導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)的核心，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】光速不變;單鏈?zhǔn)?定向振蕩

1.引言

物理學(xué)是一門研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的科學(xué)，牛頓從宏觀物體的運(yùn)動(dòng)變化中總結(jié)出了三大運(yùn)動(dòng)定律，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，成為物理學(xué)的開山鼻祖。麥克斯韋研究電場(chǎng)和磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，在前人的基礎(chǔ)上總結(jié)出了電磁場(chǎng)理論。愛因斯坦研究光運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，在麥克耳孫和莫雷的干涉實(shí)驗(yàn)以及光行差實(shí)驗(yàn)等的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了光速不變?cè)?，并?chuàng)立了相對(duì)論。

普朗克通過研究黑體輻射中不同頻率的電磁波運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，發(fā)明了量了論，后來的物理學(xué)家們?cè)诖嘶A(chǔ)上發(fā)展出了量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)，創(chuàng)建并完善了標(biāo)準(zhǔn)模型理論。很多物理學(xué)家窮其一生，試圖把相對(duì)論和量子理論結(jié)合起來，建立大統(tǒng)一理論。然而，相對(duì)論和量子理論就像一頭大象的鼻子和尾巴，它們不但形象各異，而且總是各朝一方，即便免強(qiáng)拼湊在一起也并不是一頭完整的大象。

2.相對(duì)論和量子理論的局限

愛因斯坦是在光速不變?cè)淼幕A(chǔ)上創(chuàng)立相對(duì)論的，但愛因斯坦并不能解釋光速為何不變。一些相對(duì)論專家說光速不變是四維時(shí)空的一種自然表現(xiàn)，這種說法有點(diǎn)牽強(qiáng)。四維時(shí)空觀是愛因斯坦在研究有關(guān)光速不變的實(shí)驗(yàn)后形成的一種觀念，這些實(shí)驗(yàn)都只涉及到光波，至今為止，人類還沒有辦法把一些實(shí)物粒子，如電子、原子、分子等，加速到光速， 也就不知道這些實(shí)物粒子的速度能不能達(dá)到或超過光速。我們不能因?yàn)檫€沒有辦法把一個(gè)電子加速到光速就斷定電子的速度不能達(dá)到光速，人類目前還做不到的事情并不意味著未來的人類也做不到，未來總是充滿各種可能性的。既然我們還沒有法辦把實(shí)物粒子加速到光速，我們就無法知道光速不變?cè)硎欠襁m用于實(shí)物粒子，還是只適用于光子，更無法知道光速不變?cè)硎欠襁m用于宏觀的物體。

光速不變?cè)硖岢?，在每個(gè)慣性系中，真空中的光速各向同性，與光源的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，也與光的頻率無關(guān)。一艘在水面上靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的船可以作為一個(gè)慣性系，倘若這艘船 永不停息地做毫無規(guī)則可言的運(yùn)動(dòng)，船的速度和方向總是在不停地變化，那么，這艘船就不能作為慣性系了.在微觀世界中，每一個(gè)物質(zhì)粒子如電子、原子、分子等，都在永不停息地做毫無規(guī)則可言的運(yùn)動(dòng)，沒有一個(gè)粒子相對(duì)于另一個(gè)粒子是靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的，只有粒子本身相對(duì)于粒子是靜止的，用來描述宏觀世界的慣性系在微觀層次上根本就不存在。我們都知道，激發(fā)光的是電荷，吸收或反射光的也是電荷，我們之所以能夠看見光，就是因?yàn)楣怛?qū)動(dòng)了我們視覺神經(jīng)中的電荷。我們不可能選擇一個(gè)電荷來做慣性參考系，而電荷激發(fā)出的光必須與另一個(gè)電荷相互作用才能被觀察到。愛因斯坦從宏觀的角度來研究光運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，認(rèn)為從光源激發(fā)出的光傳到物體上的過程就像從大炮發(fā)射出的炮彈射到物體上的過程一樣，這是錯(cuò)誤的。光的本質(zhì)是在電荷之間傳播的電場(chǎng)力波（即電磁波）。要想弄清楚光速不變的真正原因，就必須弄清楚電場(chǎng)力的產(chǎn)生機(jī)理和傳遞方式。

相對(duì)論和量子理論都認(rèn)為光是從光源發(fā)射出去的一種物質(zhì)，就像炮彈從大炮中發(fā)射出去那樣，之所以得出這樣的觀點(diǎn)，是因?yàn)橄鄬?duì)論和量子理論的創(chuàng)立者們都沒有認(rèn)識(shí)到，一個(gè)電荷和它的電場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)獨(dú)立于其它電荷和電場(chǎng)的具有無限延伸性的不可分割的整體。我們不可能把一個(gè)電荷從它的電場(chǎng)中分離出來，一個(gè)電荷無論如何運(yùn)動(dòng)，這個(gè)電荷的電場(chǎng)都不會(huì)脫離這個(gè)電荷被發(fā)射出去，一個(gè)電荷的電量是恒定不變的。從本質(zhì)上來講，一個(gè)電荷的電場(chǎng)是由無數(shù)與電荷有關(guān)聯(lián)的物質(zhì)在宇宙空間中延綿分布形成的一個(gè)具有無限廣延性的不可分割的物質(zhì)體系，光速不變是是電荷的電場(chǎng)具有無限廣延性的一種表現(xiàn)[1]。

電荷電場(chǎng)的廣延性與引力場(chǎng)的廣延性類似。兩個(gè)物體之間，無論距離有多遠(yuǎn)，它們都處在對(duì)方的引力場(chǎng)中，都受到對(duì)方的引力作用。同樣地，兩個(gè)電荷之間無論距離多遠(yuǎn)，它們都處在對(duì)方的電場(chǎng)中，都受到電場(chǎng)力的作用。量子理論認(rèn)為，引力是質(zhì)點(diǎn)間互相交換引力子產(chǎn)生的，電場(chǎng)力則是電荷之間互相交換光子產(chǎn)生的。這種觀點(diǎn)并不正確。假設(shè)有N個(gè)質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)A的距離相等，質(zhì)點(diǎn)A與這N個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)有引力作用，即質(zhì)點(diǎn)A有N個(gè)引力子同時(shí)與這N個(gè)質(zhì)點(diǎn)交換。當(dāng)與質(zhì)點(diǎn)A距離相等的質(zhì)點(diǎn)增加到2N個(gè)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)A就必須擁有2N個(gè)引力子同時(shí)與這2N個(gè)質(zhì)點(diǎn)交換。無論與質(zhì)點(diǎn)A的距離相等的質(zhì)點(diǎn)增加到多少個(gè)，質(zhì)點(diǎn)A與這些質(zhì)點(diǎn)之間都同時(shí)存在引力相互作用。以此類推，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都同時(shí)擁有無窮多個(gè)引力子，顯然，這是錯(cuò)誤的。

電荷電場(chǎng)的廣延性使得任何一個(gè)電荷都可以同時(shí)與無數(shù)個(gè)電荷產(chǎn)生電場(chǎng)力，假如電場(chǎng)力是電荷之間互相交換光子產(chǎn)生的，那么，每一個(gè)電荷都必須同時(shí)擁有無數(shù)個(gè)光子，顯然，這是不正確的。

無論是相對(duì)論還是量子理論，都沒能正確地解釋電場(chǎng)力的產(chǎn)生機(jī)理。

電場(chǎng)力是電荷和它的電場(chǎng)原來的平衡狀態(tài)被引入電場(chǎng)中的電荷打破，導(dǎo)致構(gòu)成該電荷電場(chǎng)的所有物質(zhì)都有以引入該電荷電場(chǎng)中的電荷為中心重新分布的趨勢(shì)產(chǎn)生的一種力，是大量構(gòu)成電荷本身電場(chǎng)的物質(zhì)對(duì)電荷直接產(chǎn)生的力。任何一個(gè)電荷受到的電場(chǎng)力都是通過構(gòu)成該電荷本身電場(chǎng)的物質(zhì)來傳給電荷的，而電荷的電場(chǎng)是隨著電荷一起運(yùn)動(dòng)的。在沒有外力的作用下，或是合外力等于零的情況下，電荷和它自身的電場(chǎng)總能保持步調(diào)一致的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)，可認(rèn)為電荷和它的電場(chǎng)是相對(duì)靜止的。從宏觀的角度來看，在每一個(gè)慣性系中，每一個(gè)電荷和它的電場(chǎng)都可以保持步調(diào)一致的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，每一個(gè)電荷相對(duì)于它的電場(chǎng)都是靜止的，這必然導(dǎo)致在每一個(gè)慣性系中，每一個(gè)電荷接收到的電場(chǎng)力波即光波在真空中的速度各向同性，即光速不變。

由上述可知，電荷電場(chǎng)的廣延性是我們觀察到的真空中的光速恒定不變的原因。

3.定向振蕩電流與單鏈?zhǔn)诫姶挪?/p>

與引力波類似，電磁波本質(zhì)上并不是從波源中發(fā)射出的一種物質(zhì)，而是在電荷之間傳播的電場(chǎng)力波。無論是電場(chǎng)還是磁場(chǎng)，或是交替變化的電磁場(chǎng)，都是通過電荷或電流的運(yùn)動(dòng)變化來表現(xiàn)的。麥克斯韋首次提出了位移電流的概念，并預(yù)言了電磁波的一種形式――雙鏈?zhǔn)?。但受到?dāng)時(shí)條件的限制，麥克斯韋沒能預(yù)言出電磁波的另一種形式――單鏈?zhǔn)?。只有引入“定向振蕩”這個(gè)全新的物理概念才能夠形象地描述單鏈?zhǔn)诫姶挪āＴ诂F(xiàn)代漢語詞典中，振蕩的含義有兩種，一種指振動(dòng);另一種指電流的周期性變化。電流的周期性變化可分為兩種，一種是電流的大小和方向都做周期性變化的，叫做雙向振蕩;另一種是電流的方向恒定不變，電流的大小做周期性變化的，叫做定向振蕩，也稱單向振蕩。雙向振蕩電流激發(fā)出的是雙鏈?zhǔn)诫姶挪?，雙鏈?zhǔn)诫姶挪ㄔ诳臻g中傳播時(shí)產(chǎn)生的位移電流都是雙向振蕩的位移電流，即位移電流的大小和方向都是周期性變化的。雙向振蕩的位移電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)也是雙向振蕩的，即磁場(chǎng)的大小和方向都做周期性變化的。雙鏈?zhǔn)诫姶挪ㄔ趥鞑ミ^程中遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(dǎo)體受到一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向都做周期性變化的雙向振蕩的感應(yīng)磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生同頻率雙向振蕩的感應(yīng)電流。

有的單向振蕩電流激發(fā)出的是雙鏈?zhǔn)诫姶挪ǎ热缃涣骱秃懔骰旌闲纬傻膯蜗蛘袷庪娏?。有的單向振蕩電流則能夠激發(fā)出單鏈?zhǔn)诫姶挪ǎ热鐚⒏哳l交流經(jīng)過特殊的整流后形成的單向振蕩電流。[2]

單鏈?zhǔn)诫姶挪ㄔ诳臻g中傳播時(shí)產(chǎn)生的位移電流都是單向振蕩的位移電流，即位移電流的方向恒定不變，位移電流的大小做周期性變化的。單向振蕩的位移電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)也都是單向振蕩的，即磁場(chǎng)方向恒定不變，場(chǎng)強(qiáng)大小做周期性變化的。單向振蕩磁場(chǎng)也稱定向振蕩磁場(chǎng)。

單鏈?zhǔn)诫姶挪ㄔ趥鞑ミ^程中遇到導(dǎo)體，會(huì)使導(dǎo)體受到一個(gè)磁場(chǎng)方向恒定不變，場(chǎng)強(qiáng)大小做周期性變化的定向振蕩的感應(yīng)磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生同頻率定向振蕩的感應(yīng)電流。

讓兩列時(shí)間相差T/2（T表示定向振蕩電流定向振蕩的一個(gè)周期）的等幅同頻率的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ń?jīng)過等長的路徑后疊加，便可在空間中合成超低頻定向振蕩的無源 的磁場(chǎng)。因?yàn)檫@種定向振蕩磁場(chǎng)是無源的，且只能表現(xiàn)出單個(gè)磁極的力學(xué)效應(yīng)，因此叫做磁單極量子，也稱單極光子。[3]將通恒定電流的導(dǎo)體放置在由兩列時(shí)間相差T/2的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ń?jīng)過等長的路徑后疊加形成的超低頻定向振蕩磁場(chǎng)中，導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生大小和方向都不變的電磁力。因?yàn)檫@種電磁力是由空間中無源的定向振蕩磁場(chǎng)對(duì)恒定電流產(chǎn)生的，可驅(qū)動(dòng)引擎前進(jìn)。這就是能夠進(jìn)行星際躍遷的光速飛船所采用的大推力量子引擎技術(shù)的原理。[4]

4.結(jié)語

相對(duì)論和量子理論是20世紀(jì)物理學(xué)取得的兩項(xiàng)重大的成果，這兩項(xiàng)理論的創(chuàng)立極大地促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步。但是，相對(duì)論和量子理論即是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，也是橫旦在人類面前的兩座大山。這兩座大山都高聳入云，看似不可逾越。很多人望而卻步，只得拜倒在山腳下，只有少數(shù)不畏艱險(xiǎn)的勇者敢去翻越。這些勇者有的迷失在山中，有的跌入了深淵，誰能夠第一個(gè)翻越過去，誰就會(huì)成為新大陸的發(fā)現(xiàn)者，人類文明史也將因此翻開嶄新的一頁。

參考文獻(xiàn)

[1]李昌穎.引力場(chǎng)與靜電場(chǎng)的廣延性與超光速原理[J].電子世界，2014.

[2]李昌穎.光分解與光振蕩形式變換的探究[J].電子世界，2014.

篇2

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

一、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革

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

二、重視緒論課的教學(xué)

興趣是最好的老師。作為量子力學(xué)課程的第一節(jié)課，緒論課的講授效果對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣影響很大，所以緒論課直接影響到學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)量子力學(xué)這門課程的態(tài)度。當(dāng)然很多學(xué)生非常重視這門課程，但學(xué)這門課的主要目的是為將來參加研究生入學(xué)考試，僅僅只是在行動(dòng)上重視，而沒有從思想上重視起來。如何使這部分學(xué)生從被動(dòng)的學(xué)習(xí)量子力學(xué)變?yōu)橹鲃?dòng)地學(xué)習(xí)，這就要從第一節(jié)課開始培養(yǎng)。在上緒論課時(shí)作者主要通過以下幾點(diǎn)來抓住學(xué)生的興趣。首先列舉早期與量子力學(xué)相關(guān)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)得主歷來都是萬眾矚目的人物，學(xué)生當(dāng)然也會(huì)有所關(guān)心，而且這些諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的主要工作在量子力學(xué)這門課程中都會(huì)一一介紹，這樣一方面通過舉例子的方法強(qiáng)調(diào)了量子力學(xué)在自然科學(xué)中的重要地位，另一方面為學(xué)生探索什么樣的工作才可以拿到諾貝爾獎(jiǎng)留下懸念。抓住學(xué)生興趣的第二個(gè)主要方法是列舉一些量子力學(xué)中奇特的現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生探索奧秘的動(dòng)力，例如波粒二象性帶來的“穿墻術(shù)”、量子通訊、如何測(cè)量太陽表面溫度等等，這些都很能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的興趣。綜上所述，緒論課的教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過程中至關(guān)重要，是引導(dǎo)學(xué)生打開量子力學(xué)廣闊天地的一把鑰匙。

三、重視物理學(xué)史的引入

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

四、教學(xué)手段的改革

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

五、加強(qiáng)教學(xué)過程的管理

篇3

10月9日，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)答案揭曉，來自巴黎高等師范學(xué)院塞爾日?阿羅什（Serge　Haroche）教授以及美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的大衛(wèi)?維因蘭德（David　Wineland）教授共同分享了這一殊榮，他們兩人的獲獎(jiǎng)理由是分別發(fā)明了測(cè)量和控制孤立量子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法。

在諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的新聞稿中，兩位獲獎(jiǎng)?wù)叩某删捅环Q為“為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。”一時(shí)間，量子計(jì)算機(jī)也成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

薛定諤的貓和諾貝爾獎(jiǎng)

對(duì)于普通人來說，量子力學(xué)是個(gè)深不可測(cè)的概念。不過，隨著最近幾年科幻題材電影電視劇的風(fēng)靡，“平行宇宙”、“平行世界”之類的詞匯開始被頻頻提及，而它正是出自量子力學(xué)的相關(guān)概念。

想要了解什么是量子計(jì)算機(jī)，那么首先需要了解“薛定諤的貓”這個(gè)量子力學(xué)中的經(jīng)典假設(shè)。

1935年，奧地利著名物理學(xué)家，同時(shí)也是量子力學(xué)創(chuàng)始人之一的薛定諤設(shè)想出這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：一只貓被關(guān)進(jìn)一個(gè)不透明的箱子里，箱子內(nèi)事先放置好一個(gè)毒氣罐，毒氣罐的開關(guān)由一個(gè)放射性原子核來控制。當(dāng)原子核發(fā)生衰變時(shí)，它會(huì)釋放出一個(gè)粒子觸發(fā)毒氣罐的開關(guān)，這樣毒氣釋放，貓就會(huì)被毒死。

根據(jù)量子力學(xué)的理論，在實(shí)驗(yàn)者沒有開箱進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，原子核處于衰變和未衰變的疊加狀態(tài)，換言之，箱子里的貓既是活的也是死的，對(duì)于普通人來說，很難理解“既生又死”這樣的狀態(tài)，但這正是量子力學(xué)研究的領(lǐng)域。量子力學(xué)針對(duì)的是在微觀環(huán)境下的物理現(xiàn)象，在這一環(huán)境中，大家中學(xué)時(shí)候?qū)W習(xí)的經(jīng)典物理學(xué)中的規(guī)律會(huì)突然失效，微觀世界是由另一套自然法則在操控，這也是為什么薛定諤的理想實(shí)驗(yàn)中貓既能是活的也能是死的。

不過，一旦打開箱子，微觀實(shí)現(xiàn)就會(huì)出現(xiàn)“崩塌”，原子核的狀態(tài)就會(huì)確定下來，此時(shí)貓是生是死也隨之揭曉答案。

長期以來，由于不能實(shí)際觀測(cè)，量子力學(xué)僅僅停留在理論之上，而缺乏實(shí)踐的驗(yàn)證。然而，今年兩位諾貝爾獎(jiǎng)得主的成就正是在這方面取得了突破。他們各自通過精妙的實(shí)驗(yàn)，使“測(cè)量和操控量子系統(tǒng)成為可能”，讓不打開箱子就能觀察貓的生死變成了可能。當(dāng)然，更重要的是，它也使量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)變得不再遙不可及。

不再是空想的量子計(jì)算機(jī)

所謂量子計(jì)算機(jī)是基于量子力學(xué)基本原理實(shí)現(xiàn)信息處理的一項(xiàng)革命性計(jì)算技術(shù)。1982年，美國物理學(xué)家費(fèi)曼在一次演講中提出利用量子體系實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算的想法，當(dāng)時(shí)他發(fā)現(xiàn)，分析模擬量子物理世界所需要的計(jì)算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了經(jīng)典計(jì)算機(jī)所能達(dá)到的能力，而用實(shí)驗(yàn)室中一個(gè)可控的量子系統(tǒng)來模擬和計(jì)算另外一個(gè)人們感興趣的量子系統(tǒng)會(huì)非常高效，量子計(jì)算機(jī)的概念也應(yīng)運(yùn)而生。

量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同之處在于，對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)來說，其基本的數(shù)據(jù)單位就是一個(gè)比特，相對(duì)應(yīng)的一個(gè)比特不是0就是1，而對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來說，一個(gè)比特可以同時(shí)表示0和1，這就意味著兩個(gè)比特就能表示00、01、10、11四種狀態(tài)。這樣，只要有300個(gè)量子比特，其承載的數(shù)據(jù)就能是2的300次方，這將超過整個(gè)宇宙的原子數(shù)量總和。簡(jiǎn)而言之，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力將是目前經(jīng)典計(jì)算機(jī)所無法比擬的。

前面的表述未免抽象，舉一個(gè)形象的例子：目前最好的多核處理器能夠解密150位的密碼，如果想要解密一個(gè)1000位的密碼，那么需要調(diào)用目前全球的計(jì)算資源才有可能實(shí)現(xiàn)。但是從理論上講，一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就能解決這一問題。在量子計(jì)算機(jī)面前，目前世界上最復(fù)雜的密碼也會(huì)變得不堪一擊，這意味著互聯(lián)網(wǎng)上將不再有秘密可言，人類需要重新設(shè)立一套與現(xiàn)在完全不同的信息加密系統(tǒng)。

量子計(jì)算機(jī)的用處當(dāng)然不只是破譯密碼，在大數(shù)據(jù)分析的時(shí)代，對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的要求正變得愈來愈高，從語義識(shí)別到人工智能，都需要倚仗計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力才能完成，這也讓業(yè)界對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的誕生充滿了期待。

不過，雖然理論上300個(gè)量子比特就能賦予計(jì)算機(jī)難以想象的運(yùn)算能力，但現(xiàn)實(shí)與想象畢竟還存在不小的差距。根據(jù)清華大學(xué)交叉信息研究院助理研究員尹章琦的介紹，估算大概需要至少一萬個(gè)量子比特才能超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，“因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)計(jì)算過程進(jìn)行糾錯(cuò)，所以需要很多個(gè)物理比特才能獲得一個(gè)可容錯(cuò)的邏輯比特。估計(jì)需要大概一千個(gè)邏輯比特運(yùn)行Shor算法來超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，那么物理比特至少要高一個(gè)量級(jí)，甚至可能要高兩個(gè)量級(jí)”。尹章琦所從事的正是關(guān)于量子信息與量子光學(xué)的理論與實(shí)驗(yàn)研究。

商業(yè)化的未來

在學(xué)界還在探討量子計(jì)算機(jī)可行性的時(shí)候，產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)迫不及待開始了實(shí)踐。早在2001年，IBM就曾經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)利用7個(gè)量子比特完成量子計(jì)算中的素因子分解法。

2007年，加拿大的D-Wave公司就了號(hào)稱全球第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)――采用16位量子比特處理器的Orion（獵戶座）。不過，Orion后迅速被業(yè)界潑了一盆冷水，業(yè)內(nèi)人士稱，Orion并不是真正意義上的量子計(jì)算機(jī)，只是具備了一些量子計(jì)算的特性。

去年，D-Wave卷土出來，了全新的產(chǎn)品――D-Wave　One，這一次它的處理器達(dá)到了128量子比特，比前代產(chǎn)品大大提升，一臺(tái)售價(jià)高達(dá)1000萬美元。但是，由于D-Wave對(duì)核心技術(shù)三緘其口，學(xué)術(shù)界無法得知關(guān)于其產(chǎn)品的更多信息，質(zhì)疑之聲再起，因?yàn)槟壳澳軌驅(qū)崿F(xiàn)10量子比特已經(jīng)是相當(dāng)了不起的成就。

不過，即便質(zhì)疑不斷，D-Wave還是成功拿到了第一張訂單，外國媒體報(bào)道，美國知名的軍備制造商洛克希德?馬丁已經(jīng)購買了D-Wave的產(chǎn)品并且將其用在一些復(fù)雜的項(xiàng)目上，比如F-35戰(zhàn)斗機(jī)軟件錯(cuò)誤的自動(dòng)檢測(cè)。

不僅如此，D-Wave還在今年10月得到了來自貝索斯以及美國中情局下屬投資機(jī)構(gòu)In-Q-Tel總計(jì)3000萬美元的投資。貝索斯的投資邏輯顯而易見，隨著現(xiàn)實(shí)世界的不斷互聯(lián)網(wǎng)化，他的野心自然是通過深度挖掘和分析亞馬遜積累的海量數(shù)據(jù)創(chuàng)造出更大的商業(yè)價(jià)值，而量子計(jì)算機(jī)正是實(shí)現(xiàn)這一切的基礎(chǔ)。

在D-Wave大出風(fēng)頭的同時(shí)，老牌巨頭IBM也不甘落后，今年2月，IBM宣布在量子計(jì)算領(lǐng)域再次取得重大進(jìn)展。新的技術(shù)使得科學(xué)家可以在初步計(jì)算中減少數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率，同時(shí)在量子比特中保持量子機(jī)械屬性的完整性。

篇4

人們通常把愛因斯坦與玻爾之間關(guān)于如何理解量子力學(xué)的爭(zhēng)論，看成是繼地心說與日心說之后科學(xué)史上最重要的爭(zhēng)論之一。就像地心說與日心說之爭(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。這些不滿主要體現(xiàn)在愛因斯坦與玻爾就量子力學(xué)的基礎(chǔ)性問題展開的三次大論戰(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，愛因斯坦第一次聽到了玻爾的互補(bǔ)性觀點(diǎn)，并試圖通過分析理想實(shí)驗(yàn)來駁倒玻爾—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日在布魯塞爾召開并由朗子萬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)問題仍然是許多與會(huì)代表所共同關(guān)心的主要論題。愛因斯坦繼續(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)論來玻爾的解釋。但是，在這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)中，愛因斯坦求助于自己創(chuàng)立的相對(duì)論來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的。從寫作風(fēng)格上來看，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)是否完備的問題，轉(zhuǎn)化為討論量子力學(xué)能否滿足文章提供的概念判據(jù)的問題。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)一步把是否滿足概念判據(jù)的問題，推向了潛在地接受什么樣的哲學(xué)假設(shè)的問題。例如，EPR論證在文章的一開始就開門見山地指出：“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。這些概念是用來對(duì)應(yīng)客觀實(shí)在的，我們利用它們來為自己描繪出實(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)問題都具有肯定的答案時(shí)，這種理論的一些概念才可說是令人滿意的?！薄?〕從哲學(xué)意義上來看，這段開場(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)的符合程度來判斷的。只有通過經(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，理論正確與否是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來判定的，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，就量子力學(xué)的情況而言，只討論完備性問題。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)在的元素必須通過實(shí)驗(yàn)和量度來得到，而不能由先驗(yàn)的哲學(xué)思考來確定。基于這種考慮，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，這兩個(gè)判據(jù)的意思是說，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)相互作用過的兩個(gè)系統(tǒng)分開之后的量子力學(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，愛因斯坦卻在1936年6月19日寫給薛定諤的一封信中透露說，EPR論文是經(jīng)過他們?nèi)齻€(gè)人的共同討論之后，由于語言問題，由波多爾斯基執(zhí)筆完成的，他本人對(duì)EPR的論證沒有充分表達(dá)出他自己的真實(shí)觀點(diǎn)表示不滿。從愛因斯坦在1948年撰寫的“量子力學(xué)與實(shí)在”一文來看，愛因斯坦對(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?！憋@然，愛因斯坦后來對(duì)量子力學(xué)的不完備性問題的論證比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，但沒有明朗化。但就論證問題的哲學(xué)前提而言，愛因斯坦與EPR論證基本上沒有實(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)的概念體系來理解量子力學(xué)的一個(gè)例證來討論，而不準(zhǔn)備專門闡述愛因斯坦本人的觀點(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)相互作用過的兩個(gè)粒子，在空間上彼此分離開之后，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)置的這種依賴性稱為量子整體性（whole-ness）。

在玻爾看來，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)象與儀器分離開來的任何企圖，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”的可能性問題變成了一個(gè)突出的認(rèn)識(shí)論問題：我們不僅不能離開觀察條件來談?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說，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?！?/p>

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，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。如果我們希望仍然使用這些概念來描述量子現(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知，而且還必將涉及無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)行了類比。在心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)中，知覺主體本身是進(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說，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?！睈垡蛩固箘t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)于自然界能說些什么。愛因斯坦的觀點(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)象所用的概念與語言是無歧義的。無歧義意味著對(duì)概念或語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：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；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；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。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，物理學(xué)家關(guān)于如何理解量子力學(xué)問題的爭(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)，最終探索出通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)其結(jié)論的一個(gè)典型案例。這一過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)為通過設(shè)計(jì)隱變量的觀念來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，并在書的結(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，最后，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)邏輯上無矛盾的隱變量理論呢？為了搞明白問題，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)來表述EPR論證的玻姆說法，或者說，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)果一定是通過決定論的隱變量來獲得的。貝爾后來申明說，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，貝爾的這篇文章是從定域性推論出決定論，而不是開始于決定論的隱變量。從邏輯前提上來看，貝爾的假設(shè)更接近于愛因斯坦的假設(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成是“意義最深遠(yuǎn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。”

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展起來。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，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。原先，我們只是信賴于旁證。量子力學(xué)從沒有錯(cuò)過。但現(xiàn)在我們知道了，即使在這些非常苛刻的條件下，它也不會(huì)錯(cuò)的。”

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)語來討論非定域性問題。經(jīng)過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，而是反過來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。總而言之，EPR論證盡管是基于哲學(xué)假設(shè)，運(yùn)用思想實(shí)驗(yàn)，來駁斥量子力學(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，無論在哲學(xué)假設(shè)的問題上，還是在物理概念的意義理解的問題上，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)來質(zhì)疑量子力學(xué)，而是應(yīng)該顛倒過來，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。從起源上來講，這種無視認(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。然而，與過去的物理學(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，既是愛因斯坦創(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)語言，而不是日常語言。用數(shù)學(xué)語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，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“觀看”一切。人類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。用玻爾的話來說，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。用玻恩的話來說，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。

篇5

Reform and Practice of Quantum Mechanics Hybrid Teaching Mode Based on SPOC

LIU Rong HOU Hong-lu DONG Wei LIU Wang-yun HUI Ying-xue

（College of Optoelectronic Engineering， Xi’an University of Technology， Xi’an 710021， China）

【Abstract】With the rapid worldwide rise of open online courses and learning platforms， a hybrid teaching model based on SPOC for small-scale specific learning groups has emerged as a powerful means of truly embodying the concept of “student-centered” education. Based on the training goal of electronic science and technology in our university and the characteristics of quantum mechanics course， this paper explores the reform of teaching mode from “traditional teaching” to “SPOC-based hybrid teaching”， studies the reform of teaching mode based on students， SPOC quantum mechanics course hybrid teaching methods， to further improve the effectiveness and quality of classroom teaching to provide an important guarantee.

【Key words】SPOC； Quantum Mechanics； Electronic Science and Technology； Teaching Mode

1 SPOC的產(chǎn)生

追溯國內(nèi)外在線課程的發(fā)展，從1989年美國鳳凰城大學(xué)最先推行在線學(xué)位計(jì)劃，成為美國第一批被認(rèn)可的提供網(wǎng)絡(luò)學(xué)位教育的學(xué)校開始，直至2001年美國麻省理工學(xué)院OCW（Open Course Ware）項(xiàng)目啟動(dòng)，再到2008年MOOC（Massive Open Online Course）概念首次提出[1]，并在全球范圍內(nèi)以迅猛之勢(shì)推廣應(yīng)用，稱為現(xiàn)代教育改革的新興產(chǎn)物。為了順應(yīng)新世紀(jì)的兩大發(fā)展趨勢(shì)，即全球化和信息化，中國高等教育也迎來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。2011年教育部出臺(tái)了《教育部關(guān)于國家精品開放課程建設(shè)的實(shí)施意見》（教高[2011]8號(hào)）、《精品資源共享課建設(shè)工作實(shí)施辦法》（教高廳[2012]2號(hào)）文件，全面啟動(dòng)精品視頻公開課和精品資源共享課建設(shè)。2014年“中國大學(xué)MOOC”平臺(tái)全面運(yùn)營。國內(nèi)在線開放課程平臺(tái)日趨成熟，有效支持在線開放課程的建設(shè)與運(yùn)行。大規(guī)模在線開放課程等新型在線開放課程和學(xué)習(xí)平臺(tái)在世界范圍迅速興起，不僅拓展了教學(xué)時(shí)空，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享，為學(xué)習(xí)者提供終身學(xué)習(xí)條件，而且增強(qiáng)了教學(xué)吸引力，激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性和自主性。然而，MOOC缺乏教師的深度參與，脫離實(shí)體學(xué)校的小班教學(xué)，難以完全取代傳統(tǒng)的課堂教學(xué)。與此同時(shí)，一種將MOOC資源服務(wù)于校園內(nèi)學(xué)習(xí)者的在線教育形式――SPOC（Small Private Online Course）應(yīng)運(yùn)而生。SPOC是一種將MOOC資源用于小規(guī)模、特定學(xué)習(xí)者的教學(xué)解決方案，賦予學(xué)生更完整、有針對(duì)性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。采用混合式教學(xué)模式，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又能體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性，真正體現(xiàn)“以學(xué)生為核心”的教育理念[2]。

致力于建設(shè)面向工科專業(yè)學(xué)生的量子力學(xué)在線開放課程，結(jié)合我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，以及量子力學(xué)課程特點(diǎn)，立足于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積?O性和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，以“微課程”為載體，實(shí)現(xiàn)從“傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式”向“SPOC教學(xué)模式”轉(zhuǎn)變，研究和構(gòu)建以學(xué)生為核心的基于SPOC的量子力學(xué)課程教學(xué)模式，采取線上視頻教學(xué)和線下課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合的混合式教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)改善課堂教學(xué)效果及質(zhì)量的目標(biāo)。

2 SPOC教學(xué)模式設(shè)計(jì)

SPOC是線上和線下相結(jié)合，采用校內(nèi)教師的在線資源與校外相關(guān)MOOC資源相結(jié)合，通過線上教學(xué)視頻、教學(xué)課間、在線作業(yè)、測(cè)驗(yàn)等教學(xué)資源，讓學(xué)生先自行在線學(xué)習(xí)，然后在課堂上進(jìn)行面對(duì)面的討論、答疑、實(shí)驗(yàn)等，最后進(jìn)行線下期末考試環(huán)節(jié)，至此，整個(gè)課程完成。SPOC的核心是教學(xué)流程變革所帶來的知識(shí)傳授的提前和知識(shí)內(nèi)化的優(yōu)化[3]。SPOC的教學(xué)模式全過程一般由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成：?jiǎn)栴}導(dǎo)入環(huán)節(jié)、線上學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和互動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)。具體細(xì)化過程還包括：微視頻制作與上傳、設(shè)置任務(wù)單、提供資料庫、組織線上視頻學(xué)習(xí)、開展在線討論、線下互動(dòng)教學(xué)、跟蹤監(jiān)測(cè)等流程，SPOC教學(xué)模式設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

在具體實(shí)踐中，結(jié)合量子力學(xué)的課程特點(diǎn)，做到以下幾方面：

（1）基于SPOC的量子力學(xué)課程建設(shè)采用以知識(shí)點(diǎn)碎片化視頻（10分鐘左右）與交互式練習(xí)為基本教學(xué)方式的知識(shí)點(diǎn)組織模式和學(xué)習(xí)模式，采取線上視頻教學(xué)和線下課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合的混合式教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的“翻轉(zhuǎn)”。

（2）基于SPOC的量子力學(xué)課程建設(shè)預(yù)期形成6-8小時(shí)的在線視頻課程，分為10周進(jìn)行授課，每周授課時(shí)數(shù)為4節(jié)，每節(jié)10分鐘左右（即為一個(gè)視頻課程單元）。此外，還包含6-8小時(shí)的線下教師面授課程，分3-4周進(jìn)行授課，每周授課時(shí)數(shù)為2節(jié)，每節(jié)50分鐘.在線視頻兼顧“快、高效、有趣”的特點(diǎn)。

（3）構(gòu)建以知識(shí)點(diǎn)為單元的視頻課程模塊單元。結(jié)合量子力學(xué)的課程與內(nèi)容特點(diǎn)，分解知識(shí)單元，構(gòu)建以知識(shí)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)的知識(shí)架構(gòu)。通過課程知識(shí)點(diǎn)的拆解、遴選和重組形成涵蓋課程基本知識(shí)點(diǎn)、基本概念、基本原理、前沿專題和熱點(diǎn)問題的課程體系課程內(nèi)容。

（4）配備教學(xué)大綱、教案或演示文稿、重點(diǎn)難點(diǎn)、作業(yè)、試題庫、參考資料、資源庫等完整的課程支撐資源庫。

（5）基于學(xué)情分析，預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)、設(shè)置單元作業(yè)、在線討論、在線考試等線上教學(xué)任務(wù)和線下教室討論、交流、答疑等教學(xué)活動(dòng)，以幫助學(xué)習(xí)者有效進(jìn)行學(xué)習(xí)并實(shí)現(xiàn)課程制定的目標(biāo)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)每周會(huì)引領(lǐng)4個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，漸進(jìn)式的推進(jìn)，配以豐富的案例與實(shí)操貼士，大家可以選擇適合的時(shí)間來學(xué)習(xí)、交流與練習(xí)。

（6）考核方式：視頻學(xué)習(xí)完成度+課內(nèi)表現(xiàn)+期末考試成績(jī)。

3 SPOC教學(xué)實(shí)踐

SPOC采用線上視頻教學(xué)和線下課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合的混合式教學(xué)方法，以學(xué)生為核心，將學(xué)習(xí)置于復(fù)雜的有意義的問題情境中，通過視頻觀看和互動(dòng)討論，激勵(lì)學(xué)生積極探索隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的建構(gòu)和轉(zhuǎn)化，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容展開討論、反思，教師則以提問的方式推進(jìn)這一過程，最終使學(xué)生在一個(gè)螺旋式上升的良性循環(huán)過程中理解知識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的不斷延續(xù)，以促進(jìn)學(xué)生解決問題、自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展，以及創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的提高，實(shí)現(xiàn)改善課堂教學(xué)效果及質(zhì)量的目標(biāo)。

與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，基于SPOC的混合式教學(xué)模式中，教師與學(xué)生的角色和任務(wù)發(fā)生巨大改變。教師從傳統(tǒng)課堂中的知識(shí)傳授者變成了學(xué)習(xí)的促進(jìn)者和指導(dǎo)者，這意味著教師不再是知識(shí)交互和應(yīng)用的中心，而是學(xué)生應(yīng)用知識(shí)到真實(shí)情景的推動(dòng)者。

教師的主要任務(wù)是：

（1）創(chuàng)設(shè)問題情境、呈現(xiàn)問題。提出問題是SPOC的起點(diǎn)和焦點(diǎn)。布朗、科林斯等學(xué)者認(rèn)為，認(rèn)知是以情境為基礎(chǔ)的，發(fā)生在認(rèn)知過程中的活動(dòng)是學(xué)習(xí)的組成部分之一，通過創(chuàng)設(shè)問題情境可吸引學(xué)習(xí)者。問題的產(chǎn)生可以是學(xué)生自己在生活中發(fā)現(xiàn)的有意義、需要解決的實(shí)際問題，也可以是在教師的幫助指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)的問題，還可以是教師根據(jù)實(shí)際生活問題、學(xué)生認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)內(nèi)容等相關(guān)方面提出的問題。

（2）提供豐富的教學(xué)資源。教學(xué)資源是實(shí)施SPOC的根本保障。教師可以利用網(wǎng)絡(luò)課程為學(xué)生解決問題提供多種媒體形式和豐富的教學(xué)資源。

（3）對(duì)學(xué)習(xí)成果提出要求，給學(xué)生提供一個(gè)明確的目標(biāo)和必須達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）部分教學(xué)內(nèi)容、難點(diǎn)問題講授。

（5）答疑，論壇主持，實(shí)驗(yàn)，考試組織等。

學(xué)生的主要任務(wù)是：

（1）通過觀看視頻（任意時(shí)間）自主學(xué)習(xí)；

（2）在線完成作業(yè)和測(cè)試；

（3）線上論壇討論并相互回答問題；

（4）參與課堂討論和組間辯論。

例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時(shí)，有學(xué)生認(rèn)為波函數(shù)是經(jīng)典物理學(xué)的波，也有學(xué)生認(rèn)為波函數(shù)由全部粒子組成。這些問題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，可以通過線上視頻學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)資源共享，再組織在線討論，最后線下教學(xué)互動(dòng)和老師疑難解答，對(duì)各小組討論和辯論的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)述和指正，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)一些不易理解的量子概念和原理的深入理解[4-6]。

4 SPOC教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

（1）明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容。通常任課教師以整門課程為一個(gè)體系進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，但是這個(gè)體系過于龐大，學(xué)生往往看這個(gè)體系如“盲人摸象”，很難完整理解，甚至使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，很難“留住”學(xué)生參與線上學(xué)習(xí)。所以，建議在設(shè)計(jì)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)以周為單位，定期視頻學(xué)習(xí)任務(wù)書，該任務(wù)書一定是具體的、可量化的，使學(xué)生可以在短時(shí)間內(nèi)明確本周的學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容。

（2）教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與教學(xué)環(huán)節(jié)的組織安排。基于SPOC的混合式教學(xué)不等同于傳統(tǒng)教學(xué)+在線學(xué)習(xí)，需要詳細(xì)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，例如哪些內(nèi)容適合學(xué)生在線學(xué)習(xí)？哪些內(nèi)容需要課堂講授？設(shè)計(jì)哪些討論主題既緊密結(jié)合課程知識(shí)點(diǎn)又能夠激發(fā)學(xué)生的“好奇心”，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力？等等。此外，還需要細(xì)化各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的組織安排，確保各環(huán)節(jié)能夠有機(jī)結(jié)合。

篇6

課程改革倡導(dǎo)的創(chuàng)新思維觀念，無疑會(huì)引導(dǎo)教學(xué)方式的改變，教師隨著學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變，重新建立一套創(chuàng)新教學(xué)模式，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，形成探究式學(xué)習(xí)方法，即從學(xué)科或現(xiàn)實(shí)生活中選擇正確探究目標(biāo)。在探究過程中，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)操作、信息收集與處理、表達(dá)與交流等方式，解決問題，從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力。 ¬

創(chuàng)新教育要求我們?cè)谝荒昙?jí)語文教學(xué)中，教師應(yīng)有的放矢的培養(yǎng)學(xué)生――創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生的探索興趣，引導(dǎo)學(xué)生樂學(xué)、活學(xué)、會(huì)學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)語言，積累語言，運(yùn)用語言，為培養(yǎng)新型人才打好基礎(chǔ)。下面，結(jié)合《哪座房子最漂亮》一課教學(xué)，談?wù)剛€(gè)人的粗淺認(rèn)識(shí)。 ¬

一、設(shè)置懸念，激情趣生

引發(fā)興趣，是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的良好開端，每一個(gè)孩子對(duì)新生事物極易產(chǎn)生好奇心，一旦疑意設(shè)置起來，他們往往會(huì)得到結(jié)論，回去積極認(rèn)真的探求。如我在教學(xué)《哪座房子最漂亮》時(shí)（人教版一年級(jí)下冊(cè)第4課）我首先讓學(xué)生想一想：隨著我們生活水平的不斷提高，家家都蓋起了新房子，你知道誰家的房子最漂亮嗎？學(xué)生們馬上會(huì)爭(zhēng)先恐后搶著發(fā)言，我抓住契機(jī)，鼓勵(lì)同學(xué)們總結(jié)和歸納新課題，然后我說：??！有這么多漂亮的新房子，那么哪座房子最漂亮呢？讓我們趕快來讀課文去看看漂亮的房子吧！此時(shí)，學(xué)生會(huì)迫不及待的翻開書帶著濃厚的興趣認(rèn)真的研讀起來，此時(shí)把“要你知足”演變成“我要知足”，學(xué)生的求知欲望被激發(fā)起來。 ¬

一、 巧用教材，培養(yǎng)想象

想象是創(chuàng)新之源、時(shí)間告訴我們想象的越豐富，對(duì)文章的深層含義的理解就越有創(chuàng)見，因此，新課改教學(xué)要求我們充分挖掘教材想象因素作為一個(gè)重要內(nèi)容是有理論依據(jù)的。我在教《哪座房子最漂亮》這篇文時(shí)，我抓住學(xué)生這樣一句話引導(dǎo)學(xué)生想象：課文是怎樣寫這個(gè)小村莊的？大家分分圍坐一起，熱烈的討論著，辨別著，補(bǔ)充著，同時(shí)有的學(xué)生用簡(jiǎn)筆畫畫出漂亮的房子?？梢哉f，學(xué)生們展開了想象的翅膀，已飛進(jìn)了課文的意境之中。 ¬

三、大膽質(zhì)疑，主動(dòng)探究 ¬

“學(xué)起于思，思源于疑。”學(xué)生有了疑問，才能進(jìn)一步去思考、無分析、去求索。教學(xué)時(shí)，盡量避免學(xué)生機(jī)械的去接受知識(shí)，而是引導(dǎo)學(xué)生大膽質(zhì)疑，并且引導(dǎo)學(xué)生逐步提高質(zhì)疑水平。當(dāng)學(xué)生有了疑問后，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去探索，教師不直接給與肯定或否定的答案？給學(xué)生有充分的思考和實(shí)踐機(jī)會(huì)。如讀完《哪座房子最漂亮》后，有的學(xué)生問：為什么我們的小學(xué)堂最漂亮呢？我讓學(xué)習(xí)好的學(xué)生回答，再讓大家一起認(rèn)定。最后，這名同學(xué)的問題得到圓滿解決，而且還促進(jìn)了其他同學(xué)的思維。 ¬

四、發(fā)散思維，求異創(chuàng)新 ¬

篇7

關(guān)鍵詞：凝聚態(tài)物理；關(guān)聯(lián)區(qū)；量子態(tài)；理論方法

中圖分類號(hào)：O469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

凝聚態(tài)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)中最大也是最重要的分支學(xué)科之一，它是從微觀角度出發(fā)，研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系，因此建立起既深刻又普遍的理論體系，是當(dāng)前物理學(xué)中最重要、最豐富和最活躍的學(xué)科，在許多學(xué)科領(lǐng)域中的重大成就已在當(dāng)今高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中起了關(guān)鍵性作用，為發(fā)展新材料、新器件和新工藝提供了科學(xué)基礎(chǔ)。凝聚態(tài)物理一方面與粒子物理學(xué)在概念上的發(fā)展相互滲透，對(duì)一些最基本的問題給出啟示；另一方面為新型材料的研發(fā)和制備提供理論上和實(shí)驗(yàn)上的支持，與工科的技術(shù)學(xué)科銜接構(gòu)成科學(xué)上最有實(shí)用性的拓新領(lǐng)域。那么，當(dāng)今凝聚態(tài)物理主要研究哪些分支內(nèi)容？使用什么樣的理論方法？這些研究在哪些方面有所成就？

一、凝聚態(tài)物理當(dāng)今主要研究的一些分支內(nèi)容

凝聚態(tài)指的是由大量粒子組成且粒子間有很強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)。固態(tài)和液態(tài)是最常見的凝聚態(tài)，低溫下的超流態(tài)、超導(dǎo)態(tài)、玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)、磁介質(zhì)中的鐵磁態(tài)、反鐵磁態(tài)等，也都是凝聚態(tài)。凝聚態(tài)物理是屬于偏應(yīng)用的交叉學(xué)科，研究方向和分支很多，基本任務(wù)是闡明微觀結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的關(guān)系。傳統(tǒng)的凝聚態(tài)物理主要研究半導(dǎo)體、磁學(xué)、超導(dǎo)體等，現(xiàn)今凝聚態(tài)物理學(xué)研究的理論內(nèi)容十分廣泛，以下是其中較活躍的幾個(gè)分支：

1.固體電子論中的關(guān)聯(lián)區(qū)

研究固體中的電子行為，是凝聚態(tài)物理的前身固體物理學(xué)的核心問題。按電子間相互作用的大小，固體中電子的行為分成3個(gè)區(qū)域，它們分別是弱關(guān)聯(lián)區(qū)、中等關(guān)聯(lián)區(qū)和強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)。弱關(guān)聯(lián)區(qū)的研究基于電子受晶格上離子散射的能帶理論，應(yīng)用于半導(dǎo)體和簡(jiǎn)單金屬，構(gòu)成了半導(dǎo)體物理學(xué)的理論基礎(chǔ)；中等關(guān)聯(lián)區(qū)的研究包括一般金屬和強(qiáng)磁性物質(zhì)，是構(gòu)成鐵磁學(xué)的物理基礎(chǔ)；強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)則涉及電子濃度很低的不良金屬，諸如莫脫絕緣體、近藤效應(yīng)、巨磁電阻效應(yīng)等，它們的物理性質(zhì)問題尚未得到很好地解決。

現(xiàn)今對(duì)固體電子論的研究比較注重的是強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。

2.宏觀量子態(tài)

用量子力學(xué)描述宏觀體系的狀態(tài)稱為宏觀量子態(tài)，如超導(dǎo)中電子的庫珀對(duì)。超導(dǎo)現(xiàn)象是電阻在臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc以下突然降為零，磁通全部被斥，成為完全抗磁體，超流現(xiàn)象是當(dāng)液氦（4He）的溫度降到2.17K時(shí)，由正常流體突然轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸幌盗袠O不尋常的性質(zhì)的“超流體”。宏觀量子態(tài)具有典型的量子力學(xué)性質(zhì)，如勢(shì)壘隧道穿越和位相相干等。當(dāng)前量子力學(xué)研究的重要課題是退相干現(xiàn)象和耗散現(xiàn)象。

3.介觀物理與納米結(jié)構(gòu)

介觀是介于宏觀與微觀之間的一種體系，處于介觀的物體的尺寸可以說是宏觀的，因而具有宏觀體系的特點(diǎn)；但是由于其中電子運(yùn)動(dòng)的相干性，會(huì)出現(xiàn)一系列新的與量子力學(xué)相位相聯(lián)系的干涉現(xiàn)象，這又與微觀體系相似，故稱“介觀”。介觀物理學(xué)所研究的物質(zhì)尺度和納米科技的研究尺度有很大重合，所以這一領(lǐng)域的研究常被稱為“介觀物理和納米科技”。

為獲取更優(yōu)異的物理性能，凝聚態(tài)物理界從20世紀(jì)中期開始注重將材料按特定的結(jié)構(gòu)尺度組織成復(fù)合體，若結(jié)構(gòu)尺度在1nm～100nm范圍內(nèi)，即為納米結(jié)構(gòu)，它在基礎(chǔ)研究中發(fā)揮的重要的作用是：在兩維電子氣中發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)和維格納晶格，在一維導(dǎo)體中驗(yàn)證了盧廷格液體的理論，在一些人工的納米結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了介觀量子輸運(yùn)現(xiàn)象。在未來的一段時(shí)期內(nèi)，納米電子學(xué)和自旋電子學(xué)將成為固體電子學(xué)和光子學(xué)的發(fā)展主流。

4.軟物質(zhì)物理學(xué)

1991年被提出的軟物質(zhì)也被稱為復(fù)雜液體，它是介于固體與液體之間的物相，一般由大分子或基團(tuán)組成，諸如液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質(zhì)、生命體系物質(zhì)諸如DNA、細(xì)胞、體液、蛋白質(zhì)等都屬于這類物質(zhì)，它們中大多數(shù)都是有機(jī)物質(zhì)，在原子的尺度上是無序的，在介觀的尺度上則可能出現(xiàn)某種規(guī)則而有序的結(jié)構(gòu)。軟物質(zhì)在變化過程中內(nèi)能的變化很微小，熵的變化卻很大，因而其組織結(jié)構(gòu)的變化主要是由熵來驅(qū)動(dòng)，和內(nèi)能驅(qū)動(dòng)的硬物質(zhì)不同。有機(jī)物質(zhì)中的小分子和聚合物的電子結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)現(xiàn)在正受到重視，因此有機(jī)發(fā)光器件和電子器件正在研制開發(fā)中。

二、當(dāng)今凝聚態(tài)物理研究的一些現(xiàn)象及其理論方法

固體物理學(xué)的一個(gè)重要的理論基石為能帶理論，它是建立在單電子近似的基礎(chǔ)上的。而凝聚態(tài)物理學(xué)的概念體系則淵源于相變與臨界現(xiàn)象的理論，植根于相互作用的多粒子理論。凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，基本上已經(jīng)完備且成熟。

當(dāng)前常用的一些理論方法：第一性原理（特指密度泛函理論計(jì)算），蒙特-卡洛方法，玻爾茲曼模型，分子動(dòng)力學(xué)模擬，伊辛模型，有效場(chǎng)，平均場(chǎng)等等。

當(dāng)前被研究的一些現(xiàn)象：光譜，超導(dǎo)，霍爾效應(yīng)，弱相互作用，電阻（巨磁電阻，龐磁電阻），磁性研究（磁阻，微磁學(xué)，鐵磁性，巨磁阻抗效應(yīng)，相圖），多向異性，子晶格，態(tài)密度，能隙，強(qiáng)關(guān)聯(lián)、激發(fā)態(tài)，量子通信，冷原子、物理進(jìn)展等等。

第一性原理方法是根據(jù)原子核與電子相互作用及其基本運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，運(yùn)用量子力學(xué)原理從哈密頓量出發(fā)，近似處理后進(jìn)行求解薛定諤方程的方法，它能給出體系的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)等相關(guān)信息，能描述化學(xué)鍵的斷裂、重組，以及電子的重排而被很多人多熱衷。

蒙特-卡羅方法也被稱統(tǒng)計(jì)模擬方法，是以概率統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的使用隨機(jī)數(shù)來進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的方法一類數(shù)值計(jì)算方法，它是以事件出現(xiàn)的頻率估算隨機(jī)事件的概率，并將這個(gè)結(jié)果作為問題的解。

伊辛模型是描述分子之間有較強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)發(fā)生相變情況的模型。通常使用有效場(chǎng)理論、平均場(chǎng)理論和蒙特?卡羅方法來研究它。

三、當(dāng)今凝聚態(tài)物理研究的一些成就

凝聚態(tài)物理當(dāng)今在器件方面取得的兩方面主要成就是太陽能電池和納米器件。在材料方面取得的一些成就有：納米材料，電子陶瓷材料，拓?fù)浣^緣材料，碳材料（石墨烯，石墨炔，碳化鍺薄膜等），復(fù)合熱電材料，自旋液體、超導(dǎo)體，超材料，薄膜材料。

上邊所列的這些成就中，拓?fù)浣^緣體的邊界或表面總是存在導(dǎo)電的邊緣態(tài)，這有望于制造未來新型電腦芯片等元器件。自旋液體描述物質(zhì)中的一種特殊自旋排布狀態(tài)，材料的作用能支持某些奇異的超導(dǎo)性或?qū)⒁恍┫窳Ｗ右粯訐碛须姾傻膶?shí)體組織起來。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)，而且它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。當(dāng)今對(duì)石墨炔衍生物的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)，研究者們積極地設(shè)計(jì)可能的石墨炔衍生物并預(yù)測(cè)其物理性質(zhì)。如研究BN摻雜的石墨炔系列結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它的性質(zhì)與硼氮元素?fù)诫s的濃度和位置緊密相關(guān)；N摻雜石墨炔可充當(dāng)氧還原反應(yīng)的無金屬電催化劑；氟化作用可調(diào)節(jié)石墨炔帶隙寬度，這使得石墨炔在納米電子設(shè)備的使用上使其有靈活性；分別在石墨二炔和α-石墨炔中摻入硅和鍺的結(jié)果是碳硅元素以及碳鍺元素之間可以形成穩(wěn)定的炔鍵結(jié)構(gòu)，并且其帶隙值明顯加寬?？傊?，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這些新的碳鍺材料，不僅可以豐富碳相關(guān)材料的數(shù)據(jù)庫，而且可以為電子設(shè)備、氣體分離薄膜、儲(chǔ)能材料、鋰離子電池電極材料等方面提供可選的對(duì)象。

還有，利用粒子的隧道效應(yīng)可制備隧道結(jié)這類夾層結(jié)構(gòu)，諸如半導(dǎo)體隧道二極管、單電子超導(dǎo)隧道結(jié)、庫珀對(duì)超導(dǎo)隧道結(jié)。利用與自旋相關(guān)的隧道效應(yīng)，則已制出具有隧道磁電阻的磁存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體量子阱已用來制備快速晶體管和高效激光器。量子點(diǎn)可用以制備微腔激光器和單電子晶體管。利用鐵磁金屬與非磁金屬可制成磁量子阱，呈現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)，可用作存儲(chǔ)器的讀出磁頭等等。

結(jié)論

有人說：“沒有量子力學(xué)就沒有手機(jī)和電腦，就沒有現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)的普及?！睆倪@句話中可以看出更確鑿的事實(shí)：基礎(chǔ)科學(xué)一直是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和推手，凝聚態(tài)物理在理論上的發(fā)展一方面詮釋客觀物質(zhì)世界存在的現(xiàn)象，一方面又能預(yù)測(cè)人類將能解決的客觀問題；而它在實(shí)驗(yàn)上的發(fā)展則是根據(jù)其理論上建立的模型給予驗(yàn)證并因此揭示客觀事物的實(shí)質(zhì)與規(guī)律，且據(jù)此來建立并整合理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)用技術(shù)之間的聯(lián)系，使得這些客觀事物及其規(guī)律最終為人類所利用。

參考文獻(xiàn)

篇8

量子計(jì)算機(jī)的秘密武器：疊加和糾纏

一方面，量子效應(yīng)對(duì)現(xiàn)代電子學(xué)來說非常重要，它能使晶體管變得非常?。坏硪环矫?，量子效應(yīng)也是一個(gè)惹人討厭的“調(diào)皮鬼”，由于電子的位置并非確定不變，它能讓晶體管內(nèi)的電子簡(jiǎn)單地從一個(gè)地方消失并在另外一個(gè)地方再次出現(xiàn)，這樣會(huì)使得電流泄漏出來，導(dǎo)致信號(hào)衰減。

不過，有些科學(xué)家卻從中看到了機(jī)會(huì)。他們認(rèn)為，量子尺度上發(fā)生的一些詭異事件可以被利用起來，讓人們能以一種全新且更快的方式進(jìn)行計(jì)算并發(fā)送信息，至少從理論上而言，這些信息不可能被攔截。幾個(gè)對(duì)此感興趣的科研團(tuán)體希望建造出量子計(jì)算機(jī)，以解決目前的計(jì)算機(jī)無法解決的問題，諸如找出幾百位數(shù)的質(zhì)因子或?qū)⒋蟮臄?shù)據(jù)庫一網(wǎng)打盡等等。這些研究計(jì)劃和成果都在AAAS的年度大會(huì)上得到了展示。

這些科學(xué)家們努力的核心是量子疊加和量子糾纏這兩種量子力學(xué)現(xiàn)象。普通的數(shù)字計(jì)算機(jī)以位的形式操縱信息，位的值要么是1，要么是0。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，不同的電流電壓分別表示1和0，這同電子的電荷有關(guān)。電荷是所有電子的固定特征，每個(gè)電子的電荷數(shù)目是一樣的。但是，電子也擁有其他特征，比如自旋，自旋的方向可以表示為“向上”、“向下”或者模糊不清的“既向上又向下”。這種既向上又向下的狀態(tài)就被稱為疊加，疊加能被用來構(gòu)建量子力學(xué)中的位量子位（量子比特）。

與此同時(shí)，糾纏使粒子捆綁在一起以增加更多量子位。在量子機(jī)器中，每增加一個(gè)量子位會(huì)讓它能同時(shí)進(jìn)行的操作翻番，這就是量子計(jì)算機(jī)之所以擁有強(qiáng)大計(jì)算能力的“秘訣”。比如，2個(gè)相互糾纏的量子位可以進(jìn)行4個(gè)操作；3個(gè)量子位可以進(jìn)行8個(gè)操作，等等，依此類推。那么，一個(gè)擁有300個(gè)量子位的計(jì)算機(jī)能同時(shí)執(zhí)行的操作數(shù)就比可見宇宙中的原子數(shù)還多。

疊加和糾纏并不穩(wěn)定

然而，不幸的是，這樣的機(jī)器對(duì)我們來說仍是“羚羊掛角，無跡可尋”。糾纏和疊加都是非常精細(xì)的活，即使最輕微的擾動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致“量子位”失去這種相干性，讓它們的神奇屬性消失殆盡。為了建造出一臺(tái)能工作的量子計(jì)算機(jī)，量子位將不得不變得更加靈活，更容易恢復(fù)相干性，但迄今為止，這方面的進(jìn)步一直不大。

1995年，科學(xué)家們首次在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算，從那時(shí)起，有科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)法讓14個(gè)量子位發(fā)生了糾纏。這項(xiàng)紀(jì)錄的保持者是來自德國因斯布魯克的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)，他們使用了一個(gè)名為離子陷阱的設(shè)備，并讓以處于不同能量狀態(tài)的銣原子的疊加形式而存在的量子位在其間發(fā)生了糾纏。而加拿大滑鐵盧大學(xué)的雷蒙德·拉弗莫和同事則設(shè)法使用同樣的技巧讓12個(gè)量子位發(fā)生了糾纏，讓特定的原子在名為組氨酸的氨基酸單分子內(nèi)發(fā)生了糾纏，組氨酸的特征使它非常適合這樣的實(shí)驗(yàn)。

這些方法存在的問題是，它們并不容易進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展。離子陷阱位于大的真空室內(nèi)，不能輕易地收縮。另外，一個(gè)組氨酸分子包含的適合原子數(shù)量也有限，因此，科學(xué)家們一直在搜尋更實(shí)用的量子位。

各出奇招制造穩(wěn)定的量子位

一種有潛力解決這一問題的方法是在半導(dǎo)體內(nèi)蝕刻量子位。查爾斯·馬庫斯以前是哈佛大學(xué)的教授，現(xiàn)在是哥本哈根大學(xué)的教授，他一直試圖使用電子自旋做到這一點(diǎn)。單電子制造的量子位很快會(huì)失去相干性，因此，他的研究團(tuán)隊(duì)決定使用兩個(gè)電子制造出一個(gè)量子位，他們將其稱為“量子點(diǎn)”，這是一塊細(xì)小的半導(dǎo)體晶體（馬庫斯使用的半導(dǎo)體是砷化鎵）。當(dāng)兩個(gè)這樣的量子點(diǎn)相互靠近時(shí)，能讓一個(gè)電子陷入一個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)以彈出并同另一個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)相鄰的電子相結(jié)合，兩個(gè)電子自旋的這種疊加就產(chǎn)生了量子位。

迄今為止，馬庫斯團(tuán)隊(duì)已設(shè)法讓4個(gè)這樣的量子位結(jié)合在一起，而且，使用了一套靈敏的技巧將其壽命延伸至10微秒，這一時(shí)間足以用來執(zhí)行簡(jiǎn)單的代數(shù)操作，代數(shù)操作是計(jì)算的命脈。他們希望使用硅或碳，進(jìn)一步延長其壽命，硅或碳的原子核對(duì)糾纏電子的干擾比砷化鎵要小。

另外，美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的約翰·馬提尼斯和同事試圖從超導(dǎo)電路打造出量子位。在超導(dǎo)體內(nèi)，電子并不會(huì)單獨(dú)旅行，相反，因?yàn)閺?fù)雜的量子力學(xué)原因，它們會(huì)成雙成對(duì)地出現(xiàn)（也因?yàn)橥瑯拥脑?，這對(duì)電子之間不會(huì)有電阻）。當(dāng)它們成雙成對(duì)旅行時(shí)，這對(duì)電子的行為就像單個(gè)粒子一樣，這就出現(xiàn)了疊加傾向。例如，這個(gè)“超粒子”實(shí)際上一次能朝兩個(gè)方向移動(dòng)，當(dāng)這對(duì)電子移動(dòng)時(shí)，它們就制造出了一個(gè)磁場(chǎng)。接著，制造一個(gè)超導(dǎo)閉環(huán)，科學(xué)家們就得到了一個(gè)能同時(shí)朝上和朝下的磁場(chǎng)，馬提尼斯團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已設(shè)法讓5個(gè)這樣的超導(dǎo)量子位發(fā)生了糾纏。

馬提尼斯團(tuán)隊(duì)還使用一套名為共振腔的設(shè)備，將信息從電路傳送到單個(gè)光子并將光子捕獲在一個(gè)空腔內(nèi)，并持續(xù)幾微秒。換句話說，他們已經(jīng)制造出了一個(gè)量子存儲(chǔ)設(shè)備。幾微秒聽起來很短暫，但足以執(zhí)行很多基本操作。

前路漫漫任重而道遠(yuǎn)

所有上述方法面臨的問題是，他們賴以依靠的量子狀態(tài)非常脆弱，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。一種確保他們能用量子位進(jìn)行計(jì)算的方法是用幾個(gè)量子位而非僅用一個(gè)量子位來對(duì)同樣的信息進(jìn)行編碼。因此，馬庫斯、馬提尼斯以及拉夫莫不得不在他們的系統(tǒng)中建立一些多余的量子位。這樣，對(duì)于每個(gè)計(jì)算所需要的每一個(gè)“邏輯”量子位來說，都存在著幾個(gè)其他的物理量子位，所有這些量子位都需要被糾纏在一起。

微軟公司研究中心的米歇爾·弗里德曼正試圖另辟蹊徑來解決這一問題，他和同事正在建造他們稱為拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的機(jī)器，這臺(tái)機(jī)器在一層名為銻化銦的奇異材料上方使用了一個(gè)超導(dǎo)體。當(dāng)朝這套系統(tǒng)施加電壓時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就變成了一個(gè)能以疊加狀態(tài)而存在的量子系統(tǒng)。

弗里德曼的量子位與馬提尼斯的量子位的不同之處在于，它們對(duì)干涉反應(yīng)的方式不同。在馬提尼斯的量子系統(tǒng)中，刺激一個(gè)超導(dǎo)電路中的任何電子，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)失去相干性。然而，弗里德曼的設(shè)計(jì)對(duì)這樣的本地破壞活動(dòng)“刀槍不入”，因?yàn)樗捎靡环N特殊的方式讓能量遍布于整個(gè)銻化銦上。迄今為止，微軟公司的團(tuán)隊(duì)還沒有制造出一個(gè)起作用的量子位，但他們希望很快能做到，他們也正在尋找其他材料來重復(fù)同樣的實(shí)驗(yàn)。

篇9

抽象地說，所謂計(jì)算，就是從一個(gè)符號(hào)串f變換成另一個(gè)符號(hào)串g.比如說，從符號(hào)串12+3變換成15就是一個(gè)加法計(jì)算。如果符號(hào)串f是x2,而符號(hào)串g是2x,從f到g的計(jì)算就是微分。定理證明也是如此，令f表示一組公理和推導(dǎo)規(guī)則，令g是一個(gè)定理，那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個(gè)角度看，文字翻譯也是計(jì)算，如f代表一個(gè)英文句子，而g為含意相同的中文句子，那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點(diǎn)？為什么把它們都叫做計(jì)算？因?yàn)樗鼈兌际菑募褐?hào)（串）開始，一步一步地改變符號(hào)（串），經(jīng)過有限步驟，最后得到一個(gè)滿足預(yù)先規(guī)定的符號(hào)（串）的變換過程。

從類型上講，計(jì)算主要有兩大類：數(shù)值計(jì)算和符號(hào)推導(dǎo)。數(shù)值計(jì)算包括實(shí)數(shù)和函數(shù)的加減乘除、冪運(yùn)算、開方運(yùn)算、方程的求解等。符號(hào)推導(dǎo)包括代數(shù)與各種函數(shù)的恒等式、不等式的證明，幾何命題的證明等。但無論是數(shù)值計(jì)算還是符號(hào)推導(dǎo)，它們?cè)诒举|(zhì)上是等價(jià)的、一致的，即二者是密切關(guān)聯(lián)的，可以相互轉(zhuǎn)化，具有共同的計(jì)算本質(zhì)。隨著數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展，還可能出現(xiàn)新的計(jì)算類型。

2遠(yuǎn)古的計(jì)算工具

人們從開始產(chǎn)生計(jì)算之日，便不斷尋求能方便進(jìn)行和加速計(jì)算的工具。因此，計(jì)算和計(jì)算工具是息息相關(guān)的。

早在公元前5世紀(jì)，中國人已開始用算籌作為計(jì)算工具，并在公元前3世紀(jì)得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后來，人們發(fā)明了算盤，并在15世紀(jì)得到普遍采用，取代了算籌。它是在算籌基礎(chǔ)上發(fā)明的，比算籌更加方便實(shí)用，同時(shí)還把算法口訣化，從而加快了計(jì)算速度。

3近代計(jì)算系統(tǒng)

近代的科學(xué)發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算工具的發(fā)展：在1614年，對(duì)數(shù)被發(fā)明以后，乘除運(yùn)算可以化為加減運(yùn)算，對(duì)數(shù)計(jì)算尺便是依據(jù)這一特點(diǎn)來設(shè)計(jì)。1620年，岡特最先利用對(duì)數(shù)計(jì)算尺來計(jì)算乘除。1850年，曼南在計(jì)算尺上裝上光標(biāo)，因此而受到當(dāng)時(shí)科學(xué)工作者，特別是工程技術(shù)人員廣泛采用。機(jī)械式計(jì)算器是與計(jì)算尺同時(shí)出現(xiàn)的，是計(jì)算工具上的一大發(fā)明。帕斯卡于1642年發(fā)明了帕斯卡加法器。在1671年，萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運(yùn)算的手搖計(jì)算器，是長1米的大盒子。自此以后，經(jīng)過人們?cè)谶@方面多年的研究，特別是經(jīng)過托馬斯、奧德內(nèi)爾等人的改良后，出現(xiàn)了多種多樣的手搖計(jì)算器，并風(fēng)行全世界。

4電動(dòng)計(jì)算機(jī)

英國的巴貝奇于1834年，設(shè)計(jì)了一部完全程序控制的分析機(jī)，可惜礙于當(dāng)時(shí)的機(jī)械技術(shù)限制而沒有制成，但已包含了現(xiàn)代計(jì)算的基本思想和主要的組成部分了。此后，由于電力技術(shù)有了很大的發(fā)展，電動(dòng)式計(jì)算器便慢慢取代以人工為動(dòng)力的計(jì)算器。1941年，德國的楚澤采用了繼電器，制成了第一部過程控制計(jì)算器，實(shí)現(xiàn)了100多年前巴貝奇的理想。

5電子計(jì)算機(jī)

20世紀(jì)初，電子管的出現(xiàn)，使計(jì)算器的改革有了新的發(fā)展，美國賓夕法尼亞大學(xué)和有關(guān)單位在1946年制成了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，使人類進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。它是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，也當(dāng)之無愧地被認(rèn)為是迄今為止由科學(xué)和技術(shù)所創(chuàng)造的最具影響力的現(xiàn)代工具。

在電子計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)高速發(fā)展過程中，因特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GodonMoore）對(duì)電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)所依賴的半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展作出預(yù)言：半導(dǎo)體芯片的集成度將每?jī)赡攴环?。事?shí)證明，自20世紀(jì)60年代以后的數(shù)十年內(nèi)，芯片的集成度和電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度實(shí)際是每十八個(gè)月就翻一番，而價(jià)格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發(fā)展速度被公認(rèn)為“摩爾定律”.

6“摩爾定律”與“計(jì)算的極限”

人類是否可以將電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度永無止境地提升？傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高有沒有極限？對(duì)此問題，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)此問題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說，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)，我們可以開拓一個(gè)個(gè)新領(lǐng)域，世界最終會(huì)變得越來越清晰，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?！?/p>

7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，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”來實(shí)現(xiàn)的：這類計(jì)算在量子計(jì)算中被稱為“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)問題是一個(gè)典型的“困難問題”,困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)上還沒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)全部利用起來來計(jì)算上面的這個(gè)1024位整數(shù)的質(zhì)因子分解問題，大約需要28萬年，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類所能夠等待的時(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。

8量子計(jì)算中的神諭

人類的計(jì)算工具，從木棍、石頭到算盤，經(jīng)過電子管計(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，來幫助人們進(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)家們開始對(duì)計(jì)算的本質(zhì)展開了研究，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)來代替一系列復(fù)雜的大量運(yùn)算?？梢哉f。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。

因?yàn)樵诖酥?，所有?jì)算均是模擬一個(gè)快速的“算盤”,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。量子計(jì)算則完全不同，對(duì)于量子計(jì)算的核心部件，類似于古代希臘中的“神諭”,沒有人弄清楚神諭內(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。

9“神諭”的挑戰(zhàn)與人類自身的回應(yīng)

人類的思考能力，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)給人類整體帶來更加強(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)清并解決了許多問題。人類的認(rèn)識(shí)模式似乎符合下面的規(guī)律：

篇10

關(guān)鍵詞： 原子結(jié)構(gòu)；量子力學(xué)；互補(bǔ)原理；哥本哈根學(xué)派

文章編號(hào)：1005－6629(2007)01－0000－00中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

中學(xué)講原子結(jié)構(gòu)與元素周期律，丹麥最偉大的物理學(xué)家、原子“教父”尼爾斯?玻爾(1885～1962)(圖1)是不能簡(jiǎn)單跳過去的，遺憾的是多數(shù)人除了可能聽過“玻爾巧藏諾貝爾獎(jiǎng)?wù)隆边@個(gè)小故事及簡(jiǎn)單提到的玻爾原子結(jié)構(gòu)模型外，其余知之甚少，這對(duì)無論從科學(xué)成就、人格魅力或是領(lǐng)導(dǎo)才能等方面都堪稱典范的科學(xué)巨匠來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們有重讀的必要！

1 卓越的科學(xué)成就

2 互補(bǔ)原理與中國的陰陽學(xué)說

1927年玻爾首次提出了互補(bǔ)性觀點(diǎn)，其基本思想大意是：真理具有兩個(gè)側(cè)面，如同一枚錢幣具有兩個(gè)側(cè)面一樣。每個(gè)側(cè)面都是正確的，它們是對(duì)立的，但又是互補(bǔ)的，只有把互補(bǔ)的兩個(gè)側(cè)面結(jié)合起來，成為比單獨(dú)各個(gè)側(cè)面更和諧的整體，我們對(duì)微觀世界才能有全面的理解。由于微觀粒子需要波動(dòng)與粒子圖像并協(xié)(互補(bǔ))地加以描述，所以從原則上說，對(duì)微觀粒子的描述只能是概率論的，而不是確定論的，在微觀世界中，有“因”未必有“果”，因果律失去了意義。

玻爾的互補(bǔ)原理與中國的陰陽學(xué)說有異曲同工之妙：陰陽最初意義是指日光的向背，向日為陽，背日為陰。我國古代思想家認(rèn)識(shí)到一切現(xiàn)象(天地、日月、晝夜、陰晴、寒暑、水火等)都具有正反兩個(gè)方面，就用陰陽這對(duì)概念來解釋自然界兩種對(duì)立和相互消長的勢(shì)力?！独献印诽岢觯骸叭f物負(fù)陰而抱陽”，認(rèn)為任何事物都存在著陰與陽的矛盾，而陰陽二氣又處于一個(gè)統(tǒng)一體之中；《易經(jīng)》提出“一陰一陽之謂道”的原則，把陰陽概念上升為“范圍天地”、“曲成萬物”的最高哲學(xué)范疇，成為關(guān)于解釋天地萬物和宇宙原型的體系，形成比較系統(tǒng)完整的陰陽學(xué)說。

伏羲先天八卦太極圖(圖2)是陰陽學(xué)說的直觀表達(dá)：四周有乾、坤、震、巽、坎、離、艮、兌的八個(gè)部分稱為八卦，分別代表天、地、雷、風(fēng)、水、火、山、澤八種基本自然現(xiàn)象，象征宇宙萬物，由八卦可以演變成六十四卦乃至一百二十八卦。

中間的核心部分是具有黑暗的陰(黑色)和明亮的陽(白色)的對(duì)稱圖案，表示任何既對(duì)立又統(tǒng)一的矛盾雙方，俗稱陰陽魚。矛盾對(duì)立的每一方一個(gè)極。兩極之間能動(dòng)地聯(lián)系在一起而形成對(duì)稱的布局，但這種對(duì)稱不是靜態(tài)的，而是表示一種循環(huán)運(yùn)動(dòng)，黑白兩部分形成互補(bǔ)圖像，表明陰陽兩級(jí)既相互對(duì)立，又相互依存，任何一方都不能脫離對(duì)方而單獨(dú)存在。陰在下方最盛，而陽逐漸增多；陽在上方最盛，而陰逐漸增多，“陽還終始，陰極返陽。”圖中的兩個(gè)圓點(diǎn)象征著這樣的概念，就是每當(dāng)這兩種力量中的一方達(dá)到自己的極端時(shí)，在其中就已經(jīng)有了它的對(duì)立面的萌芽。

1937年玻爾訪問中國，當(dāng)他見到我國古代的太極圖時(shí)無比興奮，如獲至寶，認(rèn)為太極圖完美準(zhǔn)確地表達(dá)了他的互補(bǔ)原理。陰陽兩級(jí)標(biāo)志著真理的兩個(gè)方面，它們既是矛盾的、對(duì)立的，又是互補(bǔ)的、統(tǒng)一的，陰陽兩方面綜合起來，就能得到事物和現(xiàn)象的完備的描述。1947年，由于玻爾在科學(xué)上的杰出成就以及對(duì)丹麥文化的杰出貢獻(xiàn)，丹麥國王破格授予玻爾“寶象勛章”(圖3)，勛章的正中選用的圖案就是太極圖，意指玻爾的互補(bǔ)哲學(xué)，也飽含他對(duì)中國文化的詮釋。

3 索爾維論劍

玻爾的互補(bǔ)哲學(xué)受到許多有影響學(xué)者如狄拉克、奧本海默、惠勒等的擁護(hù)，但由于互補(bǔ)原理與海森堡的不確定原理迫使我們不得不放棄要求嚴(yán)格的物理學(xué)因果關(guān)系的思想，以致某些偉大的科學(xué)家如愛因斯坦等人從來不愿接受它，由此爆發(fā)了史無前例的學(xué)術(shù)大論戰(zhàn)。

在人類科學(xué)史上，曾經(jīng)發(fā)生過許多次重大的學(xué)術(shù)論戰(zhàn)，但論及雙方的地位、論戰(zhàn)的深入和影響，只有這一次才最有資格被稱為巔峰對(duì)決。

愛因斯坦設(shè)想了一些理想化實(shí)驗(yàn)來應(yīng)對(duì)不確定原理與互補(bǔ)原理，其中最著名的是1930年在第六屆索爾維會(huì)議上提出的“愛因斯坦盒子”(圖4)，盒中裝有一些輻射物質(zhì)，盒子一側(cè)有一個(gè)小洞，洞口有一塊擋板。盒子里放有一只能控制擋板開關(guān)的鐘，盒子的重量是可以測(cè)出來的。盒子里的鐘能在某一時(shí)刻將小洞打開，放出一個(gè)粒子(光子或電子)，這樣粒子跑出前后盒子的重量也可以準(zhǔn)確地測(cè)量出來，根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能公式E=mc2，粒子的能量也可以準(zhǔn)確地確定，這樣得出在準(zhǔn)確的時(shí)間釋放出準(zhǔn)確的能量的結(jié)論，于是不確定關(guān)系以及互補(bǔ)原理不再成立，因果律和準(zhǔn)確性都恢復(fù)了。

玻爾經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)地分析后指出：在粒子跑出盒子的過程中，盒子必然在重力方向上發(fā)生位移，而根據(jù)愛因斯坦廣義相對(duì)論，鐘在沿重力方向發(fā)生位移的過程中，它的快慢會(huì)發(fā)生變化。因此，由鐘所讀出的時(shí)間就會(huì)由于這個(gè)粒子的跑出而有所改變，由此引出的誤差正好滿足不確定關(guān)系。

以彼之道，還施彼身，愛因斯坦的這個(gè)光箱實(shí)驗(yàn)非但沒能擊倒量子論，反而成了它最好的證明，自此哥本哈根解釋也被奉為是量子力學(xué)的正統(tǒng)解釋。

現(xiàn)代科技手段已能對(duì)當(dāng)年的部分理想實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎指向玻爾是正確的，盡管如此，愛因斯坦的深刻質(zhì)疑，對(duì)玻爾發(fā)展思想、深化論點(diǎn)、精練表述，起了有益的促進(jìn)作用。

4 哥本哈根學(xué)派

1921年，在玻爾的倡議下成立了哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所，玻爾領(lǐng)導(dǎo)這一研究所先后達(dá)40年之久。這一研究所培養(yǎng)了大量的杰出物理學(xué)家，在量子力學(xué)的興起時(shí)期曾經(jīng)成為全世界最重要、最活躍的學(xué)術(shù)中心，對(duì)量子力學(xué)的孕育、誕生和哲學(xué)詮釋做出獨(dú)到的貢獻(xiàn)。有人統(tǒng)計(jì)，全世界有30多個(gè)國家的近千個(gè)現(xiàn)代物理學(xué)家曾經(jīng)或長或短地在該研究所里工作過，其中有17人獲得諾貝爾獎(jiǎng)(涉及物理、化學(xué)與生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))，這是了不起的成就！

許多人都對(duì)在玻爾研究所的工作印象深刻，在離開那兒多年后仍十分懷念在那里的工作和生活，他們對(duì)玻爾更是充滿敬意，在玻爾60歲壽辰的獻(xiàn)詞中，他們這么說：“‘父呵！你乃大自然之發(fā)現(xiàn)者，吾等從你謹(jǐn)受教誨。’這句對(duì)古代偉大原子論者的獻(xiàn)詞，我們也要把它獻(xiàn)給現(xiàn)代原子理論的創(chuàng)立者！”

哥本哈根研究所之所以使物理學(xué)家有精神家園的感覺，主要原因在于那里有在判斷和討論方面完全自由的最卓越的精神，被后人稱為“哥本哈根精神”，這是一種獨(dú)特的、濃厚的、平等自由地討論和相互緊密地合作的學(xué)術(shù)氣氛。正是這種精神吸引著物理學(xué)家，同時(shí)這也是他們對(duì)玻爾充滿感激和敬意的主要原因。

直到今天，很多人還說“哥本哈根精神”在國際物理學(xué)界是獨(dú)一無二的?！案绫竟瘛币殉蔀槲锢韺W(xué)界最寶貴的精神財(cái)富，它對(duì)世界的貢獻(xiàn)，也許不亞于玻爾的量子力學(xué)。

二十一世紀(jì)科學(xué)研究最需要的是什么精神？中國人進(jìn)行科學(xué)研究最缺少的是什么精神？

――哥本哈根精神！

5 玻爾的人格魅力

玻爾為人溫和而幽默，和別人爭(zhēng)論時(shí)也輕聲細(xì)語。他特別愛護(hù)年輕人，曾經(jīng)有人問玻爾：“你是怎么把那么多有才華的青年人團(tuán)結(jié)在身邊的？”他回答說：“因?yàn)槲也慌略谀昵嗳嗣媲俺姓J(rèn)自己知識(shí)的不足，不怕承認(rèn)自己是傻瓜?！闭遣慌略谀昵嗳嗣媲俺姓J(rèn)自己知識(shí)的不足，1922年夏天，他應(yīng)邀到德國哥廷根大學(xué)發(fā)表演講時(shí)發(fā)現(xiàn)了海森堡和泡利，而這兩位1932年、1945年的諾貝爾物理獎(jiǎng)得主，后來成為哥本哈根學(xué)派主力干將，為量子力學(xué)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。

愛因斯坦本來早該獲得諾貝爾獎(jiǎng)，但由于當(dāng)時(shí)有不少人對(duì)相對(duì)論持有偏見，直到1922年秋才回避相對(duì)論的爭(zhēng)論，授予他上年度諾貝爾物理獎(jiǎng)，并決定把本年度的諾貝爾物理獎(jiǎng)授予玻爾，這兩項(xiàng)決定破例同時(shí)發(fā)表。愛因斯坦當(dāng)時(shí)正赴日本，在途經(jīng)上海時(shí)接到了授獎(jiǎng)通知。而玻爾對(duì)愛因斯坦長期未能獲得諾貝爾獎(jiǎng)深感不安，怕自己在愛因斯坦之前獲獎(jiǎng)，因此，當(dāng)玻爾得知這一消息后非常高興，立即寫信給旅途中的愛因斯坦。玻爾非常謙虛，他在信中表示，自己之所以能取得一些成績(jī)，是因?yàn)閻垡蛩固棺龀隽说旎缘呢暙I(xiàn)，因此，愛因斯坦能在他之前獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他覺得這是“莫大的幸?！?。愛因斯坦在接到玻爾的信后，當(dāng)即回了信，信中說：“我在日本啟程之前不久收到了您熱情的來信，我可以毫不夸張地說，它像諾貝爾獎(jiǎng)一樣，使我感到快樂；您擔(dān)心在我之前獲得這項(xiàng)獎(jiǎng)金，你的這種擔(dān)心我覺得特別可愛――它顯示了玻爾的本色?！?/p>

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玻爾熱愛自己的祖國，他一再婉言拒絕外來的高薪聘請(qǐng)，決心在人口不到500萬的小國建立起物理學(xué)的國際中心。確實(shí)，玻爾獲得成功，他把哥本哈根建成了物理學(xué)家“朝拜的圣地”。

玻爾一直引用丹麥童話作家安徒生的名言：“丹麥?zhǔn)俏页錾牡胤剑俏业募亦l(xiāng)，這里就是我心中的世界開始的地方?！币源藖硖找弊约旱乃枷肭椴伲?lì)自己為祖國的昌盛建功立業(yè)。

科學(xué)無國界，科學(xué)家卻有自己的祖國。

6 原子“教父”

普朗克、愛因斯坦與玻爾是量子理論的三大先驅(qū)，代表量子理論的三個(gè)不同階段。普朗克提出了能量子的概念，但是他是個(gè)不情愿的革命者，并不充分認(rèn)識(shí)量子理論的革命性，它意味經(jīng)典物理學(xué)的終結(jié)；愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了光量子，他立即認(rèn)識(shí)到量子與經(jīng)典理論的對(duì)立性，他對(duì)這種理論局面感到不舒服；玻爾是物質(zhì)結(jié)構(gòu)量子理論的創(chuàng)立者，他把量子概念用于單個(gè)微觀體系原子或分子，他也立即意識(shí)到量子理論的革命性，適應(yīng)了新的理論局勢(shì)，并對(duì)這種局勢(shì)做出哲學(xué)概括。

綜觀玻爾的科學(xué)之旅，是從定性到定量，最后再到定性的過程：定性定量定性。后一個(gè)定性比前一個(gè)定性要高級(jí)、豐富、生動(dòng)，因?yàn)樗呀?jīng)擁有了一個(gè)非常精確的定量這個(gè)中間環(huán)節(jié)，這最后一個(gè)定性包括三個(gè)成分：驚嘆、敬畏和惆悵。在自然哲學(xué)觀上，量子論帶給了我們前所未有的沖擊和震動(dòng)，甚至改變了整個(gè)物理世界的基本思想。它的觀念是如此地革命，乃至最不保守的科學(xué)家都在潛意識(shí)里對(duì)它懷有深深的懼意，玻爾就說過：“如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論?！?/p>

這才是科學(xué)的極致!互補(bǔ)原理與對(duì)應(yīng)原理就是這樣的極致！玻爾理論看似模糊，但其中包含豐富的內(nèi)容，給后來物理學(xué)家提供了很大的發(fā)展空間。

玻爾從1905年開始他的科學(xué)生涯，一生從事科學(xué)研究達(dá)57年之久。他的研究工作開始于原子結(jié)構(gòu)未知的年代，結(jié)束于原子科學(xué)已趨成熟、原子核物理得到廣泛應(yīng)用的時(shí)代，從開始到結(jié)束，玻爾那種充滿著高度創(chuàng)造性，銳敏性和帶有批判性的精神，始終指引著他的事業(yè)的方向，使之深入，直到最后完成。今天，我們的現(xiàn)代文明，從電腦，電視，手機(jī)到核能，航天，生物技術(shù)，幾乎沒有哪個(gè)領(lǐng)域不依賴于原子理論。他對(duì)原子科學(xué)的貢獻(xiàn)使他無疑地成了20世紀(jì)上半葉與愛因斯坦并駕齊驅(qū)的、最偉大的物理學(xué)家與哲學(xué)家之一。

愛因斯坦這樣評(píng)價(jià)玻爾：“作為一位科學(xué)思想家，玻爾所以有這么驚人的吸引力，在于他具有大膽和謹(jǐn)慎這兩種品質(zhì)的難得融合；很少有誰對(duì)隱秘的事物具有這一種直覺的理解力，同時(shí)又兼有這樣強(qiáng)有力的批判能力。他不但擁有關(guān)于細(xì)節(jié)的全部知識(shí)，而且還始終堅(jiān)定地注視著基本原理。他無疑是我們時(shí)代科學(xué)領(lǐng)域中最大的發(fā)現(xiàn)者之一?！?/p>

玻爾集高尚的人格、卓越的領(lǐng)導(dǎo)才能和批判性、開創(chuàng)性的科學(xué)研究于一身，人類科學(xué)史這樣的大師難覓第二人，他是物理學(xué)天才，更是網(wǎng)羅人才的天才，令無數(shù)立志科學(xué)探索的青年學(xué)者競(jìng)折腰。遺憾的是，我們并不重視對(duì)玻爾的研究，相對(duì)愛因斯坦甚至海森堡等科學(xué)家，我們做得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我給每屆學(xué)生都講玻爾：“我們或許缺少愛因斯坦，但我們更需要的是玻爾?！?/p>

是的，我們更需要玻爾！

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