發(fā)布時間：2022-04-17 05:27:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇量子力學論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
經(jīng)典科學基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開創(chuàng)的，近三百年內(nèi)發(fā)展起來的一整套觀點、方法、學說。經(jīng)典科學世界圖景的最大特征是機械論和還原論，片面強調分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學派的量子力學理論三部曲：統(tǒng)計解釋—測不準原理—互補原理所反映的主要觀點是：微觀粒子的各種力學量（位置、動量、能量等）的出現(xiàn)都是幾率性的；量子力學對微觀粒子運動的幾率性描述是完備的，對幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋；決定論不適用于量子力學領域；儀器的作用同觀察對象具有不可分割性，確立了科學活動中主客體互動關系。[1]量子力學的發(fā)展從根本上改變了經(jīng)典科學世界
圖景。
一、量子力學突破了經(jīng)典科學的機械決定論，遵循因果加統(tǒng)計的非機械決定論
經(jīng)典力學是關于機械運動的科學，機械運動是自然界最簡單也是最普遍的運動。說它最簡單，因為機械運動比較容易認識，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學，獲得了空前成功；說它最普遍，因為機械力學有廣泛的用途，容易把它絕對化。[2]機械決定論是建立在經(jīng)典力學的因果觀之上，解釋原因和結果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機械決定論認為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結果；機械決定論的優(yōu)秀在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進行準確預測。[3]其實，機械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對于微觀領域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計決定論。[4]
量子力學是對經(jīng)典物理學在微觀領域的一次革命。量子力學所揭示的微觀世界的運動規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學派對量子力學的理解，同物理學機械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運動遵守統(tǒng)計規(guī)律，我們不能說某個電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。
玻恩的統(tǒng)計解釋指出，因果性是表示事件關系之中一種必然性觀念，而機遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配。在量子力學中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計規(guī)律是基本規(guī)律。物理學原理的方向發(fā)生了質的改變：統(tǒng)計描述代替了嚴格的因果描述，非機械決定論代替了機械決定論的統(tǒng)治。
經(jīng)典統(tǒng)計力學雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動搖嚴格決定論，量子力學的沖擊則使機械決定論的大廈坍塌了。量子力學揭示并論證了人們對微觀世界的認識具有不可避免的隨機性，它不遵循嚴格的因果律。任何微觀事件的測定都要受到測不準關系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動量、時間和能量，只能描述和預言微觀對象的可能的行為。因此，量子力學必須是幾率的、統(tǒng)計的。而且，隨著認識的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計的隨機性，不是由于我們知識和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。
二、量子力學使得科學認識方法由還原論轉化為整體論
還原論作為一種認識方法，是指把高級運動形式歸結為低級運動形式，用研究低級運動形式所得出的結論代替對高級運動形式的本質認識的觀點。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點和規(guī)律去解釋、說明要研究的對象。其目的是簡化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認識處于初級水平上無疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學的本質，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。
量子力學認為整體與部分的劃分只有相對意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個單元，具有與整體同等甚至還要大的復雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機的自覺因果關系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]
波粒二象性是微觀世界的本質特征，也是量子論、量子力學理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學通過部分還原認識整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^粒子在某些實驗條件下，只表現(xiàn)波動性；而在另一些實驗條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實驗結果不能同時在一次實驗中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關于微觀世界認識的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動性，即波粒二象性。這就是整體論觀點強調的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準原理說明不能同時測量微觀粒子的動量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測量簡單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學觀與現(xiàn)代科學觀認識論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經(jīng)典科學一味地強調外在聯(lián)系觀，而量子力學則更強調關注事物內(nèi)部的有機聯(lián)系。所以，量子力學把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動搖了還原論觀點。
三、量子力學使得科學思維方式由追求簡單性發(fā)展到探索復雜性
從經(jīng)典科學思維方式來看，世界在本質上是簡單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡單性是經(jīng)典科學奮斗的目標，也是推動它獲取成功的動力。開普勒以三條簡明的定律揭示了看似復雜的太陽系行星運動，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學是用簡單性解釋復雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。
量子力學初步揭示了客觀世界的復雜性。經(jīng)典科學的簡單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學所研究的是理想的物質客體。它不但用理想化的“質點”、“剛體”、“理想氣體”來描述物體，而且把研究對象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進入微觀領域，微觀粒子運動的幾率性、隨機性；觀測對象和觀測主體不可分割性等都足以說明自然界本身并不是我們想象的那么簡單。
在現(xiàn)代科學中，牛頓的經(jīng)典力學成了相對論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學中交互作用近似為零的情況，在量子力學中是測不準關系可以忽略時的理論表述。復雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨占的一統(tǒng)地位。復雜性是把簡單性作為一個特例包含其中，正如莫蘭所說的，復雜性是簡單性和復雜性的統(tǒng)一。復雜性比簡單性更基本，可能性比現(xiàn)實性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學思維方式，不是以現(xiàn)實來限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實；不是以既存的實體來確定演化，而是在演化中認識和把握實體。復雜性主張考察被研究對象的復雜性，在對其作出層次與類別上的區(qū)分之后再進行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強調的是一種整體的協(xié)同。
四、量子力學使科學活動中主客體分離邁向主客互動
經(jīng)典科學思維方式的一個指導觀念就是，認為科學應該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談論任何物理量都是沒有意義的！測量，這一不被經(jīng)典物理學考慮的問題，在面對量子世界如此微小的測量對象時，成為一個難以把握的手段。因為研究者的介入對量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領域進入微觀領域時，我們就會遇到一個矛盾：我們的觀測儀器是宏觀的，可是研究對象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對我們的認識產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進行觀測的假定，從而建立了科學活動中主客體互動的關系。
例如，關于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實驗安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實驗安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。[8]
量子力學的發(fā)展表明，不存在一個客觀的、絕對的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測到的世界。物理學的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關于自然我們能夠“說什么”。
一、科學、語言和思維
在建立科學理論體系的過程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至為復雜的實驗、歸納和演繹工作為基礎。而且人們一般相信科學知識就是在這個基礎上產(chǎn)生和累積起來的。但只要這種認識活動過程是為一個協(xié)調一致的目標所固有，只要它真正屬于科學研究自我累進的進程，則不論其如何復雜，仍只是過程性的，而不從根本上規(guī)定科學的性質、程序，乃至結論。這就使我們在考察復雜的科學認識活動時，可以抽取出高于具體手段的，基本上只屬于人類心智與外在世界相聯(lián)絡的東西，即科學語言，來作為認識的中介物。
要說明科學語言何以能成為這樣的中介，需要先對科學的認識結構加以分析。
作為一種形式化理論的近現(xiàn)代科學，其目的是力圖摹寫客觀實在。這種摹寫的認識論前提是一個外在的、自為的客體和作為其思維對立面的內(nèi)在的主體間的雙重存在。這一認識論前提在科學認識方面衍生出一個更實用的前提，就是把客體看作是一種自在的“像”或者“結構”（包括動態(tài)結構，比如動力學所概括的各種關系和過程）。
這一自在的實在具有由它的“自明性”所保證的嚴格規(guī)范性。這種自明性只在涉及存在與意識的根本關系時才可能引起懷疑。而科學是以承認這種自明性為前提的。因此科學實際就是關于具有自明性的實在的思維重構。它必須限于處理自在的實在，因為科學的嚴格規(guī)范性（主要表現(xiàn)為邏輯性）是由實在的自明性所保證的，任何超越實在的描述都會破壞這種描述的前提。這一點對稍后關于量子力學的討論非常重要。
上述分析表明，科學的嚴格規(guī)范性并非如有唯理論傾向的觀點所認為的那樣，是來自思維，也并非如經(jīng)驗論觀點所認為的來自具體手段對經(jīng)驗表象的操作，也并不象當代某些科學哲學家所認為的純粹出于主體間的共同約定?？茖W的最高規(guī)范是存在在客觀實在中的，是來自客體的自明性。一切具體手段只是以這種規(guī)范為目標而去企及它。
在科學認識活動中，不論是一個思維過程還是一個實驗過程，如果其中缺失了語言過程，那就什么意義都不會有?？茖W語言與人類思維形態(tài)固然有很大的關系，但是它們可能在一個很高的層次上有著共同的根源。就認識的高度而言，思維形態(tài)作為人類的一種意識現(xiàn)象，對它進行本質的追究，至少目前還不能完全放在客觀實在的背景上。因此，在科學認識的層次上，思維形態(tài)完全可以被視為相對獨立的東西。而科學語言則是明確地被置于實在自身這一背景之中的。這就使我們實際上可以把科學語言看作一種知識，它與系統(tǒng)的科學知識具有完全相同的確切性，即它首先是與實在自身相諧合，然后才以這種特殊性成為思維與對象之間的中介。這才能保證，既使科學語言所述說的科學是關于實在的確切圖景，又使思維活動具備與實在相聯(lián)絡的手段。
科學語言作為一種知識所具備的上述特殊性，使它成為客觀實在圖景構成的基本要素，或科學知識的“基元”。思維形態(tài)不能獨立地形成知識，但思維形態(tài)卻提供某種方式，使科學語言所包含的知識基元獲得某種特定的加成和組合，從而構成一種系統(tǒng)化的理論。這就是語言在認識中的中介作用。由于任何事物都必須“觀念地”存乎人的意識中，才能為人的心智所把握，所以，在這個意義上，一個認識過程就是一個運用語言的過程。
二、數(shù)學語言
數(shù)學語言常常幾乎就是科學語言的同義詞。但實際上，科學語言所指的范圍遠比數(shù)學語言的范圍大，否則就不會出現(xiàn)量子力學公式的解釋問題。在自然科學發(fā)生以前，數(shù)學所起的作用也還不是后世的那種對科學的敘錄。只是由于精密推理的要求所導致的語言理想化，才推進了數(shù)學的應用。但歸根究底，數(shù)學與前面說的那種合乎客觀實在的知識基元是不同的。將數(shù)學用作科學的語言，必須滿足一個條件，即數(shù)學結構應當與實在的結構相關，但這一點并不是顯然成立的。
愛因斯坦曾分析過數(shù)學的公理學本質。他說，對一條幾何學公理而言，古老的解釋是，它是自明的，是某一先驗知識的表述，而近代的解釋是，公理是思想的自由創(chuàng)造，它無須與經(jīng)驗知識或直覺有關，而只對邏輯上的公理有效性負責。愛因斯坦因此指出，現(xiàn)代公理學意義上的數(shù)學，不能對實在客體作出任何斷言。如果把歐幾里德幾何作現(xiàn)代公理學意義上的理解，那么，要使幾何學對客體的行為作出斷言，就必須加上這樣一個命題：固體之間的可能的排列關系，就象三維歐幾里德幾何里的形體的關系一樣。〔1〕只有這樣，歐幾里德幾何學才成為對剛體行為的一種描述。
愛因斯坦的這種看法與上文對科學語言的分析是基本上相通的。它可以說明，數(shù)學為什么會一貫作為科學的抽象和敘錄工具，或者它為什么看上去似乎具有作為科學語言的“先天”合理性。
首先，作為科學的推理和記載工具的數(shù)學，實際上是從思維對實在的一些很基本的把握之上增長起來的。歐幾里得幾何學中的“點”、“直線”這樣一些概念本身就是我們以某種方式看世界的知識。之所以能用這些概念和它們之間的關系去描繪實在，是因為這些“基元”已經(jīng)包含了關于實在的信息（如剛體的實際行為）。
其次，數(shù)學體系的那種嚴密性其實主要是與人類思維的屬性有關，盡管思維的嚴密性并不是一開始就注入了數(shù)學之中。如前所述，思維的嚴密性是由實在的自明性來決定的，是習得的。這就是說，數(shù)學之所以與實在的結構相關，只是因為數(shù)學的基礎確切地說來自這種結構；而數(shù)學體系的自洽性是思維的翻版，因而是與實在的自明性同源的。
由此可見，數(shù)學與自然科學的不同僅表現(xiàn)在對于它們的結果的可靠性（或真實性）的驗證上。也就是說，科學和數(shù)學同樣作為思維與實在相互介定的產(chǎn)物，都有可能成為對實在結構的某種描述或“偽述”，并且都具有由實在的自明性所規(guī)定的嚴密性。但數(shù)學基本上只為邏輯自治負責，而科學卻僅僅為描述的真實性負責。
事實正是如此。數(shù)學自身并不代表真實的世界。它要成為物理學的敘錄，就必須為物理學關于實在結構的真實信息所重組。而用于重組實在圖景的每一個單元，實際上是與物理學的基本知識相一致的。如果在幾何光學中，歐幾里德幾何學不被“光線”及其傳播行為有關的概念重組，它就只是一個純粹的形式體系，而對光線的行為“不能作出斷言”。非歐幾何在現(xiàn)代物理學中的應用也同樣說明了這一點。
三、物理學語言
雖然物理學是嚴格數(shù)學化的典范，但物理學語言的歷史卻比數(shù)學應用于物理學的歷史要久遠得多。
在認識的邏輯起點上，僅當認識論關系上一個外在的、恒常的（相對于主體的運動變化而言）對象被提煉和廓清時，才能保證一種僅僅與對象自身的內(nèi)在規(guī)定性有關的語言描述系統(tǒng)成為可能。對此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時間”、“質料”、“運動”等觀念。顯然，這些觀念并非來自邏輯的推導或數(shù)學計算，它是人類世代傳承的關于世界的知識的基元。
然后，需要對客觀實在進行某種方式的剝離，才能使之通過語言進入我們的觀念。一個客觀實在，比如說，一個電子，當我們說“它”的時候，既指出了它作為離散的一個點（即它本身），又指出了它身處時空中的那個屬性。而后一點很重要，因為我們正是在廣延中才把握了它的存在，即從“它”與“其它”的關系中“找”出它來。
當我們按照古希臘人（比如亞里士多德）的方式問“它為什么是它”時，我們正在試圖剝離“它”之所以為“它”的屬性。但這個屬性因其離散的本質，在時空中必為一個“奇點”，因而不能得到更多的東西。這說明，我們的語言與時空的廣延性合若符節(jié)，而對離散性，即時空中的奇點，則無法說什么。如果我們按照伽利略的方式問“它是怎樣的”時，我們正是在描繪它與廣延有關的性質，即它與其它的關系。這在時空中呈現(xiàn)為一種結構和過程。對此我們有足夠的手段（和語言）進行摹寫。因為我們的語言，大多來自對時空中事物的經(jīng)驗。我們運用語言的主要方式，即邏輯思維，也就是時空經(jīng)驗的抽象和提升。
可見，近現(xiàn)代物理學語言是一種關于客觀實在的時空形式及過程的語言，是一種廣延性語言。幾何學之所以在科學史上扮演著至為重要的角色，首先不在于它的嚴格的形式化，而在于它是關于實在的時空形式及過程的一個有效而簡潔的概括，在于與物理學在面對實在時有著共同的切入點。
上述討論表明了近現(xiàn)代物理學語言格式包含著它的基本用法和一個根深蒂固的傳統(tǒng)，這是由客觀實在和復雜的歷史因素所規(guī)定的。至為關鍵的是，它必須而且只是關于實在的時空形式及過程的描述?？梢韵胂螅x開了這種用法和傳統(tǒng)，“另外的描述”是不可能在這種語言中獲得意義的。而這正是量子力學碰到的問題。
四、量子力學的語言問題
上文說明，在描摹實在時，人類本是缺乏固有的豐富語言的。西方自古希臘以來，由于主、客體間的某種相互介定而實現(xiàn)了有關實在的時空形式和過程的觀念及相應的邏輯思維方式。任何一種特定的語言，隨著時代的變遷和認識的深入，某些概念的含義會發(fā)生變化，并且還會產(chǎn)生新的語言基元。有時，這樣的變化和增長是革命性的。但不可忽視的是，任何有革命性的新觀念首先必須在與傳統(tǒng)語言的關系中獲得意義，才能成為“革命性的”。在自然科學中，一種新理論不論提出多么“新”的描述，它都必須仍然是關于時空形式及過程的，才能在整體的科學語言中獲得意義。例如，相對論放棄了絕對時空、進而放棄了粒子的觀念，但代之而起的那種連續(xù)區(qū)概念仍然是時空實在性的描述并與三維空間中的經(jīng)驗有著直接聯(lián)系。
量子力學的情況則不同。微觀粒子從一個態(tài)躍遷到另一個態(tài)的中間過程沒有時空形式；客體的時空形式（波或粒子）取決于實驗安排；在不觀測的情況下，其時空形式是空缺的；并且，觀測所得的客體的時空形式并不表示客體在觀測之前的狀態(tài)。這意味著，要么微觀實在并不總是具有獨立存在的時空形式，要么是人類無法從認識的角度構成關于實在的時空形式的描述。這兩種選擇都將超出現(xiàn)有的物理學語言本身，而使經(jīng)典物理學語言在用于解釋公式和實驗結果時受到限制。
量子力學的這個語言問題是眾所周知的。波爾試圖通過互補原理和并協(xié)原理把這種限制本身上升為新觀念的基礎。他多次強調，即使古典物理學的語言是不精確的、有局限性的，我們?nèi)匀徊坏貌皇褂眠@種語言，因為我們沒有別的語言。對科學理論的理解，意味著在客觀地有規(guī)律地發(fā)生的事情上，取得一致看法。而觀測和交流的全過程，是要用古典物理學來表達的。〔2〕
量子力學的反對者愛因斯坦同樣清楚這里的語言問題。他把玻爾等人盡力把量子力學與實驗語言溝通起來所作的種種附加解釋稱之為“綏靖哲學”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文學”〔4〕，這實際上指明了互補原理等觀念是在與時空經(jīng)驗相關的科學語言之外的。愛因斯坦拒絕承認量子力學是關于實在的完備描述，所以并不以為這些附加解釋會在將來成為科學語言的新的有機內(nèi)容。薛定諤和玻姆等人從另一個角度作出的考慮，反映了他們以為玻爾、海森堡、泡利和玻恩等人的觀點回避了經(jīng)典語言與實在之間的深刻矛盾，而囿于語言限制并為之作種種辯解。薛定諤說：“我只希望了解在原子內(nèi)部發(fā)生了什么事情。我確實不介意您（指玻爾）選用什么語言去描述它。”〔5〕薛定諤認為，為了賦予波函數(shù)一種實在的解釋，一種全新的語言是可以考慮的。他建議將N個粒子組成的體系的波函數(shù)解釋為3N維空間中的波群，而所謂“粒子”則是干涉波的共振現(xiàn)象，從而徹底拋棄“粒子”的概念，使量子力學方程描述的對象具有連續(xù)的、確定的時空狀態(tài)。
固然，幾率波的解釋使得理論的數(shù)學結構不能對應于實在的時空結構，如果讓幾率成為實驗觀察中首要的東西，就會讓客觀實在在描述中成了一種“隱喻”。然而薛定諤的解釋由于與三維空間中的經(jīng)驗沒有明顯的聯(lián)系，也成了另一種隱喻，仍然無法作為一種科學語言而獲得充分的意義。
玻姆的隱序觀念與薛定諤的解釋在語言問題上是相似的。他所說的“機械序”〔6〕其實就是以笛卡爾坐標為代表的關于廣延性空間的描述。這種描述由于經(jīng)典物理學的某些限定而表現(xiàn)出明顯的局限性。玻姆認為量子力學并未對這種序作出真正的挑戰(zhàn)，在一定程度上指出了量子力學的保守性。他企圖建立一種“隱序物理學”，將量子解釋為多維實在的投影。他以全息攝影和其它一些思想實驗為比喻，試圖將客觀實在的物質形態(tài)、時空屬性和運動形式作全新的構造。但由于其基礎的薄弱，仍然只是導致了另一種脫離經(jīng)驗的描述，也就是一種形而上學。
這里所說的“基礎”指的是，一種全新的語言涉及主客體間完全不同的相互介定。它涉及對客體的完全不同的剝離方式，也就是說，現(xiàn)行科學語言及其相關思維方式的整個基礎都將改變。然而，現(xiàn)實地說，這不是某一具有特定對象和方法的學科所能為的。
可見，試圖通過一種全新的語言來解決量子力學的語言問題是行不通的。這個問題比通常所能想象的要無可奈何得多。
五、量子力學何種程度上是“革命性”的
量子力學固然在解決微觀客體的問題方面，是迄今最成功的理論，然而這種應用上的重要性使人們有時相信，它在觀念上的革命也是成功的。其實，上述語言與實在圖景的沖突并未解決。量子力學的種種解釋無法在科學語言的基礎上必然過渡到那種非因果、非決定論觀念所暗示的宇宙圖景。這就使我們有必要對量子力學“革命性”的程度作審慎的認識。
正統(tǒng)的量子力學學者們都意識到應該通過發(fā)展思維的豐富性來解決面臨的困難。他們作出的重要努力的一個方面是提出了很多與經(jīng)典物理學不同的新觀念，并希望這些新觀念能逐漸溶入人類的思想和語言。其中玻恩用大量的論述建議幾率的觀念應該取代嚴格因果律的概念?！?〕測不準原理以及其中的廣義坐標、廣義動量都是為粒子而設想的，卻又不能描述粒子在時空中的行為，薛定諤認為應該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認為不能放棄，可以用互補原理來解決。玻爾還希望，波函數(shù)這樣的“新的不變量”將逐漸被人的直覺所把握，從而進入一般知識的范圍?！?〕這相當于說，希望產(chǎn)生新的語言基元。
另一方面，海森堡等人提出，問題應該通過放棄“時空的客觀過程”這種思想來解決。〔9〕這又引起了量子力學的客觀性問題。
這些努力在很大程度上是具有保守性的。
我們試把量子力學與相對論作比較。相對論的革命性主要表現(xiàn)在，通過對時間和空間的相對性的分析，建立起時間、空間和運動的協(xié)變關系，從而推翻了絕對時空、絕對同時性等舊觀念，并代之以新的時空觀。重要的是，在這里，絕對時空和絕對同時性是從理論上作為邏輯必然而排除掉的。四維時空不變量對三維空間和一維時間的性質依賴于觀察者的情形作了簡潔的概括，既不引起客觀性危機，又與人類的時空經(jīng)驗有著直接關聯(lián)。相對論排除了物理學內(nèi)部由于歷史和偶然因素形成的一些含混概念，并給出了更加準確明晰的時空圖景。它因此而在科學語言的范圍內(nèi)進入了一般知識。
量子力學的情況則不同。它的保守性主要表現(xiàn)在：
第一，嚴格因果律并不是從理論的內(nèi)部結構中邏輯地排除的。只是為了保護幾率波解釋，才不得不放棄嚴格因果律，這只是一種人為地避免邏輯矛盾的處理。
第二，不完全連續(xù)性、非完全決定論等觀念并沒有構成與人類的時空經(jīng)驗相關聯(lián)的自洽的實在圖景。互補原理和并協(xié)原理并沒有從理論內(nèi)部挽救出獨立存在于時空的客體的概念，又沒有證明這種概念是不必要的（如相對論之于“以太”那樣）。因此，量子力學的有關哲學解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實際上，卻由于這些從理論結構上說是附加的解釋超出了關于實在的描述，因而破壞了以實在的自明性為保證的描述的前提。所以它實際上對觀念的豐富和發(fā)展所作的貢獻是有限的。
第三，量子力學內(nèi)在地不能過渡到關于個別客體的時空形式及過程的模型，使得它的反對者指責說這意味著位置和動量這樣的兩個性質不能同時是實在的。而為了保護客觀性，它的支持者說，粒子圖像和波動圖象并不表示客體的變化，而是表示關于對象的統(tǒng)計知識的變化?！?0〕這在關于實在的時空形式及過程的科學語言中，多少有不可知論的味道。
第四，人們必須習慣地設想一種新的“實在”觀念以便把充滿矛盾的經(jīng)驗現(xiàn)象統(tǒng)一起來。在對客體的時空形式作抽象時，這種方法是有效的。而由于波函數(shù)對應的不是個別客體的行為，所以大多新的“實在”幾乎都是形而上學的構想。薛定諤和玻姆的多維實在、玻姆在闡釋哥本哈根學派觀點時提出的那種包含了無限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構想。玻恩也曾表示，量子力學描述的是同一實在的排斥而又互補的多個影像?！?2〕這有點象是在物理學語言中談論“混元”或“太極”一樣，很難說對觀念有積極的建設。
本文從科學語言的角度，對量子力學尤其是它的哲學基礎的保守性作出一些分析，這并不是在相對論和量子力學之間作價值上的優(yōu)劣判斷。也許量子力學的真正價值恰恰在于它所碰到的困難是根本性的。
海森堡等人與新康德主義哲學家G·赫爾曼進行討論時，赫爾曼提出，在科學賴以發(fā)生的文化中，“客體”一詞之所以有意義，正在于它被實質、因果律等范疇所規(guī)定，放棄這些范疇和它們的決定作用，就是在總體上不承認經(jīng)驗的可能性。〔13〕我們應該注意到，赫爾曼所使用的“經(jīng)驗”一詞，實際上是人類對客觀事物的廣延性和分立性的經(jīng)驗。這種經(jīng)驗是科學的實在圖景成立的基礎或真實性的保證，邏輯是它的抽象和提升。
在本文的前三節(jié)已經(jīng)談到，自從古希臘人力圖把日常語言理想化而創(chuàng)立了邏輯語言以來，西方的科學語言就一直是在實在的廣延性和分立性的介定下發(fā)展起來的。我們也許可以就此推測，對于人的認識而言，世界是廣延優(yōu)勢的，但如果因此認為實在僅限于廣延性方面，卻是缺乏理由的。廣延性優(yōu)勢在語言上的表現(xiàn)之一是幾何優(yōu)勢。西方傳統(tǒng)中的代數(shù)學思想是代數(shù)幾何化，即借助空間想象來理解數(shù)的。不論畢達哥拉斯定理還是笛卡爾坐標都一樣。直角三角形的斜邊是直觀的，而根號2不是。我們可以用前者表明后者，而不能反過來?？墒且粋€離散的數(shù)量本身究竟是什么呢？它是否與實在的另一方面或另一部分（非廣延的）相應？也許在微觀領域里不再是廣延優(yōu)勢而量子力學的困難與此有關？
如果量子力學面臨的是實在的無限可能性向語言的有限性的挑戰(zhàn)，那么問題的解決就不單單是語言問題，甚至不單單是目前形態(tài)的物理學的問題。它將涉及整個認識活動的基礎。玻爾似乎是深刻地意識到這一點的。他說“要做比這些更多的事情完全是在我們目前的手段之外?！薄?4〕他還有一句格言；“同一個正確的陳述相對立的必是一個錯誤的陳述；但是同一個深奧的真理相對立的則可能是另一個深奧的真理。”〔15〕
摘要：20世紀三次物理學革命之一的量子力學在諸多方面對經(jīng)典科學世界圖景進行了變革。量子力學突破了經(jīng)典科學的機械決定論，使之轉化為非機械決定論；使得科學認識方法由還原論轉化為整體論；使得科學思維方式由追求簡單性到探索復雜性；確立了科學活動中主客體互動關系。
關鍵詞：量子力學；經(jīng)典科學世界圖景；非機械決定論；整體論；復雜性；主客體互動
經(jīng)典科學基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開創(chuàng)的，近三百年內(nèi)發(fā)展起來的一整套觀點、方法、學說。經(jīng)典科學世界圖景的最大特征是機械論和還原論，片面強調分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學派的量子力學理論三部曲：統(tǒng)計解釋—測不準原理—互補原理所反映的主要觀點是：微觀粒子的各種力學量（位置、動量、能量等）的出現(xiàn)都是幾率性的；量子力學對微觀粒子運動的幾率性描述是完備的，對幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋；決定論不適用于量子力學領域；儀器的作用同觀察對象具有不可分割性，確立了科學活動中主客體互動關系。[1]量子力學的發(fā)展從根本上改變了經(jīng)典科學世界
圖景。
一、量子力學突破了經(jīng)典科學的機械決定論，遵循因果加統(tǒng)計的非機械決定論
經(jīng)典力學是關于機械運動的科學，機械運動是自然界最簡單也是最普遍的運動。說它最簡單，因為機械運動比較容易認識，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學，獲得了空前成功；說它最普遍，因為機械力學有廣泛的用途，容易把它絕對化。[2]機械決定論是建立在經(jīng)典力學的因果觀之上，解釋原因和結果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機械決定論認為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結果；機械決定論的優(yōu)秀在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進行準確預測。[3]其實，機械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對于微觀領域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計決定論。[4]
量子力學是對經(jīng)典物理學在微觀領域的一次革命。量子力學所揭示的微觀世界的運動規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學派對量子力學的理解，同物理學機械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運動遵守統(tǒng)計規(guī)律，我們不能說某個電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。
玻恩的統(tǒng)計解釋指出，因果性是表示事件關系之中一種必然性觀念，而機遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配。在量子力學中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計規(guī)律是基本規(guī)律。物理學原理的方向發(fā)生了質的改變：統(tǒng)計描述代替了嚴格的因果描述，非機械決定論代替了機械決定論的統(tǒng)治。
經(jīng)典統(tǒng)計力學雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動搖嚴格決定論，量子力學的沖擊則使機械決定論的大廈坍塌了。量子力學揭示并論證了人們對微觀世界的認識具有不可避免的隨機性，它不遵循嚴格的因果律。任何微觀事件的測定都要受到測不準關系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動量、時間和能量，只能描述和預言微觀對象的可能的行為。因此，量子力學必須是幾率的、統(tǒng)計的。而且，隨著認識的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計的隨機性，不是由于我們知識和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。
二、量子力學使得科學認識方法由還原論轉化為整體論
還原論作為一種認識方法，是指把高級運動形式歸結為低級運動形式，用研究低級運動形式所得出的結論代替對高級運動形式的本質認識的觀點。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點和規(guī)律去解釋、說明要研究的對象。其目的是簡化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認識處于初級水平上無疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學的本質，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。
量子力學認為整體與部分的劃分只有相對意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個單元，具有與整體同等甚至還要大的復雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機的自覺因果關系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]
波粒二象性是微觀世界的本質特征，也是量子論、量子力學理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學通過部分還原認識整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^粒子在某些實驗條件下，只表現(xiàn)波動性；而在另一些實驗條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實驗結果不能同時在一次實驗中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關于微觀世界認識的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動性，即波粒二象性。這就是整體論觀點強調的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準原理說明不能同時測量微觀粒子的動量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測量簡單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學觀與現(xiàn)代科學觀認識論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經(jīng)典科學一味地強調外在聯(lián)系觀，而量子力學則更強調關注事物內(nèi)部的有機聯(lián)系。所以，量子力學把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動搖了還原論觀點。
三、量子力學使得科學思維方式由追求簡單性發(fā)展到探索復雜性
從經(jīng)典科學思維方式來看，世界在本質上是簡單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡單性是經(jīng)典科學奮斗的目標，也是推動它獲取成功的動力。開普勒以三條簡明的定律揭示了看似復雜的太陽系行星運動，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學是用簡單性解釋復雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。
量子力學初步揭示了客觀世界的復雜性。經(jīng)典科學的簡單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學所研究的是理想的物質客體。它不但用理想化的“質點”、“剛體”、“理想氣體”來描述物體，而且把研究對象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進入微觀領域，微觀粒子運動的幾率性、隨機性；觀測對象和觀測主體不可分割性等都足以說明自然界本身并不是我們想象的那么簡單。
在現(xiàn)代科學中，牛頓的經(jīng)典力學成了相對論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學中交互作用近似為零的情況，在量子力學中是測不準關系可以忽略時的理論表述。復雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨占的一統(tǒng)地位。復雜性是把簡單性作為一個特例包含其中，正如莫蘭所說的，復雜性是簡單性和復雜性的統(tǒng)一。復雜性比簡單性更基本，可能性比現(xiàn)實性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學思維方式，不是以現(xiàn)實來限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實；不是以既存的實體來確定演化，而是在演化中認識和把握實體。復雜性主張考察被研究對象的復雜性，在對其作出層次與類別上的區(qū)分之后再進行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強調的是一種整體的協(xié)同。
四、量子力學使科學活動中主客體分離邁向主客互動
經(jīng)典科學思維方式的一個指導觀念就是，認為科學應該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談論任何物理量都是沒有意義的！測量，這一不被經(jīng)典物理學考慮的問題，在面對量子世界如此微小的測量對象時，成為一個難以把握的手段。因為研究者的介入對量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領域進入微觀領域時，我們就會遇到一個矛盾：我們的觀測儀器是宏觀的，可是研究對象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對我們的認識產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進行觀測的假定，從而建立了科學活動中主客體互動的關系。
例如，關于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實驗安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實驗安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。
量子力學的發(fā)展表明，不存在一個客觀的、絕對的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測到的世界。物理學的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關于自然我們能夠“說什么”。
【摘 要】中醫(yī)形神關系和量子力學中的意識都是研究精神活動的范疇，兩者理論研究可以互相促進。中醫(yī)形神關系認為“形為神之宅，神為形之主”，將精神和物質進行了統(tǒng)一，符合量子力學的哥本哈根解釋精神。中醫(yī)對精神的研究比量子力學衍生出來的意識理論有更強大的生命力。中醫(yī)理論認為宇宙之間有一種自我協(xié)調、自動平衡的能力。這種能力產(chǎn)生了神（精神），神又進一步控制強化了這種自我協(xié)調、自動平衡的能力。本文認為這種能力最初使量子世界走向經(jīng)典世界，使萬物生成之源。
【關鍵詞】中醫(yī)；形神關系；量子力學；精神
形神關系是中醫(yī)研究物質和精神關系的理論總稱。中醫(yī)對精神的形成有明確的認識，并廣泛運用于中醫(yī)實踐中。本文主要結合中醫(yī)和量子力學進一步探討物質和精神的關系，希望對傳統(tǒng)世界的認知有新的突破。
1 量子力學簡介
量子力學是現(xiàn)代物理學的基礎和優(yōu)秀，主要有單個電子雙縫干涉實驗、活貓死貓問題和量子糾纏等非常規(guī)現(xiàn)象?！队钪娴那傧摇返诙谒恼驴偨Y單個電子雙縫干涉實驗時指出：電子從兩條縫都通過了，并產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象?！耙坏┐_定了電子從哪條縫經(jīng)過，兩縫間的干涉現(xiàn)象也就消失了”，電子像小球一樣只產(chǎn)生兩道豎紋。唐先一、張志林在《量子力學詮釋綜論》中全面分析了現(xiàn)有的八大類量子詮釋理論，認為傳統(tǒng)的哥本哈根解釋最為合理，觀測者有不可或缺的作用，即觀測者的觀測讓干涉現(xiàn)象消失了。現(xiàn)在普遍認為是觀測者的意識使得量子波坍縮的。所以，認知、意識等精神活動是理解量子力學的關鍵。
2 神的概念和形成
中醫(yī)將精神活動總稱為神，認為形為神之宅，神者形之用，統(tǒng)一了唯心主義和唯物主義。
2.1 神的概念
《中醫(yī)基礎理論》認為“狹義之神指人的意識、思維、情感等精神活動”，它是中醫(yī)研究的重點。劉富林在《形神合一理論的研究》中認為“神，指人體的生命活動，包括精神、思維、意識、情感、心理等變化”。中醫(yī)研究的神主要指精神活動，也包括意識，和量子力學中的意識息息相關，兩者結合定能熠熠生輝。本文的意識、情志和思維等都是指精神活動，是研究量子力學的重要基礎。
劉富林在《形神合一理論的研究》中總結指出中醫(yī)形神合一理論“體現(xiàn)在中醫(yī)基礎理論與臨床診治、養(yǎng)生防病的全過程中”。陳向群在《量子力學視角下的三種意識解釋》中對量子力學衍生出來的三種主要意識理論進行介紹，說明了量子力學視角下的意識處于假設階段，毫無應用價值。所以，中醫(yī)形神關系比量子力學產(chǎn)生的意識理論有更強大的生命力。
2.2 神的形成
《中醫(yī)基礎理論》認為“無形則神無以附，無神則形無以活；形為神之宅，神為形之主。形神統(tǒng)一是生命存在的根本保C”。 這里的形“指人體的形體，包括臟腑、經(jīng)絡、氣血、津液等構成形體的物質”（ 劉富林《形神合一理論的研究》）。中醫(yī)的形神觀告訴我們：精神離不開物質，物質是精神生成的基礎。
《中醫(yī)基礎理論》將狹義之神分為五神、情志及思維活動。《中醫(yī)基礎理論》認為：“五神，即神、魂、魄、意、志，是對人的感覺、意識等精神活動的概括?！蔽迳穹謱傥迮K，即“心藏神，肺藏魄，肝藏魂，脾藏意，腎藏志”（《素問?宣明五氣》）。七情指喜、怒、憂、思、悲、恐、驚，七情中的五志分屬五臟，心在志為喜，肝在志為怒，肺在志為憂，脾在志為思，腎在志為恐?！吨嗅t(yī)基礎理論》認為“臟腑精氣對自然環(huán)境與社會環(huán)境的各種刺激作出應答，便產(chǎn)生了意識、思維、情感等精神活動”，這里的臟腑指五臟六腑?！吨嗅t(yī)基礎理論》認為“臟腑之精，指臟腑所藏的具有濡養(yǎng)、滋潤本臟腑及其所屬的形體、官竅等作用的液態(tài)精華物質?！薄吨嗅t(yī)基礎理論》認為“氣是人體內(nèi)活力很強運動不息的極細微物質，是構成人體和維持人體生命活動的基本物質之一。”綜上所述，精神是由五臟六腑中屬于精和氣的物質共同作用產(chǎn)生的。五臟分屬五行，分別與六腑相表里?！吨嗅t(yī)基礎理論》認為“五行，即木、火、土、金、水五類物質及其運動變化”。五臟六腑的精氣各不相同，分屬木火土金水的五類物質。五行之氣的太過不及都會影響精神活動，如“肝氣虛則恐，實則怒”，“心氣虛則悲，實則笑不休” （《靈樞?本神》肝氣即木氣，心氣即火氣）。五行平衡是正常精神活動的保證，精神的產(chǎn)生離不開水火金木土五類物質的協(xié)調運作。
量子世界存在著不確定性，物質可以同時存在多個地方，這決定了物質之間的相互作用也存在著不確定性，那么生成的精神也將變化無常。中醫(yī)形神觀告訴我們：日常的精神世界和量子世界是相互排斥的，這符合物理實驗。
2.3 心在精神活動中的作用
中醫(yī)認為在所有的精神活動中，心起到了控制和調節(jié)作用，而西醫(yī)認為這一功能是腦。楊濤、趙明鏡等在《“心主神明”的內(nèi)涵及現(xiàn)代科學依據(jù)》從心臟的內(nèi)分泌功能與腦的功能密切相關、心血管疾病與精神狀態(tài)、心血管疾病與認知功能障礙等5個方面對心主神明進行了驗證。樸順天在《心神為體，腦神為用》中總結認為“心就是神明所出之根，腦不主神明，而是神明流注的地方”。簡而言之，心就是中央處理器，腦就是存儲器。從目前研究進展看，心在精神活動中確實發(fā)揮了控制和調節(jié)作用，這進一步說明了中醫(yī)形神關系并非無根之木。
《靈樞?本神》對思維的過程進行了概括“所以任物者謂之心；心有所憶謂之意；意之所存謂之志；因志存變謂之思；因思而遠慕謂之慮；因慮而處物謂之智”。這句話說明了心是認識事物的關鍵，而今所有理論都忽視了認識事物這一能力。量子世界的不確定性決定了由它構成的世界也將不確定，這樣的世界是無法認識的。所以，認識事物涉及到量子世界向經(jīng)典世界的過渡，是一項非常重要的能力，希望理論界能夠重視。
3 形神關系的重要意義
《素問?六微旨大論》中有“相火之下，水氣承之；水位之下，土氣承之；土位之下，風氣承之；風位之下，金氣承之；金位之下，火氣承之；君火之下，陰精承之”的亢害承制現(xiàn)象，即本氣亢盛，相克之氣就會承接克制?！端貑?至真要大論》中有“有勝則復，無勝則否?！边@些都說明了五行之氣根據(jù)相克規(guī)律有自我協(xié)調、自動平衡的能力。這種自我協(xié)調、自動平衡的能力可以作為宇宙初期從量子世界向經(jīng)典世界過渡的原動力，也應該是精神活動的開始《中醫(yī)基礎理論》認為“神既由精、氣、血、津液等作為物質基礎而產(chǎn)生，又能反作用于這些物質。神具有統(tǒng)領、調控這些物質在體內(nèi)進行正常代謝的作用”；“臟腑精氣產(chǎn)生神，神通過對臟腑精氣的主宰來調節(jié)其生理機能”；“神的盛衰是生命力盛衰的綜合體現(xiàn)，因此神是人體生理活動和心理活動的主宰”。物質的協(xié)調運作生成精神，精神又控制促進物質的協(xié)調運作，精神與物質的關系比形神統(tǒng)一更加復雜。這種協(xié)調平衡能力在人體中變得更加強大，過猶不及，人的情志反應太過又會擾亂氣機的正常運行，這一情況《黃帝內(nèi)經(jīng)》也多有描述，本文不做進一步討論。
楊濤、趙明鏡等在《“心主神明”的內(nèi)涵及現(xiàn)代科W依據(jù)》認為，“‘神’指事物的本質屬性，是主宰事物運動變化、興衰存亡的根本因素”。精神生于物質，高于物質，是物質間的固有屬性?！队钪娴那傧摇访枋隽讼依碚撝械挠钪嬗?0個維度，9個空間維和1個時間維。神可能是宇宙中更高的維度，它將萬物聯(lián)系起來，產(chǎn)生了天人合一理論，存在著非定域性，比量子糾纏現(xiàn)象更加復雜。
中醫(yī)形神關系支持意識對物質作用的這種觀點，符合哥本哈根解釋精神。那么在人類進化史、宇宙生成史和時空概念中都必須加入意識。本人能力有限，到此已是黔驢技窮，能引起大家的重視也就心滿意足了。
摘要：量子力學是現(xiàn)代物理的基礎，是一門理論性很強的學科。許多概念與經(jīng)典物理格格不入，給初學者造成很大困難。筆者結合自己的學習過程和教學情況，探討如何在地方應用型高校教好這門課程。
關鍵詞：量子力學；現(xiàn)代物理；地方應用型高校
筆者于1997年畢業(yè)于衡陽師范高等?？茖W校物理教育專業(yè)，那時用的是專科學校自編的量子力學教材，內(nèi)容較簡化，學習起來較吃力；2005年進入湖南師大讀研后，又學習了高等量子力學，許多東西似懂非懂；2016年開始向本科生講授量子力學課程，也只有在這時候，才懂得了困惑自己多年的一些問題。從這個歷程中，可見學好量子力學這門課程是多么難。
一、教學指導思想
正因為這門課程很難學，所以不能期望太高，何況在生源較差的地方應用型高校。與此同時，教師要以人才市場需求和學術發(fā)展為雙重依據(jù)，保持學科體系的完整性，把量子力學教好。對于若干個學生中的精英，要使其受到完整的課程體系訓練，培養(yǎng)物理學科的領頭雁；而對于其他學生，則通過教學方式和考核方式的多樣性，讓其順利通過這些理論性較強的課程考核，培養(yǎng)物理文化的傳播者。
筆者采用的教學方式以傳統(tǒng)講授法為主，PPT用得很少。因為這門課程必須經(jīng)過數(shù)學演算和推導，才能對量子世界有所理解。不要求學生步步推導，但教師至少要去一步一步地算，給學生留下深刻的印象，讓學生知道，做學問是老老實實地工作。每章結束后，設置一個小測試，題目來自上課時講的一些重點概念、符號、規(guī)律以及一些簡單的公式推導。這樣可以保證學生能從書本里查找答案，掌握基本知識。
二、正確看待學生的學習狀況
學生的學習狀況也如所預料的一樣，認真聽的只有幾個有考研意愿的人，其他人幾乎是以玩手機來消磨時間。小測試的時候，總有十多人先不做，坐等別人的答案。筆者認為，教育不能指望人人都會成為精英，能成為“欲栽大樹柱長天”的人只需幾個即可。同一個專業(yè)里，也需要各種層次的人才，如理論計算、實驗操作、知識傳播、人際協(xié)調，等等。量子力學教師需要關注學生的聽課狀態(tài)，以人人能學會為原則（教育機會均等），隨時調整自己的教學策略；同時也要牢記自己的使命，把量子力學的靈魂傳播到位，把它的科學精神傳播到位。
三、量子力學的魂與精神
量子力學的魂是：微觀粒子的運動狀態(tài)是不確定的，只能用概率波去描述；微觀粒子的運動能量不是連續(xù)的，而是離散的；測量微觀粒子的力學量時得不到確定值，只能得到系列的可能值及其出現(xiàn)的概率，但它們的統(tǒng)計值是確定的，即得到的宏觀量；量子力學里的微觀粒子不一定是電子質子等實物粒子，還可能是經(jīng)過一次量子化和二次量子化后的某種運動單元，如電磁場光子、諧振子粒子。量子力學的精神是：科學研究是一件嚴肅的事情，必需老老實實地演算和推導，來不得半點投機取巧。
四、教學心得體會
1.量子力學的研究對象。量子力學是研究微觀粒子的運動，但是課本開始介紹的黑體輻射卻是能觀察到的宏觀現(xiàn)象，這該怎樣理解？一是將空窖里的輻射場當成大量微觀粒子組成的系統(tǒng)，它們服從Bose-Einstein分布l=ωl/（eβεl-1），只是它們不是有原子分子結構的實物粒子罷了。二是認為這些粒子的能量是量子化的εl=ω，不再是宏觀的連續(xù)能量了。這樣一來，物體的輻射就是發(fā)射和吸收微觀粒子的過程了。
2.二次量子化。把輻射場處理成能量量子化的大量微觀粒子，把原點附近做振動的原子或分子處理成能量量子化的線性諧振子等就是一次量子化。最簡單的二次量子化就是體現(xiàn)在對線性諧振子的處理上。線性諧振子的能級是分立的，En=ω（n+1/2），τΦ謀菊魈為Ψn。由于相鄰能級上的本征態(tài)具有遞推關系，即由Ψn可以推出Ψn-1或Ψn+1這時又把態(tài)Ψn看成是由n個粒子組成的系統(tǒng)，每個粒子具有能量E=ω，這樣一來，遞推關系里的算符就可以看成產(chǎn)生算符和湮滅算符了。
3.不確定性。這點和統(tǒng)計力學有某種相似性。統(tǒng)計力學并不知道微觀粒子確定的運動狀態(tài)，所以只好假定每種微觀運動狀態(tài)出現(xiàn)的概率相等，即等概率原理。這樣一來，就可以理解測量微觀粒子的力學量時，得不出確定值的原因，只能得出一系列的可能值以及這些可能值出現(xiàn)的概率。同樣，描述粒子的運動狀態(tài)也只能用概率波來描述了。
五、結語
綜上所述，教師在地方應用型高校教量子力學時，既不能期望太高，也不能敷衍了事，要有正確的教學指導思想，即以人才市場需求和學術發(fā)展為依據(jù)，正確看待學生的學習狀況，遵循教育機會均等的原則；一是做到將它的魂與精神傳播到位，二是要不斷總結教學經(jīng)驗，隨時調整教學方法和步驟。
摘要 本文給出了三合一量子軌道方程的解題步驟和說明，使讀者對三合一量子軌道方程有更深入的了解，尤其是方程本身所具備的相位差設計，可以與泡利不相容原理模型相統(tǒng)一。另外，文中還論述了原子光譜與原子殼層填充順序的關系，關于原子殼層填充順序的新見解以及對原子光譜軌道化，做了初步探討。最后，文中還論述了筆者設計的三合一量子軌道方程和三合一量子偏微分方程的規(guī)范統(tǒng)一性。
關鍵詞 橢圓標準方程；相位差；弱相互作用軌道圖；紅外線軌道方程
1概述
本文繼續(xù)對參考文獻中所列筆者之系列文章進行深入研究，給出了三合一量子軌道方程的解題步驟和說明。另外，對原子光譜軌道化，做了初步探討，同時，概述了三合一量子軌道方程和偏微分方程的規(guī)范統(tǒng)一性，為量子力學的研究發(fā)展，又提供了較為堅實有力的線索。
2三合一量子軌道方程的解題步驟及說明
這里F1、F2中的（tlx/uw±），確定為（90°x/2w±），x=0-π。見參考文獻[3]，而2π≈6.28?？紤]2π/能級7，相似于2π/h，而此處的缺口正是動量矩與其倒數(shù)h/2 n之差。因此，x=λ/2，y=A（振幅）是一致的。故x/y=低能級/高能級。又兩個x及兩個y是一致的，統(tǒng)一的。所以，分兩個步驟計算，是方便可行的。另外，電子或其他粒子的頻率v=1/T，即它在一秒之內(nèi)振動多少周期，與它的軌道在一秒之內(nèi)轉多少圈是一致的。故，上述解題步驟是正確的。
以下幾點說明：
1）這是以y軸為焦點的橢圓標準方程，這是和λ-T圖相一致的。可以看出，如果受到電離作用，產(chǎn)生圓形軌道，那么，二者疊加起來就是螺螄形的軌道。參見泡利不相容原理模型。
2）軌道上半周，方向指向90°，高能級。而低能級的動量矩用了倒數(shù)，即n2π/h（見參考文獻）。這樣符合降頻的實際，由于升頻方程和降頻方程存在速度差，因此，低能級落后高能級90°相位。
3）筆者在設計三合一升、降頻波動方程，和三合一量子軌道方程，及泡利不相容原理模型時，即考慮到F1和F2都是半波，相互之間存在著此消彼漲，此漲彼消的情況。即二者相差90°的相位差。因此，看此橢圓軌道圖時，要規(guī)定，x從小到大時，代表負半周，低能級，即-y。此即代表外系統(tǒng)的能量在增長，軌道趨圓?！纘靠近x軸。+y向下構成倒金字塔，-y向上構成正金字塔。這一點，用直角三角形就可構出。相反地，當x從大到小時，代表正半周，高能級，即+y。此即代表核的作用力在增長，軌道狹長。這一點，我們從軌道圖形就可看出。這櫻就與實際情況相一致了。還有，因為x與y相差90°相位差，所以，當x增加，y減少時，y的指向是與x軸的指向相一致的，指向右方。這就是電子電離的方向。另外，必須強調一點，即，三合一量子軌道方程形式不可顛倒，不等式的方向不能顛倒，F(xiàn)1始終大于F2，如果情況發(fā)生改變，那要重新確定F1和F2。即，一般情況下，x≤y。
4）以上是微觀領域。如果在宏觀領域，即經(jīng)典力學范疇，由于各向同性的原因，因此，除了作相應的
2.2基因工程在醫(yī)學方面的應用
現(xiàn)今，基因工程在醫(yī)學方面的應用最為活躍，其在新藥物研制、疾病診斷以及治療方面都有著不可忽視的作用。以基因工程藥物為主導的基因工程的應用產(chǎn)業(yè)在全球發(fā)展迅速、前景良好開闊，目前利用基因工程生產(chǎn)的藥物主要包括疫苗、抗體、激素、寡核苷酸藥物等，已經(jīng)被用來治療和預防各種疾病。例如基因工程乙型肝炎疫苗?；蚬こ趟幬锬芨纳苽鹘y(tǒng)化學藥物供應不足、副作用較大、缺乏安全性等問題。其次基因工程在疾病診斷應用領域也不斷拓寬?；蛟\斷技術是20世紀70年代簡悅威在貧血臨床治療中取得的研究成果，基因診斷常用的方法有DNA分子雜交、檢測基因的缺失等。例如一些遺傳病癥通常就與基因的突變有關，在臨床上，就可以通過基因診斷技術對遺傳病癥或者癌癥等進行檢測。并且隨著多聚酶鏈式反應技術發(fā)明，基因診斷方法也越來越簡單方便，不采用DNA分子雜交方法，直接從擴增的DNA分子做酶切分析，甚至有些不需要做酶切分析而直接根據(jù)擴增的長度來達到疾病診斷的目的。
2.3基因工程在環(huán)保方面的應用
隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，我國國內(nèi)環(huán)境狀況嚴峻，石油污染、水污染、農(nóng)藥污染、氣候變暖等問題已經(jīng)成為了社會日益關注的焦點。例如美國通過采取DNA重組技術將降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴、脂肪烴的4種菌體基因有效鏈接起來，并轉移到某一種菌體中從而產(chǎn)生同時降解這4種有機物的超級細菌從而達到清楚油污染的作用。基因工程技術同樣可以用于降解農(nóng)藥，轉基因作物的出現(xiàn)有利于減少農(nóng)藥對環(huán)境的不利影響，并根據(jù)中科院研究所研制出為了降解農(nóng)藥并帶有自殺控制功能的一種細菌即“環(huán)境安全型基因工程菌”，其在完成降解農(nóng)藥的目的任務后能夠“自殺”，從而消除基因工程菌本身對環(huán)境的影響?？傊蚬こ逃捎谄渥陨砀呒夹g、基本不污染環(huán)境或少污染環(huán)境的特點，對于建設生態(tài)環(huán)境以及消除環(huán)境污染有著積極重大意義。
3結論
總之，隨著基因工程領域的快速發(fā)展，其用途在很多領域都得以發(fā)揮，可以利用轉基因改良植物品質，用轉基因動物生產(chǎn)社會所需的新型藥物等，但是也應該認識到任何一項新興科學技術的應用，都有它好壞的兩面，同樣對于基因工程，如果我們不能科學合理地利用它，則也帶來不利的影響。例如：轉基因食品中的外源蛋白質進入人體后，就可能產(chǎn)生新的過敏物質，對人體產(chǎn)生毒性，引起人體過敏反應，從而存在危害人體健康的可能。美國某種子公司也曾經(jīng)將巴西堅果中的某基因轉移到大豆中，結果造成對巴西堅果過敏的人群也存在對該大豆過敏的現(xiàn)象，最終該大豆種子也就沒有被政府批準進行商業(yè)化生產(chǎn)。因此，在實際基因技術應用中應該取長補短、違害就利并加強對基因工程應用的規(guī)范化管理，使基因工程技術能夠朝著可持續(xù)健康發(fā)展的方向。所以，我們應該與時俱進，不斷加強對基因工程知識的學習。技術處理外，其軌道仍按橢圓標準方程，相位也仍差90°，這一點人造衛(wèi)星的軌道可以作些許證明。
摘 要 在物理學中，量子力學并不是一個陌生的概念，它與哲學思想也有著密切的聯(lián)系，如波粒二象性等原理都是因果的重要體現(xiàn)，量子教育學卻是科學主義的產(chǎn)物，沒有正確地找到量子力學的原理，認為主觀性決定一切。簡單闡述兩者的聯(lián)系，為后期的量子學研究提供參考。
關鍵詞 量子力學 量子教育學 主觀性
量子力學所涵蓋的一些思想，在哲學的研究中體現(xiàn)比較廣泛，也對教學理論方面起了重要的作用，可以說量子力學對哲學思想的發(fā)展有著重要的促進作用。量子力學著重利用圖景等表象來認識周圍的世界，強調因果關系的認識，對后期形成的教育學理論具有參考性。但是，借助量子力學所形成的“量子教育學”則有很大的不同，這一教育學對原來的量子理論認識存在較大的偏差，充分強調自然科學。
1量子力學的緣起
1900年，量子假說出現(xiàn)在眾人的認知里，現(xiàn)在的量子力學仍在不斷完善，為后期的科學發(fā)展提供了重要的理論基礎，可以說量子力學是量子理論的中心，它促進了原子能等一些先進技術的發(fā)展，為社會的重大發(fā)明打下基礎，使人們更加清晰地認識到微觀世界，并利用微觀運動來更好地服務社會，是人類的重要發(fā)現(xiàn)，也是社會的偉大進步。
2量子力學的宇宙觀
在宇宙世界中，對量子理論有較多的探討，從已經(jīng)存在的氫原子中，找到了量子級別的狀態(tài)。對于電子而言，比原子更為復雜，這就要求必須要滿足求解該原子的特定的方程來解出，并且要求其 場剛好環(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，并與所蘊含的能量有關，每種量子狀態(tài)都有所表征的能量。這就是說，預期任何一個態(tài)的能量都是一個具體量子所確定的，并不是模棱兩可的，只要是有理論依據(jù)，就可以科學地估測態(tài)的能量多少。由于質子與電子之間存在著相互吸引的力，要想移動一個電子就必須要克服引力做功。
3量子的思維方式
人類思想總是處于不斷發(fā)展中，當兩種思想發(fā)生交集時，就會形成一個比較完整的、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，才會讓思想發(fā)展得如此迅速，才會讓社會發(fā)展如此的快。量子思維方式給人類一個重要的啟示，要求以人為中心，以人為主體。隨著時代的進步和經(jīng)濟發(fā)展，信息技術逐漸融入了人的智慧和思想，他們彼此都是看不見的，沒有確定的形狀，但彼此交匯起來以后，就成了一種可以量化的物質，這是由于物質性比較弱。其實，量子物理學所產(chǎn)生相關的科學智慧，是人類社會發(fā)展的重要因素，也是文明進步的重要保障，可以說，量子物理學是計算機重要的組成部分，所形成的計算機芯片是重要的思維體現(xiàn)，量子物理學不僅是科學進步的前提，更是信息發(fā)展的重要保障，量子思維更是現(xiàn)代社會發(fā)展的必要方式。
4“量子教育學”的唯心主義
從產(chǎn)生量子力學后，“量子教育學”也隨之不斷發(fā)展，雖然也涉及到一些教育學方面的觀點，但這些觀點都是被眾人早就接受了。如：學習是一個整體的過程，在這個過程中各知識點是相互聯(lián)系、彼此交錯的，以及還談到了關鍵詞：服務、個性化、互補等，但是，這些所謂的觀點及結論不是原汁原味的，也不是從量子力學中演變而來，而是與它的原理相悖，從本質上講，“量子教育學”就是一種唯心主義的表現(xiàn)。
貝克萊比較重視經(jīng)驗，認為所學的知識來源于經(jīng)驗，但是他卻犯了一個致命的錯誤，認為感覺是世界真正存在的東西，其他的都是看不見的。他認為，知識是一切力量之源，但感覺是我們?nèi)ヌ剿魑粗澜?，追求至高真理的唯一手段，只有能感覺到，才能被發(fā)現(xiàn)。也就是說：我們的主觀性決定了我們所看見的世界，這也是量子教育學詮釋的觀點。他認為，只要消除了事物與觀念的差異，認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，這樣才會讓我們的知識更加具有生命力。
5“量子教育學”的曲解
正所周知，量子力學不可能槲ㄐ鬧饕搴筒豢芍論創(chuàng)造理論基礎，而“量子教育學”卻是唯心主義的重要思想來源，這是“量子教育學”對量子力學優(yōu)秀思維的歪曲，或者說對量子力學沒有正確的認識，造成思想上出現(xiàn)截然不同的主張，另外，“量子教育學”過分強調感覺和經(jīng)驗，導致偏向于不可知論，與量子力學的思想相悖而馳。
“量子教育學”對量子力學概念和方法認識的偏差表現(xiàn)有。為了進一步認識光的本質特性，提出了波粒二象性的觀念。此后，玻爾提出了“氣補原理”，再一次詮釋了波粒二象性的本質?！皽y不準”原理而是在某一個方面有較大的缺陷，不是粒子在宏觀世界的不適用，只是說明不能單一地應用某一個方面，只有同時應用時才能為物理現(xiàn)象提高全面的解釋。玻爾認為，波粒二象性在整個量子力學中的地位較高，它是一種可以很好地描述一種物理現(xiàn)象的原理，也可以說是解釋因果關系的一種原理，它可以相互促進、相互排斥，這種互斥的關系不可或缺，這種互補關系后來被廣大學者所接受。
6結語
近年來，量子力學逐漸被廣大研究者重視起來，探討量子力學的基本原理以及與量子教育學的重要關系，在量子理論的發(fā)展過程中，這已經(jīng)留下了較多的論爭。可以肯定的是量子力學對于科學的進步貢獻了一份力量，把微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來，而量子教育學并不是量子力學的正確認識，就本身的發(fā)展情況來看，量子教育學認同了后現(xiàn)代主義，成為了唯心主義的重要依據(jù)。
摘 要：量子力學推進了近百年來的科技發(fā)展，量子力學課程是物理學類本科生的重要基礎課程，也是公認比較難的一門學科，也極大影響了學生對物理學的興趣，以及今后的研究方向和從事的工作。該文將從提升教師的自身修養(yǎng)和提高學生的學習主觀能動性兩方面來探索如何提高本科生量子力學課程的教學效果。
關鍵詞：量子力學 教學改革 物理學 本科生
隨著科學技術的快速發(fā)展，使得與物理類相關的交叉學科異軍突起，和量子力學密切相關的量子通信[1]，量子計算[2]量子調控[3]等前沿研究方向深刻影響著人們的日常生活，也成為未來物理學走向應用的重要方向。因此，為了培養(yǎng)的本科生能夠更好服務社會，為時代提供科技人才支撐，提高本科生量子力學[4]的教學效果變得尤為重要。
1 教師應該引導學生主動思考
要培養(yǎng)出緊跟時代步伐的優(yōu)秀學生，量子力學的教師必須緊跟時代步伐。在20世紀上半葉，量子力學的基礎理論及整體框架已經(jīng)成熟，但物理類專業(yè)本科生量子力學的教學大綱也僅僅要求學生能夠建立薛定諤方程，在動量和位置表象求解薛定諤方程，引入算符以及電子的自旋這些量子力學所特有的物理量[5]。如果僅僅照本宣科地講，而不去引導學生思考問題，培養(yǎng)的學生也就僅僅會求解量子力學課程最基本的薛定諤方程，更不會把量子力學和其他的課程內(nèi)容聯(lián)系起來，串成一條主線。作為教師，應該能夠啟發(fā)學生去思考，如講到波爾定態(tài)假設的時候要求電子在固定的軌道運動系統(tǒng)的能量不減少這一基本假定的時候，就可以引導學生思考，為什么電子加速運動能量一定會減少，這就要用到電動力學的知識，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電子，形成了電磁波，電場波就會攜帶能量，這樣也可以引導學生回憶起來其他的課程，把所有的物理知識串聯(lián)起來，提升對物理圖像和物理本質的認識。
2 通過量子力學的前沿進展激發(fā)學生的學習興趣
量子力學的基礎理論雖然已經(jīng)基本完成，它的理論應用卻還有待開發(fā)，學生學習時候的普遍思想是現(xiàn)在所學的內(nèi)容都得到了解決。但是量子力學則不然，要告訴學生，現(xiàn)在的課程內(nèi)容雖然已經(jīng)形成固定的教材，而且國內(nèi)外教材有很多，但很多問題不同的教材可能有不同的表述方式，鼓勵學生多閱讀各種不同的教材和專著，同時要告訴學生量子力學的應用方向和延伸現(xiàn)在仍然在持續(xù)更新，要廣泛閱讀網(wǎng)絡資源，特別是外文文獻，比如發(fā)表在Arxiv，Nature，Science，Reviews of Modern Physics，Physical Review Letters等期刊上的文獻。在教學中如果涉及到現(xiàn)在科學研究應用很廣泛的知識點，要引導學生去學會應用，如：波函數(shù)可以用無窮多的平面波進行展開這一基本原理，而這一簡單的原理正是現(xiàn)在凝聚態(tài)物理中K?P理論[6]的精髓，現(xiàn)在最新的科研成果中仍然可以發(fā)現(xiàn)其解決問題的強大能力；而講到用波函數(shù)來描述量子力學的波粒二象性后，介紹了有意義是波函數(shù)的模平方，即粒子在某一位置出現(xiàn)的幾率，通過密度泛函理論[7]，可以通過波函數(shù)得到幾乎所有的物理性質，這正是第一性原理計算的精髓所在。當然，還有很多類似的最新研究成果，如：通過量子力學的糾纏光子對實現(xiàn)量子通信，波函數(shù)的疊加原理實現(xiàn)量子計算等。因此，這對量子力學教師的要求更高，要能夠緊跟科技前沿，做好一個引路人，從事量子力學的教師一定要扎根在科學研究的一線，而且要求研究方向和量子力學密切相關，如：凝聚態(tài)物理、量子信息等。
3 教學方式的改革
量子力學的基本理論比較抽象，難以理解，理論本身一些內(nèi)容不能直接用實驗驗證，如：薛定諤方程等。量子力學目前的理論形式多樣：如包含薛定諤波動力學、海森堡矩陣力學、路徑積分理論等。如果單純的是教師講，學生被動的接受效果不會太好，特別是講了一些知識點后，加上例題講解，學生都能夠聽懂，但是自己獨立完成的時候仍然是一頭霧水。為此，我試探著給學生們分組，4～5個人一個小組，小組采用自由組合的方式，每次同一小組的同學坐在一起，當講完一個知識點或者幾個知識點后，提出問題，讓學生以小組的形式進行討論，教師輪流進入到每一個小組中去參與學生的討論。這樣可以分享彼此的理解，從而加深對量子力學問題的理解。
4 注重課后的閱讀和交流
上課時間必然受到學時數(shù)目的影響，正如推出量子力學的正統(tǒng)詮釋的哥本哈根學派的領袖人物玻爾曾說：“如果誰沒被量子力學搞得頭暈，那他就一定是不理解量子力學?！币虼?，要更加充分激發(fā)學生的興趣，使得學生主動花更多的時間進行學習和討論，為此，我建立了一個QQ群，通過加平時成績的方式鼓勵學生在群里面討論。此外，還可以把我看到的最新物理內(nèi)的相關新聞，量子力學的一些研究前沿分享到QQ群里面，使得學生在玩手機的時候即可以了解到量子力學的前沿方向，此外還把課件分享到群里供同學們下載，并把課件通過美化大師轉為長圖片，這樣學生可以把知識點保存在手機中，可以充分調動學生的零星時間來學習。同時也鼓勵同學們參加校內(nèi)外的學術交流，也可以觀看網(wǎng)絡上的視頻講座。通過多渠道，多媒體等各種方式拓展視野，開拓眼界，提升學生的學術水平。
5 結語
綜上所述，使得本科生能夠學習好量子力學這一門重要的基礎課程是一個系統(tǒng)工程，需要教師和學生的共同努力。該文從上述4方面提出了一種使得學生能夠學習好量子力學的思路，如果上述4個方面能夠得到完美解決，不僅可以提高學生的學習積極性，調動學生的主觀能動性，也可以激發(fā)他們對科學研究的探索，同時將推進物理方向的人才培養(yǎng)。
摘要：量子力學是材料類專業(yè)本科生的優(yōu)秀課程，在整個知識體系中占有非常重要的地位，然而因為其需要前期課程基礎、邏輯推理內(nèi)容比例大，一直以來都是工科院校本科教學的教和學雙方都感到困難的學科。本文針對材料類專業(yè)的學科特點，結合自身教學實踐經(jīng)驗，分別從專業(yè)特色、前沿學科發(fā)展和教學手段三方面提出一些關于量子力學的教學方法的探索，有效激發(fā)學生學習興趣、提高教學水平。
關鍵詞：量子力學；材料類專業(yè)；教學探索
對于普通高校的材料類本科教學來說，要求學生具有數(shù)學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識，掌握材料設計、性能優(yōu)選、工藝優(yōu)化的原則，以及材料的組成、結構和性能關系。這就需要學生具有材料學科的完整的知識體系，量子力學是半導體、固體物理以及計算材料學、材料測試表征技術等學科的基礎，在材料科學體系中有著非常重要的地位。然而其由于本課程的學習是基于高等數(shù)學、大學物理、數(shù)學物理方法等前期課程學習的基礎之上的，學生對這些基礎課程的掌握情況參差不齊，而大部分學生對前期課程多有遺忘，課程內(nèi)容的學習過程中需要理解的知識點很多，所以要學好這門課程需要充分發(fā)揮學生的主觀能動性，及時復習前期基礎課程和預習相關知識。由于知識間銜接緊密，需要邏輯推理內(nèi)容非常多，學生稍有走神或缺課就會跟不上教師的教學進度，從而對后續(xù)知識的學習也喪失信心。此外，對于工科大環(huán)境下的學生群體來說，學生普遍對實用的專業(yè)課程較感興趣，而對基礎理論課程不夠重視，認為學習非?？菰镆矝]有大多的用處。種種原因造成了在工科大環(huán)境下的理論物理教學特別是量子力學課程的教學困難重重，因此將理論教學與專業(yè)特色相結合，探索具有專業(yè)特色的量子力學的教學方法具有重要的意義。如何消除學生對本課程的畏懼心理，如何調動學生的學習積極性，讓學生在課堂上有收獲的同時也要自覺利用好課余時間學習是解決本課程教學的關鍵。本文結合材料類專業(yè)的綜合情況，經(jīng)過實踐探索，總結幾點較為實用的教學方法。
一、與專業(yè)課程體系相結合，突出課程的重要性
備課之前先熟悉所授課專業(yè)的培養(yǎng)方案，了解學生的已修課程、同學期開設的專業(yè)課程以及后續(xù)的專業(yè)課程。材料類專業(yè)的量子力學課程一般在第四學期開課，在此之前學生已經(jīng)修完了高等數(shù)學、大學物理、線性代數(shù)、數(shù)學物理方法等前期課程。同時學生開始接觸一些材料類的專業(yè)課程，例如材料科學基礎、高分子物理、物理化學等，在之后的第五以及第六學期將有大量的學科專業(yè)課，如材料分析測試技術、計算材料學等。教師在對本專業(yè)的課程設置以及知識框架有了整體的了解以后，有針對性地翻閱一下一些優(yōu)秀專業(yè)課程的教材，將專業(yè)課程當中涉及量子力學基礎的內(nèi)容篩選出來以備用。在給學生講授第一堂課時既將本課程的重要地位告知學生，哪些課程在后續(xù)課程種會涉及到相關知識，哪些領域會用到本課程的知識，以及量子力學對本專業(yè)以及相關專業(yè)的研究生入學考試以及繼續(xù)深造時的必要性。讓學生一開始對本課程的學習有心理上的重視。在具體教學的過程中，注意將量子理論與專業(yè)內(nèi)容相結合，包括已修課程和后續(xù)課程。通過多學科的滲透將整個材料學專業(yè)的課程內(nèi)容進行貫穿，凸顯出量子理論的重要性和實用性，讓學生意識到量子力學并不是高高在上毫無用處的理論公式，同時也使得量子力學的教學更加豐富和生動。
二、與前沿科學相結合、活躍課堂氣氛
當下的高校教師除了教學很大一部分時間精力都用于科學研究。平時實驗或看文獻時可以將所涉及的一些前沿科技成果加以搜集，課堂上通過多媒體以圖片、音響等直觀的方式將其進行簡要的介紹?；钴S課堂氣氛的同時有可以加深對該理論的理解，激發(fā)學生的學習積極性。在給學生講解理論知識的同時注重結合理論的應用領域，結合材料學科的特點以及學校的特色。作者所在的本校是有著交通特色專業(yè)背景，本校材料類專業(yè)也有水泥混凝土、瀝青混合料等工程材料方面的課程，學生就業(yè)也有很大比例在交通相關領域。結合本科的這一特征，教師講課時可以作一些前沿材料在交通領域的最新進展。在講解知識基礎的同時穿插該部分知識的應用方面的展望，展示過程中采用借助多媒體以圖片、音響和板書講解相結合的方式。通過多種途徑讓量子力學這種看似“高大上”的學科也有“接地氣”的一面，不至于全是枯燥的理論和生硬的公式，有利于對學生學習動力的激發(fā)。對于自己的科研課題也可以作一些介紹，還可以挑選部分基礎較好的感興趣的本科生參與到課題的研究或者參觀學習，零距離的接觸前沿科學，對調動學生的學習積極性也有一定的幫助。
三、多種教學手段相結合，調動學生的學習積極性
在教學的過程中采用多種教學手段相結合。鑒于量子力學的理論抽象、知識量大、數(shù)學推理公式繁多，在教學過程中教師的講授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立為主，對于需要推理演算的部分可以引導學生利用課余時間自學。首先可以拓展多樣化的考核方式。課程考核的成績以期末考試為主但是學期內(nèi)平時的表現(xiàn)也是必要的?？梢钥紤]適當增大平時考核的分數(shù)比例，便于調動學生充分利用課余的時間。其中平時表現(xiàn)又可以分為多個方面來考核，充分調動學生的自主學習激情。課堂教師講授為主，適時設問作為課外思考作業(yè)，作業(yè)以書面形式或者學生在下一次課作簡短的展示的方式。才外還可以給學生布置小論文，鼓勵學生多進圖書館，查閱相關文獻書籍寫一兩篇小綜述。在第一堂課即向學生說明考核的方式和比例，在考分的壓力下學生自然會積極準備相關內(nèi)容。在應對這些平時作業(yè)的過程實際上就是學生自主學習的過程中，既鞏固了量課程知識，又鍛煉了學生自主學習的能力和思維。在教學當中采用多媒體和傳統(tǒng)的板書相結合的方式，多媒體信息涵蓋量較大，對一些復雜又必須的推導過程可以采用PPT作快速的展示，而對于一些重要的公式及定理則需要采用板書加以強化，通過教師邊書寫邊口訴講解，學生有足夠的時間消化理解。同時可以采用多媒體多展示一些圖片、動畫等內(nèi)容，盡量在枯燥的理論講授過程中增添一些有趣的小插曲，例如該理論提出的科學家的肖像及簡介、名言名句，小故事等。在W習原子的波爾理論以及氫原子模型的時候，使用PPT展示基本公式和理論，再輔以教師在黑板上作圖的方式講解?？梢詫⒃觾?nèi)電子的運動類比于在操場跑步以及天體的運動，在做計算近似時甚至可以將近似級類比于上課教室內(nèi)的座次對個人學習效果的影響、人際關系的親疏對個人情感生活的影響程度等。此外還可以鼓勵學生多接觸一些科普書籍以及最新出版的一些學術專著，例如上帝擲骰子就是很通俗的前沿物理科普書籍。通過多種渠道將量子力學枯燥難懂的教學過程生動化、有趣化。
作為材料類專業(yè)優(yōu)秀課程的量子力學一直都是教和學雙方都感到很困難的課程。由于量子力學的理論性較強，學習過程相對枯燥，學科的實用性不是很明顯，學生容易厭學。教師在教學過程中需要不斷的探索適合本專業(yè)學生的教學方法。通過與專業(yè)課程相結合，與學校特色想結合，采取多種教學手段，結合最新的前沿科學研究，多方面入手使理論知識深入淺出，使教學過程生動有趣、調動學生學習熱情，對提高教學質量有非常有益的幫助。
8月份的朋友圈，被兩大主題新聞刷爆了――里約奧運會和中國的量子衛(wèi)星。我雖然不是運動達人，但每每看到中國奧運健兒在里約運動場上的身姿，還是會激動不已。至于量子衛(wèi)星的新聞，第一感覺就是夠高深：量子、量子通信、量子糾纏效應……好多名詞撲面而來。本期“特別關注”欄目已經(jīng)就量子衛(wèi)星做了簡單的介紹。這里，我們來聊聊量子衛(wèi)星這個項目的首席科學家、中科院院士――潘建偉。
年輕、帥氣、有為
在看新聞的時候，看到了潘建偉的照片，第一感覺是年輕帥氣！印象中的院士不是白發(fā)蒼蒼，也應該60往上啊。網(wǎng)上一搜，發(fā)現(xiàn)了潘院士的資料：1970年3月，潘建偉出生在浙江東陽。而他在2011年，已經(jīng)當選了中國科學院院士（數(shù)學物理學部）。掰著手指頭算一算，潘院士今年才46歲，而他在41歲的時候就已經(jīng)當選成為院士了。同學們，看到這，你們是不是和我一樣感慨：真是年輕有為啊。當然，除了被評為中國科學院院士，潘院士其他獎項也拿到了一籮筐，如奧地利科學院施密德獎、歐洲物理學會菲涅爾獎、國際量子通信獎、國家自然科學獎一等獎，等等。
不放棄、不服輸
這么年輕就取得了如此多的成就，他是怎樣做到的呢？
潘建偉是個農(nóng)村孩子。在他的記憶中，小時候特別喜歡玩，他可以做自己感興趣的事情，父母也不限制他什么。到了初中，他開始到縣城上學。這時候他才發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)村小學打下的語文基礎很差，英語根本就沒學過。初中第一次寫作文，他才得了40分。這個打擊對潘建偉來說，不可說不重。不過，潘建偉有著一種不放棄、不服輸?shù)木瘢瑸榱税褜W習盡快趕上去，他經(jīng)常約同學到家里一起學習，不懂的問題也會虛心向老師請教，所以進步非?？?。就這樣，潘建偉一路迎頭追趕，最后順利考上了中國科技大學。
知道自己想要什么
進入中國科技大學，潘建偉如魚得水，不過學習一樣不輕松。因為當時在他們班上，高考狀元就有7個。在這樣的環(huán)境中，潘建偉一邊更加刻苦地學習，一邊還是和兒時一樣，鉆研自己真正感興趣的東西。當時，他就對量子疊加態(tài)問題產(chǎn)生了濃厚的興趣。在期中考試的時候，他差點沒考及格，因為他一直在想量子疊加態(tài)的問題，他就沒辦法好好聽別的課了。就是從那時候開始，為了搞明白量子疊加態(tài)的問題，潘建偉開始學習量子力學。這一學，就是20多年。
在獲得中國科技大學理論物理學士和碩士學位后，1996年，潘建偉決定出國繼續(xù)攻讀博士。開始的時候，他選的導師是一位諾貝爾獎得主。跟著諾獎得主讀博士，肯定對未來的就業(yè)有幫助。不過，比來比去，潘建偉最終選擇了這位諾獎得主的弟子塞林格教授當導師。塞林格教授當時只是一位普通教授，但潘建偉認為他學識淵博，在新興學科量子力學方面潛力更大。就這樣，潘建偉來到奧地利維也納大學，攻讀博士學位。（果然跟他預料的一樣，如今的塞林格教授已經(jīng)是量子力學的世界級大師，擔任奧地利科學院的院長。）
1996年，他在奧地利第一次見到導師塞林格教授時，這位導師像很多其他導師一樣問道：“你的夢想是什么？”潘建偉脫口而出：“我要在中國建一個世界一流的量子物理實驗室?！倍撕蟮娜松褪且徊讲较蜻@個目標邁進的過程。
2001年，潘建偉在中科大負責組建量子物理和量子信息實驗室。如今，潘建偉的團隊也被人稱為“夢之隊”，團隊成員都是中國最頂尖的物理學家。在國外媒體眼里，這個中國學者簡直創(chuàng)造了奇跡。
對科學的真正好奇
潘建偉長期在國外學習、交流，通過兩個他的親身經(jīng)歷，我們也能感受到中外對科學的不同。
第一個經(jīng)歷發(fā)生在阿爾卑斯山大峽谷。當時潘建偉在國外留學，游歷至此。在這個很少有人到的峽谷中，潘建偉遇到了一位80多歲的外國老太太。老太太白發(fā)蒼蒼，坐在輪椅上。攀談中，老太太問起潘建偉的工作，潘建偉說，他是研究量子物理的。想想看，如果是你的爺爺奶奶，聽到一個人說他是研究量子物理的，會有什么反應？而當時，這位老太太卻接著問：“你是做量子物理哪一方面的？”潘建偉回答說，研究的是量子信息、量子態(tài)隱形傳輸?shù)?。萬萬沒想到，老太太聽后接著說：“我讀過你在《自然》雜志發(fā)表的那篇文章?！?
這是一位80多歲的老太太，她仍然對科學抱有濃厚的興趣，竟然自己跑去讀艱澀難懂的科學期刊，這是一種天生的好奇。
第二個經(jīng)歷發(fā)生在醫(yī)院里。當時潘建偉在海德堡大學，當他做完手術并醒過來之后，護士正好站在他的床前。護士說：“潘教授，你是不是就是研究跟時空穿越類似的東西??？”潘建偉說：“是啊。”護士說：“你能不能給我講講？”但因為潘建偉當時鼻子里面插著兩根管子，非常痛苦。他說：“現(xiàn)在我講不了，我將來送給你點資料吧。”這就是普普通通的歐洲人對物理學的好奇。
在國內(nèi)，潘建偉院士也做科普演講，他嘗試用深入淺出的方法，講量子疊加態(tài)、量子糾纏。下面的學生聽完會說：老師，我很認真聽了，但是聽不懂。然后，學生就去拍自拍、刷朋友圈、玩游戲了。
潘院士就是因為對量子力學的好奇，最終成為了中國量子力學第一人。在這里，我們也希望小讀者們永遠保持一顆對生活、對科學好奇的心。
8月16日1時40分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空。這將使我國在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系?！傲孔涌茖W實驗衛(wèi)星的發(fā)射，表明中國正從經(jīng)典信息技術的跟隨者，轉變成未來信息技術的并跑者乃至領跑者?！绷孔有l(wèi)星首席科學家、中科院院士潘建偉如此說道。
但是，讓許多人真正記住潘建偉的，卻不是因為他被稱為“中國量子力學通信第一人”，而是一次他在央視的演講：中國為什么拿不了諾貝爾物理學獎？
潘院士講了兩個這樣的故事，讓人感觸良多：
以前在國外留學的時候，我到阿爾卑斯山大峽谷，一個很少有外國人到的地方去游歷。
一個大概80多歲、滿頭白發(fā)的老太太，坐在輪椅上，問我是干什么的。我說是做量子物理的。老太太問，你做量子物理的哪一方面？我說是量子信息、量子態(tài)隱形傳輸，用英文就像時空穿越里面的東西。萬萬沒想到，老太太說：我讀過你在《自然》雜志發(fā)表的那篇文章。
這是一位80多歲的老太太，她仍然對科學抱有濃厚的興趣，竟然自己跑去讀艱澀難懂的科學期刊，這是一種天生的好奇。
過了幾年之后，潘教授在海德堡大學做了一個手術。他醒過來之后，正好護士站在他的床前。護士說：潘教授，你是不是就是研究跟時空穿越類似的東西?。颗私淌谡f：是啊。護士說：你能不能給我講講？但因為潘教授當時鼻子里面插著兩個管子，非常痛苦。他說：現(xiàn)在我講不了，我將來送給你點資料吧。這就是普普通通的歐洲人，對物理學的好奇。
潘建偉說，他在國內(nèi)也做科普演講，嘗試用最生動淺出的方法講量子疊加態(tài)、量子糾纏。
下面的學生說：老師，我很認真聽了，但是聽不懂。然后，學生就去拍自拍、刷朋友圈、玩游戲了。他說：我們國家為什么沒有人獲得諾貝爾物理學獎，原因也許也在這其中，對科學沒有真正的好奇，怎么出得了諾貝爾獎大師呢？
但這也正是為什么對于中國人來說，潘建偉如此珍貴。早在十年前開始，他就被稱為“中國離諾貝爾獎最近的人”。然而這位中國物理學的巨星，小時候卻曾經(jīng)是得40分的差生，在農(nóng)村小學，英語根本就沒有學過，初中后才第一次寫作文。但憑著一股不放棄、不服輸?shù)囊庵荆私▊ミ@個從小就愛玩的孩子一路迎頭追趕，考取了中國科技大學。在大學里，他仍然不太起眼，當時班上高考狀元就有7人。不過，潘建偉仍然和兒時一樣，鉆研自己真正感興趣的東西?！傲孔恿W所預言的種種奇特現(xiàn)象，以及量子力學誕生一百余年來對人類物質文明進步所帶來的巨大變革，使我對量子物理產(chǎn)生了濃厚興趣。因此，探究量子世界的各種奇妙現(xiàn)象也成了我終生的奮斗目標。”在潘建偉的心中，對量子的探究是保持他精神自由的工具，也是他擺脫精神桎梏的飛行器。
在獲得中國科技大學理論物理學士和碩士學位后，1996年，潘建偉來到奧地利攻讀博士。他在因斯布魯克大學第一次見到導師塞林格教授時，這位量子物理學世界級大師問道：“你的夢想是什么？”他的答案脫口而出：“我要在中國建一個世界一流的量子物理實驗室?！彼撕蟮娜松褪且徊讲降叵蛑@個目標前進的過程。
1997年，他在塞林格的領導下，作為第二作者在《自然》雜志上，宣布在實驗中實現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸，這被公認為量子信息實驗領域的開山之作。《科學》雜志將其列為年度全球十大科技進展。這一年，他年僅27歲。
1999年，潘建偉博士畢業(yè)準備回國工作，卻發(fā)現(xiàn)那時量子信息研究在國內(nèi)還是一片空白，不僅不被承認，甚至還被認為是偽科學。這使得他根本無法申請到科研經(jīng)費。
就在這時，他那篇“量子態(tài)隱形傳輸”論文，被《自然》雜志選為“百年物理學21篇經(jīng)典論文”，一同入選的還有“愛因斯坦建立相對論”等重大成果。消息傳到國內(nèi)引起轟動，潘建偉提交的科研項目申請終于獲得批準。2001年，潘建偉在中科大負責組建量子物理和量子信息實驗室。他想：“過去，我們在科研領域常常扮演追隨者和模仿者的角色，研究方向的選定、科研項目的設立都先要看看國際上有沒有人做過。量子信息是一個全新的學科，我們必須學會和習慣做領跑者和引領者?！?
就這樣，潘建偉小組曾經(jīng)成功創(chuàng)造了量子研究的6個“世界首次”?！斑@標志著中國在量子通信領域的崛起，從十年前不起眼的國家發(fā)展為現(xiàn)在的世界勁旅，將領先于歐洲和北美?！眹H權威期刊《自然》雜志不禁感嘆。2011年，潘建偉被增選為中國科學院數(shù)學物理學部院士，并成為當年增選產(chǎn)生的最年輕院士。2012年，當選為發(fā)展中國家科學院（TWAS）院士，獲得量子信息科學領域最高獎項“國際量子通信獎”，潘建偉也是獲得這一榮譽的第一個華人物理學家。2015年，科研成果“多自由度量子隱形傳態(tài)”入選英國物理學會新聞網(wǎng)站《物理世界》評選的“2015年度國際物理學領域的十項重大突破”并名列榜首。2016年，由他作為第一完成人的科研項目“多光子糾纏及干涉度量”獲得2015年度國家自然科學獎一等獎，該獎項被稱作中國自然科學領域最高獎。
但是對潘建偉自己來說，他對物理學的鉆研，跟這些獎沒有任何關系，只是來自于最初的好奇。他最喜歡的生活狀態(tài)，是思考問題，在思考到最艱難的時候去林間散步。他有一個怪癖，就是喜歡撿掉落在地上的樹枝來聞，在這種和自然近距離接觸的狀態(tài)下，他覺得這是人類最初的狀態(tài)，和自然沒有隔閡，融為一體，這也是物理學的追求。
熱議銳評：也許，正是保持著這樣的初心，和對自然的最初的好奇，潘建偉才得以成為中國最好的量子物理學家。而對你我這樣平凡的中國人來說，我們所缺的，不是少學了多少個物理學定理，我們所缺的，是在日復一日的應試教育的課堂上，被磨滅掉的對物理學最初的好奇。
素材運用：保持對科學最初的好奇；思考；夢想；奮斗；創(chuàng)新的土壤；做領跑者和引領者；創(chuàng)造奇跡的中國人；不怕輸?shù)木瘢晃磥沓錆M無限可能；勵志人生；改變與反思……
摘 要：文章首先回顧了量子力學發(fā)展史上的幾個問題，簡要說明了“EPR佯謬”和“薛定諤的貓”的主要內(nèi)容，然后通過“幽靈成像”實驗簡單介紹了近幾年科學家在研究經(jīng)典理論與量子理論關系時所付出的努力，繼而通過介紹“量子世界中的歐姆定律”和“光合作用與量子力學的聯(lián)系”說明了量子力學與我們生活的聯(lián)系。最后，剖析總結量子力學現(xiàn)今仍存在的問題，并得到量子力學亟待發(fā)展這一結論。
關鍵詞：經(jīng)典理論 量子力學 聯(lián)系
量子力學于20世紀早期建立以來，經(jīng)過飛速的發(fā)展，逐漸成為現(xiàn)代物理學科中不可分割的一部分。量子力學是現(xiàn)代量子理論的優(yōu)秀，它的發(fā)展不僅關乎人類的物質文明，還使人們對量子世界的認識有了革命性的進展[1]。
但是，量子力學并不是一個完備的理論，其體系中還存在許多問題，特別是微觀與宏觀，即經(jīng)典理論與量子力學的聯(lián)系。為解決這些迷惑，歷史上相關科學家提出了很多實驗與理論。該文旨在以量子力學發(fā)展史上提出的幾個實驗為例，對其進行簡單分析，以展示經(jīng)典理論與量子力學的聯(lián)系。
1 問題的提出
1935年3月，愛因斯坦等人在EPR論文中提出了“量子糾纏態(tài)”的概念，所謂的“量子糾纏態(tài)”是以兩個及以上粒子為對象的。在某種意義上，“量子糾纏態(tài)”可以理解為是把迭加態(tài)應用于兩個及以上的粒子。若存在兩個處于“量子糾纏態(tài)”的粒子，那這兩個粒子一定是相互關聯(lián)的，用量子力學的知識去理解，只要人們不去探測，那么每個粒子的狀態(tài)都不能夠確定。但是，假如同時使這兩個粒子保持某一時刻的狀態(tài)不變，也就是說，使兩個粒子的迭加態(tài)在一瞬間坍縮，粒子1這時會保持一個狀態(tài)不再發(fā)生變化，根據(jù)守恒定律，粒子2將會處于一個與粒子1狀態(tài)相對應的狀態(tài)。如果二者相距非常遙遠，又不存在超距作用的話，是不可能在一瞬間實現(xiàn)兩個粒子的相互通信的。但超距作用與當今很多理論是相悖的，于是，這里就形成了佯謬，即“EPR佯謬”。
同年，薛定諤提出了一個實驗，后人稱之為“薛定諤的貓”。設想把一只貓關在盒子里，盒中有一個不受貓直接干擾的裝置，這套裝置是由其中的原子衰變進行觸發(fā)，若原子衰變，裝置會被觸發(fā)，貓會立即死去。于是，量子力學中的原子核衰變間接決定了經(jīng)典理論中貓的生死。由量子力學可知，原子核應該處于一種迭加態(tài)，這種迭加態(tài)是由“衰變”和“不衰變”兩個狀態(tài)形成的，那么貓應該也是處在一種迭加態(tài)，這種迭加態(tài)應該是由“死”與“生”兩個狀態(tài)形成的，貓的生死不再是一個客觀存在，而是依賴于觀察者的觀測。顯然，這與常理是相悖的[2]。
這兩個佯謬的根源是相同的，都是經(jīng)典理論與量子理論之間的關系。
2 近代研究進展
2.1 驗證量子糾纏的存在
華裔物理學家Yanhua Shih[3]曾做過一個被稱為“幽靈成像”的實驗，其實驗過程及現(xiàn)象大致可以描述為：假設存在一個糾纏光源，這個光源可以發(fā)出兩種互為糾纏的光子，通過偏振器使兩種光子相互分離，令第一束光子通過一個狹縫，第二束不處理，然后觀察兩束光的投影，結果發(fā)現(xiàn)第二束光的投影形狀與第一束光通過的狹縫形狀完全相同。
人們發(fā)現(xiàn)，如果僅僅使用經(jīng)典理論，實驗現(xiàn)象是無法解釋的，必須應用量子理論，才能解釋“幽靈成像”的現(xiàn)象。這個實驗也恰好驗證了“量子糾纏”現(xiàn)象的存在。
2.2 量子世界中的歐姆定律
歐姆定律是由德國物理學家Ohm于19世紀早期提出來的，它是一種基于觀察材料的電學傳輸性質得到的經(jīng)驗定律，其內(nèi)容是：在同一電路中，導體中的電流跟導體兩端所加的電壓成正比，跟導體自身電阻成反比，即 （U指導體兩端電壓；R指導體電阻；I指通過導體的電流）。
18世紀二、三十年代，人們認為經(jīng)典方法在宏觀領域是正確的，但是在微觀領域將會被打破。Landauer公式給出了納米線電阻的計算方法，即（h為普朗克常量；e為電子電量；N為橫波模式數(shù)量）；而在宏觀中，（為材料的密度；l為樣品的長度；s為樣品的橫截面積）。由此發(fā)現(xiàn)，在宏觀領域，樣品的電阻是隨著樣品的長度增加而增加的，而在微觀領域，樣品的電阻與樣品的長度沒有關系。
Weber[4]等人制備了原子尺度的納米線并進行觀察，實驗發(fā)現(xiàn)，在微觀領域，歐姆定律也是滿足的。Ferry[5]認為樣品的電阻是由多種機理所導致的，而他最后得到的結果正是由于多種機理的相互疊加。經(jīng)過分析，他認為歐姆定律何時開始生效取決于納米線中電子耗散的力度，力度越大說明開始生效時的尺度越小。但這也同時引發(fā)了另一個問題的思考：低溫條件下，歐姆定律是仍然成立的，也就是說經(jīng)典理論仍然成立，但往往是希望在低溫下研究比較純粹的量子效應。低溫條件下歐姆定律的成立要求在進行實驗研究時，必須花費更多的精力來使得經(jīng)典理論與量子理論分離開。
2.3 生活中的量子力學――光合作用與量子力學
Scholes等[6]從兩種不同的海藻中提取出了一種名為捕光色素復合體的化學物質，并在其正常的生活條件下，通過二維電子光譜術對其作用機理進行了分析研究。他們首先使用了飛秒激光脈沖模擬太陽光來激發(fā)這些蛋白，發(fā)現(xiàn)了會長時間存在的量子狀態(tài)。也就是說，這些蛋白吸收的光能能夠在同一時刻存在于不同地點，而這實際上是一種量子迭加態(tài)。由此可見，量子力學與光合作用是有很大聯(lián)系的。
3 結語
從近幾年來量子力學的基本問題和相關的實驗研究可以看出，雖然經(jīng)典理論與量子理論的聯(lián)系仍然是一個懸而未決的問題，但是當代科學家已經(jīng)能夠通過各種精妙的實驗逐步解決歷史遺留的一個個謎團，使得微觀領域的單個量子的測量與控制成為可能，并且積極研究宏觀現(xiàn)象的微觀本質，將生活與量子力學逐漸的聯(lián)系起來。對于“經(jīng)典理論與量子力學的聯(lián)系”這一專題還需要進行不斷研究，使量子力學得到進一步完善與發(fā)展。
摘要： 量子力學是從研究經(jīng)典問題出發(fā)而發(fā)展起來的一門研究微觀粒子運動規(guī)律的學科，是核物理與核類其他專業(yè)的重要基礎課。在日常教學中運用模塊化思想給這些專業(yè)學生講授量子力學，已取得初步成效。
關鍵詞： 量子力學；模塊化；教學
0 引言
隨著科學技術的迅猛發(fā)展，能源緊缺問題十分嚴峻，各國都在大力發(fā)展核電事業(yè)，我國“十一五規(guī)劃”也將核電和核技術應用與發(fā)展列為重點。黨中央、國務院十分關心核工業(yè)的發(fā)展，做出了和平利用原子能，積極促進核電發(fā)展的戰(zhàn)略決策。核科學與技術等即將迎來前所未有的發(fā)展。作為省部共建的南華大學，是中國核類本科專業(yè)齊全、本科生培養(yǎng)規(guī)模大、核類人才培養(yǎng)層次較完整的高校，18 個涉核專業(yè)，核支撐專業(yè)和學位點24個，我校的核科學技術等領域在中南地區(qū)乃至全國都具有一定的優(yōu)勢。如何辦好這些核類本科專業(yè)，突出南華大學的“核”特色，這些都成為了值得我們研究的新課題。量子力學是從研究經(jīng)典問題出發(fā)而發(fā)展起來的一門微觀粒子運動規(guī)律的學科，是原子物理學、原子核物理等學科的重要基礎。量子力學有知識面廣、抽象難以理解的特點。怎樣使其更好的為核類專業(yè)學生服務成為我們新的教學難點。
1 量子力學的教學目標分析
我校核物理專業(yè)的量子力學課程，授課時間在大三第一學期，共64學時。教材以[1-3]為主，闡述波函數(shù)和薛定諤方程、量子力學量、態(tài)和表象、微擾理論、自旋和全同粒子等具體內(nèi)容，使學生能夠系統(tǒng)掌握量子力學的理論知識和體系結構，分析和處理一些核物理中的實際問題。
量子力學對于核物理專業(yè)學生來說教學目標和教學內(nèi)容及其深度有較高的要求；而對于核類其他專業(yè)，量子力學只作為原子物理和原子核物理的基礎課，在專業(yè)知識的掌握方面要求相對要低些，只需要掌握一些基本理論，能用量子力學定性解釋一些簡單的核物理實驗現(xiàn)象即可。
2 量子力學的模塊化教學初探
量子力學是關于微觀粒子運動規(guī)律的學科。在教學中我們發(fā)現(xiàn)，除了量子力學基本分析方法之外，是一些基本理論模型，如一維無限深勢阱、勢壘貫穿理論等對于核工程類專業(yè)學生后續(xù)學科的理論學習有很好的指導作用，在教學中我們加深對這些方面的講解，力圖通過本課程為學生以后的學習打下堅實基礎。
量子力學是一門基礎理論。如何使其更好的為核類學生服務是我們一直關注的問題，在教學實踐的基礎上結合量子力學理論體系結構的特點，我們提出模塊化改革教學的理論，以解決各專業(yè)對量子力學學習要求的不一致，將量子力學分為波函數(shù)及薛定諤方程模塊、量子力學量模塊、表象變換模塊、微擾論及粒子自旋模塊、散射理論模塊等五個模塊。對不同的核類專業(yè)，教學內(nèi)容有不同的模塊結構和相應的課時分配計劃。
對于核物理專業(yè)，其對量子力學理論知識要求較高，在教學實踐工作中必須強調課程知識體系的全面性和深入性，加大對理論基礎的講解力度，讓其掌握利用量子力學理論去分析和解決常見的微觀現(xiàn)象。我們較系統(tǒng)地講解這五大模塊，引導學生利用已學量子力學知識去解決一些核物理問題。
對于核類其他專業(yè)，如核工程與核技術、核科學與核技術、核反應堆工程等專業(yè)，其對量子力學基礎知識要求較低，在教學過程中保證教學內(nèi)容的連續(xù)性和體系的完整性的同時，選擇其中的波函數(shù)及薛定諤方程模塊、量子力學量模塊和微擾論模塊重點來講解，表象及表象變換略去不講，對于散射模塊，也只做簡單的介紹。
3 結束語
在日常教學中，我們運用模塊化的思想，給核類專業(yè)的學生講授量子力學，取到了良好的成績。我們注重總結并收集反饋意見，研究調整模塊結構及其課時分配計劃，在模塊化教學的框架下適當修改完善，已取得一定成效。
2016年8月16日1時40分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號運載火箭成功發(fā)射了世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”。這意味著我國在“量子物理”這個可以打開人類未來“新世界大門”的尖端學科中站到最前沿，美國《華爾街日報》稱：量子衛(wèi)星將讓中國在防御黑客方面走在世界前列。
提到有著劃時代意義的“墨子號”，就必須要提到這個量子衛(wèi)星項目的首席科學家、中科院院士潘建偉――中國量子力學第一人。
1970年，潘建偉出生在浙江東陽，從小父母重視對他興趣的培養(yǎng)，從不限制他做什么。在中國科技大學，潘建偉仍和兒時一樣，鉆研自己感興趣的東西。他崇拜愛因斯坦，喜歡讀《愛因斯坦文集》，“愛因斯坦的散文是最深刻、最美的，讓我堅定了研究物理的決心。讓我感覺從簡單的事實后面可以找到一個規(guī)律，現(xiàn)在、將來不會變”。那時起，他開始學習量子力學，一學就是20多年。在奧地利第一次見到博士導師時，導師問他“你的夢想是什么”，他脫口而出：“我要在中國建一個世界一流的量子物理實驗室?！?
1997年，27歲的潘建偉在導師的領導下，作為第二作者在《自然》雜志上發(fā)表的論文被公認為量子信息實驗領域的開山之作，《科學》雜志將其列為年度全球十大科技進展。1999年，博士畢業(yè)準備回國的潘建偉發(fā)現(xiàn)，量子信息研究在國內(nèi)是一片空白，不僅不被承認，甚至被認為是偽科學，他根本無法申請到科研經(jīng)費。就在這時，他早前發(fā)表的那篇論文入選《自然》雜志 “百年物理學21篇經(jīng)典論文”，一同入選的，還有“愛因斯坦建立相對論”等重大成果。消息傳到國內(nèi)，引起轟動，潘建偉提交的科研項目申請終于獲得了批準。
如今，潘建偉的團隊被叫作“夢之隊”，成員都是中國最頂尖的物理學家。2016年，潘建偉團隊榮獲2015年度“國家自然科學獎一等獎”，這一中國自然科學領域最高獎，只有最頂級的科學家華羅庚、吳文俊和錢學森等人曾經(jīng)拿到過。
在一次演講中，潘建偉提到了對科學的好奇，提到了中國為什么拿不了諾貝爾物理學獎。他講了兩個小故事：一次他在阿爾卑斯山大峽谷遇到一個80多歲、滿頭白發(fā)的老太太，坐在輪椅上，問他是干什么的。他說是做量子物理的。沒想到，老太太說：我讀過你在《自然》雜志發(fā)表的那篇文章。還有一次，他在海德堡大學做手術，醒來后，護士問：潘教授，你是不是就是研究跟時空穿越類似的東西??？你能不能給我講講？這就是普普通通的歐洲人對物理學的好奇。在國內(nèi)，他也做科普演講，他嘗試用最生動的方法講量子物理，下面的學生卻說：老師，我很認真聽了，但是聽不懂。然后，學生就去拍自拍、刷朋友圈、玩游戲了。
我們國家為什么沒有諾貝爾物理學獎原因或許就在其中：對科學沒有真正的好奇，怎么出得了諾貝爾獎大師呢？這也是為什么對于中國人來說潘建偉如此珍貴。
熱議銳評：正是保持著對事業(yè)的初心和對自然的最初好奇，潘建偉才得以成為中國最好的量子物理學家。而對你我這樣平凡的中國人來說，我們所缺的正是在日復一日應試教育的課堂上，被磨滅掉的對物理學的最初的好奇，以及對科學、對自然的好奇。
素材運用：堅定理想；保持初心；珍惜好奇心；對科學的探索；對未知的渴望；偉大的科學家……
【摘要】鑒于量子力學教科書和相關文獻對兩類壓縮相干態(tài)的論述比較模糊，本文利用外爾編序下相似變換不變性以及外爾――魏格納量子化方案，推導出了第一類壓縮相干態(tài)正規(guī)乘積形式的密度算符的解析表達式 。同時，利用壓縮算符的正規(guī)乘積形式，推導出了第二類壓縮相干態(tài)密度算符的解析表達式。通過對比第一類和第二類密度算符，發(fā)現(xiàn)兩類壓縮相干態(tài)密度算符形式上很相似，但是存在一定的差異，并不是一般的教材和文獻里論述的二者是完全等同的。
【關鍵詞】密度算符 壓縮相干態(tài) 正規(guī)乘積
一、引言
量子力學是在19世紀末20世紀初建立和發(fā)展起來的一門科學，它的建立是20世紀劃時代的成就之一。量子力學與我們的生活密切相關，可以毫不夸張的說，沒有量子力學，就沒有人類的現(xiàn)代物質文明。量子力學規(guī)律已成功地運用于包括材料、化學、生命、信息和制藥等領域，對于物理專業(yè)的本科生來說，量子力學是物理學專業(yè)最重要的基礎課程之一，它是學習固體物理、材料科學、材料物理與化學、激光原理、激光物理與技術等專業(yè)課程的重要基礎[1，2]。通過量子力學的學習，使得學生能夠熟練地掌握量子力學的基本理論，具備利用量子力學基本理論分析和解決問題的能力。在物理學課程當中，量子力學的教學既是重點又是難點。
相干態(tài)[3，4]作為量子力學中的一個優(yōu)秀概念，不僅是量子物理學中的一個有效方法，而且是激光理論的重要支柱，對了解量子力學理論具有重要的意義，在教學和科研中都具有基礎性的作用。相干態(tài)的概念最初是薛定諤在1926年提出的[3]，對于諧振子位勢，他找到了這樣的態(tài)。直到1963年格勞伯等人系統(tǒng)地建立起光子相干態(tài)，并研究它的相干性與非經(jīng)典性，同時又證明相干態(tài)是諧振子湮滅算符的本征態(tài)[4]?，F(xiàn)在相干態(tài)已被廣泛地應用于物理學的各個領域。實際上，相干態(tài)是最小測不準態(tài)，而且兩個正交位相振幅算符有著相同的起伏，在相空間中，相干態(tài)的起伏呈圓形，相干態(tài)在相空間平移或者轉動時此圓保持不變。對于壓縮態(tài)而言，它是泛指一個正交相位振幅算符的起伏比相干態(tài)相應分量的起伏小的量子態(tài)，其代價是另一個正交相位振幅算符的起伏增大，但兩者的乘積等同于相干態(tài)的相應量。壓縮態(tài)是一類非經(jīng)典光場，呈現(xiàn)出非經(jīng)典性質，例如反聚束效應、亞泊松分布等. 壓縮態(tài)由于其在光通訊、高精度干涉測量以及微弱信號檢測方面具有廣泛的應用前景使得對它的研究成為量子力學領域的研究熱點。
理論上，產(chǎn)生壓縮相干態(tài)的方式主要有對真空態(tài)先平移后壓縮（第一類壓縮相干態(tài)）和先壓縮后平移（第二類壓縮相干態(tài)）兩種方式，鑒于很多教材上認為這兩種方式產(chǎn)生的壓縮相干態(tài)完全等同，考慮到壓縮算符與平移算符的不對易，而且各量子力學教科書上每提及這兩種壓縮態(tài)的區(qū)別時闡述都比較模糊，不能向廣大讀者提供一個清晰的結論，又考慮到密度算符包含了某一個量子態(tài)的全部信息，所以有必要推導出這兩種壓縮相干態(tài)的密度算符并做分析比較，以闡明二者的異同。
二、第一類壓縮相干態(tài)
對比式（10）和（14）可知，由于產(chǎn)生壓縮相干態(tài)的方式不同，壓縮算符和平移算符之間不對易，得出的兩類壓縮相干態(tài)密度算符也有差異，并不是之前一些教科書里闡述的二者是完全等同的。
四、結論
本文利用外爾編序下相似變換不變性、外爾-魏格納量子化方案以及正規(guī)乘積形式的壓縮算符，推導出了第一類和第二類壓縮相干態(tài)密度算符的正規(guī)乘積形式解析式。通過對比二者密度算符可以發(fā)現(xiàn)，第一類壓縮相干態(tài)和第二類壓縮相干態(tài)密度算符形式上很相似，但是存在一定的差異，并不是一般的教材和文獻里論述的二者完全等同。所以在量子力學教學過程中有必要澄清這一既定的事實，不能似是而非，模棱兩可。
摘 要 本文深入研究了蹺蹺板效應的運動機理，把蹺蹺板效應與自感和諧振子聯(lián)系起來，同時將根據(jù)蹺蹺板效應設計的兩個公式，即升―降頻波動方程，與微觀領域的角動量守恒和動―勢能公式聯(lián)系起來，為量子力學的研究發(fā)展，提供了創(chuàng)意和線索。
關鍵詞 自感；諧振子；動能；勢能；亞穩(wěn)態(tài)
筆者在《關于量子力學-經(jīng)典力學-相對論力學的統(tǒng)一性理論可行性研究――兼談對測不準原理的大膽突破》一文中，提出兩個公式，即升―降頻公式，這二個公式是根據(jù)蹺蹺板效應推導出來的?，F(xiàn)在，經(jīng)筆者深入研究發(fā)現(xiàn)，這兩個公式是個通用公式，它還可以應用于以下兩個方面：1）動―勢能的量化關系；2）角動量守恒量化關系，它可以大大簡化量子力學的計算。
1 諧振子的能量計算公式
1.1 蹺蹺板效應與自感
筆者在《續(xù)論與連帶性能量保留即能量不守恒有關的幾個問題》一文中，提出蹺蹺板效應的概念，后來，根據(jù)蹺蹺板效應，筆者繪出了電子的波形，并設計了升―降頻波動方程，通過這兩個方程，大致勾勒出電子軌道呈梨子形狀，或說螺螄形狀。另外筆者又認為，電子的軌道波形和受激后的自旋波形及原子波形是一樣的，現(xiàn)在經(jīng)過進一步研究認為，在蹺蹺板效應過程中，電子體內(nèi)的力矢由紡錘形變?yōu)橥勇菪?，然后又在原子?nèi)潮汐運動的影響下，由陀螺形變?yōu)榧忓N形，這種變化不正是電磁學上的自感現(xiàn)象嗎，又因為電子波形同軌道及原子波形一致，故筆者認為，這種自感形式存在于一切微觀領域。
1.2 自感與諧振子及能級
筆者通過研究發(fā)現(xiàn)，自感本身就是一個諧振子，即電子受輻射后，被輻射位置升頻并膨脹，質心與軸心分離，在此點張力的推動下，力矢會向周圍沿立體螺螄形的路徑擴散，在全過程中的每一點上，隨時會受到感抗即恢復力的阻礙，這就是諧振子和自感，而且這種自感發(fā)生一次，諧振子振動一次，這就是自感與諧振子的關系，亦即電子的振動頻率。而電子的振動頻率受普朗克常數(shù)h的調制，即能量子ε，它是不連續(xù)的，這種調制，就是能級n，就是電子軌道的脈動頻率，就是電子螺螄形軌道的螺紋。特別聲明，電子軌道脈動頻率，不等同于電子本身振動頻率。
1.3諧振子的能量與計算公式
諧振子的升頻與降頻構成動能和勢能的雙方，而蹺蹺板效應就是動能勢能的互導，而互導的前提就是頻率差，據(jù)此，微觀領域的能量公式應為：
以上提供的兩個式子，只是定量研究的一個動議和線索，需要具體驗證和不斷完善，筆者衷心希望能促進量子力學的研究和發(fā)展。
解題思路――首先確定相互作用的雙方，高能量高頻率者用F1，低能量低頻率者用F2，然后向里代，然后確定有效能量及其他。
另外，如果兩個質量相差不多的粒子相撞，雖然雙方互導的有效能量不大，產(chǎn)生的電流很弱，但總能量是不低的，弱相互作用就是如此。
2 角動量守恒公式及其他
2.1能級與亞穩(wěn)態(tài)
能級越高，即電子受激能量越高，則質心軸心分離的越大，就在分離的瞬間必受到自感的拼命阻礙，這就是諧振子，而諧振子振蕩，受普朗克常數(shù)h的調制，即能量子ε，是不連續(xù)的，這就是亞穩(wěn)態(tài)，也就是電子軌道的脈動及脈動頻率，不言自明這就是能級n。同理，電子的張力從被輻射點，沿一定路徑擴張時也要遇到自感的阻礙。一般情況下，電子諧振子的振蕩，是沿螺螄形脈動的，無論是電子體內(nèi)，還是運行軌道都是一致的，脈動的頻率，就形成螺螄的螺紋，即能級n。受激時，電子就向遠日點躍遷，張力從受激點向外擴張時，就發(fā)射一顆光子，然后向近日點躍遷，這就是所謂的高低能級。如果發(fā)生連續(xù)的受激發(fā)射，就是激光，如果是系統(tǒng)磁場的連帶激發(fā)，則是自發(fā)發(fā)射。受激發(fā)射形成一定的光譜，而斯塔克分裂，則是自發(fā)發(fā)射引起的。另外，電子軌道近乎立體螺旋，這些螺紋就是我們觀察到的，氫原子電子的駐波。
