導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇量子力學(xué)與相對(duì)論的矛盾，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：物理本體；物理實(shí)體；量子現(xiàn)象；主觀；客觀

基金項(xiàng)目：國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目“量子概率的哲學(xué)研究”（16BZX022）

中圖分類號(hào)：N03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-854X（2017）06-0054-06

一、引言

時(shí)間和空間是人類所有經(jīng)驗(yàn)的背景。除去存在的事物，時(shí)間、空間什么也不是，不存在只有一件事物的時(shí)間、空間，時(shí)空是事物之間相互關(guān)系的一個(gè)方面。

人類通過(guò)感性經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知的時(shí)空，稱作經(jīng)驗(yàn)時(shí)空；以科學(xué)原理和科學(xué)方法指導(dǎo)認(rèn)知的時(shí)空是科學(xué)時(shí)空；牛頓時(shí)空、狹義相對(duì)論時(shí)空、廣義相對(duì)論時(shí)空、量子力學(xué)時(shí)空，是經(jīng)驗(yàn)時(shí)空的科學(xué)提升和科學(xué)發(fā)展，稱作物理時(shí)空①。物理時(shí)空是科學(xué)時(shí)空。描述現(xiàn)象實(shí)體的時(shí)空是現(xiàn)象時(shí)空，經(jīng)驗(yàn)時(shí)空、物理時(shí)空、科學(xué)時(shí)空均是現(xiàn)象時(shí)空。而未經(jīng)觀察的“自在實(shí)體（物理本體）”所在時(shí)空，稱為“本體時(shí)空”。“本體時(shí)空”是復(fù)數(shù)的②，因此，人類實(shí)質(zhì)生活在復(fù)數(shù)時(shí)空中 。作為自然人，觀察者存在于“本體時(shí)空”，實(shí)時(shí)空是人類對(duì)時(shí)空認(rèn)識(shí)的簡(jiǎn)化③。

主體、客體、觀察信號(hào)是人類認(rèn)知自然的三大基本要素④。一般“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”有其客觀原因，體現(xiàn)觀察信號(hào)的自然屬性對(duì)觀察者在認(rèn)知中的影響。當(dāng)把現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性轉(zhuǎn)化為時(shí)空的屬性后，就可以達(dá)到客觀描述物質(zhì)世界⑤。所謂客觀描述就是理論計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。

考慮觀察信號(hào)的客觀作用并納入時(shí)空理論的科學(xué)建構(gòu)之中，客觀描述物理現(xiàn)象，是物理學(xué)家的重要工作。一般，哲學(xué)認(rèn)知中沒有明晰“觀察信號(hào)中介作用”的客觀地位，不管“機(jī)械反映論”，還是“能動(dòng)反映論”，都自動(dòng)將其融入“反映論”理論體系，尤其是前者，往往容易導(dǎo)致主觀唯心主義的滋生。

狹義相對(duì)論用光對(duì)時(shí)，考慮了光對(duì)建立時(shí)空的貢獻(xiàn)；牛頓時(shí)空是對(duì)時(shí)信號(hào)速度c趨于無(wú)窮大的極限情態(tài)；考慮引力場(chǎng)對(duì)建立時(shí)空的影響，引力時(shí)空是彎曲的，狹義相對(duì)論的平直時(shí)空是它的局域特例。從牛頓力學(xué)到狹義相對(duì)論再到廣義相對(duì)論，時(shí)空發(fā)生了變化，但主體與描述對(duì)象的關(guān)系沒有變，主體對(duì)客體的描述是客觀的。那么是否主體對(duì)認(rèn)知對(duì)象完全沒有主觀影響？如果有，它如何產(chǎn)生，又如何消解，實(shí)現(xiàn)客觀描述物質(zhì)世界？經(jīng)典力學(xué)中，人類的處理方法是通過(guò)揭示“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”及其產(chǎn)生機(jī)理，在不同認(rèn)知領(lǐng)域區(qū)分描述中可以忽略的和不可忽略的，能忽略的舍棄，不能忽略的轉(zhuǎn)化成時(shí)空的屬性，實(shí)現(xiàn)客觀描述；而從牛頓力學(xué)（或相對(duì)論力學(xué)）到量子力學(xué)，時(shí)空沒有變化，描述對(duì)象具有波粒二象性，“量子現(xiàn)象的主觀依賴性”更為突出。如何消解“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”，實(shí)現(xiàn)量子現(xiàn)象的客觀描述，一直是量子力學(xué)基礎(chǔ)討論的熱點(diǎn)。量子力學(xué)必須有自己的客觀描述量子現(xiàn)象的時(shí)空⑥。

量子力學(xué)時(shí)空是閔氏時(shí)空的復(fù)數(shù)拓展和推廣⑦，由此可以實(shí)現(xiàn)客觀描述量子世界。它與相對(duì)論時(shí)空有交集，也有異域。有因必有果，反之亦然，時(shí)間與因果關(guān)系等價(jià)⑧。量子力學(xué)中的非定域性，與能量、動(dòng)量量子化及量子態(tài)的突變性相關(guān)聯(lián)。突變無(wú)須時(shí)間，導(dǎo)致因果鏈斷裂，與因果關(guān)聯(lián)的相互作用也被刪除，由此引進(jìn)了類空間隔。平行并存量子態(tài)的出現(xiàn)，是不遵從因果律的量子力學(xué)新表現(xiàn)；當(dāng)能量、動(dòng)量和相互作用變得連續(xù)，宏觀時(shí)序得到恢復(fù)時(shí)，回到相對(duì)論時(shí)空，量子測(cè)量中“量子態(tài)和時(shí)空的坍縮”⑨ 是不同物理時(shí)空的轉(zhuǎn)換，希爾伯特空間只是它們的共同數(shù)學(xué)應(yīng)用空間⑩。

時(shí)空不是絕對(duì)的，相對(duì)時(shí)空有更廣闊的含義，人類需要擴(kuò)大對(duì)時(shí)空概念的認(rèn)知，不同的認(rèn)知層次有不同的時(shí)空對(duì)應(yīng)，復(fù)數(shù)時(shí)空更為本質(zhì)。人們不應(yīng)該將所有領(lǐng)域的物理實(shí)體歸于某一時(shí)空描述，或者用一種時(shí)空的性質(zhì)去否定另一種時(shí)空的存在。還是愛因斯坦說(shuō)得好：是理論告訴我們能夠觀察到什么。當(dāng)然，新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)又將告訴人們，理論及其對(duì)應(yīng)的時(shí)空應(yīng)該如何修改和發(fā)展。理論不同時(shí)空不同，時(shí)空具有建構(gòu)特征。

二、時(shí)空的哲學(xué)認(rèn)知與物理學(xué)描述

時(shí)空是哲學(xué)的基本概念，也是物理學(xué)的基本概念。哲學(xué)認(rèn)為，時(shí)間和空間是物質(zhì)的存在形式，既不存在沒有時(shí)空的物質(zhì)，也不存在沒有物質(zhì)的時(shí)空。笛卡爾指出，空間是事物的廣延性，時(shí)間是事物的持續(xù)性；康德認(rèn)為，時(shí)空是感性材料的先天直觀形式；牛頓提出時(shí)間和空間是彼此分離，絕對(duì)不變的，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的時(shí)間自我均勻流逝；萊布尼茨說(shuō)，空間是現(xiàn)象的共存序列，時(shí)間與運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系；黑格爾認(rèn)為，事物運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是空間和時(shí)間的直接統(tǒng)一。休謨認(rèn)為，時(shí)、空上的接近和先后關(guān)系與因果性直接相關(guān)。中國(guó)的“宇”和“宙”就是空間和時(shí)間概念，它是把三維空間和一維時(shí)間概念同宇宙密切聯(lián)系在一起的最早應(yīng)用{11}。

哲學(xué)具有啟示作用，但時(shí)空概念如果不與人的社會(huì)實(shí)踐、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)理論及其數(shù)學(xué)物理方法相聯(lián)系，就只能停留在形而上，無(wú)法上升為科學(xué)理論概念。

物理學(xué)中，空間從測(cè)量和描述物體及其運(yùn)動(dòng)的位置、形狀、方向中抽象出來(lái)；時(shí)間則從描述物體運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性、周期性，以及事件發(fā)生的順序、因果性中抽象出來(lái)；空間和時(shí)間的性質(zhì)，主要從物體運(yùn)動(dòng)及其相互作用的各種關(guān)系和度量中表現(xiàn)出來(lái)。描述物體的運(yùn)動(dòng)，先選定參照物，并在參照物上建立一個(gè)坐標(biāo)系，一般參照物被抽象成點(diǎn)，它就是坐標(biāo)系的原點(diǎn)；假定被描述物體的形體結(jié)構(gòu)對(duì)討論的問(wèn)題（或?qū)⒄瘴锏臅r(shí)空）沒有影響，將物體抽象成質(zhì)點(diǎn)，討論質(zhì)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)及其相關(guān)規(guī)律，這就是物理學(xué)。由此，“時(shí)空是物質(zhì)的存在形式”的哲學(xué)認(rèn)知也就轉(zhuǎn)化為人類可操作的具體物理理論描述。

可見，時(shí)空的認(rèn)知與人類的社會(huì)實(shí)踐、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)進(jìn)步直接相關(guān)，離不開物理和數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用。笛卡爾平直空間、閔可夫斯基空間、黎曼空間都已作為物理學(xué)所依托的幾何學(xué)，在牛頓力學(xué)、狹義相對(duì)論、廣義相對(duì)論中得到了充分應(yīng)用。由此，幾何學(xué)被賦予了物理意義。從牛頓力學(xué)到狹義相對(duì)論再到廣義相對(duì)論，時(shí)空發(fā)生了變化，但描述對(duì)象與觀察者之間的關(guān)系沒有變，描述是客觀的，并且描述對(duì)象都可抽象成經(jīng)典的粒子，采用質(zhì)點(diǎn)模型。量子力學(xué)不同，從牛頓力學(xué)（相對(duì)論力學(xué)）到量子力學(xué)，描述量子現(xiàn)象的時(shí)空沒有變化{12}，物理模型沒有變，但量子現(xiàn)象對(duì)觀察者有明顯的主觀依賴性，難以客觀描述微觀量子現(xiàn)象。深入分析，解決的辦法有兩種，一是更換物理模型的同時(shí)也改變物理時(shí)空，消除“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”，實(shí)現(xiàn)客觀描述微觀量子客體；二是改變時(shí)空的同時(shí)，保留“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”，將本體、認(rèn)識(shí)、時(shí)空融為一體，主觀納入客觀，模糊主客關(guān)系。雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)采用了第一種方法。通過(guò)場(chǎng)物質(zhì)球模型，把點(diǎn)模型隱藏的空間自由度釋放出來(lái)；在改變物理模型的同時(shí)，也改變了描述時(shí)空；將不是點(diǎn)的微觀客體自身的空間分布特性，轉(zhuǎn)化為描述空間的屬性，客觀描述量子客體。我們認(rèn)為，第二種方法將主觀認(rèn)識(shí)不加區(qū)分地“融入時(shí)空”，有損客觀性、科W性，量子力學(xué)時(shí)空必須是描述客觀世界的時(shí)空。物理時(shí)空需要建構(gòu)。

三、牛頓絕對(duì)時(shí)空中“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

眾所周知，物理學(xué)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，理應(yīng)包含參照物和被描述物體自身的時(shí)空特征，而參照物和物體自身的時(shí)空特征，必須通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)。觀察需要觀測(cè)信號(hào)，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其時(shí)空特征必然帶有觀測(cè)信號(hào)的烙印{13}。

“物理本體”不可直接觀察，我們觀察到的是“物理實(shí)體”{14}。參照物與研究對(duì)象都有自己對(duì)應(yīng)的物理時(shí)空，牛頓力學(xué)時(shí)空應(yīng)該是兩者的綜合，而不應(yīng)該只是參照物的時(shí)空。但是，牛頓力學(xué)中光速無(wú)窮大，在討論物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，又假設(shè)研究對(duì)象的時(shí)空結(jié)構(gòu)對(duì)討論的問(wèn)題沒有影響，忽略不計(jì)，于是，研究對(duì)象抽象成了質(zhì)點(diǎn)，整個(gè)理論體系就只有與參照物聯(lián)系的時(shí)空了。

任何具體物體都不會(huì)是質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)用信號(hào)去觀察它時(shí)，物體自身的時(shí)空特征與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與觀察信號(hào)的性質(zhì)、強(qiáng)弱和傳播速度相關(guān)。質(zhì)點(diǎn)模型忽略物體自身的幾何形象及其變化，忽略運(yùn)動(dòng)及觀察信號(hào)對(duì)物體自身時(shí)空特征的影響，參照物也不例外。在從參照物到坐標(biāo)系的抽象中，抽掉運(yùn)動(dòng)及觀察信號(hào)對(duì)參照物時(shí)空特性的影響，就是抽掉物體運(yùn)動(dòng)及觀察信號(hào)對(duì)坐標(biāo)系時(shí)空特性的影響，就是抽掉人的參與對(duì)時(shí)空認(rèn)知的影響{15}。牛頓力學(xué)時(shí)空與物體運(yùn)動(dòng)及觀察者無(wú)關(guān)，絕對(duì)不變，基于絕對(duì)不動(dòng)的以太之上。所以，牛頓可以把時(shí)間和空間從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中分離出來(lái)，時(shí)間和空間也彼此分割，空間絕對(duì)不變，數(shù)學(xué)的、永遠(yuǎn)流逝的時(shí)間絕對(duì)不變{16}。哲學(xué)的時(shí)空演變成了可操作的物理時(shí)空。這是宏觀低速運(yùn)動(dòng)對(duì)時(shí)空的簡(jiǎn)化與抽象，理論與宏觀經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算相符。

相互作用實(shí)在論認(rèn)為，現(xiàn)實(shí)世界是人參與的世界，對(duì)一個(gè)研究對(duì)象的觀察，離不開主體、客體、觀察信號(hào)三個(gè)基本要素。參照物和觀察對(duì)象的運(yùn)動(dòng)和變化及其時(shí)空屬性，與觀察信號(hào)的性質(zhì)相關(guān)。牛頓力學(xué)中，不是沒有現(xiàn)象對(duì)觀察主體的依賴性，而是在理論的建立中認(rèn)為影響很小，可以忽略不計(jì)。牛頓力學(xué)是“物理本體=物理實(shí)體”的力學(xué){17}。這與宏觀經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相符，在宏觀低速運(yùn)動(dòng)層次實(shí)現(xiàn)了主客二分，理論被看作是對(duì)客觀實(shí)在的描述。牛頓力學(xué)中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何搭建描述背景，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在背景中運(yùn)動(dòng)。二者構(gòu)成背景相關(guān)。

牛頓時(shí)空是均勻平直時(shí)空，相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系間的變換是伽利略變換。物理定律在伽利略換下具有協(xié)變性，相對(duì)性原理成立。

四、狹義相對(duì)論中“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

狹義相對(duì)論建立之前，洛倫茲就認(rèn)為高速運(yùn)動(dòng)中物體長(zhǎng)度在運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生收縮{18}。這是他站在牛頓時(shí)空立場(chǎng)，承認(rèn)以太及絕對(duì)坐標(biāo)系的存在對(duì)洛倫茲變換所作的解釋。描述時(shí)空沒有變，“現(xiàn)象對(duì)觀察者出現(xiàn)了主觀依賴性”。自然現(xiàn)象失去了客觀性，這是一次認(rèn)識(shí)危機(jī)，屬19世紀(jì)末20世紀(jì)初兩朵烏云之一。

狹義相對(duì)論不同，它考慮宏觀高速運(yùn)動(dòng)中觀察信號(hào)對(duì)物體時(shí)空特征的影響。愛因斯坦在“火車對(duì)時(shí)”實(shí)驗(yàn)中，他用“光”作為觀察、記錄、認(rèn)知物體時(shí)空特征的信號(hào){19}；通過(guò)參照物到坐標(biāo)系的抽象，論證靜、動(dòng)坐標(biāo)系K與K′“同時(shí)性”不同，靜、動(dòng)坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)方向時(shí)空測(cè)量單位發(fā)生了變化；將洛倫茲所稱“運(yùn)動(dòng)物體自身運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度收縮”演變成坐標(biāo)系時(shí)空框架的屬性，還原質(zhì)點(diǎn)模型，建立相對(duì)論力學(xué)。實(shí)現(xiàn)了觀察者對(duì)觀察對(duì)象的客觀描述。

狹義相對(duì)論中質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量、能量、位置和時(shí)間都有確定值，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)具有確定的軌跡，這一點(diǎn)與牛頓力學(xué)相同。

狹義相對(duì)論時(shí)空的另一重要物理意義是揭示了“物理本體”的客觀實(shí)在性。

牛頓力學(xué)缺少相對(duì)論不可直接觀察的靜能（m0c2，m0c）對(duì)應(yīng)物，物理本體=物理實(shí)體，哲學(xué)上的抽象時(shí)空直接過(guò)渡到牛頓物理時(shí)空。

狹義相對(duì)論不一樣，每一個(gè)物體都有一個(gè)不可直接觀察的靜能（m0c2，m0c）對(duì)應(yīng)物，它在任何靜止參考系中都是不變量，是物理實(shí)體背后的物理本體，物理本體不變，變的是mc2、mc對(duì)應(yīng)的物理實(shí)體?！拔锢肀倔w”既不是形而上的（物自體），也不是形而下的（物體），是形而中的（靜能對(duì)應(yīng)物）。它可以認(rèn)知、可以理論建構(gòu)，但又不可直接觀察。相對(duì)于牛頓，愛因斯坦相對(duì)論揭示了“物理本體”的真實(shí)存在性?！翱陀^物質(zhì)世界”不是思維的產(chǎn)物。

狹義相對(duì)論中，物質(zhì)告訴時(shí)空在運(yùn)動(dòng)方向如何修正測(cè)量單位，時(shí)空告訴物質(zhì)如何長(zhǎng)度收縮、時(shí)間減緩。時(shí)空具有相對(duì)性。

狹義相對(duì)論時(shí)空雖然也是均勻平直時(shí)空，但由于有上述“相對(duì)時(shí)空”的出現(xiàn)，時(shí)空度規(guī)與歐氏時(shí)空度規(guī)有明顯區(qū)別，所以稱為贗歐氏時(shí)空。

但狹義相對(duì)論仍然是只考慮光及光速的有限性對(duì)建立時(shí)空的影響，沒有考慮引力作用對(duì)建立時(shí)空的影響。如果考慮引力對(duì)時(shí)空的影響又如何呢？

五、廣義相對(duì)論中“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

廣義相對(duì)論中有水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)問(wèn)題和光走曲線的討論。站在牛頓平直時(shí)空的立場(chǎng)，觀察結(jié)果與理論計(jì)算不符。這不是儀器的精度不夠，也不是操作失誤，而是理論本身的問(wèn)題。因?yàn)?，牛頓力學(xué)也好，狹義相對(duì)論也好，討論引力問(wèn)題，引力場(chǎng)對(duì)參照物和研究對(duì)象時(shí)空屬性的影響都沒有計(jì)入其中，而留在觀察者對(duì)“現(xiàn)象”的觀察、判斷之中，出現(xiàn)宇觀大尺度“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”。如果考慮引力場(chǎng)使時(shí)空發(fā)生彎曲，利用彎曲時(shí)空計(jì)算水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)和光走曲線現(xiàn)象，“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”就變成時(shí)空的屬性?！艾F(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”就得到了“消解”，觀察現(xiàn)象與理論結(jié)果就取得了一致。這里，物質(zhì)使時(shí)空彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在彎曲時(shí)空中運(yùn)動(dòng)。廣義相對(duì)論實(shí)現(xiàn)了觀察者對(duì)觀察對(duì)象的客觀描述。

廣義相對(duì)論時(shí)空是彎曲的，時(shí)空度規(guī)是變化的。

六、量子力學(xué)中“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

微觀客體具有波粒二象性，同一個(gè)電子，通過(guò)雙縫表現(xiàn)為波，而打在屏幕上又表現(xiàn)為粒子，電子集波和粒子于一身，“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”更為突出。經(jīng)典力學(xué)中波動(dòng)性和粒子性不能集物體于一身，量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)表現(xiàn)出深刻的矛盾。矛盾的產(chǎn)生，可能是描述微觀現(xiàn)象的時(shí)空出了問(wèn)題。量子力學(xué)的研究領(lǐng)域是微觀世界，研究對(duì)象是微觀客體，不是經(jīng)典的粒子，用以觀察的信號(hào)也不是連續(xù)的光，而是量子化了的光，通過(guò)光信號(hào)建立的時(shí)空應(yīng)該與牛頓、相對(duì)論時(shí)空有所區(qū)別。而量子力學(xué)使用的還是牛頓時(shí)空、狹義相對(duì)論時(shí)空，時(shí)空沒有變，物理模型沒有變，而研究領(lǐng)域、觀察信號(hào)和研究“對(duì)象”變了。量子力學(xué)必須有自己對(duì)應(yīng)的時(shí)空，將“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”，轉(zhuǎn)化為描述時(shí)空的屬性，實(shí)現(xiàn)客觀描述量子現(xiàn)象！ 雙4維時(shí)空量子力學(xué)就是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)應(yīng)運(yùn)而生的。

現(xiàn)有量子力學(xué)“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”之所以難以消解，與量子力學(xué)中的點(diǎn)模型相關(guān)。許多量子現(xiàn)象與點(diǎn)模型隱藏的空間自由度有直接聯(lián)系，但點(diǎn)模型忽略了這些自由度對(duì)產(chǎn)生微觀量子現(xiàn)象的作用和影響。我們必須將隱藏的空g自由度還原于時(shí)空，才可能正確地認(rèn)識(shí)、客觀描述量子現(xiàn)象。

可以公認(rèn)，微觀客體不是點(diǎn){20}，是一個(gè)有形客體，有一定的空間分布，不存在確定于某點(diǎn)的空間位置，這是客觀事實(shí)。理論上，牛頓時(shí)空幾何點(diǎn)位置是確定的，量子力學(xué)使用的是質(zhì)點(diǎn)模型，0 維，位置也是確定的，牛頓時(shí)空可以精確描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。那么微觀客體空間分布的不確定性如何處理？人們只好轉(zhuǎn)而認(rèn)為點(diǎn)粒子在其“空間分布”區(qū)域位置具有概率屬性。微觀客體自身空間分布的客觀實(shí)在性在量子世界轉(zhuǎn)化成了一種主觀認(rèn)知，賦予了微觀客體“內(nèi)稟”的概率屬性，其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生概率分布，或稱其為概率波。

這是一個(gè)認(rèn)識(shí)上的困惑，似乎量子力學(xué)描述失去了客觀實(shí)在性。這也是量子力學(xué)當(dāng)今的困境。解決困難的方法是：（一）更換點(diǎn)模型，釋放點(diǎn)模型隱藏的自由度，展示“這些自由度對(duì)產(chǎn)生微觀現(xiàn)象的貢獻(xiàn)”；（二）建立適合量子力學(xué)自身的時(shí)空，將釋放的自由度植入其中，讓“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”變成量子力學(xué)時(shí)空自身的屬性。

雙4維時(shí)空量子力學(xué)的辦法是：（一）用“轉(zhuǎn)動(dòng)場(chǎng)物質(zhì)球”模型取代“質(zhì)點(diǎn)”模型，釋放點(diǎn)模型隱藏的空間自由度；（二）將4維實(shí)時(shí)空M4（x）拓展到雙4維復(fù)時(shí)空W（x，k），且將“釋放的空間自由度――曲率k”作為雙4維復(fù)時(shí)空的虛部坐標(biāo)；（三）4維曲率坐標(biāo)將量子力學(xué)賦予微觀客體自身的概率屬性變成量子力學(xué)復(fù)時(shí)空的幾何屬性，場(chǎng)物質(zhì)球自身的旋轉(zhuǎn)與運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生物質(zhì)波――物理波。

“場(chǎng)物質(zhì)球”與“物質(zhì)波”（類似對(duì)偶性假設(shè)）既是同一物理實(shí)在的兩種不同描述方式，更是微觀客體粒子性和波動(dòng)性的統(tǒng)一，曲率的大小表示粒子性，曲率的變化表示波動(dòng)性。場(chǎng)物質(zhì)球的物質(zhì)密度是曲率k的函數(shù)，因此，物質(zhì)波既是場(chǎng)物質(zhì)球的結(jié)構(gòu)波又是場(chǎng)物質(zhì)密度波。物質(zhì)波不是傳播能量，而是傳播場(chǎng)物質(zhì)球的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)密度變化，可映射成實(shí)時(shí)空M4（x）的概率分布{21}，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。

這樣，點(diǎn)模型中“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”通過(guò)“釋放的自由度”轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)空W（x，k）的屬性，物質(zhì)波傳播其中，量子現(xiàn)象是物質(zhì)波所為。

研究表明，是量子測(cè)量引入的連續(xù)作用，使雙4維時(shí)空W（x，k）全域轉(zhuǎn)換到實(shí)時(shí)空M4（x），波動(dòng)形態(tài)轉(zhuǎn)變成粒子形態(tài)（“相變”），球模型轉(zhuǎn)換成點(diǎn)模型，概率屬性內(nèi)在其中，物質(zhì)波自動(dòng)映射成概率波，數(shù)學(xué)處理類似表象變換{22}。

簡(jiǎn)言之，傳統(tǒng)量子力學(xué)，微觀客體簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)，描述時(shí)空不變，人的主觀意識(shí)介入其中，將其空間分布特性――位置不確定性，變成點(diǎn)粒子的概率屬性，實(shí)現(xiàn)描述對(duì)象從客觀到主觀認(rèn)知的轉(zhuǎn)變，具有位置不確定性的點(diǎn)粒子，其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生概率波；雙4維時(shí)空量子力學(xué)，微觀客體簡(jiǎn)化成場(chǎng)物質(zhì)球，“空間分布具體化為幾何曲率”，空間分布特性變成曲率坐標(biāo)，仍然是從客觀到客觀，描述時(shí)空變成了復(fù)時(shí)空，曲率坐標(biāo)在其虛部，場(chǎng)物質(zhì)球的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生物質(zhì)波――物理波。通過(guò)量子測(cè)量，物質(zhì)波映射成概率波，球模型演變成點(diǎn)模型，顯示概率屬性，時(shí)空內(nèi)在自動(dòng)轉(zhuǎn)換，量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性消解在建構(gòu)的時(shí)空理論中。具體論證方法是：

將靜態(tài)場(chǎng)物質(zhì)球?qū)懗勺孕▌?dòng)形式：Ψ0=е■，描述在復(fù)空間。ω0是常數(shù)，它的變化只與自身坐標(biāo)系時(shí)間t0相關(guān)，全空間分布（物理本體所在空間）。設(shè)建在“靜態(tài)”場(chǎng)物質(zhì)球上的坐標(biāo)系為K0，觀察微觀客體從靜止開始作蛩僭碩，由洛倫茲變換：

微觀客體的運(yùn)動(dòng)速度不同，平面波相位不同。復(fù)相空間kμxμ即為物質(zhì)波所在時(shí)空。物質(zhì)波是物理波。

自由微觀客體的速度就是建在其上慣性坐標(biāo)系的速度，慣性系間的坐標(biāo)變換，隱藏速度突變――“超光速”概念，因?yàn)?，連續(xù)變化會(huì)引進(jìn)引力場(chǎng)破壞線性空間。不同慣性系中平面波之間，相位不同，類似量子力學(xué)中的不同本征態(tài)。這是相對(duì)論中的情形{24}。

但是，量子力學(xué)建立其理論體系時(shí)，把上述不同慣性系中的平面波（不同本征態(tài)，每一本征態(tài)則對(duì)應(yīng)一慣性系），通過(guò)本征態(tài)突變躍遷假設(shè)（量子分割），切斷因果聯(lián)系，形成同一時(shí)空中“同時(shí)”并存的本征態(tài)的疊加。態(tài)的躍遷不需要時(shí)間，“超光速”（非定域），將類空間隔引入量子力學(xué)時(shí)空，破壞了原有的因果關(guān)系。疊加量子態(tài)的存在，是“違背”因果律在量子力學(xué)中的新表現(xiàn)。

量子力學(xué)時(shí)空顯然不是牛頓、狹義相對(duì)論時(shí)空，但量子力學(xué)卻誤認(rèn)為量子躍遷引起的時(shí)空性質(zhì)的變化是牛頓、狹義相對(duì)論時(shí)空中的特征，這當(dāng)然會(huì)帶來(lái)不可調(diào)和的認(rèn)知矛盾。

同一微觀客體，不同本征態(tài)“同時(shí)”并存的物理狀態(tài)，從整體看，是洛倫茲協(xié)變性在量子力學(xué)中的新表現(xiàn)。突變區(qū)“超光速”，是類空空間，“不遵從”因果律；釋放光子的運(yùn)動(dòng)在類光空間；而本征態(tài)自身在類時(shí)空間，微觀客體運(yùn)動(dòng)速度不能超過(guò)光速，需保持因果律，物質(zhì)波討論的就是這一部分，就像相對(duì)論討論類時(shí)空間物理一樣。量子糾纏態(tài)將涉及到上述三種不同性質(zhì)物理空間量子態(tài)的轉(zhuǎn)換，有完全合理的物理機(jī)制，不需要思維的特殊作用。不過(guò)，相對(duì)論長(zhǎng)度收縮效應(yīng)，將以物質(zhì)波波長(zhǎng)在運(yùn)動(dòng)方向上的收縮來(lái)體現(xiàn)。有了雙4維時(shí)空量子力學(xué)，量子力學(xué)與相對(duì)論就是相容的，光錐圖分析一樣適用。

相對(duì)論與量子力學(xué)的不同，關(guān)鍵在于認(rèn)知層次發(fā)生了變化，光由連續(xù)場(chǎng)演變成了量子場(chǎng)。而我們用來(lái)觀察世界的光信號(hào)直接與時(shí)空相關(guān)，光的物理性質(zhì)的變化，必然帶來(lái)物理空間性質(zhì)的變化，帶來(lái)物理模型的變化，帶來(lái)量子力學(xué)時(shí)空W（x，k）與相對(duì)論時(shí)空M4（x）之間的區(qū)別，帶來(lái)對(duì)物質(zhì)波――物理波的全新認(rèn)知。我們預(yù)言，物質(zhì)波有通訊應(yīng)用價(jià)值{25}，但與量子力學(xué)非定域性無(wú)關(guān)。

《雙4維復(fù)時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)――量子概率的時(shí)空起源》的理論實(shí)踐表明，我們的工作是可取的{26}。結(jié)論是，量子力學(xué)中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何具有概率屬性，時(shí)空告訴物質(zhì)如何作概率運(yùn)動(dòng)。量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性消解在對(duì)應(yīng)的時(shí)空理論之中，實(shí)現(xiàn)了觀察者對(duì)量子現(xiàn)象的客觀描述。

雙4維時(shí)空是描述量子現(xiàn)象的物理時(shí)空，時(shí)空度規(guī)，無(wú)論實(shí)數(shù)部分，還是虛數(shù)部分，都是平直的{27}。

近年來(lái)，由于量子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，量子糾纏的物理基礎(chǔ)引起了人們的特別關(guān)注，波函數(shù)的物理本質(zhì)，量子力學(xué)的非定域性討論十分熱烈。“量子現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”更是討論的核心。人們甚至被量子現(xiàn)象的奇異性迷惑了，特別是，有科學(xué)家甚至認(rèn)為：“客觀世界很有可能并不存在”。世界是人臆造出來(lái)的？科學(xué)實(shí)在論者當(dāng)然不能贊成！更加深入的探討，我們將另文討論。

按照曹天予的評(píng)論，《雙4維復(fù)時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)――量子概率的時(shí)空起源》值得關(guān)注{28}。雙4維復(fù)時(shí)空與弦論、圈論比較，最大優(yōu)點(diǎn)是將時(shí)空拓展、推廣到了復(fù)數(shù)空間，數(shù)學(xué)沒有那么復(fù)雜，而物理學(xué)基礎(chǔ)卻更加堅(jiān)實(shí)、清晰。

七、結(jié)論與討論

1.“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”普遍存在于人與自然的關(guān)系之中，融入時(shí)空的只能是物理實(shí)體對(duì)時(shí)空有影響的部分，時(shí)空具有建構(gòu)特征。

2. 物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)空的關(guān)系：牛頓力學(xué)中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何搭建運(yùn)動(dòng)背景，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在背景上運(yùn)動(dòng)；狹義相對(duì)論中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何修正測(cè)量單位，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度收縮、時(shí)間減緩；廣義相對(duì)論中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在彎曲時(shí)空中運(yùn)動(dòng)；量子力學(xué)中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何具有概率屬性，時(shí)空告訴物質(zhì)如何作概率運(yùn)動(dòng)。

3. 量子力學(xué)時(shí)空是平直的，其方程是線性的，而廣義相對(duì)論時(shí)空是彎曲的，其方程是非線性的{29}。量子力學(xué)與廣義相對(duì)論的統(tǒng)一，不能機(jī)械地湊合，它們的統(tǒng)一，必須從改變時(shí)空的性質(zhì)做起，建立相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程，并搭起非線性空間與線性空間的相互聯(lián)絡(luò)通道。

注釋：

① 趙國(guó)求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第5頁(yè)；Cao Tian Yu， From Current Algebra to Quantum Chromodynamics： A Case for Structural Realism， Cambridge： Cambridge University Press， 2010， pp.202-241.

② Rocher Edouard， Noumenon： Elementaryentity of a Newmechanics， J. Math. Phys.， 1972， 13（12）， pp.1919-1925.

③④⑥⑦⑩{13}{15}{17}{21}{22}{24}{25}{27} w國(guó)求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第5、105、9、147、179、94、133―136、106、151、151、159、152、149頁(yè)。

⑤ 主觀與客觀：“客觀”，觀察者外在于被觀察事物；“主觀”，觀察者參與到被觀察事物當(dāng)中。 辯證唯物主義認(rèn)為主觀和客觀是對(duì)立的統(tǒng)一，客觀不依賴于主觀而獨(dú)立存在，主觀能動(dòng)地反映客觀。

⑧ L?斯莫林：《通向量子引力的三條途徑》，李新洲等譯，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社2003年版，第29―33頁(yè)。

⑨ 張永德：《量子菜根譚》，清華大學(xué)出版社2012年版，第29頁(yè)；趙國(guó)求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第178頁(yè)。

{11} 馮契：《哲學(xué)大辭典》，上海辭書出版社2001年版，第1579―1582頁(yè)。

{12} 參見L?斯莫林：《物理學(xué)的困惑》，李泳譯，湖南科學(xué)技術(shù)出版社2008年版。

{14} 相互作用實(shí)在論中的基本概念：（1）物質(zhì)：外在世界的本原。（2）基本相互作用：遍指自然力，有引力，電磁、強(qiáng)、弱等力。（3）自在實(shí)體：指未經(jīng)觀察的“自然客體”（相互作用實(shí)在論中，自在實(shí)體作為物理研究對(duì)象時(shí)稱物理本體）。（4）現(xiàn)象實(shí)體：經(jīng)過(guò)觀察，系統(tǒng)的、穩(wěn)定的、深刻反映事物本質(zhì)的理性認(rèn)知物?，F(xiàn)象則表現(xiàn)自在實(shí)體非本質(zhì)的一面。（相互作用實(shí)在論中，現(xiàn)象實(shí)體作為物理研究對(duì)象時(shí)稱物理實(shí)體）。（5）觀測(cè)信號(hào)：人類認(rèn)知世界使用的探測(cè)信號(hào)。

{16} 參見伊?牛頓：《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理宇宙體系》，武漢出版社1996年版。

{18} 參見倪光炯等：《近代物理學(xué)》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1980年版。

{19} 參見A?愛因斯坦：《相對(duì)論的意義》，科學(xué)出版社1979年版；愛因斯坦等：《物理學(xué)的進(jìn)化》，周肇威譯，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1964年版。

{20} 坂田昌一：《坂田昌一科學(xué)哲學(xué)論文集》，安度譯，知識(shí)出版社2001年版，第140頁(yè)。

{23} 參見Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；趙國(guó)求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第149頁(yè)。

{26} 參見Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；趙國(guó)求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)描述》，

《現(xiàn)代物理》2013年第5期；趙國(guó)求、李康、吳國(guó)林：《量子力學(xué)曲率詮釋論綱》，《武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)》（社會(huì)科學(xué)版）2013年第1期。

{28} 曹天予：《當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)中的庫(kù)恩挑戰(zhàn)》，《中國(guó)社會(huì)科學(xué)報(bào)》2016年5月31日。

篇2

在建立科學(xué)理論體系的過(guò)程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)、歸納和演繹工作為基礎(chǔ)。而且人們一般相信科學(xué)知識(shí)就是在這個(gè)基礎(chǔ)上產(chǎn)生和累積起來(lái)的。但只要這種認(rèn)識(shí)活動(dòng)過(guò)程是為一個(gè)協(xié)調(diào)一致的目標(biāo)所固有，只要它真正屬于科學(xué)研究自我累進(jìn)的進(jìn)程，則不論其如何復(fù)雜，仍只是過(guò)程性的，而不從根本上規(guī)定科學(xué)的性質(zhì)、程序，乃至結(jié)論。這就使我們?cè)诳疾鞆?fù)雜的科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)時(shí)，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(luò)的東西，即科學(xué)語(yǔ)言，來(lái)作為認(rèn)識(shí)的中介物。

要說(shuō)明科學(xué)語(yǔ)言何以能成為這樣的中介，需要先對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)加以分析。

作為一種形式化理論的近現(xiàn)代科學(xué)，其目的是力圖摹寫客觀實(shí)在。這種摹寫的認(rèn)識(shí)論前提是一個(gè)外在的、自為的客體和作為其思維對(duì)立面的內(nèi)在的主體間的雙重存在。這一認(rèn)識(shí)論前提在科學(xué)認(rèn)識(shí)方面衍生出一個(gè)更實(shí)用的前提，就是把客體看作是一種自在的“像”或者“結(jié)構(gòu)”（包括動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，比如動(dòng)力學(xué)所概括的各種關(guān)系和過(guò)程）。

這一自在的實(shí)在具有由它的“自明性”所保證的嚴(yán)格規(guī)范性。這種自明性只在涉及存在與意識(shí)的根本關(guān)系時(shí)才可能引起懷疑。而科學(xué)是以承認(rèn)這種自明性為前提的。因此科學(xué)實(shí)際就是關(guān)于具有自明性的實(shí)在的思維重構(gòu)。它必須限于處理自在的實(shí)在，因?yàn)榭茖W(xué)的嚴(yán)格規(guī)范性（主要表現(xiàn)為邏輯性）是由實(shí)在的自明性所保證的，任何超越實(shí)在的描述都會(huì)破壞這種描述的前提。這一點(diǎn)對(duì)稍后關(guān)于量子力學(xué)的討論非常重要。

上述分析表明，科學(xué)的嚴(yán)格規(guī)范性并非如有唯理論傾向的觀點(diǎn)所認(rèn)為的那樣，是來(lái)自思維，也并非如經(jīng)驗(yàn)論觀點(diǎn)所認(rèn)為的來(lái)自具體手段對(duì)經(jīng)驗(yàn)表象的操作，也并不象當(dāng)代某些科學(xué)哲學(xué)家所認(rèn)為的純粹出于主體間的共同約定?？茖W(xué)的最高規(guī)范是存在在客觀實(shí)在中的，是來(lái)自客體的自明性。一切具體手段只是以這種規(guī)范為目標(biāo)而去企及它。

在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，不論是一個(gè)思維過(guò)程還是一個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，如果其中缺失了語(yǔ)言過(guò)程，那就什么意義都不會(huì)有?？茖W(xué)語(yǔ)言與人類思維形態(tài)固然有很大的關(guān)系，但是它們可能在一個(gè)很高的層次上有著共同的根源。就認(rèn)識(shí)的高度而言，思維形態(tài)作為人類的一種意識(shí)現(xiàn)象，對(duì)它進(jìn)行本質(zhì)的追究，至少目前還不能完全放在客觀實(shí)在的背景上。因此，在科學(xué)認(rèn)識(shí)的層次上，思維形態(tài)完全可以被視為相對(duì)獨(dú)立的東西。而科學(xué)語(yǔ)言則是明確地被置于實(shí)在自身這一背景之中的。這就使我們實(shí)際上可以把科學(xué)語(yǔ)言看作一種知識(shí)，它與系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)具有完全相同的確切性，即它首先是與實(shí)在自身相諧合，然后才以這種特殊性成為思維與對(duì)象之間的中介。這才能保證，既使科學(xué)語(yǔ)言所述說(shuō)的科學(xué)是關(guān)于實(shí)在的確切圖景，又使思維活動(dòng)具備與實(shí)在相聯(lián)絡(luò)的手段。

科學(xué)語(yǔ)言作為一種知識(shí)所具備的上述特殊性，使它成為客觀實(shí)在圖景構(gòu)成的基本要素，或科學(xué)知識(shí)的“基元”。思維形態(tài)不能獨(dú)立地形成知識(shí)，但思維形態(tài)卻提供某種方式，使科學(xué)語(yǔ)言所包含的知識(shí)基元獲得某種特定的加成和組合，從而構(gòu)成一種系統(tǒng)化的理論。這就是語(yǔ)言在認(rèn)識(shí)中的中介作用。由于任何事物都必須“觀念地”存乎人的意識(shí)中，才能為人的心智所把握，所以，在這個(gè)意義上，一個(gè)認(rèn)識(shí)過(guò)程就是一個(gè)運(yùn)用語(yǔ)言的過(guò)程。

二、數(shù)學(xué)語(yǔ)言

數(shù)學(xué)語(yǔ)言常常幾乎就是科學(xué)語(yǔ)言的同義詞。但實(shí)際上，科學(xué)語(yǔ)言所指的范圍遠(yuǎn)比數(shù)學(xué)語(yǔ)言的范圍大，否則就不會(huì)出現(xiàn)量子力學(xué)公式的解釋問(wèn)題。在自然科學(xué)發(fā)生以前，數(shù)學(xué)所起的作用也還不是后世的那種對(duì)科學(xué)的敘錄。只是由于精密推理的要求所導(dǎo)致的語(yǔ)言理想化，才推進(jìn)了數(shù)學(xué)的應(yīng)用。但歸根究底，數(shù)學(xué)與前面說(shuō)的那種合乎客觀實(shí)在的知識(shí)基元是不同的。將數(shù)學(xué)用作科學(xué)的語(yǔ)言，必須滿足一個(gè)條件，即數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與實(shí)在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，但這一點(diǎn)并不是顯然成立的。

愛因斯坦曾分析過(guò)數(shù)學(xué)的公理學(xué)本質(zhì)。他說(shuō)，對(duì)一條幾何學(xué)公理而言，古老的解釋是，它是自明的，是某一先驗(yàn)知識(shí)的表述，而近代的解釋是，公理是思想的自由創(chuàng)造，它無(wú)須與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)或直覺有關(guān)，而只對(duì)邏輯上的公理有效性負(fù)責(zé)。愛因斯坦因此指出，現(xiàn)代公理學(xué)意義上的數(shù)學(xué)，不能對(duì)實(shí)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(xué)意義上的理解，那么，要使幾何學(xué)對(duì)客體的行為作出斷言，就必須加上這樣一個(gè)命題：固體之間的可能的排列關(guān)系，就象三維歐幾里德幾何里的形體的關(guān)系一樣?！?〕只有這樣，歐幾里德幾何學(xué)才成為對(duì)剛體行為的一種描述。

愛因斯坦的這種看法與上文對(duì)科學(xué)語(yǔ)言的分析是基本上相通的。它可以說(shuō)明，數(shù)學(xué)為什么會(huì)一貫作為科學(xué)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(xué)語(yǔ)言的“先天”合理性。

首先，作為科學(xué)的推理和記載工具的數(shù)學(xué)，實(shí)際上是從思維對(duì)實(shí)在的一些很基本的把握之上增長(zhǎng)起來(lái)的。歐幾里得幾何學(xué)中的“點(diǎn)”、“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(shí)。之所以能用這些概念和它們之間的關(guān)系去描繪實(shí)在，是因?yàn)檫@些“基元”已經(jīng)包含了關(guān)于實(shí)在的信息（如剛體的實(shí)際行為）。

其次，數(shù)學(xué)體系的那種嚴(yán)密性其實(shí)主要是與人類思維的屬性有關(guān)，盡管思維的嚴(yán)密性并不是一開始就注入了數(shù)學(xué)之中。如前所述，思維的嚴(yán)密性是由實(shí)在的自明性來(lái)決定的，是習(xí)得的。這就是說(shuō)，數(shù)學(xué)之所以與實(shí)在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，只是因?yàn)閿?shù)學(xué)的基礎(chǔ)確切地說(shuō)來(lái)自這種結(jié)構(gòu)；而數(shù)學(xué)體系的自洽性是思維的翻版，因而是與實(shí)在的自明性同源的。

由此可見，數(shù)學(xué)與自然科學(xué)的不同僅表現(xiàn)在對(duì)于它們的結(jié)果的可靠性（或真實(shí)性）的驗(yàn)證上。也就是說(shuō)，科學(xué)和數(shù)學(xué)同樣作為思維與實(shí)在相互介定的產(chǎn)物，都有可能成為對(duì)實(shí)在結(jié)構(gòu)的某種描述或“偽述”，并且都具有由實(shí)在的自明性所規(guī)定的嚴(yán)密性。但數(shù)學(xué)基本上只為邏輯自治負(fù)責(zé)，而科學(xué)卻僅僅為描述的真實(shí)性負(fù)責(zé)。

事實(shí)正是如此。數(shù)學(xué)自身并不代表真實(shí)的世界。它要成為物理學(xué)的敘錄，就必須為物理學(xué)關(guān)于實(shí)在結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息所重組。而用于重組實(shí)在圖景的每一個(gè)單元，實(shí)際上是與物理學(xué)的基本知識(shí)相一致的。如果在幾何光學(xué)中，歐幾里德幾何學(xué)不被“光線”及其傳播行為有關(guān)的概念重組，它就只是一個(gè)純粹的形式體系，而對(duì)光線的行為“不能作出斷言”。非歐幾何在現(xiàn)代物理學(xué)中的應(yīng)用也同樣說(shuō)明了這一點(diǎn)。

三、物理學(xué)語(yǔ)言

雖然物理學(xué)是嚴(yán)格數(shù)學(xué)化的典范，但物理學(xué)語(yǔ)言的歷史卻比數(shù)學(xué)應(yīng)用于物理學(xué)的歷史要久遠(yuǎn)得多。

在認(rèn)識(shí)的邏輯起點(diǎn)上，僅當(dāng)認(rèn)識(shí)論關(guān)系上一個(gè)外在的、恒常的（相對(duì)于主體的運(yùn)動(dòng)變化而言）對(duì)象被提煉和廓清時(shí)，才能保證一種僅僅與對(duì)象自身的內(nèi)在規(guī)定性有關(guān)的語(yǔ)言描述系統(tǒng)成為可能。對(duì)此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時(shí)間”、“質(zhì)料”、“運(yùn)動(dòng)”等觀念。顯然，這些觀念并非來(lái)自邏輯的推導(dǎo)或數(shù)學(xué)計(jì)算，它是人類世代傳承的關(guān)于世界的知識(shí)的基元。

然后，需要對(duì)客觀實(shí)在進(jìn)行某種方式的剝離，才能使之通過(guò)語(yǔ)言進(jìn)入我們的觀念。一個(gè)客觀實(shí)在，比如說(shuō)，一個(gè)電子，當(dāng)我們說(shuō)“它”的時(shí)候，既指出了它作為離散的一個(gè)點(diǎn)（即它本身），又指出了它身處時(shí)空中的那個(gè)屬性。而后一點(diǎn)很重要，因?yàn)槲覀冋窃趶V延中才把握了它的存在，即從“它”與“其它”的關(guān)系中“找”出它來(lái)。

當(dāng)我們按照古希臘人（比如亞里士多德）的方式問(wèn)“它為什么是它”時(shí)，我們正在試圖剝離“它”之所以為“它”的屬性。但這個(gè)屬性因其離散的本質(zhì)，在時(shí)空中必為一個(gè)“奇點(diǎn)”，因而不能得到更多的東西。這說(shuō)明，我們的語(yǔ)言與時(shí)空的廣延性合若符節(jié)，而對(duì)離散性，即時(shí)空中的奇點(diǎn)，則無(wú)法說(shuō)什么。如果我們按照伽利略的方式問(wèn)“它是怎樣的”時(shí)，我們正是在描繪它與廣延有關(guān)的性質(zhì)，即它與其它的關(guān)系。這在時(shí)空中呈現(xiàn)為一種結(jié)構(gòu)和過(guò)程。對(duì)此我們有足夠的手段（和語(yǔ)言）進(jìn)行摹寫。因?yàn)槲覀兊恼Z(yǔ)言，大多來(lái)自對(duì)時(shí)空中事物的經(jīng)驗(yàn)。我們運(yùn)用語(yǔ)言的主要方式，即邏輯思維，也就是時(shí)空經(jīng)驗(yàn)的抽象和提升。

可見，近現(xiàn)代物理學(xué)語(yǔ)言是一種關(guān)于客觀實(shí)在的時(shí)空形式及過(guò)程的語(yǔ)言，是一種廣延性語(yǔ)言。幾何學(xué)之所以在科學(xué)史上扮演著至為重要的角色，首先不在于它的嚴(yán)格的形式化，而在于它是關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式及過(guò)程的一個(gè)有效而簡(jiǎn)潔的概括，在于與物理學(xué)在面對(duì)實(shí)在時(shí)有著共同的切入點(diǎn)。

上述討論表明了近現(xiàn)代物理學(xué)語(yǔ)言格式包含著它的基本用法和一個(gè)根深蒂固的傳統(tǒng)，這是由客觀實(shí)在和復(fù)雜的歷史因素所規(guī)定的。至為關(guān)鍵的是，它必須而且只是關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式及過(guò)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(yǔ)言中獲得意義的。而這正是量子力學(xué)碰到的問(wèn)題。

四、量子力學(xué)的語(yǔ)言問(wèn)題

上文說(shuō)明，在描摹實(shí)在時(shí)，人類本是缺乏固有的豐富語(yǔ)言的。西方自古希臘以來(lái)，由于主、客體間的某種相互介定而實(shí)現(xiàn)了有關(guān)實(shí)在的時(shí)空形式和過(guò)程的觀念及相應(yīng)的邏輯思維方式。任何一種特定的語(yǔ)言，隨著時(shí)代的變遷和認(rèn)識(shí)的深入，某些概念的含義會(huì)發(fā)生變化，并且還會(huì)產(chǎn)生新的語(yǔ)言基元。有時(shí)，這樣的變化和增長(zhǎng)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(yǔ)言的關(guān)系中獲得意義，才能成為“革命性的”。在自然科學(xué)中，一種新理論不論提出多么“新”的描述，它都必須仍然是關(guān)于時(shí)空形式及過(guò)程的，才能在整體的科學(xué)語(yǔ)言中獲得意義。例如，相對(duì)論放棄了絕對(duì)時(shí)空、進(jìn)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(shí)空實(shí)在性的描述并與三維空間中的經(jīng)驗(yàn)有著直接聯(lián)系。

量子力學(xué)的情況則不同。微觀粒子從一個(gè)態(tài)躍遷到另一個(gè)態(tài)的中間過(guò)程沒有時(shí)空形式；客體的時(shí)空形式（波或粒子）取決于實(shí)驗(yàn)安排；在不觀測(cè)的情況下，其時(shí)空形式是空缺的；并且，觀測(cè)所得的客體的時(shí)空形式并不表示客體在觀測(cè)之前的狀態(tài)。這意味著，要么微觀實(shí)在并不總是具有獨(dú)立存在的時(shí)空形式，要么是人類無(wú)法從認(rèn)識(shí)的角度構(gòu)成關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式的描述。這兩種選擇都將超出現(xiàn)有的物理學(xué)語(yǔ)言本身，而使經(jīng)典物理學(xué)語(yǔ)言在用于解釋公式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)受到限制。

量子力學(xué)的這個(gè)語(yǔ)言問(wèn)題是眾所周知的。波爾試圖通過(guò)互補(bǔ)原理和并協(xié)原理把這種限制本身上升為新觀念的基礎(chǔ)。他多次強(qiáng)調(diào)，即使古典物理學(xué)的語(yǔ)言是不精確的、有局限性的，我們?nèi)匀徊坏貌皇褂眠@種語(yǔ)言，因?yàn)槲覀儧]有別的語(yǔ)言。對(duì)科學(xué)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(cè)和交流的全過(guò)程，是要用古典物理學(xué)來(lái)表達(dá)的?！?〕

量子力學(xué)的反對(duì)者愛因斯坦同樣清楚這里的語(yǔ)言問(wèn)題。他把玻爾等人盡力把量子力學(xué)與實(shí)驗(yàn)語(yǔ)言溝通起來(lái)所作的種種附加解釋稱之為“綏靖哲學(xué)”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文學(xué)”〔4〕，這實(shí)際上指明了互補(bǔ)原理等觀念是在與時(shí)空經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的科學(xué)語(yǔ)言之外的。愛因斯坦拒絕承認(rèn)量子力學(xué)是關(guān)于實(shí)在的完備描述，所以并不以為這些附加解釋會(huì)在將來(lái)成為科學(xué)語(yǔ)言的新的有機(jī)內(nèi)容。薛定諤和玻姆等人從另一個(gè)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(diǎn)回避了經(jīng)典語(yǔ)言與實(shí)在之間的深刻矛盾，而囿于語(yǔ)言限制并為之作種種辯解。薛定諤說(shuō)：“我只希望了解在原子內(nèi)部發(fā)生了什么事情。我確實(shí)不介意您（指玻爾）選用什么語(yǔ)言去描述它?！薄?〕薛定諤認(rèn)為，為了賦予波函數(shù)一種實(shí)在的解釋，一種全新的語(yǔ)言是可以考慮的。他建議將N個(gè)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(xué)方程描述的對(duì)象具有連續(xù)的、確定的時(shí)空狀態(tài)。

固然，幾率波的解釋使得理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)不能對(duì)應(yīng)于實(shí)在的時(shí)空結(jié)構(gòu)，如果讓幾率成為實(shí)驗(yàn)觀察中首要的東西，就會(huì)讓客觀實(shí)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(yàn)沒有明顯的聯(lián)系，也成了另一種隱喻，仍然無(wú)法作為一種科學(xué)語(yǔ)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(yǔ)言問(wèn)題上是相似的。他所說(shuō)的“機(jī)械序”〔6〕其實(shí)就是以笛卡爾坐標(biāo)為代表的關(guān)于廣延性空間的描述。這種描述由于經(jīng)典物理學(xué)的某些限定而表現(xiàn)出明顯的局限性。玻姆認(rèn)為量子力學(xué)并未對(duì)這種序作出真正的挑戰(zhàn)，在一定程度上指出了量子力學(xué)的保守性。他企圖建立一種“隱序物理學(xué)”，將量子解釋為多維實(shí)在的投影。他以全息攝影和其它一些思想實(shí)驗(yàn)為比喻，試圖將客觀實(shí)在的物質(zhì)形態(tài)、時(shí)空屬性和運(yùn)動(dòng)形式作全新的構(gòu)造。但由于其基礎(chǔ)的薄弱，仍然只是導(dǎo)致了另一種脫離經(jīng)驗(yàn)的描述，也就是一種形而上學(xué)。

這里所說(shuō)的“基礎(chǔ)”指的是，一種全新的語(yǔ)言涉及主客體間完全不同的相互介定。它涉及對(duì)客體的完全不同的剝離方式，也就是說(shuō)，現(xiàn)行科學(xué)語(yǔ)言及其相關(guān)思維方式的整個(gè)基礎(chǔ)都將改變。然而，現(xiàn)實(shí)地說(shuō)，這不是某一具有特定對(duì)象和方法的學(xué)科所能為的。

可見，試圖通過(guò)一種全新的語(yǔ)言來(lái)解決量子力學(xué)的語(yǔ)言問(wèn)題是行不通的。這個(gè)問(wèn)題比通常所能想象的要無(wú)可奈何得多。

五、量子力學(xué)何種程度上是“革命性”的

量子力學(xué)固然在解決微觀客體的問(wèn)題方面，是迄今最成功的理論，然而這種應(yīng)用上的重要性使人們有時(shí)相信，它在觀念上的革命也是成功的。其實(shí)，上述語(yǔ)言與實(shí)在圖景的沖突并未解決。量子力學(xué)的種種解釋無(wú)法在科學(xué)語(yǔ)言的基礎(chǔ)上必然過(guò)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(duì)量子力學(xué)“革命性”的程度作審慎的認(rèn)識(shí)。

正統(tǒng)的量子力學(xué)學(xué)者們都意識(shí)到應(yīng)該通過(guò)發(fā)展思維的豐富性來(lái)解決面臨的困難。他們作出的重要努力的一個(gè)方面是提出了很多與經(jīng)典物理學(xué)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(yǔ)言。其中玻恩用大量的論述建議幾率的觀念應(yīng)該取代嚴(yán)格因果律的概念?！?〕測(cè)不準(zhǔn)原理以及其中的廣義坐標(biāo)、廣義動(dòng)量都是為粒子而設(shè)想的，卻又不能描述粒子在時(shí)空中的行為，薛定諤認(rèn)為應(yīng)該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認(rèn)為不能放棄，可以用互補(bǔ)原理來(lái)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(jìn)入一般知識(shí)的范圍?！?〕這相當(dāng)于說(shuō)，希望產(chǎn)生新的語(yǔ)言基元。

另一方面，海森堡等人提出，問(wèn)題應(yīng)該通過(guò)放棄“時(shí)空的客觀過(guò)程”這種思想來(lái)解決?！?〕這又引起了量子力學(xué)的客觀性問(wèn)題。

這些努力在很大程度上是具有保守性的。

我們?cè)嚢蚜孔恿W(xué)與相對(duì)論作比較。相對(duì)論的革命性主要表現(xiàn)在，通過(guò)對(duì)時(shí)間和空間的相對(duì)性的分析，建立起時(shí)間、空間和運(yùn)動(dòng)的協(xié)變關(guān)系，從而了絕對(duì)時(shí)空、絕對(duì)同時(shí)性等舊觀念，并代之以新的時(shí)空觀。重要的是，在這里，絕對(duì)時(shí)空和絕對(duì)同時(shí)性是從理論上作為邏輯必然而排除掉的。四維時(shí)空不變量對(duì)三維空間和一維時(shí)間的性質(zhì)依賴于觀察者的情形作了簡(jiǎn)潔的概括，既不引起客觀性危機(jī)，又與人類的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)有著直接關(guān)聯(lián)。相對(duì)論排除了物理學(xué)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(zhǔn)確明晰的時(shí)空?qǐng)D景。它因此而在科學(xué)語(yǔ)言的范圍內(nèi)進(jìn)入了一般知識(shí)。

量子力學(xué)的情況則不同。它的保守性主要表現(xiàn)在：

第一，嚴(yán)格因果律并不是從理論的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中邏輯地排除的。只是為了保護(hù)幾率波解釋，才不得不放棄嚴(yán)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(gòu)成與人類的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)的自洽的實(shí)在圖景?；パa(bǔ)原理和并協(xié)原理并沒有從理論內(nèi)部挽救出獨(dú)立存在于時(shí)空的客體的概念，又沒有證明這種概念是不必要的（如相對(duì)論之于“以太”那樣）。因此，量子力學(xué)的有關(guān)哲學(xué)解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實(shí)際上，卻由于這些從理論結(jié)構(gòu)上說(shuō)是附加的解釋超出了關(guān)于實(shí)在的描述，因而破壞了以實(shí)在的自明性為保證的描述的前提。所以它實(shí)際上對(duì)觀念的豐富和發(fā)展所作的貢獻(xiàn)是有限的。

第三，量子力學(xué)內(nèi)在地不能過(guò)渡到關(guān)于個(gè)別客體的時(shí)空形式及過(guò)程的模型，使得它的反對(duì)者指責(zé)說(shuō)這意味著位置和動(dòng)量這樣的兩個(gè)性質(zhì)不能同時(shí)是實(shí)在的。而為了保護(hù)客觀性，它的支持者說(shuō)，粒子圖像和波動(dòng)圖象并不表示客體的變化，而是表示關(guān)于對(duì)象的統(tǒng)計(jì)知識(shí)的變化?！?0〕這在關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式及過(guò)程的科學(xué)語(yǔ)言中，多少有不可知論的味道。

第四，人們必須習(xí)慣地設(shè)想一種新的“實(shí)在”觀念以便把充滿矛盾的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象統(tǒng)一起來(lái)。在對(duì)客體的時(shí)空形式作抽象時(shí)，這種方法是有效的。而由于波函數(shù)對(duì)應(yīng)的不是個(gè)別客體的行為，所以大多新的“實(shí)在”幾乎都是形而上學(xué)的構(gòu)想。薛定諤和玻姆的多維實(shí)在、玻姆在闡釋哥本哈根學(xué)派觀點(diǎn)時(shí)提出的那種包含了無(wú)限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構(gòu)想。玻恩也曾表示，量子力學(xué)描述的是同一實(shí)在的排斥而又互補(bǔ)的多個(gè)影像?！?2〕這有點(diǎn)象是在物理學(xué)語(yǔ)言中談?wù)摗盎煸被颉疤珮O”一樣，很難說(shuō)對(duì)觀念有積極的建設(shè)。

本文從科學(xué)語(yǔ)言的角度，對(duì)量子力學(xué)尤其是它的哲學(xué)基礎(chǔ)的保守性作出一些分析，這并不是在相對(duì)論和量子力學(xué)之間作價(jià)值上的優(yōu)劣判斷。也許量子力學(xué)的真正價(jià)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(xué)家G·赫爾曼進(jìn)行討論時(shí)，赫爾曼提出，在科學(xué)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(shí)質(zhì)、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(rèn)經(jīng)驗(yàn)的可能性。〔13〕我們應(yīng)該注意到，赫爾曼所使用的“經(jīng)驗(yàn)”一詞，實(shí)際上是人類對(duì)客觀事物的廣延性和分立性的經(jīng)驗(yàn)。這種經(jīng)驗(yàn)是科學(xué)的實(shí)在圖景成立的基礎(chǔ)或真實(shí)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(yǔ)言理想化而創(chuàng)立了邏輯語(yǔ)言以來(lái)，西方的科學(xué)語(yǔ)言就一直是在實(shí)在的廣延性和分立性的介定下發(fā)展起來(lái)的。我們也許可以就此推測(cè)，對(duì)于人的認(rèn)識(shí)而言，世界是廣延優(yōu)勢(shì)的，但如果因此認(rèn)為實(shí)在僅限于廣延性方面，卻是缺乏理由的。廣延性優(yōu)勢(shì)在語(yǔ)言上的表現(xiàn)之一是幾何優(yōu)勢(shì)。西方傳統(tǒng)中的代數(shù)學(xué)思想是代數(shù)幾何化，即借助空間想象來(lái)理解數(shù)的。不論畢達(dá)哥拉斯定理還是笛卡爾坐標(biāo)都一樣。直角三角形的斜邊是直觀的，而根號(hào)2不是。我們可以用前者表明后者，而不能反過(guò)來(lái)。可是一個(gè)離散的數(shù)量本身究竟是什么呢？它是否與實(shí)在的另一方面或另一部分（非廣延的）相應(yīng)？也許在微觀領(lǐng)域里不再是廣延優(yōu)勢(shì)而量子力學(xué)的困難與此有關(guān)？

如果量子力學(xué)面臨的是實(shí)在的無(wú)限可能性向語(yǔ)言的有限性的挑戰(zhàn)，那么問(wèn)題的解決就不單單是語(yǔ)言問(wèn)題，甚至不單單是目前形態(tài)的物理學(xué)的問(wèn)題。它將涉及整個(gè)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的基礎(chǔ)。玻爾似乎是深刻地意識(shí)到這一點(diǎn)的。他說(shuō)“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(gè)正確的陳述相對(duì)立的必是一個(gè)錯(cuò)誤的陳述；但是同一個(gè)深?yuàn)W的真理相對(duì)立的則可能是另一個(gè)深?yuàn)W的真理?！薄?5〕

參考文獻(xiàn)和注釋

〔1〕〔3〕〔4〕《愛因斯坦文集》第一卷，商務(wù)印書館，1994，第137、241、304頁(yè)。

〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15〕海森堡：《原子物理學(xué)的發(fā)展和社會(huì)》，中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社，1985，第141、84、82、131、47、112頁(yè)。

〔6〕玻姆：《卷入——展出的宇宙和意識(shí)》，載于羅嘉昌、鄭家棟主編：《場(chǎng)與有——中外哲學(xué)的比較與融通（一）》，東方出版社，1994年。

〔7〕玻恩：《關(guān)于因果和機(jī)遇的自然哲學(xué)》，商務(wù)印書館，1964年。

〔8〕〔12〕玻恩：《我這一代的物理學(xué)》，商務(wù)印書館，1964，第65、192頁(yè)。

篇3

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；非機(jī)械決定論；整體論；復(fù)雜性；主客體互動(dòng)

Abstract:Asoneofthreerevolutionsofphysicsin20thcentury,quantummechanicshasgreatlytransformedtheworldviewofclassicalscienceinmanyaspects.Quantummechanicsbreaksthoughthemechanicaldeterminisminclassicalscience,transformingitintononmechanicaldeterminism;itchangesscientificcognitiveprocessfromthetheoryofreductionismtothetheoryofwholism;itshiftsthewayofthinkingfrompursuingsimplicitytoexploringthecomplexity;italsoestablishestheinteractionbetweensubjectandobjectinscientificresearches.

Keywords:quantummechanics;worldviewofclassicalscience;nonmechanicaldeterminism;wholism;complexity;interactionbetweensubjectandobject

經(jīng)典科學(xué)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(lái)的一整套觀點(diǎn)、方法、學(xué)說(shuō)。經(jīng)典科學(xué)世界圖景的最大特征是機(jī)械論和還原論，片面強(qiáng)調(diào)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(xué)派的量子力學(xué)理論三部曲：統(tǒng)計(jì)解釋—測(cè)不準(zhǔn)原理—互補(bǔ)原理所反映的主要觀點(diǎn)是：微觀粒子的各種力學(xué)量（位置、動(dòng)量、能量等）的出現(xiàn)都是幾率性的；量子力學(xué)對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性描述是完備的，對(duì)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(xué)領(lǐng)域；儀器的作用同觀察對(duì)象具有不可分割性，確立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)關(guān)系。[1]量子力學(xué)的發(fā)展從根本上改變了經(jīng)典科學(xué)世界

圖景。

一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，遵循因果加統(tǒng)計(jì)的非機(jī)械決定論

經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界最簡(jiǎn)單也是最普遍的運(yùn)動(dòng)。說(shuō)它最簡(jiǎn)單，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)比較容易認(rèn)識(shí)，牛頓等人又采取高度簡(jiǎn)化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說(shuō)它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對(duì)化。[2]機(jī)械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機(jī)械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無(wú)論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來(lái)狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。[3]其實(shí)，機(jī)械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對(duì)于微觀領(lǐng)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(jì)決定論。[4]

量子力學(xué)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機(jī)械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運(yùn)動(dòng)遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，我們不能說(shuō)某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說(shuō)它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。

玻恩的統(tǒng)計(jì)解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機(jī)遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時(shí)受到因果律和機(jī)遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計(jì)描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機(jī)械決定論代替了機(jī)械決定論的統(tǒng)治。

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動(dòng)搖嚴(yán)格決定論，量子力學(xué)的沖擊則使機(jī)械決定論的大廈坍塌了。量子力學(xué)揭示并論證了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)具有不可避免的隨機(jī)性，它不遵循嚴(yán)格的因果律。任何微觀事件的測(cè)定都要受到測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量，只能描述和預(yù)言微觀對(duì)象的可能的行為。因此，量子力學(xué)必須是幾率的、統(tǒng)計(jì)的。而且，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)性，不是由于我們知識(shí)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(xué)使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論

還原論作為一種認(rèn)識(shí)方法，是指把高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式歸結(jié)為低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，用研究低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式所得出的結(jié)論代替對(duì)高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式的本質(zhì)認(rèn)識(shí)的觀點(diǎn)。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點(diǎn)和規(guī)律去解釋、說(shuō)明要研究的對(duì)象。其目的是簡(jiǎn)化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認(rèn)識(shí)處于初級(jí)水平上無(wú)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(xué)的本質(zhì)，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(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)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(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)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(shí)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(jī)的自覺因果關(guān)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(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來(lái)看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無(wú)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(xué)通過(guò)部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)波動(dòng)性；而在另一些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能同時(shí)在一次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補(bǔ)原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識(shí)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(dòng)性，即波粒二象性。這就是整體論觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理說(shuō)明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說(shuō)明絕不能把宏觀物體的可觀測(cè)量簡(jiǎn)單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識(shí)論和方法論不同的根本在于思考和觀察問(wèn)題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強(qiáng)調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強(qiáng)調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機(jī)聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動(dòng)搖了還原論觀點(diǎn)。

三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

從經(jīng)典科學(xué)思維方式來(lái)看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說(shuō)過(guò)，自然界喜歡簡(jiǎn)單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡(jiǎn)單性是經(jīng)典科學(xué)奮斗的目標(biāo)，也是推動(dòng)它獲取成功的動(dòng)力。開普勒以三條簡(jiǎn)明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽(yáng)系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬(wàn)有引力說(shuō)明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡(jiǎn)單性解釋復(fù)雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學(xué)初步揭示了客觀世界的復(fù)雜性。經(jīng)典科學(xué)的簡(jiǎn)單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是理想的物質(zhì)客體。它不但用理想化的“質(zhì)點(diǎn)”、“剛體”、“理想氣體”來(lái)描述物體，而且把研究對(duì)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(jìn)入微觀領(lǐng)域，微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性、隨機(jī)性；觀測(cè)對(duì)象和觀測(cè)主體不可分割性等都足以說(shuō)明自然界本身并不是我們想象的那么簡(jiǎn)單。

在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對(duì)論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時(shí)的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡(jiǎn)單性，而是為了打破簡(jiǎn)單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡(jiǎn)單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說(shuō)的，復(fù)雜性是簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡(jiǎn)單性更基本，可能性比現(xiàn)實(shí)性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實(shí)來(lái)限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實(shí)；不是以既存的實(shí)體來(lái)確定演化，而是在演化中認(rèn)識(shí)和把握實(shí)體。復(fù)雜性主張考察被研究對(duì)象的復(fù)雜性，在對(duì)其作出層次與類別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強(qiáng)調(diào)的是一種整體的協(xié)同。

四、量子力學(xué)使科學(xué)活動(dòng)中主客體分離邁向主客互動(dòng)

經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個(gè)指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來(lái)樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問(wèn)題，在面對(duì)量子世界如此微小的測(cè)量對(duì)象時(shí)，成為一個(gè)難以把握的手段。因?yàn)檠芯空叩慕槿雽?duì)量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測(cè)量中充滿了不確定性。在海森伯看來(lái)，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí)，我們就會(huì)遇到一個(gè)矛盾：我們的觀測(cè)儀器是宏觀的，可是研究對(duì)象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對(duì)微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來(lái)描述宏觀儀器所觀測(cè)到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時(shí)又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測(cè)的假定，從而建立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)的關(guān)系。

例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實(shí)驗(yàn)安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實(shí)驗(yàn)安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個(gè)整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說(shuō)，我們觀測(cè)的不是自然本身，而是由我們用來(lái)探索問(wèn)題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、絕對(duì)的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測(cè)到的世界。物理學(xué)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(guān)于自然我們能夠“說(shuō)什么”。

參考文獻(xiàn)：

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篇4

摘 要：凝聚態(tài)物理學(xué)作為物理學(xué)的一大分支，其研究前景十分廣泛。凝聚態(tài)物理學(xué)是研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)以及它們的微觀結(jié)構(gòu)的學(xué)科。其通過(guò)分析構(gòu)成凝聚態(tài)物質(zhì)的電子、離子、原子、分子的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而對(duì)凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)進(jìn)行認(rèn)知。凝聚態(tài)物質(zhì)是固體物理學(xué)的一個(gè)拓展方面，研究的物質(zhì)的典型特征之一是其具有多種形態(tài)。同時(shí)，凝聚態(tài)物理學(xué)也為材料研究引入了新的體系。本文就目前凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展情況，對(duì)其中的基本概念的產(chǎn)生、含義及其發(fā)展進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：凝聚態(tài)物理學(xué)；基本概念；特點(diǎn)闡述

凝聚態(tài)物理學(xué)的基本概念需根據(jù)物質(zhì)世界的層次化進(jìn)行闡述效果會(huì)更加明了。作為一門至今仍然擁有豐富生命力的研究學(xué)問(wèn)，凝聚態(tài)物理學(xué)時(shí)時(shí)刻刻影響著我們生活的方方面面。例如，液態(tài)金屬、溶膠、高分子聚合物等等物質(zhì)的研究都和凝聚態(tài)物理學(xué)有著密不可分的聯(lián)系。凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展歷史和其理論支撐，是對(duì)凝聚態(tài)物理學(xué)的基本概念進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)。

一、凝聚態(tài)物理學(xué)發(fā)展歷史

1、物質(zhì)世界層次化

為了對(duì)凝聚態(tài)物理學(xué)基本概念進(jìn)行闡述，首先就需要提到物質(zhì)世界層次化的研究方式。縱觀二十世紀(jì)的物理學(xué)發(fā)展，在二十世紀(jì)初，兩大劃時(shí)代的物理理論突破的出現(xiàn)，拉開了宇觀物理學(xué)和微觀物理學(xué)的探究序幕。兩大理論即是相對(duì)論和量子論，相對(duì)論和量子理論是對(duì)傳統(tǒng)物理學(xué)的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。其中，狹義相對(duì)論修正了經(jīng)典物理學(xué)當(dāng)中的電磁學(xué)和力學(xué)之間存在的矛盾；廣義相對(duì)論則是為近代物理學(xué)當(dāng)中的天體運(yùn)行研究做出了巨大的貢獻(xiàn)。量子論的建立正式拉開了現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)于微觀世界的研究，使得基于原子乃至更小系統(tǒng)的探究成為可能?，F(xiàn)代物理學(xué)的研究方式正是基于這一種將物質(zhì)世界進(jìn)行分層的觀點(diǎn)進(jìn)行的，因?yàn)槲锢韺W(xué)當(dāng)中的理論使用范圍都有區(qū)別。例如，在宏觀世界當(dāng)中，牛頓力學(xué)成立；在微觀世界當(dāng)中，牛頓力學(xué)就難以支撐實(shí)驗(yàn)事實(shí)了。

2、凝聚B物理學(xué)的步步發(fā)展

從科學(xué)家開始探索微觀世界開始，凝聚態(tài)物理學(xué)就悄然發(fā)展開來(lái)?？茖W(xué)家從原子物理出發(fā)，深入到原子核內(nèi)外空間的研究，為了探索微觀世界粒子的基本特性，建立了多代高能粒子加速器，使得近代微觀物理學(xué)探索出中子、夸克、輕子類的微觀粒子。同時(shí)，近代物理學(xué)的一條研究途徑也是將原子物理作為基本主線。在這條研究主線當(dāng)中，量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)向結(jié)合，奠定了固定物理學(xué)的基礎(chǔ)。固定物理學(xué)的逐漸發(fā)展擴(kuò)大，演變?yōu)榱四蹜B(tài)物理學(xué)。凝聚態(tài)物理學(xué)的研究發(fā)展從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從宏觀到微觀。其結(jié)合到其他學(xué)科（材料學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等）共同創(chuàng)新，取得了巨大成果。

二、凝聚態(tài)物理學(xué)的基本概念闡述

1、基本理論

凝聚態(tài)物理學(xué)基本概念中最重要的基礎(chǔ)則是構(gòu)建這門學(xué)科的理論支撐。其基本理論當(dāng)中的核心即是量子物理和經(jīng)典物理。根據(jù)凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展歷史來(lái)看，量子物理理論推動(dòng)了凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展，使其對(duì)眾多實(shí)驗(yàn)研究成為可能。經(jīng)典物理理論在凝聚態(tài)物理學(xué)中并非一無(wú)是處，仍在一些研究方面起著不可忽視的作用。兩種理論知識(shí)在凝聚態(tài)物理學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用都存在著自身的適用范圍，下面對(duì)其進(jìn)行比較說(shuō)明。在中學(xué)物理中我們初步了解到，物質(zhì)粒子具有二象性――粒子與波。在粒子的二象性當(dāng)中，粒子所具有的波動(dòng)性使得量子力學(xué)有別與經(jīng)典力學(xué)。二者的適用范圍的界限通常是一些臨界溫度、直徑、場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)）強(qiáng)等方面。

2、凝聚現(xiàn)象

凝聚態(tài)物理學(xué)的基礎(chǔ)概念即是凝聚現(xiàn)象，然而凝聚現(xiàn)象在我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中是隨處可見的。大家都知道，氣體可以凝結(jié)成固體或者是液體，液體和固體之間最明顯的區(qū)別是液體的流動(dòng)性。根據(jù)量子力學(xué)等理論分析，在某些臨界溫度附近，物質(zhì)之間就發(fā)生凝聚現(xiàn)象。發(fā)生凝聚現(xiàn)象的物質(zhì)往往具備一些新的物理性質(zhì)。例如物質(zhì)原有的沸點(diǎn)、導(dǎo)電性、光敏性等發(fā)生改變。

3、凝聚態(tài)物質(zhì)的有序化

根據(jù)中學(xué)物理和化學(xué)的知識(shí)可知，物質(zhì)反應(yīng)在平衡狀態(tài)時(shí)，其系統(tǒng)能量?jī)?nèi)能與熵等因素的影響。系統(tǒng)物質(zhì)內(nèi)能的上升使得系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定性，使得熵值增加。當(dāng)溫度下降時(shí)，凝聚態(tài)物質(zhì)則趨于熵值下降和系統(tǒng)穩(wěn)定，研究發(fā)現(xiàn)，凝聚態(tài)物質(zhì)往往是某一種有序結(jié)構(gòu)的物相。大量物質(zhì)粒子所組成的系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)的直觀特征即是位置序，這也說(shuō)明不同的粒子直接是存在著相互聯(lián)系的。當(dāng)然，也存在著粒子相互作用較弱的情況，其宏觀表現(xiàn)即是粒子無(wú)序分布。在經(jīng)典粒子系統(tǒng)當(dāng)中，使得系統(tǒng)有序化的物理基礎(chǔ)則是粒子和粒子之間的相互作用，這可當(dāng)作是量子力學(xué)當(dāng)中的一個(gè)問(wèn)題處理。根據(jù)中學(xué)知識(shí)我們知道，在量子力學(xué)當(dāng)中，物質(zhì)粒子存在著位置不確定性和動(dòng)量不確定性。根據(jù)上述進(jìn)行總結(jié)，凝聚態(tài)物質(zhì)是空間當(dāng)中的凝聚體，而相對(duì)空間往往是分為兩個(gè)方面。一方面是位置形態(tài)空間，另外的一方面是抽象的動(dòng)量空間。凝聚態(tài)物質(zhì)的有序化在這兩個(gè)空間當(dāng)中的存在形態(tài)極為豐富。

三、研究概念闡述

凝聚態(tài)物理學(xué)當(dāng)中基本的研究概念在于以下幾個(gè)方面。第一是固體電子論。對(duì)固定系統(tǒng)當(dāng)中電子的行為研究是凝聚態(tài)物理學(xué)一直在努力的方向，按照電子行為的相互作用的大小，又將其分為三個(gè)小的區(qū)域。首先是弱關(guān)聯(lián)區(qū)，這個(gè)區(qū)域的研究已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展，也是構(gòu)成半導(dǎo)體物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。其次是中等關(guān)聯(lián)區(qū)域，主要研究對(duì)象包括的是一般的金屬和強(qiáng)磁性的物質(zhì)，其構(gòu)成了磁鐵學(xué)的物理基礎(chǔ)。強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)受能帶理論發(fā)展的影響，目前其研究還有待開拓。第二是宏觀量子態(tài)。宏觀量子態(tài)研究當(dāng)中對(duì)某些物質(zhì)的超導(dǎo)現(xiàn)象的研究是一個(gè)重點(diǎn)，一些非常規(guī)的超導(dǎo)體研究也是目前科學(xué)家所努力的方向。第三是納米結(jié)構(gòu)與介觀物理，凝聚態(tài)物理學(xué)對(duì)于一些簡(jiǎn)單物質(zhì)的研究已經(jīng)較為清楚。按照不同物質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)尺度進(jìn)行探究是凝聚態(tài)物理學(xué)研究的新方向之一，納米結(jié)構(gòu)和介觀物理需要量子理論進(jìn)行支撐，研究目的主要是為了獲取材料和器件的復(fù)合體，同時(shí)創(chuàng)造出一些具有優(yōu)良性能的物理材料。

四、總結(jié)

凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，目前量子力學(xué)的發(fā)展已經(jīng)趨于完備。由于凝聚態(tài)物理學(xué)設(shè)計(jì)大量微觀粒子的研究，其復(fù)雜程度較高，需要研究者從實(shí)驗(yàn)、計(jì)算、推演等方面開展研究。凝聚態(tài)物理學(xué)作為一門高新技術(shù)，其研究前景十分廣闊。只要充分結(jié)合其他相關(guān)學(xué)科知識(shí)，加以探究，一定會(huì)取得更加豐碩的研究成果。

參考文獻(xiàn)

[1]馮端，金國(guó)鈞.凝聚態(tài)物理學(xué)中的基本概念[J].物理學(xué)進(jìn)展， 2000， 20（1）：1-21.

篇5

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物物學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了它的頂峰，當(dāng)時(shí)人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對(duì)物理世界的解釋已經(jīng)達(dá)到了終點(diǎn)。物理學(xué)的一些基本的、原則的問(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下來(lái)的只是進(jìn)一步精確化的問(wèn)題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補(bǔ)充和修正，使已知公式中的各個(gè)常數(shù)測(cè)得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的事實(shí)。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬(wàn)里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。[1]這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，經(jīng)典物理發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”。由此引起了物理學(xué)的一場(chǎng)偉大的革命。愛因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

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

在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來(lái)以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過(guò)七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點(diǎn)上，目前有情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為今后物理學(xué)不會(huì)有革命性的進(jìn)展了，物理學(xué)的根本性的問(wèn)題、原則問(wèn)題都已經(jīng)解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學(xué)，對(duì)現(xiàn)有的理論作一些補(bǔ)充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點(diǎn)，他們相信物理學(xué)遲早會(huì)有突破性的發(fā)展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟?？陀^物質(zhì)世界是分層次的。一般說(shuō)來(lái)，每個(gè)層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個(gè)層次）構(gòu)成。從一定意義上說(shuō)，宏觀與微觀是相對(duì)的，宏觀體系由大量的微觀系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學(xué)研究的目的包括：探索各層次的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，是在三個(gè)方向上前進(jìn)的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展。

1）在微觀方向上深入下去。在這個(gè)方向上，我們已經(jīng)了解了原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運(yùn)規(guī)律，建立了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識(shí)到強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會(huì)有新的進(jìn)展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強(qiáng)大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為近期內(nèi)在這個(gè)方向上難以有突破性的進(jìn)展。

2）在宏觀方向上拓展開去。1948年美國(guó)的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當(dāng)時(shí)并未引起重視。1965年美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測(cè)結(jié)果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據(jù)，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝?gòu)┖兔绹?guó)的古斯同時(shí)提出暴脹理論。八十年代以后，英國(guó)的霍金[2,3]等人開始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無(wú)”誕生，今后在這個(gè)方向上將會(huì)繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴于向廣漠的宇宙更遙遠(yuǎn)處觀測(cè)的新結(jié)果，這需要人類制造出比哈勃望遠(yuǎn)鏡性能更優(yōu)越得多的、各個(gè)波段的太空天文望遠(yuǎn)鏡，這是很艱巨的任務(wù)。

我個(gè)人對(duì)于近年來(lái)提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說(shuō)是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對(duì)宇宙的一個(gè)近似的描述。因?yàn)楝F(xiàn)在的宇宙學(xué)研究的只是我們能觀測(cè)到的范圍以內(nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無(wú)限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無(wú)數(shù)個(gè)“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的?，F(xiàn)代宇宙學(xué)只研究我們這個(gè)“宇宙”，當(dāng)然只能得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生了初及遙遠(yuǎn)的未來(lái)，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯(lián)系。

這正是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究的主

要內(nèi)容。二十世紀(jì)在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)有了得大的發(fā)展，然后建立了“耗散結(jié)構(gòu)”理論、協(xié)同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發(fā)展起來(lái)了。近年來(lái)把這些分支學(xué)科都納入非線性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學(xué)的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學(xué)現(xiàn)有的基本理論的框架內(nèi)。在下個(gè)世紀(jì)，物理學(xué)的基本理論應(yīng)該怎樣發(fā)展呢？有一些物理學(xué)家在追求“超統(tǒng)一理論”。在這方面，起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”；直到1967、1968年，美國(guó)的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統(tǒng)一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學(xué)家正在探索加上強(qiáng)力的“大統(tǒng)一理論”以及再加上引力把四種力都統(tǒng)一起來(lái)的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛因斯坦當(dāng)初探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”是基于他的“物理世界統(tǒng)一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒有成功。我對(duì)此有不同的觀點(diǎn)，根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，我認(rèn)為“物質(zhì)世界是既統(tǒng)一，又多樣化的”。且莫論追求“超統(tǒng)一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學(xué)發(fā)展的終點(diǎn)。因?yàn)椤霸诮^對(duì)的總的宇宙發(fā)展過(guò)程中，各個(gè)具體過(guò)程的發(fā)展都是相對(duì)的，因而在絕對(duì)真理的長(zhǎng)河中，人們對(duì)于在各個(gè)一定發(fā)展階段上的具體過(guò)程的認(rèn)識(shí)只具有相對(duì)的真理性。無(wú)數(shù)相對(duì)的真理之總和，就是絕對(duì)的真理。”“人們?cè)趯?shí)踐中對(duì)于真理的認(rèn)識(shí)也就永遠(yuǎn)沒有完結(jié)?！盵5]

現(xiàn)代物理學(xué)的革命將怎樣發(fā)生呢？我認(rèn)為可能有兩個(gè)方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現(xiàn)在我們不知道。我的直覺是：將來(lái)最早發(fā)現(xiàn)的第五種力可能存在于生命現(xiàn)象中。物質(zhì)構(gòu)成了生命體之后，其運(yùn)動(dòng)和變化實(shí)在太奧妙了，我們沒有認(rèn)識(shí)的問(wèn)題實(shí)在太多了，我們今天對(duì)于生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)猶如亞里斯多德時(shí)代的人們對(duì)于物理學(xué)的認(rèn)識(shí)，因此在這方面取得突破性的進(jìn)展是很可能的。我認(rèn)為，物理學(xué)業(yè)與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向之一，與此有關(guān)的最關(guān)于復(fù)雜性研究的非線性科學(xué)的發(fā)展。

2）現(xiàn)代物理學(xué)理論也只是相對(duì)真理，而不是絕對(duì)真理。應(yīng)該通過(guò)審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來(lái)探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，在下一節(jié)中將介紹我的觀點(diǎn)。

三、現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是完美的嗎？

相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎(chǔ)是否十全十美的

呢？我們來(lái)審思一下這個(gè)問(wèn)題。

1）對(duì)相對(duì)論的審思

當(dāng)年愛因斯坦就是從關(guān)于光速和關(guān)于時(shí)間要領(lǐng)的思考開始，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論[1]。我們今天探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，也應(yīng)該從重新審思時(shí)空的概念入手。愛因勞動(dòng)保護(hù)坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論是從講座慣性系中不同地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的同時(shí)性開始的[4]，他規(guī)定用光信號(hào)校正不同地點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)鐘來(lái)定義“同時(shí)”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進(jìn)一步導(dǎo)致一個(gè)四維時(shí)空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛因勞動(dòng)保護(hù)擔(dān)提出用光信號(hào)來(lái)校正時(shí)鐘，而不用別的信號(hào)呢？在他的論文中沒有說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)這是有深刻含意的。

時(shí)間、空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運(yùn)動(dòng)談?wù)摃r(shí)間、空間，在定義時(shí)空時(shí)應(yīng)該說(shuō)明是關(guān)于什么運(yùn)動(dòng)的時(shí)空?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過(guò)一定的場(chǎng)傳遞過(guò)去，傳遞需要一定的時(shí)間，時(shí)間、空間的定義與這個(gè)傳遞速度是密切相關(guān)的。如果這種場(chǎng)是電磁場(chǎng)，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛因斯坦定義的時(shí)空實(shí)際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，適用于描述這種運(yùn)動(dòng)。

愛因斯坦把他定義的時(shí)間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上就暗含了這樣的假設(shè)：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c＇。至今為止，并無(wú)實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明c＇等于c。愛因斯坦因他的“物質(zhì)世界統(tǒng)一性”的世界觀而在實(shí)際上假定了c=c＇。我持有“物質(zhì)世界既統(tǒng)一，又多樣化的”以觀點(diǎn)，再加之電磁力和引力的強(qiáng)度在數(shù)量級(jí)上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工樣，關(guān)于由電磁力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的四維時(shí)空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問(wèn)題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來(lái)的運(yùn)動(dòng)方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場(chǎng)方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c＇。如果研究的問(wèn)題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過(guò)，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)判斷c＇和c是否相等；如果不相等，需要導(dǎo)出c＇的數(shù)值。

我在二十多年前開始形成上述觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)測(cè)量引力波是眾所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，我曾對(duì)那些實(shí)驗(yàn)寄予厚望，希望能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)斯的努力引引力波實(shí)驗(yàn)沒有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項(xiàng)工作冷下去了。根據(jù)愛國(guó)斯坦理論預(yù)言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠達(dá)到的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度之下，這樣弱的引力波應(yīng)該能夠探測(cè)到的話，長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點(diǎn)。應(yīng)該從c＇可能不等于c這個(gè)角度來(lái)考慮問(wèn)題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強(qiáng)度比根據(jù)愛因勞動(dòng)保護(hù)坦理論預(yù)言的強(qiáng)度弱得多的結(jié)果。

弱力、強(qiáng)力與引力、電磁力有本質(zhì)的不同，前兩者是短程力，后兩者是長(zhǎng)程力。不同的相互作用是通過(guò)傳遞不同的媒介粒子而實(shí)現(xiàn)的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規(guī)范粒子（光子除外）；強(qiáng)相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質(zhì)量為零，按照愛因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質(zhì)量和能量有關(guān)，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強(qiáng)相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義慣性系中不同的地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的“同時(shí)”，是否應(yīng)該用

弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)呢？我對(duì)核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個(gè)問(wèn)題。如果應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)，那么關(guān)于由弱力或強(qiáng)力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設(shè)弱或強(qiáng)相互作用的傳遞速度為c＇＇，c＇＇不是常數(shù)，而是可變的，則關(guān)于由弱或強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時(shí)間t＇＇和空間（x＇＇，y＇＇，z＇＇）將是c＇的函數(shù)。然而，很可能應(yīng)該這樣來(lái)考慮問(wèn)題：關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時(shí)的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統(tǒng)一起來(lái)了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以介子的靜質(zhì)量取作零（在理論上取作零，在實(shí)際上沒有靜質(zhì)量為零的介子）時(shí)的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無(wú)論上述兩種考慮中哪一種是對(duì)的，整個(gè)物質(zhì)世界的時(shí)空將是高于四維的多維時(shí)空。對(duì)于由短程力（或只是強(qiáng)力）引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如果時(shí)空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說(shuō)需要建立新的量子場(chǎng)論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問(wèn)題既清及長(zhǎng)程力，又涉及短程力（尤其是強(qiáng)力），則更需要建立新的理論。

1）對(duì)量子力學(xué)的審思

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場(chǎng)論的時(shí)候，遇到了“發(fā)散困難”[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國(guó)的費(fèi)曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒有徹底克服這一困難。“發(fā)散困難”的一個(gè)基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運(yùn)動(dòng)能量、相互作用能量合在一起計(jì)算[6]，這與德布羅意波在υ=0時(shí)的異性。

現(xiàn)在我陷入一個(gè)兩難的處境：如果采用傳統(tǒng)的德布羅意關(guān)系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關(guān)系，就必須面對(duì)使新的理論滿足相對(duì)論協(xié)變性的難題。是否有解決問(wèn)題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)?，F(xiàn)在的量子力學(xué)理論中時(shí)寬人的定義實(shí)質(zhì)上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規(guī)律，所以時(shí)間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時(shí)空要領(lǐng)不再適用。在時(shí)間或空間的間隔非常小的時(shí)候，描寫事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時(shí)空時(shí)還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的類別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個(gè)數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時(shí)空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀(jì)物理學(xué)將在三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開去；（3）深入探索各層次間的聯(lián)系，進(jìn)一步發(fā)展非線性科學(xué)。

2）可能應(yīng)該從兩方面去控尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口。（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過(guò)審思相對(duì)論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論

3）由于現(xiàn)代物理學(xué)尚未發(fā)生“危機(jī)”，因此目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件也許還不成熟，物理學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)革命都有賴于在物理實(shí)驗(yàn)和對(duì)客觀物質(zhì)世界的觀測(cè)中獲得新的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)是發(fā)展物理學(xué)的量重要手段，這是我們要關(guān)注的首要問(wèn)題。然而，科學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)的發(fā)展有本身的邏輯，符合客觀規(guī)律的、有真知灼見的思維也是一個(gè)關(guān)鍵。

篇6

關(guān)鍵詞:物理常數(shù);光速;普朗克常數(shù)

基本物理常數(shù)是物理學(xué)中的一些普適常數(shù)，是人類在探索客觀世界基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過(guò)程中提出和確定的基本物理常量。這些常數(shù)與自然科學(xué)的各個(gè)分支有著密切的關(guān)系，在科學(xué)理論的提出和科學(xué)試驗(yàn)的發(fā)展中起著很重要的作用?；疚锢沓?shù)包括牛頓引力常數(shù)G、真空中的光速C、普朗克常數(shù)h、基本電荷e、電子靜止質(zhì)量Me、阿伏伽德羅常數(shù)Na等。

物理學(xué)中許多新領(lǐng)域的開辟以及重大物理理論的創(chuàng)立，往往與相關(guān)基本物理常數(shù)的發(fā)現(xiàn)或準(zhǔn)確測(cè)定密切相關(guān)。基本物理常數(shù)描繪和反映了物理世界的基本性質(zhì)和特征，它們?yōu)椴煌I(lǐng)域的區(qū)分提供了定量的標(biāo)準(zhǔn)?；疚锢沓?shù)的測(cè)定及其精度的不斷提高，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，生動(dòng)地反映了實(shí)驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法的發(fā)展與更新，現(xiàn)在，許多基本物理常數(shù)的精度已達(dá)10-6量級(jí)，有的甚至達(dá)到10-8～10-10量級(jí)。本文限于篇幅，僅以光速C和普朗克常數(shù)h為例來(lái)說(shuō)明。

光速是光波的傳播速度，原與聲波、水波等的傳播速度類似，并不具有任何“特殊的”的地位。但細(xì)分析起來(lái)，光速也似乎確有一些特殊之處。其一是光速的數(shù)值非常大，遠(yuǎn)非其他各種波動(dòng)速度所能比擬；其二是光波可以在真空中傳播，而其他波動(dòng)則離開了相應(yīng)的彈性介質(zhì)便不復(fù)存在，由此引來(lái)了關(guān)于以太（假想的彈性介質(zhì)）的種種爭(zhēng)論。

1865年麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)方程組，證明了電磁波的存在，并推導(dǎo)出了電磁波的速度C等于電流的電磁單位與靜電單位之比。1849年斐索用實(shí)驗(yàn)測(cè)出光在空氣中的傳播速度為C=3.14858×108米/秒。分屬光學(xué)和電磁學(xué)的不相及的兩個(gè)傳播速度C電磁波與C光波之間出乎意料的驚人相符，使麥克斯韋立即意識(shí)到光波就是電磁波。于是，以C為橋梁把以前認(rèn)為彼此無(wú)關(guān)的光學(xué)與電磁學(xué)統(tǒng)一了起來(lái)。同時(shí)，由于電磁波傳播依賴的是電磁場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系，無(wú)需任何彈性介質(zhì)，使得“以太”的存在和不存在沒有什么差別，不需要強(qiáng)加在它身上種種性質(zhì)。至此，光速C的地位陡然升高。

麥克斯韋電磁場(chǎng)理論揭示了電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，統(tǒng)一了光學(xué)與電磁學(xué)，開創(chuàng)了物理學(xué)的新時(shí)代。但同時(shí)它也提出了新的更深刻的問(wèn)題：麥克斯韋方程組只適用于某個(gè)特殊的慣性系還是適用于一切慣性系。如果麥克斯韋方程組只適用于某個(gè)特殊的慣性系，則不僅違背相對(duì)性原理，且該慣性系就是牛頓的絕對(duì)空間，地球相對(duì)它運(yùn)動(dòng)將受到以太風(fēng)的吹拂，然而試圖探測(cè)其影響的Michelson-Mor1ey實(shí)驗(yàn)卻得出了否定的結(jié)果。如果麥克斯韋方程組適用于一切慣性系，則根據(jù)伽利略變換得出的經(jīng)典速度合成規(guī)律，在不同慣性系中的光速應(yīng)不同，甚至?xí)霈F(xiàn)違背因果關(guān)系的超光速現(xiàn)象，也難以解釋?？傊?，對(duì)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，伽利略變換和相對(duì)性原理之間存在著不可調(diào)和的深刻矛盾。直至1905年Einstein以相對(duì)性原理和光速不變?cè)頌榍疤?，并借助洛倫茲變換方程建立起狹義相對(duì)論之后，這一切矛盾和困惑才最終得以解決。

由此可見，真空中的光速C從光波的速度上升為一切電磁波的傳播速度之后，又進(jìn)一步成為一切實(shí)際物體和信號(hào)速度的上限，并且在任何慣性系中C的取值都相同。C作為基本物理常數(shù)，提供了不可逾越的速度界限，從根本上否定了一切超距作用，成為相對(duì)論和新時(shí)空觀的鮮明標(biāo)志，同時(shí)又成為是否需要考慮相對(duì)論效應(yīng)的定量判斷標(biāo)準(zhǔn)。

1900年普朗克為解釋黑體輻射，提出諧振子能量不連續(xù)的大膽假設(shè)。1905年Einstein為解釋光電效應(yīng)，把能量子假設(shè)推廣到電磁波，提出“光量子”。1924年德布羅意通過(guò)粒子與波的對(duì)比，假設(shè)微觀粒子也具有波動(dòng)性，也就是波粒二象性，設(shè)其動(dòng)量為p，則其德布洛依波長(zhǎng)由下式絕定：pλ=h，這里h是一常量，叫普朗克常數(shù)，h幾乎處處出現(xiàn)，它宣告物理學(xué)新的研究領(lǐng)域——量子物理學(xué)誕生了。

量子物理學(xué)的進(jìn)展表明，普朗克常數(shù)h是量子物理學(xué)的重要常數(shù)，凡是涉及量子效應(yīng)的一切物理量都與它有關(guān)，h不僅必然成為微觀粒子運(yùn)動(dòng)特征的定量標(biāo)準(zhǔn)，而且成為劃分量子物理與經(jīng)典物理的定量界限（正如C是劃分相對(duì)論與非相對(duì)論的定量界限一樣）。如果物理體系具有作用量綱的物理量與h可相比擬，則該體系的行為必須在量子力學(xué)的框架內(nèi)描述；反之，如果物理體系具有作用量綱的物理量遠(yuǎn)大于h，則經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)律就在足夠的精確度對(duì)該體系有效。普朗克常數(shù)h的深刻含義和重要地位，使之得以躋身基本物理常數(shù)之列。

普朗克常數(shù)h的一個(gè)意外而有趣的含義在于，它是一個(gè)直接關(guān)系到宇宙存在形式的基本常數(shù)。宇宙中廣泛存在著有形的物質(zhì)與輻射，其間的能量交換（如物體發(fā)光或吸收光）遵從一條物理原理，即能量按自由度均分。如果不存在普朗克常數(shù)，即若h=0，則表明輻射與有形物質(zhì)之間的能量交換可任意進(jìn)行。由于輻射的自由度與頻率的平方成正比，隨著頻率增高，輻射自由度在數(shù)量上是沒有上限的。因此，輻射通過(guò)與有形物質(zhì)的能量交換，將不斷地從有形物質(zhì)中吸取能量，最終導(dǎo)致有形物質(zhì)的毀滅。于是，整個(gè)宇宙只剩下輻射，沒有原子、分子，沒有氣體、液體、固體等，生命與人類當(dāng)然無(wú)從談及。幸而普朗克常數(shù)h不為零，輻射的能量是不連續(xù)的，存在著ε=hv的能量臺(tái)階，波長(zhǎng)越短頻率越高的輻射其能量臺(tái)階越高，在與有形物質(zhì)的能量交換中越不起作用，相應(yīng)的輻射自由度凍結(jié)，從而使有形物質(zhì)與幅射的能量交換受到限制，兩者才能達(dá)到平衡，我們這個(gè)宇宙才能以當(dāng)今豐富多采的形式存在下去。

下面介紹一下近代精確測(cè)量C和h的方法。

測(cè)量真空中光速的精確方法是，直接測(cè)量激光的頻率ν和真空波長(zhǎng)λ，由兩者乘積得出真空光C。1972年，通過(guò)測(cè)量甲烷譜線的頻率與真空波長(zhǎng)，得出真空中光速為c＝299792458±1.2米/秒。1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)規(guī)定新的米定義為：“米是1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)光在真空中行程的長(zhǎng)度?！庇捎诠馑偈嵌x，不確定度為零，從此不再需要任何測(cè)量，結(jié)束了300多年精密測(cè)量C的歷史。

h首先由普朗克給出，普朗克利用黑體輻射位移定律中的Wien常數(shù)b與k（Boltzmann常數(shù)）、C、h的關(guān)系，由b、k、C算出h，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定h則始于Millikan，他利用光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)得出h，近代精確測(cè)定h的方法是利用Josephson效應(yīng)，這是超導(dǎo)體的一種量子效應(yīng)。

1900年，Thomson在總結(jié)以往幾百年的物理學(xué)時(shí)指出：“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家似乎只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了；但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云。”這兩朵烏云就是當(dāng)時(shí)無(wú)法解釋的黑體輻射和Michel-son—MOrley實(shí)驗(yàn)，正是它們引起了物理學(xué)的深刻變革，導(dǎo)致量子力學(xué)和相對(duì)論的誕生，與此同時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)基本物理常數(shù)h和C。

參考文獻(xiàn)

[1][美]威切曼著，復(fù)旦大學(xué)物理系譯，《量子物理學(xué)》，科學(xué)出版社，1978年

篇7

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

摘 要：實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，能夠創(chuàng)造新知識(shí)、產(chǎn)生新技術(shù).近代物理實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力具有特殊功能，是培養(yǎng)創(chuàng)新思維品質(zhì)、分析解決問(wèn)題能力、實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)技能的重要環(huán)節(jié).近代實(shí)驗(yàn)技術(shù)在許多科學(xué)領(lǐng)域與工程實(shí)踐中有廣泛應(yīng)用.本文結(jié)合原子物理學(xué)課程、近代物理實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際，探討近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法和教學(xué)組織形式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力.

關(guān)鍵詞 ：創(chuàng)新思維；創(chuàng)新能力；開放式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-260X（2015）01-0233-02

1 引言

眾所周知，在近代物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，兩個(gè)重要的物理實(shí)驗(yàn)與經(jīng)典的物理學(xué)理論尖銳矛盾，一個(gè)是黑體輻射中的紫外災(zāi)難（ultra-violet catastrophe），另一個(gè)是邁克爾遜 A.A.Michelson-莫雷E.W.Morley實(shí)驗(yàn).它們導(dǎo)致量子理論和相對(duì)論的建立，開創(chuàng)了近代物理的新紀(jì)元.Einstein提出的狹義相對(duì)論，改變了Newton力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀，而量子理論則涉及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律的根本改變[1-3].量子理論不僅能夠揭示極為廣泛的自然現(xiàn)象，同時(shí)還引發(fā)了極為廣泛的新技術(shù)上的應(yīng)用.近代物理理論和技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了原子物理、核物理、粒子物理、凝聚態(tài)物理和天體物理等的研究，產(chǎn)生了半導(dǎo)體、核工程、激光等新的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù).這些新技術(shù)在能源、材料、工程技術(shù)、工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、生物科學(xué)、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用.縱觀物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程，實(shí)驗(yàn)始終是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，能夠創(chuàng)造新知識(shí)、產(chǎn)生新技術(shù)，是培養(yǎng)創(chuàng)新思維品質(zhì)、分析解決問(wèn)題能力、實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)技能的重要環(huán)節(jié).但學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課程，動(dòng)手能力和主動(dòng)性較差，個(gè)性和潛能不能充分發(fā)揮，因此我們嘗試推進(jìn)近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革.

2 合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容 突出思想方法和現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)

近代物理學(xué)的兩大支柱-量子論和相對(duì)論，前者研究微觀粒子的統(tǒng)計(jì)行為，后者則研究高速（接近光速）運(yùn)動(dòng)物體的行為，許多經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)律已不再適用，兩者在生活中又沒有相應(yīng)的模型與之對(duì)應(yīng)，因此研究過(guò)程離不開新的物理思想、方法和現(xiàn)代測(cè)量技術(shù).近代物理實(shí)驗(yàn)課程，目的是使學(xué)生掌握先進(jìn)的研究問(wèn)題的思想、方法、技術(shù)和手段，跟蹤最新科學(xué)研究動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維品質(zhì)，造就高素質(zhì)人才.我們?cè)诮锢韺?shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)充分論證，設(shè)置了黑體輻射、弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)、X射線物象分析、原子力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、微波測(cè)量技術(shù)、激光拉曼、塞曼效應(yīng)、鈉原子光譜、核磁共振等12個(gè)必修項(xiàng)目，另外我們正在積極建設(shè)原子核物理技術(shù)實(shí)驗(yàn)-快速電子的動(dòng)量與動(dòng)能的相對(duì)論關(guān)系實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.這些實(shí)驗(yàn)包括了近代物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中具有經(jīng)典性、物理思想影響深遠(yuǎn)的物理實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)技能和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)論、現(xiàn)代新技術(shù)在各領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握基本理論、研究問(wèn)題的思想方法和高級(jí)實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維意識(shí)、創(chuàng)新能力、分析解決問(wèn)題能力和自主研究問(wèn)題的興趣與能力.

3 合理選擇教學(xué)方法 培養(yǎng)創(chuàng)新思維品質(zhì)

近代物理實(shí)驗(yàn)課程是物理學(xué)專業(yè)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生的必修課程，重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維品質(zhì)和科學(xué)素質(zhì)，提高學(xué)生科學(xué)認(rèn)知的水平和能力.12個(gè)近代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中涉及到原子物理實(shí)驗(yàn)、X光技術(shù)、微波技術(shù)、磁共振技術(shù)等[4-5].針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際適時(shí)調(diào)整教學(xué)方式方法，對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理、儀器構(gòu)造、操作注意事項(xiàng)等內(nèi)容，用現(xiàn)代多媒體技術(shù)手段呈現(xiàn)并認(rèn)真分析講解.對(duì)于具體的操作方法、技能，教師要充分發(fā)揮主導(dǎo)和示范作用，學(xué)生須嚴(yán)格按操作規(guī)程序完成操作.如塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的調(diào)節(jié)；激光拉曼實(shí)驗(yàn)中外光路的調(diào)節(jié)及應(yīng)用程序的使用；掃描隧道顯微鏡實(shí)驗(yàn)中針尖、樣品的安裝，STM工作軟件的使用等以提高學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能.對(duì)于綜合研究性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，提出需要研究解決的問(wèn)題，采用探索研究式、啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法并根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展適時(shí)引導(dǎo)、啟發(fā)、答疑、解惑，改變學(xué)生機(jī)械、被動(dòng)的重復(fù)教材實(shí)驗(yàn)過(guò)程的狀態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生思維活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維品質(zhì)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑，相互討論，使學(xué)生不迷信、不盲從于教材和教師,充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程變成積極思維、勇于探索的創(chuàng)造性過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維品質(zhì)和創(chuàng)新能力.

4 采取開放式教學(xué)模式 促使知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化

12個(gè)近代物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃課時(shí)僅為48學(xué)時(shí),這就需要打破傳統(tǒng)的教與學(xué)、理論與實(shí)驗(yàn)、時(shí)間與空間的界限，采用開放式的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng).開放式教學(xué)指設(shè)備、場(chǎng)地、內(nèi)容、時(shí)間、興趣、思維、教學(xué)方法、教學(xué)手段等全面開放,以促進(jìn)學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力.就原子物理部分實(shí)驗(yàn)而言，教師可以根據(jù)理論課的教學(xué)進(jìn)程、教學(xué)內(nèi)容靈活安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時(shí)間，課堂上提出要探討研究的課題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析討論并綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、技能，提出研究解決問(wèn)題的思路方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.如：在玻爾理論的教學(xué)過(guò)程中，課堂上可引導(dǎo)學(xué)生分析討論，提出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證原子內(nèi)部能量量子化的思想方法并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后與弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較修改完善設(shè)計(jì)方案.在這個(gè)基礎(chǔ)上并在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)安排學(xué)生完成弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，證明原子內(nèi)部量子化的量子化.弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，但教師在授課過(guò)程中提出能夠引發(fā)學(xué)生思維的問(wèn)題，創(chuàng)設(shè)思維環(huán)境，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考問(wèn)題，并綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題，理論與實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合使這個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)變成了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)向能力進(jìn)行轉(zhuǎn)化.對(duì)于原子的核式結(jié)構(gòu)模型、原子的空間量子化、實(shí)物粒子的波粒二象性等教學(xué)內(nèi)容雖然沒安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)或沒有實(shí)驗(yàn)條件，同樣可以采用這種方式進(jìn)行教學(xué)，如驗(yàn)證盧瑟福散射公式、原子的空間量子化等，教師創(chuàng)設(shè)思維環(huán)境，提出有待解決的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生分析討論，調(diào)動(dòng)學(xué)生思維,探求解決方案,然后讓學(xué)生查閱相關(guān)資料，完善改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)獲取信息的能力、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)造性思維能力.原子物理學(xué)課程中[6-7]，巧妙的構(gòu)思與設(shè)計(jì)貫穿于教學(xué)過(guò)程始終，在教學(xué)過(guò)程中，教師要善于創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，解放學(xué)生的思維空間，學(xué)生大膽想象、設(shè)計(jì)、爭(zhēng)論、探究，教師及時(shí)引導(dǎo)、修正、解惑、答疑，理論課與實(shí)驗(yàn)課有機(jī)結(jié)合統(tǒng)籌安排的教學(xué)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的二者分開教學(xué)的教學(xué)效果.

由于設(shè)備、場(chǎng)地、內(nèi)容、時(shí)間、興趣、思維等全面開放，教師可以精選實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)研究或作為學(xué)生的選修項(xiàng)目.對(duì)于選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師要明確提出任務(wù)要求，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)技能進(jìn)行構(gòu)思,并正確選擇實(shí)驗(yàn)儀器,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力和創(chuàng)造能力.學(xué)生也可以參與教師的科研工作，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、組織實(shí)施能力和知識(shí)應(yīng)用能力.除此之外，學(xué)生也可根據(jù)自己的專業(yè)特點(diǎn)、興趣愛好，有目的有計(jì)劃的進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生根據(jù)自己要研究解決問(wèn)題的，查閱資料并認(rèn)真研究,提出分析、解決問(wèn)題的構(gòu)想，自主選擇儀器、設(shè)計(jì)研究方案，然后在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些新的問(wèn)題及時(shí)與教師研究討論，不斷修改完善實(shí)驗(yàn)方案，尋求解決問(wèn)題的最佳途徑.自主實(shí)驗(yàn)在時(shí)間、空間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等方面給學(xué)生充分的自主權(quán),充分的學(xué)習(xí)思維空間,豐富的想象空間，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性,培養(yǎng)學(xué)生觀察、思維、設(shè)計(jì)、操作、創(chuàng)新能力.

近代物理的理論和技術(shù)在諸多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，在教學(xué)過(guò)程中，將理論課、實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)拓寬，實(shí)現(xiàn)理論、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用同步教學(xué).如將理論課與實(shí)驗(yàn)資源、網(wǎng)絡(luò)資源有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生探究描隧道顯微技術(shù)、核磁共振層析技術(shù)、核能利用、X射線衍射物象分析技術(shù)、血管造影技術(shù)、激光技術(shù)等內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情和潛能，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

5 結(jié)語(yǔ)

近代物理實(shí)驗(yàn)是一門綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，在教學(xué)過(guò)程中恰當(dāng)?shù)倪x擇教學(xué)方法、適當(dāng)拓展教學(xué)內(nèi)容，采用以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)新思維能力、分析解決問(wèn)題能力、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ粩嗵岣叩牧夹匝h(huán)中.開放性教學(xué)的實(shí)施,給學(xué)生充分的學(xué)習(xí)、思維和想象空間，使學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、技能獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、思維能力和創(chuàng)新能力得到提高.但實(shí)施過(guò)程中也會(huì)遇到各種意想不到的問(wèn)題，教師面臨前所未有的挑戰(zhàn)，這就要求教師不斷充實(shí)和完善自己，確保教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升.

參考文獻(xiàn)：

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篇8

摘要：物理學(xué)作為一門最基礎(chǔ)的自然學(xué)科，在產(chǎn)生形成發(fā)展的過(guò)程中，蘊(yùn)含著豐富的哲學(xué)文化。為了充分挖掘自然科學(xué)中的哲學(xué)思想，加強(qiáng)科學(xué)文化與哲學(xué)文化之間的聯(lián)系，文章從唯物辯證法、美學(xué)、科學(xué)道德3個(gè)方面剖析了物理學(xué)中的哲學(xué)思想。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；哲學(xué)思想

物理學(xué)是一門最基本的自然學(xué)科，它是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，所以人們往往認(rèn)為物理學(xué)只是包含一些枯燥的理論公式，而忽視了物理學(xué)中包含的人文因素諸如人文哲學(xué)思想、美學(xué)等方面。實(shí)際上，物理學(xué)在產(chǎn)生、形成、發(fā)展的過(guò)程中，人們不是為了物理學(xué)而研究物理學(xué)，而是為了有助于人類、社會(huì)以及個(gè)體人的發(fā)展而研究物理學(xué)，所有這些都涉及到了人與人的關(guān)系、人與自然的關(guān)系，這些關(guān)系中都蘊(yùn)含著豐富的哲學(xué)思想。

1物理學(xué)中的唯物辯證法思想

物理學(xué)在古代被稱為自然哲學(xué)，物理學(xué)作為一門精密的學(xué)科進(jìn)行研究是從1687年牛頓發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》開始的。隨著學(xué)科的發(fā)展與不斷完善，物理學(xué)才從哲學(xué)中分化出來(lái)，形成獨(dú)立的學(xué)科，但物理文化中蘊(yùn)含的哲學(xué)思想是不會(huì)被分離的。

1.1實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)

物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)既是建立物理理論的基礎(chǔ)又是檢驗(yàn)物理理論真理性的方法。楊振寧教授說(shuō)“物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為本的學(xué)科”，物理學(xué)上很多理論都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)論證的結(jié)果，體現(xiàn)了唯物辯證法的認(rèn)識(shí)論觀點(diǎn)――實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

1.2物質(zhì)是普遍聯(lián)系的

物理發(fā)展史上，很多地方體現(xiàn)了物質(zhì)是普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)。比如人們?cè)?jīng)把電和磁孤立起來(lái)，物理學(xué)家奧斯特接受自然力統(tǒng)一的哲學(xué)思想。堅(jiān)信電和磁之間存在某種潛在聯(lián)系，經(jīng)過(guò)多年研究，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，并由此開創(chuàng)了電磁學(xué)的新紀(jì)元。把電和磁聯(lián)系了起來(lái)，這正體現(xiàn)了唯物辯證法的特征――物質(zhì)是普遍聯(lián)系的。

1.3事物發(fā)展過(guò)程中的“否定之否定”規(guī)律

人們對(duì)物理現(xiàn)象及其本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是不斷地發(fā)展和完善起來(lái)的，每一種理論的建立過(guò)程都體現(xiàn)了“實(shí)驗(yàn)(事實(shí))――理論假設(shè)――實(shí)驗(yàn)(新的事實(shí))――修正理論”，遵循著辯證唯物主義中的“否定之否定”規(guī)律。比如在整個(gè)光學(xué)的發(fā)展史中對(duì)光本質(zhì)這個(gè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，先是牛頓的微粒說(shuō)；再是惠更斯的彈性波動(dòng)說(shuō)；接著麥克斯韋提出電磁波動(dòng)說(shuō)；到20世紀(jì)愛因斯坦提出光量子說(shuō)。最終人們認(rèn)識(shí)到光具有波粒二象性，人類對(duì)光本性的認(rèn)識(shí)就正是遵循著“否定之否定”認(rèn)識(shí)規(guī)律的反映。

1.4主要矛盾與次要矛盾的辯證關(guān)系

物理學(xué)中為了方便研究問(wèn)題，經(jīng)常抓住物體的主要特征，忽略物體的次要特征，而抽想出一些理想模型。如“質(zhì)點(diǎn)”這個(gè)理想模型保留了實(shí)際物體的質(zhì)量和存在的位置，而忽略了物體本身的大小形狀，體現(xiàn)出辯證唯物主義中的“主要矛盾與次要矛盾之間的辯證關(guān)系”。

1.5運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性和時(shí)空的相對(duì)性

近代物理學(xué)的一大理論―愛因斯坦的相對(duì)論中涉及的哲學(xué)問(wèn)題很多。最突出的就是相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)的時(shí)空觀念。相對(duì)論指出：相對(duì)性原理的本質(zhì)在于運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性這一事實(shí)，而不存在絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)論否定了絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的存在，就否定了絕對(duì)時(shí)空的概念。它通過(guò)不變的光速把時(shí)間和空間聯(lián)合為一個(gè)整體，由洛倫茲變換建立起各個(gè)慣性系之間的時(shí)空關(guān)系。

可見，不論是物理文化知識(shí)本身，還是物理文化形成、發(fā)展的過(guò)程都蘊(yùn)含著豐富的哲學(xué)思維方法，對(duì)人類的自然觀和哲學(xué)思想有重大的影響。

2物理學(xué)中的美學(xué)文化

2.1物理理論的美學(xué)特征

2.1.1簡(jiǎn)單深刻美

在一個(gè)藝術(shù)家眼里簡(jiǎn)單是一種美。自然現(xiàn)象錯(cuò)綜復(fù)雜，物理學(xué)則力求用簡(jiǎn)單的方程或定律去概括自然規(guī)律，但其反映的內(nèi)在規(guī)律確是非常深刻的。如能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律反映了各種不同形式的能量的轉(zhuǎn)化，牛頓的三大定律更是概括了宏觀低速條件下各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，麥克斯韋電磁方程組將復(fù)雜的電磁現(xiàn)象統(tǒng)一其中，愛因斯坦相對(duì)論中的基本原理簡(jiǎn)單凝練，但其中內(nèi)涵確是豐富而深刻的。

2.1.2對(duì)稱守恒美

對(duì)稱是自然界中廣泛存在的也是人們很樂(lè)于接受的一種美學(xué)形式，物理學(xué)在對(duì)自然的表述中處處顯現(xiàn)出了這種對(duì)稱的美：引力和斥力，“電生磁”與“磁生電”，粒子與反粒子，物質(zhì)與反物質(zhì)、圓孔或單縫衍射圖樣的對(duì)稱、無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的軸對(duì)稱等等。物理定律對(duì)某種規(guī)范變換的不變性、守恒性更是貫穿于整個(gè)物理學(xué)的一種對(duì)稱形式，物理學(xué)中有許多守恒定律如：動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒等等。實(shí)際上，對(duì)稱性已經(jīng)成為當(dāng)代物理學(xué)家研究物理理論的一種方法。

2.1.3統(tǒng)一和諧美

篇9

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；科學(xué)素質(zhì)；探索精神

物理學(xué)是自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)和發(fā)展具有穩(wěn)定性、長(zhǎng)效性的重要支撐作用，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和科研能力等方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。大學(xué)物理作為一門重要的基礎(chǔ)課程，除了傳授相關(guān)物理知識(shí)以外，其基礎(chǔ)地位和在科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中的作用更為重要。重視大學(xué)物理課程教學(xué)，不斷強(qiáng)化其對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的作用，對(duì)教員來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的課題，需要不斷努力探索。

一、要充分認(rèn)識(shí)大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)地位

物理學(xué)是一門最基礎(chǔ)的自然科學(xué)，隨著自然科學(xué)的發(fā)展，它的各部分內(nèi)容已分別形成許多獨(dú)立的學(xué)科。物理學(xué)在整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展中占有非常重要的地位，物理學(xué)的知識(shí)和方法已成為許多自然科學(xué)部門和工程技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。一方面，它所建立的基本概念，已滲透到自然科學(xué)的其它領(lǐng)域，它所得出的原理是關(guān)于物質(zhì)世界的基本規(guī)律，是普適的，是相對(duì)穩(wěn)定的；另一方面，物理學(xué)所采用的思維方法和研究方法也被其他學(xué)科所吸收，科學(xué)的思維方法和研究方法對(duì)于在其他學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和工作的人也具有深遠(yuǎn)的影響。而且，物理學(xué)也是技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。物理學(xué)的三次突破（經(jīng)典力學(xué)熱力學(xué)、電磁場(chǎng)理論、相對(duì)論量子力學(xué)）導(dǎo)致了生產(chǎn)力的三次飛躍，使人類從工業(yè)機(jī)械化時(shí)代進(jìn)入電氣化時(shí)代、再進(jìn)入信息化時(shí)代。正如我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森所說(shuō)：“現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，說(shuō)到底，是靠?jī)砷T學(xué)問(wèn)：一是物理，二是數(shù)學(xué)。

二、要充分發(fā)揮大學(xué)物理課程在學(xué)生科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)方面的作用

物理學(xué)是探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科，重在探索。物理學(xué)的發(fā)展往往是從發(fā)現(xiàn)矛盾和提出問(wèn)題開始的。正如愛因斯坦所說(shuō)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要。”費(fèi)曼也曾說(shuō)：“科學(xué)是一種方法，它教導(dǎo)人們：一些事情是怎樣被了解的，什么事情是已知的，現(xiàn)在了解到什么程度，如何對(duì)待疑問(wèn)和不確定性，證據(jù)服從什么法則，如何去思考事物，做出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象?！彼哉f(shuō)，物理學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)方面有獨(dú)特的作用。

（一）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的自然觀和辯證唯物主義的世界觀

在大學(xué)物理教學(xué)中，教員要充分揭示物理知識(shí)的內(nèi)涵，并適當(dāng)利用物理學(xué)的發(fā)展歷史，來(lái)幫助學(xué)生樹立科學(xué)的自然觀和辯證唯物主義的世界觀。例如：從古代宇宙理論到托勒密的地心體系、到哥白尼的日心說(shuō)、到牛頓的靜態(tài)宇宙模型、再到稱之為“標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型”的大爆炸宇宙學(xué)說(shuō)，反映了人類對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的逐步深入；對(duì)物質(zhì)層次結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形態(tài)與相互轉(zhuǎn)化，對(duì)稱性與守恒律等的研究與發(fā)現(xiàn)，充分體現(xiàn)了世界的物質(zhì)性，證明了物質(zhì)世界的客觀性和可認(rèn)識(shí)性；牛頓力學(xué)實(shí)現(xiàn)了天體力學(xué)與地面力學(xué)的統(tǒng)一，電磁場(chǎng)理論使電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)得到統(tǒng)一，力學(xué)與電磁學(xué)的統(tǒng)一，導(dǎo)致的狹義相對(duì)論的創(chuàng)立，四種基本相互作用的依次發(fā)現(xiàn)與研究導(dǎo)致“大統(tǒng)一理論”的研究與發(fā)展等，充分說(shuō)明了物質(zhì)世界的統(tǒng)一性。辯證法的核心――矛盾的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律，在物理學(xué)中的例證也是豐富多彩的，如吸引與排斥、壓縮與膨脹、有序與無(wú)序、對(duì)稱與破缺、量變與質(zhì)變、連續(xù)與離散等。

（二）培養(yǎng)學(xué)生的探索精神與創(chuàng)新精神

在大學(xué)物理教學(xué)中，可以結(jié)合物理學(xué)的發(fā)展歷史、物理學(xué)家的生平事跡對(duì)學(xué)生進(jìn)行教育，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于提出見解，培養(yǎng)他們的探索精神和創(chuàng)新精神。普朗克提出熱力學(xué)第二定律新思想曾受到亥姆霍茲、克勞修斯反對(duì)，他嘆息道：“新的科學(xué)理論常常通過(guò)說(shuō)服反對(duì)者而獲勝，它最后的勝利是由于反對(duì)者們終于死去而贊成它的年輕一代成長(zhǎng)了起來(lái)?！蔽锢韺W(xué)界常戲稱為“普朗克定理”，足見探索、創(chuàng)新精神的難能可貴。通過(guò)介紹哥白尼、伽利略等科學(xué)家在追求真理道路上的曲折遭遇到最后勝利，可以強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新的勇氣和探索的意志；法拉第在電流磁效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后產(chǎn)生“磁生電”的思想，經(jīng)過(guò)十年努力，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，體現(xiàn)了科學(xué)家的不怕失敗、百折不撓、勇與探索的精神。體現(xiàn)創(chuàng)新精神的例子也有很多，如愛因斯坦放棄傳統(tǒng)的時(shí)空觀，提出狹義相對(duì)論，又經(jīng)長(zhǎng)達(dá)十年之久的研究創(chuàng)立了廣義相對(duì)論；李政道、楊振寧以懷疑批判精神，認(rèn)真分析大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)，提出弱相互作用宇稱不守恒并得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)；狄拉克提出“負(fù)能電子?！?，預(yù)言了正電子的存在等。正如愛因斯坦所說(shuō)，“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象力概括了世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉?！?/p>

（三）培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)研究方法

在大學(xué)物理教學(xué)中，教員要努力幫助學(xué)生掌握科學(xué)研究方法，為他們能在以后的學(xué)習(xí)和工作中恰當(dāng)處理問(wèn)題打下良好基礎(chǔ)。物理學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)精密，利用數(shù)學(xué)工具揭示物質(zhì)世界的客觀規(guī)律，同時(shí)物理學(xué)也是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的科學(xué)。研究物理學(xué)的方法豐富多彩，有觀察實(shí)驗(yàn)、分析綜合、歸納演繹、科學(xué)抽象、類比聯(lián)想、猜測(cè)試探、理想化方法、模型化方法、半定量方法等。如，類比法是一種邏輯思維方式，它是根據(jù)事物之間在某些方面的類似或同一，推斷它在其他方面也可能類似或同一的思維方法。如惠更斯將光與聲波類比，提出了光的波動(dòng)理論；德布羅意將粒子與光進(jìn)行類比，提出了實(shí)物粒子也應(yīng)具有二象性的著名論斷，預(yù)言了物質(zhì)波的存在。又如，理想模型是物理規(guī)律和物理理論賴以建立的基礎(chǔ)，大學(xué)物理課程中就涉及很多物理模型，像質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、電偶極子等都為處理問(wèn)題帶來(lái)了方便。再如，作為邏輯推理的助手，理想試驗(yàn)是用假想的、在理想或極端條件下的推理，對(duì)命題做出判斷，它在物理學(xué)發(fā)展史上起著重要而獨(dú)特的作用，如伽利略用理想斜面試驗(yàn)論證了慣性定律，牛頓設(shè)想高空平拋物體導(dǎo)致萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦設(shè)計(jì)箱體輻射論證質(zhì)能關(guān)系，海森堡用理想實(shí)驗(yàn)論證了不確定關(guān)系等。

總之，我們應(yīng)當(dāng)重視大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)地位，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中體現(xiàn)素質(zhì)教育的思想，從以書本為中心轉(zhuǎn)移到關(guān)注學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)上來(lái)，充分挖掘物理學(xué)中蘊(yùn)含的豐富思想和方法，強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)，使他們終身受益。

參考文獻(xiàn)

[1]張三慧．大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)[M]．清華大學(xué)出版社，2003．

篇10

在金融界里，你是和上帝的造物玩游戲。

模擬世界

偉大的數(shù)學(xué)家卡爾?弗里德克?高斯在19世紀(jì)曾有定論：“數(shù)學(xué)是科學(xué)的皇后”，照這樣說(shuō)的話，那么物理學(xué)就是皇帝。從17世紀(jì)中葉到19世紀(jì)末，牛頓的引力定律、三大運(yùn)動(dòng)定律和微分學(xué)極度完美地描述了我們這個(gè)世界和太陽(yáng)系物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

牛頓之后兩百年，蘇格蘭物理學(xué)家詹姆斯?克拉克?邁克斯韋在1864年用簡(jiǎn)潔優(yōu)美的微分方程，同樣驚人地準(zhǔn)確地刻畫了光波、X射線和電磁波的傳播。邁克斯韋方程表明，電和磁這兩種之前彼此不相干的物理現(xiàn)象，其實(shí)都是同一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)的不同部分。

到20世紀(jì)初，步伐加快了。愛因斯坦在對(duì)牛頓力學(xué)和邁克斯韋方程理論上的矛盾進(jìn)行思考之后，提出了狹義相對(duì)論。狹義相對(duì)論修正了牛頓的機(jī)械運(yùn)動(dòng)定律，使之與邁克斯韋方程統(tǒng)一起來(lái)。15年后，愛因斯坦再次向牛頓力學(xué)開刀，提出了廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論修改了牛頓的引力定律，將引力描述成一種在空間和時(shí)間上范圍很廣的引力波。幾乎是在同一時(shí)間，波爾、薛定諤和海森堡在偉大的愛因斯坦的幫助下，發(fā)展出了關(guān)于分子、原子以及亞原子粒子微觀行為的量子力學(xué)。

在任何一個(gè)領(lǐng)域中，在追求科學(xué)規(guī)律的背后，目的又是什么呢?很明顯，是為了預(yù)測(cè)未來(lái)并掌控未來(lái)。絕大多數(shù)現(xiàn)代科技，無(wú)論我們喜歡也好，依賴也罷，甚至是憎恨、厭惡乃至恐懼――比如手機(jī)、電網(wǎng)、X射線造影、核武器等等，都是在諸如量子力學(xué)、電磁理論、相對(duì)論等基礎(chǔ)理論之上發(fā)展起來(lái)的。而這些基礎(chǔ)理論無(wú)一例外都是大腦思考的結(jié)果。20世紀(jì)用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的經(jīng)典工具的確就是這樣一些物理學(xué)理論。最近，物理學(xué)家們開始在金融領(lǐng)域使用這些工具。

在過(guò)去的20年中，無(wú)論是華爾街還是倫敦金融城，在幾乎所有大型金融機(jī)構(gòu)，以及很多小型金融機(jī)構(gòu)中，一小群前物理學(xué)家和應(yīng)用數(shù)學(xué)家們開始嘗試著把他們的技術(shù)應(yīng)用于證券市場(chǎng)。他們以前曾被那些誤認(rèn)為火箭技術(shù)是最尖端科學(xué)領(lǐng)域的人們稱為“火箭科學(xué)家”，而現(xiàn)在，他們通常被稱為“寬客”(Quant)。

最成功的理論

物理學(xué)家們?cè)谌A爾街又做什么呢?他們主要是構(gòu)建模型來(lái)確定證券價(jià)值。他們埋身于投資銀行、對(duì)沖基金或者是像彭博和SunGard那樣的金融軟件公司，對(duì)舊的模型修修補(bǔ)補(bǔ)，并開發(fā)出新的模型。到目前為止，在整個(gè)金融界最著名、應(yīng)用也最廣泛的是“布萊克-肖爾斯期權(quán)定價(jià)模型”。

“布萊-克肖爾斯模型”令人嘆服地告訴我們?nèi)绾卧诨A(chǔ)股票之上制造出一個(gè)期權(quán)，并且提供了成本的估算方法。據(jù)布萊克和肖爾斯所言，制造期權(quán)非帶像是做水果沙拉，而股票就有點(diǎn)像是水果。

1973年，布萊克和肖爾斯告訴大家，你可以把幾股IBM股票和現(xiàn)金混合在一起制造出一份IBM的股票期權(quán)，就好像你把蘋果和橘子混在一起做水果沙拉一樣。當(dāng)然，合成一個(gè)期權(quán)不管怎么說(shuō)都要比做水果沙拉復(fù)雜多了，否則早就有別人發(fā)現(xiàn)怎么做了。在水果沙拉中，蘋果和橘子的比例是固定不變的(比如50％的蘋果配上50％的橘子)，而期權(quán)的配比卻是持續(xù)變化的。期權(quán)要求隨著股票價(jià)格的變化，不斷調(diào)整組合中股票和現(xiàn)金的數(shù)量。用水果沙拉來(lái)說(shuō)就是，可能剛開始時(shí)有50％的蘋果和50％的橘子，隨著蘋果價(jià)格的上漲，沙拉可以調(diào)整為40％的蘋果和60％的橘子；而蘋果價(jià)格的下降，則可能帶來(lái)70％蘋果和30％橘子的配比。在某種意義上就是，當(dāng)原料價(jià)格和時(shí)間不斷變化時(shí)，你卻一直努力保持組合的價(jià)格不變。而你需要遵守的那個(gè)準(zhǔn)確的秘訣就由“布萊克-肖爾斯方程”給出。這個(gè)方程的符案，也就是“布萊克-肖爾斯公式”，告訴你照著秘訣去做成本會(huì)是多少。在布萊克和肖爾斯之前，甚至都沒有人能猜想出你可以用簡(jiǎn)單的原料制造出一個(gè)期權(quán)來(lái)，就更別提還能計(jì)算出期權(quán)的合理價(jià)格了。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是現(xiàn)代金融領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。布萊克和肖爾斯憑借他們的洞察力，讓期權(quán)這個(gè)以前僅供少數(shù)人享用的“大餐”成了標(biāo)準(zhǔn)化的“套餐”。金融機(jī)構(gòu)的交易員們現(xiàn)在可以根據(jù)各種基礎(chǔ)證券制造和銷售期權(quán)，創(chuàng)造出客戶想要的而又不用自己來(lái)承擔(dān)的確定的風(fēng)險(xiǎn)。這就好像在一個(gè)充滿了氫氣和氧氣的干渴世界里，終于有人發(fā)現(xiàn)了如何合成水。

寬客的生活

在交易領(lǐng)域作實(shí)務(wù)工作的寬客的生活完全不同于物理學(xué)家的生活。我在物理研究領(lǐng)域工作多年后，于1985年底首次進(jìn)入華爾街，當(dāng)時(shí)我的新老板讓我接手一個(gè)存在問(wèn)題的用于債券期權(quán)的“布萊克-肖爾斯模型”的第二輪使用，這個(gè)模型是他一年前設(shè)計(jì)的。我仍像個(gè)物理學(xué)家那樣謹(jǐn)慎而又小心地開始了工作。我閱讀了相關(guān)論文，學(xué)習(xí)了有關(guān)理論，分析了存在的問(wèn)題，著手重新編寫模型運(yùn)算的計(jì)算機(jī)程序。幾個(gè)星期后，老板對(duì)我工作的進(jìn)展緩慢變得不耐煩了?！澳銘?yīng)該清楚，”他把我叫到一邊，嚴(yán)厲地說(shuō)道，“干這個(gè)活你只需要知道四件事，就是加、減、乘、除，而且大多數(shù)時(shí)候，還沒用到除法，活就應(yīng)該干完了!”

我明白他的意思。當(dāng)然這個(gè)模型用到的高等數(shù)學(xué)比加減乘除要多。但他的想法是對(duì)的。大多數(shù)的期權(quán)交易商們必須盡可能快地制造出客戶們需要的產(chǎn)品，他們是靠這個(gè)吃飯的，換句話說(shuō)，他們提供服務(wù)是為了賺錢。對(duì)他們來(lái)講，一個(gè)簡(jiǎn)單的、易于理解的模型遠(yuǎn)比一個(gè)更好的、更復(fù)雜的模型有用得多。當(dāng)你的利潤(rùn)很豐厚，又想盡可能多地做業(yè)務(wù)時(shí)，過(guò)分地關(guān)注那些你一時(shí)半會(huì)兒搞不定的細(xì)節(jié)，就可能會(huì)耽誤賺錢。而且通常情況下，很難準(zhǔn)確地定義出哪些因素構(gòu)成個(gè)“更好”的模型――市場(chǎng)上鮮有可控的實(shí)驗(yàn)。

思想家對(duì)壘實(shí)踐者

在華爾街，交易員和寬客是不同的兩類人。交易員常以意志堅(jiān)定、性格直率為榮，而寬客則更加謹(jǐn)慎小心、少言寡語(yǔ)。這種性格上的差異正是深層文化偏好上的反映。交易員受雇就是來(lái)做交易的。他們整天就是盯著屏幕，搜集經(jīng)濟(jì)信息，在電子數(shù)據(jù)表格間飛快地?fù)Q來(lái)?yè)Q去，運(yùn)行寬客們編寫的程序，輸入交易信息，跟銷售員和經(jīng)紀(jì)人交談，還有敲擊鍵盤。在工作時(shí)間很難和一名交易員有廣泛的交流；經(jīng)常是足足等了一個(gè)小時(shí)，才有5分鐘搭話時(shí)間，而這5分鐘還會(huì)被打斷。交易員們做的部分事情，有一點(diǎn)像打電子游戲。結(jié)果呢，盡管不是永遠(yuǎn)正確，但他們學(xué)會(huì)了堅(jiān)持己見，從本能出 發(fā)快速思考問(wèn)題，并果斷做出決定。他們以工作時(shí)間被打擾為樂(lè)。

寬客則不同。他們就像搞研究的學(xué)者一樣，習(xí)慣于從開始到結(jié)束聚焦于一件事，而且要深入進(jìn)去，要做得好。但在一個(gè)你同時(shí)要做好幾件事、任務(wù)繁多的商業(yè)環(huán)境里，這樣做就是消受不起的奢侈品了。加入華爾街后，對(duì)我來(lái)說(shuō)心態(tài)上最難調(diào)整的就是必須學(xué)會(huì)同時(shí)完成好幾項(xiàng)任務(wù)，要停下手頭還沒完成的急活兒，趕緊處理另外一 件更緊迫的事兒，搞完后就往堆積如山的文件里一扔。

交易員和寬客的思維方式也 不一樣。優(yōu)秀的交易員必須時(shí)刻關(guān)注變化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)以及對(duì)他們的頭寸會(huì)有什么影響。特別是股票期權(quán)，因?yàn)槠鋬?nèi)在的不對(duì)稱性和放大股票價(jià)格變動(dòng)的特點(diǎn)，任何一點(diǎn)微小的變動(dòng)都會(huì)造成巨大的虧損或收益。寬客則較少考慮未來(lái)的變動(dòng)，而更關(guān)注現(xiàn)在價(jià)值的變化。根據(jù)金融理論，在任一時(shí)點(diǎn)上，一種證券的所謂合理價(jià)值就是在將來(lái)范圍內(nèi)所有可能的價(jià)值的平均值。因此合理價(jià)值與價(jià)值變動(dòng)就是一枚硬幣的兩面；如果一只證券在未來(lái)的市場(chǎng)變動(dòng)中價(jià)值會(huì)下降，那么下降得越多，從理論上說(shuō)，這只證券今天就越不值錢，還是那句老話――“風(fēng)險(xiǎn)多一點(diǎn)，回報(bào)多一點(diǎn)”。寬客把均值視為價(jià)值，而交易員覺得有必要為所有變動(dòng)擔(dān)心，這就是兩者的不同，也造成了他們工作交流上的困難。

優(yōu)秀的寬客也必須是個(gè)多面手，懂交易、懂銷售、懂程序設(shè)計(jì)、懂?dāng)?shù)學(xué)。很多寬客都想轉(zhuǎn)行去做交易員，但是他們面前有很大的障礙，比如學(xué)者出身的背景、謹(jǐn)慎小心的性格以及寬泛駁雜的技術(shù)。

寬客就是華爾街物種界限的違反者，他們是混血的選手，使那些純種的交易員和不含雜質(zhì)的IT經(jīng)理人感到不舒服。寬客還是些職業(yè)定位不清晰的業(yè)余選手。當(dāng)投資銀行的交易員和程序員按照明確的職業(yè)階梯，一步一步往上爬時(shí)，寬客的職業(yè)階梯卻很短，而且往往走到半空時(shí)就斷了。

上帝的與世俗的

在對(duì)物理規(guī)律的追求之中存在著一種近乎宗教般虔誠(chéng)的品質(zhì)，這種品質(zhì)源于物理學(xué)先驗(yàn)的特性。一顆行星是“如何”知道它必須遵守牛頓定律的，或者一粒電子是如何發(fā)現(xiàn)它應(yīng)該按照量子電力學(xué)的原理運(yùn)行呢?難道內(nèi)部有一個(gè)小人操作著里面的超微型計(jì)算機(jī)來(lái)決定電了下一步的方位嗎?當(dāng)你看到那些原理、想象、還有一些數(shù)學(xué)――總之都是人類的思想――能夠預(yù)測(cè)出宇宙行為的時(shí)候，很難不生出一種驚訝的感覺。在缺乏真正的領(lǐng)悟之時(shí)，唯有藝術(shù)最接近上帝。