赫拉克利特開創(chuàng)了一個(gè)永無(wú)休止的運(yùn)動(dòng)概念。可是，我們到底怎樣才能領(lǐng)人信服地解釋變動(dòng)不居的世界呢？顯然，解釋的基本性質(zhì)，應(yīng)該是它的立論點(diǎn)本身不能是游移不定的。我們已經(jīng)知道首先致力于解決這個(gè)問(wèn)題的是早期的米利都學(xué)派了。此后，也是有一位米利都學(xué)派的思想家對(duì)此作出了最后的答案。此人就是原子論之父留基波（Leucippus）。留基波的鼎盛期約公元前440年（1）。他不僅繼承了與米利都相聯(lián)系著的科學(xué)理性主義哲學(xué)，而且也受到了巴門尼德和芝諾很大的影響。可是，關(guān)于他，人們知道得非常少。因此，人們?cè)谔岬皆诱摰膭?chuàng)始者時(shí)，通常總是將留基波與德謨克利特（Democritus，約公元前460年—前370年）相提并論，或大多掛靠在德謨克利特的名下。

德謨克利特出生于希臘北部色雷斯的阿布德拉（Abdera）。他的父親在當(dāng)?shù)厥且晃缓苡匈Y產(chǎn)和地位的人。德謨克利特拜訪過(guò)埃及，埃塞俄比亞，波斯和印度。據(jù)并不確切的史料稱，德謨克利特曾就學(xué)于阿那克薩戈拉（Anaxagoras），和蘇格拉底討論過(guò)哲學(xué)。在蘇格拉底看來(lái)，他就像是奧林匹亞賽會(huì)中的一位五項(xiàng)全能競(jìng)賽的勝利者。德謨克利特是經(jīng)驗(yàn)的自然科學(xué)家和希臘人中第一個(gè)百科全書式的學(xué)者（2），在整個(gè)希臘文化史上，其博學(xué)多才的程度除了亞里士多德，無(wú)人能及其項(xiàng)背（3）。雖然公眾給了他很高的榮譽(yù)，但是他喜歡沉思的生活勝過(guò)了活躍的生活,因此婉言謝絕了這些公眾的榮譽(yù)而渡過(guò)了孤獨(dú)的余生（4）。

據(jù)說(shuō)，留基波曾和巴門尼德一起研究過(guò)哲學(xué)，但是二者的觀點(diǎn)是完全對(duì)立的。他認(rèn)為非存在和存在一樣存在，這就是原子和虛空，它們都是事物生成的原因。德謨克利特正是把他的思想加以發(fā)展和系統(tǒng)化，使原子論成為體系。

1．原子與虛空

留基波——如果不是德謨克里特的話——試圖調(diào)和以巴門尼德與恩培多克勒分別為其代表的一元論與多元論而走到了原子論。他們的觀點(diǎn)極其有似于近代科學(xué)的觀點(diǎn)，并且避免了大部分古希臘的暝想所常犯的錯(cuò)誤。

亞里士多德說(shuō)：“但留基波認(rèn)為他有一種理論，這種理論與感覺一致，不會(huì)取消存在物的生成、消滅、運(yùn)動(dòng)和多樣性。在對(duì)現(xiàn)象作了這些說(shuō)明后，針對(duì)堅(jiān)持存在為一，并認(rèn)為沒有虛空就無(wú)運(yùn)動(dòng)的人，他宣稱虛空是非存在，而存在的任何一部分都不是非存在；因?yàn)閲?yán)格地說(shuō)，“存在”就是完全充實(shí)。但這樣的充實(shí)不是一，而是無(wú)限多，只是由于體積太小，不能為肉眼所見。它們?cè)谔摽罩斜灰苿?dòng)（因?yàn)樘摽沾嬖谥浣Y(jié)合造成事物的生成，分離導(dǎo)致事物的消滅。在其碰巧接觸的地方，它們就動(dòng)作與承受（因?yàn)樵谀抢铮鼈儾皇且唬?dāng)被放在一起且被纏結(jié)時(shí)，它們也生成。但是，從真正的一，不會(huì)生出多，從真正的多，也不會(huì)生出一，這是不可能的（325a25-36）"。

赫拉克利特開創(chuàng)了一個(gè)永無(wú)休止的運(yùn)動(dòng)概念。可是，我們到底怎樣才能領(lǐng)人信服地解釋變動(dòng)不居的世界呢？顯然，解釋的基本性質(zhì)，應(yīng)該是它的立論點(diǎn)本身不能是游移不定的。我們已經(jīng)知道首先致力于解決這個(gè)問(wèn)題的是早期的米利都學(xué)派了。此后，也是有一位米利都學(xué)派的思想家對(duì)此作出了最后的答案。此人就是原子論之父留基波（Leucippus）。留基波的鼎盛期約公元前440年（1）。他不僅繼承了與米利都相聯(lián)系著的科學(xué)理性主義哲學(xué)，而且也受到了巴門尼德和芝諾很大的影響。可是，關(guān)于他，人們知道得非常少。因此，人們?cè)谔岬皆诱摰膭?chuàng)始者時(shí)，通常總是將留基波與德謨克利特（Democritus，約公元前460年—前370年）相提并論，或大多掛靠在德謨克利特的名下。

德謨克利特出生于希臘北部色雷斯的阿布德拉（Abdera）。他的父親在當(dāng)?shù)厥且晃缓苡匈Y產(chǎn)和地位的人。德謨克利特拜訪過(guò)埃及，埃塞俄比亞，波斯和印度。據(jù)并不確切的史料稱，德謨克利特曾就學(xué)于阿那克薩戈拉（Anaxagoras），和蘇格拉底討論過(guò)哲學(xué)。在蘇格拉底看來(lái)，他就像是奧林匹亞賽會(huì)中的一位五項(xiàng)全能競(jìng)賽的勝利者。德謨克利特是經(jīng)驗(yàn)的自然科學(xué)家和希臘人中第一個(gè)百科全書式的學(xué)者（2），在整個(gè)希臘文化史上，其博學(xué)多才的程度除了亞里士多德，無(wú)人能及其項(xiàng)背（3）。雖然公眾給了他很高的榮譽(yù)，但是他喜歡沉思的生活勝過(guò)了活躍的生活,因此婉言謝絕了這些公眾的榮譽(yù)而渡過(guò)了孤獨(dú)的余生（4）。

據(jù)說(shuō)，留基波曾和巴門尼德一起研究過(guò)哲學(xué)，但是二者的觀點(diǎn)是完全對(duì)立的。他認(rèn)為非存在和存在一樣存在，這就是原子和虛空，它們都是事物生成的原因。德謨克利特正是把他的思想加以發(fā)展和系統(tǒng)化，使原子論成為體系。

1．原子與虛空

留基波——如果不是德謨克里特的話——試圖調(diào)和以巴門尼德與恩培多克勒分別為其代表的一元論與多元論而走到了原子論。他們的觀點(diǎn)極其有似于近代科學(xué)的觀點(diǎn)，并且避免了大部分古希臘的暝想所常犯的錯(cuò)誤。

亞里士多德說(shuō)：“但留基波認(rèn)為他有一種理論，這種理論與感覺一致，不會(huì)取消存在物的生成、消滅、運(yùn)動(dòng)和多樣性。在對(duì)現(xiàn)象作了這些說(shuō)明后，針對(duì)堅(jiān)持存在為一，并認(rèn)為沒有虛空就無(wú)運(yùn)動(dòng)的人，他宣稱虛空是非存在，而存在的任何一部分都不是非存在；因?yàn)閲?yán)格地說(shuō)，“存在”就是完全充實(shí)。但這樣的充實(shí)不是一，而是無(wú)限多，只是由于體積太小，不能為肉眼所見。它們?cè)谔摽罩斜灰苿?dòng)（因?yàn)樘摽沾嬖谥浣Y(jié)合造成事物的生成，分離導(dǎo)致事物的消滅。在其碰巧接觸的地方，它們就動(dòng)作與承受（因?yàn)樵谀抢铮鼈儾皇且唬?dāng)被放在一起且被纏結(jié)時(shí)，它們也生成。但是，從真正的一，不會(huì)生出多，從真正的多，也不會(huì)生出一，這是不可能的（325a25-36）"。

赫拉克利特開創(chuàng)了一個(gè)永無(wú)休止的運(yùn)動(dòng)概念。可是，我們到底怎樣才能領(lǐng)人信服地解釋變動(dòng)不居的世界呢？顯然，解釋的基本性質(zhì)，應(yīng)該是它的立論點(diǎn)本身不能是游移不定的。我們已經(jīng)知道首先致力于解決這個(gè)問(wèn)題的是早期的米利都學(xué)派了。此后，也是有一位米利都學(xué)派的思想家對(duì)此作出了最后的答案。此人就是原子論之父留基波（Leucippus）。留基波的鼎盛期約公元前440年（1）。他不僅繼承了與米利都相聯(lián)系著的科學(xué)理性主義哲學(xué)，而且也受到了巴門尼德和芝諾很大的影響。可是，關(guān)于他，人們知道得非常少。因此，人們?cè)谔岬皆诱摰膭?chuàng)始者時(shí)，通常總是將留基波與德謨克利特（Democritus，約公元前460年—前370年）相提并論，或大多掛靠在德謨克利特的名下。

德謨克利特出生于希臘北部色雷斯的阿布德拉（Abdera）。他的父親在當(dāng)?shù)厥且晃缓苡匈Y產(chǎn)和地位的人。德謨克利特拜訪過(guò)埃及，埃塞俄比亞，波斯和印度。據(jù)并不確切的史料稱，德謨克利特曾就學(xué)于阿那克薩戈拉（Anaxagoras），和蘇格拉底討論過(guò)哲學(xué)。在蘇格拉底看來(lái)，他就像是奧林匹亞賽會(huì)中的一位五項(xiàng)全能競(jìng)賽的勝利者。德謨克利特是經(jīng)驗(yàn)的自然科學(xué)家和希臘人中第一個(gè)百科全書式的學(xué)者（2），在整個(gè)希臘文化史上，其博學(xué)多才的程度除了亞里士多德，無(wú)人能及其項(xiàng)背（3）。雖然公眾給了他很高的榮譽(yù)，但是他喜歡沉思的生活勝過(guò)了活躍的生活,因此婉言謝絕了這些公眾的榮譽(yù)而渡過(guò)了孤獨(dú)的余生（4）。

據(jù)說(shuō)，留基波曾和巴門尼德一起研究過(guò)哲學(xué)，但是二者的觀點(diǎn)是完全對(duì)立的。他認(rèn)為非存在和存在一樣存在，這就是原子和虛空，它們都是事物生成的原因。德謨克利特正是把他的思想加以發(fā)展和系統(tǒng)化，使原子論成為體系。

1．原子與虛空

留基波——如果不是德謨克里特的話——試圖調(diào)和以巴門尼德與恩培多克勒分別為其代表的一元論與多元論而走到了原子論。他們的觀點(diǎn)極其有似于近代科學(xué)的觀點(diǎn)，并且避免了大部分古希臘的暝想所常犯的錯(cuò)誤。

亞里士多德說(shuō)：“但留基波認(rèn)為他有一種理論，這種理論與感覺一致，不會(huì)取消存在物的生成、消滅、運(yùn)動(dòng)和多樣性。在對(duì)現(xiàn)象作了這些說(shuō)明后，針對(duì)堅(jiān)持存在為一，并認(rèn)為沒有虛空就無(wú)運(yùn)動(dòng)的人，他宣稱虛空是非存在，而存在的任何一部分都不是非存在；因?yàn)閲?yán)格地說(shuō)，“存在”就是完全充實(shí)。但這樣的充實(shí)不是一，而是無(wú)限多，只是由于體積太小，不能為肉眼所見。它們?cè)谔摽罩斜灰苿?dòng)（因?yàn)樘摽沾嬖谥浣Y(jié)合造成事物的生成，分離導(dǎo)致事物的消滅。在其碰巧接觸的地方，它們就動(dòng)作與承受（因?yàn)樵谀抢铮鼈儾皇且唬?dāng)被放在一起且被纏結(jié)時(shí)，它們也生成。但是，從真正的一，不會(huì)生出多，從真正的多，也不會(huì)生出一，這是不可能的（325a25-36）"。

赫拉克利特開創(chuàng)了一個(gè)永無(wú)休止的運(yùn)動(dòng)概念。可是，我們到底怎樣才能領(lǐng)人信服地解釋變動(dòng)不居的世界呢？顯然，解釋的基本性質(zhì)，應(yīng)該是它的立論點(diǎn)本身不能是游移不定的。我們已經(jīng)知道首先致力于解決這個(gè)問(wèn)題的是早期的米利都學(xué)派了。此后，也是有一位米利都學(xué)派的思想家對(duì)此作出了最后的答案。此人就是原子論之父留基波（Leucippus）。留基波的鼎盛期約公元前440年（1）。他不僅繼承了與米利都相聯(lián)系著的科學(xué)理性主義哲學(xué)，而且也受到了巴門尼德和芝諾很大的影響。可是，關(guān)于他，人們知道得非常少。因此，人們?cè)谔岬皆诱摰膭?chuàng)始者時(shí)，通常總是將留基波與德謨克利特（Democritus，約公元前460年—前370年）相提并論，或大多掛靠在德謨克利特的名下。

德謨克利特出生于希臘北部色雷斯的阿布德拉（Abdera）。他的父親在當(dāng)?shù)厥且晃缓苡匈Y產(chǎn)和地位的人。德謨克利特拜訪過(guò)埃及，埃塞俄比亞，波斯和印度。據(jù)并不確切的史料稱，德謨克利特曾就學(xué)于阿那克薩戈拉（Anaxagoras），和蘇格拉底討論過(guò)哲學(xué)。在蘇格拉底看來(lái)，他就像是奧林匹亞賽會(huì)中的一位五項(xiàng)全能競(jìng)賽的勝利者。德謨克利特是經(jīng)驗(yàn)的自然科學(xué)家和希臘人中第一個(gè)百科全書式的學(xué)者（2），在整個(gè)希臘文化史上，其博學(xué)多才的程度除了亞里士多德，無(wú)人能及其項(xiàng)背（3）。雖然公眾給了他很高的榮譽(yù)，但是他喜歡沉思的生活勝過(guò)了活躍的生活,因此婉言謝絕了這些公眾的榮譽(yù)而渡過(guò)了孤獨(dú)的余生（4）。

據(jù)說(shuō)，留基波曾和巴門尼德一起研究過(guò)哲學(xué)，但是二者的觀點(diǎn)是完全對(duì)立的。他認(rèn)為非存在和存在一樣存在，這就是原子和虛空，它們都是事物生成的原因。德謨克利特正是把他的思想加以發(fā)展和系統(tǒng)化，使原子論成為體系。

1．原子與虛空

留基波——如果不是德謨克里特的話——試圖調(diào)和以巴門尼德與恩培多克勒分別為其代表的一元論與多元論而走到了原子論。他們的觀點(diǎn)極其有似于近代科學(xué)的觀點(diǎn)，并且避免了大部分古希臘的暝想所常犯的錯(cuò)誤。

亞里士多德說(shuō)：“但留基波認(rèn)為他有一種理論，這種理論與感覺一致，不會(huì)取消存在物的生成、消滅、運(yùn)動(dòng)和多樣性。在對(duì)現(xiàn)象作了這些說(shuō)明后，針對(duì)堅(jiān)持存在為一，并認(rèn)為沒有虛空就無(wú)運(yùn)動(dòng)的人，他宣稱虛空是非存在，而存在的任何一部分都不是非存在；因?yàn)閲?yán)格地說(shuō)，“存在”就是完全充實(shí)。但這樣的充實(shí)不是一，而是無(wú)限多，只是由于體積太小，不能為肉眼所見。它們?cè)谔摽罩斜灰苿?dòng)（因?yàn)樘摽沾嬖谥浣Y(jié)合造成事物的生成，分離導(dǎo)致事物的消滅。在其碰巧接觸的地方，它們就動(dòng)作與承受（因?yàn)樵谀抢铮鼈儾皇且唬?dāng)被放在一起且被纏結(jié)時(shí)，它們也生成。但是，從真正的一，不會(huì)生出多，從真正的多，也不會(huì)生出一，這是不可能的（325a25-36）"。

摘要原子干涉儀是利用原子物質(zhì)波的特性而實(shí)現(xiàn)的干涉儀,冷原子具有很小的速度和速度分布以及良好的相干性,因而冷原子干涉儀具有很高的靈敏度.文章介紹了原子干涉儀的基本物理原理､國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展､原子干涉儀實(shí)現(xiàn)方案及其在精密測(cè)量和空間科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞冷原子,原子干涉儀,慣性測(cè)量

AbstractAtominterferometersarebasedonthematterwavefeatureofatoms.Coldatomshavelowvelocity,smallvelocitydistributionandgoodcoherence,thuscoldatominterferometersdisplayexcellentsensitivity.Inthispaper,wedescribethebasicprinciple,recentprogress,realizationschemesandspaceapplicationsofcoldatominterferometers.

Keywordscoldatom,atominterferometers,gravitymeasurement

1引言

波的干涉是自然界的本質(zhì)特性.光是一種電磁波,光的干涉現(xiàn)象早已被人認(rèn)識(shí).根據(jù)量子理論,任何微觀粒子(如電子､中子､原子､分子)都具有波粒二象性,微觀粒子的波動(dòng)性(稱為物質(zhì)波或德布羅意波)由波函數(shù)描述,服從薛定諤方程.物質(zhì)波同樣滿足線性疊加原理,具有相干性.自從1991年實(shí)現(xiàn)了脈沖式原子干涉儀以來(lái)[1],原子干涉儀在精密測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,典型的應(yīng)用有重力加速度測(cè)量和重力梯度測(cè)量[2,3],旋轉(zhuǎn)速率測(cè)量和地球自轉(zhuǎn)速率的測(cè)量[4,5,6],牛頓引力常數(shù)的測(cè)量[7—10]以及精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的測(cè)量[11]等.利用原子干涉儀驗(yàn)證等效性原理[12,13]以及原子干涉儀在空間應(yīng)用已經(jīng)引起關(guān)注[14,15].

第一章．世界是測(cè)得準(zhǔn)的，并非測(cè)不準(zhǔn)的

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(shí)驗(yàn)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(wú)例外)均未能如此。然而國(guó)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(duì)一些基本物理學(xué)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)并不清楚，往往似是而非。然而《量子力學(xué)》卻娓娓動(dòng)聽、夸夸其談，實(shí)則以其昏昏使人昭昭！請(qǐng)看事實(shí)：

1.1關(guān)于"量子化"根源問(wèn)題。

微觀世界"量子化"已被證實(shí)，人們已經(jīng)公認(rèn)。但接踵而來(lái)的就是"量子化"根源問(wèn)題，又機(jī)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！

提要

此乃特殊重要文稿,幾乎涉及物理世界全部問(wèn)題。文中全部用8位數(shù)字有效精度并與實(shí)驗(yàn)完全相符的計(jì)算結(jié)果表明下述原理成立：

〖測(cè)得準(zhǔn)原理〗：世間萬(wàn)物，無(wú)例外，都是測(cè)得準(zhǔn)的（準(zhǔn)確程度最終都將取決于普朗克常數(shù)h＝2π?的準(zhǔn)確度），絕非測(cè)不準(zhǔn)的；世間只存在測(cè)不準(zhǔn)的學(xué)者，并不存在【測(cè)不準(zhǔn)原理】——《量子力學(xué)》的基本原理。

文中用大量無(wú)可否認(rèn)的事實(shí)，全面、系統(tǒng)、嚴(yán)格地證明了量子力學(xué)——世界權(quán)威理論，純系偽科學(xué)。其基本原理——【測(cè)不準(zhǔn)原理】系反科學(xué)的理論，由此量子力學(xué)已把科學(xué)引入歧途，并使之陷于惡性循環(huán)不解之中！

由于量子力學(xué)已修成了詭辯內(nèi)稟屬性，任何單方面對(duì)其論說(shuō)全然無(wú)效，必須給量子力學(xué)以全面充分曝光，所以篇幅顯得較長(zhǎng)。實(shí)乃：

有道僧是愚氓憂可訓(xùn)，

提要

此乃特殊重要文稿,幾乎涉及物理世界全部問(wèn)題。文中全部用8位數(shù)字有效精度并與實(shí)驗(yàn)完全相符的計(jì)算結(jié)果表明下述原理成立：

〖測(cè)得準(zhǔn)原理〗：世間萬(wàn)物，無(wú)例外，都是測(cè)得準(zhǔn)的（準(zhǔn)確程度最終都將取決于普朗克常數(shù)h＝2π?的準(zhǔn)確度），絕非測(cè)不準(zhǔn)的；世間只存在測(cè)不準(zhǔn)的學(xué)者，并不存在【測(cè)不準(zhǔn)原理】--《量子力學(xué)》的基本原理。

文中用大量無(wú)可否認(rèn)的事實(shí)，全面、系統(tǒng)、嚴(yán)格地證明了量子力學(xué)--世界權(quán)威理論，純系偽科學(xué)。其基本原理--【測(cè)不準(zhǔn)原理】系反科學(xué)的理論，由此量子力學(xué)已把科學(xué)引入歧途，并使之陷于惡性循環(huán)不解之中！

由于量子力學(xué)已修成了詭辯內(nèi)稟屬性，任何單方面對(duì)其論說(shuō)全然無(wú)效，必須給量子力學(xué)以全面充分曝光，所以篇幅顯得較長(zhǎng)。實(shí)乃：

有道僧是愚氓憂可訓(xùn)，

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，學(xué)校辦學(xué)條件的不斷改善，計(jì)算機(jī)已步入高中課堂。如何在高中化學(xué)課上運(yùn)用計(jì)算機(jī)提高教學(xué)效益已成為一個(gè)新鮮的課題。筆者耳聞目睹了各學(xué)科同仁或開發(fā)利用現(xiàn)成軟件，或自己動(dòng)手制作課件來(lái)解決教學(xué)難題的事例，感動(dòng)之際也自費(fèi)購(gòu)置了一臺(tái)微機(jī)并嘗試用于教學(xué)。在近一年的教學(xué)實(shí)踐中，感到高中化學(xué)課中，許多難以操作或有毒的實(shí)驗(yàn)和一些較繁雜的化學(xué)式、結(jié)構(gòu)式以及一些抽象的概念和理論，用傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段常常難以突破，易使學(xué)生感到枯燥乏味，影響教學(xué)效果，如果能恰當(dāng)?shù)乩糜?jì)算機(jī)的作圖模擬功能和速度快、容量大的特點(diǎn)就能夠很好地化解這些難點(diǎn)，大幅度提高教學(xué)效率。

我們體會(huì)，利用計(jì)算機(jī)的作圖功能可以模擬微觀世界。在教學(xué)中，我們可以利用計(jì)算機(jī)模擬把靜態(tài)圖示轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)圖示，把微觀問(wèn)題宏觀化，把抽象問(wèn)題形象化，有利于幫助學(xué)生理解概念、掌握理論，其效果是利用圖片或其他傳統(tǒng)手段所不及的。例如，在高一“原子核外電子運(yùn)動(dòng)的特征”部分，內(nèi)容抽象，教材中僅提供了氫原子電子云示意圖，其他內(nèi)容要靠教師講述，教師不易教，學(xué)生難理解。若利用計(jì)算機(jī)把這節(jié)課的內(nèi)容制作成課件，在原子核外電子運(yùn)動(dòng)特征中設(shè)這樣兩個(gè)小標(biāo)題：“原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)”和“電子云”。然后，先指出原子核外電子的質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)速度很快、運(yùn)動(dòng)范圍小。人類是無(wú)法觀察也不可能觀察的，之后借助計(jì)算機(jī)模擬在顯示屏左邊畫出一個(gè)氫原子核，核外一個(gè)電子，由于電子運(yùn)動(dòng)速度很快，我們看到的是一個(gè)亮環(huán)在原子核外空間“無(wú)規(guī)律”出現(xiàn)，并將左框運(yùn)動(dòng)情況在右框中累積，從而引導(dǎo)學(xué)生分析并找出核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。再借助計(jì)算機(jī)模擬，給氫原子拍照，在顯示屏左邊顯示出氫原子某瞬時(shí)的照片，右邊顯示出瞬時(shí)照片的疊印，當(dāng)其照片疊印到一定數(shù)量時(shí)，就能清晰地看到核外電子在氫原子核外空間出現(xiàn)機(jī)會(huì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的形象表現(xiàn)——電子云的圖形，從而使只能通過(guò)口頭語(yǔ)言描述的抽象概念變成了動(dòng)態(tài)的直觀圖示，能有效的加深學(xué)生的理解和記憶。

又如，銅鋅原電池原理，它既是教學(xué)中的重點(diǎn)又是難點(diǎn)，在教材中僅設(shè)一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，演示時(shí)只能觀察到宏觀結(jié)果，不能觀察到微觀過(guò)程。如果利用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫模擬，把銅片和鋅片浸入稀硫酸中，先是鋅片上有氣泡，再用連有電流計(jì)的導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來(lái)，氣泡改在銅片上放出，電流計(jì)指針有偏轉(zhuǎn)，并觀察到電子移動(dòng)的路徑，這樣，就可以啟發(fā)學(xué)生思考電流的方向、構(gòu)成原電池的條件、原電池的正負(fù)極的確定等問(wèn)題，整個(gè)過(guò)程清楚、直觀，學(xué)生很容易接受。

我們還可以利用計(jì)算機(jī)的作圖功能來(lái)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)。許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)有毒，具有一定的危險(xiǎn)性，如果操作不當(dāng)，就有可能發(fā)生意外事故。化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一些錯(cuò)誤操作，過(guò)去只能靠教師講其錯(cuò)誤的原因以及錯(cuò)誤操作可能帶來(lái)的危害，不能為了加深學(xué)生印象而用實(shí)驗(yàn)證明，否則會(huì)造成危險(xiǎn)。如果用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫模擬這些錯(cuò)誤操作，則可將步驟分解，放慢動(dòng)作，不僅把錯(cuò)誤的原因演示清楚，而且可以渲染氣氛，學(xué)生看后印象深刻。這種做法特別適合于易燃、易爆、產(chǎn)物是有毒氣體以及使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、劇毒藥品等實(shí)驗(yàn)的模擬。例如，稀釋濃硫酸時(shí)將水加入濃硫酸中，液體就會(huì)沸騰并飛濺出來(lái)；點(diǎn)燃未經(jīng)驗(yàn)純的氫氣，導(dǎo)致整個(gè)裝置的爆炸；用排水法收集氧氣時(shí)，先停止加熱，后將導(dǎo)氣管撤出水面，水倒吸使試管炸裂。對(duì)這些錯(cuò)誤操作、危險(xiǎn)操作的模擬，既能加深學(xué)生的印象，又能使學(xué)生準(zhǔn)確地掌握知識(shí)、加深對(duì)錯(cuò)誤操作原因的理解，還能在以后的實(shí)際操作中避免意外事故的發(fā)生。

利用計(jì)算機(jī)的作圖功能還能模擬化學(xué)反應(yīng)歷程。化學(xué)實(shí)驗(yàn)本身往往是宏觀的，而反應(yīng)原理則往往是微觀的，教師在講解時(shí)描述起來(lái)和困難，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象能力和抽象思維能力，大多數(shù)學(xué)生理解起來(lái)感到吃力，這也許就是某些學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的難點(diǎn)。筆者認(rèn)為，如果能在講解實(shí)驗(yàn)原理時(shí)，用計(jì)算機(jī)模擬反應(yīng)原理，就可以起到事半功倍的效果。例如，在有機(jī)化學(xué)中羧酸和醇的反應(yīng)中，羧酸是提供氫還是羥基？學(xué)生根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)，很容易把中和反應(yīng)跟酯化反應(yīng)類比，錯(cuò)誤地認(rèn)為在酯化反應(yīng)中，羧酸提供氫而醇提供羥基。我了突破這一教學(xué)難點(diǎn)，可利用計(jì)算機(jī)模擬含有帶標(biāo)記的氧原子的醇跟羧酸起酯化反應(yīng)，形成含有帶標(biāo)記的氧原子的酯這一反應(yīng)歷程，從而證明羧酸提供羥基而醇提供的是氫。再如，高三的“電解質(zhì)溶液”一章，是高中階段的重點(diǎn)和難點(diǎn)，有的教師采用的是以大量習(xí)題和小測(cè)試強(qiáng)化學(xué)生記憶的方法，這樣不僅容易加重學(xué)生的負(fù)擔(dān)，而且也不一定能達(dá)到教學(xué)目的。我們?cè)谥v述這一章的第四節(jié)“鹽類的水解”時(shí)，為了讓學(xué)生深入理解鹽類水解的實(shí)質(zhì)，借助了計(jì)算機(jī)，利用3Dmax軟件制作了水的電離、醋酸鈉、氯化銨及氯化鈉溶于水后電離成離子，醋酸根離子和銨根離子水解的情況，增強(qiáng)了直觀性，使同學(xué)們仿佛身臨其境，自然歸納出鹽類水解的實(shí)質(zhì)，取得了非常好的效果。

利用計(jì)算機(jī)還能模擬化工生產(chǎn)過(guò)程。在高中化學(xué)教材中有關(guān)于化工生產(chǎn)的內(nèi)容。對(duì)一些化工生產(chǎn)過(guò)程，如接觸法制硫酸、氨氧化法制硝酸等，學(xué)生大多數(shù)未見過(guò)，缺乏感性認(rèn)識(shí)。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師大都是通過(guò)掛圖或模擬教學(xué)，直觀性差。利用計(jì)算機(jī)的模擬功能，可以繪制化工生產(chǎn)的流程圖，模擬化工生產(chǎn)的全過(guò)程。若再利用三位動(dòng)態(tài)圖形“真實(shí)”展示沸騰爐、氨合成塔、氧化爐和吸收塔及其內(nèi)部反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)演示或局部放大，則更能有助于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

摘要：本文探討了原子物理的課程教學(xué)及近代物理實(shí)驗(yàn)的改革，分析討論了近代物理實(shí)驗(yàn)在原子物理教學(xué)中的貢獻(xiàn)，教學(xué)過(guò)程中以實(shí)驗(yàn)—理論—新的實(shí)驗(yàn)—新的理論或理論修正為線索，向?qū)W生揭示了微觀物理的研究歷程以及微觀世界的物理規(guī)律，以期能有效地提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和專業(yè)從教能力，使其能更好地適應(yīng)基礎(chǔ)教育的教學(xué)實(shí)際。

關(guān)鍵詞：近代物理實(shí)驗(yàn)；素質(zhì)教育；原子物理教學(xué)

一、引言

1923年物理學(xué)家密立根在獲得諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)曾說(shuō)過(guò)：“科學(xué)靠?jī)蓷l腿走路，一是理論，一是實(shí)驗(yàn)，有時(shí)一條腿走在前面，有時(shí)另一條腿走在前面，但只有兩條腿才能前進(jìn)。”［1］原子物理是物理學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，它與經(jīng)典物理中的力、熱、光、電等課程有所不同，這些課程都有成熟完美的理論體系，運(yùn)用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)演繹方法，可以推演公式計(jì)算出結(jié)果并解決實(shí)際問(wèn)題，但原子物理既沒有經(jīng)典物理中的力、熱、光、電完美，也沒有量子力學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，核心是半經(jīng)典半量子的內(nèi)容，因此是聯(lián)系經(jīng)典物理和近代量子物理的重要橋梁，其建立和發(fā)展與近一百多年的近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)密切相關(guān)［2,3,4］。在原子物理的教學(xué)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析歸納總結(jié)，逐步建立發(fā)展原子的理論模型，揭示原子結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，例如通過(guò)原子物理的一系列重大實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程誘導(dǎo)學(xué)生模擬先人建立研究微觀領(lǐng)域的物理思想，通過(guò)α粒子散射、分立光譜和電磁相互作用等原子物理的分析方法使學(xué)生掌握研究和解決微觀物理問(wèn)題的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析可以更加清晰地讓學(xué)生看到科學(xué)探索的過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)更多新的信息修正理論然后再在實(shí)踐中加以檢驗(yàn)，進(jìn)而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和專業(yè)能力［5，6，7］。近代物理實(shí)驗(yàn)在原子物理教學(xué)中的主要貢獻(xiàn)我們歸納為：①近代物理實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探索新的物理規(guī)律；②近代物理實(shí)驗(yàn)還可以檢驗(yàn)理論模型的正確性，判斷理論假設(shè)的成立條件，給出理論的適用范圍；③近代物理實(shí)驗(yàn)更可以使理論得到推廣應(yīng)用，并開拓新的研究領(lǐng)域。但是，現(xiàn)階段“近代物理實(shí)驗(yàn)”課與專業(yè)基礎(chǔ)理論課“原子物理”不能很好地相對(duì)應(yīng)，理論課程相對(duì)于實(shí)驗(yàn)課滯后或滯前，這就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)與理論課教學(xué)不能同步，其結(jié)果是學(xué)生在沒有相應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無(wú)法深入理解實(shí)驗(yàn)中所包含的原子理論，只能簡(jiǎn)單機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)步驟，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文將著重以氫氘光譜實(shí)驗(yàn)和塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)討論近代物理實(shí)驗(yàn)課與原子物理理論教學(xué)的融合，這不僅可加深對(duì)原子物理理論的理解，還可學(xué)習(xí)如何用實(shí)驗(yàn)手段，再現(xiàn)物理現(xiàn)象，并通過(guò)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)其物理規(guī)律。

二、氫氘光譜實(shí)驗(yàn)與玻爾氫原子理論的建立及發(fā)展

近代原子理論是從氫原子光譜實(shí)驗(yàn)開始的，整個(gè)發(fā)展過(guò)程很好的詮釋了近代物理實(shí)驗(yàn)在原子物理中的貢獻(xiàn)，通過(guò)原子物理理論教學(xué)可以讓學(xué)生了解近代物理發(fā)展的精彩一幕［8,9］。到1885年光譜實(shí)驗(yàn)已觀測(cè)到14條氫光譜線，巴耳末分析研究后提出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，而里德伯在1889年又獨(dú)立憑經(jīng)驗(yàn)湊出了一個(gè)更普遍的方程。新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象意味著新的物理規(guī)律的萌芽、發(fā)展和完善。年輕的丹麥物理學(xué)家玻爾發(fā)展和完善了湯姆孫和洛倫茲的研究方法，創(chuàng)造性地把普朗克提出的量子假說(shuō)應(yīng)用于當(dāng)時(shí)人們持懷疑的盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型，并把原子光譜的離散線狀譜的物理機(jī)制和原子結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，非常完美地解釋了困惑物理學(xué)家們近30年的光譜實(shí)驗(yàn)之謎。隨后玻爾理論的拓展又成功地解釋了類氫光譜的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并證實(shí)了氫的同位素“氘”的存在（實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了理論模型的正確性）。愛因斯坦心悅誠(chéng)服地稱玻爾的理論是一個(gè)“偉大的發(fā)現(xiàn)”。原子物理作為普通物理最后一門課程，通常安排在大二下學(xué)期進(jìn)行，“原子的玻爾—索末菲理論”在第二章中講授，而“氫氘光譜實(shí)驗(yàn)”為近代物理實(shí)驗(yàn)的第一部分，為了理論課與實(shí)驗(yàn)課融合以及近代物理實(shí)驗(yàn)改革，我院做出了同步安排，但實(shí)驗(yàn)課教師通常僅簡(jiǎn)單地向?qū)W生說(shuō)明實(shí)驗(yàn)原理，主要側(cè)重于實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)儀器的操作使用，對(duì)此我們讓原子物理課程團(tuán)隊(duì)成員擔(dān)任實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的教師參與到近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，將近代物理實(shí)驗(yàn)作為專業(yè)基礎(chǔ)理論課在實(shí)驗(yàn)方面的延伸，讓實(shí)驗(yàn)與專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)緊密聯(lián)系，取得了很好的教學(xué)效果。另外，我們還告訴學(xué)生隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和光譜儀分辨率的提高，在實(shí)驗(yàn)中又觀察到了新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（例如氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)），這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果和哪些原有理論相矛盾，必須引進(jìn)哪些新的概念和模型，進(jìn)而拓展原子理論。邁克爾遜和莫雷在1896年就發(fā)現(xiàn)氫原子光譜巴耳末系的第一條譜線（Hα）是雙線，后來(lái)在高分辨率光譜儀中呈現(xiàn)出三線。玻爾猜測(cè)這可能是由于電子在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)作進(jìn)動(dòng)所引起的。索末菲便于1916年提出修正理論：一是把玻爾的圓形軌道推廣為橢圓軌道，二是引入了相對(duì)論修正。定量計(jì)算出了三條Hα線，與實(shí)驗(yàn)完全符合。不過(guò)，這一“完全符合”純粹是一種巧合。實(shí)際上，在高分辨率譜儀中，一條Hα線將呈現(xiàn)出七條精細(xì)結(jié)構(gòu)譜線（蘭姆移位）。對(duì)此，玻爾－索末菲模型就完全無(wú)能為力了。1926年海森伯運(yùn)用量子力學(xué)對(duì)索末菲的修正進(jìn)行了嚴(yán)格推導(dǎo)，1928年狄喇克的相對(duì)論量子力學(xué)自然地計(jì)入了電子的自旋，并依此算出電子的自旋與軌道相互作用，玻爾的理論才得到升華。另外，蘭姆移位和反常電子磁矩的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致了量子電動(dòng)力學(xué)的蓬勃發(fā)展。