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篇1

[關(guān)鍵詞]公允價(jià)值；計(jì)量模式；草原資產(chǎn)

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.24.029

1 引 言

我國(guó)作為草原資源大國(guó)，草原資源覆蓋全國(guó)2/5的國(guó)土面積，是我國(guó)最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)。草原資源作為重要的可再生資源，是生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的保障。國(guó)內(nèi)外大多從宏觀經(jīng)濟(jì)層面對(duì)草原資源進(jìn)行價(jià)值評(píng)估，缺乏從會(huì)計(jì)核算角度進(jìn)行微觀層面的計(jì)量，并且受傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)理論的影響，“草原資源無(wú)價(jià)或價(jià)值不菲”的觀念深入人心，而對(duì)草原資源進(jìn)行核算，可以建立人們的草原資源有價(jià)觀，加強(qiáng)對(duì)草原資源的合理利用和保護(hù)。本文選用公允價(jià)值計(jì)量模式從計(jì)量單位和計(jì)量屬性兩個(gè)方面對(duì)草原資產(chǎn)進(jìn)行核算，旨在提高草原資產(chǎn)核算的相關(guān)性，為各利益相關(guān)者提供決策有用的信息。

2 文獻(xiàn)綜述及相關(guān)理論

2.1 公允價(jià)值計(jì)量的相關(guān)研究

公允價(jià)值作為重要的計(jì)量模式，美國(guó)財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)準(zhǔn)則委員會(huì)、國(guó)際會(huì)計(jì)準(zhǔn)則理事會(huì)、我國(guó)財(cái)政部相繼頒布了有關(guān)公允價(jià)值計(jì)量的準(zhǔn)則。黃學(xué)敏（2004），葛家澍、徐躍（2006）認(rèn)為公允價(jià)值與歷史成本存在本質(zhì)的差別，公允價(jià)值是以現(xiàn)在實(shí)際的交易和事項(xiàng)為參照的估計(jì)價(jià)格，而歷史成本是現(xiàn)在交易的實(shí)際價(jià)格。[1][2]自從2008年金融危機(jī)的爆發(fā)之后，國(guó)際會(huì)計(jì)界對(duì)公允價(jià)值計(jì)量模式產(chǎn)生懷疑，Barth M.（2008）等認(rèn)為公允價(jià)值并沒(méi)有給金融危機(jī)雪上加霜，反而證明了公允價(jià)值計(jì)量模式可以增加公司財(cái)務(wù)報(bào)告的透明度，有利于為利益相關(guān)者提供決策有用的信息。[3]曹越、伍中信（2009）從決策有用觀的角度分析，公允價(jià)值計(jì)量相對(duì)于歷史成本計(jì)量的優(yōu)勢(shì)是能提供最具決策有用和相關(guān)性的會(huì)計(jì)信息。[4]

2.2 草原資產(chǎn)核算的相關(guān)研究

20世紀(jì)30年代，荷蘭經(jīng)濟(jì)學(xué)家Tinbergen提出了影子價(jià)格法，但是影子價(jià)格法只能靜態(tài)反映自然資源的最優(yōu)配置價(jià)格，不能表現(xiàn)資源本身的價(jià)值。Costanza（1997）優(yōu)化了Davis（1963）的市場(chǎng)估價(jià)法并提出了生態(tài)服務(wù)定價(jià)模型。[5]Esfahani（2002）基于能源市場(chǎng)的資源定價(jià)政治經(jīng)濟(jì)學(xué)模型對(duì)自然資源定價(jià)影響的探討也產(chǎn)生了很大的影響。[6]Harris M.（2002）等認(rèn)為保持國(guó)家自然資源體系的價(jià)值并作為國(guó)家總資產(chǎn)的一部分，可以將自然資源資產(chǎn)化。[7]王天義（2008）等提出了草原資源資產(chǎn)化的概念，并且將草原資源資產(chǎn)的核算從實(shí)物量轉(zhuǎn)變成價(jià)值量，但也只是提出了研究的方向。[8]葛家澍（2011）指出企業(yè)的要素項(xiàng)目應(yīng)該包括企業(yè)的環(huán)境資產(chǎn)和環(huán)境負(fù)債，企業(yè)的環(huán)境資產(chǎn)和環(huán)境負(fù)債應(yīng)通過(guò)定量或計(jì)價(jià)從數(shù)量上得到反映。[9]

2.3 公允價(jià)值計(jì)量模式在草原資產(chǎn)核算中的相關(guān)研究

美國(guó)證券交易委員會(huì)（SEC）（1978）提出了一種以價(jià)值為基礎(chǔ)的會(huì)計(jì)計(jì)量方法――儲(chǔ)量認(rèn)可法（RRA），以此確定現(xiàn)行自然資源儲(chǔ)量資產(chǎn)的價(jià)值，開(kāi)辟了公允價(jià)值計(jì)量模式在自然資源資產(chǎn)核算中的應(yīng)用。Prudham W.S.（1993）指出自然資源核算首先應(yīng)該統(tǒng)計(jì)自然資源的期初、期末及增減變動(dòng)量的實(shí)物量數(shù)據(jù)，然后按照一定的估價(jià)原則和方法確定相應(yīng)的價(jià)值量指標(biāo)。[10]易耀華（2009）認(rèn)為公允價(jià)值計(jì)量模式必將成為我國(guó)自然資源會(huì)計(jì)計(jì)量的主角，實(shí)現(xiàn)決策有用的會(huì)計(jì)目標(biāo)，提高信息的可靠性和相關(guān)性。[11]頡茂華等（2012）提出了草原資產(chǎn)與草原資源的區(qū)別，探究了草原資產(chǎn)核算的具體內(nèi)容，并且提出采用公允價(jià)值計(jì)量模式核算草原資產(chǎn)的新思路。[12]馬永歡等（2014）結(jié)合我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需要，提出自然資源資產(chǎn)化和自然資源價(jià)值核算的必要性。[13]

綜上所述，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究大多從統(tǒng)計(jì)角度進(jìn)行宏觀經(jīng)濟(jì)層面草原資源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值評(píng)估，從會(huì)計(jì)核算角度進(jìn)行微觀層面草原資源核算的研究較少，而具體的應(yīng)用公允價(jià)值計(jì)量模式對(duì)草原資產(chǎn)核算的研究更少。因此，本文重點(diǎn)介紹了依據(jù)草原資產(chǎn)的特性，選取公允價(jià)值計(jì)量模式，從計(jì)量單位和計(jì)量屬性這兩個(gè)方面對(duì)草原資產(chǎn)進(jìn)行核算，旨在打破人們草原資源無(wú)價(jià)的觀念，建立草原資源有價(jià)觀，更好地保護(hù)草原資源。

3 草原資產(chǎn)

3.1 草原資產(chǎn)的定義及特征

我國(guó)《草原法》第九條中明確規(guī)定“草原屬于國(guó)家所有，由法律規(guī)定屬于集體所有的除外。國(guó)家所有的草原，由國(guó)務(wù)院代表國(guó)家行使所有權(quán)”?？梢?jiàn)，我國(guó)草原資源所有權(quán)存在“二元制”的結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的草原作為資源管理，只利用了草原的使用價(jià)值，而忽略了草原的其他價(jià)值，使得“草原資源無(wú)價(jià)”的觀念深入人心，草原資源的開(kāi)發(fā)利用建立在無(wú)償使用的基礎(chǔ)上，造成草原資源的浪費(fèi)和損失。所以，本文基于產(chǎn)權(quán)理論，將草原資源資產(chǎn)化，草原資源資產(chǎn)化的會(huì)計(jì)主體應(yīng)是擁有其所有權(quán)的國(guó)家或集體。

草原資源是指草原、草山及其他一切草類資源的總稱，包括野生和人工種植的草類，是一種生物資源。本文借鑒頡茂華、馬永華等學(xué)者的觀點(diǎn)以及我國(guó)現(xiàn)行的財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)準(zhǔn)則中資產(chǎn)的定義，草原資產(chǎn)是指在現(xiàn)在技術(shù)水平下，由所有者以前的經(jīng)營(yíng)交易或事項(xiàng)形成的，由所有者擁有或控制的，預(yù)期會(huì)給所有者帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益的草原資源。當(dāng)然只有同時(shí)具備以下特征的草原資源才可以成為草原資產(chǎn)：草原資源的物質(zhì)實(shí)體具有使用價(jià)值，預(yù)期會(huì)給經(jīng)營(yíng)者帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益；草原資源歸屬于明確的會(huì)計(jì)主體，并由該主體擁有或控制；草原資源產(chǎn)生的價(jià)值或成本能夠可靠計(jì)量。

3.2 草原資產(chǎn)的分類

本文對(duì)草原資產(chǎn)的分類標(biāo)準(zhǔn)參考《企業(yè)會(huì)計(jì)準(zhǔn)則第5號(hào)――生物資產(chǎn)》中將生物資產(chǎn)劃分為消耗性生物資產(chǎn)、生產(chǎn)性生物資產(chǎn)、公益性生物資產(chǎn)，以及將生產(chǎn)性生物資產(chǎn)按照是否具備生產(chǎn)能力分為未成熟和成熟兩類，同時(shí)結(jié)合草原資產(chǎn)本身的生長(zhǎng)特性和功能分類。

本文將草原資產(chǎn)分為實(shí)物資產(chǎn)（相當(dāng)于有形資產(chǎn)）和環(huán)境資產(chǎn)（相當(dāng)于無(wú)形資產(chǎn)），其中實(shí)物資產(chǎn)分為未成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)、成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)、消耗性草原資產(chǎn)三類，環(huán)境資產(chǎn)是指公益性草原資產(chǎn)。未成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)是指為生產(chǎn)相應(yīng)的產(chǎn)品而持有的未達(dá)到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)能力的草原資產(chǎn)，如處于禁牧期的牧草；成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)是指為生產(chǎn)相應(yīng)的產(chǎn)品而持有具備持續(xù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)能力的草原資產(chǎn)，如處于放牧期的牧草；消耗性草原資產(chǎn)是指為出售而持有的處于成熟淘汰期的草原資產(chǎn)，如已停止生長(zhǎng)開(kāi)始枯黃的可食用牧草；公益性草原資產(chǎn)具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源等功能，雖然不能為企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)利益，但有助于企業(yè)從其他資產(chǎn)獲得經(jīng)濟(jì)利益。

4 草原資產(chǎn)核算的最優(yōu)選擇――公允價(jià)值計(jì)量模式

4.1 選擇公允價(jià)值計(jì)量模式的影響因素

采用歷史成本還是公允價(jià)值是草原資產(chǎn)核算計(jì)量模式選擇存在的一個(gè)難題，對(duì)于草原資產(chǎn)核算選擇公允價(jià)值計(jì)量模式受多個(gè)因素的影響。

4.1.1 草原資產(chǎn)的特征與計(jì)量屬性本身的特點(diǎn)相結(jié)合

第一，生物多樣性。草原資產(chǎn)大多數(shù)是在天然氣候條件下生長(zhǎng)的，只有少數(shù)是經(jīng)過(guò)人工種植的。歷史成本是指企業(yè)在經(jīng)營(yíng)過(guò)程中實(shí)際發(fā)生的一切成本，具有客觀性和可驗(yàn)證性，因此自然條件下形成的草原資產(chǎn)歷史成本為零或非常低，采用歷史成本會(huì)低估草原資產(chǎn)的價(jià)值；公允價(jià)值是指市場(chǎng)參與者在計(jì)量日發(fā)生的有序交易中，出售一項(xiàng)資產(chǎn)所能收到或轉(zhuǎn)移一項(xiàng)負(fù)債所需支付的價(jià)格即脫手價(jià)格，具有公允性、虛擬性、未實(shí)現(xiàn)性，采用公允價(jià)值可以更加合理地計(jì)量草原資產(chǎn)的價(jià)值。

第二，變化性。草原資產(chǎn)的生長(zhǎng)周期較短，每一時(shí)刻都會(huì)發(fā)生變化，其蘊(yùn)含的內(nèi)在價(jià)值也會(huì)不斷隨之生長(zhǎng)而發(fā)生變化。歷史成本計(jì)量無(wú)法追蹤這種成長(zhǎng)，而公允價(jià)值體現(xiàn)的是資產(chǎn)現(xiàn)行交易的實(shí)際價(jià)格，選用公允價(jià)值計(jì)量可以更好地記錄不斷生長(zhǎng)變化的草原資產(chǎn)的價(jià)值。

4.1.2 對(duì)資產(chǎn)本質(zhì)的理解

資產(chǎn)的成本觀和價(jià)值觀是對(duì)資產(chǎn)本質(zhì)理解存在的兩種觀點(diǎn)。資產(chǎn)的成本觀是指資產(chǎn)初始取得時(shí)的成本，注重資產(chǎn)的客觀性和可計(jì)量性，認(rèn)為資產(chǎn)是剩余成本或未耗用成本，將資產(chǎn)的原始購(gòu)買成本作為期初余額，對(duì)以后的變化不予考慮，因此計(jì)量模式是面向過(guò)去的，選擇歷史成本計(jì)量模式。資產(chǎn)的價(jià)值觀是指資產(chǎn)的未來(lái)可以為所有者帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)利益，計(jì)量模式是面向未來(lái)的，選擇公允價(jià)值計(jì)量模式。由草原資產(chǎn)具有的生物多樣性、變化性等特征可知應(yīng)選擇公允價(jià)值計(jì)量模式。

4.1.3 會(huì)計(jì)目標(biāo)的選擇

計(jì)量模式的選擇必須考慮計(jì)量的目的和所需的前提條件，不同的計(jì)量模式對(duì)應(yīng)不同的會(huì)計(jì)目標(biāo)。受托責(zé)任觀是指從會(huì)計(jì)信息提供者的利益出發(fā)，選擇的計(jì)量模式應(yīng)反映信息提供者對(duì)受托者的履行情況，應(yīng)選擇歷史成本計(jì)量模式。決策有用觀是從信息使用者的利益出發(fā)，資產(chǎn)計(jì)量的結(jié)果應(yīng)與信息使用者的決策相關(guān)，應(yīng)選擇公允價(jià)值計(jì)量模式。草原資產(chǎn)的計(jì)量是為了向各信息使用者提供決策有用的信息，加強(qiáng)對(duì)草原資源的合理利用和保護(hù)，所以應(yīng)該選擇公允價(jià)值計(jì)量模式。

4.1.4 會(huì)計(jì)信息的可靠性和相關(guān)性的權(quán)衡

可靠性與相關(guān)性是會(huì)計(jì)信息最重要的兩個(gè)特征，在會(huì)計(jì)核算中應(yīng)盡可能地達(dá)到兩者的統(tǒng)一。會(huì)計(jì)人員提供的會(huì)計(jì)信息是為了幫助信息使用者進(jìn)行決策，應(yīng)對(duì)會(huì)計(jì)信息的相關(guān)性和可靠性進(jìn)行權(quán)衡，如果以可靠性為主，相關(guān)性為輔，應(yīng)選擇歷史成本計(jì)量模式；如果以相關(guān)性為主，可靠性為輔，應(yīng)選擇公允價(jià)值計(jì)量模式。草原資產(chǎn)不斷變化的特性使草原資產(chǎn)計(jì)量的可靠性降低，草原資產(chǎn)計(jì)量過(guò)程中更傾向于相關(guān)性，所以選擇公允價(jià)值計(jì)量模式。

以上的分析結(jié)果表明公允價(jià)值計(jì)量模式是草原資產(chǎn)核算的最優(yōu)選擇。但是我國(guó)沒(méi)有完善的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)環(huán)境、生產(chǎn)資料市場(chǎng)、產(chǎn)權(quán)交易市場(chǎng)、發(fā)達(dá)的專業(yè)評(píng)估技術(shù)以及講求誠(chéng)信的評(píng)估隊(duì)伍等，因此，在使用公允價(jià)值計(jì)量草原資產(chǎn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的限制。

4.2 草原資產(chǎn)核算的計(jì)量單位

計(jì)量單位是指對(duì)計(jì)量對(duì)象進(jìn)行計(jì)量時(shí)具體使用的標(biāo)準(zhǔn)量度。自復(fù)式簿記為記賬方法的方式出現(xiàn)以來(lái)，貨幣計(jì)量被認(rèn)定為傳統(tǒng)會(huì)計(jì)本身固有的屬性。對(duì)于草原資產(chǎn)的計(jì)量單位，其計(jì)量單位應(yīng)以貨幣計(jì)量為主的同時(shí)兼用實(shí)物計(jì)量。

一方面，對(duì)于草原資產(chǎn)會(huì)計(jì)信息予以貨幣化是非常有必要的，因?yàn)樨泿啪哂芯C合反映的功能，有利于會(huì)計(jì)信息使用者從財(cái)務(wù)報(bào)告中獲得企業(yè)財(cái)務(wù)狀況、經(jīng)營(yíng)成果、現(xiàn)金流量等信息；另一方面，草原資產(chǎn)包含自然環(huán)境和人類勞動(dòng)共同孕育的成果，所以既有商品性又不限于商品性，草原資產(chǎn)不是只單一用貨幣計(jì)量就可以概括的，可以對(duì)難以用貨幣計(jì)量的草原資產(chǎn)進(jìn)行實(shí)物量核算，如“株數(shù)”“載畜量”等。

4.3 草原資產(chǎn)核算的計(jì)量屬性

本文將公允價(jià)值估值技術(shù)運(yùn)用在草原資源實(shí)物資產(chǎn)的初始計(jì)量和后續(xù)計(jì)量中，對(duì)于草原資源的環(huán)境資產(chǎn)現(xiàn)已有較成熟的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值核算體系，本文不再贅述。

4.3.1 草原資產(chǎn)的初始計(jì)量

按照我國(guó)《企業(yè)會(huì)計(jì)準(zhǔn)則第39號(hào)――公允價(jià)值計(jì)量》中的規(guī)定，公允價(jià)值計(jì)量模式下的估值技術(shù)主要有市場(chǎng)法、收益法、成本法，不同種類的草原資產(chǎn)初始計(jì)量適用的估值方法不同。通過(guò)對(duì)不同種類草原資產(chǎn)特點(diǎn)與不同估值方法特點(diǎn)的分析，對(duì)不同種類草原資產(chǎn)的核算如下。

（1）未成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)

草原資產(chǎn)在具有生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)能力之前，屬于未成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)。因?yàn)檫@種類型的草原資產(chǎn)具有投入大、收入低、不存在活躍市場(chǎng)的特點(diǎn)，所以這一階段的草原資產(chǎn)不具備使用市場(chǎng)法或收益法估值技術(shù)的條件，具備使用成本法估值技術(shù)的條件：被估值資產(chǎn)與重置資產(chǎn)具有相關(guān)性，被估值資產(chǎn)歷史資料易得，被估值資產(chǎn)的各種損耗合理，被估值資產(chǎn)可再生。因此，對(duì)于未成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)選擇成本法進(jìn)行估值。成本法是指在現(xiàn)行的市場(chǎng)條件下，重新種植相同或相似的草原資產(chǎn)所需要的成本減去各種合理?yè)p耗作為被估值草原資產(chǎn)的入賬價(jià)值，通常是指現(xiàn)行重置成本法。計(jì)算公式如下：

（2）成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)

草原資產(chǎn)具有持續(xù)生產(chǎn)能力，屬于成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)。成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)具備使用收益法估值技術(shù)的條件：估值資產(chǎn)的預(yù)期收益、獲得預(yù)期收益承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)、獲利時(shí)間都是可以預(yù)測(cè)并且可以用貨幣計(jì)量的。因此，對(duì)于成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)選取收益法進(jìn)行估值。收益法是指在對(duì)成熟生長(zhǎng)性草原資產(chǎn)預(yù)期未來(lái)收益額、收益期及折現(xiàn)率估計(jì)的基礎(chǔ)上，將每年預(yù)期未來(lái)收益額折算成現(xiàn)值并加總的估值技術(shù)，通常是指現(xiàn)金流量折現(xiàn)法。計(jì)算公式如下：

（3）消耗性草原資產(chǎn)

處于成熟淘汰期的草原資產(chǎn)大多擁有活躍的市場(chǎng)，并且市場(chǎng)上可以找到相同或相似資產(chǎn)的價(jià)格，因此適用市場(chǎng)法。市場(chǎng)法是指利用與消耗性草原資產(chǎn)相同或相似資產(chǎn)的市場(chǎng)價(jià)值估值的技術(shù)。計(jì)算公式如下：

總之，不同類型的草原資產(chǎn)初始計(jì)量時(shí)選用的估值方法不同，草原資產(chǎn)公允價(jià)值的確定是一項(xiàng)具有較強(qiáng)專業(yè)性和特殊性的技術(shù)性工作，當(dāng)草原資產(chǎn)的成本、折舊、增減值等無(wú)法衡量時(shí)，應(yīng)該聘請(qǐng)專業(yè)的評(píng)估人員進(jìn)行評(píng)估協(xié)助。

4.3.2 草原資產(chǎn)的后續(xù)計(jì)量

為及時(shí)反映草原資產(chǎn)的增減和結(jié)存情況，應(yīng)該定期估算草原資產(chǎn)的增減值，隨時(shí)披露草原資產(chǎn)真實(shí)和公允的價(jià)值信息，并且考慮其類型是否發(fā)生變化，從而改變估值技術(shù)。當(dāng)重新估算的公允價(jià)值與賬面價(jià)值相差很大時(shí)，應(yīng)將差額計(jì)入當(dāng)期損益。目前，草原資產(chǎn)缺乏活躍的市場(chǎng)，會(huì)計(jì)操作的成本可能較高和評(píng)估價(jià)值有效性可能較低，在實(shí)行初期可考慮每個(gè)月評(píng)估一次。

5 結(jié)論及建議

本文依據(jù)草原資產(chǎn)的特點(diǎn)，應(yīng)用最新的《企業(yè)會(huì)計(jì)準(zhǔn)則第39號(hào)――公允價(jià)值計(jì)量》中的規(guī)定來(lái)計(jì)量草原資產(chǎn)這一相對(duì)空白的領(lǐng)域。本文考慮到我國(guó)尚不存在完善的資本市場(chǎng)，公允價(jià)值計(jì)量會(huì)成為企業(yè)操縱利潤(rùn)的有效工具，對(duì)于草原資產(chǎn)采用公允價(jià)值計(jì)量可能存在一定的困難。我國(guó)目前為與國(guó)情相適應(yīng)，對(duì)草原資產(chǎn)核算采用歷史成本為主、公允價(jià)值為輔的計(jì)量模式。但是，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、綜合國(guó)力的加強(qiáng)以及資本市場(chǎng)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的日漸完善，我國(guó)的會(huì)計(jì)制度日漸與國(guó)際會(huì)計(jì)準(zhǔn)則趨同，我國(guó)的草原資產(chǎn)計(jì)量模式有可能完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣蕛r(jià)值。為了加強(qiáng)對(duì)我國(guó)草原資源的管理，早日實(shí)現(xiàn)公允價(jià)值計(jì)量模式在草原資產(chǎn)管理中的應(yīng)用，提出以下三點(diǎn)建議。

第一，加強(qiáng)我國(guó)草原資源的監(jiān)測(cè)，建立草原資源的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)我國(guó)草原遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)資源的積累和收集，建立完善的草原資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

第二，明確權(quán)屬界限，做到權(quán)、責(zé)、利分明。我國(guó)草原資源所有權(quán)歸屬國(guó)家或集體，使用權(quán)和經(jīng)營(yíng)權(quán)可以轉(zhuǎn)讓、租賃、承包、買賣等，明確草原資源的權(quán)屬范圍是實(shí)現(xiàn)草原資源資產(chǎn)化管理的前提，應(yīng)以合同等文本形式明確其權(quán)屬，這樣才能做到責(zé)、權(quán)、利明確。

第三，健全和完善草原資源的資本市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)草原資源的正常流轉(zhuǎn)。建立并逐步完善政府宏觀調(diào)控、“經(jīng)濟(jì)人”積極參與、全社會(huì)共同監(jiān)督的草原資源資產(chǎn)市場(chǎng)體系，允許打破行政、行業(yè)、所有制界限購(gòu)買使用權(quán)，允許繼承轉(zhuǎn)讓開(kāi)發(fā)治理成果。

參考文獻(xiàn)：

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[12]頡茂華，于勝道，吳倩.草原資產(chǎn)核算[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2012，34（5）.

篇2

（一）在建筑材料方面的應(yīng)用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計(jì)算量子化學(xué)開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于許多水泥熟料礦物和水化產(chǎn)物體系的研究中，解決了很多實(shí)際問(wèn)題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產(chǎn)物相之一，它對(duì)水泥石的強(qiáng)度起著關(guān)鍵作用。程新等[1,2]在假設(shè)材料的力學(xué)強(qiáng)度決定于化學(xué)鍵強(qiáng)度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學(xué)強(qiáng)度的大小差異。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級(jí)基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級(jí)與Sr-O，Ba-O共價(jià)鍵級(jí)都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級(jí)和Ca-O共價(jià)鍵級(jí)，由此認(rèn)為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強(qiáng)度高于硫鋁酸鈣的膠凝強(qiáng)度[3]。

將量子化學(xué)理論與方法引入水泥化學(xué)領(lǐng)域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能聯(lián)系起來(lái)，也為水泥材料的設(shè)計(jì)提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應(yīng)用

過(guò)渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質(zhì)的超精細(xì)場(chǎng)和電子結(jié)構(gòu)，通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算表明，含有雜質(zhì)石原子的磁矩要降低，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。閔新民等[4]通過(guò)量子化學(xué)方法研究了鑭系三氟化物。結(jié)果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結(jié)合能計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值定性趨勢(shì)一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結(jié)構(gòu)及光譜的計(jì)算[5]。再比如說(shuō)，NbO2是一個(gè)在810℃具有相變的物質(zhì)(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結(jié)構(gòu)和光譜也是通過(guò)量子化學(xué)方法進(jìn)行的計(jì)算和討論，并通過(guò)計(jì)算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質(zhì)方面存在的差異[6]。

量子化學(xué)方法因其精確度高，計(jì)算機(jī)時(shí)少而廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)中，并取得了許多有意義的結(jié)果。隨著量子化學(xué)方法的不斷完善，同時(shí)由于電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學(xué)的發(fā)展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應(yīng)用

（一）在煤裂解的反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)方面的應(yīng)用

煤是重要的能源之一。近年來(lái)隨著量子化學(xué)理論的發(fā)展和量子化學(xué)計(jì)算方法以及計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，量子化學(xué)方法對(duì)于深入探索煤的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性之間的關(guān)系成為可能。

量子化學(xué)計(jì)算在研究煤的模型分子裂解反應(yīng)機(jī)理和預(yù)測(cè)反應(yīng)方向方面有許多成功的例子,如低級(jí)芳香烴作為碳/碳復(fù)合材料碳前驅(qū)體熱解機(jī)理方面的研究已經(jīng)取得了比較明確的研究結(jié)果。由化學(xué)知識(shí)對(duì)所研究的低級(jí)芳香烴設(shè)想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經(jīng)驗(yàn)方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計(jì)算方法和考慮了電子相關(guān)效應(yīng)的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對(duì)設(shè)計(jì)路徑的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算。由理論計(jì)算方法所得到的主反應(yīng)路徑、熱力學(xué)變量和表觀活化能等結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比有較好的一致性，對(duì)煤熱解的量子化學(xué)基礎(chǔ)的研究有重要意義[7]。

（二）在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

鋰離子二次電池因?yàn)榫哂须娙萘看?、工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠、無(wú)記憶效應(yīng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，被人們稱之為“最有前途的化學(xué)電源”，被廣泛應(yīng)用于便攜式電器等小型設(shè)備，并已開(kāi)始向電動(dòng)汽車、軍用潛水艇、飛機(jī)、航空等領(lǐng)域發(fā)展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過(guò)程實(shí)際上是Li+離子在正負(fù)兩電極之間來(lái)回嵌入和脫嵌的過(guò)程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機(jī)理對(duì)進(jìn)一步改善鋰離子電池的性能至關(guān)重要。Ago等[8]用半經(jīng)驗(yàn)分子軌道法以C32H14作為模型碳結(jié)構(gòu)研究了鋰原子在碳層間的插入反應(yīng)。認(rèn)為鋰最有可能摻雜在碳環(huán)中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對(duì)摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預(yù)示在較高的摻鋰狀態(tài)下有可能存在一種Li-C和具有共價(jià)性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計(jì)算法，對(duì)低結(jié)晶度的炭素材料的摻鋰反應(yīng)進(jìn)行了研究，研究表明，鋰優(yōu)先插入到石墨層間反應(yīng)，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和計(jì)算機(jī)水平的更高發(fā)展，相信量子化學(xué)原理在鋰離子電池中的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更廣泛、更深入、更具指導(dǎo)性。

三、在生物大分子體系研究中的應(yīng)用

生物大分子體系的量子化學(xué)計(jì)算一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學(xué)可以在分子、電子水平上對(duì)體系進(jìn)行精細(xì)的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識(shí)別與結(jié)合過(guò)程及作用方式等，都很有必要運(yùn)用量子化學(xué)的方法對(duì)這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無(wú)疑問(wèn)，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過(guò)程和作用特點(diǎn)設(shè)計(jì)高效低毒的新藥等等，可見(jiàn)運(yùn)用量子化學(xué)的手段來(lái)研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學(xué)發(fā)揮了重要的作用。在近十幾年來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)計(jì)算變得更加迅速和方便?？梢灶A(yù)言，在不久的將來(lái)，量子化學(xué)將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

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篇3

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)量子化學(xué) 教學(xué)實(shí)踐 教學(xué)改革

量子化學(xué)是高等師范院?；瘜W(xué)專業(yè)為碩士研究生開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其任務(wù)是使學(xué)生利用量子力學(xué)的基本原理和方法掌握微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，探索物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系［1，2］。目前，量子化學(xué)理論已愈來(lái)愈廣泛地應(yīng)用到化學(xué)各個(gè)分支學(xué)科領(lǐng)域中，并滲透到其他自然學(xué)科中，從而使量子化學(xué)的教學(xué)在整個(gè)化學(xué)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的重要性日益增加。但它涉及面廣，內(nèi)容比較抽象，且具有極強(qiáng)的理論性，同時(shí)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間思維能力，因而量子化學(xué)教學(xué)不僅對(duì)教師提出較高的素質(zhì)要求，而且對(duì)教學(xué)方法提出新的課題。下面我結(jié)合多年來(lái)在量子化學(xué)教學(xué)改革中的探索和嘗試，談?wù)劷虒W(xué)感受和體會(huì)。

三、開(kāi)展第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算技能

為了讓學(xué)生把學(xué)到的量子化學(xué)理論運(yùn)用到研究中，掌握一些專業(yè)軟件的計(jì)算技巧，教師可利用課余時(shí)間開(kāi)展第二課堂，為學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的平臺(tái)，給他們創(chuàng)造更多的鍛煉機(jī)會(huì)。例如，搞有機(jī)合成的研究生，根據(jù)專業(yè)需要可以讓這些學(xué)生學(xué)會(huì)過(guò)渡態(tài)的尋找和優(yōu)化，通過(guò)理論計(jì)算探索反應(yīng)機(jī)理，能預(yù)測(cè)最佳反應(yīng)通道，為他們的研究方向提供理論支持；研究方向是無(wú)機(jī)配位化學(xué)，可以讓這些學(xué)生學(xué)習(xí)一些金屬配合物的計(jì)算方法，學(xué)習(xí)配合物電子吸收光譜、熒光光譜及磁性的計(jì)算，這些計(jì)算結(jié)果對(duì)合成具有特殊性能的配合物都是很有幫助的。在第二課堂中，也可以讓基礎(chǔ)較好的學(xué)生參與到自己的科研活動(dòng)中，承擔(dān)一部分力所能及的科研課題，使學(xué)生科研能力得到鍛煉，激發(fā)他們的科研熱情，拓寬他們的視野，同時(shí)自己通過(guò)學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，找到自己課堂教學(xué)中的不足。第二課堂的開(kāi)展，不僅把學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成學(xué)生認(rèn)識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，更重要的是教師身上這些品質(zhì)能夠言傳身教地影響學(xué)生，從而使學(xué)生具備創(chuàng)造的興趣和素質(zhì)。

四、結(jié)語(yǔ)

量子化學(xué)的教學(xué)改革取得了一定的效果，首先學(xué)生克服了量子化學(xué)難學(xué)的畏難心理，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)量子化學(xué)的激情，可以在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)達(dá)到較好的教學(xué)效果；其次，通過(guò)開(kāi)展第二課堂，將量子化學(xué)理論與科研實(shí)例有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題及科研創(chuàng)新的能力。

參考文獻(xiàn)：

篇4

密碼鑰匙

大家都喜歡看諜戰(zhàn)片吧？科技含量高的諜戰(zhàn)片通常有破解通信密碼的情節(jié)。破解通信密碼需要獲得密碼鑰匙。

這里說(shuō)的密碼鑰匙就是信息的加密方式，因?yàn)樗驮蹅冮_(kāi)門用的鑰匙有相似功能，所以被稱為密碼鑰匙，簡(jiǎn)稱密鑰。打個(gè)比方，甲想向乙傳輸“123”這段信息，先按照將每個(gè)數(shù)字都加3的方式向乙傳輸“456”，“123”就叫明文，“456”就叫密文，而每個(gè)數(shù)字都加3就是密碼鑰匙。發(fā)送者可用密碼鑰匙加密信息，接收者可用它來(lái)解密。

如果第三方?jīng)]有密碼鑰匙，又想獲得明文信息，就需要間諜活動(dòng)了。間諜獲得密碼鑰匙的方法很多，有時(shí)靠騙，可以從甲或乙那兒騙來(lái)密碼鑰匙；有時(shí)靠買，間諜向甲或乙許以報(bào)酬，收買密碼鑰匙有時(shí)也能成功；有時(shí)還靠偷。

無(wú)論騙還是偷，都屬于人工方法，獲得密碼鑰匙的效率比較低。現(xiàn)在間諜都愿意用計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算來(lái)獲取密碼鑰匙，就是利用計(jì)算機(jī)的超強(qiáng)功能，尋找密文信息的變化規(guī)律，其中的規(guī)律就是加密方式。有了計(jì)算機(jī)這種機(jī)器助手來(lái)幫助間諜破解密碼，間諜們很囂張地宣稱：沒(méi)有破解不了的密碼鑰匙，破解密碼鑰匙只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題！

利用計(jì)算機(jī)破解密碼終究會(huì)成功，所以說(shuō)信息安全只是某一段時(shí)間內(nèi)的相對(duì)安全，而不是永久的安全。那么，有沒(méi)有永遠(yuǎn)不會(huì)被解密的通信方式呢？有呀，它就是量子通信。

科學(xué)探索

公元前405年，雅典和斯巴達(dá)發(fā)生了戰(zhàn)爭(zhēng)。斯巴達(dá)軍隊(duì)捕獲了一名雅典送信人，從他身上除了搜出一條布滿雜亂無(wú)章的字母的腰帶之外，別無(wú)所獲。情報(bào)究竟藏在什么地方呢？斯巴達(dá)軍隊(duì)統(tǒng)帥萊桑德無(wú)意中把腰帶呈螺旋形纏繞在手中的劍鞘上時(shí)，奇跡出現(xiàn)了，原來(lái)腰帶上那些雜亂無(wú)章的字母，竟組成了一段表意清楚的文字，密碼得以破解！腰帶情報(bào)，就是世界上最早的密碼情報(bào)，具體運(yùn)用方法是，通信雙方首先約定密碼解讀規(guī)則，然后通信一方將腰帶纏繞在約定長(zhǎng)度和粗細(xì)的木棍上書(shū)寫(xiě)？收信一方接到后，如不把腰帶纏繞在同樣長(zhǎng)度和粗細(xì)的木棍上，就只能看到一些毫無(wú)規(guī)則的字母。

趣味鏈接

有人通過(guò)破解密碼顯示才能，有人通過(guò)設(shè)計(jì)密碼顯示才能。1977年，數(shù)學(xué)家李維斯特給出了一個(gè)129位數(shù)，要求把這個(gè)數(shù)分解成兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積，得到這個(gè)結(jié)果，就會(huì)發(fā)現(xiàn)隱藏的信息。其實(shí)這個(gè)129位數(shù)就是密文，分解質(zhì)因數(shù)就是密碼鑰匙。李維斯特信心滿滿地宣稱，算出他的密碼鑰匙，需要好多億年。誰(shuí)知17年之后，600名密碼破解愛(ài)好者動(dòng)用了1600臺(tái)計(jì)算機(jī)，只用了6個(gè)月的時(shí)間就把李維斯特的密碼給破解了，獲得的信息是“挑食的禿鷹”。密碼雖然被破解了，但人們還是很佩服李維斯特：他太厲害了，得600人聯(lián)手，用1600臺(tái)計(jì)算機(jī)，花了6個(gè)月才打敗他！

量子通信是什么

傳統(tǒng)的通信方式都需要介質(zhì)，比如寫(xiě)信你得用信紙，打電話的信號(hào)得靠電磁波來(lái)傳輸。竊密者通常會(huì)侵入介質(zhì)獲得通信信息，在掌握了密文信息后，再通過(guò)計(jì)算獲取密碼鑰匙，將密文破解成明文。凡是通過(guò)介質(zhì)傳送信息，必定無(wú)密可言，這種破解密碼的方式通常被稱為“截獲”。

量子通信是不需要傳輸介質(zhì)的，這是為什么呢？

科學(xué)家在1900年發(fā)現(xiàn)了量子這種微粒，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了量子糾纏現(xiàn)象。量子糾纏是這樣的：一對(duì)量子甲和乙，甲攜帶的信息，可以瞬間在乙身上體現(xiàn)出來(lái)！不架天線，不鋪電纜，信息可以在量子之間無(wú)形無(wú)影地傳輸，這事跟神話中的心靈感應(yīng)似乎是一個(gè)套路呀！

是的，量子通信可以看作是神奇的心理感應(yīng)術(shù)，信息的傳輸端和接收端之間不用連接實(shí)線，也不需要電磁波，信息來(lái)去很神奇。量子糾纏現(xiàn)象曾經(jīng)被愛(ài)因斯坦淺顯地描述為：兩個(gè)物體之間，無(wú)論距離多遠(yuǎn)，都存在相互感應(yīng)信息的天然魔力。

量子通信非常神奇，且非常安全，這又是為什么呢？

量子通信的一個(gè)特點(diǎn)就是加密速度極快，它可以給數(shù)之不盡的每一個(gè)信息片段加一個(gè)獨(dú)立的密碼鑰匙。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，如果把一次通話分割成100億個(gè)信息片段來(lái)傳輸，則量子通信可以瞬間給這100億個(gè)信息片段各加各的密碼鑰匙，這種加密方式被形象地稱為“一次一密”。你可以想象，在通信過(guò)程中，信息源源不斷，加密碼鑰匙源源不斷，千變?nèi)f化，間諜要破解這么多的密碼鑰匙，簡(jiǎn)直是比登天還難。一次一密帶來(lái)了天量密碼鑰匙，讓密碼間諜從此失去飯碗！

有人或許會(huì)說(shuō)，讓計(jì)算機(jī)出場(chǎng)幫著計(jì)算嘛！

這主意不錯(cuò)，不過(guò)告訴你吧，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)雖然有超強(qiáng)的計(jì)算能力，但是它們面對(duì)無(wú)窮無(wú)盡的量子通信密碼也是束手無(wú)策，算不盡呀！如果硬要一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)破解量子通信密碼，從理論上說(shuō)也是可以的，但時(shí)間卻需要數(shù)億年，甚至是無(wú)限久。呵呵，計(jì)算機(jī)破解量子通信密碼，時(shí)間是無(wú)限久，其實(shí)就是破解不了的意思呀！誰(shuí)等密碼能等上數(shù)億年呢？

還有，量子通信不是不需要傳輸介質(zhì)嘛，所以，間諜想在半路上截獲信息的想法也破滅。

有人或許又要問(wèn)了：你在半路上截不到信息，不會(huì)直接從傳送端和接收端的量子上獲取信息嗎？

嗯，這想法似乎不錯(cuò)，但做法也行不通呀，因?yàn)榱孔舆€有一個(gè)特點(diǎn)：只要有人干擾它，想從它身上獲得信息，它立馬就改變?cè)瓉?lái)的信息狀態(tài)，把真實(shí)信息提前毀掉，讓間諜一無(wú)所獲。量子這種干擾即毀信息的特點(diǎn)，封死了間諜想從信息發(fā)送端和接收端獲取信息的想法。如果有的間諜“不知趣”，非得要到量子那兒獲取信息，那么信息接收方和信息發(fā)送方就可以從量子自毀信息的頻率，判斷是不是有人正在搞竊密，讓間諜行為立馬現(xiàn)形。這么說(shuō)來(lái)，身負(fù)通信使命的量子，還是通信警察呀，只要間諜一來(lái)，它立即報(bào)警，讓間諜無(wú)處遁形。

哎，在量子通信時(shí)代，間諜要么選擇遠(yuǎn)離量子通信網(wǎng)絡(luò)，要么掩耳盜鈴卻被人捉，間諜成了超高危無(wú)成果的職業(yè)，沒(méi)有人能做得來(lái)了。

量子通信先靠一次一密的加密方式，把間諜淹沒(méi)在密碼鑰匙的大海里，還會(huì)用自毀信息的方式報(bào)警，讓仍舊執(zhí)迷于截獲信息的間諜無(wú)處藏身，基于這兩點(diǎn)，量子通信就成了絕對(duì)安全的通訊方式。

科學(xué)探索

世界是運(yùn)動(dòng)的，但是宏觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并不相同。牛頓提出的物理學(xué)說(shuō)解答了宏觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但牛頓的學(xué)說(shuō)一拿到微觀世界來(lái)解答微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就會(huì)“失效”。這種失效促使科學(xué)家努力尋找微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，于是量子力學(xué)就產(chǎn)生了，量子力學(xué)是一門年輕的科學(xué)，它總共才有一百來(lái)年的歷史。

英國(guó)有所謂的物理學(xué)家提出，人的靈魂是由大腦中的量子物質(zhì)形成的，當(dāng)人死亡之后，大腦微管中的量子信息會(huì)離開(kāi)身體進(jìn)入到宇宙，如果能阻止這些量子向宇宙中散失，就可以阻止人的死亡，如果能把散失在宇宙中的大腦量子收回來(lái)，人就能死而復(fù)生。量子科學(xué)有這么玄乎嗎？人可以不死，可以死而復(fù)生，這類“量子理論”誰(shuí)敢信呀！

為什么發(fā)射量子衛(wèi)星

既然量子之間可以傳輸無(wú)限加密的第三者不可破解的信息，那就在地球上建設(shè)量子通信網(wǎng)絡(luò)就行了，為什么還要發(fā)射量子衛(wèi)星呢？

這得從目前量子信息傳輸?shù)木嚯x來(lái)解釋這個(gè)問(wèn)題。

甲量子向乙量子傳送信息，理論上它們之間心靈感應(yīng)的距離可以無(wú)限遠(yuǎn)，無(wú)論間隔多遠(yuǎn)，信息都能由甲傳輸給乙的。但事實(shí)上，量子在自由環(huán)境里（即地球表面環(huán)境），能量會(huì)衰減，衰減雖然不影響信息傳遞，但影響我們?nèi)祟悓?duì)信息的辨別，你想想，甲雖然最終把信息傳遞給了乙，但信號(hào)太弱，弱到目前我們無(wú)法辨識(shí)，不也是無(wú)用嘛。

量子之間信息傳輸距離是無(wú)限的，多遠(yuǎn)都能傳到。但量子之間保持信息可辨認(rèn)的傳輸距離卻是有限的，太遠(yuǎn)了，它們之間有“對(duì)話”，但咱們卻“聽(tīng)”不清楚了。

1977年，科學(xué)家利用量子傳送信息，結(jié)果只讓信息傳送了數(shù)米遠(yuǎn)的距離。這個(gè)距離雖然很近，但是驗(yàn)證了量子傳輸信息的可能性。

隨后，量子通信在“能”的基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)步，傳輸距離從最初的數(shù)米，發(fā)展到了可以傳輸16千米了：2010年6月6日，中國(guó)量子通信實(shí)驗(yàn)小組將信息傳輸了16千米的距離，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)量子通信的新記錄。

量子通信可傳輸16千米，但仍舊不能滿足實(shí)用要求。于是在16千米的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們繼續(xù)努力，要讓量子通信的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，可這個(gè)期望后來(lái)“破滅”了，因?yàn)榭茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)在自由環(huán)境中，量子通信距離存在一個(gè)極限，大約是100千米。100千米的傳輸距離雖然具有實(shí)用價(jià)值，但是要建設(shè)量子通信網(wǎng)絡(luò)，需要在地面上每隔100千米建設(shè)一個(gè)傳輸基站。眾多基站，會(huì)降低量子通訊的效率和安全性，因?yàn)樾盘?hào)需要不斷在明文和密文之間多次轉(zhuǎn)換接力，每個(gè)基站容易成為信息安全漏洞，所以大量建設(shè)基站支持量子通信的方案被認(rèn)為不可行。

基站方案被否決之后，科學(xué)家就把建設(shè)量子通信網(wǎng)絡(luò)的厚望寄托于量子通信衛(wèi)星身上。量子衛(wèi)星可以把量子信息傳輸?shù)木嚯x擴(kuò)大到數(shù)千千米，三顆量子衛(wèi)星就能滿足在全球建立信號(hào)優(yōu)良、安全無(wú)憂的量子信息通信網(wǎng)絡(luò)，讓信息高速安全地直達(dá)任意地方，所以說(shuō)發(fā)射量子衛(wèi)星是量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，誰(shuí)擁有了量子衛(wèi)星傳輸技術(shù)，誰(shuí)就掌握了全球量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主動(dòng)權(quán)。

中國(guó)發(fā)射的“墨子號(hào)”，是全世界發(fā)射的第一顆量子通信衛(wèi)星，標(biāo)志著中國(guó)將成為量子通信界的老大，在以后量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程中，中國(guó)的話語(yǔ)權(quán)和支配權(quán)都將是至高無(wú)上的。別的國(guó)家見(jiàn)咱們有了量子衛(wèi)星，都急紅眼了！

全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星為什么命名為“墨子號(hào)”。墨子是我國(guó)古代偉大的科學(xué)家，被稱為“科圣”。他最早提出光線沿直線傳播的理論，設(shè)計(jì)了小孔成像實(shí)驗(yàn)，奠定了光通信、量子通信的基礎(chǔ)。用中國(guó)古代偉大科學(xué)家的名字命名量子衛(wèi)星，為的是提升我們的文化自信。

主持建造“墨子號(hào)”的潘建偉教授是我國(guó)量子科學(xué)的領(lǐng)頭人，1996年他到奧地利求學(xué)量子科學(xué)，導(dǎo)師問(wèn)他的夢(mèng)想是什么，他說(shuō)要在中國(guó)建世界一流的量子物理實(shí)驗(yàn)室。僅過(guò)了一年，他就與同事合作，宣布在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸，這被公認(rèn)為量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的開(kāi)山之作，《科學(xué)》雜志將其列為年度全球十大科技進(jìn)展。這一年，潘建偉僅27歲。后來(lái)，潘建偉回國(guó)開(kāi)展量子科學(xué)研究，結(jié)果理解這門科學(xué)的人太少，什么隱形傳輸，什么大變活人的，他的研究項(xiàng)目被稱為偽科學(xué)，本人則被誤解為騙子。今天這個(gè)“騙子”終于可以向所有人說(shuō)：看，一切都是真的！

量子傳輸?shù)牟粌H僅是信息

目前這個(gè)階段，中國(guó)發(fā)射的量子衛(wèi)星，主要擔(dān)負(fù)安全傳輸信息的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。將來(lái)，量子衛(wèi)星的任務(wù)不僅僅是傳輸信息，很有可能還會(huì)傳輸人。

什么？傳輸人！

是的，就是傳輸人。

前面我們說(shuō)過(guò)，量子是微粒?？梢园盐矬w理解成是由量子組成的，也就是說(shuō)物體可以分解成一個(gè)一個(gè)的量子，量子不但可以瞬間傳輸信息，而且可以瞬間傳輸量子。如果用量子傳輸信息，就叫量子通信。如果用量子傳輸量子，那么傳輸人就成為一種可能，這在魔術(shù)里叫大變活人吧。

我們用量子傳輸量子，就可以將魔術(shù)變成真實(shí)的科技項(xiàng)目?？茖W(xué)家在用量子傳輸信息的基礎(chǔ)上，還開(kāi)始研究如何把量子傳輸信息變成量子傳輸實(shí)物，這項(xiàng)研究被稱為隱形傳輸。

隱形傳輸技術(shù)在科幻電影《星際旅行》中有體現(xiàn)：宇航員在特殊裝置中平靜地說(shuō)一句：“發(fā)送我吧，蘇格蘭人！”他瞬間就被轉(zhuǎn)移到外星球了。將來(lái)，量子機(jī)器很可能把科幻電影中的神奇情景變成現(xiàn)實(shí)，依靠量子傳輸實(shí)物的功能將我們發(fā)射到想去的星球上去。

盡管想要達(dá)到“發(fā)送我吧”這樣的結(jié)果，我們還得等上一些年頭，但量子隱形傳輸技術(shù)，終將帶我們走進(jìn)不可思議的量子傳輸情景中，很可能讓我們瞬間到達(dá)我們想到達(dá)的任意地方。量子傳輸或許將是星際旅行的終極大法――因?yàn)?，身體是由量子組成的，量子能夠被瞬間傳輸，所以我們的身體，我們的生命也就可能被瞬間傳輸。

天呀，原來(lái)大變活人不只是魔術(shù)！

科學(xué)探索

篇5

[關(guān)鍵詞]氮?dú)?空穴（N-V）中心；量子

中圖分類號(hào)：TP313 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）35-0291-02

量子信息和經(jīng)典信息的基本原理是不相同的。以量子非克隆原理為例[1]，該原理表明，能夠?qū)Σ幻鞔_的純態(tài)進(jìn)行精確的拷貝的裝置，該裝置是不存在的。這個(gè)原理的初始文獻(xiàn)[1]顯示該量子非克隆原理是量子態(tài)疊加原理的結(jié)論。這個(gè)原理有重大影響的文獻(xiàn)[2]顯示存在一個(gè)通用型量子克隆機(jī)，該量子克隆機(jī)具有多進(jìn)程的量子克隆特征。自從文獻(xiàn)[2]首先提出這種通用型的量子克隆機(jī)，Milmanetal[3]也提出這么一個(gè)原理，它是在QED空腔系統(tǒng)中的通用型量子克隆機(jī)的克隆原理。在這個(gè)原理中實(shí)現(xiàn)通用型量子克隆機(jī)的重要障礙的是消相干。為了克服消相干這個(gè)難題，Zouetal[4]已提出通過(guò)一個(gè)空腔輔助碰撞的方案，用于實(shí)現(xiàn)通用型QED中的量子克隆機(jī)。最近幾年，在研究量子克隆方面，已提出許多不同的方案，如：概率量子克隆[4]，從屬態(tài)克隆[5]，協(xié)變相位量子克隆[5]，通過(guò)空腔輔助相互作用通用型量子克隆[6]，等。在本文中，我們利用一個(gè)新的復(fù)合固態(tài)量子系統(tǒng)證明了單向量子計(jì)算的基本操作。此系統(tǒng)包含個(gè)氮?dú)?空穴（N-V）中心與個(gè)超導(dǎo)傳輸共振子（TLR）相耦合，它們共同連接于一個(gè)約瑟夫森結(jié)（CBJJ）超導(dǎo)量子比特。通過(guò)交換虛光子，在N-V中心和CBJJ之間產(chǎn)生了有效的相互作用哈密頓量。

1.物理模型

圖1：個(gè)NV-TLR對(duì)與一個(gè)CBJJ耦合的復(fù)合量子系統(tǒng)示意圖，其中為耦合電容，為結(jié)電容，為偏置電流，為臨界電流。每個(gè)TLR中的黑點(diǎn)代表一個(gè)N-V中心，個(gè)N-V中心顯示了一維的線性結(jié)構(gòu)。

2.CBJJ-TLR大失諧哈密頓量相互作用

裝置原理圖如圖1所示，該系統(tǒng)有四個(gè)N-V中心耦合而成的四個(gè)TLRs，并且它們的電容耦合成一個(gè)共同的CBJJ。其中任何一個(gè)TLR的哈密頓量可以寫(xiě)成（）[9]

（1）

其中，是湮滅算符，頻率，和是TLR的電感和電容。

圖2 傾斜的洗衣板勢(shì)能級(jí)結(jié)構(gòu)圖。

此CBJJ能夠被模擬成在此洗衣板勢(shì)中移動(dòng)的粒子。通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電流，此CBJJ能夠被構(gòu)建成一個(gè)三能級(jí)量子系統(tǒng)。

如圖2所示，如果我們假設(shè)的能級(jí)為零點(diǎn)，那么，頻率分別其中是等離子體振蕩頻率，同時(shí)，量子流為，連接電容為，偏流電流為，臨界電流為。我們假設(shè)每一個(gè)TLR的模是躍遷耦合，但其他躍遷耦合都不存在。使用旋轉(zhuǎn)波近似，可以使得頻率和頻率相匹配，這時(shí)，第個(gè)TLR和CBJJ之間的哈密頓量可以寫(xiě)成：

（2）

其中，是耦合系數(shù)，分別是CBJJ和第個(gè)TLR的頻率，是躍遷失諧。使用標(biāo)準(zhǔn)量子光學(xué)技術(shù)，在大失諧條件下，即，第個(gè)TLR和CBJJ之間的哈密頓量可以寫(xiě)成[11，12]

（3）

3.N-V中心-TLR諧振相互作用

圖3：第個(gè)N-V中心能級(jí)結(jié)構(gòu)圖，其中為此N-V中心和TLR之間的耦合強(qiáng)度。

由圖3所示，N-V中心基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)都是電子旋轉(zhuǎn)三態(tài)（）。在該系統(tǒng)中，我們將設(shè)定三個(gè)基本態(tài)中的量子比特分別為：和，這時(shí)第個(gè)N-V中心的哈密頓量可以寫(xiě)成：

（4）

其中我們使用旋轉(zhuǎn)波近似，使得和相匹配。這時(shí)，第個(gè)N-V-TLR對(duì)相互作用的哈密頓量可以寫(xiě)成：

（5）

其中，和.我們使用為第個(gè)N-V-TLR強(qiáng)耦合，第個(gè)N-V中心躍遷頻率和第個(gè)TLR頻率之間的失諧為。當(dāng)?shù)趥€(gè)TLR的頻率是第個(gè)N-V中心的諧振時(shí)，即，.

那么第個(gè)N-V-TLR對(duì)相互作用的哈密頓量就可以寫(xiě)成如下形式：

（6）

4.量子克隆機(jī)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，我們首先簡(jiǎn)單回顧一下通用型量子克隆機(jī)其轉(zhuǎn)換過(guò)程。如果定義量子比特基矢為，通用型量子克隆機(jī)執(zhí)行幺正變換：

（7）

其中，箭矢左邊的第一個(gè)態(tài)矢表示輸入量子比特，表示空白拷貝的初始態(tài)和任何可能的輔助量子比特。在箭頭右手邊，前兩個(gè)態(tài)矢是量子克隆的過(guò)程，，第三個(gè)態(tài)矢表示輔助的兩個(gè)可能的正交態(tài)。

現(xiàn)在，我們給出系統(tǒng)中作用在通用型量子克隆機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)我們的方案，首先介紹該系統(tǒng)中兩量子比特控制相位門，并且該控制相位門將用于實(shí)現(xiàn)通用型量子克隆機(jī)。假設(shè)CBJJ量子比特是控制量子比特，那么，N-V中心量子比特就是目標(biāo)量子比特。實(shí)現(xiàn)需要如下三個(gè)步驟：

第一步：讓第個(gè)N-V中心和第個(gè)TLR在哈密頓量（5）作用下，經(jīng)過(guò)相互作用時(shí)間。不失一般性，我們認(rèn)為所以的N-V中心-TLR強(qiáng)諧振耦合都是相同，即，。以致于經(jīng)過(guò)交換，那么，表示為第個(gè)TLR的單光子態(tài)。

第二步：調(diào)整TLRs（1，2，3，4）的參數(shù)，使得每一個(gè)N-V中心和其一一對(duì)應(yīng)的TLR不耦合，只需運(yùn)用方程（3）就可以滿足調(diào)整CBJJ和TLRs（1，2，3，4）的參數(shù)的條件。經(jīng)過(guò)相互作用時(shí)間之后，可以實(shí)現(xiàn)的相互交換。

第三步：調(diào)整CBJJ的參數(shù)，使得它與每一個(gè)TLR都不耦合。這樣就可以在相互作用時(shí)間內(nèi)調(diào)整TLRs（1，2，3，4）的參數(shù)，使得每一個(gè)N-V中心與其一一對(duì)應(yīng)的TLR產(chǎn)生諧振，可以實(shí)現(xiàn)的相互交換。

這些態(tài)經(jīng)過(guò)三次轉(zhuǎn)換，在最終演化中，輔助量子比特讓第個(gè)TLR與其它量子比特不產(chǎn)生耦合。因此，我們?cè)谙到y(tǒng)里得到了通用型量子克隆機(jī)。

5.實(shí)驗(yàn)的可行性分析

文獻(xiàn)[2]對(duì)通用型量子克隆機(jī)的性質(zhì)進(jìn)了討論。因?yàn)槔硐胪ㄓ眯土孔涌寺C(jī)，其保真度為。由文獻(xiàn)[3]知道，在真實(shí)的系統(tǒng)中，其保真度應(yīng)該比0：92更為精確的值。在這些方案中，所有的CBJJ-N-V相互作用和經(jīng)典脈沖將導(dǎo)致錯(cuò)誤。如果考慮刪除和制備操作，那么整個(gè)操作步驟就是10。因此，如果脈沖的保真度比更好，這個(gè)才是合適的必需的精確度。這個(gè)值比文獻(xiàn)[3]（）要小很多，這樣就可以大大降低脈沖對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的難度。

因此，我們首先要討論方案在實(shí)驗(yàn)上的可行性，在方案中的方法可以在不同條件下實(shí)現(xiàn)通用型量子克隆機(jī)。

結(jié)論

總而言之，這是一個(gè)作用于優(yōu)化通用型量子克隆機(jī)的新穎方案。固態(tài)量子比特較好單獨(dú)從環(huán)境中抑制消相干的操作是較容易的。另外，操作步驟很少，而且輔助的量子比特不但可以使量子克隆較容易而且可以降低系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的難度。最后，由于操作時(shí)間短，N-V中心、TLRs和CBJJ的消相干時(shí)間很長(zhǎng)，我們的方案可以在目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下得到實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目

本文系湖南省研究生創(chuàng)新項(xiàng)目（No.CX2013B221）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.11174100）、（No.1127506）的研究成果之一。

作者簡(jiǎn)介

篇6

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代；計(jì)算機(jī)技術(shù)；發(fā)展；方向；趨勢(shì)

0引言

計(jì)算機(jī)是我們工作生活中一個(gè)比較常見(jiàn)的物品，又被人們習(xí)慣性地稱為“電腦”，它不僅被應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)跟邏輯的運(yùn)算，而且具備強(qiáng)大的存儲(chǔ)與修改功能，是一種現(xiàn)代化的智能電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)有兩部分主體結(jié)構(gòu)，一部分是硬件系統(tǒng)，另一部分是軟件系統(tǒng)，共同保障計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。伴隨著科技水平的不斷提升，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在隨之發(fā)展，計(jì)算機(jī)作為一個(gè)綜合型的生活辦公工具應(yīng)用到人們生活工作中的同時(shí)，其發(fā)展備受人們的關(guān)注，相關(guān)行業(yè)人員也在致力于計(jì)算機(jī)的發(fā)展研究過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)逐漸走上了一個(gè)越來(lái)越成熟的軌道。但是，當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也受到了一定的阻礙，人們過(guò)于關(guān)注對(duì)計(jì)算機(jī)娛樂(lè)方面的應(yīng)用，比如聊天、網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物等內(nèi)容，卻忽視了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，甚至不了解。本文將帶領(lǐng)大家一起去了解一下現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程以及未來(lái)的發(fā)展動(dòng)向。

1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程

世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)在1946年2月，?？颂睾湍死@兩位美國(guó)的發(fā)明家在美國(guó)的賓夕法尼亞大學(xué)共同將它研制出來(lái)。世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的問(wèn)世開(kāi)啟了人類社會(huì)發(fā)展的新篇章，讓社會(huì)發(fā)展邁出了一大步，開(kāi)啟了人們的新生活，帶領(lǐng)人們進(jìn)入了信息革命時(shí)期。世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)跟我們現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)外形差距較大，那臺(tái)計(jì)算機(jī)有好幾間房子一樣大，但是它的計(jì)算速度卻并沒(méi)有高于我們現(xiàn)在使用的微型計(jì)算機(jī)。從世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世到現(xiàn)在我們使用的計(jì)算機(jī)，無(wú)數(shù)的計(jì)算機(jī)研發(fā)人員一直在努力，尤其是科學(xué)家馮諾依曼在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮了重要的作用，被后人稱為“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父”。馮諾依曼開(kāi)啟了計(jì)算機(jī)發(fā)展的新時(shí)代，帶動(dòng)了廣大科研人員對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究。隨著時(shí)間的推移，計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以分為四代：

1.1電子計(jì)算機(jī)

電子計(jì)算機(jī)時(shí)代是計(jì)算機(jī)發(fā)展的第一個(gè)時(shí)代，從1946年開(kāi)始，到1957年結(jié)束。電子計(jì)算機(jī)與世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)有些類似，電子元件是計(jì)算機(jī)的主要器件，電子計(jì)算機(jī)也因此得名。電子管具的體積比較大，但是存儲(chǔ)的容量相對(duì)較小，因此電子計(jì)算機(jī)的耗電比較快，不具備穩(wěn)定性。這類計(jì)算機(jī)一般應(yīng)用于科學(xué)研究過(guò)程中，而且在電子計(jì)算機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)一般使用機(jī)器語(yǔ)言或者是匯編語(yǔ)言，并不具備系統(tǒng)軟件。

1．2晶體管計(jì)算機(jī)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，量子力學(xué)和固體物理能帶論的不斷呈現(xiàn)，開(kāi)啟了半導(dǎo)體器件的計(jì)算機(jī)時(shí)代，理論研究給半導(dǎo)體器件的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，提供了實(shí)踐的依據(jù)。早在20世紀(jì)50年代上下，點(diǎn)接觸晶體管就被兩位科學(xué)家研制出來(lái)。隨著科學(xué)的發(fā)展，結(jié)型晶體管又相繼問(wèn)世。自此之后，晶體管的發(fā)展就步入一個(gè)相對(duì)成熟的軌道，成功的應(yīng)用與計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程匯總，讓計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了第二個(gè)時(shí)代，也就是我們所說(shuō)的晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代。晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代從1958年開(kāi)始，結(jié)束于1964年。晶體管具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，它雖然體積較小，但是質(zhì)量比較輕，而且工作的效率相對(duì)較高，散熱比較少，損耗較低，對(duì)于電子管的效能發(fā)揮到了一定的程度，因此，二代計(jì)算機(jī)的體積在不斷減少，但是使用的年限卻在增加，這就為計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。除此之外，晶體管計(jì)算機(jī)的創(chuàng)新之處在于它擁有浮點(diǎn)算法這一新應(yīng)用，對(duì)于計(jì)算機(jī)運(yùn)算水平是一個(gè)大的提升，讓計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)處理以及工業(yè)控制方面有了更大的突破。

1．3中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

隨著晶體管的呈現(xiàn)，使得集成電路的發(fā)展更加順暢。不久之后，科研人員開(kāi)始著手于研究晶體管以及其他電學(xué)元件，以此來(lái)制作更加復(fù)雜高端精密的集成電路。在1959年，有位著名的發(fā)明學(xué)家叫做羅伯特羅伊斯，他發(fā)明的集成電路更加復(fù)雜化，是通過(guò)平面工藝生產(chǎn)出來(lái)的，可以應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。從那之后，計(jì)算機(jī)開(kāi)始利用中小規(guī)模集成電路來(lái)進(jìn)行技術(shù)發(fā)展，也就隨之進(jìn)入了第三個(gè)計(jì)算機(jī)時(shí)代，被人們稱為中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代。中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代與之前存在的兩個(gè)計(jì)算機(jī)時(shí)代相比，又有所不同，中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)的中心部分仍舊是存儲(chǔ)器，但是計(jì)算機(jī)的體積開(kāi)始不斷減小，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)的能耗在不斷降低，但是運(yùn)算的速度以及可靠的程度卻又在不斷提升過(guò)程中。除此之外，中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備得到完善與更新，它的功能組件強(qiáng)化，不僅可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理，還能夠在企業(yè)管理、輔助設(shè)計(jì)、輔助制造跟自動(dòng)控制領(lǐng)域進(jìn)行充分的應(yīng)用。

1．4大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提升，工業(yè)制造水平也在逐步提升，集成電路的技術(shù)有了新的發(fā)展。摩爾定律表明，當(dāng)價(jià)格不變的時(shí)候，集成電路上能夠容納的晶體管數(shù)目，每隔18個(gè)月就能夠增加一倍，在這個(gè)過(guò)程中，它的性能水平也在提升，計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代，被人們稱為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代。自從1970年之后，以大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路為標(biāo)志的計(jì)算機(jī)開(kāi)啟了第四個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代。升級(jí)發(fā)展之后的第四代計(jì)算機(jī)的性能有了明顯的優(yōu)勢(shì)，存儲(chǔ)的容量明顯得到了提升，在一個(gè)一厘米的圓形芯片上可以容納上百萬(wàn)的電子元件。在這一時(shí)期，第四代計(jì)算機(jī)時(shí)代呈現(xiàn)出一個(gè)關(guān)鍵性的分化，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為依托不斷發(fā)展起來(lái)的微處理器以及微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以大致分為四個(gè)階段。第一個(gè)階段是1971年到1973年，微處理器主要有三種，分別為4004、4040以及8008這個(gè)類型。第二個(gè)階段是1973年到1977年，這一個(gè)時(shí)間段是微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展以及創(chuàng)新的時(shí)期。第三個(gè)階段是從1978年開(kāi)始到1983年結(jié)束，在這一時(shí)間段里，是十六位微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段。第四個(gè)階段從1983年開(kāi)始，也是三十二位微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段。

2計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展方向與趨勢(shì)

時(shí)代在不斷變革和發(fā)展，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)也處在一個(gè)時(shí)刻發(fā)展與創(chuàng)新的過(guò)程中，但是隨著經(jīng)濟(jì)水平以及科技水平的提升，現(xiàn)代各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展也隨之進(jìn)行著，無(wú)論是生物領(lǐng)域還是物理領(lǐng)域，以及一些新材料的出現(xiàn)，都為新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定著前提條件。一系列新型計(jì)算機(jī)已經(jīng)在醞釀發(fā)展的過(guò)程中，比如生物計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)以及納米計(jì)算機(jī)等。或者這些新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展還未成型或者技術(shù)發(fā)展沒(méi)有十分成熟，但是它們的呈現(xiàn)代表著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新方向與新趨勢(shì)。

2.1生物計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)是一種全新的計(jì)算機(jī)類型，還有一個(gè)別名叫做仿生計(jì)算機(jī)，它的創(chuàng)新之處在于使用了生物芯片替代了原本半導(dǎo)體上大量晶體管。生物計(jì)算機(jī)主要通過(guò)生物工程技術(shù)所出現(xiàn)的蛋白質(zhì)分子來(lái)作為主要的原料以及生物芯片，所以被叫做生物計(jì)算機(jī)。脫氧核糖核苷酸上存在著一些遺傳信息，它是一種雙螺旋結(jié)構(gòu)，因此，它具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，而且運(yùn)算能力非常強(qiáng)大，與傳統(tǒng)硅片相比更是略勝一籌。數(shù)據(jù)顯示，一毫克的DNA的存儲(chǔ)能力與一萬(wàn)片的光碟片差不多大容量。除此之外，DNA還具有超能力，能夠同時(shí)進(jìn)行兆個(gè)運(yùn)算指令。這一系列的優(yōu)勢(shì)因素都給生物計(jì)算機(jī)的成熟發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，讓它具備了集成電路所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，大致可以歸結(jié)于五點(diǎn)。第一點(diǎn)，生物計(jì)算機(jī)的體積比較小，但是容量卻比較大。第二，生物計(jì)算機(jī)具有良好的可靠性，這主要得益于計(jì)算機(jī)的內(nèi)部芯片，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，這個(gè)內(nèi)部芯片可以自行進(jìn)行恢復(fù)。第三，生物計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量比較大，有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，一立方米的生物大分子溶液里大約可以存儲(chǔ)一萬(wàn)億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。第四，生物計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比較快，這主要得益于DNA能夠同時(shí)處理兆個(gè)指令的特別優(yōu)勢(shì)。第五，生物計(jì)算機(jī)具有良好的并行性。跟過(guò)去的計(jì)算機(jī)不同的是，生物計(jì)算機(jī)得益于DNA與蛋白質(zhì)，因此充分發(fā)揮并行功能。生物計(jì)算機(jī)以它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要工程，當(dāng)前，生物計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向主要有兩個(gè)，一個(gè)是研制有機(jī)分子元件，利用它來(lái)替換半導(dǎo)體元件，為分子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)提供幫助。另一個(gè)是通過(guò)不斷探究人腦結(jié)構(gòu)跟思維規(guī)律來(lái)研究生物計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，為生物計(jì)算機(jī)的成熟呈現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

2．2量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)也是新型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它是建立在量子力學(xué)規(guī)律以及依托量子效應(yīng)和量子比特而進(jìn)行的超速運(yùn)算、強(qiáng)大存儲(chǔ)的一種新型計(jì)算機(jī)裝置。假如這個(gè)裝置處理和運(yùn)算時(shí)使用的是量子信息，那么在進(jìn)行量子算法的時(shí)候，就是所謂的量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)與一般計(jì)算機(jī)的一個(gè)不同之處在于它不僅能夠使用0和1進(jìn)行存儲(chǔ)，還能夠用粒子的量子疊加來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)信息的匯總。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，一個(gè)四十位元的量子計(jì)算機(jī)可以解開(kāi)一千零二十四位的集成電路計(jì)算機(jī)需要花費(fèi)幾十年才能夠解決的問(wèn)題。量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度令人驚嘆。到現(xiàn)在為止，全球還沒(méi)有呈現(xiàn)出一個(gè)成熟意義上的量子計(jì)算機(jī)，不同國(guó)家和地區(qū)的科研人員仍然沒(méi)有放棄努力，致力于對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研究過(guò)程中，呈現(xiàn)出許多跟量子計(jì)算機(jī)相關(guān)的科學(xué)方案以及科學(xué)假設(shè)。在實(shí)際研究過(guò)程中，這一系列的科學(xué)方案仍然存在著一些不成熟的地方，但是伴隨著時(shí)代的進(jìn)步，相信量子計(jì)算機(jī)終究會(huì)被攻克，完美地呈現(xiàn)在人們的生活中。

2．3光子計(jì)算機(jī)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)著光學(xué)的發(fā)展，科研人員開(kāi)始著手用光子來(lái)替代電子，光運(yùn)算開(kāi)始慢慢取代電運(yùn)算，一系列的光學(xué)元件開(kāi)始取代電子元件與電子設(shè)備，不斷應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程中。光子計(jì)算機(jī)主要是運(yùn)用光信號(hào)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯測(cè)算以及信息的存儲(chǔ)處理等的新型計(jì)算機(jī)，主要的優(yōu)勢(shì)可以歸納為三個(gè)方面：第一，強(qiáng)可靠性，光子沒(méi)有電荷，所以就不存在電磁相互作用，具有較強(qiáng)的可靠性。第二，光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度極高，光子的并行性比較強(qiáng)，因此具有較強(qiáng)的處理能力，加上光子傳播速度很快，進(jìn)一步提升了光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。第三具有超大的存儲(chǔ)容量，光子互聯(lián)不受到電磁的干擾，因此具有較高的互聯(lián)密度。

2．4納米計(jì)算機(jī)

納米材料作為一種新型的高科技材料，在薄膜晶體管中的應(yīng)用解放了傳統(tǒng)意義上的晶體管。納米計(jì)算機(jī)解決了一些頑固的技術(shù)難題，與此同時(shí)，由于納米材料研發(fā)的芯片具有更低的生產(chǎn)成本，因此，納米計(jì)算機(jī)的發(fā)展前景更加樂(lè)觀。作為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，相信隨著科研人員的不斷探索與發(fā)現(xiàn)，納米計(jì)算機(jī)技術(shù)一定可以隨著時(shí)間的推移走進(jìn)我們老百姓的生活中，幫助我們解決日常生活中的一系列問(wèn)題。

3總結(jié)

時(shí)代在不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也在不斷提升。社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展對(duì)于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展要求越來(lái)越高，計(jì)算機(jī)作為人們工作生活中一個(gè)必不可少的輔助用品，必將走在不斷發(fā)展的路上，微型、智能、多功能發(fā)展，生物計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)以及納米計(jì)算機(jī)等一系列新型計(jì)算機(jī)，作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向與趨勢(shì)一定可以破除各種技術(shù)阻礙，通過(guò)科研人員堅(jiān)持不懈的努力成為老百姓生活中的一部分，為美好生活的構(gòu)建增添色彩。

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篇7

關(guān)鍵詞：燃燒學(xué)；量子化學(xué)；Gaussian軟件；多媒體

中圖分類號(hào)：G642?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）19-0041-02

“燃燒學(xué)”是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容涉及化學(xué)動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)以及熱化學(xué)等多門學(xué)科知識(shí)，是一門典型的交叉學(xué)科。由于“傳熱學(xué)”、“熱力學(xué)”以及“流體力學(xué)”是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，通過(guò)前期的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容較為熟悉。但由于專業(yè)的限制，本專業(yè)學(xué)生在大學(xué)期間很少有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)化學(xué)專業(yè)知識(shí)，因而對(duì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)和熱化學(xué)等內(nèi)容相對(duì)陌生，不少學(xué)生在課后反映該部分內(nèi)容抽象難懂。燃燒過(guò)程實(shí)質(zhì)上是耦合了流動(dòng)、傳熱以及熱力相變的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。因此，掌握好化學(xué)動(dòng)力學(xué)和熱化學(xué)等知識(shí)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)具有重要意義。筆者根據(jù)在科研與教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，將量子化學(xué)Gaussian軟件應(yīng)用到燃燒學(xué)課程的教學(xué)中，取得了良好的效果。

一、量子化學(xué)Gaussian軟件介紹

量子化學(xué)是應(yīng)用量子力學(xué)的規(guī)律和方法來(lái)研究化學(xué)問(wèn)題的一門學(xué)科。量子化學(xué)Gaussian軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的量子化學(xué)綜合軟件包，是化學(xué)領(lǐng)域最著名的軟件之一，可以在Windows、Linux、Unix操作系統(tǒng)中運(yùn)行，目前最新版本為Gaussian 03。該軟件由量子化學(xué)家約翰波普的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，可以應(yīng)用從頭計(jì)算方法、半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法模擬和計(jì)算分子和過(guò)渡態(tài)能量和結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵以及反應(yīng)能量、分子軌道、偶極矩和多極矩、原子電荷和電勢(shì)、振動(dòng)頻率、紅外和拉曼光譜、極化率和超極化率、熱力學(xué)性質(zhì)以及反應(yīng)路徑等內(nèi)容，是目前應(yīng)用最廣泛的半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算和從頭計(jì)算量子化學(xué)計(jì)算軟件。量子化學(xué)Gaussian軟件在教學(xué)中可以輕松搭建直觀的分子和原子模型，并且從分子動(dòng)力學(xué)層面展現(xiàn)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在變化和重組過(guò)程。因此，學(xué)生可以直觀地了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)內(nèi)在規(guī)律，從而強(qiáng)化對(duì)相關(guān)知識(shí)和規(guī)律的認(rèn)識(shí)與掌握。

二、量子化學(xué)Gaussian軟件在“燃燒學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

量子化學(xué)Gaussian軟件的功能非常強(qiáng)大，但本文僅選擇個(gè)別功能，并且通過(guò)列舉“燃燒學(xué)”中最常見(jiàn)的兩個(gè)簡(jiǎn)單基元反應(yīng)實(shí)例來(lái)介紹其在“燃燒學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用。

1.實(shí)例一

CO和·OH的反應(yīng)是燃燒過(guò)程以及燃燒大氣污染控制化學(xué)中的一個(gè)重要基元反應(yīng)。根據(jù)分子碰撞理論，兩種物質(zhì)是通過(guò)相互碰撞發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但這種說(shuō)法對(duì)于非化學(xué)專業(yè)的同學(xué)來(lái)說(shuō)非常抽象，不易理解。比如兩者是如何發(fā)生碰撞的，碰撞后又是如何發(fā)生反應(yīng)的，這些問(wèn)題都很模糊，通過(guò)簡(jiǎn)單的文字描述很難講清楚。而通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的圖形講解則可能取得意想不到的效果。圖1顯示的是采用Gaussian軟件中的密度泛函理論（DFT，B3LYP方法）在6-311++ G（d，p）基組水平下全參數(shù)優(yōu)化和模擬反應(yīng)過(guò)程中的各反應(yīng)物、中間體（IM）、過(guò)渡態(tài)（TS）以及反應(yīng)產(chǎn)物的幾何構(gòu)型示意圖。

圖2顯示的是CO和·OH之間的反應(yīng)能級(jí)示意圖。從圖中結(jié)果可以看出，CO和·OH之間的反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是·OH對(duì)CO發(fā)動(dòng)進(jìn)攻，即·OH的O原子去進(jìn)攻CO中的C原子，得到反應(yīng)中間體IM1。從中間體IM1出發(fā)有兩種裂解方式：一種是經(jīng)過(guò)渡態(tài)TS1斷裂其H-O鍵；另一種方式是IM1首先經(jīng)過(guò)一個(gè)異構(gòu)化過(guò)渡態(tài)TS2異構(gòu)為另一順式中間體IM2，然后IM2又經(jīng)過(guò)渡態(tài)TS3斷裂其H-O鍵生成產(chǎn)物CO2和H?；谝陨夏芗?jí)分析，反應(yīng)存在兩條可能的通道。但通過(guò)計(jì)算的活化能可知，第一條反應(yīng)路徑需要的活化能為197.41 kJ/mol，而第二條需要的活化能僅為33.22 kJ/ mol。化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行必須先要克服一定的能量障礙，即活化能才可以發(fā)生。從計(jì)算結(jié)果可以看出，由于通道CO+·OHIM1TS1CO2+·H的活化能比通道CO+·OHIM1+TS2+IM2+TS3+CO2+·H的高得多。因此，第二個(gè)通道需要克服的能量障礙更小，即更容易發(fā)生，是該反應(yīng)的主要通道（主要反應(yīng)路徑）。

2.實(shí)例2

篇8

關(guān)鍵詞：量子糾纏；特征關(guān)聯(lián)；認(rèn)識(shí)論；波函數(shù)

量子信息研究領(lǐng)域在近幾年發(fā)展迅速，并獲得了諸多突破，推動(dòng)著計(jì)算機(jī)和信息通信領(lǐng)域的發(fā)展，有非常樂(lè)觀的應(yīng)用前景。不同于經(jīng)典的信息處理方式，量子信息處理利用了粒子的量子力學(xué)特性。而量子糾纏理論被認(rèn)為量子信息處理的重要理論，是區(qū)別于經(jīng)典力學(xué)的本質(zhì)特性[1]。深入認(rèn)識(shí)和理解量子糾纏的構(gòu)建機(jī)制，能夠?yàn)榱孔有畔㈩I(lǐng)域的理論和技術(shù)研究提供全新的思路，為科技哲學(xué)的認(rèn)識(shí)論帶來(lái)深層次的理論依據(jù)，為信息思維、能力思維、物質(zhì)思維和客觀世界的復(fù)雜性思維提供系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)方法。

一、量子糾纏的構(gòu)建

按照量子糾纏的定義[2]，如果復(fù)合系統(tǒng)的純態(tài)不能寫(xiě)成子系統(tǒng)純態(tài)的直積，即，那么這個(gè)態(tài)為糾纏態(tài)，即

式中，表示子系統(tǒng)的基本屬性簇；由n個(gè)微觀粒子子系統(tǒng)組成復(fù)合純態(tài)系統(tǒng)

，

其中，為希爾伯特空間的直積態(tài)或非糾纏，假設(shè)存在

，，…，

使得不成立，那么就稱這n個(gè)微觀粒子之間糾纏。

如果存在n個(gè)不同的態(tài)，當(dāng)tt0時(shí)，假設(shè)這些態(tài)之間發(fā)生相互作用，形成更大的復(fù)合系統(tǒng)Hi，Hi =H1H2×…Hn，這一系統(tǒng)的狀態(tài)特征可用波函數(shù)表征。若無(wú)法將獨(dú)立的狀態(tài)特征分立出來(lái)，那么該表征僅僅是描述復(fù)合系統(tǒng)的特征概率。這意味著，若發(fā)生糾纏態(tài)，則至少存在不少于兩個(gè)的量子態(tài)的疊加，構(gòu)成一個(gè)復(fù)合的整體。這種量子糾纏理論說(shuō)明，發(fā)生相互糾纏的量子態(tài)之間存在特定的關(guān)聯(lián)作用，當(dāng)對(duì)某一實(shí)在進(jìn)行操作時(shí)，與其發(fā)生糾纏的其他實(shí)在的特征也會(huì)發(fā)生變化[3]。這種糾纏關(guān)聯(lián)關(guān)系不僅呈現(xiàn)某一實(shí)在的固有屬性，并且描述了糾纏關(guān)聯(lián)的復(fù)合系統(tǒng)的整體特征。

物質(zhì)實(shí)在的本體具有特殊性的物理屬性，物質(zhì)本體固有屬性的認(rèn)知過(guò)程與物理本體有一定區(qū)別。對(duì)于微觀物質(zhì)來(lái)說(shuō)，它除了擁有宏觀物質(zhì)的基本特性以外，還具有波動(dòng)性特征，構(gòu)成微觀物質(zhì)的雙重屬性。量子力學(xué)中的波函數(shù)公設(shè)認(rèn)為：“一個(gè)微觀粒子的狀態(tài)可以用波函數(shù)來(lái)完全描述”[4]。從認(rèn)識(shí)論來(lái)看，微觀粒子的波函數(shù)具有兩個(gè)維度的涵義：第一，波函數(shù)包含了微觀粒子的全部狀態(tài)特征信息，操作波函數(shù)的過(guò)程就是對(duì)微觀粒子的現(xiàn)有狀態(tài)和固有屬性的認(rèn)識(shí)過(guò)程；第二，操作波函數(shù)時(shí)，不同波函數(shù)所表征出來(lái)的特性有所區(qū)別，只有對(duì)波函數(shù)進(jìn)行多次操作，才能得到微觀粒子的全部特征。

大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，任何實(shí)在本體都具備兩種基本屬性：本體客觀存在的直接屬性和基于或然存在的間接屬性[5]。這兩種基本屬性共同構(gòu)成實(shí)在本體的特征，可通過(guò)波函數(shù)進(jìn)行表述。同樣地，復(fù)合系統(tǒng)通過(guò)糾纏關(guān)聯(lián)建立系統(tǒng)的整體特征，用復(fù)合系統(tǒng)的波函數(shù)來(lái)描述。對(duì)于完全獨(dú)立的多個(gè)實(shí)在本體所組成的復(fù)合系統(tǒng)，可以通過(guò)波函數(shù)來(lái)表征每個(gè)實(shí)在的屬性。當(dāng)對(duì)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行某種操作后，系統(tǒng)不能將每個(gè)實(shí)在的屬性孤立地表征出來(lái)，此時(shí)復(fù)合系統(tǒng)的整體特征通過(guò)糾纏的實(shí)在間的關(guān)聯(lián)作用來(lái)表征。對(duì)糾纏系統(tǒng)某個(gè)子系統(tǒng)的操作會(huì)使得其他子系統(tǒng)的特征發(fā)生變化，表明量子糾纏是一個(gè)由本體屬性過(guò)渡到整體特征的認(rèn)識(shí)過(guò)程。

二、量子糾纏的特征關(guān)聯(lián)

量子信息理論的本質(zhì)屬于哲學(xué)范疇[6]，對(duì)量子糾纏的認(rèn)識(shí)，不光要對(duì)實(shí)在本體產(chǎn)生全新的認(rèn)識(shí)，也要對(duì)實(shí)在個(gè)體到整體關(guān)聯(lián)運(yùn)用新的研究思路。

量子糾纏的關(guān)聯(lián)特性凸顯了復(fù)合系統(tǒng)中原獨(dú)立實(shí)在之間的相互作用關(guān)系。狄拉克曾在1931年斷言存在理論上的“磁單極子”[7]，但至今仍未找到足夠的實(shí)證。由單極子組成的磁體所體現(xiàn)的實(shí)在，對(duì)“磁單極子”本體的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于由單極子組成的磁體實(shí)在的整體特征的認(rèn)識(shí)。也就是說(shuō)，量子糾纏在整體表象與特征關(guān)聯(lián)的關(guān)系上，一方面揭示了實(shí)在本體的關(guān)聯(lián)與內(nèi)在的依存關(guān)系，另一方面體現(xiàn)了本體的固有屬性。

為了量測(cè)相互糾纏的實(shí)在之間的關(guān)聯(lián)程度，由此出現(xiàn)了糾纏度的概念[8]。從認(rèn)識(shí)論來(lái)看，它界定了局域空間的有限性，不同的實(shí)在本體在多個(gè)空間形成糾纏關(guān)聯(lián)，從而構(gòu)建我們的世界觀。相互糾纏的實(shí)在之間的糾纏度越大，則邊界越模糊，局域越稀疏，實(shí)在特征屬性的描繪就越復(fù)雜；反之，糾纏度越小，則邊界越明確，局域越緊促，實(shí)在特征描繪越簡(jiǎn)單。量子糾纏是非局域的，是客觀實(shí)在之間主體介入的間接存在。每個(gè)實(shí)在本體包含特征信息，利用糾纏操作實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。所以說(shuō)，量子糾纏擁有識(shí)別和存儲(chǔ)實(shí)在本體的特性，體現(xiàn)了對(duì)整體關(guān)聯(lián)的認(rèn)識(shí)，代表了統(tǒng)一認(rèn)識(shí)論觀點(diǎn)的形成過(guò)程，是哲學(xué)理論在量子信息科技領(lǐng)域的拓展和延伸。

量子糾纏關(guān)聯(lián)是客觀實(shí)體最本質(zhì)的特征，通過(guò)這種關(guān)聯(lián)，搭建了實(shí)在本體與主觀存在之間的關(guān)系。從理論技術(shù)的角度來(lái)說(shuō)，如果缺少了量子糾纏關(guān)聯(lián)的研究，那么量子通信只會(huì)是現(xiàn)代信息理論技術(shù)的簡(jiǎn)單發(fā)展。量子糾纏的構(gòu)建機(jī)制與特征關(guān)聯(lián)的研究，向人們展現(xiàn)了經(jīng)典力學(xué)無(wú)法描繪的圖景，表明微觀粒子不存在孤立的特征[9]。深入探究量子糾纏的認(rèn)識(shí)論，挖掘新的認(rèn)知方法，對(duì)人類認(rèn)知思維的進(jìn)步具有深刻的意義。

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篇9

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；量子理論；矩陣力學(xué)；波動(dòng)力學(xué)；測(cè)不準(zhǔn)原理

量子力學(xué)揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，為原子物理、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)。它能很好地解釋原子結(jié)構(gòu)、原子光譜的規(guī)律性、化學(xué)元素的性質(zhì)，光的吸收與輻射等等方面。從1900年到1913年量子論的早期提出，到經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家如玻恩、海森伯、玻爾等人的努力詮釋，量子力學(xué)得到了進(jìn)一步發(fā)展。后來(lái)遭到愛(ài)因斯坦和薛定諤等人的批評(píng)，他們不同意對(duì)方提出的波函數(shù)的幾率解釋、測(cè)不準(zhǔn)原理和互補(bǔ)原理。雙方展開(kāi)了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的論戰(zhàn)，至今尚未結(jié)束。

一、量子論的早期

1 普朗克的能量子假設(shè)

普朗克在黑體輻射的維恩公式和瑞利公式之間尋求協(xié)調(diào)統(tǒng)一，找到了與實(shí)際結(jié)果符合極好的內(nèi)插公式，迫使他致力于從理論上推導(dǎo)這一新定律。但是，他經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的緊張努力也沒(méi)能從力學(xué)的普遍理論直接推出新的輻射定律。最后只好用玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)方法來(lái)試一試。他根據(jù)黑體輻射的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出普適常數(shù)，后來(lái)人們稱這個(gè)常數(shù)為普朗克常數(shù)，也就是普朗克所謂的“作用量子”，而把能量元稱為能量子。

2光電效應(yīng)的研究

普朗克的出能量子假說(shuō)具有劃時(shí)代的意義，但是，不論是他本人還是同時(shí)代人當(dāng)時(shí)對(duì)這一點(diǎn)都沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)。愛(ài)因斯坦最早明確地認(rèn)識(shí)到，普朗克的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志了物理學(xué)的新紀(jì)元.1905年，愛(ài)因斯坦在其論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn)》中，發(fā)展了普朗克的量子假說(shuō)，提出了光量子概念，并應(yīng)用到光的發(fā)射和轉(zhuǎn)化上，很好地解釋了光電效應(yīng)等現(xiàn)象。在那篇論文中，愛(ài)因斯坦總結(jié)了光學(xué)發(fā)展中微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)長(zhǎng)期爭(zhēng)論的歷史，提示了經(jīng)典理論的困境，提出只要把光的能量看成不是連續(xù)的，而是一份一份地集中在一起，就可以作出合理的解釋。與此同時(shí)，他還大膽地提出了光電方程，當(dāng)時(shí)還沒(méi)有足夠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)支持他的理論，因此，愛(ài)因斯坦稱之為“試探性觀點(diǎn)”。但他的光量子理論并沒(méi)有及時(shí)地得到人們的理解和支持，直到1916年，美國(guó)物理學(xué)家密立根對(duì)愛(ài)因斯坦的光電方程作出了全面的驗(yàn)證，光量子理論才開(kāi)始得到人們的承認(rèn)。 3 固體比熱的研究

1906年，愛(ài)因斯坦將普朗克的量子假說(shuō)應(yīng)用于固體比熱，解釋了固體比熱的溫度特性并且得到定量結(jié)果。然而，這一次跟光電效應(yīng)一樣，也未引起物理界的注意。不過(guò)，比熱問(wèn)題很快就得到了能斯特的低溫實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。量子理論應(yīng)用于比熱問(wèn)題獲得成功，引起了人們的關(guān)注，有些物理學(xué)家相繼投入這方面的研究。在這樣的形式下，能斯特積極活動(dòng)，得到比利時(shí)化學(xué)工業(yè)巨頭索爾威的資助，促使有歷史意義的第一屆索爾威國(guó)際物理會(huì)議的召開(kāi)，討論的主題就是《輻射理論和量子》，這次會(huì)議在宣傳量子理論上起了很好的作用。

4量子假說(shuō)運(yùn)用于原子模型

哈斯是奧地利的一位年表物理學(xué)家，他在研究黑體輻射時(shí)很早就注意到了量子論。湯姆生專門討論原子結(jié)構(gòu)的書(shū)《電與物質(zhì)》和維恩的文章促使他運(yùn)用量子公式來(lái)闡述原子結(jié)構(gòu)，這是將量子假說(shuō)運(yùn)用于原子結(jié)構(gòu)的最初嘗試。

丹麥人玻爾堅(jiān)信盧瑟福的有核原子模型學(xué)說(shuō)，為了證實(shí)其正確性，玻爾利用量子假說(shuō)來(lái)解決原子的穩(wěn)定性問(wèn)題。要描述原子現(xiàn)象，就必須對(duì)經(jīng)典概念進(jìn)行一番徹底的改造，因?yàn)橐恢鹿J(rèn)的經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)并不適于描述原子規(guī)模的系統(tǒng)行為。1913年，玻爾在他的第二篇論文中以角動(dòng)量量子化條件作為出發(fā)點(diǎn)來(lái)處理氫原子的狀態(tài)問(wèn)題，得到能量、角頻率和軌道半徑的量子方程?？梢?jiàn)，玻爾的對(duì)應(yīng)原理思想早在1913就有了萌芽，并成功地應(yīng)用于原子模型理論。玻爾的原子理論完滿地解釋了氫光譜的巴耳末公式；從他的理論推算，各基本常數(shù)如e、m、h和R（里德伯常數(shù)）之間取得了定量的協(xié)調(diào)。他闡明了光譜的發(fā)射和吸收，并且成功地解釋了元素的周期表，使量子理論取得了重大的進(jìn)展。

二 量子力學(xué)的建立與發(fā)展

1德布羅意假說(shuō) 2電子自旋概念的提出 半年后，荷蘭著名物理學(xué)家埃倫費(fèi)斯特的兩個(gè)學(xué)生在不知道克羅尼格工作的情況下提出了同樣的想法，并寫(xiě)成了。這得到了海森伯的贊同，不過(guò)，如何解釋雙線公式中多出的因子2，一時(shí)還得不到解答。玻爾試圖從相對(duì)論推出雙線公式，但仍然沒(méi)有結(jié)果。終于，在1926年，在哥本哈根研究所工作的英國(guó)物理學(xué)家托馬斯才解決了這個(gè)問(wèn)題。這樣一來(lái)，電子自旋的概念很快被物理學(xué)界普遍接受。

3矩陣力學(xué)的創(chuàng)立 集正是線性代數(shù)中的矩陣，此后，海森伯的新理論就叫《矩陣力學(xué)》。

玻恩著手運(yùn)用矩陣方法為新理論建立一套嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。與數(shù)學(xué)家約丹聯(lián)名發(fā)表了

《論量子力學(xué)》一文，首次給矩陣力學(xué)以嚴(yán)格的表述。接著，玻恩、約丹、海森伯三人合作，系統(tǒng)地論述了本征值問(wèn)題、定態(tài)微擾和含時(shí)間的定態(tài)微擾，導(dǎo)出了動(dòng)量和角動(dòng)量守定律，以及強(qiáng)度公式和選擇定則，從而奠定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)。

4波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)立 5波函數(shù)的物理詮釋 6測(cè)不準(zhǔn)原理和互補(bǔ)原理的提出 海森伯在創(chuàng)立矩陣力學(xué)時(shí)，對(duì)形象化的圖象采取否定態(tài)度。但他在表述中仍然需要“坐標(biāo)”、“速度”之類的詞匯，這些詞匯已不再等同于經(jīng)典理論中的那些詞匯。為解釋這些詞匯坐標(biāo)的新物理意義，海森伯抓住云室實(shí)驗(yàn)中觀察電子徑跡的問(wèn)題進(jìn)行思考。他意識(shí)到電子軌道本身的提法有問(wèn)題，人們看到的徑跡并不是電子的真正軌道，而是水滴串形成的霧跡，水滴遠(yuǎn)比電子大，所以人們也許只能觀察到一系列電了的不確定的位置，而不是電子工業(yè)的準(zhǔn)確軌道。因此，在量子力學(xué)中，一個(gè)電子只能以一定的不確定性處于某一位置，同時(shí)也只能以一定的不確定性具有某一速度 。可以把這些不確定性限定在最小范圍內(nèi)，但不能等于零。這就是海森伯對(duì)不確定性的最初思考。海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理是通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)來(lái)論證的，他還通過(guò)對(duì)確定原子磁矩的斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的分析得出結(jié)論：能量的準(zhǔn)確測(cè)定如何，只有靠相應(yīng)的對(duì)時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)量才能得到。

海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理得到了玻爾的支持，但玻爾不同意他的推理方式，認(rèn)為他建立測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系所用的基本概念有問(wèn)題。于是提出了互補(bǔ)原理。他指出，平常大家總認(rèn)為可以不必干涉所研究的對(duì)象，就可以觀測(cè)該對(duì)象，但從量子理論看來(lái)卻不可能，因?yàn)閷?duì)原子體系的作何觀測(cè)，都將涉及所觀測(cè)的對(duì)象在觀測(cè)過(guò)程中已經(jīng)有所改變，因此不可能有單一的定義，平常所謂的因果性不復(fù)存在。對(duì)經(jīng)典理論來(lái)說(shuō)互相排斥的不同性質(zhì)在量子理論中卻成了互相補(bǔ)充的一些側(cè)面。波粒二象性正是互補(bǔ)性的一個(gè)重要表現(xiàn)。其他量子力學(xué)結(jié)論也可從這里得到解釋。

三 關(guān)于量子力學(xué)完備性的爭(zhēng)論

玻恩、海森伯等人提出了量子力學(xué)的詮釋之后，遭到了愛(ài)因斯坦和薛定諤等人的批評(píng)，他們不同意對(duì)方提出的波函數(shù)的幾率解釋、測(cè)不準(zhǔn)原理和互補(bǔ)原理，雙方展開(kāi)了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的大論戰(zhàn)，許多理論物理學(xué)家、實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和哲學(xué)家卷入了這場(chǎng)論戰(zhàn)，至今還未告結(jié)束。

正是由于以愛(ài)因斯坦為代表的EPR一派和以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派的長(zhǎng)期爭(zhēng)論，才使得量子力學(xué)越來(lái)越完備，很多問(wèn)題得到了系統(tǒng)性的研究。

1965年，貝爾在定域隱參量理論的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)著名的關(guān)系，人稱貝爾不等式，于是有可能對(duì)隱參量理論進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，從而判斷哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的解釋是否正確。從70年代開(kāi)始，各國(guó)物理學(xué)家先后完成了十幾項(xiàng)檢驗(yàn)貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)大多數(shù)都明顯地違反了貝爾不等式，而與量子力學(xué)理論預(yù)言的相符。但也不能就此對(duì)愛(ài)因斯坦和玻爾的爭(zhēng)論作出最后裁決。目前這場(chǎng)論戰(zhàn)還在進(jìn)行之中，沒(méi)有得出最后的結(jié)論。

[2]盧鶴紱.哥本哈根學(xué)派量子論詮釋.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1984

篇10

[關(guān)鍵詞]計(jì)算材料學(xué)；綜合教學(xué)；課程起源

[中圖分類號(hào)] G40-011 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）08-0155-02

一、前言

計(jì)算材料學(xué)是一門正快速發(fā)展的材料科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)交叉的新興學(xué)科，它能夠利用相應(yīng)計(jì)算方法對(duì)材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行設(shè)計(jì)與模擬；廣泛涉及材料、物理、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、化學(xué)等多門學(xué)科。[1]可以說(shuō)，計(jì)算材料學(xué)是材料學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)的橋梁連接。[2]學(xué)習(xí)計(jì)算材料學(xué)能讓學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生養(yǎng)成在制備材料前從理論上設(shè)計(jì)新材料并預(yù)測(cè)其性質(zhì)的良好思路。

作為材料類專業(yè)的重要課程，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中存在著不少的問(wèn)題：1.具有計(jì)算材料學(xué)研究背景的師資力量欠缺；2.授課方法單一、枯燥，課堂效果不好；3.實(shí)踐條件的欠缺很難保證教學(xué)效果。為了提高計(jì)算材料學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生更好地掌握材料設(shè)計(jì)和性能預(yù)測(cè)的基本能力，我們結(jié)合存在的問(wèn)題和教學(xué)改革的實(shí)踐，對(duì)計(jì)算材料學(xué)的課程教學(xué)提出一些改革方法。

二、了解起源，培養(yǎng)興趣

計(jì)算材料學(xué)是一門十分抽象、理論性極強(qiáng)的課程，書(shū)中理論眾多并伴隨著數(shù)不清的陌生的符號(hào)、公式和注釋，這往往讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中望而卻步。傳統(tǒng)的計(jì)算材料學(xué)教學(xué)通常是讓學(xué)生在課后反復(fù)操練習(xí)題，以至可以靈活應(yīng)用這些公式定律來(lái)解題。結(jié)果不言而喻，學(xué)生往往知其然，而不知其所以然，很難提起學(xué)習(xí)的興趣。因此，授之以魚(yú)，還得授之以漁，在教學(xué)過(guò)程中追本溯源，將理論的來(lái)龍去脈講述清楚，教給學(xué)生創(chuàng)造的思維和方法顯得更為重要。

計(jì)算材料學(xué)不僅蘊(yùn)含著復(fù)雜的變量、方程和實(shí)驗(yàn)方法等知識(shí)，而且還充滿了疑問(wèn)，這些疑問(wèn)把學(xué)生帶入充滿曲折的探索之旅。所以，在計(jì)算材料教學(xué)中將課程重點(diǎn)和難點(diǎn)融為一體，可以在不知不覺(jué)中起到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的獨(dú)特效果。

計(jì)算材料學(xué)課程教改的目標(biāo)是轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，讓學(xué)生懂得計(jì)算模擬的起源、材料計(jì)算設(shè)計(jì)的基本方法和基本內(nèi)容以及與之相關(guān)的計(jì)算材料的前沿知識(shí)，引入與之相關(guān)的計(jì)算模擬案例介紹，從而使其具有一定的理論素養(yǎng)，培養(yǎng)其科學(xué)的態(tài)度、方法和精神。

三、引入拋錨式教學(xué)模式，提高課堂質(zhì)量

拋錨式教學(xué)也稱實(shí)例式教學(xué)，是由美國(guó)溫特貝爾特大學(xué)匹波迪教育學(xué)院開(kāi)發(fā)的一種教學(xué)模式。其要求學(xué)生在某種類型個(gè)案的實(shí)際環(huán)境中去感受和體驗(yàn)問(wèn)題，而不是聽(tīng)經(jīng)驗(yàn)的間接介紹和講解。真實(shí)的感受案例或情境，可以激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考，形成一種探索與研究的習(xí)慣。

根據(jù)課程的特點(diǎn)，適當(dāng)選擇講述一些有關(guān)課程的起源與發(fā)展的案例，使其自然地融入課堂。再結(jié)合教材內(nèi)容“見(jiàn)縫插針”，讓學(xué)生理解重要定理、公式是怎么來(lái)的，為什么要這么命名，相關(guān)定理、公式背后都有哪些有趣、有意義的故事，使學(xué)生產(chǎn)生一種情景記憶，而不是死記硬背，從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和挖掘。

以本課程中的量子力學(xué)基礎(chǔ)為例，詳細(xì)介紹量子力學(xué)的發(fā)展歷程可以讓學(xué)生更好地理解量子力學(xué)的基本意義和它對(duì)于學(xué)好計(jì)算材料學(xué)的重要作用。如利用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)一個(gè)量子力學(xué)發(fā)展歷程的故事或一段經(jīng)歷，用一根主線將求解量子力學(xué)波函數(shù)問(wèn)題融入情境故事或經(jīng)歷中，使學(xué)生趟著主線求解復(fù)雜的問(wèn)題。見(jiàn)表1：[3] [4]

圍繞相關(guān)原理、公式如不確定性原理、薛定諤方程等，開(kāi)發(fā)可共享的經(jīng)驗(yàn)，展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生掌握態(tài)矢量、波粒二象性和量子測(cè)量等概念知識(shí)，老師在學(xué)生獲得概念知識(shí)的初始階段需要提供較多的指導(dǎo)。創(chuàng)造機(jī)會(huì)使學(xué)生擁有更多的自進(jìn)行獨(dú)立探究或小組探究，圍繞求解薛定諤方程所做的近似求解思想和方法，查找或探究相關(guān)的隱藏或缺失的信息。

運(yùn)用知識(shí)作為問(wèn)題求解的工具。學(xué)生運(yùn)用相關(guān)定理、公式中隱含的信息或線索，積極制訂解決問(wèn)題的計(jì)劃。為此，學(xué)生需要先探究一些問(wèn)題，以確定輔助解決整個(gè)問(wèn)題的補(bǔ)充信息。教師們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，將計(jì)算材料軟件如CASTEP、VASP和Abinit等引入教學(xué)中，使學(xué)生有接觸解決實(shí)際問(wèn)題的工具的機(jī)會(huì)。同時(shí)，教師們更需要了解學(xué)生的理解能力、決策能力和推理能力，從而更好地為學(xué)生的問(wèn)題求解提供“腳手架”。

制訂一套整合相關(guān)原理、公式的教學(xué)方案。引導(dǎo)學(xué)生們閱讀更多學(xué)科知識(shí)的內(nèi)容，共同探究相關(guān)的故事，使學(xué)生們沉浸在相關(guān)的模擬情境中，從而加深對(duì)概念知識(shí)的理解并整合不同學(xué)生的概念知識(shí)，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力。

共同分享所學(xué)內(nèi)容。學(xué)生們將他們對(duì)相關(guān)原理、公式問(wèn)題和拓展性問(wèn)題探究結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)，從不同角度探討解決綜合問(wèn)題的策略，深層次地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而為學(xué)習(xí)共同體作出貢獻(xiàn)。[4]

四、以史為鑒，培養(yǎng)科學(xué)精神

科學(xué)精神包括探索精神、求真精神、民主精神、實(shí)踐精神和懷疑批判精神等等。中國(guó)的應(yīng)試教育使得廣大學(xué)生太相信書(shū)本和教師，摧殘了學(xué)生批判性思維能力，因此在教學(xué)中可結(jié)合一些計(jì)算材料學(xué)的歷史，加強(qiáng)學(xué)生批判思維能力的培養(yǎng)。

例如，在計(jì)算材料學(xué)課堂中引入愛(ài)因斯坦對(duì)薛定諤、德布羅意等的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑的案例。[5]

愛(ài)因斯坦在1924年對(duì)泡利反對(duì)連續(xù)區(qū)理論的觀點(diǎn)上發(fā)表示了“完全的因果性”的看法，針對(duì)玻爾關(guān)于輻射的波動(dòng)在本質(zhì)上是幾率波的假設(shè)而評(píng)論：“玻爾關(guān)于輻射的意見(jiàn)是很有趣的。但是，我決不愿意被迫放棄嚴(yán)格的因果性，將對(duì)它進(jìn)行更強(qiáng)有力的保衛(wèi)。我覺(jué)得完全不能容忍這樣的想法，即認(rèn)為電子受到輻射的照射，不僅它的跳躍時(shí)刻，而且它的方向都由它自己的自由意志去選擇?！?/p>

愛(ài)因斯坦對(duì)“量子力學(xué)僅可建立在可觀察量的基礎(chǔ)上”這一觀點(diǎn)也提出異議。1926年春天，他在海森堡的一次談話中，提出了“是理論決定我們能夠觀察到的東西”的觀點(diǎn)。

通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算材科料學(xué)史，可以引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)公式、方程的產(chǎn)生。如引導(dǎo)學(xué)生思考：從薛定諤方程產(chǎn)生到解決過(guò)程中真正創(chuàng)造了些什么？哪些思想、方法代表著薛定諤方程相對(duì)于以往的實(shí)質(zhì)進(jìn)步？科學(xué)工作者在求解薛定諤方程遇到瓶頸時(shí)，成功創(chuàng)造了近似求解的方法，這種方法可以從微擾理論到變分理論再到密度泛函理論，這不僅體現(xiàn)了量子力學(xué)理論的一大進(jìn)步，更體現(xiàn)科學(xué)工作者對(duì)尋求真理的孜孜不倦的精神。[6]通過(guò)對(duì)計(jì)算材料科學(xué)史的學(xué)習(xí)，可以鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造性思維，同時(shí)學(xué)習(xí)薛定諤為追求真理，而百折不撓、義無(wú)反顧、獻(xiàn)身科學(xué)的精神，感受薛定諤治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、剛正真誠(chéng)、淡泊名利的風(fēng)范和人格魅力。

五、結(jié)論

計(jì)算材料學(xué)作為一門新興科學(xué)，是材料類專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要基礎(chǔ)課程。然而在教學(xué)過(guò)程中由于師資力量薄弱、教學(xué)方法單一、研究對(duì)象復(fù)雜、實(shí)踐條件有限等問(wèn)題，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣低下、教學(xué)效果不明顯。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中應(yīng)運(yùn)用科學(xué)發(fā)展過(guò)程中蘊(yùn)藏的豐富的教育資源，通過(guò)講授學(xué)科起源、發(fā)展以及應(yīng)用的案例，使學(xué)生了解知識(shí)的形成過(guò)程，同時(shí)引入拋錨式教學(xué)模式將一個(gè)個(gè)真實(shí)生動(dòng)的科學(xué)形象，融入日常課堂教學(xué)之中，從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，應(yīng)有意識(shí)地加強(qiáng)計(jì)算材料學(xué)發(fā)展史的講授，使知識(shí)、原理和規(guī)律變得生動(dòng)而鮮活，更使學(xué)生的科學(xué)思想、科研方法、科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)素養(yǎng)等得到熏陶和培養(yǎng)。

[ 注 釋 ]

[1] 張躍，谷景華，尚家香.計(jì)算材料學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2007.

[2] （德）D?羅伯，項(xiàng)金鐘，吳興惠.計(jì)算材料學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3] 許良英.愛(ài)因斯坦文集[M].北京：商務(wù)印書(shū)館，1977（1）.

[4] （美）J?梅拉H?雷琴堡.量子理論的歷史發(fā)展[M].北京：科學(xué)出版社，1990.