量子力學(xué)最新研究精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)最新研究范文

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：第一，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)必須完全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

興趣是最好的老師，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)，最大限度的使學(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，將國內(nèi)外反映量子力學(xué)方面的一些最新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優(yōu)秀網(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。

第2篇：量子力學(xué)最新研究范文

本世紀(jì)以來，物理學(xué)哲學(xué)研究有了長足的進(jìn)步，這與現(xiàn)代物理學(xué)所具有的一些新特點(diǎn)有很大關(guān)系：一是本世紀(jì)理論物理學(xué)研究在許多方面超前于實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的研究，人們無法對(duì)理論物理學(xué)的一些結(jié)構(gòu)及時(shí)通過觀察和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，這就使得人們從認(rèn)識(shí)論和方法論角度對(duì)物理學(xué)思想的合理性和物理學(xué)理論自身邏輯結(jié)構(gòu)的自洽性的驗(yàn)前評(píng)價(jià)變得十分重要；二是當(dāng)今各種物理學(xué)理論（如相對(duì)論和量子論）在逐步統(tǒng)一過程中所顯現(xiàn)出的整體有機(jī)聯(lián)系的自然圖景和對(duì)在極端條件下（如宇宙爆炸初期）的物質(zhì)特性的探索都促使物理學(xué)與哲學(xué)進(jìn)一步融合起來，使物理學(xué)家感到了從哲學(xué)的高度去更深刻地把握物理學(xué)前沿提出的種種物理學(xué)理論和概念問題的必要性；三是當(dāng)代物理學(xué)所研究的微觀和宇觀客體的物理性質(zhì)與規(guī)律，由于不能被我們的感官所直接感知，這就必須從認(rèn)識(shí)論的角度說明現(xiàn)代物理學(xué)理論描述的微觀或宇觀世界圖景的合理性與真實(shí)性，從而在微觀或宇觀世界與我們?nèi)粘Ｉ畹暮暧^世界之間建立起一道相互理解的橋梁。

正是現(xiàn)代物理學(xué)的這些特點(diǎn)，決定了當(dāng)代物理學(xué)哲學(xué)的不同研究途徑，即從不同的角度出發(fā)，對(duì)物理學(xué)進(jìn)行哲學(xué)反思，達(dá)到豐富和發(fā)展哲學(xué)認(rèn)識(shí)論與方法論以及加強(qiáng)對(duì)物理學(xué)理論和概念自身理解的目的。

一

物理學(xué)哲學(xué)的研究途徑之一是從通過對(duì)物理學(xué)概念，尤其是新物理學(xué)概念，物理意義的闡釋入手，提高到哲學(xué)高度進(jìn)行分析，進(jìn)而促進(jìn)了哲學(xué)的發(fā)展。這一方面是由于如量子力學(xué)創(chuàng)始人之一的海森堡所說：“一部物理學(xué)發(fā)展的歷史，不只是一本單純的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的流水帳，它同時(shí)還伴隨著概念的發(fā)展，或者概念的引進(jìn)?！?yàn)檎歉拍畹牟淮_定性迫使物理學(xué)家著手研究哲學(xué)問題”。（〔（7）〕，第185頁），另一方面則是因?yàn)槲锢韺W(xué)是研究最基本的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，所以許多最基本的物理學(xué)概念，如物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、時(shí)間、空間、宇宙等也同時(shí)是哲學(xué)的基本概念，這些基本概念的變化不僅導(dǎo)致物理學(xué)理論的變更，也標(biāo)志著哲學(xué)的重大發(fā)展。因此，對(duì)這些基本概念的理解，往往是各個(gè)哲學(xué)流派之間爭論的焦點(diǎn)。而對(duì)這些概念的哲學(xué)爭論，又總是圍繞著物理學(xué)的最新進(jìn)展而展開，所以從物理學(xué)概念入手進(jìn)行物理學(xué)哲學(xué)的研究是中外許多哲學(xué)家和物理學(xué)家最為關(guān)注的研究途徑。

科學(xué)研究從問題開始，而現(xiàn)代物理學(xué)的建立則是從概念問題的突破開始的。普朗克1900年為了解決黑體輻射問題提出了作用量子的概念，但他受經(jīng)典物理學(xué)思維框架的約束，當(dāng)時(shí)并沒有深刻的理解這個(gè)概念實(shí)質(zhì)性的物理意義，只把它當(dāng)成了一般的工作假說加以運(yùn)用。只是當(dāng)愛因斯坦（1905年）運(yùn)用這個(gè)概念建立起光量子假說后，它的實(shí)質(zhì)性的、突破傳統(tǒng)經(jīng)典思維模式的巨大意義才得以凸現(xiàn)出來，并引起物理學(xué)界乃至于后來哲學(xué)界的廣泛關(guān)注。玻爾、海森堡等人沿此思路建立了原子結(jié)構(gòu)模型，并最終建立了量子力學(xué)理論，對(duì)量子概念物理意義的探討又導(dǎo)致與傳統(tǒng)決定論思維模式相悖的非決定論思維模式的產(chǎn)生，這不僅使物理學(xué)的理論基礎(chǔ)發(fā)生了根本的變化，而且使傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論觀念也有了重大的轉(zhuǎn)變。

當(dāng)人們對(duì)邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的否定結(jié)果迷惑不解時(shí)，彭加勒、洛侖茲等人為了維護(hù)牛頓的絕對(duì)時(shí)空不得不提出“虛擬時(shí)間”的概念來解釋這一奇怪的結(jié)果。愛因斯坦則從麥克斯韋電磁學(xué)理論與經(jīng)典力學(xué)伽利略變換之間的矛盾中看出了問題的實(shí)質(zhì)所在。他看出了牛頓所謂的絕對(duì)時(shí)間并非是有物理意義的真實(shí)時(shí)間，而彭加勒、洛侖茲等人認(rèn)為是“虛擬時(shí)間”的概念卻是在實(shí)際觀測中可以測量到的真實(shí)時(shí)間，這不僅使邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的難題迎刃而解，而且一舉建立了狹義相對(duì)論。從這里又引發(fā)了一輪重新認(rèn)識(shí)時(shí)間和空間這一對(duì)古老哲學(xué)概念的熱潮。

隨著廣義相對(duì)論的提出和現(xiàn)代宇宙學(xué)的建立，使人們對(duì)時(shí)間和空間的研究進(jìn)入了一個(gè)新階段。哲學(xué)家們紛紛依據(jù)物理學(xué)的最新研究成果對(duì)時(shí)間空間概念進(jìn)行新的闡釋，乃至于給一些古老的哲學(xué)命題，如康德的“二律背反”以新的說明。（參見〔（1）〕原蘇聯(lián)和我國的一些哲學(xué)工作者通過對(duì)相對(duì)論時(shí)間和空間概念與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)分布狀態(tài)關(guān)系的分析，進(jìn)一步論證了恩格斯當(dāng)年對(duì)時(shí)間和空間這對(duì)哲學(xué)范疇的正確定義。隨著現(xiàn)代宇宙學(xué)的興起和發(fā)展，人們對(duì)“宇宙”概念也有了新的認(rèn)識(shí)，于是，有關(guān)宇宙有限還是無限、哲學(xué)的“宇宙”概念與現(xiàn)代宇宙學(xué)所說的“宇宙”之間究竟是什么關(guān)系等問題的討論，又成了哲學(xué)界和科學(xué)界共同關(guān)心的熱點(diǎn)。可是，當(dāng)人們正沉浸在廣義相對(duì)論解決宇宙演化問題所取得的成就時(shí)，卻不得不沮喪地發(fā)現(xiàn)，所有已知的物理學(xué)定律在廣義相對(duì)論時(shí)空曲面的奇點(diǎn)處都失效了。從理論上來說，所謂宇宙大爆炸最初的原始火球在數(shù)學(xué)上的表示就應(yīng)該是一個(gè)奇點(diǎn)，也就是說，如果宇宙起源于奇點(diǎn)，我們難以用現(xiàn)有的任何物理學(xué)定律說明宇宙爆炸的原因。于是有的科學(xué)家戲稱說，既然宇宙是上帝創(chuàng)造的，那么只好把這個(gè)問題留給上帝，膽敢問這個(gè)問題的人，上帝將使他下地獄。

英國著名物理學(xué)家霍金是最早開始研究奇點(diǎn)問題的物理學(xué)家之一，近年來也是他提出了試圖用量子引力理論來繞開奇點(diǎn)問題的方法。他為了避免當(dāng)年費(fèi)因曼處理微觀粒子時(shí)假設(shè)的各態(tài)歷經(jīng)的技術(shù)困難，并類比他用交換虛粒子來說明粒子間相互作用的方法，提出了“虛時(shí)間”的概念。雖然如他自己所說：“虛時(shí)間”是一個(gè)意義明確的數(shù)學(xué)概念，“就普遍的量子力學(xué)而言，我們可以把我們對(duì)虛時(shí)和歐幾里得時(shí)空的運(yùn)用，僅僅視作一個(gè)計(jì)算實(shí)時(shí)空答案的數(shù)學(xué)方法（或手段）?！保ā玻?）〕，第162頁）但由于量子引力理論假定宇宙沒有任何邊界，“宇宙將完全是獨(dú)立的，不受外界任何事物的影響。它既不會(huì)被創(chuàng)造，也不會(huì)被消滅，它將只是存在”。（〔（8）〕，第164頁）而“虛時(shí)間”的應(yīng)用，則使人們繞開了宇宙起源于奇點(diǎn)和終止于奇點(diǎn)這種用奇點(diǎn)構(gòu)成時(shí)空邊界的困難，讓物理學(xué)定律在任何時(shí)空區(qū)間都有效。正是有這個(gè)意義上霍金認(rèn)為：“所謂的虛時(shí)實(shí)際上是實(shí)的，而我們所說的實(shí)時(shí)只是我們想象中虛構(gòu)的事物”，“也許我們所說的虛時(shí)實(shí)際上是更基本的東西，而我們稱作實(shí)時(shí)的只是為了幫助我們描述我們想象中的宇宙模樣而創(chuàng)造的一種想法?！保ā玻?）〕，第168頁）

霍金對(duì)科學(xué)理論的看法持有工具論的立場，但對(duì)于“虛時(shí)間”的概念是否如他所說是更基本的東西，不在于理論上是否更為合用，而在于它是否能夠作出可觀察的預(yù)言并在實(shí)踐中得到確證。在此以前，我們至少應(yīng)當(dāng)接受本世紀(jì)初的教訓(xùn)，不要把我們現(xiàn)有的物理學(xué)理論所描述的時(shí)空概念又看成是絕對(duì)不可改變的，更不應(yīng)該在沒有充分理解一些物理學(xué)家所提出的新物理概念的明確物理意義之前，甚至在沒有仔細(xì)閱讀霍金原著的上下文意思之前，就把他們與哲學(xué)中的后現(xiàn)代主義思潮拉扯在一起。在這里，重溫一下愛因斯坦的一段話，可能對(duì)我們會(huì)有所啟發(fā)：“為了科學(xué)，就必須反復(fù)地批判這些基本概念，以免我們會(huì)不自覺地受到它們的支配。在傳統(tǒng)的基本概念的貫徹使用碰到難以解決的矛盾而引起了觀念發(fā)展的那些情況，這就變得特別明顯?！保ā玻?5）〕，第586頁）

近期物理學(xué)哲學(xué)的發(fā)展中可能更加值得注意的動(dòng)向是，隨著本世紀(jì)許多新興學(xué)科的興起，使許多新的科學(xué)概念越來越滲入到哲學(xué)研究之中，如系統(tǒng)、信息、控制、混沌、有序、無序等等概念，早已不再是某些專門學(xué)科的專業(yè)術(shù)語。由于這些概念的普適性，它們已成為各門學(xué)科中廣泛使用，乃至于在日常生活中經(jīng)常提到的概念。它們不可避免地會(huì)逐步上升為哲學(xué)范疇。對(duì)這些新概念的產(chǎn)生和普及，物理學(xué)有很大的貢獻(xiàn)，正是由于本世紀(jì)對(duì)遠(yuǎn)離平衡態(tài)熱力學(xué)的研究，才加深了人們對(duì)時(shí)間方向性，對(duì)物質(zhì)系統(tǒng)的演化，對(duì)有序、無序、混沌等等物質(zhì)狀態(tài)的認(rèn)識(shí)，從而也極大豐富了哲學(xué)的內(nèi)容。下面我們還將談到，正是由于這些研究引起了人們思維觀念的巨大變化。從而也使得傳統(tǒng)的哲學(xué)在許多方面發(fā)生了革命性的變革。

對(duì)概念的更高層次的元理論研究已不局限于物理學(xué)哲學(xué)的范圍，而是在更為廣泛的科學(xué)哲學(xué)層次里展開的，不過，由于物理學(xué)相對(duì)于其他學(xué)科而言更為成熟，更為精確，物理學(xué)史的研究也比其他學(xué)科史更為細(xì)致，所以許多科學(xué)哲學(xué)家仍利用對(duì)某些物理學(xué)概念的分析作為闡述自己觀點(diǎn)和與他人論爭的依據(jù)。例如，庫恩和費(fèi)耶阿本德通過對(duì)“質(zhì)量”這個(gè)概念在經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論中的不同涵義，以及“電子”這個(gè)術(shù)語在不同時(shí)期指稱對(duì)象意義變化的分析，得出了前后相繼的科學(xué)理論或不同范式之間不可通約的觀點(diǎn)（參見〔（14）〕、〔（22）〕），從而引起了科學(xué)哲學(xué)界的極大爭議。而普特南等人則同樣根據(jù)對(duì)“電子”一詞涵義變化的分析，說明了他的有關(guān)自然種類名詞因果—?dú)v史指稱理論，并駁斥了庫恩和費(fèi)耶阿本德的不可通約性的觀點(diǎn)。

目前，隨著物理學(xué)和哲學(xué)的進(jìn)展，沿著這個(gè)途徑的物理學(xué)哲學(xué)研究正在蓬勃發(fā)展。一方面，新的物理學(xué)概念不斷涌現(xiàn)，人們常常需要從物理學(xué)之外對(duì)這些概念進(jìn)行闡釋才能理解它們更深刻更普遍的意義，而這些概念的廣泛應(yīng)用也不斷充實(shí)了哲學(xué)的內(nèi)容；另一方面，哲學(xué)自身的發(fā)展也需要不斷從自然科學(xué)，包括物理學(xué)概念的變革中吸取養(yǎng)料，提出新的問題、新的觀點(diǎn)，拓展新的思路。

二

物理學(xué)哲學(xué)研究的另一個(gè)途徑是通過物理學(xué)前沿哲學(xué)問題的討論，使一些傳統(tǒng)的哲學(xué)觀點(diǎn)產(chǎn)生根本變革。這條途徑在很大程度上離不開對(duì)新物理概念的分析。從這個(gè)意義上說，它與前面所討論的途徑并無根本的區(qū)別，只是這條途徑更著重于對(duì)物理學(xué)前沿所涉及到的一些基本哲學(xué)問題，如認(rèn)識(shí)過程中主客體之間的關(guān)系，因果性的決定論與非決定論以及與其相關(guān)的必然性與偶然性的關(guān)系，可知論與不可知論，實(shí)在論和工具論等等，進(jìn)行進(jìn)入地探討。

本世紀(jì)在物理學(xué)界和科學(xué)哲學(xué)界影響最大的一場爭論就是愛因斯坦和以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派關(guān)于量子力學(xué)理論基礎(chǔ)的爭論，這場爭論的和至今余波未息的爭論焦點(diǎn)集中在對(duì)愛因斯坦等人提出的EPR悖論的理解上。這場發(fā)生在量子力學(xué)創(chuàng)始人之間的爭論雖然是從對(duì)諸如量子力學(xué)中波函數(shù)的物理意義、海森堡不確定性原理（或譯測不準(zhǔn)關(guān)系）和玻爾互補(bǔ)原理的理解開始，進(jìn)而討論到量子力學(xué)是否完備的問題，但這場似乎只是純物理學(xué)，甚至是理論物理學(xué)的科學(xué)爭論，一開始就帶上了濃厚的哲學(xué)色彩。

這主要是因?yàn)槲⒂^客體所表現(xiàn)出來的諸如波粒二象性等特征，用描繪宏觀現(xiàn)象的日常語言實(shí)在難以準(zhǔn)確表達(dá)其確切含義，再加上對(duì)微觀客體的實(shí)驗(yàn)安排也呈現(xiàn)出與經(jīng)典物理學(xué)實(shí)驗(yàn)許多不同的特征。如何正確理解量子力學(xué)的數(shù)學(xué)符號(hào)所蘊(yùn)涵的物理意義？量子力學(xué)描述的微觀客體的行為特征究竟是不受主體干擾的客觀規(guī)律所致，還是宏觀儀器對(duì)微觀客體不可避免的干擾下主客體相互作用的結(jié)果？微觀客體所表現(xiàn)出的隨機(jī)性究竟是微觀客體的本質(zhì)特征，還是認(rèn)識(shí)主體認(rèn)識(shí)局限性的結(jié)果？進(jìn)而，到對(duì)微觀客體行為的理論描述究竟應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持決定論的思維模式，還是非決定論的思維模式，用愛因斯坦的話來說，就是我們是否相信上帝會(huì)擲骰子？物理理論的每個(gè)元素是否都必須在實(shí)在中有它的對(duì)應(yīng)物，亦或物理理論只是一種對(duì)實(shí)在的本體論承諾，甚至只是我們?yōu)榱私忉尙F(xiàn)象或解決問題的方便而使用的一種工具或符號(hào)系統(tǒng)？這些問題早已不是物理學(xué)本身所能解決的，但又是物理學(xué)家們不得不解決的，人類不倦的求知欲促使他們轉(zhuǎn)而尋求哲學(xué)的幫助。這就使得本世紀(jì)初許多量子力學(xué)的創(chuàng)始人都是哲學(xué)家，普朗克、愛因斯坦、玻爾、玻恩、海森堡、薛定鍔等人在哲學(xué)界的影響并不比他們在科學(xué)界的影響小。他們的哲學(xué)觀點(diǎn)往往是本世紀(jì)科學(xué)哲學(xué)討論問題的出發(fā)點(diǎn)，由此而引發(fā)的實(shí)在論與非實(shí)在論之爭仍是科學(xué)哲學(xué)界的熱點(diǎn)問題之一。他們的哲學(xué)專著又成了許多一流科學(xué)家案頭必備的讀物，以便隨時(shí)從中得到智慧的啟迪。實(shí)際上，愛因斯坦與玻爾這場上升到哲學(xué)的爭論，經(jīng)過貝爾等人的努力，重又變成了用物理學(xué)實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)的問題，檢驗(yàn)的結(jié)果雖不足以最終決定誰是誰非（盡管哥本哈根學(xué)派明顯占了上風(fēng)），但卻明確說明了物理學(xué)與哲學(xué)的密切關(guān)系，物理學(xué)哲學(xué)絕不是純思辨的玄學(xué)。

當(dāng)然，一流科學(xué)家也是哲學(xué)家的現(xiàn)象絕不僅限于量子力學(xué)領(lǐng)域。彭加勒、布里奇曼等人不僅在物理學(xué)界享有盛譽(yù)，甚至還是一些哲學(xué)流派（約定主義，操作主義）的創(chuàng)始人。維納、普里高津等人雖然算不上正統(tǒng)的哲學(xué)家，但他們的哲學(xué)素養(yǎng)卻為世人所公認(rèn)，他們的科學(xué)成就對(duì)哲學(xué)思維方式的影響應(yīng)當(dāng)說有劃時(shí)代的意義。從康德提出星云假說開始在當(dāng)時(shí)占統(tǒng)治地位的形而上學(xué)世界觀上打開了第一個(gè)缺口，但完成這個(gè)星云假說的拉普拉斯卻把從牛頓開始的機(jī)械決定論思維推向了極端，并且產(chǎn)生了巨大的影響。如果說量子力學(xué)哥本哈根學(xué)派的非決定論思想是對(duì)這種機(jī)械決定論思想發(fā)起的一場重要挑戰(zhàn)的話，那么由于量子力學(xué)只涉及到微觀領(lǐng)域，還不足以在思想界和科學(xué)界抵消拉普拉斯的影響。19世紀(jì)德國古典哲學(xué)家們總結(jié)的辯證法思想雖然曾對(duì)19世紀(jì)科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生過影響，但由于其思辨色彩太濃也受到了許多科學(xué)家的抵制。但貝塔朗菲、維納等人創(chuàng)立了系統(tǒng)科學(xué)，尤其是普里高津等人從熱力學(xué)等實(shí)證的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)本身得出系統(tǒng)演化的思想以后，普遍聯(lián)系和發(fā)展的觀點(diǎn)對(duì)于科學(xué)家們來說，不再是外在的哲學(xué)教條，而是在科學(xué)中必須嚴(yán)格遵守的思維準(zhǔn)則。更重要的是，自組織理論、非線性科學(xué)所揭示偶然性與必然性之間的新聯(lián)接清楚地表明，非決定論的思維方式絕不僅限于微觀領(lǐng)域，嚴(yán)格因果決定論在我們?nèi)粘Ｉ钪幸膊皇瞧毡檫m用。我們不能再用嚴(yán)格因果決定的觀點(diǎn)來作為可知與不可知的界限，我們知道我們認(rèn)識(shí)的某些界限（例如長期準(zhǔn)確天氣預(yù)報(bào)的不可能）也是可知，甚至是認(rèn)識(shí)深化的表現(xiàn)。對(duì)看似無序的混沌現(xiàn)象的研究，卻使我們能夠說明許多過去簡直無法理解的復(fù)雜現(xiàn)象，例如天氣變化，中樞神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)等等。物理學(xué)哲學(xué)在這方面的研究方興未艾，盡管已有了一些成果，但還只能算是剛剛起步。物理學(xué)哲學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)引起了越來越多在物理學(xué)前沿領(lǐng)域工作的第一流科學(xué)家們的注意，對(duì)他們的研究工作產(chǎn)生了一定的啟迪作用。

三

利用當(dāng)代物理學(xué)及其相關(guān)學(xué)科的最新成果構(gòu)建新的自然圖景，并對(duì)此進(jìn)行哲學(xué)反思是物理學(xué)哲學(xué)的又一研究途徑。其實(shí)，這個(gè)研究傳統(tǒng)由來已久，哲學(xué)既是一種理論化、系統(tǒng)化的世界觀，對(duì)世界作一個(gè)總體的描繪和系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)就是它的首要任務(wù)。古代自然哲學(xué)憑借哲學(xué)家自己的直觀和猜測來構(gòu)建整體的世界自然圖景，結(jié)果是五花八門，莫衷一是。自從近代科學(xué)誕生以后，哲學(xué)家們（即使是宗教哲學(xué)家）或多或少都要依居他們所知的自然科學(xué)成果來構(gòu)建自己的自然圖景，但他們對(duì)這幅圖景的理解或解釋卻可以由于他們的信仰而有很大的差異，甚至根本對(duì)立，尤其是當(dāng)他們面對(duì)最新的科學(xué)成果，而這些科學(xué)成果表現(xiàn)出了一些與傳統(tǒng)哲學(xué)不同的思維方式時(shí)，更會(huì)使哲學(xué)家們對(duì)這些科學(xué)成果的理解上產(chǎn)生更大的差異，由此而引起的爭論往往成為哲學(xué)界的熱點(diǎn)。

現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展使古老的涉及到自然圖景的爭論，如物質(zhì)是否無限可分和宇宙是否無限等問題又增添了許多新的內(nèi)容。

上世紀(jì)末物理學(xué)中關(guān)于X射線、電子和放射性現(xiàn)象的三大發(fā)現(xiàn)打破了原子不可再分的古老神話，揭開了人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的新篇章。隨著原子結(jié)構(gòu)和基本粒子的大量發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)無限可分的觀點(diǎn)似乎得到了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的有力證明。但正當(dāng)人們信心百倍地探索到更深層次的亞基本粒子結(jié)構(gòu)——夸克層次的時(shí)候，卻碰到了在實(shí)驗(yàn)中無法測到自由夸克的所謂“夸克禁閉”現(xiàn)象。那么，這個(gè)目前得到量子色動(dòng)力學(xué)理論說明的現(xiàn)象是否意味著物質(zhì)有不可再分極限的古老原子論觀點(diǎn)又有抬頭的可能呢？對(duì)這個(gè)問題的爭論正在繼續(xù)進(jìn)行。

相對(duì)論的建立不僅賦予時(shí)間和空間概念以新的含義，而且極大地改變了人們對(duì)自然圖景的看法，尤其是廣義相對(duì)論對(duì)宇宙時(shí)空幾何結(jié)構(gòu)的描述，使從牛頓時(shí)代建立起來的宇宙圖景發(fā)生了重大的變革?，F(xiàn)代宇宙學(xué)的誕生向人們描繪了一幅宇宙演化的生動(dòng)圖景，一方面更充分地說明了宇宙中事物普遍聯(lián)系和無限發(fā)展的辯證唯物主義觀點(diǎn)，另一方面也使人們對(duì)宇宙時(shí)空結(jié)構(gòu)是否無限的問題產(chǎn)生了新的疑惑。顯然，過去停留在從純哲學(xué)思辨或純邏輯學(xué)論證（如康德的“二律背反”）上來討論宇宙有限無限這一古老問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。離開了對(duì)現(xiàn)代宇宙學(xué)，天體物理學(xué)，乃至于非歐幾何學(xué)的深刻理解來奢談這一問題，已顯得是隔靴搔癢，不得要領(lǐng)了。

實(shí)際上，今天我們討論自然圖景的問題還不能僅僅停留在物理學(xué)層次上，我們這個(gè)時(shí)代已經(jīng)形成了關(guān)于自然進(jìn)化的自組織理論和全球生態(tài)學(xué)的理論，這些綜合性的學(xué)科已經(jīng)大大豐富和更新了我們的自然圖景。這迫使我們不僅要立足于當(dāng)代物理學(xué)發(fā)展的最新成果，而且還要聯(lián)系到其他學(xué)科發(fā)展的最新成果，樹立把自然界看成是不斷演化的有機(jī)體的認(rèn)識(shí)原則，去構(gòu)筑最新的完整的自然圖景。這顯然對(duì)哲學(xué)家提出了更高的要求。當(dāng)然，即使如此，物理學(xué)仍然是各門經(jīng)驗(yàn)自然科學(xué)的基礎(chǔ)。任何對(duì)自然圖景的描述，都不可能脫離這個(gè)基礎(chǔ)。這一發(fā)展趨勢只是為物理學(xué)哲學(xué)的這一研究途徑開辟了更為廣闊的發(fā)展前景。

四

物理學(xué)方法論的研究也是物理學(xué)哲學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。物理學(xué)理論的發(fā)展總是與物理學(xué)方法的更新與發(fā)展緊密相連，相輔相成的。例如，近代物理學(xué)的誕生，就得益于伽利略，牛頓等人在研究方法上的大膽創(chuàng)造與革新，他們把觀察、實(shí)驗(yàn)等經(jīng)驗(yàn)方法與數(shù)學(xué)、邏輯等理論方法有機(jī)結(jié)合起來，還創(chuàng)造了諸如將形象思維和邏輯思維巧妙結(jié)合的理想實(shí)驗(yàn)方法（伽利略），甚至發(fā)明新的數(shù)學(xué)工具——微積分（牛頓）。這些方法上的成就不僅大大推進(jìn)了物理學(xué)的進(jìn)展，而且具有重大的方法論意義，為以后物理學(xué)的發(fā)展起了巨大的示范作用?，F(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展更清楚地表明，物理學(xué)每前進(jìn)一步，都伴隨著方法上的重大革新與改進(jìn)；而物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，它的每一步發(fā)展，又為人們創(chuàng)造新的方法、設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備提供了新的理論基礎(chǔ)，從而不僅為本學(xué)科的發(fā)展開辟了新的領(lǐng)域，創(chuàng)造了新的條件，而且還大大影響和促進(jìn)了其他學(xué)科的發(fā)展。本世紀(jì)物理學(xué)借助相對(duì)論和量子力學(xué)的相繼建立取得了重大的進(jìn)展，而如何將二者更緊密結(jié)合起來創(chuàng)造一種統(tǒng)一的物理學(xué)似乎是下個(gè)世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)方向。如何為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)取得方法上的突破便成了當(dāng)前物理學(xué)方法論研究中的一個(gè)熱門問題。

美國哲學(xué)家蒯因曾經(jīng)把知識(shí)體系比喻成為一個(gè)整體場。他說：“整個(gè)科學(xué)是一個(gè)力場，它的邊界條件就是經(jīng)驗(yàn)，在場的周圍同經(jīng)驗(yàn)的沖突引起內(nèi)部的再調(diào)整?！保ā玻?8）〕，第694頁）也就是說科學(xué)的理論陳述和與之相應(yīng)的數(shù)學(xué)、邏輯和形而上學(xué)陳述一起組成了這個(gè)整體的知識(shí)場，“根據(jù)任何單一的相反經(jīng)驗(yàn)要給哪些陳述的再評(píng)價(jià)的問題上有很大的選擇自由，并無任何特殊的經(jīng)驗(yàn)是和場內(nèi)部的任何特殊陳述相聯(lián)系的”。（同上）為了適應(yīng)經(jīng)驗(yàn)的變化，例如說要解釋一個(gè)新的觀察現(xiàn)象，不僅可以改變理論陳述，也可以調(diào)整其他的陳述，如改變一種數(shù)學(xué)方法，調(diào)整我們的本體論信念，乃至于修改有關(guān)的邏輯規(guī)則，“有人曾經(jīng)提出甚至邏輯的排中律的修正作為簡化量子力學(xué)的方法”（同上）。蒯因的上述想法并非是純哲學(xué)的思辨?，F(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展已更清楚地表現(xiàn)出了理論與方法之間這種聯(lián)動(dòng)的特征。

首先，現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和宇宙起源的探索，涉及諸如“夸克禁閉”和真空特性等問題，解決這些問題，一方面依賴于理論的進(jìn)一步突破，另一方面也依賴于實(shí)驗(yàn)手段的改進(jìn)。

其次，本世紀(jì)初，相對(duì)論與量子力學(xué)的思想一經(jīng)形成，就可以在19世紀(jì)下半葉新興的數(shù)學(xué)分支中找到相應(yīng)的數(shù)學(xué)工具，如非歐幾何學(xué)、張量分析、線性代數(shù)等等。在有關(guān)基本粒子的規(guī)范場論中，群論也得到了很好的應(yīng)用，但隨著現(xiàn)代物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)學(xué)手段已顯得不夠得力。例如，目前關(guān)于大統(tǒng)一理論的研究難以取得有效的突破，癥結(jié)究竟是在相對(duì)論與量子力學(xué)自身難以統(tǒng)一，需要建立一種能取代二者的新理論，還是缺乏必要的數(shù)學(xué)處理方法就是尚待解決的問題。

第三，在量子力學(xué)的賴辛巴哈解釋中，賴辛巴哈試圖建立一種消除形式邏輯排中律的三值邏輯來消除用經(jīng)典語言描述微觀客體行為時(shí)與量子力學(xué)結(jié)論相悖的因果異常。這種新的邏輯形式揭示了用傳統(tǒng)形式邏輯描述不確定現(xiàn)象時(shí)的困難。（參見〔（5）〕）沿著賴辛巴哈的思路，有人進(jìn)一步發(fā)展出應(yīng)用抽象代數(shù)學(xué)中“格演算”的工具，用基本聯(lián)詞“遇”與“接”來取代“與”和“或”用以更好地刻劃量子領(lǐng)域中的“亦此亦彼”現(xiàn)象，并使這種最子邏輯可以用一種廣義的命題演算工具表述。（參見〔（23）〕）雖然這一設(shè)想還沒有得到廣泛應(yīng)用，但畢竟給我們一個(gè)啟示。量子物理的理論具有高度的辯證性質(zhì)，“非此即彼”的形式邏輯思維已不足以解釋量子物理實(shí)驗(yàn)中眾多的“亦此亦彼”的現(xiàn)象，而一種新的邏輯思維方式可能是現(xiàn)代物理學(xué)取得進(jìn)一步突破的關(guān)鍵。這正如日本物理學(xué)家武谷三男所說：“量子力學(xué)的情況，如果從我們通常的觀念看來，是充滿著矛盾和難以克服的困難，但量子力學(xué)卻是以獨(dú)特的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)卓越而合理地把握了它，要理解這種邏輯結(jié)構(gòu)，唯有依靠辯證邏輯?！保ā玻?）〕，第100—101頁）形式邏輯產(chǎn)生了古希臘時(shí)期，是人類對(duì)宏觀事件進(jìn)行思維時(shí)對(duì)規(guī)律的總結(jié)。但當(dāng)我們深入到前人未曾接觸過的微觀和宇觀領(lǐng)域時(shí)，由于物質(zhì)決定意識(shí)，我們的思維方式是否也應(yīng)該發(fā)生某種變化呢？現(xiàn)在的問題是，針對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)中出現(xiàn)的一些難以解決的問題，如EPR悖論，我們除了繼續(xù)在物理學(xué)理論上尋求突破之外，是否也可以換一種邏輯思維方式，甚至如本世紀(jì)一些杰出物理學(xué)家，如玻爾、普里高津等人所說的那樣，現(xiàn)代物理學(xué)可以從古老的東方文化中吸取有益的營養(yǎng)，來幫助尋求現(xiàn)代物理學(xué)的突破口呢？

五

以上我們雖然分別評(píng)述了物理學(xué)哲學(xué)研究的不同途徑，但這并不意味著物理學(xué)哲學(xué)研究途徑之間的差別就是涇渭分明的，恰恰相反，正如我們在上面敘述中已經(jīng)表露出來的那樣，這些研究途徑之間是緊密相連、相輔相成的，其區(qū)別只在于我們研究的問題傾重點(diǎn)不同罷了。任何最新自然圖景的構(gòu)建都要建立在自然科學(xué)前沿的研究成果之上，對(duì)自然科學(xué)前沿問題的正確理解就是構(gòu)建新自然圖景的關(guān)鍵所在。但任何新理論成就的取得又都離不開概念的更新和對(duì)這些概念的澄清。上述研究當(dāng)然也離不開對(duì)物理學(xué)方法的反思和創(chuàng)造?？傊?，當(dāng)代物理學(xué)哲學(xué)是對(duì)物理學(xué)的歷史與現(xiàn)狀進(jìn)行全面反思的一門哲學(xué)分支學(xué)科，它的研究既會(huì)對(duì)物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展有一定的啟發(fā)作用，也由于涉及到哲學(xué)的本體論、認(rèn)識(shí)論和方法論的各個(gè)方面，又會(huì)對(duì)豐富和發(fā)展當(dāng)代哲學(xué)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

近年來，我國一些物理學(xué)家和自然辯證法工作者運(yùn)用辯證唯物主義思想，從以上各條途徑上全面展開了研究，尤其是對(duì)物理學(xué)前沿科學(xué)成果所產(chǎn)生的哲學(xué)問題的辯論，例如，涉及到大爆炸宇宙學(xué)的有關(guān)宇宙有限無限問題，涉及到“夸克禁閉”現(xiàn)象的物質(zhì)是否無限可分問題，對(duì)有關(guān)EPR悖論的阿斯佩克特實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解問題等等，都引起了哲學(xué)界和部分物理學(xué)家的廣泛關(guān)注。我們還注意到，國內(nèi)一些哲學(xué)教科書已經(jīng)根據(jù)上述問題的討論充實(shí)和更新了有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，這是值得欣慰的。但我們也應(yīng)當(dāng)看到，我國目前物理學(xué)哲學(xué)研究的水平與國外同行相比還有一定差距。其主要表現(xiàn)就是對(duì)當(dāng)代物理學(xué)基本思想的理解還不深，還難以提出獨(dú)到的令物理學(xué)界和哲學(xué)界都信服的觀點(diǎn)，而當(dāng)年賴辛巴哈、波普爾、邦格等哲學(xué)家參與有關(guān)量子力學(xué)基礎(chǔ)問題的爭論時(shí)，都曾提出過令當(dāng)時(shí)還健在的量子力學(xué)創(chuàng)始人和眾多諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金得主都不得不重視的觀點(diǎn)。（參見〔（3）〕、〔（4）〕、〔（5）〕）這主要是因?yàn)槲覈谝涣鞯奈锢韺W(xué)家關(guān)心物理學(xué)哲學(xué)的人數(shù)還太少，而受過專門物理學(xué)訓(xùn)練的哲學(xué)工作者（包括自然辯證法工作者）也不多，二者之間交流的機(jī)會(huì)就更少。我們熱情地期待，會(huì)有更多的哲學(xué)和物理學(xué)工作者參加到物理學(xué)哲學(xué)研究的行列中來。

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（21）殷正坤、邱仁宗：《科學(xué)哲學(xué)引論》，華中理工大學(xué)出版社，1996年。

第3篇：量子力學(xué)最新研究范文

關(guān)鍵詞：應(yīng)用物理；課程體系；教學(xué)內(nèi)容；優(yōu)化整合

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）50-0040-02

一、前言

物理學(xué)的基本原理滲透在自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，被稱為自然哲學(xué)，已成為相關(guān)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)和源泉。應(yīng)用物理專業(yè)是一個(gè)以物理學(xué)為基礎(chǔ)，以“應(yīng)用物理”為核心和特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)將物理學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的專業(yè)，以培養(yǎng)既有一定物理理論知識(shí)，又有一定實(shí)驗(yàn)技能與工程技術(shù)的理工復(fù)合型人才為目標(biāo)的專業(yè)[1]?？墒悄壳霸S多高校的應(yīng)用物理專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)，其培養(yǎng)質(zhì)量令人堪憂，其中最迫切最重要的是應(yīng)該對(duì)應(yīng)用物理專業(yè)課程體系進(jìn)行大力合理改革，對(duì)其傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化重整。

二、應(yīng)用物理專業(yè)課程體系改革和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化重整的必要性和緊迫性

2007年2月17日教育部下發(fā)了《教育部關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》。其中強(qiáng)調(diào)要深化教學(xué)內(nèi)容改革，建立與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的課程體系，要根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步的需要，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，將新知識(shí)、新理論和新技術(shù)充實(shí)到教學(xué)內(nèi)容中，為學(xué)生提供符合時(shí)代需要的課程體系和教學(xué)內(nèi)容。要采取各種措施，通過推進(jìn)學(xué)分制、降低必修課比例、加選修課比例、減少課堂講授時(shí)數(shù)等，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展。

目前的應(yīng)用物理課程體系仍然主要由普通物理課程（包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)）、理論物理課程（包括理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)）以及固體物理學(xué)構(gòu)成。應(yīng)用物理專業(yè)的學(xué)生經(jīng)過高中物理、普通物理和理論物理的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)許多課程內(nèi)容重復(fù)出現(xiàn)，以至于相當(dāng)一部分人認(rèn)為沒有多大差別，只是所用數(shù)學(xué)工具不同罷了，“高中用，普物用d，理物用”，這充分反映了應(yīng)用物理專業(yè)主干課程體系和教學(xué)內(nèi)容存在的嚴(yán)重問題[2]。即當(dāng)今的應(yīng)用物理專業(yè)課程體系和教學(xué)內(nèi)容仍沒有跳出傳統(tǒng)物理學(xué)專業(yè)和物理教育專業(yè)的框架，課程體系僵化，過分強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)化”、“邏輯化”，傳統(tǒng)的基礎(chǔ)和理論物理課程內(nèi)容重復(fù)而陳舊、占用課時(shí)過多。沒有體現(xiàn)物理世界的發(fā)展性，現(xiàn)代性、統(tǒng)一性以及各學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系、相互交叉、相互滲透。普遍存在“重經(jīng)典、輕現(xiàn)代、重理論、輕應(yīng)用”的弊端，反映現(xiàn)代科學(xué)和高新技術(shù)發(fā)展成果的課程和教學(xué)內(nèi)容太少，應(yīng)用物理專業(yè)的“應(yīng)用”特色體現(xiàn)不明顯，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、理論和實(shí)際相結(jié)合的能力較差，無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)用物理專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)[3，4]。

“知識(shí)爆炸”時(shí)代，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中的作用越來越大，同時(shí)也產(chǎn)生了許多新興學(xué)科。教學(xué)內(nèi)容和課程體系是人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)模式的載體，是教育思想和教育觀念的直接體現(xiàn)，是提高人才培養(yǎng)效率和質(zhì)量的決定性因素[5]。因此培養(yǎng)應(yīng)用物理專業(yè)人才的教學(xué)內(nèi)容和課程體系理應(yīng)滿足新時(shí)期科技、經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的需求，所以改革現(xiàn)有課程體系，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效益已勢在必行，刻不容緩。

三、課程體系改革和教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化整合原則

課程體系的設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容的選取要符合教學(xué)規(guī)律，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由簡單到復(fù)雜，同時(shí)注意到自然界是普遍聯(lián)系的，不人為割裂自然科學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系，理論和原理是經(jīng)典的，但應(yīng)用要是現(xiàn)代的，按照“少而精”的原則，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容實(shí)行量的精選、壓縮與質(zhì)的提高。對(duì)現(xiàn)有的普通物理（包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)）和理論物理（包括理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)）進(jìn)行優(yōu)化整合，絕不搞簡單縮減，重新設(shè)置課程體系，并對(duì)課程開設(shè)順序和時(shí)間做出科學(xué)合理的安排，同時(shí)注入現(xiàn)代化的教學(xué)內(nèi)容，將近代物理和科技發(fā)展的最新成果納入新的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，及時(shí)反映科學(xué)技術(shù)研究的新成果，使學(xué)生及時(shí)了解學(xué)科發(fā)展前沿的新成就、新觀點(diǎn)、新動(dòng)向?？s減傳統(tǒng)課程門數(shù)及學(xué)時(shí)數(shù)，以便增開其它應(yīng)用物理課程及學(xué)時(shí)數(shù)。

四、課程體系改革思路和優(yōu)化整合的教學(xué)內(nèi)容

1.力學(xué)和理論力學(xué)優(yōu)化整合成力學(xué)理論。如今許多應(yīng)用物理專業(yè)第一學(xué)期就開設(shè)普通物理課程力學(xué)，到第五或第六學(xué)期再開設(shè)理論力學(xué)，而理論力學(xué)前面相當(dāng)大一部分是和力學(xué)內(nèi)容重復(fù)的，如質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)組運(yùn)動(dòng)學(xué)、質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)、剛體力學(xué)等內(nèi)容重復(fù)量大，這不僅降低了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣，且浪費(fèi)了很大一部分教學(xué)課時(shí)。同時(shí)力學(xué)課程要求采用微積分、矢量分析、微分方程等高等數(shù)學(xué)知識(shí)研究處理“變”的物理問題，這和學(xué)生剛開始接觸高等數(shù)學(xué)知識(shí)相矛盾，教師在授課時(shí)不得不降低要求講解，造成學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)理論性強(qiáng)的理論力學(xué)的難度增大，教學(xué)效果降低。因此打破原有力學(xué)和理論力學(xué)界限，將它們優(yōu)化重組成力學(xué)理論課程，刪除牛頓力學(xué)重復(fù)部分，去除相對(duì)論部分，將這部分移到電磁理論中講解，力學(xué)理論安排到大學(xué)第二學(xué)期開設(shè)，這時(shí)學(xué)生們的高等數(shù)學(xué)工具應(yīng)用較為熟練，已具備了處理“變”問題的科學(xué)思維方法和能力，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。精簡、優(yōu)化整合后的力學(xué)理論包括：質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體力學(xué)、非慣性系力學(xué)、振動(dòng)與波、連續(xù)體力學(xué)、虛功原理、拉格朗日方程、哈密頓正則方程、哈密頓原理、泊松括號(hào)與泊松定理、正則變換、哈密頓-雅可比理論、非線性力學(xué)簡介。力學(xué)理論課程既包括牛頓力學(xué)，又包括分析力學(xué)，將研究力學(xué)問題的方法有機(jī)辯證地聯(lián)系起來，物理概念清晰準(zhǔn)確，理論體系簡潔明了，兼顧了經(jīng)典與現(xiàn)代、基礎(chǔ)與前沿內(nèi)容，為后續(xù)理論課程的學(xué)習(xí)構(gòu)筑了橋梁和基礎(chǔ)。

2.熱學(xué)和熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)優(yōu)化整合成熱物理學(xué)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中的熱力學(xué)部分和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)部分分別占總內(nèi)容的46%和54%。熱學(xué)課程中的熱力學(xué)定律部分和熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中熱力學(xué)部分內(nèi)容（溫度與平衡態(tài)、物態(tài)方程、熱力學(xué)第一定律、功、熱容量與焓、理想氣體、熱力學(xué)第二定律、熵、卡諾定理等）重復(fù)率高達(dá)1/3[6]。在分子動(dòng)理論和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)部分也有重復(fù)，如麥克斯韋速率分布律和速度分布律、玻耳茲曼分布律、能量按自由度均分定理、氣體內(nèi)的輸運(yùn)過程，所以將熱力學(xué)部分與熱學(xué)中的重復(fù)部分刪除，將這兩門課程進(jìn)行優(yōu)化整合，可以縮減約1/3的課時(shí)。優(yōu)化整合的主要思想是貫穿從宏觀到微觀，從單個(gè)質(zhì)點(diǎn)到大數(shù)量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)這一線索。在熱學(xué)部分介紹經(jīng)典熱學(xué)、熱學(xué)最新動(dòng)態(tài)、熱學(xué)在新科技中的應(yīng)用，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)部分以系綜理論為主線，融宏觀與微觀理論于一體，立足于微觀量子理論，從等幾率原理出發(fā)，循序漸進(jìn)地闡明統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論導(dǎo)出熱力學(xué)基本定律，將統(tǒng)計(jì)物理學(xué)概念與宏觀熱現(xiàn)象相聯(lián)系和對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)熱現(xiàn)象的宏觀理論與微觀理論的有機(jī)融合。優(yōu)化整合后的熱物理學(xué)內(nèi)容包括：熱力學(xué)第零定律與溫度、狀態(tài)方程、氣體分子運(yùn)動(dòng)論的基本概念、氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率和能量的統(tǒng)計(jì)分布率、氣體輸運(yùn)過程、功、熱量、熱力學(xué)第一定律與內(nèi)能、熱力學(xué)第二定律與熵、固體和液體、相變、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)基本原理、孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、熱力學(xué)函數(shù)及其應(yīng)用、氣體性質(zhì)、開放系統(tǒng)、量子統(tǒng)計(jì)理論、漲落理論、非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理。

3.電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)優(yōu)化整合為電磁理論。電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)都是研究電磁場基本性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其與帶電物質(zhì)之間的相互作用。電磁學(xué)側(cè)重于電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究，從對(duì)電磁現(xiàn)象的研究中歸納出電磁學(xué)的基本規(guī)律，而電動(dòng)力學(xué)側(cè)重于理論研究，以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎(chǔ)，研究靜態(tài)、時(shí)變態(tài)條件下電磁場的空間分布和運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，以及帶電粒子與電磁場的相互作用等問題?？紤]到電磁學(xué)與電動(dòng)力學(xué)在內(nèi)容上是相互統(tǒng)一，相互滲透的，可以將它們優(yōu)化整合成電磁理論課程，將電磁學(xué)與電動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容適當(dāng)貫通，既分層次，又平滑過渡，避免不必要的重復(fù)。具體如下：由庫侖定律引出電場、電場強(qiáng)度的定義，電通量、高斯定理及場強(qiáng)的計(jì)算，由電場力作功的特點(diǎn)引出環(huán)路定理、電勢、電勢的計(jì)算；由畢奧-薩伐爾定律引出穩(wěn)恒磁場的計(jì)算、環(huán)流和旋度、散度；由電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系引出真空中的泊松方程與拉普拉斯方程；介紹介質(zhì)的電磁性質(zhì)、場與介質(zhì)的相互作用、靜電場邊值關(guān)系與唯一性定理，運(yùn)用泊松方程與拉普拉斯方程計(jì)算真空與介質(zhì)中的場強(qiáng)與電荷分布，介紹靜電場分離變量法、鏡像法；由穩(wěn)恒電流導(dǎo)出靜磁場，由電場中的標(biāo)勢引出矢勢、磁標(biāo)勢；對(duì)電磁感應(yīng)、麥克斯韋方程組、電磁波輻射與傳播、狹義相對(duì)論均單獨(dú)設(shè)章節(jié)介紹。對(duì)超導(dǎo)、等離子體、巨磁電阻等做簡要介紹，豐富理論與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，電路和交流電內(nèi)容放電工學(xué)課程中講解。

4.原子物理學(xué)和量子力學(xué)優(yōu)化整合為近代物理學(xué)。原子物理學(xué)側(cè)重于原子光譜實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋、物理思想和物理模型的建立，量子力學(xué)是在對(duì)原子光譜研究的基礎(chǔ)上發(fā)展建立起來的理論體系，側(cè)重于微觀本質(zhì)，理論性強(qiáng)。原子物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究促進(jìn)量子力學(xué)的不斷發(fā)展，它們聯(lián)系緊密，相互促進(jìn)，其研究對(duì)象存在重復(fù)，導(dǎo)致目前許多原子物理學(xué)教材中的量子力學(xué)導(dǎo)論部分內(nèi)容和量子力學(xué)教材存在大量重復(fù)，如玻爾氫原子理論、波粒二象性、不確定性原理、波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋、薛定諤方程、平均值計(jì)算、氫原子薛定諤方程解、康普頓散射效應(yīng)、堿金屬原子光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)、塞曼效應(yīng)等。因此必須對(duì)這兩門課程進(jìn)行優(yōu)化整合，形成新的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，其思路是：通過對(duì)原子現(xiàn)象的發(fā)掘，引出其量子力學(xué)的理論本質(zhì)，同時(shí)通過量子力學(xué)理論的建立和運(yùn)用，來研究原子等微觀體系的特性。優(yōu)化整合后的基本內(nèi)容為：經(jīng)典物理遇到的困難、玻爾氫原子理論、狀態(tài)與薛定諤方程、力學(xué)量與算符、中心力場、電磁場中粒子的運(yùn)動(dòng)、矩陣力學(xué)、微擾理論、電子自旋、多電子原子、外場中的原子、多體問題、分子結(jié)構(gòu)和能譜、散射。這樣優(yōu)化整合后課程所需學(xué)時(shí)會(huì)比優(yōu)化整合前大大減少。

五、整合后專業(yè)課程的開設(shè)時(shí)間安排

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和規(guī)律、應(yīng)用物理專業(yè)課程之間的關(guān)聯(lián)，優(yōu)化整合后的課程開設(shè)順序可以這樣安排：大學(xué)一年級(jí)注重增加高等數(shù)學(xué)教學(xué)課時(shí)，將高等數(shù)學(xué)進(jìn)度盡量前推，大學(xué)第二學(xué)期開設(shè)力學(xué)理論、第三學(xué)期開設(shè)光學(xué)和電磁理論，同時(shí)開設(shè)數(shù)學(xué)物理方法為后續(xù)課程做好準(zhǔn)備，第四學(xué)期開設(shè)近代物理學(xué)，第五（或四）學(xué)期開設(shè)熱物理。這樣的調(diào)整安排能留出更多時(shí)間來開設(shè)其他應(yīng)用物理專業(yè)課程，有利于學(xué)生的就業(yè)或繼續(xù)深造。

六、教學(xué)改革的預(yù)期效果

1.重構(gòu)應(yīng)用物理主干課程體系，避免了基礎(chǔ)課程和理論課程教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，縮減課程科目，節(jié)省大量課時(shí)，將會(huì)大大提高教學(xué)效率。為應(yīng)用物理課程的開設(shè)、選修課的開設(shè)及學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展提供了時(shí)間條件，突出了應(yīng)用物理、技術(shù)課程的地位和專業(yè)特色。

2.為應(yīng)用物理培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)合格的應(yīng)用物理人才提供了可靠保障，課程體系的改革和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化重整適應(yīng)和滿足社會(huì)發(fā)展和科技前沿的需求。教學(xué)內(nèi)容富有現(xiàn)代性，開放性，滲透新的教學(xué)內(nèi)容和思想，使應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生在理論與實(shí)踐技術(shù)方面具有復(fù)合型的知識(shí)結(jié)構(gòu)，為他們今后的創(chuàng)新發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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第4篇：量子力學(xué)最新研究范文

關(guān)鍵詞：自然哲學(xué)　量子革命　系統(tǒng)辯證法

關(guān)于20世紀(jì)科學(xué)革命，有人說只須記住三件事：相對(duì)論、量子革命和混沌學(xué)（系統(tǒng)科學(xué)中最突出的新分支）。正是這三大科學(xué)革命為人類建構(gòu)全新的自然圖景（也就是新穎的自然哲學(xué)）作出了決定性的貢獻(xiàn)。這里所謂自然哲學(xué)是指人對(duì)自然的哲學(xué)反思。自然哲學(xué)的中心問題就是基于人與自然的關(guān)系來研究自然本體最一般的性質(zhì)和人類的世界圖景。

一

自然哲學(xué)在哲學(xué)史上有過兩個(gè)全盛時(shí)期（古希臘及近代機(jī)械論），只是在謝林、黑格爾之后衰落了。由于20世紀(jì)三大科學(xué)革命的強(qiáng)大影響，自然哲學(xué)正在當(dāng)代復(fù)興起來，這是十分令人鼓舞的。我們先從三大科學(xué)革命說起。

首先要提到的是相對(duì)論革命對(duì)改造人類世界圖景的貢獻(xiàn)。在1905年的狹義相對(duì)論中，時(shí)空性質(zhì)依賴于參照系等概念是對(duì)“觀察無關(guān)性”的經(jīng)典信念的初次沖擊；1915年的廣義相對(duì)論把引力場（它具有整體全息相關(guān)性）確立為新的“獨(dú)立的實(shí)在”，這是對(duì)牛頓的實(shí)體觀的又一次打擊。接著要論述的是量子革命，它比相對(duì)論革命更為深刻地改變著人類的世界圖景。因?yàn)?925年以后所創(chuàng)建的量子力學(xué)進(jìn)一步使笛卡兒與牛頓以來的主客絕對(duì)二分原則、實(shí)體主義原則乃至嚴(yán)格決定論原則都受到猛烈沖擊。最后要強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)科學(xué)革命。20世紀(jì)中葉以來近半個(gè)世紀(jì)系統(tǒng)科學(xué)的蓬勃發(fā)展表明，從總體上說，系統(tǒng)自然觀集中體現(xiàn)了當(dāng)代自然圖景的精華，因此系統(tǒng)自然觀幾乎成了當(dāng)代自然科學(xué)的世界圖景的代名詞，貝塔朗菲稱之為“一種新的自然哲學(xué)”。20年代所出現(xiàn)的懷特海的“機(jī)體論哲學(xué)”則是這種自然哲學(xué)之先聲。

當(dāng)代的系統(tǒng)自然觀借助于維納的控制論(1949)、貝塔朗菲的一般系統(tǒng)論(1948)、普利高津的耗散結(jié)構(gòu)論(1969)和哈肯的協(xié)同學(xué)(1971)等理論復(fù)活了亞里士多德的機(jī)體論和內(nèi)在目的論的自然哲學(xué)?！?〕控制論通過對(duì)“動(dòng)物（即生命系統(tǒng)）和機(jī)器（即非生命系統(tǒng)）的通用規(guī)律”的研究表明，自動(dòng)機(jī)器通過反饋調(diào)節(jié)機(jī)制可以表現(xiàn)出與神經(jīng)控制同樣的合目的性或規(guī)律。[1]維納在《控制論》中對(duì)牛頓的嚴(yán)格決定論進(jìn)行了深刻有力的批判，肯定了統(tǒng)計(jì)力學(xué)家吉布斯把偶然性引進(jìn)到科學(xué)中來的重大的方法論意義，并突破了目的論與機(jī)械論之間的兩極對(duì)立。莫諾在《偶然性與必然性——略論現(xiàn)代生物學(xué)的自然哲學(xué)》(1971)一書中，則用生物微觀控制論表明，借助于生物化學(xué)和分子生物學(xué)層次的反饋機(jī)制以及微觀-宏觀相互作用，完全偶然的基因突變最終可以納入物種進(jìn)化的必然軌道；耗散結(jié)構(gòu)論表明，在遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下開放系統(tǒng)可以通過非線性正反饋機(jī)制的作用表現(xiàn)出有序化和合目的性；協(xié)同學(xué)還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)序參量是整個(gè)自組織過程的主宰如此等等?？傊?，所有這些自動(dòng)機(jī)器和自組織理論都表明，無須超自然的神力和神秘的“生命力”，自然系統(tǒng)也象自動(dòng)機(jī)一樣可以憑借內(nèi)在機(jī)制的作用呈現(xiàn)合目的性。從這個(gè)特定意義上說，認(rèn)為宇宙＝巨大的超級(jí)自動(dòng)機(jī)的“機(jī)械論”是對(duì)的，而非神學(xué)性的宇宙“內(nèi)在目的論”也是對(duì)的。從歷史上看，牛頓的機(jī)械論自然哲學(xué)是對(duì)亞里士多德的目的論自然哲學(xué)的否定?，F(xiàn)在，我們的立足于系統(tǒng)科學(xué)的新自然哲學(xué)則應(yīng)看作一種“否定之否定”。它是對(duì)機(jī)械論與目的論自然哲學(xué)的更高的辯證綜合。

當(dāng)代自然哲學(xué)（它以系統(tǒng)自然觀及其系統(tǒng)辯證法為核心或靈魂）最有革命性的一個(gè)方面，也許表現(xiàn)在反嚴(yán)格決定論和對(duì)偶然性客觀意義的新認(rèn)識(shí)。直到現(xiàn)在為止，一般人都相信“近似決定論”：只要近似知道一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和初始條件就可以足夠好地計(jì)算出系統(tǒng)的近似行為?？墒腔煦鐚W(xué)中著名的“蝴蝶效應(yīng)”，即系統(tǒng)演化進(jìn)程對(duì)初始條件的敏感依賴性，卻斷然否決了牛頓-拉普拉斯決定論的任何翻版（如“近似決定論”）的有效性。美國氣象學(xué)家洛侖茲在1961年發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上長期天氣預(yù)報(bào)是不可能的。因?yàn)榧词箤?duì)于嚴(yán)格確定的氣象方程組，初始條件的小誤差，也會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。諸如珞珈山的蝴蝶拍拍翅膀那樣的初始小擾動(dòng)，經(jīng)由地球大氣系統(tǒng)中的逐級(jí)放大，最終可能在南美洲引起大風(fēng)暴。這種由決定論引出來的混沌，對(duì)經(jīng)典觀念的打擊是毀滅性的。混沌革命加強(qiáng)并深化了量子革命。

通過量子力學(xué)、分子生物學(xué)、協(xié)同學(xué)乃至混沌學(xué)的研究，現(xiàn)代科學(xué)家越來越認(rèn)識(shí)到，偶然性在自然界具有不容忽視的本體論地位，以及研究偶然性的內(nèi)在機(jī)制的重要性。為恩格斯贊同過的黑格爾關(guān)于“必然性自己規(guī)定自己為偶然性，……偶然性又寧可說是絕對(duì)的必然性”（〔2〕，第562—563頁）的辯證論斷，得到最新自然科學(xué)的支持。正如馬克斯·玻恩在《關(guān)于因果與機(jī)遇的自然哲學(xué)》(1951)中所注意到的，量子世界是由因果與機(jī)遇聯(lián)合統(tǒng)治的，其中機(jī)遇是有規(guī)則的。同樣，在哈肯的協(xié)同學(xué)演化方程（如福克-普朗克方程和郎之萬方程）中，決定論力項(xiàng)與隨機(jī)力項(xiàng)是共同起作用的。在混沌理論中，混沌本是由決定論規(guī)律引出的內(nèi)在的無序和不規(guī)則性，然而對(duì)混沌吸引子的相空間圖解研究卻表明，即使混沌也有精細(xì)結(jié)構(gòu)，其中機(jī)遇也是有規(guī)則的，偶然性與必然性相互作用的深層非線性機(jī)制是可以認(rèn)識(shí)的。從量子力學(xué)到系統(tǒng)科學(xué)的研究表明，概率統(tǒng)計(jì)定律是比嚴(yán)格決定論定律更好的認(rèn)識(shí)工具，但原有的“大數(shù)定律”與“統(tǒng)計(jì)平均值”等概念對(duì)于描述偶然性已經(jīng)顯得太粗糙了，非線性數(shù)學(xué)該出陣參戰(zhàn)了。因?yàn)槲ㄓ薪柚诜蔷€性數(shù)學(xué)才可能認(rèn)清偶然性起作用的深層結(jié)構(gòu)機(jī)制。

當(dāng)代自然哲學(xué)中的系統(tǒng)整體論思想也是相當(dāng)有革命性的。自從歐幾里得、阿基米德以來，“整體＝部分和”的公理已經(jīng)成為背景知識(shí)不可缺少的一部分。這一觀念也是牛頓的機(jī)械論自然哲學(xué)的一個(gè)基本要素（它與實(shí)體主義、還原主義相協(xié)調(diào)）。然而，一般系統(tǒng)論中的貝塔朗菲原理“整體不等于各部分簡單相加的總和”，卻斷然取消了歐幾里得的公理，以整體論取代了機(jī)械論的還原主義。量子力學(xué)中的全域相關(guān)性和粒子物理學(xué)中的新奇現(xiàn)象（“基本”粒子分割到一定限度，將出現(xiàn)“部分大于整體”的佯謬）以及生態(tài)系統(tǒng)的整體關(guān)聯(lián)性（卡普拉《轉(zhuǎn)折點(diǎn)》，1989）都支持貝塔朗菲的系統(tǒng)整體觀。

總之，以現(xiàn)代物理學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)為代表的當(dāng)代科學(xué)革命已經(jīng)引起了人類自然圖景的根本變革，人們有理由期待一種浸透著量子力學(xué)辯證法和系統(tǒng)科學(xué)辯證法精神的全新的自然哲學(xué)的出現(xiàn)。

二

現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)入當(dāng)代自然哲學(xué)的主要疑難及其可能解法的討論。

鑒于機(jī)械論自然哲學(xué)所遇到的困難，當(dāng)代自然哲學(xué)所要討論的主要問題可以歸結(jié)如下：1.自然本體的性質(zhì)問題。物理實(shí)在究竟是孤立的實(shí)體還是依賴于系統(tǒng)場境的存在？“潛在”是否也是物理實(shí)在的基本形態(tài)之一？究竟是否存在終極實(shí)在？2.物理實(shí)在所遵循的規(guī)律究竟是決定論還是非決定論的？自然系統(tǒng)究竟是必然性還是偶然性所支配的？偶然性應(yīng)當(dāng)具有怎么樣的本體論地位（是否應(yīng)當(dāng)有）？3.所謂“觀察者侵入物理事件”的實(shí)質(zhì)是什么？主客二分的合理界限是什么？4.系統(tǒng)整體論與還原主義孰是孰非？5.目的論的新解釋問題。自然系統(tǒng)本身能有目的性嗎？能代替上帝作為選擇主體的地位嗎？目的論是否真與機(jī)械論勢不兩立？它又如何與神學(xué)劃清界線？下面我們將依次詳細(xì)分析這些問題：

1.自然本體或物理實(shí)在的性質(zhì)問題。

牛頓機(jī)械論自然哲學(xué)的本體論或?qū)嵲谟^的要害就在于實(shí)體主義。一切物理實(shí)在被認(rèn)為都有實(shí)體性、實(shí)存性，自然被等同于實(shí)體的集合（簡單相加的總和），一種在絕對(duì)空間構(gòu)架中的機(jī)械性的存在物。然而，在新的原子科學(xué)中，從前認(rèn)為不容置疑的“實(shí)體實(shí)存”原則已經(jīng)失效。明確的電子“軌道”或光子“路徑”等經(jīng)典性觀念在量子力學(xué)中是不允許的。電子實(shí)際上以“電子云”方式存在著，它并沒有絕對(duì)分明的輪廓，而且只是或然地顯現(xiàn)出來。如“測不準(zhǔn)關(guān)系”所要求的，電子的位置與相應(yīng)的動(dòng)量具有天生的不確定性，決不可能同時(shí)有確定的值，因而人們決不可能同時(shí)測量到其確定的值。所有這些事實(shí)，如果從牛頓的經(jīng)典本體論的眼光來看簡直是不可理解的，因?yàn)椤皾撛谛浴庇^念完全沒有地位。

實(shí)際上，現(xiàn)代物理學(xué)家海森伯在批判牛頓機(jī)械論實(shí)在觀的基礎(chǔ)上，確實(shí)發(fā)展了一種全新的、更廣義的“潛在”實(shí)在觀。他根據(jù)量子力學(xué)事實(shí)總結(jié)出，潛在是介于可能與現(xiàn)實(shí)之間的物理實(shí)在的新型式，它被認(rèn)為特別適用于微觀客體。海森伯尖銳地指出：“在量子論中顯示的實(shí)在概念的變化，并不是過去的簡單的繼續(xù)，而卻象是現(xiàn)代科學(xué)結(jié)構(gòu)的真正破裂?！保ā?〕，第2頁）“幾率波的概念是牛頓以來理論物理學(xué)中全新的東西。……它是亞里士多德哲學(xué)中‘潛在’(potentia)這個(gè)老概念的定量表述。它引入了某種介乎實(shí)際的事件和事件的觀念之間的東西，這是正好介乎可能性和實(shí)在性之間的一種新奇的物理實(shí)在。”（〔3〕，第11頁）“事件并不一定是確定的，而是可能發(fā)生或傾向于發(fā)生的事情便構(gòu)成了宇宙中的實(shí)在”。（〔4〕，第177頁）

總之，海森伯認(rèn)為量子理論意味著實(shí)在觀念的革命，牛頓機(jī)械論的實(shí)在觀念已經(jīng)失效。他舉例說，幾率波、量子態(tài)、電子軌道等都與統(tǒng)計(jì)期望值相關(guān)聯(lián)，表示傾向性的、潛在的物理實(shí)在，這是物理實(shí)在的新形式。

現(xiàn)代粒子物理學(xué)的新假說把潛在性觀念發(fā)展到海森伯本人始料所不及的程度。喬弗利·丘(Geoffrey Chew)著名的粒子靴絆學(xué)說[2]，斷然否定了終極實(shí)體的可能性，揭示了自然本體的自助的、生成的本性。按照我的看法，它使系統(tǒng)實(shí)在論與系統(tǒng)辯證法完全本體論化了！由于任何粒子都可以充當(dāng)基礎(chǔ)粒子，用以構(gòu)成其他粒子，因此說穿了沒有任何一種粒子是真正的“基本粒子”，這就是所謂“基本粒子并不基本”。從根本上說，自然界不可能還原到任何一種或幾種終極的實(shí)體。說一個(gè)質(zhì)子可以由中子和π介子所構(gòu)成，或者說它是由Λ超子和K介子所構(gòu)成，或者說它是由兩個(gè)核子和一個(gè)反核子所構(gòu)成，甚至說是由場的連續(xù)質(zhì)所構(gòu)成。所有這一切可能性是同樣真實(shí)地存在的。應(yīng)當(dāng)說，所有這些陳述都同樣地正確又同樣地不完善。因?yàn)檎鎸?shí)世界等于所有這些潛在的“可能世界”互相疊加的總和。借用日本物理學(xué)家武谷三男的話來說：“作為終極要素的實(shí)體——基本粒子本身也是相互流動(dòng)地相互轉(zhuǎn)化的。這件革了以前的物質(zhì)觀，顯示了辯證邏輯的正確性?！保ā?〕，第28頁）

我們的進(jìn)一步的問題是：作為自然本體的物理實(shí)在究竟是否可以歸結(jié)為互相孤立的實(shí)體？還是從本質(zhì)上說只能是依賴系統(tǒng)場境的整體全息相關(guān)的存在？在對(duì)著名的EPR假想[3]的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)中所表現(xiàn)出來的量子關(guān)聯(lián)（即遠(yuǎn)距粒子之間的整體相關(guān)性）很好地回答了這一問題。正如美國科學(xué)哲學(xué)家西莫尼(A.Shimony)所指出：“我們生活在一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果正在開始闡明哲學(xué)問題的非凡時(shí)代”。而今最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩個(gè)相隔幾米且又沒有彼此傳遞信息機(jī)制的實(shí)體可能被相互糾結(jié)在一起，即它們的行為可以有極顯著的相關(guān)性，以致對(duì)其中一個(gè)實(shí)體進(jìn)行測量將瞬時(shí)地影響到另一個(gè)實(shí)體的測量結(jié)果。這個(gè)新奇的實(shí)驗(yàn)結(jié)果斷然否定了愛因斯坦等人(EPR)的預(yù)設(shè)（即“空間上遠(yuǎn)隔的客體的實(shí)在狀態(tài)必定是彼此獨(dú)立的”），卻符合量子力學(xué)的系統(tǒng)整體觀。正如玻爾所注意到的，量子現(xiàn)象是作為整體而存在的，其中所反映出來的內(nèi)在關(guān)聯(lián)是不可消解的。量子現(xiàn)象的整體性不允許人們對(duì)它作機(jī)械的切割并把這種切割物認(rèn)作它自身。因此我們有理由說，量子力學(xué)的整體實(shí)在觀是與系統(tǒng)整體觀相通的，量子辯證法與系統(tǒng)辯證法相互滲透，量子革命與系統(tǒng)科學(xué)革命相互支持。因此，作為科學(xué)革命的結(jié)晶，新自然哲學(xué)主張，物理實(shí)在的部分性質(zhì)取決于整體，取決于系統(tǒng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從根本上說，自然本體是整體全息相關(guān)的存在。

2.決定論與非決定論疑難，偶然性的本體論地位問題。

從前認(rèn)為不容置疑的機(jī)械論自然哲學(xué)的“嚴(yán)格決定論”預(yù)設(shè)，如今在新的原子科學(xué)中也已經(jīng)失效。人們向來認(rèn)為，自然科學(xué)和“自然科學(xué)唯物主義”有一個(gè)不可動(dòng)搖的支柱：這就是嚴(yán)格決定論。對(duì)自然科學(xué)的這種見解，最典型地表現(xiàn)在拉普拉斯杜撰的那個(gè)精靈故事中，據(jù)說這個(gè)精靈（超智慧者）知道世界現(xiàn)況的一切決定因素，因而能夠無歧義地得出世界在過去或未來的其他一切狀態(tài)。這個(gè)被后人稱作“拉普拉斯妖”的理想實(shí)驗(yàn)正是嚴(yán)格決定論的化身?？墒?，現(xiàn)在在微觀領(lǐng)域里發(fā)現(xiàn)了與這種嚴(yán)格決定論原則相違背的種種反常事實(shí)。簡略地說，熱學(xué)與分子物理學(xué)的研究表明，氣體分子運(yùn)動(dòng)是包含不確定性的自然進(jìn)程，由于初始條件捉摸不定，單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)成為純粹的偶然事件。分子運(yùn)動(dòng)論乃至統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立表明，概率統(tǒng)計(jì)定律也是自然描述不可缺少的一種基本形式。

強(qiáng)調(diào)概率統(tǒng)計(jì)定律重要性的科學(xué)思想反映到自然哲學(xué)中去，就成為“統(tǒng)計(jì)決定論”。其要旨可概括如下：對(duì)于一些包含不確定性的自然過程，雖然嚴(yán)格決定論不能直接應(yīng)用，但若應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法研究大量單個(gè)偶然事件的平均行為，卻可以找出明顯的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。換句話說，這些自然過程在統(tǒng)計(jì)平均意義上仍是決定論性的。這是決定論的弱化形式之一。

統(tǒng)計(jì)決定論的科學(xué)基礎(chǔ)在于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)。統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本出發(fā)點(diǎn)則在于，認(rèn)為盡管大量分子的集團(tuán)行為滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律，但從底層基礎(chǔ)而言，單個(gè)分子（單個(gè)過程）仍遵守牛頓定律，滿足嚴(yán)格決定論。這樣，統(tǒng)計(jì)決定論并不把不確定性歸因于基礎(chǔ)規(guī)律的不同，而是把它歸因于初始條件的難以捉摸（即人類知識(shí)的不完備性）。因此，統(tǒng)計(jì)決定論只是嚴(yán)格決定論的補(bǔ)充形式。

然而，將概率統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)真正貫徹到底，最終導(dǎo)致量子物理學(xué)的興起，而測不準(zhǔn)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)則使嚴(yán)格決定論淪為無意義的空想。

在現(xiàn)代科學(xué)家中第一個(gè)對(duì)“非完全決定論”（即under-determinism，這個(gè)詞的不恰當(dāng)?shù)奶娲~是indeterminism，即非決定論）有十分清醒認(rèn)識(shí)的是哥廷根學(xué)派的馬克斯·玻恩。他在名著《關(guān)于因果和機(jī)遇的自然哲學(xué)》中對(duì)非完全決定論作了比其他量子物理學(xué)家（如玻爾、海森伯等）更為系統(tǒng)和透徹的分析。通過對(duì)玻恩文本的適當(dāng)解釋、調(diào)整與轉(zhuǎn)譯，我們可以提煉出對(duì)當(dāng)代自然哲學(xué)極有價(jià)值的內(nèi)容和決定論／非決定論問題的辯證解?！?〕

非完全決定論的最主要或最有特色的一種表現(xiàn)形式，是與量子力學(xué)相應(yīng)的概率決定論。其要點(diǎn)如下：(1)單個(gè)（量子）過程內(nèi)在地是幾率性的、非決定性質(zhì)的；(2)“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。”（〔8〕，第9頁）(3)機(jī)遇律是自然律的終極形式，偶然性有規(guī)則，“它們是用數(shù)學(xué)上的概率論表述出來的。”（〔8〕，第7頁）

關(guān)于自然界究竟是由必然性還是偶然性所支配的，是決定論性還是非決定論性的那個(gè)爭論，波普有一個(gè)著名的比喻：“云和鐘”?！霸啤本褪翘焐系脑疲順O端不確定性，它非常不規(guī)則、毫無秩序又有點(diǎn)難以預(yù)測；“鐘”就是家家都有的時(shí)鐘，代表高度的確定性，它非常有規(guī)則、有秩序又是高度可預(yù)測的。這是兩個(gè)不同的極端，一端變化莫測，另一端高度精確。一般的自然事物往往處在這兩個(gè)極端之間。波普用“所有的云都是鐘”（當(dāng)然也可以說“所有自然事物都是鐘”）表示決定論，用“所有的鐘都是云”（當(dāng)然也可以說“所有自然事物都是云”）表示非決定論。波普終于認(rèn)識(shí)到，人類理性需要的是“處于完全的偶然性和完全的決定論之間的某種中間物，即處于完全的云和完善的鐘之間的某種中間物。”（〔6〕，第239—240頁）這種完全的偶然論（非決定論）和完全的決定論的中間物，我們可以恰當(dāng)?shù)胤Q作“非完全決定論”，它意味著對(duì)偶然性與必然性、因果與機(jī)遇的某種辯證綜合，這就是當(dāng)代自然哲學(xué)對(duì)這一爭論所作的正確解。以上我們是借用M.玻恩與波普的話，經(jīng)校正、轉(zhuǎn)譯納入自己的概念框架，并用以闡發(fā)自己的“非完全決定論”觀點(diǎn)。〔7〕

現(xiàn)代生物學(xué)和生物微觀控制論也為非完全決定論提供新的佐證。莫諾在其名著《偶然性與必然性（略論現(xiàn)代生物學(xué)的自然哲學(xué)）》中，從分子生物學(xué)的材料出發(fā)，有力地抨擊了嚴(yán)格決定論，并為恢復(fù)偶然性在自然哲學(xué)中的本體論地位付出極大的努力。莫諾是這樣說的：

當(dāng)偶然事件——因?yàn)樗偸仟?dú)一無二的，所以本質(zhì)上是無法預(yù)測的——一旦摻入了DNA的結(jié)構(gòu)之中，就會(huì)被機(jī)械而忠實(shí)地進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，……從純粹偶然性的范圍中被延伸出來以后，偶然性事件也就進(jìn)入了必然性的范圍，進(jìn)入了相互排斥、不可調(diào)和的確定性的范圍了。因?yàn)樽匀贿x擇就是在宏觀水平上、在生物體的水平上起作用的。自然選擇能夠獨(dú)自從一個(gè)噪聲源泉中譜寫出生物界的全部樂曲。（著重號(hào)為引者所加）（〔9〕，第88頁）

莫諾這段話應(yīng)當(dāng)看作關(guān)于生物自然界的非完全決定論，關(guān)于極小幾率的偶然事件向極嚴(yán)格規(guī)律轉(zhuǎn)化過程的生動(dòng)說明。特別是最后那句話是說明生物界的偶然性與必然性的相互聯(lián)系、相互作用方式的絕妙比喻。當(dāng)然，由于莫諾有時(shí)十分不恰當(dāng)?shù)貙?yán)格決定論與辯證唯物論混為一談，應(yīng)當(dāng)注意他的言論本身具有兩重性。（〔10〕，第324頁）

非完全決定論的內(nèi)容還由于系統(tǒng)科學(xué)的興起而得到了進(jìn)一步豐富和加強(qiáng)。有人因之稱作系統(tǒng)決定論。其要旨可概括如下：

一般的自然界的復(fù)雜系統(tǒng)（在自然哲學(xué)中姑且撇開社會(huì)系統(tǒng)），不能由它的構(gòu)成要素和子系統(tǒng)通過簡單相加和線性因果鏈無歧義地決定其整體功能和行為。但系統(tǒng)的存在與演化仍有相當(dāng)確定的規(guī)律可循，機(jī)遇與因果共同決定著系統(tǒng)的存在和發(fā)展，因而系統(tǒng)在整體上仍有決定性。

具體地說，系統(tǒng)演化的主要機(jī)理就在于機(jī)遇性漲落、反饋和非線性作用。人們常喜歡將借助于系統(tǒng)科學(xué)特有的資料所認(rèn)識(shí)的辯證法，稱作“系統(tǒng)辯證法”。系統(tǒng)科學(xué)從自己的角度闡明了因果與機(jī)遇、決定性與隨機(jī)性的辯證法：自組織系統(tǒng)作為遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，以偶然的隨機(jī)的漲落為誘導(dǎo)，通過正反饋和非線性放大，某一漲落在矛盾競爭之中取得支配地位，成為序參量，于是使系統(tǒng)的演化納入必然的軌道，建立時(shí)空、功能上的新的有序狀態(tài)。系統(tǒng)辯證法與矛盾辯證法在自組織動(dòng)力學(xué)機(jī)制的解釋上是高度一致的：當(dāng)自組織系統(tǒng)處于不穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部矛盾全面展開并有所激化，與各種子系統(tǒng)及其要素的局部耦合關(guān)系和運(yùn)動(dòng)特性相聯(lián)系的模式和參量都異常活躍，各種參量的漲落此起彼伏，它們都蘊(yùn)含著一定的結(jié)構(gòu)與組織的胚芽，為了建立自己的獨(dú)立模式并爭奪對(duì)全局的支配權(quán)，它們之間進(jìn)行激烈的競爭與對(duì)抗，時(shí)而“又聯(lián)合又斗爭”，最后才選拔出作為主導(dǎo)模式的序參量。非完全決定論在協(xié)同學(xué)的描述系統(tǒng)演化的數(shù)學(xué)方程中也得到反映。如郎之萬方程（描述布朗運(yùn)動(dòng)的）和?？?普朗克方程中，概率論描述與因果性描述共處于一體，隨機(jī)作用項(xiàng)與決定論作用項(xiàng)被綜合在一起，偶然性與必然性因子被綜合在一起。從自然哲學(xué)看，它們體現(xiàn)了機(jī)遇律與因果律的辯證綜合。

3.物理事件與觀察的關(guān)系、主體-客體相互作用問題。

從前認(rèn)為不容置疑的“客觀事件與任何觀測無關(guān)”的自然哲學(xué)信條，如今在新的原子科學(xué)中同樣也正在失效。正如海森伯所指出，經(jīng)典物理學(xué)的真正核心，也就是物理事件在時(shí)間、空間上的客觀進(jìn)程與任何觀測無關(guān)的信念，由于許多量子實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)而受到?jīng)_擊。而現(xiàn)代物理學(xué)的真正力量就存在于自然界為我們提供的那些新的思想方法之中。因此，再指望用新實(shí)驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)與觀測無關(guān)的“純客觀事件”或不依賴于觀察者和相關(guān)參照系的“絕對(duì)時(shí)間”，就無異于指望極地探險(xiǎn)家在南極圈尚未勘查過的地方會(huì)發(fā)現(xiàn)“世界盡頭”，那只能是不切實(shí)際的幻想。（〔4〕，第4頁和第9頁）對(duì)原子、電子那樣的客體的任何一次射線照射或觀測都足以破壞其初始狀態(tài)，而且由于或然性和不可逆性，這種狀態(tài)不可恢復(fù)。

玻爾為量子力學(xué)所作的“互補(bǔ)性詮釋”中一個(gè)最基本的思想是：觀察者（主體）與被觀察者（客體）之間的嚴(yán)格劃界是不可能的，因?yàn)樵趯?shí)際過程中兩者處在緊密相連的相互作用之中。無論是純粹的“主體”即可以）“無干擾”地進(jìn)行觀察的觀察者）或是純粹的“客體”（可以絕對(duì)隔絕外界作用而界定被觀察系統(tǒng)的孤立狀態(tài)）概念都只是經(jīng)典物理學(xué)所作的理想化，而這兩種理想化既是相互補(bǔ)充又是相互排斥的?！?1〕這就是玻爾著名的“我們既是觀眾（觀察者），又是演員（被觀察者）”辯證論斷的真實(shí)含義。

實(shí)際上，從當(dāng)代自然哲學(xué)的眼光看，這是很自然的：人（觀察者）本來就是自然（被觀察者）不可分割的一部分，我們只能用一種內(nèi)在化的眼光來看待自然，而不可能象上帝那樣用完全超脫的外在化眼光看自然，這就是問題的癥結(jié)所在。

正如羅森菲爾德所指出，所謂“觀察者介入原子事件進(jìn)程”的局勢，容易產(chǎn)生科學(xué)事實(shí)的客觀性被敗壞的假象，因此我們必須與機(jī)械論和不可救藥的唯心主義劃清界線。羅森菲爾德本人正是以辯證法為武器在與機(jī)械論和唯心主義劃界的過程中闡明了觀察者與物理事件的辯證關(guān)系的客觀性質(zhì)。（〔12〕，第140頁）海森伯說得很分明：“量子論并不包含真正的主觀特征，它并不引進(jìn)物理學(xué)家的精神作為原子事件的一部分”。（〔3〕，第22頁）可見，“客體行為與觀測有關(guān)”原則并不意味著我們可以拋棄客觀實(shí)在而接受主觀主義。

4.系統(tǒng)整體實(shí)在觀問題。在闡述以上各個(gè)問題的過程中，我們實(shí)際上已經(jīng)闡明了整體實(shí)在觀的基本觀點(diǎn)：“整體不同于各部分機(jī)械相加的總和”。自然本體是依賴于系統(tǒng)場境的存在、處在相對(duì)相關(guān)中的存在，是整體全息相關(guān)的實(shí)在。正如D.玻姆所指出的，按照量子概念，世界是作為統(tǒng)一的不可分割的整體而存在的，其中即使是每個(gè)部分內(nèi)在的性質(zhì)（波或粒子）也在一定程度上依賴于場境。其實(shí)，人本身就是自然的產(chǎn)物，自然不可分割的一部分，人只能作為參與者并在相互作用過程中用內(nèi)在化的觀點(diǎn)來理解自然本體。只是在系統(tǒng)及其諸要素之間的相互作用可以忽視的情況下，還原主義才是近似地有效的。

5.自然本體目的性的（自組織解釋）問題。簡單地說，當(dāng)代自然哲學(xué)的目的論觀是亞里士多德內(nèi)在目的論的復(fù)活和發(fā)展，是現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)目的論觀的升華。宇宙象是一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體，自然系統(tǒng)（包括生命系統(tǒng)和非生命自組織系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)、功能和演化過程的合目的性可以通過自然本身的自組織機(jī)制的作用得到合理解釋?！?〕

例如，自然選擇的實(shí)質(zhì)問題是由生物哲學(xué)所提出的一個(gè)重要問題。按照生物控制論的初步解答，關(guān)于生物進(jìn)化的自然選擇機(jī)制實(shí)質(zhì)上就是一種以偶然的突變?yōu)樗夭模ㄟ^反饋調(diào)節(jié)的最優(yōu)化控制機(jī)制。艾根的超循環(huán)理論則進(jìn)一步明確，在大分子的自組織階段，在生化反應(yīng)的超循環(huán)中選擇價(jià)值高的突變不斷通過過濾和正反饋放大，形成功能性的組織，強(qiáng)化、優(yōu)化并向更高水平進(jìn)化。這里，一方面自然選擇表現(xiàn)為自然本身的純物質(zhì)性的有規(guī)則的相互作用過程，但它不同于牛頓的機(jī)械因果性模式，因?yàn)槠渲型蛔兣c選擇機(jī)制、機(jī)遇與因果是辯證地聯(lián)合起作用的；另一方面，盡管它排除了自然神力的干預(yù)，卻仍然是合目的性的過程，因?yàn)樗凶砸龑?dǎo)的、自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能（使物種或分子擬種適應(yīng)環(huán)境）。這樣，按系統(tǒng)辯證法重新解釋過的合理的目的論又能與神學(xué)劃清界線。

三

正如我們已經(jīng)看到的，20世紀(jì)早期的相對(duì)論量子論革命向統(tǒng)治思想界長達(dá)二三百年之久的機(jī)械論自然哲學(xué)，提出了全面的詰難和挑戰(zhàn)，并給予毀滅性的打擊。當(dāng)代自然哲學(xué)正是在克服舊自然哲學(xué)的危機(jī)，在回答新興自然科學(xué)所提出的詰難和挑戰(zhàn)的過程中逐步建立起來的。20世紀(jì)中葉以來以系統(tǒng)科學(xué)群為代表的新興科學(xué)的迅速發(fā)展，豐富了當(dāng)代自然哲學(xué)的內(nèi)涵，加速了人類自然圖景革新的步伐。

總起來說，當(dāng)代自然哲學(xué)的核心觀點(diǎn)，可以簡要地重新概括如下：

1.自然本體是依賴于系統(tǒng)場境的、在關(guān)系中生成的、流動(dòng)的實(shí)在，作為孤立實(shí)體的終極實(shí)在根本不存在，“潛在”是物理實(shí)在的一種新形式；2.自然系統(tǒng)遵循非完全決定論（即決定論與非決定論的中間物），它是由因果與機(jī)遇聯(lián)合統(tǒng)治的，此兩者互斥又互補(bǔ)。偶然性的本體論地位是：它是自然本體本質(zhì)中的一個(gè)規(guī)定、一個(gè)方面和一個(gè)要素。偶然性存在精細(xì)的非線性作用機(jī)制（由混沌革命所發(fā)現(xiàn)?。?。3.物理事件與觀測有關(guān)，人作為自然系統(tǒng)的一分子只能用參與者的身分和內(nèi)在化的觀點(diǎn)來觀察自然，絕對(duì)的主客二分只是不切實(shí)際的幻想；4.系統(tǒng)整體觀在總體上比還原主義更為合理，不過為了進(jìn)行精細(xì)的研究，有節(jié)制的還原主義仍是必不可少的和有啟發(fā)力的，兩者其實(shí)是互斥又互補(bǔ)的。5.自然系統(tǒng)的合目的性可以按自組織觀點(diǎn)得到最合理的解釋，目的論與機(jī)械論也是互斥又互補(bǔ)的。

最后，我們所要強(qiáng)調(diào)的是偶然性的恰當(dāng)?shù)谋倔w論地位問題。迄今仍有不少讀者受過時(shí)的哲學(xué)教科書的影響，把偶然性當(dāng)作一種外在的、主觀的、局部的、非本質(zhì)的和不穩(wěn)定的或暫時(shí)的東西。其實(shí)這種看法有違辯證法的本意，可以毫不客氣地說它屬于機(jī)械論的范疇。通過對(duì)量子辯證法與系統(tǒng)辯證法的研究，我們可以十分有把握地說：機(jī)遇或偶然性在本體論中恰恰是一種內(nèi)在的、固有的、普遍的、本質(zhì)的和永久性的成分。借用列寧論“假象”的話來說，偶然性是“本質(zhì)的一個(gè)規(guī)定、一個(gè)方面和一個(gè)環(huán)節(jié)”，是“本質(zhì)自身在自身中的表現(xiàn)”。機(jī)遇與偶然性是客觀的并且具有自己的非常獨(dú)特的規(guī)律。在新自然哲學(xué)中，我們不能再滿足于把偶然性看作必然性的“補(bǔ)充形式”的外在化理解，而要比以往任何時(shí)候都更加清醒地認(rèn)識(shí)到，機(jī)遇與因果相互聯(lián)結(jié)、相互滲透，辯證地融為一體。在非完全決定論中，偶然性恢復(fù)了它本來應(yīng)有的本體論地位，機(jī)遇與因果，偶然性與必然性以幾率或統(tǒng)計(jì)性乃至“混沌吸引子”為中介辯證地聯(lián)結(jié)在一起。在相空間中混沌吸引子的精巧的無窮嵌套的自相似結(jié)構(gòu)，精確而形象地展示出系統(tǒng)演化過程中機(jī)遇與因果如何聯(lián)合起作用的深層非線性機(jī)制，進(jìn)一步豐富了對(duì)自然本體辯證內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)。

應(yīng)當(dāng)說，這是量子辯證法與系統(tǒng)辯證法對(duì)矛盾辯證法的一項(xiàng)貢獻(xiàn)，它們本應(yīng)是相得益彰的。

參考文獻(xiàn)

〔1〕桂起權(quán)：《目的論自然哲學(xué)之復(fù)活》，載“自然辯證法研究”1995(7)，并收入?yún)菄⒅骶帯蹲匀徽軐W(xué)》一書，中國社科出版社1994年版。

〔2〕《馬克思恩格斯全集》第20卷。

〔3〕海森伯：《物理學(xué)與哲學(xué)》商務(wù)印書館1984年版。

〔4〕海森伯：《嚴(yán)密自然科學(xué)基礎(chǔ)近年來的變化》上海譯文出版社1978年版。

〔5〕《武谷三男物理學(xué)方法論論文集》商務(wù)印書館1975年版。

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

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〔10〕桂起權(quán)：《科學(xué)思想的源流》武漢大學(xué)出版社1994年版。

〔11〕桂來權(quán)《析量子力學(xué)中的辯證法思想—玻爾互補(bǔ)性構(gòu)架之真諦》，載“哲學(xué)研究”1994(10)。

〔12〕羅森菲爾德：《量子革命》商務(wù)印書館1991年版。

注釋：

[1]正是在這一意義上，梁實(shí)秋在《遠(yuǎn)東英漢大辭典》中，將控制論(cybernetics)譯作神經(jīng)機(jī)械學(xué)。

第5篇：量子力學(xué)最新研究范文

在知識(shí)經(jīng)濟(jì)越來越占據(jù)主導(dǎo)地位的今天，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，已經(jīng)成為教師義不容辭的責(zé)任。物理學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生智力的重要載體，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)展能力有著關(guān)鍵的價(jià)值和意義。下面結(jié)合原子物理教學(xué)實(shí)踐，對(duì)如何培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生能力進(jìn)行簡要的分析。

一、挖掘?qū)W科內(nèi)涵，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力

教學(xué)過程中學(xué)生占有絕對(duì)的主體地位和作用。原子物理學(xué)是研究原子、分子等微觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用等問題的一門物理學(xué)分支，從其產(chǎn)生背景、研究方向、研究對(duì)象等方面相比物理學(xué)其他基礎(chǔ)學(xué)科，都是比較特殊的，教師應(yīng)該在本門課程教學(xué)之初就把這些特殊之處向?qū)W生加以重點(diǎn)闡述，可以起到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用。

1.追根溯源，通過原子物理學(xué)的發(fā)展歷史，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。兩千多年前原子被發(fā)現(xiàn)，其概念的產(chǎn)生是用以表示化學(xué)變化中最小的單元。在20世紀(jì)初，原子物理學(xué)成為一門新興學(xué)科。隨著近代物理學(xué)的發(fā)展，原子物理學(xué)到20世紀(jì)二三十年代以后逐步系統(tǒng)、完善起來。其中諸多的內(nèi)容像微波波譜理論、量子力學(xué)理論等還是20世紀(jì)四十年代左右才建立的，有些內(nèi)容甚至是20世紀(jì)后葉科學(xué)研究的成果。它有著不同于其他學(xué)科新穎、豐富、與眾不同的內(nèi)容。在教學(xué)過程中，要著力使學(xué)生明確這一特點(diǎn)，不但能夠調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)其對(duì)微觀領(lǐng)域探索的欲望，更能促使他們較好地發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

2.深入其中，通過原子物理學(xué)如今的發(fā)展范疇，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。原子物理從發(fā)展過程上來劃分，應(yīng)屬于近代物理學(xué)的范疇。不過，因?yàn)槠湟?guī)律和基本公式是在大量物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上并根據(jù)經(jīng)典物理理論推導(dǎo)出來的，因此它又與普通物理有著“合集”的內(nèi)容。由此，原子物理客觀上成了聯(lián)系經(jīng)典物理與近代物理的一門“中間”學(xué)科，可形象地比喻為“溝通近代物理與經(jīng)典物理間的紐帶”。因原子物理處在過渡地位，決定了其理論體系結(jié)構(gòu)沒有模式固定的理論和研究方法。清晰準(zhǔn)確地向?qū)W生傳達(dá)這一信息，一方面可使他們從思想上加以重視，另一方面能減少其學(xué)習(xí)上的“盲目性”，為以后的深入學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)還能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.遠(yuǎn)景展望，通過原子物理學(xué)發(fā)展的未來，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。由于歷史上的原因，經(jīng)典的原子理論自現(xiàn)代量子力學(xué)出現(xiàn)以后被不客觀地否定了，也由于經(jīng)典的原子理論自玻爾以后再也沒有一個(gè)創(chuàng)造性的思想和研究出現(xiàn)過，使那些深藏于復(fù)雜事物背后的簡單真實(shí)沒有被客觀地揭示出來。因此在這一領(lǐng)域，經(jīng)典的電磁理論和牛頓力學(xué)，無法以它客觀上的準(zhǔn)確和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋磉_(dá)方式向人們展示它的作用。在授課過程中，我們要有意識(shí)地教育學(xué)生，既尊重歷史也尊重權(quán)威，但這不等同于排斥權(quán)威以外的正確思想，否則科學(xué)發(fā)展也就失去了它的創(chuàng)造性和生命力。

二、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力

教學(xué)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)的本源，而它主要又表現(xiàn)在教材上。通過教師的充分理解和深刻把握，將教材內(nèi)容現(xiàn)代化是提高學(xué)生能力的有效方式。我們目前“原子物理學(xué)”教材的種類和版本相對(duì)較少，特別是能適應(yīng)我們普通學(xué)校特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)條件的更是少之又少。由此，我們應(yīng)該在使用通用教材時(shí)，依據(jù)學(xué)?，F(xiàn)有條件、教學(xué)目的等情況，適當(dāng)?shù)匾圆糠纸滩膬?nèi)容加以調(diào)整以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的針對(duì)性。

1.對(duì)教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)刪減。如正確把握玻爾理論的講解。玻爾理論一度成為原子物理學(xué)的核心部分，但在教學(xué)過程中筆者發(fā)現(xiàn)，如果過多地強(qiáng)調(diào)這一理論，則可能會(huì)使本來較為直觀反映近代物理學(xué)理論體系和最新科學(xué)成果的原子物理課苑囿于玻爾理論范疇。另外隨著近代科學(xué)的不斷進(jìn)步，玻爾理論中的一些結(jié)論和觀點(diǎn)已不能完全解釋原子體系中一些較為復(fù)雜的現(xiàn)象，特別是隨著新的量子理論的出現(xiàn)，它取代了玻爾理論，能夠更為科學(xué)地描述微觀客體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此，對(duì)屬于玻爾理論部分的內(nèi)容，理應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h繁就簡。同時(shí)，也應(yīng)看到玻爾理論在定性處理一些相對(duì)復(fù)雜的問題時(shí)，它具有直觀形象和物理圖像比較清晰的特點(diǎn)，而量子力學(xué)又不可能取而代之，所以，對(duì)這一部分內(nèi)容的壓縮又要適可而止。

2.對(duì)教材內(nèi)容適當(dāng)擴(kuò)充。在對(duì)玻爾理論等內(nèi)容進(jìn)行精簡、壓縮的同時(shí)，我們要注意在不超出教學(xué)大綱規(guī)定的范圍內(nèi)，對(duì)粒子物理、原子核物理，甚至量子色動(dòng)力學(xué)等部分內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)地?cái)U(kuò)充。（1）適當(dāng)充實(shí)核物理部分內(nèi)容，如原子核的結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律及放射衰變理論等問題。（2）當(dāng)今對(duì)原子物理教材結(jié)構(gòu)的要求是以量子力學(xué)觀點(diǎn)貫穿于對(duì)原子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等問題的研究，所以，對(duì)屬于基本觀點(diǎn)方面的內(nèi)容，應(yīng)進(jìn)行必要的補(bǔ)充，如量子力學(xué)的幾個(gè)基本假設(shè)等問題，使學(xué)生能從更好的角度來理解問題。

3.結(jié)合典型問題，適當(dāng)介紹物理學(xué)史內(nèi)容。從物理學(xué)的發(fā)展史上可以看出，任何一個(gè)物理學(xué)概念的提出，都是人們從紛繁復(fù)雜的表象中，找到事物的主要矛盾，經(jīng)過反復(fù)分析、不斷實(shí)驗(yàn)才可能取得的。因此，我們在教學(xué)過程中，要有目的地使學(xué)生了解一些原子物理學(xué)史的內(nèi)容。通過幫助學(xué)生了解原子物理學(xué)的發(fā)展史，從而了解物理概念，學(xué)到科學(xué)方法，擴(kuò)大知識(shí)面。

三、發(fā)揮教師引導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

轉(zhuǎn)貼于

在教學(xué)活動(dòng)中，能否使學(xué)生的創(chuàng)新能力得到較大的發(fā)展是衡量教學(xué)效果的重要指標(biāo)。學(xué)生創(chuàng)新能力的提高與發(fā)展，固然與學(xué)生個(gè)人素質(zhì)、思維習(xí)慣及其他方方面面的因素有關(guān)，但教師在其中的引導(dǎo)作用同樣也是不可或缺的。原子物理教學(xué)活動(dòng)由于條件所限主要是在課堂上進(jìn)行，所以如何在課堂教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)就更顯得尤為重要。

第6篇：量子力學(xué)最新研究范文

1.1量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)可簡單理解為遵循量子力學(xué)能夠進(jìn)行高速運(yùn)算、存儲(chǔ)和處理信息的計(jì)算機(jī)，它是在社會(huì)對(duì)高速度、保密好、容量大的通訊及計(jì)算提出較高要求的情況下產(chǎn)生的。物理主體主要包括：液態(tài)核磁共振量子計(jì)算機(jī)、(固態(tài))硅晶體核磁共振量子計(jì)算機(jī)、離子陷阱、量子光學(xué)、腔室量子電動(dòng)力學(xué)、超導(dǎo)體方案等。量子計(jì)算機(jī)的功能在于進(jìn)行大數(shù)的因式分解，和Grover搜索破譯密碼，但是同時(shí)也提供了另一種保密通訊的方式，此外還可以用來做量子系統(tǒng)的模擬。但是在昨晚高難度運(yùn)算后，能耗高、壽命短，散熱量大等缺點(diǎn)則暴露出來，真正有價(jià)值的量子計(jì)算機(jī)還有待繼續(xù)研究。

1.2光子計(jì)算機(jī)光子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存貯等內(nèi)容利用的是光信號(hào)，以光運(yùn)算代替電運(yùn)算，主要由激光器、光學(xué)反射鏡、透鏡、濾波器等光學(xué)元件設(shè)備組成。它具有運(yùn)算、處理能力極強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，兼具容錯(cuò)性，能夠進(jìn)行模糊處理，但并不影響運(yùn)算結(jié)果，智能化更高端。它主要具有以下好處：光子不帶電荷，不產(chǎn)生磁場，也不受磁場作用影響；光子也不具有靜止質(zhì)量，可以在真空和介質(zhì)兩種狀態(tài)下傳播；信息存儲(chǔ)容量大，通道寬，通信能力強(qiáng)；能量耗用低，散熱量小，節(jié)能環(huán)保性較強(qiáng)，也避免了計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部過熱的情況。目前雖然光子計(jì)算機(jī)在功能和運(yùn)算速度方面和電子計(jì)算機(jī)有一定差距，但光子計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步研制、完善，在對(duì)圖像處理、目標(biāo)識(shí)別和人工智能等方面發(fā)揮重大作用。

1.3生物計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)也叫做放生計(jì)算機(jī)，是以仿生學(xué)研究為基礎(chǔ)而形成的新型計(jì)算機(jī)技術(shù)，它以生物工程技術(shù)生產(chǎn)的蛋白分子制成生物芯片作為基礎(chǔ)元件。它具有并行處理的功能，運(yùn)行速度比普通的電子計(jì)算機(jī)要快10萬倍，存儲(chǔ)空間占用更是少之又少。它具有的優(yōu)點(diǎn)很多，首先，體積小、功效高，比集成電路小很多，可以隱藏在地板、墻壁等地方；其次，具有自我修復(fù)功能，它的內(nèi)部芯片出現(xiàn)故障時(shí)，不需要人工修理，能自我修復(fù)，永久性、可靠新高；再者，能耗很低，能量消耗僅占普通電子計(jì)算機(jī)的10億分之1，散熱量很?。坏谒?，不受電路間信號(hào)干擾。目前，這種計(jì)算機(jī)還在研制階段，存在技術(shù)不成熟、信息提取難等問題，還需要繼續(xù)優(yōu)化。

1.4納米計(jì)算機(jī)納米計(jì)算機(jī)研制是計(jì)算機(jī)發(fā)展過程中的一場革命，它以納米技術(shù)為基礎(chǔ)研制出計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積相當(dāng)于發(fā)絲直徑的千分之一，生產(chǎn)成本非常低，不需要建造超潔凈生產(chǎn)車間，也不需要昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和人數(shù)眾多的生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，同時(shí)，納米計(jì)算機(jī)也需要耗費(fèi)能源可以忽略不計(jì)，但是對(duì)其強(qiáng)大其性能的發(fā)揮絲毫不產(chǎn)生影響。納米計(jì)算機(jī)可以應(yīng)用到微型機(jī)器人，以至于日用電子設(shè)備，甚至玩具中，都能獲得強(qiáng)大的微處理功能，其應(yīng)用范圍也涉及到現(xiàn)代物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、建筑學(xué)、材料學(xué)等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。這項(xiàng)新的課題技術(shù)也在不斷的完善和發(fā)展，將為計(jì)算機(jī)發(fā)展帶來新的內(nèi)容。

2云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展

2.1云技術(shù)云計(jì)算是分布式計(jì)算的一種形式，它通過將計(jì)算拆散計(jì)算再進(jìn)行組合回傳的方式進(jìn)行，可以達(dá)到和超級(jí)計(jì)算機(jī)同樣強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這是云技術(shù)的根本。云技術(shù)不僅僅作為資料搜集手段，它是集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、整合技術(shù)管理平臺(tái)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)為一體的綜合資源池，靈活便捷。云技術(shù)作為一種商業(yè)模式的體現(xiàn)方式，其應(yīng)用非常廣泛，目前，已經(jīng)在搜索引擎、網(wǎng)絡(luò)信箱等領(lǐng)域投入使用，未來在手機(jī)、GPS等行動(dòng)裝置上也可實(shí)現(xiàn)。云技術(shù)正以它的可靠、實(shí)用、安全等性能逐漸被人們所接受，云物聯(lián)、云存儲(chǔ)、云呼叫、私有云、云游戲、云教育、云會(huì)議以及云社交等正逐步強(qiáng)化它的服務(wù)功能。

2.2網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展有賴于光纖技術(shù)的快速發(fā)展。光導(dǎo)纖維技術(shù)在通信、電子和電力等領(lǐng)域日益擴(kuò)展，成為大有前途的新型基礎(chǔ)材料，與之相伴的光纖技術(shù)也以新奇、便捷贏得人們的青睞。它具有耐濕、耐輻射、易于安裝和保養(yǎng)、24小時(shí)的連續(xù)工作等性能被廣泛應(yīng)用。尤其在塑料光纖產(chǎn)生后，海底光纜工程得以順利實(shí)施，對(duì)世界范圍網(wǎng)絡(luò)通信起到良好的推動(dòng)作用。

3移動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展

目前最熱門的是wifi無線技術(shù)，而最新的是4G通信技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)對(duì)移動(dòng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展起到了關(guān)鍵的支撐作用。4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代剛剛開啟，目前開始應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備上，但是在微型便攜計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用尚未起步。如何將移動(dòng)計(jì)算機(jī)等終端產(chǎn)品通過芯片等形式與4G網(wǎng)絡(luò)完沒相連接，如發(fā)展移動(dòng)電視、移動(dòng)電腦、成為一項(xiàng)熱門話題，有待進(jìn)一步研究探索。

4結(jié)束語

第7篇：量子力學(xué)最新研究范文

蒸蒸日上的凝聚態(tài)物理學(xué)

自從80年代中期發(fā)現(xiàn)了所謂高臨界溫度超導(dǎo)體以來，世界上對(duì)這種應(yīng)用潛力很大的新材料的研究熱情和樂觀情緒此起彼伏，時(shí)斷時(shí)續(xù)。這種新材料能在液氮溫區(qū)下傳導(dǎo)電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導(dǎo)材料的研究仍是今后凝聚態(tài)物理學(xué)中活躍的領(lǐng)域之一。目前，許多國家的科學(xué)工作者仍在爭分奪秒，繼續(xù)進(jìn)行競爭，向更高溫區(qū)，甚至室溫溫區(qū)超導(dǎo)材料的研究和應(yīng)用努力。可以預(yù)計(jì)，這個(gè)勢頭今后也不會(huì)減弱，此外，高臨界溫度的超導(dǎo)材料的機(jī)械性能、韌性強(qiáng)度和加工成材工藝也需進(jìn)一步提高和解決?？茖W(xué)家們預(yù)測，21世紀(jì)初，這些技術(shù)問題可以得到解決并將有廣泛的應(yīng)用前景，有可能會(huì)引起一場新的工業(yè)革命。超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)船、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等將會(huì)面向市場，屆時(shí)，世界超導(dǎo)材料市場可望達(dá)到2000億美元。

由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀(jì)70年代末，在短短不到30年的時(shí)間內(nèi)，已逐步揭示出其微觀機(jī)制和物理圖像。目前已利用半導(dǎo)體超晶格材料研制成許多新器件，它可以在原子尺度上對(duì)半導(dǎo)體的組分摻雜進(jìn)行人工“設(shè)計(jì)”，從而可以研究一般半導(dǎo)體中根本不存在的物理現(xiàn)象，并將固態(tài)電子器件的應(yīng)用推向一個(gè)新階段。但目前對(duì)于其他類型的超晶格材料的制備尚需做進(jìn)一步的努力。一些科學(xué)家預(yù)測，下一代的電子器件可能會(huì)被微結(jié)構(gòu)器件替代，從而可能會(huì)帶來一場電子工業(yè)的革命。微結(jié)構(gòu)物理的研究還有許多新的物理現(xiàn)象有待于揭示。21世紀(jì)可能會(huì)碩果累累，它的前景不可低估。

近年來，兩種與磁阻有關(guān)的引起人們強(qiáng)烈興趣的現(xiàn)象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現(xiàn)象。一般磁阻是物質(zhì)的電阻率在磁場中會(huì)發(fā)生輕微的變化，而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數(shù)千倍的變化。超巨磁現(xiàn)象中令人吃驚的是，在很強(qiáng)的磁場中某些絕緣體會(huì)突變?yōu)閷?dǎo)體，這種原因尚不清楚，就像高臨界溫度超導(dǎo)材料超導(dǎo)性的原因難以捉摸一樣。目前，巨磁和超巨磁實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的主要障礙是強(qiáng)磁場和低溫的要求，預(yù)計(jì)下世紀(jì)初在這方面會(huì)有很大的進(jìn)展，并會(huì)有誘人的應(yīng)用前景。

可以預(yù)計(jì)，新材料的發(fā)展是21世紀(jì)凝聚態(tài)物理學(xué)研究重要的發(fā)展方向之一。新材料的發(fā)展趨勢是：復(fù)合化、功能特殊化、性能極限化和結(jié)構(gòu)微觀化。如，成分密度和功能不均勻的梯度材料；可隨空間時(shí)間條件而變化的智能材料；變形速度快的壓電材料以及精細(xì)陶瓷材料等都將成為下世紀(jì)重要的新材料。材料專家預(yù)計(jì)，21世紀(jì)新材料品種可能突破100萬種。

等離子體物理與核聚變

海水中含有大量的氫和它的同位素氘和氚。氘既重氫，氧化氘就是重水，每一噸海水中含有140克重水。如果我們將地球海水中所有的氘核能都釋放出來，那么它所產(chǎn)生的能量足以提供人類使用數(shù)百億年。但氘和氚的原子核在高溫下才能聚合起來釋放能量，這個(gè)過程稱為熱核反應(yīng)，也叫核聚變。

核聚變反應(yīng)的溫度大約需要幾億度，在這樣高的溫度上，氘氚混合燃料形成高溫等離子體態(tài)，所以等離子體物理是核聚變反應(yīng)的理論基礎(chǔ)。1986年美國普林斯頓的核聚變研究取得了令人鼓舞的成績，他們在TFTR實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行的超起動(dòng)放電達(dá)到20千電子伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了“點(diǎn)火”要求。1991年11月在英國卡拉姆的JET實(shí)驗(yàn)裝置上首次成功地進(jìn)行了氘氚等離子體聚變試驗(yàn)。在圓形圈內(nèi)，2億度的溫度下，氘氚氣體相遇爆炸成功，產(chǎn)生了200千瓦的能量，雖然只維持了1.3秒，但這為人類探索新能源——核聚變能的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了一大步。這是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚變反應(yīng)距實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離，技術(shù)上尚有許多難題需要解決，如怎樣將等離子加熱到如此高的溫度？高溫等離子體不能與盛裝它的容器壁相接觸，否則等離子體要降溫，容器也會(huì)被燒環(huán)，這就是如何約束問題。21世紀(jì)初有可能在該領(lǐng)域的研究工作中有所突破。

納米技術(shù)向我們走來

所謂納米技術(shù)就是在10[-9]米（即十億分之一米）水平上，研究應(yīng)用原子和分子現(xiàn)象及其結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。納米技術(shù)的發(fā)展使人們有可能在原子分子量級(jí)上對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加工，制造出各種東西，使人類開始進(jìn)入一個(gè)可以在納米尺度范圍，人為設(shè)計(jì)、加工和制造新材料、新器件的時(shí)代。粗略的分，納米技術(shù)可分為納米物理、納米化學(xué)、納米生物、納米電子、納米材料、納米機(jī)械和加工等幾方面。

納米材料具有常規(guī)材料所不具備的反常特性，如它的硬度、強(qiáng)度，韌性和導(dǎo)電性等都非常高，被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。美國一研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為：任何經(jīng)營材料的企業(yè)，如果現(xiàn)在還不采取措施研究納米材料的開發(fā)，今后勢必會(huì)處于競爭的劣勢。

納米電子是納米技術(shù)與電子學(xué)的交叉形成的一門新技術(shù)。它是以研究納米級(jí)芯片、器件、超高密度信息存儲(chǔ)為主要內(nèi)容的一門新技術(shù)。例如，目前超高密度信息存儲(chǔ)的最高存儲(chǔ)密度為10[12]畢特／平方厘米，其信息儲(chǔ)存量為常規(guī)光盤的10[6]倍。

納米機(jī)械和加工，也稱為分子機(jī)器，它可以不用部件制造幾乎無任何縫隙的物體，它每秒能完成幾十億次操作，可以做人類想做的任何事情，可以制造出人類想得到的任何產(chǎn)品。目前采用分子機(jī)器加工已研制出世界上最小的（米粒大?。┱羝麢C(jī)、微型汽車、微型發(fā)電機(jī)、微型馬達(dá)、微型機(jī)器人和微型手術(shù)刀。微型機(jī)器人可進(jìn)入血管清理血管壁上的沉積脂肪，殺死癌細(xì)胞，修復(fù)損壞的組織和基因。微型手術(shù)刀只有一根頭發(fā)絲的百分之一大小，可以不用開胸破腹就能完成手術(shù)。21世紀(jì)的生物分子機(jī)器將會(huì)出現(xiàn)可放在人腦中的納米計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，并且有自身復(fù)制的能力。人類還有可能制造出新的智能生命和實(shí)現(xiàn)物種再構(gòu)。

“無限大”和“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)

“無限大”和“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域。天體物理和宇宙物理學(xué)就屬于“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)的范疇，它從早期對(duì)太陽系的研究，逐步發(fā)展到銀河系，直到對(duì)整個(gè)宇宙的研究。熱大爆炸宇宙模型作為本世紀(jì)后半葉自然科學(xué)中四大成就之一是當(dāng)之無愧的。利用該模型已經(jīng)成功地解釋宇宙觀測的最新結(jié)果。如宇宙膨脹，宇宙年齡下限，宇宙物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu)，宇宙在大尺度范圍是各向同性等重要結(jié)果?？梢哉f具有暴脹機(jī)制的熱大爆炸宇宙模型已為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了一定的基礎(chǔ)。但是到目前為止，關(guān)于宇宙的起源問題仍沒有得到解決，暴脹宇宙論也并非十全十美，事實(shí)上想一次就能得到一個(gè)十分完善的宇宙理論是很困難的，這還有待于進(jìn)一步的努力和探索。

“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)還有兩個(gè)比較重要的問題是“類星體”和“暗物質(zhì)”?！邦愋求w”是1961年發(fā)現(xiàn)的，一個(gè)類星體發(fā)出的光相當(dāng)于幾千個(gè)星云，而每個(gè)星云相當(dāng)于1萬億個(gè)太陽所發(fā)出的光，所以對(duì)類星體的研究具有十分重大的意義。60年代末，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個(gè)編號(hào)為3C271的類星體，一天之內(nèi)它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世紀(jì)去解決。“暗物質(zhì)”是一種具有引力，看不見，什么光也不發(fā)射的物質(zhì)。宇宙中百分之九十以上的物質(zhì)是所謂的“暗物質(zhì)”，這種“暗物質(zhì)”到底是什么？我們至今仍不清楚，也有待于下世紀(jì)去解決。

原子核物理和粒子物理學(xué)則屬于“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)的范疇，它從早期對(duì)原子和原子核的研究，逐步發(fā)展到對(duì)粒子的研究。粒子主要包括強(qiáng)子（中子、質(zhì)子、超子、л介子、K介子等）、輕子（電子、μ子、τ輕子等）和媒介子（光子、膠子等）。強(qiáng)子是對(duì)參與強(qiáng)相互作用粒子的總稱，其數(shù)量幾乎占粒子種類的絕大部分；輕子是參與弱相互作用和電磁相互作用的，它們不參與強(qiáng)相互作用；而媒介子是傳遞相互作用的。目前，人們已經(jīng)知道參與強(qiáng)相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”組成的，但是至今不能把單個(gè)“夸克”分離出來，也沒有觀察到它們可以自由地存在。為什么“夸克”獨(dú)立不出來呢？還有一個(gè)不能解釋的問題是“非對(duì)稱性”，目前我們已有的定理都是對(duì)稱的，可是世界是非對(duì)稱的，這是一個(gè)有待于解決的矛盾。尋找獨(dú)立的夸克和電弱統(tǒng)一理論預(yù)言的、導(dǎo)致對(duì)稱性自發(fā)破缺的H粒子、解釋“對(duì)稱”與“非對(duì)性”的矛盾，是21世紀(jì)粒子物理學(xué)研究的前沿課題之一。

從表面上看“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)與“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)似無必然的聯(lián)系。其實(shí)不然，宇宙和天體物理學(xué)家利用廣義相對(duì)論來描述引力和宇宙的“無限大”結(jié)構(gòu)，即可觀察的宇宙范圍；而粒子物理學(xué)家則利用量子力學(xué)來處理一些“無限小”微觀區(qū)域的現(xiàn)象。其實(shí)宇宙系統(tǒng)與原子系統(tǒng)在某些方面有著驚人的相似性。預(yù)計(jì)21世紀(jì)“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)將會(huì)與“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)結(jié)合得更加緊密，即宏觀宇宙物理學(xué)和微觀粒子物理學(xué)整體聯(lián)系起來。熱大爆炸宇宙模型就是這種結(jié)合的典范，實(shí)際上該模型是在粒子物理學(xué)中弱電統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)上建立起來的?？梢灶A(yù)計(jì)，這種結(jié)合對(duì)科技發(fā)展和應(yīng)用都會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。

二、跨世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢

科學(xué)技術(shù)能否取得重大突破的關(guān)鍵取決于基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。所以，首先必須重視基礎(chǔ)科學(xué)的研究，不能忽視更不能簡單地以當(dāng)時(shí)基礎(chǔ)科學(xué)成果是否有用來衡量其價(jià)值。相對(duì)論和量子力學(xué)建立時(shí)好像與其他學(xué)科和日常生活無關(guān)，直到20世紀(jì)中期相對(duì)論和量子力學(xué)在許多科學(xué)領(lǐng)域中引起深刻的變革才引起人們的足夠重視。可以說，20世紀(jì)幾乎所有的重大科技突破，像原子能、半導(dǎo)體、激光、計(jì)算機(jī)等，都是因?yàn)橛辛讼鄬?duì)論和量子力學(xué)才得以實(shí)現(xiàn)?？梢哉f，沒有基礎(chǔ)科學(xué)就沒有科學(xué)技術(shù)、社會(huì)和人類的發(fā)展。

20世紀(jì)重大科技成果的成功經(jīng)驗(yàn)證明，不同學(xué)科間的互相交叉、配合和滲透是產(chǎn)生新的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，解釋新現(xiàn)象，取得科學(xué)突破的關(guān)鍵條件之一。例如，核物理與軍事技術(shù)的交叉產(chǎn)生了原子彈；半導(dǎo)體物理與計(jì)算技術(shù)的交叉產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)。可以預(yù)計(jì)，21世紀(jì)待人類掌握核聚變能的那一天，一定是核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理和激光技術(shù)等學(xué)科的交叉和配合的結(jié)果。這也是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

第8篇：量子力學(xué)最新研究范文

為了中國互聯(lián)網(wǎng)的成人禮，中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)、首都互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)、互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字論壇等相關(guān)機(jī)構(gòu)早就在籌備紀(jì)念活動(dòng)，今年8月還將召開互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)。

4月的封面故事做了兩手準(zhǔn)備。春節(jié)前后開始，我就在籌劃這期的“選擇”。做出兩套封面故事來，過程中廣泛面詢北京文化界一些資深讀者的意見，由他們來投票決定最后選擇哪一個(gè)封面故事。結(jié)果不出我所料，對(duì)歷史，這一次，大家是喜新厭舊了。

量子力學(xué)顛覆了經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀念。信息時(shí)代，也顛覆了工業(yè)時(shí)代的歷史觀。方興東曾說：“互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)間尺度是以狗年來計(jì)算的，我們的一年相當(dāng)于普通人的七年。也就是說，我在互聯(lián)網(wǎng)奮斗了10年，就相當(dāng)于已經(jīng)是70狗歲了?！被ヂ?lián)網(wǎng)20年，也就是140個(gè)狗年了。

互聯(lián)網(wǎng)對(duì)紙媒的影響，早已不是青萍之末。在過去一年與讀者的交流中，我們發(fā)現(xiàn)，本刊“熱歷史”等把歷史與未來、古典與前衛(wèi)互聯(lián)，最具有互聯(lián)網(wǎng)基因和互聯(lián)網(wǎng)精神的內(nèi)容被讀者視為“驚喜”。在紙媒愛好如此奢侈的今天，《看歷史》的讀者，正是熱愛歷史才有未來、擁有現(xiàn)在并創(chuàng)造歷史的人。在這個(gè)廟堂觀被打破、草根英雄輩出的時(shí)代，《看歷史》決意為讀者提供把握現(xiàn)在、擁有未來的歷史參考讀物，希望與讀者在有更迫切價(jià)值的歷史選擇中，成為歷史行動(dòng)主義者。

第9篇：量子力學(xué)最新研究范文

一、21世紀(jì)物理學(xué)的幾個(gè)活躍領(lǐng)域

蒸蒸日上的凝聚態(tài)物理學(xué)

自從80年代中期發(fā)現(xiàn)了所謂高臨界溫度超導(dǎo)體以來，世界上對(duì)這種應(yīng)用潛力很大的新材料的研究熱情和樂觀情緒此起彼伏，時(shí)斷時(shí)續(xù)。這種新材料能在液氮溫區(qū)下傳導(dǎo)電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導(dǎo)材料的研究仍是今后凝聚態(tài)物理學(xué)中活躍的領(lǐng)域之一。目前，許多國家的科學(xué)工作者仍在爭分奪秒，繼續(xù)進(jìn)行競爭，向更高溫區(qū)，甚至室溫溫區(qū)超導(dǎo)材料的研究和應(yīng)用努力?？梢灶A(yù)計(jì)，這個(gè)勢頭今后也不會(huì)減弱，此外，高臨界溫度的超導(dǎo)材料的機(jī)械性能、韌性強(qiáng)度和加工成材工藝也需進(jìn)一步提高和解決。科學(xué)家們預(yù)測，21世紀(jì)初，這些技術(shù)問題可以得到解決并將有廣泛的應(yīng)用前景，有可能會(huì)引起一場新的工業(yè)革命。超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)船、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等將會(huì)面向市場，屆時(shí)，世界超導(dǎo)材料市場可望達(dá)到2000億美元。

由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀(jì)70年代末，在短短不到30年的時(shí)間內(nèi)，已逐步揭示出其微觀機(jī)制和物理圖像。目前已利用半導(dǎo)體超晶格材料研制成許多新器件，它可以在原子尺度上對(duì)半導(dǎo)體的組分摻雜進(jìn)行人工“設(shè)計(jì)”，從而可以研究一般半導(dǎo)體中根本不存在的物理現(xiàn)象，并將固態(tài)電子器件的應(yīng)用推向一個(gè)新階段。但目前對(duì)于其他類型的超晶格材料的制備尚需做進(jìn)一步的努力。一些科學(xué)家預(yù)測，下一代的電子器件可能會(huì)被微結(jié)構(gòu)器件替代，從而可能會(huì)帶來一場電子工業(yè)的革命。微結(jié)構(gòu)物理的研究還有許多新的物理現(xiàn)象有待于揭示。21世紀(jì)可能會(huì)碩果累累，它的前景不可低估。

近年來，兩種與磁阻有關(guān)的引起人們強(qiáng)烈興趣的現(xiàn)象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現(xiàn)象。一般磁阻是物質(zhì)的電阻率在磁場中會(huì)發(fā)生輕微的變化，而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數(shù)千倍的變化。超巨磁現(xiàn)象中令人吃驚的是，在很強(qiáng)的磁場中某些絕緣體會(huì)突變?yōu)閷?dǎo)體，這種原因尚不清楚，就像高臨界溫度超導(dǎo)材料超導(dǎo)性的原因難以捉摸一樣。目前，巨磁和超巨磁實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的主要障礙是強(qiáng)磁場和低溫的要求，預(yù)計(jì)下世紀(jì)初在這方面會(huì)有很大的進(jìn)展，并會(huì)有誘人的應(yīng)用前景。

可以預(yù)計(jì)，新材料的發(fā)展是21世紀(jì)凝聚態(tài)物理學(xué)研究重要的發(fā)展方向之一。新材料的發(fā)展趨勢是：復(fù)合化、功能特殊化、性能極限化和結(jié)構(gòu)微觀化。如，成分密度和功能不均勻的梯度材料；可隨空間時(shí)間條件而變化的智能材料；變形速度快的壓電材料以及精細(xì)陶瓷材料等都將成為下世紀(jì)重要的新材料。材料專家預(yù)計(jì)，21世紀(jì)新材料品種可能突破100萬種。

等離子體物理與核聚變

海水中含有大量的氫和它的同位素氘和氚。氘既重氫，氧化氘就是重水，每一噸海水中含有140克重水。如果我們將地球海水中所有的氘核能都釋放出來，那么它所產(chǎn)生的能量足以提供人類使用數(shù)百億年。但氘和氚的原子核在高溫下才能聚合起來釋放能量，這個(gè)過程稱為熱核反應(yīng)，也叫核聚變。

核聚變反應(yīng)的溫度大約需要幾億度，在這樣高的溫度上，氘氚混合燃料形成高溫等離子體態(tài)，所以等離子體物理是核聚變反應(yīng)的理論基矗1986年美國普林斯頓的核聚變研究取得了令人鼓舞的成績，他們在TFTR實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行的超起動(dòng)放電達(dá)到20千電子伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了“點(diǎn)火”要求。1991年11月在英國卡拉姆的JET實(shí)驗(yàn)裝置上首次成功地進(jìn)行了氘氚等離子體聚變試驗(yàn)。在圓形圈內(nèi)，2億度的溫度下，氘氚氣體相遇爆炸成功，產(chǎn)生了200千瓦的能量，雖然只維持了1.3秒，但這為人類探索新能源——核聚變能的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了一大步。這是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚變反應(yīng)距實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離，技術(shù)上尚有許多難題需要解決，如怎樣將等離子加熱到如此高的溫度？高溫等離子體不能與盛裝它的容器壁相接觸，否則等離子體要降溫，容器也會(huì)被燒環(huán)，這就是如何約束問題。21世紀(jì)初有可能在該領(lǐng)域的研究工作中有所突破。

納米技術(shù)向我們走來

所謂納米技術(shù)就是在10[-9]米（即十億分之一米）水平上，研究應(yīng)用原子和分子現(xiàn)象及其結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。納米技術(shù)的發(fā)展使人們有可能在原子分子量級(jí)上對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加工，制造出各種東西，使人類開始進(jìn)入一個(gè)可以在納米尺度范圍，人為設(shè)計(jì)、加工和制造新材料、新器件的時(shí)代。粗略的分，納米技術(shù)可分為納米物理、納米化學(xué)、納米生物、納米電子、納米材料、納米機(jī)械和加工等幾方面。

納米材料具有常規(guī)材料所不具備的反常特性，如它的硬度、強(qiáng)度，韌性和導(dǎo)電性等都非常高，被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。美國一研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為：任何經(jīng)營材料的企業(yè)，如果現(xiàn)在還不采取措施研究納米材料的開發(fā)，今后勢必會(huì)處于競爭的劣勢。

納米電子是納米技術(shù)與電子學(xué)的交叉形成的一門新技術(shù)。它是以研究納米級(jí)芯片、器件、超高密度信息存儲(chǔ)為主要內(nèi)容的一門新技術(shù)。例如，目前超高密度信息存儲(chǔ)的最高存儲(chǔ)密度為10[12]畢特／平方厘米，其信息儲(chǔ)存量為常規(guī)光盤的10[6]倍。

納米機(jī)械和加工，也稱為分子機(jī)器，它可以不用部件制造幾乎無任何縫隙的物體，它每秒能完成幾十億次操作，可以做人類想做的任何事情，可以制造出人類想得到的任何產(chǎn)品。目前采用分子機(jī)器加工已研制出世界上最小的（米粒大?。┱羝麢C(jī)、微型汽車、微型發(fā)電機(jī)、微型馬達(dá)、微型機(jī)器人和微型手術(shù)刀。微型機(jī)器人可進(jìn)入血管清理血管壁上的沉積脂肪，殺死癌細(xì)胞，修復(fù)損壞的組織和基因。微型手術(shù)刀只有一根頭發(fā)絲的百分之一大小，可以不用 開胸破腹就能完成手術(shù)。21世紀(jì)的生物分子機(jī)器將會(huì)出現(xiàn)可放在人腦中的納米計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，并且有自身復(fù)制的能力。人類還有可能制造出新的智能生命和實(shí)現(xiàn)物種再構(gòu)。

“無限大”和“無限斜系統(tǒng)物理學(xué)

“無限大”和“無限斜系統(tǒng)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域。天體物理和宇宙物理學(xué)就屬于“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)的范疇，它從早期對(duì)太陽系的研究，逐步發(fā)展到銀河系，直到對(duì)整個(gè)宇宙的研究。熱大爆炸宇宙模型作為本世紀(jì)后半葉自然科學(xué)中四大成就之一是當(dāng)之無愧的。利用該模型已經(jīng)成功地解釋宇宙觀測的最新結(jié)果。如宇宙膨脹，宇宙年齡下限，宇宙物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu)，宇宙在大尺度范圍是各向同性等重要結(jié)果?？梢哉f具有暴脹機(jī)制的熱大爆炸宇宙模型已為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了一定的基矗但是到目前為止，關(guān)于宇宙的起源問題仍沒有得到解決，暴脹宇宙論也并非十全十美，事實(shí)上想一次就能得到一個(gè)十分完善的宇宙理論是很困難的，這還有待于進(jìn)一步的努力和探索。

“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)還有兩個(gè)比較重要的問題是“類星體”和“暗物質(zhì)”。“類星體”是1961年發(fā)現(xiàn)的，一個(gè)類星體發(fā)出的光相當(dāng)于幾千個(gè)星云，而每個(gè)星云相當(dāng)于1萬億個(gè)太陽所發(fā)出的光，所以對(duì)類星體的研究具有十分重大的意義。60年代末，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個(gè)編號(hào)為3C271的類星體，一天之內(nèi)它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世紀(jì)去解決?！鞍滴镔|(zhì)”是一種具有引力，看不見，什么光也不發(fā)射的物質(zhì)。宇宙中百分之九十以上的物質(zhì)是所謂的“暗物質(zhì)”，這種“暗物質(zhì)”到底是什么？我們至今仍不清楚，也有待于下世紀(jì)去解決。

原子核物理和粒子物理學(xué)則屬于“無限斜系統(tǒng)物理學(xué)的范疇，它從早期對(duì)原子和原子核的研究，逐步發(fā)展到對(duì)粒子的研究。粒子主要包括強(qiáng)子（中子、質(zhì)子、超子、л介子、K介子等）、輕子（電子、μ子、τ輕子等）和媒介子（光子、膠子等）。強(qiáng)子是對(duì)參與強(qiáng)相互作用粒子的總稱，其數(shù)量幾乎占粒子種類的絕大部分；輕子是參與弱相互作用和電磁相互作用的，它們不參與強(qiáng)相互作用；而媒介子是傳遞相互作用的。目前，人們已經(jīng)知道參與強(qiáng)相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”組成的，但是至今不能把單個(gè)“夸克”分離出來，也沒有觀察到它們可以自由地存在。為什么“夸克”獨(dú)立不出來呢？還有一個(gè)不能解釋的問題是“非對(duì)稱性”，目前我們已有的定理都是對(duì)稱的，可是世界是非對(duì)稱的，這是一個(gè)有待于解決的矛盾。尋找獨(dú)立的夸克和電弱統(tǒng)一理論預(yù)言的、導(dǎo)致對(duì)稱性自發(fā)破缺的H粒子、解釋“對(duì)稱”與“非對(duì)性”的矛盾，是21世紀(jì)粒子物理學(xué)研究的前沿課題之一。

從表面上看“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)與“無限斜系統(tǒng)物理學(xué)似無必然的聯(lián)系。其實(shí)不然，宇宙和天體物理學(xué)家利用廣義相對(duì)論來描述引力和宇宙的“無限大”結(jié)構(gòu)，即可觀察的宇宙范圍；而粒子物理學(xué)家則利用量子力學(xué)來處理一些“無限斜微觀區(qū)域的現(xiàn)象。其實(shí)宇宙系統(tǒng)與原子系統(tǒng)在某些方面有著驚人的相似性。預(yù)計(jì)21世紀(jì)“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)將會(huì)與“無限斜系統(tǒng)物理學(xué)結(jié)合得更加緊密，即宏觀宇宙物理學(xué)和微觀粒子物理學(xué)整體聯(lián)系起來。熱大爆炸宇宙模型就是這種結(jié)合的典范，實(shí)際上該模型是在粒子物理學(xué)中弱電統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)上建立起來的。可以預(yù)計(jì)，這種結(jié)合對(duì)科技發(fā)展和應(yīng)用都會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。

二、跨世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢

科學(xué)技術(shù)能否取得重大突破的關(guān)鍵取決于基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。所以，首先必須重視基礎(chǔ)科學(xué)的研究，不能忽視更不能簡單地以當(dāng)時(shí)基礎(chǔ)科學(xué)成果是否有用來衡量其價(jià)值。相對(duì)論和量子力學(xué)建立時(shí)好像與其他學(xué)科和日常生活無關(guān)，直到20世紀(jì)中期相對(duì)論和量子力學(xué)在許多科學(xué)領(lǐng)域中引起深刻的變革才引起人們的足夠重視?？梢哉f，20世紀(jì)幾乎所有的重大科技突破，像原子能、半導(dǎo)體、激光、計(jì)算機(jī)等，都是因?yàn)橛辛讼鄬?duì)論和量子力學(xué)才得以實(shí)現(xiàn)?？梢哉f，沒有基礎(chǔ)科學(xué)就沒有科學(xué)技術(shù)、社會(huì)和人類的發(fā)展。

20世紀(jì)重大科技成果的成功經(jīng)驗(yàn)證明，不同學(xué)科間的互相交叉、配合和滲透是產(chǎn)生新的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，解釋新現(xiàn)象，取得科學(xué)突破的關(guān)鍵條件之一。例如，核物理與軍事技術(shù)的交叉產(chǎn)生了原子彈；半導(dǎo)體物理與計(jì)算技術(shù)的交叉產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)?？梢灶A(yù)計(jì)，21世紀(jì)待人類掌握核聚變能的那一天，一定是核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理和激光技術(shù)等學(xué)科的交叉和配合的結(jié)果。這也是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。