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量子力學(xué)論文:量子力學(xué)對(duì)經(jīng)典科學(xué)世界圖景的變革論文

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)展起來的一整套觀點(diǎn)、方法、學(xué)說。經(jīng)典科學(xué)世界圖景的較大特征是機(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。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；說它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它化。[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，無論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行預(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，我們不能說某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(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)，以及還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來看，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(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^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)原理說明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說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)思維方式來看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說過，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)雜的太陽系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?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“照本來樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，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，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)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，我們觀測(cè)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(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、的世界。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“說什么”。

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[摘要]20世紀(jì)三次物理學(xué)革命之一的量子力學(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；

量子力學(xué)論文:量子力學(xué)保守性論文

一、科學(xué)、語言和思維

在建立科學(xué)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(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)生和累積起來的。但只要這種認(rèn)識(shí)活動(dòng)過程是為一個(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)語言，來作為認(rèn)識(shí)的中介物。

要說明科學(xué)語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)系和過程）。

這一自在的實(shí)在具有由它的“自明性”所保障的嚴(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)在的自明性所保障的，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，是來自思維，也并非如經(jīng)驗(yàn)論觀點(diǎn)所認(rèn)為的來自具體手段對(duì)經(jīng)驗(yàn)表象的操作，也并不象當(dāng)代某些科學(xué)哲學(xué)家所認(rèn)為的純粹出于主體間的共同約定?？茖W(xué)的較高規(guī)范是存在在客觀實(shí)在中的，是來自客體的自明性。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)思維過程還是一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，如果其中缺失了語言過程，那就什么意義都不會(huì)有。科學(xué)語言與人類思維形態(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)可以被視為相對(duì)獨(dú)立的東西。而科學(xué)語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)語言看作一種知識(shí)，它與系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)具有相同的確切性，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。這才能保障，既使科學(xué)語言所述說的科學(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)過程就是一個(gè)運(yùn)用語言的過程。

二、數(shù)學(xué)語言

數(shù)學(xué)語言常常幾乎就是科學(xué)語言的同義詞。但實(shí)際上，科學(xué)語言所指的范圍遠(yuǎn)比數(shù)學(xué)語言的范圍大，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)的語言，必須滿足一個(gè)條件，即數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與實(shí)在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，但這一點(diǎn)并不是顯然成立的。

愛因斯坦曾分析過數(shù)學(xué)的公理學(xué)本質(zhì)。他說，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，它無須與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)或直覺有關(guān)，而只對(duì)邏輯上的公理有效性負(fù)責(zé)。愛因斯坦因此指出，現(xiàn)代公理學(xué)意義上的數(shù)學(xué)，不能對(duì)實(shí)在客體作出任何斷言。如果把歐幾里德幾何作現(xiàn)代公理學(xué)意義上的理解，那么，要使幾何學(xué)對(duì)客體的行為作出斷言，就必須加上這樣一個(gè)命題：固體之間的可能的排列關(guān)系，就象三維歐幾里德幾何里的形體的關(guān)系一樣。〔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。

愛因斯坦的這種看法與上文對(duì)科學(xué)語言的分析是基本上相通的。它可以說明，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)在的自明性來決定的，是習(xí)得的。這就是說，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)確切地說來自這種結(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)果的性（或真實(shí)性）的驗(yàn)證上。也就是說，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)用也同樣說明了這一點(diǎn)。

三、物理學(xué)語言

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)，才能保障一種僅僅與對(duì)象自身的內(nèi)在規(guī)定性有關(guān)的語言描述系統(tǒng)成為可能。對(duì)此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時(shí)間”、“質(zhì)料”、“運(yùn)動(dòng)”等觀念。顯然，這些觀念并非來自邏輯的推導(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，才能使之通過語言進(jìn)入我們的觀念。一個(gè)客觀實(shí)在，比如說，一個(gè)電子，當(dāng)我們說“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。

當(dāng)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(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。這說明，我們的語言與時(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)，則無法說什么。如果我們按照伽利略的方式問“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)和過程。對(duì)此我們有足夠的手段（和語言）進(jìn)行摹寫。因?yàn)槲覀兊恼Z言，大多來自對(duì)時(shí)空中事物的經(jīng)驗(yàn)。我們運(yùn)用語言的主要方式，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)語言是一種關(guān)于客觀實(shí)在的時(shí)空形式及過程的語言，是一種廣延性語言。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)空形式及過程的描述?？梢韵胂?，離開了這種用法和傳統(tǒng)，“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(xué)碰到的問題。

四、量子力學(xué)的語言問題

上文說明，在描摹實(shí)在時(shí)，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(shí)現(xiàn)了有關(guān)實(shí)在的時(shí)空形式和過程的觀念及相應(yīng)的邏輯思維方式。任何一種特定的語言，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)空形式及過程的，才能在整體的科學(xué)語言中獲得意義。例如，相對(duì)論放棄了時(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)的中間過程沒有時(shí)空形式；客體的時(shí)空形式（波或粒子）取決于實(shí)驗(yàn)安排；在不觀測(cè)的情況下，其時(shí)空形式是空缺的；并且，觀測(cè)所得的客體的時(shí)空形式并不表示客體在觀測(cè)之前的狀態(tài)。這意味著，要么微觀實(shí)在并不總是具有獨(dú)立存在的時(shí)空形式，要么是人類無法從認(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)語言本身，而使經(jīng)典物理學(xué)語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)語言問題是眾所周知的。波爾試圖通過互補(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)的語言是不的、有局限性的，我們?nèi)匀徊坏貌皇褂眠@種語言，因?yàn)槲覀儧]有別的語言。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)和交流的全過程，是要用古典物理學(xué)來表達(dá)的?！?〕

量子力學(xué)的反對(duì)者愛因斯坦同樣清楚這里的語言問題。他把玻爾等人盡力把量子力學(xué)與實(shí)驗(yàn)語言溝通起來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)語言之外的。愛因斯坦拒絕承認(rèn)量子力學(xué)是關(guān)于實(shí)在的完備描述，所以并不以為這些附加解釋會(huì)在將來成為科學(xué)語言的新的有機(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)典語言與實(shí)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(nèi)部發(fā)生了什么事情。我確實(shí)不介意您（指玻爾）選用什么語言去描述它?！薄?〕薛定諤認(rèn)為，為了賦予波函數(shù)一種實(shí)在的解釋，一種全新的語言是可以考慮的。他建議將N個(gè)粒子組成的體系的波函數(shù)解釋為3N維空間中的波群，而所謂“粒子”則是干涉波的共振現(xiàn)象，從而徹底拋棄“粒子”的概念，使量子力學(xué)方程描述的對(duì)象具有連續(xù)的、確定的時(shí)空狀態(tài)。

固然，幾率波的解釋使得理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)不能對(duì)應(yīng)于實(shí)在的時(shí)空結(jié)構(gòu)，如果讓幾率成為實(shí)驗(yàn)觀察中首要的東西，就會(huì)讓客觀實(shí)在在描述中成了一種“隱喻”。然而薛定諤的解釋由于與三維空間中的經(jīng)驗(yàn)沒有明顯的聯(lián)系，也成了另一種隱喻，仍然無法作為一種科學(xué)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(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)。

這里所說的“基礎(chǔ)”指的是，一種全新的語言涉及主客體間不同的相互介定。它涉及對(duì)客體的不同的剝離方式，也就是說，現(xiàn)行科學(xué)語言及其相關(guān)思維方式的整個(gè)基礎(chǔ)都將改變。然而，現(xiàn)實(shí)地說，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，試圖通過一種全新的語言來解決量子力學(xué)的語言問題是行不通的。這個(gè)問題比通常所能想象的要無可奈何得多。

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)的種種解釋無法在科學(xué)語言的基礎(chǔ)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(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)該通過發(fā)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(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言。其中玻恩用大量的論述建議幾率的觀念應(yīng)該取代嚴(yán)格因果律的概念?！?〕測(cè)不準(zhǔn)原理以及其中的廣義坐標(biāo)、廣義動(dòng)量都是為粒子而設(shè)想的，卻又不能描述粒子在時(shí)空中的行為，薛定諤認(rèn)為應(yīng)該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認(rèn)為不能放棄，可以用互補(bǔ)原理來解決。玻爾還希望，波函數(shù)這樣的“新的不變量”將逐漸被人的直覺所把握，從而進(jìn)入一般知識(shí)的范圍?！?〕這相當(dāng)于說，希望產(chǎn)生新的語言基元。

另一方面，海森堡等人提出，問題應(yīng)該通過放棄“時(shí)空的客觀過程”這種思想來解決?！?〕這又引起了量子力學(xué)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?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，從而推翻了時(shí)空、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，時(shí)空和同時(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，并給出了更加明晰的時(shí)空?qǐng)D景。它因此而在科學(xué)語言的范圍內(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：

及時(shí)，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，不連續(xù)性、非決定論等觀念并沒有構(gòu)成與人類的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)的自洽的實(shí)在圖景?；パa(bǔ)原理和并協(xié)原理并沒有從理論內(nèi)部挽救出獨(dú)立存在于時(shí)空的客體的概念，又沒有證明這種概念是不必要的（如相對(duì)論之于“以太”那樣）。因此，量子力學(xué)的有關(guān)哲學(xué)解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實(shí)際上，卻由于這些從理論結(jié)構(gòu)上說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)在的自明性為保障的描述的前提。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)在地不能過渡到關(guān)于個(gè)別客體的時(shí)空形式及過程的模型，使得它的反對(duì)者指責(zé)說這意味著位置和動(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，粒子圖像和波動(dòng)圖象并不表示客體的變化，而是表示關(guān)于對(duì)象的統(tǒng)計(jì)知識(shí)的變化?！?0〕這在關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式及過程的科學(xué)語言中，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。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限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構(gòu)想。玻恩也曾表示，量子力學(xué)描述的是同一實(shí)在的排斥而又互補(bǔ)的多個(gè)影像?！?2〕這有點(diǎn)象是在物理學(xué)語言中談?wù)摗盎煸被颉疤珮O”一樣，很難說對(duì)觀念有積極的建設(shè)。

本文從科學(xué)語言的角度，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?！?3〕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)性的保障，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言理想化而創(chuàng)立了邏輯語言以來，西方的科學(xué)語言就一直是在實(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，而不能反過來。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)在的無限可能性向語言的有限性的挑戰(zhàn)，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(tài)的物理學(xué)的問題。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“要做比這些更多的事情是在我們目前的手段之外?！薄?4〕他還有一句格言；“同一個(gè)正確的陳述相對(duì)立的必是一個(gè)錯(cuò)誤的陳述；但是同一個(gè)深?yuàn)W的真理相對(duì)立的則可能是另一個(gè)深?yuàn)W的真理?！薄?5〕

量子力學(xué)論文:量子力學(xué)研究論文

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)展起來的一整套觀點(diǎn)、方法、學(xué)說。經(jīng)典科學(xué)世界圖景的較大特征是機(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；說它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它化。[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，無論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行預(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，我們不能說某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(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)，以及還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來看，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(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^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)原理說明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說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)思維方式來看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說過，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)雜的太陽系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?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“照本來樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，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，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)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，我們觀測(cè)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(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、的世界。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“說什么”。

量子力學(xué)論文:《量子力學(xué)》多媒體教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

摘要:本文主要通過對(duì)《量子力學(xué)》教學(xué)過程中使用傳統(tǒng)板書和多媒體教學(xué)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較,為如何更好地進(jìn)行板書和多媒體相結(jié)合教學(xué)提供新的思路。

關(guān)鍵詞:多媒體;量子力學(xué);教學(xué)效率

一、前言

《量子力學(xué)》課程是物理學(xué)科的一門重要的基礎(chǔ)課。量子力學(xué)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科,它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì),以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論,它與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一,還在化學(xué)等相關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。

由于《量子力學(xué)》課程的重要性,其相關(guān)的教學(xué)得到了相當(dāng)?shù)闹匾?通常每周是4個(gè)學(xué)時(shí)的課程量。眾所周知,《量子力學(xué)》是一門既難學(xué)又難教的課程,一是因?yàn)槠渲猩婕暗母拍詈臀覀內(nèi)粘Ｉ?或者說常識(shí))相距甚遠(yuǎn),二是所學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)課程比較多,主要有高等數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法、線性代數(shù)等,幾乎包括了物理專業(yè)學(xué)生所學(xué)過的全部數(shù)學(xué)課程。概念抽象,遠(yuǎn)離日常經(jīng)驗(yàn),計(jì)算復(fù)雜,使《量子力學(xué)》成為一門難學(xué)難教的課程。

隨著電氣化教學(xué)的發(fā)展,現(xiàn)在有越來越多的課程開始使用多媒體教學(xué),并且取得了一定的成效,當(dāng)然同時(shí)也顯露了一些問題。本文擬對(duì)《量子力學(xué)》課程中使用多媒體教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析,并就如何在傳統(tǒng)板書教學(xué)和多媒體教學(xué)之間達(dá)到好的效果給出一些建議。

二、在《量子力學(xué)》課程中使用多媒體教學(xué)的利弊

眾所周知,多媒體教學(xué)是教學(xué)手段創(chuàng)新的重要內(nèi)容之一。多媒體教學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在教育工作中的運(yùn)用,即應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段,把錄音機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、視頻展示臺(tái)、投影機(jī)、多媒體計(jì)算機(jī)等引進(jìn)課堂,將通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子郵件、衛(wèi)星遠(yuǎn)程通訊、傳真通訊、虛擬現(xiàn)實(shí)等新的教育媒體逐步運(yùn)用于教學(xué),充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),增加教學(xué)的密度,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。其主要的優(yōu)點(diǎn)有:

(1)有利于提高課堂教學(xué)效率。傳統(tǒng)的課堂教學(xué),教師展示知識(shí)的空間只是一塊容量有限的黑板,教學(xué)時(shí)間有限,教師不得不將很大一部分精力放在板演文字、繪畫等低效的勞動(dòng)上。這樣的課堂教學(xué)往往呆板、僵化,缺乏生機(jī)與活力,效率不高。運(yùn)用多媒體教學(xué),可以將大量的教學(xué)信息預(yù)置在計(jì)算機(jī)內(nèi),隨時(shí)調(diào)用,任意切換,將相關(guān)的圖形、圖像,生動(dòng)、直觀地投影到屏幕上,學(xué)生可從視覺、聽覺等多方面感受知識(shí),加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。

在《量子力學(xué)》課程中,如對(duì)于氫原子各級(jí)波函數(shù),就可以直接使用圖像形象地表示出來,可以給學(xué)生以強(qiáng)烈的印象,使物理結(jié)果更易于理解,同時(shí)也容易激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。若使用傳統(tǒng)板書手工繪制電子云圖,一則手工畫圖速度慢,二則不很,直接影響教學(xué)效率。有的flash格式的課件,可以通過輸入和調(diào)整主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù),即時(shí)把原子軌道輪廓圖和徑向分布圖表示出來,用色鮮艷,對(duì)比強(qiáng)烈,給人以深刻的印象,這樣效果是很明顯的。

(2)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。多媒體技術(shù)因其圖文并茂、聲像俱佳的表現(xiàn)形式和跨越時(shí)空的非凡表現(xiàn)力,大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)事物與過程的理解與感受,體現(xiàn)了極強(qiáng)的直觀性,能夠多方位、多角度、多層次地調(diào)動(dòng)學(xué)生的情緒、注意力和興趣,使學(xué)生能夠主動(dòng)地學(xué)習(xí)。

在《量子力學(xué)》課程中,比如在緒論部分,可適當(dāng)?shù)亟榻B一下在量子力學(xué)發(fā)展史上一些著名科學(xué)家的簡(jiǎn)歷,如普朗克、愛因斯坦、玻爾、泡利、海森堡、費(fèi)曼等,使用多媒體可通過文字、音像資料充分表現(xiàn),這可以活躍課堂氣氛,有助于促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱愛,包括對(duì)《量子力學(xué)》課程的興趣。

(3)多媒體教學(xué)可以拓展教學(xué)時(shí)空。學(xué)生也可以通過拷貝電子教案和網(wǎng)上閱讀電子教案進(jìn)行課后復(fù)習(xí),逐漸改變學(xué)生過于依賴課堂、過于依賴教師的傳統(tǒng)教學(xué)模式,加強(qiáng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力,有助于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。事實(shí)上,我們可從網(wǎng)絡(luò)上看到許多名師的教學(xué)課件,通過對(duì)課件的學(xué)習(xí),無論對(duì)于學(xué)生還是教師都是有益的。這不論對(duì)《量子力學(xué)》課程還是其他課程都是一樣的。

(4)動(dòng)態(tài)交互性強(qiáng)。人機(jī)交互、立即反饋是多媒體技術(shù)的顯著特點(diǎn),也是任何其他媒體所沒有的。在這種交互式學(xué)習(xí)環(huán)境中,教師通過創(chuàng)設(shè)形象直觀、生動(dòng)活潑的交互式教學(xué)情境,為學(xué)生提供更多的參與機(jī)會(huì)。教師與學(xué)生的交流、學(xué)生與學(xué)生交流、人機(jī)交流的良性互動(dòng),能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及參與意識(shí),可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,使學(xué)習(xí)更為主動(dòng),從而有利于學(xué)生形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

(5)理論聯(lián)系實(shí)踐的功能大大增強(qiáng)。運(yùn)用多媒體技術(shù)可以采用虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)普通實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)充,甚至現(xiàn)實(shí)環(huán)境很難實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,可以用圖形、圖像等多媒體形式,模擬實(shí)驗(yàn)全過程。借助有關(guān)的教學(xué)軟件,通過對(duì)真實(shí)情景的再現(xiàn)和模擬,學(xué)生可以隨時(shí)在電腦上“重溫”實(shí)驗(yàn)過程。

在《量子力學(xué)》課程中涉及的實(shí)驗(yàn)不多,主要有黑體輻射、電子衍射實(shí)驗(yàn)、stern-gelach實(shí)驗(yàn)等。在展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果時(shí),多媒體可發(fā)揮其優(yōu)越性。如電子衍射實(shí)驗(yàn),通過減弱電子流強(qiáng)度使粒子一個(gè)一個(gè)地被衍射,粒子一個(gè)個(gè)隨機(jī)的被打到屏幕各處,顯示粒子性,但經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間,所得衍射圖樣和大量電子同時(shí)衍射所得圖樣一樣,從而引出波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋。使用多媒體動(dòng)畫,我們可形象地展現(xiàn)電子一個(gè)一個(gè)打到屏幕上得到衍射圖樣的過程。這是在黑板上自己手工畫圖的效果所不能比擬的。

以上我們討論了使用多媒體教學(xué)體現(xiàn)出的優(yōu)越性。開展多媒體教學(xué)時(shí)一定要處理好內(nèi)容與形式的關(guān)系。形式為內(nèi)容服務(wù),這是教學(xué)的一個(gè)基本原則,多媒體教學(xué)也不例外。教學(xué)體現(xiàn)的是教師和學(xué)生之間的一個(gè)溝通過程,在此過程中,如何恰當(dāng)?shù)厥褂枚嗝襟w技術(shù)應(yīng)引起我們的注意。如果我們仔細(xì)分析,可以發(fā)現(xiàn)在多媒體教學(xué)中,特別是在《量子力學(xué)》教學(xué)中同樣存在著較多的問題,值得引起我們的注意。

(1)忽視雙向交流。在多媒體教學(xué)中,如果不注意的話,教師可能會(huì)較多的注意桌面點(diǎn)擊,表演課件,而在一定的程度上忽視和學(xué)生的雙向交流。不過相對(duì)來說,這一點(diǎn)只要講課老師適當(dāng)注意,就能夠減小這方面的不利影響。

(2)數(shù)學(xué)推導(dǎo)的欠缺。

在《量子力學(xué)》課程中,由于涉及到的數(shù)學(xué)計(jì)算較多,在講課過程中無法避免地會(huì)出現(xiàn)較多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。面對(duì)整個(gè)多媒體中大片的公式,學(xué)生很容易感到疲倦,甚至失去興趣,從而使教學(xué)效果大打折扣。

從某種意義上來說,如果學(xué)了一門理論物理的課,學(xué)生卻不能夠把公式推導(dǎo)出來,就教學(xué)效果而言,是一個(gè)很大的遺憾。使用板書可讓學(xué)生真實(shí)地看到教師如何把結(jié)論一步一步地推導(dǎo)出來,與使用多媒體相比,學(xué)生更容易掌握板書的推導(dǎo),且學(xué)生本身的數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力也能較快地提高。甚至教師在推導(dǎo)過程中偶然的失誤也會(huì)促進(jìn)學(xué)生的了解,至少可以讓學(xué)生知道哪些地方如果不注意的話可能會(huì)弄錯(cuò)。

不過,過于復(fù)雜且教學(xué)大綱又不作要求的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以通過多媒體進(jìn)行,一是讓學(xué)生看到了結(jié)論是如何出來的,二又避免了把過多的時(shí)間投入于此,畢竟課堂時(shí)間是有限的。比如一維諧振子波函數(shù),氫原子角向波和徑向波函數(shù)。在教科書上,對(duì)氫原子角向波函數(shù),常常直接說在《數(shù)學(xué)物理方法》課程中已經(jīng)得到解,為球諧函數(shù),然后就直接給出了結(jié)論,由于課時(shí)的原因,不可能對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的闡述。事實(shí)上學(xué)生有可能已經(jīng)遺忘了相關(guān)內(nèi)容,因此相應(yīng)的復(fù)習(xí)還是必要的。通過多媒體簡(jiǎn)略地展示下相關(guān)推導(dǎo)過程可能是一個(gè)比較好的選擇。

三、結(jié)論

前面我們分別討論了在《量子力學(xué)》課程中使用多媒體教學(xué)中存在著的優(yōu)缺點(diǎn)。為了有效提高教學(xué)效果,筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)綜合的使用傳統(tǒng)板書教學(xué)和多媒體教學(xué),在講授基本概念和有較多的圖表時(shí),可多使用多媒體教學(xué),但應(yīng)適當(dāng)使用,而在講數(shù)學(xué)推導(dǎo)時(shí)仍應(yīng)使用傳統(tǒng)板書,少用甚至不使用多媒體。

量子力學(xué)論文:對(duì)量子力學(xué)互補(bǔ)性詮釋的理解

量子力學(xué)在本世紀(jì)二十年代就形成了其形式系統(tǒng)，然而它的物理意義，亦即對(duì)它的解釋卻一直眾說紛紜，時(shí)至今日仍是物理學(xué)家和哲學(xué)家關(guān)注的一個(gè)中心問題。雖然在其體系形成后不久，玻爾就在玻恩的幾率詮釋和海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)一貫的互補(bǔ)性詮釋并成為被普遍接受的正統(tǒng)詮釋，但互補(bǔ)思想的確切內(nèi)容卻始終沒有人能說得清，因?yàn)椴柨偸前阉願(yuàn)W的思想，深深藏在晦澀冗長(zhǎng)的深思熟慮的句子和事例性的說明之中，而沒有任何現(xiàn)成的條條款款，這就使得無論接受它的還是反對(duì)它的人都給出了各式各樣不同的理解，所以互補(bǔ)含義亟需澄清。關(guān)于量子力學(xué)詮釋研究的主要問題也都與互補(bǔ)性詮釋密切相關(guān)（如因果性問題、幾率性問題、關(guān)于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的理解問題、測(cè)量問題、完備性問題等），這些問題的澄清和解決也首先需要正確理解互補(bǔ)性詮釋。

1．互補(bǔ)性詮釋的邏輯結(jié)構(gòu)

與互補(bǔ)性詮釋不同的其它詮釋的邏輯結(jié)構(gòu)是，先設(shè)計(jì)出某種本體實(shí)在的模式，再將這種本體實(shí)在與量子力學(xué)中的某種符號(hào)聯(lián)系起來，然后將這種符號(hào)按量子力學(xué)演繹的理論結(jié)果與觀察結(jié)果對(duì)照來解釋量子現(xiàn)象和量子理論。在這些解釋中，觀察結(jié)果不是作為解釋的根據(jù)，而是作為量子力學(xué)演繹的結(jié)果。如隱變量理論先假設(shè)有因果決定性的亞量子層的隱變量的本體實(shí)在，再將這種本體實(shí)在隱變量的統(tǒng)計(jì)平均與量子力學(xué)中的可觀察量聯(lián)系起來，量子力學(xué)的理論值就代表著隱變量的統(tǒng)計(jì)平均的演化結(jié)果，它與統(tǒng)計(jì)性的結(jié)果相對(duì)應(yīng)，這樣隱變量理論就將觀察結(jié)果和量子力學(xué)的描述解釋為客體的隱變量的統(tǒng)計(jì)平均的表現(xiàn)和對(duì)這種統(tǒng)計(jì)平均的變化規(guī)律的描述。統(tǒng)計(jì)系綜詮釋則先假設(shè)統(tǒng)計(jì)分布具有實(shí)在的客觀性，它代表著微觀客體的狀態(tài)和特征，量子力學(xué)描述中的波函數(shù)ψ的模方就表示客體的這種統(tǒng)計(jì)分布，波動(dòng)方程的解的模方與觀察結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分布相一致，表示著客體的統(tǒng)計(jì)分布狀態(tài)?；パa(bǔ)性詮釋不從一個(gè)預(yù)先的本體實(shí)在模式的假設(shè)出發(fā)，而是直接對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，然后從這種對(duì)觀察結(jié)果的分析中推出客體的實(shí)在特點(diǎn)和對(duì)它進(jìn)行描述的符號(hào)的意義。當(dāng)然，從一般假設(shè)能演繹出一個(gè)的結(jié)果，而從觀察結(jié)果只能推出客體實(shí)在的某些本質(zhì)特征，不會(huì)得出確定的實(shí)在模式和對(duì)它描述的符號(hào)的確定的意義。因?yàn)橛^察結(jié)果可以由各種不同的符號(hào)系統(tǒng)描述，即使只有一套符號(hào)，其數(shù)學(xué)演算過程也無法與實(shí)際的物理過程一一對(duì)應(yīng)，而只能將演算結(jié)果與觀察結(jié)果對(duì)應(yīng)，所以，雖然觀察是確定的，但關(guān)于它的描述和解釋卻可以有多種。這說明解釋具有一定的靈活性，允許有各種不同的關(guān)于實(shí)在的假設(shè)，但這些假設(shè)的實(shí)在并不就是真實(shí)的實(shí)在，而只是在某些方面反映著由觀察結(jié)果所表征的實(shí)在?；パa(bǔ)性詮釋通過對(duì)觀察結(jié)果的認(rèn)識(shí)特點(diǎn)和描述的語義方面的分析，找到對(duì)客體和諧一致的互補(bǔ)描述方式，再從這種描述中找出客體的實(shí)在特點(diǎn)，而不是先給出一種實(shí)在的模式或圖景。

互補(bǔ)性詮釋從觀察到的原子的穩(wěn)定性和輻射光譜的不連續(xù)性所表征的量子性出發(fā)，以量子公設(shè)作為其理論的出發(fā)點(diǎn)來構(gòu)建對(duì)具有量子性的原子客體的合理描述。量子公設(shè)本身意味著過程的非連續(xù)性、個(gè)體性，也就意味著觀察過程中儀器與客體的相互作用過程是不可細(xì)分的，觀察結(jié)果中必然包含了儀器及其對(duì)客體的作用。在經(jīng)典物理中，儀器對(duì)客體的作用比客體本身的物理量小得可以忽略，即使不能忽略也能通過對(duì)過程的分析將它剔除，但在對(duì)原子客體的觀察中，儀器對(duì)客體的作用與客體的物理量相比擬，其作用過程又是非連續(xù)的，所以不可能將儀器的作用剔除，這樣，觀察結(jié)果中就必然包含了觀察儀器的作用，而不是代表客體本身的現(xiàn)象，對(duì)客體的描述也必然只能是觀察下的客體的描述，而不可能是對(duì)沒有觀察的孤立客體本身的描述，所以對(duì)客體的任何描述都依賴一定的觀察，沒有觀察，就沒有可描述的確定的現(xiàn)象，即使沒有對(duì)應(yīng)于客體本身的觀察，也必然存在與之相關(guān)的其它客體的觀察。這不是說，沒有觀察，現(xiàn)象世界就不存在，而是說，沒有觀察，確定的客體就不存在，沒有觀察，世界上可以發(fā)生許多事件，但我們卻不能確定對(duì)它們的描述。

觀察對(duì)描述的重要性和觀察中儀器對(duì)原子客體的作用的不可分性是原子現(xiàn)象及其描述的特殊性之所在。正是觀察的特殊性帶來了概念的定義和描述上的新特點(diǎn)，從而帶來描述方式的根本改變和實(shí)在的新特點(diǎn)。

在對(duì)原子客體的觀察中，儀器與客體間的不可剔除的相互作用，使得對(duì)客體的時(shí)空確定和態(tài)的確定間成為互斥的。當(dāng)我們通過一種儀器如剛性標(biāo)尺和時(shí)鐘對(duì)客體進(jìn)行時(shí)空的觀察和確定時(shí)，觀察中儀器的作用和對(duì)時(shí)空的確定條件，排斥對(duì)客體的態(tài)進(jìn)行定義，因?yàn)檫@種確定時(shí)空的儀器對(duì)客體的作用所帶來的客體的態(tài)的改變是無法確定的，從而客體在另一種確定它的態(tài)的儀器下所確定的對(duì)態(tài)的定義的條件被破壞，而不再可能對(duì)時(shí)空觀察下的客體進(jìn)行態(tài)的定義。當(dāng)我們利用另一種儀器對(duì)客體的能量和動(dòng)量進(jìn)行觀察和定義時(shí)，由于儀器與客體相互作用的時(shí)間的不確定性，使得對(duì)客體的時(shí)空確定成為不可能。客體的時(shí)空標(biāo)示和態(tài)的描述間的互斥，不僅在于時(shí)空觀察帶來的態(tài)的不可控制的改變，而且也是定義客體兩種屬性的條件的互斥的表現(xiàn)。態(tài)的定義要求消除除態(tài)的觀察外的任何觀察的外來干擾，而時(shí)空的觀察必包含有對(duì)客體的干擾，兩種描述所代表的定義的理想化和觀察的理想化的互斥，使得它們不能再統(tǒng)一在一種描述圖景中對(duì)客體進(jìn)行時(shí)空中的因果描述，只能對(duì)客體進(jìn)行這兩種互斥的描述。因?yàn)樗鼈兌际菍?duì)客體的描述，并且只有兩種描述一起才能構(gòu)成對(duì)客體的描述，所以二者是互補(bǔ)的。這就是對(duì)原子客體的互補(bǔ)性描述方式。

量子公設(shè)所蘊(yùn)涵的儀器與客體的不可避免的相互作用是互補(bǔ)性詮釋的一個(gè)邏輯起點(diǎn)，作用量子的公式所包含的波粒二象性是互補(bǔ)性詮釋的另一邏輯起點(diǎn)。

時(shí)空和能量動(dòng)量描述的互補(bǔ)性意味著經(jīng)典的粒子圖象和波動(dòng)圖象都不適于原子客體，它們只是詮釋兩種原子現(xiàn)象的不同嘗試。在這種詮釋中，經(jīng)典概念的局限性以互補(bǔ)的方式表現(xiàn)出來。在粒子圖象中，因果要求的滿足必伴隨對(duì)時(shí)空描述的放棄；在波動(dòng)圖象中，時(shí)空傳播規(guī)律的描述必伴隨因果描述的放棄而只能代之以統(tǒng)計(jì)的考慮。如果我們不把時(shí)空描述和因果描述看作互補(bǔ)的而堅(jiān)持經(jīng)典的時(shí)空概念，我們就必會(huì)面對(duì)光和物質(zhì)有時(shí)表現(xiàn)象波有時(shí)又象粒子的矛盾，所以，光和物質(zhì)粒子的本性不是經(jīng)典描述的粒子或波，而是時(shí)空和因果的互補(bǔ)描述的波粒二象性，即其時(shí)空描述遵循波動(dòng)的疊加規(guī)律、其因果描述遵循粒子的守恒定律的兩種圖象的互補(bǔ)。任何將客體看作經(jīng)典波或經(jīng)典粒子的解釋都是行不通的。如薛定諤將原子客體看作經(jīng)典電磁波的電磁波解釋，就遇到波包的擴(kuò)散、波是位形空間而不是真實(shí)空間的波以及波函數(shù)與測(cè)量與所選擇的非對(duì)易的可觀察量有關(guān)等問題，這些問題恰恰反映了經(jīng)典波概念對(duì)原子客體描述的局限性。統(tǒng)計(jì)系綜詮釋雖把原子客體看作粒子，但卻不是經(jīng)典的能夠?qū)λ鲿r(shí)空描述的粒子，而是只能對(duì)粒子系綜的統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行描述的粒子，因果描述和時(shí)空描述的互補(bǔ)性被包含在系綜的能量、動(dòng)量和時(shí)間空間的統(tǒng)計(jì)散差具有反比性的特殊統(tǒng)計(jì)性中。隱變量理論雖然為量子力學(xué)描述建立了一個(gè)亞量子層的因果描述，但它對(duì)可觀察的量子層的描述與量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)描述一樣，而且在其亞量子層的因果描述中也加入了與經(jīng)典描述不同的隱變量與測(cè)量的相關(guān)性。所以，因果描述和時(shí)空描述的互補(bǔ)性是不可避免的，用經(jīng)典的粒子圖象或波動(dòng)圖象來解釋所有原子現(xiàn)象都會(huì)遇到邏輯困難，因而必須將它們加以修正并使它們互補(bǔ)起來。

2．對(duì)量子力學(xué)描述的統(tǒng)計(jì)性的理解

統(tǒng)計(jì)性是量子力學(xué)描述的一個(gè)基本特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)或幾率概念是量子理論的基本概念，理解它是理解量子力學(xué)的關(guān)鍵所在，各種詮釋的主要分歧也在于此。按照互補(bǔ)性詮釋，統(tǒng)計(jì)性是量子性的必然結(jié)果，或者說統(tǒng)計(jì)性是邏輯地包含在量子概念之中的。因?yàn)樽饔昧孔拥拇嬖诒旧砭鸵馕吨舆^程不再是因果連續(xù)的，而是非連續(xù)的個(gè)體性過程，對(duì)于這種過程不可能進(jìn)行因果描述，而只能對(duì)個(gè)體事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述，而且量子公設(shè)還意味著觀察對(duì)原子客體狀態(tài)的不可控制的改變，從而使我們無法通過觀察建立起客體運(yùn)動(dòng)變化的因果規(guī)律。量子概念中所蘊(yùn)涵的時(shí)空的確定和能量動(dòng)量的確定間的互斥關(guān)系，也使我們不可能給出客體的一個(gè)初始狀態(tài)而對(duì)客體進(jìn)行因果性的描述和預(yù)言，所以，量子性必意味著描述的統(tǒng)計(jì)性，對(duì)非連續(xù)的原子過程只能進(jìn)行幾率描述。描述恰當(dāng)?shù)胤从沉嗽舆^程的非連續(xù)的變化的可能性而不是因果連續(xù)變化的必然性，它對(duì)原子客體的物理量的描述不再是具有確定值，而是按一定的統(tǒng)計(jì)分布具有一系列的值，這些值及其統(tǒng)計(jì)分布就是對(duì)原子客體的這一物理屬性的描述，而量子力學(xué)對(duì)原子客體的物理量的值譜和統(tǒng)計(jì)分布的變化規(guī)律的描述就是對(duì)原子客體的統(tǒng)計(jì)變化規(guī)律的描述。這種由量子公設(shè)帶來的統(tǒng)計(jì)描述也必然包含描述的互補(bǔ)性，只有通過時(shí)空描述和能量動(dòng)量描述的互補(bǔ)性才能理解對(duì)原子客體的統(tǒng)計(jì)描述的這些特點(diǎn)。量子力學(xué)描述中波函數(shù)按薛定諤方程隨時(shí)間的演化，往往給人一種感覺，它就是對(duì)客體的態(tài)或客體的統(tǒng)計(jì)性（或趨向性）的因果變化的描述。其實(shí)，薛氏方程并不能滿足人們對(duì)因果描述的追尋，雖然我們可以從波函數(shù)中找到關(guān)于客體的所有屬性的描述，但是波函數(shù)的隨時(shí)間的演化并不代表客體的狀態(tài)的因果變化，因?yàn)椴ê瘮?shù)與客體的行為并無對(duì)應(yīng)關(guān)系，只有波函數(shù)的模方才代表客體的幾率，波動(dòng)方程只是以恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式包含了對(duì)客體滿足疊加原理的波動(dòng)屬性的描述，而這種描述的合理性是以客體作為粒子出現(xiàn)的幾率對(duì)波函數(shù)的詮釋來達(dá)到的，波動(dòng)方程的解不是描述代表客體的波，而是描述代表客體的粒子的幾率，波動(dòng)方程描述中對(duì)量子描述的互補(bǔ)性就表現(xiàn)在這里。所以波動(dòng)方程并不表示對(duì)客體的因果描述，而是以波動(dòng)描述形式對(duì)粒子幾率進(jìn)行描述的波－?；パa(bǔ)性的表現(xiàn)。

3．對(duì)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的理解

測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是量子力學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容，它是量子力學(xué)形式體系的一個(gè)直接數(shù)學(xué)結(jié)論，所以接受量子力學(xué)的人都能接受它，但對(duì)于這個(gè)數(shù)學(xué)公式的理解卻千差萬別。由于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系表現(xiàn)為對(duì)物理量的測(cè)量的限制關(guān)系，所以，不少早期的量子力學(xué)教科書把它作為量子力學(xué)的一個(gè)核心內(nèi)容和邏輯基礎(chǔ)或操作基礎(chǔ)，但是，正如karl r.popper所指出的，從薛定諤方程可導(dǎo)出測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系而從測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系導(dǎo)不出薛氏方程，這說明測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系應(yīng)是某種基礎(chǔ)的推論。在互補(bǔ)性詮釋看來，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是量子公設(shè)所蘊(yùn)涵的波粒二象性的結(jié)果，它表現(xiàn)的是經(jīng)典概念的可定義的度間的互補(bǔ)關(guān)系。玻爾從關(guān)于作用量子的基本公式et＝iλ＝h出發(fā)，從其中所蘊(yùn)涵的經(jīng)典概念的矛盾推出關(guān)于這些經(jīng)典概念的可定義的較大度間的普遍反比關(guān)系即測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，從而使這個(gè)關(guān)系代表了時(shí)空和因果描述間的互補(bǔ)性的一種簡(jiǎn)單的符號(hào)化表示，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系中共軛物理量的測(cè)量度間的反比關(guān)系恰當(dāng)?shù)胤从沉藘晌锢砹康幕コ饣パa(bǔ)關(guān)系。

海森堡把他所發(fā)現(xiàn)的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系看作是對(duì)經(jīng)典概念的適用性的限制和對(duì)經(jīng)典物理量的可確定程度的限制，并且正是由于這種不確定性導(dǎo)致因果律的失效和量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)描述，這種解釋帶有明顯的操作論和實(shí)證論傾向，是一種只講其然而不講其所以然的解釋。互補(bǔ)性詮釋則給出了其所以然的說明，是對(duì)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的更深層的理解，避免了上述操作解釋的弊端。如海森堡把物理量的測(cè)量的不確定度解釋為測(cè)量的操作結(jié)果，而不是不同概念的可定義和可觀察的互補(bǔ)性的結(jié)果，就會(huì)導(dǎo)致由于我們測(cè)量和認(rèn)識(shí)能力的限制，使我們對(duì)本來可能存在值和因果性的客體只能作有限度和統(tǒng)計(jì)描述的實(shí)證論的和不可知論的問題。測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系所表征的一種物理量的測(cè)量中儀器的作用導(dǎo)致另一種物理量的不確定，證明了互補(bǔ)性詮釋的儀器對(duì)客體的不可控制作用的說法，但是這種儀器的干擾作用是對(duì)原子客體進(jìn)行描述所必需的，也是量子力學(xué)描述中所包含的，而不是對(duì)客體進(jìn)行描述所要排除的。

popper的統(tǒng)計(jì)系綜詮釋認(rèn)為，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的含義是兩個(gè)正則共軛變量的標(biāo)準(zhǔn)偏差之積有一下限n／4π，它不象互補(bǔ)性詮釋的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是從對(duì)理想實(shí)驗(yàn)的分析得到的，而是量子力學(xué)形式體系的邏輯數(shù)學(xué)推論，而且由于現(xiàn)在實(shí)際的對(duì)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)還不能達(dá)到個(gè)體粒子測(cè)量所要求的度，而往往是對(duì)許多粒子的統(tǒng)計(jì)平均的偏差的測(cè)量，所以統(tǒng)計(jì)系綜詮釋顯得比互補(bǔ)性詮釋有更堅(jiān)實(shí)的經(jīng)驗(yàn)支持。我認(rèn)為，也許統(tǒng)計(jì)系綜詮釋較互補(bǔ)性詮釋在數(shù)學(xué)上更嚴(yán)密，但互補(bǔ)性詮釋對(duì)量子性的描述特點(diǎn)的分析顯得更深刻。

4．對(duì)描述的完備性問題的回答和理解

完備性問題和測(cè)量問題是量子力學(xué)詮釋之爭(zhēng)的兩個(gè)焦點(diǎn)問題，近幾十年量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究主要圍繞這兩個(gè)問題展開且使問題不斷演化，并挖掘出不少新的內(nèi)容，互補(bǔ)性詮釋無論對(duì)這兩個(gè)問題的提出還是發(fā)展都有著直接的影響，而它對(duì)這兩個(gè)問題的解釋也成為互補(bǔ)性詮釋本身的重要內(nèi)容。

完備性問題是愛因斯坦與玻爾論戰(zhàn)的第三次交鋒中在著名的e－p－r論文中提出的。文中通過一個(gè)e－p－r實(shí)驗(yàn)論證了量子力學(xué)的描述不是對(duì)實(shí)在的完備描述。此文引起的首先是關(guān)于何為實(shí)在的討論，后來討論的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到關(guān)于e－p－r關(guān)聯(lián)究竟意味著非局域性、非因果性還是不可分離性的問題。

e－p－r的論文從沒有干擾而能預(yù)言的客體的物理屬性為物理實(shí)在這一實(shí)在概念出發(fā)，通過大家所熟知的e－p－r實(shí)驗(yàn)，論證了量子力學(xué)描述不是對(duì)實(shí)在的完備描述。簡(jiǎn)述如下：相互作用后的兩粒子，按量子力學(xué)描述，可以通過對(duì)及時(shí)個(gè)粒子的兩非對(duì)易物理量的測(cè)量而不加干擾地得到對(duì)第二個(gè)粒子的同樣的兩非對(duì)易物理量的預(yù)言，既然是不加干擾且兩粒子相距無限遠(yuǎn)，第二個(gè)粒子的兩非對(duì)易量雖對(duì)應(yīng)于及時(shí)個(gè)粒子的不同時(shí)的兩次測(cè)量，但卻是同時(shí)屬于第二個(gè)粒子的物理實(shí)在，否則就得假設(shè)兩粒子間具有超距作用；e－p－r又認(rèn)為，完備描述應(yīng)同時(shí)對(duì)同時(shí)存在的物理實(shí)在進(jìn)行描述，但量子力學(xué)的描述卻將對(duì)非對(duì)易的兩個(gè)物理實(shí)在的描述看作互補(bǔ)的，即對(duì)一個(gè)進(jìn)行描述時(shí)對(duì)另一個(gè)則不能進(jìn)行同時(shí)的描述，所以e－p－r得出結(jié)論說，量子力學(xué)蘊(yùn)涵著e－p－r悖論，其原因是量子力學(xué)描述不完備。

大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)了e－p－r關(guān)聯(lián)的存在，也證明了量子力學(xué)描述的成功，但如何解決e－p－r悖論卻仍有兩條道路可以選擇，這便是修正e－p－r的兩個(gè)前提，或者修正實(shí)在概念，或者修正分離原理（包括局域性原理和可分離性原理），前者是玻爾對(duì)e－p－r的回答，后者是隱變量實(shí)在論者對(duì)e－p－r關(guān)聯(lián)的解釋，雖然實(shí)在概念不同（一個(gè)是必包含有觀察的實(shí)在；一個(gè)是不包含觀察干擾的實(shí)在），但卻都包含了儀器與客體的狀態(tài)、客體與其有相互作用的其它客體的狀態(tài)的相關(guān)。

互補(bǔ)性詮釋通過修正實(shí)在概念，即認(rèn)為實(shí)在必包含有觀察的干擾來解決e－p－r悖論。正如互補(bǔ)性詮釋的邏輯前提中所認(rèn)為的，任何描述必是對(duì)觀察的描述，任何預(yù)言也必是對(duì)觀察的預(yù)言，任何實(shí)在也必是觀察的實(shí)在而不是獨(dú)立自在的實(shí)在，觀察的作用必包含在實(shí)在之中，觀察的作用不僅意味著儀器對(duì)客體的直接的物理作用，而且意味著一種儀器所特有的對(duì)儀器和所觀察客體的整體的反映方式和描述方式，所以客體的描述和實(shí)在必與進(jìn)行觀察的儀器的類型相關(guān)，無論是直接的觀察還是象e－p－r實(shí)驗(yàn)中的間接觀察。這就是量子力學(xué)中的相對(duì)性，即客體狀態(tài)與儀器的相對(duì)性。所以e－p－r實(shí)驗(yàn)中對(duì)第二個(gè)粒子的非對(duì)易物理量的預(yù)言所對(duì)應(yīng)的是不同的測(cè)量，因而仍是不同時(shí)的實(shí)在，對(duì)它們的描述也是互補(bǔ)的描述而不能是同時(shí)的描述，所以這與量子力學(xué)描述并無矛盾。e－p－r關(guān)聯(lián)所反映的是儀器類型和描述預(yù)言類型及實(shí)在類型的必然聯(lián)系和儀器作用的不可細(xì)分所帶來的儀器與客體實(shí)在的不可分，對(duì)第二個(gè)粒子的描述與對(duì)及時(shí)個(gè)粒子測(cè)量的關(guān)聯(lián)，恰恰表明了觀察和描述類型一致的要求和儀器與所描述客體實(shí)在的不可分性，不是儀器或及時(shí)個(gè)粒子對(duì)第二個(gè)粒子的超距作用使第二個(gè)粒子的實(shí)在發(fā)生了改變，而是它們的實(shí)在本身就是一個(gè)不可分的整體，它們的狀態(tài)必然相關(guān)而不是獨(dú)立的，所以互補(bǔ)性詮釋在新的實(shí)在概念中包含了對(duì)可分離性原理的否定，解決了e－p－r悖論。其實(shí)，互補(bǔ)性詮釋雖然是在對(duì)e－p－r悖論的回答中明確了它的新的實(shí)在概念，但它的儀器與客體的實(shí)在的不可分性，儀器與客體狀態(tài)、描述的不可分性早在como演講中作為互補(bǔ)性詮釋、互補(bǔ)描述的邏輯前提就已經(jīng)提出來了，難怪戈革先生說玻爾提前八年預(yù)先回答了e－p－r佯謬。

5．對(duì)測(cè)量問題的回答和理解

測(cè)量問題顧名思義就是關(guān)于測(cè)量過程的解釋和描述問題，由于在微觀測(cè)量中儀器對(duì)客體的作用使客體發(fā)生了不可忽略的改變，從而使微觀測(cè)量不再象經(jīng)典宏觀的測(cè)量那樣可以忽略儀器對(duì)客體的作用，直接將客體對(duì)儀器作用產(chǎn)生的儀器上的讀數(shù)當(dāng)作客體本身的狀態(tài)，微觀測(cè)量的結(jié)果是測(cè)量后客體的狀態(tài)，它與測(cè)量前客體的狀態(tài)不同。由測(cè)量引起的客體狀態(tài)的突變叫波包收縮，如何解釋和描述波包收縮亦即測(cè)量過程中客體狀態(tài)的變化就是量子力學(xué)的測(cè)量問題。在量子力學(xué)描述中，描述客體狀態(tài)的ψ（x）的變化有兩種方式，一種是按薛定諤方程隨時(shí)間的因果演變，另一種是測(cè)量時(shí)突變?yōu)樗鶞y(cè)力學(xué)量的一個(gè)本征態(tài)ψ［，n］（x），也就是客體由各種可能值的幾率分布變?yōu)榘匆欢◣茁蕦?shí)現(xiàn)的確定值，如果測(cè)量前的統(tǒng)計(jì)分布

，測(cè)量后的統(tǒng)計(jì)分布

，其中各本征態(tài)的相干項(xiàng)消失了。為什么測(cè)量時(shí)客體狀態(tài)要變?yōu)楸菊鲬B(tài)？為什么相干項(xiàng)消失？這些問題成為量子力學(xué)測(cè)量問題的中心問題。各種測(cè)量理論大都力圖通過分析儀器與客體的相互作用過程，并以薛定諤方程來描述這一過程以求找到問題的解答?；パa(bǔ)性詮釋認(rèn)為，波包收縮和干涉項(xiàng)的消失是由一種描述方式向互補(bǔ)的另一種描述轉(zhuǎn)換的結(jié)果，這種結(jié)果的出現(xiàn)是由互補(bǔ)的兩種描述的定義的條件不同和觀測(cè)中儀器和客體的相互作用關(guān)系不同造成的。

首先，ψ（x）所表示的是如果測(cè)量客體的位置，其位置分布將是怎樣的，而不是說測(cè)量前客體的狀態(tài)是怎樣的，｜ψ（x）｜［2］表示的是在x處找到粒子的幾率。算符x在坐標(biāo)表象中對(duì)應(yīng)于確定值x?的本征函數(shù)是δ（x－x?），將ψ（x）按x的本征函數(shù)展開即

，雖然包含有干涉項(xiàng)，但對(duì)于x［，i］處的幾率｜ψ（x［，i］）｜［2］與

是一樣的，因?yàn)槌齲?［，n］＝x［，i］時(shí)δ函數(shù)不為零外其余都為零，所以干涉項(xiàng)根本就不存在，｜ψ（x）｜［2］本身就是指測(cè)量位置時(shí)測(cè)得各種位置數(shù)值的幾率。

其次，雙縫實(shí)驗(yàn)中雙縫后的波函數(shù)ψ（x）是兩縫的波函數(shù)之和即ψ（x）＝ψ［，a］（x）＋ψ［，b］（x）但當(dāng)測(cè)定究竟粒子穿過哪一個(gè)縫時(shí)就會(huì)使干涉項(xiàng)消失，這是因?yàn)棣祝▁）＝ψ［，a］（x）＋ψ［，b］（x）所蘊(yùn)涵的測(cè)量條件和描述方式與｜ψ（x）｜［2］＝｜ψ［，a］（x）｜［2］＋｜ψ［，b］（x）｜［2］所蘊(yùn)涵的不同，前者是在雙縫后的屏幕上測(cè)得的干涉情況，后者是在各單個(gè)縫后測(cè)得衍射的相加，由于在測(cè)粒子是否穿過一個(gè)縫時(shí)，測(cè)量?jī)x器對(duì)客體的作用使客體的互補(bǔ)物理量發(fā)生了改變，如測(cè)粒子動(dòng)量時(shí)就會(huì)使它的位置發(fā)生不可控制的改變而引起位置的一個(gè)不準(zhǔn)量，這種不準(zhǔn)量將引起相等的條紋位置的不準(zhǔn)量，從而不再出現(xiàn)任何干涉效應(yīng)。所以這里的干涉項(xiàng)的消失不是客體測(cè)量前的自身狀態(tài)向測(cè)量后狀態(tài)的突變，而是觀察干涉效應(yīng)向?qū)で罅Ｗ榆壍赖拿枋龅霓D(zhuǎn)變，是一種觀測(cè)條件下的態(tài)向另一種觀測(cè)條件下的態(tài)的轉(zhuǎn)變，它所表現(xiàn)的是互補(bǔ)性現(xiàn)象在互斥的實(shí)驗(yàn)裝置下的不同表現(xiàn)。

對(duì)于一般力學(xué)量q，ψ（x，t）可按q的本征值所對(duì)應(yīng)的本征函數(shù)展開，

其中u［，n］（x）為q的本征值q［，1］、q［，2］…q［，n］的本征函數(shù)，按量子力學(xué)，當(dāng)測(cè)量到本征值q［，1］時(shí)，系統(tǒng)就處于本征態(tài)u［，1］（x），其幾率是｜a［，1］（t）｜［2］，但在觀測(cè)到確定數(shù)值前，量子力學(xué)給出的是ψ（x，t）而不是q［，1］和u［，1］（x），但實(shí)際上，所給出的預(yù)言和實(shí)際測(cè)得q［，1］的幾率｜a［，1］（t）｜［2］是一致的，

，由于u［，n］（x）是正交歸一函數(shù)系，u［＊，m］（x）u［，n］（x）＝0，當(dāng)m≠n時(shí)，所以干涉項(xiàng)不出現(xiàn)，

，這就是說，ψ（x，t）給出的就是測(cè)量時(shí)各本征值出現(xiàn)幾率的分布，對(duì)客體狀態(tài)的由ψ（x，t）到u［，n］（x）的轉(zhuǎn)變只是對(duì)客體測(cè)量后所有可能狀態(tài)的幾率分布的集合預(yù)定到其中一個(gè)狀態(tài)元素按相同幾率實(shí)現(xiàn)的描述變化，而并不對(duì)應(yīng)客體本身的在有無測(cè)量的不同條件下的狀態(tài)的變化。

所以按照互補(bǔ)性詮釋，由ψ（x，t）到u［，n］（x）的波包收縮不是測(cè)量引起的測(cè)量前后客體狀態(tài)的變化。測(cè)量肯定會(huì)引起客體的變化，但這種變化已經(jīng)包含在ψ（x，t）中，而且不同類型的測(cè)量會(huì)引起不同的變化，這由所測(cè)得的不同類型的本征值和本征函數(shù)表現(xiàn)出來，如果

中有干涉項(xiàng)，那么新的測(cè)量所引起的變化還會(huì)表現(xiàn)在干涉項(xiàng)的消失上。因此，波包收縮中干涉項(xiàng)的消失是由互斥的測(cè)量導(dǎo)致的由一種描述向互補(bǔ)的另一種描述的轉(zhuǎn)換造成的，而波包收縮中由對(duì)許多可能值的預(yù)言到其中一個(gè)值的實(shí)現(xiàn)的波函數(shù)的變化，只是預(yù)言條件的變化引起的統(tǒng)計(jì)預(yù)言的變化，而不對(duì)應(yīng)客體本身的狀態(tài)變化。

由此可見，在測(cè)量的波包收縮過程中，引起客體狀態(tài)變化的是不同的測(cè)量的實(shí)驗(yàn)條件和它們對(duì)客體的不同類型的作用，關(guān)于客體知識(shí)的變化引起的是對(duì)客體的統(tǒng)計(jì)預(yù)言條件的變化，而不是客體本身的狀態(tài)變化，所以，這里沒有任何主體的作用，也不需要引入主體意識(shí)的一瞥。馮．諾意曼之所以需要引入人的一瞥，是因?yàn)樗褍x器在測(cè)量中的作用當(dāng)作一個(gè)純粹的量子客體，而沒有看到在儀器身上所必須兼有的使確定的觀察結(jié)果和經(jīng)典概念的適當(dāng)運(yùn)用成為可能的特性，這樣一來，就象馮氏所分析的那樣，我們的觀察和描述就必然要無限后退，直至求助于意識(shí)的一瞥。

當(dāng)然，從量子現(xiàn)象的普遍性上講，儀器也與微觀客體一樣具有量子性，但量子性又必須通過我們的宏觀觀察和經(jīng)典概念來觀察和描寫，所以，儀器又是認(rèn)識(shí)的一個(gè)邏輯起點(diǎn)，它必須能夠直接被觀察且能用經(jīng)典概念進(jìn)行描述。只有這樣我們才能通過儀器來觀察和描述微觀客體。儀器的這種既是量子客體又是宏觀客體的二重性是互補(bǔ)描述的基礎(chǔ)。我們的認(rèn)識(shí)必須從直接觀察和由這種觀察而定義的概念開始，但又必須對(duì)超出這種直接觀察和日常概念框架的新現(xiàn)象進(jìn)行邏輯一致的描述，這就必然導(dǎo)致概念框架和描述方式的改變。如果沒有儀器的直接可觀察性，就不能得到任何微觀客體的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)象和可描述的東西，而如果沒有儀器與客體的一致性，儀器也就不可能對(duì)客體的信息進(jìn)行反映記錄，所以，儀器的二重性是認(rèn)識(shí)微觀客體的必然要求。這并不會(huì)引起宏微分界問題（即把世界分為宏觀和微觀兩個(gè)截然分裂的世界的問題），而只意味著一個(gè)可直接認(rèn)識(shí)，而另一個(gè)則需借助于宏觀儀器的觀察，因?yàn)榱孔有允强陀^物體具有的普遍特性，只是由于這種特性超出了日常概念的理解范圍而必須借助于對(duì)日常概念的修正來達(dá)到對(duì)它的理解。量子性的認(rèn)識(shí)特殊性并不在于它的微觀尺度，而在于它的非連續(xù)的、個(gè)體的觀察條件與我們建立日常概念時(shí)的連續(xù)的、無限可分的觀察條件不同，這種不同就需要我們對(duì)各概念的適用條件和相互關(guān)系進(jìn)行修正。實(shí)際上，宏觀客體的觀察也一樣需要借助于我們建立概念時(shí)的觀察，這里不是宏觀微觀的不同，也沒有二者的截然分界，只有所描述現(xiàn)象在多大程度上與我們建立概念的觀察條件的符合程度的不同，所以，微觀描述一方面是對(duì)經(jīng)典描述的修正，一方面又以經(jīng)典概念為基礎(chǔ)，這不是一個(gè)邏輯矛盾，而是意味著微觀描述必須以可直接理解的經(jīng)典概念為起點(diǎn)，通過對(duì)這些概念在新的觀察條件下適用程度和相互關(guān)系的修正來達(dá)到對(duì)微觀現(xiàn)象的合理描述，這不是互補(bǔ)性詮釋的矛盾，而是理解量子概念與經(jīng)典描述的矛盾所必需的。

對(duì)于企圖用量子理論來描述測(cè)量過程以求得到一個(gè)統(tǒng)一的描述的做法，互補(bǔ)性詮釋認(rèn)為是不會(huì)有結(jié)果的。因?yàn)槲覀儗?duì)微觀現(xiàn)象的觀察和描述必須借助于我們的日常的觀察和概念，而這種觀察和概念建立的條件是無法形式化的。 

量子力學(xué)論文:論科學(xué)語言及量子力學(xué)的保守性

一、 科學(xué) 、語言和思維

在建立科學(xué) 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(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)生和累積起來的。但只要這種認(rèn)識(shí)活動(dòng)過程是為一個(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)語言，來作為認(rèn)識(shí)的中介物。

要說明科學(xué)語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)系和過程）。

這一自在的實(shí)在具有由它的“自明性”所保障的嚴(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)在的自明性所保障的，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，是來自思維，也并非如經(jīng)驗(yàn)論觀點(diǎn)所認(rèn)為的來自具體手段對(duì)經(jīng)驗(yàn)表象的操作，也并不象當(dāng)代某些科學(xué) 哲學(xué) 家所認(rèn)為的純粹出于主體間的共同約定?？茖W(xué)的較高規(guī)范是存在在客觀實(shí)在中的，是來自客體的自明性。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)思維過程還是一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，如果其中缺失了語言過程，那就什么意義都不會(huì)有?？茖W(xué)語言與人類思維形態(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)可以被視為相對(duì)獨(dú)立的東西。而科學(xué)語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)語言看作一種知識(shí)，它與系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)具有相同的確切性，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。這才能保障，既使科學(xué)語言所述說的科學(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)過程就是一個(gè)運(yùn)用語言的過程。

二、數(shù)學(xué)語言

數(shù)學(xué)語言常常幾乎就是科學(xué)語言的同義詞。但實(shí)際上，科學(xué)語言所指的范圍遠(yuǎn)比數(shù)學(xué)語言的范圍大，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)的語言，必須滿足一個(gè)條件，即數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與實(shí)在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，但這一點(diǎn)并不是顯然成立的。

愛因斯坦曾分析過數(shù)學(xué)的公 理學(xué) 本質(zhì)。他說，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，它無須與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)或直覺有關(guān)，而只對(duì)邏輯上的公理有效性負(fù)責(zé)。愛因斯坦因此指出，現(xiàn)代公理學(xué)意義上的數(shù)學(xué)，不能對(duì)實(shí)在客體作出任何斷言。如果把歐幾里德幾何作現(xiàn)代公理學(xué)意義上的理解，那么，要使幾何學(xué)對(duì)客體的行為作出斷言，就必須加上這樣一個(gè)命題：固體之間的可能的排列關(guān)系，就象三維歐幾里德幾何里的形體的關(guān)系一樣?！?〕只有這樣， 歐幾里德幾何學(xué)才成為對(duì)剛體行為的一種描述。

愛因斯坦的這種看法與上文對(duì)科學(xué)語言的分析是基本上相通的。它可以說明，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)在的自明性來決定的，是習(xí)得的。這就是說，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)確切地說來自這種結(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)果的性（或真實(shí)性）的驗(yàn)證上。也就是說，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)用也同樣說明了這一點(diǎn)。

三、物理學(xué)語言

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)，才能保障一種僅僅與對(duì)象自身的內(nèi)在規(guī)定性有關(guān)的語言描述系統(tǒng)成為可能。對(duì)此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時(shí)間”、“質(zhì)料”、“運(yùn)動(dòng)”等觀念。顯然，這些觀念并非來自邏輯的推導(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，才能使之通過語言進(jìn)入我們的觀念。一個(gè)客觀實(shí)在，比如說，一個(gè) 電子 ，當(dāng)我們說“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。

當(dāng)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(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。這說明，我們的語言與時(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)，則無法說什么。如果我們按照伽利略的方式問“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)和過程。對(duì)此我們有足夠的手段（和語言）進(jìn)行摹寫。因?yàn)槲覀兊恼Z言，大多來自對(duì)時(shí)空中事物的經(jīng)驗(yàn)。我們運(yùn)用語言的主要方式，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)語言是一種關(guān)于客觀實(shí)在的時(shí)空形式及過程的語言，是一種廣延性語言。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”是不可能在這種語言中獲得意義的。而這正是量子力學(xué)碰到的問題。

四、量子力學(xué)的語言問題

上文說明，在描摹實(shí)在時(shí)，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(shí)現(xiàn)了有關(guān)實(shí)在的時(shí)空形式和過程的觀念及相應(yīng)的邏輯思維方式。任何一種特定的語言，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)空形式及過程的，才能在整體的科學(xué)語言中獲得意義。例如，相對(duì)論放棄了時(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)的中間過程沒有時(shí)空形式；客體的時(shí)空形式（波或粒子）取決于實(shí)驗(yàn)安排；在不觀測(cè)的情況下，其時(shí)空形式是空缺的；并且，觀測(cè)所得的客體的時(shí)空形式并不表示客體在觀測(cè)之前的狀態(tài)。這意味著，要么微觀實(shí)在并不總是具有獨(dú)立存在的時(shí)空形式，要么是人類無法從認(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)語言本身，而使經(jīng)典物理學(xué)語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)語言問題是眾所周知的。波爾試圖通過互補(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)的語言是不的、有局限性的，我們?nèi)匀徊坏貌皇褂眠@種語言，因?yàn)槲覀儧]有別的語言。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)和交流的全過程，是要用古典物理學(xué)來表達(dá)的?！?〕

量子力學(xué)的反對(duì)者愛因斯坦同樣清楚這里的語言問題。他把玻爾等人盡力把量子力學(xué)與實(shí)驗(yàn)語言溝通起來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)語言之外的。愛因斯坦拒絕承認(rèn)量子力學(xué)是關(guān)于實(shí)在的完備描述，所以并不以為這些附加解釋會(huì)在將來成為科學(xué)語言的新的有機(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)典語言與實(shí)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(nèi)部發(fā)生了什么事情。我確實(shí)不介意您（指玻爾）選用什么語言去描述它?！薄?〕薛定諤認(rèn)為，為了賦予波函數(shù)一種實(shí)在的解釋， 一種全新的語言是可以考慮的。他建議將n 個(gè)粒子組成的體系的波函數(shù)解釋為3n維空間中的波群，而所謂“粒子”則是干涉波的共振現(xiàn)象，從而徹底拋棄“粒子”的概念，使量子力學(xué)方程描述的對(duì)象具有連續(xù)的、確定的時(shí)空狀態(tài)。

固然，幾率波的解釋使得 理論 的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)不能對(duì)應(yīng)于實(shí)在的時(shí)空結(jié)構(gòu)，如果讓幾率成為實(shí)驗(yàn)觀察中首要的東西，就會(huì)讓客觀實(shí)在在描述中成了一種“隱喻”。然而薛定諤的解釋由于與三維空間中的經(jīng)驗(yàn)沒有明顯的聯(lián)系，也成了另一種隱喻，仍然無法作為一種 科學(xué) 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(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)。

這里所說的“基礎(chǔ)”指的是，一種全新的語言涉及主客體間不同的相互介定。它涉及對(duì)客體的不同的剝離方式，也就是說，現(xiàn)行科學(xué)語言及其相關(guān)思維方式的整個(gè)基礎(chǔ)都將改變。然而，現(xiàn)實(shí)地說，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，試圖通過一種全新的語言來解決量子力學(xué)的語言問題是行不通的。這個(gè)問題比通常所能想象的要無可奈何得多。

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)的種種解釋無法在科學(xué)語言的基礎(chǔ)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(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 發(fā)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(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言。其中玻恩用大量的論述建議幾率的觀念應(yīng)該取代嚴(yán)格因果律的概念?！?〕測(cè)不準(zhǔn)原理以及其中的廣義坐標(biāo)、廣義動(dòng)量都是為粒子而設(shè)想的，卻又不能描述粒子在時(shí)空中的行為，薛定諤認(rèn)為應(yīng)該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認(rèn)為不能放棄，可以用互補(bǔ)原理來解決。玻爾還希望，波函數(shù)這樣的“新的不變量”將逐漸被人的直覺所把握，從而進(jìn)入一般知識(shí)的范圍?！?〕這相當(dāng)于說，希望產(chǎn)生新的語言基元。

另一方面，海森堡等人提出，問題應(yīng)該通過放棄“時(shí)空的客觀過程”這種思想來解決?！?〕這又引起了量子力學(xué)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?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，從而推翻了時(shí)空、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，時(shí)空和同時(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，并給出了更加明晰的時(shí)空?qǐng)D景。它因此而在科學(xué)語言的范圍內(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：

及時(shí)，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，不連續(xù)性、非決定論等觀念并沒有構(gòu)成與人類的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)的自洽的實(shí)在圖景。互補(bǔ)原理和并協(xié)原理并沒有從理論內(nèi)部挽救出獨(dú)立存在于時(shí)空的客體的概念，又沒有證明這種概念是不必要的（如相對(duì)論之于“以太”那樣）。因此，量子力學(xué)的有關(guān) 哲學(xué) 解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實(shí)際上，卻由于這些從理論結(jié)構(gòu)上說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)在的自明性為保障的描述的前提。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)在地不能過渡到關(guān)于個(gè)別客體的時(shí)空形式及過程的模型，使得它的反對(duì)者指責(zé)說這意味著位置和動(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，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)空形式及過程的科學(xué)語言中，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。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限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構(gòu)想。玻恩也曾表示，量子力學(xué)描述的是同一實(shí)在的排斥而又互補(bǔ)的多個(gè)影像?！?2〕這有點(diǎn)象是在物理學(xué)語言中談?wù)摗盎煸被颉疤珮O”一樣，很難說對(duì)觀念有積極的建設(shè)。

本文從科學(xué)語言的角度，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)性的保障，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言理想化而創(chuàng)立了邏輯語言以來，西方的科學(xué)語言就一直是在實(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，而不能反過來?？墒且粋€(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)在的無限可能性向語言的有限性的挑戰(zhàn)，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(tài)的物理學(xué)的問題。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“要做比這些更多的事情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?！薄?5〕

量子力學(xué)論文:量子力學(xué)對(duì)經(jīng)典科學(xué)世界圖景的變革

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 起來的一整套觀點(diǎn)、方法、學(xué)說。經(jīng)典科學(xué)世界圖景的較大特征是機(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；說它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它化。[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，無論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行預(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，我們不能說某個(gè) 電子 一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(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)，以及還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。?

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]?

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來看，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(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^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)原理說明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說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)思維方式來看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說過， 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)雜的太陽系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變?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“照本來樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，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，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)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，我們觀測(cè)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(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、的世界。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“說什么”。

量子力學(xué)論文:淺談量子力學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用

摘 要：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。它有很多基本特征，如不確定性、波粒二象性等，在原子和亞原子的微觀尺度上將變的極為顯著。愛因斯坦、海森堡、波爾、薛定諤、狄拉克等人對(duì)其理論發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)之一，在低速、微觀的現(xiàn)象范圍內(nèi)具有普遍適用的意義。論述了量子力學(xué)的發(fā)展以及與量子力學(xué)相關(guān)的物理概念，討論了量子力學(xué)研究的主要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué) 量子力學(xué)發(fā)展 質(zhì)子和粒子

前言：量子力學(xué)是對(duì)牛頓物理學(xué)的根本否定。l9世紀(jì)末正當(dāng)人們?yōu)榻?jīng)典物理取得重大成就歡呼的時(shí)候，一系列經(jīng)典理論無法解釋的現(xiàn)象一個(gè)接一個(gè)地發(fā)現(xiàn)了。在經(jīng)典力學(xué)時(shí)期，物理學(xué)所探討的主要是那些描述用比較直接的試驗(yàn)研究就可以接觸到的物理現(xiàn)象的定律和理論。在宏觀和慢速的世界中，牛頓定律和麥克斯韋電磁理論是很好的自然定律。而對(duì)于發(fā)生在原子和粒子這樣小的物體中的物理現(xiàn)象，經(jīng)典物理學(xué)就顯得無能為力，很多現(xiàn)象沒法解釋。

1.量子力學(xué)的起源

量子論起源于經(jīng)典物理學(xué)體系中出現(xiàn)的反常的經(jīng)驗(yàn)問題，以及相伴隨的概念問題。量子力學(xué)的發(fā)展主要?dú)w功于四位物理學(xué)家。德國(guó)的海森伯于1926年作出了量子力學(xué)理論的及時(shí)種表述。利用矩陣力學(xué)的理論，求得描述原子內(nèi)部電子行為的一些可觀察量的正確數(shù)值。接著，奧地利的薛定諤發(fā)表了波動(dòng)力學(xué)，是量子力學(xué)的另一種數(shù)學(xué)表述。同年，德國(guó)的伯恩對(duì)上述兩種數(shù)學(xué)表述作出可以接受的物理解釋，并首先使用“量子力學(xué)”這個(gè)名詞。1928年，英國(guó)的狄拉克又把上面的理論加以推廣，并與狹義相對(duì)論結(jié)合起來。

量子力學(xué)是對(duì)牛頓物理學(xué)的根本否定。牛頓認(rèn)為物質(zhì)是由粒子組成的，粒子是一個(gè)實(shí)體，量子力學(xué)認(rèn)為粒子是波，波是無邊無際的。牛頓認(rèn)為宇宙是一部機(jī)器，可以把研究對(duì)象分成幾部分，然后對(duì)每一部分進(jìn)行研究。量子力學(xué)認(rèn)為自然界是深深地連通著的，一定不能把微觀體系看成是由可以分開的部分組成的。因?yàn)閮蓚€(gè)粒子從實(shí)體看可以分開，從波的角度他們是糾纏在一起的。牛頓認(rèn)為宇宙是可以預(yù)言的，而量子力學(xué)認(rèn)為，自然界在微觀層次上是由隨機(jī)性和機(jī)遇支配的。牛頓認(rèn)為自然界的變化是連續(xù)的，量子力學(xué)認(rèn)為自然界的變化是以不連續(xù)的方式發(fā)生的。

2.量子力學(xué)的形成

2.1 量子假說的提出

1900年l2月14日，德國(guó)物理學(xué)家普朗克在柏林德國(guó)物理學(xué)會(huì)一次會(huì)議上提出了黑體輻射定律的推導(dǎo)，這24小時(shí)被認(rèn)為是量子力學(xué)理論的誕辰日。在推導(dǎo)輻射強(qiáng)度作為波長(zhǎng)和溫度函數(shù)的理論表達(dá)式時(shí)，普朗克假設(shè)構(gòu)成腔壁的原子的行經(jīng)像極小電磁振子，各振子均有一個(gè)振蕩的特征頻率。振子發(fā)射電磁能量于空腔中，并自空腔中吸收電磁能量，因此可以由在輻射平衡狀態(tài)的振子的特性而推出空腔輻射的特性。而關(guān)于原子的振子，普朗克作了兩項(xiàng)

根本的假設(shè)，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下：

① 振子不能為“任何能量”，只能為：

（1）

式中：為振子頻率，為常數(shù)（現(xiàn)稱為普朗克常數(shù)），只能為整數(shù)（現(xiàn)稱為量子數(shù)），（1）式斷言振子的能量只能是一份一份的，而不能是連續(xù)的，即振子能量是量子化的。

②振子并不連續(xù)放射能量，僅能以“跳躍”方式放射，或稱“量子式”放射。當(dāng)振子自一量狀態(tài)改變至另一態(tài)時(shí)，即放出能量量子。因此，當(dāng)改變一個(gè)單位時(shí)，放射之能量為：

只要振子仍在同一量子狀態(tài)，則既不放射能量也不吸收能量。

2.2 愛因斯坦利用量子假說揭開光電效應(yīng)之謎

愛因斯坦根據(jù)普朗克的量子假設(shè)推理認(rèn)為：如果一個(gè)振動(dòng)電荷的能量是量子化的，那么它的能量變化只能是從一個(gè)允許的能量瞬時(shí)地躍遷到另一個(gè)允許的能量，因?yàn)楦静辉试S它具有任何中間的能量值。而能量守恒就意味著，發(fā)射出的輻射必須是以一股瞬時(shí)的輻射進(jìn)發(fā)的形式從振動(dòng)電荷產(chǎn)生出來，而不是電磁波理論所預(yù)言的長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)波。愛因斯坦得出結(jié)論：輻射永遠(yuǎn)以一個(gè)個(gè)小包、小粒子的形式出現(xiàn)，但不是象質(zhì)子、電子那樣的實(shí)物粒子。這些新粒子是輻射構(gòu)成的；它們是可見光粒子、紅外光粒子、 射線粒子等等。這些輻射粒子叫做光子。光子和實(shí)物粒子不同：它們永遠(yuǎn)以光速運(yùn)動(dòng)；它們的靜止質(zhì)量為零；振動(dòng)的帶電粒子產(chǎn)生光子。

3.量子力學(xué)的宇宙觀

在原子的量子理論的探討中，從對(duì)氫原子的研究中發(fā)現(xiàn)，氫原子有無數(shù)個(gè)量子態(tài)。而電子多于一個(gè)的原子有更復(fù)雜的量子態(tài)，這些量子態(tài)都從求解適合于該特定原子的薛定諤方程，并且要求其場(chǎng)剛好環(huán)繞原子核產(chǎn)生駐波而求得。由于這些量子態(tài)的每一個(gè)都是有特定頻率的駐波，并且波的頻率和它的能量相聯(lián)系，預(yù)期每個(gè)量子態(tài)只有一個(gè)特殊的能量。這就是說，預(yù)期任何一個(gè)態(tài)的能量不會(huì)有任何量子不確定性?？梢詫?duì)每個(gè)態(tài)的能量大小作合理的猜測(cè)。由于質(zhì)子作用于電子的力是吸引力，要把一個(gè)電子向外拖到離原子核更遠(yuǎn)的地方就必須做功。因此電子離原子核越遠(yuǎn)，電子的電磁能量就越高。

量子理論的中心思想是，一切東西都由不可預(yù)言的粒子構(gòu)成，但這些粒子的統(tǒng)計(jì)行為遵循一種可以預(yù)言的波動(dòng)圖樣。1927年，德國(guó)物理學(xué)家海森伯發(fā)現(xiàn)，這種波粒二象性意味著，微觀世界具有一種內(nèi)稟的，可以量化的不確定性。量子理論的較大特點(diǎn)也許是它的不確定性。量子不確定的實(shí)質(zhì)是，相同的物理情況將導(dǎo)致不同的結(jié)果。哥本哈根學(xué)派解釋的結(jié)論是，微觀事件真的是不可預(yù)言的。而且，當(dāng)我們說一個(gè)微觀粒子的位置是不確定的時(shí)候，意思并不僅僅是我們?nèi)狈τ嘘P(guān)其位置的知識(shí)。相反，意思是這個(gè)粒子的確沒有確定的位置

結(jié)語：量子力學(xué)在低速、微觀的現(xiàn)象范圍內(nèi)具有普遍適用的意義。它是現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)之一，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的表面物理、半導(dǎo)體物理、凝聚態(tài)物理、粒子物理、低溫超導(dǎo)物理、量子化學(xué)以及分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展中，都有重要的理論意義。量子力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展標(biāo)志著人類認(rèn)識(shí)自然實(shí)現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。

量子力學(xué)論文:超流與超導(dǎo)理論及對(duì)應(yīng)量子力學(xué)理論的比較研究

【摘 要】 量子力學(xué)中超流和超導(dǎo)系統(tǒng)的拉格朗日密度不是相對(duì)論協(xié)變的，我們可以把它看作是在一定條件下某種相對(duì)論協(xié)變的拉格朗日密度的近似?；谶@個(gè)方法本文提出了一個(gè)新的拉格朗日密度，比原來的多出一些項(xiàng)。從量子力學(xué)拉格朗日密度得到的運(yùn)動(dòng)方程是不完整的，它忽略了一些項(xiàng)。相對(duì)論協(xié)變的拉格朗日密度則解決了這些問題，使運(yùn)動(dòng)方程是完整的。在此基礎(chǔ)上本文提出并研究了更一般的超流和超導(dǎo)拉格朗日密度及其動(dòng)力學(xué)。

【關(guān)鍵詞】 超流 超導(dǎo) 拉格朗日密度 運(yùn)動(dòng)方程

1 超流和超導(dǎo)系統(tǒng)拉氏量及其運(yùn)動(dòng)方程

眾所周知，目前量子力學(xué)的超流和超導(dǎo)系統(tǒng)的拉格朗日密度不是相對(duì)論協(xié)變的，我們給出了超流和超導(dǎo)系統(tǒng)的一般相對(duì)論協(xié)變的拉格朗日密度，給出將其近似后得到了非相對(duì)論協(xié)變的拉格朗日密度及相關(guān)的理論。從舊的非相對(duì)論協(xié)變的拉格朗日密度得到的運(yùn)動(dòng)方程是不完整的，它失去了一些重要項(xiàng)。新的運(yùn)動(dòng)方程可以近似為舊的運(yùn)動(dòng)方程，新的動(dòng)量和能量可以在某些條件下返回到超流和超導(dǎo)系統(tǒng)的能量動(dòng)量表達(dá)式，從一般的拉格朗日密度出發(fā)得到的能量和動(dòng)量是的，沒有忽略任何項(xiàng)。我們還推導(dǎo)出，在速度場(chǎng)的散度為零的條件下，經(jīng)典的超流和超導(dǎo)拉格朗日密度和新的拉格朗日密度給出兩種不同的表現(xiàn)形式，但可以得到相同的方程，并得到了它的解。使用兩種不同的拉格朗日密度，我們得到不同的力，并且給出了兩種超流和超導(dǎo)標(biāo)量場(chǎng)理論的比較研究，及其相應(yīng)的量子力學(xué)理論。

量子力學(xué)中的超流和超導(dǎo)系統(tǒng)的拉格朗日密度不是相對(duì)論協(xié)變的，可以把它看作是在一定條件下某種相對(duì)論協(xié)變的拉格朗日密度的近似?；谶@個(gè)方法，我們提出了一個(gè)新的拉格朗日密度，它比原來的多出一些項(xiàng)。計(jì)算表明，從原來的拉格朗日密度得到的運(yùn)動(dòng)方程是不完整的，它自動(dòng)消去了二階項(xiàng)。我們的拉格朗日密度則解決了這些問題，使得運(yùn)動(dòng)方程更完整。在附加的近似條件下，它可以近似為現(xiàn)行量子力學(xué)中超流和超導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。

2 超流超導(dǎo)守恒流與能動(dòng)張量

從不協(xié)變和協(xié)變的拉格朗日密度出發(fā)，我們分別得到了現(xiàn)行的不嚴(yán)格的守恒流、動(dòng)量和能量形式以及新的嚴(yán)格的守恒流、動(dòng)量和能量形式。在一定條件下，后者可以返回到現(xiàn)行量子力學(xué)的超流、超導(dǎo)的動(dòng)量和能量形式。這進(jìn)一步說明，現(xiàn)行量子力學(xué)的超流和超導(dǎo)系統(tǒng)的拉格朗日密度可以通過本文的拉格朗日密度得到?？梢钥吹皆瓉淼睦窭嗜彰芏鹊玫降哪芰亢蛣?dòng)量忽略了一些高階項(xiàng)，它們是近似的。從我們的拉格朗日密度得到的能量和動(dòng)量是的，沒有忽略高階項(xiàng)，原來的能量動(dòng)量只是我們新的能量動(dòng)量的一個(gè)特例。

因此，使用嚴(yán)格的、完整的和相對(duì)論協(xié)變的拉格朗日密度，通過嚴(yán)格的推導(dǎo)，我們?yōu)楫?dāng)前超流和超導(dǎo)理論做了修正。也就是說，我們給出了完整和嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)方程、能量梯度、滲透動(dòng)量和馬格努斯力?？梢钥闯?，目前的超流和超導(dǎo)理論是不嚴(yán)格的，這使得它做了一些近似，并且失去了一些重要的項(xiàng)。然而，我們表明，這些項(xiàng)具有重要的物理意義，不應(yīng)被丟掉。我們提出了一種新的一般的拉格朗日密度和嚴(yán)格的計(jì)算方式，通過這種方式，這些在舊的超流和超導(dǎo)理論中已丟掉的項(xiàng)都被保留了下來，因而一般的超流和超導(dǎo)體理論是完整的。這些新出現(xiàn)的項(xiàng)和超流、超導(dǎo)條件對(duì)超流、超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)的研究具有重要參考價(jià)值。因此，我們的工作不僅對(duì)超流和超導(dǎo)在理論上有很重要的參考價(jià)值，同時(shí)對(duì)超流和超導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)也具有非常重要的指導(dǎo)意義。

3 結(jié)語

本文在經(jīng)典超流和超導(dǎo)拉格朗日理論的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)相對(duì)論協(xié)變的新的拉格朗日密度，并且由新的拉格朗日密度得到了新的運(yùn)動(dòng)方程以及對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)?？梢钥闯觯碌睦窭嗜彰芏雀訉?duì)稱。這說明之前在舊拉格朗日密度基礎(chǔ)上的對(duì)超流和超導(dǎo)的計(jì)算是不完整的，而用新的拉格朗日密度進(jìn)行計(jì)算則避免了這一不足。這對(duì)于理論的修正和實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)都具有很重要的意義。

量子力學(xué)論文:類比教學(xué)方法在量子力學(xué)課程中的教學(xué)探討

摘要：本文通過把經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)作對(duì)比，論述它們之間的類似之處。在量子力學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的相似點(diǎn)，將類比教學(xué)法應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)中，讓學(xué)生有意識(shí)地接受新知識(shí)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維、鞏固學(xué)生已學(xué)知識(shí)發(fā)揮了一定的作用，并取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：類比教學(xué)法；量子力學(xué)；應(yīng)用探究

量子力學(xué)作為描寫微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的學(xué)科，是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)之一，而且在化學(xué)和很多近代技術(shù)中也有廣泛應(yīng)用。量子力學(xué)是在舊量子論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，對(duì)于量子數(shù)大到一定的極限的量子系統(tǒng)，可以用經(jīng)典理論描述。量子力學(xué)、經(jīng)典力學(xué)既有區(qū)別也有聯(lián)系，從這些區(qū)別和聯(lián)系入手可以使學(xué)生更加容易理解量子力學(xué)的新知識(shí)?；诖耍疚脑诜治隽孔恿W(xué)和經(jīng)典力學(xué)的相似點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探究并實(shí)踐了如何讓學(xué)生加深理解的問題。將類比教學(xué)法應(yīng)用于量子力學(xué)的實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中，這樣既可以豐富教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生積極性，又可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，同時(shí)還可以鞏固學(xué)生以前學(xué)過的經(jīng)典物理學(xué)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而能提升量子力學(xué)課教學(xué)質(zhì)量。

一、類比教學(xué)法

類比方法是根據(jù)兩類物理現(xiàn)象在某些性質(zhì)的相同或相似處，推斷出這兩類物理現(xiàn)象的另一些性質(zhì)也相同或相似的一種邏輯推理方法。類比法是專業(yè)術(shù)語，指由一類事物所具有的某種屬性，可以推測(cè)與其類似的事物也應(yīng)具有這種屬性的推理方法。在我們學(xué)習(xí)一些十分抽象地看不見、摸不著的物理量時(shí)，由于不易理解，我們就拿出一個(gè)大家能看見的且與之很相似的事物來進(jìn)行對(duì)照學(xué)習(xí)。類比方法強(qiáng)調(diào)在分析、發(fā)現(xiàn)不同事物的共同性質(zhì)的基礎(chǔ)上，把一個(gè)事物的屬性轉(zhuǎn)移到另一類事物上。類比的過程具有創(chuàng)造性，是科學(xué)家常用的思維方法。

二、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的相似點(diǎn)及類比教學(xué)法的應(yīng)用

物理學(xué)研究的目的是總結(jié)、概括各種不同物質(zhì)在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且把這些規(guī)律用數(shù)學(xué)公式表示出來。量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的研究對(duì)象不同，而宏觀和微觀物質(zhì)自身性質(zhì)的巨大差異，造成了學(xué)習(xí)量子力學(xué)相比于學(xué)習(xí)經(jīng)典力學(xué)的困難。而另一方面，把量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)類比，找到它們之間的共同點(diǎn)，再進(jìn)一步推理，可以更加容易理解量子力學(xué)理論。在處理物體直線運(yùn)動(dòng)或是自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們自然會(huì)想到在（x，y，z）所組成的空間坐標(biāo)系中，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)定律，分析物體的狀態(tài)隨時(shí)間的變化情況。每一時(shí)刻，物體的位置可以用三維空間里的任何一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)表示出來。為了方便地處理不同物理問題，空間直角坐標(biāo)系可以變換成柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系。處理物體的碰撞時(shí)，把實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系換成質(zhì)心坐標(biāo)系，利用動(dòng)量守恒原理，也可以使表達(dá)式更加簡(jiǎn)單，易于求解。因此，選擇的坐標(biāo)系，可以讓復(fù)雜的問題變的簡(jiǎn)單。在微觀世界中，量子力學(xué)仍然需要在恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系中討論物理問題。在經(jīng)典力學(xué)中，物體處在某個(gè)狀態(tài)的位置和角動(dòng)量可以被的計(jì)算。但是，對(duì)于微觀體系，比如一個(gè)電子在原子中的環(huán)繞原子核運(yùn)動(dòng)，它的位置、動(dòng)量不能同時(shí)確定。當(dāng)該電子處于定態(tài)時(shí)，它的能量不會(huì)隨時(shí)間變化，即它的能量守恒。這時(shí)，我們可以把電子放在能量坐標(biāo)系中討論。在數(shù)學(xué)中，希爾伯特空間是歐幾里得空間的一個(gè)推廣，它不再局限于有限維的情形。在量子力學(xué)中，能量坐標(biāo)系被稱為能量表象。量子力學(xué)中常見的表象包括：動(dòng)量表象，能量表象，粒子數(shù)表象等。在矩陣力學(xué)中，把狀態(tài)Ψ看成是一個(gè)列向量。選擇一個(gè)特定的Q表象，就相當(dāng)于選取一個(gè)特定的坐標(biāo)系?！龅谋菊骱瘮?shù)u1（x1），u2（x2），u3（x3）…un（xn）就是這個(gè)表象的基矢，相當(dāng)于笛卡爾坐標(biāo)系的單位矢量i，j，k；波函數(shù)a1（t），a2（t）…an（t），是態(tài)矢量Ψ在Q表象中沿基矢方向的“分量”，正如A沿i，j，k三個(gè)方向的分量是（Ax，Ay，Az）一樣；■本征函數(shù)的歸一性，類似于幾何坐標(biāo)系的i?ij?jk?k1；而本征函數(shù)的正交性，類似于幾何坐標(biāo)系中i?ji?kj?k0[5]。在量子力學(xué)中，■的本征函數(shù)有無限多，稱態(tài)矢量所在空間是無限維的希爾伯特空間。由此看來，幾何坐標(biāo)和力學(xué)表象是同一個(gè)概念，只是處理不同的問題時(shí)，選擇不同的坐標(biāo)系可以減小復(fù)雜程度。在量子力學(xué)中如果知道了狀態(tài)的波函數(shù)，那么粒子處于空間某點(diǎn)的幾率，以及力學(xué)量的平均值均可求得，因此說波函數(shù)描述粒子體系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而對(duì)于同一個(gè)狀態(tài)，在不同的表象中，有不同的波函數(shù)形式。量子力學(xué)的一種基本假設(shè)是波函數(shù)滿足態(tài)疊加原理：

ψc1ψ1+c2ψ2+K+cnψn （1）

此式的物理意義是量子體系的一般狀態(tài)是所有本征態(tài)的線性疊加。Ψn是體系的可能態(tài)，相應(yīng)的概率分別為|ck|2，而且滿足歸一化■c■■1。在經(jīng)典力學(xué)中，伽利略變換可以變換不同的慣性系。量子力學(xué)則借助幺正矩陣來實(shí)現(xiàn)不同表象之間的變換。那什么是幺正矩陣呢？簡(jiǎn)單來說就是滿足S+S-1的矩陣稱為幺正矩陣，而由幺正矩陣所表示的變化稱為幺正變換。所以由一個(gè)表象到另一個(gè)表象的變換是幺正變換。如果以F'表示算符■在B表象中的矩陣，F(xiàn)表示■在A表象中的矩陣，則通過幺正變換可得：F'S-1FS （2） 也就是說力學(xué)量F在A表象中的矩陣左右分別乘幺正矩陣的逆矩陣和原矩陣就可以把力學(xué)量F轉(zhuǎn)換到B表象中去。量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)間的相似點(diǎn)還有很多。量子力學(xué)類比教學(xué)法的核心是，注意強(qiáng)調(diào)量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的必然聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、探索量子力學(xué)新知識(shí)的本質(zhì)，把新知識(shí)與已經(jīng)掌握的量子力學(xué)知識(shí)類比，深入透徹的理解量子力學(xué)的假設(shè)、定義和公式。

綜上所述，把量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)做類比，就是要發(fā)掘出、并重點(diǎn)講解它們之間的相似點(diǎn)，讓學(xué)生在這些相似點(diǎn)的基礎(chǔ)上，主動(dòng)的思考分辨量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的相同和不同。本文以表象為例，把表象變換與數(shù)學(xué)上幾何坐標(biāo)進(jìn)行了類比，講述了對(duì)表象及其變換的理解?？傊?，在講授抽象的量子力學(xué)時(shí)，把它和經(jīng)典物理進(jìn)行類比可以幫助學(xué)生更好的理解、掌握新知識(shí)，能起到很好的教學(xué)效果，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。但類比法不是萬能的，要靈活、恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到位，才能較大程度地發(fā)揮它的積極作用。

量子力學(xué)論文:量子力學(xué)教學(xué)方法研討

摘要：量子力學(xué)是物理本科專業(yè)一門重要的理論課程，但由于其抽象、深?yuàn)W、難學(xué)也難教，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)增加了難度。文章介紹了大學(xué)物理老師在講授量子力學(xué)中的一些心得，以及如何使學(xué)生掌握基本知識(shí)的同時(shí)，提高學(xué)生的思維能力和對(duì)量子力學(xué)的興趣。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)改革

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

一、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革

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

二、重視緒論課的教學(xué)

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

三、重視物理學(xué)史的引入

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

四、教學(xué)手段的改革

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

五、加強(qiáng)教學(xué)過程的管理

教學(xué)過程包括課前、課上和課后，在學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的過程中可以重點(diǎn)利用課堂上的引導(dǎo)和啟發(fā)，促進(jìn)學(xué)生課前和課后對(duì)量子力學(xué)的學(xué)習(xí)。預(yù)習(xí)是對(duì)于學(xué)習(xí)任何一門學(xué)科都很重要，當(dāng)然，量子力學(xué)也不例外，預(yù)習(xí)是一個(gè)提前自我學(xué)習(xí)的過程，能夠大概了解將要學(xué)習(xí)內(nèi)容的大概，這樣不僅能夠更正理解有偏差的部分和加強(qiáng)正確理解部分的記憶，還能夠有重點(diǎn)地聽課，對(duì)于學(xué)習(xí)量子力學(xué)是很重要的。預(yù)習(xí)也是一個(gè)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)思考的過程，對(duì)于增強(qiáng)學(xué)生接受新事物的能力、形成自己的觀點(diǎn)以及以后學(xué)生的終身事業(yè)的建立都是很重要的[8]。由于量子力學(xué)在理解上難度較大，很難激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這就要求課堂上教師用更好的上課方式對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)和啟發(fā)?；钴S的課堂教學(xué)氣氛和充分的討論在教學(xué)中是必須的，量子力學(xué)的課堂一定要避免成為一言堂，要適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生提出問題，這樣有助于激發(fā)學(xué)生的思維能力，幫助學(xué)生形成新的思維方式，比如：逆向思維和非規(guī)范性思維等，然后在教師的引導(dǎo)下結(jié)合實(shí)際進(jìn)行討論，讓學(xué)生充分意識(shí)到量子力學(xué)與我們的生活息息相關(guān)，因此，教師可以多介紹一些近代物理、生命科學(xué)、化學(xué)、現(xiàn)代分析技術(shù)和材料科學(xué)等學(xué)科中量子力學(xué)的應(yīng)用部分，讓學(xué)生可以真切地感受到量子力學(xué)對(duì)我們生活的影響，此外，課上可以分配小組每節(jié)課前講述量子力學(xué)的近期發(fā)展動(dòng)態(tài)，分組的時(shí)候可以根據(jù)不同基礎(chǔ)和不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生來分組，這樣增強(qiáng)學(xué)生探索性學(xué)習(xí)的能力和搜集信息的能力[9]。另外，作者建議，引入商業(yè)上的PK機(jī)制，下課之前教師分配章節(jié)，并且對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，讓相同程度的學(xué)生之間進(jìn)行量子力學(xué)認(rèn)知上的小競(jìng)賽，對(duì)贏的同學(xué)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，或者輸?shù)耐瑢W(xué)上講臺(tái)唱歌，這樣做不僅能夠活躍課堂氛圍，效果好的話能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的極大興趣。

量子力學(xué)的教學(xué)不僅僅只是因?yàn)樗墙锢淼囊淮蠡A(chǔ)，更主要的價(jià)值是在學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)出來的從事科學(xué)研究的方法和對(duì)自然科學(xué)的興趣，這些是其他課程所不能替代的。希望能通過我們廣大物理教師的不斷摸索，對(duì)教學(xué)的內(nèi)容和方法進(jìn)行改革，使學(xué)生更好地掌握這門認(rèn)識(shí)世界和改造世界的武器。

量子力學(xué)論文:量子力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

摘 要：量子力學(xué)課程是工科電類專業(yè)基礎(chǔ)課程的重要組成部分。課程的物理概念抽象，應(yīng)用的數(shù)學(xué)知識(shí)較多，歷來都是反映“老師難教、學(xué)生難學(xué)”的課程。結(jié)合課程組多年的教學(xué)和研究的經(jīng)歷，從激發(fā)學(xué)生興趣，構(gòu)建物理圖像，結(jié)合學(xué)科近期發(fā)展成果等方面對(duì)課程的教學(xué)進(jìn)行了有益的探索和思考。實(shí)踐表明，這樣的教學(xué)模式得到了學(xué)生的肯定，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法

量子力學(xué)課程是工科電類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握量子力學(xué)的基本原理和基本方法，認(rèn)識(shí)微觀世界的物理圖像以及微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，了解宏觀世界與微觀世界的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)的區(qū)別。量子力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)的如“固體物理學(xué)”、“半導(dǎo)體物理學(xué)”、“集成電路工藝原理”、“量子電子學(xué)”、“納米電子學(xué)”、“微電子技術(shù)”等課程的學(xué)習(xí)。

量子力學(xué)課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力和空間想象能力等要求較高，因此要學(xué)好量子力學(xué)，在我們教學(xué)的過程中，需要充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。同時(shí)，隨著科學(xué)日新月異的發(fā)展，對(duì)量子力學(xué)課程的教學(xué)也不斷提出新的要求。如何充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和能動(dòng)性，切實(shí)提高量子力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和教師的教學(xué)水平，已經(jīng)成為擺在高校教師目前的一項(xiàng)重要課題。

該課程組在近幾年的教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐中，本著高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求，強(qiáng)調(diào)量子力學(xué)基本原理、基本思維方法的訓(xùn)練，結(jié)合物理學(xué)史，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；充分利用熟知軟件，理解物理圖像，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性；結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)，強(qiáng)調(diào)理論在實(shí)踐中的應(yīng)用，取得了良好的教學(xué)效果。

1 當(dāng)前的現(xiàn)狀及存在的主要問題

目前工科電類專業(yè)普遍感覺量子力學(xué)課程難學(xué)，其主要原因在于：及時(shí)，量子力學(xué)它是一門全新的課程理論體系，其基本理論思想與解決問題的方法都沒有經(jīng)典的對(duì)應(yīng)，而學(xué)習(xí)量子力學(xué)必須脫離以前在頭腦中根深蒂固的“經(jīng)典”的觀念；第二，量子力學(xué)的概念與規(guī)律抽象，應(yīng)用的數(shù)學(xué)知識(shí)比較多，公式推導(dǎo)復(fù)雜，計(jì)算困難；第三，雖然量子力學(xué)問題接近實(shí)際，但要學(xué)生理解和解決問題，還需要一個(gè)過程；由于上述問題的存在，使初學(xué)者都感到量子力學(xué)課程枯燥無味、晦澀難懂，而且隨著學(xué)科知識(shí)的飛速發(fā)展，知識(shí)的更新周期空前縮短，在有限的課時(shí)情況下，如何使學(xué)生在掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，跟上時(shí)代的步伐，了解科學(xué)的前沿，以適應(yīng)新世紀(jì)人才培養(yǎng)的需求，是擺在我們教育工作者面前的巨大挑戰(zhàn)。

2 結(jié)合物理學(xué)史激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是好的老師，在大學(xué)物理中，談到了19世紀(jì)末物理學(xué)所遇到的“兩朵烏云”，光電效應(yīng)和紫外災(zāi)難，1900年，普朗克提出了能量子的概念，解決了黑體輻射的問題；后來，愛因斯坦在普朗克的啟發(fā)下，提出了光量子的概念，解釋了光電效應(yīng)，并提出了光的波粒二象性；德布羅意又在愛因斯坦的啟發(fā)下，大膽的提出實(shí)物粒子也具有波粒二象性；對(duì)于物理學(xué)的第三朵烏云“原子的線狀光譜，”玻爾提出了關(guān)于氫原子的量子假設(shè)，解釋了氫原子的結(jié)構(gòu)以及線狀光譜的實(shí)驗(yàn)。后來還有薛定諤、海森堡、狄拉克等偉大的物理學(xué)家的努力，建立了一套嶄新的理論體系-量子力學(xué)。在教學(xué)的過程中，適當(dāng)穿插量子力學(xué)的發(fā)展歷史以及偉大科學(xué)家的傳記故事，避免了量子力學(xué)課程“全是數(shù)學(xué)的推導(dǎo)”的現(xiàn)狀，這樣激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，通過對(duì)偉大科學(xué)家的介紹，培養(yǎng)刻苦鉆研的精神。實(shí)踐表明，這樣的教學(xué)模式大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

3 結(jié)合熟知軟件化抽象為形象

量子力學(xué)內(nèi)容抽象，對(duì)一些典型的結(jié)論，可以用軟件模擬的方式實(shí)現(xiàn)物理圖像的重現(xiàn)。很多軟件如matlab、c語言等很多學(xué)生不是很熟練，而且編程較難，結(jié)合物理結(jié)論作圖較為困難；Excell是學(xué)生常用的軟件之一，簡(jiǎn)單易學(xué)卻功能強(qiáng)大，幾乎每位同學(xué)都非常熟練，我們充分利用這一點(diǎn)，將Excell軟件應(yīng)用到量子力學(xué)的教學(xué)過程中，取得了良好的效果。

如在一維無限深勢(shì)阱中，我們用解析法嚴(yán)格求解得到了波函數(shù)和能級(jí)的方程。而波函數(shù)的模方表示幾率密度。我們要求學(xué)生用Excell作圖，這樣得到粒子阱中的幾率分布，通過與經(jīng)典幾率的比較（經(jīng)典粒子在阱中各處出現(xiàn)的幾率應(yīng)該相等）和經(jīng)典能級(jí)的比較（經(jīng)典的能量分布應(yīng)該是連續(xù)的函數(shù)），通過學(xué)生的自我參與，充分激發(fā)了學(xué)生的求知欲望；從簡(jiǎn)單的作圖，學(xué)生深刻理解了微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)；微觀粒子的能量不再是連續(xù)的，而是量子化了的能級(jí)，當(dāng)n趨于無窮大時(shí)微觀趨向于經(jīng)典的結(jié)果，即經(jīng)典是量子的極限情況；通過學(xué)生熟知的軟件，直觀的再現(xiàn)了物理圖像，學(xué)生會(huì)進(jìn)一步來深刻思考這個(gè)結(jié)論的由來，傳統(tǒng)的教學(xué)中，我們先講薛定諤方程，然后再解這個(gè)方程，再利用邊界條件和波函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)條件，一步一步推導(dǎo)下來，這樣的教學(xué)模式有很多學(xué)生由于數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)較為薄弱，推導(dǎo)過程又比較繁瑣，因此會(huì)逐步對(duì)課程失去了興趣，這也直接影響了后面章節(jié)的學(xué)習(xí)，而通過學(xué)生親自作圖實(shí)現(xiàn)的物理圖像，改變了傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，較大限度的使學(xué)生參與到課程中，這樣的效果也將事半功倍了，大大提高了教學(xué)的效果。

4 結(jié)合科學(xué)發(fā)展前沿拓寬學(xué)生視野

在課程的教學(xué)中，除了注重理論基礎(chǔ)知識(shí)的講解和基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用以外，還需介紹量子力學(xué)學(xué)科前沿發(fā)展的一些動(dòng)態(tài)。結(jié)合教師的教學(xué)科研工作，將國(guó)內(nèi)外反映量子力學(xué)方面的一些近期的成果融入到課程的教學(xué)之中，推薦和鼓勵(lì)學(xué)生閱讀反映這類問題的網(wǎng)站、科研文章，使學(xué)生了解量子力學(xué)學(xué)科的發(fā)展前沿，從而達(dá)到拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。例如近年興起并迅速發(fā)展起來的量子信息、量子通訊、量子計(jì)算機(jī)等學(xué)科，其基礎(chǔ)理論就是量子力學(xué)的應(yīng)用，了解了這些發(fā)展，學(xué)生會(huì)反過來進(jìn)一步理解課程中如量子態(tài)、自旋等概念，量子態(tài)和自旋本身就是非常抽象的物理概念，他們沒有經(jīng)典的對(duì)應(yīng)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解，學(xué)生會(huì)進(jìn)一步理解用態(tài)矢來表示一個(gè)量子態(tài)，由于電子的自旋只有兩個(gè)取向，正好與計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)中二進(jìn)制0和1相對(duì)應(yīng)，這也正是量子計(jì)算機(jī)的基本原理，通過學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。另外我們還要介紹量子力學(xué)在近代物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生命學(xué)等交叉學(xué)科中的應(yīng)用，拓寬學(xué)生的視野。

5 結(jié)語

該課程組經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)改革，已經(jīng)逐步形成了一套行之有效的教學(xué)方法，在使學(xué)生充分理解和掌握量子力學(xué)的基本概念和基本思想的基礎(chǔ)上，初步具備利用量子力學(xué)基本理論進(jìn)行分析和解決相關(guān)實(shí)際問題的能力，改革和研究的結(jié)果對(duì)于推動(dòng)高校工科電類專業(yè)的量子力學(xué)課程的教學(xué)具有一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

量子力學(xué)論文:牛頓、愛因斯坦以及量子力學(xué)

如果我們想知道未來，唯有通過行動(dòng)，因?yàn)槲磥聿豢深A(yù)知。

19世紀(jì)末，20世紀(jì)初不但是世紀(jì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，更是人類知識(shí)體系的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。哲學(xué)上，尼采代表的存在主義哲學(xué)對(duì)理性主義發(fā)出了怒吼，那個(gè)抽象的上帝已死，感性的“人”回歸。而在物理學(xué)上，一個(gè)叫愛因斯坦的年輕人和他同時(shí)代的物理天才們正在對(duì)牛頓體系發(fā)起反抗。盡管，愛因斯坦將自己做了傳統(tǒng)理論的捍衛(wèi)者，并對(duì)量子物理產(chǎn)生抗拒心理。不可否認(rèn)的是，這些天才科學(xué)家已經(jīng)整體被認(rèn)為是新世界的奠基人。

從古希臘哲學(xué)到牛頓力學(xué)

對(duì)于過去300年來，人類對(duì)于牛頓體系的依賴，波普爾有過一句相當(dāng)?shù)拿枋觯骸白匀缓妥匀环▌t在夜間隱去。上帝說，讓牛頓來！于是，一切變得光明起來。”

從古希臘時(shí)期，哲學(xué)家們就開始思考自然運(yùn)行的法則。比如，物體下落是因?yàn)樗鼈冇汹呌谟钪嬷行牡谋灸埽ù藭r(shí)，人們認(rèn)為地球就是宇宙的中心）。物體越重，本能越強(qiáng)，所以，重的物體會(huì)下落得更快。天體的運(yùn)行估計(jì)是圓形的，因?yàn)檫@是天堂的形式。

古希臘的科學(xué)觀由哲學(xué)家建立，缺少實(shí)驗(yàn)精神和更多的審美訴求。因此，在那個(gè)時(shí)期，出現(xiàn)了百家爭(zhēng)鳴的局面。直到中世紀(jì)，亞理斯多德的科學(xué)觀和托勒密的“地心說”被宗教所采用，成為描述天堂和地獄的依據(jù)。

16世紀(jì)，哥白尼和開普勒分別利用算法技巧對(duì)宗教宇宙觀發(fā)起挑戰(zhàn)，“地心說”在數(shù)學(xué)上被推翻，“日心說”掀起了新的知識(shí)革命。但是，真正對(duì)后世物理思想產(chǎn)生影響的是帕多瓦大學(xué)的一位年輕教授，年僅27歲的伽里略。作為哥白尼的信徒，為了避免布魯諾所遭受的宗教迫害，他放棄了哥白尼學(xué)說。但是，他直接對(duì)地心說的源頭，也就是亞理斯多德的“本能論”進(jìn)行駁斥。他的駁斥方法在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是開天辟地，即“實(shí)驗(yàn)”。其中，最著名的當(dāng)屬比薩斜塔的落球?qū)嶒?yàn)。

伽里略對(duì)物理學(xué)發(fā)展的意義極為深遠(yuǎn)：科學(xué)只應(yīng)該處理能被證實(shí)的事情，直覺和是沒有意義的?？茖W(xué)終于擺脫了空想和計(jì)算，帶著“實(shí)驗(yàn)”精神取得了前所未有的進(jìn)步。

1647年，伽里略去世，艾薩克?牛頓出生。這個(gè)聲稱自己是通過觀察蘋果落地而發(fā)現(xiàn)萬有引力的天才，一手建立的“鐘表”世界觀影響了人類的方方面面。甚至可以說，偉大的工業(yè)革命以及曾經(jīng)牢不可破的資本主義世界都是牛頓定律的產(chǎn)物。

牛頓世界觀最直接打破了中世紀(jì)的物質(zhì)世界和精神世界合一的世界觀，比如天堂也無法擺脫物理規(guī)律的束縛。自牛頓開始，物理學(xué)就一直在構(gòu)建一個(gè)日益精巧，且以力學(xué)為基礎(chǔ)的世界觀。整個(gè)宇宙被假定為一個(gè)巨大的機(jī)械鐘表，所謂科學(xué)就是無限地去發(fā)現(xiàn)隱藏其中的錯(cuò)綜復(fù)雜的運(yùn)轉(zhuǎn)細(xì)節(jié)。借助于萬有引力、熱力學(xué)、光學(xué)，物質(zhì)世界的每個(gè)方面，原則上都可以顯示為一個(gè)巨大的、聯(lián)動(dòng)的、合乎邏輯的機(jī)械裝置的一部分。每一個(gè)物理原理都能產(chǎn)生可預(yù)知的結(jié)果，而每一個(gè)結(jié)果都能追溯出的原因。

物理學(xué)家們認(rèn)為窮盡一生探索的因果關(guān)系，正是我們了解過去和未來的線索。也正是因果關(guān)系，讓愛因斯坦面對(duì)新的知識(shí)革命時(shí)糾結(jié)萬分。沒有了因果，科學(xué)探索還有什么意義嗎？

牛頓體系的影響力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了物理學(xué)范疇，社會(huì)學(xué)正是建立在“原子論”基礎(chǔ)之上，引力被亞當(dāng)斯密直接引用到了政治經(jīng)濟(jì)學(xué)中，生出了那只“看不見的手”。

牛頓理論也被稱為經(jīng)典物理理論，它在人類沖破宗教統(tǒng)治的過程中，起到了根本性作用，它貫穿了整個(gè)資本主義的黃金歲月，顯得如此堅(jiān)固。

惴惴不安的愛因斯坦

然而，物理學(xué)界在19世紀(jì)的24小時(shí)，迎來了其嶄新的篇章。英國(guó)著名物理學(xué)家開爾文爵士在歐洲物理學(xué)家的聚會(huì)上發(fā)表了著名的“兩朵烏云”說。他認(rèn)為，物理學(xué)的整體性日趨完善，但是“地平線上還有兩朵烏云”。正是這兩朵烏云，使得幾乎封頂?shù)奈锢韺W(xué)體系土崩瓦解。

“及時(shí)朵烏云出現(xiàn)在光的波動(dòng)理論上”，“第二朵烏云出現(xiàn)在關(guān)于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上”。開爾文爵士所言的及時(shí)朵烏云，日后演化成了愛因斯坦的相對(duì)論，第二朵烏云則是量子力學(xué)。

19世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)了光的波動(dòng)性，按照經(jīng)典物理學(xué)理念，光波的傳播和水波一樣，需要在某種介質(zhì)中傳播，這就是所謂的“定域性”。于是，“以太說”再次盛行（“以太”本是一個(gè)哲學(xué)概念，是古希臘人想象出來的空間介質(zhì)）。在以太中靜止的物體為靜止，相對(duì)以太運(yùn)動(dòng)的物體為運(yùn)動(dòng)。

以太的假設(shè)事實(shí)上代表了傳統(tǒng)的觀點(diǎn)：電磁波的傳播需要一個(gè)“靜止”的參照系，當(dāng)參照系改變，光速也改變。這個(gè)“靜止系”就是“以太系”。其他慣性系的觀察者所測(cè)量到的光速，應(yīng)該是 “以太系”的光速，是這個(gè)觀察者在 “以太系”上的速度之矢量

既然“以太”存在于宇宙之間，那么一定可以通過對(duì)光波的測(cè)量，來顯示出地球相對(duì)于太陽的運(yùn)動(dòng)。然而，這樣的實(shí)驗(yàn)以失敗告終。按照“以太說”，地球并沒有運(yùn)動(dòng)。這個(gè)失敗的實(shí)驗(yàn)震動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)界，像一朵烏云一樣，籠罩在經(jīng)典物理理論大廈的上空。

年輕的愛因斯坦在20世紀(jì)初，發(fā)表了狹義相對(duì)論，他大膽拋棄了“以太說”，電磁場(chǎng)本身就是物質(zhì)存在的一種形式，而場(chǎng)可以在真空中以波的形式傳播。也就是說，沒有靜止的空間。光速則是恒定的，且是速度最快的物質(zhì)。

而要理解光速為何在所有的參照體系中都相同，就必須改變牛頓的時(shí)空觀。

牛頓認(rèn)為時(shí)間和空間是的，毫無關(guān)聯(lián)的存在。時(shí)間就像河流，延續(xù)不斷，好比“逝者如斯夫”，它不依賴于我們的感慨而減緩流逝。但是，愛因斯坦拋棄了以太論，也就拋棄了靜止的概念。對(duì)時(shí)間的測(cè)量取決于觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)。由于“空-時(shí)”體系的穩(wěn)定性，時(shí)間變成相對(duì)的了，空間自然也就變成相對(duì)了。

雖然時(shí)間和空間各自不再，但是它們的測(cè)量關(guān)系的穩(wěn)定性導(dǎo)致了光速的不變。舉一個(gè)例子：把一把尺子放在飛馳的火車上。如果我們?cè)诳磁_(tái)上，這列火車飛馳而過，那么尺子的長(zhǎng)度會(huì)縮短，我們感受到的時(shí)間流逝得也會(huì)很快。但是，時(shí)空之間的測(cè)量關(guān)系保持不變。正如愛因斯坦的老師閔可夫斯基在提出四維理論時(shí)所說，“空間本身和時(shí)間本身都注定要蛻變?yōu)榧兇獾幕糜?，只有兩者的某種聯(lián)合才能保持獨(dú)立的實(shí)在性?！?

狹義相對(duì)論的另一個(gè)重要定律是，質(zhì)量和能量是一回事，兩者可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？臻g和時(shí)間隨物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而變化，質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)而變化，質(zhì)量和能量的相互轉(zhuǎn)化。

愛因斯坦雖然不愿承認(rèn)自己是在革牛頓的命，但事實(shí)上，正是他對(duì)牛頓體系中時(shí)空的重新定義，以及質(zhì)量與能量的轉(zhuǎn)換，推動(dòng)了量子力學(xué)體系的建立。量子力學(xué)是開爾文爵士說的第二朵烏云。

1926年，量子力學(xué)的奠基人海森博格在柏林和偶像愛因斯坦進(jìn)行了一次談話，第二年，他便提出了量子力學(xué)的基礎(chǔ)性概念“測(cè)不準(zhǔn)原理”。海森博格認(rèn)為：“在位置被測(cè)定的一瞬，即當(dāng)光子正被電子偏轉(zhuǎn)時(shí)，電子的動(dòng)量發(fā)生一個(gè)不連續(xù)的變化，因此，在確知電子位置的瞬間，關(guān)于它的動(dòng)量我們就只能知道相應(yīng)于其不連續(xù)變化的大小的程度。于是，位置測(cè)定得越，動(dòng)量的測(cè)定就越不，反之亦然?！?

這是一個(gè)徹底摧毀牛頓體系的原理，即概率取代了確定性。如果說牛頓構(gòu)建的世界是齒輪之間高度咬合的精密機(jī)器的話，海森博格帶來的則是一個(gè)混沌的，對(duì)結(jié)果無法預(yù)知的生命體。因果論徹底失效，反而是帶有中國(guó)傳統(tǒng)文化味道的陰陽論占據(jù)了主導(dǎo)地位。定量與位置的關(guān)系，就像陰陽，彼此矛盾，此消彼長(zhǎng)。

在量子力學(xué)確立的過程中，最為知名的假說便是“薛定鍔的貓”。即在打開盒子的一剎那，我們無法預(yù)知貓是死還是活，只能認(rèn)為它是既死又活。量子力學(xué)推翻了牛頓體系中的“實(shí)在性”常識(shí)，也超越了唯物主義和唯心主義的爭(zhēng)辯局面。

如果我們想知道未來，唯有通過行動(dòng)，因?yàn)槲磥聿豢深A(yù)知。

同時(shí)，量子力學(xué)對(duì)空間概念進(jìn)一步顛覆。牛頓認(rèn)為，重力來自于重力場(chǎng)，由地球統(tǒng)一發(fā)出。量子力學(xué)認(rèn)為，磁場(chǎng)本身就是一種力。而在空間中，分布著各種各樣的場(chǎng)。比如，在時(shí)間和空間形成的曲面中，地球就像臉盆中的乒乓球，始終圍繞著太陽運(yùn)行，而不是引力在起作用。

場(chǎng)的理論顛覆了牛頓體系中單調(diào)的力學(xué)原理，物質(zhì)在場(chǎng)里不是靠外力相互作用，而是本身具有的能量場(chǎng)在相互聯(lián)系。而場(chǎng)的能量，則來自于活躍的量子自身。其在管理學(xué)中的延伸，便是野中郁次郎的場(chǎng)理論。

空間-時(shí)間、概率性以及場(chǎng)，這三大理論支撐起了自20世紀(jì)初發(fā)展起來的新科學(xué)，同時(shí)也掀起了托馬斯?庫恩所說的新范式革命。就像牛頓體系對(duì)人類世界的影響一樣，新科學(xué)范式帶來了全新的關(guān)于組織，關(guān)于個(gè)人的世界觀。

（作者單位 畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

量子力學(xué)論文:材料物理專業(yè)量子力學(xué)教學(xué)方法探索與實(shí)踐

摘 要 針對(duì)材料物理專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)課程所面臨的困難，通過對(duì)近年來教學(xué)實(shí)踐的總結(jié)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段進(jìn)行探索和實(shí)踐，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，取得了較好的教學(xué)成果。

關(guān)鍵詞 量子力學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法

0 引言

量子力學(xué)是研究微觀粒子（如原子、分子、原子核和基本粒子等）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它和相對(duì)論是矗立在20世紀(jì)之初的兩座科學(xué)豐碑，一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的兩塊理論基石。相對(duì)論和量子力學(xué)徹底改變了經(jīng)典物理學(xué)的世界觀，并且深化了人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)，改造了人類的宇宙觀和思想方法，它使人們對(duì)物質(zhì)存在的方式及其運(yùn)動(dòng)形態(tài)等的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。

量子力學(xué)是材料物理專業(yè)一門承前啟后的專業(yè)基礎(chǔ)必修課：量子力學(xué)的教學(xué)必須以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，包括線性代數(shù)、概率論、高等數(shù)學(xué)、數(shù)理方法等，其又是后續(xù)課程材料科學(xué)基礎(chǔ)、固體物理、材料物理、納米材料等的理論基礎(chǔ)?？梢?，量子力學(xué)課程在材料物理專業(yè)的課程體系中占有非常重要的地位，學(xué)生掌握的程度直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。作者近年來一直從事量子力學(xué)的教學(xué)工作，針對(duì)量子力學(xué)課程教學(xué)過程中存在的現(xiàn)象和問題，進(jìn)行了較深入細(xì)致的思考與探討，在實(shí)際教學(xué)過程中對(duì)本課程的教學(xué)方法進(jìn)行了探索與實(shí)踐，收到了較好的教學(xué)效果。

1 量子力學(xué)教學(xué)面臨的難點(diǎn)

量子力學(xué)研究的是微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，微觀粒子同宏觀粒子不同，看不見，摸不著，只有借助于探測(cè)器才能察覺它的存在和屬性。材料物理專業(yè)學(xué)生之前學(xué)習(xí)的基本上是經(jīng)典物理，而量子力學(xué)理論無法用經(jīng)典理論進(jìn)行解釋，學(xué)生對(duì)此感到難于理解。因此，經(jīng)典物理的傳統(tǒng)觀念對(duì)學(xué)生思想的束縛，構(gòu)成了學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的思想障礙；量子力學(xué)可以說無處不“數(shù)學(xué)”， 由于材料物理專業(yè)學(xué)生在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面與物理專業(yè)學(xué)生相比較為薄弱，在學(xué)習(xí)過程中普遍感到數(shù)學(xué)計(jì)算繁難，對(duì)大段的數(shù)學(xué)推導(dǎo)表現(xiàn)出畏難情緒?？梢姡孔恿W(xué)對(duì)數(shù)學(xué)的精彩詮釋卻構(gòu)成了學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的心理障礙。這兩大障礙勢(shì)必會(huì)影響量子力學(xué)和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。在這種情況下，我們應(yīng)當(dāng)怎樣開展量子力學(xué)教學(xué)從而使學(xué)生重視并努力學(xué)好該課程就成了一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 明確教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)、有的放矢

要講授一門課程，首先應(yīng)該對(duì)課程內(nèi)容有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。量子力學(xué)的內(nèi)容可以包括三個(gè)方面：一是介紹產(chǎn)生新概念的歷史背景及一些重要實(shí)驗(yàn)；二是提出一系列不同于經(jīng)典物理學(xué)的基本概念與原理，如波函數(shù)、算符等概念和相關(guān)原理，是該課程的核心；三是給出解決具體實(shí)際問題的方法。三部分內(nèi)容相互聯(lián)系，層層推進(jìn)，形成完整的知識(shí)體系。作為引導(dǎo)者，教師應(yīng)在這三部分內(nèi)容的教學(xué)過程中幫助學(xué)生成功地突破兩大束縛。及時(shí)部分內(nèi)容教師應(yīng)考慮如何引導(dǎo)學(xué)生入門，從習(xí)慣古典概念轉(zhuǎn)而接受量子概念。在講授這部分內(nèi)容時(shí)要將重點(diǎn)放在“經(jīng)典”向“量子”的過渡上，引出量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)在研究方法上的顯著不同：經(jīng)典力學(xué)是將其研究對(duì)象作為連續(xù)的不間斷的整體對(duì)待，而量子力學(xué)將其研究對(duì)象看成的間斷的、不連續(xù)的。學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分時(shí)應(yīng)仔細(xì)“品嘗”其中的“滋味”，以便啟發(fā)自己的思維自然地產(chǎn)生一個(gè)飛躍，完成思想的突破。第二、三部分是量子力學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并且涉及大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，教師應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，突出重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)難點(diǎn)。在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來表達(dá)物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，不能將物理內(nèi)容淹沒在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式當(dāng)中。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)才能得到的結(jié)論，只需告訴學(xué)生，從數(shù)學(xué)上可以得到這樣的結(jié)果就可以了，無需將重點(diǎn)放在繁難的數(shù)學(xué)推導(dǎo)上，否則會(huì)使學(xué)生本末倒置，忽略了對(duì)量子力學(xué)思想的理解。這樣的教學(xué)可以幫助學(xué)生突破心理障礙，不會(huì)一提量子力學(xué)就想到復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從而產(chǎn)生抵觸情緒。成功地突破這兩大障礙，是學(xué)習(xí)量子力學(xué)的關(guān)鍵。

3 教學(xué)方法的改革

3.1 利用現(xiàn)代技術(shù)改進(jìn)教學(xué)手段

傳統(tǒng)的板書教學(xué)能夠形成系統(tǒng)性的知識(shí)框架，教師在板書推導(dǎo)的過程中，學(xué)生有時(shí)間反應(yīng)和思考，緊跟教師的思路，從而可以詳細(xì)、循序漸進(jìn)地吸收所學(xué)知識(shí)，并培養(yǎng)了良好的思維習(xí)慣。但全程板書會(huì)導(dǎo)致上課節(jié)奏慢，授課內(nèi)容有限。目前隨著高校教學(xué)改革的推進(jìn)，授課學(xué)時(shí)相繼減少，對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)方式來講，要完成教學(xué)任務(wù)比較困難。這就要借助現(xiàn)代科技手段進(jìn)行教學(xué)改革，包括多媒體課件的使用和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。但是在量子力學(xué)教學(xué)中，一些繁雜公式的推導(dǎo)，如果使用多媒體課件，節(jié)奏會(huì)較快，導(dǎo)致學(xué)生目不暇接，來不及做筆記，更來不及思考，不利于講授內(nèi)容的消化吸收。鑒于此，對(duì)于量子力學(xué)課程，教學(xué)過程應(yīng)采用板書和多媒體技術(shù)相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.2 建設(shè)習(xí)題庫

量子力學(xué)課程理論抽象，要深入理解這些理論，在熟練掌握教材基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，需要通過大量習(xí)題的演練，循序漸近，才能檢驗(yàn)自己理解的程度，真正學(xué)好這門課程。因此在教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)做習(xí)題的重要性。有針對(duì)性地根據(jù)材料物理專業(yè)量子力學(xué)的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，參考多本量子力學(xué)教材和習(xí)題集，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建設(shè)量子力學(xué)習(xí)題庫，題型包括選擇、填空、證明、簡(jiǎn)答和計(jì)算題等，內(nèi)容涵蓋各知識(shí)點(diǎn)，從簡(jiǎn)到繁、由淺至深。題庫操作方便，學(xué)生可自行操作，并對(duì)所做結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，從而清楚自己掌握本課程的程度。這一方式在近幾年的教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。

3.3 加強(qiáng)與學(xué)生互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

教學(xué)是一個(gè)師生互動(dòng)的過程，應(yīng)讓學(xué)生始終處于主動(dòng)學(xué)習(xí)的位置而不是被動(dòng)的接受。量子力學(xué)課程的學(xué)習(xí)更應(yīng)積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，因此教師應(yīng)在教學(xué)過程中加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)。增設(shè)課前提問、課后討論環(huán)節(jié)，認(rèn)真批改作業(yè)，積極發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的問題，并及時(shí)對(duì)問題進(jìn)行深入講解，解決問題。另外，由于量子力學(xué)是建立在一系列基本假定基礎(chǔ)之上的，抽象難懂，鑒于學(xué)生難接受的情況，在授課時(shí)注意理論聯(lián)系實(shí)際，盡可能進(jìn)行知識(shí)的滲透和遷移，將量子力學(xué)在實(shí)際中的應(yīng)用穿插于教學(xué)之中，豐富教學(xué)內(nèi)容，開拓學(xué)生視野，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

4 結(jié)語

通過近年來教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和探索，形成了一套適合材料物理專業(yè)量子力學(xué)課程教學(xué)的方法，該方法教學(xué)效果良好。在近幾年的研究生入學(xué)考試中，學(xué)生量子力學(xué)課程的成績(jī)，說明采用這樣的教學(xué)方法是成功的。

量子力學(xué)論文:論量子力學(xué)與國(guó)內(nèi)CG產(chǎn)業(yè)格局發(fā)展

摘要：從量子力學(xué)的角度對(duì)國(guó)內(nèi)CG產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：CG產(chǎn)業(yè)；格局；發(fā)展

計(jì)算機(jī)多媒體數(shù)字圖像藝術(shù)和其它藝術(shù)范疇相比有著很多不同的地方，它的主要特征就在于圖像和數(shù)字技術(shù)的而緊密的契合。我們?cè)谄矫嬖O(shè)計(jì)上可以通過這種新型的技術(shù)很大的程度上優(yōu)化整個(gè)工作流程，提高工作效率，而且在表現(xiàn)力上也可以得到很大范疇上的提升，視覺效果更具有沖擊性和藝術(shù)張力，當(dāng)然，CG還能和其它的設(shè)計(jì)藝術(shù)協(xié)同發(fā)展，以創(chuàng)造出更多維的藝術(shù)作品。

而如果有人探討同屬于CG產(chǎn)業(yè)鏈中的電影特效和網(wǎng)游場(chǎng)景發(fā)展的協(xié)同性和融合性，我相信這是一個(gè)非常值得實(shí)踐的話題，不管是哪個(gè)板塊向另外一個(gè)靠近，對(duì)于整個(gè)CG產(chǎn)業(yè)格局的變動(dòng)總是有利的推動(dòng)力。好萊塢很早就有把經(jīng)典電影改編成火爆網(wǎng)游的成功案例，他們憑借CG產(chǎn)業(yè)中的科技化手法創(chuàng)造出比單一產(chǎn)業(yè)鏈更有前景的周邊價(jià)值。

在這個(gè)多維產(chǎn)業(yè)格局往更加成熟的方向發(fā)展的同時(shí)，很多人必然將其變動(dòng)前景和發(fā)展過程中的附屬價(jià)值做出權(quán)衡，但由于變動(dòng)格局的不可預(yù)知性，這個(gè)美好的遠(yuǎn)景就儼然成為了薛定諤試驗(yàn)中的那只經(jīng)典處在疊加狀體的貓。

因?yàn)橄渥拥拿芊庑?，我們無從觀察出貓的狀態(tài)，因?yàn)樵犹幵谒プ兓蛘卟凰プ兊寞B加狀態(tài)，這種狀態(tài)的不確定性，導(dǎo)致貓的狀態(tài)也不確定，只有當(dāng)我們打開箱子，才能知道最終的真相。問題的關(guān)鍵并不在此，而在于在觀測(cè)者打開箱子之前，這只貓的狀態(tài)我們究竟怎么定義，所以我們只能認(rèn)為，它和放射性原子一樣，處在疊加態(tài)，這只貓當(dāng)時(shí)陷于一種既死又活的混合態(tài)，我們無從觀測(cè)和確認(rèn)，所以既是信息量為零。

將這個(gè)結(jié)論帶入現(xiàn)有數(shù)字創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀即表現(xiàn)為：當(dāng)我們對(duì)CG產(chǎn)業(yè)格局的未來變化做出設(shè)想和展望的時(shí)候，一些具象的客觀假設(shè)并不存在，只有讓產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定程度，已經(jīng)帶動(dòng)格局變化的時(shí)候，結(jié)果才能出現(xiàn)，沒有具體的需求和條件，沒辦法詳細(xì)做出預(yù)案，但是如果沒有針對(duì)發(fā)展的預(yù)案，所有客戶或者行業(yè)關(guān)注著就沒有一個(gè)參考體系來提出具體的措施要求，這樣就顯然形成了一個(gè)DNA式的螺旋式發(fā)展道路，假使把薛定諤的這條貓看作一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成的新型產(chǎn)品，本來客戶不知道貓的死活，也就是產(chǎn)品的好壞，只有等待盒子打開了，有了結(jié)論，才能再提出需求，然后讓這條可憐的貓進(jìn)入另外一只盒子，開始另一個(gè)薛定諤貓?jiān)囼?yàn)。

我們知道，一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)格局要想做大，通常只有兩種可能：或者橫向相加成為大型跨界集團(tuán)；或者縱向相加通吃形成完整的多維度產(chǎn)業(yè)鏈。美國(guó)的數(shù)字化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達(dá)，內(nèi)容資源和相關(guān)人才儲(chǔ)備比較充沛，題材幾乎沒有禁區(qū)，因此適合走前面一條路。而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)則正好相反，上游資源嚴(yán)重匱乏，題材方面限制較多，因此很多相關(guān)公司做到一定階段后最有可能走的是后一條路。

也因此，國(guó)內(nèi)公司在產(chǎn)業(yè)格局多維度的整合方面邁出一大步的可能并不是沒有，而尤為可喜的是，近幾年來國(guó)內(nèi)數(shù)字創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)正努力增加與國(guó)際市場(chǎng)交流合作的機(jī)會(huì)，使得國(guó)產(chǎn)數(shù)字化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容產(chǎn)品無論從營(yíng)銷策略、新的產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)展方面都日趨成熟。不過我們說產(chǎn)業(yè)鏈的整合和新技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于CG和藝術(shù)各類的推動(dòng)，并不是強(qiáng)調(diào)這些炫目技術(shù)的頻繁運(yùn)用就一定能推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的往有利的方向發(fā)展。CG產(chǎn)業(yè)鏈的整合不單單是從成本上進(jìn)行控制和把關(guān)，而是以效率為出發(fā)點(diǎn)，加快整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的周轉(zhuǎn)速度以應(yīng)變瞬息萬變的行業(yè)市場(chǎng)。

《WONDERFUL DAYS》是2003年韓國(guó)TIN HOUSE公司投入了巨款制作出來的一部高科技動(dòng)畫電影，這部動(dòng)畫電影用二維和三維相結(jié)合的藝術(shù)風(fēng)格，無疑這部高投入的電影是運(yùn)用了當(dāng)時(shí)最頂尖的CG基數(shù)，整個(gè)動(dòng)畫效果非常具有沖擊力，但就是這部高投入高畫質(zhì)的電影卻收獲了極其低迷的票房，出人意料的是，畫面簡(jiǎn)單樸素卻細(xì)節(jié)精致的小雞快跑卻贏得了相當(dāng)高收益率，這個(gè)案例足以證明，CG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并不是單純的只依靠高超的科技化手法，更不是巨額的投資，而是其自身的藝術(shù)表現(xiàn)力，

國(guó)內(nèi)CG產(chǎn)業(yè)需要良性發(fā)展，那么亟待解決的幾個(gè)問題就資源的整合，國(guó)內(nèi)多媒體出版環(huán)境的整治，政府對(duì)版權(quán)的保護(hù)，包括資金保護(hù)和法律保護(hù)，端正審美取向，提高美學(xué)素養(yǎng)，不要盲目的炫技和追求技術(shù)效果，整個(gè)媒體導(dǎo)向和輿論氛圍要堅(jiān)決的引領(lǐng)受眾群體的民族文化回歸，不要盲從日本和歐美路線和審美風(fēng)格，規(guī)范整個(gè)行業(yè)體系，提高從業(yè)人員的素質(zhì)。

國(guó)內(nèi)的CG產(chǎn)業(yè)雖然起步晚，但發(fā)展速度并不慢，目前，整個(gè)行業(yè)也日趨走向成熟，無可否認(rèn)的是在當(dāng)今這種全球經(jīng)濟(jì)高度一體化的局勢(shì)下，國(guó)內(nèi)整個(gè)CG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和其核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升已經(jīng)成為是否能在世界舞臺(tái)上贏得更大優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在，我們?cè)贑G產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展中發(fā)掘它自身的各種有利因素，找出其中最突出的一個(gè)環(huán)節(jié)，然后根據(jù)這個(gè)環(huán)節(jié)的主導(dǎo)作用引出一系列的配套領(lǐng)域，在內(nèi)部和外部相結(jié)合的前提下做大整個(gè)產(chǎn)業(yè)，做出有自身特色的產(chǎn)業(yè)鏈條和主導(dǎo)作品，成為最強(qiáng)勢(shì)的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)，對(duì)于整個(gè)國(guó)內(nèi)行業(yè)來說，能否利用這個(gè)經(jīng)濟(jì)一體化創(chuàng)造出自身價(jià)值和影響力出眾的產(chǎn)業(yè)平臺(tái)是最重要的。

也許，在不久的將來，我們打開這個(gè)預(yù)想中的神秘盒子，這只貓會(huì)以最健康的狀態(tài)敏捷的跳出來。