量子力學(xué)的基本原理精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)的基本原理范文

關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 量子教育學(xué) 主觀性

中圖分類(lèi)號(hào)：O413.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

量子力學(xué)所涵蓋的一些思想，在哲學(xué)的研究中體現(xiàn)比較廣泛，也對(duì)教學(xué)理論方面起了重要的作用，可以說(shuō)量子力學(xué)對(duì)哲學(xué)思想的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。量子力學(xué)著重利用圖景等表象來(lái)認(rèn)識(shí)周?chē)氖澜?，?qiáng)調(diào)因果關(guān)系的認(rèn)識(shí)，對(duì)后期形成的教育學(xué)理論具有參考性。但是，借助量子力學(xué)所形成的“量子教育學(xué)”則有很大的不同，這一教育學(xué)對(duì)原來(lái)的量子理論認(rèn)識(shí)存在較大的偏差，充分強(qiáng)調(diào)自然科學(xué)。

1量子力學(xué)的緣起

1900年，量子假說(shuō)出現(xiàn)在眾人的認(rèn)知里，現(xiàn)在的量子力學(xué)仍在不斷完善，為后期的科學(xué)發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)，可以說(shuō)量子力學(xué)是量子理論的中心，它促進(jìn)了原子能等一些先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，為社會(huì)的重大發(fā)明打下基礎(chǔ)，使人們更加清晰地認(rèn)識(shí)到微觀世界，并利用微觀運(yùn)動(dòng)來(lái)更好地服務(wù)社會(huì)，是人類(lèi)的重要發(fā)現(xiàn)，也是社會(huì)的偉大進(jìn)步。

2量子力學(xué)的宇宙觀

在宇宙世界中，對(duì)量子理論有較多的探討，從已經(jīng)存在的氫原子中，找到了量子級(jí)別的狀態(tài)。對(duì)于電子而言，比原子更為復(fù)雜，這就要求必須要滿足求解該原子的特定的方程來(lái)解出，并且要求其 場(chǎng)剛好環(huán)繞原子核產(chǎn)生駐波而求得。此外，量子態(tài)與別的駐波不一樣，都有自己特定的頻率，并與所蘊(yùn)含的能量有關(guān)，每種量子狀態(tài)都有所表征的能量。這就是說(shuō)，預(yù)期任何一個(gè)態(tài)的能量都是一個(gè)具體量子所確定的，并不是模棱兩可的，只要是有理論依據(jù)，就可以科學(xué)地估測(cè)態(tài)的能量多少。由于質(zhì)子與電子之間存在著相互吸引的力，要想移動(dòng)一個(gè)電子就必須要克服引力做功。

3量子的思維方式

人類(lèi)思想總是處于不斷發(fā)展中，當(dāng)兩種思想發(fā)生交集時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)比較完整的、令人驚嘆的思想成果，正如牛頓的世界觀與量子理論產(chǎn)生彼此彌合的交集，才會(huì)讓思想發(fā)展得如此迅速，才會(huì)讓社會(huì)發(fā)展如此的快。量子思維方式給人類(lèi)一個(gè)重要的啟示，要求以人為中心，以人為主體。隨著時(shí)代的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，信息技術(shù)逐漸融入了人的智慧和思想，他們彼此都是看不見(jiàn)的，沒(méi)有確定的形狀，但彼此交匯起來(lái)以后，就成了一種可以量化的物質(zhì)，這是由于物質(zhì)性比較弱。其實(shí)，量子物理學(xué)所產(chǎn)生相關(guān)的科學(xué)智慧，是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要因素，也是文明進(jìn)步的重要保障，可以說(shuō)，量子物理學(xué)是計(jì)算機(jī)重要的組成部分，所形成的計(jì)算機(jī)芯片是重要的思維體現(xiàn)，量子物理學(xué)不僅是科學(xué)進(jìn)步的前提，更是信息發(fā)展的重要保障，量子思維更是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的必要方式。

4“量子教育學(xué)”的唯心主義

從產(chǎn)生量子力學(xué)后，“量子教育學(xué)”也隨之不斷發(fā)展，雖然也涉及到一些教育學(xué)方面的觀點(diǎn)，但這些觀點(diǎn)都是被眾人早就接受了。如：學(xué)習(xí)是一個(gè)整體的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中各知識(shí)點(diǎn)是相互聯(lián)系、彼此交錯(cuò)的，以及還談到了關(guān)鍵詞：服務(wù)、個(gè)性化、互補(bǔ)等，但是，這些所謂的觀點(diǎn)及結(jié)論不是原汁原味的，也不是從量子力學(xué)中演變而來(lái)，而是與它的原理相悖，從本質(zhì)上講，“量子教育學(xué)”就是一種唯心主義的表現(xiàn)。

貝克萊比較重視經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為所學(xué)的知識(shí)來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)，但是他卻犯了一個(gè)致命的錯(cuò)誤，認(rèn)為感覺(jué)是世界真正存在的東西，其他的都是看不見(jiàn)的。他認(rèn)為，知識(shí)是一切力量之源，但感覺(jué)是我們?nèi)ヌ剿魑粗澜?，追求至高真理的唯一手段，只有能感覺(jué)到，才能被發(fā)現(xiàn)。也就是說(shuō)：我們的主觀性決定了我們所看見(jiàn)的世界，這也是量子教育學(xué)詮釋的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，只要消除了事物與觀念的差異，認(rèn)同事物等同于所謂的觀念，并且觀念可以感知任何世界上存在的事物，這樣才會(huì)讓我們的知識(shí)更加具有生命力。

5“量子教育學(xué)”的曲解

正所周知，量子力學(xué)不可能槲ㄐ鬧饕搴筒豢芍論創(chuàng)造理論基礎(chǔ)，而“量子教育學(xué)”卻是唯心主義的重要思想來(lái)源，這是“量子教育學(xué)”對(duì)量子力學(xué)核心思維的歪曲，或者說(shuō)對(duì)量子力學(xué)沒(méi)有正確的認(rèn)識(shí)，造成思想上出現(xiàn)截然不同的主張，另外，“量子教育學(xué)”過(guò)分強(qiáng)調(diào)感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致偏向于不可知論，與量子力學(xué)的思想相悖而馳。

“量子教育學(xué)”對(duì)量子力學(xué)概念和方法認(rèn)識(shí)的偏差表現(xiàn)有。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)特性，提出了波粒二象性的觀念。此后，玻爾提出了“氣補(bǔ)原理”，再一次詮釋了波粒二象性的本質(zhì)?！皽y(cè)不準(zhǔn)”原理而是在某一個(gè)方面有較大的缺陷，不是粒子在宏觀世界的不適用，只是說(shuō)明不能單一地應(yīng)用某一個(gè)方面，只有同時(shí)應(yīng)用時(shí)才能為物理現(xiàn)象提高全面的解釋。玻爾認(rèn)為，波粒二象性在整個(gè)量子力學(xué)中的地位較高，它是一種可以很好地描述一種物理現(xiàn)象的原理，也可以說(shuō)是解釋因果關(guān)系的一種原理，它可以相互促進(jìn)、相互排斥，這種互斥的關(guān)系不可或缺，這種互補(bǔ)關(guān)系后來(lái)被廣大學(xué)者所接受。

6結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，量子力學(xué)逐漸被廣大研究者重視起來(lái)，探討量子力學(xué)的基本原理以及與量子教育學(xué)的重要關(guān)系，在量子理論的發(fā)展過(guò)程中，這已經(jīng)留下了較多的論爭(zhēng)。可以肯定的是量子力學(xué)對(duì)于科學(xué)的進(jìn)步貢獻(xiàn)了一份力量，把微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來(lái)，而量子教育學(xué)并不是量子力學(xué)的正確認(rèn)識(shí)，就本身的發(fā)展情況來(lái)看，量子教育學(xué)認(rèn)同了后現(xiàn)代主義，成為了唯心主義的重要依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀天平.量子力學(xué)多世界解釋的哲學(xué)審視[J].中國(guó)社會(huì)科學(xué)，2012（01）：48-61，207.

[2] 烏云高娃.量子力學(xué)發(fā)展綜述[J].信息技術(shù)，2006（06）：154-157.

[3] 母小勇.量子力學(xué)與“量子教育學(xué)”[J].教育理論與實(shí)踐，2006（07）：1-5.

第2篇：量子力學(xué)的基本原理范文

量子力學(xué)是近代物理的兩大支柱之一，它的建立是20世紀(jì)劃時(shí)代的成就之一，可以毫不夸張地說(shuō)沒(méi)有量子力學(xué)的建立，就沒(méi)有人類(lèi)的現(xiàn)代物質(zhì)文明[1]。大批優(yōu)秀的物理學(xué)家對(duì)原子物理的深入研究打開(kāi)了量子力學(xué)的大門(mén)，這一人類(lèi)新的認(rèn)知很快延伸并運(yùn)用到很多物理學(xué)領(lǐng)域，并且，導(dǎo)致了很多物理分支的誕生，如：核物理、粒子物理、凝聚態(tài)物理和激光物理等[2]。量子力學(xué)在近代物理中的地位如此之重，所以成為物理專(zhuān)業(yè)學(xué)生最重要的課程之一。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍感到量子力學(xué)太過(guò)抽象、難以掌握。如何改革教學(xué)內(nèi)容，將量子力學(xué)的基本觀點(diǎn)由淺入深，使學(xué)生易于理解；如何改革教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生興趣，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。這是量子力學(xué)教學(xué)中遇到的主要問(wèn)題。作者從幾年的教學(xué)中摸索到一些經(jīng)驗(yàn)，供大家參考。

一、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革

傳統(tǒng)的本科量子力學(xué)教學(xué)一般包括了三大部分：第一部分是關(guān)于粒子的波粒二象性，正是因?yàn)槲⒂^粒子同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性，才造成了一些牛頓力學(xué)無(wú)法解釋的新現(xiàn)象，例如測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系、量子隧道效應(yīng)等等；第二部分是介紹量子力學(xué)的基本原理，這部分是量子力學(xué)的核心內(nèi)容，如波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋、態(tài)疊加原理、電子自旋等；第三部分是量子力學(xué)的一些應(yīng)用，如定態(tài)薛定諤方程的求解，微擾方法。以上三個(gè)部分相互聯(lián)系構(gòu)成了量子力學(xué)的整體框架[3]。隨著量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)生了很多新的現(xiàn)象和成果。例如量子通訊、量子計(jì)算機(jī)等等。許多學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的興趣就是從這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴的新成果中得到的。如果我們?nèi)园磦鹘y(tǒng)的內(nèi)容授課，學(xué)生學(xué)完了這門(mén)課程發(fā)現(xiàn)感興趣的那點(diǎn)東西完全沒(méi)有接觸到，就會(huì)對(duì)所學(xué)的量子力學(xué)感到懷疑，而且極大地挫傷了學(xué)習(xí)自然科學(xué)的興趣。所以作者建議在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)添加一些量子力學(xué)的新成果和新現(xiàn)象，來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。在教學(xué)方法上也應(yīng)該按照量子力學(xué)的特點(diǎn)有所改革。由于量子力學(xué)的許多觀點(diǎn)和經(jīng)典力學(xué)完全不同，如果我們還是按照經(jīng)典力學(xué)的方法來(lái)講，就會(huì)引起學(xué)生思維上的混亂，所以建議從一開(kāi)始就建立全新的量子觀點(diǎn)。例如軌道是一經(jīng)典概念，在講授玻爾的氫原子模型時(shí)仍然采用了軌道的概念，但在講到后面又說(shuō)軌道的概念是不對(duì)的，這樣學(xué)生就會(huì)懷疑老師講錯(cuò)誤的內(nèi)容教給了他們，形成邏輯上的混亂。我們應(yīng)該從一開(kāi)始就建立量子的觀點(diǎn)，淡化軌道的概念，這樣學(xué)生更容易接受。

二、重視緒論課的教學(xué)

興趣是最好的老師。作為量子力學(xué)課程的第一節(jié)課，緒論課的講授效果對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣影響很大，所以緒論課直接影響到學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)量子力學(xué)這門(mén)課程的態(tài)度。當(dāng)然很多學(xué)生非常重視這門(mén)課程，但學(xué)這門(mén)課的主要目的是為將來(lái)參加研究生入學(xué)考試，僅僅只是在行動(dòng)上重視，而沒(méi)有從思想上重視起來(lái)。如何使這部分學(xué)生從被動(dòng)的學(xué)習(xí)量子力學(xué)變?yōu)橹鲃?dòng)地學(xué)習(xí)，這就要從第一節(jié)課開(kāi)始培養(yǎng)。在上緒論課時(shí)作者主要通過(guò)以下幾點(diǎn)來(lái)抓住學(xué)生的興趣。首先列舉早期與量子力學(xué)相關(guān)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)得主歷來(lái)都是萬(wàn)眾矚目的人物，學(xué)生當(dāng)然也會(huì)有所關(guān)心，而且這些諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的主要工作在量子力學(xué)這門(mén)課程中都會(huì)一一介紹，這樣一方面通過(guò)舉例子的方法強(qiáng)調(diào)了量子力學(xué)在自然科學(xué)中的重要地位，另一方面為學(xué)生探索什么樣的工作才可以拿到諾貝爾獎(jiǎng)留下懸念。抓住學(xué)生興趣的第二個(gè)主要方法是列舉一些量子力學(xué)中奇特的現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生探索奧秘的動(dòng)力，例如波粒二象性帶來(lái)的“穿墻術(shù)”、量子通訊、如何測(cè)量太陽(yáng)表面溫度等等，這些都很能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。綜上所述，緒論課的教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中至關(guān)重要，是引導(dǎo)學(xué)生打開(kāi)量子力學(xué)廣闊天地的一把鑰匙。

三、重視物理學(xué)史的引入

隨著量子力學(xué)學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生會(huì)接觸到越來(lái)越多的數(shù)學(xué)公式以及數(shù)學(xué)物理方法的內(nèi)容，雖然學(xué)生會(huì)對(duì)量子力學(xué)的博大精深以及人類(lèi)認(rèn)知能力驚嘆不已，但在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)越來(lái)越枯燥乏味。并且，學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣和信息在這個(gè)時(shí)候受到很大的考驗(yàn)，想要把豐碩的量子力學(xué)成果以及博大精深的內(nèi)涵傳達(dá)給學(xué)生，就得在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)際上，很多學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展史有很濃厚的興趣，甚至成為學(xué)生閑聊的素材，因此，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候講述量子力學(xué)發(fā)展史可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和熱情。在講授過(guò)程中，可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，融入量子力學(xué)發(fā)展史中的名人逸事和照片，如：索爾維會(huì)議上的大量有趣爭(zhēng)論和物理學(xué)界智慧之腦的“明星照”，或用簡(jiǎn)單的方法用板書(shū)的形式推導(dǎo)量子力學(xué)公式。例如在講到黑體輻射時(shí)，作者講到普朗克僅僅用了插值的方法，就給出了一個(gè)完美的黑體輻射公式。而插值的方法普通的本科生都能熟練掌握，這一方面鼓勵(lì)學(xué)生：看起來(lái)很高深的學(xué)問(wèn)，其實(shí)都是由很簡(jiǎn)單的一系列知識(shí)組成，我們每個(gè)人都有可能在科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中做出自己的貢獻(xiàn)；另一方面教導(dǎo)學(xué)生，不要看不起很細(xì)微的東西，偉大的成就往往就是從這些地方開(kāi)始。在講到普朗克為了自己提出的理論感到后悔，甚至想盡一切的辦法推翻自己的理論時(shí)，告訴學(xué)生科研的道路并不是一帆風(fēng)順的，堅(jiān)持自己的信念有時(shí)候比學(xué)習(xí)更多的知識(shí)還要重要。在講到德布羅意如何從一個(gè)紈绔子弟成長(zhǎng)為諾貝爾獎(jiǎng)獲得者；在講到薛定諤如何在不被導(dǎo)師重視的條件下建立了波動(dòng)力學(xué)；在講到海森堡如何為了重獲玻爾的青睞，而建立了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系；在講到烏倫貝爾和古茲米特兩個(gè)年輕人如何大膽“猜測(cè)”，提出了電子自旋假設(shè)，這些學(xué)生都聽(tīng)得津津有味。這些小故事不僅讓學(xué)生從中掌握的量子力學(xué)的基本觀點(diǎn)和發(fā)展過(guò)程，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維方法和科研品質(zhì)都有很大幫助。

四、教學(xué)手段的改革

量子力學(xué)中有很多比較抽象原理、概念、推導(dǎo)過(guò)程和現(xiàn)象，這增加了學(xué)生理解的難度。而且在授課過(guò)程中有大量的公式推導(dǎo)過(guò)程，非常的枯燥。所以在教學(xué)過(guò)程中穿插一些多媒體的教學(xué)形式，多媒體的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，比如：把瞬間的過(guò)程隨意地延長(zhǎng)和縮短，把復(fù)雜的難以用語(yǔ)言描述的過(guò)程用動(dòng)畫(huà)或圖片的形式分解成詳細(xì)的直觀的步驟表達(dá)清楚[5]。相對(duì)于經(jīng)典物理來(lái)說(shuō)，量子力學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)并不多，在講解康普頓散射、史特恩-蓋拉赫等實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以運(yùn)用多媒體技術(shù)，采用圖形圖像的形式模擬實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。用合適的教學(xué)軟件對(duì)真實(shí)情景再現(xiàn)和模擬，讓學(xué)生多冊(cè)觀察模擬實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。量子力學(xué)的一些東西不容易用語(yǔ)言表達(dá)清楚，在頭腦中想象也不是簡(jiǎn)單的事情，多媒體的應(yīng)用可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的這塊短板，形象地模擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解和記憶。比如電子衍射的實(shí)驗(yàn)，我們不僅可以用語(yǔ)言和書(shū)本上的圖片描述這個(gè)過(guò)程，還可以通過(guò)多媒體用動(dòng)畫(huà)的形式表現(xiàn)出來(lái)，讓電子通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式一個(gè)一個(gè)打到屏幕上，形成一個(gè)一個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)來(lái)顯示出電子的粒子性；在快進(jìn)的形式描述足夠長(zhǎng)時(shí)間之后的情況，也就是得出電子的衍射圖樣，從而給出電子波動(dòng)性的結(jié)論和波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)?jīng)過(guò)這樣的教學(xué)形式，相信學(xué)生能夠更加深刻地理解微觀粒子的波粒二象性[6]。但在具體授課過(guò)程中不能完全地依賴(lài)于多媒體教學(xué)，例如在公式的推導(dǎo)過(guò)程中，傳統(tǒng)的板書(shū)就非常接近人本身的思維模式，容易讓學(xué)生掌握，如果用多媒體一帶而過(guò)，往往效果非常的不好。所以教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)并重，對(duì)于一些現(xiàn)象的東西多媒體表現(xiàn)更為出色；而一些理論方面的東西傳統(tǒng)的板書(shū)更為有利，兩者相互結(jié)合可以大大提高教學(xué)效率，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[7]。

五、加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程的管理

第3篇：量子力學(xué)的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】量子計(jì)算；量子計(jì)算機(jī)；量子算法；量子信息處理

1、引言

在人類(lèi)剛剛跨入21山_紀(jì)的時(shí)刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子計(jì)算機(jī)的誕生。德國(guó)科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室研制成功5個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)，而美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行7個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)的試驗(yàn)。它預(yù)示著人類(lèi)的信息處理技術(shù)將會(huì)再一次發(fā)生巨大的飛躍，而研究面向量子計(jì)算機(jī)以量子計(jì)算為基礎(chǔ)的量子信息處理技術(shù)已成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。

2、子計(jì)算的物理背景

任何計(jì)算裝置都是一個(gè)物理系統(tǒng)。量子計(jì)算機(jī)足根據(jù)物理系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的裝置。量子計(jì)算足以量子計(jì)算目L為背景的計(jì)算。是在量了力。4個(gè)公設(shè)（postulate）下做出的代數(shù)抽象。Feylllilitn認(rèn)為，量子足一種既不具有經(jīng)典耗子性，亦不具有經(jīng)典渡動(dòng)性的物理客體（例如光子）。亦有人將量子解釋為一種量，它反映了一些物理量（如軌道能級(jí)）的取值的離散性。其離散值之問(wèn)的差值（未必為定值）定義為量子。按照量子力學(xué)原理，某些粒子存在若干離散的能量分布。稱(chēng)為能級(jí)。而某個(gè)物理客體（如電子）在另一個(gè)客體（姻原子棱）的離散能級(jí)之間躍遷（transition。粒子在不同能量級(jí)分布中的能級(jí)轉(zhuǎn)移過(guò)程）時(shí)將會(huì)吸收或發(fā)出另一種物理客體（如光子），該物理客體所攜帶的能量的值恰好是發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問(wèn)產(chǎn)生了一個(gè)相互溝通和轉(zhuǎn)化的橋梁；愛(ài)因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系也提示了物質(zhì)和能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的因此。量子的這兩種定義方式是對(duì)市統(tǒng)并可以相互轉(zhuǎn)化的。量子的某些獨(dú)特的性質(zhì)為量了計(jì)算的優(yōu)越性提供了基礎(chǔ)。

3、量子計(jì)算機(jī)的特征

量子計(jì)算機(jī)，首先是能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器，是以原子量子態(tài)為記憶單元、開(kāi)關(guān)電路和信息儲(chǔ)存形式，以量子動(dòng)力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計(jì)算，是指組成計(jì)算機(jī)硬件的各種元件達(dá)到原子級(jí)尺寸，其體積不到現(xiàn)在同類(lèi)元件的1%。量子計(jì)算機(jī)是一物理系統(tǒng)，它能存儲(chǔ)和處理關(guān)于量子力學(xué)變量的信息。量子計(jì)算機(jī)遵從的基本原理是量子力學(xué)原理：量子力學(xué)變量的分立特性、態(tài)迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力學(xué)變量的分立特性使它們可以記錄信息：即能存儲(chǔ)、寫(xiě)入、讀出信息，信息的一個(gè)量子位是一個(gè)二能級(jí)（或二態(tài)）系統(tǒng)，所以一個(gè)量子位可用一自旋為1/2的粒子來(lái)表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的兩個(gè)極化方向來(lái)表示0和1；或用一原子的基態(tài)代表0第一激發(fā)態(tài)代表1。就是說(shuō)在量子計(jì)算機(jī)中，量子信息是存儲(chǔ)在單個(gè)的自旋’、光子或原子上的。對(duì)光子來(lái)說(shuō)，可以利用Kerr非線性作用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)一光束使之線性極化，以獲取寫(xiě)入、讀出；對(duì)自旋來(lái)說(shuō)，則是把電子（或核）置于磁場(chǎng)中，通過(guò)磁共振技術(shù)來(lái)獲取量子信息的讀出、寫(xiě)入；而寫(xiě)入和讀出一個(gè)原子存儲(chǔ)的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來(lái)完成的。量子計(jì)算機(jī)使用兩個(gè)量子寄存器，第一個(gè)為輸入寄存器，第二個(gè)為輸出寄存器。函數(shù)的演化由幺正演化算符通過(guò)量子邏輯門(mén)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。單量子位算符實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子位的翻轉(zhuǎn)。兩量子位算符，其中一個(gè)是控制位，它確定在什么情況下目標(biāo)位才發(fā)生改變；另一個(gè)是目標(biāo)位，它確定目標(biāo)位如何改變；翻轉(zhuǎn)或相位移動(dòng)。還有多位量子邏輯門(mén)，種類(lèi)很多。要說(shuō)清楚量子計(jì)算，首先看經(jīng)典計(jì)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)從物理上可以被描述為對(duì)輸入信號(hào)序列按一定算法進(jìn)行交換的機(jī)器，其算法由計(jì)算機(jī)的內(nèi)部邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)：

a）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號(hào)，用量子力學(xué)的語(yǔ)言來(lái)描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進(jìn)制序列0110110，用量子記號(hào)，即10110110>。所有的輸入態(tài)均相互正交。對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能輸入如下疊加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）經(jīng)典計(jì)算機(jī)內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒(méi)有這個(gè)性質(zhì)，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的變換（或計(jì)算）只對(duì)應(yīng)一類(lèi)特殊集。

相應(yīng)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的以上兩個(gè)限制，量子計(jì)算機(jī)分別作了推廣。量子計(jì)算機(jī)的輸入用一個(gè)具有有限能級(jí)的量子系統(tǒng)來(lái)描述，如二能級(jí)系統(tǒng)（稱(chēng)為量子比特），量子計(jì)算機(jī)的變換（即量子計(jì)算）包括所有可能的幺正變換。因此量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)為：

a）量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交；

b）量子計(jì)算機(jī)中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計(jì)算機(jī)對(duì)輸出態(tài)進(jìn)行一定的測(cè)量，給出計(jì)算結(jié)果。由此可見(jiàn)，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，經(jīng)典計(jì)算是一類(lèi)特殊的量子計(jì)算。量子計(jì)算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量實(shí)現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計(jì)算，所有這些經(jīng)典計(jì)算同時(shí)完成，并按一定的概率振幅疊加起來(lái)，給出量子計(jì)算的輸出結(jié)果。這種計(jì)算稱(chēng)為量子并行計(jì)算，量子并行處理大大提高了量子計(jì)算機(jī)的效率，使得其可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的工作，這是量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性之一。

4、量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

量子計(jì)算機(jī)驚人的運(yùn)算能使其能夠應(yīng)用于電子、航空、航人、人文、地質(zhì)、生物、材料等幾乎各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，尤其是信息領(lǐng)域更是迫切需要量子計(jì)算機(jī)來(lái)完成大量數(shù)據(jù)處理的工作。信息技術(shù)與量子計(jì)算必然走向結(jié)合，形成新興的量子信息處理技術(shù)。目前，在信息技術(shù)領(lǐng)域有許多理論上非常有效的信息處理方法和技術(shù)，由于運(yùn)算量龐大，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差，不能滿足實(shí)際需要，因此制約了信息技術(shù)的發(fā)展。量子計(jì)算機(jī)自然成為繼續(xù)推動(dòng)計(jì)算速度提高，進(jìn)而引導(dǎo)各個(gè)學(xué)科全面進(jìn)步的有效途徑之一。在目前量子計(jì)算機(jī)還未進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的情況下，深入地研究量子算法是量子信息處理領(lǐng)域中的主要發(fā)展方向，其研究重點(diǎn)有以下三個(gè)方面；

（1）深刻領(lǐng)悟現(xiàn)有量子算法的木質(zhì)，從中提取能夠完成特定功能的量子算法模塊，用其代替經(jīng)典算法中的相應(yīng)部分，以便盡可能地減少現(xiàn)有算法的運(yùn)算量；

（2）以現(xiàn)有的量子算法為基礎(chǔ)，著手研究新型的應(yīng)用面更廣的信息處理量子算法；

（3）利用現(xiàn)有的計(jì)算條件，盡量模擬量子計(jì)算機(jī)的真實(shí)運(yùn)算環(huán)境，用來(lái)驗(yàn)證和開(kāi)發(fā)新的算法。

5、量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用前景

目前經(jīng)典的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，解決很多難題。但依然存在一些難解問(wèn)題，它們的計(jì)算需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源，以致在宇宙時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成。量子計(jì)算研究的一個(gè)重要方向就是致力于這類(lèi)問(wèn)題的量子算法研究。量子計(jì)算機(jī)首先可用于因子分解。因子分解對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)而言是難解問(wèn)題，以至于它成為共鑰加密算法的理論基礎(chǔ)。按照Shor的量子算法，量子計(jì)算機(jī)能夠以多項(xiàng)式時(shí)間完成大數(shù)質(zhì)因子的分解。量子計(jì)算機(jī)還可用于數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索。1996年，Grover發(fā)現(xiàn)了未加整理數(shù)據(jù)庫(kù)搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算法，在量子計(jì)算機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)未加整理數(shù)據(jù)庫(kù)Ⅳ的平方根量級(jí)加速搜索，而且用這種加速搜索有可能解決經(jīng)典上所謂的NP問(wèn)題。量子計(jì)算機(jī)另一個(gè)重要的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)視覺(jué)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)是一種通過(guò)二維圖像理解三維世界的結(jié)構(gòu)和特性的人工智能。計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)重要領(lǐng)域是圖像處理和模式識(shí)別。由于圖像包含的數(shù)據(jù)量很大，以致不得不對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。這種壓縮必然會(huì)損失一部分原始信息。

作者簡(jiǎn)介：

第4篇：量子力學(xué)的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】中學(xué) 化學(xué)教學(xué) 量子空間論

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）10-0154-01

（小敘）：課篇第一章節(jié)細(xì)讀、研讀、探透性知識(shí)點(diǎn)。

1.尋找研究方法 2.課題的研究?jī)?nèi)容

3.課題研究的一些成果 4.鞏固建筑語(yǔ)錄

【序言】

化學(xué)是在分子、原子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律的科學(xué)?；瘜W(xué)不斷地發(fā)展著，目前，人們發(fā)現(xiàn)和合成的物質(zhì)已有幾千萬(wàn)種，其中很多是自然界中原本不存在的；這極大地改善了人類(lèi)的生存和發(fā)展條件，豐富了人們的生活。

例如：

1.納米銅（1nm=10?9m ）具有超塑延展性，在室溫下可拉長(zhǎng)50多倍而不出現(xiàn)裂紋。

2.用隔水透氣的高分子薄膜做的鳥(niǎo)籠。

3.單晶硅為信息技術(shù)和新能源開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)材料。

4.用玻璃鋼制成的船體。

總之，作為實(shí)用的、富于創(chuàng)造性的中心學(xué)科，化學(xué)在能源、材料、醫(yī)藥、信息、環(huán)境和生命科學(xué)等研究領(lǐng)域以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著其他學(xué)科所不能替代的重要潛質(zhì)作用。近年來(lái)，“綠色化學(xué)”的提出，使更多的化學(xué)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品向著環(huán)境友好的方向發(fā)展，化學(xué)必將使世界變得更加絢麗光彩。

【尋找研究方法】

第一單元 走進(jìn)化學(xué)世界；

1.物質(zhì)的變化和性質(zhì)

2.化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)

3.走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

第二、三單元 我們周?chē)目諝馀c自然界的水；空氣、氧氣（氧氣的制?。?、水的組成、分子和原子、水的凈化?！皭?ài)護(hù)水資源”。

第四、五單元 物質(zhì)構(gòu)成的奧妙、簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)應(yīng)用；原子的構(gòu)成、元素、離子、化學(xué)式與化合價(jià) ：

如何正確書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式”？利用化學(xué)方程式的簡(jiǎn)單計(jì)算？

第六、七單元 C與C的氧化物燃料及其利用；

分析：金剛石、石墨和C60 （1.CO2 的制??？ 2.CO2 與CO的區(qū)別、聯(lián)系？）

應(yīng)用：燃燒和滅火？燃料和熱量？

環(huán)保問(wèn)題：“燃料對(duì)環(huán)境的影響”

自留田地：“石油和煤的綜合利用？”

第八、九單元 金屬與溶液的問(wèn)題；

熟記、認(rèn)識(shí)：金屬、金屬材料、金屬的化學(xué)性質(zhì)；

金屬資源的利用和保護(hù)、溶液的形成；

溶解度、溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

第十、十一、十二單元 酸與堿 、鹽與化肥 、“化學(xué)與生活”。

生活中常見(jiàn)的：1.酸與堿

2.酸與堿之間會(huì)發(fā)生什么反應(yīng)

3.鹽

4.化學(xué)肥料

人體：1.人類(lèi)重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

2.化學(xué)元素與人體健康

3.有機(jī)合成材料

學(xué)生自認(rèn)化學(xué)常用儀器。學(xué)習(xí)“附錄”相關(guān)記錄 。

【課題的研究?jī)?nèi)容】

無(wú)機(jī)化學(xué)中量子（分子、原子）力學(xué)論

量子化學(xué)（Quantum chemistry）是理論化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是應(yīng)用量子力學(xué)的基礎(chǔ)原理和方法研究化學(xué)問(wèn)題的一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)。研究范圍包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定分子的結(jié)構(gòu)、性能及其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應(yīng)等問(wèn)題。

量子化學(xué)是理論化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是應(yīng)用量子力學(xué)的基本原理和方法，研究化學(xué)問(wèn)題的一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)。

1927年海特勒和倫敦用量子力學(xué)基礎(chǔ)原理討論氫分子結(jié)構(gòu)問(wèn)題，說(shuō)明了兩個(gè)氫原子能夠結(jié)合成一個(gè)穩(wěn)定的氫分子的原因，并且利用相當(dāng)近似的計(jì)算方法，算出其結(jié)合能。由此，使人們認(rèn)識(shí)到可以用量子力學(xué)原理討論分子結(jié)構(gòu)問(wèn)題，從而逐漸形成了量子化學(xué)這一分支學(xué)科。

【課題研究的一些成果】

生物大分子體系的量子化學(xué)計(jì)算一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學(xué)可以在分子、電子水平上對(duì)體系進(jìn)行精細(xì)的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識(shí)別與結(jié)合過(guò)程及作用方式等，都很有必要運(yùn)用量子化學(xué)的方法對(duì)這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無(wú)疑問(wèn)，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用，甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧妙，進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類(lèi)；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過(guò)程和作用特點(diǎn)設(shè)計(jì)高效低毒的新藥等等，可見(jiàn)運(yùn)用量子化學(xué)的手段來(lái)研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

【鞏固建筑語(yǔ)錄】

化學(xué)中常見(jiàn)“離子反應(yīng)”包括：“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”和“離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件”兩部分。

無(wú)機(jī)化學(xué)中最關(guān)鍵的是要有實(shí)觀性：基礎(chǔ)高層次的“化學(xué)方程式”們。

其次，稀土元素中的各種化學(xué)量變、質(zhì)變及各種物理、化學(xué)性反應(yīng)。

再次，金屬的利用、及高等積存用途。

還有，就是氣體的大力層存在行式。如同：水、陸、空，人類(lèi)的生活方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]初中九年級(jí)化學(xué)上、下冊(cè)課本，人民出版社出版，2011年版。

第5篇：量子力學(xué)的基本原理范文

1 核磁共振磁矩理論介紹

1.1 磁矩概念介紹

核磁共振理論中一個(gè)最重要的名詞就是磁矩，它體現(xiàn)了流體原子在靜磁場(chǎng)下的核磁能量。由普通物理學(xué)得知閉合載流線圈磁矩μ=isn，其中i為電流強(qiáng)度、s為閉合面積、n為與電流方向成右手螺旋法則的單方向矢量[1]。閉合載流線圈的磁矩為一矢量，其長(zhǎng)度為is而方向與該載流線圈的方向矢量相同。當(dāng)在磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）為b的均勻磁場(chǎng)中，作用在載流線圈上的磁矩mf為磁矩μ與b的矢量積mf=μbsinθ。圖1為磁矩示意圖。

圖1 磁矩示意圖

磁矩mf力圖使載流線圈磁矩μ的方向與磁場(chǎng)b一致，在磁場(chǎng)b中載流線圈具有的勢(shì)能為e=-μbcosθ，其中θ是μ和b的夾角。由此可見(jiàn)μ和b方向一致時(shí)，系統(tǒng)勢(shì)能最低，最為穩(wěn)定；當(dāng)兩者反向時(shí)系統(tǒng)勢(shì)能最高，最不穩(wěn)定。

1.2 磁矩宏觀表現(xiàn)介紹

在實(shí)際應(yīng)用中，人們關(guān)注的是大量粒子的宏觀行為，即大量微觀體系行為的宏觀表現(xiàn)。例如核磁測(cè)井所關(guān)注的是地層中大量氫核的綜合效應(yīng)，而單個(gè)氫核的特性只是理解宏觀特性的基礎(chǔ)。含有磁矩的某種樣品，當(dāng)沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，其磁矩取向是隨機(jī)的。宏觀表現(xiàn)為沒(méi)有磁性。當(dāng)有外磁場(chǎng)時(shí)，將會(huì)有更多的磁矩順著外磁場(chǎng)的方向排列，各個(gè)磁矩都繞著磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)，核自旋的空間取向?qū)⑴c塞曼能級(jí)相對(duì)應(yīng)。達(dá)到熱平衡時(shí)，磁矩的取向服從波爾茲曼分布，縱向分量與磁場(chǎng)方向一致的核磁矩?cái)?shù)目略大于反方向的磁矩?cái)?shù)目，其矢量和不再等于零，呈現(xiàn)一定大小的宏觀磁矩，稱(chēng)為磁化矢量。圖2為磁矩的宏觀表現(xiàn)示意圖。

圖2 核矩的宏觀表現(xiàn)示意圖

單位體積的磁化矢量稱(chēng)為磁化強(qiáng)度，通常用m0表示，如

下式：

m0=nμi2/kt×b0=§×b0 （1）

其中§=nμi2/kt稱(chēng)為該樣品的磁化率，μi為樣品的氫原子核磁矩，n為單位體積樣品內(nèi)的粒子數(shù)，k為玻耳茲曼常數(shù)，t為樣品的熱力學(xué)溫度。

2 核磁共振基本理論分析

2.1 經(jīng)典物理解釋

核磁共振測(cè)井主要測(cè)量地層中的氫原子信息，可用量子力學(xué)做精確描述。但在工程應(yīng)用中為描述方便，往往采用經(jīng)典力學(xué)或半經(jīng)典力學(xué)方法。為此先說(shuō)明核磁旋進(jìn)的概念。圖3是一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的陀螺，當(dāng)它的旋轉(zhuǎn)軸偏離垂線時(shí)，通過(guò)重心的重力作用并不能使它倒下，而是使其軸線沿圖中圓環(huán)所示的軌跡和方向做圓周運(yùn)動(dòng)，不斷改變自旋軸的方向。這種運(yùn)動(dòng)在力學(xué)中叫作旋進(jìn)或進(jìn)動(dòng)。如果做自旋運(yùn)動(dòng)的帶電物體具有磁矩，若磁矩偏離外磁場(chǎng)方向，將繞磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)[2]。按照經(jīng)典理論，具有磁矩的原子核，由于自旋運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)著的陀螺。磁矩在外磁場(chǎng)b0中受到一個(gè)力矩μ×b0的作用，在此力矩的作用下核磁矩繞b0進(jìn)動(dòng)，稱(chēng)為拉莫爾進(jìn)動(dòng)，其角頻率為（即對(duì)應(yīng)該點(diǎn)氫原子核的拉莫爾頻率）ω0=-γb0，其中γ為氫原子的旋磁比系數(shù)，即動(dòng)量矩與磁矩的比值。

當(dāng)γ>0的核繞b0作左旋圓運(yùn)動(dòng)e-iω0t；γ<0的核繞b0作右旋圓運(yùn)動(dòng)eiω0t。其磁矩μ的旋轉(zhuǎn)示意圖如圖3右側(cè)所示。當(dāng)核磁矩μ以角頻率ω0圍繞b0進(jìn)動(dòng)時(shí)，若對(duì)原子核系統(tǒng)再加上一個(gè)垂直于b0且角頻率為ω1的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)b1，在ω1=ω0的條件下，將能使μ和b0之間的夾角發(fā)生變化。磁矩μ在靜磁場(chǎng)b0中的能量為e=-μb0cosθ，當(dāng)θ發(fā)生變化時(shí)，μ在b0中的能量也發(fā)生變化。若θ增加，則是核磁矩從外加交變磁場(chǎng)中吸收能量，這就是核磁共振現(xiàn)象。發(fā)生核磁共振的條件是ω1=ω0=γb0，磁性核的進(jìn)動(dòng)稱(chēng)之為拉莫爾進(jìn)動(dòng)，ω0稱(chēng)之為拉莫爾頻率，它與靜磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b0成正比。

2.2 量子力學(xué)解釋

原子核從某一能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一能量狀態(tài)稱(chēng)為原子核在能級(jí)之間的躍遷。對(duì)于1h核來(lái)說(shuō)，i=1/2，2i+1=2，所以只有兩個(gè)能級(jí)：-1/2i和+1/2i。躍遷就只能在這兩個(gè)能級(jí)之間進(jìn)行，根據(jù)量子力學(xué)理論，若將電磁波作用于原子核系統(tǒng)，當(dāng)電磁波頻率所決定的量子的能量hn正好等于原子核兩個(gè)相鄰能級(jí)之間的能量差時(shí)，原子核就會(huì)吸收電磁波，引起核能態(tài)在兩個(gè)相鄰能級(jí)之間的躍遷，這就是核磁共振現(xiàn)象[3]。在此系統(tǒng)中，低能態(tài)的核不斷從旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中吸收能量而轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軕B(tài)的核，原來(lái)過(guò)剩的低能態(tài)的核就逐漸減少，吸收信號(hào)的強(qiáng)度就會(huì)減弱，最后完全消失，達(dá)到飽和。產(chǎn)生核磁共振的條件是：

hν （2）

式中，?=h/2π，h是普朗克常數(shù)，ν是電磁波的頻率。共振頻率ν和g（或γ）及磁感應(yīng)強(qiáng)度b0成正比，而當(dāng)指示核素選定后（如1h），旋磁比γ為常數(shù)，共振頻率只與b0有關(guān)。對(duì)質(zhì)子（1h）：

（3）

第6篇：量子力學(xué)的基本原理范文

關(guān)鍵詞： 微磁學(xué) 交換作用 經(jīng)典交換作用

1.引言

在真實(shí)的磁化過(guò)程中，交換作用能、磁各向異性能和靜磁能中任何一項(xiàng)都不能忽略。如果這些能量項(xiàng)作為微擾加入海森堡哈密頓量中，然后用量子力學(xué)的方法求解，那就是最為理想的了。但是，實(shí)際上即使不附加其他能量項(xiàng)，也必須做粗略的近似才能求解。所以，微磁學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，它沒(méi)有顧及量子力學(xué)，忽略了物質(zhì)的原子本性，而采用介質(zhì)的經(jīng)典物理方法處理問(wèn)題，這種經(jīng)典理論是與M（T）的量子理論（忽略了靜磁作用）并行發(fā)展起來(lái)的，它起源于1935年Landau和Lishitz關(guān)于兩個(gè)反方向磁疇間疇壁結(jié)構(gòu)的論文及1940―1941年W.F.Jr.Brwon的幾篇論文。Brwon將此經(jīng)典理論命名為“微磁學(xué)”，此理論忽略了原子理論的微觀性質(zhì)，用宏觀的觀點(diǎn)討論問(wèn)題并認(rèn)為材料是連續(xù)的。因而，采用了經(jīng)典矢量來(lái)代替自旋，并且在“連續(xù)介質(zhì)”的極限下，為了使其能與麥克斯韋方程組一起使用，采用了一項(xiàng)經(jīng)典的能量項(xiàng)來(lái)代替量子力學(xué)中的交換作用能。本文主要考慮交換作用能經(jīng)典的代替項(xiàng)，并通過(guò)分析，討論它的適用性與局限性。

2.何為“交換作用”

在順磁體中，其原子磁矩只與外磁場(chǎng)相互這樣。而在鐵磁體中情況卻不相同，其原子的自旋之間存在著相互作用，每個(gè)自旋都力圖使其他自旋沿著它的方向取向，自旋間的相互作用來(lái)源于自旋的量子力學(xué)性質(zhì)，交換作用沒(méi)有經(jīng)典的對(duì)應(yīng)物，是量子力學(xué)中電子波函數(shù)的重疊引起的。這些自旋之間存在著一種力，這種力試圖使所有的自旋平行排列，這就是所謂的交換作用，可以用自旋和自旋之間的交換作用能表示，交換作用能正比于•

ε=-′J

其中，求和符號(hào)旁邊的分號(hào)表示求和時(shí)排除i=j，因?yàn)槟芘c自旋發(fā)生作用，除此之外，此式遍及材料中所有的原子自旋。系數(shù)J稱(chēng)為交換積分。系數(shù)的正負(fù)是這樣定義的，如果J為正，則自旋平行取向，如果J為負(fù)，則自旋反平行取向，分別意味著鐵磁性耦合與反鐵磁耦合。

對(duì)于交換積分J，目前尚不能根據(jù)基本原理計(jì)算出，只能假設(shè)給出哈密頓量，而J作為一個(gè)參量，其數(shù)值由理論與某些實(shí)驗(yàn)（通常是居里溫度）值的比較來(lái)確定。

3.“經(jīng)典”的交換作用

“交換作用”是一種非?！岸坛獭钡淖饔昧?，它只能在鄰，也可能在次近鄰自旋之間產(chǎn)生作用，而對(duì)較遠(yuǎn)的自旋沒(méi)有作用，將自旋算符近似地用經(jīng)典矢量表示，則交換作用能有〈1〉式給出，如果只能是最鄰近自旋之間的J不等于零，則：

ε=-′J•=-JScosφ

其中，φ為自旋和之間的夾角。

可以預(yù)期，相鄰自旋之間的夾角“總”是很小的，因?yàn)榻粨Q作用是極短程的作用力，不允許產(chǎn)生大的夾角。當(dāng)φ很小時(shí)?？梢约僭O(shè)每個(gè)平面上有幾個(gè)自旋，這些平面相互平行，此時(shí)則有：

ε=JSφ

在計(jì)算中將所有自旋相互平行的狀態(tài)作為參考狀態(tài)，減去參考狀態(tài)的能量即得到上述表示式。這意味著重新定義了交換作用能的零點(diǎn)。但是，不必?fù)?dān)心，只要互相一致，重新定義是合理的。

如圖1所示，設(shè)為平行于局域自旋方程的單位矢量，在小角度的場(chǎng)合，|φ|≈|-|。需指出，這一定義也意味著平行于磁化強(qiáng)度矢量的局部方向。不僅定義在格點(diǎn)上，而且是一個(gè)連續(xù)變量，其泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的一級(jí)近似為：

|-|=|（•）|

其中，是從格點(diǎn)i到格點(diǎn)j的位置矢徑

將〈4〉式代入〈3〉式，則得：

ε=JS•［（•）］

上式中的第二個(gè)求和遍及格點(diǎn)i到所有鄰近的位置矢徑，例如對(duì)晶格常數(shù)為a的簡(jiǎn)單立方晶格，需要六個(gè)位置矢徑S=a（±1，±1，±）求和。對(duì)于三種立方晶格很容易求和，計(jì)算表明三種立方晶格的表達(dá)式相同，只是系數(shù)因子不同。

將對(duì)i的求和變換為對(duì)整個(gè)鐵磁體求積分，則立方晶體交換作用能的表達(dá)式為：

ε=?蘩wd?，w=1/2C［（m）+（m）+（m）］

其中C=c

上式中，a為晶胞棱邊的長(zhǎng)度，c為常數(shù)，其數(shù)值對(duì)于簡(jiǎn)單立方，體心立方，面心立方分別為1，2和4。

4.交換作用與“經(jīng)典”的交換作用

前面已經(jīng)提到，交換作用沒(méi)有經(jīng)典的對(duì)應(yīng)物，是量子力學(xué)中電子波函數(shù)的重疊引起的。實(shí)際的交換能量論即〈1〉式來(lái)源于庫(kù)侖作用，因?yàn)樗鼞?yīng)用了反映pauli不相容原理的行列式。根據(jù)pauli不相容原理，兩個(gè)相同自旋的電子不能處于同一個(gè)位置，因此，它們的重疊就比經(jīng)典電子的重疊?。ㄔ斍閰⒁?jiàn)文獻(xiàn)1），因?yàn)榻粨Q能量項(xiàng)的主要特征是其積分中包含了對(duì)自旋波函數(shù)的求和，因自旋波函數(shù)是彼此正交的，如果自旋不平行取向，則積分為零。所以，這一項(xiàng)能量實(shí)際上表征了兩個(gè)自旋爬行取向，以及反爬行取向的兩個(gè)姿態(tài)的能量“岔值”，其作用在于力圖使自旋彼此平行取向（或者反平行取向，這取決于交換積分的正負(fù)）。

但是，在“經(jīng)典”的交換作用中，恰恰忽略了交換作用最為重要的一點(diǎn)，即電子的自旋波函數(shù)，而是以經(jīng)典的矢量來(lái)代替自旋。而這一變化，促使了經(jīng)典的能量論代替了量子力學(xué)的交換作用能，這一變化，使得交換能量的計(jì)算顯得更加簡(jiǎn)捷方便，也便于解決目前考慮到量子力學(xué)性質(zhì)時(shí)難以解決的問(wèn)題，比如，對(duì)三種立方晶格即（簡(jiǎn)單立方，體心立方，面心立方）交換作用能的積分，以及對(duì)兩個(gè)反方向磁疇間疇壁結(jié)構(gòu)的求解問(wèn)題等。

可是，既然經(jīng)典交換作用已經(jīng)忽略了物質(zhì)的原子本性，不以經(jīng)典矢量來(lái)代替自旋。那么，我們?cè)诶媒?jīng)典交換作用解決問(wèn)題時(shí)，就必須忽略它帶來(lái)的局限性和一些限制。

5.經(jīng)典交換作用的應(yīng)用和限制

在上一節(jié)中已經(jīng)提到，經(jīng)典交換能量式為：

ε=JS•［（•）］

其對(duì)三種立方晶格交換作用能的表達(dá)式為：

ε=?蘩wd?，w=1/2C［（m）+（m）+（m）］

其中C=c

a為晶胞棱邊的長(zhǎng)度，c為常數(shù)，而對(duì)六角密堆晶體，譬如能對(duì)Si的體積同樣給出〈6〉式，只是系數(shù)C不同，其值為：

C=

其中a為最鄰近原子間的距離。

對(duì)于低對(duì)稱(chēng)性的晶體，〈6〉式需做某種修改。不多對(duì)于大多數(shù)有實(shí)際意義的情況，可以認(rèn)為這一表達(dá)式仍然是交換作用的很好近似，比如連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)是物理真實(shí)的很好近似一樣。將常數(shù)C看作是材料的一個(gè)物理參數(shù)，其數(shù)值可以通過(guò)理論計(jì)算結(jié)果及測(cè)量數(shù)據(jù)的擬合而求得。當(dāng)然，如果已知交換積分J，那么從理論表達(dá)式〈7〉和〈8〉也可求出常數(shù)C。

不過(guò)，J與溫度有關(guān)。靠近居里溫度T的J值不再適用于微磁學(xué)計(jì)算，因?yàn)槲⒋艑W(xué)往往適用于室溫附近。通常用鐵磁共振實(shí)驗(yàn)可以較準(zhǔn)確地測(cè)出交換常數(shù)C，對(duì)于鐵和鎳，其數(shù)量級(jí)C≈2×10erg/cm。

對(duì)于解決晶體中磁化強(qiáng)度矢量的方向隨空間位置變化的問(wèn)題〈6〉式給出的交換作用能量是非常有用的工具。假設(shè)磁化強(qiáng)度矢量的數(shù)值在晶體內(nèi)處處相同，且等于M（T），再均勻磁化，即晶體各點(diǎn)的磁化強(qiáng)度矢量均平行取向時(shí)，磁化強(qiáng)度的微商為零。交換作用能隨磁化強(qiáng)度矢量的空間變化率的增大而增加，正如所預(yù)期的，交換作用能力圖避免磁化強(qiáng)度矢量隨位置的急劇變化。

但是，交換作用能的使用是有其限制的，我們絕不能在超出其有效的近似范圍去應(yīng)用它。它主要有以下限制。

5.1與材料是連續(xù)的基本假設(shè)有關(guān)

如果所涉及的任何特征長(zhǎng)度都遠(yuǎn)大于晶胞的尺寸，則材料是連續(xù)的，這個(gè)假設(shè)是合理的。但是，事先并不能完全保證這一點(diǎn)，不過(guò)，必須牢記，如果某個(gè)微磁學(xué)計(jì)算中涉及以長(zhǎng)度為量綱的參數(shù)，只有在這些參數(shù)的數(shù)值遠(yuǎn)大于晶格常數(shù)是結(jié)果才是可信的。

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5.2溫度不能太高

將格點(diǎn)上的自旋變?yōu)檫B續(xù)變量時(shí)，的數(shù)值在整個(gè)晶體內(nèi)便自動(dòng)的變?yōu)橐粋€(gè)常數(shù)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，磁疇中的數(shù)值是材料常數(shù)M（T），只與溫度有關(guān)，格點(diǎn)上具有固定自旋的圖像對(duì)于實(shí)際材料并不是一種很好的近似（參見(jiàn)文獻(xiàn)1）。下式給出的實(shí)驗(yàn)事實(shí)

||=M（T）

只有在較大的體積中求平均時(shí)才正確，而當(dāng)漲落足以使從一點(diǎn)到另一點(diǎn)有差別時(shí)，在每個(gè)點(diǎn)上（9）式就不滿足了。因?yàn)槿狈Ω玫哪Ｐ?，微磁學(xué)理論仍假設(shè)〈6〉式到處成立。因此，這個(gè)理論不能應(yīng)用于居里點(diǎn)附近，因?yàn)榫永稂c(diǎn)附近很小的“局部”場(chǎng)都會(huì)改變的數(shù)值。

同時(shí)對(duì)此理論來(lái)做必要的修改前，不能應(yīng)用于高溫。如果假設(shè)尚不清楚，不過(guò)已有一些推行此理論的嘗試，其中取得重大步驟的是Minnaja（參見(jiàn)文獻(xiàn)2），他證明在存在熱漲落的情況下，應(yīng)該用下列交換作用能密度的表達(dá)式代替〈6〉式。

w=［（m）+（m）+（m）］

其中，M為矢量的數(shù)值，是位置的函數(shù)。但是，這一理論仍存在問(wèn)題，沒(méi)有用確定值的另一關(guān)系式代替（9）式，因而這部分工作尚未完成。另外在“成核問(wèn)題”（Nucleation）的研究中（9）式是可以忽略的。

5.3這些近似只適用于相鄰自旋間“小夾角的情況”

不過(guò)，由于交換作用力是極短程的作用力，一般地講：相鄰自旋間的夾角預(yù)期是很小的。但是，這一普遍的規(guī)則并不排除一些非尋常情況下的例外，譬如在材料拐角處，由于其他能量項(xiàng)的制約磁化強(qiáng)度必須翻轉(zhuǎn)方向，如果以為〈6〉式是嚴(yán)格正確的，那么，形式上自旋夾角的不連續(xù)躍變會(huì)使交換作用能變?yōu)闊o(wú)窮大。因此，不能認(rèn)為〈6〉式是嚴(yán)格成立的，因?yàn)樗吘故恰?〉式的近似表達(dá)式。而自旋躍變時(shí)，〈2〉式并不趨于無(wú)窮大?！?〉式總是有限的，而取近似的結(jié)果導(dǎo)致無(wú)窮大。這意味著這種近似方法不適用此特殊情況，應(yīng)該采用別的方法進(jìn)行研究。

6．結(jié)語(yǔ)

雖然經(jīng)典的交換作用的使用存在諸多限制，在應(yīng)對(duì)一些特殊情況時(shí)，問(wèn)題也的確存在。但不可否認(rèn)的是，對(duì)于大多數(shù)的問(wèn)題，目前來(lái)說(shuō)，別無(wú)選擇，只能采用〈6〉式。對(duì)于特殊的問(wèn)題，我們就需采用一些特殊的技術(shù)。因而，在沒(méi)有找到更好的辦法之前，經(jīng)典的交換作用不失為一種很好的方法。

參考文獻(xiàn)：

［1］A.Aharoni.鐵磁學(xué)性理論導(dǎo)論［M］.蘭州：蘭州大學(xué)出版社.

［2］Minnaja.N（1970）.Micromagaetics at high temperature.phy.s.Rev.B.1，1151-9.

［3］鐘文定.鐵磁學(xué)（中）［M］.北京：科學(xué)出版社，1998.

第7篇：量子力學(xué)的基本原理范文

量子糾纏態(tài)的性質(zhì)刻畫(huà)特別是它的大小測(cè)量是一個(gè)有意義的課題。研究表明量子糾纏態(tài)的大小一般可以由純態(tài)的馮諾伊曼熵來(lái)衡量，對(duì)于一個(gè)兩量子比特系統(tǒng)，馮諾伊曼熵大的態(tài)可以通過(guò)局域量子操作及經(jīng)典通訊變換為另一個(gè)馮諾伊曼熵小的態(tài)。但是對(duì)高維系統(tǒng)，卻經(jīng)常存在兩個(gè)量子糾纏態(tài)并不能互相轉(zhuǎn)化的情況，甚至存在更復(fù)雜比如所謂糾纏催化的情況：即在糾纏態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中有輔助的糾纏態(tài)起到類(lèi)似化學(xué)催化劑的現(xiàn)象。在刻畫(huà)這些糾纏態(tài)性質(zhì)方面，大家最近發(fā)現(xiàn)馮諾伊曼熵的推廣即任伊熵是一個(gè)好的量子糾纏大小的測(cè)度，可以準(zhǔn)確的刻畫(huà)糾纏轉(zhuǎn)化行為。同時(shí)隨著量子信息科學(xué)的發(fā)展，人們也希望能利用量子信息科學(xué)里的一些技術(shù)和方法來(lái)研究比如凝聚態(tài)系統(tǒng)的一些量子行為，例如對(duì)量子相變的刻畫(huà)。反過(guò)來(lái)也希望凝聚態(tài)物理對(duì)物質(zhì)量子相的性質(zhì)研究能對(duì)量子信息處理和量子計(jì)算是否可以在這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)給出提示。

最近，中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）理論室范桁研究員、博士生崔健與新加坡國(guó)立大學(xué)等合作在不同量子相的不同量子計(jì)算能力方面的研究取得重要進(jìn)展（Nature Commun.3，812（2012））。他們通過(guò)對(duì)模型基態(tài)任伊熵的偏導(dǎo)正負(fù)性的判斷，發(fā)現(xiàn)其行為可以準(zhǔn)確區(qū)分凝聚態(tài)模型的不同量子相，而且不同的量子相確實(shí)在量子計(jì)算的能力方面是不同的。

量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)在方法上大致可以被分為兩種，量子邏輯門(mén)方法和絕熱量子計(jì)算方法。研究表明這兩種方法在計(jì)算能力和計(jì)算復(fù)雜度方面是等價(jià)的。他們選取了一種可以用絕熱量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)的量子算法，通過(guò)對(duì)一維橫場(chǎng)伊辛模型和XY模型基態(tài)糾纏任伊熵的分析發(fā)現(xiàn)，在絕熱量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，在一些量子相里，絕熱量子計(jì)算需要整體相干操作，而在另一些量子相里，絕熱量子計(jì)算可以通過(guò)較簡(jiǎn)單的局域操作輔助以經(jīng)典通訊。而對(duì)比如量子搜索的研究表明，局域操作在所謂的量子加速方面并不起作用。從而表明不同的量子相具有不同的量子計(jì)算能力。

凝聚態(tài)模型基態(tài)的任伊熵研究對(duì)量子相變的刻畫(huà)及在量子計(jì)算中的作用是一個(gè)新的方法，不同量子相有不同的量子計(jì)算能力這個(gè)結(jié)論對(duì)具體物理系統(tǒng)的選取有指導(dǎo)意義。相關(guān)工作發(fā)表在近期Nature Commun.上（Nature Commun.3.812（2012））。

第8篇：量子力學(xué)的基本原理范文

一、數(shù)學(xué)科學(xué)是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的精神產(chǎn)物

人類(lèi)是動(dòng)物進(jìn)化的產(chǎn)物，最初也完全沒(méi)有數(shù)量的概念．但人類(lèi)發(fā)達(dá)的大腦對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)已經(jīng)達(dá)到更加理性和抽象的地步．這樣，在漫長(zhǎng)的生活實(shí)踐中，由于記事和分配生活用品等方面的需要，才逐漸產(chǎn)生了數(shù)的概念．比如捕獲了一頭野獸，就用1塊石子代表；捕獲了3頭，就放3塊石子．“結(jié)繩記事”也是地球上許多相隔很近的古代人類(lèi)共同做過(guò)的事．我國(guó)古書(shū)《易經(jīng)》中有"結(jié)繩而治"的記載．傳說(shuō)古代波斯王打仗時(shí)也常用繩子打結(jié)來(lái)計(jì)算天數(shù)．用利器在樹(shù)皮上或獸皮上刻痕，或用小棍擺在地上計(jì)數(shù)也都是古人常用的辦法．這些辦法用得多了，就逐漸形成數(shù)的概念和記數(shù)的符號(hào)．

數(shù)的概念最初不論在哪個(gè)地區(qū)都是1、2、3、4…這樣的自然數(shù)開(kāi)始的．隨著人們活動(dòng)范圍的增廣，認(rèn)識(shí)自然利用自然能力的提高，數(shù)學(xué)在不斷的向縱深和多元化發(fā)展 ，現(xiàn)在一些數(shù)學(xué)知識(shí)很難在現(xiàn)實(shí)生活中找到它的原型．

二、數(shù)學(xué)科學(xué)是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的力量

人們認(rèn)識(shí)領(lǐng)域擴(kuò)大，對(duì)物質(zhì)生活追求的提高，需要不斷的認(rèn)識(shí)自然，探索大自然的奧秘來(lái)為人類(lèi)服務(wù)，就對(duì)各門(mén)科學(xué)的發(fā)展提出了新的發(fā)展的要求．其他科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)數(shù)學(xué)的支撐．華羅庚說(shuō)：“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之迷，日用之繁，無(wú)處不用數(shù)學(xué)．”愛(ài)因斯坦正是深受數(shù)學(xué)家黎曼的著作之影響而建立了廣義相對(duì)論；量子力學(xué)的創(chuàng)始人海森堡采用了數(shù)學(xué)中的矩陣來(lái)描述物理量，從而建立了量子力學(xué)．1917年數(shù)學(xué)家拉頓在積分幾何研究中引入了一種數(shù)學(xué)變換（拉頓變換），幾十年后柯?tīng)栺R克和洪斯菲爾德巧妙地運(yùn)用拉頓變換，設(shè)計(jì)出X射線斷層掃描儀——CT，為醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)作出了巨大貢獻(xiàn)．1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)前，美國(guó)曾顧慮伊拉克會(huì)點(diǎn)燃科威特的油井而引起全球性污染，一家公司利用流體力學(xué)的基本原理及熱傳導(dǎo)方程建立了數(shù)學(xué)模型，用計(jì)算機(jī)仿真，得出否定結(jié)果，對(duì)美軍發(fā)動(dòng)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)起了相當(dāng)大的作用．在經(jīng)濟(jì)和管理過(guò)程中，數(shù)學(xué)技術(shù)在其中每一個(gè)環(huán)節(jié)都扮演了重要角色．任何一個(gè)產(chǎn)品，從原材料檢驗(yàn)、下料、分類(lèi)、運(yùn)輸、供應(yīng)，到產(chǎn)品毛坯的準(zhǔn)備、加工、物流、貯存、檢測(cè)、裝配、包裝，到銷(xiāo)售、服務(wù)、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)，直到市場(chǎng)信息反饋、成本核算、產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)等等，數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化決策論原理促進(jìn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)的科學(xué)化

三、數(shù)學(xué)科學(xué)可以提高勞動(dòng)者的素質(zhì)，促進(jìn)生產(chǎn)力的飛躍

人類(lèi)文明的進(jìn)步還體現(xiàn)在民族素質(zhì)的提高．生產(chǎn)力的決定因素是人，人類(lèi)素質(zhì)的提高促進(jìn)生產(chǎn)力的進(jìn)一步發(fā)展，一個(gè)民族的強(qiáng)弱在很大程度上取決于全體公民數(shù)學(xué)素質(zhì)的高低．

第9篇：量子力學(xué)的基本原理范文

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來(lái)臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)類(lèi)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(lèi)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(wèn)題的一些看法和觀點(diǎn)。首先，我們來(lái)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(huà)，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(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下來(lái)的只是進(jìn)一步精確化的問(wèn)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(wú)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(wàn)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(ài)因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

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

在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來(lái)以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過(guò)七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類(lèi)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(shuō)，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(wèn)題、原則問(wèn)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(wú)“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(wú)“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(shuō)來(lái)，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(shuō)，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(kāi)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(kāi)始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無(wú)”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(lái)說(shuō)，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴(lài)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(lèi)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(lái)提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說(shuō)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?xún)?nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無(wú)限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無(wú)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?，F(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(lái)，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(lái)了。近年來(lái)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(ài)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(lái)的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛(ài)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(méi)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(guò)程中，各個(gè)具體過(guò)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(guò)程的認(rèn)識(shí)只具有相對(duì)的真理性。無(wú)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(méi)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(jué)是：將來(lái)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(méi)有認(rèn)識(shí)的問(wèn)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(guò)審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來(lái)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(lái)審思一下這個(gè)問(wèn)題。

1）對(duì)相對(duì)論的審思

當(dāng)年愛(ài)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(kāi)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(ài)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(kāi)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(lái)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(ài)因勞動(dòng)保護(hù)擔(dān)提出用光信號(hào)來(lái)校正時(shí)鐘，而不用別的信號(hào)呢？在他的論文中沒(méi)有說(shuō)明這個(gè)問(wèn)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(shuō)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(guò)一定的場(chǎng)傳遞過(guò)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(ài)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(ài)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(wú)實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明c＇等于c。愛(ài)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(wèn)題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來(lái)的運(yùn)動(dòng)方程的形式不變。例如，愛(ài)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(wèn)題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過(guò)，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)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(kāi)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(guò)長(zhǎng)斯的努力引引力波實(shí)驗(yàn)沒(méi)有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項(xiàng)工作冷下去了。根據(jù)愛(ài)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(lái)考慮問(wèn)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(ài)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(guò)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(ài)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(wèn)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(lái)考慮問(wèn)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(lái)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(méi)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(wú)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(shuō)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(wèn)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(méi)有徹底克服這一困難?！鞍l(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(wèn)題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)?，F(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(xiě)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(lèi)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(kāi)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(guò)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