量子力學(xué)中的基本假設(shè)精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

【關(guān)鍵詞】量子力學(xué)；教學(xué)方法；物理思想

“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)對(duì)人類科學(xué)研究?jī)纱髽?biāo)志性貢獻(xiàn)之一，已經(jīng)成為理工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，學(xué)生熟練掌握量子力學(xué)的基本概念和基本理論，具備利用量子力學(xué)理論分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。對(duì)提高學(xué)生科學(xué)素，養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)及亦具有十分重要的意義。但是，量子力學(xué)理論與學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠(yuǎn)，尤其是處理問(wèn)題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無(wú)關(guān)聯(lián)，許多量子力學(xué)中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí)困惑不堪。此外，這門(mén)課程理論性較強(qiáng)，眾多學(xué)生陷于煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之中，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺失。針對(duì)這些教學(xué)中的問(wèn)題，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。對(duì)“量子力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)作一些合理的調(diào)整。

1 合理安排教學(xué)內(nèi)容

1.1 理清脈絡(luò)，強(qiáng)化知識(shí)背景

從經(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行細(xì)致的、實(shí)事求是的分析，特別是對(duì)量子理論早期的概念發(fā)展有一個(gè)準(zhǔn)確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經(jīng)證明為正確并得到公認(rèn)的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學(xué)生對(duì)量子力學(xué)中基本概念和基本理論的形成和建立的科學(xué)歷史背景有一深刻了解，有助于學(xué)生理清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對(duì)這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學(xué)生對(duì)蘊(yùn)藏在這一歷程中的智慧火花和科學(xué)思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)素養(yǎng)。比如：對(duì)于玻爾理論，由于對(duì)量子化假設(shè)很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來(lái)解釋，學(xué)生往往會(huì)覺(jué)得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，很有必要介紹一下玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景，告訴學(xué)生在玻爾的量子化假設(shè)之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛(ài)因斯坦的光量子概念，且大量關(guān)于原子光譜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡(jiǎn)單行星模型卻與經(jīng)典物理理論及實(shí)驗(yàn)事實(shí)存在嚴(yán)重背離。為了解決這些問(wèn)題，玻爾理論才應(yīng)運(yùn)而生。在用量子力學(xué)求解氫原子定態(tài)波函數(shù)時(shí)，還可以通過(guò)定態(tài)波函數(shù)的概率分布圖，向?qū)W生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實(shí)存在的，只是電子出現(xiàn)幾率比較大的區(qū)域。通過(guò)這樣講述，學(xué)生可以清晰地體會(huì)到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學(xué)中的概念混為一談。

1.2 重在物理思想，壓縮數(shù)學(xué)推導(dǎo)

在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來(lái)表述物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒(méi)在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式之中。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師要著重于加強(qiáng)基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊(yùn)含的物理實(shí)質(zhì)。對(duì)一些涉及繁難數(shù)學(xué)推導(dǎo)的內(nèi)容，在教學(xué)中刻意忽略具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，著重于使學(xué)生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問(wèn)題的教學(xué)中，對(duì)于數(shù)學(xué)方面的問(wèn)題，只要求學(xué)生能正確寫(xiě)出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點(diǎn)放在該類問(wèn)題所蘊(yùn)含的物理意義及對(duì)現(xiàn)成結(jié)論的應(yīng)用上。這樣，學(xué)生就不會(huì)感到枯燥無(wú)味，而能始終保持較高的學(xué)習(xí)熱情。

2 改進(jìn)教學(xué)方法

“量子力學(xué)”這門(mén)課程本身實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱、理論性較強(qiáng)，物理圖像不夠直觀，一味采取傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，學(xué)生勢(shì)必感到枯燥，甚至厭煩。學(xué)習(xí)效果自然大打折扣。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)其科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，在教學(xué)方法上應(yīng)進(jìn)行積極的探索。

2.1 發(fā)揮學(xué)生主體作用

在必要的教學(xué)內(nèi)容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動(dòng)時(shí)間。教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究討論，或者針對(duì)已講授內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、總結(jié)、辨析，以加深理解；或者針對(duì)未講授內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣（比如，在講授完一維無(wú)限深方勢(shì)阱和一維線性諧振子這

兩個(gè)典型的束縛態(tài)問(wèn)題后就可引導(dǎo)學(xué)生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”），這樣學(xué)生就會(huì)積極地預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容；或者選擇一些有代表性的習(xí)題，讓學(xué)生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。對(duì)于在課堂上不能解決的問(wèn)題，積極鼓勵(lì)學(xué)生利用圖書(shū)館及網(wǎng)絡(luò)資源等尋求解決，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。此外，還可使學(xué)生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關(guān)的題目進(jìn)行討論、調(diào)研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，另一方面使其接受初步的科研訓(xùn)練，一舉兩得。

2.2 注重構(gòu)建物理圖像

在實(shí)際教學(xué)中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學(xué)生對(duì)一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實(shí)驗(yàn)，通過(guò)三個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)過(guò)程（強(qiáng)電子束、弱電子束及弱電子束長(zhǎng)時(shí)間曝光），即可為實(shí)物粒子的波粒二象性構(gòu)建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實(shí)驗(yàn)圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋；借助電子雙縫衍射實(shí)驗(yàn)圖像，可使學(xué)生更易接受和理解態(tài)疊加原理；借助解析幾何中的坐標(biāo)系，可很好地為學(xué)生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標(biāo)系和表象這些概念之間有本質(zhì)上的區(qū)別，但借助這些學(xué)生已經(jīng)熟知和深刻理解的概念，可使學(xué)生非常容易地接受和理解量子力學(xué)中難以言明的概念和理論，同時(shí)，也可使學(xué)生掌握這種物理圖像的構(gòu)建能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有非常積極地作用。

3 教學(xué)手段和考核方式改革

3.1 課程教學(xué)采用多種先進(jìn)的教學(xué)方式

如安排小組討論課，對(duì)難于理解的概念和規(guī)律進(jìn)行討論。先是各小組內(nèi)討論，再是小組間辯論，最后老師對(duì)各小組討論和辯論的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時(shí)，有的學(xué)生會(huì)認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生會(huì)認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)的波。這些問(wèn)題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，從而進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)一些不易理解的概念和量子原理進(jìn)行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外課程作業(yè)布置小論文，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專家開(kāi)展系列量子力學(xué)講座等都是不錯(cuò)的方式。

3.2 堅(jiān)持研究型教學(xué)方式

把課程教學(xué)和科研相結(jié)合，在教學(xué)過(guò)程中針對(duì)教學(xué)內(nèi)容，吸取科研中的研究成果，通過(guò)結(jié)合最新的科研動(dòng)態(tài)，向?qū)W生講授在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在量子力學(xué)誕生后，作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一的現(xiàn)代物理學(xué)的每一個(gè)分支及相關(guān)的邊緣學(xué)科都離不開(kāi)量子力學(xué)這個(gè)基礎(chǔ)，量子理論與其他學(xué)科的交叉越來(lái)越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理到中子星、黑洞各個(gè)層次的研究以量子力學(xué)為基礎(chǔ)；量子力學(xué)在通信和納米技術(shù)中的應(yīng)用；量子理論在生物學(xué)中的應(yīng)用；量子力學(xué)與正在研究的量子計(jì)算機(jī)的關(guān)系等，在教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎暹@些知識(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，消除學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的片面認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

量子力學(xué)從誕生到發(fā)展的物理學(xué)史所包含的創(chuàng)新思維是迄今為止哪一門(mén)學(xué)科都難以比擬的。在20世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)晴空萬(wàn)里，然而黑體輻射、光電效應(yīng)、原子光譜等物理現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)重沖擊經(jīng)典物理學(xué)理論，讓經(jīng)典物理學(xué)陷入危機(jī)四伏的境地。量子力學(xué)的誕生，開(kāi)啟了人類科學(xué)發(fā)展的新思維。開(kāi)展好量子力學(xué)的教學(xué)活動(dòng)，在教學(xué)過(guò)程中展現(xiàn)量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式之美，使學(xué)生在科學(xué)海洋中得到美的享受，有利于極大的提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周世勛.量子力學(xué)教程[m].高教出版社，1979.

第2篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

關(guān)鍵詞：經(jīng)典理論 量子力學(xué) 聯(lián)系

中圖分類號(hào)：O413.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）08（a）-0143-02

量子力學(xué)于20世紀(jì)早期建立以來(lái)，經(jīng)過(guò)飛速的發(fā)展，逐漸成為現(xiàn)代物理學(xué)科中不可分割的一部分。量子力學(xué)是現(xiàn)代量子理論的核心，它的發(fā)展不僅關(guān)乎人類的物質(zhì)文明，還使人們對(duì)量子世界的認(rèn)識(shí)有了革命性的進(jìn)展[1]。

但是，量子力學(xué)并不是一個(gè)完備的理論，其體系中還存在許多問(wèn)題，特別是微觀與宏觀，即經(jīng)典理論與量子力學(xué)的聯(lián)系。為解決這些迷惑，歷史上相關(guān)科學(xué)家提出了很多實(shí)驗(yàn)與理論。該文旨在以量子力學(xué)發(fā)展史上提出的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，以展示經(jīng)典理論與量子力學(xué)的聯(lián)系。

1 問(wèn)題的提出

1935年3月，愛(ài)因斯坦等人在EPR論文中提出了“量子糾纏態(tài)”的概念，所謂的“量子糾纏態(tài)”是以兩個(gè)及以上粒子為對(duì)象的。在某種意義上，“量子糾纏態(tài)”可以理解為是把迭加態(tài)應(yīng)用于兩個(gè)及以上的粒子。若存在兩個(gè)處于“量子糾纏態(tài)”的粒子，那這兩個(gè)粒子一定是相互關(guān)聯(lián)的，用量子力學(xué)的知識(shí)去理解，只要人們不去探測(cè)，那么每個(gè)粒子的狀態(tài)都不能夠確定。但是，假如同時(shí)使這兩個(gè)粒子保持某一時(shí)刻的狀態(tài)不變，也就是說(shuō)，使兩個(gè)粒子的迭加態(tài)在一瞬間坍縮，粒子1這時(shí)會(huì)保持一個(gè)狀態(tài)不再發(fā)生變化，根據(jù)守恒定律，粒子2將會(huì)處于一個(gè)與粒子1狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。如果二者相距非常遙遠(yuǎn)，又不存在超距作用的話，是不可能在一瞬間實(shí)現(xiàn)兩個(gè)粒子的相互通信的。但超距作用與當(dāng)今很多理論是相悖的，于是，這里就形成了佯謬，即“EPR佯謬”。

同年，薛定諤提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，后人稱之為“薛定諤的貓”。設(shè)想把一只貓關(guān)在盒子里，盒中有一個(gè)不受貓直接干擾的裝置，這套裝置是由其中的原子衰變進(jìn)行觸發(fā)，若原子衰變，裝置會(huì)被觸發(fā)，貓會(huì)立即死去。于是，量子力學(xué)中的原子核衰變間接決定了經(jīng)典理論中貓的生死。由量子力學(xué)可知，原子核應(yīng)該處于一種迭加態(tài)，這種迭加態(tài)是由“衰變”和“不衰變”兩個(gè)狀態(tài)形成的，那么貓應(yīng)該也是處在一種迭加態(tài)，這種迭加態(tài)應(yīng)該是由“死”與“生”兩個(gè)狀態(tài)形成的，貓的生死不再是一個(gè)客觀存在，而是依賴于觀察者的觀測(cè)。顯然，這與常理是相悖的[2]。

這兩個(gè)佯謬的根源是相同的，都是經(jīng)典理論與量子理論之間的關(guān)系。

2 近代研究進(jìn)展

2.1 驗(yàn)證量子糾纏的存在

華裔物理學(xué)家Yanhua Shih[3]曾做過(guò)一個(gè)被稱為“幽靈成像”的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象大致可以描述為：假設(shè)存在一個(gè)糾纏光源，這個(gè)光源可以發(fā)出兩種互為糾纏的光子，通過(guò)偏振器使兩種光子相互分離，令第一束光子通過(guò)一個(gè)狹縫，第二束不處理，然后觀察兩束光的投影，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第二束光的投影形狀與第一束光通過(guò)的狹縫形狀完全相同。

人們發(fā)現(xiàn)，如果僅僅使用經(jīng)典理論，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是無(wú)法解釋的，必須應(yīng)用量子理論，才能解釋“幽靈成像”的現(xiàn)象。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也恰好驗(yàn)證了“量子糾纏”現(xiàn)象的存在。

2.2 量子世界中的歐姆定律

歐姆定律是由德國(guó)物理學(xué)家Ohm于19世紀(jì)早期提出來(lái)的，它是一種基于觀察材料的電學(xué)傳輸性質(zhì)得到的經(jīng)驗(yàn)定律，其內(nèi)容是：在同一電路中，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端所加的電壓成正比，跟導(dǎo)體自身電阻成反比，即 （U指導(dǎo)體兩端電壓；R指導(dǎo)體電阻；I指通過(guò)導(dǎo)體的電流）。

18世紀(jì)二、三十年代，人們認(rèn)為經(jīng)典方法在宏觀領(lǐng)域是正確的，但是在微觀領(lǐng)域?qū)?huì)被打破。Landauer公式給出了納米線電阻的計(jì)算方法，即（h為普朗克常量；e為電子電量；N為橫波模式數(shù)量）；而在宏觀中，（為材料的密度；l為樣品的長(zhǎng)度；s為樣品的橫截面積）。由此發(fā)現(xiàn)，在宏觀領(lǐng)域，樣品的電阻是隨著樣品的長(zhǎng)度增加而增加的，而在微觀領(lǐng)域，樣品的電阻與樣品的長(zhǎng)度沒(méi)有關(guān)系。

Weber[4]等人制備了原子尺度的納米線并進(jìn)行觀察，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在微觀領(lǐng)域，歐姆定律也是滿足的。Ferry[5]認(rèn)為樣品的電阻是由多種機(jī)理所導(dǎo)致的，而他最后得到的結(jié)果正是由于多種機(jī)理的相互疊加。經(jīng)過(guò)分析，他認(rèn)為歐姆定律何時(shí)開(kāi)始生效取決于納米線中電子耗散的力度，力度越大說(shuō)明開(kāi)始生效時(shí)的尺度越小。但這也同時(shí)引發(fā)了另一個(gè)問(wèn)題的思考：低溫條件下，歐姆定律是仍然成立的，也就是說(shuō)經(jīng)典理論仍然成立，但往往是希望在低溫下研究比較純粹的量子效應(yīng)。低溫條件下歐姆定律的成立要求在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，必須花費(fèi)更多的精力來(lái)使得經(jīng)典理論與量子理論分離開(kāi)。

2.3 生活中的量子力學(xué)――光合作用與量子力學(xué)

Scholes等[6]從兩種不同的海藻中提取出了一種名為捕光色素復(fù)合體的化學(xué)物質(zhì)，并在其正常的生活條件下，通過(guò)二維電子光譜術(shù)對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了分析研究。他們首先使用了飛秒激光脈沖模擬太陽(yáng)光來(lái)激發(fā)這些蛋白，發(fā)現(xiàn)了會(huì)長(zhǎng)時(shí)間存在的量子狀態(tài)。也就是說(shuō)，這些蛋白吸收的光能能夠在同一時(shí)刻存在于不同地點(diǎn)，而這實(shí)際上是一種量子迭加態(tài)。由此可見(jiàn)，量子力學(xué)與光合作用是有很大聯(lián)系的。

3 結(jié)語(yǔ)

從近幾年來(lái)量子力學(xué)的基本問(wèn)題和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究可以看出，雖然經(jīng)典理論與量子理論的聯(lián)系仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題，但是當(dāng)代科學(xué)家已經(jīng)能夠通過(guò)各種精妙的實(shí)驗(yàn)逐步解決歷史遺留的一個(gè)個(gè)謎團(tuán)，使得微觀領(lǐng)域的單個(gè)量子的測(cè)量與控制成為可能，并且積極研究宏觀現(xiàn)象的微觀本質(zhì)，將生活與量子力學(xué)逐漸的聯(lián)系起來(lái)。對(duì)于“經(jīng)典理論與量子力學(xué)的聯(lián)系”這一專題還需要進(jìn)行不斷研究，使量子力學(xué)得到進(jìn)一步完善與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫昌璞.量子力學(xué)若干基本問(wèn)題研究的新進(jìn)展[J].物理，2001，30（5）：310-316.

[2] 孫昌璞.經(jīng)典與量子邊界上的“薛定諤貓”[J].科學(xué)，2001（3）：2，7-11.

[3] Shih Y. The Physics of Ghost Imaging[J].2008.

[4] Weber B， Mahapatra S， Ryu H， et al. Ohm's law survives to the atomic scale[J].Science，2012，335（6064）：64-67.

第3篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

經(jīng)典物理的產(chǎn)生一般認(rèn)為從文藝復(fù)興時(shí)期開(kāi)始，前期經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家，特別是伽利略、笛卡爾、惠更斯等先賢的努力，建立起力學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。牛頓總結(jié)前人的成果，確立了經(jīng)典力學(xué)的基本理論體系，麥克斯韋、玻爾茲曼等確立了經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)和電磁場(chǎng)理論。經(jīng)典物理經(jīng)過(guò)幾百年的不斷發(fā)展和完善，形成了自然科學(xué)中唯一有完整的理論、思想、數(shù)學(xué)推理和研究方法體系的學(xué)科。牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動(dòng)力學(xué)號(hào)稱經(jīng)典物理的兩大支柱，牛頓和麥克斯韋在物理學(xué)界的位置，可以相比于中醫(yī)學(xué)的先圣張仲景。

現(xiàn)代物理從20世紀(jì)初始興起，由愛(ài)因斯坦、玻爾為代表的眾多科學(xué)家的杰出工作，創(chuàng)立了相對(duì)論和量子力學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新局面。以相對(duì)論和量子力學(xué)標(biāo)志的、研究微觀、高速物理現(xiàn)象的新的理論和方法體系，統(tǒng)稱現(xiàn)代物理學(xué)。現(xiàn)代物理學(xué)在原子、分子、固體、原子核、天體力學(xué)和宇宙學(xué)、等離子體、激光技術(shù)、基本粒子、半導(dǎo)體、超導(dǎo)的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。

有人稱相對(duì)論和量子力學(xué)的創(chuàng)立是“物理學(xué)上的一次革命”。更多的局外人則認(rèn)為現(xiàn)代物理是一種全新的理論，完全推翻和取代了經(jīng)典物理學(xué)，經(jīng)典物理已經(jīng)完成了自己的歷史使命，現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)不再需要她。這其實(shí)是一種誤解。如果我們從歷史和現(xiàn)實(shí)的的角度重新審視事實(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理沒(méi)有被拋棄，她不僅是現(xiàn)代物理產(chǎn)生的溫床、理論與方法的啟示、研究的工具，更是現(xiàn)代社會(huì)的頂梁柱，仍在現(xiàn)今眾多高科技領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。下面，我從以下三個(gè)方面討論現(xiàn)代物理與經(jīng)典物理的關(guān)系，從而說(shuō)明重視經(jīng)典是物理發(fā)展的需要，是現(xiàn)代科學(xué)、社會(huì)發(fā)展的需要。

1 現(xiàn)代是經(jīng)典恰當(dāng)?shù)臄U(kuò)展

愛(ài)因斯坦在創(chuàng)立狹義相對(duì)論時(shí)，提出了兩個(gè)基本假定：相對(duì)性原理和光速不變?cè)韀1]。首先我們注意到，愛(ài)因斯坦的相對(duì)性原理與伽利略相對(duì)性原理驚人地相似，比較一下就可以看到：

伽利略相對(duì)本文由收集整理性原理（由伽利略等人經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)而提出）：一個(gè)相對(duì)于慣性參照系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其內(nèi)部所發(fā)生的一切力學(xué)過(guò)程，都不受系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的影響，或一切慣性系統(tǒng)都是等價(jià)的。

愛(ài)因斯坦假定，不僅力學(xué)過(guò)程，所有的物理過(guò)程都不受系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的影響，即：

物理學(xué)的基本規(guī)律在相互作勻速運(yùn)動(dòng)的一切參照系中都是相同的；或：一切慣性系統(tǒng)都是等價(jià)的。

從中我們不僅看出，愛(ài)因斯坦對(duì)伽利略的相對(duì)原理有著非常深刻的、超出常人的理解，已經(jīng)達(dá)到了熟能生巧的地步，自然會(huì)有如此隨手拈來(lái)、為我所用的“上工”境界；也看出創(chuàng)造經(jīng)典的先賢們的超前意識(shí)和睿智之魅力所在。

再看光速不變?cè)?，只要?duì)經(jīng)典電磁理論稍有了解的人都會(huì)發(fā)現(xiàn)，麥克斯韋的電磁理論完全可以給出明確的關(guān)于光速不變的預(yù)言。這是因?yàn)?，只要從著名的麥克斯韋方程組出發(fā)，利用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)推演，可以毫不困難地導(dǎo)出電磁場(chǎng)波動(dòng)方程，不僅預(yù)言了電磁波的存在，還給出了電磁波在真空中的傳播速度。用c表示電磁波在真空中的速度，c的大小是：

c=■≈3.0×10■米秒

其中μ■為真空磁導(dǎo)率，ε■為真空介電常數(shù)，由于μ■和ε■數(shù)值的大小固定，與參照系的選擇無(wú)關(guān)，換句話說(shuō)，與系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，這正是光速（光屬于電磁波）不變?cè)怼?/p>

愛(ài)因斯坦在創(chuàng)立狹義相對(duì)論時(shí)，對(duì)當(dāng)時(shí)著名的、能夠證明光速不變的邁克耳孫光干涉實(shí)驗(yàn)并不知曉，他能參考的資料只有經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，麥克斯韋方程組和電磁場(chǎng)波動(dòng)方程表達(dá)的深刻內(nèi)涵才是他提出光速不變假設(shè)的根據(jù)。

2 現(xiàn)代是對(duì)經(jīng)典的包容而非否定

無(wú)論是相對(duì)論和量子力學(xué)，都無(wú)法否定經(jīng)典物理，也沒(méi)有否定經(jīng)典的企圖。相反，所有的新理論都試圖找到和經(jīng)典的聯(lián)系，如果找不到應(yīng)有的聯(lián)系，這樣的新理論有可能破產(chǎn)。所以，相對(duì)論和量子力學(xué)實(shí)際都包含了經(jīng)典。這與所有的后世中醫(yī)大家，在發(fā)表自己的新見(jiàn)解時(shí)，都要證明自己的觀點(diǎn)與《內(nèi)經(jīng)》、《傷寒論》有內(nèi)在聯(lián)系如出一轍。

相對(duì)性原理最著名的數(shù)學(xué)表示即洛侖茲變換，具體表述如下：設(shè)兩個(gè)相對(duì)有勻速運(yùn)動(dòng)，速度為v參照系統(tǒng)，它們沿v方向各自建立的直角的坐標(biāo)系分別為x，y，z，t和x’，y’，x’，z’，t’，若初始時(shí)，兩坐標(biāo)原點(diǎn)重合，兩坐標(biāo)系由以下變換公式[1]聯(lián)系：

x′=■ y′=y z′=z t′=■

式中 c 是前面提到的光速，具體數(shù)值為30萬(wàn)公里每秒。我們通常能見(jiàn)到的物體運(yùn)動(dòng)速度，如汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)，能達(dá)到1公里每秒的速度并不多見(jiàn)，宇宙飛船的速度，也最多達(dá)到10幾公里每秒，即使將來(lái)提高100倍，與光速相比仍顯得微不足道。而上式表明，當(dāng)系統(tǒng)的相對(duì)速度v遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到光速的時(shí)候，（日常中大量事實(shí)正是如此）上面的公式就變成伽利略變換：

x′=x-vt y′=y z′=z t′=t

說(shuō)明洛侖茲變換與經(jīng)典的伽利略變換并沒(méi)有矛盾，前者包含了后者，后者用更加廣泛。

再看量子力學(xué)，量子力學(xué)的基本原理是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系[2]。其典型的表述是：粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)確定。它們?cè)谀骋环较蛏喜淮_定量的乘積大于或等于h/2。即

δx？誗δpx≥■， h=6.62×10-32焦耳秒

可以看出，h是一個(gè)很小的量，小到什么程度呢？小數(shù)點(diǎn)后面有34個(gè)0！是6的百億億億億分之一。一般氣體分子夠小

轉(zhuǎn)貼于

的了，如氧氣分子質(zhì)量為10-23的數(shù)量級(jí)，常溫下速度大約為102的數(shù)量級(jí)，則動(dòng)量為10-21的數(shù)量級(jí)，和h相比大了10萬(wàn)億倍，完全可以不考慮測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的影響。所以，當(dāng)我們研究的對(duì)象系統(tǒng)中物理量的數(shù)量級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普朗克常數(shù)時(shí)，不確定度數(shù)值相對(duì)來(lái)講，必然微不足道，量子力學(xué)很自然地回歸到經(jīng)典力學(xué)。也可以說(shuō)，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系包容了經(jīng)典力學(xué)，后者應(yīng)用更為廣泛。

3 現(xiàn)代對(duì)經(jīng)典的接收和繼承

現(xiàn)代物理不是空中樓閣，它是采用經(jīng)典的材料和藝術(shù)，一磚一瓦構(gòu)建的絕美珍品。在現(xiàn)代物理學(xué)中，經(jīng)典的概念、定義、研究方法無(wú)處不在，發(fā)揮著主導(dǎo)的、關(guān)鍵的作用。在相對(duì)論力學(xué)中，我們可以看到力、加速度和動(dòng)量以及它們的矢量形式，能量、拉格朗日量、哈密頓量等在經(jīng)典中熟知的力學(xué)量。這些力學(xué)量全部統(tǒng)一到了滿足洛侖茲協(xié)變的四維形式中去。至于經(jīng)典電磁理論中所有規(guī)律，由于自然地滿足相對(duì)性協(xié)變，幾乎很少更改地進(jìn)入相對(duì)論，成為相對(duì)論的重要的組成部分。

在量子力學(xué)中，同樣采用了經(jīng)典力學(xué)的所有量，只是為了描述測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系、描述系統(tǒng)的狀態(tài)需要，力學(xué)量在不同的表象中可以有不同的形式，可以是標(biāo)量、矢量、張量算符。如在坐標(biāo)表象中，動(dòng)量具有梯度矢量的算符形式，哈密頓量則包含了拉普拉斯算符。量子力學(xué)的創(chuàng)立者之一海森堡更是心有靈犀，他把測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系表示成為力學(xué)量的對(duì)易關(guān)系[2]：

q■p■δ■■i■

這很容易想到經(jīng)典力學(xué)中的泊松括號(hào)

q■p■δ■■

第4篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

>> 關(guān)于宇宙—經(jīng)驗(yàn)不夠，理論來(lái)湊 風(fēng)格不夠 配飾來(lái)湊 畫(huà)不夠，文來(lái)湊 戲不夠，雙胞胎來(lái)湊？ 飯不夠湯來(lái)湊功能不夠插件幫忙 《別讓我走》深沉不夠 愛(ài)情來(lái)湊 高質(zhì)量的秀不夠，showroom來(lái)湊 氣質(zhì)不夠設(shè)備來(lái)湊 簡(jiǎn)聽(tīng)發(fā)光耳機(jī) 凱迪拉克ATS―L：時(shí)間不夠？彈幕來(lái)湊！ 錢(qián)不夠 政策湊 球員不夠教練湊 字?jǐn)?shù)不夠妙招湊 氣色不夠唇色湊 客流不夠政府湊 顯存不夠內(nèi)存湊 小個(gè)子博主的顯高穿衣術(shù) 身高不夠 衣品來(lái)湊 孩子睡不夠 喜歡吃來(lái)湊 宇宙隊(duì)員來(lái)報(bào)到 氣血不夠 艾灸來(lái)補(bǔ) 宇宙演化的最新理論 常見(jiàn)問(wèn)題解答 當(dāng)前所在位置：中國(guó) > 政治 > 關(guān)于宇宙—經(jīng)驗(yàn)不夠,理論來(lái)湊 關(guān)于宇宙—經(jīng)驗(yàn)不夠,理論來(lái)湊 雜志之家、寫(xiě)作服務(wù)和雜志訂閱支持對(duì)公帳戶付款！安全又可靠！ document.write("作者： 澤亞·梅拉里")

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“想象一下，有一天你醒來(lái)后，突然意識(shí)到自己生活在一個(gè)電腦游戲中—”加拿大物理學(xué)家馬克·范拉姆斯東克說(shuō)。這聽(tīng)起來(lái)像是科幻電影，但對(duì)他來(lái)說(shuō)，這個(gè)場(chǎng)景是思考現(xiàn)實(shí)的一種方式。如果這是真實(shí)的，“我們周?chē)乃袞|西—整個(gè)三維物理世界，就是別處一個(gè)二維芯片的編碼信息所產(chǎn)生的幻覺(jué)?！币簿褪钦f(shuō)，我們的宇宙及其三維空間，只是低維度基質(zhì)所投射出的全息圖（hologram）。即使從理論物理學(xué)的一般標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，這種“全息原理”也是很奇特的。

不過(guò)有一小部分研究人員認(rèn)為這還不夠奇特，范拉姆斯東克就是其中之一。他們認(rèn)為，如果現(xiàn)代物理的兩大支柱，廣義相對(duì)論（把引力描述為空間和時(shí)間的彎曲）以及統(tǒng)領(lǐng)原子世界的量子力學(xué)，都不能解釋空間和時(shí)間的存在，其他現(xiàn)有理論就更不可能了。

范拉姆斯東克和同事確信，只有解釋出空間和時(shí)間的起源，物理學(xué)才是完整的。而這樣的構(gòu)想將需要大膽的設(shè)想，例如“全息圖”概念。只有對(duì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行激烈的概念重建，才能夠解釋，當(dāng)黑洞中心無(wú)限致密的“奇點(diǎn)”將時(shí)空結(jié)構(gòu)扭曲得超越了我們所有認(rèn)知時(shí)，到底發(fā)生了什么；這也是研究者統(tǒng)一原子尺度的量子理論與星際尺度的廣義相對(duì)論的唯一途徑。已經(jīng)有幾論物理學(xué)家在為這個(gè)大統(tǒng)一理論而奮斗?！八械慕?jīng)驗(yàn)告訴我們，不應(yīng)該存在兩個(gè)關(guān)于現(xiàn)實(shí)的截然不同的基本觀念—必然存在一個(gè)可以包羅萬(wàn)象的宏大理論，”美國(guó)物理學(xué)家阿布依·阿希提卡如是說(shuō)。找尋這樣的宏大理論是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。

本文介紹了一些有前景的研究理論以及一些用于檢驗(yàn)這些理論的新觀點(diǎn)。 熱力學(xué)引力

有哪些證據(jù)顯示，存在比空間和時(shí)間更基本的東西？

20世紀(jì)70年代初，當(dāng)量子力學(xué)和引力與熱力學(xué)之間的聯(lián)系越來(lái)越清晰時(shí)，一系列驚人的發(fā)現(xiàn)給出了一個(gè)令人興奮的線索。

1974年英國(guó)劍橋大學(xué)的斯蒂芬·霍金證明，黑洞周?chē)臻g的量子效應(yīng)使得黑洞向外釋放熱輻射。其他物理學(xué)家很快驗(yàn)證了這種現(xiàn)象的普遍性。

1995 年，美國(guó)物理學(xué)家特德·雅各布森把這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)合并為一，假設(shè)空間中的每一點(diǎn)都處在一個(gè)微小的“黑洞視界面上”，每一點(diǎn)都滿足“熵—面積”的關(guān)系。在這樣的假設(shè)下，他發(fā)現(xiàn)只需利用熱力學(xué)中的概念，通過(guò)數(shù)學(xué)方法就可以得到廣義相對(duì)論的愛(ài)因斯坦方程，而不需要時(shí)空彎曲的觀點(diǎn)。

2010年，這個(gè)觀點(diǎn)又被荷蘭弦理論學(xué)家埃里克·韋爾蘭德推進(jìn)了一步。他證明了無(wú)論時(shí)空的組分是什么，它們的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)都能自動(dòng)地生成牛頓萬(wàn)有引力定律。印度宇宙學(xué)家他努·帕德馬納班也發(fā)現(xiàn)，愛(ài)因斯坦方程可以寫(xiě)成一種與熱力學(xué)定律一致的形式，引力的許多其他理論也可以做這樣的改寫(xiě)。帕德馬納班正在嘗試用熱力學(xué)的方法來(lái)解釋暗能量的起源和大小。 因果集

加拿大物理學(xué)家拉斐爾·索爾金是因果集理論的先驅(qū)，這個(gè)理論假設(shè)時(shí)空的基石只是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)點(diǎn)，通過(guò)一條條鏈連接起來(lái)，每條鏈都從過(guò)去指向未來(lái)。每一條這樣的鏈都是因果關(guān)系的簡(jiǎn)要表示，意味著較早的點(diǎn)會(huì)影響較晚的點(diǎn)，但反之不成立。這樣形成的網(wǎng)絡(luò)就像一棵不斷長(zhǎng)大的樹(shù)，逐漸長(zhǎng)成了時(shí)空?！澳憧梢韵胂罂臻g從許多點(diǎn)中產(chǎn)生，與溫度從許多原子中出現(xiàn)是類似的?！彼鳡柦鹫f(shuō)，“問(wèn)‘一個(gè)原子的溫度是什么？’這個(gè)問(wèn)題是沒(méi)有意義的，只有對(duì)于一大堆原子，溫度的概念才有意義?！?/p>

上世紀(jì)80年代末，索爾金利用這個(gè)理論框架來(lái)估算可觀測(cè)的宇宙所包含的點(diǎn)的數(shù)目，他還推測(cè)出，這些點(diǎn)應(yīng)該都會(huì)產(chǎn)生一種微弱的內(nèi)在能量，最終導(dǎo)致了宇宙的加速膨脹。幾年后，暗能量的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了他的推測(cè)?！叭藗兺ǔＵJ(rèn)為量子引力的預(yù)言是無(wú)法檢驗(yàn)的，但這就是一個(gè)可檢驗(yàn)的例子。”英國(guó)量子引力學(xué)家喬·亨森說(shuō)，“如果暗能量的值更大或者為零，因果集理論就被排除了?！?全息

范拉姆斯東克根據(jù)全息原理，提出了一個(gè)完全不同的關(guān)于時(shí)空起源的觀點(diǎn)。黑洞以類似全息圖的方式將全部熵儲(chǔ)存在表面，受此現(xiàn)象啟發(fā)，美國(guó)弦理論學(xué)家胡安·馬爾達(dá)塞納，首先給出了黑洞全息原理的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)表達(dá)式。這一極有影響力的全息宇宙模型發(fā)表于1998年。在這個(gè)模型中，宇宙的三維內(nèi)部包含著僅由引力控制的弦和黑洞，而宇宙的二維邊界包含的粒子和基本場(chǎng)，則滿足沒(méi)有引力的普通量子定律。三維空間中，假想居民看不到二維邊界，因?yàn)樗菬o(wú)限遠(yuǎn)的。但這并不影響數(shù)學(xué)推導(dǎo)：在三維宇宙中發(fā)生的任何事情，都可以等價(jià)地用二維邊界中的方程很好地描述出來(lái)，反之亦然。

2010年，范拉姆斯東克研究了邊界中的量子粒子相互“糾纏”（這意味著測(cè)量一個(gè)粒子會(huì)不可避免地影響到另一個(gè)）的情形。范拉姆斯東克總結(jié)說(shuō)，三維宇宙實(shí)際上是被邊界上的量子糾纏扯到一起的。在某種程度上，這意味著量子糾纏和時(shí)空是同樣的東西?；蛘呔拖耨R爾達(dá)塞納指出的那樣，“這說(shuō)明量子是最基礎(chǔ)的，時(shí)空是由其衍生出來(lái)的?！?/p>

更多內(nèi)容，詳見(jiàn)《科學(xué)美國(guó)人》中文版《環(huán)球科學(xué)》2013年12月號(hào) 新知科技改變生活

【上月球種菜】人類未來(lái)能否在月球上生活？科學(xué)家打算先嘗試在月球上種菜。按照計(jì)劃，NASA將在2015年，通過(guò)一艘商業(yè)太空船，向月球運(yùn)輸一些植物種子以及適合這些植物生長(zhǎng)5至10天的材料。植物的生長(zhǎng)過(guò)程將被全程記錄并傳送回地球，以對(duì)比植物在地球與月球上的生長(zhǎng)差異。

—中國(guó)青年報(bào)

【捕獲幽靈粒子】 “冰立方” 研究項(xiàng)目的科學(xué)家在《科學(xué)》發(fā)文稱，位于南極冰層一英里下的“冰立方”巨型中微子探測(cè)器，已發(fā)現(xiàn)28個(gè)來(lái)自太陽(yáng)系外的高能中微子。中微子是一種中性粒子，可不受干擾地筆直劃過(guò)宇宙，通過(guò)反向查找這些粒子的源頭，科學(xué)家將可以得到各種宇宙事件的第一手資料。

—環(huán)球科學(xué)雜志社

第5篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

關(guān)鍵詞：電動(dòng)力學(xué)；知識(shí)結(jié)構(gòu)；邏輯體系；研究方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）33-0167-02

本文根據(jù)我校的教學(xué)實(shí)際并結(jié)合電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)特點(diǎn)，分別介紹了學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)過(guò)程中應(yīng)明確的電動(dòng)力學(xué)的地位、知識(shí)結(jié)構(gòu)和邏輯體系以及研究方法，希望能為電動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)與教學(xué)提供有益的幫助。

一、明確電動(dòng)力學(xué)的地位

電動(dòng)力學(xué)主要闡述宏觀電磁場(chǎng)理論，其研究對(duì)象是電磁場(chǎng)的基本屬性、它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及它和帶電物質(zhì)之間的相互作用，可見(jiàn)它與自然界中的四種基本相互作用（引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、強(qiáng)相互作用）之一有直接聯(lián)系。由于光的理論本質(zhì)是電磁理論，所以電動(dòng)力學(xué)還是光學(xué)理論的基礎(chǔ)。電動(dòng)力學(xué)作為物理學(xué)專業(yè)一門(mén)理論基礎(chǔ)課，是理論物理（理論力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)）的重要組成部分，包括物理學(xué)發(fā)展史上具有里程碑意義的兩個(gè)物理理論，即麥克斯韋電磁理論和愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論。本課程最重要、最直接的先行課程是電磁學(xué)和數(shù)學(xué)物理方法，后繼課程是量子力學(xué)、固體物理等。因此，電動(dòng)力學(xué)要在電磁學(xué)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)工具嚴(yán)格、定量地講清宏觀電磁相互作用的基本概念、基本理論和基本方法，使學(xué)生加深對(duì)電磁場(chǎng)性質(zhì)和時(shí)空概念的理解，獲得本課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些基本問(wèn)題的初步能力。同時(shí)為后繼相關(guān)課程打下必要的基礎(chǔ)。

以上將經(jīng)典電磁場(chǎng)理論放在整個(gè)物理學(xué)中做了概括的論述，目的是為了使學(xué)生對(duì)它的地位和意義有一個(gè)恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)識(shí)，避免過(guò)份強(qiáng)調(diào)本學(xué)科的作用，造成“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”的錯(cuò)覺(jué)。

二、明確電動(dòng)力學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和邏輯體系

在課程內(nèi)容體系和結(jié)構(gòu)的組成與安排上，一般采用兩種方法：“從特殊到一般”的分析歸納法和“從一般到特殊”的演繹法，這兩種方法是同樣重要的。但是，多年來(lái)電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)大大忽視了分析歸納法，實(shí)際上這不符合物理學(xué)發(fā)展的規(guī)律。從認(rèn)識(shí)論的角度來(lái)看，分析歸納法所指的“從特殊到一般”就是由實(shí)踐到理論的過(guò)程，即將豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行深入的分析，由表及里，去偽存真，總結(jié)概括出帶有規(guī)律性的東西而上升為理論。演繹法所指的“從一般到特殊”就是由理論再到實(shí)踐的過(guò)程，即理論要經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，并且經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)而被證明是正確的理論再指導(dǎo)實(shí)踐。由此可見(jiàn)，分析歸納法與演繹法的結(jié)合正是在某一個(gè)認(rèn)識(shí)層次上實(shí)踐―理論―實(shí)踐的全過(guò)程，同時(shí)體現(xiàn)了理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。因此，在電動(dòng)力學(xué)課程內(nèi)容體系和結(jié)構(gòu)的安排上，可力求從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，總結(jié)出規(guī)律和假設(shè)，再經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證升華為科學(xué)理論，在更為普遍的意義上解決實(shí)際問(wèn)題。這樣，使分析歸納法和演繹法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，更好地貫穿理論聯(lián)系實(shí)際的重要原則。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于麥克斯韋理論的講述，是從靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)和時(shí)變場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)定律出發(fā)，分析在時(shí)變場(chǎng)情形下所出現(xiàn)的深刻矛盾，為解決矛盾提出位移電流這一科學(xué)假設(shè)，并總結(jié)出麥克斯韋方程組和洛倫茲力公式。之后的大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了它是在隨時(shí)間變化的普遍情形下完全正確的電磁場(chǎng)理論。然后以此理論為基礎(chǔ)，討論在特殊情形和不同方面電磁場(chǎng)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如電磁波的傳播，電磁波的輻射、散射和衍射，運(yùn)動(dòng)帶電粒子的輻射等。對(duì)于狹義相對(duì)論的闡述，也同樣注重理論原理與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之間的緊密結(jié)合。

在國(guó)內(nèi)外，有些電動(dòng)力學(xué)書(shū)的邏輯體系與上述不同。其中一類是以歸納法和演繹法并重，先詳細(xì)討論靜態(tài)場(chǎng)與似穩(wěn)場(chǎng)，然后用歸納法得出麥克斯韋方程組，以后就用演繹法討論電磁波的輻射、傳播等問(wèn)題；第二類是以靜電場(chǎng)為起點(diǎn)，應(yīng)用狹義相對(duì)論對(duì)庫(kù)侖力進(jìn)行洛倫茲變換，從中引出磁場(chǎng)的概念，導(dǎo)出磁場(chǎng)的場(chǎng)方程，繼續(xù)推出麥克斯韋方程組，然后討論輻射、傳播等問(wèn)題，基本邏輯體系仍屬于演繹法范疇；此外，還有采用“逐步公理法”的邏輯體系，它以矢量場(chǎng)的亥姆霍茲定理為核心，對(duì)每種具體電磁場(chǎng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)律對(duì)該場(chǎng)的源和“渦源”提出假設(shè)（即公理），然后對(duì)每種場(chǎng)做深入的研究，這也是一種以演繹法為主的邏輯體系；還有人采用分析力學(xué)方法，引入電磁場(chǎng)的拉格朗日函數(shù)，導(dǎo)出電磁場(chǎng)的基本規(guī)律等。

三、注意學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的研究方法

第6篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

【關(guān)鍵詞】思想實(shí)驗(yàn)科學(xué)素養(yǎng)

利用科學(xué)發(fā)展史知識(shí)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義，如何利用科學(xué)史中的有關(guān)思想實(shí)驗(yàn)史料來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是個(gè)值得研究的問(wèn)題，對(duì)于思想實(shí)驗(yàn)，有些老師往往只重視了思想實(shí)驗(yàn)的知識(shí)功能，對(duì)于其豐富的思想內(nèi)涵則較少進(jìn)行挖掘，特別是它對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的意義。本文試圖對(duì)此進(jìn)行探討。

1什么是思想實(shí)驗(yàn)

根據(jù)中國(guó)大百科全書(shū)可知，思想實(shí)驗(yàn) （thought experiment）是一種按照實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的并在思維中進(jìn)行的特殊論證方法。它既不同于真實(shí)實(shí)驗(yàn)，也有別于形式邏輯的推理。是按照假想的實(shí)驗(yàn)手段和步驟，進(jìn)行思維推理，得出合乎邏輯的結(jié)果。在物理學(xué)發(fā)展的歷史過(guò)程中伽利略、愛(ài)因斯坦等許多科學(xué)大師都曾經(jīng)借助思想實(shí)驗(yàn)延伸其理論的觸角。

從科學(xué)思想實(shí)驗(yàn)發(fā)展的歷史，我們可以看到思想實(shí)驗(yàn)主要特點(diǎn)。

1.1 可操作性。思想實(shí)驗(yàn)不是實(shí)際進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，但是它是按照實(shí)驗(yàn)的格式展開(kāi)的，是可操作的。

1.2 嚴(yán)密的邏輯性。思想實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程，既是想象自由展開(kāi)的過(guò)程，又是邏輯運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。在這中間，邏輯起著主導(dǎo)作用，它引導(dǎo)、控制著想象，保證想象既是豐富的．又不是胡思亂想。

1.3 高度的創(chuàng)造性?？茖W(xué)家做思想實(shí)驗(yàn)的目的，是為了揭示事物內(nèi)部的規(guī)律性。因此其探索是前無(wú)先例的，帶有高度的創(chuàng)造性。

2什么是科學(xué)素養(yǎng)

科學(xué)素養(yǎng)（scientific literacy）概念的形成與發(fā)展經(jīng)歷了長(zhǎng)期的演進(jìn)過(guò)程，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和變革，概念的含義也將不斷變化。本文采用以下觀點(diǎn)?？茖W(xué)素養(yǎng)的基本要素包括以下幾個(gè)方面。

一是科學(xué)知識(shí)與技能，是人們?cè)诳茖W(xué)實(shí)踐中獲得的關(guān)于客觀世界的各種事物的本質(zhì)及規(guī)律性的認(rèn)識(shí)程度和實(shí)際操作本領(lǐng)。

二是科學(xué)方法與能力，是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和改造客觀世界的實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，并能在實(shí)踐中正確運(yùn)用的思維和行為方式，以及把握事物本質(zhì)的策略與熟練程度。

三是科學(xué)行為與習(xí)慣?？茖W(xué)習(xí)慣是長(zhǎng)期積累和科學(xué)行為的定型。

四是科學(xué)精神、態(tài)度與價(jià)值觀?？茖W(xué)精神是指人所具有的科學(xué)的意識(shí)、思維活動(dòng)和一般心理狀態(tài)，其中以推動(dòng)并指引一個(gè)人采取決定和行動(dòng)的科學(xué)的原則、信念和標(biāo)準(zhǔn)組成的科學(xué)價(jià)值觀為核心?？茖W(xué)態(tài)度則指?jìng)€(gè)體在科學(xué)價(jià)值觀的支配下，對(duì)某一對(duì)象所持的評(píng)論和行為傾向。

我國(guó)在制定中學(xué)"科學(xué)"標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，認(rèn)為科學(xué)素養(yǎng)還應(yīng)該涉及科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系方面。這些都是科學(xué)素養(yǎng)所包含的重要內(nèi)容。

3利用思想實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的途徑

思想實(shí)驗(yàn)可以對(duì)所研究的過(guò)程設(shè)想出真實(shí)實(shí)驗(yàn)暫時(shí)不可能或原則上不可能達(dá)到的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行邏輯論證。在這個(gè)過(guò)程中，不僅包含有豐富的科學(xué)知識(shí)與技能，體現(xiàn)了物理學(xué)研究事物的方式與方法，而且也蘊(yùn)含著人類認(rèn)識(shí)事物，研究事物時(shí)所伴隨的豐富的科學(xué)精神和人文精神。這些對(duì)于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)都是具有重要意義的，都是值得挖掘與充分利用的。

3.1 挖掘科學(xué)史中思想實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

伽利略是第一位思想實(shí)驗(yàn)大師，他重視實(shí)驗(yàn)對(duì)理論的檢驗(yàn)作用，但由于外部環(huán)境的惡劣、實(shí)驗(yàn)條件的簡(jiǎn)陋以及哲學(xué)思想的影響，因此思想實(shí)驗(yàn)是一個(gè)常用的方法，并依此獲得許多重要的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論。

重力作用下的落體運(yùn)動(dòng)在伽利略的力學(xué)中占據(jù)著中心位置，他在關(guān)于落體運(yùn)動(dòng)的討論中仍然運(yùn)用了他早先提出的"落體佯謬"，對(duì)亞里士多德的落體定律提出詰難，然后逐步顯示出他的研究的全部豐富內(nèi)容，在這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)中，他已把早先所說(shuō)的密度相同而大小不同的物體改變成重量不同的物體。對(duì)話是這樣進(jìn)行的：

"如果讓兩塊石頭（其中之一的重量十倍于另一塊的重量）同時(shí)從比如說(shuō)100腕尺高處落下，那么這兩塊石頭下落的速率便會(huì)不同，那較重的石塊落到地面時(shí)，另一塊石頭只不過(guò)下落了10腕尺。"

"如果我們?nèi)√烊凰俾什煌膬蓚€(gè)物體，顯而易見(jiàn)，如果把那兩個(gè)物體連接在一起，速率較大的那個(gè)物體將會(huì)因受到速率較小物體的影響其速率要減慢一些，而速率較小的物體將因受到速率較大的物體的影響其速率要快一些。……但是，如果這是對(duì)的話，并假定一塊大石頭以8的速率運(yùn)動(dòng)，而一塊較小的石塊以4的速率運(yùn)動(dòng)，那么把二者連在一起，這兩塊石頭將以小于8的速率運(yùn)動(dòng)；但兩塊連在一起的石頭當(dāng)然比先前以8的速率運(yùn)動(dòng)的更重?？梢?jiàn)，較重的物體反而比較輕的物體運(yùn)動(dòng)的慢，而這個(gè)效應(yīng)同你的設(shè)想是相反的。"

這個(gè)佯謬不僅揭示了亞里士多德理論的破綻和邏輯混亂，同時(shí)也表明了，運(yùn)用這種思想實(shí)驗(yàn)的推理法，比起永遠(yuǎn)可能被人挑剔的真實(shí)實(shí)驗(yàn)，有時(shí)會(huì)更有說(shuō)服力的一個(gè)包含著錯(cuò)誤的理論。

在這個(gè)過(guò)程中，不僅說(shuō)明了重力作用下的落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且體現(xiàn)了物理學(xué)研究問(wèn)題的方法，如認(rèn)真觀察現(xiàn)象，提出要研究的問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題提出猜想與假設(shè)，然后進(jìn)行論證。更蘊(yùn)含了豐富的科學(xué)精神與科學(xué)態(tài)度，對(duì)于前人的觀點(diǎn)不是盲目的接受，而是具有懷疑精神，敢于提出問(wèn)題，實(shí)事求是地面對(duì)科學(xué)并勇于堅(jiān)持。這些都是科學(xué)素養(yǎng)的范疇，因此，從物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)中吸取營(yíng)養(yǎng)，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是大有裨益的。

3.2利用物理學(xué)方法中的思想實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

如果所設(shè)想的條件是完全理想化的，如絕對(duì)真空、絕對(duì)光滑等，在這種條件下所進(jìn)行的論證稱為理想實(shí)驗(yàn)法，它是思想實(shí)驗(yàn)的一種重要形式。

這一部分在中學(xué)的物理教學(xué)中涉及的知識(shí)很多。如牛頓運(yùn)動(dòng)定律等。真正代表近代科學(xué)方法論精神的伽利略與牛頓。伽利略最先倡導(dǎo)并實(shí)踐了實(shí)驗(yàn)加數(shù)學(xué)的方法，但是他所謂的實(shí)驗(yàn)并不是培根意義上的觀察實(shí)驗(yàn)，而是理想化實(shí)驗(yàn)。地球上的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能避免摩擦力的影響，但是認(rèn)識(shí)基本的力學(xué)規(guī)律，又要從觀念上排除這種摩擦力，這就需要全新的概念體系來(lái)支撐將做得實(shí)驗(yàn)，包括設(shè)計(jì)、實(shí)施和解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，只有這種理想化的實(shí)驗(yàn)才可能與數(shù)學(xué)處理相配套。伽利略的研究程序可以分為三個(gè)階段：直觀分解、數(shù)學(xué)演繹、實(shí)驗(yàn)證明。牛頓在吸收前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步完善，牛頓的方法可以稱之為"歸納-演繹"法，并且認(rèn)為演繹的結(jié)果必須重新訴諸實(shí)驗(yàn)確證。牛頓運(yùn)動(dòng)定律就是這些過(guò)程的直接結(jié)果。

牛頓運(yùn)動(dòng)定律不僅內(nèi)容上說(shuō)明了自然界的重要定律，他的研究方法、研究思想同樣也具有重要的價(jià)值。它是以觀察和實(shí)驗(yàn)中了解到的資料作為出發(fā)點(diǎn)，把自然現(xiàn)象合理簡(jiǎn)化并建立起恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?；運(yùn)用思想實(shí)驗(yàn)，即在絕對(duì)簡(jiǎn)化理想條件下，運(yùn)用思維中的邏輯演繹推理導(dǎo)出某種科學(xué)結(jié)論，再去接受科學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)的過(guò)程。

從這個(gè)研究的過(guò)程本身我們可以發(fā)現(xiàn)其中不僅包括科學(xué)知識(shí)，而且還涉及一種比較完善的物理學(xué)的研究方法，這對(duì)后人進(jìn)行進(jìn)一步的研究具有重要的借鑒意義。發(fā)現(xiàn)過(guò)程本身也暗含了牛頓對(duì)于科學(xué)的濃厚興趣和科學(xué)探究的整個(gè)過(guò)程。這些都是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的重要素材，應(yīng)該給予充分利用。

3.3利用現(xiàn)代物理學(xué)研究中的思想實(shí)驗(yàn)部分提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

新課程強(qiáng)調(diào)科學(xué)與社會(huì)，技術(shù)的聯(lián)系，必須看到，現(xiàn)代科技已經(jīng)逐漸滲透到了我們生活的方方面面，因此需要學(xué)生對(duì)于現(xiàn)代物理學(xué)有些初步的認(rèn)識(shí)。如中學(xué)物理課本加入了關(guān)于愛(ài)因斯坦的相對(duì)論和一些量子力學(xué)的簡(jiǎn)單介紹。但是現(xiàn)代物理學(xué)的研究，無(wú)論在微觀還是宏觀上越來(lái)越多地進(jìn)入了不能完全直接靠實(shí)驗(yàn)證實(shí)或證偽的領(lǐng)域。相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，其中都包含有豐富思想實(shí)驗(yàn)的部分。

1961年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者美國(guó)物理學(xué)家霍夫斯塔斯曾說(shuō)過(guò)："我相信任何一個(gè)喜歡自然的人都應(yīng)該學(xué)習(xí)量子力學(xué)，并不是他的數(shù)學(xué)而是他的思想"。進(jìn)入21世紀(jì)，無(wú)論是中學(xué)生或者是全體公民都應(yīng)該不同程度的知道一點(diǎn)什么是量子力學(xué)，量子力學(xué)的基本概念，基本思想，量子力學(xué)有什么作用，已經(jīng)起到了什么作用，這些都是很必要的。

使學(xué)生能了解科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別與聯(lián)系，初步認(rèn)識(shí)科學(xué)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)又促進(jìn)科學(xué)發(fā)展的相互關(guān)系，初步認(rèn)識(shí)社會(huì)需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力等科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系。同時(shí)能使學(xué)生增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，激起學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)科學(xué)精神。這也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要方面。

4進(jìn)行思想實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)的注意事項(xiàng)

4．1 處理好思想實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系

思想實(shí)驗(yàn)是一種理性的思維活動(dòng)。但不是脫離實(shí)際的主觀臆想，而是以實(shí)踐為基礎(chǔ)．按照實(shí)驗(yàn)的格式操作展開(kāi)，對(duì)實(shí)際過(guò)程做出更深入一層的抽象分析，其推理過(guò)程是以一定的邏輯法則為根據(jù)的。而這些邏輯法則，都是從長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)且為實(shí)踐所證實(shí)了的。

思想實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)又是緊密聯(lián)系和互補(bǔ)的?？茖W(xué)中的理論、規(guī)律是從大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)中總結(jié)概括出來(lái)的，科學(xué)中的假設(shè)、爭(zhēng)論也有賴于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

有時(shí)兩者往往密不可分地穿插在一起，真實(shí)實(shí)驗(yàn)為思想實(shí)驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)材料，思想實(shí)驗(yàn)對(duì)經(jīng)驗(yàn)材料進(jìn)行理性加工，并為真實(shí)實(shí)驗(yàn)提供理論指導(dǎo)。從伽利略發(fā)現(xiàn)落體定律和慣性定律的活動(dòng)中，可以明顯地看到這一點(diǎn)。

4．2不能忽略物理學(xué)史中被證實(shí)為錯(cuò)誤的思想實(shí)驗(yàn)

在科學(xué)研究中，通過(guò)再多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能完全證實(shí)一個(gè)理論，這是歸納法的本質(zhì)所決定的，但是一個(gè)否定例證就足以證偽一個(gè)理論。在物理學(xué)的思想實(shí)驗(yàn)中，有的已被否定，但不能因此就貶低它的作用，那些被證偽的思想實(shí)驗(yàn)往往是一個(gè)新理論產(chǎn)生的重要基石，如伽利略在給出著名的"落體佯謬"的最初說(shuō)法時(shí)，他所說(shuō)的是同樣材料而不同大小的物體，并非指所有的物體，其前提是錯(cuò)誤的，結(jié)論也是有局限性的，但是他的過(guò)程本身是非常有意義的，為他后來(lái)得出普遍的結(jié)論提供了重要的基礎(chǔ)。這些過(guò)程都是需要進(jìn)一步挖掘的，這樣才能讓學(xué)生明白科學(xué)研究的真實(shí)過(guò)程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是具有豐富的教育意義的。

4．3 思想實(shí)驗(yàn)是一種相對(duì)獨(dú)立的科學(xué)方法

在科學(xué)研究中，思想實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺蔀橐环N不替代的科學(xué)方法，是由于思想實(shí)驗(yàn)以其科學(xué)思維的嚴(yán)密性、精確性補(bǔ)充了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的不足。比如，驗(yàn)證廣義相對(duì)論的某些實(shí)驗(yàn)條件，或者某些條件在任何時(shí)代都不能被滿足，比如，驗(yàn)證牛頓第一定律所需要的無(wú)摩擦力的平面。但是，這些條件在邏輯上是可以實(shí)現(xiàn)的，這樣，人們可以避開(kāi)實(shí)際的技術(shù)困難。在思維中把這些條件制作出來(lái)，或者對(duì)現(xiàn)在條件進(jìn)行理想化抽象，在想象中實(shí)現(xiàn)這些條件。進(jìn)而在頭腦中展開(kāi)類似于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的"仿真"過(guò)程，推斷被研究事物的內(nèi)部規(guī)律。

必須看到，思想實(shí)驗(yàn)中包含有豐富的思想內(nèi)涵，有利于進(jìn)行積極的科學(xué)文化教育，而且思想實(shí)驗(yàn)作為一種科學(xué)方法將在更廣闊的領(lǐng)域中應(yīng)用。

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第7篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

【關(guān)鍵詞】波動(dòng)性；粒子性；波粒二象性；螺旋波

一直以來(lái)，人們普遍認(rèn)為波粒二象性是一種微觀系統(tǒng)中的物理現(xiàn)象，不可能出現(xiàn)在宏觀系統(tǒng)中。然而，最近人們通過(guò)對(duì)螺旋波的研究發(fā)現(xiàn)，螺旋波也具有波粒二象性（1），這表明在宏觀系統(tǒng)中也存在波粒二象性。然而文獻(xiàn)[1]沒(méi)有給出直觀的螺旋波的波粒二象性，本文通過(guò)設(shè)計(jì)外部擾動(dòng)，給出了直觀的直觀的螺旋波的波粒二象性圖象。螺旋波普遍存在于自然界中，近年來(lái)的心臟實(shí)驗(yàn)研究表明，心動(dòng)過(guò)速及心顫致死與螺旋波的自組織及螺旋波破裂有密切的關(guān)系。掌握螺旋波的波粒二象性，有利于對(duì)螺旋波進(jìn)行有效控制?？傊?，正確認(rèn)識(shí)微觀和宏觀系統(tǒng)中的波粒二象性，不僅有助于認(rèn)識(shí)客觀世界，也能夠利用波粒二象性造福人類。

1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出一個(gè)與經(jīng)典物理概念不同的新假設(shè)：空腔壁中電子的振動(dòng)可視為就在一維簡(jiǎn)諧振子，它吸收或發(fā)射電磁輻射能量時(shí)，不是過(guò)去經(jīng)典物理所認(rèn)為的那樣可以連續(xù)地吸收或發(fā)射能量，而是以與振子的頻率成正比的能量子（hν）為基本單元，一份一份地吸收或發(fā)射能量，即能量E=nh ，n=1，2，3，……（正整數(shù)），h為普朗克常量（4）。

1905年，受普朗克研究思想的啟發(fā)，德國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦提出光在本質(zhì)上是由光量子組成的假設(shè)。他認(rèn)為兩個(gè)物體輻射的能量不僅在吸收和發(fā)射的過(guò)程是一份份的，而且，電磁波在空間的傳播途徑也是一連串的能量量子流 h （5）。接著寫(xiě)出了著名的光電效應(yīng)方程 ，其中 為逸出功。1908年愛(ài)因斯坦證明在統(tǒng)計(jì)的特性下，黑體輻射既呈現(xiàn)波動(dòng)性又呈現(xiàn)粒子性，首次提出了“波粒二象性”。根據(jù)愛(ài)因斯坦的量子理論，由光的波動(dòng)性和粒子性這兩種性質(zhì)可得出光子的能量和動(dòng)量與光子的關(guān)系是E=h ，P=h /c 。這兩種性質(zhì)是由普朗克常量聯(lián)系起來(lái)的。從愛(ài)因斯坦公式可知，光子是具有波粒二象性的。

為了能圓滿地解釋微觀體系中粒子的各種量子性質(zhì)，以克服經(jīng)典理論所面臨的困難，奧地利年輕的物理學(xué)家薛定諤，從德布羅意提出的物質(zhì)波的思想出發(fā)，于1926年建立了微觀體系中的物質(zhì)波波動(dòng)方程，并應(yīng)用這個(gè)方程成功地計(jì)算出了氫原子和簡(jiǎn)諧振子的量子化能譜，得到與實(shí)驗(yàn)完全符合的結(jié)果。這個(gè)波動(dòng)方程后來(lái)被稱為薛定諤方程，成為實(shí)物粒子波動(dòng)的非相對(duì)論性理論。薛定諤通過(guò)它把原子的離散能級(jí)和微分方程在一定的邊界條件下的本征問(wèn)題聯(lián)系在一起，用于光和電子碰撞、原子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題中，得到了比以前理論更符合實(shí)際的結(jié)果。

1、螺旋波的波動(dòng)性

事實(shí)上，從電子衍射實(shí)驗(yàn)分析可知，電子所呈現(xiàn)出來(lái)的粒子性總是經(jīng)典概念中的具有一定質(zhì)量和電荷等屬性的“顆粒性”，但并不與“粒子有確切的軌道”的概念有必然的聯(lián)系；而呈現(xiàn)出的波動(dòng)性也只是波動(dòng)最本質(zhì)的東西――波的相干疊加性，但并不一定與某種實(shí)在的物理量在空間的波動(dòng)聯(lián)系在一起。所以波恩在1926年用薛定諤方程來(lái)處理散射問(wèn)題時(shí)提出概率波，他認(rèn)為量子力學(xué)中的波函數(shù)所描述的，并不像經(jīng)典波那樣代表什么實(shí)在的物理量的波動(dòng)，只不過(guò)是刻畫(huà)粒子在空間的概率分布而已（5）。

我們也可以用電子晶體衍射實(shí)驗(yàn)的衍射圖樣來(lái)理解概率波。從電子的波動(dòng)性看，衍射圖樣反映出波在圖樣上各點(diǎn)的強(qiáng)度分布 2，衍射圖樣上亮的地方說(shuō)明波強(qiáng)度大，暗的地方說(shuō)明波的強(qiáng)度弱；從電子的粒子性看，衍射圖樣反映出電子數(shù)目分布，衍射圖樣亮的地方說(shuō)明到達(dá)的電子數(shù)目多，而暗的地方說(shuō)明到達(dá)的電子數(shù)目少；對(duì)單個(gè)電子來(lái)說(shuō)，衍射圖樣反映出一個(gè)電子被散射后打到照片上各點(diǎn)的幾率分布，亮的地方說(shuō)明電子到達(dá)的幾率大，暗的地方說(shuō)明到達(dá)的幾率小。而綜合電子的波動(dòng)性和粒子性來(lái)看，可知電子波在相片上的各點(diǎn)的強(qiáng)度正比于一個(gè)電子在底片上相應(yīng)各點(diǎn)出現(xiàn)的幾率。

最簡(jiǎn)單的可激發(fā)系統(tǒng)可以用一個(gè)雙變量反應(yīng)擴(kuò)散方程解釋，下面就用 模型來(lái)說(shuō)明螺旋波的產(chǎn)生。 模型的動(dòng)力學(xué)方程（1）如下（8）：

其中 為系統(tǒng)變量， 是擴(kuò)散項(xiàng)。 是一個(gè)遠(yuǎn)小于1的量，它的存在使變量 的動(dòng)力學(xué)行為有不同的時(shí)間尺度。

為研究螺旋波的產(chǎn)生，我們固定取參數(shù)a=0.84，b=0.07，ε=0.05在數(shù)值解方程（1）過(guò)程中，時(shí)間離散采用二階龍格庫(kù)塔方法，空間離散采用二階差分方法?？臻g步長(zhǎng)為， = =0.4，時(shí)間步長(zhǎng)取 =0.02，計(jì)算區(qū)域空間離散成Nx×Ny=400 格點(diǎn)，即取計(jì)算區(qū)域邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=400×0.4=160。

在二維系統(tǒng)中，如果初始態(tài)是一個(gè)受激發(fā)的點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)形成一個(gè)環(huán)狀的波形向外擴(kuò)張，如果這個(gè)點(diǎn)激發(fā)源是周期的，則會(huì)觀察到穩(wěn)定的靶波。要觀察到螺旋波，可以用線激發(fā)源在左邊界上產(chǎn)生一個(gè)平行波（一列平面波），該波向右邊界傳播。當(dāng)這列波運(yùn)動(dòng)到中間時(shí)，把這列平面波的從中間抹掉半個(gè)波[如圖1（a）所示]，這樣在這列平面波在截?cái)嗵幮纬梢粋€(gè)缺陷（它就是螺旋波波頭所在位置）。在遠(yuǎn)離這個(gè)缺陷的區(qū)域，平面波波峰的鄰近點(diǎn)受左右兩個(gè)方向上擴(kuò)散而來(lái)的觸發(fā)變量的影響，比較容易激發(fā)，因而波速較高；而在這個(gè)缺陷所在區(qū)域，平面波波峰的鄰近點(diǎn)由于只受到來(lái)自一個(gè)方向上的觸發(fā)變量的激發(fā)，激發(fā)強(qiáng)度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較弱小，因而波速較慢。這樣，從整體上看，當(dāng)平面波向前傳播時(shí)，缺陷點(diǎn)的相對(duì)位置會(huì)有一個(gè)滯后，這個(gè)滯后使得平面波在缺陷點(diǎn)附近彎曲。線波的局部運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，由于這種缺陷效應(yīng)總是存在的 ，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，平面狀波會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪ǎ?）[如圖1（b）-（d）所示]。

圖1（a） 圖1（b）

圖1（c） 圖1（d）

圖1 螺旋波的產(chǎn)生過(guò)程。（a） t=0 平面波被從中間截去半個(gè)波，中間形成一個(gè)缺陷。（b） t=1.6s時(shí)，缺陷點(diǎn)的相對(duì)位置有一個(gè)滯后。（c）t=6.8s （d）t=32s，逐漸形成一個(gè)完整的螺旋波。

螺旋波與靶波不同，它是自激的，不需要一個(gè)周期的激發(fā)源，同時(shí)它是以缺陷為中心自組織形成的一類特殊的波，而且系統(tǒng)中所有的動(dòng)力學(xué)行為都要受到這個(gè)中心點(diǎn)缺陷行為的限制。在系統(tǒng)中制造一個(gè)缺陷比較容易，但系統(tǒng)中一旦產(chǎn)生了缺陷就很難將其消除。

2、螺旋波的粒子性

下面用數(shù)值計(jì)算方法來(lái)研究螺旋波的粒子性，即研究螺旋波對(duì)外部擾動(dòng)的響應(yīng)。所使用的模型由方程（1a）描述，為了研究螺旋波對(duì)外部擾動(dòng)的響應(yīng)，我們?cè)谙到y(tǒng)的 區(qū)域加上一個(gè)恒定大小的外力F，這時(shí)方程（1a）改為：

（a）t= 0 （b）t=100s

（c） t=200s （d）t=300s

圖2在外部擾動(dòng)下不同時(shí)刻的螺旋波斑圖。t=0時(shí)刻擾動(dòng)加在以格點(diǎn)（350，200）為中心半徑R=5的區(qū)域， F=0.5，（a）t=0，（b）t=100s，（c）t=200s，（d）t=300s。

首先考慮外部擾動(dòng)遠(yuǎn)離波頭（波核）的情況，擾動(dòng)對(duì)螺旋波的影響。設(shè)t=0時(shí)系統(tǒng)處于平穩(wěn)的螺旋波態(tài)，如圖2（a）所示。此時(shí)，在系統(tǒng)中以（350，200）為中心半徑處于R=5的區(qū)域加上一個(gè)恒定擾動(dòng)F=0.5。結(jié)果如圖2（b），（c），（d）所示，可知，當(dāng)擾動(dòng)遠(yuǎn)離波頭時(shí)對(duì)螺旋波運(yùn)動(dòng)無(wú)影響。

下面考慮外部擾動(dòng)就加在波頭附近的情況下擾動(dòng)對(duì)螺旋波的影響。仍取圖2（a）為初態(tài)，擾動(dòng)加在以格點(diǎn)（200，200）為中心半徑為R=5的區(qū)域，這時(shí)螺旋波波頭在擾動(dòng)區(qū)域內(nèi)。當(dāng)恒定擾動(dòng)力F=0.2，得到結(jié)果如圖3（a）（b）所示。

（a） t=100s （b）t=200s

圖3在外部擾動(dòng)下不同時(shí)刻的螺旋波斑圖。擾動(dòng)加在以格點(diǎn)（200，200）為中心半徑R=5的區(qū)域，F(xiàn)=0.2。

從圖3可以看出，隨著時(shí)間的變化而螺旋波卻一直保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。結(jié)果表明，當(dāng)F 較小時(shí)，外部擾動(dòng)對(duì)螺旋波運(yùn)動(dòng)也不產(chǎn)生任何影響。當(dāng)擾動(dòng)F=0.5時(shí)，結(jié)果如圖4所示：

（a）t=0s （b）t=15s

（c）t=20s （d）t=50s

（e） t=100s （f）t=200s

圖4在外部擾動(dòng)下不同時(shí)刻的螺旋波斑圖。t=0時(shí)刻外部擾動(dòng)加在以格點(diǎn)（200，200）為中心半徑R=5的區(qū)域，F(xiàn)=0.5。

從圖2至圖4可知，如果螺旋波波頭附近無(wú)擾動(dòng)或擾動(dòng)較小時(shí)，螺旋波運(yùn)動(dòng)不受外部擾動(dòng)的影響，但當(dāng)在螺旋波波頭附近的擾動(dòng)足夠大時(shí)，擾動(dòng)會(huì)放大，最后導(dǎo)致螺旋波的頻率發(fā)生很大的變化，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，表現(xiàn)在它對(duì)外部擾動(dòng)的響應(yīng)是有局域性。外部擾動(dòng)對(duì)螺旋波的影響與 粒子被原子核散射相似。把外部擾動(dòng)看做原子核，螺旋波看做 粒子，螺旋波波頭到外部擾動(dòng)區(qū)域的距離為瞄準(zhǔn)距離。由上述結(jié)果可以看出，只有當(dāng)瞄準(zhǔn)距離足夠小時(shí)螺旋波運(yùn)動(dòng)受影響，才表現(xiàn)出螺旋波的粒子性。由此可見(jiàn)宏觀系統(tǒng)中自維持螺旋波具有粒子性。

3、結(jié)論

螺旋波在宏觀系統(tǒng)中是普遍存在的 ，它的形成可以通過(guò) 模型來(lái)觀測(cè)。螺旋波是一個(gè)自維持的波，在整個(gè)介質(zhì)具有波動(dòng)性，它也和微觀世界中的粒子一樣具有存在波粒二象性。我們通過(guò)由數(shù)值實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：在遠(yuǎn)離波頭處加一個(gè)局域化的擾動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)對(duì)螺旋波沒(méi)有影響，而在波頭所在位置附近加一足夠大的擾動(dòng)時(shí)，螺旋波會(huì)受到很大的影響。當(dāng)擾動(dòng)消除后，螺旋波又很快恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。這些說(shuō)明了螺旋波對(duì)外部擾動(dòng)的響應(yīng)表現(xiàn)為局域化的實(shí)體，所以螺旋波具有粒子性。

螺旋波的波粒二象性與微觀粒子的波粒二象性有些不同的地方，螺旋波的二象性是可以同時(shí)存在的。螺旋波存在于宏觀系統(tǒng)中，這說(shuō)明宏觀系統(tǒng)中也存在波粒二象性。這個(gè)結(jié)論了傳統(tǒng)中認(rèn)為波粒二象性只存在于微觀系統(tǒng)世界中的看法。

參考文獻(xiàn)

[1] V. Biktasheva* PHYSICAL REVIEW E 67， 026221 ～2003！

[2] 吳強(qiáng) 《光學(xué)》 科學(xué)出版社 （2006）（第1至6頁(yè)、231至250頁(yè)）

[3] 孟泉水、常琳 《量子力學(xué)中一個(gè)基本物理思想的前因后論》西安科技大學(xué)基礎(chǔ)課部（710054）

[4] 王曉歐 《物理學(xué)概論》 同濟(jì)大學(xué)出版社 （2007） （第179至201頁(yè)）

[5] 曾謹(jǐn)言 《量子力學(xué)教程》 科學(xué)出版社 （2003）（第xi至7頁(yè)）

第8篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

【關(guān)鍵詞】霍金/無(wú)邊界宇宙/虛時(shí)間/時(shí)間機(jī)器/概率論/實(shí)證論

【正文】

一、無(wú)邊界宇宙和虛時(shí)間

大爆炸宇宙論已經(jīng)取得了非常重大的成果，對(duì)大爆炸后百分之一秒直到今天的宇宙演化情況論述得已經(jīng)十分清楚，并且得到了微波背景輻射等實(shí)際觀測(cè)的強(qiáng)有力的支持。然而，在宇宙極早期遇到了極大困難?；艚?S.W.Hawking)和彭羅斯(R.Penrose)于1970年證明了“宇宙奇性定理”[1]：在極一般的條件下，按照廣義相對(duì)論，宇宙大爆炸必然從一個(gè)奇點(diǎn)開(kāi)始。由此，他們共同獲得1988年的沃爾夫物理獎(jiǎng)。然而宇宙在大爆炸奇點(diǎn)處，一切科學(xué)定律包括廣義相對(duì)論本身都失效了，連時(shí)空概念也失效了。所以奇點(diǎn)是不可能真實(shí)存在的，是非物理的。這就構(gòu)成宇宙學(xué)最大的疑難：奇性疑難。因此，奇性定理也表明，廣義相對(duì)論是不完備的，它無(wú)法告訴我們宇宙是如何開(kāi)始的?；艚鹫f(shuō)：“廣義相對(duì)論導(dǎo)致了自身的失效：它預(yù)言它不能預(yù)言宇宙?！盵2]在宇宙極早期，整個(gè)宇宙非常微小，必須考慮量子效應(yīng)。所以，對(duì)于宇宙奇性疑難，必須用量子引力論才能解決。

1983年霍金和哈特爾(J.B.Hartle)“宇宙的波函數(shù)”[3]，開(kāi)創(chuàng)了量子宇宙學(xué)的研究。他們認(rèn)為，宇宙的量子狀態(tài)由波函數(shù)來(lái)描述，而這宇宙的波函數(shù)是惠勒－德威特(Wheeler-DeWitt)方程的解。這個(gè)波函數(shù)給出宇宙按照特征量分布的概率幅。他們創(chuàng)造性地建立了量子宇宙“微超空間模型”，正式提出“無(wú)邊界宇宙”設(shè)想，即“宇宙的邊界條件就是沒(méi)有邊界”。他們引入了“虛時(shí)間”（tiτ）（這里i[2]=-1，即用虛數(shù)表示的時(shí)間）概念。因?yàn)槲镔|(zhì)和能量會(huì)使時(shí)空向其自身彎曲，在實(shí)時(shí)間方向就不可避免地導(dǎo)致奇性，時(shí)空在奇性處到達(dá)盡頭。而虛時(shí)間方向與實(shí)時(shí)間方向成直角，空間的三個(gè)方向也都和實(shí)時(shí)間方向成直角，這表明虛時(shí)間的行為和在空間中的三個(gè)方向相類似。宇宙中物質(zhì)引起的時(shí)空曲率就使三個(gè)空間方向和這個(gè)虛時(shí)間方向繞到后面再相遇到一起，形成一個(gè)閉合面。它們像是地球的表面，只不過(guò)多了兩維。地球的表面具有有限的面積，但是它沒(méi)有任何奇性、邊界或邊緣?；艚鹩哪卣f(shuō)：“我曾環(huán)球旅行過(guò)，而沒(méi)有落到外面去?！敝挥挟?dāng)宇宙處于這種無(wú)邊界狀態(tài)時(shí)，科學(xué)定律才能確定每種可能歷史的概率，才能確定宇宙應(yīng)該如何運(yùn)行。在虛時(shí)間里，沒(méi)有使科學(xué)定律在該處失效的奇點(diǎn)，也沒(méi)有需要乞求上帝的宇宙邊緣。宇宙在虛時(shí)間中既沒(méi)有創(chuàng)生也沒(méi)有終結(jié)，它就是存在。量子力學(xué)中的奇特效應(yīng)（例如隧道效應(yīng)）可以看作是在“虛時(shí)間”中發(fā)生的。實(shí)時(shí)間中的演化是因果性的，而虛時(shí)間中的演化是隨機(jī)的。人們甚至可以進(jìn)一步猜測(cè)，宇宙中的一切隨機(jī)行為都是起因于和虛時(shí)間相關(guān)的行為。如果你用虛時(shí)間來(lái)測(cè)量時(shí)間方向，你就會(huì)得到空間和時(shí)間之間的完全對(duì)稱性，這在數(shù)學(xué)上是非常美妙和自然的觀念。無(wú)邊界假設(shè)就是利用這個(gè)數(shù)學(xué)的單純化，導(dǎo)致所有可能的宇宙的初始條件中的最簡(jiǎn)單的理論。宇宙的量子態(tài)由對(duì)所有緊致的歐氏度規(guī)的歷史在“虛時(shí)間”中求和的路徑積分所定義。這歷史是沒(méi)有任何奇性或者任何開(kāi)端或終結(jié)的，它由具有有限尺度卻沒(méi)有邊界的彎曲空間組成。在其中發(fā)生的一切可完全由物理學(xué)定律所確定。于是在虛時(shí)間中出現(xiàn)的東西可被計(jì)算出來(lái)，而如果你知道宇宙在虛時(shí)間里的歷史，你就能計(jì)算出它在實(shí)時(shí)間中的行為。用這種方法，我們可望得到一個(gè)完整的統(tǒng)一理論，它能預(yù)言宇宙的一切。這宇宙是有限的無(wú)邊界的閉合宇宙模型。由此，我們得到一個(gè)“自含”的而且“自足”的宇宙。即宇宙是包容一切的，在它之外不存在任何東西。而且這宇宙不是可以任意賦予初始條件和邊界條件的一般系統(tǒng)?；艚鹫f(shuō)：“有一次愛(ài)因斯坦問(wèn)道：‘在建造宇宙時(shí)，上帝有多少選擇呢？’如果無(wú)邊界假設(shè)是正確的，在選取初始條件上，它就根本沒(méi)有自由。它只有選擇宇宙要服從的定律的自由?！盵4]宇宙的演化服從科學(xué)定律表明理論的自治性，而宇宙的無(wú)邊界性表明宇宙的自足性。量子宇宙學(xué)必須是自洽的和自足的，因此無(wú)邊界宇宙是科學(xué)上的一種非常漂亮的理論?；艚鸷退笇?dǎo)的博士吳忠超先生證明了在無(wú)邊界假設(shè)條件下，宇宙必須從零動(dòng)量態(tài)向三維幾何態(tài)演化，于是經(jīng)典奇性被量子效應(yīng)所抹平[5]。由此，奇性疑難得到解決。

無(wú)邊界宇宙思想可以解釋我們生活于其中的宇宙。這是一個(gè)各向同性的均勻的具有微小擾動(dòng)的膨脹宇宙，它是具有一維時(shí)間和三維空間的洛倫茲時(shí)空，霍金認(rèn)為它在其誕生時(shí)刻由一個(gè)四維的歐幾里得空間進(jìn)行解析延拓而來(lái)。1985年，霍金根據(jù)無(wú)邊界假設(shè)，導(dǎo)出了宇宙在普朗克極早期的暴脹行為以及由量子漲落導(dǎo)致的宇宙結(jié)構(gòu)的譜[6]。我們可以在微波背景輻射的漲落中觀察到宇宙中那些微擾的譜。這些結(jié)果迄今與無(wú)邊界假設(shè)相一致。在宇宙中的任何測(cè)量都可以按照宇宙的波函數(shù)來(lái)表述。這樣，無(wú)邊界假設(shè)使宇宙學(xué)成為真正的科學(xué)，因?yàn)槿藗兛梢灶A(yù)言任何觀察的結(jié)果。

在這之前的1981年，霍金應(yīng)梵蒂岡教廷科學(xué)院之邀，在宇宙學(xué)會(huì)議上首次發(fā)表了“無(wú)邊界宇宙”的思想。會(huì)議之后，教皇接見(jiàn)與會(huì)者。按照西方的傳統(tǒng)，教徒在此時(shí)必須在教皇前行跪禮。但是當(dāng)霍金驅(qū)動(dòng)輪椅來(lái)到教皇前時(shí)，歷史上奇異的一幕出現(xiàn)了，教皇離開(kāi)其座位并跪下，使他便于臉對(duì)臉和霍金會(huì)晤。這使得四周的教徒們目瞪口呆，且不說(shuō)霍金自己所深愛(ài)的無(wú)邊界宇宙理論正是無(wú)神論的徹底體現(xiàn)（[2]，譯者序）?；艚鹫f(shuō)：“教皇告訴我們，在大爆炸之后的宇宙演化是可以研究的，但不應(yīng)該去過(guò)問(wèn)大爆炸本身，因?yàn)槟鞘莿?chuàng)生的時(shí)刻因而是上帝的事務(wù)。那時(shí)我心中暗喜，他并不知道我剛剛在會(huì)議上作過(guò)的演講主題——時(shí)空是有限而無(wú)界的可能性，就表明著沒(méi)有開(kāi)端、沒(méi)有創(chuàng)生的時(shí)刻?！?[4]，p.110)

無(wú)邊界宇宙理論原來(lái)只能處理閉合宇宙的問(wèn)題。但是，我們的宇宙究竟是閉合的還是開(kāi)放的，這取決于現(xiàn)今宇宙的物質(zhì)密度。ρ與臨界密度ρ[，c]的比值，我們稱這比值為宇宙學(xué)密度Ω＝ρ／ρ[，c]。當(dāng)Ω＞1，引力場(chǎng)足夠強(qiáng)，宇宙膨脹到某時(shí)將會(huì)收縮，它的曲率是正的，這就是閉合宇宙；當(dāng)Ω＜1，曲率為負(fù)，就是開(kāi)放宇宙，它將永遠(yuǎn)膨脹下去；當(dāng)Ω＝1，曲率為零，是平直的臨界情況，它也將膨脹下去。按照暴脹模型原來(lái)的理論，我們的宇宙恰好是Ω＝1的臨界情況，這很不自然。我們的宇宙到底是什么情況？這有賴于對(duì)宇宙的實(shí)際觀測(cè)，現(xiàn)在人們還說(shuō)不清楚。因此，開(kāi)放宇宙的可能性是存在的。1998年，霍金和圖魯克(N.Turok)“無(wú)假真空的開(kāi)放暴脹”[7]，將霍金原來(lái)的閉合宇宙的量子論推廣到開(kāi)放情況。他們利用無(wú)邊界假設(shè)，在一個(gè)最簡(jiǎn)單的暴脹模型中，經(jīng)過(guò)路徑積分的計(jì)算，導(dǎo)致現(xiàn)今的宇宙學(xué)密度Ω≈0.01。這樣，他們修改了原暴脹模型關(guān)于Ω＝1的臨界預(yù)言，論證了開(kāi)放暴脹宇宙的可能性。

現(xiàn)在霍金正繼續(xù)發(fā)展他這美妙的無(wú)邊界宇宙思想和虛時(shí)間概念[8-9]。

二、時(shí)序保護(hù)猜想——物理學(xué)定律嚴(yán)禁時(shí)間機(jī)器

1992年，霍金提出一個(gè)能維護(hù)時(shí)間次序的“時(shí)序保護(hù)猜想”[10]：物理學(xué)定律嚴(yán)禁時(shí)間機(jī)器。所謂“時(shí)間機(jī)器”，就是違背因果律而能將時(shí)間倒轉(zhuǎn)回到過(guò)去的旅行機(jī)制。許多科幻小說(shuō)都描寫(xiě)了這一神奇現(xiàn)象。最早于1937年，司托庫(kù)姆(J.van Stockum)發(fā)現(xiàn)了愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程的一個(gè)解，它描述一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的無(wú)限長(zhǎng)柱體起著時(shí)間機(jī)器的作用。但是人們認(rèn)為實(shí)際上不存在任何“無(wú)限長(zhǎng)”的物體而否定了它的真實(shí)性。后來(lái)人們又通過(guò)蟲(chóng)洞、宇宙弦等奇異物制造了時(shí)間機(jī)器。但是物理學(xué)家已經(jīng)證明，與實(shí)驗(yàn)吻合的物理學(xué)理論絕對(duì)不會(huì)違背因果律。1988年，霍金的好朋友索恩(K.S.Thorne)和他的學(xué)生們的文章“蟲(chóng)洞、時(shí)間機(jī)器和弱能量條件”[11]發(fā)表，引起了很多評(píng)論和誤解。一些報(bào)刊上出現(xiàn)標(biāo)題為“物理學(xué)家發(fā)明時(shí)間機(jī)器”的文章。索思本人說(shuō)：“就算物理學(xué)定律允許時(shí)間機(jī)器（事實(shí)上，我懷疑這一點(diǎn)），人類現(xiàn)在的技術(shù)能力離這時(shí)間機(jī)器的實(shí)現(xiàn)還遠(yuǎn)得很，比洞穴野人離太空旅行還要遙遠(yuǎn)。”[12]霍金對(duì)時(shí)間機(jī)器提出了嚴(yán)厲的批評(píng)。他幽默地說(shuō)：“我們還不清楚在一個(gè)黑洞中究竟會(huì)發(fā)生什么。廣義相對(duì)論的方程允許這樣的解，允許人們進(jìn)入一個(gè)黑洞并從其它地方的一個(gè)白洞里出來(lái)。白洞是黑洞的時(shí)間反演。這似乎為星際的快速旅行提供了可能性。麻煩在于這種旅行的速度太快了，以致于如果通過(guò)黑洞的旅行成為可能，則似乎無(wú)法阻攔你在出發(fā)之前已經(jīng)返回。那時(shí)你可以做一些事，比如殺死你的母親，因?yàn)樗婚_(kāi)始就反對(duì)你進(jìn)入黑洞?？磥?lái)物理學(xué)定律嚴(yán)禁這種時(shí)間旅行，這也許對(duì)于我們（以及我們的母親們）的存活是個(gè)幸事。似乎有一種時(shí)序保護(hù)機(jī)構(gòu)，不允許向過(guò)去旅行，這使得這世界對(duì)于歷史學(xué)家是安全的。如果一個(gè)人向過(guò)去旅行，將會(huì)發(fā)生的是不確定原理的效應(yīng)在那里產(chǎn)生大量的輻射，這輻射要么把時(shí)空卷曲得太厲害以致不可能在時(shí)間中倒退回去，要么使時(shí)空在類似于大爆炸和大擠壓的奇性處終結(jié)。不管哪種情況，我們的過(guò)去都不會(huì)受到居心叵測(cè)之徒的威脅。最近我進(jìn)行的一些計(jì)算支持這個(gè)時(shí)序保護(hù)假設(shè)。其實(shí)，我們不能進(jìn)行時(shí)間旅行的最好證據(jù)是，我們從來(lái)沒(méi)有遭受到從未來(lái)來(lái)的游客的侵犯?！盵13]霍金認(rèn)為，大自然憎惡時(shí)間機(jī)器。大自然是通過(guò)真空漲落束的生長(zhǎng)來(lái)維護(hù)時(shí)間順序的。他指出：“當(dāng)我們想做時(shí)間機(jī)器時(shí)，不論用什么樣的事物（例如蟲(chóng)洞、旋轉(zhuǎn)柱、宇宙弦或其它什么東西），在它成為時(shí)間機(jī)器前，總會(huì)有一束真空漲落穿過(guò)它，并破壞它?！彼€說(shuō)：“自由意志的概念和科學(xué)定律屬于不同的范疇。如果人們想從科學(xué)定律推出人類行為的話，他就會(huì)在自參考系統(tǒng)的邏輯二律背反中陷入困境。這正如時(shí)間旅行若可能的話人們會(huì)遇到的麻煩，我認(rèn)為永遠(yuǎn)不可能作時(shí)間旅行?！?[13]，p.97)

三、時(shí)間箭頭

霍金論述了科學(xué)定律不能區(qū)分前進(jìn)和后退的時(shí)間方向。這是因?yàn)榱Ｗ游锢韺W(xué)中的CPT定理指出：科學(xué)定律在C、P、T聯(lián)合變換下保持不變。（這里C是正、反粒子變換；P是宇稱變換；T是時(shí)間反演變換。）而在正常情況下，科學(xué)定律在CP聯(lián)合變換下不變，于是在T變換下也必然不變?；艚鸾又赋?，至少存在三種“時(shí)間箭頭”將過(guò)去與將來(lái)區(qū)分開(kāi)來(lái)：第一，熱力學(xué)時(shí)間箭頭：無(wú)序度或熵增加的時(shí)間方向，這正是熱力學(xué)第二定律所指明的時(shí)間方向；第二，心理學(xué)時(shí)間箭頭：我們心理感覺(jué)時(shí)間流逝的方向，在這個(gè)方向上我們只能記住過(guò)去而不是未來(lái)；第三，宇宙學(xué)時(shí)間箭頭：即宇宙在膨脹而不是收縮的方向。

霍金論證了心理學(xué)時(shí)間箭頭與熱力學(xué)時(shí)間箭頭本質(zhì)上是一致的。又通過(guò)無(wú)邊界假設(shè)論證了在宇宙膨脹時(shí)，三種時(shí)間箭頭是一致的。因?yàn)榘凑諢o(wú)邊界假設(shè)，宇宙沒(méi)有邊界、邊緣或奇點(diǎn)，所以時(shí)間的開(kāi)端必須是光滑而有序的時(shí)空點(diǎn)。這就要求宇宙必然從一個(gè)非常光滑而有序的狀態(tài)開(kāi)始膨脹，隨時(shí)間逐漸演化成無(wú)序的狀態(tài)，于是就與熱力學(xué)時(shí)間箭頭一致?；艚疬€進(jìn)一步論證了只有在膨脹相中才有適合智慧生命的條件。

然而，當(dāng)宇宙將來(lái)可能坍縮時(shí)，情況如何呢？霍金曾經(jīng)錯(cuò)誤地認(rèn)為，宇宙坍縮時(shí)，無(wú)序度會(huì)減小。即宇宙學(xué)時(shí)間箭頭反向時(shí)，熱力學(xué)時(shí)間箭頭和心理學(xué)時(shí)間箭頭也會(huì)跟著反向?；艚鹩哪卣f(shuō)：“處在收縮相的人們將以倒退的方式生活：他們?cè)诔錾耙呀?jīng)死去，并且隨著宇宙收縮變得更年輕?！边@實(shí)際上就等于承認(rèn)了時(shí)間機(jī)器。這也就導(dǎo)致無(wú)論什么情況下，三種時(shí)間箭頭都保持一致。后來(lái)在裴志(D.Page)等人的啟發(fā)下，霍金認(rèn)識(shí)到自己犯了一個(gè)大錯(cuò)誤。而導(dǎo)致他出錯(cuò)的原因是，他原以為收縮相僅僅是膨脹相的時(shí)間反演。那樣，宇宙收縮變小時(shí)，應(yīng)該回到光滑而有序的狀態(tài)。但是裴志指出，無(wú)邊界條件沒(méi)有要求收縮相必須是膨脹相的時(shí)間反演。而且在一個(gè)稍微復(fù)雜的模型中，宇宙的坍縮與膨脹非常不同。實(shí)際上，無(wú)邊界條件意味著宇宙在坍縮時(shí)無(wú)序度繼續(xù)增加。即當(dāng)宇宙時(shí)間箭頭反向時(shí)，熱力學(xué)時(shí)間箭頭和心理學(xué)時(shí)間箭頭并不會(huì)跟著反向。([4]，pp.131-139)這實(shí)際上也進(jìn)一步否定了時(shí)間機(jī)器的可能性。物理學(xué)決不會(huì)違背因果律。

四、實(shí)證論與實(shí)在論

1992年，霍金在劍橋凱爾斯學(xué)院作了關(guān)于科學(xué)哲學(xué)的講演。他說(shuō)：“在我認(rèn)為存在一個(gè)有待于人們?nèi)パ芯亢屠斫獾挠钪娴囊饬x上，我愿承認(rèn)自己是個(gè)實(shí)在主義者。但是沒(méi)有理論，我們關(guān)于宇宙就不能說(shuō)什么是實(shí)在的。因此，我認(rèn)為物理理論不過(guò)是我們用以描寫(xiě)觀察結(jié)果的數(shù)學(xué)模型。如果該理論是優(yōu)雅的模型，它能描寫(xiě)大量的觀測(cè)，并能預(yù)言新觀測(cè)的結(jié)果，則它就是一個(gè)好理論。除此之外，問(wèn)它是否和實(shí)在相對(duì)應(yīng)就沒(méi)有任何意義，因?yàn)槲覀儾恢朗裁磁c理論無(wú)關(guān)的實(shí)在。這種科學(xué)理論的觀點(diǎn)可能使我成為一個(gè)實(shí)證主義者。然而我所說(shuō)的實(shí)證主義似乎是人們?yōu)槊鑼?xiě)宇宙而尋找新定律新方法僅有的可能的立場(chǎng)。因?yàn)槲覀儧](méi)有和實(shí)在概念無(wú)關(guān)的模型。如果某物與我們用以解釋它的理論或模型無(wú)關(guān)，何以知道它是實(shí)在的？而如果我們認(rèn)為，實(shí)在依我們的理論而定，又怎么可以用實(shí)在來(lái)作為我們哲學(xué)的基礎(chǔ)呢？”([13]，p.30-34)這里，霍金明確指出了所謂“實(shí)在”的相對(duì)性、任意性和不確定性。因此科學(xué)哲學(xué)不能以此為基礎(chǔ)。

霍金以相對(duì)論和量子力學(xué)以及宇宙大爆炸奇點(diǎn)和虛時(shí)間為例指出：“在科學(xué)的哲學(xué)方面很難成為實(shí)在主義者，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為的實(shí)在是以我們所采用的理論為前提。我能肯定，洛倫茲和費(fèi)茲杰朗德在按照牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀來(lái)解釋光速實(shí)驗(yàn)時(shí)都認(rèn)為自己是實(shí)在主義者，因?yàn)檫@種時(shí)空觀似乎和常識(shí)以及實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)?！腋覕喽?，愛(ài)因斯坦、海森伯和狄拉克對(duì)于他們是否為實(shí)在主義者或者工具主義者根本不在乎。他們只是關(guān)心現(xiàn)存的理論不能相互協(xié)調(diào)。在發(fā)展理論物理中，尋求邏輯自洽總比實(shí)驗(yàn)結(jié)果更重要。我想強(qiáng)調(diào)的是，至少對(duì)于一名理論物理學(xué)家而言，把理論視作一種模型的實(shí)證主義方法，是理解宇宙的僅有手段?！?[13]，p.34)因此，科學(xué)哲學(xué)的根基必須是也只能是邏輯自洽的理性的實(shí)證論。

五、確定論和概率論

霍金利用“虛時(shí)間”概念對(duì)史瓦西黑洞度規(guī)進(jìn)行坐標(biāo)變換，研究了相應(yīng)的量子場(chǎng)論。利用在虛時(shí)間方向具有溫度倒數(shù)的周期的歐氏時(shí)空上的所有場(chǎng)求和的路徑積分，求出了相應(yīng)溫度下的熱力學(xué)配分函數(shù)。從而得到黑洞具有的極其獨(dú)特的內(nèi)秉引力熵，它恰好是黑洞視界面積的四分之一。黑洞熵的存在，說(shuō)明引力場(chǎng)不同于其它相互作用場(chǎng)，它使黑洞時(shí)空具有獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這引力熵說(shuō)明黑洞引起信息喪失。由此，霍金指出存在一種新的不確定性：“信息喪失意味著，在黑洞消失之后，原來(lái)處于量子純態(tài)的系統(tǒng)演化的終態(tài)就變成混合量子態(tài)，即不同純態(tài)的一個(gè)系綜。每一個(gè)純態(tài)具有各自的概率。但是因?yàn)槿魏我环N狀態(tài)都不確定，不能利用和任何量子態(tài)干涉的辦法把這終態(tài)的概率減小到零。這表明引力在物理中，引進(jìn)了一種新水平的不確定性，這種不確定性超越于通常和量子理論相關(guān)的不確定性之上。在某種意義上，我們已經(jīng)在微波背景輻射的漲落中觀測(cè)到這種額外的不確定性。這表示科學(xué)決定論的終結(jié)，我們不能確定地預(yù)言未來(lái)?？磥?lái)上帝在他的袖子里仍有一些令人無(wú)法捉摸的詭計(jì)?！?[2]，pp.55-56)“這樣當(dāng)愛(ài)因斯坦講‘上帝不擲骰子’時(shí)，他錯(cuò)了。對(duì)黑洞的思索向人們提示，上帝不僅擲骰子，而且有時(shí)還把骰子擲到人們看不到的地方去，使人們迷惑不已?！?[2]，p.23)

六、宇宙終極理論

霍金相信宇宙是可以認(rèn)識(shí)的，是可以完全理解的。他希望存在宇宙終極理論，并樂(lè)觀地追求這理論。他說(shuō)：“我不同意這樣的觀點(diǎn)，說(shuō)宇宙是神秘的，是某種人們可有直覺(jué)但卻永遠(yuǎn)不能完全分析和理解的東西?！覀儗?duì)于宇宙還有大量無(wú)知和不解之處。但是我們過(guò)去尤其是一百年內(nèi)所取得的進(jìn)步，足以使人相信，我們能夠完全理解宇宙。我們不會(huì)永遠(yuǎn)在黑暗中摸索。我們會(huì)在宇宙的完整理論上取得突破。在那種情形下，我們就真正成為宇宙的主宰?！保╗12]，序言）“如果我們確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一套完整的理論，它應(yīng)該在一般的原理上及時(shí)讓所有人（而不僅僅是少數(shù)科學(xué)家）所理解。那時(shí)，我們所有人，包括哲學(xué)家、科學(xué)家以及普普通通的人，都能夠參加為何我們和宇宙存在問(wèn)題的討論。如果我們對(duì)此找到了答案，則將是人類理智的最終勝利——因?yàn)槟菚r(shí)我們知道了上帝的精神?！?[4]，p.156)他又說(shuō)：“也許這種希望只不過(guò)是海市蜃樓；也許根本就沒(méi)有終極理論，而且即便有我們也找不到。但是努力尋求完整的理解總比對(duì)人類精神的絕望要好得多。”（[13]，序言）

霍金在追求宇宙終極理論的同時(shí)，又冷靜地認(rèn)識(shí)到，我們不可能窮盡對(duì)宇宙的完全認(rèn)識(shí)。其實(shí)，人類的認(rèn)識(shí)只能是相對(duì)真理，人類在無(wú)窮的相對(duì)真理的長(zhǎng)河中不斷探索，不斷進(jìn)步，不斷逼近終極的絕對(duì)真理，但是不會(huì)走到盡頭，也不可能預(yù)言宇宙的一切?；艚鹫f(shuō)：“即使我們發(fā)現(xiàn)了一套完整的統(tǒng)一理論，這并不表明我們能夠一般地預(yù)言事件。因?yàn)榈谝晃覀儫o(wú)法避免不確定原理給我們的預(yù)言能力設(shè)立的極限。第二除了非常簡(jiǎn)單的情況，我們無(wú)法準(zhǔn)確解出這理論的方程。在牛頓引力論中，我們甚至連三體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題都不能準(zhǔn)確解出。我們?cè)趶臄?shù)學(xué)方程來(lái)預(yù)言人類行為上只取得了很少的成功！所以，即使我們確實(shí)找到了基本定律的完整集合，在未來(lái)的歲月里，仍然存在發(fā)展得更好的近似方法，使我們?cè)趶?fù)雜而現(xiàn)實(shí)的情形下，能夠完成對(duì)可能結(jié)果的有用預(yù)言的智慧的富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)?！?[4]，p.152)又說(shuō)：“即使存在一個(gè)可能的統(tǒng)一理論，那只不過(guò)是一組規(guī)則或方程。是什么賦予這些方程以生命去制造一個(gè)為它們所描述的宇宙？通常建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型的科學(xué)方法無(wú)法回答，為什么必須存在一個(gè)為此模型所描述的宇宙？”([4]，p.156)這里霍金提出了宇宙學(xué)的最大問(wèn)題，即宇宙的存在性問(wèn)題。他強(qiáng)調(diào)：“一個(gè)完全的、協(xié)調(diào)的統(tǒng)一理論只是第一步，我們的目標(biāo)是完全理解宇宙和我們自身的存在。”([4]，p.152)

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第9篇：量子力學(xué)中的基本假設(shè)范文

要】本篇主要是因?yàn)槿藗儗?duì)絕對(duì)論的認(rèn)識(shí)局限在理論方面，更多人認(rèn)為太過(guò)于哲理，與現(xiàn)代物理的聯(lián)系不是太密切。加上我們一直認(rèn)為只有公式才是人們認(rèn)識(shí)物理的工具，所以本篇通過(guò)對(duì)單擺和簡(jiǎn)諧振動(dòng)中的共振現(xiàn)象以及光電效應(yīng)，還有其他物理現(xiàn)象的研究，重新完善物理學(xué)上的一些認(rèn)識(shí)，列出來(lái)一些公式讓大家更好的認(rèn)識(shí)絕對(duì)論中的一些原則。同時(shí)希望通過(guò)這篇論文讓更多的人們更好的來(lái)認(rèn)識(shí)這個(gè)物質(zhì)世界。

【關(guān)鍵詞】簡(jiǎn)諧振動(dòng)；洛倫茨變換；單擺周期；共振現(xiàn)象；波動(dòng)函數(shù)值方程式；物質(zhì)場(chǎng)的質(zhì)量

單擺是初中以及高中物理教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，它揭示了一個(gè)重要的規(guī)律：?jiǎn)螖[的等時(shí)性，即在擺角很小的情況下（＜10度），忽咯空氣阻力等外部因素。在遵守胡克定律的范圍之下，單擺的周期只與擺長(zhǎng)（L）及擺球所處的位置的重力加速度（G）有關(guān)。單擺的周期公式：T=2∏√L/G。這是加利洛在小時(shí)候根據(jù)燈的晃動(dòng)逐漸等到的規(guī)律；單擺的等時(shí)性。并制作了時(shí)鐘。

愛(ài)因斯坦說(shuō)他最大的錯(cuò)誤是引進(jìn)了宇宙常數(shù)，其實(shí)那是小問(wèn)題。他的二個(gè)更大的錯(cuò)誤：1.他認(rèn)為時(shí)間可以倒流；2.他把光速當(dāng)成宇宙的限速而且把它當(dāng)成相對(duì)論的基礎(chǔ)。

說(shuō)一下愛(ài)因斯坦的理論依據(jù)，那就是著名的洛倫茨變換。利用這個(gè)變換可以解釋運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)間和尺寸變化了。我們看一下他的公式和推導(dǎo)過(guò)程；　狹義相對(duì)論中關(guān)于不同慣性系之間物理事件時(shí)空坐標(biāo)變換的基本關(guān)系式。設(shè)兩個(gè)慣性系為S系和S′系，它們相應(yīng)的笛卡爾坐標(biāo)軸彼此平行，S′系相對(duì)于S系沿x方向運(yùn)動(dòng)，速度為v，且當(dāng)t=t′=0時(shí)，S′系與S系的坐標(biāo)原點(diǎn)重合，則事件在這兩個(gè)慣性系的時(shí)空坐標(biāo)之間的洛倫茲變換為　x′=γ（x－vt），y′=y，z′=z，t′=γ（t－vx/（c*c）），式中γ=（1－v2/c2）^-1/2；c為真空中的光速。不同慣性系中的物理定律必須在洛倫茲變換下保持形式不變。

在相對(duì)論以前，H.A.洛倫茲從存在絕對(duì)靜止以太的觀念出發(fā)，考慮物體運(yùn)動(dòng)發(fā)生收縮的物質(zhì)過(guò)程得出洛倫茲變換　。在洛倫茲理論中，變換所引入的量?jī)H僅看作是數(shù)學(xué)上的輔助手段，并不包含相對(duì)論的時(shí)空觀。愛(ài)因斯坦與洛倫茲不同，以觀察到的事實(shí)為依據(jù)，立足于兩條基本原理：相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，著眼于修改運(yùn)動(dòng)、時(shí)間、空間等基本概念，重新導(dǎo)出洛倫茲變換，并賦予洛倫茲變換嶄新的物理內(nèi)容。在狹義相對(duì)論中，洛倫茲變換是最基本的關(guān)系式，狹義相對(duì)論的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)論和時(shí)空性質(zhì)，如同時(shí)性的相對(duì)性、長(zhǎng)度收縮、時(shí)間延緩、速度變換公式、相對(duì)論多普勒效應(yīng)等都可以從洛倫茲變換中直接得出

大家看二個(gè)問(wèn)題：1.相對(duì)性原理即S與S’二個(gè)慣性系等價(jià)，而且各慣性系內(nèi)各點(diǎn)也等價(jià)。這是一個(gè)錯(cuò)誤的假設(shè)，因?yàn)樵诳臻g中S與S’不等價(jià)，各點(diǎn)也不會(huì)等價(jià)。（當(dāng)然，在后來(lái)的廣義相對(duì)論中他又說(shuō)因?yàn)闀r(shí)空彎曲，各點(diǎn)不能等價(jià)，前后相左）；2.光速不變　以光速不變確定常數(shù)γ，如果物質(zhì)運(yùn)動(dòng)超過(guò)光速，物質(zhì)就不存在了。也就是限定物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)不能超過(guò)光速，我無(wú)語(yǔ)。可憐的愛(ài)因斯坦。

可是測(cè)量我們做過(guò)的許多實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)時(shí)：時(shí)間在測(cè)量上真的改變了，尺子也真的變短了。好像時(shí)間真的可以倒流，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)特別高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，時(shí)間真的變化了。

我來(lái)和大家解釋一下吧：不是時(shí)間變化了，而是時(shí)鐘真的變化了。因?yàn)闀r(shí)鐘變化了，所以所有的洛倫茨變換中時(shí)間變換應(yīng)該看成時(shí)鐘變化。時(shí)鐘的運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的，當(dāng)你改變它的一些因素，它就發(fā)生變化。單擺的T=2∏√L/G，當(dāng)L變化時(shí)T變化，當(dāng)G變化時(shí)T也變化的。所以這一個(gè)時(shí)鐘在運(yùn)動(dòng)時(shí)，和靜止時(shí)周期T是不同的。你想已經(jīng)變化了的時(shí)鐘，你如何測(cè)出不變的結(jié)果。你的一秒已經(jīng)變成人家的一年，你還當(dāng)成時(shí)間可以改變，時(shí)空可以倒流了。二個(gè)坐標(biāo)系也是如此道理，已經(jīng)變化了，你還說(shuō)可以等價(jià)，時(shí)空只好變化了。這是愛(ài)因斯坦的悲哀。時(shí)空里的物質(zhì)變化了，當(dāng)成時(shí)空變化。時(shí)間不會(huì)變，空間也不會(huì)變，但是這里面的物質(zhì)可以發(fā)生改變，而且可以任意變化。

愛(ài)因斯坦認(rèn)為不需要引力，但他用G（重力加速度）。我是根本不存在萬(wàn)有引力，但我也用G。不同的是我的G是物質(zhì)場(chǎng)之間的一個(gè)相互作用，由整體到局部，由微觀到宏觀，物質(zhì)場(chǎng)之間的一個(gè)作用（下面會(huì)詳細(xì)說(shuō)明這一原理）。所以在慣性系內(nèi)的各點(diǎn)作用也不會(huì)相同，任一點(diǎn)都不會(huì)相同。為什么說(shuō)的那么復(fù)雜呢？我也不想，可是我們這世界就是這么：在任一點(diǎn)上并不等價(jià)。所有的物質(zhì)都按照自己的規(guī)律運(yùn)行著，在任一點(diǎn)上都有不同的量子運(yùn)行方式。所以我們研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一定看什么環(huán)境，什么地點(diǎn)，以及物質(zhì)的量子運(yùn)行方式。否則，我們得不到正確的解釋。

當(dāng)物質(zhì)從S運(yùn)動(dòng)到S’點(diǎn)對(duì)于觀測(cè)者而言時(shí)鐘的T（周期）不同的，時(shí)鐘可以變快也可以變化慢。這一點(diǎn)我們可以做試驗(yàn)的，而且我們有太多的時(shí)鐘或者羅盤(pán)失靈的情況了。在遵守胡克定律的范圍之內(nèi)時(shí)鐘麼名奇妙的變化，因?yàn)椤蘈/G變化了，變化的越大，他的反應(yīng)就越大，這是時(shí)鐘變化的原因。我們?cè)僬f(shuō)一下尺子為什么變短。

上世紀(jì)，愛(ài)因斯坦和玻爾的論戰(zhàn)持續(xù)了幾十年，直到他們都去世也沒(méi)有結(jié)束。他們的爭(zhēng)論，玻爾一直占了上風(fēng)。為此阿斯派特做了一系列著名的實(shí)驗(yàn)，阿斯派特的實(shí)驗(yàn)詳細(xì)地證明了量子理論的正確性。當(dāng)然，還有爭(zhēng)議，但是人們開(kāi)始相信這個(gè)世界是有量子組成的了。運(yùn)動(dòng)的尺子的確可能變短，但是也有可能變長(zhǎng)。先不要爭(zhēng)論，我給大家來(lái)認(rèn)真的分析一下：尺子是不是由量子組成的？一個(gè)尺子是不是可以分成無(wú)數(shù)的小尺子？一個(gè)小尺子是不是可以看成一個(gè)量子？如果這些都可以的話：一個(gè)尺子是不是可以看成是大量的量子在運(yùn)動(dòng)，就是說(shuō)L=∑DL。如果我們只給尺子一個(gè)方向的力，尺子只有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)，那么在胡克定律的范圍之內(nèi)，所有量子尺子會(huì)壓縮尺寸，尺子會(huì)變短。

但是我今天給大家設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓運(yùn)動(dòng)的尺子變長(zhǎng)（這是相對(duì)論無(wú)法解釋的）。高速來(lái)拉動(dòng)尺子，并且在尺子的后面加一個(gè)物體并和尺子同時(shí)運(yùn)動(dòng)，但是只拉尺子。如果這樣實(shí)驗(yàn)的話，我告訴大家：尺子會(huì)變長(zhǎng)。因?yàn)樗械男〕咦釉诶Φ淖饔孟吕L(zhǎng)了，那么反應(yīng)到全部，尺子馬上變長(zhǎng)。當(dāng)然大家可能會(huì)笑的：我的絕對(duì)論，里面什么樣外面什么樣；大的什么樣，小的什么樣。其實(shí)，這篇論文也是要把絕對(duì)論的原則給大家解釋清楚的，免得大家認(rèn)為我是在說(shuō)哲理。愛(ài)因斯坦真的不知道這個(gè)世界是有量子來(lái)組成的，也不知道所有的量子都有自己的運(yùn)行方式；更不知道所有的量子運(yùn)行方式只能在一定的范圍存在，超過(guò)這個(gè)范圍量子運(yùn)行方式就會(huì)改變。

我們?cè)僬f(shuō)一個(gè)現(xiàn)象：拉箱子。一下不動(dòng)，二下不動(dòng)，那么三下就可以拉動(dòng)；推物體也是一樣原理。大家一定聽(tīng)過(guò)這么一件事：一個(gè)人用小錘擊打大塊鐵的事，他打了一二個(gè)小時(shí)上萬(wàn)次。當(dāng)然，他也一定要按照一定規(guī)律才可以實(shí)現(xiàn)，如果亂來(lái)那就永遠(yuǎn)不會(huì)實(shí)現(xiàn)的。如果用牛頓的F=ma來(lái)看，這永遠(yuǎn)不會(huì)動(dòng)。力不在了就沒(méi)有作用力了，再打也是白搭，如何打也是白搭。再說(shuō)一個(gè)畫(huà)外話：任何人不準(zhǔn)說(shuō)我沒(méi)有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。我的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)就是生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，無(wú)窮無(wú)盡。不需要精密的儀器，我也能完成最高級(jí)的實(shí)驗(yàn)。水滴穿石，已經(jīng)幾千萬(wàn)年了，比那個(gè)實(shí)驗(yàn)室都準(zhǔn)確。綠豆只煮難爛，大鐘不擊自鳴，還要我再舉例嗎？

物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是有小的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的，大物質(zhì)是有小物質(zhì)組成的，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是所有的量子共同完成的。我們擊打一次，物質(zhì)不動(dòng)但是有一部分量子動(dòng)了，但是大多量子沒(méi)動(dòng)它也動(dòng)不了。當(dāng)越來(lái)越多的量子，最后當(dāng)所有的量子動(dòng)了，那么物質(zhì)的整體也就動(dòng)了。牛頓力學(xué)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律太硬性了，所以在處理微觀粒子上不是太理想。既然今天我們認(rèn)可物質(zhì)是量子來(lái)組成的，那么我們?cè)谘芯课镔|(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)就要從量子說(shuō)起，那我們就要用到統(tǒng)計(jì)學(xué)∑，研究物質(zhì)就要用到高等數(shù)學(xué)微積分原理。其實(shí)這正是量子力學(xué)的魅力：把大的變小，有小成大

我一直不用太多方程式，是因?yàn)檫@世界是真實(shí)的生命，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在運(yùn)動(dòng)。但方程式是計(jì)算工具，在一定程度上使用是完全有必要的，方程式是人們認(rèn)識(shí)世界的一個(gè)依據(jù)。我在這里列幾個(gè)力學(xué)方程式供大家研究認(rèn)證，同時(shí)與經(jīng)典力學(xué)比較一下，重新理解物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

1　F=ma變換式：F∑F，F(xiàn)∫DF，∫df=ma，ma∫dma，ma∑dma。（這里M是物質(zhì)場(chǎng)的質(zhì)量特性，以下雷同）。

2　W=FS　變化式：W=∫DFS，F(xiàn)S∑FS，S∫DS，F(xiàn)∫DF

3　P=MV　變換式：P=∫DMV，P∑P，依次類推把經(jīng)典力學(xué)的公式建在大量的量子運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上去研究。物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是在量子運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)不是連續(xù)的，但是是有規(guī)律的。

愛(ài)因斯坦的E=mc2，其實(shí)錯(cuò)到天邊了。不是我不給他留面子，我也知道人們會(huì)說(shuō)原子彈如何如何。我只說(shuō)一句：原子彈釋放的能量一定大于E=MC2。人們沒(méi)有把所有能量計(jì)算在內(nèi)，只是估算罷了。如果還有人不服，我再提醒一句：真空不空。水變成冰釋放能量了，為什么質(zhì)量沒(méi)減少（當(dāng)然也會(huì)有變化，但不是E=mc2，那是質(zhì)量特性的波動(dòng)函數(shù)變化）。

物質(zhì)釋放的能量與質(zhì)量的關(guān)系并不大，也不能說(shuō)沒(méi)有關(guān)系。一斤木材和一百斤木材如果燃燒，的確不同。但是那是質(zhì)變，我這里主要說(shuō)量變（量子運(yùn)行方式的改變）。在上篇中我說(shuō)一個(gè)瓶子可以裝下一個(gè)恒星的能量，那么在這篇我更近一步：一個(gè)量子就可以擁有一個(gè)恒星的力量。說(shuō)一句讓人吃驚的話，我們每個(gè)人的身體都可以擁有十個(gè)太陽(yáng)的能量。大家想想物質(zhì)有多大的能量或能釋放多大的能量根本是不是取決于物質(zhì)的量子運(yùn)行方式？，結(jié)合一下傳統(tǒng)的質(zhì)量概念，我們還是使用物質(zhì)場(chǎng)的概念來(lái)理解吧。

木材和鋼鐵以及石頭這些物質(zhì)從量子上看組成可以說(shuō)是相同的，都是質(zhì)子，中子，電子等等組成的。（這一點(diǎn)如果有人和我爭(zhēng)論的話，我沒(méi)時(shí)間）但是量子運(yùn)行方式的不同造成了我們看到的截然不同的物質(zhì)。大家高興嗎？因?yàn)檫@才是真正的物理理論，這才是真正解釋物質(zhì)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的原理。這世界是由量子來(lái)組成的，所有的量子都有自己的運(yùn)行方式。這是經(jīng)得起考驗(yàn)的真理，我們做實(shí)驗(yàn)吧。

再列一個(gè)公式；波動(dòng)函數(shù)方程式H=E∝KC。H：波動(dòng)函數(shù)值

E：能量（包括物質(zhì)內(nèi)部和外加能量）　K：系數(shù)

C：物質(zhì)場(chǎng)（包括物質(zhì)場(chǎng)的質(zhì)量特性以及物質(zhì)場(chǎng)的一定范圍內(nèi)的量子運(yùn)行方式）。上篇論文沒(méi)列這個(gè)方程式，是因?yàn)榇蠹覍?duì)量子運(yùn)行方式的認(rèn)識(shí)不是太深刻。我從來(lái)不大包大攬，量子運(yùn)行方式的不同，物質(zhì)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)完全不同。

時(shí)間永遠(yuǎn)不會(huì)倒流，只會(huì)不停的向前走，即使我們運(yùn)行的比光速快一萬(wàn)倍，我們依然不停的衰老。所以我們都要珍惜生命，愛(ài)惜時(shí)間。愛(ài)因斯坦把光速限為宇宙的最高速，基礎(chǔ)不對(duì)，結(jié)果還用說(shuō)嗎？對(duì)相對(duì)論我再也不想說(shuō)什么了?，F(xiàn)在全世界都知道相對(duì)論不對(duì)了，那大家就嘗試一下理解我的論文吧。我們要肯定愛(ài)因斯坦是一個(gè)真正的科學(xué)家，因?yàn)樗θL試了一種認(rèn)識(shí)世界的方法，而且愛(ài)因斯坦一直是一個(gè)誠(chéng)實(shí)謙虛的人，不像我如此的肆無(wú)忌憚，口無(wú)遮攔。

空氣動(dòng)力學(xué)的原理和我們用石頭在水面上打水漂難道不是一樣嗎？我們沒(méi)發(fā)明飛機(jī)時(shí)，古人就已經(jīng)在打水漂了。認(rèn)識(shí)世界不一定需要我們的精密儀器，但我不是反對(duì)使用精密儀器，只是說(shuō)一種思維方法。所有的物理定律應(yīng)該是相通的，我們?cè)賮?lái)看看光電效應(yīng)現(xiàn)象吧。

其實(shí)，這是愛(ài)因斯坦的一個(gè)認(rèn)識(shí)的局限：光電效應(yīng)方程式E=hv。E：光子能量　h：普朗克常量　v。：光子的頻率。E=hv-W。（W。=hv。）

不一一解釋了。愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)很好的，我不明白后來(lái)他為什么限定光速。光不是連續(xù)的，也是量子組成的，光的確以量子的形式存在的。我現(xiàn)在更進(jìn)一步，把這個(gè)方程式和牛頓力學(xué)連起來(lái)：E=hv-W。=1/2MV2（M：電子的質(zhì)量特性）。大家看這個(gè)方程式，是不是太眼熟了。大笑吧，親愛(ài)的朋友，因?yàn)槟愫芸炀涂梢缘玫奖裙馑倏斓奈镔|(zhì)了；馬上你就可以看到光速不過(guò)是一個(gè)普通的掉渣的速度了?？裎璋?，我的讀者，你已經(jīng)開(kāi)始認(rèn)識(shí)這個(gè)世界不過(guò)是一粒微塵了，一點(diǎn)都不神秘。時(shí)間和空間都不過(guò)是一個(gè)測(cè)量工具，量子的運(yùn)行方式才是物質(zhì)的源頭。

M物質(zhì)場(chǎng)的質(zhì)量特性。這里給大家說(shuō)光子是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)。既然物質(zhì)場(chǎng)存在質(zhì)量特性，那么光子就可能存在質(zhì)量特性，那么電子也會(huì)存在質(zhì)量特性。所以提高h(yuǎn)v。（入射光的頻率）發(fā)射出來(lái)的電子就會(huì)加速，如果同一類電子的質(zhì)量特性相差不大，我們近似相等。那么當(dāng)hv。足夠，發(fā)射電子的速度就可以輕松超過(guò)光速。所有的宏觀和微觀理論就可以完美統(tǒng)一了，它們?cè)瓉?lái)可以使用相同的方程式，我的讀者不應(yīng)該高興嗎？