導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)基本概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，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

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(yùn)動(dòng)形態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而對(duì)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(gè)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(shí)，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(duì)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(diǎn)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(huì)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(shí)時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)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(duì)論和量子論，相對(duì)論和量子理論是對(duì)傳統(tǒng)物理學(xué)的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。其中，狹義相對(duì)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(duì)論則是為近代物理學(xué)當(dāng)中的天體運(yùn)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(duì)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(diǎn)進(jìn)行的，因?yàn)槲锢韺W(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(shí)驗(yàn)事實(shí)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。科學(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(shí)，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(jì)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(kuò)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(jiǎn)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(dòng)了凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展，使其對(duì)眾多實(shí)驗(yàn)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(shí)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(duì)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(dòng)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(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)）強(qiáng)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(dòng)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(diǎn)、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(shí)可知，物質(zhì)反應(yīng)在平衡狀態(tài)時(shí)，其系統(tǒng)能量?jī)?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(shí)，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(gè)問題處理。根據(jù)中學(xué)知識(shí)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(dòng)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(duì)空間往往是分為兩個(gè)方面。一方面是位置形態(tài)空間，另外的一方面是抽象的動(dòng)量空間。凝聚態(tài)物質(zhì)的有序化在這兩個(gè)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(gè)方面。第一是固體電子論。對(duì)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(gè)小的區(qū)域。首先是弱關(guān)聯(lián)區(qū)，這個(gè)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(duì)象包括的是一般的金屬和強(qiáng)磁性的物質(zhì)，其構(gòu)成了磁鐵學(xué)的物理基礎(chǔ)。強(qiáng)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(duì)某些物質(zhì)的超導(dǎo)現(xiàn)象的研究是一個(gè)重點(diǎn)，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(duì)于一些簡(jiǎn)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(shí)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(jì)大量微觀粒子的研究，其復(fù)雜程度較高，需要研究者從實(shí)驗(yàn)、計(jì)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(shí)，加以探究，一定會(huì)取得更加豐碩的研究成果。

參考文獻(xiàn)

[1]馮端，金國(guó)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.

篇3

1、王翦：秦國(guó)名將王翦在橫掃三晉后，提出消滅楚國(guó)非六十萬人不可，當(dāng)時(shí)朝臣或認(rèn)為他夸大其詞，或認(rèn)為他意圖擁兵居心叵測(cè)。而李信則認(rèn)為不過二十萬人便可打敗楚國(guó)，秦王政大喜，認(rèn)為王翦老不堪用，便派李信和蒙恬率兵二十萬，南下伐楚。王翦因此稱病辭朝，回歸故里。然而最終還是依靠王翦帶病六十萬打敗楚國(guó)。

2、波爾：量子力學(xué)理論剛提出時(shí)，由于它的基本概念與傳統(tǒng)觀念根本不同，眾多科學(xué)家一時(shí)難以接受。先知愛因斯坦也反對(duì)量子力學(xué)的幾率解釋，提出著名的我不相信上帝在擲骰子。玻爾是量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一，他奮起應(yīng)戰(zhàn)，據(jù)理反駁，愛因斯坦屢敗屢戰(zhàn)，苦思冥想出特別刁鉆的理想實(shí)驗(yàn)。玻爾徹夜未眠，最終利用相對(duì)論以其人之道還治其人之身。

3、達(dá)爾文：在發(fā)表《物種起源》之初受到各方質(zhì)疑，堅(jiān)信是上帝選擇、天之驕子的人類一時(shí)間無法接受猿為人類祖先這一說法。然而事實(shí)證明達(dá)爾文進(jìn)化論的正確性。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇4

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；量子理論；矩陣力學(xué)；波動(dòng)力學(xué)；測(cè)不準(zhǔn)原理

量子力學(xué)揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，為原子物理、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)。它能很好地解釋原子結(jié)構(gòu)、原子光譜的規(guī)律性、化學(xué)元素的性質(zhì)，光的吸收與輻射等等方面。從1900年到1913年量子論的早期提出，到經(jīng)過許多科學(xué)家如玻恩、海森伯、玻爾等人的努力詮釋，量子力學(xué)得到了進(jìn)一步發(fā)展。后來遭到愛因斯坦和薛定諤等人的批評(píng)，他們不同意對(duì)方提出的波函數(shù)的幾率解釋、測(cè)不準(zhǔn)原理和互補(bǔ)原理。雙方展開了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的論戰(zhàn)，至今尚未結(jié)束。

一、量子論的早期

1 普朗克的能量子假設(shè)

普朗克在黑體輻射的維恩公式和瑞利公式之間尋求協(xié)調(diào)統(tǒng)一，找到了與實(shí)際結(jié)果符合極好的內(nèi)插公式，迫使他致力于從理論上推導(dǎo)這一新定律。但是，他經(jīng)過幾個(gè)月的緊張努力也沒能從力學(xué)的普遍理論直接推出新的輻射定律。最后只好用玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)方法來試一試。他根據(jù)黑體輻射的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出普適常數(shù)，后來人們稱這個(gè)常數(shù)為普朗克常數(shù)，也就是普朗克所謂的“作用量子”，而把能量元稱為能量子。

2光電效應(yīng)的研究

普朗克的出能量子假說具有劃時(shí)代的意義，但是，不論是他本人還是同時(shí)代人當(dāng)時(shí)對(duì)這一點(diǎn)都沒有充分認(rèn)識(shí)。愛因斯坦最早明確地認(rèn)識(shí)到，普朗克的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志了物理學(xué)的新紀(jì)元.1905年，愛因斯坦在其論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn)》中，發(fā)展了普朗克的量子假說，提出了光量子概念，并應(yīng)用到光的發(fā)射和轉(zhuǎn)化上，很好地解釋了光電效應(yīng)等現(xiàn)象。在那篇論文中，愛因斯坦總結(jié)了光學(xué)發(fā)展中微粒說和波動(dòng)說長(zhǎng)期爭(zhēng)論的歷史，提示了經(jīng)典理論的困境，提出只要把光的能量看成不是連續(xù)的，而是一份一份地集中在一起，就可以作出合理的解釋。與此同時(shí)，他還大膽地提出了光電方程，當(dāng)時(shí)還沒有足夠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)來支持他的理論，因此，愛因斯坦稱之為“試探性觀點(diǎn)”。但他的光量子理論并沒有及時(shí)地得到人們的理解和支持，直到1916年，美國(guó)物理學(xué)家密立根對(duì)愛因斯坦的光電方程作出了全面的驗(yàn)證，光量子理論才開始得到人們的承認(rèn)。 3 固體比熱的研究

1906年，愛因斯坦將普朗克的量子假說應(yīng)用于固體比熱，解釋了固體比熱的溫度特性并且得到定量結(jié)果。然而，這一次跟光電效應(yīng)一樣，也未引起物理界的注意。不過，比熱問題很快就得到了能斯特的低溫實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。量子理論應(yīng)用于比熱問題獲得成功，引起了人們的關(guān)注，有些物理學(xué)家相繼投入這方面的研究。在這樣的形式下，能斯特積極活動(dòng)，得到比利時(shí)化學(xué)工業(yè)巨頭索爾威的資助，促使有歷史意義的第一屆索爾威國(guó)際物理會(huì)議的召開，討論的主題就是《輻射理論和量子》，這次會(huì)議在宣傳量子理論上起了很好的作用。

4量子假說運(yùn)用于原子模型

哈斯是奧地利的一位年表物理學(xué)家，他在研究黑體輻射時(shí)很早就注意到了量子論。湯姆生專門討論原子結(jié)構(gòu)的書《電與物質(zhì)》和維恩的文章促使他運(yùn)用量子公式來闡述原子結(jié)構(gòu)，這是將量子假說運(yùn)用于原子結(jié)構(gòu)的最初嘗試。

丹麥人玻爾堅(jiān)信盧瑟福的有核原子模型學(xué)說，為了證實(shí)其正確性，玻爾利用量子假說來解決原子的穩(wěn)定性問題。要描述原子現(xiàn)象，就必須對(duì)經(jīng)典概念進(jìn)行一番徹底的改造，因?yàn)橐恢鹿J(rèn)的經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)并不適于描述原子規(guī)模的系統(tǒng)行為。1913年，玻爾在他的第二篇論文中以角動(dòng)量量子化條件作為出發(fā)點(diǎn)來處理氫原子的狀態(tài)問題，得到能量、角頻率和軌道半徑的量子方程。可見，玻爾的對(duì)應(yīng)原理思想早在1913就有了萌芽，并成功地應(yīng)用于原子模型理論。玻爾的原子理論完滿地解釋了氫光譜的巴耳末公式；從他的理論推算，各基本常數(shù)如e、m、h和R（里德伯常數(shù)）之間取得了定量的協(xié)調(diào)。他闡明了光譜的發(fā)射和吸收，并且成功地解釋了元素的周期表，使量子理論取得了重大的進(jìn)展。

二 量子力學(xué)的建立與發(fā)展

1德布羅意假說 2電子自旋概念的提出 半年后，荷蘭著名物理學(xué)家埃倫費(fèi)斯特的兩個(gè)學(xué)生在不知道克羅尼格工作的情況下提出了同樣的想法，并寫成了。這得到了海森伯的贊同，不過，如何解釋雙線公式中多出的因子2，一時(shí)還得不到解答。玻爾試圖從相對(duì)論推出雙線公式，但仍然沒有結(jié)果。終于，在1926年，在哥本哈根研究所工作的英國(guó)物理學(xué)家托馬斯才解決了這個(gè)問題。這樣一來，電子自旋的概念很快被物理學(xué)界普遍接受。

3矩陣力學(xué)的創(chuàng)立 集正是線性代數(shù)中的矩陣，此后，海森伯的新理論就叫《矩陣力學(xué)》。

玻恩著手運(yùn)用矩陣方法為新理論建立一套嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。與數(shù)學(xué)家約丹聯(lián)名發(fā)表了

《論量子力學(xué)》一文，首次給矩陣力學(xué)以嚴(yán)格的表述。接著，玻恩、約丹、海森伯三人合作，系統(tǒng)地論述了本征值問題、定態(tài)微擾和含時(shí)間的定態(tài)微擾，導(dǎo)出了動(dòng)量和角動(dòng)量守定律，以及強(qiáng)度公式和選擇定則，從而奠定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)。

4波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)立 5波函數(shù)的物理詮釋 6測(cè)不準(zhǔn)原理和互補(bǔ)原理的提出 海森伯在創(chuàng)立矩陣力學(xué)時(shí)，對(duì)形象化的圖象采取否定態(tài)度。但他在表述中仍然需要“坐標(biāo)”、“速度”之類的詞匯，這些詞匯已不再等同于經(jīng)典理論中的那些詞匯。為解釋這些詞匯坐標(biāo)的新物理意義，海森伯抓住云室實(shí)驗(yàn)中觀察電子徑跡的問題進(jìn)行思考。他意識(shí)到電子軌道本身的提法有問題，人們看到的徑跡并不是電子的真正軌道，而是水滴串形成的霧跡，水滴遠(yuǎn)比電子大，所以人們也許只能觀察到一系列電了的不確定的位置，而不是電子工業(yè)的準(zhǔn)確軌道。因此，在量子力學(xué)中，一個(gè)電子只能以一定的不確定性處于某一位置，同時(shí)也只能以一定的不確定性具有某一速度 ?？梢园堰@些不確定性限定在最小范圍內(nèi)，但不能等于零。這就是海森伯對(duì)不確定性的最初思考。海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理是通過一些實(shí)驗(yàn)來論證的，他還通過對(duì)確定原子磁矩的斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的分析得出結(jié)論：能量的準(zhǔn)確測(cè)定如何，只有靠相應(yīng)的對(duì)時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)量才能得到。

海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理得到了玻爾的支持，但玻爾不同意他的推理方式，認(rèn)為他建立測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系所用的基本概念有問題。于是提出了互補(bǔ)原理。他指出，平常大家總認(rèn)為可以不必干涉所研究的對(duì)象，就可以觀測(cè)該對(duì)象，但從量子理論看來卻不可能，因?yàn)閷?duì)原子體系的作何觀測(cè)，都將涉及所觀測(cè)的對(duì)象在觀測(cè)過程中已經(jīng)有所改變，因此不可能有單一的定義，平常所謂的因果性不復(fù)存在。對(duì)經(jīng)典理論來說互相排斥的不同性質(zhì)在量子理論中卻成了互相補(bǔ)充的一些側(cè)面。波粒二象性正是互補(bǔ)性的一個(gè)重要表現(xiàn)。其他量子力學(xué)結(jié)論也可從這里得到解釋。

三 關(guān)于量子力學(xué)完備性的爭(zhēng)論

玻恩、海森伯等人提出了量子力學(xué)的詮釋之后，遭到了愛因斯坦和薛定諤等人的批評(píng)，他們不同意對(duì)方提出的波函數(shù)的幾率解釋、測(cè)不準(zhǔn)原理和互補(bǔ)原理，雙方展開了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的大論戰(zhàn)，許多理論物理學(xué)家、實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和哲學(xué)家卷入了這場(chǎng)論戰(zhàn)，至今還未告結(jié)束。

正是由于以愛因斯坦為代表的EPR一派和以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派的長(zhǎng)期爭(zhēng)論，才使得量子力學(xué)越來越完備，很多問題得到了系統(tǒng)性的研究。

1965年，貝爾在定域隱參量理論的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)著名的關(guān)系，人稱貝爾不等式，于是有可能對(duì)隱參量理論進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，從而判斷哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的解釋是否正確。從70年代開始，各國(guó)物理學(xué)家先后完成了十幾項(xiàng)檢驗(yàn)貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)大多數(shù)都明顯地違反了貝爾不等式，而與量子力學(xué)理論預(yù)言的相符。但也不能就此對(duì)愛因斯坦和玻爾的爭(zhēng)論作出最后裁決。目前這場(chǎng)論戰(zhàn)還在進(jìn)行之中，沒有得出最后的結(jié)論。

[2]盧鶴紱.哥本哈根學(xué)派量子論詮釋.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1984

篇5

粒子物理學(xué)一直是我們對(duì)于最小尺度物質(zhì)終極結(jié)構(gòu)研究的前沿，但隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究的進(jìn)展，粒子物理本身現(xiàn)在已經(jīng)拓展到研究宇宙的結(jié)構(gòu)和發(fā)展歷史，成功地把極小尺度與極大尺度連接在一起，成為了一個(gè)快速發(fā)展的巨大研究領(lǐng)域。要掌握它，通常不得不追隨研究的進(jìn)展去讀各種主題的不同著作，內(nèi)容涉及粒子物理學(xué)的歷史背景、基本的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、量子場(chǎng)論、數(shù)學(xué)概念、理論模型以及宇宙學(xué)的大量概念等。本書作者嘗試把粒子物理的全部理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的大部分論題納入到一套著作中，系統(tǒng)而全面地介紹近幾十年來粒子物理取得的巨大進(jìn)展。

標(biāo)準(zhǔn)模型（SM）是電弱相互作用與量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）的一種統(tǒng)一理論，從20世紀(jì)60年代創(chuàng)立開始，迄今已經(jīng)取得了極大成功，至少在原則上解釋了所有已知的現(xiàn)象。它的基本概念超出了粒子物理范圍，已經(jīng)成為宇宙學(xué)、原子核理論以及某些凝聚態(tài)物理的核心。本書解釋了SM的基本概念和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。作者在第一卷中詳細(xì)地闡述了量子場(chǎng)論，為粒子物理的深入研究做好了充分的準(zhǔn)備，并揭示了SM在歷史上是如何形成的。盡管第二卷可以看作是第一卷的后續(xù)，但實(shí)際上除了一些基本公式偶然需要參考第一卷之外，它自成一個(gè)體系。

所有的重要概念和截面公式都從第一原理以自成體系的方式推導(dǎo)出來。讀者如果具有本書第一卷中給出的場(chǎng)論知識(shí)，應(yīng)當(dāng)能夠自己推導(dǎo)出在第二卷中給出的所有除包含高階修正之外的公式。而對(duì)于高階過程，除了必須重新生成精確的 Z共振峰數(shù)據(jù)之外，都只給出了定性的討論。對(duì)于理解一些特殊過程的方程式所必須的數(shù)學(xué)公式和工具在附錄中給予補(bǔ)充介紹。

本書沒有討論重夸克衰變、微物理問題、以及必須非微擾處理的所謂的軟過程等。此外，對(duì)于超出SM的問題本書完全沒有提及。作者準(zhǔn)備將它們作為本書第三卷的主要內(nèi)容。

本書（卷2）內(nèi)容分成兩大部分，共11章。第一部分為電弱動(dòng)力學(xué)，含第1-6章：1. 標(biāo)準(zhǔn)模型；2.中性流；3.W粒子；4. Z共振峰物理；5. 電弱理論的精確檢驗(yàn)；6. CKM矩陣。第二部分為QCD動(dòng)力學(xué)，含第7-11章：7. QCD；8. 深度非彈性散射；9. 噴注和碎裂；10. 膠子； 11. 強(qiáng)子反應(yīng)中的噴注。書末給出了12個(gè)附錄，對(duì)于正文中的一些較為困難而又十分重要的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)作了補(bǔ)充介紹。

本書對(duì)于粒子物理專業(yè)的研究生是一部難得的教材。具有量子力學(xué)和狹義相對(duì)論基礎(chǔ)知識(shí)的讀者可以用本書作為自學(xué)粒子物理的很好的參考書。

篇6

關(guān)鍵詞：工程教育；“材料計(jì)算與模擬”；實(shí)踐教學(xué)工程教育教學(xué)方法。

一、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求的支撐

（1）理解并恰當(dāng)研究、分析材料科學(xué)與工程領(lǐng)域?qū)嶋H問題的基礎(chǔ)理論與方法。“材料計(jì)算與模擬”專業(yè)課程主要內(nèi)容為原子分子尺度的理論計(jì)算模擬，涉及的理論方法主要為量子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)方法。其中，量子力學(xué)方法較為深?yuàn)W，分子動(dòng)力學(xué)方法因與經(jīng)典牛頓力學(xué)聯(lián)系緊密，相比量子力學(xué)較為簡(jiǎn)單?？紤]工程教育理念側(cè)重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，故在基礎(chǔ)理論方法部分將課程目標(biāo)設(shè)置為了解基本理論方法的概念和基本計(jì)算流程。（2）針對(duì)復(fù)雜工程問題，能夠有效地運(yùn)用工程圖學(xué)語言、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，提出改進(jìn)或解決方案。如何將工程實(shí)際中的復(fù)雜工程問題通過理論計(jì)算模擬提出改進(jìn)或指導(dǎo)意見是本課程期望的終極目標(biāo)。其中，如何培養(yǎng)學(xué)生通過思考和分析，將工程實(shí)際問題分解為理論計(jì)算問題并選擇合適的計(jì)算方法、計(jì)算參數(shù)和條件，將是本課程最重要的課程目標(biāo)。（3）能夠正確運(yùn)用現(xiàn)代工程工具、技術(shù)與資源對(duì)材料科學(xué)與復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬。工程教育背景下的課程側(cè)重實(shí)踐能力的培養(yǎng)，本課程的實(shí)踐內(nèi)容主要是利用計(jì)算服務(wù)器或集群進(jìn)行材料科學(xué)領(lǐng)域的計(jì)算模擬。其中，如何使用國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心集群（如上海超算、深圳超算）進(jìn)行高性能計(jì)算，并利用科學(xué)計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)果分析，是本課程的重要課程目標(biāo)之一。

二、教學(xué)方式的改進(jìn)

本課程堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，不斷提高實(shí)踐教學(xué)的比重，目前理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)部分各占一半。承接自過去以教為主的教學(xué)理念，本課程目前的主要教學(xué)方式還是先講授相關(guān)理論內(nèi)容，然后進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐操作和練習(xí)。在工程教育理念的背景下，實(shí)踐能力的培養(yǎng)和提升成為課程教學(xué)的重點(diǎn)，同時(shí)還要兼顧實(shí)踐練習(xí)與相關(guān)理論知識(shí)的銜接，本課程提出基礎(chǔ)理論內(nèi)容先行傳授，其他內(nèi)容采用先實(shí)踐后理論的教學(xué)方式。首先，對(duì)于必需的相關(guān)課程基礎(chǔ)理論采用課堂講授的教學(xué)方式，在講授期間有意識(shí)地向?qū)W生傳遞工程教育的理念。其次，以較為簡(jiǎn)單的實(shí)踐案例先進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，使得學(xué)生簡(jiǎn)單上手并且產(chǎn)生對(duì)本課程的新鮮感和好奇感，結(jié)合基礎(chǔ)理論講解讓學(xué)生對(duì)基本理論和操作流程有一定的了解。最后，從簡(jiǎn)單案例出發(fā)，不斷深入，并向?qū)嶋H工程問題靠攏，引導(dǎo)學(xué)生不斷深入思考，著重于引導(dǎo)學(xué)生了解和練習(xí)如何將實(shí)際工程問題分解為計(jì)算模擬可以解決的問題，并通過理論計(jì)算與模擬為指導(dǎo)和解決問題提供依據(jù)。作為持續(xù)改進(jìn)、教研相輔的體現(xiàn)，“材料計(jì)算與模擬”課程所有實(shí)踐案例定期根據(jù)最新文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行更新，保持實(shí)踐教學(xué)案例的時(shí)效性，同時(shí)不斷開發(fā)新的實(shí)踐案例及相應(yīng)計(jì)算流程?？紤]到實(shí)踐練習(xí)與課程課時(shí)可能的矛盾或不足，本課程還將所有實(shí)踐教學(xué)案例進(jìn)行視頻錄像，同時(shí)將與實(shí)踐案例相關(guān)的理論內(nèi)容關(guān)鍵詞以字幕的形式添加到錄像中，便于學(xué)生隨時(shí)翻看和熟悉。

篇7

關(guān)鍵詞：大學(xué)生；量子物理；物理學(xué)史

作者簡(jiǎn)介：丁艷麗（1979-），女，回族，遼寧遼陽人，沈陽化工大學(xué)數(shù)理系，講師；母繼榮（1964-），女，河北樂亭人，沈陽化工大學(xué)數(shù)理系，副教授。（遼寧　沈陽　110142）

中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）35-0067-02

量子力學(xué)是反映微觀粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論。[1]它是20世紀(jì)初在大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)和舊量子論基礎(chǔ)上建立起來的，是人們認(rèn)識(shí)和理解微觀世界的基礎(chǔ)。量子物理和相對(duì)論的成就使得物理學(xué)從經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展到現(xiàn)代物理學(xué)，奠定了現(xiàn)代自然科學(xué)的主要基礎(chǔ)。量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列劃時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)。通過量子物理的教學(xué)，有利于培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法和科研能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新精神、科學(xué)思維能力以及辯證唯物主義的科學(xué)觀。另外，量子物理是處于發(fā)展中的理論，怎樣將量子論和廣義相對(duì)論（引力作用）統(tǒng)一起來仍是困擾人們的問題。“弦理論”的提出使人們看到了希望，通過這部分的教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的橫、縱向思維和不斷追求科學(xué)真理的精神。因此，在大學(xué)物理的教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)增加量子物理的教學(xué)內(nèi)容。由于量子物理里好多概念、思想和宏觀世界里的完全不同，叫人無法理解，以致量子論的奠基人之一玻爾（Niels Bohr）都要說：“如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論。”[2]那么怎樣讓學(xué)生在輕松愉快的狀態(tài)下學(xué)好量子物理呢？在教學(xué)過程中適當(dāng)引入物理學(xué)史有利于學(xué)生掌握其核心，既培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又有利于實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)，而非純粹的概念和公式的教學(xué)。下面主要從幾個(gè)方面闡述物理學(xué)史在大學(xué)生學(xué)習(xí)中的重要作用。

一、非物理專業(yè)大學(xué)生學(xué)習(xí)量子物理的需要

即使是物理專業(yè)的學(xué)生，多數(shù)人在學(xué)習(xí)量子物理時(shí)一直如在云里霧里，雖然知道微觀粒子的波粒二象性，也知道不確定原理，了解原子的軌道理論，但是卻不知道為什么這樣。這一方面是由于量子物理里好多概念、思想和宏觀世界里的完全不同。另一方面，學(xué)生沒有掌握量子物理的核心，沒有從整體上把握量子物理的基石。一些教材對(duì)這部分的介紹也較少。如果在教學(xué)中能夠引入量子物理的發(fā)展史，不僅能吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有利于學(xué)生理解量子物理的概念和思想，使學(xué)生能夠身臨其境地感受到那場(chǎng)史詩般壯麗的革命，深刻體會(huì)量子論的偉大，有利于學(xué)生辯證唯物主義觀的形成。而非物理專業(yè)的學(xué)生與物理專業(yè)的學(xué)生相比，在學(xué)習(xí)量子物理時(shí)難度更大。這是由于物理專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了許多物理專業(yè)課，如原子分子物理、物理學(xué)史等課程，為量子物理的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。而非物理專業(yè)的學(xué)生沒有前期的知識(shí)鋪墊，對(duì)知識(shí)的掌握難度增大。如果能適當(dāng)加入量子發(fā)展史的介紹，不僅降低了學(xué)生學(xué)習(xí)難度，還激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，這就更突顯出物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的重要作用。

從整體上介紹量子物理的發(fā)展史可以使學(xué)生掌握量子物理的核心，從整體上把握量子物理的基石，即波恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補(bǔ)原理。[2]這三大核心原理中，前兩者摧毀了經(jīng)典世界的因果性理論，互補(bǔ)原理和不確定原理又合力搗毀了世界的客觀性和客觀實(shí)在性理論。一些實(shí)驗(yàn)和理論斗爭(zhēng)的介紹不僅可以吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，好多物理學(xué)家認(rèn)為物理學(xué)大廈已經(jīng)基本建成，后輩的工作只是做些細(xì)枝末節(jié)的修補(bǔ)和完善。但當(dāng)時(shí)物理學(xué)天空漂浮著兩朵小烏云，一朵是“以太的絕對(duì)參考系”，另一朵是“黑體輻射的紫外線災(zāi)難”。前者導(dǎo)致了相對(duì)論的建立，后者導(dǎo)致了量子物理的建立。

對(duì)量子物理三大基石的掌握，即波恩的概率解釋、海森堡的不確定性和玻爾的“互補(bǔ)原理”是量子物理的三大支柱。大學(xué)所學(xué)的量子物理學(xué)是基于這三個(gè)支柱的。這就像數(shù)學(xué)中的公理一樣，對(duì)于大學(xué)生而言不能去討論為什么，只能是是什么。

二、大學(xué)生素質(zhì)教育的需要

大學(xué)物理的量子部分教學(xué)不同于物理專業(yè)學(xué)生的量子物理教學(xué)。大學(xué)物理教學(xué)的目的主要是增強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、辯證唯物主義觀等素質(zhì)教育，重在方法而非純理論教學(xué)。因此，大學(xué)物理的教學(xué)目的與任務(wù)是使學(xué)生對(duì)物理學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和正確的理解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。更為重要的是，在大學(xué)物理課程的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，都應(yīng)在傳授知識(shí)的同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力，注重培養(yǎng)學(xué)生科研探索精神和辯證唯物主義世界觀的形成。量子物理發(fā)展史的介紹和講解有助于培養(yǎng)學(xué)生這方面的能力。

1.辯證唯物主義世界觀的培養(yǎng)

在大學(xué)物理的教學(xué)過程中融入物理學(xué)史的內(nèi)容有利于培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義世界觀。如關(guān)于光的本性的爭(zhēng)論持續(xù)了300年，光的波動(dòng)理論和微粒理論艱苦卓絕地斗爭(zhēng)了300年。量子論就是在這種斗爭(zhēng)中逐漸建立起來的。托馬斯·楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、菲涅爾的圓盤衍射等實(shí)驗(yàn)形象的描述可使學(xué)生體會(huì)到光的波動(dòng)性；而光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、康普頓的X射線散射實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)的介紹可使學(xué)生深刻體會(huì)光的粒子性；德布羅意電子波及實(shí)物粒子波理論的介紹及戴維遜和革末關(guān)于電子的實(shí)驗(yàn)，電子通過鎳塊時(shí)展現(xiàn)了X射線衍射圖案，證明了電子具有波動(dòng)性，由此人們認(rèn)識(shí)到了光及實(shí)物粒子的波粒二象性。這部分的教學(xué)可使學(xué)生領(lǐng)悟到看似毫不相干的量實(shí)際上存在著深刻的聯(lián)系，波動(dòng)性和粒子性原來是不可分割的一個(gè)整體。就像漫畫中教皇善與惡的兩面，雖然在每個(gè)確定的時(shí)刻只有一面能夠體現(xiàn)出來，但它們確實(shí)集中在一個(gè)人的身上。從中學(xué)生們可以深刻體會(huì)到任何事物都存在兩面性，人們要辯證地看待問題。這部分歷史的簡(jiǎn)單介紹還可以使學(xué)生深刻體會(huì)到人們對(duì)真理的認(rèn)識(shí)是隨著科技的發(fā)展而不斷完善的過程，也是一個(gè)艱苦長(zhǎng)期的斗爭(zhēng)過程。對(duì)光的波粒二象性的認(rèn)識(shí)有利于培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義世界觀。

2.分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)

在大學(xué)物理的教學(xué)過程中適當(dāng)引入一些實(shí)驗(yàn)的描述或利用多媒體等手段演示實(shí)驗(yàn)過程有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和解決能力。對(duì)康普頓實(shí)驗(yàn)的講解分析可以培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力，尤其是康普頓的分析過程，而非純理論上的推導(dǎo)分析?？灯疹D在研究X射線被自由電子散射的時(shí)候發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：散射出來的X射線分成兩個(gè)部分，一部分和原來的入射射線波長(zhǎng)相同，而另一部分卻比原來的射線波長(zhǎng)要長(zhǎng)，具體的大小和散射角存在著函數(shù)關(guān)系。如果運(yùn)用通常的波動(dòng)理論，散射應(yīng)該不會(huì)改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL(zhǎng)才對(duì)。但是怎么解釋多出來的那一部分波長(zhǎng)變長(zhǎng)的射線呢？康普頓苦苦思索，試圖從經(jīng)典理論中尋找答案，卻撞得頭破血流。終于有一天，他作了一個(gè)破釜沉舟的決定，引入光量子的假設(shè)，把X射線看作能量為hν的光子束的集合。這個(gè)假定馬上讓他看到了曙光，眼前豁然開朗：那一部分波長(zhǎng)變長(zhǎng)的射線是因?yàn)楣庾雍碗娮优鲎菜鸬?。光子像普通的小球那樣，不僅帶有能量，還具有動(dòng)量。當(dāng)它和電子相撞，便將自己的能量交換一部分給電子。這樣一來，光子的能量下降，根據(jù)公式E=hν，E下降導(dǎo)致ν下降，頻率變小，便是波長(zhǎng)變大。這樣，X射線被自由電子散射的問題得到完美的解決。然后再進(jìn)行理論推導(dǎo)，根據(jù)動(dòng)量和能量守恒解決該問題，這樣不僅使學(xué)生印象深刻，還鍛煉了物理思維能力。

3.求實(shí)精神的培養(yǎng)

通過大學(xué)物理量子史部分的教學(xué)，介紹科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、勇于追求真理的精神，培養(yǎng)學(xué)生追求真理的勇氣、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和刻苦鉆研的作風(fēng)。

4.科學(xué)觀察和思維能力的培養(yǎng)

在教學(xué)的過程中適當(dāng)融入量子發(fā)展史的內(nèi)容有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)觀察和思維能力。如玻爾的互補(bǔ)原理的提出過程。當(dāng)海森堡完成“不確定原理”后向玻爾請(qǐng)教，兩人就“不確定原理”是從粒子性而來還是波動(dòng)性而來展開了論戰(zhàn)，從而提出了互補(bǔ)原理：波和粒子在同一時(shí)刻是互斥的，但它們卻在一個(gè)更高的層次上統(tǒng)一在一起，作為電子的兩面性被納入一個(gè)整體概念中。這就是玻爾的“互補(bǔ)原理”。它連同波恩的概率解釋、海森堡的不確定性共同構(gòu)成了量子論“哥本哈根解釋”的核心，至今仍然深刻地影響人們對(duì)于整個(gè)宇宙的終極認(rèn)識(shí)。講解過程中應(yīng)形象生動(dòng)地描述海森堡和玻爾的討論過程及他的思維過程，使學(xué)生有種身臨其境的感覺，從而培養(yǎng)科學(xué)觀察和思維的能力。在教學(xué)過程中適當(dāng)介紹思維實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力及科學(xué)分析能力。如海森堡不確定性原理的提出過程就借助了思維實(shí)驗(yàn)及1935年愛因斯坦提出EPR思維實(shí)驗(yàn)等。[3]

5.創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)

通過學(xué)學(xué)物理學(xué)的研究方法、量子物理的發(fā)展史以及物理學(xué)家的成長(zhǎng)經(jīng)歷等，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。如普朗克能量子假設(shè)的提出體現(xiàn)了敢于向舊觀念、權(quán)威學(xué)家挑戰(zhàn)的精神。而創(chuàng)新意識(shí)對(duì)一個(gè)學(xué)生來說是非常重要的，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展也起著重要作用的。

6.科學(xué)美感的培養(yǎng)

以麥克斯韋方程組為例，描述麥?zhǔn)戏匠趟憩F(xiàn)出的深刻、對(duì)稱、優(yōu)美，使得每一個(gè)科學(xué)家都陶醉在其中，玻爾茲曼情不自禁地引用歌德的詩句“難道是上帝寫的這些嗎？”描述麥克斯韋方程組的美。[2]一直到今天，麥?zhǔn)戏匠探M仍然被公認(rèn)為科學(xué)美的典范。許多偉大的科學(xué)家都為它的魅力折服，并受它深深的影響，有著對(duì)于科學(xué)美的堅(jiān)定信仰，甚至認(rèn)為：對(duì)于一個(gè)科學(xué)理論來說，簡(jiǎn)潔優(yōu)美要比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確來得更為重要。依此引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理學(xué)所具有的明快簡(jiǎn)潔、均衡對(duì)稱、奇異相對(duì)、和諧統(tǒng)一等美學(xué)特征，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)審美觀，使學(xué)生學(xué)會(huì)用美學(xué)的觀點(diǎn)欣賞和發(fā)掘科學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，逐步增強(qiáng)認(rèn)識(shí)和掌握自然科學(xué)規(guī)律的能力。

7.科學(xué)探索精神的培養(yǎng)

物理學(xué)在追求著大統(tǒng)一。許多科學(xué)家獻(xiàn)身于這項(xiàng)偉大的事業(yè)，比如弦理論的提出。講述其發(fā)展過程可激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索精神。

三、科學(xué)發(fā)展的需要

科學(xué)發(fā)展到今天，是建立在前人取得成就的基礎(chǔ)上的。牛頓都說：“我站在了巨人的肩上?！币允窞殍b，才能少走彎路。物理學(xué)發(fā)展到今天只剩下了最后一個(gè)分歧，但也很可能是最難以調(diào)和和統(tǒng)一的分歧，即量子物理和引力理論。只有了解和掌握了前輩所創(chuàng)造的財(cái)富，才能找到解決物理大統(tǒng)一的有效道路，才能實(shí)現(xiàn)物理學(xué)的夢(mèng)想。這需要幾代人的共同努力，可能需要幾十年甚至幾百年才有可能實(shí)現(xiàn)。很多人正在為之不斷努力，這也是人們不斷追求的科學(xué)理想。

大學(xué)生量子物理的學(xué)習(xí)需要適當(dāng)引入物理學(xué)史，這既有利于學(xué)生學(xué)好大學(xué)物理，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義世界觀、分析問題和解決解決問題的能力、求實(shí)精神、科學(xué)觀察和思維的能力、創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)探索精神，又有助于啟發(fā)式教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周世勛.量子力學(xué)教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2002.

[2]曹天元.上帝擲骰子么：量子物理史話[M].沈陽：遼寧教育出版社，

篇8

本書分3部分共13章。第1部分 晶體對(duì)稱性，含第1-5章：1.引論，主要介紹了晶體的哈密頓量、絕熱近似和在考慮了絕熱近似后對(duì)稱性在哈密頓量中所起的作用；2.群論的概念，定義了群，并展示了群的基本性質(zhì)，最后檢驗(yàn)了群論和量子力學(xué)的聯(lián)系；3.晶體對(duì)稱性，介紹了原子排列對(duì)稱性中的基本概念、晶體系統(tǒng)的概念和布拉伐晶格；4.群論下的晶體對(duì)稱性，介紹了空間群和晶體學(xué)點(diǎn)群；5.晶體的X射線散射，介紹了由X射線散射實(shí)驗(yàn)引起的對(duì)晶體對(duì)稱性的研究。第2部分 晶格振動(dòng)，含第6-8章：6.晶格振動(dòng)，介紹了晶格振動(dòng)模型和用群論討論晶格振動(dòng)；7.晶格振動(dòng)熱力學(xué)，介紹了晶格振動(dòng)和固體熱力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，其中對(duì)愛因斯坦模型和德拜模型進(jìn)行了重點(diǎn)展示；8.晶格振動(dòng)對(duì)X射線散射和中子散射的影響。第3部分 晶體光譜，含第9-13章：9.物質(zhì)和輻射的相互作用，介紹了電磁場(chǎng)的諧振子模型，以及此模型在揭示物質(zhì)和輻射相互作用過程中的應(yīng)用；10.固體中摻雜的光譜Ⅰ，介紹了摻雜對(duì)晶格振動(dòng)的影響，另外分別介紹了在考慮純輻射和聲子助生躍遷兩種情況下，固體中摻雜陽離子的光譜；11. 固體中摻雜的光譜Ⅱ，對(duì)固體激光材料的有效哈密頓量進(jìn)行了推導(dǎo)，并應(yīng)用此模型討論了固體中摻雜物的輻射、電子振動(dòng)和無輻射躍遷的性質(zhì)，另外溫度對(duì)于光譜的影響也一并進(jìn)行了探討；12.晶格振動(dòng)和光的相互作用：紅外吸收和非彈性光散射，對(duì)固體光譜中的紅外吸收、拉曼光譜和布里淵光譜進(jìn)行了探討，并建立了各自對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；13.晶格振動(dòng)和激光，探討了晶格振動(dòng)對(duì)于固體激光光譜的影響。

本書涉及的內(nèi)容頗具針對(duì)性，對(duì)于專業(yè)素養(yǎng)方面的要求較為苛刻。適合作為物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)用書，也適合物理學(xué)、光學(xué)和激光方面的科研人員和研究生進(jìn)行參考和借鑒。

方智，碩士研究生

（中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所）

Fang Zhi，Master

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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)。現(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。可以說，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)?！盵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

篇10

關(guān)鍵詞：科學(xué)素養(yǎng)；科學(xué)方法；科學(xué)意識(shí)；科學(xué)精神；大學(xué)物理

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）03-0110-02

“為什么我們的學(xué)?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才？”這個(gè)被稱為“錢學(xué)森之問”的問題，已引起上至國(guó)務(wù)院總理下至普通學(xué)生的深思。中國(guó)學(xué)生雖在國(guó)際奧林匹克競(jìng)賽中屢屢獲獎(jiǎng)，卻一直與諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)無緣。2010年11月第八次中國(guó)公民科學(xué)素養(yǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，2010年具備基本科學(xué)素養(yǎng)的公民比例為3.27%，僅相當(dāng)于主要發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)20世紀(jì)80年代末、90年代初的水平[1]。面對(duì)這些事實(shí)，我們不能不對(duì)現(xiàn)行的學(xué)校科學(xué)教育進(jìn)行深刻反思。學(xué)校和社會(huì)一直倡導(dǎo)素質(zhì)教育，但是素質(zhì)教育就是多搞文體活動(dòng)和多學(xué)琴棋書畫嗎？這是誤解，更是誤導(dǎo)。其實(shí)，素質(zhì)教育的一個(gè)重要內(nèi)容，就是提高科學(xué)素養(yǎng)。

一、什么是科學(xué)素養(yǎng)

“科學(xué)素養(yǎng)”這一概念是伴隨著20世紀(jì)五六十年代美國(guó)“課程改革運(yùn)動(dòng)”而系統(tǒng)確立起來[2]。盡管對(duì)這一概念的內(nèi)涵尚未達(dá)成共識(shí)，但是，把科學(xué)素養(yǎng)作為科學(xué)教育的目標(biāo)，已在世界各國(guó)取得共識(shí)。明確提出科學(xué)素養(yǎng)包含三個(gè)維度，并給出測(cè)評(píng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)度的主要有以下幾種。第一種是美國(guó)J?米勒教授提出的公民科學(xué)素養(yǎng)概念[3]。J?米勒的科學(xué)素養(yǎng)模型維度概括為：科學(xué)知識(shí)；科學(xué)方法；科學(xué)意識(shí)。自1979年以來，該指標(biāo)體系及其測(cè)評(píng)結(jié)果一直為美國(guó)國(guó)家自然基金會(huì)所采用。第二種是世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織開發(fā)的國(guó)際學(xué)生測(cè)評(píng)項(xiàng)目（PISA）提出的科學(xué)素養(yǎng)概念。PISA將科學(xué)素養(yǎng)定義為“15歲學(xué)生為了理解自然界及人類活動(dòng)引起的自然界變化并有助于相關(guān)決策，而使用科學(xué)知識(shí)、識(shí)別科學(xué)問題、得出有根據(jù)的結(jié)論的能力”，該定義包含“科學(xué)方法或技能”、“科學(xué)概念與內(nèi)容”及“語境”等三個(gè)維度[4]。雖然以上兩種科學(xué)素養(yǎng)概念的維度有所不同，但是可以看出，科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、科學(xué)能力、科學(xué)精神和科學(xué)意識(shí)都屬于科學(xué)素養(yǎng)教育的范疇。

二、《物理》課程在培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)中的重要性

《物理》、《化學(xué)》、《生物》等課程都是學(xué)校教育中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要課程，而《物理學(xué)》又是一切自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。2007年第10期青年科學(xué)《測(cè)測(cè)你的科學(xué)素養(yǎng)有多高》中判斷16個(gè)科學(xué)觀點(diǎn)的對(duì)錯(cuò)。其中有10個(gè)觀點(diǎn)都可以在《物理》課程中找到答案，可見，《物理》課程在科學(xué)教育中的重要性。

三、大學(xué)《物理》教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

大學(xué)《物理》課程是高等學(xué)校理工科各專業(yè)學(xué)生的一門重要的通識(shí)性必修基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)方面，具有其他課程不能替代的重要作用。下面談?wù)劥髮W(xué)《物理》課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，尤其是科學(xué)方法、意識(shí)和精神等方面筆者的一些思考和做法。

1.科學(xué)方法的培養(yǎng)?！笆谥贼~”不如“授之以漁”，方法對(duì)學(xué)生的終身發(fā)展至關(guān)重要。物理學(xué)中有許多科學(xué)方法。觀察法、實(shí)驗(yàn)法、理想化方法、類比方法、假設(shè)方法和數(shù)學(xué)方法等是物理學(xué)的基本研究方法，不僅適用于自然科學(xué)的研究，也適用于其他科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和各種工作領(lǐng)域。分析、綜合、抽象、概括、歸納、演繹、類比等普通的邏輯方法是《物理》學(xué)科中常用的邏輯思維方法，更是普遍應(yīng)用于人的各種思維活動(dòng)。如果學(xué)生掌握了這些方法，就會(huì)在以后的工作中自覺地運(yùn)用這些物理方法思考問題、解決問題，并具備實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的意識(shí)。也就是說，掌握了科學(xué)的方法，就有了在未來從事各項(xiàng)工作的“武器”。筆者在大學(xué)《物理》教學(xué)中，非常重視物理方法的介紹。①重視物理方法的提煉和總結(jié)。自然界發(fā)生的一切物理現(xiàn)象和物理過程，一般都是比較復(fù)雜的，為了降低研究的難度，在物理研究中產(chǎn)生了理想化方法，就有了質(zhì)點(diǎn)、剛體、彈簧振子、理想氣體、點(diǎn)電荷等理想模型。在講解這些概念時(shí)重點(diǎn)講解這些模型形成的必要性和這種方法的重要性，讓學(xué)生知道這是處理自然界復(fù)雜問題的常用的科學(xué)抽象的方法，是一種重要的科學(xué)研究方法，在自然科學(xué)研究中占有重要地位。②通過物理學(xué)史的引入，加強(qiáng)科學(xué)方法的教學(xué)。牛頓在伽利略、開普勒等前人成果的基礎(chǔ)上，用歸納法獲得了經(jīng)典力學(xué)的基本概念和力學(xué)三大定律，又用演繹的方法獲得了萬有引力定律并發(fā)明了微積分。在量子力學(xué)中，從黑體輻射問題的研究中出現(xiàn)的“紫外災(zāi)難”到普朗克的量子假說，到愛因斯坦“光量子假說”，到玻爾的舊量子論，到海森伯、薛定諤提出的量子力學(xué)，再應(yīng)用愛因斯坦相對(duì)論提出相對(duì)論量子力學(xué)的整個(gè)量子理論的發(fā)展史無不體現(xiàn)了假說―理論―新假說―新理論的循環(huán)發(fā)展模式；在提出假說階段常常運(yùn)用歸納和類比的推理方法，在驗(yàn)證和確立假說階段的演繹推理方法又時(shí)時(shí)出現(xiàn)。介紹這些歷史，不但讓學(xué)生學(xué)到了物理知識(shí)，而且讓學(xué)生用物理學(xué)家的方法和思路研究這些《物理》內(nèi)容，無形中會(huì)受到良好的科學(xué)方法教育。

2.重視介紹物理的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)意識(shí)。科學(xué)意識(shí)就是從科學(xué)的角度理解問題、分析問題和解決問題的思想觀念及其行為。學(xué)生只有知道了科學(xué)的應(yīng)用，才會(huì)在生活和工作中有科學(xué)的意識(shí)。《物理》課程是一門實(shí)用性很強(qiáng)的科學(xué)，所以在教學(xué)中就要多介紹物理知識(shí)的廣泛應(yīng)用，尤其是最新的應(yīng)用。例如，在電磁感應(yīng)部分，除了介紹常見的渦流加熱和制動(dòng)、微波加熱、電子感應(yīng)加速器外，再介紹機(jī)場(chǎng)安檢處的金屬探測(cè)器（或棒）以及交通部門的交通探測(cè)器、銀行卡信息的存儲(chǔ)和讀取原理等；介紹這些實(shí)用知識(shí)不但會(huì)引起學(xué)生極大的興趣，也會(huì)引起學(xué)生主動(dòng)思考生活中的問題，樹立良好的科學(xué)意識(shí)。

3.科學(xué)精神的培養(yǎng)?？茖W(xué)精神包括求實(shí)精神、創(chuàng)新精神、懷疑精神、寬容精神等幾個(gè)方面，其中最主要的是求實(shí)與創(chuàng)新。如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神？在授課中要注意啟發(fā)式教學(xué)，多提出問題，多質(zhì)疑，啟發(fā)學(xué)生思考和發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)他們的主動(dòng)參與的意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。適當(dāng)增加物理學(xué)史，讓物理學(xué)家們的不怕困難、無私奉獻(xiàn)，敢于質(zhì)疑以及開拓創(chuàng)新的科學(xué)精神感染學(xué)生。

總之，在大學(xué)《物理》教學(xué)中要利用一切可能的途徑向?qū)W生傳授科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)科學(xué)的分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)的觀點(diǎn)理解自然界現(xiàn)象并能作出決斷以及辨識(shí)真?zhèn)蔚哪芰?，同時(shí)擁有良好的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).第八次中國(guó)公民科學(xué)素養(yǎng)調(diào)查結(jié)果.[EB/OL].

[2]李雁冰.科學(xué)探究、科學(xué)素養(yǎng)與科學(xué)教育[J].全球教育展望，2008.（12）：14-18.