發(fā)布時(shí)間：2022-04-17 05:27:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇量子力學(xué)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
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)械決定論的優(yōu)秀在于只要初始狀態(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(jué)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](méi)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”。
一、科學(xué)、語(yǔ)言和思維
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。科學(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。科學(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(ài)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(jué)有關(guān)，而只對(duì)邏輯上的公理有效性負(fù)責(zé)。愛(ài)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。〔1〕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(ài)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(jué)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。可以想象，離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(méi)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](méi)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。〔2〕
量子力學(xué)的反對(duì)者愛(ài)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(ài)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。”〔5〕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(méi)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。〔7〕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(jué)所把握，從而進(jìn)入一般知識(shí)的范圍。〔8〕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。〔9〕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，從而推翻了絕對(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(méi)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。互補(bǔ)原理和并協(xié)原理并沒(méi)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(méi)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。〔10〕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。〔12〕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。”〔14〕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。”〔15〕
摘要：20世紀(jì)三次物理學(xué)革命之一的量子力學(xué)在諸多方面對(duì)經(jīng)典科學(xué)世界圖景進(jìn)行了變革。量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，使之轉(zhuǎn)化為非機(jī)械決定論；使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論；使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性到探索復(fù)雜性；確立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)關(guān)系。
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)
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)械決定論的優(yōu)秀在于只要初始狀態(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(jué)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](méi)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。
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”。
【摘 要】中醫(yī)形神關(guān)系和量子力學(xué)中的意識(shí)都是研究精神活動(dòng)的范疇，兩者理論研究可以互相促進(jìn)。中醫(yī)形神關(guān)系認(rèn)為“形為神之宅，神為形之主”，將精神和物質(zhì)進(jìn)行了統(tǒng)一，符合量子力學(xué)的哥本哈根解釋精神。中醫(yī)對(duì)精神的研究比量子力學(xué)衍生出來(lái)的意識(shí)理論有更強(qiáng)大的生命力。中醫(yī)理論認(rèn)為宇宙之間有一種自我協(xié)調(diào)、自動(dòng)平衡的能力。這種能力產(chǎn)生了神（精神），神又進(jìn)一步控制強(qiáng)化了這種自我協(xié)調(diào)、自動(dòng)平衡的能力。本文認(rèn)為這種能力最初使量子世界走向經(jīng)典世界，使萬(wàn)物生成之源。
【關(guān)鍵詞】中醫(yī)；形神關(guān)系；量子力學(xué)；精神
形神關(guān)系是中醫(yī)研究物質(zhì)和精神關(guān)系的理論總稱。中醫(yī)對(duì)精神的形成有明確的認(rèn)識(shí)，并廣泛運(yùn)用于中醫(yī)實(shí)踐中。本文主要結(jié)合中醫(yī)和量子力學(xué)進(jìn)一步探討物質(zhì)和精神的關(guān)系，希望對(duì)傳統(tǒng)世界的認(rèn)知有新的突破。
1 量子力學(xué)簡(jiǎn)介
量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)和優(yōu)秀，主要有單個(gè)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、活貓死貓問(wèn)題和量子糾纏等非常規(guī)現(xiàn)象。《宇宙的琴弦》第二篇第四章總結(jié)單個(gè)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)指出：電子從兩條縫都通過(guò)了，并產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象。“一旦確定了電子從哪條縫經(jīng)過(guò)，兩縫間的干涉現(xiàn)象也就消失了”，電子像小球一樣只產(chǎn)生兩道豎紋。唐先一、張志林在《量子力學(xué)詮釋綜論》中全面分析了現(xiàn)有的八大類量子詮釋理論，認(rèn)為傳統(tǒng)的哥本哈根解釋最為合理，觀測(cè)者有不可或缺的作用，即觀測(cè)者的觀測(cè)讓干涉現(xiàn)象消失了。現(xiàn)在普遍認(rèn)為是觀測(cè)者的意識(shí)使得量子波坍縮的。所以，認(rèn)知、意識(shí)等精神活動(dòng)是理解量子力學(xué)的關(guān)鍵。
2 神的概念和形成
中醫(yī)將精神活動(dòng)總稱為神，認(rèn)為形為神之宅，神者形之用，統(tǒng)一了唯心主義和唯物主義。
2.1 神的概念
《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》認(rèn)為“狹義之神指人的意識(shí)、思維、情感等精神活動(dòng)”，它是中醫(yī)研究的重點(diǎn)。劉富林在《形神合一理論的研究》中認(rèn)為“神，指人體的生命活動(dòng)，包括精神、思維、意識(shí)、情感、心理等變化”。中醫(yī)研究的神主要指精神活動(dòng)，也包括意識(shí)，和量子力學(xué)中的意識(shí)息息相關(guān)，兩者結(jié)合定能熠熠生輝。本文的意識(shí)、情志和思維等都是指精神活動(dòng)，是研究量子力學(xué)的重要基礎(chǔ)。
劉富林在《形神合一理論的研究》中總結(jié)指出中醫(yī)形神合一理論“體現(xiàn)在中醫(yī)基礎(chǔ)理論與臨床診治、養(yǎng)生防病的全過(guò)程中”。陳向群在《量子力學(xué)視角下的三種意識(shí)解釋》中對(duì)量子力學(xué)衍生出來(lái)的三種主要意識(shí)理論進(jìn)行介紹，說(shuō)明了量子力學(xué)視角下的意識(shí)處于假設(shè)階段，毫無(wú)應(yīng)用價(jià)值。所以，中醫(yī)形神關(guān)系比量子力學(xué)產(chǎn)生的意識(shí)理論有更強(qiáng)大的生命力。
2.2 神的形成
《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》認(rèn)為“無(wú)形則神無(wú)以附，無(wú)神則形無(wú)以活；形為神之宅，神為形之主。形神統(tǒng)一是生命存在的根本保C”。 這里的形“指人體的形體，包括臟腑、經(jīng)絡(luò)、氣血、津液等構(gòu)成形體的物質(zhì)”（ 劉富林《形神合一理論的研究》）。中醫(yī)的形神觀告訴我們：精神離不開物質(zhì)，物質(zhì)是精神生成的基礎(chǔ)。
《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》將狹義之神分為五神、情志及思維活動(dòng)。《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》認(rèn)為：“五神，即神、魂、魄、意、志，是對(duì)人的感覺(jué)、意識(shí)等精神活動(dòng)的概括。”五神分屬五臟，即“心藏神，肺藏魄，肝藏魂，脾藏意，腎藏志”（《素問(wèn)?宣明五氣》）。七情指喜、怒、憂、思、悲、恐、驚，七情中的五志分屬五臟，心在志為喜，肝在志為怒，肺在志為憂，脾在志為思，腎在志為恐。《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》認(rèn)為“臟腑精氣對(duì)自然環(huán)境與社會(huì)環(huán)境的各種刺激作出應(yīng)答，便產(chǎn)生了意識(shí)、思維、情感等精神活動(dòng)”，這里的臟腑指五臟六腑。《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》認(rèn)為“臟腑之精，指臟腑所藏的具有濡養(yǎng)、滋潤(rùn)本臟腑及其所屬的形體、官竅等作用的液態(tài)精華物質(zhì)。”《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》認(rèn)為“氣是人體內(nèi)活力很強(qiáng)運(yùn)動(dòng)不息的極細(xì)微物質(zhì)，是構(gòu)成人體和維持人體生命活動(dòng)的基本物質(zhì)之一。”綜上所述，精神是由五臟六腑中屬于精和氣的物質(zhì)共同作用產(chǎn)生的。五臟分屬五行，分別與六腑相表里。《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》認(rèn)為“五行，即木、火、土、金、水五類物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)變化”。五臟六腑的精氣各不相同，分屬木火土金水的五類物質(zhì)。五行之氣的太過(guò)不及都會(huì)影響精神活動(dòng)，如“肝氣虛則恐，實(shí)則怒”，“心氣虛則悲，實(shí)則笑不休” （《靈樞?本神》肝氣即木氣，心氣即火氣）。五行平衡是正常精神活動(dòng)的保證，精神的產(chǎn)生離不開水火金木土五類物質(zhì)的協(xié)調(diào)運(yùn)作。
量子世界存在著不確定性，物質(zhì)可以同時(shí)存在多個(gè)地方，這決定了物質(zhì)之間的相互作用也存在著不確定性，那么生成的精神也將變化無(wú)常。中醫(yī)形神觀告訴我們：日常的精神世界和量子世界是相互排斥的，這符合物理實(shí)驗(yàn)。
2.3 心在精神活動(dòng)中的作用
中醫(yī)認(rèn)為在所有的精神活動(dòng)中，心起到了控制和調(diào)節(jié)作用，而西醫(yī)認(rèn)為這一功能是腦。楊濤、趙明鏡等在《“心主神明”的內(nèi)涵及現(xiàn)代科學(xué)依據(jù)》從心臟的內(nèi)分泌功能與腦的功能密切相關(guān)、心血管疾病與精神狀態(tài)、心血管疾病與認(rèn)知功能障礙等5個(gè)方面對(duì)心主神明進(jìn)行了驗(yàn)證。樸順天在《心神為體，腦神為用》中總結(jié)認(rèn)為“心就是神明所出之根，腦不主神明，而是神明流注的地方”。簡(jiǎn)而言之，心就是中央處理器，腦就是存儲(chǔ)器。從目前研究進(jìn)展看，心在精神活動(dòng)中確實(shí)發(fā)揮了控制和調(diào)節(jié)作用，這進(jìn)一步說(shuō)明了中醫(yī)形神關(guān)系并非無(wú)根之木。
《靈樞?本神》對(duì)思維的過(guò)程進(jìn)行了概括“所以任物者謂之心；心有所憶謂之意；意之所存謂之志；因志存變謂之思；因思而遠(yuǎn)慕謂之慮；因慮而處物謂之智”。這句話說(shuō)明了心是認(rèn)識(shí)事物的關(guān)鍵，而今所有理論都忽視了認(rèn)識(shí)事物這一能力。量子世界的不確定性決定了由它構(gòu)成的世界也將不確定，這樣的世界是無(wú)法認(rèn)識(shí)的。所以，認(rèn)識(shí)事物涉及到量子世界向經(jīng)典世界的過(guò)渡，是一項(xiàng)非常重要的能力，希望理論界能夠重視。
3 形神關(guān)系的重要意義
《素問(wèn)?六微旨大論》中有“相火之下，水氣承之；水位之下，土氣承之；土位之下，風(fēng)氣承之；風(fēng)位之下，金氣承之；金位之下，火氣承之；君火之下，陰精承之”的亢害承制現(xiàn)象，即本氣亢盛，相克之氣就會(huì)承接克制。《素問(wèn)?至真要大論》中有“有勝則復(fù)，無(wú)勝則否。”這些都說(shuō)明了五行之氣根據(jù)相克規(guī)律有自我協(xié)調(diào)、自動(dòng)平衡的能力。這種自我協(xié)調(diào)、自動(dòng)平衡的能力可以作為宇宙初期從量子世界向經(jīng)典世界過(guò)渡的原動(dòng)力，也應(yīng)該是精神活動(dòng)的開始《中醫(yī)基礎(chǔ)理論》認(rèn)為“神既由精、氣、血、津液等作為物質(zhì)基礎(chǔ)而產(chǎn)生，又能反作用于這些物質(zhì)。神具有統(tǒng)領(lǐng)、調(diào)控這些物質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行正常代謝的作用”；“臟腑精氣產(chǎn)生神，神通過(guò)對(duì)臟腑精氣的主宰來(lái)調(diào)節(jié)其生理機(jī)能”；“神的盛衰是生命力盛衰的綜合體現(xiàn)，因此神是人體生理活動(dòng)和心理活動(dòng)的主宰”。物質(zhì)的協(xié)調(diào)運(yùn)作生成精神，精神又控制促進(jìn)物質(zhì)的協(xié)調(diào)運(yùn)作，精神與物質(zhì)的關(guān)系比形神統(tǒng)一更加復(fù)雜。這種協(xié)調(diào)平衡能力在人體中變得更加強(qiáng)大，過(guò)猶不及，人的情志反應(yīng)太過(guò)又會(huì)擾亂氣機(jī)的正常運(yùn)行，這一情況《黃帝內(nèi)經(jīng)》也多有描述，本文不做進(jìn)一步討論。
楊濤、趙明鏡等在《“心主神明”的內(nèi)涵及現(xiàn)代科W依據(jù)》認(rèn)為，“‘神’指事物的本質(zhì)屬性，是主宰事物運(yùn)動(dòng)變化、興衰存亡的根本因素”。精神生于物質(zhì)，高于物質(zhì)，是物質(zhì)間的固有屬性。《宇宙的琴弦》描述了弦理論中的宇宙有10個(gè)維度，9個(gè)空間維和1個(gè)時(shí)間維。神可能是宇宙中更高的維度，它將萬(wàn)物聯(lián)系起來(lái)，產(chǎn)生了天人合一理論，存在著非定域性，比量子糾纏現(xiàn)象更加復(fù)雜。
中醫(yī)形神關(guān)系支持意識(shí)對(duì)物質(zhì)作用的這種觀點(diǎn)，符合哥本哈根解釋精神。那么在人類進(jìn)化史、宇宙生成史和時(shí)空概念中都必須加入意識(shí)。本人能力有限，到此已是黔驢技窮，能引起大家的重視也就心滿意足了。
摘要：量子力學(xué)是現(xiàn)代物理的基礎(chǔ)，是一門理論性很強(qiáng)的學(xué)科。許多概念與經(jīng)典物理格格不入，給初學(xué)者造成很大困難。筆者結(jié)合自己的學(xué)習(xí)過(guò)程和教學(xué)情況，探討如何在地方應(yīng)用型高校教好這門課程。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；現(xiàn)代物理；地方應(yīng)用型高校
筆者于1997年畢業(yè)于衡陽(yáng)師范高等專科學(xué)校物理教育專業(yè)，那時(shí)用的是專科學(xué)校自編的量子力學(xué)教材，內(nèi)容較簡(jiǎn)化，學(xué)習(xí)起來(lái)較吃力；2005年進(jìn)入湖南師大讀研后，又學(xué)習(xí)了高等量子力學(xué)，許多東西似懂非懂；2016年開始向本科生講授量子力學(xué)課程，也只有在這時(shí)候，才懂得了困惑自己多年的一些問(wèn)題。從這個(gè)歷程中，可見學(xué)好量子力學(xué)這門課程是多么難。
一、教學(xué)指導(dǎo)思想
正因?yàn)檫@門課程很難學(xué)，所以不能期望太高，何況在生源較差的地方應(yīng)用型高校。與此同時(shí)，教師要以人才市場(chǎng)需求和學(xué)術(shù)發(fā)展為雙重依據(jù)，保持學(xué)科體系的完整性，把量子力學(xué)教好。對(duì)于若干個(gè)學(xué)生中的精英，要使其受到完整的課程體系訓(xùn)練，培養(yǎng)物理學(xué)科的領(lǐng)頭雁；而對(duì)于其他學(xué)生，則通過(guò)教學(xué)方式和考核方式的多樣性，讓其順利通過(guò)這些理論性較強(qiáng)的課程考核，培養(yǎng)物理文化的傳播者。
筆者采用的教學(xué)方式以傳統(tǒng)講授法為主，PPT用得很少。因?yàn)檫@門課程必須經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo)，才能對(duì)量子世界有所理解。不要求學(xué)生步步推導(dǎo)，但教師至少要去一步一步地算，給學(xué)生留下深刻的印象，讓學(xué)生知道，做學(xué)問(wèn)是老老實(shí)實(shí)地工作。每章結(jié)束后，設(shè)置一個(gè)小測(cè)試，題目來(lái)自上課時(shí)講的一些重點(diǎn)概念、符號(hào)、規(guī)律以及一些簡(jiǎn)單的公式推導(dǎo)。這樣可以保證學(xué)生能從書本里查找答案，掌握基本知識(shí)。
二、正確看待學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況
學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況也如所預(yù)料的一樣，認(rèn)真聽的只有幾個(gè)有考研意愿的人，其他人幾乎是以玩手機(jī)來(lái)消磨時(shí)間。小測(cè)試的時(shí)候，總有十多人先不做，坐等別人的答案。筆者認(rèn)為，教育不能指望人人都會(huì)成為精英，能成為“欲栽大樹柱長(zhǎng)天”的人只需幾個(gè)即可。同一個(gè)專業(yè)里，也需要各種層次的人才，如理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)操作、知識(shí)傳播、人際協(xié)調(diào)，等等。量子力學(xué)教師需要關(guān)注學(xué)生的聽課狀態(tài)，以人人能學(xué)會(huì)為原則（教育機(jī)會(huì)均等），隨時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)策略；同時(shí)也要牢記自己的使命，把量子力學(xué)的靈魂傳播到位，把它的科學(xué)精神傳播到位。
三、量子力學(xué)的魂與精神
量子力學(xué)的魂是：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不確定的，只能用概率波去描述；微觀粒子的運(yùn)動(dòng)能量不是連續(xù)的，而是離散的；測(cè)量微觀粒子的力學(xué)量時(shí)得不到確定值，只能得到系列的可能值及其出現(xiàn)的概率，但它們的統(tǒng)計(jì)值是確定的，即得到的宏觀量；量子力學(xué)里的微觀粒子不一定是電子質(zhì)子等實(shí)物粒子，還可能是經(jīng)過(guò)一次量子化和二次量子化后的某種運(yùn)動(dòng)單元，如電磁場(chǎng)光子、諧振子粒子。量子力學(xué)的精神是：科學(xué)研究是一件嚴(yán)肅的事情，必需老老實(shí)實(shí)地演算和推導(dǎo)，來(lái)不得半點(diǎn)投機(jī)取巧。
四、教學(xué)心得體會(huì)
1.量子力學(xué)的研究對(duì)象。量子力學(xué)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，但是課本開始介紹的黑體輻射卻是能觀察到的宏觀現(xiàn)象，這該怎樣理解？一是將空窖里的輻射場(chǎng)當(dāng)成大量微觀粒子組成的系統(tǒng)，它們服從Bose-Einstein分布l=ωl/（eβεl-1），只是它們不是有原子分子結(jié)構(gòu)的實(shí)物粒子罷了。二是認(rèn)為這些粒子的能量是量子化的εl=ω，不再是宏觀的連續(xù)能量了。這樣一來(lái)，物體的輻射就是發(fā)射和吸收微觀粒子的過(guò)程了。
2.二次量子化。把輻射場(chǎng)處理成能量量子化的大量微觀粒子，把原點(diǎn)附近做振動(dòng)的原子或分子處理成能量量子化的線性諧振子等就是一次量子化。最簡(jiǎn)單的二次量子化就是體現(xiàn)在對(duì)線性諧振子的處理上。線性諧振子的能級(jí)是分立的，En=ω（n+1/2），τΦ謀菊魈為Ψn。由于相鄰能級(jí)上的本征態(tài)具有遞推關(guān)系，即由Ψn可以推出Ψn-1或Ψn+1這時(shí)又把態(tài)Ψn看成是由n個(gè)粒子組成的系統(tǒng)，每個(gè)粒子具有能量E=ω，這樣一來(lái)，遞推關(guān)系里的算符就可以看成產(chǎn)生算符和湮滅算符了。
3.不確定性。這點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)有某種相似性。統(tǒng)計(jì)力學(xué)并不知道微觀粒子確定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以只好假定每種微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)的概率相等，即等概率原理。這樣一來(lái)，就可以理解測(cè)量微觀粒子的力學(xué)量時(shí)，得不出確定值的原因，只能得出一系列的可能值以及這些可能值出現(xiàn)的概率。同樣，描述粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也只能用概率波來(lái)描述了。
五、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，教師在地方應(yīng)用型高校教量子力學(xué)時(shí)，既不能期望太高，也不能敷衍了事，要有正確的教學(xué)指導(dǎo)思想，即以人才市場(chǎng)需求和學(xué)術(shù)發(fā)展為依據(jù)，正確看待學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，遵循教育機(jī)會(huì)均等的原則；一是做到將它的魂與精神傳播到位，二是要不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，隨時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和步驟。
摘要 本文給出了三合一量子軌道方程的解題步驟和說(shuō)明，使讀者對(duì)三合一量子軌道方程有更深入的了解，尤其是方程本身所具備的相位差設(shè)計(jì)，可以與泡利不相容原理模型相統(tǒng)一。另外，文中還論述了原子光譜與原子殼層填充順序的關(guān)系，關(guān)于原子殼層填充順序的新見解以及對(duì)原子光譜軌道化，做了初步探討。最后，文中還論述了筆者設(shè)計(jì)的三合一量子軌道方程和三合一量子偏微分方程的規(guī)范統(tǒng)一性。
關(guān)鍵詞 橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程；相位差；弱相互作用軌道圖；紅外線軌道方程
1概述
本文繼續(xù)對(duì)參考文獻(xiàn)中所列筆者之系列文章進(jìn)行深入研究，給出了三合一量子軌道方程的解題步驟和說(shuō)明。另外，對(duì)原子光譜軌道化，做了初步探討，同時(shí)，概述了三合一量子軌道方程和偏微分方程的規(guī)范統(tǒng)一性，為量子力學(xué)的研究發(fā)展，又提供了較為堅(jiān)實(shí)有力的線索。
2三合一量子軌道方程的解題步驟及說(shuō)明
這里F1、F2中的（tlx/uw±），確定為（90°x/2w±），x=0-π。見參考文獻(xiàn)[3]，而2π≈6.28。考慮2π/能級(jí)7，相似于2π/h，而此處的缺口正是動(dòng)量矩與其倒數(shù)h/2 n之差。因此，x=λ/2，y=A（振幅）是一致的。故x/y=低能級(jí)/高能級(jí)。又兩個(gè)x及兩個(gè)y是一致的，統(tǒng)一的。所以，分兩個(gè)步驟計(jì)算，是方便可行的。另外，電子或其他粒子的頻率v=1/T，即它在一秒之內(nèi)振動(dòng)多少周期，與它的軌道在一秒之內(nèi)轉(zhuǎn)多少圈是一致的。故，上述解題步驟是正確的。
以下幾點(diǎn)說(shuō)明：
1）這是以y軸為焦點(diǎn)的橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程，這是和λ-T圖相一致的。可以看出，如果受到電離作用，產(chǎn)生圓形軌道，那么，二者疊加起來(lái)就是螺螄形的軌道。參見泡利不相容原理模型。
2）軌道上半周，方向指向90°，高能級(jí)。而低能級(jí)的動(dòng)量矩用了倒數(shù)，即n2π/h（見參考文獻(xiàn)）。這樣符合降頻的實(shí)際，由于升頻方程和降頻方程存在速度差，因此，低能級(jí)落后高能級(jí)90°相位。
3）筆者在設(shè)計(jì)三合一升、降頻波動(dòng)方程，和三合一量子軌道方程，及泡利不相容原理模型時(shí)，即考慮到F1和F2都是半波，相互之間存在著此消彼漲，此漲彼消的情況。即二者相差90°的相位差。因此，看此橢圓軌道圖時(shí)，要規(guī)定，x從小到大時(shí)，代表負(fù)半周，低能級(jí)，即-y。此即代表外系統(tǒng)的能量在增長(zhǎng)，軌道趨圓。±y靠近x軸。+y向下構(gòu)成倒金字塔，-y向上構(gòu)成正金字塔。這一點(diǎn)，用直角三角形就可構(gòu)出。相反地，當(dāng)x從大到小時(shí)，代表正半周，高能級(jí)，即+y。此即代表核的作用力在增長(zhǎng)，軌道狹長(zhǎng)。這一點(diǎn)，我們從軌道圖形就可看出。這櫻就與實(shí)際情況相一致了。還有，因?yàn)閤與y相差90°相位差，所以，當(dāng)x增加，y減少時(shí)，y的指向是與x軸的指向相一致的，指向右方。這就是電子電離的方向。另外，必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，即，三合一量子軌道方程形式不可顛倒，不等式的方向不能顛倒，F(xiàn)1始終大于F2，如果情況發(fā)生改變，那要重新確定F1和F2。即，一般情況下，x≤y。
4）以上是微觀領(lǐng)域。如果在宏觀領(lǐng)域，即經(jīng)典力學(xué)范疇，由于各向同性的原因，因此，除了作相應(yīng)的
2.2基因工程在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用
現(xiàn)今，基因工程在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用最為活躍，其在新藥物研制、疾病診斷以及治療方面都有著不可忽視的作用。以基因工程藥物為主導(dǎo)的基因工程的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在全球發(fā)展迅速、前景良好開闊，目前利用基因工程生產(chǎn)的藥物主要包括疫苗、抗體、激素、寡核苷酸藥物等，已經(jīng)被用來(lái)治療和預(yù)防各種疾病。例如基因工程乙型肝炎疫苗。基因工程藥物能改善傳統(tǒng)化學(xué)藥物供應(yīng)不足、副作用較大、缺乏安全性等問(wèn)題。其次基因工程在疾病診斷應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓寬。基因診斷技術(shù)是20世紀(jì)70年代簡(jiǎn)悅威在貧血臨床治療中取得的研究成果，基因診斷常用的方法有DNA分子雜交、檢測(cè)基因的缺失等。例如一些遺傳病癥通常就與基因的突變有關(guān)，在臨床上，就可以通過(guò)基因診斷技術(shù)對(duì)遺傳病癥或者癌癥等進(jìn)行檢測(cè)。并且隨著多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)發(fā)明，基因診斷方法也越來(lái)越簡(jiǎn)單方便，不采用DNA分子雜交方法，直接從擴(kuò)增的DNA分子做酶切分析，甚至有些不需要做酶切分析而直接根據(jù)擴(kuò)增的長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到疾病診斷的目的。
2.3基因工程在環(huán)保方面的應(yīng)用
隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)國(guó)內(nèi)環(huán)境狀況嚴(yán)峻，石油污染、水污染、農(nóng)藥污染、氣候變暖等問(wèn)題已經(jīng)成為了社會(huì)日益關(guān)注的焦點(diǎn)。例如美國(guó)通過(guò)采取DNA重組技術(shù)將降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴、脂肪烴的4種菌體基因有效鏈接起來(lái)，并轉(zhuǎn)移到某一種菌體中從而產(chǎn)生同時(shí)降解這4種有機(jī)物的超級(jí)細(xì)菌從而達(dá)到清楚油污染的作用。基因工程技術(shù)同樣可以用于降解農(nóng)藥，轉(zhuǎn)基因作物的出現(xiàn)有利于減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的不利影響，并根據(jù)中科院研究所研制出為了降解農(nóng)藥并帶有自殺控制功能的一種細(xì)菌即“環(huán)境安全型基因工程菌”，其在完成降解農(nóng)藥的目的任務(wù)后能夠“自殺”，從而消除基因工程菌本身對(duì)環(huán)境的影響。總之，基因工程由于其自身高技術(shù)、基本不污染環(huán)境或少污染環(huán)境的特點(diǎn)，對(duì)于建設(shè)生態(tài)環(huán)境以及消除環(huán)境污染有著積極重大意義。
3結(jié)論
總之，隨著基因工程領(lǐng)域的快速發(fā)展，其用途在很多領(lǐng)域都得以發(fā)揮，可以利用轉(zhuǎn)基因改良植物品質(zhì)，用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)社會(huì)所需的新型藥物等，但是也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到任何一項(xiàng)新興科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，都有它好壞的兩面，同樣對(duì)于基因工程，如果我們不能科學(xué)合理地利用它，則也帶來(lái)不利的影響。例如：轉(zhuǎn)基因食品中的外源蛋白質(zhì)進(jìn)入人體后，就可能產(chǎn)生新的過(guò)敏物質(zhì)，對(duì)人體產(chǎn)生毒性，引起人體過(guò)敏反應(yīng)，從而存在危害人體健康的可能。美國(guó)某種子公司也曾經(jīng)將巴西堅(jiān)果中的某基因轉(zhuǎn)移到大豆中，結(jié)果造成對(duì)巴西堅(jiān)果過(guò)敏的人群也存在對(duì)該大豆過(guò)敏的現(xiàn)象，最終該大豆種子也就沒(méi)有被政府批準(zhǔn)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。因此，在實(shí)際基因技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)該取長(zhǎng)補(bǔ)短、違害就利并加強(qiáng)對(duì)基因工程應(yīng)用的規(guī)范化管理，使基因工程技術(shù)能夠朝著可持續(xù)健康發(fā)展的方向。所以，我們應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，不斷加強(qiáng)對(duì)基因工程知識(shí)的學(xué)習(xí)。技術(shù)處理外，其軌道仍按橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程，相位也仍差90°，這一點(diǎn)人造衛(wèi)星的軌道可以作些許證明。
摘 要 在物理學(xué)中，量子力學(xué)并不是一個(gè)陌生的概念，它與哲學(xué)思想也有著密切的聯(lián)系，如波粒二象性等原理都是因果的重要體現(xiàn)，量子教育學(xué)卻是科學(xué)主義的產(chǎn)物，沒(méi)有正確地找到量子力學(xué)的原理，認(rèn)為主觀性決定一切。簡(jiǎn)單闡述兩者的聯(lián)系，為后期的量子學(xué)研究提供參考。
關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 量子教育學(xué) 主觀性
量子力學(xué)所涵蓋的一些思想，在哲學(xué)的研究中體現(xiàn)比較廣泛，也對(duì)教學(xué)理論方面起了重要的作用，可以說(shuō)量子力學(xué)對(duì)哲學(xué)思想的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。量子力學(xué)著重利用圖景等表象來(lái)認(rèn)識(shí)周圍的世界，強(qiáng)調(diào)因果關(guān)系的認(rèn)識(shí)，對(duì)后期形成的教育學(xué)理論具有參考性。但是，借助量子力學(xué)所形成的“量子教育學(xué)”則有很大的不同，這一教育學(xué)對(duì)原來(lái)的量子理論認(rèn)識(shí)存在較大的偏差，充分強(qiáng)調(diào)自然科學(xué)。
1量子力學(xué)的緣起
1900年，量子假說(shuō)出現(xiàn)在眾人的認(rèn)知里，現(xiàn)在的量子力學(xué)仍在不斷完善，為后期的科學(xué)發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)，可以說(shuō)量子力學(xué)是量子理論的中心，它促進(jìn)了原子能等一些先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，為社會(huì)的重大發(fā)明打下基礎(chǔ)，使人們更加清晰地認(rèn)識(shí)到微觀世界，并利用微觀運(yùn)動(dòng)來(lái)更好地服務(wù)社會(huì)，是人類的重要發(fā)現(xiàn)，也是社會(huì)的偉大進(jìn)步。
2量子力學(xué)的宇宙觀
在宇宙世界中，對(duì)量子理論有較多的探討，從已經(jīng)存在的氫原子中，找到了量子級(jí)別的狀態(tài)。對(duì)于電子而言，比原子更為復(fù)雜，這就要求必須要滿足求解該原子的特定的方程來(lái)解出，并且要求其 場(chǎng)剛好環(huán)繞原子核產(chǎn)生駐波而求得。此外，量子態(tài)與別的駐波不一樣，都有自己特定的頻率，并與所蘊(yùn)含的能量有關(guān)，每種量子狀態(tài)都有所表征的能量。這就是說(shuō)，預(yù)期任何一個(gè)態(tài)的能量都是一個(gè)具體量子所確定的，并不是模棱兩可的，只要是有理論依據(jù)，就可以科學(xué)地估測(cè)態(tài)的能量多少。由于質(zhì)子與電子之間存在著相互吸引的力，要想移動(dòng)一個(gè)電子就必須要克服引力做功。
3量子的思維方式
人類思想總是處于不斷發(fā)展中，當(dāng)兩種思想發(fā)生交集時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)比較完整的、令人驚嘆的思想成果，正如牛頓的世界觀與量子理論產(chǎn)生彼此彌合的交集，才會(huì)讓思想發(fā)展得如此迅速，才會(huì)讓社會(huì)發(fā)展如此的快。量子思維方式給人類一個(gè)重要的啟示，要求以人為中心，以人為主體。隨著時(shí)代的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，信息技術(shù)逐漸融入了人的智慧和思想，他們彼此都是看不見的，沒(méi)有確定的形狀，但彼此交匯起來(lái)以后，就成了一種可以量化的物質(zhì)，這是由于物質(zhì)性比較弱。其實(shí)，量子物理學(xué)所產(chǎn)生相關(guān)的科學(xué)智慧，是人類社會(huì)發(fā)展的重要因素，也是文明進(jìn)步的重要保障，可以說(shuō)，量子物理學(xué)是計(jì)算機(jī)重要的組成部分，所形成的計(jì)算機(jī)芯片是重要的思維體現(xiàn)，量子物理學(xué)不僅是科學(xué)進(jìn)步的前提，更是信息發(fā)展的重要保障，量子思維更是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的必要方式。
4“量子教育學(xué)”的唯心主義
從產(chǎn)生量子力學(xué)后，“量子教育學(xué)”也隨之不斷發(fā)展，雖然也涉及到一些教育學(xué)方面的觀點(diǎn)，但這些觀點(diǎn)都是被眾人早就接受了。如：學(xué)習(xí)是一個(gè)整體的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中各知識(shí)點(diǎn)是相互聯(lián)系、彼此交錯(cuò)的，以及還談到了關(guān)鍵詞：服務(wù)、個(gè)性化、互補(bǔ)等，但是，這些所謂的觀點(diǎn)及結(jié)論不是原汁原味的，也不是從量子力學(xué)中演變而來(lái)，而是與它的原理相悖，從本質(zhì)上講，“量子教育學(xué)”就是一種唯心主義的表現(xiàn)。
貝克萊比較重視經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為所學(xué)的知識(shí)來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)，但是他卻犯了一個(gè)致命的錯(cuò)誤，認(rèn)為感覺(jué)是世界真正存在的東西，其他的都是看不見的。他認(rèn)為，知識(shí)是一切力量之源，但感覺(jué)是我們?nèi)ヌ剿魑粗澜纾非笾粮哒胬淼奈ㄒ皇侄危挥心芨杏X(jué)到，才能被發(fā)現(xiàn)。也就是說(shuō)：我們的主觀性決定了我們所看見的世界，這也是量子教育學(xué)詮釋的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，只要消除了事物與觀念的差異，認(rèn)同事物等同于所謂的觀念，并且觀念可以感知任何世界上存在的事物，這樣才會(huì)讓我們的知識(shí)更加具有生命力。
5“量子教育學(xué)”的曲解
正所周知，量子力學(xué)不可能槲ㄐ鬧饕搴筒豢芍論創(chuàng)造理論基礎(chǔ)，而“量子教育學(xué)”卻是唯心主義的重要思想來(lái)源，這是“量子教育學(xué)”對(duì)量子力學(xué)優(yōu)秀思維的歪曲，或者說(shuō)對(duì)量子力學(xué)沒(méi)有正確的認(rèn)識(shí)，造成思想上出現(xiàn)截然不同的主張，另外，“量子教育學(xué)”過(guò)分強(qiáng)調(diào)感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致偏向于不可知論，與量子力學(xué)的思想相悖而馳。
“量子教育學(xué)”對(duì)量子力學(xué)概念和方法認(rèn)識(shí)的偏差表現(xiàn)有。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)特性，提出了波粒二象性的觀念。此后，玻爾提出了“氣補(bǔ)原理”，再一次詮釋了波粒二象性的本質(zhì)。“測(cè)不準(zhǔn)”原理而是在某一個(gè)方面有較大的缺陷，不是粒子在宏觀世界的不適用，只是說(shuō)明不能單一地應(yīng)用某一個(gè)方面，只有同時(shí)應(yīng)用時(shí)才能為物理現(xiàn)象提高全面的解釋。玻爾認(rèn)為，波粒二象性在整個(gè)量子力學(xué)中的地位較高，它是一種可以很好地描述一種物理現(xiàn)象的原理，也可以說(shuō)是解釋因果關(guān)系的一種原理，它可以相互促進(jìn)、相互排斥，這種互斥的關(guān)系不可或缺，這種互補(bǔ)關(guān)系后來(lái)被廣大學(xué)者所接受。
6結(jié)語(yǔ)
近年來(lái)，量子力學(xué)逐漸被廣大研究者重視起來(lái)，探討量子力學(xué)的基本原理以及與量子教育學(xué)的重要關(guān)系，在量子理論的發(fā)展過(guò)程中，這已經(jīng)留下了較多的論爭(zhēng)。可以肯定的是量子力學(xué)對(duì)于科學(xué)的進(jìn)步貢獻(xiàn)了一份力量，把微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來(lái)，而量子教育學(xué)并不是量子力學(xué)的正確認(rèn)識(shí)，就本身的發(fā)展情況來(lái)看，量子教育學(xué)認(rèn)同了后現(xiàn)代主義，成為了唯心主義的重要依據(jù)。
摘 要：量子力學(xué)推進(jìn)了近百年來(lái)的科技發(fā)展，量子力學(xué)課程是物理學(xué)類本科生的重要基礎(chǔ)課程，也是公認(rèn)比較難的一門學(xué)科，也極大影響了學(xué)生對(duì)物理學(xué)的興趣，以及今后的研究方向和從事的工作。該文將從提升教師的自身修養(yǎng)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性兩方面來(lái)探索如何提高本科生量子力學(xué)課程的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué) 教學(xué)改革 物理學(xué) 本科生
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得與物理類相關(guān)的交叉學(xué)科異軍突起，和量子力學(xué)密切相關(guān)的量子通信[1]，量子計(jì)算[2]量子調(diào)控[3]等前沿研究方向深刻影響著人們的日常生活，也成為未來(lái)物理學(xué)走向應(yīng)用的重要方向。因此，為了培養(yǎng)的本科生能夠更好服務(wù)社會(huì)，為時(shí)代提供科技人才支撐，提高本科生量子力學(xué)[4]的教學(xué)效果變得尤為重要。
1 教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考
要培養(yǎng)出緊跟時(shí)代步伐的優(yōu)秀學(xué)生，量子力學(xué)的教師必須緊跟時(shí)代步伐。在20世紀(jì)上半葉，量子力學(xué)的基礎(chǔ)理論及整體框架已經(jīng)成熟，但物理類專業(yè)本科生量子力學(xué)的教學(xué)大綱也僅僅要求學(xué)生能夠建立薛定諤方程，在動(dòng)量和位置表象求解薛定諤方程，引入算符以及電子的自旋這些量子力學(xué)所特有的物理量[5]。如果僅僅照本宣科地講，而不去引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題，培養(yǎng)的學(xué)生也就僅僅會(huì)求解量子力學(xué)課程最基本的薛定諤方程，更不會(huì)把量子力學(xué)和其他的課程內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，串成一條主線。作為教師，應(yīng)該能夠啟發(fā)學(xué)生去思考，如講到波爾定態(tài)假設(shè)的時(shí)候要求電子在固定的軌道運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的能量不減少這一基本假定的時(shí)候，就可以引導(dǎo)學(xué)生思考，為什么電子加速運(yùn)動(dòng)能量一定會(huì)減少，這就要用到電動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電子，形成了電磁波，電場(chǎng)波就會(huì)攜帶能量，這樣也可以引導(dǎo)學(xué)生回憶起來(lái)其他的課程，把所有的物理知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，提升對(duì)物理圖像和物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
2 通過(guò)量子力學(xué)的前沿進(jìn)展激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
量子力學(xué)的基礎(chǔ)理論雖然已經(jīng)基本完成，它的理論應(yīng)用卻還有待開發(fā)，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)候的普遍思想是現(xiàn)在所學(xué)的內(nèi)容都得到了解決。但是量子力學(xué)則不然，要告訴學(xué)生，現(xiàn)在的課程內(nèi)容雖然已經(jīng)形成固定的教材，而且國(guó)內(nèi)外教材有很多，但很多問(wèn)題不同的教材可能有不同的表述方式，鼓勵(lì)學(xué)生多閱讀各種不同的教材和專著，同時(shí)要告訴學(xué)生量子力學(xué)的應(yīng)用方向和延伸現(xiàn)在仍然在持續(xù)更新，要廣泛閱讀網(wǎng)絡(luò)資源，特別是外文文獻(xiàn)，比如發(fā)表在Arxiv，Nature，Science，Reviews of Modern Physics，Physical Review Letters等期刊上的文獻(xiàn)。在教學(xué)中如果涉及到現(xiàn)在科學(xué)研究應(yīng)用很廣泛的知識(shí)點(diǎn)，要引導(dǎo)學(xué)生去學(xué)會(huì)應(yīng)用，如：波函數(shù)可以用無(wú)窮多的平面波進(jìn)行展開這一基本原理，而這一簡(jiǎn)單的原理正是現(xiàn)在凝聚態(tài)物理中K?P理論[6]的精髓，現(xiàn)在最新的科研成果中仍然可以發(fā)現(xiàn)其解決問(wèn)題的強(qiáng)大能力；而講到用波函數(shù)來(lái)描述量子力學(xué)的波粒二象性后，介紹了有意義是波函數(shù)的模平方，即粒子在某一位置出現(xiàn)的幾率，通過(guò)密度泛函理論[7]，可以通過(guò)波函數(shù)得到幾乎所有的物理性質(zhì)，這正是第一性原理計(jì)算的精髓所在。當(dāng)然，還有很多類似的最新研究成果，如：通過(guò)量子力學(xué)的糾纏光子對(duì)實(shí)現(xiàn)量子通信，波函數(shù)的疊加原理實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算等。因此，這對(duì)量子力學(xué)教師的要求更高，要能夠緊跟科技前沿，做好一個(gè)引路人，從事量子力學(xué)的教師一定要扎根在科學(xué)研究的一線，而且要求研究方向和量子力學(xué)密切相關(guān)，如：凝聚態(tài)物理、量子信息等。
3 教學(xué)方式的改革
量子力學(xué)的基本理論比較抽象，難以理解，理論本身一些內(nèi)容不能直接用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如：薛定諤方程等。量子力學(xué)目前的理論形式多樣：如包含薛定諤波動(dòng)力學(xué)、海森堡矩陣力學(xué)、路徑積分理論等。如果單純的是教師講，學(xué)生被動(dòng)的接受效果不會(huì)太好，特別是講了一些知識(shí)點(diǎn)后，加上例題講解，學(xué)生都能夠聽懂，但是自己獨(dú)立完成的時(shí)候仍然是一頭霧水。為此，我試探著給學(xué)生們分組，4～5個(gè)人一個(gè)小組，小組采用自由組合的方式，每次同一小組的同學(xué)坐在一起，當(dāng)講完一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或者幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)后，提出問(wèn)題，讓學(xué)生以小組的形式進(jìn)行討論，教師輪流進(jìn)入到每一個(gè)小組中去參與學(xué)生的討論。這樣可以分享彼此的理解，從而加深對(duì)量子力學(xué)問(wèn)題的理解。
4 注重課后的閱讀和交流
上課時(shí)間必然受到學(xué)時(shí)數(shù)目的影響，正如推出量子力學(xué)的正統(tǒng)詮釋的哥本哈根學(xué)派的領(lǐng)袖人物玻爾曾說(shuō)：“如果誰(shuí)沒(méi)被量子力學(xué)搞得頭暈，那他就一定是不理解量子力學(xué)。”因此，要更加充分激發(fā)學(xué)生的興趣，使得學(xué)生主動(dòng)花更多的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論，為此，我建立了一個(gè)QQ群，通過(guò)加平時(shí)成績(jī)的方式鼓勵(lì)學(xué)生在群里面討論。此外，還可以把我看到的最新物理內(nèi)的相關(guān)新聞，量子力學(xué)的一些研究前沿分享到QQ群里面，使得學(xué)生在玩手機(jī)的時(shí)候即可以了解到量子力學(xué)的前沿方向，此外還把課件分享到群里供同學(xué)們下載，并把課件通過(guò)美化大師轉(zhuǎn)為長(zhǎng)圖片，這樣學(xué)生可以把知識(shí)點(diǎn)保存在手機(jī)中，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的零星時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)。同時(shí)也鼓勵(lì)同學(xué)們參加校內(nèi)外的學(xué)術(shù)交流，也可以觀看網(wǎng)絡(luò)上的視頻講座。通過(guò)多渠道，多媒體等各種方式拓展視野，開拓眼界，提升學(xué)生的學(xué)術(shù)水平。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，使得本科生能夠?qū)W習(xí)好量子力學(xué)這一門重要的基礎(chǔ)課程是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要教師和學(xué)生的共同努力。該文從上述4方面提出了一種使得學(xué)生能夠?qū)W習(xí)好量子力學(xué)的思路，如果上述4個(gè)方面能夠得到完美解決，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也可以激發(fā)他們對(duì)科學(xué)研究的探索，同時(shí)將推進(jìn)物理方向的人才培養(yǎng)。
摘要：量子力學(xué)是材料類專業(yè)本科生的優(yōu)秀課程，在整個(gè)知識(shí)體系中占有非常重要的地位，然而因?yàn)槠湫枰捌谡n程基礎(chǔ)、邏輯推理內(nèi)容比例大，一直以來(lái)都是工科院校本科教學(xué)的教和學(xué)雙方都感到困難的學(xué)科。本文針對(duì)材料類專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從專業(yè)特色、前沿學(xué)科發(fā)展和教學(xué)手段三方面提出一些關(guān)于量子力學(xué)的教學(xué)方法的探索，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)水平。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；材料類專業(yè)；教學(xué)探索
對(duì)于普通高校的材料類本科教學(xué)來(lái)說(shuō)，要求學(xué)生具有數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的基本理論和基本知識(shí)，掌握材料設(shè)計(jì)、性能優(yōu)選、工藝優(yōu)化的原則，以及材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。這就需要學(xué)生具有材料學(xué)科的完整的知識(shí)體系，量子力學(xué)是半導(dǎo)體、固體物理以及計(jì)算材料學(xué)、材料測(cè)試表征技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)，在材料科學(xué)體系中有著非常重要的地位。然而其由于本課程的學(xué)習(xí)是基于高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上的，學(xué)生對(duì)這些基礎(chǔ)課程的掌握情況參差不齊，而大部分學(xué)生對(duì)前期課程多有遺忘，課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)過(guò)程中需要理解的知識(shí)點(diǎn)很多，所以要學(xué)好這門課程需要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，及時(shí)復(fù)習(xí)前期基礎(chǔ)課程和預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)。由于知識(shí)間銜接緊密，需要邏輯推理內(nèi)容非常多，學(xué)生稍有走神或缺課就會(huì)跟不上教師的教學(xué)進(jìn)度，從而對(duì)后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)也喪失信心。此外，對(duì)于工科大環(huán)境下的學(xué)生群體來(lái)說(shuō)，學(xué)生普遍對(duì)實(shí)用的專業(yè)課程較感興趣，而對(duì)基礎(chǔ)理論課程不夠重視，認(rèn)為學(xué)習(xí)非常枯燥也沒(méi)有大多的用處。種種原因造成了在工科大環(huán)境下的理論物理教學(xué)特別是量子力學(xué)課程的教學(xué)困難重重，因此將理論教學(xué)與專業(yè)特色相結(jié)合，探索具有專業(yè)特色的量子力學(xué)的教學(xué)方法具有重要的意義。如何消除學(xué)生對(duì)本課程的畏懼心理，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生在課堂上有收獲的同時(shí)也要自覺(jué)利用好課余時(shí)間學(xué)習(xí)是解決本課程教學(xué)的關(guān)鍵。本文結(jié)合材料類專業(yè)的綜合情況，經(jīng)過(guò)實(shí)踐探索，總結(jié)幾點(diǎn)較為實(shí)用的教學(xué)方法。
一、與專業(yè)課程體系相結(jié)合，突出課程的重要性
備課之前先熟悉所授課專業(yè)的培養(yǎng)方案，了解學(xué)生的已修課程、同學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課程以及后續(xù)的專業(yè)課程。材料類專業(yè)的量子力學(xué)課程一般在第四學(xué)期開課，在此之前學(xué)生已經(jīng)修完了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程。同時(shí)學(xué)生開始接觸一些材料類的專業(yè)課程，例如材料科學(xué)基礎(chǔ)、高分子物理、物理化學(xué)等，在之后的第五以及第六學(xué)期將有大量的學(xué)科專業(yè)課，如材料分析測(cè)試技術(shù)、計(jì)算材料學(xué)等。教師在對(duì)本專業(yè)的課程設(shè)置以及知識(shí)框架有了整體的了解以后，有針對(duì)性地翻閱一下一些優(yōu)秀專業(yè)課程的教材，將專業(yè)課程當(dāng)中涉及量子力學(xué)基礎(chǔ)的內(nèi)容篩選出來(lái)以備用。在給學(xué)生講授第一堂課時(shí)既將本課程的重要地位告知學(xué)生，哪些課程在后續(xù)課程種會(huì)涉及到相關(guān)知識(shí)，哪些領(lǐng)域會(huì)用到本課程的知識(shí)，以及量子力學(xué)對(duì)本專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的研究生入學(xué)考試以及繼續(xù)深造時(shí)的必要性。讓學(xué)生一開始對(duì)本課程的學(xué)習(xí)有心理上的重視。在具體教學(xué)的過(guò)程中，注意將量子理論與專業(yè)內(nèi)容相結(jié)合，包括已修課程和后續(xù)課程。通過(guò)多學(xué)科的滲透將整個(gè)材料學(xué)專業(yè)的課程內(nèi)容進(jìn)行貫穿，凸顯出量子理論的重要性和實(shí)用性，讓學(xué)生意識(shí)到量子力學(xué)并不是高高在上毫無(wú)用處的理論公式，同時(shí)也使得量子力學(xué)的教學(xué)更加豐富和生動(dòng)。
二、與前沿科學(xué)相結(jié)合、活躍課堂氣氛
當(dāng)下的高校教師除了教學(xué)很大一部分時(shí)間精力都用于科學(xué)研究。平時(shí)實(shí)驗(yàn)或看文獻(xiàn)時(shí)可以將所涉及的一些前沿科技成果加以搜集，課堂上通過(guò)多媒體以圖片、音響等直觀的方式將其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。活躍課堂氣氛的同時(shí)有可以加深對(duì)該理論的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在給學(xué)生講解理論知識(shí)的同時(shí)注重結(jié)合理論的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合材料學(xué)科的特點(diǎn)以及學(xué)校的特色。作者所在的本校是有著交通特色專業(yè)背景，本校材料類專業(yè)也有水泥混凝土、瀝青混合料等工程材料方面的課程，學(xué)生就業(yè)也有很大比例在交通相關(guān)領(lǐng)域。結(jié)合本科的這一特征，教師講課時(shí)可以作一些前沿材料在交通領(lǐng)域的最新進(jìn)展。在講解知識(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)穿插該部分知識(shí)的應(yīng)用方面的展望，展示過(guò)程中采用借助多媒體以圖片、音響和板書講解相結(jié)合的方式。通過(guò)多種途徑讓量子力學(xué)這種看似“高大上”的學(xué)科也有“接地氣”的一面，不至于全是枯燥的理論和生硬的公式，有利于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的激發(fā)。對(duì)于自己的科研課題也可以作一些介紹，還可以挑選部分基礎(chǔ)較好的感興趣的本科生參與到課題的研究或者參觀學(xué)習(xí)，零距離的接觸前沿科學(xué)，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也有一定的幫助。
三、多種教學(xué)手段相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
在教學(xué)的過(guò)程中采用多種教學(xué)手段相結(jié)合。鑒于量子力學(xué)的理論抽象、知識(shí)量大、數(shù)學(xué)推理公式繁多，在教學(xué)過(guò)程中教師的講授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立為主，對(duì)于需要推理演算的部分可以引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間自學(xué)。首先可以拓展多樣化的考核方式。課程考核的成績(jī)以期末考試為主但是學(xué)期內(nèi)平時(shí)的表現(xiàn)也是必要的。可以考慮適當(dāng)增大平時(shí)考核的分?jǐn)?shù)比例，便于調(diào)動(dòng)學(xué)生充分利用課余的時(shí)間。其中平時(shí)表現(xiàn)又可以分為多個(gè)方面來(lái)考核，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)激情。課堂教師講授為主，適時(shí)設(shè)問(wèn)作為課外思考作業(yè)，作業(yè)以書面形式或者學(xué)生在下一次課作簡(jiǎn)短的展示的方式。才外還可以給學(xué)生布置小論文，鼓勵(lì)學(xué)生多進(jìn)圖書館，查閱相關(guān)文獻(xiàn)書籍寫一兩篇小綜述。在第一堂課即向?qū)W生說(shuō)明考核的方式和比例，在考分的壓力下學(xué)生自然會(huì)積極準(zhǔn)備相關(guān)內(nèi)容。在應(yīng)對(duì)這些平時(shí)作業(yè)的過(guò)程實(shí)際上就是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中，既鞏固了量課程知識(shí)，又鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和思維。在教學(xué)當(dāng)中采用多媒體和傳統(tǒng)的板書相結(jié)合的方式，多媒體信息涵蓋量較大，對(duì)一些復(fù)雜又必須的推導(dǎo)過(guò)程可以采用PPT作快速的展示，而對(duì)于一些重要的公式及定理則需要采用板書加以強(qiáng)化，通過(guò)教師邊書寫邊口訴講解，學(xué)生有足夠的時(shí)間消化理解。同時(shí)可以采用多媒體多展示一些圖片、動(dòng)畫等內(nèi)容，盡量在枯燥的理論講授過(guò)程中增添一些有趣的小插曲，例如該理論提出的科學(xué)家的肖像及簡(jiǎn)介、名言名句，小故事等。在W習(xí)原子的波爾理論以及氫原子模型的時(shí)候，使用PPT展示基本公式和理論，再輔以教師在黑板上作圖的方式講解。可以將原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)類比于在操場(chǎng)跑步以及天體的運(yùn)動(dòng)，在做計(jì)算近似時(shí)甚至可以將近似級(jí)類比于上課教室內(nèi)的座次對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)效果的影響、人際關(guān)系的親疏對(duì)個(gè)人情感生活的影響程度等。此外還可以鼓勵(lì)學(xué)生多接觸一些科普書籍以及最新出版的一些學(xué)術(shù)專著，例如上帝擲骰子就是很通俗的前沿物理科普書籍。通過(guò)多種渠道將量子力學(xué)枯燥難懂的教學(xué)過(guò)程生動(dòng)化、有趣化。
作為材料類專業(yè)優(yōu)秀課程的量子力學(xué)一直都是教和學(xué)雙方都感到很困難的課程。由于量子力學(xué)的理論性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)過(guò)程相對(duì)枯燥，學(xué)科的實(shí)用性不是很明顯，學(xué)生容易厭學(xué)。教師在教學(xué)過(guò)程中需要不斷的探索適合本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方法。通過(guò)與專業(yè)課程相結(jié)合，與學(xué)校特色想結(jié)合，采取多種教學(xué)手段，結(jié)合最新的前沿科學(xué)研究，多方面入手使理論知識(shí)深入淺出，使教學(xué)過(guò)程生動(dòng)有趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有非常有益的幫助。
8月份的朋友圈，被兩大主題新聞刷爆了――里約奧運(yùn)會(huì)和中國(guó)的量子衛(wèi)星。我雖然不是運(yùn)動(dòng)達(dá)人，但每每看到中國(guó)奧運(yùn)健兒在里約運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上的身姿，還是會(huì)激動(dòng)不已。至于量子衛(wèi)星的新聞，第一感覺(jué)就是夠高深：量子、量子通信、量子糾纏效應(yīng)……好多名詞撲面而來(lái)。本期“特別關(guān)注”欄目已經(jīng)就量子衛(wèi)星做了簡(jiǎn)單的介紹。這里，我們來(lái)聊聊量子衛(wèi)星這個(gè)項(xiàng)目的首席科學(xué)家、中科院院士――潘建偉。
年輕、帥氣、有為
在看新聞的時(shí)候，看到了潘建偉的照片，第一感覺(jué)是年輕帥氣！印象中的院士不是白發(fā)蒼蒼，也應(yīng)該60往上啊。網(wǎng)上一搜，發(fā)現(xiàn)了潘院士的資料：1970年3月，潘建偉出生在浙江東陽(yáng)。而他在2011年，已經(jīng)當(dāng)選了中國(guó)科學(xué)院院士（數(shù)學(xué)物理學(xué)部）。掰著手指頭算一算，潘院士今年才46歲，而他在41歲的時(shí)候就已經(jīng)當(dāng)選成為院士了。同學(xué)們，看到這，你們是不是和我一樣感慨：真是年輕有為啊。當(dāng)然，除了被評(píng)為中國(guó)科學(xué)院院士，潘院士其他獎(jiǎng)項(xiàng)也拿到了一籮筐，如奧地利科學(xué)院施密德獎(jiǎng)、歐洲物理學(xué)會(huì)菲涅爾獎(jiǎng)、國(guó)際量子通信獎(jiǎng)、國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，等等。
不放棄、不服輸
這么年輕就取得了如此多的成就，他是怎樣做到的呢？
潘建偉是個(gè)農(nóng)村孩子。在他的記憶中，小時(shí)候特別喜歡玩，他可以做自己感興趣的事情，父母也不限制他什么。到了初中，他開始到縣城上學(xué)。這時(shí)候他才發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)村小學(xué)打下的語(yǔ)文基礎(chǔ)很差，英語(yǔ)根本就沒(méi)學(xué)過(guò)。初中第一次寫作文，他才得了40分。這個(gè)打擊對(duì)潘建偉來(lái)說(shuō)，不可說(shuō)不重。不過(guò)，潘建偉有著一種不放棄、不服輸?shù)木瘢瑸榱税褜W(xué)習(xí)盡快趕上去，他經(jīng)常約同學(xué)到家里一起學(xué)習(xí)，不懂的問(wèn)題也會(huì)虛心向老師請(qǐng)教，所以進(jìn)步非常快。就這樣，潘建偉一路迎頭追趕，最后順利考上了中國(guó)科技大學(xué)。
知道自己想要什么
進(jìn)入中國(guó)科技大學(xué)，潘建偉如魚得水，不過(guò)學(xué)習(xí)一樣不輕松。因?yàn)楫?dāng)時(shí)在他們班上，高考狀元就有7個(gè)。在這樣的環(huán)境中，潘建偉一邊更加刻苦地學(xué)習(xí)，一邊還是和兒時(shí)一樣，鉆研自己真正感興趣的東西。當(dāng)時(shí)，他就對(duì)量子疊加態(tài)問(wèn)題產(chǎn)生了濃厚的興趣。在期中考試的時(shí)候，他差點(diǎn)沒(méi)考及格，因?yàn)樗恢痹谙肓孔盈B加態(tài)的問(wèn)題，他就沒(méi)辦法好好聽別的課了。就是從那時(shí)候開始，為了搞明白量子疊加態(tài)的問(wèn)題，潘建偉開始學(xué)習(xí)量子力學(xué)。這一學(xué)，就是20多年。
在獲得中國(guó)科技大學(xué)理論物理學(xué)士和碩士學(xué)位后，1996年，潘建偉決定出國(guó)繼續(xù)攻讀博士。開始的時(shí)候，他選的導(dǎo)師是一位諾貝爾獎(jiǎng)得主。跟著諾獎(jiǎng)得主讀博士，肯定對(duì)未來(lái)的就業(yè)有幫助。不過(guò)，比來(lái)比去，潘建偉最終選擇了這位諾獎(jiǎng)得主的弟子塞林格教授當(dāng)導(dǎo)師。塞林格教授當(dāng)時(shí)只是一位普通教授，但潘建偉認(rèn)為他學(xué)識(shí)淵博，在新興學(xué)科量子力學(xué)方面潛力更大。就這樣，潘建偉來(lái)到奧地利維也納大學(xué)，攻讀博士學(xué)位。（果然跟他預(yù)料的一樣，如今的塞林格教授已經(jīng)是量子力學(xué)的世界級(jí)大師，擔(dān)任奧地利科學(xué)院的院長(zhǎng)。）
1996年，他在奧地利第一次見到導(dǎo)師塞林格教授時(shí)，這位導(dǎo)師像很多其他導(dǎo)師一樣問(wèn)道：“你的夢(mèng)想是什么？”潘建偉脫口而出：“我要在中國(guó)建一個(gè)世界一流的量子物理實(shí)驗(yàn)室。”而他此后的人生，就是一步步向這個(gè)目標(biāo)邁進(jìn)的過(guò)程。
2001年，潘建偉在中科大負(fù)責(zé)組建量子物理和量子信息實(shí)驗(yàn)室。如今，潘建偉的團(tuán)隊(duì)也被人稱為“夢(mèng)之隊(duì)”，團(tuán)隊(duì)成員都是中國(guó)最頂尖的物理學(xué)家。在國(guó)外媒體眼里，這個(gè)中國(guó)學(xué)者簡(jiǎn)直創(chuàng)造了奇跡。
對(duì)科學(xué)的真正好奇
潘建偉長(zhǎng)期在國(guó)外學(xué)習(xí)、交流，通過(guò)兩個(gè)他的親身經(jīng)歷，我們也能感受到中外對(duì)科學(xué)的不同。
第一個(gè)經(jīng)歷發(fā)生在阿爾卑斯山大峽谷。當(dāng)時(shí)潘建偉在國(guó)外留學(xué)，游歷至此。在這個(gè)很少有人到的峽谷中，潘建偉遇到了一位80多歲的外國(guó)老太太。老太太白發(fā)蒼蒼，坐在輪椅上。攀談中，老太太問(wèn)起潘建偉的工作，潘建偉說(shuō)，他是研究量子物理的。想想看，如果是你的爺爺奶奶，聽到一個(gè)人說(shuō)他是研究量子物理的，會(huì)有什么反應(yīng)？而當(dāng)時(shí)，這位老太太卻接著問(wèn)：“你是做量子物理哪一方面的？”潘建偉回答說(shuō)，研究的是量子信息、量子態(tài)隱形傳輸?shù)取Ｈf(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，老太太聽后接著說(shuō)：“我讀過(guò)你在《自然》雜志發(fā)表的那篇文章。”
這是一位80多歲的老太太，她仍然對(duì)科學(xué)抱有濃厚的興趣，竟然自己跑去讀艱澀難懂的科學(xué)期刊，這是一種天生的好奇。
第二個(gè)經(jīng)歷發(fā)生在醫(yī)院里。當(dāng)時(shí)潘建偉在海德堡大學(xué)，當(dāng)他做完手術(shù)并醒過(guò)來(lái)之后，護(hù)士正好站在他的床前。護(hù)士說(shuō)：“潘教授，你是不是就是研究跟時(shí)空穿越類似的東西啊？”潘建偉說(shuō)：“是啊。”護(hù)士說(shuō)：“你能不能給我講講？”但因?yàn)榕私▊ギ?dāng)時(shí)鼻子里面插著兩根管子，非常痛苦。他說(shuō)：“現(xiàn)在我講不了，我將來(lái)送給你點(diǎn)資料吧。”這就是普普通通的歐洲人對(duì)物理學(xué)的好奇。
在國(guó)內(nèi)，潘建偉院士也做科普演講，他嘗試用深入淺出的方法，講量子疊加態(tài)、量子糾纏。下面的學(xué)生聽完會(huì)說(shuō)：老師，我很認(rèn)真聽了，但是聽不懂。然后，學(xué)生就去拍自拍、刷朋友圈、玩游戲了。
潘院士就是因?yàn)閷?duì)量子力學(xué)的好奇，最終成為了中國(guó)量子力學(xué)第一人。在這里，我們也希望小讀者們永遠(yuǎn)保持一顆對(duì)生活、對(duì)科學(xué)好奇的心。
8月16日1時(shí)40分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空。這將使我國(guó)在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射，表明中國(guó)正從經(jīng)典信息技術(shù)的跟隨者，轉(zhuǎn)變成未來(lái)信息技術(shù)的并跑者乃至領(lǐng)跑者。”量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院院士潘建偉如此說(shuō)道。
但是，讓許多人真正記住潘建偉的，卻不是因?yàn)樗环Q為“中國(guó)量子力學(xué)通信第一人”，而是一次他在央視的演講：中國(guó)為什么拿不了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)？
潘院士講了兩個(gè)這樣的故事，讓人感觸良多：
以前在國(guó)外留學(xué)的時(shí)候，我到阿爾卑斯山大峽谷，一個(gè)很少有外國(guó)人到的地方去游歷。
一個(gè)大概80多歲、滿頭白發(fā)的老太太，坐在輪椅上，問(wèn)我是干什么的。我說(shuō)是做量子物理的。老太太問(wèn)，你做量子物理的哪一方面？我說(shuō)是量子信息、量子態(tài)隱形傳輸，用英文就像時(shí)空穿越里面的東西。萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，老太太說(shuō)：我讀過(guò)你在《自然》雜志發(fā)表的那篇文章。
這是一位80多歲的老太太，她仍然對(duì)科學(xué)抱有濃厚的興趣，竟然自己跑去讀艱澀難懂的科學(xué)期刊，這是一種天生的好奇。
過(guò)了幾年之后，潘教授在海德堡大學(xué)做了一個(gè)手術(shù)。他醒過(guò)來(lái)之后，正好護(hù)士站在他的床前。護(hù)士說(shuō)：潘教授，你是不是就是研究跟時(shí)空穿越類似的東西啊？潘教授說(shuō)：是啊。護(hù)士說(shuō)：你能不能給我講講？但因?yàn)榕私淌诋?dāng)時(shí)鼻子里面插著兩個(gè)管子，非常痛苦。他說(shuō)：現(xiàn)在我講不了，我將來(lái)送給你點(diǎn)資料吧。這就是普普通通的歐洲人，對(duì)物理學(xué)的好奇。
潘建偉說(shuō)，他在國(guó)內(nèi)也做科普演講，嘗試用最生動(dòng)淺出的方法講量子疊加態(tài)、量子糾纏。
下面的學(xué)生說(shuō)：老師，我很認(rèn)真聽了，但是聽不懂。然后，學(xué)生就去拍自拍、刷朋友圈、玩游戲了。他說(shuō)：我們國(guó)家為什么沒(méi)有人獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，原因也許也在這其中，對(duì)科學(xué)沒(méi)有真正的好奇，怎么出得了諾貝爾獎(jiǎng)大師呢？
但這也正是為什么對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)，潘建偉如此珍貴。早在十年前開始，他就被稱為“中國(guó)離諾貝爾獎(jiǎng)最近的人”。然而這位中國(guó)物理學(xué)的巨星，小時(shí)候卻曾經(jīng)是得40分的差生，在農(nóng)村小學(xué)，英語(yǔ)根本就沒(méi)有學(xué)過(guò)，初中后才第一次寫作文。但憑著一股不放棄、不服輸?shù)囊庵荆私▊ミ@個(gè)從小就愛(ài)玩的孩子一路迎頭追趕，考取了中國(guó)科技大學(xué)。在大學(xué)里，他仍然不太起眼，當(dāng)時(shí)班上高考狀元就有7人。不過(guò)，潘建偉仍然和兒時(shí)一樣，鉆研自己真正感興趣的東西。“量子力學(xué)所預(yù)言的種種奇特現(xiàn)象，以及量子力學(xué)誕生一百余年來(lái)對(duì)人類物質(zhì)文明進(jìn)步所帶來(lái)的巨大變革，使我對(duì)量子物理產(chǎn)生了濃厚興趣。因此，探究量子世界的各種奇妙現(xiàn)象也成了我終生的奮斗目標(biāo)。”在潘建偉的心中，對(duì)量子的探究是保持他精神自由的工具，也是他擺脫精神桎梏的飛行器。
在獲得中國(guó)科技大學(xué)理論物理學(xué)士和碩士學(xué)位后，1996年，潘建偉來(lái)到奧地利攻讀博士。他在因斯布魯克大學(xué)第一次見到導(dǎo)師塞林格教授時(shí)，這位量子物理學(xué)世界級(jí)大師問(wèn)道：“你的夢(mèng)想是什么？”他的答案脫口而出：“我要在中國(guó)建一個(gè)世界一流的量子物理實(shí)驗(yàn)室。”他此后的人生，就是一步步地向著這個(gè)目標(biāo)前進(jìn)的過(guò)程。
1997年，他在塞林格的領(lǐng)導(dǎo)下，作為第二作者在《自然》雜志上，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，他年僅27歲。
1999年，潘建偉博士畢業(yè)準(zhǔn)備回國(guó)工作，卻發(fā)現(xiàn)那時(shí)量子信息研究在國(guó)內(nèi)還是一片空白，不僅不被承認(rèn)，甚至還被認(rèn)為是偽科學(xué)。這使得他根本無(wú)法申請(qǐng)到科研經(jīng)費(fèi)。
就在這時(shí)，他那篇“量子態(tài)隱形傳輸”論文，被《自然》雜志選為“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”，一同入選的還有“愛(ài)因斯坦建立相對(duì)論”等重大成果。消息傳到國(guó)內(nèi)引起轟動(dòng)，潘建偉提交的科研項(xiàng)目申請(qǐng)終于獲得批準(zhǔn)。2001年，潘建偉在中科大負(fù)責(zé)組建量子物理和量子信息實(shí)驗(yàn)室。他想：“過(guò)去，我們?cè)诳蒲蓄I(lǐng)域常常扮演追隨者和模仿者的角色，研究方向的選定、科研項(xiàng)目的設(shè)立都先要看看國(guó)際上有沒(méi)有人做過(guò)。量子信息是一個(gè)全新的學(xué)科，我們必須學(xué)會(huì)和習(xí)慣做領(lǐng)跑者和引領(lǐng)者。”
就這樣，潘建偉小組曾經(jīng)成功創(chuàng)造了量子研究的6個(gè)“世界首次”。“這標(biāo)志著中國(guó)在量子通信領(lǐng)域的崛起，從十年前不起眼的國(guó)家發(fā)展為現(xiàn)在的世界勁旅，將領(lǐng)先于歐洲和北美。”國(guó)際權(quán)威期刊《自然》雜志不禁感嘆。2011年，潘建偉被增選為中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)物理學(xué)部院士，并成為當(dāng)年增選產(chǎn)生的最年輕院士。2012年，當(dāng)選為發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院（TWAS）院士，獲得量子信息科學(xué)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)“國(guó)際量子通信獎(jiǎng)”，潘建偉也是獲得這一榮譽(yù)的第一個(gè)華人物理學(xué)家。2015年，科研成果“多自由度量子隱形傳態(tài)”入選英國(guó)物理學(xué)會(huì)新聞網(wǎng)站《物理世界》評(píng)選的“2015年度國(guó)際物理學(xué)領(lǐng)域的十項(xiàng)重大突破”并名列榜首。2016年，由他作為第一完成人的科研項(xiàng)目“多光子糾纏及干涉度量”獲得2015年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)被稱作中國(guó)自然科學(xué)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)。
但是對(duì)潘建偉自己來(lái)說(shuō)，他對(duì)物理學(xué)的鉆研，跟這些獎(jiǎng)沒(méi)有任何關(guān)系，只是來(lái)自于最初的好奇。他最喜歡的生活狀態(tài)，是思考問(wèn)題，在思考到最艱難的時(shí)候去林間散步。他有一個(gè)怪癖，就是喜歡撿掉落在地上的樹枝來(lái)聞，在這種和自然近距離接觸的狀態(tài)下，他覺(jué)得這是人類最初的狀態(tài)，和自然沒(méi)有隔閡，融為一體，這也是物理學(xué)的追求。
熱議銳評(píng)：也許，正是保持著這樣的初心，和對(duì)自然的最初的好奇，潘建偉才得以成為中國(guó)最好的量子物理學(xué)家。而對(duì)你我這樣平凡的中國(guó)人來(lái)說(shuō)，我們所缺的，不是少學(xué)了多少個(gè)物理學(xué)定理，我們所缺的，是在日復(fù)一日的應(yīng)試教育的課堂上，被磨滅掉的對(duì)物理學(xué)最初的好奇。
素材運(yùn)用：保持對(duì)科學(xué)最初的好奇；思考；夢(mèng)想；奮斗；創(chuàng)新的土壤；做領(lǐng)跑者和引領(lǐng)者；創(chuàng)造奇跡的中國(guó)人；不怕輸?shù)木瘢晃磥?lái)充滿無(wú)限可能；勵(lì)志人生；改變與反思……
摘 要：文章首先回顧了量子力學(xué)發(fā)展史上的幾個(gè)問(wèn)題，簡(jiǎn)要說(shuō)明了“EPR佯謬”和“薛定諤的貓”的主要內(nèi)容，然后通過(guò)“幽靈成像”實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單介紹了近幾年科學(xué)家在研究經(jīng)典理論與量子理論關(guān)系時(shí)所付出的努力，繼而通過(guò)介紹“量子世界中的歐姆定律”和“光合作用與量子力學(xué)的聯(lián)系”說(shuō)明了量子力學(xué)與我們生活的聯(lián)系。最后，剖析總結(jié)量子力學(xué)現(xiàn)今仍存在的問(wèn)題，并得到量子力學(xué)亟待發(fā)展這一結(jié)論。
關(guān)鍵詞：經(jīng)典理論 量子力學(xué) 聯(lián)系
量子力學(xué)于20世紀(jì)早期建立以來(lái)，經(jīng)過(guò)飛速的發(fā)展，逐漸成為現(xiàn)代物理學(xué)科中不可分割的一部分。量子力學(xué)是現(xiàn)代量子理論的優(yōu)秀，它的發(fā)展不僅關(guān)乎人類的物質(zhì)文明，還使人們對(duì)量子世界的認(rèn)識(shí)有了革命性的進(jìn)展[1]。
但是，量子力學(xué)并不是一個(gè)完備的理論，其體系中還存在許多問(wèn)題，特別是微觀與宏觀，即經(jīng)典理論與量子力學(xué)的聯(lián)系。為解決這些迷惑，歷史上相關(guān)科學(xué)家提出了很多實(shí)驗(yàn)與理論。該文旨在以量子力學(xué)發(fā)展史上提出的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，以展示經(jīng)典理論與量子力學(xué)的聯(lián)系。
1 問(wèn)題的提出
1935年3月，愛(ài)因斯坦等人在EPR論文中提出了“量子糾纏態(tài)”的概念，所謂的“量子糾纏態(tài)”是以兩個(gè)及以上粒子為對(duì)象的。在某種意義上，“量子糾纏態(tài)”可以理解為是把迭加態(tài)應(yīng)用于兩個(gè)及以上的粒子。若存在兩個(gè)處于“量子糾纏態(tài)”的粒子，那這兩個(gè)粒子一定是相互關(guān)聯(lián)的，用量子力學(xué)的知識(shí)去理解，只要人們不去探測(cè)，那么每個(gè)粒子的狀態(tài)都不能夠確定。但是，假如同時(shí)使這兩個(gè)粒子保持某一時(shí)刻的狀態(tài)不變，也就是說(shuō)，使兩個(gè)粒子的迭加態(tài)在一瞬間坍縮，粒子1這時(shí)會(huì)保持一個(gè)狀態(tài)不再發(fā)生變化，根據(jù)守恒定律，粒子2將會(huì)處于一個(gè)與粒子1狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。如果二者相距非常遙遠(yuǎn)，又不存在超距作用的話，是不可能在一瞬間實(shí)現(xiàn)兩個(gè)粒子的相互通信的。但超距作用與當(dāng)今很多理論是相悖的，于是，這里就形成了佯謬，即“EPR佯謬”。
同年，薛定諤提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，后人稱之為“薛定諤的貓”。設(shè)想把一只貓關(guān)在盒子里，盒中有一個(gè)不受貓直接干擾的裝置，這套裝置是由其中的原子衰變進(jìn)行觸發(fā)，若原子衰變，裝置會(huì)被觸發(fā)，貓會(huì)立即死去。于是，量子力學(xué)中的原子核衰變間接決定了經(jīng)典理論中貓的生死。由量子力學(xué)可知，原子核應(yīng)該處于一種迭加態(tài)，這種迭加態(tài)是由“衰變”和“不衰變”兩個(gè)狀態(tài)形成的，那么貓應(yīng)該也是處在一種迭加態(tài)，這種迭加態(tài)應(yīng)該是由“死”與“生”兩個(gè)狀態(tài)形成的，貓的生死不再是一個(gè)客觀存在，而是依賴于觀察者的觀測(cè)。顯然，這與常理是相悖的[2]。
這兩個(gè)佯謬的根源是相同的，都是經(jīng)典理論與量子理論之間的關(guān)系。
2 近代研究進(jìn)展
2.1 驗(yàn)證量子糾纏的存在
華裔物理學(xué)家Yanhua Shih[3]曾做過(guò)一個(gè)被稱為“幽靈成像”的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象大致可以描述為：假設(shè)存在一個(gè)糾纏光源，這個(gè)光源可以發(fā)出兩種互為糾纏的光子，通過(guò)偏振器使兩種光子相互分離，令第一束光子通過(guò)一個(gè)狹縫，第二束不處理，然后觀察兩束光的投影，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第二束光的投影形狀與第一束光通過(guò)的狹縫形狀完全相同。
人們發(fā)現(xiàn)，如果僅僅使用經(jīng)典理論，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是無(wú)法解釋的，必須應(yīng)用量子理論，才能解釋“幽靈成像”的現(xiàn)象。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也恰好驗(yàn)證了“量子糾纏”現(xiàn)象的存在。
2.2 量子世界中的歐姆定律
歐姆定律是由德國(guó)物理學(xué)家Ohm于19世紀(jì)早期提出來(lái)的，它是一種基于觀察材料的電學(xué)傳輸性質(zhì)得到的經(jīng)驗(yàn)定律，其內(nèi)容是：在同一電路中，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端所加的電壓成正比，跟導(dǎo)體自身電阻成反比，即 （U指導(dǎo)體兩端電壓；R指導(dǎo)體電阻；I指通過(guò)導(dǎo)體的電流）。
18世紀(jì)二、三十年代，人們認(rèn)為經(jīng)典方法在宏觀領(lǐng)域是正確的，但是在微觀領(lǐng)域?qū)?huì)被打破。Landauer公式給出了納米線電阻的計(jì)算方法，即（h為普朗克常量；e為電子電量；N為橫波模式數(shù)量）；而在宏觀中，（為材料的密度；l為樣品的長(zhǎng)度；s為樣品的橫截面積）。由此發(fā)現(xiàn)，在宏觀領(lǐng)域，樣品的電阻是隨著樣品的長(zhǎng)度增加而增加的，而在微觀領(lǐng)域，樣品的電阻與樣品的長(zhǎng)度沒(méi)有關(guān)系。
Weber[4]等人制備了原子尺度的納米線并進(jìn)行觀察，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在微觀領(lǐng)域，歐姆定律也是滿足的。Ferry[5]認(rèn)為樣品的電阻是由多種機(jī)理所導(dǎo)致的，而他最后得到的結(jié)果正是由于多種機(jī)理的相互疊加。經(jīng)過(guò)分析，他認(rèn)為歐姆定律何時(shí)開始生效取決于納米線中電子耗散的力度，力度越大說(shuō)明開始生效時(shí)的尺度越小。但這也同時(shí)引發(fā)了另一個(gè)問(wèn)題的思考：低溫條件下，歐姆定律是仍然成立的，也就是說(shuō)經(jīng)典理論仍然成立，但往往是希望在低溫下研究比較純粹的量子效應(yīng)。低溫條件下歐姆定律的成立要求在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，必須花費(fèi)更多的精力來(lái)使得經(jīng)典理論與量子理論分離開。
2.3 生活中的量子力學(xué)――光合作用與量子力學(xué)
Scholes等[6]從兩種不同的海藻中提取出了一種名為捕光色素復(fù)合體的化學(xué)物質(zhì)，并在其正常的生活條件下，通過(guò)二維電子光譜術(shù)對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了分析研究。他們首先使用了飛秒激光脈沖模擬太陽(yáng)光來(lái)激發(fā)這些蛋白，發(fā)現(xiàn)了會(huì)長(zhǎng)時(shí)間存在的量子狀態(tài)。也就是說(shuō)，這些蛋白吸收的光能能夠在同一時(shí)刻存在于不同地點(diǎn)，而這實(shí)際上是一種量子迭加態(tài)。由此可見，量子力學(xué)與光合作用是有很大聯(lián)系的。
3 結(jié)語(yǔ)
從近幾年來(lái)量子力學(xué)的基本問(wèn)題和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究可以看出，雖然經(jīng)典理論與量子理論的聯(lián)系仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題，但是當(dāng)代科學(xué)家已經(jīng)能夠通過(guò)各種精妙的實(shí)驗(yàn)逐步解決歷史遺留的一個(gè)個(gè)謎團(tuán)，使得微觀領(lǐng)域的單個(gè)量子的測(cè)量與控制成為可能，并且積極研究宏觀現(xiàn)象的微觀本質(zhì)，將生活與量子力學(xué)逐漸的聯(lián)系起來(lái)。對(duì)于“經(jīng)典理論與量子力學(xué)的聯(lián)系”這一專題還需要進(jìn)行不斷研究，使量子力學(xué)得到進(jìn)一步完善與發(fā)展。
摘要： 量子力學(xué)是從研究經(jīng)典問(wèn)題出發(fā)而發(fā)展起來(lái)的一門研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，是核物理與核類其他專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。在日常教學(xué)中運(yùn)用模塊化思想給這些專業(yè)學(xué)生講授量子力學(xué)，已取得初步成效。
關(guān)鍵詞： 量子力學(xué)；模塊化；教學(xué)
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，能源緊缺問(wèn)題十分嚴(yán)峻，各國(guó)都在大力發(fā)展核電事業(yè)，我國(guó)“十一五規(guī)劃”也將核電和核技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展列為重點(diǎn)。黨中央、國(guó)務(wù)院十分關(guān)心核工業(yè)的發(fā)展，做出了和平利用原子能，積極促進(jìn)核電發(fā)展的戰(zhàn)略決策。核科學(xué)與技術(shù)等即將迎來(lái)前所未有的發(fā)展。作為省部共建的南華大學(xué)，是中國(guó)核類本科專業(yè)齊全、本科生培養(yǎng)規(guī)模大、核類人才培養(yǎng)層次較完整的高校，18 個(gè)涉核專業(yè)，核支撐專業(yè)和學(xué)位點(diǎn)24個(gè)，我校的核科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域在中南地區(qū)乃至全國(guó)都具有一定的優(yōu)勢(shì)。如何辦好這些核類本科專業(yè)，突出南華大學(xué)的“核”特色，這些都成為了值得我們研究的新課題。量子力學(xué)是從研究經(jīng)典問(wèn)題出發(fā)而發(fā)展起來(lái)的一門微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，是原子物理學(xué)、原子核物理等學(xué)科的重要基礎(chǔ)。量子力學(xué)有知識(shí)面廣、抽象難以理解的特點(diǎn)。怎樣使其更好的為核類專業(yè)學(xué)生服務(wù)成為我們新的教學(xué)難點(diǎn)。
1 量子力學(xué)的教學(xué)目標(biāo)分析
我校核物理專業(yè)的量子力學(xué)課程，授課時(shí)間在大三第一學(xué)期，共64學(xué)時(shí)。教材以[1-3]為主，闡述波函數(shù)和薛定諤方程、量子力學(xué)量、態(tài)和表象、微擾理論、自旋和全同粒子等具體內(nèi)容，使學(xué)生能夠系統(tǒng)掌握量子力學(xué)的理論知識(shí)和體系結(jié)構(gòu)，分析和處理一些核物理中的實(shí)際問(wèn)題。
量子力學(xué)對(duì)于核物理專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容及其深度有較高的要求；而對(duì)于核類其他專業(yè)，量子力學(xué)只作為原子物理和原子核物理的基礎(chǔ)課，在專業(yè)知識(shí)的掌握方面要求相對(duì)要低些，只需要掌握一些基本理論，能用量子力學(xué)定性解釋一些簡(jiǎn)單的核物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象即可。
2 量子力學(xué)的模塊化教學(xué)初探
量子力學(xué)是關(guān)于微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，除了量子力學(xué)基本分析方法之外，是一些基本理論模型，如一維無(wú)限深勢(shì)阱、勢(shì)壘貫穿理論等對(duì)于核工程類專業(yè)學(xué)生后續(xù)學(xué)科的理論學(xué)習(xí)有很好的指導(dǎo)作用，在教學(xué)中我們加深對(duì)這些方面的講解，力圖通過(guò)本課程為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
量子力學(xué)是一門基礎(chǔ)理論。如何使其更好的為核類學(xué)生服務(wù)是我們一直關(guān)注的問(wèn)題，在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上結(jié)合量子力學(xué)理論體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，我們提出模塊化改革教學(xué)的理論，以解決各專業(yè)對(duì)量子力學(xué)學(xué)習(xí)要求的不一致，將量子力學(xué)分為波函數(shù)及薛定諤方程模塊、量子力學(xué)量模塊、表象變換模塊、微擾論及粒子自旋模塊、散射理論模塊等五個(gè)模塊。對(duì)不同的核類專業(yè)，教學(xué)內(nèi)容有不同的模塊結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的課時(shí)分配計(jì)劃。
對(duì)于核物理專業(yè)，其對(duì)量子力學(xué)理論知識(shí)要求較高，在教學(xué)實(shí)踐工作中必須強(qiáng)調(diào)課程知識(shí)體系的全面性和深入性，加大對(duì)理論基礎(chǔ)的講解力度，讓其掌握利用量子力學(xué)理論去分析和解決常見的微觀現(xiàn)象。我們較系統(tǒng)地講解這五大模塊，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)量子力學(xué)知識(shí)去解決一些核物理問(wèn)題。
對(duì)于核類其他專業(yè)，如核工程與核技術(shù)、核科學(xué)與核技術(shù)、核反應(yīng)堆工程等專業(yè)，其對(duì)量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)要求較低，在教學(xué)過(guò)程中保證教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)性和體系的完整性的同時(shí)，選擇其中的波函數(shù)及薛定諤方程模塊、量子力學(xué)量模塊和微擾論模塊重點(diǎn)來(lái)講解，表象及表象變換略去不講，對(duì)于散射模塊，也只做簡(jiǎn)單的介紹。
3 結(jié)束語(yǔ)
在日常教學(xué)中，我們運(yùn)用模塊化的思想，給核類專業(yè)的學(xué)生講授量子力學(xué)，取到了良好的成績(jī)。我們注重總結(jié)并收集反饋意見，研究調(diào)整模塊結(jié)構(gòu)及其課時(shí)分配計(jì)劃，在模塊化教學(xué)的框架下適當(dāng)修改完善，已取得一定成效。
2016年8月16日1時(shí)40分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”。這意味著我國(guó)在“量子物理”這個(gè)可以打開人類未來(lái)“新世界大門”的尖端學(xué)科中站到最前沿，美國(guó)《華爾街日?qǐng)?bào)》稱：量子衛(wèi)星將讓中國(guó)在防御黑客方面走在世界前列。
提到有著劃時(shí)代意義的“墨子號(hào)”，就必須要提到這個(gè)量子衛(wèi)星項(xiàng)目的首席科學(xué)家、中科院院士潘建偉――中國(guó)量子力學(xué)第一人。
1970年，潘建偉出生在浙江東陽(yáng)，從小父母重視對(duì)他興趣的培養(yǎng)，從不限制他做什么。在中國(guó)科技大學(xué)，潘建偉仍和兒時(shí)一樣，鉆研自己感興趣的東西。他崇拜愛(ài)因斯坦，喜歡讀《愛(ài)因斯坦文集》，“愛(ài)因斯坦的散文是最深刻、最美的，讓我堅(jiān)定了研究物理的決心。讓我感覺(jué)從簡(jiǎn)單的事實(shí)后面可以找到一個(gè)規(guī)律，現(xiàn)在、將來(lái)不會(huì)變”。那時(shí)起，他開始學(xué)習(xí)量子力學(xué)，一學(xué)就是20多年。在奧地利第一次見到博士導(dǎo)師時(shí)，導(dǎo)師問(wèn)他“你的夢(mèng)想是什么”，他脫口而出：“我要在中國(guó)建一個(gè)世界一流的量子物理實(shí)驗(yàn)室。”
1997年，27歲的潘建偉在導(dǎo)師的領(lǐng)導(dǎo)下，作為第二作者在《自然》雜志上發(fā)表的論文被公認(rèn)為量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的開山之作，《科學(xué)》雜志將其列為年度全球十大科技進(jìn)展。1999年，博士畢業(yè)準(zhǔn)備回國(guó)的潘建偉發(fā)現(xiàn)，量子信息研究在國(guó)內(nèi)是一片空白，不僅不被承認(rèn)，甚至被認(rèn)為是偽科學(xué)，他根本無(wú)法申請(qǐng)到科研經(jīng)費(fèi)。就在這時(shí)，他早前發(fā)表的那篇論文入選《自然》雜志 “百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”，一同入選的，還有“愛(ài)因斯坦建立相對(duì)論”等重大成果。消息傳到國(guó)內(nèi)，引起轟動(dòng)，潘建偉提交的科研項(xiàng)目申請(qǐng)終于獲得了批準(zhǔn)。
如今，潘建偉的團(tuán)隊(duì)被叫作“夢(mèng)之隊(duì)”，成員都是中國(guó)最頂尖的物理學(xué)家。2016年，潘建偉團(tuán)隊(duì)榮獲2015年度“國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)”，這一中國(guó)自然科學(xué)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)，只有最頂級(jí)的科學(xué)家華羅庚、吳文俊和錢學(xué)森等人曾經(jīng)拿到過(guò)。
在一次演講中，潘建偉提到了對(duì)科學(xué)的好奇，提到了中國(guó)為什么拿不了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他講了兩個(gè)小故事：一次他在阿爾卑斯山大峽谷遇到一個(gè)80多歲、滿頭白發(fā)的老太太，坐在輪椅上，問(wèn)他是干什么的。他說(shuō)是做量子物理的。沒(méi)想到，老太太說(shuō)：我讀過(guò)你在《自然》雜志發(fā)表的那篇文章。還有一次，他在海德堡大學(xué)做手術(shù)，醒來(lái)后，護(hù)士問(wèn)：潘教授，你是不是就是研究跟時(shí)空穿越類似的東西啊？你能不能給我講講？這就是普普通通的歐洲人對(duì)物理學(xué)的好奇。在國(guó)內(nèi)，他也做科普演講，他嘗試用最生動(dòng)的方法講量子物理，下面的學(xué)生卻說(shuō)：老師，我很認(rèn)真聽了，但是聽不懂。然后，學(xué)生就去拍自拍、刷朋友圈、玩游戲了。
我們國(guó)家為什么沒(méi)有諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)原因或許就在其中：對(duì)科學(xué)沒(méi)有真正的好奇，怎么出得了諾貝爾獎(jiǎng)大師呢？這也是為什么對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)潘建偉如此珍貴。
熱議銳評(píng)：正是保持著對(duì)事業(yè)的初心和對(duì)自然的最初好奇，潘建偉才得以成為中國(guó)最好的量子物理學(xué)家。而對(duì)你我這樣平凡的中國(guó)人來(lái)說(shuō)，我們所缺的正是在日復(fù)一日應(yīng)試教育的課堂上，被磨滅掉的對(duì)物理學(xué)的最初的好奇，以及對(duì)科學(xué)、對(duì)自然的好奇。
素材運(yùn)用：堅(jiān)定理想；保持初心；珍惜好奇心；對(duì)科學(xué)的探索；對(duì)未知的渴望；偉大的科學(xué)家……
【摘要】鑒于量子力學(xué)教科書和相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)兩類壓縮相干態(tài)的論述比較模糊，本文利用外爾編序下相似變換不變性以及外爾――魏格納量子化方案，推導(dǎo)出了第一類壓縮相干態(tài)正規(guī)乘積形式的密度算符的解析表達(dá)式 。同時(shí)，利用壓縮算符的正規(guī)乘積形式，推導(dǎo)出了第二類壓縮相干態(tài)密度算符的解析表達(dá)式。通過(guò)對(duì)比第一類和第二類密度算符，發(fā)現(xiàn)兩類壓縮相干態(tài)密度算符形式上很相似，但是存在一定的差異，并不是一般的教材和文獻(xiàn)里論述的二者是完全等同的。
【關(guān)鍵詞】密度算符 壓縮相干態(tài) 正規(guī)乘積
一、引言
量子力學(xué)是在19世紀(jì)末20世紀(jì)初建立和發(fā)展起來(lái)的一門科學(xué)，它的建立是20世紀(jì)劃時(shí)代的成就之一。量子力學(xué)與我們的生活密切相關(guān)，可以毫不夸張的說(shuō)，沒(méi)有量子力學(xué)，就沒(méi)有人類的現(xiàn)代物質(zhì)文明。量子力學(xué)規(guī)律已成功地運(yùn)用于包括材料、化學(xué)、生命、信息和制藥等領(lǐng)域，對(duì)于物理專業(yè)的本科生來(lái)說(shuō)，量子力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，它是學(xué)習(xí)固體物理、材料科學(xué)、材料物理與化學(xué)、激光原理、激光物理與技術(shù)等專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)[1，2]。通過(guò)量子力學(xué)的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠熟練地掌握量子力學(xué)的基本理論，具備利用量子力學(xué)基本理論分析和解決問(wèn)題的能力。在物理學(xué)課程當(dāng)中，量子力學(xué)的教學(xué)既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。
相干態(tài)[3，4]作為量子力學(xué)中的一個(gè)優(yōu)秀概念，不僅是量子物理學(xué)中的一個(gè)有效方法，而且是激光理論的重要支柱，對(duì)了解量子力學(xué)理論具有重要的意義，在教學(xué)和科研中都具有基礎(chǔ)性的作用。相干態(tài)的概念最初是薛定諤在1926年提出的[3]，對(duì)于諧振子位勢(shì)，他找到了這樣的態(tài)。直到1963年格勞伯等人系統(tǒng)地建立起光子相干態(tài)，并研究它的相干性與非經(jīng)典性，同時(shí)又證明相干態(tài)是諧振子湮滅算符的本征態(tài)[4]。現(xiàn)在相干態(tài)已被廣泛地應(yīng)用于物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。實(shí)際上，相干態(tài)是最小測(cè)不準(zhǔn)態(tài)，而且兩個(gè)正交位相振幅算符有著相同的起伏，在相空間中，相干態(tài)的起伏呈圓形，相干態(tài)在相空間平移或者轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)此圓保持不變。對(duì)于壓縮態(tài)而言，它是泛指一個(gè)正交相位振幅算符的起伏比相干態(tài)相應(yīng)分量的起伏小的量子態(tài)，其代價(jià)是另一個(gè)正交相位振幅算符的起伏增大，但兩者的乘積等同于相干態(tài)的相應(yīng)量。壓縮態(tài)是一類非經(jīng)典光場(chǎng)，呈現(xiàn)出非經(jīng)典性質(zhì)，例如反聚束效應(yīng)、亞泊松分布等. 壓縮態(tài)由于其在光通訊、高精度干涉測(cè)量以及微弱信號(hào)檢測(cè)方面具有廣泛的應(yīng)用前景使得對(duì)它的研究成為量子力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
理論上，產(chǎn)生壓縮相干態(tài)的方式主要有對(duì)真空態(tài)先平移后壓縮（第一類壓縮相干態(tài)）和先壓縮后平移（第二類壓縮相干態(tài)）兩種方式，鑒于很多教材上認(rèn)為這兩種方式產(chǎn)生的壓縮相干態(tài)完全等同，考慮到壓縮算符與平移算符的不對(duì)易，而且各量子力學(xué)教科書上每提及這兩種壓縮態(tài)的區(qū)別時(shí)闡述都比較模糊，不能向廣大讀者提供一個(gè)清晰的結(jié)論，又考慮到密度算符包含了某一個(gè)量子態(tài)的全部信息，所以有必要推導(dǎo)出這兩種壓縮相干態(tài)的密度算符并做分析比較，以闡明二者的異同。
二、第一類壓縮相干態(tài)
對(duì)比式（10）和（14）可知，由于產(chǎn)生壓縮相干態(tài)的方式不同，壓縮算符和平移算符之間不對(duì)易，得出的兩類壓縮相干態(tài)密度算符也有差異，并不是之前一些教科書里闡述的二者是完全等同的。
四、結(jié)論
本文利用外爾編序下相似變換不變性、外爾-魏格納量子化方案以及正規(guī)乘積形式的壓縮算符，推導(dǎo)出了第一類和第二類壓縮相干態(tài)密度算符的正規(guī)乘積形式解析式。通過(guò)對(duì)比二者密度算符可以發(fā)現(xiàn)，第一類壓縮相干態(tài)和第二類壓縮相干態(tài)密度算符形式上很相似，但是存在一定的差異，并不是一般的教材和文獻(xiàn)里論述的二者完全等同。所以在量子力學(xué)教學(xué)過(guò)程中有必要澄清這一既定的事實(shí)，不能似是而非，模棱兩可。
摘 要 本文深入研究了蹺蹺板效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，把蹺蹺板效應(yīng)與自感和諧振子聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)將根據(jù)蹺蹺板效應(yīng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)公式，即升―降頻波動(dòng)方程，與微觀領(lǐng)域的角動(dòng)量守恒和動(dòng)―勢(shì)能公式聯(lián)系起來(lái)，為量子力學(xué)的研究發(fā)展，提供了創(chuàng)意和線索。
關(guān)鍵詞 自感；諧振子；動(dòng)能；勢(shì)能；亞穩(wěn)態(tài)
筆者在《關(guān)于量子力學(xué)-經(jīng)典力學(xué)-相對(duì)論力學(xué)的統(tǒng)一性理論可行性研究――兼談對(duì)測(cè)不準(zhǔn)原理的大膽突破》一文中，提出兩個(gè)公式，即升―降頻公式，這二個(gè)公式是根據(jù)蹺蹺板效應(yīng)推導(dǎo)出來(lái)的。現(xiàn)在，經(jīng)筆者深入研究發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)公式是個(gè)通用公式，它還可以應(yīng)用于以下兩個(gè)方面：1）動(dòng)―勢(shì)能的量化關(guān)系；2）角動(dòng)量守恒量化關(guān)系，它可以大大簡(jiǎn)化量子力學(xué)的計(jì)算。
1 諧振子的能量計(jì)算公式
1.1 蹺蹺板效應(yīng)與自感
筆者在《續(xù)論與連帶性能量保留即能量不守恒有關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題》一文中，提出蹺蹺板效應(yīng)的概念，后來(lái)，根據(jù)蹺蹺板效應(yīng)，筆者繪出了電子的波形，并設(shè)計(jì)了升―降頻波動(dòng)方程，通過(guò)這兩個(gè)方程，大致勾勒出電子軌道呈梨子形狀，或說(shuō)螺螄形狀。另外筆者又認(rèn)為，電子的軌道波形和受激后的自旋波形及原子波形是一樣的，現(xiàn)在經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究認(rèn)為，在蹺蹺板效應(yīng)過(guò)程中，電子體內(nèi)的力矢由紡錘形變?yōu)橥勇菪危缓笥衷谠觾?nèi)潮汐運(yùn)動(dòng)的影響下，由陀螺形變?yōu)榧忓N形，這種變化不正是電磁學(xué)上的自感現(xiàn)象嗎，又因?yàn)殡娮硬ㄐ瓮壍兰霸硬ㄐ我恢拢使P者認(rèn)為，這種自感形式存在于一切微觀領(lǐng)域。
1.2 自感與諧振子及能級(jí)
筆者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，自感本身就是一個(gè)諧振子，即電子受輻射后，被輻射位置升頻并膨脹，質(zhì)心與軸心分離，在此點(diǎn)張力的推動(dòng)下，力矢會(huì)向周圍沿立體螺螄形的路徑擴(kuò)散，在全過(guò)程中的每一點(diǎn)上，隨時(shí)會(huì)受到感抗即恢復(fù)力的阻礙，這就是諧振子和自感，而且這種自感發(fā)生一次，諧振子振動(dòng)一次，這就是自感與諧振子的關(guān)系，亦即電子的振動(dòng)頻率。而電子的振動(dòng)頻率受普朗克常數(shù)h的調(diào)制，即能量子ε，它是不連續(xù)的，這種調(diào)制，就是能級(jí)n，就是電子軌道的脈動(dòng)頻率，就是電子螺螄形軌道的螺紋。特別聲明，電子軌道脈動(dòng)頻率，不等同于電子本身振動(dòng)頻率。
1.3諧振子的能量與計(jì)算公式
諧振子的升頻與降頻構(gòu)成動(dòng)能和勢(shì)能的雙方，而蹺蹺板效應(yīng)就是動(dòng)能勢(shì)能的互導(dǎo)，而互導(dǎo)的前提就是頻率差，據(jù)此，微觀領(lǐng)域的能量公式應(yīng)為：
以上提供的兩個(gè)式子，只是定量研究的一個(gè)動(dòng)議和線索，需要具體驗(yàn)證和不斷完善，筆者衷心希望能促進(jìn)量子力學(xué)的研究和發(fā)展。
解題思路――首先確定相互作用的雙方，高能量高頻率者用F1，低能量低頻率者用F2，然后向里代，然后確定有效能量及其他。
另外，如果兩個(gè)質(zhì)量相差不多的粒子相撞，雖然雙方互導(dǎo)的有效能量不大，產(chǎn)生的電流很弱，但總能量是不低的，弱相互作用就是如此。
2 角動(dòng)量守恒公式及其他
2.1能級(jí)與亞穩(wěn)態(tài)
能級(jí)越高，即電子受激能量越高，則質(zhì)心軸心分離的越大，就在分離的瞬間必受到自感的拼命阻礙，這就是諧振子，而諧振子振蕩，受普朗克常數(shù)h的調(diào)制，即能量子ε，是不連續(xù)的，這就是亞穩(wěn)態(tài)，也就是電子軌道的脈動(dòng)及脈動(dòng)頻率，不言自明這就是能級(jí)n。同理，電子的張力從被輻射點(diǎn)，沿一定路徑擴(kuò)張時(shí)也要遇到自感的阻礙。一般情況下，電子諧振子的振蕩，是沿螺螄形脈動(dòng)的，無(wú)論是電子體內(nèi)，還是運(yùn)行軌道都是一致的，脈動(dòng)的頻率，就形成螺螄的螺紋，即能級(jí)n。受激時(shí)，電子就向遠(yuǎn)日點(diǎn)躍遷，張力從受激點(diǎn)向外擴(kuò)張時(shí)，就發(fā)射一顆光子，然后向近日點(diǎn)躍遷，這就是所謂的高低能級(jí)。如果發(fā)生連續(xù)的受激發(fā)射，就是激光，如果是系統(tǒng)磁場(chǎng)的連帶激發(fā)，則是自發(fā)發(fā)射。受激發(fā)射形成一定的光譜，而斯塔克分裂，則是自發(fā)發(fā)射引起的。另外，電子軌道近乎立體螺旋，這些螺紋就是我們觀察到的，氫原子電子的駐波。
