量子力學概念范文

導語：如何才能寫好一篇量子力學概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

乍看,題目好象哲學的。不屑哲學,只談物理。

大量研究表明,目前為止的實驗已經給出物質世界準確信息,物理學重要任務之一就在于找出這信息并揭示其內在規律。遺憾的是,目前為止的理論(無例外)均未能如此。然而國內外學界卻一致認為理論物理大廈框架——《量子力學》已經建成,剩下只是裝修和美化了。

但經本文研究表明,《量子力學》對一些基本物理學問題的實質并不清楚,往往似是而非。然而《量子力學》卻娓娓動聽、夸夸其談,實則以其昏昏使人昭昭!請看事實:

1.1 關于“量子化”根源問題。

微觀世界“量子化”已被證實,人們已經公認。但接踵而來的就是“量子化”根源問題,又機制怎樣?這本是物理學根本任務之一。已有的理論包括愛因斯坦、玻爾、量子力學都未能回答。然而量子力學家們卻置這本職任務于不顧,翩翩起舞與數學喧賓奪主、相互玩弄!

就是說,《量子力學》是在未有弄清量子化根源前提下侈談“量子”的“科學”。其結果只能使原子結構憑空量子化,量子化則成為無源之水,無本之木。這就是目前物理科學之現狀!

可有人,例如一位量子力學教授辯論時說:“量子化是電子自身固有屬性,陰極射線中的電子能量也是量子化的”。

雖然,這量子力學家利用了“微小量子”數學“極限”概念進行詭辯,顯得很聰明,但卻誤了人類物理學前程!

不可否認的事實是:陰極射線中的電子、X射線韌致輻射電子、高能加速器中電子或其它自由電子能量都連續可變,決不表現量子化!這無疑表明量子化不是電子自身固有屬性。那末,原子結構中能量量子化必有其它原因。顯然這是基本物理學問題,作為理論物理又是非弄清不可的問題。其它科學例如數學,由于任務不同尚可不必關心量子化根源問題。然,作為理論物理決不可以!本文如下將準確具體討論量子化根源問題以及物質世界又怎樣量子化的,并給出8位數字有效精度與實驗完全相符的計算結果。 1.2 理論與實踐關系問題

既然憑空將電子能量量子化,就難免臆造之嫌,所以《量子力學》就下意識往實驗上靠――“符合”試驗。然而,既下意識就難免拙劣,請看事實:

世界著名理論物理第六冊——《量子力學》(文獻 [1]) 中著:“量子力學,可建立于數個基本假定上,大體上這些基本假定分屬兩大項……,兩項的假定便構成一量子力學完整系統”。

這明確表明,量子力學就是建立在基本假定上的(種種猜測)?！翱茖W學”研究還表明:任何建立在基本假定上的東西都不可能是科學!然而量子力學家們卻娓娓動聽說:“量子力學是建立在實驗基礎上的科學”。這不是彌天大謊么?!

文獻 [1] 在建立對易關系:

pq -qp = (?/i)E ――――――――― (1)

時說:“這是一基本假定”。并告誡人們:“不可懂”!就是說(1)式不能用任何數學——物理方法導出,即:不否認這是一種猜測。然而,(1)式就是昭著世界的“波動方程”的基礎,也就是量子力學的理論基礎。

所以確切地說,量子力學就是建立在基本假定上的種種猜測。這分明表現的是量子力學家們主觀意識!

研究表明,量子力學所謂實驗基礎,首先在于德布羅意“物質波”理論。認真研究表明,物質波究竟是什么?德布羅意本人未有弄清,后人至今仍未弄清,又怎能說“建立在實驗基礎上”呢?!

研究表明,量子力學的實際過程是:德布羅意對自然現象進行一次連他自己也弄不清的抽象(猜測)(以下證明),提出“物質波”概念。量子力學對這不清的概念又進行一次抽象(猜測)(以下證明),提出“波函數”(Ψ)概念,并且通過一種算符將其作用到一個基本假定即(1)式上,便鑄成了著名的“波動方程” ——量子力學的理論基礎:

(h2/2m)2Ψ + (E-V)Ψ = 0 ――――― (2)

由于量子力學憑空引進“波函數Ψ”,實際上就賦予了電子神奇性質。正是這種神奇性質使得量子力學具備了非凡詭辯能力。

1.3 量子力學詭辯倫理

1.3.1 關于理論基礎詭辯

以上及以下討論都證明,量子力學是,由于缺乏了解,錯誤地估計了試驗(以下嚴格證明),用了錯誤的基本假定(不能由任何合理方法導出)而形成的,錯誤理論。然而量子力學家們卻口口聲聲:“量子力學是建立在實驗基礎上地科學”。這分明是在詭辯,再加上社會意識,量子力學又具備了狡辯能力。 1.3.2 關于物質波的狡辯

對于“物質波”概念,量子力學 [1] 應用了三個基本假定:其一假定“對易關系”即(1)式,由此構成量子力學骨架;其二假定“測不準原理”,由此編造了電子“幾率云”圖像;其三假定“波?；パa原理”,這種原理本身就是一種詭辯,因為“波粒二象性”問題目前仍屬困難不解的世界性難題。于是量子力學精心泡制出“波函數Ψ”并強加給電子。經如此之假定,電子便具備了神奇性質——量子力學家們的主觀意識。

然而“波函數”的物理意義究竟是什么?量子力學家們著實應向人們交代清楚,遺憾的是任何學家都未能如愿。實際上對波函數Ψ的真實物理意義,量子力學家們也只是:你知、我知、天知、地知,凡人不可知。這分明是狡辯理論!

如果需要,量子力學(文獻 [1])首先拿出:

2πa=n ―――――――――――――― (3)

很明顯式中 2πa是粒子中心軌跡。于是說,物質波是粒子軌跡波動。此說極易征服初學者,但此說問題也易敗露。量子力學立即改變說法,言(3) 式系近代物理概念,對此不能用經典概念理解。于是又出現:

1.3.3 關于“經典”與“近代”狡辯

量子力學經常炫耀是近代科學理論,已經超脫經典,又不時貶低經典理論。

然而,以下討論完全證明:量子力學除了主觀臆造因素外,完全沒有離開經典物理一步,也未超出經典物理一點,就連波函數 Ψ 的表達式(無例外)也完全是經典數學和經典力學關系式,并且以下用不可否認的事實——量子力學所犯經典錯誤,表明量子力學連經典理論也不通。所以,量子力學所謂超脫經典,正在于一些基本假定連同主觀臆造。在此種意義上說,量子力學不僅超脫經典,而且也超脫科學! 1.3.4 量子力學方法論狡辯

確切說,量子力學不能給波函數 Ψ 做出完整的真實物理學定義,但在理論中卻輪番使用: ①波函數 Ψ 表示粒子中心軌跡波動;②波函數 Ψ 表示粒子出現幾率;③波函數 Ψ 表示彌撒物質波包三種概念。有了三種概念,又可各取所需,自然一切物理問題都“迎刃而解”了。

然而,量子力學同時又“有權”輪番否定這三種概念。但卻不是自我否定,而是另一種需要——否定其它理論,其中包括真理。要指出的是,量子力學輪番使用三種概念,又輪番否定這三種概念,并不是在同一時間同一地點進行的。因為應用一種概念的同時又否定這種概念,這是賣矛又賣盾的故事,連兒童都知道是蠢事。顯然量子力學家比兒童高明得多,這叫認識方法狡辯。

似這樣,在哲學面前,用“建立在實驗基礎上”量子力學可以蒙混過關;其它科學由于研究任務不同,不會關心“量子化”根源,又由“領地”限制也無權過問波函數的真實意義;量子力學又可各取所需輪番應用和輪番否定①、②、③三種概念。于是,量子力學便以狡辯贏得了世界理論權威!

1.4 關于“符合”試驗問題

以下將證明,量子力學所謂符合實驗,實際上系對實驗的猜測。量子力學很善于做貌似合理實則謬誤的猜測(以下揭示),并美其名曰“符合”試驗。其實,對實驗的真實物理過程并不清楚,又何談相符呢?請看事實:

基于玻爾理論的成功,量子力學作兩項重要推廣。 心理學原因,人們對這種推廣又愿意接受。然而卻出現本質性原則錯誤,請看:

1.4.1 量子力學推廣(一)

由于氫原子的試驗電離能與玻爾理論真實能級相近,于是量子力學推廣為:

試驗電離能 = 原子真實能級 ―――――――――― (4)

將該式推廣到多電子原子中顯然很省力氣,但這是嚴重錯誤。請看氦原子事實:

試驗(文獻[1])測得氦原子兩個電離能,這里分別用 E1,E2 表示為:

E1= 1.80(Rhc) = 24.58(ev) ―――――――― (5)

E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――――― (6)

量子力學[1]認為這就是氦原子的兩個真實能級。

若用 E玻 表示類氫氦離子基態能玻爾理論值,則

E玻 = 54.42(ev) ――――――――――――― (7)

顯然下式成立:

E2 = E1+ E玻 ―――――――――――――― (8)

該式明確表明 E2 不是氦原子的真實能級,因為其中包含有 E1 ,即第一電離能。

那么,實驗值 E2 即(8)式表示什么物理內容呢?

研究表明:要使氦原子第二電子電離,儀器必先付出能量 E1=24.58(ev) 先使第一電子電離,這好比代價,氦原子于是變成類氫氦離子,其基態能為 E玻=54.42(ev)。要使它電離,儀器必須再付出與 E玻 相等的能量,才能使第2電子電離。那么儀器付出總能量必為 E2=E1+E玻,這就是氦原子電離實驗真實過程,由此不難結論:

1.4.2 據電離實驗本文結論

電離實驗結論一:氫原子及類氫氦離子玻爾理論值正確。

電離實驗結論二:目前電離能實驗值 ≠ 原子真實能級。

電離實驗結論三:所有元素最低能級皆為其類氫離子能級,不存在比這更低的能級。 然而量子力學(文獻[1]、[3])卻競相用“微擾法”、“變分法”乃至用修正核電荷方法逼近計算這氦原子的“能級”E2 :

E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――― (9)

篇2

論文摘要：針對鄭州輕工業學院量子力學教學現狀，結合“量子力學”的課程特點，立足于提高學生學習積極性和培養學生科學探索精神及創新能力，簡要介紹了近年來在教學內容、教學方法、教學手段和考核方法等方面進行的一些改革嘗試。

論文關鍵詞：量子力學；教學改革；物理思想

“量子力學”是20世紀物理學對科學研究和人類文明進步的兩大標志性貢獻之一，已經成為物理學專業及部分工科專業最重要的基礎課程之一，是學習“固體物理”、“材料科學”、“材料物理與化學”和“激光原理”等課程的重要基礎。通過這門課程的學習，學生能熟練掌握量子力學的基本概念和基本理論，具備利用量子力學理論分析問題和解決問題的能力。同時，這門課程對培養學生的探索精神和創新意識及科學素養亦具有十分重要的意義。然而，“量子力學”本身是一門非常抽象的課程，眾多學生談“量子”色變，教學效果可想而知。如何激發學生學習本課程的熱情，充分調動學生的積極性和主動性，提高量子力學的教學水平和教學質量，已經成為擺在教師面前的重要課題。近年來，筆者在借鑒前人經驗的基礎上，結合鄭州輕工業學院（以下簡稱“我?！保┙虒W實際，在“量子力學”的教學內容和教學方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。

一、“量子力學”教學內容的改革

量子力學理論與學生長期以來接觸到的經典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經典物理截然不同，但它們之間又不無關聯，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經典物理中的相關內容得出的。因此，在“量子力學”教學中，一方面需要學生摒棄在經典物理學習中形成的固有觀念和認識，另一方面在學習某些基本概念和基本理論時又要求學生建立起與經典物理之間的聯系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數學推導之中，導致學習興趣缺失。針對以上教學中發現的問題，筆者對“量子力學”課程的教學內容作了一些有益的調整。

1.理清脈絡，強化知識背景

從經典物理所面臨的困難出發，到半經典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學的發展脈絡進行細致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發展有一個準確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經證明為正確并得到公認的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經典物理與量子理論之間的界限和區別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養學生的創新意識及科學素養。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設很難用已經成形的經典理論來解釋，學生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內容時，很有必要介紹一下玻爾理論產生的歷史背景，告訴學生在玻爾的量子化假設之前就已經出現了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關于原子光譜的實驗數據也已經被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。在用量子力學求解氫原子定態波函數時，還可以通過定態波函數的概率分布圖，向學生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現幾率比較大的區域。通過這樣講述，學生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學中的概念混為一談。

2.重在物理思想，壓縮數學推導

在物理學研究中，數學只是用來表述物理思想并在此基礎上進行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復雜的數學形式之中。因此，在教學過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質。對一些涉及繁難數學推導的內容，在教學中刻意忽略具體數學推導過程，著重于使學生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學中，對于數學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現成結論的應用上。這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。

二、教學方法改革

傳統的“填鴨式”教學法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學生在教學活動中始終處于被動接受地位，極大地壓制了學生學習的主觀能動性，十分不利于知識的獲取以及對學生創新能力及科學思維的培養。而且，“量子力學”這門課程本身實驗基礎薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。長期以往，學習積極性必然受挫，學習效果自然大打折扣。為了提高學生學習興趣，激發其學習的積極性，培養其科學探索精神及創新能力，筆者在教學方法上進行了一些有益的探索。

1.發揮學生主體作用

除卻必要的教學內容講解外，每節課都留出一定的師生互動時間。教師通過創設問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內容，使學生對已學內容進行復習、總結、辨析，以加深理解；或者針對未講授內容，激發學生學習新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這兩個典型的束縛態問題后就可引導學生思考“非束縛態下微觀粒子又將表現出什么樣的行為”），這樣學生就會積極地預習下節內容；或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養學生的創新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學生利用圖書館及網絡資源等尋求解決，培養學生的科學探索精神。此外，還可使學生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關的題目進行討論、調研并完成小組論文，這一方面激發學生的自主學習積極性，另一方面使其接受初步的科研訓練，一舉兩得。 轉貼于

2.注重構建物理圖像

在實際教學中著重注意物理圖像的構建，使學生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數的統計解釋；借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態疊加原理；借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標系和表象這些概念之間有本質上的區別，但借助這些學生已經熟知和深刻理解的概念，可使學生非常容易地接受和理解量子力學中難以言明的概念和理論，同時，也可使學生掌握這種物理圖像的構建能力，對培養學生的創新思維具有非常積極地作用。

三、教學手段和考核方式改革

1.課程教學采用多種先進的教學方式

如安排小組討論課，對難于理解的概念和規律進行討論。先是各小組內討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數時，有的學生認為是全部粒子組成波函數，有的學生認為是經典物理學的波。這些問題的討論激發了學生的求知欲望，從而進一步激發了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內容。另外課程作業布置小論文，邀請國內外專家開展系列量子力學講座等都是不錯的方式。

2.堅持研究型教學方式

把課程教學和科研相結合，在教學過程中針對教學內容，吸取科研中的研究成果，通過結合最新的科研動態，向學生講授在相關領域的應用以培養學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現代物理學的兩大支柱之一的現代物理學的每一個分支及相關的邊緣學科都離不開量子力學這個基礎，量子理論與其他學科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學為基礎；量子力學在通信和納米技術中的應用；量子理論在生物學中的應用；量子力學與正在研究的量子計算機的關系等，在教學中適當地穿插這些知識，擴大學生的知識面，消除學生對量子力學的片面認識，提高學生學習興趣和主動性。

3.利用量子力學課程將人文教育與專業教學相結合

量子力學從誕生到發展的物理學史所包含的創新思維是迄今為止哪一門學科都難以比擬的。在19世紀末至20世紀初，經典物理學晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應、原子光譜等物理現象的實驗結果嚴重沖擊經典物理學理論，讓經典物理學陷入危機四伏的境地。1900年，德國物理學家普朗克創造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現象，量子概念誕生。1905年，愛因斯坦進一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時是不連續的（普朗克假設），而且在物質相互作用中也是不連續的。1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經驗光譜公式。泡利突破玻爾半經典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應以合理解釋。1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開始與經典理論分庭抗禮。和學生一起重溫量子力學史的發展之路，在教學過程中展現量子力學數學形式之美，使學生在科學海洋中得到美的享受，從精神上熏陶他們的創新精神。

4.考試方式改革

在本課程的教學中采用了教考分離，通過小考題的形式復習章節內容，根據學生的實際水平適當輔導答疑，注重學生對量子力學基礎知識理解的考核。對于評價系統的建立，其中平時成績（包括作業、討論、綜合表現等）占30％，期末考試占70％。從實施的效果來看，督促了學生的學習，收到了較好的效果，受到學生的歡迎。

篇3

關鍵詞：問題式教學法；量子力學；教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0102-02

隨著高校教學改革的不斷深入，多媒體技術的普及和任課教師專業水平的提高，使得教學內容和教學手段更加豐富多樣。量子力學課程是核類專業的基礎課，它對于學習和理解核類專業主干課程，如原子核物理學、原子核物理實驗方法等具有十分重要的作用和意義。但由于其理論性強，思維方式與經典力學差異較大，量子力學現象在日常生活中比較少見。這樣就使得核類專業特別是核類工科專業的學生在學習和理解該門課程時遇到了很大的困難，也使得學生對該門課程的學習沒有積極性。因而在課堂上就經常出現這樣的一幕：只有老師在講，學生思考的少，氣氛壓抑。如何改變這一現狀呢？怎么樣來調動學生的學習積極性呢？這些都是急需解決的問題。基于此，在分析量子力學與經典力學相互聯系的基礎上，探究并實踐了由經典物理學的問題來引入量子力學學科的問題。將問題式教學法應用于量子力學的實踐教學當中。這樣既可以活躍課堂氣氛，提高學生積極性，又可以培養學生發散性思維，同時還可以鞏固學生以前學過的經典物理學的相關知識，進而能提升教學質量。

一、問題式教學法概念

問題式教學（Problem-Based Teaching）是問題式學習（Problem-Based-Learning）的發展，它鼓勵學生主動思考問題、自主尋找答案，是以問題為基礎來展開學習和教學過程的一種教學模式，通過學生合作解決真實問題來學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能，并形成自主學習的能力。PBL最早起源于20世紀50年代的醫學教育，并且已經被廣泛應用于數學、會計、英語等眾多學科。

二、量子力學與經典物理的聯系及問題式教學法在量子力學課程中的應用

經典物理可以解釋天體間的相互作用、電磁波的傳播以及系統的熱力學平衡等自然現象。20世紀初，當人們發現了放射性現象后，在解釋分子原子尺度的物理現象時，經典力學往往無能為力。因此需要建立一個全新的理論，這就是量子力學。它是闡明原子核、固體等性質的基礎理論，且在化學、生物學等學科和許多近代技術中得到廣泛應用。在經典力學，做機械運動的物體簡化為質點，位置可以用坐標系上的坐標表示。將坐標對時間求導、再求導，得到物體運動的速度■和加速度■?！?■（t） ■=■ ■=■ ①

經典物理中，描述物體運動的規律是牛頓三大定律。描述物體t時刻的狀態用t時刻的位置矢量■，動量■。初始位置矢量、動量及所受到的力■知道，由牛頓運動定律就可以知道物體的運動狀態。量子力學是用來描述微觀粒子運動規律的一門學科。由于微觀粒子運動的隨機性，使得粒子的動量和位置不能同時確定。在實際的教學中就可以引入這樣的問題：量子力學中是怎么樣來描述粒子的狀態及運動規律呢？這就要找到與經典對應的關系。這樣就可以引入量子力學的波函數概念及其物理含義。波函數是描述微觀粒子的狀態，可以表示為如下的形式：

Ψ（x，y，z，t）=Ψ（p，r，t） ②

此時又引入一個新的問題：波函數遵循什么樣的規律呢？與經典牛頓運動定律對于的定理或者定律又是什么呢？這個時候就可以用問題式的方法來引入薛定諤方程問題。

i？攸=■=-■？犖2Ψ+U（r）Ψ ③

上式子表示粒子在相互作用勢為U（r）的勢場中運動時，描述粒子運動狀態波函數隨時間的演化所滿足的規律。同樣，像以上這樣利用問題式引入的方式來講授量子力學課程的相關內容還有很多，如態疊加原理，表象變換等。對于態疊加原理，問題的引入：經典物理有波函數的概念，有波的疊加，那量子力學中描述物體狀態的波函數是否也有疊加性，他們之間有什么異動呢？這樣就可以將學生引入到量子力學中的態疊加原理的相關內容。

三、需要重視的問題

針對目前核類專業特別是核類工科專業量子力學課程的現狀，我們除了將問題式教學法應用到教學實踐中，還要從以下的幾個方面來激起學生的興趣，提高學生學習該門課程的積極性。

首先，需要激起學生的好奇心。其次，在解答習題中將問題式教學融入其中，要做到課堂知識和課后習題的問題式教學雙覆蓋。最后，需要學生知道處理量子力學問題的一般方法，同時適當鼓勵學生。為了充分調動學生參與課程教學的積極性和主動性，必須在教學過程中把握學生對知識的掌握程度，對表現優異的學生進行表揚并登記，從心理層面激勵其更加積極參與到教學互動中。本科階段的量子力學是一門入門課程，是繼續學習物理學的基礎。只有讓學生認識到了量子力學課程的重要性，才能達到預期的教學目標。

通過經典物理與量子力學的類比對應關系，在量子力學講授相關知識時，用問題式的方式引入知識點。激發學生對該門課程的學習積極性。使用該教學方式以來，學生的學習積極性和教學質量都得到了提高，達到了教學改革的目的。

參考文獻：

[1]唐曉雯，任艷榮.基于問題式學習教學模式的探索與實踐[J].教學研究，2006，29（1）：24-26.

[2]張建偉.基于問題式學習[J].教育研究與實驗，2000，（3）：55-60.

[3]劉夢蓮.基于問題式學習（PBL）的設計[J].現代遠程教育研究，2003，（1）：39-43.

[4]蔣新宇，施樹云，于金剛.問題式教學法在有機化學實驗教學中的應用[J].光譜實驗室，2012，29（4）：2548-2550.

[5]周世勛.量子力學教程）[M].第二版.北京：高等教育出版社，2009.

篇4

關鍵詞：量子力學；經典科學世界圖景；非機械決定論；整體論；復雜性；主客體互動

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

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

經典科學基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開創的，近三百年內發展起來的一整套觀點、方法、學說。經典科學世界圖景的最大特征是機械論和還原論，片面強調分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學派的量子力學理論三部曲：統計解釋—測不準原理—互補原理所反映的主要觀點是：微觀粒子的各種力學量（位置、動量、能量等）的出現都是幾率性的；量子力學對微觀粒子運動的幾率性描述是完備的，對幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋；決定論不適用于量子力學領域；儀器的作用同觀察對象具有不可分割性，確立了科學活動中主客體互動關系。[1]量子力學的發展從根本上改變了經典科學世界

圖景。

一、量子力學突破了經典科學的機械決定論，遵循因果加統計的非機械決定論

經典力學是關于機械運動的科學，機械運動是自然界最簡單也是最普遍的運動。說它最簡單，因為機械運動比較容易認識，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學，獲得了空前成功；說它最普遍，因為機械力學有廣泛的用途，容易把它絕對化。[2]機械決定論是建立在經典力學的因果觀之上，解釋原因和結果的存在方式和聯系方式的理論。機械決定論認為因和果之間的聯系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結果；機械決定論的核心在于只要初始狀態一定，則未來狀態可以由因果法則進行準確預測。[3]其實，機械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對于微觀領域以及客觀世界中大量存在的偶然現象的研究就產生了統計決定論。[4]

量子力學是對經典物理學在微觀領域的一次革命。量子力學所揭示的微觀世界的運動規律以及以玻爾為代表的哥本哈根學派對量子力學的理解，同物理學機械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運動遵守統計規律，我們不能說某個電子一定在什么地方出現，而只能說它在某處出現的幾率有多大。

玻恩的統計解釋指出，因果性是表示事件關系之中一種必然性觀念，而機遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配。在量子力學中，幾率性是基本概念，統計規律是基本規律。物理學原理的方向發生了質的改變：統計描述代替了嚴格的因果描述，非機械決定論代替了機械決定論的統治。

經典統計力學雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動搖嚴格決定論，量子力學的沖擊則使機械決定論的大廈坍塌了。量子力學揭示并論證了人們對微觀世界的認識具有不可避免的隨機性，它不遵循嚴格的因果律。任何微觀事件的測定都要受到測不準關系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動量、時間和能量，只能描述和預言微觀對象的可能的行為。因此，量子力學必須是幾率的、統計的。而且，隨著認識的發展，人們發現量子統計的隨機性，不是由于我們知識和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學使得科學認識方法由還原論轉化為整體論

還原論作為一種認識方法，是指把高級運動形式歸結為低級運動形式，用研究低級運動形式所得出的結論代替對高級運動形式的本質認識的觀點。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩定的觀點和規律去解釋、說明要研究的對象。其目的是簡化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認識處于初級水平上無疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學的本質，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學認為整體與部分的劃分只有相對意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個單元，具有與整體同等甚至還要大的復雜性。部分不僅與周圍環境發生一定的外在聯系，同時還要表現出“主體性”，可將自身的內在聯系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現了有機的自覺因果關系。在特定的臨界狀態，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質特征，也是量子論、量子力學理論思想的靈魂。用經典觀點來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統一圖案，這是經典物理學通過部分還原認識整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實驗條件下，只表現波動性；而在另一些實驗條件下，只表現粒子性。這兩種實驗結果不能同時在一次實驗中出現。于是，玻爾的互補原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關于微觀世界認識的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動性，即波粒二象性。這就是整體論觀點強調的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準原理說明不能同時測量微觀粒子的動量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測量簡單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經典科學觀與現代科學觀認識論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經典科學一味地強調外在聯系觀，而量子力學則更強調關注事物內部的有機聯系。所以，量子力學把內在聯系作為原因從根本上動搖了還原論觀點。

三、量子力學使得科學思維方式由追求簡單性發展到探索復雜性

從經典科學思維方式來看，世界在本質上是簡單的。牛頓就說過，自然界喜歡簡單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡單性是經典科學奮斗的目標，也是推動它獲取成功的動力。開普勒以三條簡明的定律揭示了看似復雜的太陽系行星運動，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變萬化的天體行為。因而現代科學是用簡單性解釋復雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學初步揭示了客觀世界的復雜性。經典科學的簡單性是與把物理世界理想化相聯系的。經典物理學所研究的是理想的物質客體。它不但用理想化的“質點”、“剛體”、“理想氣體”來描述物體，而且把研究對象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內。而客觀世界并不是如此，特別是進入微觀領域，微觀粒子運動的幾率性、隨機性；觀測對象和觀測主體不可分割性等都足以說明自然界本身并不是我們想象的那么簡單。

在現代科學中，牛頓的經典力學成了相對論的低速現象的特例，成為非線性科學中交互作用近似為零的情況，在量子力學中是測不準關系可以忽略時的理論表述。復雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨占的一統地位。復雜性是把簡單性作為一個特例包含其中，正如莫蘭所說的，復雜性是簡單性和復雜性的統一。復雜性比簡單性更基本，可能性比現實性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學思維方式，不是以現實來限制可能，而是從可能中選擇現實；不是以既存的實體來確定演化，而是在演化中認識和把握實體。復雜性主張考察被研究對象的復雜性，在對其作出層次與類別上的區分之后再進行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強調的是一種整體的協同。

四、量子力學使科學活動中主客體分離邁向主客互動

經典科學思維方式的一個指導觀念就是，認為科學應該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談論任何物理量都是沒有意義的！測量，這一不被經典物理學考慮的問題，在面對量子世界如此微小的測量對象時，成為一個難以把握的手段。因為研究者的介入對量子世界產生了致命的干擾，使得測量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領域進入微觀領域時，我們就會遇到一個矛盾：我們的觀測儀器是宏觀的，可是研究對象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對微觀粒子產生干擾，這種干擾本身又對我們的認識產生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結果，可是這種經典概念在描述微觀客體時又不能不加以限制。這突破了經典科學完全可以在不影響客體自然存在的狀態下進行觀測的假定，從而建立了科學活動中主客體互動的關系。

例如，關于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認為這完全取決于我們如何去觀察它。一種實驗安排，人們可以看到光的波現象；另一種實驗安排，人們又可以看到光的粒子現象。但就光子這個整體概念而言，它卻表現出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學的發展表明，不存在一個客觀的、絕對的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測到的世界。物理學的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關于自然我們能夠“說什么”。

參考文獻：

[1]林德宏.科學思想史[M].第2版.南京：江蘇科學技術出版社，2004：270-271.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學史[M].第2版.北京：清華大學出版社，1993：1-2.

[3]劉敏，董華.從經典科學到系統科學[J].科學管理研究，2006，24(2)：44-47.

[4]宋偉.因果性、決定論與科學規律[J].自然辯證法研究，1995,11(9)：25-30.

[5]彭桓武.量子力學80壽誕[J].大學物理，2006，25(8)：1-2.

[6]疏禮兵，姜巍.近現代科學觀的演進及其啟示[J].科學管理研究，2004,22(5)：56-58.

篇5

量子力學是當代科學發展中最成功、也是最神秘的理論之一。其成功之處在于，它以獨特的形式體系與特有的算法規則，對原子物理學、化學、固體物理學等學科中的許多物理效應和物理現象作出了說明與預言，已經成為科學家認識與描述微觀現象的一種普遍有效的概念與語言工具，同時也是日新月異的信息技術革命的理論基礎；其神秘之處在于，與其形式體系的這種普遍應用的有效性恰好相反，量子物理學家在表述、傳播和交流他們對量子理論的基本概念的意義的理解時，至今仍未達成共識。量子物理學家在理解和解釋量子力學的基本概念的過程中所存在的分歧，不是關于原子世界是否具有本體論地位的分歧，而是能否仍然像經典物理學理論那樣，把量子理論理解成是對客觀存在的原子世界的正確描述之間的分歧。

在量子力學誕生的早期歲月里，這些分歧的產生主要源于對量子理論中的波函數的統計性質的理解。因為量子力學的創始人把量子力學理解成是一種完備的理論，把量子統計理解成是不同于經典統計的觀點，在根本意義上，帶來了量子力學描述中的統計決定性特征。而理論描述的統計決定性與物理學家長期信奉的因果決定論的實在論研究傳統相沖突。在當時的背景下，對于那些在經典物理學的熏陶下成長起來的許多傳統物理學家而言，對量子力學的這種理解是難以容忍的。這些物理學家仍然堅持以經典實在觀為前提，希望重建對原子對象的因果決定論的描述。這種觀點認為，現有的量子力學只是臨時的現象學的理論，是不完備的，將來總會被一個擁有確定值的能夠解決量子悖論的新理論所取代。量子哲學家普遍地把這種實在論稱之為定域實在論，或者稱為非語境論的實在論。從EPR悖論到貝爾定理的提出正是沿著這一思路發展的。這種觀點把量子論中的統計決定論與經典實在論之間的矛盾，理解成是量子論與傳統實在論之間的矛盾。

但是，自從1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列實驗，沒有支持定域隱變量理論的預言，而是給出了與量子力學的預言相一致的實驗結果以來，量子論與傳統實在論之間的矛盾焦點，由對量子理論中的統計決定性特征的質疑，轉向了對更加基本的量子測量過程中的“波包塌縮”現象的理解。因為量子測量問題是量子理論中最深層次的概念問題。馮諾意曼在本體論意義上引入量子態的概念來表征量子實在的作法，直接導致了至今難以解決的量子測量難題。到目前為止，所有的量子測量理論都是試圖站在傳統實在論的立場上，對量子測量過程作出新的解釋。玻姆的本體論解釋在承認量子力學的統計性特征，把量子世界看成是由客觀的不確定性、隨機性和量子糾纏所支配的世界的前提下，通過假設非定域的隱變量的存在，尋找對量子測量過程的因果性解釋。量子哲學家把這種實在論稱為非定域的實在論。[1] 多世界解釋在承認現有的量子力學的形式體系和基本特征是完全正確的前提下，通過多元本體論的假設來對具有整體性特征的量子測量過程作出整體論的解釋。量子哲學家把這種實在論稱為非分離的實在論。[1]

量子測量現象的非定域性和非分離性所反映的是量子測量過程的整體性特征。問題是，相對于科學哲學研究而言，如果把量子測量系統理解成是一個包括觀察者在內的整體，我們將永遠不可能在觀察者與被觀察系統之間作出任何形式的分割。而觀察者與被觀察系統之間的分界線的消失，將會使我們在不考慮觀察者的情況下，對物理實在進行客觀描述的夢想徹底地破滅。這是因為，一方面，如果我們認為量子力學的形式體系是正確而完備的理論，那么，就能夠用量子力學的術語描述包括觀察者在內的整個測量過程。這時，觀察者成為整個測量系統中的一個組成部分參與了測量中的相互作用；另一方面，如果我們仍然渴望像以可分離性假設為基礎的經典測量那樣，在以整體性假設為基礎的量子測量系統中，也能夠得到確定而純客觀的測量結果，那么，他們必須要在觀察者與被觀察的量子系統之間作出某種分割，觀察者才有可能站在整個測量系統之外進行觀察。然而，在量子測量的具體實踐中，這個重要的“阿基米德點”是永遠不可能得到的。因為對量子測量系統進行的任何一種形式的分割，都必然會導致像“薛定諤貓”那樣的悖論。這樣，關于量子論與實在論之間的矛盾事實上轉化為，在承認量子力學的統計性特征的前提下，如何解決量子測量的整體性與傳統實在論之間的矛盾。

以玻爾為代表的傳統量子物理學家在創立了量子力學的形式體系之后，并不追求從量子測量現象到量子本體論的超越中提供一種本體論的理解。而是在認識論和現象學的意義上做文章。玻爾認為，觀察的“客觀性”概念的含義，在原子物理學的領域內已經發生了語義上的變化。在這里，客觀性不再是指對客體在觀察之前的內在特性的揭示，而是具有了“在主體間性的意義上是有效的”這一新的含義。這種把“客觀性”理解成是“主體間性”的觀點，在認識論意義上，所隱藏的直接后果是，使“客觀性”概念失去了與“主觀性”概念相對立的基本含義，從而使量子力學成為支持科學的反實在論解釋的一個重要的立論依據。與此相反，近幾十年發展起來的多世界解釋，試圖以多元本體論的假設為前提，恢復對客觀性概念的傳統理解；玻姆的本體論解釋則是以粒子軌道與真實波的二元論假設為代價，把測量過程中的整體性特征歸結為是量子勢的性質。這兩種解釋雖然在理解量子測量現象時堅持了傳統實在論的立場。但是，這些立場的堅持是以在量子力學中增加某些額外的假設為代價的。這正是為什么近幾十年來，反思與研究量子力學與量子測量的概念基礎問題，成為不計其數的論著和論文所討論的中心論題的主要原因所在。

到目前為止，在量子物理學家的心目中，微觀客體的非定域性特征和量子測量的非分離性特征已經成為不爭的事實。如果我們站在科學哲學的立場上，像當初接受量子統計性一樣，也接受量子力學描述的微觀系統的這種整體性特征。那么，量子測量過程中被測量的系統與測量儀器（包括觀察者在內）之間的整體性關系將會意味著，在微觀領域內，我們所得到的知識，事實上，總是與觀察者密切相關的知識。這個結論顯然與長期以來我們所堅持的真理符合論的客觀標準不相容。因此，接受量子力學的整體性特征，就意味著放棄真理符合論的標準，需要對傳統實在論的核心概念——理論和真理的性質與意義——進行重新理解。這樣，現在的問題就變成是，能否在接受量子力學的統計性和整體性特征的前提下，闡述一種新的實在論觀點呢？如果答案是否定的，那么，科學實在論將永遠不可能得到辯護；如果答案是肯定的，那么，與理論的整體性特征相協調的實在論是一種什么樣的實在論呢？這正是本文所關注的主要問題所在。

2．認識論教益：隱喻思考與模型化方法的突現

自近代自然科學產生以來，公認的傳統實在論的觀點是建立在宏觀科學知識基礎之上的一種鏡像實在論。在宏觀科學的研究領域內，觀察者總是能夠站在整個測量系統之外，客觀地獲得測量信息。在有效的測量過程中，測量儀器對測量結果的干擾通?？梢院雎圆挥?。測量結果為理論命題的真假提供了直接的評判標準，使命題和概念擁有字面表達的意義（literal meaning）或非隱喻的意義和指稱。因此，鏡像實在論是以觀察命題的真理符合論為前提的。

真理符合論的最實質性的內容是，堅持命題與概念同實際的事實相符合。長期以來，科學家一直把這種觀點視為是科學研究活動的價值基礎。

維特根斯坦在其著名的《邏輯哲學導論》一書中，把真理的這種符合論觀點表述為：就像唱片是聲音的畫像并具有聲音的某些結構一樣，命題所描述是事實的畫像，并具有與事實一致的結構。因為用語言來思考和說話，就是用語言來對事實作邏輯的模寫，它類似于畫家用線條、色彩、圖案來描繪世界上的事物。所以，用語言描述的圖象與世界的實際圖象之間具有同構性。1933年，塔爾斯基對這種真理觀進行了定義。在當前科學哲學的文獻中，人們習慣于用“雪是白的”這一命題為例，把塔爾斯基對真理的定義形象地表述為：“雪是白的”是真的，當且僅當，雪是白的。

普特南把塔爾斯基對真理的這種定義概括為“去掉引號的真理論”。塔爾斯基認為，要想使“‘雪是白的’是真的”，這個句子本身成真，當且僅當，“雪是白的”這個事實是真實的，即我們能夠得到“雪是白的”這一經驗事實。這個看似簡單的句子隱含著兩層與常識相一致的符合關系：第一層的相符合關系是，語言表達的命題與實際事實相符合；第二層的相符合關系是，觀察得到的事實與真實世界相符合。在日常生活中，像“雪是白的”這樣的經驗事實是非常直觀的，只要是一個正常的人，都有可能看到“雪確實是白色的”這個實際存在的事實。因此，人們對它的客觀性不會產生任何懷疑，能夠作為“‘雪是白的’是真的”這個句子的成真條件。

然而，量子力學揭示出的微觀測量系統中的整體性特征，既限制了我們對這種理想知識的追求，也向傳統的客觀真理標準的價值觀提出了挑戰。這是因為，在量子測量的過程中，對命題的這種理想的描述方式和對對象的如此單純的觀察活動，已經不再可能。以玻爾為代表的許多物理學家雖然在量子力學誕生的早期就已經意識到這一點。但是，在科學哲學的意義上，他們在拋棄了真理符合論之后，卻走向了認識論的反實在論；馮諾意曼的測量理論以真理符合論為基礎，要求在觀察者與測量儀器之間進行分割的做法，直接導致了量子測量中的“觀察者悖論”；現存的非分離與非定域的實在論解釋，也是以真理符合論為基礎，在量子力學的形式體系中增加了某些難以令人接受的額外假設，來解決量子測量難題。從哲學意義上看，這種借助于額外假設來使量子力學與實在論相一致的作法并沒有唯一性。它不過是借助于各種哲學的想象力來解決量子測量難題而已。

由此可見，量子測量難題的產生，實際上是以真理符合論為基礎的傳統實在論的觀點，來理解量子測量過程的整體性特征所導致的?，F在，如果我們像放棄經典的絕對時空觀，接受相對論一樣，也放棄真理符合論的實在論，接受現有的量子力學。那么，在當代科學哲學的研究中，我們需要以成功的量子力學帶給我們的認識論教益為出發點，對理論、概念和真理的性質與意義作出新的闡述。量子力學所揭示的微觀世界與宏觀世界之間的最大差異在于，我們對微觀世界的內在結構的認知，不可能像對宏觀世界的認知那樣，使觀察者能夠站在整個測量語境的外面來進行。

這就像盲人摸象的故事一樣，不同的盲人從大象的不同部位開始摸起，最初，他們所得到的對大象的認識是不相同的，因為每個人根據自己的觸摸活動都只能說出大象的某一個部分。只有當他們摸完了整個大象時，他們才有可能對大象的形狀作出客觀的描述。然而，雖然他們對大象的描述始終是從自己的視角為起點的，并建立在個人理解的基礎之上。但是，不可否認的是，他們的觸摸活動總是以真實的大象為本體的。在微觀領域內，量子世界如同是一頭大象，物理學家如同是一群盲人，有所區別的是，物理學家對微觀世界的認識不可能是直接的觸摸活動，而只能借助于自己設計的測量儀器與對象進行相互作用來進行。在這個相互作用的過程中，包括觀察者在內的測量語境成為聯系微觀世界與理論描述之間的一個不可分割的紐帶。

如果把這種量子力學的這種整體性思想延伸外推到一般的科學哲學研究中，那么，可以認為，科學家所闡述的理論事實上是一個產生信念的系統?？茖W家借助于模型化的理論，把他們對世界的認知模擬出來。理論模型所描述出的世界與真實世界之間的關系是一種內在的、整體性的相似關系。這種相似分為兩個不同的層次：其一，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在現象學意義上的初級相似。這種相似是指，在這個層次上，我們只是能夠通過某些關系把現象描述出來，但是，對現象之所以發生的原因給不出明確的說明；其二，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在認識論意義上的高級相似。這種相似是指，理論模型達到了與真實世界的內在結構與關系之間的相似。所以，現象學意義上的相似最后會被成熟理論所描述的認識論意義上的結構相似所包容或修正。

這兩個層次之間的相似關系是建立在經驗基礎之上的，而不是建立在邏輯或先驗的基礎之上。這樣，雖然科學家在建構理論模型的過程中，總是不可避免地存在著許多非理性的因素。但是，在根本的意義上，他們的建構活動是以最終達到使理論描述的可能世界與真實世界之間的結構與關系相似為目的的。因此，測量語境的存在成為科學家建構活動的一個最基本的制約前提。建構理論模型的活動是一種對世界的認知活動。建構活動中的虛構性將會在與公認的實驗事實的比較中不斷地得到矯正，直至達到與真實世界完全一致為止?；蛘哒f，在一定的語境中，當從理論模型作出的預言在經驗意義上不斷地得到了證實的時候，類比的相似性程度將隨之不斷地得以提高；當科學共同體能夠依據理論模型所描述的可能世界的結構來理解真實世界時，相似性關系將逐漸地趨向模型與世界之間的一致性關系。

在這種理解方式中，真理是物理模型與真實世界之間的相似關系的一種極限，是在一定的語境中完善與發展理論的一個最終結果。這樣，在科學研究中，真理成為科學研究追求的一個最終目標，而不是科學研究的邏輯起點?；蛘哒f，把真理理解成是在科學的探索過程中，成熟的物理模型與世界結構之間達成的一致性關系。對真理的這種理解，使過去追求的客觀真理變成了與語境密切相關的一個概念。超出理論成真的語境范圍，真理也就失去了存在的前提和價值。這樣，與玻爾把理論的客觀性理解成是主體間性的觀點所不同，本文是通過改變對真理意義的理解方式，挽救了理論的客觀性。

如果把科學活動理解成是對世界的模擬活動，那么，在理論的建構活動中，科學理論的概念與術語所描述出的可能世界，只在一定的語境中與真實世界具有相似性。所以，相對于不可能被觀察到的真實世界而言，科學的話語（scientific discourses）將不再具有按字面所理解的意義，而是只具有隱喻的意義。只有當理論與世界之間的關系趨向于一致性關系時，對某些概念的隱喻性理解才有可能變成字面語言的理解。所以，在科學研究的活動中，研究對象越遠離日常經驗，科學話語中的隱喻成份就越多。這也許是為什么在量子理論產生的早期年代，物理學家在理解微觀現象時，不可能在微觀對象的粒子性和波動性之間作出任何選擇的原因所在。實際上，微觀粒子的波——粒二象性概念只是在現象學意義上的一種典型的隱喻概念，它們并不擁有概念的字面意義，而只具有隱喻的意義。因此，它們不是對真實世界的基本結構的實際描述。正如惠勒的“延遲實驗”所揭示的那樣，物理學家不可能選擇用其中的一類圖象來解釋另一類圖象。只有當關于微觀世界的內在結構在可能世界的模型中得到全部模擬時，原來的波——粒二象性的概念才被一個更具有普遍意義的新的量子態概念所取代。

如果科學語言只具有隱喻的意義，科學理論所描述的是可能世界，那么，物理學家對測量現象的描述，也只是一種隱喻描述，而不是非隱喻的按照字義所理解的描述。這種描述既依賴于觀察者的背景知識，也依賴于當時的技術發展的水平。就像格式塔心理學所闡述的那樣，同樣的圖形、同一個對象，不同的觀察者會得出不同的結論。在這個意義上，測量與觀察不再是純粹地揭示對象屬性的一種再現活動，而是觀察者與對象發生相互作用之后，受到測量語境約束的一種生成活動。在這個活動中，就現象本身而言，至少包含有兩類信息：一是來自對象自身的信息；二是包括觀察者在內的測量系統內部發生相互作用時新生成的信息。

從這個意義上看，微觀粒子在測量過程中表現出的波——粒二象性只是一種現象學意義上的相似，而不是微觀粒子的真實存在。在大多數情況下，現象還不等于是證據，把現象作為一種證據表述出來，還要受到物理學家的背景知識和社會條件的制約，甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制約。按照對理論、真理和測量的這種理解方式，由“波包塌縮”現象所反映的問題，就變成了提醒物理學家有必要對過去所忽視的物理測量過程的各個細節，對宏觀與微觀之間的過渡環節，進行更細致的理論研究的一個信號，成為進一步推動物理學發展的一個技術性的物理學問題，而不再是觀念性的與實在論相矛盾的哲學問題。

玻姆的量子論是試圖用非隱喻的字面語言對真實的量子世界進行描述，而現有的量子力學在它的產生初期則是用隱喻的語言對量子世界的一種模擬描述。正是由于理論模型具有的相似性，才使得薛定諤的波動力學與海森堡等人的矩陣力學能夠得出完全相同的結果，并最終證明兩者在數學上是等價的。在量子力學的語境中，不論是波動圖象，還是粒子圖象都只是理論與世界之間的現象學意義上的初級相似。在以后的發展中，量子力學所描述的可能世界的預言與真實世界的實驗現象相一致的事實說明，當馮諾意曼在希爾伯特空間以量子態為基本概念建立了量子力學的公理化體系之后，這些現象學意義上的相似已經上升到認識論意義上的結構相似，說明量子力學描述的可能世界與真實世界在微觀領域內是一致的。這時，以波——粒二象性為基礎的隱喻圖象被整體論的世界圖象所取代。這也許正是物理學家可以在拋開哲學爭論的前提下，只注重量子物理學的技術性發展的一個原因所在。而相比之下，玻姆的理論不過是追求傳統意義上的非隱喻的字面圖象和傳統哲學觀念的一種理想產物。

在對理論、概念和真理的意義的這種理解方式中，理論與世界之間的一致性關系不是建立在命題與概念的層次上，而是以測量語境為本體，建立在物理模型與真實世界之間從現象學意義上的初級相似到認識論意義上的結構相似的基礎之上的。測量語境的本體性，成為我們在認識論意義上承認科學理論是一個信念系統的同時，拒絕后現代主義者把理論理解成是可以隨意解讀的社會文本的極端觀點的根本保證。所以，真理的意義不是取決于詞、概念和命題與世界之間的直接符合，而是在于理論整體與世界整體之間在逼真意義上的一致性。由于可能世界與真實世界之間的這種一致性關系在一定程度上是依賴于社會技術條件的動態關系。因此，以一致性為基礎的真理是依賴于語境的真理，它永遠是一個動態的和可變的概念，而不是靜止的和不變的概念。這顯然是對“把科學研究的目的理解為是追求真理”這句話的最好解答。

3．從思維方式的變革到語境實在論的基本原理

當我們把對理論、真理和意義的這種理解方式應用于對真實世界的認識時，也可以在測量語境的基礎上，對理論進行實在論的解釋。所不同的是，這種實在論不再是把科學理論理解成是提供關于世界的某種鏡象圖景的、以強調語言與命題的真理符合論為基礎的那種實在論，而是把科學理論理解成是通過先對世界的模擬，然后，與真實世界趨于一致的、依賴于測量語境的實在論。不同的理論模型和測量語境可以提供對世界的不同描述。但是，通過進一步的觀察或實驗，我們可以判斷哪一個模型能夠更好地與世界相一致。在這里，理論模型與世界之間的關系是一種相似關系，而不再是相符合的關系；測量結果與對象之間的關系是在特定條件下的一種境遇性關系，而不再是一種純粹的再現關系。我們把這種與量子力學的整體性特征相一致的量子實在論稱為“語境實在論”。用語境實在論的觀點取代傳統實在論的觀點，必然帶來思維方式的根本轉變。需要以整體性的語境論的思維觀取代傳統思維觀。這種思維方式的逆轉主要通過下列幾個方面體現出來：

首先，在本體論意義上，用普遍的本體論的關系論（global-ontological relationalism）的觀點取代傳統的本體論的原子論（ontological atomism）的觀點。承認關系屬性或傾向性屬性的存在，承認概率的實在性，承認世界中的實體、屬性與關系之間的整體性。傳統的原子本體論總是把世界理解成是由可以進行任意分割的部分所組成，整體等于部分之和，牛頓力學是這種本體論的一個典型范例；關系本體論則把世界理解成是一個不可分割的整體，整體大于部分之和，量子力學是這種本體論的一個典型范例。與原子本體論中認為實體可以獨立地擁有自身的屬性所不同，在關系本體論中，實體及其屬性總是在一定的關系中體現出來。這里存在著兩層關系：一層是實體之間的內在關系屬性；另一層是實體固有屬性表現的外在關系條件。前者具有潛存性，后者為潛存性向現實性的轉變創造了有利條件。 其次，在認識論意義上，用理論模型的隱喻論的觀點取論模型的鏡象論的觀點。傳統的模型鏡象論觀點把理論理解成是命題的集合，命題與概念的指稱和意義是由對象決定的，它們的集合構成了對對象的完備描述；而模型隱喻論的觀點雖然也認為理論能夠以命題的形式表示出來，但是，理論不是命題的集合，而是包含有模仿世界的內在機理的模型集合。理論與世界之間的關系不是傳統的相符合關系，而是在一定的語境中，理論描述的可能世界與真實世界之間以相似為基礎的一致性關系。理論系統的模型與真實系統之間的相似程度決定理論的逼真性。這樣，真理不再是命題與世界之間的符合，而是成為理論的逼真性的一種極限情況?；蛘哒f，當理論所描述的可能世界與真實世界相一致的時候，理論的真理才能出現。這是對基本的認識論概念的倒轉：傳統的逼真性理論是用命題或命題集合的真理作為基本單元，來衡量理論距真理的距離，即理論的逼真度；而現在正好反過來，是通過對逼真性概念的理解來達到對真理的理解。

第三，在方法論意義上，用語義學方法取代傳統的認識論方法。在傳統的認識論方法中，是用命題的真理或圖象與世界之間的逼真度的術語來表達科學實在論的一般論點。然而，這種方法使我們從開始就需要清楚地辨別對一些解釋性描述的理解。例如，在相同的研究領域內，我們為什么能夠說，一個理論比與它相競爭的另一個理論更逼近真理或更遠離真理？對于諸如此類的問題，如果沒有一個明確的和可辯護的回答方式，那么，逼真性概念要么是空洞的；要么就是不一致的。結果，對理論的逼真性的論證反而成為對“認識的謬誤（epistemic fallacy）”的證明，并在某程度上支持了認識論的懷疑論觀點。但是，如果我們在語義學的語境中，通過對逼真性概念的分析與辯護，然后，衍生出理論的真理，對上述問題的理解方式將不會陷入如此的認識論困境。并且從認識論的懷疑論也不會推論出語義學的懷疑論。

第四，在經驗的意義上，用現象生成論的測量觀取代現象再現論的測量觀。所謂現象再現論的測量觀是指，把物理測量結果理解成是對對象固有屬性的一種再現，測量儀器的使用不會對對象屬性的揭示產生實質性的干擾，它扮演著一個單純意義上的工具角色。理論術語能夠對這些觀察證據進行精確的表述。觀察證據的這種純粹客觀性成為建構與判別理論的邏輯起點；而現象生成論的測量觀則認為，測量是對世界的一種透視，測量結果是在對象與測量環境相互作用的過程中生成的。測量結果所表達的經驗事實，不是純粹對世界狀態的反映，因為經驗事實存在于我們的信念系統之中，而不是獨立于觀察者的意識或論述之外與世界的純粹符合，只是在特定的測量語境中的一種相對表現，是相互作用的結果?；蛘哒f，測量語境構成了對象屬性有可能被認識的必要條件。

所以，理論的逼真度與科學進步之間的聯系，應該在經驗的意義上來確立。科學進步的記錄并不是真命題的積累，而是從模型系統與真實系統之間的相似性出發，用逼真度的概念衡量科學研究綱領接近真理的程度。在這里，相似性不是一個命題，也不是兩個世界之間的一種固定不變的關系，而是依賴于語境的一個程度性的概念。它的內容將會隨著我們對世界的不斷深入的理解而發生變化。所以，科學進步不是真命題積累的問題，而是理論的成功預言與經驗事實的函數。

第五，在語義學的意義上，用整體論或依賴于語境的隱喻語言范式取代非隱喻的字面真理范式（literal-truth paradigm）。從17世紀開始，非隱喻的字面真理的范式就已經被科學家廣泛地接受為是理想的語言。其動機是期望把理論模型的言語和論證，建立在優美而簡潔的數學和幾何的基礎之上。當時的理性論者和經驗論者把科學語言當成是理想的合乎理性的語言，或者說，把科學的經驗和知識看成是人類經驗和知識的典范。這種觀點認為，所有的知識與真實世界之間的關系是根據表征知識的命題方式來討論的，科學語言與概念的意義由它所表征的世界來確定，它們不僅在本質上具有固有的字義，而且語言本身的字面意義就是使用詞語的標準。語言的意義不僅與語言的用法無關，而被認為是客觀地對應于世界的各個方面?？茖W的話語總是關于自然界的現象、內在結構和原因的話語。

然而，在整體論的隱喻語言范式中，理論所討論的是由科學共同體提出的關于世界的因果結構的信念，知識與真實世界之間的關系是根據可能世界與真實世界之間的相似關系來討論的。在這里，兩個世界之間的相似程度的提高是它們共有屬性的函數。在隱喻的意義上，語言與概念的意義是極其模糊的和語境化的，隱喻的表達通常并不直接對應于世界中的實體或事件：即，按照字面的意義理解隱喻的陳述常常是錯誤的。例如，在理解量子測量現象時，實驗已經證明，或者強調使用粒子語言，或者強調波動語言都是失敗的。這也是玻爾的互補性原理在量子力學的時期歲月里容易被人們所接受的高明之處。從本文的觀點來看，關于微觀世界的粒子圖象或波動圖象只不過是傳統思維慣性的一種最顯著的表現而已。事實上，這兩種圖象都只是一種隱喻意義上的圖象，而不代表微觀世界的真實圖象。隱喻與其它非字面的言詞是依賴于語境的。正如后期維特根斯所言，語言與概念的意義依賴于活動，使用一個符號的充分必要條件必須包括對活動的描述。

在這種整體論的思維方式的基礎上，我們可以把語境實在論的主要觀點，總結為下列六個基本原理：

本體論原理：在物理測量的過程中，物理學家所觀察到的現象是由不可能被直接觀察到的過程因果性地引起的。這些不可能被直接觀察到的過程是獨立于人心而自在自為地存在著的。

方法論原理：對一個真實過程的理論模型的建構，是對不可能被觀察到的真實世界的機理和結構的模擬。對于真實世界而言，它在現象學意義上的表現與它的內在結構或機理在定性的意義上具有一致性。即，理論模型具有經驗的適當性。

認識論原理：理論描述的可能世界與真實世界只具有的相似性，它們之間的相似程度是它們具有的共同特性的函數。這些共性是在實驗與測量語境中找到的。

語義學原理：在一定的語境中，理論模型與真實系統之間的相似關系決定理論的逼真性。在理想的情況下，真理是理論描述的可能世界逼近真實世界的一種極限。

價值論原理：科學理論的建構在最終意義上總要受到實驗證據的制約，科學理論的發展總是向著越來越接近真實世界機理的方向發展的。

倫理學原理：包括人類在內的自然界具有不可分割的整體性，關于人類行為的評價標準應該建立在人與自然的整體性關系上。

4．科學進步的語境生成論模式

探討科學進步的模式問題一直是科學哲學研究中的重大理論問題之一。不同的學派提出了不同的觀點。邏輯實證主義者繼承了自培根以來的哲學傳統，認為科學的發展在于對經驗證實的真命題的積累。理論所包括的真命題越多，它就越逼近真理。波普爾把理論逼近真理的這種性質稱為“逼真性”，逼真性的程度稱為“逼真度”。他認為，理論是真內容與假內容的統一，理論的逼真度等于理論中的真內容與假內容之差。而真內容由理論中那些得到經驗確認的真命題所組成。真命題越多，理論的逼真度就越高。在所有這些觀點中，逼真性的主要特性是用命題與事實的符合作為近似真理的基本單元。換言之，是用命題真理的術語來理解理論的逼真性。在這里“符合”沒有程度上的差別；逼真性與真理之間的關系是部分與整體之間的關系。這種“符合”或“與事實相符”包含著四個方面的關系：其一，句子的主語與謂詞之間處于相互聯系的狀態；其二，事態（the state of affairs）與主語之間的指稱關系；其三，謂詞表達與被選擇的事態之間的指稱關系；其四，說話者所選擇的對象與事態之間的相適合關系。[1]

然而，這種以真命題的多少來衡量理論的逼真度的方法，似乎沒有辦法回答諸如下面的那些問題：如果一個理論最后被證明是與事實不相符，那么，這個理論怎么可能接近真理呢？比如說，在當前的情況下，量子場論還是一個不成熟的理論，它在未來一定會被加以修改，那么，我們能夠說，量子場論不如牛頓力學與事實更相符嗎？此外，“符合事實”這個概念也會遇到同樣的問題：如果某個理論根本就是錯誤的，我們又怎能說，它與事實符合的更好或更糟呢？也許有些在表面上曾經顯示出具有某種逼真性的理論，實際上，它卻在根本意義上就是錯的。例如，化學中的“燃素說”、物理學中的“地心說”，等等，這些理論都曾經在科學家的實際工作中，起到過積極的作用。但是，后來的發展證明，它們都是錯誤的假說。另一方面，這種方法還無法解釋為什么在前后相繼的理論中使用的同一個概念，卻具有不同的內涵這樣的問題。例如，經典物理學中的質量概念不同于相對論力學中的質量概念；量子力學的中微觀粒子概念也比經典物理學中的粒子概念擁有更豐富的內涵。庫恩在闡述他的科學進步的范式論模式時，為了避免上述問題的出現，走向了徹底的相對主義。

如果我們用強調理論描述的物理模型與世界之間的相似性比較，取論中包含的真命題的比較來理解理論的逼真性，那么，上述問題就很容易得到解決。在特定的語境中，并存著的相互競爭的理論，分別描繪出幾個相互競爭的可能世界，這些可能世界與真實世界之間的相似程度決定理論的逼真性。逼真度越高的理論，將會越客觀、越接近于真理。真理是理論的逼真度等于1時的一種極限情況。例如，牛頓力學比伽里略的力學更接近真理的真正理由是，因為牛頓物理學所描繪的世界模型比伽里略物理學所描繪的世界模型與真實世界更相似。而不應該把這個結論替換成是，在每一個方法中通過真命題的計數來使它們與精確地說明真實世界的真命題的總數進行比較后作出的選擇。前后相繼的理論中所使用的共同概念的意義也是依賴于可能世界的。不同層次的可能世界雖然賦予同一個概念以不同的內涵。但是，由于更深層的可能世界更接近真實世界的內在結構，所以，對為什么同一個概念會有不同內涵的問題就容易理解了。

我們把由理論描繪的可能世界逼近真實世界的過程，以及前后相繼的理論之間的更替關系總結為：

前語境階段——語境確立階段——語境擴張階段——語境轉換階段

——新的語境確立階段……

在科學進步的這個模式中，前語境階段是指，當科學進入一個新的研究領域時，面對不可能被舊理論所解釋的有限數量的實驗證據和存在的重要問題，科學家首先是進行大膽的創新和積極地猜測，提出可能與證據相一致的相互競爭的理論或假說。這些理論或假說分別描繪出了相互競爭的各種可能世界的圖象。這個時期，科學家在建構理論時，通過模型與現象的比較來約束他們的想象。或者說，他們的富有創造性的想象力是一種意向性的想象，而不是完全隨意的想象。這種意向性的信息直接來自不可能被直接觀察到的對象本身?？茖W家在相互競爭的理論中作出選擇時，依賴于兩個主要的歸納根據：其一，相信任何一個理論模型的建構都是為了盡可能準確地模擬真實世界的結構和機理；其二，依據模型所產生的信念能夠作為成為設計新的實驗方案的基礎，這個實驗方案的設計是為了探索世界，和檢驗模型與它所表征的世界之間的類似程度。在特定領域內和一定的歷史條件下，根據一個理論的信念所設計的實驗越新穎，在得到應用之后，越能夠證明理論的成功性。同時，理論的調整總是向著與新的實驗結果相一致的方向進行的。而新的實驗結果是由自然界中某種未知的因果機理引起的。

然而，說明的成功（explanatory success）只是理論逼近真理的一個象征或一個結果，或者說，說明的成功只是理論逼近真理的一個必要條件。凡是逼真的理論都必定能夠對實驗現象作出成功的說明。但是，并不是每一個擁有成功說明的理論都是逼真的理論。在理論的說明中，理論的逼真性與不斷增加的成功之間的聯系應該是一個認識論問題，而不是一個語義學問題。一個完整的科學理論從產生到成熟通常要經過三個階段：其一，對現象的描述階段，這個階段得到了在經驗上恰當的模型。例如，在量子力學之前，玻爾等人提出的各種原子模型；第二個階段是建立一個理論的說明模型。例如，現有的量子力學的數學形式體系。第三個階段是為成功的說明模型尋找一種可理解的機理，或者說，對說明模型提供語義學的基礎。相對于一個成熟的科學理論而言，現象——模型——機理三者之間的相互關系具有內在的不可分割的整體性。這也就是為什么原子物理學家在理解量子力學的內在機理的問題上沒有達成共識時，產生了量子力學的解釋問題的原因所在。

在這里，我們所說的模型是指物理模型而不是僅僅指數學模型。物理模型除了包括數學模型之外，還包括理解世界的構成機理的模型。物理模型是為數學模型提供一個語義學基礎。例如，分子運動論模型是解釋壓強公式的語義學基礎；場的觀點是理解引力理論的語義學基礎。所以，物理學中的模型是指真實物理系統的替代物，它既具有解釋的作用，也能夠把抽象的數學系統翻譯為一個可理解的論述。正是在這個意義上，物理學模型是指一個模型簇。由這些模型簇所描繪的可能世界的結構與真實世界的結構之間的相似關系，在選擇理論時是很重要的。一方面，它能夠使理論在科學實踐中被不斷地修改和擴展以適應新的現象，而不是靜止的和孤立的；另一方面，它使相互競爭的理論之間的選擇在科學實踐的規則與活動之內自然地得到了求解。這時，被淘汰掉的理論并非必須要被證偽（盡管證偽也是因素之一），而是如同生物進化那樣是自然選擇的結果。

在這里，把逼真度作為選擇理論的標準，與要么強調經驗證實，要么強調經驗證偽的標準不同，它永遠是動態的和依賴于研究語境的概念。它既有助于把淘汰掉的理論中的某些合理化因素進行再語境化，也能夠確?？茖W描述和與此相關的實驗技巧與獨立于人心的世界之間建立起一種物理聯結，從而堅持了存在著一個不可能被觀察到的獨立于人心的世界的本體論的實在論觀點。大體上，衡量可能世界與真實世界之間的結構或機理的相似程度可以通過它們之間的共有屬性（或共同特征）來進行。如果用S（A ，B）表示兩個世界之間的基本特征的相似關系，用 A∩B表示共有屬性，A – B和 B - A表示它們之間的差異，那么，在定性的意義上，這些量之間的關系可以定性地表示為：[1]

S（A ，B）= C1F（A∩B）- C2F（A - B）- C3F（B - A）

這個公式說明，兩個世界之間的相似關系是它們的共性與差異的函數。當C1遠遠大于C2和C3時，兩個系統之間的共性將比差異處于更重要的支配地位。其中，三個系數C1、C2和C3 的值是通過實驗來確定的。這樣，我們就有可能在經驗的意義上來研究相似關系。在經驗的意義上，如果相互競爭的理論中的某個理論的描述和說明模型能夠完全依據當前的實驗結果和本體論概念被加以校準，那么，我們就可以認為，這個理論是似真的（plausible）。理論越擬真，它就越逼真。

在一個特定的語境中，當一個理論的說明與理解模型能夠完全經得起經驗的考驗時，科學共同體將認為理論描繪的可能世界與真實世界之間達到了某種一致性。這時，科學的發展進入了語境確立的階段。這個階段相當于庫恩的常規科學時期或范式形成時期。這時，科學家不僅擁有共同的信念和共同的語言，而且擁有對真實世界的共同圖象。他們相信，理論描繪的可能世界代表了真實世界的內在機理；理論描繪的圖象就是不可觀察的真實世界的圖象。為了進一步探索真實世界的精細結構，科學家常常會根據現有理論提供的信念和約定，設計新的實驗規劃，預言新的實驗現象，特別是運用成熟理論中的理論實體進行實驗操作，從而形成了一個相對穩定的語境階段。但是，這個相對穩定的語境邊界是非常不確定的。

當科學家把成熟理論所揭示的世界機理作為一個范式和信念的基礎，延伸推廣到解釋其它相關領域的現象時，科學的發展進入到語境的擴張階段。其中，既包括理論研究的信念與方法的擴張，也包括以它的基本原理為基礎的技術與實驗的擴張。例如，在牛頓理論確立之后，不論是物理學還是化學家，他們都用牛頓力學的基本思想解釋他們所面臨的其它領域內的新的實驗現象，并且成功地制造出了許多測量儀器；同樣，現代技術的崛起和分子生物學、量子化學等學科的產生都是量子力學的基本原理成功應用的結果。所以，語境擴張的過程實際上是已有語境膨脹的過程。當科學共同體在語境擴張的過程中，遇到了與理論信念相矛盾的而且是他們料想不到的實驗事實時，他們才有可能開始對理論的信念產生懷疑，這時，理論的應用邊界，或者說，語境擴張的邊界逐漸地變得明確起來，科學的發展開始進入語境轉換階段。在這個階段，舊語境的擴張受到了限制，新的語境處于形成與培育當中。新的理論競爭也就隨之開始了。隨著新理論競爭的開始，科學共同體的信念也在不斷地發生著改變，直到一個全新的語境形成為止。

當新的語境確立之后，不僅科學家確立了新的信念，而且他們對問題的求解值域也隨之發生了改變。這時，原來前語境中的一些不合理的偏見，在新語境中得到了糾正。在前語境中是真理的理論，在后語境中失去了它的真理性。后語境的形成是伴隨著新理論的確立而完成的。由于新語境比舊語境揭示出了更深層次的世界結構或機理。所以，它在理論信念、方法和技術層次的擴張與滲透力將會比舊語境更強、更徹底。這也就是，為什么量子力學的產生所帶來的理論、方法與技術革命會比牛頓力學更深刻、更廣泛的原因所在。但是，前后語境之間的界線是連續的。這時，就像新理論是對舊理論的一種超越一樣，新語境也是對舊語境的一種超越。由于語境的變遷和運動是不斷地向著揭示世界的真實機理的方向發展的。因此，在語境中生成的理論也使得科學的發展與進步向著不斷地逼近真理的方向進行。本文把科學發展的這種模式稱為“語境生成論模式”。

這里包括兩個層次的生成，其一，理論的形成與完善是在特定的語境中進行的；其二，科學進步也是在語境的變更中完成的。但是，值得注意的是，強調語境化并不意味著使科學進步成為無規則的游戲。把理論系統放置于特定的語境當中，強調了系統的開放性和連續性。在這個意義上，語境論的事實也是一種客觀事實。運用語境論的隱喻思考與模型化方法，不僅能夠使科學進步過程中的微觀的邏輯結構與宏觀的歷史背景有機地結合起來，而且能夠使基本的內在邏輯的東西在歷史的發展中內化到新的語境當中，從而使得語境在自然更替的同時，一方面，完成了理論知識的積累與繼承的任務；另一方面，揭示出更深層次的世界機理。所以，語境生成論的科學進步模式既不會像庫恩的范式論那樣，走向相對主義，也不會像普特南那樣，走向多元真理論?？茖W進步的語境生成論模式，既能夠包容相對主義的某些合理成份，又能夠堅持實在論的立場。

5．結語

從量子力學的認識論教益中抽象出的語境實在論的觀點，是一種具有更廣泛的解釋力，并且有可能把許多觀點有機地融合在一起的實在論觀點。它不僅能夠賦予量子力學以實在論的解釋，而且為解決科學實在論面臨的許多責難，理清上世紀末圍繞“索卡爾事件”所發生的一場震驚西方學壇的科學大戰，[1] 提供了一條可能的思路。法因曾經在《擲骰子游戲：愛因斯坦與量子論》一書中斷言“實在論已經死了”。[2] 然而，我們通過對量子力學與實在論的分析，在放棄了傳統的真理符合論之后，運用隱喻思考與模型化方法所得出的結論則是，“實在論還活著，而且活的很好”。

[1] D.Bohm and B.J.Hiley， The Unpided Universe: An ontological interpretation of quantum theory， Routledge and Kegan Paul， London (1993).

[1] Jeffrey Alan Barrett， The Quantum Mechanics of Minds and Worlds， Oxford University Press (1999).

[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 136-137.

[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 133.

篇6

在建立科學理論體系的過程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至為復雜的實驗、歸納和演繹工作為基礎。而且人們一般相信科學知識就是在這個基礎上產生和累積起來的。但只要這種認識活動過程是為一個協調一致的目標所固有，只要它真正屬于科學研究自我累進的進程，則不論其如何復雜，仍只是過程性的，而不從根本上規定科學的性質、程序，乃至結論。這就使我們在考察復雜的科學認識活動時，可以抽取出高于具體手段的，基本上只屬于人類心智與外在世界相聯絡的東西，即科學語言，來作為認識的中介物。

要說明科學語言何以能成為這樣的中介，需要先對科學的認識結構加以分析。

作為一種形式化理論的近現代科學，其目的是力圖摹寫客觀實在。這種摹寫的認識論前提是一個外在的、自為的客體和作為其思維對立面的內在的主體間的雙重存在。這一認識論前提在科學認識方面衍生出一個更實用的前提，就是把客體看作是一種自在的“像”或者“結構”（包括動態結構，比如動力學所概括的各種關系和過程）。

這一自在的實在具有由它的“自明性”所保證的嚴格規范性。這種自明性只在涉及存在與意識的根本關系時才可能引起懷疑。而科學是以承認這種自明性為前提的。因此科學實際就是關于具有自明性的實在的思維重構。它必須限于處理自在的實在，因為科學的嚴格規范性（主要表現為邏輯性）是由實在的自明性所保證的，任何超越實在的描述都會破壞這種描述的前提。這一點對稍后關于量子力學的討論非常重要。

上述分析表明，科學的嚴格規范性并非如有唯理論傾向的觀點所認為的那樣，是來自思維，也并非如經驗論觀點所認為的來自具體手段對經驗表象的操作，也并不象當代某些科學哲學家所認為的純粹出于主體間的共同約定?？茖W的最高規范是存在在客觀實在中的，是來自客體的自明性。一切具體手段只是以這種規范為目標而去企及它。

在科學認識活動中，不論是一個思維過程還是一個實驗過程，如果其中缺失了語言過程，那就什么意義都不會有?？茖W語言與人類思維形態固然有很大的關系，但是它們可能在一個很高的層次上有著共同的根源。就認識的高度而言，思維形態作為人類的一種意識現象，對它進行本質的追究，至少目前還不能完全放在客觀實在的背景上。因此，在科學認識的層次上，思維形態完全可以被視為相對獨立的東西。而科學語言則是明確地被置于實在自身這一背景之中的。這就使我們實際上可以把科學語言看作一種知識，它與系統的科學知識具有完全相同的確切性，即它首先是與實在自身相諧合，然后才以這種特殊性成為思維與對象之間的中介。這才能保證，既使科學語言所述說的科學是關于實在的確切圖景，又使思維活動具備與實在相聯絡的手段。

科學語言作為一種知識所具備的上述特殊性，使它成為客觀實在圖景構成的基本要素，或科學知識的“基元”。思維形態不能獨立地形成知識，但思維形態卻提供某種方式，使科學語言所包含的知識基元獲得某種特定的加成和組合，從而構成一種系統化的理論。這就是語言在認識中的中介作用。由于任何事物都必須“觀念地”存乎人的意識中，才能為人的心智所把握，所以，在這個意義上，一個認識過程就是一個運用語言的過程。

二、數學語言

數學語言常常幾乎就是科學語言的同義詞。但實際上，科學語言所指的范圍遠比數學語言的范圍大，否則就不會出現量子力學公式的解釋問題。在自然科學發生以前，數學所起的作用也還不是后世的那種對科學的敘錄。只是由于精密推理的要求所導致的語言理想化，才推進了數學的應用。但歸根究底，數學與前面說的那種合乎客觀實在的知識基元是不同的。將數學用作科學的語言，必須滿足一個條件，即數學結構應當與實在的結構相關，但這一點并不是顯然成立的。

愛因斯坦曾分析過數學的公理學本質。他說，對一條幾何學公理而言，古老的解釋是，它是自明的，是某一先驗知識的表述，而近代的解釋是，公理是思想的自由創造，它無須與經驗知識或直覺有關，而只對邏輯上的公理有效性負責。愛因斯坦因此指出，現代公理學意義上的數學，不能對實在客體作出任何斷言。如果把歐幾里德幾何作現代公理學意義上的理解，那么，要使幾何學對客體的行為作出斷言，就必須加上這樣一個命題：固體之間的可能的排列關系，就象三維歐幾里德幾何里的形體的關系一樣?！?〕只有這樣，歐幾里德幾何學才成為對剛體行為的一種描述。

愛因斯坦的這種看法與上文對科學語言的分析是基本上相通的。它可以說明，數學為什么會一貫作為科學的抽象和敘錄工具，或者它為什么看上去似乎具有作為科學語言的“先天”合理性。

首先，作為科學的推理和記載工具的數學，實際上是從思維對實在的一些很基本的把握之上增長起來的。歐幾里得幾何學中的“點”、“直線”這樣一些概念本身就是我們以某種方式看世界的知識。之所以能用這些概念和它們之間的關系去描繪實在，是因為這些“基元”已經包含了關于實在的信息（如剛體的實際行為）。

其次，數學體系的那種嚴密性其實主要是與人類思維的屬性有關，盡管思維的嚴密性并不是一開始就注入了數學之中。如前所述，思維的嚴密性是由實在的自明性來決定的，是習得的。這就是說，數學之所以與實在的結構相關，只是因為數學的基礎確切地說來自這種結構；而數學體系的自洽性是思維的翻版，因而是與實在的自明性同源的。

由此可見，數學與自然科學的不同僅表現在對于它們的結果的可靠性（或真實性）的驗證上。也就是說，科學和數學同樣作為思維與實在相互介定的產物，都有可能成為對實在結構的某種描述或“偽述”，并且都具有由實在的自明性所規定的嚴密性。但數學基本上只為邏輯自治負責，而科學卻僅僅為描述的真實性負責。

事實正是如此。數學自身并不代表真實的世界。它要成為物理學的敘錄，就必須為物理學關于實在結構的真實信息所重組。而用于重組實在圖景的每一個單元，實際上是與物理學的基本知識相一致的。如果在幾何光學中，歐幾里德幾何學不被“光線”及其傳播行為有關的概念重組，它就只是一個純粹的形式體系，而對光線的行為“不能作出斷言”。非歐幾何在現代物理學中的應用也同樣說明了這一點。

三、物理學語言

雖然物理學是嚴格數學化的典范，但物理學語言的歷史卻比數學應用于物理學的歷史要久遠得多。

在認識的邏輯起點上，僅當認識論關系上一個外在的、恒常的（相對于主體的運動變化而言）對象被提煉和廓清時，才能保證一種僅僅與對象自身的內在規定性有關的語言描述系統成為可能。對此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時間”、“質料”、“運動”等觀念。顯然，這些觀念并非來自邏輯的推導或數學計算，它是人類世代傳承的關于世界的知識的基元。

然后，需要對客觀實在進行某種方式的剝離，才能使之通過語言進入我們的觀念。一個客觀實在，比如說，一個電子，當我們說“它”的時候，既指出了它作為離散的一個點（即它本身），又指出了它身處時空中的那個屬性。而后一點很重要，因為我們正是在廣延中才把握了它的存在，即從“它”與“其它”的關系中“找”出它來。

當我們按照古希臘人（比如亞里士多德）的方式問“它為什么是它”時，我們正在試圖剝離“它”之所以為“它”的屬性。但這個屬性因其離散的本質，在時空中必為一個“奇點”，因而不能得到更多的東西。這說明，我們的語言與時空的廣延性合若符節，而對離散性，即時空中的奇點，則無法說什么。如果我們按照伽利略的方式問“它是怎樣的”時，我們正是在描繪它與廣延有關的性質，即它與其它的關系。這在時空中呈現為一種結構和過程。對此我們有足夠的手段（和語言）進行摹寫。因為我們的語言，大多來自對時空中事物的經驗。我們運用語言的主要方式，即邏輯思維，也就是時空經驗的抽象和提升。

可見，近現代物理學語言是一種關于客觀實在的時空形式及過程的語言，是一種廣延性語言。幾何學之所以在科學史上扮演著至為重要的角色，首先不在于它的嚴格的形式化，而在于它是關于實在的時空形式及過程的一個有效而簡潔的概括，在于與物理學在面對實在時有著共同的切入點。

上述討論表明了近現代物理學語言格式包含著它的基本用法和一個根深蒂固的傳統，這是由客觀實在和復雜的歷史因素所規定的。至為關鍵的是，它必須而且只是關于實在的時空形式及過程的描述?？梢韵胂螅x開了這種用法和傳統，“另外的描述”是不可能在這種語言中獲得意義的。而這正是量子力學碰到的問題。

四、量子力學的語言問題

上文說明，在描摹實在時，人類本是缺乏固有的豐富語言的。西方自古希臘以來，由于主、客體間的某種相互介定而實現了有關實在的時空形式和過程的觀念及相應的邏輯思維方式。任何一種特定的語言，隨著時代的變遷和認識的深入，某些概念的含義會發生變化，并且還會產生新的語言基元。有時，這樣的變化和增長是革命性的。但不可忽視的是，任何有革命性的新觀念首先必須在與傳統語言的關系中獲得意義，才能成為“革命性的”。在自然科學中，一種新理論不論提出多么“新”的描述，它都必須仍然是關于時空形式及過程的，才能在整體的科學語言中獲得意義。例如，相對論放棄了絕對時空、進而放棄了粒子的觀念，但代之而起的那種連續區概念仍然是時空實在性的描述并與三維空間中的經驗有著直接聯系。

量子力學的情況則不同。微觀粒子從一個態躍遷到另一個態的中間過程沒有時空形式；客體的時空形式（波或粒子）取決于實驗安排；在不觀測的情況下，其時空形式是空缺的；并且，觀測所得的客體的時空形式并不表示客體在觀測之前的狀態。這意味著，要么微觀實在并不總是具有獨立存在的時空形式，要么是人類無法從認識的角度構成關于實在的時空形式的描述。這兩種選擇都將超出現有的物理學語言本身，而使經典物理學語言在用于解釋公式和實驗結果時受到限制。

量子力學的這個語言問題是眾所周知的。波爾試圖通過互補原理和并協原理把這種限制本身上升為新觀念的基礎。他多次強調，即使古典物理學的語言是不精確的、有局限性的，我們仍然不得不使用這種語言，因為我們沒有別的語言。對科學理論的理解，意味著在客觀地有規律地發生的事情上，取得一致看法。而觀測和交流的全過程，是要用古典物理學來表達的?！?〕

量子力學的反對者愛因斯坦同樣清楚這里的語言問題。他把玻爾等人盡力把量子力學與實驗語言溝通起來所作的種種附加解釋稱之為“綏靖哲學”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文學”〔4〕，這實際上指明了互補原理等觀念是在與時空經驗相關的科學語言之外的。愛因斯坦拒絕承認量子力學是關于實在的完備描述，所以并不以為這些附加解釋會在將來成為科學語言的新的有機內容。

薛定諤和玻姆等人從另一個角度作出的考慮，反映了他們以為玻爾、海森堡、泡利和玻恩等人的觀點回避了經典語言與實在之間的深刻矛盾，而囿于語言限制并為之作種種辯解。薛定諤說：“我只希望了解在原子內部發生了什么事情。我確實不介意您（指玻爾）選用什么語言去描述它?！薄?〕薛定諤認為，為了賦予波函數一種實在的解釋，一種全新的語言是可以考慮的。他建議將N個粒子組成的體系的波函數解釋為3N維空間中的波群，而所謂“粒子”則是干涉波的共振現象，從而徹底拋棄“粒子”的概念，使量子力學方程描述的對象具有連續的、確定的時空狀態。

固然，幾率波的解釋使得理論的數學結構不能對應于實在的時空結構，如果讓幾率成為實驗觀察中首要的東西，就會讓客觀實在在描述中成了一種“隱喻”。然而薛定諤的解釋由于與三維空間中的經驗沒有明顯的聯系，也成了另一種隱喻，仍然無法作為一種科學語言而獲得充分的意義。

玻姆的隱序觀念與薛定諤的解釋在語言問題上是相似的。他所說的“機械序”〔6〕其實就是以笛卡爾坐標為代表的關于廣延性空間的描述。這種描述由于經典物理學的某些限定而表現出明顯的局限性。玻姆認為量子力學并未對這種序作出真正的挑戰，在一定程度上指出了量子力學的保守性。他企圖建立一種“隱序物理學”，將量子解釋為多維實在的投影。他以全息攝影和其它一些思想實驗為比喻，試圖將客觀實在的物質形態、時空屬性和運動形式作全新的構造。但由于其基礎的薄弱，仍然只是導致了另一種脫離經驗的描述，也就是一種形而上學。

這里所說的“基礎”指的是，一種全新的語言涉及主客體間完全不同的相互介定。它涉及對客體的完全不同的剝離方式，也就是說，現行科學語言及其相關思維方式的整個基礎都將改變。然而，現實地說，這不是某一具有特定對象和方法的學科所能為的。

可見，試圖通過一種全新的語言來解決量子力學的語言問題是行不通的。這個問題比通常所能想象的要無可奈何得多。

五、量子力學何種程度上是“革命性”的

量子力學固然在解決微觀客體的問題方面，是迄今最成功的理論，然而這種應用上的重要性使人們有時相信，它在觀念上的革命也是成功的。其實，上述語言與實在圖景的沖突并未解決。量子力學的種種解釋無法在科學語言的基礎上必然過渡到那種非因果、非決定論觀念所暗示的宇宙圖景。這就使我們有必要對量子力學“革命性”的程度作審慎的認識。

正統的量子力學學者們都意識到應該通過發展思維的豐富性來解決面臨的困難。他們作出的重要努力的一個方面是提出了很多與經典物理學不同的新觀念，并希望這些新觀念能逐漸溶入人類的思想和語言。其中玻恩用大量的論述建議幾率的觀念應該取代嚴格因果律的概念?！?〕測不準原理以及其中的廣義坐標、廣義動量都是為粒子而設想的，卻又不能描述粒子在時空中的行為，薛定諤認為應該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認為不能放棄，可以用互補原理來解決。玻爾還希望，波函數這樣的“新的不變量”將逐漸被人的直覺所把握，從而進入一般知識的范圍。〔8〕這相當于說，希望產生新的語言基元。

另一方面，海森堡等人提出，問題應該通過放棄“時空的客觀過程”這種思想來解決?！?〕這又引起了量子力學的客觀性問題。

這些努力在很大程度上是具有保守性的。

我們試把量子力學與相對論作比較。相對論的革命性主要表現在，通過對時間和空間的相對性的分析，建立起時間、空間和運動的協變關系，從而了絕對時空、絕對同時性等舊觀念，并代之以新的時空觀。重要的是，在這里，絕對時空和絕對同時性是從理論上作為邏輯必然而排除掉的。四維時空不變量對三維空間和一維時間的性質依賴于觀察者的情形作了簡潔的概括，既不引起客觀性危機，又與人類的時空經驗有著直接關聯。相對論排除了物理學內部由于歷史和偶然因素形成的一些含混概念，并給出了更加準確明晰的時空圖景。它因此而在科學語言的范圍內進入了一般知識。

量子力學的情況則不同。它的保守性主要表現在：

第一，嚴格因果律并不是從理論的內部結構中邏輯地排除的。只是為了保護幾率波解釋，才不得不放棄嚴格因果律，這只是一種人為地避免邏輯矛盾的處理。

第二，不完全連續性、非完全決定論等觀念并沒有構成與人類的時空經驗相關聯的自洽的實在圖景?；パa原理和并協原理并沒有從理論內部挽救出獨立存在于時空的客體的概念，又沒有證明這種概念是不必要的（如相對論之于“以太”那樣）。因此，量子力學的有關哲學解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實際上，卻由于這些從理論結構上說是附加的解釋超出了關于實在的描述，因而破壞了以實在的自明性為保證的描述的前提。所以它實際上對觀念的豐富和發展所作的貢獻是有限的。

第三，量子力學內在地不能過渡到關于個別客體的時空形式及過程的模型，使得它的反對者指責說這意味著位置和動量這樣的兩個性質不能同時是實在的。而為了保護客觀性，它的支持者說，粒子圖像和波動圖象并不表示客體的變化，而是表示關于對象的統計知識的變化。〔10〕這在關于實在的時空形式及過程的科學語言中，多少有不可知論的味道。

第四，人們必須習慣地設想一種新的“實在”觀念以便把充滿矛盾的經驗現象統一起來。在對客體的時空形式作抽象時，這種方法是有效的。而由于波函數對應的不是個別客體的行為，所以大多新的“實在”幾乎都是形而上學的構想。薛定諤和玻姆的多維實在、玻姆在闡釋哥本哈根學派觀點時提出的那種包含了無限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構想。玻恩也曾表示，量子力學描述的是同一實在的排斥而又互補的多個影像?！?2〕這有點象是在物理學語言中談論“混元”或“太極”一樣，很難說對觀念有積極的建設。

本文從科學語言的角度，對量子力學尤其是它的哲學基礎的保守性作出一些分析，這并不是在相對論和量子力學之間作價值上的優劣判斷。也許量子力學的真正價值恰恰在于它所碰到的困難是根本性的。

海森堡等人與新康德主義哲學家G·赫爾曼進行討論時，赫爾曼提出，在科學賴以發生的文化中，“客體”一詞之所以有意義，正在于它被實質、因果律等范疇所規定，放棄這些范疇和它們的決定作用，就是在總體上不承認經驗的可能性?！?3〕我們應該注意到，赫爾曼所使用的“經驗”一詞，實際上是人類對客觀事物的廣延性和分立性的經驗。這種經驗是科學的實在圖景成立的基礎或真實性的保證，邏輯是它的抽象和提升。

在本文的前三節已經談到，自從古希臘人力圖把日常語言理想化而創立了邏輯語言以來，西方的科學語言就一直是在實在的廣延性和分立性的介定下發展起來的。我們也許可以就此推測，對于人的認識而言，世界是廣延優勢的，但如果因此認為實在僅限于廣延性方面，卻是缺乏理由的。廣延性優勢在語言上的表現之一是幾何優勢。西方傳統中的代數學思想是代數幾何化，即借助空間想象來理解數的。不論畢達哥拉斯定理還是笛卡爾坐標都一樣。直角三角形的斜邊是直觀的，而根號2不是。我們可以用前者表明后者，而不能反過來?？墒且粋€離散的數量本身究竟是什么呢？它是否與實在的另一方面或另一部分（非廣延的）相應？也許在微觀領域里不再是廣延優勢而量子力學的困難與此有關？

如果量子力學面臨的是實在的無限可能性向語言的有限性的挑戰，那么問題的解決就不單單是語言問題，甚至不單單是目前形態的物理學的問題。它將涉及整個認識活動的基礎。玻爾似乎是深刻地意識到這一點的。他說“要做比這些更多的事情完全是在我們目前的手段之外?！薄?4〕他還有一句格言；“同一個正確的陳述相對立的必是一個錯誤的陳述；但是同一個深奧的真理相對立的則可能是另一個深奧的真理?！薄?5〕

參考文獻和注釋

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

〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15〕海森堡：《原子物理學的發展和社會》，中國社會科學出版社，1985，第141、84、82、131、47、112頁。

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

〔7〕玻恩：《關于因果和機遇的自然哲學》，商務印書館，1964年。

篇7

[關鍵詞]量子；特性；意識；應用

中圖分類號：O413.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知識

1、量子

我們在物理學中提到“量子”時，實際上指的是微觀世界的一種行為傾向，也就是可觀測的物理量都在不連續地變化。？比如，我們說一個“光量子”，是因為單個光量子的能量是光能變化的最小單位，光的能量是以單個光量子的能量為單位一份一份地變化的。對于量子的種種特性，連不少科學家都為之迷惑，對于我們普通人來說自然更加高深。今天我就試著走近它，來發現她“幽靈”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之處首先在于它的奇妙特性――量子疊加和量子糾纏。

量子疊加就是說量子有多個可能狀態的疊加態，只有在被觀測或測量時，才會隨機地呈現出某種確定的狀態，因此，對物質的測量意味著擾動，會改變被測量物質的狀態。好比孫悟空的分身術， 孫悟空可能同時出現在幾個地方，他的各個分身就像是他的疊加態。在日常生活中，我們不可能在不同的地方同時出現，但在量子世界里它卻可以同時出現在多個不同的地方。”

而所謂的量子糾纏，則意味著兩個糾纏在一起的量子就像有心電感應的雙胞胎，不管兩個人的距離有多遠，當哥哥的狀態發生變化時，弟弟的狀態也跟著發生一樣的變化。“如果這兩個光量子呈糾纏態的話，哪怕是千公里量級或者更遠的距離，還是會出現遙遠的點之間的詭異互動，愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”?？茖W家就可以利用這種效應將甲地某一粒子的未知量子態，在乙地的另一粒子上還原出來。量子糾纏的廣泛應用將會改變我們的生活，真正地突破時空的局限，交通、物流也就不再會有時間與空間的阻礙了。我國發射的“墨子號”量子衛星昭示著我國在量子通信領域已處于世界領先的地位。

二、意識是量子力學現象

人們的意識一直都沒有搞清楚，用經典物理學的電學、磁學及力學方法去測量意識是測量不出來的，科學家們現在已經開始認識到了意識是種量子力學的現象，意識的念頭像量子力學的測量。為什么這么說呢？比如我們面前出現了一座房子，這時有兩種可能的狀態：一個沒有任何心思的人會看房非房，他的意識處于自由的狀態，沒看到房子是石頭的還是木頭的，他根本就不動念頭。意識也是這樣，如果你看到這座房子，一下子動念頭了，動念頭實質上就是作了測量。

客觀世界是一系列復雜念頭造成的。有一本非常著名的書叫《皇帝新腦》， 就是研究意識，他認為計算機僅僅是邏輯運算，不會產生直覺，直覺只能是量子系統才能夠產生，意識是種量子力學現象，意識的念頭像量子力學的測量。而人的大腦有直覺，也就是說人的意識不僅存在于大腦之中，也存在于宇宙之中，量子糾纏告訴我們，一定有個地方存在著人的意識。

三、量子技術的應用

科學家認為，量子糾纏是一種 “神奇的力量”，可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統的基礎。實際上，量子糾纏還有很多奇妙的應用，可以在許多領域中突破傳統技術的極限。量子技術已經成為一個新興的、快速發展中的技術領域。這其中，量子通信、量子計算、量子成像、量子生物學是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通過把量子物理與信息技術相結合，利用量子調控技術，確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度。 廣義地說，量子通信是指把量子態從一個地方傳送到另一個地方，它的內容包含量子隱形傳態，量子糾纏交換和量子密鑰分配。狹義地說，實際上只是指量子密鑰分配或者基于量子密鑰分配的密碼通信，解決了以往用微電子技術為基礎的計算機信息技術極易遭遇泄密的問題。

2、量子計算

量子計算是量子物理學向我們展示的又一種強大的能力，源自于對真實物理系統的模擬。模擬多粒子系統的行為時，當需要模擬的粒子數目很多時，一個足夠精確的模擬所需的運算時間則變得相當漫長。而如果用量子系統所構成的量子計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少，從此量子計算機的概念誕生。

3、量子成像

量子成像是從利用量子糾纏原理開始發展起來的一種新的成像技術，有一種比較奇妙的現象稱之為“鬼成像”。比如將糾纏的雙光子分別輸入兩個不同的光學系統中，在其中一個系統里放入待成像的物體，通過雙光子關聯測量，在另一個光學系統中能再現物體的空間分布信息。即與經典光學成像只能在同一光路中得到物體的像不同，鬼成像可以在另一條并未放置物體的光路上再現該物體的成像。

4、量子生物學

量子生物學是利用量子力學的概念、原理及方法來研究生命物質和生命過程的學科。薛定諤在《生命是什么》一書中對這一觀點進行了詳盡的闡述，提出遺傳物質是一種有機分子，遺傳性狀以“密碼”形式通過染色體而傳遞等設想。這些設想由脫氧核糖核酸雙螺旋結構模型而得到極大的發展，從而奠定了分子生物學的基礎。分子的相互作用必然涉及其電子的行為，而能夠精確描述電子行為的手段就是量子力學。因此量子生物學是分子生物學深入發展的必然趨勢，是量子力學與分子生物學發展到一定階段之后相互結合的產物。

愛因斯坦相對論指出：相互作用的傳播速度不會大于光速，可是對于分開很遠距離的兩個處于糾纏態中的粒子，當對一個粒子進行測量時，另一個粒子的狀態受到關聯關系已經發生了變化，這種傳輸的理論速度可以遠遠超過光速。這一現象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。量子糾纏是量子物理學里最稀奇古怪的東西，即使腦洞大開我們還是很難領會它，另外從常識角度來看，量子理論描述的自然界很荒謬，許多解釋還涉及到哲學問題。但另一方面，量子物理學有很廣泛的應用，它的發展可能帶來行業面貌的改變，所涉及的范圍從量子計算機到人工智能，無所不含，這也正是我們深入學習、研究量子物理的動力所在??！

參考文獻

[1] 薛定諤，生命是什么.

[2] 舒娜，量子糾纏技術與量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周榮庭譯，跨越時空的骰子.

[4] 中國科普博覽.

[5] 科普中國.

篇8

關鍵詞：維勢壘波函數；教學研究；化學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2013）26-152-01

具有一定能量E的粒子，沿著X軸運動，碰到高度為V0的勢壘，按照經典力學的觀點，如果E小于V，則粒子不能進入勢壘，將會被完全彈回去。但從量子力學的觀點來看，考慮粒子的波動性，有一部分波會穿過勢壘，像這種粒子穿過比它動能更高的勢壘，稱為遂穿效應 [1]。在教學過程中，如果生硬的講解該部分內容，大部分學生會不知所云，難以理解，有沒有可能尋求一種容易方便學生理解的方式來講解呢？為此我們摸索采用數值化形象教學，下面我們以一維勢壘為例，利用計算機數值模擬方法，實時觀察波函數是如何穿過勢壘的，該方法有利于學生深入理解遂穿效應的基本原理，對教授和理解量子力學大有裨益。

在圖一中給出了勢壘穿透的波動示意圖。向左傳播一列波函數 沿著一維直線傳播，碰到勢壘后，一部分會有一定幾率透過勢壘，透射部分波函數為 。一部分會被勢壘彈回去；反射部分波函數為 。為了求解波函數的貫穿，我們需要求解非含時薛定諤方程[1]

。

我們在本文中，為了實時貫穿波函數的貫穿過程，我們利用含時方法求解薛定諤方程[2，3]

。

含時波函數為：

公式中H是體系的哈密頓算符：

我們給定初始波函數，就可以利用演化算符求得任意一時刻的體系的波函數，從而觀察波函數是如何貫穿勢壘整個過程的。

圖一：遂穿效應示意圖

在數值模擬中，我們選用Eckart 勢壘，具體形式為：

中心位置處在R=15bohr處。高度為0.5eV。傳播初始時刻，我們構建了一個高斯波包[4，5]

波函數在不同時刻的分布情況如圖二所示。初始波函數分布如圖二中T=0 a.u. 所示。中心位置在22 bohr位置處， 中心能量為0.4 eV，寬度為0.7 bohr，向X軸左方向運動。傳播時間1900 a.u. 時候，波函數傳播到勢壘位置，到時間2300 a.u. 時，波函數分布如圖所示。波函數部分被彈回，可以看見圖中17bohr處，波函數被彈回形成的小山峰。小山峰分布是入射波函數與被彈回來的波函數疊加而形成的震蕩山峰。從圖中可以很明顯看出，隨著時間的推移，在3100 a.u.后，波函數有兩個明顯的山峰分布，一個在勢壘的左邊，為透射波函數部分，一個在勢壘的右邊，是被彈出波函數部分。

圖二：波函數在不同時刻的分布情況

本文以一維粒子的直線運動為例，構建初始波包，利用演化算符研究時間相關的波包與Eckart 勢壘相互作用。研究了不同時刻的體系波函數的分布狀態，形象的觀察和研究了量子力學的遂穿效應。為量子力學的形象化教學提供了一些思路。

參考文獻：

篇9

多年以前，高科技最牛的美國就已不把電子計算機列為高科技產品了。

但巨高性能計算機仍是信息時代的高科技標志物件之一。2012年諾貝爾物理學獎發給了法國人塞爾日·阿羅什和美國人大衛·維恩蘭德，這兩位科學家的研究成果為新一代超級量子計算機的誕生提供了可能性。

惡搞一下：法國人浪漫，而簡稱美國人為美人，那么，浪漫人美人=？

文藝范兒的信息

不往濫俗里想，那么，答案就是很文藝化的表達了。其實，“信息”最初是相當文藝范兒的，而不是20世紀中期才開始熱門起來的科技詞匯。

一般認為，中文的“信息”一詞出自南唐詩人李中《暮春懷故人》：“夢斷美人沉信息，目穿長路倚樓臺?！薄?“美眉音信消息全無啊，夢里也夢不到你，我獨自上樓倚欄，望眼欲穿望到長路盡頭也不見你。”這么拙劣地意譯，也讓人感覺到深深的思念。

其實，在李中之前一百多年，與李商隱齊名的唐朝大詩人杜牧《寄遠》里就有“信息”了：“塞外音書無信息，道旁車馬起塵埃?！边€有比小杜更早的，唐朝詩人崔備的《清溪路中寄諸公》：“別來無信息，可謂井瓶沉?！?/p>

宋朝的婉約派大詞人柳永、李清照也用過“信息”這個詞。因金兵入侵而流離失所的李清照思念當年安樂的故鄉，心理上把信息的價格定成了真正的天價：“不乞隋珠與和璧，只乞鄉關新信息。”——千年前的唐宋中國，其高科技雖是世界第一，但信息技術還是跟現在沒法比的，要靠驛馬、鴻雁甚至人步行來傳遞信息，速度慢而效率低，信息珍貴啊。

在地球的西方呢？雖然香農1948年就劃時代地把信息引為數學研究的對象，賦予其新的科學的涵義；至1956年，“人工智能”術語也出現了?？勺钤缬懻摂祿⑿畔?、知識與智慧之間關系的，卻是得過諾貝爾文學獎的大詩人艾略特（T. S. Eliot；錢鐘書故意譯為“愛利惡德”）。他在1934年的詩歌“The Rock”中寫道：

Where is the Life we have lost in living？

Where is the wisdom we have lost in knowledge？

Where is the knowledge we have lost in information？

Where is the information we have lost in data？

我們迷失于生活中的生命在哪里？

我們迷失于知識中的智慧在哪里？

我們迷失于信息中的知識在哪里？

我們迷失于數據中的信息在哪里？

盡管第四句是好事者后加的，但詩人還是直指本質地提出了信息暴炸時代最困擾人的難題：如何不讓我們的生命和智慧都迷失在數據中？

量子計算機和量子信息技術，提供了一種讓生命和智慧不要淹沒在數據的海洋中的途徑、工具和可能。

量子與量子計算機

量子理論是現代物理學的兩大基石之一，為從微觀理解宏觀提供了理論基礎。客觀世界有物質、能量兩種存在形式，物質和能量可以互相轉換（見愛因斯坦的質能方程），量子理論就是從研究極度微觀領域物質的能量入手而建立起來的。

我們知道，微觀世界中有許多不同于宏觀世界的現象和規則。經典物理學理論中的能量是連續變化的，可取任意值，但科學家們發現微觀世界中的很多物理現象無法解釋。1900年12月14日，普朗克在解釋“黑體輻射”時提出：像原子是一切物質的構成單元一樣，“能量子（量子）”是能量的最小單元，原子吸收或發射能量是一份一份地進行的。這是量子物理理論的誕生。

1905年，愛因斯坦把量子概念引進光的傳播過程，提出“光量子（光子）”的概念，并提出光的“波粒二象性”。1920年代，德布羅意提出“物質波”概念，即一切物質粒子均有波粒二象性，海森堡等建立了量子矩陣力學，薛定諤建立了量子波動力學，量子理論進入了量子力學階段。1928年，狄拉克完成了矩陣力學和波動力學之間的數學轉換，對量子力學理論進行了系統的總結，成功地將相對論和量子力學兩大理論體系結合起來，使量子理論進入量子場論階段。

“量子”詞源拉丁語quantum，意為“某數量的某事物”?，F代物理學中，某些物理量的變化是以最小的單位跳躍式進行的，而不是連續的，這個最小的基本單位叫做量子；或者說，一個物理量如果有不可連續分割的最小的基本單位，則這個物理量（所有的有形性質）是“可量子化的”，或者說其物理量的數值會是特定的數值而非任意值。例如，在（休息狀態）的原子中，電子的能量是可量子化的，這能決定原子的穩定和一般問題。

雖然量子理論與我們日常經驗感覺的世界大不一樣，但量子力學已經在真實世界應用。激光器工作的原理，實際上就是激發一個特定量子散發能量。現代社會要處理大量數據和信息，需要計算的機器（計算機）。量子力學的突破，使瓦格納等于1930年發現半導體同時有導體和絕緣體的性質，后來才有了用于電子計算機的同時作為電子信號放大器和轉換器的晶體管，再有了集成電路芯片，今天的一個尖端芯片可集聚數十億個微處理器。

隨著計算機科技的發展，發現能耗導致發熱而影響芯片集成度，限制了計算速度；能耗源于計算過程中的不可逆操作，但計算機都可找到對應的可逆計算機且不影響運算能力。既然都能改為可逆操作，在量子力學中則可用一個幺正變換來表示。1969年，威斯納提出“基于量子力學的計算設備”，豪勒夫等于1970年代論述了“基于量子力學的信息處理”。1980年代量子計算機的理論變得很熱鬧。費曼發現模擬量子現象時，數據量大至無法用電子計算機計算，在1982年提出用量子系統實現通用計算以減少運算時間；杜斯于1985年提出量子圖靈機模型。1994年，數學家彼得·秀爾提出量子質因子分解算法，因其可破解現行銀行和網絡應用中的加密，許多人開始研究實際的量子計算機。

在物理上，傳統的電子計算機可以被描述為對輸入信號串行按一定算法進行變換的機器，其算法由機器內部半導體集成邏輯電路來實現，其輸入態和輸出態都是傳統信號（輸入態和輸出態都是某一力學量的本征態），存儲數據的每個單元（比特bit）要么是“0”要么是“1”，即在某一時間僅能存儲4個二進制數（00、01、10、11）中的一個。而量子計算機靠控制原子或小分子的狀態，用量子算法運算數據，輸入態和輸出態為一般的疊加態，其相互之間通常不正交，其中的變換為所有可能的幺正變換；因為量子態有疊加性（重疊）和相干性（牽連、糾纏）兩個本質特性，量子比特（量子位qubit）可是“0”或“1”或兩個“0”或兩個“1”，即可同時存儲4個二進制數（00、01、10、11），實現量子并行計算（量子計算機對每一個疊加分量實現的變換相當于一種傳統計算，所有傳統計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加，給出量子計算機的輸出結果），從而呈指數級地提高了運算能力——一臺未來的量子計算機3分鐘就能搞定當今世界上所有電子計算機合起來100萬年才能處理完的數據。用量子力學語言說，傳統計算機是沒有用到量子力學中重疊和牽連特性的一種特殊的量子計算機。從理論上講，一個250量子比特（由250個原子構成）的存儲器，可能存儲2的250次方個二進制數，比人類已知宇宙中的全部原子數還多。而且，集成芯片制造業很快將步入16納米的工藝，而量子效應將嚴重影響芯片的設計和生產，又因傳統技術的物理局限性，硅芯片已到盡頭，突破的希望在于量子計算。

量子世界的死貓活貓與粒子控制

喜好科技的文藝青年可能看過美劇《生活大爆炸》，其中有那只著名的“薛定諤貓”：一只被關在黑箱里的貓，箱里有毒藥瓶，瓶上有錘子，錘子由電子開關控制，電子開關由一個獨立的放射性原子控制；若原子核衰變放出粒子觸動開關，錘落砸瓶放毒，則貓死。薛定諤構想的這個實驗，被引為解釋量子世界的經典。而量子理論認為，單個原子的狀態其實不是非此即彼，或說箱里的原子既衰變又沒有衰變，表現為一種概率；對應到貓，則是既死又活。若我們不揭開蓋子觀察，永遠也不知道貓的死活，它永遠處于非死非活的疊加態。

宏觀態的確定性，其實是億萬微觀粒子、無數種概率的宏觀統計結果。微觀粒子通常表現為兩種截然不同的狀態糾纏一起，一旦用宏觀方法觀察這種量子態，只要稍一揭開箱蓋，疊加態立即就塌縮了（擾破壞掉），薛定諤貓就突然由量子的又死又活疊加態變成宏觀的確定態。用實驗研究量子，首先要捕獲單個的量子。即若不分離出單個粒子，則粒子神秘的量子性質便會消失。科學家們長期以來頭疼的是，未找到既不破壞量子態，又能實際觀測它的實驗方法，他們只能在頭腦中進行思想實驗，而無法實際驗證其預言。

而阿羅什和維恩蘭德的研究，發明了在保持個體粒子的量子力學屬性的情況下對其進行觀測和操控的方法，則可實證地說出薛定諤貓究竟是死貓還是活貓，而且為研制超級量子計算機帶來了更大可能，因為量子計算機中最基礎的部分——得到1個量子比特已獲成功。

光子和原子是量子世界中的兩種基本粒子，光子形成可見光或其他電磁波，原子構成物質。他們研究光與物質間的基本相互作用，方法大同小異：維因蘭德利用光或光子來捕捉、控制以及測量帶電原子或者離子。他平行放置兩面極精巧的鏡子，鏡間是真空空腔，溫度接近絕對零度（約-273℃）。一個光子進入空腔后，在兩鏡面間不斷反射。阿羅什則通過發射原子穿過阱，控制并測量了捕獲的光子或粒子。他用一系列電極營造出一個電場囚籠，粒子像是被裝進碗里的玻璃球；然后用激光冷卻粒子，最終有一個最冷的粒子停在了碗底。阿羅什在捕獲單個光子后，引入了特殊的里德伯原子，作為觀測工具，從而得到光子的數據。維因蘭德向碗中發射激光，通過觀測光譜線而得到碗底粒子的數據。

2007年以來，加拿大、美國、德國和中國的科學家都說自己研制出了某種級別的量子計算機，但到今天卻仍無一個投入實用。光鐘更接近現實，因為可操控單個量子，就能按意愿調控量子的振蕩（相當于鐘擺）頻率，越高越精；目前實驗的光鐘，若從宇宙產生起開始計時，至今只誤差5秒。光鐘可使衛星定位和計算太空船的位置更精確……

神話般的量子信息技術

科幻作家克萊頓（著有《侏羅紀公園》、《失去的世界》等）在科幻小說《時間線》中，曾文藝化地描述量子計算，用了“量子多宇宙”、“量子泡沫蟲洞”、“量子運輸”、“量子糾纏態”、“電子的32個量子態”等讓常人倍感高深的說法。其中一些如今正在證實或變現。

如果清朝政府的通信密碼不被日本破譯，那么李鴻章后去日本談判時就很可能是另外一種結局，今天也不會有的問題了。目前世界的密碼系統大都采用單項數學函數的方式，應用了因數分解等數學原理，例如目前網絡上常用的密碼算法。秀爾提出的量子算法利用量子計算的并行性，能輕松破解以大數因式分解算法為根基的密碼體系。量子算法中，量子搜尋算法等也能分分鐘攻破現有密碼體系?？烧f量子這種技術在現代軍事上的意義不亞于核彈。但同時，量子信息技術也將發展出一種理論上永遠無法破譯的密碼——量子密碼。

保密通信分為加密、接收、解密三個過程，密鑰的保密和不被破解至為關鍵。量子密碼采用量子態作為密鑰，是不可復制的，至少在理論上是無破譯的可能。量子通信是用量子態的微觀粒子攜帶的量子信息作為加密和解密用的密鑰，其密鑰安全性不再由數學計算，而是由微觀粒子所遵循的物理規律來保證，竊密者只有突破物理法則才有可能盜取密鑰（根據海森堡的測不準原理，任何測量都無法窮盡量子的所有信息）。而且量子通信中，量子糾纏態（有共同來源的兩個粒子存在著糾纏關系，似有“心靈感應”，無論距離多遠，一個粒子的狀態發生變化，另一個粒子也發生變化，速度遠遠超過光速，一旦受擾即不再糾纏。愛因斯坦稱這種發生機理至今未解的量子糾纏為“幽靈般的超距作用”）被用于傳輸和保證信息安全，使任何竊密行為都會擾亂傳送密鑰的量子狀態，從而留下痕跡。

篇10

摘 要：凝聚態物理學作為物理學的一大分支，其研究前景十分廣泛。凝聚態物理學是研究凝聚態物質的物理性質以及它們的微觀結構的學科。其通過分析構成凝聚態物質的電子、離子、原子、分子的運動形態和運動規律，從而對凝聚態物質的物理性質進行認知。凝聚態物質是固體物理學的一個拓展方面，研究的物質的典型特征之一是其具有多種形態。同時，凝聚態物理學也為材料研究引入了新的體系。本文就目前凝聚態物理學發展情況，對其中的基本概念的產生、含義及其發展進行闡述。

關鍵詞：凝聚態物理學；基本概念；特點闡述

凝聚態物理學的基本概念需根據物質世界的層次化進行闡述效果會更加明了。作為一門至今仍然擁有豐富生命力的研究學問，凝聚態物理學時時刻刻影響著我們生活的方方面面。例如，液態金屬、溶膠、高分子聚合物等等物質的研究都和凝聚態物理學有著密不可分的聯系。凝聚態物理學發展歷史和其理論支撐，是對凝聚態物理學的基本概念進行闡述的基礎。

一、凝聚態物理學發展歷史

1、物質世界層次化

為了對凝聚態物理學基本概念進行闡述，首先就需要提到物質世界層次化的研究方式?？v觀二十世紀的物理學發展，在二十世紀初，兩大劃時代的物理理論突破的出現，拉開了宇觀物理學和微觀物理學的探究序幕。兩大理論即是相對論和量子論，相對論和量子理論是對傳統物理學的質疑和挑戰。其中，狹義相對論修正了經典物理學當中的電磁學和力學之間存在的矛盾；廣義相對論則是為近代物理學當中的天體運行研究做出了巨大的貢獻。量子論的建立正式拉開了現代物理學對于微觀世界的研究，使得基于原子乃至更小系統的探究成為可能?，F代物理學的研究方式正是基于這一種將物質世界進行分層的觀點進行的，因為物理學當中的理論使用范圍都有區別。例如，在宏觀世界當中，牛頓力學成立；在微觀世界當中，牛頓力學就難以支撐實驗事實了。

2、凝聚B物理學的步步發展

從科學家開始探索微觀世界開始，凝聚態物理學就悄然發展開來?？茖W家從原子物理出發，深入到原子核內外空間的研究，為了探索微觀世界粒子的基本特性，建立了多代高能粒子加速器，使得近代微觀物理學探索出中子、夸克、輕子類的微觀粒子。同時，近代物理學的一條研究途徑也是將原子物理作為基本主線。在這條研究主線當中，量子力學和統計物理學向結合，奠定了固定物理學的基礎。固定物理學的逐漸發展擴大，演變為了凝聚態物理學。凝聚態物理學的研究發展從簡單到復雜，從宏觀到微觀。其結合到其他學科（材料學、化學、生物學等）共同創新，取得了巨大成果。

二、凝聚態物理學的基本概念闡述

1、基本理論

凝聚態物理學基本概念中最重要的基礎則是構建這門學科的理論支撐。其基本理論當中的核心即是量子物理和經典物理。根據凝聚態物理學的發展歷史來看，量子物理理論推動了凝聚態物理學的發展，使其對眾多實驗研究成為可能。經典物理理論在凝聚態物理學中并非一無是處，仍在一些研究方面起著不可忽視的作用。兩種理論知識在凝聚態物理學當中的應用都存在著自身的適用范圍，下面對其進行比較說明。在中學物理中我們初步了解到，物質粒子具有二象性――粒子與波。在粒子的二象性當中，粒子所具有的波動性使得量子力學有別與經典力學。二者的適用范圍的界限通常是一些臨界溫度、直徑、場（電場、磁場）強等方面。

2、凝聚現象

凝聚態物理學的基礎概念即是凝聚現象，然而凝聚現象在我們日常生活當中是隨處可見的。大家都知道，氣體可以凝結成固體或者是液體，液體和固體之間最明顯的區別是液體的流動性。根據量子力學等理論分析，在某些臨界溫度附近，物質之間就發生凝聚現象。發生凝聚現象的物質往往具備一些新的物理性質。例如物質原有的沸點、導電性、光敏性等發生改變。

3、凝聚態物質的有序化

根據中學物理和化學的知識可知，物質反應在平衡狀態時，其系統能量內能與熵等因素的影響。系統物質內能的上升使得系統趨于不穩定性，使得熵值增加。當溫度下降時，凝聚態物質則趨于熵值下降和系統穩定，研究發現，凝聚態物質往往是某一種有序結構的物相。大量物質粒子所組成的系統表現出來的直觀特征即是位置序，這也說明不同的粒子直接是存在著相互聯系的。當然，也存在著粒子相互作用較弱的情況，其宏觀表現即是粒子無序分布。在經典粒子系統當中，使得系統有序化的物理基礎則是粒子和粒子之間的相互作用，這可當作是量子力學當中的一個問題處理。根據中學知識我們知道，在量子力學當中，物質粒子存在著位置不確定性和動量不確定性。根據上述進行總結，凝聚態物質是空間當中的凝聚體，而相對空間往往是分為兩個方面。一方面是位置形態空間，另外的一方面是抽象的動量空間。凝聚態物質的有序化在這兩個空間當中的存在形態極為豐富。

三、研究概念闡述

凝聚態物理學當中基本的研究概念在于以下幾個方面。第一是固體電子論。對固定系統當中電子的行為研究是凝聚態物理學一直在努力的方向，按照電子行為的相互作用的大小，又將其分為三個小的區域。首先是弱關聯區，這個區域的研究已經取得了巨大進展，也是構成半導體物理學的理論基礎。其次是中等關聯區域，主要研究對象包括的是一般的金屬和強磁性的物質，其構成了磁鐵學的物理基礎。強關聯區受能帶理論發展的影響，目前其研究還有待開拓。第二是宏觀量子態。宏觀量子態研究當中對某些物質的超導現象的研究是一個重點，一些非常規的超導體研究也是目前科學家所努力的方向。第三是納米結構與介觀物理，凝聚態物理學對于一些簡單物質的研究已經較為清楚。按照不同物質材料的結構尺度進行探究是凝聚態物理學研究的新方向之一，納米結構和介觀物理需要量子理論進行支撐，研究目的主要是為了獲取材料和器件的復合體，同時創造出一些具有優良性能的物理材料。

四、總結

凝聚態物理學的理論基礎是量子力學，目前量子力學的發展已經趨于完備。由于凝聚態物理學設計大量微觀粒子的研究，其復雜程度較高，需要研究者從實驗、計算、推演等方面開展研究。凝聚態物理學作為一門高新技術，其研究前景十分廣闊。只要充分結合其他相關學科知識，加以探究，一定會取得更加豐碩的研究成果。

參考文獻

[1]馮端，金國鈞.凝聚態物理學中的基本概念[J].物理學進展， 2000， 20（1）：1-21.