量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

人們通常把愛(ài)因斯坦與玻爾之間關(guān)于如何理解量子力學(xué)的爭(zhēng)論，看成是繼地心說(shuō)與日心說(shuō)之后科學(xué)史上最重要的爭(zhēng)論之一。就像地心說(shuō)與日心說(shuō)之爭(zhēng)改變了人們關(guān)于世界的整個(gè)認(rèn)知圖景一樣，愛(ài)因斯坦與玻爾之間的爭(zhēng)論也蘊(yùn)含著值得深入探討的對(duì)理論意義與概念變化的全新理解以及關(guān)于世界的不同看法。有趣的是，他們倆人雖然都對(duì)量子力學(xué)的早期發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，但是，愛(ài)因斯坦在最早基于普朗克的量子概念提出并運(yùn)用光量子概念成功地解釋了光電效應(yīng)，以及運(yùn)用能量量子化概念推導(dǎo)出固體比熱的量子論公式之后，卻從量子論的奠基者，變成了量子力學(xué)的最強(qiáng)烈的反對(duì)者，甚至是最尖銳的批評(píng)家。截然相反的是，玻爾在1913年同樣基于普朗克的量子概念提出了半經(jīng)典半量子的氫原子模型之后，卻成為量子力學(xué)的哥本哈根解釋的奠基人。愛(ài)因斯坦對(duì)量子力學(xué)的反對(duì)，不是質(zhì)疑其數(shù)學(xué)形式，而是對(duì)成為主流的量子力學(xué)的哥本哈根解釋深感不滿(mǎn)。這些不滿(mǎn)主要體現(xiàn)在愛(ài)因斯坦與玻爾就量子力學(xué)的基礎(chǔ)性問(wèn)題展開(kāi)的三次大論戰(zhàn)中。他們的第一次論戰(zhàn)是在1927年10月24日至29日在布魯塞爾召開(kāi)的第五屆索爾未會(huì)議上進(jìn)行的。這次會(huì)議由洛倫茲主持，其目的是為討論量子論的意義提供一個(gè)最高級(jí)的論壇。在這次會(huì)議上，愛(ài)因斯坦第一次聽(tīng)到了玻爾的互補(bǔ)性觀點(diǎn)，并試圖通過(guò)分析理想實(shí)驗(yàn)來(lái)駁倒玻爾—海森堡的解釋。這一次論戰(zhàn)以玻爾成功地捍衛(wèi)了互補(bǔ)性詮釋的邏輯無(wú)矛盾性而結(jié)束；第二次大論戰(zhàn)是于1930年10月20日至25日在布魯塞爾召開(kāi)并由朗子萬(wàn)主持的第六屆索爾未會(huì)議上進(jìn)行的。在這次會(huì)議上，關(guān)于量子力學(xué)的基礎(chǔ)問(wèn)題仍然是許多與會(huì)代表所共同關(guān)心的主要論題。愛(ài)因斯坦繼續(xù)設(shè)計(jì)了一個(gè)“光子箱”的理想實(shí)驗(yàn)，試圖從相對(duì)論來(lái)玻爾的解釋。但是，在這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)中，愛(ài)因斯坦求助于自己創(chuàng)立的相對(duì)論來(lái)反駁海森堡提出的不確定關(guān)系，反倒被玻爾發(fā)現(xiàn)他的論證本身包含了駁倒自己推論的關(guān)鍵因素而放棄。

當(dāng)這兩個(gè)理想實(shí)驗(yàn)都被玻爾駁倒之后，愛(ài)因斯坦雖然不再懷疑不確定關(guān)系的有效性和量子理論的內(nèi)在自洽性。但是，他對(duì)整個(gè)理論的基礎(chǔ)是否堅(jiān)實(shí)仍然缺乏信任。1931年之后，愛(ài)因斯坦對(duì)量子力學(xué)的哥本哈根解釋的質(zhì)疑采取了新的態(tài)度：不是把理想實(shí)驗(yàn)用作正面攻擊海森堡的不確定關(guān)系的武器，而是試圖通過(guò)設(shè)計(jì)思想實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出一個(gè)邏輯悖論，以證明哥本哈根解釋把波函數(shù)理解成是描述單個(gè)系統(tǒng)行為的觀點(diǎn)是不完備的，而不再是證明邏輯上的不一致。在這樣的思想主導(dǎo)下，第三次論戰(zhàn)的焦點(diǎn)就集中于論證量子力學(xué)是不完備的觀點(diǎn)。1935年發(fā)表的EPR論證的文章正是在這種背景下撰寫(xiě)的。從寫(xiě)作風(fēng)格上來(lái)看，EPR論證既不是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，也不再是完全借助于思想實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，而是把概念判據(jù)作為討論的邏輯前提。這樣，EPR論證就把討論量子力學(xué)是否完備的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為討論量子力學(xué)能否滿(mǎn)足文章提供的概念判據(jù)的問(wèn)題。由于這些概念判據(jù)事實(shí)上就是哲學(xué)假設(shè)，這就進(jìn)一步把是否滿(mǎn)足概念判據(jù)的問(wèn)題，推向了潛在地接受什么樣的哲學(xué)假設(shè)的問(wèn)題。例如，EPR論證在文章的一開(kāi)始就開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地指出：“對(duì)于一種物理理論的任何嚴(yán)肅的考查，都必須考慮到那個(gè)獨(dú)立于任何理論之外的客觀實(shí)在同理論所使用的物理概念之間的區(qū)別。這些概念是用來(lái)對(duì)應(yīng)客觀實(shí)在的，我們利用它們來(lái)為自己描繪出實(shí)在的圖像。為了要判斷一種物理理論成功與否，我們不妨提出這樣兩個(gè)問(wèn)題：（1）“這理論是正確的嗎？”（2）“這理論所作的描述是完備的嗎？”只有在對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題都具有肯定的答案時(shí)，這種理論的一些概念才可說(shuō)是令人滿(mǎn)意的?！薄?〕從哲學(xué)意義上來(lái)看，這段開(kāi)場(chǎng)白至少蘊(yùn)含了兩層意思，其一，物理學(xué)家之所以能夠運(yùn)用物理概念來(lái)描繪客觀實(shí)在，是因?yàn)槲锢砀拍钍菍?duì)客觀實(shí)在的表征，由這些表征描繪出的實(shí)在圖像，是可想象的。這是真理符合論的最基本的形式，也反映了經(jīng)典實(shí)在論思想的核心內(nèi)容；其二，如果一個(gè)理論是令人滿(mǎn)意的，當(dāng)且僅當(dāng)，這個(gè)理論既正確，又完備。那么，什么是正確的理論與完備的理論呢？EPR論證認(rèn)為，理論的正確性是由理論的結(jié)論同人的經(jīng)驗(yàn)的符合程度來(lái)判斷的。只有通過(guò)經(jīng)驗(yàn)，我們才能對(duì)實(shí)在作出一些推斷，而在物理學(xué)里，這些經(jīng)驗(yàn)是采取實(shí)驗(yàn)和量度的形式的?！?〕也就是說(shuō)，理論正確與否是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)判定的，正確的理論就是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合的理論。但文章接著申明說(shuō)，就量子力學(xué)的情況而言，只討論完備性問(wèn)題。言外之意是，量子力學(xué)是正確的，即與實(shí)驗(yàn)相符合，但不一定是完備的。為了討論完備性問(wèn)題，文章首先不加證論地給出了物理理論的完備性條件：如果一個(gè)物理理論是完備的，那么，物理實(shí)在的每一元素都必須在這個(gè)物理理論中有它的對(duì)應(yīng)量。物理實(shí)在的元素必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)和量度來(lái)得到，而不能由先驗(yàn)的哲學(xué)思考來(lái)確定?；谶@種考慮，他們又進(jìn)一步提供了關(guān)于物理實(shí)在的判據(jù)：“要是對(duì)于一個(gè)體系沒(méi)有任何干擾，我們能夠確定地預(yù)測(cè)（即幾率等于1）一個(gè)物理量的值，那末對(duì)應(yīng)于這一物理量，必定存在著一個(gè)物理實(shí)在的元素。”

文章認(rèn)為，這個(gè)實(shí)在性判據(jù)盡管不可能包括所有認(rèn)識(shí)物理實(shí)在的可能方法，但只要具備了所要求的條件，就至少向我們提供了這樣的一種方法。只要不把這個(gè)判據(jù)看成是實(shí)在的必要條件，而只看成是一個(gè)充足條件，那末這個(gè)判據(jù)同經(jīng)典實(shí)在觀和量子力學(xué)的實(shí)在觀都是符合的。綜合起來(lái)，這兩個(gè)判據(jù)的意思是說(shuō)，如果一個(gè)物理量能夠?qū)?yīng)于一個(gè)物理實(shí)在的元素，那么，這個(gè)物理量就是實(shí)在的；如果一個(gè)物理理論的每一個(gè)物理量都能夠?qū)?yīng)于物理實(shí)在的一個(gè)元素，那么，這個(gè)物理學(xué)理論就是完備的。然而，根據(jù)現(xiàn)有的量子力學(xué)的基本假設(shè)，當(dāng)兩個(gè)物理量（比如，位置X與動(dòng)量P）是不可對(duì)易的量（即，XP≠PX）時(shí)，我們就不可能同時(shí)準(zhǔn)確地得到它們的值，即得到其中一個(gè)物理量的準(zhǔn)確值，就會(huì)排除得到另一個(gè)物理量的準(zhǔn)確值的可能，因?yàn)閷?duì)后一個(gè)物理量的測(cè)量，會(huì)改變體系的狀態(tài)，破壞前者的值。這是海森堡的不確定關(guān)系所要求的。于是，他們得出了兩種選擇：要么，（1）由波動(dòng)函數(shù)所提供的關(guān)于實(shí)在的量子力學(xué)的描述是不完備的；要么，（2）當(dāng)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)物理量的算符不可對(duì)易時(shí)，這兩個(gè)物理量就不能同時(shí)是實(shí)在的。他們?cè)谶M(jìn)行了這樣的概念闡述之后，接著設(shè)想了曾經(jīng)相互作用過(guò)的兩個(gè)系統(tǒng)分開(kāi)之后的量子力學(xué)描述，然后，根據(jù)他們給定的判據(jù)，得出量子力學(xué)是不完備的結(jié)論。EPR論證發(fā)表不久，薛定諤在運(yùn)用數(shù)學(xué)觀點(diǎn)分折了EPR論證之后，以著名的“薛定諤貓”的理想實(shí)驗(yàn)為例，提出了一個(gè)不同于EPR論證，但卻支持EPR論證觀點(diǎn)的新的論證進(jìn)路。出乎意料的是，愛(ài)因斯坦卻在1936年6月19日寫(xiě)給薛定諤的一封信中透露說(shuō)，EPR論文是經(jīng)過(guò)他們?nèi)齻€(gè)人的共同討論之后，由于語(yǔ)言問(wèn)題，由波多爾斯基執(zhí)筆完成的，他本人對(duì)EPR的論證沒(méi)有充分表達(dá)出他自己的真實(shí)觀點(diǎn)表示不滿(mǎn)。從愛(ài)因斯坦在1948年撰寫(xiě)的“量子力學(xué)與實(shí)在”一文來(lái)看，愛(ài)因斯坦對(duì)量子力學(xué)的不完備性的論證主要集中于量子理論的概率特征與非定域性問(wèn)題。他認(rèn)為，物理對(duì)象在時(shí)空中是獨(dú)立存在的，如果不做出這種區(qū)分，就不可能建立與檢驗(yàn)物理學(xué)定律。因此，量子力學(xué)“很可能成為以后一種理論的一部分，就像幾何光學(xué)現(xiàn)在合并在波動(dòng)光學(xué)里面一樣：相互關(guān)系仍然保持著，但其基礎(chǔ)將被一個(gè)包羅得更廣泛的基礎(chǔ)所加深或代替。”顯然，愛(ài)因斯坦后來(lái)對(duì)量子力學(xué)的不完備性問(wèn)題的論證比EPR論證更具體、更明確。EPR論證中的思想實(shí)驗(yàn)只是隱含了對(duì)非定域性的質(zhì)疑，但沒(méi)有明朗化。但就論證問(wèn)題的哲學(xué)前提而言，愛(ài)因斯坦與EPR論證基本上沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別。因此，本文下面只是從哲學(xué)意義上把EPR論證看成是基于經(jīng)典物理學(xué)的概念體系來(lái)理解量子力學(xué)的一個(gè)例證來(lái)討論，而不準(zhǔn)備專(zhuān)門(mén)闡述愛(ài)因斯坦本人的觀點(diǎn)。

二、玻爾的反駁與量子整體性

玻爾在EPR論證發(fā)表后不久很快就以與EPR論文同樣的題目也在《物理學(xué)評(píng)論》雜志上發(fā)表了反駁EPR論證的文章。玻爾在這篇文章中重申并升華了他的互補(bǔ)觀念。玻爾認(rèn)為，EPR論證的實(shí)在性判據(jù)中所講的“不受任何方式干擾系統(tǒng)”的說(shuō)法包含著一種本質(zhì)上的含混不清，是建立在經(jīng)典測(cè)量觀基礎(chǔ)上的一種理想的說(shuō)法。因?yàn)樵诮?jīng)典測(cè)量中，被測(cè)量的對(duì)象與測(cè)量?jī)x器之間的相互作用通?？梢员缓雎圆挥?jì)，測(cè)量結(jié)果或現(xiàn)象被無(wú)歧義地認(rèn)為反映了對(duì)象的某一特性。但是，在量子測(cè)量系統(tǒng)中，不僅曾經(jīng)相互作用過(guò)的兩個(gè)粒子，在空間上彼此分離開(kāi)之后，仍然必須被看成是一個(gè)整體，而且，被測(cè)量的量子系統(tǒng)與測(cè)量?jī)x器之間存在著不可避免的相互作用，這種相互作用將會(huì)在根本意義上影響量子對(duì)象的行為表現(xiàn)，成為獲得測(cè)量結(jié)果或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象的一個(gè)基本條件，從而使人們不可能像經(jīng)典測(cè)量那樣獨(dú)立于測(cè)量手段來(lái)談?wù)撛蝇F(xiàn)象。玻爾把量子現(xiàn)象對(duì)測(cè)量設(shè)置的這種依賴(lài)性稱(chēng)為量子整體性（whole-ness）。

在玻爾看來(lái)，為了明確描述被測(cè)量的對(duì)象與測(cè)量?jī)x器之間的相互作用，希望把對(duì)象與儀器分離開(kāi)來(lái)的任何企圖，都會(huì)違反這種基本的整體性。這樣，在量子測(cè)量中，量子對(duì)象的行為失去了經(jīng)典對(duì)象具有的那種自主性，即量子測(cè)量過(guò)程中所觀察到的量子對(duì)象的行為表現(xiàn)，既屬于量子對(duì)象，也屬于實(shí)驗(yàn)設(shè)置，是兩者相互作用的結(jié)果。因此，在量子測(cè)量中，“觀察”的可能性問(wèn)題變成了一個(gè)突出的認(rèn)識(shí)論問(wèn)題：我們不僅不能離開(kāi)觀察條件來(lái)談?wù)摿孔蝇F(xiàn)象，而且，試圖明確地區(qū)分對(duì)象的自主行為以及對(duì)象與測(cè)量?jī)x器之間的相互作用，不再是一件可能的事情。玻爾指出，“確實(shí)，在每一種實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，區(qū)分物理系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器與研究客體的必要性，成為在對(duì)物理現(xiàn)象的經(jīng)典描述與量子力學(xué)的描述之間的原則性區(qū)別?！薄?〕海森堡也曾指出，“在原子物理學(xué)中，不可能再有像經(jīng)典物理學(xué)意義下的那種感知的客觀化可能性。放棄這種客觀化可能性的邏輯前提，是由于我們斷定，在觀察原子現(xiàn)象的時(shí)候，不應(yīng)該忽略觀察行動(dòng)所給予被觀察體系的那種干擾。對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ钪信c之打交道的那些重大物體來(lái)說(shuō)，觀察它們時(shí)所必然與之相連的很小一點(diǎn)干擾，自然起不了重要作用。”

另一方面，作用量子的發(fā)現(xiàn)，揭示了量子世界的不連續(xù)性。這種不連續(xù)性觀念的確立，又相應(yīng)地導(dǎo)致了一系列值得思考的根本問(wèn)題。首先，就經(jīng)典概念的運(yùn)用而言，一旦我們所使用的每一個(gè)概念或詞語(yǔ)，不再以連續(xù)性的觀念為基礎(chǔ)，它們就會(huì)成為意義不明確的概念或詞語(yǔ)。如果我們希望仍然使用這些概念來(lái)描述量子現(xiàn)象，那么，我們所付出的代價(jià)是，限制這些概念的使用范圍和精確度。對(duì)于完備地反映微觀物理實(shí)在的特性而言，描述現(xiàn)象所使用的經(jīng)典概念是既相互排斥又相互補(bǔ)充的。這是玻爾的互補(bǔ)性觀念的精神所在。有鑒于此，玻爾認(rèn)為，EPR論證根本不會(huì)影響量子力學(xué)描述的可靠性，反而是揭示了按照經(jīng)典物理學(xué)中傳統(tǒng)的自然哲學(xué)觀點(diǎn)或經(jīng)典實(shí)在論來(lái)闡述量子測(cè)量現(xiàn)象時(shí)存在的本質(zhì)上的不適用性。他指出：“在所有考慮的這些現(xiàn)象中，我們所處理的不是那種以任意挑選物理實(shí)在的各種不同要素而同時(shí)犧牲其他要素為其特征的一種不完備的描述，而是那種對(duì)于本質(zhì)上不同的一些實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟的合理區(qū)分；……事實(shí)上，在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中對(duì)于物理實(shí)在描述的這一個(gè)或那一個(gè)方面的放棄（這些方面的結(jié)合是經(jīng)典物理學(xué)方法的特征，因而在此意義上它們可以被看作是彼此互補(bǔ)的），本質(zhì)上取決于量子論領(lǐng)域中精確控制客體對(duì)測(cè)量?jī)x器反作用的不可能性；這種反作用也就是指位置測(cè)量時(shí)的動(dòng)量傳遞，以及動(dòng)量測(cè)量時(shí)的位移。正是在這后一點(diǎn)上，量子力學(xué)和普通統(tǒng)計(jì)力學(xué)之間的任何對(duì)比都是在本質(zhì)上不妥當(dāng)?shù)摹还苓@種對(duì)比對(duì)于理論的形式表示可能多么有用。事實(shí)上，在適于用來(lái)研究真正的量子現(xiàn)象的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，我們不但必將涉及對(duì)于某些物理量的值的無(wú)知，而且還必將涉及無(wú)歧義地定義這些量的不可能性。”其次，就量子描述的可能性而言，玻爾認(rèn)為，我們“位于”世界之中，不可能再像在經(jīng)典物理學(xué)中那樣扮演“上帝之眼”的角色，站在世界之外或從“外部”來(lái)描述世界，不可能獲得作為一個(gè)整體的世界的知識(shí)。玻爾把這種描述的可能性與心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)中對(duì)自我認(rèn)識(shí)的可能性進(jìn)行了類(lèi)比。在心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)中，知覺(jué)主體本身是進(jìn)行自我意識(shí)的一部分這一事實(shí)，限制了對(duì)自我認(rèn)識(shí)的純客觀描述的可能性。用玻爾形象化的比喻來(lái)說(shuō)，在生活的舞臺(tái)上，我們既是演員，又是觀眾。因此，量子描述的客觀性位于理想化的純客觀描述與純主觀描述之間的某個(gè)地方。

為此，玻爾認(rèn)為，物理學(xué)的任務(wù)不是發(fā)現(xiàn)自然界究竟是怎樣的，而是提供對(duì)自然界的描述。海森堡也曾指出，在原子物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，“我們又尖銳地碰到了一個(gè)最基本的真理，即在科學(xué)方面我們不是在同自然本身而是在同自然科學(xué)打交道。”愛(ài)因斯坦則堅(jiān)持認(rèn)為，在科學(xué)中，我們應(yīng)當(dāng)關(guān)心自然界在干什么，物理學(xué)家的工作不是告訴人們關(guān)于自然界能說(shuō)些什么。愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)是EPR論證所蘊(yùn)含的。這兩種理論觀之間的分歧，事實(shí)上，不僅是有沒(méi)有必要考慮和闡述包括概念、儀器等認(rèn)知中介的作用的分歧，而且是能否把量子力學(xué)納入到經(jīng)典科學(xué)的思維方式當(dāng)中的分歧。EPR論證以經(jīng)典科學(xué)的方法論與認(rèn)識(shí)論為前提，認(rèn)為正確的科學(xué)理論理應(yīng)是對(duì)自然界的正確反映，認(rèn)知中介對(duì)測(cè)量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響；而玻爾與海森堡則以接受量子測(cè)量帶來(lái)的認(rèn)識(shí)論教益為前提，認(rèn)為量子力學(xué)已經(jīng)失去了經(jīng)典科學(xué)具有的那種概念與物理實(shí)在之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，認(rèn)知中介的設(shè)定成為人類(lèi)認(rèn)識(shí)微觀世界的基本前提。第三，就主體與客體的關(guān)系問(wèn)題而言，EPR論證認(rèn)為，認(rèn)知主體與客體之間存在著明確的分界線。這意味著，所有的主體都能對(duì)客體進(jìn)行同樣的描述，并且他們描述現(xiàn)象所用的概念與語(yǔ)言是無(wú)歧義的。無(wú)歧義意味著對(duì)概念或語(yǔ)言的意義的理解是一致的。而對(duì)于量子測(cè)量而言，對(duì)客體的描述包含了主體遵守的作為世界組成部分的描述條件的說(shuō)明，從而顯現(xiàn)了一種新的主客體關(guān)系。為此，我們可以把主體與客體之間的關(guān)系劃分為三類(lèi)：其一，能夠在主體與客體之間劃出分界線，所有的主體對(duì)客體的描述都是相同的，EPR論證屬于此類(lèi)；其二，能夠在主體與客體之間劃出分界線，但主體對(duì)客體的描述是因人而異的，人們對(duì)藝術(shù)品的欣賞屬于此類(lèi)；其三，不可能在主體與客體之間劃出分界線，主體對(duì)客體的描述包括了對(duì)測(cè)量條件的描述在內(nèi)，玻爾對(duì)EPR論證的反駁屬于此類(lèi)。顯然，EPR論證隱含的主客體關(guān)系與玻爾所理解的量子測(cè)量中的主客體關(guān)系之間存在著實(shí)質(zhì)性的差別。EPR論證是沿襲了經(jīng)典實(shí)在論的觀點(diǎn)，而玻爾的觀點(diǎn)代表了他基于量子力學(xué)的形式體系總結(jié)出來(lái)的某種新的認(rèn)識(shí)。在這里，就像不能用歐幾里得幾何的時(shí)空觀來(lái)反對(duì)非歐幾何的時(shí)空觀一樣，我們也不能用經(jīng)典意義上的理論觀反對(duì)量子意義上的理論觀。因此，可以說(shuō)，物理學(xué)家關(guān)于如何理解量子力學(xué)問(wèn)題的爭(zhēng)論，在很大程度上，蘊(yùn)含了他們關(guān)于科學(xué)研究的哲學(xué)假設(shè)之間的爭(zhēng)論。

三、實(shí)驗(yàn)的形而上學(xué)

EPR論證不僅引發(fā)了量子物理學(xué)家關(guān)于物理學(xué)基礎(chǔ)理論問(wèn)題的哲學(xué)討論，而且還創(chuàng)立了“實(shí)驗(yàn)的形而上學(xué)”，提供了物理學(xué)家如何基于形而上學(xué)的觀念之爭(zhēng)，最終探索出通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)其結(jié)論的一個(gè)典型案例。這一過(guò)程與尋找量子論的隱變量解釋的努力聯(lián)系在一起。量子力學(xué)的隱變量解釋的最早方案是德布羅意在1927年提出的“導(dǎo)波”理論。1932年，馮•諾意曼在他的《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》一書(shū)中曾根據(jù)量子力學(xué)的概念體系提出了四個(gè)假設(shè)，并且證明，隱變量理論和他的第四個(gè)假設(shè)（即，可加性假設(shè)）相矛盾，認(rèn)為通過(guò)設(shè)計(jì)隱變量的觀念來(lái)把量子理論置于決定論體系之中的任何企圖都注定是失敗的。馮•諾意曼的這一工作在為量子論的隱變量解釋判了死刑的同時(shí)，也極大地支持了量子力學(xué)的哥本哈根解釋。有意思的是，曾是量子力學(xué)的哥本哈根解釋的支持者與傳播者的玻姆，在1951年基于量子力學(xué)的哥本哈根精神出版了至今仍然有影響的《量子理論》一書(shū)，并在書(shū)的結(jié)尾，以EPR論證為基礎(chǔ)，提出了“量子理論同隱變量不相容的一個(gè)證明”之后，從1952年開(kāi)始反而致力于從邏輯上為量子力學(xué)提供一種隱變量解釋的研究。

玻姆闡述隱變量理論的目標(biāo)可以大致概括為兩個(gè)方面，一是試圖用能夠直覺(jué)想象的概念為量子概率和量子測(cè)量提供一種可理解的說(shuō)明，證明為量子論提供一個(gè)決定論的基礎(chǔ)是可行的；二是希望從邏輯上表明，隱變量理論是有可能的，“不論這種理論是多么抽象和‘玄學(xué)’?！辈Ｄ返淖非箫@然是一種信念的支撐，而不是事實(shí)之使然。在這種信念的引導(dǎo)下，玻姆在1952年連續(xù)發(fā)表了兩篇闡述隱變量理論的文章，在這些文章中，他用經(jīng)典方式定義波函數(shù)，假定微觀粒子像經(jīng)典粒子一樣總是具有精確的位置和精確的動(dòng)量，闡述了一種可能的量子論的隱變量解釋?zhuān)詈?，用一個(gè)粒子的兩個(gè)自旋分量代替EPR論證中的坐標(biāo)與動(dòng)量，討論了EPR論證的思想實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用量子場(chǎng)與量子勢(shì)概念解釋了測(cè)量一個(gè)粒子的位置影響第二個(gè)粒子的動(dòng)量的原因。

貝爾在讀了玻姆的文章之后，認(rèn)為有必要重新系統(tǒng)地研究量子力學(xué)的基本問(wèn)題。貝爾試圖解決的矛盾是：如果馮•諾意曼的證明成立，那么，怎么會(huì)有可能建立一個(gè)邏輯上無(wú)矛盾的隱變量理論呢？為了搞明白問(wèn)題，貝爾首先重新剖析了馮•諾意曼的關(guān)于隱變量的不可能性的證明和EPR論證中設(shè)想的思想實(shí)驗(yàn)，然后，抓住了隱變量理論的共同本質(zhì)，于1964年發(fā)表了“關(guān)于EPR悖論”的文章。在這篇文章中，貝爾引述了用自旋函數(shù)來(lái)表述EPR論證的玻姆說(shuō)法，或者說(shuō)，從EPR—玻姆的思想實(shí)驗(yàn)出發(fā)，以轉(zhuǎn)動(dòng)不變的獨(dú)立波函數(shù)描述組合系統(tǒng)的態(tài)，推導(dǎo)出一個(gè)不同于量子力學(xué)預(yù)言的、符合定域隱變量理論的關(guān)于自旋相關(guān)度的不等式，通常稱(chēng)為貝爾不等式或貝爾定理，然后，用歸謬法了量子力學(xué)的預(yù)言和貝爾不等式相符的可能性，說(shuō)明任何定域的隱變量理論，不論它的變數(shù)的本性是什么，都在某些參數(shù)上同量子力學(xué)相矛盾。貝爾還假設(shè)，如果所進(jìn)行的兩個(gè)測(cè)量在空間上彼此相距甚遠(yuǎn)，那么，沿著一個(gè)磁場(chǎng)方向的測(cè)量，將不會(huì)影響到另一個(gè)測(cè)量結(jié)果。貝爾把這個(gè)假設(shè)稱(chēng)為“定域性假設(shè)”。從這個(gè)假設(shè)出發(fā)，貝爾指出，如果我們可以從第一個(gè)測(cè)量結(jié)果預(yù)言第二個(gè)測(cè)量結(jié)果，測(cè)量可以沿著任何一個(gè)坐標(biāo)軸來(lái)進(jìn)行，那么，測(cè)量的結(jié)果一定是已經(jīng)預(yù)先確定了的。但是，由于波函數(shù)不對(duì)這種預(yù)先確定的量提供任何描述，所以，這種預(yù)定的結(jié)果一定是通過(guò)決定論的隱變量來(lái)獲得的。貝爾后來(lái)申明說(shuō)，他在“關(guān)于EPR悖論”一文中假設(shè)的是定域性，而不是決定論，決定論是一種推斷，不是一個(gè)假設(shè)，或者說(shuō)，貝爾的這篇文章是從定域性推論出決定論，而不是開(kāi)始于決定論的隱變量。從邏輯前提上來(lái)看，貝爾的假設(shè)更接近于愛(ài)因斯坦的假設(shè)，他們都把“定域性條件”看成是比“決定論前提”更基本的概念。因此，貝爾的工作比馮•諾意曼和玻姆的工作更進(jìn)一步地推進(jìn)了關(guān)于量子力學(xué)的根本特征的理解。貝爾的這篇文章具有劃時(shí)代的意義。它不僅成為20世紀(jì)下半葉物理學(xué)與哲學(xué)研究中引用率最高的文獻(xiàn)之一，而且為進(jìn)一步設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)來(lái)澄清量子力學(xué)的內(nèi)在本性邁出了決定性的一步。粒子物理學(xué)家斯塔普（HenryStapp）甚至把貝爾定理的提出說(shuō)成是“意義最深遠(yuǎn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)?！?/p>

同EPR論證一樣，貝爾的這一發(fā)現(xiàn)也不是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的，而是基于哲學(xué)信念的邏輯推理的結(jié)果。此后，量子物理學(xué)界進(jìn)一步推廣貝爾定理的理論研究與具體實(shí)驗(yàn)方案的探索工作并行不悖地開(kāi)展起來(lái)。而這些工作都與EPR論證相關(guān)。就實(shí)驗(yàn)進(jìn)展而言，物理學(xué)界承認(rèn)，阿斯佩克特等人于1982年關(guān)于“實(shí)現(xiàn)EPR-玻姆思想實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，支持了量子力學(xué)，針對(duì)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，貝爾指出：“依我看，首先，人們必定說(shuō)，這些結(jié)果是所預(yù)料到的。因?yàn)樗鼈兣c量子力學(xué)預(yù)示相一致。量子力學(xué)畢竟是科學(xué)的一個(gè)極有成就的科學(xué)分支，很難相信它可能是錯(cuò)誤的。盡管如此，人們還是認(rèn)為，我也認(rèn)為值得做這種非常具體的實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)把量子力學(xué)最奇特的一個(gè)特征分離了出來(lái)。原先，我們只是信賴(lài)于旁證。量子力學(xué)從沒(méi)有錯(cuò)過(guò)。但現(xiàn)在我們知道了，即使在這些非?？量痰臈l件下，它也不會(huì)錯(cuò)的?！?/p>

雖然EPR論證的初衷是希望證明量子力學(xué)是不完備的，還沒(méi)有提出量子測(cè)量的非定域性概念，但是，物理學(xué)家則通常運(yùn)用EPR思想實(shí)驗(yàn)的術(shù)語(yǔ)來(lái)討論非定域性問(wèn)題。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果使EPR論證失去了對(duì)量子力學(xué)的挑戰(zhàn)性。一方面，這些實(shí)驗(yàn)證實(shí)了非定域性是所有量子論的一個(gè)基本屬性，要求把在同一個(gè)物理過(guò)程中生成的兩個(gè)相關(guān)粒子永遠(yuǎn)當(dāng)作一個(gè)整體來(lái)對(duì)待，不能分解為兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，其中，一個(gè)粒子發(fā)生任何變化，另一個(gè)粒子必定同時(shí)發(fā)生相應(yīng)的變化，這種相互影響與它們的空間距離無(wú)關(guān)；另一方面，這些實(shí)驗(yàn)也表明了EPR論證提供的哲學(xué)假設(shè)不再是判斷量子力學(xué)是否完備的有效前提，而是反過(guò)來(lái)提醒我們需要重新思考玻爾在反駁EPR論證的觀點(diǎn)中所蘊(yùn)含的哲學(xué)啟迪?？偠灾珽PR論證盡管是基于哲學(xué)假設(shè)，運(yùn)用思想實(shí)驗(yàn)，來(lái)駁斥量子力學(xué)的完備性，但在客觀上，物理學(xué)家圍繞這一論證的討論，最終在思想實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上出乎意料地發(fā)展出可以具體操作的實(shí)驗(yàn)方案，并且獲得了有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這一段歷史發(fā)展不僅證明，無(wú)論在哲學(xué)假設(shè)的問(wèn)題上，還是在物理概念的意義理解的問(wèn)題上，量子力學(xué)都不是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，是一個(gè)蘊(yùn)含有新的哲學(xué)假設(shè)的理論。正是在這種意義上，物理學(xué)家玻恩得出了“理論物理學(xué)是真正的哲學(xué)”的斷言。

四、認(rèn)識(shí)論的思維方式

如前所述，EPR論證—玻姆—貝爾這條發(fā)展主線是把對(duì)物理學(xué)問(wèn)題鑲嵌在哲學(xué)信念中進(jìn)行思考的。這一歷史片斷揭示出，基于哲學(xué)信念的邏輯推理在物理學(xué)的理論研究與實(shí)驗(yàn)研究中起到了積極的認(rèn)知作用。一方面，在這些探索方式中，不論是EPR論證的真理符合論假設(shè)，玻姆的決定論假設(shè)，還是貝爾的定域性假設(shè)，它們的初衷都是希望能夠把量子力學(xué)納入到經(jīng)典物理學(xué)的概念框架或哲學(xué)信念之中。另一方面，檢驗(yàn)貝爾不等式的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)量子力學(xué)的支持和對(duì)貝爾不等式的違背意味著，我們不應(yīng)該依舊固守經(jīng)典物理學(xué)的哲學(xué)假設(shè)來(lái)質(zhì)疑量子力學(xué)，而是應(yīng)該顛倒過(guò)來(lái)，積極主動(dòng)地揭示量子力學(xué)蘊(yùn)含的哲學(xué)思想，以進(jìn)一步明確經(jīng)典物理學(xué)的哲學(xué)假設(shè)的適用范圍。

但是，這種視域的逆轉(zhuǎn)不是簡(jiǎn)單地倡導(dǎo)用量子力學(xué)的哲學(xué)假設(shè)取代經(jīng)典物理學(xué)的哲學(xué)假設(shè)，也不是武斷地主張用玻爾的理論觀替代EPR論證所蘊(yùn)含的理論觀，而是提倡擺脫習(xí)以為常的自然哲學(xué)的思維方式，確立認(rèn)識(shí)論的思維方式。自然哲學(xué)的思維方式是一種本體論化的思維方式。這種思維方式是從古希臘延續(xù)下來(lái)的，追求概念與實(shí)在之間的直接的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，忽視或缺乏對(duì)認(rèn)知過(guò)程中不可避免的認(rèn)知中介和理論框架的考慮。從起源上來(lái)講，這種無(wú)視認(rèn)知中介的本體論化的思維方式，源于常識(shí)，是對(duì)常識(shí)的一種延伸外推與精致化。近代自然科學(xué)的發(fā)展進(jìn)一步強(qiáng)化與鞏固了這種思維方式。EPR論證也是基于這種思維方式使經(jīng)典科學(xué)蘊(yùn)含的哲學(xué)假設(shè)以具體化的判據(jù)形式呈現(xiàn)出來(lái)。然而，與過(guò)去的物理學(xué)理論所不同的是。量子力學(xué)不再是關(guān)于可存在量（beable）的理論，而是關(guān)于可觀察量（observable）的理論，“是理論決定我們的觀察內(nèi)容”這一句話(huà)，既是愛(ài)因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論的感想，也為海森堡提出不確定關(guān)系提供了觀念啟迪。就理論形式而言，量子力學(xué)的理論描述用的是數(shù)學(xué)語(yǔ)言，而不是日常語(yǔ)言。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述的微觀世界是一個(gè)多位空間的世界，而我們作為人類(lèi)，很難直觀地想象這樣的世界，更不可能直接“進(jìn)入”這個(gè)世界來(lái)“觀看”一切。人類(lèi)感知的這種局限性是原則性的，從而限制了我們對(duì)微觀世界的知識(shí)的全面獲得。用玻爾的話(huà)來(lái)說(shuō)，我們對(duì)一個(gè)微觀對(duì)象的最大限度的知識(shí)不可能從單個(gè)實(shí)驗(yàn)中獲得，而只能從既相互排斥又相互補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)安排中獲得。用玻恩的話(huà)來(lái)說(shuō)，在量子測(cè)量中，觀察與測(cè)量并不是指自然現(xiàn)象本身，而是一種投影。

第2篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

關(guān)鍵詞： 量子力學(xué) 教學(xué)方法改革 創(chuàng)新思維

量子力學(xué)是研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，自誕生以來(lái)它就成功地說(shuō)明了原子及分子的結(jié)構(gòu)、固體的性質(zhì)、輻射的吸收與發(fā)射、超導(dǎo)等物理現(xiàn)象。作為物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)理論課，量子力學(xué)在物理學(xué)專(zhuān)業(yè)中具有極其重要的地位?，F(xiàn)代物理學(xué)的各個(gè)分支，如高能物理、固體物理、核物理、天體物理和激光物理等都是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，并且已經(jīng)滲透到化學(xué)和生物學(xué)等其他學(xué)科。同時(shí)量子理論還具有巨大的實(shí)用價(jià)值，半導(dǎo)體器件和材料、激光技術(shù)、原子能技術(shù)和超導(dǎo)材料等都是以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)的。

通過(guò)對(duì)量子力學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最重要的基礎(chǔ)理論，還可以提高科學(xué)素質(zhì)和思想素質(zhì)，但是量子力學(xué)中的概念和解決問(wèn)題的方法與經(jīng)典物理有著本質(zhì)的不同。學(xué)生普遍反映量子力學(xué)抽象、枯燥、難理解、抓不住重點(diǎn)，學(xué)習(xí)起來(lái)非常困難。針對(duì)以上問(wèn)題，我對(duì)教學(xué)進(jìn)行了思考和探討，采用了一些切實(shí)可行的措施，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好地掌握了量子力學(xué)知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

在量子力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題。

1.量子力學(xué)是一門(mén)十分抽象的課程，其中許多概念、原理都不好理解，并且量子力學(xué)從概念到解決問(wèn)題的方法跟經(jīng)典物理有著根本性的區(qū)別，但是很多學(xué)生習(xí)慣性地用經(jīng)典的思想去理解量子力學(xué)，這樣就不自覺(jué)地增加了難度。比如“波粒二象性”，經(jīng)典物理認(rèn)為波動(dòng)性和粒子性是互不相關(guān)的、相互獨(dú)立的，而量子力學(xué)認(rèn)為波動(dòng)性和粒子性是微觀粒子同時(shí)具備的兩種屬性。

2.學(xué)習(xí)量子力學(xué)，數(shù)學(xué)知識(shí)是必不可少的。量子力學(xué)中有著繁雜的數(shù)學(xué)知識(shí)，例如，數(shù)學(xué)分析中的微積分，代數(shù)學(xué)中的矩陣論，數(shù)學(xué)物理方程的微分方程，復(fù)變函數(shù)，等等。在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生對(duì)已學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)掌握得不是很牢固，在推導(dǎo)公式的過(guò)程中忘記了公式所描述的物理內(nèi)涵，影響了對(duì)量子力學(xué)知識(shí)的理解。

3.由于量子力學(xué)的課時(shí)緊張，教學(xué)過(guò)程中采用了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，由教師到學(xué)生的“單向傳授”的教學(xué)形式。學(xué)生失去了主體地位，只能被動(dòng)地接受知識(shí)，學(xué)習(xí)的興趣和積極性不高，導(dǎo)致教學(xué)效率降低。

二、量子力學(xué)的教學(xué)方法改革

1.采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)模式。由于量子力學(xué)的內(nèi)容抽象難懂，又是建立在一系列基本假定的基礎(chǔ)之上，不少學(xué)生很難接受，甚至認(rèn)為這門(mén)課程沒(méi)有用處。在量子力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，由單一的教師講授過(guò)渡到板書(shū)、錄像、課件、演示實(shí)驗(yàn)等各種手段相結(jié)合的教學(xué)模式，將圖、文、聲、像等信息有機(jī)地組合在一起，形象、直觀、生動(dòng)，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，學(xué)生可以享受到本校的教學(xué)資源，還可以突破空間的限制，享受到全國(guó)高水平的教學(xué)資源，從而豐富學(xué)生的資料庫(kù)，也為各學(xué)校的師生討論交流提供一個(gè)很好的平臺(tái)。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，知識(shí)更新非常快。在教學(xué)中，教師應(yīng)及時(shí)將與量子力學(xué)相關(guān)的科技前沿和高新技術(shù)引入教學(xué)中，介紹與量子力學(xué)密切相關(guān)的課題，闡明科學(xué)技術(shù)中所蘊(yùn)含的量子力學(xué)原理。如我們?cè)谥v解一維無(wú)限深勢(shì)阱時(shí)，將其與半導(dǎo)體量子阱和超晶格這一科學(xué)前沿相聯(lián)系；在講解隧道效應(yīng)時(shí)，將其與掃描隧道顯微鏡相聯(lián)系，進(jìn)而介紹掃描探針操縱單個(gè)原子的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)在教學(xué)中，我們理論聯(lián)系實(shí)際，多介紹量子力學(xué)知識(shí)與材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等其他學(xué)科之間的密切聯(lián)系，重點(diǎn)介紹在材料科學(xué)中的廣泛應(yīng)用，包括新材料設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)新材料、材料成分和結(jié)構(gòu)分析技術(shù)等。通過(guò)這種方式，學(xué)生對(duì)這一部分的知識(shí)有了直觀的認(rèn)識(shí)，從而不再感到量子力學(xué)的學(xué)習(xí)枯燥無(wú)味，同時(shí)也提高了接受新知識(shí)、學(xué)習(xí)新知識(shí)的意識(shí)和能力。

2.結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)，把物理情境的建立作為教學(xué)的重點(diǎn)。量子力學(xué)可以說(shuō)無(wú)處不數(shù)學(xué)，這門(mén)學(xué)科對(duì)高級(jí)數(shù)學(xué)語(yǔ)言的成功運(yùn)用，正是它高深與完美的體現(xiàn)。數(shù)學(xué)雖然加深了物理問(wèn)題的難度，卻維護(hù)了理論的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。當(dāng)然這不是要求老師從頭到尾、長(zhǎng)篇冗重地推演計(jì)算，合理地修剪枝杈既能讓學(xué)生抓住重點(diǎn)，又免使學(xué)生感到量子力學(xué)只是數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)。對(duì)于學(xué)習(xí)量子力學(xué)的同學(xué)，可以著重于對(duì)物理概念的剖析和物理圖像的描繪，繞過(guò)數(shù)學(xué)分析難點(diǎn)，通過(guò)簡(jiǎn)化模型、對(duì)稱(chēng)性考慮、極限情形和特例、量綱分析、數(shù)量級(jí)估計(jì)、概念延拓對(duì)比等得出結(jié)論。定量分析盡量只用簡(jiǎn)單的高數(shù)和微積分、常見(jiàn)的常微分方程，對(duì)復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以不做講解，只對(duì)少數(shù)優(yōu)秀生或感興趣的同學(xué)個(gè)別輔導(dǎo)。例如，在求解本征方程時(shí)，只介紹動(dòng)量、定軸轉(zhuǎn)子能量本征值的求解；對(duì)無(wú)限深勢(shì)阱情況，薛定諤方程可類(lèi)比普通物理中的簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程；對(duì)氫原子和諧振子的能量本征值問(wèn)題，只重點(diǎn)介紹思路、方法和結(jié)論，不作詳細(xì)推導(dǎo)。

3.充分應(yīng)用類(lèi)比法，講述量子力學(xué)。經(jīng)典力學(xué)是量子力學(xué)的極限情況，在教授過(guò)程中，應(yīng)盡可能找到“經(jīng)典”對(duì)應(yīng)，應(yīng)用類(lèi)比方法講述量子力學(xué)中抽象的概念和物理圖像，有助于正確理解量子力學(xué)的物理圖像。用光的單縫、雙縫衍射、干涉說(shuō)明光的波動(dòng)性，用光電效應(yīng)、康普頓散射說(shuō)明光的粒子性，運(yùn)用這種方法有利于學(xué)生掌握光的波粒二象性。在將量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)類(lèi)比的同時(shí)，還要清楚量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)在觀念、概念和方法上的區(qū)別。例如，經(jīng)典力學(xué)用位矢、速度描述物體的狀態(tài)，而量子力學(xué)用波函數(shù)描述系統(tǒng)狀態(tài)；經(jīng)典力學(xué)用牛頓第二定律描述狀態(tài)變化，量子力學(xué)用薛定諤方程描述狀態(tài)的變化。另外對(duì)于量子力學(xué)中的波粒二象性、態(tài)迭加原理、統(tǒng)計(jì)原理等都要與經(jīng)典力學(xué)中的相關(guān)概念區(qū)分開(kāi)來(lái)，類(lèi)比說(shuō)明，闡明清楚其真正內(nèi)涵。

4.改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。量子力學(xué)的現(xiàn)代教學(xué)多以“教師講授”為主，同時(shí)配合多媒體課件輔助教學(xué)，教學(xué)模式較傳統(tǒng)教學(xué)有所變化，多媒體課件教學(xué)雖然能夠在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但仍然是“填鴨式”的教學(xué)法，沒(méi)能真正地改變傳統(tǒng)教學(xué)的弊端。因此在教學(xué)過(guò)程中，要避免課堂成為教師的一言堂，鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn)，激發(fā)學(xué)生的逆向思維和非規(guī)范性思維等，通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境使師生互動(dòng)起來(lái)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的積極性，加深學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的理解。還要組織學(xué)生開(kāi)展相關(guān)課題討論，引導(dǎo)學(xué)生自主能動(dòng)地思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、結(jié)語(yǔ)

“量子力學(xué)”是物理類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程中教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，建立新的教學(xué)模式，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)、理解和掌握這門(mén)課程。

參考文獻(xiàn)：

［1］曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)［M］.科學(xué)出版社，1997.

［2］周世勛.量子力學(xué)教程［M］.高等教育出版社，1979.

［3］胡響明.淺談量子概念的理解［J］.高等函授學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，（2）：29.

第3篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)探索；普通高校

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）50-0212-02

一、概論

量子力學(xué)從建立伊始就得到了迅速的發(fā)展，并很快融合其他學(xué)科，發(fā)展建立了量子化學(xué)、分子生物學(xué)等眾多新興學(xué)科。曾謹(jǐn)言曾說(shuō)過(guò)，量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，也許會(huì)對(duì)21世紀(jì)人類(lèi)的物質(zhì)文明有更深遠(yuǎn)的影響[1]。

地處西部地區(qū)的貴州省，基礎(chǔ)教育水平相對(duì)落后。表1列出了2005年到2012年來(lái)的貴州省高考二本理科錄取分?jǐn)?shù)線，從中可知：自2009年起二本線已經(jīng)低于60%的及格線，并呈顯越來(lái)越低的趨勢(shì)。對(duì)于地方性新升本的普通本科學(xué)校來(lái)講，其生源質(zhì)量相對(duì)較低。同時(shí)，在物理學(xué)（師范）專(zhuān)業(yè)大部分學(xué)生畢業(yè)后的出路主要是中學(xué)教師、事業(yè)單位一般工作人員及公務(wù)員，對(duì)量子力學(xué)的直接需求并不急切。再加上量子力學(xué)的“曲高和寡”，學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)形成學(xué)之無(wú)用的觀念，學(xué)習(xí)意愿很低。在課時(shí)安排上，隨著近年教育改革的推進(jìn)，提倡重視實(shí)習(xí)實(shí)踐課程、注重學(xué)生能力培養(yǎng)的觀念的深入，各門(mén)課程的教學(xué)時(shí)數(shù)被壓縮，量子力學(xué)課程課時(shí)從72壓縮至54學(xué)時(shí)，課時(shí)被壓縮25%。

總之，在學(xué)校生源質(zhì)量逐年下降、學(xué)生學(xué)習(xí)意愿逐年降低，且課時(shí)量大幅減少的情況下，教師的教學(xué)難度進(jìn)一步增大。以下本人結(jié)合從2005至10級(jí)《量子力學(xué)》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談一下教學(xué)方面的思考。

二、依據(jù)學(xué)生情況，合理安排教學(xué)內(nèi)容

1.根據(jù)班級(jí)的基礎(chǔ)區(qū)別化對(duì)待，微調(diào)課程內(nèi)容?？紤]到我校學(xué)生的實(shí)際情況和需要，教學(xué)難度應(yīng)與重點(diǎn)院校學(xué)生有差別。同時(shí)，通過(guò)前一屆的教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)教學(xué)應(yīng)有小的調(diào)整。在備課時(shí)，通過(guò)微調(diào)教學(xué)內(nèi)容來(lái)適應(yīng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力不同的學(xué)生。比如，通過(guò)課堂教學(xué)及作業(yè)的反饋，了解該班學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，再根據(jù)班級(jí)學(xué)習(xí)狀況的不同，進(jìn)行后續(xù)課程內(nèi)容的微調(diào)。教學(xué)中注重量子力學(xué)基本概念、規(guī)律和物理思想的展開(kāi)，降低教學(xué)內(nèi)容的深度，注重面上的擴(kuò)展，進(jìn)行全方位拓寬、覆蓋，特別是降低困難題目在解題方面要求，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)的畏難心理。

2.照顧班內(nèi)大多數(shù)，適當(dāng)降低數(shù)學(xué)推導(dǎo)難度。對(duì)于教學(xué)過(guò)程中將要碰到的數(shù)學(xué)問(wèn)題，可采取提前布置作業(yè)的方法，讓學(xué)生主動(dòng)去復(fù)習(xí)，再輔以教師課堂講解復(fù)習(xí)，以解決學(xué)生因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)差而造成的理解困難。同時(shí)，可以通過(guò)補(bǔ)充相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，細(xì)化推導(dǎo)過(guò)程，降低推導(dǎo)難度來(lái)解決。比如：在講解態(tài)和力學(xué)量的表象時(shí)[2]，要求學(xué)生提前復(fù)習(xí)線性代數(shù)中矩陣特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使學(xué)生掌握相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，這對(duì)理解算符本征方程的本征值和本征函數(shù)起了很大的推動(dòng)作用。

3.注重量子論思想的培養(yǎng)。量子論的出現(xiàn)，推動(dòng)了哲學(xué)的發(fā)展，給傳統(tǒng)的時(shí)空觀、物質(zhì)觀等帶來(lái)了巨大的沖擊，舊的世界觀在它革命性的沖擊下分崩離析，新的世界觀逐漸形成。量子力學(xué)給出了一套全新的思維模式和解決問(wèn)題的方法，它的思維模式跟人們的直覺(jué)和常識(shí)格格不入，一切不再連續(xù)變化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或減少。地方高校的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，不愿意動(dòng)手推導(dǎo)，學(xué)習(xí)興趣較低，量子力學(xué)的教學(xué)，對(duì)學(xué)生量子論思維方式的培養(yǎng)就顯得尤為重要。為了完成從經(jīng)典理論到量子理論思維模式的轉(zhuǎn)變，概念的思維方式是基礎(chǔ)、是重中之重。通過(guò)教師的講解，使學(xué)生理解量子力學(xué)的思考方式，并把經(jīng)典物理中機(jī)械唯物主義的絕對(duì)的觀念和量子力學(xué)中的概率的觀念相聯(lián)系起來(lái)，在生活中能夠利用量子力學(xué)的思維方式思考問(wèn)題，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。

4.跟蹤科學(xué)前沿，隨時(shí)更新科研進(jìn)展?？茖W(xué)是不斷向前發(fā)展的，而教材自從編好之后多年不再變化，致使本領(lǐng)域的最新研究成果，不能在教材中得到及時(shí)體現(xiàn)。而發(fā)生在眼下的事件，最新的東西才是學(xué)生感興趣的。因此，我們可以利用學(xué)生的這種心理，通過(guò)跟蹤科學(xué)前沿，及時(shí)補(bǔ)充量子力學(xué)進(jìn)展到教學(xué)內(nèi)容中的方式，來(lái)提高學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。教師利用量子力學(xué)基本原理解釋當(dāng)下最具轟動(dòng)性的科技新聞，提高量子力學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用基本原理解釋現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

三、更新教學(xué)手段，提高教學(xué)效率

1.拓展手段，量子力學(xué)可視化。早在上世紀(jì)90年代初，兩位德國(guó)人就編制完成了名為IQ的量子力學(xué)輔助教學(xué)軟件，并在此基礎(chǔ)上出版了《圖解量子力學(xué)》。該書(shū)采用二維網(wǎng)格圖形和動(dòng)畫(huà)技術(shù)，形象地表述量子力學(xué)的基本內(nèi)容，推動(dòng)了量子力學(xué)可視化的前進(jìn)。近幾年計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的迅速提高，將計(jì)算物理學(xué)方法和動(dòng)畫(huà)技術(shù)相結(jié)合，再輔以數(shù)學(xué)工具模擬，應(yīng)用到量子力學(xué)教學(xué)的輔助表述上，使量子力學(xué)可視化。通過(guò)基本概念和原理形象逼真的表述，學(xué)生理解起來(lái)必將更加輕松，其理解能力也會(huì)得到提高。

2.適當(dāng)引入英語(yǔ)詞匯。在一些漢語(yǔ)解釋不是特別清楚的概念上，可以引入英文的原文，使學(xué)生更清晰的理解原理所表述的含義。例如，在講解測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系時(shí)，初學(xué)者往往覺(jué)得它很難理解。由于這個(gè)原理和已經(jīng)深入人心經(jīng)典物理概念格格不入，因此初學(xué)者往往缺乏全面、正確的認(rèn)識(shí)。有學(xué)生根據(jù)漢語(yǔ)的字面意思認(rèn)為，測(cè)量了才有不確定度，不測(cè)量就不存在不確定。這時(shí)教師引入英文“Uncertainty principle”可使學(xué)生通過(guò)英文原意“不確定原理”知道，這個(gè)原理與“測(cè)量”這個(gè)動(dòng)作的實(shí)施與否并沒(méi)有絕對(duì)關(guān)系，也就是說(shuō)并不是測(cè)量了力學(xué)量之間才有不確定度，不測(cè)量就不存在，而是源于量子力學(xué)中物質(zhì)的波粒二象性的基本原理。

3.提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生探究。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，適當(dāng)引入思考題，并指導(dǎo)他們解決問(wèn)題，從而使學(xué)生得到基本的科研訓(xùn)練。比如，在講解氫原子一級(jí)斯塔克效應(yīng)時(shí)，提到“通常的外電場(chǎng)強(qiáng)度比起原子內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)是很小的”[2]。這時(shí)引入思考題：當(dāng)氫原子能級(jí)主量子數(shù)n增大時(shí)，微擾論是否還適用？在哪種情況下可以使用，精確度為多少？當(dāng)確定精度要求后，微擾論在討論較高激發(fā)態(tài)時(shí)，這個(gè)n能達(dá)到多少？學(xué)生通過(guò)對(duì)問(wèn)題的主動(dòng)探索解決，將進(jìn)一步熟悉微擾論這個(gè)近似方法的基本過(guò)程，理解這種近似方法的精神。這樣不僅可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，還可以得到基本的科研訓(xùn)練，從而引導(dǎo)學(xué)生走上科研的道路。

4.師生全面溝通，及時(shí)教學(xué)反饋。教學(xué)反饋是教學(xué)系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)教和學(xué)雙方都具有激發(fā)新動(dòng)機(jī)的作用。比如：通過(guò)課堂提問(wèn)及觀察學(xué)生表情變化的方式老師能夠及時(shí)掌握學(xué)生是否理解教師所講的內(nèi)容，若不清楚可以當(dāng)堂糾正。由此建立起良好的師生互動(dòng)，改變單純的灌輸式教學(xué)，在動(dòng)態(tài)交流中建立良好的教學(xué)模式，及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)行為。利用好課程結(jié)束前5分鐘，進(jìn)行本次課程主要內(nèi)容的回顧，及時(shí)反饋總結(jié)。通過(guò)及時(shí)批改課后作業(yè)，了解整個(gè)班級(jí)相關(guān)知識(shí)及解題方法的掌握情況。依據(jù)反饋信息，對(duì)后續(xù)課程進(jìn)行修訂。

通過(guò)雙方的反饋信息，教師可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)中的反饋信息分析、判定學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，學(xué)生也可以根據(jù)教師的反饋，分析自己的學(xué)習(xí)效率，檢測(cè)自己的學(xué)習(xí)態(tài)度、水平和效果。同時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)行為活動(dòng)和結(jié)果的反饋是教師自我調(diào)控和對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行有效調(diào)控的依據(jù)[6]。

四、結(jié)論

量子力學(xué)作為傳統(tǒng)的“難課”，一直是學(xué)生感到學(xué)起來(lái)很困難的課程。特別是高校大擴(kuò)招的背景下，很多二本高校都面臨著招生生源質(zhì)量下降、學(xué)生學(xué)習(xí)意愿不高的現(xiàn)狀，造成了教師教學(xué)難度進(jìn)一步增大。要增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，教師不僅要遵循高等教育的教學(xué)規(guī)律，不斷加強(qiáng)自身的學(xué)術(shù)水平，講課技能，適時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，采取與之相對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段，還需要做好教學(xué)反饋，加強(qiáng)與學(xué)生的溝通交流，了解學(xué)生的真實(shí)想法，并有針對(duì)性的引入與生活、現(xiàn)實(shí)相關(guān)的事例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。

參考文獻(xiàn)：

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第4篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 教學(xué)改革 創(chuàng)新能力 研究性教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G643.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.07.017

Graduate Education Course Advanced Quantum Mechanics Teaching Reform

HU Ping， PENG Zhihua， GUO Ping， HU Jiwen

（College of Mathematics and Science， University of South China， Hengyang， Hu'nan 451001）

Abstract Postgraduate both the learning process to deepen the knowledge of the process is scientific ability， knowledge of scientific basis. From Graduate Teaching Mode existing problems， discusses the necessity of quantum mechanics graduate students in higher education， research teaching model introduced in the teaching process， improve the quality of teaching so that students master the basic principles of quantum mechanics， based on general ability， innovation ability has been greatly improved.

Key words Quantum Mechanics; teaching reform; innovative ability; research teaching

自上個(gè)世紀(jì)80年初期恢復(fù)研究生教育，我國(guó)的研究生教育進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的時(shí)期。①隨著我國(guó)高等教育的發(fā)展，研究生教育規(guī)模的也迅速擴(kuò)大，研究生教育質(zhì)量已成為一個(gè)全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。我國(guó)研究生的素質(zhì)關(guān)系到國(guó)家的未來(lái)發(fā)展，研究生教育是為國(guó)家培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)、發(fā)展科技培養(yǎng)高水平、高層次人才;研究生教育是我國(guó)站上世界知識(shí)經(jīng)濟(jì)高點(diǎn)的重要支持;同時(shí)也是高校實(shí)現(xiàn)由教學(xué)型向研究型轉(zhuǎn)變的重要基礎(chǔ)。研究生教育不同于本科生教育，研究生教育不僅包含課程教學(xué)，同時(shí)包含了社會(huì)實(shí)踐、學(xué)位論文等諸多環(huán)節(jié)。②然而作為科研能力、自主創(chuàng)新能力發(fā)展的基礎(chǔ)――課程教學(xué)不僅要傳授知識(shí)，更重要的是要指導(dǎo)研究生思考，是提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的根本。

研究生教學(xué)質(zhì)量是整個(gè)研究生教育的一個(gè)重要部分，如何合理利用現(xiàn)有教學(xué)資源條件，使得研究生教學(xué)質(zhì)量能夠穩(wěn)步提高，則成為研究生管理的首要解決問(wèn)題之一。自上個(gè)世紀(jì)80年代以來(lái)，高等教育改革逐漸興起，其主要目標(biāo)就是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，教育界越來(lái)越多地關(guān)注教學(xué)方法創(chuàng)新研究。首先，研究性教學(xué)，是一種能有效引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)方式，引起全世界各地的教育及其相關(guān)部門(mén)的關(guān)注。目前，教育部實(shí)施研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目研究計(jì)劃， 現(xiàn)在全國(guó)已有100多所大學(xué)參加這項(xiàng)計(jì)劃。其次，在過(guò)去的幾十年中，國(guó)內(nèi)外在總結(jié)以前高等教育成果與不足的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為教育主要目標(biāo)，對(duì)原有的傳統(tǒng)高等教育模式進(jìn)行了改革。

自從20世紀(jì)50年代美國(guó)施瓦布教授首先提出學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和科學(xué)家的研究過(guò)程是一致的以來(lái)，研究性學(xué)習(xí)引起了人們的廣泛關(guān)注，提出了各種相關(guān)的理論。③④⑤ 然而，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的高校課堂教學(xué)大部分都是基于傳統(tǒng)教學(xué)模式：教師教學(xué)――課堂講授為主的教學(xué)模式。而研究性學(xué)習(xí)，則主要是以研究問(wèn)題為基礎(chǔ)、由學(xué)生主動(dòng)提出問(wèn)題、并設(shè)計(jì)解決方案、解決問(wèn)題，并在這一過(guò)程中獲得知識(shí)、培養(yǎng)相應(yīng)的能力，基于此中方式來(lái)展開(kāi)教學(xué)與研究的教學(xué)模式在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的教學(xué)理念與教學(xué)資源條件下，應(yīng)用并不廣泛。尤其是在相對(duì)較為抽象難懂的理工類(lèi)課程如量子力學(xué)課程教學(xué)中應(yīng)用更是甚少。⑥研究生教育主要是培養(yǎng)學(xué)生的科研能力與素養(yǎng)，首先要在“研究”的培養(yǎng)上下功夫，而研究生課程教學(xué)正好提供了這一平臺(tái)。在本文中主要以高等量子力學(xué)課程教學(xué)為主要研究?jī)?nèi)容，探討如何進(jìn)行課堂教學(xué)改革。

自1978年國(guó)內(nèi)恢復(fù)研究生招生制度以來(lái)，高等量子力學(xué)就被列為物理系各專(zhuān)業(yè)研究生必修的學(xué)位課程之一，同時(shí)高等量子力學(xué)也是報(bào)考博士研究生的考試科目之一，在原來(lái)本科階段“量子力學(xué)”的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化和拓展，主要是提供學(xué)生在后學(xué)研究工作中要用的一些知識(shí)和方法。量子理論已經(jīng)成為解決物理學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)等理論問(wèn)題的關(guān)鍵。

量子力學(xué)作為一門(mén)微觀物理課程，與經(jīng)典物理學(xué)相比，有一個(gè)很明顯的差異：其中很多理論很難與日常生活和經(jīng)驗(yàn)對(duì)應(yīng)，涉及的理論、概念非常抽象，同時(shí)涉及非常多的數(shù)學(xué)知識(shí)，如（線性代數(shù)、Hilbert 空間、群論、數(shù)學(xué)物理方法和復(fù)變函數(shù)等），內(nèi)容繁多，知識(shí)結(jié)構(gòu)廣泛，使得學(xué)生理解起來(lái)有非常大的困難，同時(shí)容易誘使學(xué)生陷入復(fù)雜繁瑣的計(jì)算，而失去對(duì)量子力學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。目前，從我校物理系碩士研究生的實(shí)際情況來(lái)看，學(xué)生的量子力學(xué)知識(shí)水平參差不齊，有的學(xué)生以前沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)量子力學(xué)，有的學(xué)生學(xué)量子力學(xué)學(xué)時(shí)非常短，同時(shí)每個(gè)研究方向?qū)α孔恿W(xué)的需求也不盡相同。 因此，量子力學(xué)成為教師公認(rèn)難教的課程、學(xué)生公認(rèn)難學(xué)的課程。 高等量子力學(xué)的教學(xué)效果將直接影響學(xué)生以后的科學(xué)研究創(chuàng)新能力與論文水平。為了培養(yǎng)研究生日后的科研能力，我們主要從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行了改革探討。

在教學(xué)內(nèi)容上，結(jié)合本校教學(xué)時(shí)限（48學(xué)時(shí)）和本校學(xué)生的特點(diǎn)、學(xué)生的研究方向，主要目標(biāo)是將量子力學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到其它領(lǐng)域，避免冗長(zhǎng)的理論計(jì)算，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。重點(diǎn)學(xué)習(xí)量子力學(xué)的形式理論、微擾理論、對(duì)稱(chēng)性和守恒定律、量子散射理論等。

在教學(xué)方法上，根據(jù)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，采用學(xué)生為主的教學(xué)方式。傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是以教師講授為主的灌輸式、填充式，由于量子力學(xué)本身的特點(diǎn)，這些教學(xué)方法對(duì)量子力學(xué)的教學(xué)實(shí)效非常有限。一方面，一個(gè)主角的表演使得本身比較枯燥的量子力學(xué)課堂毫無(wú)生氣，學(xué)生面對(duì)復(fù)雜繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，思維跟不上教師的節(jié)奏，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情下降。另一方面，學(xué)生本身的角色沒(méi)有改變，自主學(xué)習(xí)、自主思考沒(méi)有可鍛煉的平臺(tái)。教師考慮到自然科學(xué)的特點(diǎn)，一定要從知識(shí)的傳承角度出發(fā)，這樣教師要去貫徹啟發(fā)式的教學(xué)方式。學(xué)生學(xué)一門(mén)課，學(xué)的是前人從實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的間接知識(shí)。一個(gè)好的教師，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)身處地去思考，自己是否也能根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)分析和推理去得出前人已認(rèn)識(shí)到的規(guī)律？自然科學(xué)中任何一個(gè)新的概念和原理，總是在舊概念和原理與新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的矛盾中誕生的。⑦作為教師，要充分利用新舊理論的矛盾提出問(wèn)題，讓學(xué)生思考問(wèn)題，并設(shè)計(jì)一套完成的解決方案。在量子力學(xué)的課堂教學(xué)中，筆者結(jié)合實(shí)際情況，主要采取的是學(xué)生講授為主、教師輔導(dǎo)的方式。盡管學(xué)生對(duì)量子力學(xué)知識(shí)的理解有限，但是一方面可以促使學(xué)生在課前預(yù)習(xí);另一方面學(xué)生為了準(zhǔn)備一堂課，要查閱相關(guān)資料，這樣就可以極大地提高學(xué)生查找資料的能力，拓展學(xué)生知識(shí)面。作為教師，從學(xué)生講授中也可以得到一些啟發(fā)，諸如學(xué)生對(duì)一個(gè)問(wèn)題理解的切入點(diǎn)與教師理解的不同，從而教師可以調(diào)整日后的課堂教學(xué)，使得課堂教學(xué)的內(nèi)容從抽象化為通俗。

將科學(xué)研究融入到課堂教學(xué)，也是實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)改革的有效方式之一。研究生不僅要學(xué)習(xí)知識(shí)，更要的是做科學(xué)研究，寓教于研同樣可以提高教學(xué)效果。在課題教學(xué)中，針對(duì)一個(gè)主題，在講授基本知識(shí)的同時(shí)，更多的引入與之相關(guān)的前沿知識(shí)，并要求學(xué)生設(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)題，展開(kāi)調(diào)查研究，以論文、學(xué)術(shù)報(bào)告的方式提交研究成果。通過(guò)此種方式，研究生的科學(xué)研究能力得到鍛煉，創(chuàng)新思維能力得到培養(yǎng)，符合我們培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

本文結(jié)合本校研究生的實(shí)際情況以及量子力學(xué)學(xué)科特色，我們主要從從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法兩方面探討高等量子力學(xué)課程的教學(xué)改革。隨著我國(guó)高等教育的發(fā)展，研究生課程教學(xué)改革還有待進(jìn)一步地深化，這樣才能提升我國(guó)研究生教育的整體水平，為祖國(guó)的發(fā)展培養(yǎng)更多的人才，日益增強(qiáng)國(guó)家的綜合國(guó)力。

本文得到南華大學(xué)教學(xué)改革研究課題，2014XJG49;南華大學(xué)研究生教學(xué)改革研究項(xiàng)目 資助

注釋

① 周萍.量子力學(xué)研究性教學(xué)[J]. 中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)， 2011（17）： 89-90

② 高芬.美國(guó)高校研究生教學(xué)中的“教”與“學(xué)”――以美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校教育學(xué)院為例[J].學(xué)位與研究生教育，2011（3）：73-77.

③ 沈元華.設(shè)計(jì)性、研究性物理實(shí)驗(yàn)介紹[J].物理實(shí)驗(yàn)，2004（2）：33-37.

④ 顧沛.把握研究性教學(xué)、推進(jìn)課堂教學(xué)方法改革[J].中國(guó)高等教育研究，2009， （7） ：3 1-33 .

⑤ 陳興文，白日霞，李敏.開(kāi)展研究性教學(xué)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力[J].黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，2009（1）：123-125.

第5篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

【關(guān)鍵詞】 血漿蛋白分離;自動(dòng)控制;純度;多聚體

人血白蛋白（HAS）具有維持血管內(nèi)膠體滲透壓，結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)體內(nèi)各種脂肪酸、激素、離子以及多種藥物的重要生物學(xué)功能［1］，已廣泛應(yīng)用各種低白蛋白血癥或創(chuàng)傷性休克。自從1946年Cohn和他的同事們發(fā)表了低溫乙醇（Cohn 6法）分離白蛋白以來(lái)［2］，相隔十年Nitschmann和Kistler于1954年又提出了另一種改變的低溫乙醇分離血漿蛋白方法［3］，該改良方法簡(jiǎn)化了操作，縮短了生產(chǎn)周期，提高了血漿白蛋白的回收率（當(dāng)時(shí)的最大收率為2.5g/100ml血漿），降低了乙醇的消耗，是目前國(guó)際上普遍使用的方法之一。低溫乙醇法的最大優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)工業(yè)化、自動(dòng)化的生產(chǎn)要求，為了充分發(fā)揮該工藝的潛能，適應(yīng)GMP管理的要求，不斷提高血漿蛋白制品的內(nèi)在質(zhì)量，增加收獲量，在不改變?cè)瓉?lái)基本工藝路線的前提下，我們于2004年末實(shí)現(xiàn)了低溫乙醇血漿蛋白分離工藝系統(tǒng)的自控（包括溫度控制、加液控制、自動(dòng)清洗等）。

通過(guò)血漿蛋白分離工藝實(shí)現(xiàn)自控后，使批處理的血漿能力增加了一倍，工藝操作更加符合GMP管理的要求，血漿蛋白能充分有效的混合反應(yīng)，蛋白分離的五個(gè)控制因素：反應(yīng)液溫度、pH值、離子強(qiáng)度、酒精濃度和蛋白濃度得到了嚴(yán)格、準(zhǔn)確的控制，避免了人為操作的誤差，經(jīng)過(guò)連續(xù)4年人血白蛋白的質(zhì)量指標(biāo)的綜合分析評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)自控后，人血白蛋白的純度、收獲率均有明顯的提高；多聚體有明顯地下降，其他指標(biāo)（如鉀離子含量、吸光度等）與自控前無(wú)明顯差異，均在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

1 材料與方法

1．1 材料

1．1．1 人血白蛋白樣品（2003年～2006年上半年期間制備的人血白蛋白檢定樣品） 由蘭州生物制品研究所血液制劑室提供。

1．1．2 儀器設(shè)備 分光光度計(jì)（日立3400型）；電泳儀（DYY-Ⅲ2型，北京六一儀器廠）；掃描儀（BECKMAN CSDS -200型）；液相色譜儀（SP8800，USA）；火焰光度計(jì)（CORNING 480型，USA）。

1．2 方法

1．2．1 純度測(cè)定 純度測(cè)定按《中華人民共和國(guó)藥典》2005年版三部（附錄ⅣA）規(guī)定進(jìn)行［4］。

1．2．2 吸光度測(cè)定 吸光度測(cè)定按《中華人民共和國(guó)藥典》2005年版三部（附錄ⅡA）規(guī)定進(jìn)行［4］，用生理熱氯化鈉溶液將人血白蛋白樣品含量稀釋至10g/L，按紫外分光光度計(jì)法，在波長(zhǎng)403nm處測(cè)定吸光度。

1．2．3 鉀離子含量的測(cè)定 鈉、鉀離子含量的測(cè)定按《中華人民共和國(guó)藥典》2005年版三部（附錄Ⅶ Ⅰ）（附錄Ⅶ J）規(guī)定進(jìn)行［4］。

1．2．4 多聚體含量測(cè)定 多聚體含量測(cè)定按《中華人民共和國(guó)藥典》2005年版三部（附錄Ⅵ Q）規(guī)定進(jìn)行［4］。

2 結(jié)果

2．1 人血白蛋白質(zhì)量指標(biāo)的比較 通過(guò)對(duì)2004～2006年共77批人血白蛋白的檢測(cè)結(jié)果表明，血漿蛋白分離工藝實(shí)現(xiàn)自控前與自控后其人血白蛋白的純度、多聚體均有明顯地差異，工藝實(shí)現(xiàn)自控后，其中人血白蛋白純度平均提高0.25%，多聚體平均下降0.72%，其他指標(biāo)（如鈉、鉀離子含量、吸光度）均無(wú)明顯變化，結(jié)果見(jiàn)表1。表1 人血白蛋白質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果比較

2．2 人血白蛋白的收獲率的比較 根據(jù)2003年～2006年上半年連續(xù)共153批人血白蛋白統(tǒng)計(jì)數(shù)字分析，自動(dòng)化控制前后人血白蛋白收獲率也有明顯差異，實(shí)現(xiàn)自控后，人血白蛋白分裝前收獲率均有明顯提高，提高的比率為0.02g/100ml血漿。結(jié)果見(jiàn)表2。表2 人血白蛋白收獲率的比較

3 討論

在血漿蛋白的分離過(guò)程中，各種成分的有效分離、回收、提純是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在采用低溫乙醇法生產(chǎn)人血白蛋白過(guò)程中，影響人血白蛋白的5個(gè)重要生產(chǎn)工藝參數(shù)：反應(yīng)液溫度、pH值、乙醇濃度、離子強(qiáng)度和蛋白濃度，其中任何一個(gè)參數(shù)的改變都會(huì)影響到白蛋白的分離效果，甚至影響制品質(zhì)量。

盡管低溫乙醇血漿蛋白分離工藝已延用多年，但由于自動(dòng)化程度不高，大部分工序均為人工操作，眾多技術(shù)指標(biāo)均靠經(jīng)驗(yàn)和手工控制，如乙醇、緩沖液的滴加，設(shè)備的清洗，制品反應(yīng)溫度的控制和反應(yīng)液計(jì)量等，且不說(shuō)工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作時(shí)人為的因素造成的誤差（操作誤差、計(jì)量誤差、溫度控制誤差等）嚴(yán)重影響著制品的質(zhì)量和收獲率，形成較大的批間差，未能充分發(fā)揮低溫乙醇血漿蛋白分離的諸多優(yōu)勢(shì)［5］，通過(guò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控溫、稱(chēng)重、加液和自動(dòng)清洗，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)的自動(dòng)控制，減少了血漿蛋白分離過(guò)程中手工操作的誤差，有效地控制了制品制備過(guò)程中的微生物污染，降低熱原質(zhì)。通過(guò)自動(dòng)化控制，使得血漿蛋白分離過(guò)程中嚴(yán)格控制的五個(gè)控制因素（反應(yīng)液溫度、乙醇濃度、離子強(qiáng)度、pH值和蛋白濃度）有機(jī)結(jié)合并得到準(zhǔn)確的控制，使得整個(gè)血漿蛋白分離過(guò)程趨于理想狀態(tài)，使被分離的制品各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)更加趨于穩(wěn)定，工藝特點(diǎn)得以最大限度的發(fā)揮，更加符合GMP管理要求，從而獲得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益?？傊獫{蛋白分離工藝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，為進(jìn)一步全面提高血漿蛋白的質(zhì)量和收率，增加制品安全性、有效性、穩(wěn)定性、均一性，為充分挖掘低溫乙醇血漿蛋白分離工藝的潛力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

1 王憬惺.血液制品學(xué).北京:人民衛(wèi)生出版社，1998，74：57.

2 Cohn E J，Strong LE，Huges WL，et al. Preparation and properties of serum and plasma proteins IV A system for the separation into fractions of the protein and lipoprotein components of biological tissues and fluids.Amer Chem Soc，1946，68:459-475.

3 Kistler P， Nitschmann H. Large scale production of human plasma fractions. Eight years experience with the alcohol fractionation procedure of Nitschmann， Kistler and Lergier. Vox Sang，1962， 7:414-424.

4 國(guó)家藥典委員會(huì)編.人血白蛋白.中華人民共和國(guó)藥典（2005年版，三部）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，附錄20-27.

第6篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

關(guān)鍵詞：薛定諤貓，坍塌，波函數(shù)，態(tài)疊加

中圖分類(lèi)號(hào)： S829.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

在宏觀現(xiàn)實(shí)生活中，貓是我們?cè)僖彩煜げ贿^(guò)的動(dòng)物了，對(duì)于一只活潑亂跳的貓，我們對(duì)它最客觀的評(píng)價(jià)是“它是活的”；而對(duì)于一只已經(jīng)停止呼吸的貓，我們只能說(shuō)“它是死的”；然而貓的狀態(tài)真的只有這兩種狀態(tài)嗎？是否存在一種半死半活的貓呢？我們不妨去微觀世界尋找答案。

量子力學(xué)的奠基人之一埃爾文·薛定諤在很早以前就已經(jīng)注意到了量子力學(xué)的迭加問(wèn)題在宏觀上的體現(xiàn)，他提出了貓可能處于一種死活未定的狀態(tài)之中，這個(gè)較有趣的悖論被稱(chēng)作貓的悖論。

薛定諤設(shè)想了一個(gè)關(guān)于輻射原子和貓相互作用的實(shí)驗(yàn)，一只貓被關(guān)在內(nèi)部設(shè)有“機(jī)關(guān)”的鐵箱內(nèi)，要保證此裝置不會(huì)對(duì)貓產(chǎn)生干擾，在鐵箱內(nèi)貓碰不著的地方，放一小瓶氰化鉀，把一小塊放射性元素鐳放入蓋勒計(jì)數(shù)器中，它非常小，使它的量控制在一小時(shí)之內(nèi)，任何一個(gè)鐳原子產(chǎn)生或者不產(chǎn)生衰變。如果衰變，計(jì)數(shù)管便會(huì)放電同時(shí)釋放一重錘，進(jìn)而擊碎一個(gè)盛有劇毒的氰化鉀小瓶，因此，這只貓必然會(huì)毒死。但是，若是在這段時(shí)間上原子沒(méi)有發(fā)生衰變呢這只貓還會(huì)安然無(wú)恙的。所以這只貓?jiān)谙渥又?，到底處于一個(gè)什么狀態(tài)呢？無(wú)人可以給出一個(gè)準(zhǔn)確的答案。

在日常生活中，我們非常清楚，那只貓會(huì)非死即活，然而在未打開(kāi)箱子之前，我們并不能預(yù)測(cè)它是處于什么狀態(tài)。這時(shí)我們也只能用幾率來(lái)說(shuō)明它可能處于某個(gè)狀態(tài)，這就是很讓人費(fèi)解，我們不禁會(huì)這樣想：真的會(huì)有半死半活的貓嗎？讓我們回到量子力學(xué)的角度去剖析這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)量子力學(xué)薛定諤方程，箱內(nèi)的兩個(gè)系統(tǒng)處于兩種波函數(shù)疊加的狀態(tài)，一種是“活貓”的狀態(tài)、另一種是“死貓”的狀態(tài)，這兩種狀態(tài)都是真實(shí)存在的。但是是一個(gè)又活又死的貓，究竟是什么意思呢？想必也只有那只關(guān)在箱子里貓它自己知道它是死還是活吧。

傳統(tǒng)的哥本哈根解釋是從一個(gè)不同的角度來(lái)看這些概率。它說(shuō)，從效果上看，這兩個(gè)波函數(shù)都同樣的不真實(shí)。當(dāng)我們往箱子里觀看時(shí)，它們當(dāng)中中有一個(gè)固化為現(xiàn)實(shí)。我們可以注意到這種解釋的前提條件是箱子會(huì)打開(kāi)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的波函數(shù)會(huì)發(fā)生坍塌，然而你卻不能想象為在有人觀察之前，屋子里有一只死貓，或者僅僅是一只活貓。因此，如何定義一個(gè)“有意識(shí)”的觀察者呢？要選擇已經(jīng)毒死或還活著的貓嗎？我們又如何知道那只貓的死活呢？在量子概率性與我們所認(rèn)為真實(shí)性之間的分界線又在何處呢？從量子角度出發(fā)電子設(shè)備是由原子和分子構(gòu)成的，所以檢測(cè)器不能使波函數(shù)坍塌；但是貓或者人也是由分子和原子構(gòu)成的，那么我們?yōu)槭裁茨苣兀课覀儾唤麜?huì)問(wèn)一個(gè)系統(tǒng)成為“真實(shí)的”能夠使波函數(shù)發(fā)生坍塌之前應(yīng)該包含多少分子呢？

埃弗雷特的解釋接受了整個(gè)量子方面的表面價(jià)值，接受了兩個(gè)波函數(shù)的事實(shí)，但它們位于不同的兩個(gè)世界中，也就是說(shuō)，如果一個(gè)量子體系處于n個(gè)量子態(tài)的迭加，該宇宙就會(huì)分裂成n個(gè)相同的宇宙。這個(gè)詮釋的優(yōu)點(diǎn)是：薛定諤方程始終成立，波函數(shù)從不坍縮，由此它簡(jiǎn)化了基本理論。它的問(wèn)題是：設(shè)想過(guò)于離奇，付出的代價(jià)是這些平行的世界全都是同樣真實(shí)的。然而多宇宙論也是受到質(zhì)疑的，假設(shè)每發(fā)生一次測(cè)量，宇宙就會(huì)分裂一次，但是什么是一次測(cè)量呢？我們?cè)鯓訉?duì)宇宙進(jìn)行測(cè)量呢?而且多宇宙論也是不能被檢測(cè)的，我們意識(shí)在某一時(shí)刻局限于一個(gè)宇宙，怎么能證實(shí)或否定其它宇宙的存在呢？而多世界理論是目前無(wú)法證實(shí)、但也無(wú)法證偽的理論，自這個(gè)理論被提出以來(lái)，就爭(zhēng)論不休，直到現(xiàn)在也沒(méi)有誰(shuí)能更好的詮釋多宇宙的存在。

20世紀(jì)最偉大的兩位量子力學(xué)思想家，約翰·馮·諾依曼和尤金·魏格納也對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了大量的思考，他們認(rèn)為觀察者的意識(shí)在波函數(shù)的坍縮中起著關(guān)鍵作用，聽(tīng)起來(lái)就像精神支配物質(zhì)的思想一樣，馮·諾依曼設(shè)計(jì)了一個(gè)無(wú)止境的測(cè)量裝置鏈，每一個(gè)裝置都觀察著前一個(gè)裝置，但是沒(méi)有一個(gè)測(cè)量裝置帶來(lái)波函數(shù)的“縮編”，只有測(cè)量結(jié)果進(jìn)入某人意識(shí)之中時(shí)，量子邊緣態(tài)才會(huì)實(shí)現(xiàn)坍縮，因此僅用一些記錄裝置來(lái)裝備實(shí)驗(yàn)室是不夠的，除非有意識(shí)的人在那個(gè)箱子里觀察現(xiàn)象。如果讓“魏格納的朋友”也在那個(gè)箱子里，觀察貓所處的狀態(tài)會(huì)怎樣？我們可以問(wèn)他原子是否衰變了？貓是否還活著？可是誰(shuí)又忍心讓自己的朋友去冒那個(gè)險(xiǎn)呢？假若原子真的衰變了，貓也死了，可是同樣在箱子里的人會(huì)怎樣，我們都可想而知了，如果實(shí)驗(yàn)真的可以這樣做的話(huà)，誰(shuí)又肯去做那個(gè)“替罪羊”呢？所以薛定諤貓實(shí)驗(yàn)依然是一個(gè)假想實(shí)驗(yàn)，如果是世界上唯一的非量子力學(xué)部分都是靠意識(shí)產(chǎn)生的，那么為什么不同的觀察者對(duì)觀察到的物理世界看法一致呢？又讓我們想到了，愛(ài)因斯坦的疑問(wèn)，在我們不去看月亮的時(shí)候，月亮是否會(huì)存在呢？

我們不禁疑惑“不就是一只假想的貓嗎？我們需要這樣的錙銖必較嗎？”這也許就是我們與科學(xué)家的不同了，針對(duì)一個(gè)困惑我們的問(wèn)題，我們可能會(huì)選擇“敬而遠(yuǎn)之”，然而科學(xué)家們則會(huì)究其因果。我們對(duì)于這個(gè)問(wèn)題也許就把它當(dāng)做了一個(gè)沒(méi)有答案的謎語(yǔ)，而那些作為科學(xué)事業(yè)的探索者們卻潛心挖掘歸根溯源的謎底。他們稱(chēng)，薛定諤的貓不僅僅具有理論研究的意義，而且也具有應(yīng)用的潛能，例如，多粒子的薛定諤貓態(tài)系統(tǒng)可以作為未來(lái)高容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)核心部分，也可以用來(lái)制造靈敏的傳感器。同時(shí)薛定諤貓的研究對(duì)于哲學(xué)領(lǐng)域也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，有人認(rèn)為自我意識(shí)可能與更微觀的量子力學(xué)規(guī)律有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系？還有人提出思維中的頓悟，會(huì)不會(huì)與不確定的態(tài)疊加有關(guān)呢？在生命的長(zhǎng)河中,起源、變異、衰老等等這些內(nèi)部的奧秘會(huì)不會(huì)也受著量子力學(xué)微觀世界的影響呢？

參考文獻(xiàn)：

[1]愛(ài)因斯坦的靈魂——量子糾纏之謎 郭光燦、高山/著 北京理工大學(xué)出版社

[2]物理之謎 楊宗書(shū) 文匯出版社

[3]尋找薛定諤的貓 [英] 約翰·R·格利賓/著 張廣才、許愛(ài)國(guó)等譯 海南出版社

[4]量子力學(xué)的世界 （日）片山泰久 /著 遼寧人民出版社

[5]原子中的幽靈 [英]戴維斯 布朗合編 易心結(jié)譯 洪定國(guó)校 湖南科學(xué)技術(shù)出版社

第7篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

[關(guān)鍵詞]：計(jì)算科學(xué)　計(jì)算工具　圖靈模型　量子計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：TP301

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1003-8809(2010)-09-0004-01

1、“摩爾定律”與“計(jì)算的極限”

人類(lèi)是否可以將電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度永無(wú)止境地提升?傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高有沒(méi)有極限?對(duì)此問(wèn)題，學(xué)者們?cè)谶M(jìn)行嚴(yán)密論證后給出了否定的答案。如果電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力無(wú)限提高，最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計(jì)算的結(jié)果――造成熵的降低，這種向低熵方向無(wú)限發(fā)展的運(yùn)動(dòng)被哲學(xué)界認(rèn)為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學(xué)家認(rèn)為到21世紀(jì)30年代，芯片內(nèi)導(dǎo)線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米)，此時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律――牛頓力學(xué)沿導(dǎo)線運(yùn)行，而是按照量子力學(xué)的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致芯片無(wú)法正常工作；同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后，晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)。

哲學(xué)家和科學(xué)家對(duì)此問(wèn)題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說(shuō)，電子計(jì)算機(jī)計(jì)算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在21世紀(jì)前30年內(nèi)終止。著名科學(xué)家，哈佛大學(xué)終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出：“科學(xué)代表著一個(gè)時(shí)代最為大膽的猜想(形而上學(xué))。它純粹是人為的。但我們相信，通過(guò)追尋“夢(mèng)想―發(fā)現(xiàn)―解釋―夢(mèng)想”的不斷循環(huán)，我們可以開(kāi)拓一個(gè)個(gè)新領(lǐng)域，世界最終會(huì)變得越來(lái)越清晰，我們最終會(huì)了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的。”[論/文/網(wǎng)LunWenNe#Com]

2、量子計(jì)算系統(tǒng)

量子計(jì)算最初思想的提出可以追溯到20世紀(jì)80年代。物理學(xué)家費(fèi)曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)模擬量子力學(xué)對(duì)象的行為。他遇到一個(gè)問(wèn)題：量子力學(xué)系統(tǒng)的行為通常是難以理解同時(shí)也是難以求解的。以光的干涉現(xiàn)象為例，在干涉過(guò)程中，相互作用的光子每增加一個(gè)，有可能發(fā)生的情況就會(huì)多出一倍，也就是問(wèn)題的規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增加。模擬這樣的實(shí)驗(yàn)所需的計(jì)算量實(shí)在太大了，不過(guò)，在費(fèi)曼眼里，這卻恰恰提供一個(gè)契機(jī)。因?yàn)榱硪环矫?，量子力學(xué)系統(tǒng)的行為也具有良好的可預(yù)測(cè)性：在干涉實(shí)驗(yàn)中，只要給定初始條件，就可以推測(cè)出屏幕上影子的形狀。費(fèi)曼推斷認(rèn)為如果算出干涉實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象需要大量的計(jì)算，那么搭建這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量其結(jié)果，就恰好相當(dāng)于完成了一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算。因此，只要在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，允許它在真實(shí)的量子力學(xué)對(duì)象上完成實(shí)驗(yàn)，并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果整合到計(jì)算中去，就可以獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。

在費(fèi)曼設(shè)想的啟發(fā)下，1985年英國(guó)牛津大學(xué)教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學(xué)定律推導(dǎo)出一種超越傳統(tǒng)的計(jì)算概念的方法即推導(dǎo)出更強(qiáng)的丘奇――圖靈論題。費(fèi)曼指出使用量子計(jì)算機(jī)時(shí)，不需要考慮計(jì)算是如何實(shí)現(xiàn)的，即把計(jì)算看作由“神諭”來(lái)實(shí)現(xiàn)的：這類(lèi)計(jì)算在量子計(jì)算中被稱(chēng)為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明：量子計(jì)算在一些特定的計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)確實(shí)比傳統(tǒng)計(jì)算更強(qiáng)，例如，現(xiàn)代信息安全技術(shù)的安全性在很大程度上依賴(lài)于把一個(gè)大整數(shù)(如1024位的十進(jìn)制數(shù))分解為兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積的難度。這個(gè)問(wèn)題是一個(gè)典型的“困難問(wèn)題”，困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)上還沒(méi)有找到一種有效的辦法將這種計(jì)算快速地進(jìn)行。目前，就是將全世界的所有大大小小的電子計(jì)算機(jī)全部利用起來(lái)來(lái)計(jì)算上面的這個(gè)1024位整數(shù)的質(zhì)因子分解問(wèn)題，大約需要28萬(wàn)年，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人類(lèi)所能夠等待的時(shí)間。而且，分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級(jí)增大，也就是說(shuō)如果要分解2046位的整數(shù)，所需要的時(shí)間已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，我們只需要大約40分鐘的時(shí)間就可以分解1024位的整數(shù)了。

3、量子計(jì)算中的神諭

人類(lèi)的計(jì)算工具，從木棍、石頭到算盤(pán)，經(jīng)過(guò)電子管計(jì)算機(jī)，晶體管計(jì)算機(jī)，到現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)，再到量子計(jì)算。筆者發(fā)現(xiàn)這其中的過(guò)程讓人思考：首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進(jìn)行計(jì)算，隨后，人們發(fā)明了算盤(pán)，來(lái)幫助人們進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動(dòng)“算珠”，機(jī)器也可以用來(lái)搬動(dòng)“算珠”，而且效率更高，速度更快。隨后，人們用繼電器替代了純機(jī)械，最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進(jìn)計(jì)算工具的同時(shí)，數(shù)學(xué)家們開(kāi)始對(duì)計(jì)算的本質(zhì)展開(kāi)了研究，圖靈機(jī)模型告訴了人們答案。

量子計(jì)算的出現(xiàn)，則徹底打破了這種認(rèn)識(shí)與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對(duì)量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)的在現(xiàn)實(shí)世界的不可計(jì)算性。試圖利用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)代替一系列復(fù)雜的大量運(yùn)算?？梢哉f(shuō)，這是一種革命性的思考與解決問(wèn)題的方式。

因?yàn)樵诖酥埃杏?jì)算均是模擬一個(gè)快速的“算盤(pán)”，即使是最先進(jìn)的電子計(jì)算機(jī)的CPU內(nèi)部，64位的寄存器(register)，也是等價(jià)于一個(gè)有著64根軸的二進(jìn)制算盤(pán)。量子計(jì)算則完全不同，對(duì)于量子計(jì)算的核心部件，類(lèi)似于古代希臘中的“神諭”，沒(méi)有人弄清楚神諭內(nèi)部的機(jī)理，卻對(duì)“神諭”內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)果深信不疑。人們可以把它當(dāng)作一個(gè)黑盒子，人們通過(guò)輸入，可以得到輸出，但是對(duì)于黑盒子內(nèi)部發(fā)生了什么和為什么這樣發(fā)生確并不知道。

4、“神諭”的挑戰(zhàn)與人類(lèi)自身的回應(yīng)人類(lèi)的思考能力

隨著計(jì)算工具的不斷進(jìn)化而不斷加強(qiáng)。電子計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加強(qiáng)了人類(lèi)整體的科研能力，那么，量子計(jì)算系統(tǒng)的產(chǎn)生，會(huì)給人類(lèi)整體帶來(lái)更加強(qiáng)大的科研能力和思考能力，并最終解決困擾當(dāng)今時(shí)代的量子“神諭”。不僅如此，量子計(jì)算系統(tǒng)會(huì)更加深刻的揭示計(jì)算的本質(zhì)，把人類(lèi)對(duì)計(jì)算本質(zhì)的認(rèn)識(shí)從牛頓世界中擴(kuò)充到量子世界中。

如果觀察歷史，會(huì)發(fā)現(xiàn)人類(lèi)文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構(gòu)成了我們理解世界的“公理”，人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大，隨著該系統(tǒng)的不斷增大，人們認(rèn)清并解決了許多問(wèn)題。人類(lèi)的認(rèn)識(shí)模式似乎符合下面的規(guī)律：

第8篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

2000多年前的物理學(xué)，中國(guó)、古希臘都有研究，但是真正意義上的精確科學(xué)，也就是說(shuō)用數(shù)學(xué)、微積分這樣的精確科學(xué)，實(shí)際上是在中世紀(jì)即在15世紀(jì)16世紀(jì)的時(shí)候，也就是牛頓、伽利略的時(shí)代，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)精確科學(xué)的先河，此后物理學(xué)得到了很大發(fā)展，后來(lái)的熱學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)、連續(xù)介質(zhì)動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題也在十七、十八、十九三個(gè)世紀(jì)取得了很大發(fā)展?，F(xiàn)在就從牛頓、伽利略時(shí)代起談?wù)勎锢韺W(xué)的發(fā)展與人類(lèi)的文明進(jìn)步的關(guān)系。

一、工業(yè)革命前的人類(lèi)文明

工業(yè)革命前的物理學(xué)雖然在漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中不斷發(fā)展，但是并沒(méi)有給人類(lèi)帶來(lái)生產(chǎn)力上的巨大改變，人類(lèi)還處于刀耕火種的農(nóng)業(yè)時(shí)代，那是的生產(chǎn)力很低下，人們的生活水平上千年來(lái)沒(méi)有真正的突破。

二、人類(lèi)的機(jī)械化時(shí)代

牛頓力學(xué)的建立和熱力學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了第一次工業(yè)革命

1665年夏，年僅23的牛頓因英國(guó)爆發(fā)瘟疫而避居鄉(xiāng)下，他一生最重要的成果，幾乎所有的重要數(shù)學(xué)物理思想多誕生與不這個(gè)時(shí)期。在他45歲時(shí)，劃時(shí)代的偉大巨著《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》出版，奠定了整個(gè)經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)，并對(duì)其他自然科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了不可磨滅的推動(dòng)和影響。

三、人類(lèi)的電氣化時(shí)代

經(jīng)典電磁學(xué)是研究宏觀電磁現(xiàn)象和客觀物體的電磁性質(zhì)。人們很早就接觸到電和磁的現(xiàn)象，并知道磁棒有南北兩極。在18世紀(jì)，發(fā)現(xiàn)電荷有兩種：正電荷和負(fù)電荷。不論是電荷還是磁極都是同性相斥，異性相吸，作用力的方向在電荷之間或磁極之間的連接線上，力的大小和它們之間的距離的平方成反比。在這兩點(diǎn)上和萬(wàn)有引力很相似。18世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)電荷能夠流動(dòng)，這就是電流。但長(zhǎng)期沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電和磁之間的聯(lián)系。

19世紀(jì)前期，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使小磁針偏轉(zhuǎn)。而后安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向，以及磁針到通過(guò)電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直。不久之后，法拉第又發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁棒插入導(dǎo)線圈時(shí)，導(dǎo)線圈中就產(chǎn)生電流。這些實(shí)驗(yàn)表明，在電和磁之間存在著密切的聯(lián)系。法拉第用過(guò)的線圈

電和磁之間的聯(lián)系被發(fā)現(xiàn)后，人們認(rèn)識(shí)到電磁力的性質(zhì)在一些方面同萬(wàn)有引力相似。為此法拉第引進(jìn)了力線的概念，認(rèn)為電流產(chǎn)生圍繞著導(dǎo)線的磁力線，電荷向各個(gè)方向產(chǎn)生電力線，并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了電磁場(chǎng)的概念。

19世紀(jì)下半葉，麥克斯韋總結(jié)宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，并引進(jìn)位移電流的概念。這個(gè)概念的核心思想是：變化著的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)；變化著的磁場(chǎng)也能產(chǎn)生電場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上他提出了一組偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律。這套方程稱(chēng)為麥克斯韋方程組，磁學(xué)的基本方程。麥克斯韋的電磁理論預(yù)言了電磁波的存在，其傳播速度等于光速。于是人們認(rèn)識(shí)到麥克斯韋的電磁理論正確地反映了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，肯定了光也是一種電磁波。該理論實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)的第三次綜合，即電、磁、光的綜合。

四、人類(lèi)的高科技時(shí)代

人類(lèi)社會(huì)發(fā)展到今天，已進(jìn)入信息時(shí)代、核能時(shí)代、新材料時(shí)代和太空時(shí)代，也就是說(shuō)進(jìn)入了高科技時(shí)代。而這一切的基礎(chǔ)是20世紀(jì)物理學(xué)革命的產(chǎn)物――相對(duì)論和量子力學(xué)。

19世紀(jì)，經(jīng)典物理學(xué)的成就到達(dá)了頂峰?？墒?，世紀(jì)末的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)和黑體輻射實(shí)驗(yàn)形成了物理學(xué)萬(wàn)里晴空中的“兩朵烏云”；而電子、X射線和放射性等新發(fā)現(xiàn)，使經(jīng)典物理學(xué)遇到了極大的困難。有的物理學(xué)家呼喚：“我們?nèi)匀辉谄诖诙€(gè)牛頓?！毙枰奕说臅r(shí)代造就了巨人。這第二個(gè)牛頓便是愛(ài)因斯坦。

1905年，愛(ài)因斯坦以“同時(shí)”的相對(duì)性為突破口，提出了“光速不變?cè)怼焙臀锢硪?guī)律在慣性系中不變的“相對(duì)性原理”，導(dǎo)出了洛侖茲變換，從而驅(qū)散了第一朵“烏云”。這就是狹義相對(duì)論。在此基礎(chǔ)上，他又得到的質(zhì)能相當(dāng)?shù)耐普揈=mc2，預(yù)示了原子能利用的可能。

1913～1916年，愛(ài)因斯坦從引力場(chǎng)中一切物體具有相同的加速度得到啟發(fā)，提出了“加速參照系與引力場(chǎng)等效”和物理規(guī)律在非慣性系中不變的“相對(duì)性原理”，從而得到了引力場(chǎng)方程。這就是廣義相對(duì)論。他預(yù)言，光線從太陽(yáng)旁邊通邊時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲。1919年，英國(guó)天文學(xué)家愛(ài)丁頓以全日蝕觀測(cè)證實(shí)了這一預(yù)言，從而開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代天文學(xué)的新紀(jì)元。愛(ài)因斯坦也因此名噪全球。

1900年，普朗克為驅(qū)散第二朵“烏云”，提出了“能量子”假設(shè)，量子論誕生了。1905年，愛(ài)因斯坦在此基礎(chǔ)上提出“光量子”假說(shuō)，用光的波粒二象性成功地解釋了“光電效變”。同年，他把量子概念用點(diǎn)陣振動(dòng)來(lái)解釋固體比熱。1912年，愛(ài)因斯坦又由量子概念提出了光化學(xué)當(dāng)量定律。1916年，他由玻爾的原子理論提出了自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射的概念，孕育了激光技術(shù)。此后，對(duì)量子力學(xué)的建立作出重要貢獻(xiàn)的著名物理學(xué)家還有：1923年提出實(shí)物粒子也具有波粒二象性的德布羅意，1925年建立量子力學(xué)的矩陣力學(xué)體系的玻恩和海森伯等，1926年建立量子力學(xué)的波動(dòng)方程的薛定諤。同年，玻恩給出了波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋?zhuān)Ｉ岢龇从澄⒂^世界特性的“不確定度關(guān)系”。量子力學(xué)揭示了微觀世界的基本規(guī)律，為原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。它是20世紀(jì)物理學(xué)革命的。

第9篇：量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)范文

作者：[英]布萊恩?考克斯 /

安德魯?科恩

譯者：李劍龍 / 葉泉志

考克斯教授在英國(guó)曼徹斯特大學(xué)研究粒子物理學(xué)，曾是一名頗有名氣的搖滾樂(lè)隊(duì)鍵盤(pán)手。本書(shū)由BBC同名紀(jì)錄片改編，當(dāng)書(shū)里提到一種物理現(xiàn)象時(shí)，它總是會(huì)先帶你去領(lǐng)略地球上的一處瑰麗的奇觀，比如地?zé)峁鹊拈g歇泉、東非大草原或者納米布沙漠。在你贊嘆不已時(shí)，作者把話(huà)題一轉(zhuǎn)，告訴你這些景色背后的物理規(guī)律，跟宇宙的起源和命運(yùn)息息相關(guān)。宇宙深處那些看不見(jiàn)摸不著的深?yuàn)W道理，從來(lái)沒(méi)有用如此壯美如此引人入勝的方式展現(xiàn)過(guò)。

《隱藏的現(xiàn)實(shí)》

作者：[美]B.格林

譯者：李劍龍 / 權(quán)偉龍 / 田苗

本文作者是哥倫比亞大學(xué)的物理教授，一位資深的超弦理論研究者，也是PBS一系列科學(xué)紀(jì)錄片的明星主持人。這本書(shū)系統(tǒng)地講解了9種科學(xué)上可能成立的“平行宇宙理論”，讓你深刻體會(huì)到理論物理學(xué)家那種“我就喜歡你看不慣平行宇宙又不得不和我一起求證它的樣子”的N瑟?jiǎng)艃?。平行宇宙的理論大都已?jīng)觸及人類(lèi)知識(shí)和未知的邊界，科幻作家愛(ài)死了這個(gè)概念，但讀過(guò)這本書(shū)后你不得不承認(rèn)，科學(xué)理論本身就是一件非?？苹玫氖虑?。

《巫師、外星人和星艦》

作者：[美]查爾斯?阿德勒

譯者：雒城

科幻作家動(dòng)動(dòng)嘴，工程技術(shù)跑斷腿。這本書(shū)講的就是一位物理學(xué)家如何從工程技術(shù)的角度解構(gòu)《哈利?波特》、飛行車(chē)的能耗、太空殖民地的生態(tài)與能源、太空電梯的工程可行性、太陽(yáng)系外存在生命的可能等科幻問(wèn)題?；艚鹪f(shuō)，如果他的書(shū)中每加入一個(gè)公式，讀者就會(huì)減少一半兒。而這本有著花哨題目的科普書(shū)，恰恰存在大量的物理公式。不用擔(dān)心，即使跳過(guò)那些公式，你也完全能理解作者想要表達(dá)的物理知識(shí)。只不過(guò)，用任何自然語(yǔ)言描述物理規(guī)律都是霧里看花，不如公式表達(dá)的清晰。放心，所有公式都在中學(xué)物理的范圍內(nèi)。

《那些古怪又讓人憂(yōu)心的問(wèn)題》

作者：[美]蘭道爾?門(mén)羅

譯者：朱君璽

所有的科幻都始于一個(gè)假設(shè)性的提問(wèn)：“如果這樣，那么會(huì)怎樣（What if）？”作者門(mén)羅是前NASA的程序員兼機(jī)器人專(zhuān)家，擁有物理學(xué)博士學(xué)位，從小生活在一個(gè)工程師的家庭。不同的學(xué)科經(jīng)歷加上自己的漫畫(huà)天賦，使得他特別擅長(zhǎng)提出并解釋那些一般人想都不敢想、想也想不出答案的極端問(wèn)題。比如，全地球的人站在同一個(gè)地方一起跳一下，會(huì)怎樣？用多少激光筆可以把月亮照亮？以0.9倍光速將棒球丟出去，會(huì)發(fā)生什么？看完這本書(shū)之后，你很難克制想親自做實(shí)驗(yàn)一試的沖動(dòng)――前提是你真的搞得到那些稀奇古怪的設(shè)備。

《上帝擲骰子嗎――量子物理史話(huà)》

作者：曹天元

垡蛩固褂肓孔恿ρР斗半生，到死也不肯接受這一套“怪異”的理論，然而今天的我們時(shí)時(shí)刻刻都在應(yīng)用甚至依賴(lài)量子力學(xué)的成果（不然你離開(kāi)電腦或手機(jī)試試？）。然而即使是重點(diǎn)大學(xué)物理系的高年級(jí)學(xué)生都會(huì)懾于它的艱澀難懂，發(fā)出“量子力學(xué)量力學(xué)”的哀號(hào)，至于普通讀者嘛……而《上帝擲骰子嗎？》正是這樣一本“小白救星”――它把量子力學(xué)的發(fā)展歷程講得如偵探小說(shuō)一樣動(dòng)人心魄，并將大量難以理解的抽象概念化作生活中的常見(jiàn)事物。就算讀完本書(shū)你對(duì)量子力學(xué)依然似懂非懂（大概率事件），也一定會(huì)對(duì)物理學(xué)家們?nèi)绾握J(rèn)識(shí)和理解世界的方式留下非常深刻的印象。

《電子，電子！誰(shuí)來(lái)拯救摩爾定律？》