量子力學(xué)的性質(zhì)精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

乍看,題目好象哲學(xué)的。不屑哲學(xué),只談物理。

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

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

1.1 關(guān)于“量子化”根源問題。

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

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

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

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

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

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

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

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

文獻 [1] 在建立對易關(guān)系:

pq -qp = (?/i)E ――――――――― (1)

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

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

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

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

(h2/2m)2Ψ + (E-V)Ψ = 0 ――――― (2)

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

1.3 量子力學(xué)詭辯倫理

1.3.1 關(guān)于理論基礎(chǔ)詭辯

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

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

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

如果需要,量子力學(xué)(文獻 [1])首先拿出:

2πa=n ―――――――――――――― (3)

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

1.3.3 關(guān)于“經(jīng)典”與“近代”狡辯

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

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

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

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

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

1.4 關(guān)于“符合”試驗問題

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

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

1.4.1 量子力學(xué)推廣(一)

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

試驗電離能 = 原子真實能級 ―――――――――― (4)

將該式推廣到多電子原子中顯然很省力氣,但這是嚴重錯誤。請看氦原子事實:

試驗(文獻[1])測得氦原子兩個電離能,這里分別用 E1,E2 表示為:

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

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

量子力學(xué)[1]認為這就是氦原子的兩個真實能級。

若用 E玻 表示類氫氦離子基態(tài)能玻爾理論值,則

E玻 = 54.42(ev) ――――――――――――― (7)

顯然下式成立:

E2 = E1+ E玻 ―――――――――――――― (8)

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

那么,實驗值 E2 即(8)式表示什么物理內(nèi)容呢?

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

1.4.2 據(jù)電離實驗本文結(jié)論

電離實驗結(jié)論一:氫原子及類氫氦離子玻爾理論值正確。

電離實驗結(jié)論二:目前電離能實驗值 ≠ 原子真實能級。

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

E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――― (9)

第2篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

（一）經(jīng)典物理中的粒子與波

在經(jīng)典物理中，一般認為波和粒子存在著巨大的差別，那么這兩者之間的不同之處到底在什么地方呢？

在經(jīng)典物理中，一般認為粒子是在空間中獨立離散的存在的物質(zhì)，并且具有一定大小和質(zhì)量，比如電子的質(zhì)量為9.10938215（45）×10-31千克，雖然很小，但是我們可以通過實驗間接地測量出來。此外，當(dāng)粒子在某一方向上受到力的作用時，該粒子的速度大小會發(fā)生改變，也就是說，力在此時起到了阻礙或者加速運動的作用，改變了粒子的運動狀態(tài)。而當(dāng)兩個粒子碰撞時，會產(chǎn)生動量的交換，若是在非彈性碰撞的條件下，還會有動能的損失。

與粒子不同，波是振動的傳播，一般分為兩種，一種是要依靠介質(zhì)而存在的機械波，另一種為不需要介質(zhì)也可以存在的電磁波，兩者都無法在空間中占據(jù)一定的體積，因此也沒有質(zhì)量這個概念。由于波是一直運動著的，因此無法相對于某一參考系保持相對靜止?fàn)顟B(tài)，雖然波一直在保持運動，但是其運動狀態(tài)又與粒子的運動存在著非常大的不同。

（二）量子力學(xué)中的波粒二象性

通過上節(jié)的描述和對比，我們發(fā)現(xiàn)波和粒子無論在存在形式還是運動狀態(tài)上，都存在著明顯的不同，這也就是說在經(jīng)典力學(xué)中，波和粒子是完全不同的兩個物理現(xiàn)象。接下來我們再來討論一下在量子力學(xué)中，波粒二象性在哪些方面體現(xiàn)了粒子的特征，在哪些方面又體現(xiàn)了波的特征。

在量子力學(xué)中，我們認為一切可承載能量的載體都是粒子，比如說在經(jīng)典物理范圍內(nèi)的粒子，以及在量子力學(xué)中才體現(xiàn)出粒子性來的光子，此時的粒子，已不再要求其必須具有一定的體積和質(zhì)量。

由于沒有絕對的靜止，所以根據(jù)德布羅意的假設(shè)“實物粒子也具有波動性”可以推知，一切的粒子都存在著波動，從而經(jīng)典物理中相對靜止的觀念不得不被放棄。在量子力學(xué)中，一切的粒子的行為具有了波長，頻率，但是此時的動量與能量的表達式為

其中為普朗克常量，這是在經(jīng)典物理中，無論波還是粒子從未存在過的，因為這兩個公式將粒子運動獨有而波動沒有的動量，波動獨有的而粒子運動所沒有的頻率和波長統(tǒng)一了起來。由式子（3）可以看到，由于在經(jīng)典物理一般處理的是動量比較大的物質(zhì)，而普朗克常量又是一個很小的數(shù)值，因此其波動性沒能體現(xiàn)出來。雖然粒子運動時具有了波的行為，會產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，比如勞厄衍射光柵實驗以及戴維遜和湯姆遜利用晶體所做的電子束衍射實驗所驗證的那樣，但是，在受到力或者與其他粒子相互作用時，粒子依然保持著經(jīng)典物理中粒子的特點，其運動狀態(tài)（比如說動量和能量）依然會發(fā)生改變，比如在康普頓實驗中我們知道，經(jīng)過石墨散射后的X射線的波長會變長，能量相應(yīng)的也會發(fā)生變化，這就使我們不得不放棄經(jīng)典物理中波的傳播速度和頻率不會改變的法則。

通過以上討論，我們發(fā)現(xiàn)波粒二象性既沒有完全采用粒子的全部性質(zhì)，也沒有全部采用波的全部性質(zhì)，在存在形式上保留了粒子離散性的特點，在運動形式上保留了波動的特點，但是在受力或者與其他粒子相互作用時又保留了粒子的特點。除了在兩個經(jīng)典物理概念中各自繼承的概念外，還通過公式（3）、（4）等概念，擴展了我們對物理學(xué)的認識，公式（3），（4）也是量子力學(xué)超越經(jīng)典物理，并將粒子性質(zhì)與波動性質(zhì)統(tǒng)一起來的關(guān)鍵點。

第3篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

量子力學(xué)完美地解釋了在各種尺度之下物質(zhì)的行為，在所有物質(zhì)科學(xué)中是最成功的理論，但也是最詭異的理論。

在量子領(lǐng)域里，粒子似乎可以同時出現(xiàn)在兩個地方，信息傳遞速度可以比光速快，而貓可以同時既是死的又是活的！物理學(xué)家已經(jīng)對這些量子世界中吊詭的事情困惑了90年，但他們現(xiàn)在還是一籌莫展。當(dāng)演化論和宇宙論已經(jīng)成為一般知識時，量子理論仍然讓人認為是奇特的異常事物；盡管在設(shè)計電子產(chǎn)品時，它是很棒的操作手冊，此外就沒什么用處了。由于人們對于量子理論的意義有著深度混淆，便繼續(xù)加深一種印象：量子理論想急切傳達的深奧道理，與日常生活無關(guān)，而且因為過于怪異，以至于一點也不重要。

在2001年，有個研究團隊開始發(fā)展一種模型，或許可以去除量子物理的吊詭之處，至少也會讓這些吊詭不那么令人不安。這個模型被稱為量子貝氏主義，它重新思考波函數(shù)的意義。

在正統(tǒng)量子理論中，一個物體（例如電子）可用波函數(shù)來表示，也就是說波函數(shù)是一種用來描述物體性質(zhì)的數(shù)學(xué)式子。如果你想預(yù)測電子的行為，只需推導(dǎo)出它的波函數(shù)如何隨時間變化，計算的結(jié)果可以給你電子具有某種性質(zhì)（例如電子位于某處）的概率。但是如果物理學(xué)家進一步假設(shè)波函數(shù)是真實的事物，麻煩就來了。

量子貝氏主義結(jié)合了量子理論與概率理論，認為波函數(shù)不是客觀實在的事物；反之，它主張把波函數(shù)作為使用手冊，是觀察者對于周遭（量子）世界做出適當(dāng)判斷的數(shù)學(xué)工具。明確一點講，觀察者了解一件事：自己的行為與抉擇會無可避免地以無法預(yù)測的方式影響被觀測系統(tǒng)，因此用波函數(shù)來指明自己判斷量子系統(tǒng)具有某種特定性質(zhì)的概率大小。另一個觀察者也用波函數(shù)來描述他所看到的世界，對于同一量子系統(tǒng)而言，可能會得到完全不同的結(jié)論。觀察者的人數(shù)有多少，一個系統(tǒng)（一個事件）可能擁有不同的波函數(shù)就有多少。在觀察者相互溝通、并且修正了各自的波函數(shù)以涵蓋新得到的知識之后，一個有條理的世界觀就浮現(xiàn)了。

最近才轉(zhuǎn)而接受量子貝氏主義的美國康奈爾大學(xué)理論物理學(xué)家摩明這么說：“在此觀點之下，波函數(shù)或許是‘我們所發(fā)現(xiàn)最有威力的抽象概念’。”

波函數(shù)不是真實的事物，這種想法早在20世紀30年代就出現(xiàn)了，那時量子力學(xué)創(chuàng)建者之一的尼爾斯·波爾在其文章中已經(jīng)這么說。他認為量子理論僅僅是計算工具，即量子論只是“純符號性”的架構(gòu)而已，而波函數(shù)是工具的一部分。量子貝氏主義是第一個為波耳的主張找到數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的模型，它把量子理論與貝氏統(tǒng)計結(jié)合起來。貝氏統(tǒng)計是一門有200年歷史的統(tǒng)計學(xué)，這門學(xué)問把“概率”定義成某種類似“主觀信念”的事物。一旦新信息出現(xiàn)，我們的主觀信念也必須跟著更新。針對如何更新，貝氏統(tǒng)計定下了明確的數(shù)學(xué)規(guī)則。量子貝氏主義把波函數(shù)解釋成一種會依據(jù)貝氏統(tǒng)計規(guī)則來更新的主觀信念，如此一來，量子貝氏主義的鼓吹者相信神秘的量子力學(xué)吊詭就消失了。

以電子為例，每當(dāng)我們偵測到一個電子，就會發(fā)現(xiàn)它一定是位于某個位置；但是當(dāng)我們不去看它，則電子的波函數(shù)可能是散開的，代表了電子在某一時刻處于不同地方的可能性；如果我們再去看它，又會看到電子出現(xiàn)在某一個位置。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)說法，觀測促使波函數(shù)在一瞬間“崩陷”而集中于某一個位置之上。

空間各處的崩陷發(fā)生于同一時刻，這種情形似乎違背了“局域性原理”（即物體的任何改變一定是由其附近的另一物體所引起的），如此一來就會引發(fā)一些如愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”的困惑。

量子力學(xué)一誕生，物理學(xué)家就知道“波函數(shù)的崩陷”是這個理論深深困擾人的一項特點。這個令人不安的謎促使物理學(xué)家發(fā)展出各種量子力學(xué)的詮釋，但是都沒能完全成功。

然而量子貝氏主義說量子力學(xué)根本沒有任何詭異之處。波函數(shù)崩陷只是表示觀察者依據(jù)新信息，忽然且不連續(xù)地更新了他原先分配的概率，就好像醫(yī)生依據(jù)新的計算機斷層掃描結(jié)果，而修正了對癌癥病人病況的判斷。量子系統(tǒng)并沒有經(jīng)歷什么奇怪、不可解釋的變化，改變的是（觀察者選用的）波函數(shù)，波函數(shù)呈現(xiàn)的是觀察者個人的期待。

第4篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

關(guān)鍵詞：矩陣；等價標(biāo)準(zhǔn)型；量子力學(xué)；應(yīng)用

中圖分類號：O15文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1671―1580（2015）10―0150―02

一、引言

矩陣的等價標(biāo)準(zhǔn)型是矩陣論中的一種既特殊又重要的形式，它可以解決代數(shù)中的許多問題，例如利用矩陣的等價標(biāo)準(zhǔn)型來研究矩陣的一些性質(zhì)，廣義逆矩陣等等。本文是把量子力學(xué)和代數(shù)中的矩陣聯(lián)系起來，把矩陣的等價標(biāo)準(zhǔn)型應(yīng)用在物理學(xué)的量子力學(xué)中。

矩陣A和B是等價的，如果矩陣B可以由A經(jīng)過一系列初等變換得到，同樣也可以這樣表達：兩個n×m矩陣，A，B若存在m階可逆矩陣P，n階可逆矩陣Q，使得PAQ=B，則稱這兩個矩陣，A，B是等價的。

矩陣Ir0

00為A的等價標(biāo)準(zhǔn)形是這樣定義的：A是一個m×n矩陣，并且A的秩為r，則A等價于矩陣Ir0

00.

二、在物理中關(guān)于量子力學(xué)的應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)形矩陣在量子力學(xué)中的應(yīng)用，這是物理學(xué)中比較重要的一個應(yīng)用。

等價標(biāo)準(zhǔn)形在量子力學(xué)中主要應(yīng)用在線偏振器的表示和密度矩陣的求解中。

在力學(xué)中， 線偏振器是這樣定義的，由入射自然光得到偏振光的器件稱為線偏振器，當(dāng)透振沿X軸的方向時，瓊斯矩陣可以很容易得到為10

00， 根據(jù)上面的定義，我們可以知道它是等價標(biāo)準(zhǔn)形。當(dāng)入射光E連續(xù)通過兩個或兩個以上偏振器時，輸出光是它們的疊加，輸出的光可表示為E=MnMn-1…M1E.M1，M2…Mn 為依次通過的各偏振器的瓊斯矩陣，那么很容易看出偏正態(tài)變?yōu)楹唵蔚木仃囘\算，又回歸到數(shù)學(xué)的運算之中了。

例1設(shè)有一條偏線振光滿足振幅為A，并且振動方向是X軸，先通過一透振方向與X軸方向的偏振片，再通過一塊沿軸X方向45度方向放置的方解石λ4片，求出光偏正態(tài)和強度。

對于上式進行分析，不難得出輸出光的x，y分量偏振幅均為A2，這兩個振動相位差為π2，很容易看出，出射光和左旋圓偏正光的形式是一樣的，那么它就為左旋圓偏正光，I=（A2）為出射光的強度，入射光線的強度為π2.

例2 量子態(tài)|φ>相應(yīng)的密度矩陣的矩陣元Pn′n出現(xiàn)（不為0時），量子態(tài)|φ>必含有|n>和|n′>態(tài)，Pn′n的值與|n>和|n′>態(tài)在態(tài)|φ>中出現(xiàn)的幾率和相位都有關(guān)，如|φ>就是F的某一個本征態(tài)|k>，則Pn′n=|n|k>|k|n′>δnkδn′k=δnn′δn′k.它是一個對角矩陣，而且對角元中只有一個元素ρkk′不為0，且ρkk′=1，求電子自旋σx=±1的本征態(tài)在pauli表象（σZ表象）中的密度矩陣，進而求它在σx表象中的密度矩陣。

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[5]拜倫，富勒.物理中的數(shù)學(xué)方法（第二卷）[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[6]張禾瑞，郝新.線性代數(shù)[M].北京：人民教育出版社，2006.

第5篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

強、弱、電三種相互作用的標(biāo)準(zhǔn)模型的建立與精確檢驗是20世紀物理學(xué)最偉大的成就之一，它把基本粒子的強、弱、電三種相互作用的描述成功地統(tǒng)一起來，成為人類揭示最深層次物質(zhì)結(jié)構(gòu)的強有力的工具。但是，迄今一直未能把引力統(tǒng)一進來始終是極大憾事。究其原因在于引力的量子化帶來一系列長期困擾物理學(xué)界，至今仍難以解決的嚴重問題。積極探尋這些問題的解決辦法，近年來成為理論物理學(xué)家極為關(guān)注的熱點。本書正是作者為解決問題而孜孜不倦、努力奮斗的結(jié)果。在本書中作者認真地考查了這些研究活動所涉及的物理概念與哲學(xué)基礎(chǔ)，特別是評論了人們提出的各種建議與模型的前提和自洽性。

作者曾與L.Susskind合作寫過一本關(guān)于黑洞的書，介紹靜態(tài)幾何的量子物理與相對論以及視界物理的一些信息。然而作者最近研究表明對于一旦納入動力學(xué)描寫時，這些結(jié)果必須做一些定性的修改。本書是作為以前出版的那部書的進一步詳細的闡釋和擴充，但是也包含了一些新的材料，其中包括詳細考查在相對論框架內(nèi)納入量子力學(xué)的基本自洽性，包括了動力學(xué)空間相關(guān)幾何學(xué)，并擴展了前一本書寫作中涉及物理學(xué)基礎(chǔ)的一些討論，嘗試探討微觀物理學(xué)中可以與引力的微觀理論自洽的內(nèi)容。本書特別強調(diào)：在尋找最優(yōu)雅的物理現(xiàn)象的模型時人們必須記住：物理學(xué)是一門實驗科學(xué)。他希望以此激勵讀者對于新知識，特別是通過實驗探索物質(zhì)性質(zhì)的興趣。

全書內(nèi)容分成兩大部分，共包括9章。第一部分 伽利略相對論與狹義相對論，含第1-4章：1.經(jīng)典狹義相對論；2.量子力學(xué)、經(jīng)典力學(xué)和狹義相對論；3.粒子相互作用的微觀形式；4.量子力學(xué)中的群論。 第二部分 廣義相對論，含第5-9章：5.廣義相對論基礎(chǔ)； 6.彎曲時空背景中的量子力學(xué)；7.視界與陷俘區(qū)的物理學(xué)； 8.宇宙學(xué)； 9.相互作用系統(tǒng)的引力。

本書以物理系和自然哲學(xué)領(lǐng)域的大學(xué)生和研究生以及數(shù)學(xué)和粒子物理領(lǐng)域的研究人員為主要的讀者對象。對于物理模型以及與主流物理學(xué)自洽的實驗感興趣的理論物理與自然哲學(xué)家也是一部重要的參考書。但閱讀本書的讀者應(yīng)當(dāng)具有量子力學(xué)、廣義相對論、統(tǒng)計物理學(xué)和物理學(xué)基礎(chǔ)知識。

第6篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

對分析哲學(xué)沖擊巨大，對歐陸哲學(xué)沖擊不大。

在分析哲學(xué)那里，科學(xué)是解釋世界幾乎最為強大的武器，哲學(xué)研究必須和科學(xué)互補，而不是競爭。隨著量子力學(xué)的發(fā)展，哲學(xué)家不得不開始要么修正一些之前的哲學(xué)概念，要么思考如何把傳統(tǒng)的哲學(xué)概念與量子力學(xué)融貫。這些概念概括但不僅限于：本體，性質(zhì)，自由，因果，時空，概率，邏輯，觀察，認知，等等。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

第7篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

關(guān)鍵詞：對稱性；物理學(xué)；具體表現(xiàn)

隨著物理學(xué)的不斷發(fā)展，人們對自然界規(guī)律的認識也逐漸深入，一些原本看似無關(guān)緊要的東西卻日益變得舉足輕重起來，物理學(xué)中的對稱性便是其中之一。物理學(xué)從過去單純地將對稱性看作對物理現(xiàn)象的一種限制，轉(zhuǎn)向把它確立為物理定理的一塊基石。加利福尼亞大學(xué)教授阿?熱在《可怕的對稱》一書中指出“沒有對稱性思想的引導(dǎo)，當(dāng)代物理學(xué)家將無法工作”。諾貝爾物理學(xué)獎得主李政道教授指出：“藝術(shù)和科學(xué)，都是對稱和不對稱的巧妙組合?！笨梢?，對稱在物理學(xué)中扮演著非常重要的角色。本文試圖對物理學(xué)的一些科目中的對稱性思想進行一番分析，以引起大家對對稱性的重視。

一、關(guān)于對稱性

（一）對稱與對稱破缺

日常生活中大家可以看到許多對稱的例子，例如，人體和許多特定的生物體形態(tài)，以及自然界中的礦物晶體，雪花的形狀等。大家還可以注意到許多建筑和美術(shù)設(shè)計的圖案也都具有對稱性。之所以有如此多的對稱的例子，那是因為人們認為對稱是一種美。

但仔細看來，人們并不滿足于絕對意義上的對稱，總是在整體的對稱中設(shè)置局部的不對稱，即對稱性被破壞了，物理學(xué)上稱這種情況為對稱破缺。

（二）對稱的分類

根據(jù)上述的對稱定義，不同的對稱操作對應(yīng)著不同的對稱性，如體系A(chǔ)經(jīng)空間平移后變?yōu)轶w系B，若A、B等價，則空間平移就是一種對稱操作；若體系A(chǔ)經(jīng)時間平移后變?yōu)轶w系B，若A、B等價，則時間平移就是一種對稱操作，等等。常見的對稱操作主要有：空間操作：轉(zhuǎn)動、平移、空間反演等；時間操作：時間平移、時間反演等；其它：置換、電荷共軛變換等。

當(dāng)然，操作的類型遠不止于此，這里列舉的僅是一些比較簡單的，其它的操作會在下面的論述中逐步指出。

（三）對稱性和守恒律

守恒量和守恒律是物理研究的一個重要內(nèi)容，守恒律常被看作是最基本的自然定律，它以確定的可靠性和極大的普遍性預(yù)言著哪些過程是允許的，哪些過程是禁戒的，它為物理學(xué)的研究指明了方向。

1918年德國女?dāng)?shù)學(xué)家尼約特發(fā)表了著名的將對稱性和守恒律聯(lián)系在一起的定理，即每一種自然界的對稱性都可得到一種守恒律。該定理揭示出了守恒律產(chǎn)生的原因，即守恒律是自然界的對稱性所導(dǎo)致的。根據(jù)法國物理學(xué)家皮埃爾?居里的對稱性原理，對稱的原因產(chǎn)生守恒的結(jié)果。若將自然界中的某一對稱性看作原因，則必有作為結(jié)果的一個守恒律。如：系統(tǒng)總機械能函數(shù)對空間坐標(biāo)系平移的對稱性導(dǎo)致了動量守恒定律。

二、對稱性在物理學(xué)中的具體表現(xiàn)：

將對稱應(yīng)用于物理學(xué)的研究對象不僅僅是圖形，還有物理量，物理定律等。下面我就物理學(xué)主要學(xué)科中所蘊含的對稱性思想試作淺述，希望能引起大家對對稱性的重視。

（一）力學(xué)

力學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，從牛頓到愛因斯坦，力學(xué)由絕對時空觀發(fā)展到了相對時空觀，相應(yīng)地也就有了經(jīng)典力學(xué)和相對論力學(xué)。

在經(jīng)典力學(xué)中，有許多相對性思想，伽利略變換便是一個典型。若將質(zhì)點系加速度視為一個物理量，伽利略變換視作一個操作，則經(jīng)伽利略變換后，加速度保持不變，故質(zhì)點加速度對伽利略變換的不變性可視為加速度對伽利略變換具有對稱性。牛頓第二定律F=ma對慣性系A(chǔ)成立，對慣性B亦成立，而慣性系A(chǔ)、B的變換滿足伽利略變換，故牛頓第二定律具有伽利略變換對稱性。而若將動量視為一個物理量，伽利略變換視為一個操作，由于從不同參考系中觀察到的動量不同，故動量不具有伽利略變換不變性，但動量守恒律由于對不同的慣性系均成立，故動量守恒定律對伽利略變換具有對稱性。

相對論力學(xué)本身就是愛因斯坦考慮對稱性的產(chǎn)物，近代物理學(xué)家十分重視物理美，即對稱、簡單、和諧等，他們認為支配自然界的規(guī)律應(yīng)該是簡單的、對稱的?；趯ΨQ性，愛因斯坦認為對描述一切物理過程，包括物置變動，電磁以及原子過程的規(guī)律，所有的慣性系都是等價的，只是不同的物理過程對應(yīng)著不同的操作而已，如力學(xué)規(guī)律關(guān)于伽利略變換對稱，而電磁規(guī)律關(guān)于洛倫茲變換對稱。

（二）光學(xué)

光學(xué)可以分為幾何光學(xué)和波動光學(xué)，在幾何光學(xué)中平面鏡所成像與物體關(guān)于鏡面對稱，這即所謂的鏡像對稱，它在物理學(xué)中有著重要的運用，如宇稱、電像法等。光速作為一個物理量，具有時空對稱性。不論昨天、今天，還是明天，不論是中國、美國，還是其他星球，光速在同一介質(zhì)中的速度都是恒定的，所以光速具有時空對稱性。

（三）粒子物理學(xué)

粒子物理學(xué)是一門新興學(xué)科，它主要研究基本粒子以及它們間相互作用的規(guī)律，在粒子物理學(xué)的研究中對稱性很重要，許多問題本身研究的就是對稱問題。

宇稱是粒子物理研究的一個重要概念，宇稱是一種函數(shù)的性質(zhì)，在物理學(xué)中也是函數(shù)所代表的物理狀態(tài)的性質(zhì)。對函數(shù)u=u（x），若u（-x）=u（x），則u（x）的宇稱是偶性的，若u（-x）=-u（x），則u（x）的宇稱是奇性的。物理學(xué)家把宇稱看作粒子的一種基本性質(zhì)，相當(dāng)于自旋電荷的質(zhì)量等。研究宇稱對我們掌握粒子的性質(zhì)，以及粒子的分類都有重要作用。宇稱守恒定律反映了粒子間相互作用的一種性質(zhì)，在已知的相互作用中，強相互作用和電磁相互作用中，宇稱守恒；而弱相互作用中，宇稱不守恒，這說明了弱相互作用有一種特殊性質(zhì)。

（四）量子力學(xué)

量子力學(xué)被認為是二十世紀的三大發(fā)現(xiàn)（量子力學(xué)，相對論，生物DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)）之一，它以全新的理論使人們重新審視自然規(guī)律。對稱性思想可指導(dǎo)我們對未知領(lǐng)域進行搜索，并據(jù)此提出合理假設(shè)，特別是量子力學(xué)所研究的微觀結(jié)構(gòu)，用實驗研究很不方便，所以很多時候可以先用理論進行研究，再用實驗驗證。物質(zhì)波粒二象性的發(fā)現(xiàn)正是遵循著這條規(guī)律，當(dāng)初德布羅意正是在對稱性的指導(dǎo)下，預(yù)言了物質(zhì)的波粒二象性。

通過上面的分析，大家可以看出，物理學(xué)的各個分支學(xué)科蘊含著豐富的對稱思想，研究對稱性對于我們掌握物理規(guī)律，探索或發(fā)現(xiàn)未知領(lǐng)域的新情況起著重要作用。從對稱性的角度出發(fā)分析和解決問題，是當(dāng)今在前沿工作的物理學(xué)家習(xí)慣采用的方法。因此，在基礎(chǔ)物理的教學(xué)中，適當(dāng)介紹一些在前沿工作的物理學(xué)家正在使用的概念、理論和方法，對于物理的學(xué)習(xí)是非常有必要的，而據(jù)我所知，許多教師和學(xué)生在物理學(xué)的教與學(xué)中，對此漠然視之，所以我撰寫此文，希望能夠引起大家對對稱性的重視。

參考文獻

第8篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

關(guān)鍵詞：應(yīng)用物理；課程體系；教學(xué)內(nèi)容；優(yōu)化整合

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）50-0040-02

一、前言

物理學(xué)的基本原理滲透在自然科學(xué)的各個領(lǐng)域，被稱為自然哲學(xué)，已成為相關(guān)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)和源泉。應(yīng)用物理專業(yè)是一個以物理學(xué)為基礎(chǔ)，以“應(yīng)用物理”為核心和特點，強調(diào)將物理學(xué)知識與實際應(yīng)用相結(jié)合的專業(yè)，以培養(yǎng)既有一定物理理論知識，又有一定實驗技能與工程技術(shù)的理工復(fù)合型人才為目標(biāo)的專業(yè)[1]?？墒悄壳霸S多高校的應(yīng)用物理專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)無法實現(xiàn)，其培養(yǎng)質(zhì)量令人堪憂，其中最迫切最重要的是應(yīng)該對應(yīng)用物理專業(yè)課程體系進行大力合理改革，對其傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化重整。

二、應(yīng)用物理專業(yè)課程體系改革和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化重整的必要性和緊迫性

2007年2月17日教育部下發(fā)了《教育部關(guān)于進一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》。其中強調(diào)要深化教學(xué)內(nèi)容改革，建立與經(jīng)濟社會發(fā)展相適應(yīng)的課程體系，要根據(jù)經(jīng)濟社會發(fā)展和科技進步的需要，及時更新教學(xué)內(nèi)容，將新知識、新理論和新技術(shù)充實到教學(xué)內(nèi)容中，為學(xué)生提供符合時代需要的課程體系和教學(xué)內(nèi)容。要采取各種措施，通過推進學(xué)分制、降低必修課比例、加選修課比例、減少課堂講授時數(shù)等，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間和空間，拓寬學(xué)生的知識面，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，促進學(xué)生個性發(fā)展。

目前的應(yīng)用物理課程體系仍然主要由普通物理課程（包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)）、理論物理課程（包括理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)）以及固體物理學(xué)構(gòu)成。應(yīng)用物理專業(yè)的學(xué)生經(jīng)過高中物理、普通物理和理論物理的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)許多課程內(nèi)容重復(fù)出現(xiàn)，以至于相當(dāng)一部分人認為沒有多大差別，只是所用數(shù)學(xué)工具不同罷了，“高中用，普物用d，理物用”，這充分反映了應(yīng)用物理專業(yè)主干課程體系和教學(xué)內(nèi)容存在的嚴重問題[2]。即當(dāng)今的應(yīng)用物理專業(yè)課程體系和教學(xué)內(nèi)容仍沒有跳出傳統(tǒng)物理學(xué)專業(yè)和物理教育專業(yè)的框架，課程體系僵化，過分強調(diào)“系統(tǒng)化”、“邏輯化”，傳統(tǒng)的基礎(chǔ)和理論物理課程內(nèi)容重復(fù)而陳舊、占用課時過多。沒有體現(xiàn)物理世界的發(fā)展性，現(xiàn)代性、統(tǒng)一性以及各學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系、相互交叉、相互滲透。普遍存在“重經(jīng)典、輕現(xiàn)代、重理論、輕應(yīng)用”的弊端，反映現(xiàn)代科學(xué)和高新技術(shù)發(fā)展成果的課程和教學(xué)內(nèi)容太少，應(yīng)用物理專業(yè)的“應(yīng)用”特色體現(xiàn)不明顯，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、理論和實際相結(jié)合的能力較差，無法實現(xiàn)應(yīng)用物理專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)[3，4]。

“知識爆炸”時代，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，其在經(jīng)濟發(fā)展進程中的作用越來越大，同時也產(chǎn)生了許多新興學(xué)科。教學(xué)內(nèi)容和課程體系是人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)模式的載體，是教育思想和教育觀念的直接體現(xiàn)，是提高人才培養(yǎng)效率和質(zhì)量的決定性因素[5]。因此培養(yǎng)應(yīng)用物理專業(yè)人才的教學(xué)內(nèi)容和課程體系理應(yīng)滿足新時期科技、經(jīng)濟飛速發(fā)展對人才培養(yǎng)的需求，所以改革現(xiàn)有課程體系，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效益已勢在必行，刻不容緩。

三、課程體系改革和教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化整合原則

課程體系的設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容的選取要符合教學(xué)規(guī)律，符合學(xué)生的認知規(guī)律，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由簡單到復(fù)雜，同時注意到自然界是普遍聯(lián)系的，不人為割裂自然科學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系，理論和原理是經(jīng)典的，但應(yīng)用要是現(xiàn)代的，按照“少而精”的原則，對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容實行量的精選、壓縮與質(zhì)的提高。對現(xiàn)有的普通物理（包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)）和理論物理（包括理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)）進行優(yōu)化整合，絕不搞簡單縮減，重新設(shè)置課程體系，并對課程開設(shè)順序和時間做出科學(xué)合理的安排，同時注入現(xiàn)代化的教學(xué)內(nèi)容，將近代物理和科技發(fā)展的最新成果納入新的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，及時反映科學(xué)技術(shù)研究的新成果，使學(xué)生及時了解學(xué)科發(fā)展前沿的新成就、新觀點、新動向。縮減傳統(tǒng)課程門數(shù)及學(xué)時數(shù)，以便增開其它應(yīng)用物理課程及學(xué)時數(shù)。

四、課程體系改革思路和優(yōu)化整合的教學(xué)內(nèi)容

1.力學(xué)和理論力學(xué)優(yōu)化整合成力學(xué)理論。如今許多應(yīng)用物理專業(yè)第一學(xué)期就開設(shè)普通物理課程力學(xué)，到第五或第六學(xué)期再開設(shè)理論力學(xué)，而理論力學(xué)前面相當(dāng)大一部分是和力學(xué)內(nèi)容重復(fù)的，如質(zhì)點運動學(xué)、質(zhì)點動力學(xué)、質(zhì)點組運動學(xué)、質(zhì)點組力學(xué)、剛體力學(xué)等內(nèi)容重復(fù)量大，這不僅降低了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的興趣，且浪費了很大一部分教學(xué)課時。同時力學(xué)課程要求采用微積分、矢量分析、微分方程等高等數(shù)學(xué)知識研究處理“變”的物理問題，這和學(xué)生剛開始接觸高等數(shù)學(xué)知識相矛盾，教師在授課時不得不降低要求講解，造成學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)理論性強的理論力學(xué)的難度增大，教學(xué)效果降低。因此打破原有力學(xué)和理論力學(xué)界限，將它們優(yōu)化重組成力學(xué)理論課程，刪除牛頓力學(xué)重復(fù)部分，去除相對論部分，將這部分移到電磁理論中講解，力學(xué)理論安排到大學(xué)第二學(xué)期開設(shè)，這時學(xué)生們的高等數(shù)學(xué)工具應(yīng)用較為熟練，已具備了處理“變”問題的科學(xué)思維方法和能力，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。精簡、優(yōu)化整合后的力學(xué)理論包括：質(zhì)點力學(xué)、剛體力學(xué)、非慣性系力學(xué)、振動與波、連續(xù)體力學(xué)、虛功原理、拉格朗日方程、哈密頓正則方程、哈密頓原理、泊松括號與泊松定理、正則變換、哈密頓-雅可比理論、非線性力學(xué)簡介。力學(xué)理論課程既包括牛頓力學(xué)，又包括分析力學(xué)，將研究力學(xué)問題的方法有機辯證地聯(lián)系起來，物理概念清晰準(zhǔn)確，理論體系簡潔明了，兼顧了經(jīng)典與現(xiàn)代、基礎(chǔ)與前沿內(nèi)容，為后續(xù)理論課程的學(xué)習(xí)構(gòu)筑了橋梁和基礎(chǔ)。

2.熱學(xué)和熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)優(yōu)化整合成熱物理學(xué)。據(jù)統(tǒng)計，熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)中的熱力學(xué)部分和統(tǒng)計物理學(xué)部分分別占總內(nèi)容的46%和54%。熱學(xué)課程中的熱力學(xué)定律部分和熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)中熱力學(xué)部分內(nèi)容（溫度與平衡態(tài)、物態(tài)方程、熱力學(xué)第一定律、功、熱容量與焓、理想氣體、熱力學(xué)第二定律、熵、卡諾定理等）重復(fù)率高達1/3[6]。在分子動理論和經(jīng)典統(tǒng)計部分也有重復(fù)，如麥克斯韋速率分布律和速度分布律、玻耳茲曼分布律、能量按自由度均分定理、氣體內(nèi)的輸運過程，所以將熱力學(xué)部分與熱學(xué)中的重復(fù)部分刪除，將這兩門課程進行優(yōu)化整合，可以縮減約1/3的課時。優(yōu)化整合的主要思想是貫穿從宏觀到微觀，從單個質(zhì)點到大數(shù)量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)這一線索。在熱學(xué)部分介紹經(jīng)典熱學(xué)、熱學(xué)最新動態(tài)、熱學(xué)在新科技中的應(yīng)用，統(tǒng)計物理學(xué)部分以系綜理論為主線，融宏觀與微觀理論于一體，立足于微觀量子理論，從等幾率原理出發(fā)，循序漸進地闡明統(tǒng)計物理學(xué)理論，運用統(tǒng)計物理學(xué)理論導(dǎo)出熱力學(xué)基本定律，將統(tǒng)計物理學(xué)概念與宏觀熱現(xiàn)象相聯(lián)系和對應(yīng)，實現(xiàn)熱現(xiàn)象的宏觀理論與微觀理論的有機融合。優(yōu)化整合后的熱物理學(xué)內(nèi)容包括：熱力學(xué)第零定律與溫度、狀態(tài)方程、氣體分子運動論的基本概念、氣體分子熱運動速率和能量的統(tǒng)計分布率、氣體輸運過程、功、熱量、熱力學(xué)第一定律與內(nèi)能、熱力學(xué)第二定律與熵、固體和液體、相變、統(tǒng)計物理學(xué)基本原理、孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、熱力學(xué)函數(shù)及其應(yīng)用、氣體性質(zhì)、開放系統(tǒng)、量子統(tǒng)計理論、漲落理論、非平衡態(tài)統(tǒng)計物理。

3.電磁學(xué)和電動力學(xué)優(yōu)化整合為電磁理論。電磁學(xué)和電動力學(xué)都是研究電磁場基本性質(zhì)、運動規(guī)律及其與帶電物質(zhì)之間的相互作用。電磁學(xué)側(cè)重于電磁現(xiàn)象的實驗研究，從對電磁現(xiàn)象的研究中歸納出電磁學(xué)的基本規(guī)律，而電動力學(xué)側(cè)重于理論研究，以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎(chǔ)，研究靜態(tài)、時變態(tài)條件下電磁場的空間分布和運動變化規(guī)律，以及帶電粒子與電磁場的相互作用等問題?？紤]到電磁學(xué)與電動力學(xué)在內(nèi)容上是相互統(tǒng)一，相互滲透的，可以將它們優(yōu)化整合成電磁理論課程，將電磁學(xué)與電動力學(xué)的內(nèi)容適當(dāng)貫通，既分層次，又平滑過渡，避免不必要的重復(fù)。具體如下：由庫侖定律引出電場、電場強度的定義，電通量、高斯定理及場強的計算，由電場力作功的特點引出環(huán)路定理、電勢、電勢的計算；由畢奧-薩伐爾定律引出穩(wěn)恒磁場的計算、環(huán)流和旋度、散度；由電場強度與電勢的關(guān)系引出真空中的泊松方程與拉普拉斯方程；介紹介質(zhì)的電磁性質(zhì)、場與介質(zhì)的相互作用、靜電場邊值關(guān)系與唯一性定理，運用泊松方程與拉普拉斯方程計算真空與介質(zhì)中的場強與電荷分布，介紹靜電場分離變量法、鏡像法；由穩(wěn)恒電流導(dǎo)出靜磁場，由電場中的標(biāo)勢引出矢勢、磁標(biāo)勢；對電磁感應(yīng)、麥克斯韋方程組、電磁波輻射與傳播、狹義相對論均單獨設(shè)章節(jié)介紹。對超導(dǎo)、等離子體、巨磁電阻等做簡要介紹，豐富理論與實際應(yīng)用的聯(lián)系，電路和交流電內(nèi)容放電工學(xué)課程中講解。

4.原子物理學(xué)和量子力學(xué)優(yōu)化整合為近代物理學(xué)。原子物理學(xué)側(cè)重于原子光譜實驗現(xiàn)象的解釋、物理思想和物理模型的建立，量子力學(xué)是在對原子光譜研究的基礎(chǔ)上發(fā)展建立起來的理論體系，側(cè)重于微觀本質(zhì)，理論性強。原子物理學(xué)的實驗研究促進量子力學(xué)的不斷發(fā)展，它們聯(lián)系緊密，相互促進，其研究對象存在重復(fù)，導(dǎo)致目前許多原子物理學(xué)教材中的量子力學(xué)導(dǎo)論部分內(nèi)容和量子力學(xué)教材存在大量重復(fù)，如玻爾氫原子理論、波粒二象性、不確定性原理、波函數(shù)及其統(tǒng)計解釋、薛定諤方程、平均值計算、氫原子薛定諤方程解、康普頓散射效應(yīng)、堿金屬原子光譜精細結(jié)構(gòu)、塞曼效應(yīng)等。因此必須對這兩門課程進行優(yōu)化整合，形成新的知識結(jié)構(gòu)體系，其思路是：通過對原子現(xiàn)象的發(fā)掘，引出其量子力學(xué)的理論本質(zhì)，同時通過量子力學(xué)理論的建立和運用，來研究原子等微觀體系的特性。優(yōu)化整合后的基本內(nèi)容為：經(jīng)典物理遇到的困難、玻爾氫原子理論、狀態(tài)與薛定諤方程、力學(xué)量與算符、中心力場、電磁場中粒子的運動、矩陣力學(xué)、微擾理論、電子自旋、多電子原子、外場中的原子、多體問題、分子結(jié)構(gòu)和能譜、散射。這樣優(yōu)化整合后課程所需學(xué)時會比優(yōu)化整合前大大減少。

五、整合后專業(yè)課程的開設(shè)時間安排

根據(jù)學(xué)生的認知特點和規(guī)律、應(yīng)用物理專業(yè)課程之間的關(guān)聯(lián)，優(yōu)化整合后的課程開設(shè)順序可以這樣安排：大學(xué)一年級注重增加高等數(shù)學(xué)教學(xué)課時，將高等數(shù)學(xué)進度盡量前推，大學(xué)第二學(xué)期開設(shè)力學(xué)理論、第三學(xué)期開設(shè)光學(xué)和電磁理論，同時開設(shè)數(shù)學(xué)物理方法為后續(xù)課程做好準(zhǔn)備，第四學(xué)期開設(shè)近代物理學(xué)，第五（或四）學(xué)期開設(shè)熱物理。這樣的調(diào)整安排能留出更多時間來開設(shè)其他應(yīng)用物理專業(yè)課程，有利于學(xué)生的就業(yè)或繼續(xù)深造。

六、教學(xué)改革的預(yù)期效果

1.重構(gòu)應(yīng)用物理主干課程體系，避免了基礎(chǔ)課程和理論課程教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，縮減課程科目，節(jié)省大量課時，將會大大提高教學(xué)效率。為應(yīng)用物理課程的開設(shè)、選修課的開設(shè)及學(xué)生的個性化發(fā)展提供了時間條件，突出了應(yīng)用物理、技術(shù)課程的地位和專業(yè)特色。

2.為應(yīng)用物理培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)，培養(yǎng)合格的應(yīng)用物理人才提供了可靠保障，課程體系的改革和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化重整適應(yīng)和滿足社會發(fā)展和科技前沿的需求。教學(xué)內(nèi)容富有現(xiàn)代性，開放性，滲透新的教學(xué)內(nèi)容和思想，使應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生在理論與實踐技術(shù)方面具有復(fù)合型的知識結(jié)構(gòu)，為他們今后的創(chuàng)新發(fā)展提供堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

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第9篇：量子力學(xué)的性質(zhì)范文

關(guān)鍵詞：自然哲學(xué)　量子革命　系統(tǒng)辯證法

關(guān)于20世紀科學(xué)革命，有人說只須記住三件事：相對論、量子革命和混沌學(xué)（系統(tǒng)科學(xué)中最突出的新分支）。正是這三大科學(xué)革命為人類建構(gòu)全新的自然圖景（也就是新穎的自然哲學(xué)）作出了決定性的貢獻。這里所謂自然哲學(xué)是指人對自然的哲學(xué)反思。自然哲學(xué)的中心問題就是基于人與自然的關(guān)系來研究自然本體最一般的性質(zhì)和人類的世界圖景。

一

自然哲學(xué)在哲學(xué)史上有過兩個全盛時期（古希臘及近代機械論），只是在謝林、黑格爾之后衰落了。由于20世紀三大科學(xué)革命的強大影響，自然哲學(xué)正在當(dāng)代復(fù)興起來，這是十分令人鼓舞的。我們先從三大科學(xué)革命說起。

首先要提到的是相對論革命對改造人類世界圖景的貢獻。在1905年的狹義相對論中，時空性質(zhì)依賴于參照系等概念是對“觀察無關(guān)性”的經(jīng)典信念的初次沖擊；1915年的廣義相對論把引力場（它具有整體全息相關(guān)性）確立為新的“獨立的實在”，這是對牛頓的實體觀的又一次打擊。接著要論述的是量子革命，它比相對論革命更為深刻地改變著人類的世界圖景。因為1925年以后所創(chuàng)建的量子力學(xué)進一步使笛卡兒與牛頓以來的主客絕對二分原則、實體主義原則乃至嚴格決定論原則都受到猛烈沖擊。最后要強調(diào)的是系統(tǒng)科學(xué)革命。20世紀中葉以來近半個世紀系統(tǒng)科學(xué)的蓬勃發(fā)展表明，從總體上說，系統(tǒng)自然觀集中體現(xiàn)了當(dāng)代自然圖景的精華，因此系統(tǒng)自然觀幾乎成了當(dāng)代自然科學(xué)的世界圖景的代名詞，貝塔朗菲稱之為“一種新的自然哲學(xué)”。20年代所出現(xiàn)的懷特海的“機體論哲學(xué)”則是這種自然哲學(xué)之先聲。

當(dāng)代的系統(tǒng)自然觀借助于維納的控制論(1949)、貝塔朗菲的一般系統(tǒng)論(1948)、普利高津的耗散結(jié)構(gòu)論(1969)和哈肯的協(xié)同學(xué)(1971)等理論復(fù)活了亞里士多德的機體論和內(nèi)在目的論的自然哲學(xué)。〔1〕控制論通過對“動物（即生命系統(tǒng)）和機器（即非生命系統(tǒng)）的通用規(guī)律”的研究表明，自動機器通過反饋調(diào)節(jié)機制可以表現(xiàn)出與神經(jīng)控制同樣的合目的性或規(guī)律。[1]維納在《控制論》中對牛頓的嚴格決定論進行了深刻有力的批判，肯定了統(tǒng)計力學(xué)家吉布斯把偶然性引進到科學(xué)中來的重大的方法論意義，并突破了目的論與機械論之間的兩極對立。莫諾在《偶然性與必然性——略論現(xiàn)代生物學(xué)的自然哲學(xué)》(1971)一書中，則用生物微觀控制論表明，借助于生物化學(xué)和分子生物學(xué)層次的反饋機制以及微觀-宏觀相互作用，完全偶然的基因突變最終可以納入物種進化的必然軌道；耗散結(jié)構(gòu)論表明，在遠離平衡態(tài)條件下開放系統(tǒng)可以通過非線性正反饋機制的作用表現(xiàn)出有序化和合目的性；協(xié)同學(xué)還進一步發(fā)現(xiàn)序參量是整個自組織過程的主宰如此等等?？傊?，所有這些自動機器和自組織理論都表明，無須超自然的神力和神秘的“生命力”，自然系統(tǒng)也象自動機一樣可以憑借內(nèi)在機制的作用呈現(xiàn)合目的性。從這個特定意義上說，認為宇宙＝巨大的超級自動機的“機械論”是對的，而非神學(xué)性的宇宙“內(nèi)在目的論”也是對的。從歷史上看，牛頓的機械論自然哲學(xué)是對亞里士多德的目的論自然哲學(xué)的否定?，F(xiàn)在，我們的立足于系統(tǒng)科學(xué)的新自然哲學(xué)則應(yīng)看作一種“否定之否定”。它是對機械論與目的論自然哲學(xué)的更高的辯證綜合。

當(dāng)代自然哲學(xué)（它以系統(tǒng)自然觀及其系統(tǒng)辯證法為核心或靈魂）最有革命性的一個方面，也許表現(xiàn)在反嚴格決定論和對偶然性客觀意義的新認識。直到現(xiàn)在為止，一般人都相信“近似決定論”：只要近似知道一個系統(tǒng)的運行規(guī)律和初始條件就可以足夠好地計算出系統(tǒng)的近似行為。可是混沌學(xué)中著名的“蝴蝶效應(yīng)”，即系統(tǒng)演化進程對初始條件的敏感依賴性，卻斷然否決了牛頓-拉普拉斯決定論的任何翻版（如“近似決定論”）的有效性。美國氣象學(xué)家洛侖茲在1961年發(fā)現(xiàn)，實際上長期天氣預(yù)報是不可能的。因為即使對于嚴格確定的氣象方程組，初始條件的小誤差，也會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。諸如珞珈山的蝴蝶拍拍翅膀那樣的初始小擾動，經(jīng)由地球大氣系統(tǒng)中的逐級放大，最終可能在南美洲引起大風(fēng)暴。這種由決定論引出來的混沌，對經(jīng)典觀念的打擊是毀滅性的?；煦绺锩訌姴⑸罨肆孔痈锩?。

通過量子力學(xué)、分子生物學(xué)、協(xié)同學(xué)乃至混沌學(xué)的研究，現(xiàn)代科學(xué)家越來越認識到，偶然性在自然界具有不容忽視的本體論地位，以及研究偶然性的內(nèi)在機制的重要性。為恩格斯贊同過的黑格爾關(guān)于“必然性自己規(guī)定自己為偶然性，……偶然性又寧可說是絕對的必然性”（〔2〕，第562—563頁）的辯證論斷，得到最新自然科學(xué)的支持。正如馬克斯·玻恩在《關(guān)于因果與機遇的自然哲學(xué)》(1951)中所注意到的，量子世界是由因果與機遇聯(lián)合統(tǒng)治的，其中機遇是有規(guī)則的。同樣，在哈肯的協(xié)同學(xué)演化方程（如?？?普朗克方程和郎之萬方程）中，決定論力項與隨機力項是共同起作用的。在混沌理論中，混沌本是由決定論規(guī)律引出的內(nèi)在的無序和不規(guī)則性，然而對混沌吸引子的相空間圖解研究卻表明，即使混沌也有精細結(jié)構(gòu)，其中機遇也是有規(guī)則的，偶然性與必然性相互作用的深層非線性機制是可以認識的。從量子力學(xué)到系統(tǒng)科學(xué)的研究表明，概率統(tǒng)計定律是比嚴格決定論定律更好的認識工具，但原有的“大數(shù)定律”與“統(tǒng)計平均值”等概念對于描述偶然性已經(jīng)顯得太粗糙了，非線性數(shù)學(xué)該出陣參戰(zhàn)了。因為唯有借助于非線性數(shù)學(xué)才可能認清偶然性起作用的深層結(jié)構(gòu)機制。

當(dāng)代自然哲學(xué)中的系統(tǒng)整體論思想也是相當(dāng)有革命性的。自從歐幾里得、阿基米德以來，“整體＝部分和”的公理已經(jīng)成為背景知識不可缺少的一部分。這一觀念也是牛頓的機械論自然哲學(xué)的一個基本要素（它與實體主義、還原主義相協(xié)調(diào)）。然而，一般系統(tǒng)論中的貝塔朗菲原理“整體不等于各部分簡單相加的總和”，卻斷然取消了歐幾里得的公理，以整體論取代了機械論的還原主義。量子力學(xué)中的全域相關(guān)性和粒子物理學(xué)中的新奇現(xiàn)象（“基本”粒子分割到一定限度，將出現(xiàn)“部分大于整體”的佯謬）以及生態(tài)系統(tǒng)的整體關(guān)聯(lián)性（卡普拉《轉(zhuǎn)折點》，1989）都支持貝塔朗菲的系統(tǒng)整體觀。

總之，以現(xiàn)代物理學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)為代表的當(dāng)代科學(xué)革命已經(jīng)引起了人類自然圖景的根本變革，人們有理由期待一種浸透著量子力學(xué)辯證法和系統(tǒng)科學(xué)辯證法精神的全新的自然哲學(xué)的出現(xiàn)。

二

現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)入當(dāng)代自然哲學(xué)的主要疑難及其可能解法的討論。

鑒于機械論自然哲學(xué)所遇到的困難，當(dāng)代自然哲學(xué)所要討論的主要問題可以歸結(jié)如下：1.自然本體的性質(zhì)問題。物理實在究竟是孤立的實體還是依賴于系統(tǒng)場境的存在？“潛在”是否也是物理實在的基本形態(tài)之一？究竟是否存在終極實在？2.物理實在所遵循的規(guī)律究竟是決定論還是非決定論的？自然系統(tǒng)究竟是必然性還是偶然性所支配的？偶然性應(yīng)當(dāng)具有怎么樣的本體論地位（是否應(yīng)當(dāng)有）？3.所謂“觀察者侵入物理事件”的實質(zhì)是什么？主客二分的合理界限是什么？4.系統(tǒng)整體論與還原主義孰是孰非？5.目的論的新解釋問題。自然系統(tǒng)本身能有目的性嗎？能代替上帝作為選擇主體的地位嗎？目的論是否真與機械論勢不兩立？它又如何與神學(xué)劃清界線？下面我們將依次詳細分析這些問題：

1.自然本體或物理實在的性質(zhì)問題。

牛頓機械論自然哲學(xué)的本體論或?qū)嵲谟^的要害就在于實體主義。一切物理實在被認為都有實體性、實存性，自然被等同于實體的集合（簡單相加的總和），一種在絕對空間構(gòu)架中的機械性的存在物。然而，在新的原子科學(xué)中，從前認為不容置疑的“實體實存”原則已經(jīng)失效。明確的電子“軌道”或光子“路徑”等經(jīng)典性觀念在量子力學(xué)中是不允許的。電子實際上以“電子云”方式存在著，它并沒有絕對分明的輪廓，而且只是或然地顯現(xiàn)出來。如“測不準(zhǔn)關(guān)系”所要求的，電子的位置與相應(yīng)的動量具有天生的不確定性，決不可能同時有確定的值，因而人們決不可能同時測量到其確定的值。所有這些事實，如果從牛頓的經(jīng)典本體論的眼光來看簡直是不可理解的，因為“潛在性”觀念完全沒有地位。

實際上，現(xiàn)代物理學(xué)家海森伯在批判牛頓機械論實在觀的基礎(chǔ)上，確實發(fā)展了一種全新的、更廣義的“潛在”實在觀。他根據(jù)量子力學(xué)事實總結(jié)出，潛在是介于可能與現(xiàn)實之間的物理實在的新型式，它被認為特別適用于微觀客體。海森伯尖銳地指出：“在量子論中顯示的實在概念的變化，并不是過去的簡單的繼續(xù)，而卻象是現(xiàn)代科學(xué)結(jié)構(gòu)的真正破裂?！保ā?〕，第2頁）“幾率波的概念是牛頓以來理論物理學(xué)中全新的東西?！莵喞锸慷嗟抡軐W(xué)中‘潛在’(potentia)這個老概念的定量表述。它引入了某種介乎實際的事件和事件的觀念之間的東西，這是正好介乎可能性和實在性之間的一種新奇的物理實在?！保ā?〕，第11頁）“事件并不一定是確定的，而是可能發(fā)生或傾向于發(fā)生的事情便構(gòu)成了宇宙中的實在”。（〔4〕，第177頁）

總之，海森伯認為量子理論意味著實在觀念的革命，牛頓機械論的實在觀念已經(jīng)失效。他舉例說，幾率波、量子態(tài)、電子軌道等都與統(tǒng)計期望值相關(guān)聯(lián)，表示傾向性的、潛在的物理實在，這是物理實在的新形式。

現(xiàn)代粒子物理學(xué)的新假說把潛在性觀念發(fā)展到海森伯本人始料所不及的程度。喬弗利·丘(Geoffrey Chew)著名的粒子靴絆學(xué)說[2]，斷然否定了終極實體的可能性，揭示了自然本體的自助的、生成的本性。按照我的看法，它使系統(tǒng)實在論與系統(tǒng)辯證法完全本體論化了！由于任何粒子都可以充當(dāng)基礎(chǔ)粒子，用以構(gòu)成其他粒子，因此說穿了沒有任何一種粒子是真正的“基本粒子”，這就是所謂“基本粒子并不基本”。從根本上說，自然界不可能還原到任何一種或幾種終極的實體。說一個質(zhì)子可以由中子和π介子所構(gòu)成，或者說它是由Λ超子和K介子所構(gòu)成，或者說它是由兩個核子和一個反核子所構(gòu)成，甚至說是由場的連續(xù)質(zhì)所構(gòu)成。所有這一切可能性是同樣真實地存在的。應(yīng)當(dāng)說，所有這些陳述都同樣地正確又同樣地不完善。因為真實世界等于所有這些潛在的“可能世界”互相疊加的總和。借用日本物理學(xué)家武谷三男的話來說：“作為終極要素的實體——基本粒子本身也是相互流動地相互轉(zhuǎn)化的。這件革了以前的物質(zhì)觀，顯示了辯證邏輯的正確性?！保ā?〕，第28頁）

我們的進一步的問題是：作為自然本體的物理實在究竟是否可以歸結(jié)為互相孤立的實體？還是從本質(zhì)上說只能是依賴系統(tǒng)場境的整體全息相關(guān)的存在？在對著名的EPR假想[3]的實驗檢驗中所表現(xiàn)出來的量子關(guān)聯(lián)（即遠距粒子之間的整體相關(guān)性）很好地回答了這一問題。正如美國科學(xué)哲學(xué)家西莫尼(A.Shimony)所指出：“我們生活在一個實驗結(jié)果正在開始闡明哲學(xué)問題的非凡時代”。而今最新實驗結(jié)果表明，兩個相隔幾米且又沒有彼此傳遞信息機制的實體可能被相互糾結(jié)在一起，即它們的行為可以有極顯著的相關(guān)性，以致對其中一個實體進行測量將瞬時地影響到另一個實體的測量結(jié)果。這個新奇的實驗結(jié)果斷然否定了愛因斯坦等人(EPR)的預(yù)設(shè)（即“空間上遠隔的客體的實在狀態(tài)必定是彼此獨立的”），卻符合量子力學(xué)的系統(tǒng)整體觀。正如玻爾所注意到的，量子現(xiàn)象是作為整體而存在的，其中所反映出來的內(nèi)在關(guān)聯(lián)是不可消解的。量子現(xiàn)象的整體性不允許人們對它作機械的切割并把這種切割物認作它自身。因此我們有理由說，量子力學(xué)的整體實在觀是與系統(tǒng)整體觀相通的，量子辯證法與系統(tǒng)辯證法相互滲透，量子革命與系統(tǒng)科學(xué)革命相互支持。因此，作為科學(xué)革命的結(jié)晶，新自然哲學(xué)主張，物理實在的部分性質(zhì)取決于整體，取決于系統(tǒng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從根本上說，自然本體是整體全息相關(guān)的存在。

2.決定論與非決定論疑難，偶然性的本體論地位問題。

從前認為不容置疑的機械論自然哲學(xué)的“嚴格決定論”預(yù)設(shè)，如今在新的原子科學(xué)中也已經(jīng)失效。人們向來認為，自然科學(xué)和“自然科學(xué)唯物主義”有一個不可動搖的支柱：這就是嚴格決定論。對自然科學(xué)的這種見解，最典型地表現(xiàn)在拉普拉斯杜撰的那個精靈故事中，據(jù)說這個精靈（超智慧者）知道世界現(xiàn)況的一切決定因素，因而能夠無歧義地得出世界在過去或未來的其他一切狀態(tài)。這個被后人稱作“拉普拉斯妖”的理想實驗正是嚴格決定論的化身?？墒?，現(xiàn)在在微觀領(lǐng)域里發(fā)現(xiàn)了與這種嚴格決定論原則相違背的種種反常事實。簡略地說，熱學(xué)與分子物理學(xué)的研究表明，氣體分子運動是包含不確定性的自然進程，由于初始條件捉摸不定，單個分子的運動狀態(tài)成為純粹的偶然事件。分子運動論乃至統(tǒng)計力學(xué)的建立表明，概率統(tǒng)計定律也是自然描述不可缺少的一種基本形式。

強調(diào)概率統(tǒng)計定律重要性的科學(xué)思想反映到自然哲學(xué)中去，就成為“統(tǒng)計決定論”。其要旨可概括如下：對于一些包含不確定性的自然過程，雖然嚴格決定論不能直接應(yīng)用，但若應(yīng)用統(tǒng)計方法研究大量單個偶然事件的平均行為，卻可以找出明顯的統(tǒng)計規(guī)律性。換句話說，這些自然過程在統(tǒng)計平均意義上仍是決定論性的。這是決定論的弱化形式之一。

統(tǒng)計決定論的科學(xué)基礎(chǔ)在于經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)。統(tǒng)計力學(xué)的基本出發(fā)點則在于，認為盡管大量分子的集團行為滿足統(tǒng)計規(guī)律，但從底層基礎(chǔ)而言，單個分子（單個過程）仍遵守牛頓定律，滿足嚴格決定論。這樣，統(tǒng)計決定論并不把不確定性歸因于基礎(chǔ)規(guī)律的不同，而是把它歸因于初始條件的難以捉摸（即人類知識的不完備性）。因此，統(tǒng)計決定論只是嚴格決定論的補充形式。

然而，將概率統(tǒng)計觀點真正貫徹到底，最終導(dǎo)致量子物理學(xué)的興起，而測不準(zhǔn)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)則使嚴格決定論淪為無意義的空想。

在現(xiàn)代科學(xué)家中第一個對“非完全決定論”（即under-determinism，這個詞的不恰當(dāng)?shù)奶娲~是indeterminism，即非決定論）有十分清醒認識的是哥廷根學(xué)派的馬克斯·玻恩。他在名著《關(guān)于因果和機遇的自然哲學(xué)》中對非完全決定論作了比其他量子物理學(xué)家（如玻爾、海森伯等）更為系統(tǒng)和透徹的分析。通過對玻恩文本的適當(dāng)解釋、調(diào)整與轉(zhuǎn)譯，我們可以提煉出對當(dāng)代自然哲學(xué)極有價值的內(nèi)容和決定論／非決定論問題的辯證解?！?〕

非完全決定論的最主要或最有特色的一種表現(xiàn)形式，是與量子力學(xué)相應(yīng)的概率決定論。其要點如下：(1)單個（量子）過程內(nèi)在地是幾率性的、非決定性質(zhì)的；(2)“自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配?！保ā?〕，第9頁）(3)機遇律是自然律的終極形式，偶然性有規(guī)則，“它們是用數(shù)學(xué)上的概率論表述出來的?！保ā?〕，第7頁）

關(guān)于自然界究竟是由必然性還是偶然性所支配的，是決定論性還是非決定論性的那個爭論，波普有一個著名的比喻：“云和鐘”。“云”就是天上的云，代表極端不確定性，它非常不規(guī)則、毫無秩序又有點難以預(yù)測；“鐘”就是家家都有的時鐘，代表高度的確定性，它非常有規(guī)則、有秩序又是高度可預(yù)測的。這是兩個不同的極端，一端變化莫測，另一端高度精確。一般的自然事物往往處在這兩個極端之間。波普用“所有的云都是鐘”（當(dāng)然也可以說“所有自然事物都是鐘”）表示決定論，用“所有的鐘都是云”（當(dāng)然也可以說“所有自然事物都是云”）表示非決定論。波普終于認識到，人類理性需要的是“處于完全的偶然性和完全的決定論之間的某種中間物，即處于完全的云和完善的鐘之間的某種中間物。”（〔6〕，第239—240頁）這種完全的偶然論（非決定論）和完全的決定論的中間物，我們可以恰當(dāng)?shù)胤Q作“非完全決定論”，它意味著對偶然性與必然性、因果與機遇的某種辯證綜合，這就是當(dāng)代自然哲學(xué)對這一爭論所作的正確解。以上我們是借用M.玻恩與波普的話，經(jīng)校正、轉(zhuǎn)譯納入自己的概念框架，并用以闡發(fā)自己的“非完全決定論”觀點?！?〕

現(xiàn)代生物學(xué)和生物微觀控制論也為非完全決定論提供新的佐證。莫諾在其名著《偶然性與必然性（略論現(xiàn)代生物學(xué)的自然哲學(xué)）》中，從分子生物學(xué)的材料出發(fā)，有力地抨擊了嚴格決定論，并為恢復(fù)偶然性在自然哲學(xué)中的本體論地位付出極大的努力。莫諾是這樣說的：

當(dāng)偶然事件——因為它總是獨一無二的，所以本質(zhì)上是無法預(yù)測的——一旦摻入了DNA的結(jié)構(gòu)之中，就會被機械而忠實地進行復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，……從純粹偶然性的范圍中被延伸出來以后，偶然性事件也就進入了必然性的范圍，進入了相互排斥、不可調(diào)和的確定性的范圍了。因為自然選擇就是在宏觀水平上、在生物體的水平上起作用的。自然選擇能夠獨自從一個噪聲源泉中譜寫出生物界的全部樂曲。（著重號為引者所加）（〔9〕，第88頁）

莫諾這段話應(yīng)當(dāng)看作關(guān)于生物自然界的非完全決定論，關(guān)于極小幾率的偶然事件向極嚴格規(guī)律轉(zhuǎn)化過程的生動說明。特別是最后那句話是說明生物界的偶然性與必然性的相互聯(lián)系、相互作用方式的絕妙比喻。當(dāng)然，由于莫諾有時十分不恰當(dāng)?shù)貙栏駴Q定論與辯證唯物論混為一談，應(yīng)當(dāng)注意他的言論本身具有兩重性。（〔10〕，第324頁）

非完全決定論的內(nèi)容還由于系統(tǒng)科學(xué)的興起而得到了進一步豐富和加強。有人因之稱作系統(tǒng)決定論。其要旨可概括如下：

一般的自然界的復(fù)雜系統(tǒng)（在自然哲學(xué)中姑且撇開社會系統(tǒng)），不能由它的構(gòu)成要素和子系統(tǒng)通過簡單相加和線性因果鏈無歧義地決定其整體功能和行為。但系統(tǒng)的存在與演化仍有相當(dāng)確定的規(guī)律可循，機遇與因果共同決定著系統(tǒng)的存在和發(fā)展，因而系統(tǒng)在整體上仍有決定性。

具體地說，系統(tǒng)演化的主要機理就在于機遇性漲落、反饋和非線性作用。人們常喜歡將借助于系統(tǒng)科學(xué)特有的資料所認識的辯證法，稱作“系統(tǒng)辯證法”。系統(tǒng)科學(xué)從自己的角度闡明了因果與機遇、決定性與隨機性的辯證法：自組織系統(tǒng)作為遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，以偶然的隨機的漲落為誘導(dǎo)，通過正反饋和非線性放大，某一漲落在矛盾競爭之中取得支配地位，成為序參量，于是使系統(tǒng)的演化納入必然的軌道，建立時空、功能上的新的有序狀態(tài)。系統(tǒng)辯證法與矛盾辯證法在自組織動力學(xué)機制的解釋上是高度一致的：當(dāng)自組織系統(tǒng)處于不穩(wěn)定點時，系統(tǒng)內(nèi)部矛盾全面展開并有所激化，與各種子系統(tǒng)及其要素的局部耦合關(guān)系和運動特性相聯(lián)系的模式和參量都異?；钴S，各種參量的漲落此起彼伏，它們都蘊含著一定的結(jié)構(gòu)與組織的胚芽，為了建立自己的獨立模式并爭奪對全局的支配權(quán)，它們之間進行激烈的競爭與對抗，時而“又聯(lián)合又斗爭”，最后才選拔出作為主導(dǎo)模式的序參量。非完全決定論在協(xié)同學(xué)的描述系統(tǒng)演化的數(shù)學(xué)方程中也得到反映。如郎之萬方程（描述布朗運動的）和?？?普朗克方程中，概率論描述與因果性描述共處于一體，隨機作用項與決定論作用項被綜合在一起，偶然性與必然性因子被綜合在一起。從自然哲學(xué)看，它們體現(xiàn)了機遇律與因果律的辯證綜合。

3.物理事件與觀察的關(guān)系、主體-客體相互作用問題。

從前認為不容置疑的“客觀事件與任何觀測無關(guān)”的自然哲學(xué)信條，如今在新的原子科學(xué)中同樣也正在失效。正如海森伯所指出，經(jīng)典物理學(xué)的真正核心，也就是物理事件在時間、空間上的客觀進程與任何觀測無關(guān)的信念，由于許多量子實驗的發(fā)現(xiàn)而受到?jīng)_擊。而現(xiàn)代物理學(xué)的真正力量就存在于自然界為我們提供的那些新的思想方法之中。因此，再指望用新實驗去發(fā)現(xiàn)與觀測無關(guān)的“純客觀事件”或不依賴于觀察者和相關(guān)參照系的“絕對時間”，就無異于指望極地探險家在南極圈尚未勘查過的地方會發(fā)現(xiàn)“世界盡頭”，那只能是不切實際的幻想。（〔4〕，第4頁和第9頁）對原子、電子那樣的客體的任何一次射線照射或觀測都足以破壞其初始狀態(tài)，而且由于或然性和不可逆性，這種狀態(tài)不可恢復(fù)。

玻爾為量子力學(xué)所作的“互補性詮釋”中一個最基本的思想是：觀察者（主體）與被觀察者（客體）之間的嚴格劃界是不可能的，因為在實際過程中兩者處在緊密相連的相互作用之中。無論是純粹的“主體”即可以）“無干擾”地進行觀察的觀察者）或是純粹的“客體”（可以絕對隔絕外界作用而界定被觀察系統(tǒng)的孤立狀態(tài)）概念都只是經(jīng)典物理學(xué)所作的理想化，而這兩種理想化既是相互補充又是相互排斥的?！?1〕這就是玻爾著名的“我們既是觀眾（觀察者），又是演員（被觀察者）”辯證論斷的真實含義。

實際上，從當(dāng)代自然哲學(xué)的眼光看，這是很自然的：人（觀察者）本來就是自然（被觀察者）不可分割的一部分，我們只能用一種內(nèi)在化的眼光來看待自然，而不可能象上帝那樣用完全超脫的外在化眼光看自然，這就是問題的癥結(jié)所在。

正如羅森菲爾德所指出，所謂“觀察者介入原子事件進程”的局勢，容易產(chǎn)生科學(xué)事實的客觀性被敗壞的假象，因此我們必須與機械論和不可救藥的唯心主義劃清界線。羅森菲爾德本人正是以辯證法為武器在與機械論和唯心主義劃界的過程中闡明了觀察者與物理事件的辯證關(guān)系的客觀性質(zhì)。（〔12〕，第140頁）海森伯說得很分明：“量子論并不包含真正的主觀特征，它并不引進物理學(xué)家的精神作為原子事件的一部分”。（〔3〕，第22頁）可見，“客體行為與觀測有關(guān)”原則并不意味著我們可以拋棄客觀實在而接受主觀主義。

4.系統(tǒng)整體實在觀問題。在闡述以上各個問題的過程中，我們實際上已經(jīng)闡明了整體實在觀的基本觀點：“整體不同于各部分機械相加的總和”。自然本體是依賴于系統(tǒng)場境的存在、處在相對相關(guān)中的存在，是整體全息相關(guān)的實在。正如D.玻姆所指出的，按照量子概念，世界是作為統(tǒng)一的不可分割的整體而存在的，其中即使是每個部分內(nèi)在的性質(zhì)（波或粒子）也在一定程度上依賴于場境。其實，人本身就是自然的產(chǎn)物，自然不可分割的一部分，人只能作為參與者并在相互作用過程中用內(nèi)在化的觀點來理解自然本體。只是在系統(tǒng)及其諸要素之間的相互作用可以忽視的情況下，還原主義才是近似地有效的。

5.自然本體目的性的（自組織解釋）問題。簡單地說，當(dāng)代自然哲學(xué)的目的論觀是亞里士多德內(nèi)在目的論的復(fù)活和發(fā)展，是現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)目的論觀的升華。宇宙象是一個有機統(tǒng)一的整體，自然系統(tǒng)（包括生命系統(tǒng)和非生命自組織系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)、功能和演化過程的合目的性可以通過自然本身的自組織機制的作用得到合理解釋?！?〕

例如，自然選擇的實質(zhì)問題是由生物哲學(xué)所提出的一個重要問題。按照生物控制論的初步解答，關(guān)于生物進化的自然選擇機制實質(zhì)上就是一種以偶然的突變?yōu)樗夭?，通過反饋調(diào)節(jié)的最優(yōu)化控制機制。艾根的超循環(huán)理論則進一步明確，在大分子的自組織階段，在生化反應(yīng)的超循環(huán)中選擇價值高的突變不斷通過過濾和正反饋放大，形成功能性的組織，強化、優(yōu)化并向更高水平進化。這里，一方面自然選擇表現(xiàn)為自然本身的純物質(zhì)性的有規(guī)則的相互作用過程，但它不同于牛頓的機械因果性模式，因為其中突變與選擇機制、機遇與因果是辯證地聯(lián)合起作用的；另一方面，盡管它排除了自然神力的干預(yù)，卻仍然是合目的性的過程，因為它有自引導(dǎo)的、自動調(diào)節(jié)的功能（使物種或分子擬種適應(yīng)環(huán)境）。這樣，按系統(tǒng)辯證法重新解釋過的合理的目的論又能與神學(xué)劃清界線。

三

正如我們已經(jīng)看到的，20世紀早期的相對論量子論革命向統(tǒng)治思想界長達二三百年之久的機械論自然哲學(xué)，提出了全面的詰難和挑戰(zhàn)，并給予毀滅性的打擊。當(dāng)代自然哲學(xué)正是在克服舊自然哲學(xué)的危機，在回答新興自然科學(xué)所提出的詰難和挑戰(zhàn)的過程中逐步建立起來的。20世紀中葉以來以系統(tǒng)科學(xué)群為代表的新興科學(xué)的迅速發(fā)展，豐富了當(dāng)代自然哲學(xué)的內(nèi)涵，加速了人類自然圖景革新的步伐。

總起來說，當(dāng)代自然哲學(xué)的核心觀點，可以簡要地重新概括如下：

1.自然本體是依賴于系統(tǒng)場境的、在關(guān)系中生成的、流動的實在，作為孤立實體的終極實在根本不存在，“潛在”是物理實在的一種新形式；2.自然系統(tǒng)遵循非完全決定論（即決定論與非決定論的中間物），它是由因果與機遇聯(lián)合統(tǒng)治的，此兩者互斥又互補。偶然性的本體論地位是：它是自然本體本質(zhì)中的一個規(guī)定、一個方面和一個要素。偶然性存在精細的非線性作用機制（由混沌革命所發(fā)現(xiàn)?。?。3.物理事件與觀測有關(guān)，人作為自然系統(tǒng)的一分子只能用參與者的身分和內(nèi)在化的觀點來觀察自然，絕對的主客二分只是不切實際的幻想；4.系統(tǒng)整體觀在總體上比還原主義更為合理，不過為了進行精細的研究，有節(jié)制的還原主義仍是必不可少的和有啟發(fā)力的，兩者其實是互斥又互補的。5.自然系統(tǒng)的合目的性可以按自組織觀點得到最合理的解釋，目的論與機械論也是互斥又互補的。

最后，我們所要強調(diào)的是偶然性的恰當(dāng)?shù)谋倔w論地位問題。迄今仍有不少讀者受過時的哲學(xué)教科書的影響，把偶然性當(dāng)作一種外在的、主觀的、局部的、非本質(zhì)的和不穩(wěn)定的或暫時的東西。其實這種看法有違辯證法的本意，可以毫不客氣地說它屬于機械論的范疇。通過對量子辯證法與系統(tǒng)辯證法的研究，我們可以十分有把握地說：機遇或偶然性在本體論中恰恰是一種內(nèi)在的、固有的、普遍的、本質(zhì)的和永久性的成分。借用列寧論“假象”的話來說，偶然性是“本質(zhì)的一個規(guī)定、一個方面和一個環(huán)節(jié)”，是“本質(zhì)自身在自身中的表現(xiàn)”。機遇與偶然性是客觀的并且具有自己的非常獨特的規(guī)律。在新自然哲學(xué)中，我們不能再滿足于把偶然性看作必然性的“補充形式”的外在化理解，而要比以往任何時候都更加清醒地認識到，機遇與因果相互聯(lián)結(jié)、相互滲透，辯證地融為一體。在非完全決定論中，偶然性恢復(fù)了它本來應(yīng)有的本體論地位，機遇與因果，偶然性與必然性以幾率或統(tǒng)計性乃至“混沌吸引子”為中介辯證地聯(lián)結(jié)在一起。在相空間中混沌吸引子的精巧的無窮嵌套的自相似結(jié)構(gòu)，精確而形象地展示出系統(tǒng)演化過程中機遇與因果如何聯(lián)合起作用的深層非線性機制，進一步豐富了對自然本體辯證內(nèi)涵的認識。

應(yīng)當(dāng)說，這是量子辯證法與系統(tǒng)辯證法對矛盾辯證法的一項貢獻，它們本應(yīng)是相得益彰的。

參考文獻

〔1〕桂起權(quán)：《目的論自然哲學(xué)之復(fù)活》，載“自然辯證法研究”1995(7)，并收入?yún)菄⒅骶帯蹲匀徽軐W(xué)》一書，中國社科出版社1994年版。

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〔9〕莫諾：《偶然性與必然性（略論現(xiàn)代生物學(xué)的自然哲學(xué)）》，上海人民出版社1977年版。

〔10〕桂起權(quán)：《科學(xué)思想的源流》武漢大學(xué)出版社1994年版。

〔11〕桂來權(quán)《析量子力學(xué)中的辯證法思想—玻爾互補性構(gòu)架之真諦》，載“哲學(xué)研究”1994(10)。

〔12〕羅森菲爾德：《量子革命》商務(wù)印書館1991年版。

注釋：

[1]正是在這一意義上，梁實秋在《遠東英漢大辭典》中，將控制論(cybernetics)譯作神經(jīng)機械學(xué)。