué)。二者的適用范圍的界限通常是一些臨界溫度、直徑、場（電場、磁場）強等方面。

2、凝聚現(xiàn)象

凝聚態(tài)物理學(xué)的基礎(chǔ)概念即是凝聚現(xiàn)象，然而凝聚現(xiàn)象在我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中是隨處可見的。大家都知道，氣體可以凝結(jié)成固體或者是液體，液體和固體之間最明顯的區(qū)別是液體的流動性。根據(jù)量子力學(xué)等理論分析，在某些臨界溫度附近，物質(zhì)之間就發(fā)生凝聚現(xiàn)象。發(fā)生凝聚現(xiàn)象的物質(zhì)往往具備一些新的物理性質(zhì)。例如物質(zhì)原有的沸點、導(dǎo)電性、光敏性等發(fā)生改變。

3、凝聚態(tài)物質(zhì)的有序化

根據(jù)中學(xué)物理和化學(xué)的知識可知，物質(zhì)反應(yīng)在平衡狀態(tài)時，其系統(tǒng)能量內(nèi)能與熵等因素的影響。系統(tǒng)物質(zhì)內(nèi)能的上升使得系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定性，使得熵值增加。當(dāng)溫度下降時，凝聚態(tài)物質(zhì)則趨于熵值下降和系統(tǒng)穩(wěn)定，研究發(fā)現(xiàn)，凝聚態(tài)物質(zhì)往往是某一種有序結(jié)構(gòu)的物相。大量物質(zhì)粒子所組成的系統(tǒng)表現(xiàn)出來的直觀特征即是位置序，這也說明不同的粒子直接是存在著相互聯(lián)系的。當(dāng)然，也存在著粒子相互作用較弱的情況，其宏觀表現(xiàn)即是粒子無序分布。在經(jīng)典粒子系統(tǒng)當(dāng)中，使得系統(tǒng)有序化的物理基礎(chǔ)則是粒子和粒子之間的相互作用，這可當(dāng)作是量子力學(xué)當(dāng)中的一個問題處理。根據(jù)中學(xué)知識我們知道，在量子力學(xué)當(dāng)中，物質(zhì)粒子存在著位置不確定性和動量不確定性。根據(jù)上述進(jìn)行總結(jié)，凝聚態(tài)物質(zhì)是空間當(dāng)中的凝聚體，而相對空間往往是分為兩個方面。一方面是位置形態(tài)空間，另外的一方面是抽象的動量空間。凝聚態(tài)物質(zhì)的有序化在這兩個空間當(dāng)中的存在形態(tài)極為豐富。

三、研究概念闡述

凝聚態(tài)物理學(xué)當(dāng)中基本的研究概念在于以下幾個方面。第一是固體電子論。對固定系統(tǒng)當(dāng)中電子的行為研究是凝聚態(tài)物理學(xué)一直在努力的方向，按照電子行為的相互作用的大小，又將其分為三個小的區(qū)域。首先是弱關(guān)聯(lián)區(qū)，這個區(qū)域的研究已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展，也是構(gòu)成半導(dǎo)體物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。其次是中等關(guān)聯(lián)區(qū)域，主要研究對象包括的是一般的金屬和強磁性的物質(zhì)，其構(gòu)成了磁鐵學(xué)的物理基礎(chǔ)。強關(guān)聯(lián)區(qū)受能帶理論發(fā)展的影響，目前其研究還有待開拓。第二是宏觀量子態(tài)。宏觀量子態(tài)研究當(dāng)中對某些物質(zhì)的超導(dǎo)現(xiàn)象的研究是一個重點，一些非常規(guī)的超導(dǎo)體研究也是目前科學(xué)家所努力的方向。第三是納米結(jié)構(gòu)與介觀物理，凝聚態(tài)物理學(xué)對于一些簡單物質(zhì)的研究已經(jīng)較為清楚。按照不同物質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)尺度進(jìn)行探究是凝聚態(tài)物理學(xué)研究的新方向之一，納米結(jié)構(gòu)和介觀物理需要量子理論進(jìn)行支撐，研究目的主要是為了獲取材料和器件的復(fù)合體，同時創(chuàng)造出一些具有優(yōu)良性能的物理材料。

四、總結(jié)

凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，目前量子力學(xué)的發(fā)展已經(jīng)趨于完備。由于凝聚態(tài)物理學(xué)設(shè)計大量微觀粒子的研究，其復(fù)雜程度較高，需要研究者從實驗、計算、推演等方面開展研究。凝聚態(tài)物理學(xué)作為一門高新技術(shù)，其研究前景十分廣闊。只要充分結(jié)合其他相關(guān)學(xué)科知識，加以探究，一定會取得更加豐碩的研究成果。

參考文獻(xiàn)

[1]馮端，金國鈞.凝聚態(tài)物理學(xué)中的基本概念[J].物理學(xué)進(jìn)展， 2000， 20（1）：1-21.