量子力學(xué)和相對(duì)論的意義精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

摘要：量子力學(xué)與相對(duì)論一起被認(rèn)為是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。隨著數(shù)字媒體業(yè)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今世界已進(jìn)入信息風(fēng)暴的時(shí)代，媒體與藝術(shù)的高結(jié)合性與訴求性使人們不得不用科學(xué)的眼光重新審視。本文從兩種科學(xué)理論出發(fā)，闡述媒體與藝術(shù)的科學(xué)特性，同時(shí)將科學(xué)的研究方法融入媒體與藝術(shù)的研究當(dāng)中，提出傳播擴(kuò)展粒度的新觀念，有助于判定數(shù)字媒介擴(kuò)展空間量的大小。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；相對(duì)論；媒體；傳播擴(kuò)展粒度；藝術(shù)；科學(xué)

隨著媒體業(yè)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今世界已進(jìn)入信息風(fēng)暴的時(shí)代，媒體與藝術(shù)的高結(jié)合性與訴求性使人們不得不用科學(xué)的眼光重新審視。清華大學(xué)是中國(guó)最重要的高等學(xué)府之一，同時(shí)也是國(guó)家核心研究機(jī)構(gòu)。在清華大學(xué)設(shè)有“藝術(shù)科學(xué)中心媒體實(shí)驗(yàn)室”，將藝術(shù)與科學(xué)的融合視為21世紀(jì)高等教育的重要命題。由此可見，對(duì)媒體、藝術(shù)與科學(xué)三者的融合研究具在時(shí)代價(jià)值。

目前研究者們依托于前沿的科學(xué)理論和技術(shù)成果，在數(shù)字媒體方向不斷創(chuàng)新，采用新的藝術(shù)技法和表達(dá)媒介，彰顯人文關(guān)懷與藝術(shù)反思，表現(xiàn)出鮮明的生態(tài)文化特征和信息文化特征。[1] 在探求媒體、藝術(shù)、科學(xué)三者之間的關(guān)系以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，很多專家學(xué)者從技術(shù)應(yīng)用的角度進(jìn)行推測(cè)與分析。本文另辟蹊徑，從物理學(xué)兩大基本理論――量子力學(xué)與相對(duì)論出發(fā)，將科學(xué)的研究方法融入“大媒體”、“大藝術(shù)”的研究當(dāng)中，提出傳播擴(kuò)展粒度的新觀念。

1 科學(xué)與媒體的分類與特性

（1）兩大科學(xué)基本支柱。1）量子力學(xué)。量子力學(xué)是描寫微觀物質(zhì)的一種物理學(xué)理論。馬克斯?普朗克在1900年提出能量量子化假設(shè)。假定電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行的，計(jì)算的結(jié)果才能和試驗(yàn)結(jié)果相符。量子力學(xué)測(cè)量時(shí)假設(shè)的顯態(tài)與實(shí)際微觀體系中的隱態(tài)，造就了量子力學(xué)的前提。2）相對(duì)論。在狹義相對(duì)論中，愛因斯坦將空間與時(shí)間聯(lián)系起來(lái)。認(rèn)為物理的現(xiàn)實(shí)世界由時(shí)空坐標(biāo)t和空間坐標(biāo)x、y、z組成的，構(gòu)成了四維的明可夫基里平直時(shí)空。在相對(duì)論中，用四維方式考察現(xiàn)實(shí)世界，能量與動(dòng)量構(gòu)成一個(gè)不可分割的整體――四維動(dòng)量，自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯(lián)系。

（2）媒體的分類與特性。1）媒體分類。從技術(shù)角度分類，可以分為感覺媒體、表示媒體、呈現(xiàn)媒體、存儲(chǔ)媒體、傳輸媒體。按照感覺器官來(lái)分可以分為視覺媒體、聽覺媒體、視聽媒體。媒體按照使用媒介的不同可以分為數(shù)字媒體和傳統(tǒng)媒體。[2]2）媒體特性。數(shù)字媒體和傳統(tǒng)媒體共有的特性均具有傳播性。數(shù)字媒體較之傳統(tǒng)媒體又具有交互性，例如游戲及動(dòng)態(tài)網(wǎng)站與受眾間的交互性信息傳遞。同時(shí)藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合，打造了1+1≠1的效果。相對(duì)于傳統(tǒng)媒體，數(shù)字媒體不但具有共同的社會(huì)屬性，更具有個(gè)性。例如一些網(wǎng)上的個(gè)以及可以按照個(gè)性定制的交互式服務(wù)。另外數(shù)字媒體相對(duì)比較環(huán)保綠色，同一時(shí)間段內(nèi)覆蓋面積更大、受眾更多、相對(duì)成本更低廉、單位性價(jià)比更高、更容易共享和傳播、藝術(shù)形態(tài)更多樣。數(shù)字媒體帶給人們?nèi)碌纳罘绞?，改變了人的思維和生活的方式。

2 媒體、藝術(shù)與科學(xué)的關(guān)系

（1）媒體、藝術(shù)與科學(xué)是密不可分、相互滲透的。媒體是藝術(shù)與科學(xué)的承載。而數(shù)字媒體平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)又是建立在迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之上。當(dāng)利用技術(shù)手段搭建的平臺(tái)在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，根據(jù)受眾的需求又有藝術(shù)的訴求。藝術(shù)離不開科學(xué)，沒有媒體與科學(xué)對(duì)藝術(shù)的詮釋，藝術(shù)只是一句空談。例如音樂的展現(xiàn)需要有播放的平臺(tái)、相關(guān)設(shè)備及環(huán)境、錄音技術(shù)手段的支持；優(yōu)美的圖畫需要紙張等媒介以及繪畫技法來(lái)表現(xiàn)；震撼清晰的畫面需要高質(zhì)量的播放平臺(tái)與優(yōu)良的制作技術(shù)。

（2）藝術(shù)與科學(xué)是相通的。有人說(shuō)：每個(gè)人都是天生的藝術(shù)家。藝術(shù)來(lái)源于生活，是人感官的享受?？茖W(xué)來(lái)源于自然，是人類探求真理的結(jié)晶，電影、電視、游戲等均是藝術(shù)與科學(xué)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

（3）借助媒體，藝術(shù)與科學(xué)的發(fā)展是相互促進(jìn)的。隨著物質(zhì)文明與精神文明的發(fā)展，人類在精神世界的訴求急于尋求實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)與途徑。社會(huì)觀念的變革、人類思想的解放、對(duì)美好事物的追求促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的更新發(fā)展。與此同時(shí)，科學(xué)技術(shù)的變革反作用于藝術(shù)理念的提升，使人們站在一個(gè)新的平臺(tái)上審視藝術(shù)。十報(bào)告中指出“促進(jìn)文化和科技融合，發(fā)展新型文化業(yè)態(tài)，提高文化產(chǎn)業(yè)規(guī)?；⒓s化、專業(yè)化水平?！背浞煮w現(xiàn)了三者間的關(guān)系。[3] 媒體、藝術(shù)與科學(xué)在當(dāng)今“信息風(fēng)暴”的時(shí)代是相互促進(jìn)、相互滲透的。

3 媒體、藝術(shù)的科學(xué)性論述

量子理論與相對(duì)理論較好的詮釋了媒體、藝術(shù)的科學(xué)性。

3.1 量子力學(xué)與相對(duì)論在藝術(shù)創(chuàng)造中的體現(xiàn)

（1）蒙太奇方法的時(shí)空轉(zhuǎn)換。蒙太奇方法是常用的視頻信息流的組建方法。但因?yàn)槊總€(gè)人的關(guān)注點(diǎn)不同，針對(duì)同樣的素材，利用蒙太奇方法產(chǎn)生的效應(yīng)也不同。針對(duì)大多數(shù)人的認(rèn)知習(xí)慣，蒙太奇方法是有共同點(diǎn)的，所產(chǎn)生的主觀認(rèn)知理解也是一樣的。而對(duì)于某種特定人群可能并沒有意義或者對(duì)其釋義根本是相對(duì)的。相對(duì)于主觀來(lái)講，找到最美的表現(xiàn)瞬間是重要的。例如，在《猜火車》電影中“廁所撿物品”的鏡頭，主人公將頭伸入骯臟的廁所中，而畫面中出現(xiàn)的卻是主人公在臆想中的漂亮“海洋”里遨游。這是時(shí)空的轉(zhuǎn)換，是視覺環(huán)境的強(qiáng)烈對(duì)比，同時(shí)也是蒙太奇手法的運(yùn)用，是相對(duì)論的體現(xiàn)。

第2篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

（集寧師范學(xué)院 物理系，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

摘 要：在物理學(xué)的各個(gè)分支中，不同事物的量度有著不同的數(shù)量級(jí).比如空間尺度（即長(zhǎng)度）跨越了42個(gè)數(shù)量級(jí)，時(shí)間、速度也都跨越了幾十個(gè)數(shù)量級(jí).不論理論還是實(shí)驗(yàn)，往往都需要對(duì)有關(guān)物理量進(jìn)行估計(jì)，以確定各個(gè)可能效應(yīng)的相對(duì)重要性，判斷物理現(xiàn)象的主要機(jī)制.本文先是簡(jiǎn)單估算了宇宙的引力半徑，而后對(duì)微觀層面普朗克常數(shù)的存在意義，以及電子的運(yùn)動(dòng)機(jī)制作了簡(jiǎn)單討論.

關(guān)鍵詞 ：數(shù)量級(jí)；普朗克常數(shù)；玻爾半徑

中圖分類號(hào)：O4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-260X（2015）01-0004-03

理論物理學(xué)家們?cè)谶M(jìn)行詳細(xì)計(jì)算之前，為了恰當(dāng)?shù)倪x擇和建立數(shù)學(xué)和物理模型，要估計(jì)各物理量的各種可能效應(yīng)相對(duì)重要性，用以判斷哪個(gè)物理量是決定現(xiàn)象的主要機(jī)制.實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們?cè)谥譁?zhǔn)備精密測(cè)量之前，為了選擇合適的儀器和測(cè)量方法，也需要對(duì)各有關(guān)物理量的數(shù)量級(jí)先做一番估計(jì).由此我們可以看出，掌握特征量的數(shù)量級(jí)對(duì)我們物理學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要.在分析物理效應(yīng)的過(guò)程中，我們應(yīng)注意尺度大小的改變所產(chǎn)生的影響，并把這種做法養(yǎng)成習(xí)慣，久而久之我們對(duì)現(xiàn)象的理解就會(huì)更加深刻，這種習(xí)慣很可能會(huì)幫助我們洞察事物的本質(zhì).

數(shù)量級(jí)的估計(jì)本無(wú)一定之規(guī)，我們?cè)谟玫臅r(shí)候要靈活應(yīng)用，因此本文主要對(duì)幾個(gè)典型的范例進(jìn)行討論.

1 由經(jīng)典力學(xué)估算宇宙的半徑

要擺脫一個(gè)質(zhì)量M，半徑為R的星球，所需速度為

這個(gè)速度也叫做“第二宇宙速度”.其中G是引力常數(shù).若星球的質(zhì)量M大到使v=c，這時(shí)連光子也不能克服其引力的作用而發(fā)射出來(lái)，以至于在外界看不到這個(gè)星體，這類星體就被稱為“黑洞”.我們把v=c帶入上式得

即“席瓦西（Schwarzschild）半徑”，或“引力半徑”，反一個(gè)過(guò)來(lái)說(shuō)，一個(gè)質(zhì)量為M的星球，當(dāng)它的半徑縮小到R0一下時(shí)，它就會(huì)成為黑洞.

根據(jù)天文觀測(cè)證明，宇宙在大尺度上物質(zhì)分布是相當(dāng)均勻的[1].我們考慮一個(gè)均勻的球體，其半徑R，密度?籽，則

如果這個(gè)體系的半徑R恰好達(dá)到自己的引力半徑R0

那么在這種情況下,該球內(nèi)部就不會(huì)有光子逃脫R0的范圍.我們將宇宙的平均密度為?籽=5×10-30g/cm3（臨界密度）代入上式，就可以估算出宇宙的引力半徑R0≈1028cm=1026m，我們姑且認(rèn)為，這就是“宇宙的半徑”[2].

2 普朗克常數(shù)的存在意義

前面我們討論了宇宙的“至大無(wú)外”，那么下面我們來(lái)到微觀領(lǐng)域，來(lái)看看“至小無(wú)內(nèi)”，就是沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最小單元.

如果說(shuō)宇宙間有什么東西是無(wú)法再分割的，那只能是一些普適的物理常數(shù)，他們往往代表著一些無(wú)法逾越的界限.二十世紀(jì)初，經(jīng)典理論受到了前所未有的巨大沖擊，一些新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，比如電子荷質(zhì)比的測(cè)定等等，已經(jīng)完全無(wú)法用經(jīng)典理論進(jìn)行合理的解釋.而正是這一時(shí)期，物理學(xué)理論發(fā)生了重大變革，相對(duì)論和量子力學(xué)誕生.這兩個(gè)理論分別提出了一個(gè)普適的物理常數(shù).相對(duì)論提出真空光速c是一切物體和信號(hào)不可超越的最大速度，量子理論提出，普朗克常數(shù)h是不可分割的最小作用量子.

當(dāng)我們掌握了近代物理基本知識(shí)以后，我們就感覺到如此違反常識(shí)的兩個(gè)理論其實(shí)是很自然的事.下面我們就來(lái)看看普朗克常數(shù)h存在的必要性.

盧瑟福的實(shí)驗(yàn)證明了原子中有核存在以后，原子的穩(wěn)定性就出現(xiàn)了問(wèn)題.與萬(wàn)有引力維系的天體運(yùn)動(dòng)不同，按照經(jīng)典電磁理論，由庫(kù)侖力維系的原子中，電子將在加速運(yùn)動(dòng)中不斷輻射電磁波，其自身的能量就會(huì)不斷減少，以至于電子的軌道半徑就會(huì)越來(lái)越小，最后掉進(jìn)原子核里，進(jìn)而正負(fù)電荷中和，原子塌縮.按照電動(dòng)力學(xué)計(jì)算[3]，原子塌縮時(shí)間的數(shù)量級(jí)在10-9s.

1913年，玻爾為電子軌道加上了量子化條件，讓它們?cè)诙☉B(tài)軌道里作穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)而不輻射能量，后面我們會(huì)看到，定態(tài)軌道正比于h2，而如果普朗克常數(shù)h0，定態(tài)軌道的半徑也就趨向于0，原子塌縮.由此可見，支撐原子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的正是普朗克常數(shù).

3 原子

3.1 由玻爾理論基本假設(shè)求玻爾半徑

在早期，量子力學(xué)的發(fā)展十分艱苦曲折，而氫原子的量子化研究作為一個(gè)突破口起到了至關(guān)重要的作用，于是便有了氫原子構(gòu)造的早期量子理論，也就是玻爾理論.

由玻爾理論的基本假設(shè)，電子以速度vn在半徑rn的穩(wěn)定軌道上作圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力由庫(kù)侖力提供，即

用這種方法求出的r1是由經(jīng)典理論和量子理論結(jié)合得到的，他把電子看成經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，又有量子化的特征，是不嚴(yán)謹(jǐn)不徹底的量子論[4].而對(duì)于玻爾理論所遇到的困難，后面在波粒二象性基礎(chǔ)上建立的量子力學(xué)給出了圓滿的解釋.

3.2 不確定關(guān)系求玻爾半徑

作為粗略估計(jì)，電子運(yùn)行在半徑為r的圓形軌道上，動(dòng)量為p，總能量

可以看到其中的r近似于前面我們求的r1（Bohr半徑）[5].

3.3 氫原子電子運(yùn)動(dòng)的非相對(duì)論性

我們對(duì)電子電荷e，電子靜質(zhì)量m，普朗克常數(shù)h，光速c四個(gè)基本常數(shù)用量綱法作一下粗略分析，找到一個(gè)無(wú)量綱的組合，也就是通常所說(shuō)的“精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)”：

可以看出，電子的靜能要高出?琢2/2=2.7×105倍，所以氫原子中電子的運(yùn)動(dòng)的非相對(duì)論性.光速c沒有出現(xiàn)在aB和Ry的表達(dá)式中這一事實(shí)，也是反映出這一點(diǎn).

3.4 通過(guò)氫原子基態(tài)能量的粗略算法求氦原子基態(tài)電離能

在只考慮圓軌道的情況下，對(duì)于高激發(fā)態(tài)，軌道半徑rn要乘以n2，能量要除以n2；對(duì)于重的元素，半徑要除以Z，能量要乘以Z2，即

其中p1，p2分別為兩電子的動(dòng)量，r1，r2分別為兩電子到核的距離，r12為兩電子之間的距離.

這樣我們就可以認(rèn)為，能量的極小值應(yīng)發(fā)生在兩電子相對(duì)于氦核處于對(duì)稱狀態(tài)的時(shí)候，這時(shí)p1=p2p，r1=r2p，r12=r1+r2=2r，則

式中的E取絕對(duì)值代表剝離兩個(gè)電子所需的能量，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電子被剝離后，剩下的是個(gè)Z=2的類氫離子，其能量為-Z2Ry，即第一個(gè)電子的電離能為

與精確值24.6eV相比，數(shù)量級(jí)是沒有問(wèn)題，絕對(duì)數(shù)量是偏大了很多，由此看來(lái)，這種粗糙的求極值法只能做出一個(gè)估計(jì)，而氫原子那樣求出兩個(gè)精確的公式，可以說(shuō)是非常的巧合.

原子中的能量，主要是靜電子的動(dòng)能和電勢(shì)能，按照位力定理，二者絕對(duì)值差一半，處在同一數(shù)量級(jí)上.用價(jià)電子電離能除以原子半徑時(shí)可作為價(jià)電子處電子強(qiáng)度大小的量度.對(duì)于氦原子我們可以簡(jiǎn)單估算一下，數(shù)量級(jí)應(yīng)該在1011V/m左右，相比于現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室所能達(dá)到的場(chǎng)強(qiáng)恐怕還要多出幾個(gè)數(shù)量級(jí).

這也正是玻爾的量子化條件.

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參考文獻(xiàn)：

〔1〕朱杏芬,褚耀泉.宇宙在大尺度上是均勻的嗎[J].天文學(xué)進(jìn)展,2000,18(2):172-176.

〔2〕卡里布努爾·庫(kù)爾班,高建功.星體結(jié)構(gòu)計(jì)算中的數(shù)量級(jí)估計(jì)[N].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版),2001(4).

〔3〕趙凱華.定性與半定量物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1991.101-116.

第3篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

與運(yùn)用矩陣作為計(jì)算工具的矩形力學(xué)相比，波動(dòng)力學(xué)更適合初學(xué)者，它使用比較簡(jiǎn)單的微動(dòng)語(yǔ)言和初等的微積分方程，是量子理論的基本應(yīng)用中最常使用的形式。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)波動(dòng)學(xué)薛定諤函數(shù)

量子力學(xué)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。①

作為量子力學(xué)的兩大形式之一，波動(dòng)學(xué)在近代物理學(xué)中的地位尤為重要，它由薛定諤創(chuàng)立，與海森伯等人創(chuàng)立的矩陣力學(xué)在數(shù)學(xué)形式上是等價(jià)的，都是量子力學(xué)的基石。

在很長(zhǎng)的歷史時(shí)間段里，人們對(duì)于經(jīng)典物理學(xué)的研究從來(lái)沒有停止過(guò)，并且一直致力于建立一個(gè)相對(duì)完美的經(jīng)典物理學(xué)體系，力圖囊括并解決人們已然發(fā)現(xiàn)的所有物理學(xué)問(wèn)題。但隨著科學(xué)的發(fā)展和思想認(rèn)識(shí)的進(jìn)步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)這種所謂“完美”的物理學(xué)體系是不存在的，光電效應(yīng)、黑體輻射、線狀光譜以及固體和分子比熱容等問(wèn)題都無(wú)法在已經(jīng)構(gòu)建的經(jīng)典物理學(xué)體系中找到答案。

波動(dòng)學(xué)顧名思義是根據(jù)微觀粒子的波動(dòng)性建立起來(lái)的用波動(dòng)方程來(lái)進(jìn)行描述的微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的理論。德布羅意于1924年提出假設(shè)――微觀粒子具有波動(dòng)性，開啟了波動(dòng)學(xué)研究的大門。繼而薛定諤于1926年在波動(dòng)性假設(shè)的基礎(chǔ)上提出微觀粒子運(yùn)動(dòng)滿足的波動(dòng)方程，并成功利用此方程解決了氫原子問(wèn)題，后來(lái)在面對(duì)其他具體問(wèn)題時(shí)進(jìn)行更新和完善，發(fā)展出了較為完善的近似計(jì)算方法。

與運(yùn)用矩陣作為計(jì)算工具的矩形力學(xué)相比，波動(dòng)力學(xué)更適合初學(xué)者，它使用比較簡(jiǎn)單的微動(dòng)語(yǔ)言和初等的微積分方程，是量子理論的基本應(yīng)用中最常使用的形式。

波動(dòng)力學(xué)的主要思想是由薛定諤確立的，舊的力學(xué)理論要相當(dāng)于光學(xué)中用彼此孤立的光線來(lái)處理問(wèn)題，新的波動(dòng)力學(xué)要相當(dāng)于光學(xué)中用波動(dòng)理論處理問(wèn)題。從舊理論轉(zhuǎn)變到新理論的標(biāo)志之一就是引入了與光的衍射現(xiàn)象十分類似的現(xiàn)象。

在微小精確的系統(tǒng)里，舊的理論不斷被取代，對(duì)于為什么原子的直徑與假設(shè)的波長(zhǎng)的播出具有相近的數(shù)量級(jí)，薛定諤認(rèn)為這并非巧合。薛定諤的思想大約從四個(gè)方面提出：

（1） 原子領(lǐng)域中電子的能量是分立的。

（2） 在一定的邊界條件下，波動(dòng)方程的振動(dòng)頻率只能取一系列分立的本征頻率。

（3） 哈密頓雅克比方程不僅用以描述粒子運(yùn)動(dòng)，也可以描述光波。

（4） 愛因斯坦和德布羅意關(guān)于波粒二象性的思想。電子可以看成一股波，其能量E和動(dòng)量P可用德布羅意公式與波長(zhǎng)和頻率聯(lián)系在一起。②

在薛定諤波動(dòng)方程的基礎(chǔ)上，達(dá)朗貝爾給出了一維標(biāo)量波動(dòng)方程的一般解：u(x,t) = F(x-ct)+G(x+ct)

考慮兩個(gè)初始條件：

解：

u(x,0)=f(x)

u_{,t}(x,0)=g(x)

這樣達(dá)朗貝爾公式變成了:

u(x,t)=\\frac{f(x-ct)+f(x+ct)}+\\frac\\int_^{x+ct}g(s)ds

在經(jīng)典的意義下，如果f(x)\\inC^k并且g(x)\\inC^則u(t,x)\\inC^k。

波動(dòng)是自然界中極其普遍的現(xiàn)象。人類早期觀察較多的波動(dòng)是水面波，以及由弦或膜的振動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)械波，這些都具有可視的形態(tài)。后來(lái)逐漸認(rèn)識(shí)了一些不可目視的波動(dòng)，如聲波、電磁波、光波。20世紀(jì)的研究深入到微觀層次之后，發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)波。波動(dòng)力學(xué)的發(fā)展源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，最早發(fā)端于最小作用原理，該原理可以說(shuō)是“眾理之母”。當(dāng)前大量波動(dòng)力學(xué)研究工作涉及數(shù)學(xué)上的非線性微分方程，對(duì)其物理學(xué)意義反而有忽視的傾向。對(duì)電磁波的研究工作仍是波科學(xué)的重要方面，其基本理論尚待澄清之處甚多。波動(dòng)力學(xué)的發(fā)展表明，經(jīng)典電磁波方程應(yīng)與量子力學(xué)波方程聯(lián)系起來(lái)研究，孤立地討論經(jīng)典的場(chǎng)與波的時(shí)代早已結(jié)束。③

就在一代又一代科學(xué)家的努力下，波動(dòng)學(xué)逐漸發(fā)展成較為全面的系統(tǒng)。薛定諤、德布羅意等一系列科學(xué)家參與建立了量子力學(xué)。并成功將其推動(dòng)為近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一。其背后的科學(xué)背景如今將來(lái)依舊令人驚嘆，作為一個(gè)物理學(xué)家、文人作家等身份于一身的人，薛定諤是一個(gè)性情中人，不拘一格加浪漫情懷使得創(chuàng)立理論之初被很多人懷疑，甚至參加討論會(huì)議時(shí)也因其怪異打扮被招待生誤會(huì)，就是這樣一個(gè)“怪才”之人，開創(chuàng)了量子力學(xué)的新紀(jì)元，將量子力學(xué)壯大，運(yùn)用科學(xué)與哲學(xué)思想，將波動(dòng)力學(xué)推向世界。

1926年10月，薛定諤參與訪問(wèn)哥本哈根，并與波爾開展了關(guān)于量子力學(xué)物理意義的大辯論，至此，波動(dòng)力學(xué)的初始階段結(jié)束，不久之后，量子力學(xué)的發(fā)展邁入一個(gè)全新的階段。

波動(dòng)力學(xué)在不斷完善的過(guò)程中仍有很多問(wèn)題亟待解決：雖然在完全摒棄舊的體系，以新的體系取而代之的情況下，波動(dòng)力學(xué)就不會(huì)存在問(wèn)題，但是這一做法面臨很多困難。因?yàn)榘凑詹▌?dòng)力學(xué)理論，對(duì)于粒子而言有無(wú)限條可能的軌道，其中沒有哪一條比其他軌道更加優(yōu)越，使其能夠成為個(gè)別情況下的真實(shí)運(yùn)行軌道。然而另一個(gè)實(shí)際情況卻是：我們確實(shí)有看到過(guò)單個(gè)粒子的軌道。至今波動(dòng)力學(xué)也無(wú)法對(duì)此作出準(zhǔn)確解釋。一切的源頭來(lái)自于粒子的不確定性。

參考文獻(xiàn)：

①《量子力學(xué)》第二版 曾謹(jǐn)嚴(yán) 科學(xué)出版社

②《論量子力學(xué)的基石――矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)》朱洪杰華中師范大學(xué)

第4篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究；邊緣科學(xué)知識(shí) ；綜合科學(xué)知識(shí)；實(shí)際應(yīng)用科學(xué)知識(shí)

江西省2008年實(shí)行人教版高中物理新課程至今，教材有較大突破，體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

一、教材將以前的三本書分成七本書，其中必修為兩本，是所有學(xué)生必學(xué)的內(nèi)容。選修有五本，是側(cè)重理科學(xué)生學(xué)習(xí)的。而且選修的五本就不同省份高考的考生來(lái)說(shuō)，只須選學(xué)其中四本。這樣學(xué)生的負(fù)擔(dān)大大降低了。

二、教材內(nèi)容梯度好，欄目豐富。

例如選修3-4第十一章機(jī)械振動(dòng)共分五節(jié)，第一節(jié)主要通過(guò)水平彈簧振子、沙漏的擺動(dòng)、豎直彈簧振子的實(shí)驗(yàn)探究得出簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系，從而定義簡(jiǎn)諧振動(dòng)。書中的兩個(gè)兩“做一做”又從其他角度實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證簡(jiǎn)諧振動(dòng)的位移隨時(shí)間變化的圖象，該節(jié)提供了七個(gè)實(shí)驗(yàn)探究簡(jiǎn)諧振動(dòng)的位移隨時(shí)間變化的圖象，讓學(xué)生思維更開闊，對(duì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)定義獲得過(guò)程留下很深的絡(luò)印，和較大的興趣。

三、教材新增實(shí)際應(yīng)用的理論探究，對(duì)學(xué)生理解新問(wèn)題有更深的指導(dǎo)，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

例如選修3-4第十二章機(jī)械波新增了“多普勒效應(yīng)”和“惠更斯原理”兩節(jié)。通過(guò)學(xué)習(xí)“多普勒效應(yīng)”，學(xué)生就能理解如何測(cè)車速來(lái)監(jiān)控車的違章情況；如何算出星球靠靠近或遠(yuǎn)離我們的速度；彩超的原理等，還可激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。通過(guò)學(xué)習(xí)“惠更斯原理”，學(xué)生增強(qiáng)了對(duì)波的反射、折射、衍射現(xiàn)象的邏輯理解，對(duì)學(xué)生利用邏輯思維理解和分析問(wèn)題有較大的提高。

四、教材新增了對(duì)邊緣科學(xué)的學(xué)習(xí)

例如選修3-2第十章“傳感器”和選修3-4第十五章“相對(duì)論簡(jiǎn)介”，讓學(xué)生知道狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的基本邏輯理解，對(duì)科學(xué)的探究有更廣的猜想。而傳感器是實(shí)際應(yīng)用較普遍的，介紹了光敏電阻、熱敏電阻、溫控開關(guān)等文件在電器中的工作原理，還有一些常見電路的分析，使學(xué)生對(duì)電子技術(shù)在現(xiàn)代化產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用有了解，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的重要性認(rèn)識(shí)和興趣。

五、增設(shè)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)探索式學(xué)習(xí)

選修3-5第十六章第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的變量

從生產(chǎn)、生活中的現(xiàn)象（包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）中提出研究的問(wèn)題——碰撞前后會(huì)不會(huì)有什么物理量保持不變呢？接著提出了猜想。為了證實(shí)猜想而提出了“實(shí)驗(yàn)的基本思路”和實(shí)驗(yàn)中“需要考慮的問(wèn)題”。同時(shí)，提供三套實(shí)驗(yàn)方案供學(xué)校選擇，最后讓學(xué)生親自動(dòng)手，經(jīng)歷并體驗(yàn)尋找碰撞中“不變量”的過(guò)程。重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷碰撞問(wèn)題的研究過(guò)程。

一方面為下兩節(jié)“動(dòng)量和動(dòng)量定理”“動(dòng)量守恒定律”的引入提高實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)；另一方面，讓學(xué)生親自經(jīng)歷探究自然規(guī)律的過(guò)程，感悟自然界的和諧與統(tǒng)一；同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練與科學(xué)探究過(guò)程的體驗(yàn)，有機(jī)地結(jié)合。教科書設(shè)計(jì)這一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，重在培養(yǎng)探究式學(xué)習(xí)的目的。

六、增設(shè)與其它學(xué)科相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)綜合知識(shí)的聯(lián)系。牢固樹立人類對(duì)世界探求是不斷深入的思想。

例如：3-5第十七章 波粒二象性 第5節(jié)“不確定性關(guān)系”，本節(jié)內(nèi)容是在上一節(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化的。學(xué)生已經(jīng)知道單個(gè)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)具有不確定性，但它在空間某點(diǎn)出現(xiàn)的概率卻可通過(guò)波動(dòng)規(guī)律確定。本節(jié)通過(guò)光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)，具體分析了這種不確定性的數(shù)量關(guān)系，給出了量子力學(xué)中一個(gè)著名的教學(xué)關(guān)系式——不確定性關(guān)系：。通過(guò)介紹經(jīng)典物理學(xué)和圍觀物理學(xué)中物理模型與物理現(xiàn)象的巨大差異，量子力學(xué)對(duì)社會(huì)進(jìn)步的重要性及對(duì)量子理論的論爭(zhēng)，為學(xué)生用新的觀點(diǎn)來(lái)認(rèn)識(shí)微觀物理世界提供了有效的空間，也為學(xué)生今后學(xué)習(xí)量子力學(xué)搭建過(guò)渡之橋。雖然我們不可能知道單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)情況，但是大量粒子的運(yùn)動(dòng)卻是有規(guī)律的。這種隨機(jī)現(xiàn)象遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，要從波的理論推測(cè)它的哪個(gè)地方的幾率有多大。反復(fù)強(qiáng)化這個(gè)概念，不確定性關(guān)系的模型才能逐漸在學(xué)生心中建立。通過(guò)物理模型與物理現(xiàn)象的教學(xué)，讓學(xué)生明確，模型是人類認(rèn)識(shí)自然的一種方式，模型是對(duì)自然的一種抽象、純化，但模型本身并不是自然本身。

教材簡(jiǎn)要介紹了量子力學(xué)對(duì)人類社會(huì)的重要貢獻(xiàn)，讓學(xué)生明確已學(xué)的能量子、光子、波粒二象性、不確定關(guān)系是量子力學(xué)的基礎(chǔ)，盡管以量子理論為基礎(chǔ)建立起來(lái)的現(xiàn)代技術(shù)已取得巨大成功。但是，對(duì)于“量子”的圖景和哲學(xué)意義，卻一直存在嚴(yán)重的分歧和激烈的爭(zhēng)論。讓學(xué)生樹立科學(xué)是不斷發(fā)展的思想，將爭(zhēng)議回歸到愛因斯坦那句話：整整50年有意識(shí)的思考，并沒有使我更接近“光量子是什么”這個(gè)問(wèn)題的答案?，F(xiàn)在的理論并不是對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的終極觀念，這種為了滿足我們“肉眼凡胎”而創(chuàng)立的模型，雖然比較完美地解釋了現(xiàn)在所觀測(cè)到的一切，但隨著認(rèn)識(shí)的深入，我們現(xiàn)在認(rèn)為的單個(gè)微粒運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)規(guī)律也可能是不完備的模型，我們也可能會(huì)了解它的真實(shí)圖景，科學(xué)研究沒有終點(diǎn)站。

第5篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來(lái)臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)類社會(huì)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)。在這一百年中發(fā)生了物理學(xué)革命，建立了相對(duì)信紙和量子力學(xué)，完成了從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的轉(zhuǎn)變。在二十世紀(jì)二、三十年代以后，現(xiàn)代物理學(xué)在深度和廣度上有了進(jìn)一步的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的新學(xué)科的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，人類對(duì)物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識(shí)，物理學(xué)理論達(dá)到了一個(gè)新高度，現(xiàn)代物理學(xué)達(dá)到了成熟的階段。

在此世紀(jì)之交的時(shí)候，人們自然想展望一下二十一世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展前景，探索今后物理學(xué)發(fā)展的方向。我想談一談我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的一些看法和觀點(diǎn)。首先，我們來(lái)回顧一下上一個(gè)世紀(jì)之交物理學(xué)發(fā)展的情況，把當(dāng)前的情況與一百年前的情況作比較對(duì)于探索二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向是很有幫助的。

一、歷史的回顧

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物物學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了它的頂峰，當(dāng)時(shí)人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對(duì)物理世界的解釋已經(jīng)達(dá)到了終點(diǎn)。物理學(xué)的一些基本的、原則的問(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下來(lái)的只是進(jìn)一步精確化的問(wèn)題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補(bǔ)充和修正，使已知公式中的各個(gè)常數(shù)測(cè)得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的事實(shí)。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬(wàn)里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。[1]這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，經(jīng)典物理發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”。由此引起了物理學(xué)的一場(chǎng)偉大的革命。愛因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

把物理學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之外，也有不同之處。

在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來(lái)以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過(guò)七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點(diǎn)上，目前有情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為今后物理學(xué)不會(huì)有革命性的進(jìn)展了，物理學(xué)的根本性的問(wèn)題、原則問(wèn)題都已經(jīng)解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學(xué)，對(duì)現(xiàn)有的理論作一些補(bǔ)充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點(diǎn)，他們相信物理學(xué)遲早會(huì)有突破性的發(fā)展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟?？陀^物質(zhì)世界是分層次的。一般說(shuō)來(lái)，每個(gè)層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個(gè)層次）構(gòu)成。從一定意義上說(shuō)，宏觀與微觀是相對(duì)的，宏觀體系由大量的微觀系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學(xué)研究的目的包括：探索各層次的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，是在三個(gè)方向上前進(jìn)的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展。

1）在微觀方向上深入下去。在這個(gè)方向上，我們已經(jīng)了解了原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運(yùn)規(guī)律，建立了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識(shí)到強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會(huì)有新的進(jìn)展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強(qiáng)大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為近期內(nèi)在這個(gè)方向上難以有突破性的進(jìn)展。

2）在宏觀方向上拓展開去。1948年美國(guó)的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當(dāng)時(shí)并未引起重視。1965年美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測(cè)結(jié)果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據(jù)，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝?gòu)┖兔绹?guó)的古斯同時(shí)提出暴脹理論。八十年代以后，英國(guó)的霍金[2,3]等人開始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無(wú)”誕生，今后在這個(gè)方向上將會(huì)繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴于向廣漠的宇宙更遙遠(yuǎn)處觀測(cè)的新結(jié)果，這需要人類制造出比哈勃望遠(yuǎn)鏡性能更優(yōu)越得多的、各個(gè)波段的太空天文望遠(yuǎn)鏡，這是很艱巨的任務(wù)。

我個(gè)人對(duì)于近年來(lái)提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說(shuō)是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對(duì)宇宙的一個(gè)近似的描述。因?yàn)楝F(xiàn)在的宇宙學(xué)研究的只是我們能觀測(cè)到的范圍以內(nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無(wú)限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無(wú)數(shù)個(gè)“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的。現(xiàn)代宇宙學(xué)只研究我們這個(gè)“宇宙”，當(dāng)然只能得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生了初及遙遠(yuǎn)的未來(lái)，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯(lián)系。

這正是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究的主要內(nèi)容。二十世紀(jì)在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)有了得大的發(fā)展，然后建立了“耗散結(jié)構(gòu)”理論、協(xié)同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發(fā)展起來(lái)了。近年來(lái)把這些分支學(xué)科都納入非線性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學(xué)的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學(xué)現(xiàn)有的基本理論的框架內(nèi)。在下個(gè)世紀(jì)，物理學(xué)的基本理論應(yīng)該怎樣發(fā)展呢？有一些物理學(xué)家在追求“超統(tǒng)一理論”。在這方面，起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”；直到1967、1968年，美國(guó)的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統(tǒng)一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學(xué)家正在探索加上強(qiáng)力的“大統(tǒng)一理論”以及再加上引力把四種力都統(tǒng)一起來(lái)的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛因斯坦當(dāng)初探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”是基于他的“物理世界統(tǒng)一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒有成功。我對(duì)此有不同的觀點(diǎn)，根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，我認(rèn)為“物質(zhì)世界是既統(tǒng)一，又多樣化的”。且莫論追求“超統(tǒng)一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學(xué)發(fā)展的終點(diǎn)。因?yàn)椤霸诮^對(duì)的總的宇宙發(fā)展過(guò)程中，各個(gè)具體過(guò)程的發(fā)展都是相對(duì)的，因而在絕對(duì)真理的長(zhǎng)河中，人們對(duì)于在各個(gè)一定發(fā)展階段上的具體過(guò)程的認(rèn)識(shí)只具有相對(duì)的真理性。無(wú)數(shù)相對(duì)的真理之總和，就是絕對(duì)的真理?！薄叭藗?cè)趯?shí)踐中對(duì)于真理的認(rèn)識(shí)也就永遠(yuǎn)沒有完結(jié)。”[5]

現(xiàn)代物理學(xué)的革命將怎樣發(fā)生呢？我認(rèn)為可能有兩個(gè)方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現(xiàn)在我們不知道。我的直覺是：將來(lái)最早發(fā)現(xiàn)的第五種力可能存在于生命現(xiàn)象中。物質(zhì)構(gòu)成了生命體之后，其運(yùn)動(dòng)和變化實(shí)在太奧妙了，我們沒有認(rèn)識(shí)的問(wèn)題實(shí)在太多了，我們今天對(duì)于生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)猶如亞里斯多德時(shí)代的人們對(duì)于物理學(xué)的認(rèn)識(shí)，因此在這方面取得突破性的進(jìn)展是很可能的。我認(rèn)為，物理學(xué)業(yè)與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向之一，與此有關(guān)的最關(guān)于復(fù)雜性研究的非線性科學(xué)的發(fā)展。

2）現(xiàn)代物理學(xué)理論也只是相對(duì)真理，而不是絕對(duì)真理。應(yīng)該通過(guò)審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來(lái)探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，在下一節(jié)中將介紹我的觀點(diǎn)。

三、現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是完美的嗎？

相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎(chǔ)是否十全十美的

呢？我們來(lái)審思一下這個(gè)問(wèn)題。

1）對(duì)相對(duì)論的審思

當(dāng)年愛因斯坦就是從關(guān)于光速和關(guān)于時(shí)間要領(lǐng)的思考開始，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論[1]。我們今天探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，也應(yīng)該從重新審思時(shí)空的概念入手。愛因勞動(dòng)保護(hù)坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論是從講座慣性系中不同地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的同時(shí)性開始的[4]，他規(guī)定用光信號(hào)校正不同地點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)鐘來(lái)定義“同時(shí)”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進(jìn)一步導(dǎo)致一個(gè)四維時(shí)空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛因勞動(dòng)保護(hù)擔(dān)提出用光信號(hào)來(lái)校正時(shí)鐘，而不用別的信號(hào)呢？在他的論文中沒有說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)這是有深刻含意的。

時(shí)間、空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運(yùn)動(dòng)談?wù)摃r(shí)間、空間，在定義時(shí)空時(shí)應(yīng)該說(shuō)明是關(guān)于什么運(yùn)動(dòng)的時(shí)空?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過(guò)一定的場(chǎng)傳遞過(guò)去，傳遞需要一定的時(shí)間，時(shí)間、空間的定義與這個(gè)傳遞速度是密切相關(guān)的。如果這種場(chǎng)是電磁場(chǎng)，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛因斯坦定義的時(shí)空實(shí)際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，適用于描述這種運(yùn)動(dòng)。

愛因斯坦把他定義的時(shí)間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上就暗含了這樣的假設(shè)：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c＇。至今為止，并無(wú)實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明c＇等于c。愛因斯坦因他的“物質(zhì)世界統(tǒng)一性”的世界觀而在實(shí)際上假定了c=c＇。我持有“物質(zhì)世界既統(tǒng)一，又多樣化的”以觀點(diǎn)，再加之電磁力和引力的強(qiáng)度在數(shù)量級(jí)上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工樣，關(guān)于由電磁力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的四維時(shí)空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問(wèn)題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來(lái)的運(yùn)動(dòng)方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場(chǎng)方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c＇。如果研究的問(wèn)題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過(guò)，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)判斷c＇和c是否相等；如果不相等，需要導(dǎo)出c＇的數(shù)值。

我在二十多年前開始形成上述觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)測(cè)量引力波是眾所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，我曾對(duì)那些實(shí)驗(yàn)寄予厚望，希望能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)斯的努力引引力波實(shí)驗(yàn)沒有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項(xiàng)工作冷下去了。根據(jù)愛國(guó)斯坦理論預(yù)言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠達(dá)到的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度之下，這樣弱的引力波應(yīng)該能夠探測(cè)到的話，長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點(diǎn)。應(yīng)該從c＇可能不等于c這個(gè)角度來(lái)考慮問(wèn)題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強(qiáng)度比根據(jù)愛因勞動(dòng)保護(hù)坦理論預(yù)言的強(qiáng)度弱得多的結(jié)果。

弱力、強(qiáng)力與引力、電磁力有本質(zhì)的不同，前兩者是短程力，后兩者是長(zhǎng)程力。不同的相互作用是通過(guò)傳遞不同的媒介粒子而實(shí)現(xiàn)的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規(guī)范粒子（光子除外）；強(qiáng)相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質(zhì)量為零，按照愛因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質(zhì)量和能量有關(guān)，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強(qiáng)相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義慣性系中不同的地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的“同時(shí)”，是否應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)呢？我對(duì)核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個(gè)問(wèn)題。如果應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)，那么關(guān)于由弱力或強(qiáng)力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設(shè)弱或強(qiáng)相互作用的傳遞速度為c＇＇，c＇＇不是常數(shù)，而是可變的，則關(guān)于由弱或強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時(shí)間t＇＇和空間（x＇＇，y＇＇，z＇＇）將是c＇的函數(shù)。然而，很可能應(yīng)該這樣來(lái)考慮問(wèn)題：關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時(shí)的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統(tǒng)一起來(lái)了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以介子的靜質(zhì)量取作零（在理論上取作零，在實(shí)際上沒有靜質(zhì)量為零的介子）時(shí)的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無(wú)論上述兩種考慮中哪一種是對(duì)的，整個(gè)物質(zhì)世界的時(shí)空將是高于四維的多維時(shí)空。對(duì)于由短程力（或只是強(qiáng)力）引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如果時(shí)空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說(shuō)需要建立新的量子場(chǎng)論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問(wèn)題既清及長(zhǎng)程力，又涉及短程力（尤其是強(qiáng)力），則更需要建立新的理論。

1）對(duì)量子力學(xué)的審思

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場(chǎng)論的時(shí)候，遇到了“發(fā)散困難”[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國(guó)的費(fèi)曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒有徹底克服這一困難?！鞍l(fā)散困難”的一個(gè)基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運(yùn)動(dòng)能量、相互作用能量合在一起計(jì)算[6]，這與德布羅意波在υ=0時(shí)的異性。

現(xiàn)在我陷入一個(gè)兩難的處境：如果采用傳統(tǒng)的德布羅意關(guān)系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關(guān)系，就必須面對(duì)使新的理論滿足相對(duì)論協(xié)變性的難題。是否有解決問(wèn)題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)。現(xiàn)在的量子力學(xué)理論中時(shí)寬人的定義實(shí)質(zhì)上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規(guī)律，所以時(shí)間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時(shí)空要領(lǐng)不再適用。在時(shí)間或空間的間隔非常小的時(shí)候，描寫事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時(shí)空時(shí)還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的類別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個(gè)數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時(shí)空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀(jì)物理學(xué)將在三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開去；（3）深入探索各層次間的聯(lián)系，進(jìn)一步發(fā)展非線性科學(xué)。

2）可能應(yīng)該從兩方面去控尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口。（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過(guò)審思相對(duì)論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論

3）由于現(xiàn)代物理學(xué)尚未發(fā)生“危機(jī)”，因此目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件也許還不成熟，物理學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)革命都有賴于在物理實(shí)驗(yàn)和對(duì)客觀物質(zhì)世界的觀測(cè)中獲得新的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)是發(fā)展物理學(xué)的量重要手段，這是我們要關(guān)注的首要問(wèn)題。然而，科學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)的發(fā)展有本身的邏輯，符合客觀規(guī)律的、有真知灼見的思維也是一個(gè)關(guān)鍵。

第6篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

量子力學(xué)是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展中最成功、也是最神秘的理論之一。其成功之處在于，它以獨(dú)特的形式體系與特有的算法規(guī)則，對(duì)原子物理學(xué)、化學(xué)、固體物理學(xué)等學(xué)科中的許多物理效應(yīng)和物理現(xiàn)象作出了說(shuō)明與預(yù)言，已經(jīng)成為科學(xué)家認(rèn)識(shí)與描述微觀現(xiàn)象的一種普遍有效的概念與語(yǔ)言工具，同時(shí)也是日新月異的信息技術(shù)革命的理論基礎(chǔ)；其神秘之處在于，與其形式體系的這種普遍應(yīng)用的有效性恰好相反，量子物理學(xué)家在表述、傳播和交流他們對(duì)量子理論的基本概念的意義的理解時(shí)，至今仍未達(dá)成共識(shí)。量子物理學(xué)家在理解和解釋量子力學(xué)的基本概念的過(guò)程中所存在的分歧，不是關(guān)于原子世界是否具有本體論地位的分歧，而是能否仍然像經(jīng)典物理學(xué)理論那樣，把量子理論理解成是對(duì)客觀存在的原子世界的正確描述之間的分歧。

在量子力學(xué)誕生的早期歲月里，這些分歧的產(chǎn)生主要源于對(duì)量子理論中的波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的理解。因?yàn)榱孔恿W(xué)的創(chuàng)始人把量子力學(xué)理解成是一種完備的理論，把量子統(tǒng)計(jì)理解成是不同于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)，在根本意義上，帶來(lái)了量子力學(xué)描述中的統(tǒng)計(jì)決定性特征。而理論描述的統(tǒng)計(jì)決定性與物理學(xué)家長(zhǎng)期信奉的因果決定論的實(shí)在論研究傳統(tǒng)相沖突。在當(dāng)時(shí)的背景下，對(duì)于那些在經(jīng)典物理學(xué)的熏陶下成長(zhǎng)起來(lái)的許多傳統(tǒng)物理學(xué)家而言，對(duì)量子力學(xué)的這種理解是難以容忍的。這些物理學(xué)家仍然堅(jiān)持以經(jīng)典實(shí)在觀為前提，希望重建對(duì)原子對(duì)象的因果決定論的描述。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，現(xiàn)有的量子力學(xué)只是臨時(shí)的現(xiàn)象學(xué)的理論，是不完備的，將來(lái)總會(huì)被一個(gè)擁有確定值的能夠解決量子悖論的新理論所取代。量子哲學(xué)家普遍地把這種實(shí)在論稱之為定域?qū)嵲谡摚蛘叻Q為非語(yǔ)境論的實(shí)在論。從EPR悖論到貝爾定理的提出正是沿著這一思路發(fā)展的。這種觀點(diǎn)把量子論中的統(tǒng)計(jì)決定論與經(jīng)典實(shí)在論之間的矛盾，理解成是量子論與傳統(tǒng)實(shí)在論之間的矛盾。

但是，自從1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列實(shí)驗(yàn)，沒有支持定域隱變量理論的預(yù)言，而是給出了與量子力學(xué)的預(yù)言相一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以來(lái)，量子論與傳統(tǒng)實(shí)在論之間的矛盾焦點(diǎn)，由對(duì)量子理論中的統(tǒng)計(jì)決定性特征的質(zhì)疑，轉(zhuǎn)向了對(duì)更加基本的量子測(cè)量過(guò)程中的“波包塌縮”現(xiàn)象的理解。因?yàn)榱孔訙y(cè)量問(wèn)題是量子理論中最深層次的概念問(wèn)題。馮諾意曼在本體論意義上引入量子態(tài)的概念來(lái)表征量子實(shí)在的作法，直接導(dǎo)致了至今難以解決的量子測(cè)量難題。到目前為止，所有的量子測(cè)量理論都是試圖站在傳統(tǒng)實(shí)在論的立場(chǎng)上，對(duì)量子測(cè)量過(guò)程作出新的解釋。玻姆的本體論解釋在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性特征，把量子世界看成是由客觀的不確定性、隨機(jī)性和量子糾纏所支配的世界的前提下，通過(guò)假設(shè)非定域的隱變量的存在，尋找對(duì)量子測(cè)量過(guò)程的因果性解釋。量子哲學(xué)家把這種實(shí)在論稱為非定域的實(shí)在論。[1] 多世界解釋在承認(rèn)現(xiàn)有的量子力學(xué)的形式體系和基本特征是完全正確的前提下，通過(guò)多元本體論的假設(shè)來(lái)對(duì)具有整體性特征的量子測(cè)量過(guò)程作出整體論的解釋。量子哲學(xué)家把這種實(shí)在論稱為非分離的實(shí)在論。[1]

量子測(cè)量現(xiàn)象的非定域性和非分離性所反映的是量子測(cè)量過(guò)程的整體性特征。問(wèn)題是，相對(duì)于科學(xué)哲學(xué)研究而言，如果把量子測(cè)量系統(tǒng)理解成是一個(gè)包括觀察者在內(nèi)的整體，我們將永遠(yuǎn)不可能在觀察者與被觀察系統(tǒng)之間作出任何形式的分割。而觀察者與被觀察系統(tǒng)之間的分界線的消失，將會(huì)使我們?cè)诓豢紤]觀察者的情況下，對(duì)物理實(shí)在進(jìn)行客觀描述的夢(mèng)想徹底地破滅。這是因?yàn)?，一方面，如果我們認(rèn)為量子力學(xué)的形式體系是正確而完備的理論，那么，就能夠用量子力學(xué)的術(shù)語(yǔ)描述包括觀察者在內(nèi)的整個(gè)測(cè)量過(guò)程。這時(shí)，觀察者成為整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分參與了測(cè)量中的相互作用；另一方面，如果我們?nèi)匀豢释褚钥煞蛛x性假設(shè)為基礎(chǔ)的經(jīng)典測(cè)量那樣，在以整體性假設(shè)為基礎(chǔ)的量子測(cè)量系統(tǒng)中，也能夠得到確定而純客觀的測(cè)量結(jié)果，那么，他們必須要在觀察者與被觀察的量子系統(tǒng)之間作出某種分割，觀察者才有可能站在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)之外進(jìn)行觀察。然而，在量子測(cè)量的具體實(shí)踐中，這個(gè)重要的“阿基米德點(diǎn)”是永遠(yuǎn)不可能得到的。因?yàn)閷?duì)量子測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行的任何一種形式的分割，都必然會(huì)導(dǎo)致像“薛定諤貓”那樣的悖論。這樣，關(guān)于量子論與實(shí)在論之間的矛盾事實(shí)上轉(zhuǎn)化為，在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性特征的前提下，如何解決量子測(cè)量的整體性與傳統(tǒng)實(shí)在論之間的矛盾。

以玻爾為代表的傳統(tǒng)量子物理學(xué)家在創(chuàng)立了量子力學(xué)的形式體系之后，并不追求從量子測(cè)量現(xiàn)象到量子本體論的超越中提供一種本體論的理解。而是在認(rèn)識(shí)論和現(xiàn)象學(xué)的意義上做文章。玻爾認(rèn)為，觀察的“客觀性”概念的含義，在原子物理學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了語(yǔ)義上的變化。在這里，客觀性不再是指對(duì)客體在觀察之前的內(nèi)在特性的揭示，而是具有了“在主體間性的意義上是有效的”這一新的含義。這種把“客觀性”理解成是“主體間性”的觀點(diǎn)，在認(rèn)識(shí)論意義上，所隱藏的直接后果是，使“客觀性”概念失去了與“主觀性”概念相對(duì)立的基本含義，從而使量子力學(xué)成為支持科學(xué)的反實(shí)在論解釋的一個(gè)重要的立論依據(jù)。與此相反，近幾十年發(fā)展起來(lái)的多世界解釋，試圖以多元本體論的假設(shè)為前提，恢復(fù)對(duì)客觀性概念的傳統(tǒng)理解；玻姆的本體論解釋則是以粒子軌道與真實(shí)波的二元論假設(shè)為代價(jià)，把測(cè)量過(guò)程中的整體性特征歸結(jié)為是量子勢(shì)的性質(zhì)。這兩種解釋雖然在理解量子測(cè)量現(xiàn)象時(shí)堅(jiān)持了傳統(tǒng)實(shí)在論的立場(chǎng)。但是，這些立場(chǎng)的堅(jiān)持是以在量子力學(xué)中增加某些額外的假設(shè)為代價(jià)的。這正是為什么近幾十年來(lái)，反思與研究量子力學(xué)與量子測(cè)量的概念基礎(chǔ)問(wèn)題，成為不計(jì)其數(shù)的論著和論文所討論的中心論題的主要原因所在。

到目前為止，在量子物理學(xué)家的心目中，微觀客體的非定域性特征和量子測(cè)量的非分離性特征已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)。如果我們站在科學(xué)哲學(xué)的立場(chǎng)上，像當(dāng)初接受量子統(tǒng)計(jì)性一樣，也接受量子力學(xué)描述的微觀系統(tǒng)的這種整體性特征。那么，量子測(cè)量過(guò)程中被測(cè)量的系統(tǒng)與測(cè)量?jī)x器（包括觀察者在內(nèi)）之間的整體性關(guān)系將會(huì)意味著，在微觀領(lǐng)域內(nèi)，我們所得到的知識(shí)，事實(shí)上，總是與觀察者密切相關(guān)的知識(shí)。這個(gè)結(jié)論顯然與長(zhǎng)期以來(lái)我們所堅(jiān)持的真理符合論的客觀標(biāo)準(zhǔn)不相容。因此，接受量子力學(xué)的整體性特征，就意味著放棄真理符合論的標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)傳統(tǒng)實(shí)在論的核心概念——理論和真理的性質(zhì)與意義——進(jìn)行重新理解。這樣，現(xiàn)在的問(wèn)題就變成是，能否在接受量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性和整體性特征的前提下，闡述一種新的實(shí)在論觀點(diǎn)呢？如果答案是否定的，那么，科學(xué)實(shí)在論將永遠(yuǎn)不可能得到辯護(hù)；如果答案是肯定的，那么，與理論的整體性特征相協(xié)調(diào)的實(shí)在論是一種什么樣的實(shí)在論呢？這正是本文所關(guān)注的主要問(wèn)題所在。

2．認(rèn)識(shí)論教益：隱喻思考與模型化方法的突現(xiàn)

自近代自然科學(xué)產(chǎn)生以來(lái)，公認(rèn)的傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)是建立在宏觀科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)之上的一種鏡像實(shí)在論。在宏觀科學(xué)的研究領(lǐng)域內(nèi)，觀察者總是能夠站在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)之外，客觀地獲得測(cè)量信息。在有效的測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量?jī)x器對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾通?？梢院雎圆挥?jì)。測(cè)量結(jié)果為理論命題的真假提供了直接的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，使命題和概念擁有字面表達(dá)的意義（literal meaning）或非隱喻的意義和指稱。因此，鏡像實(shí)在論是以觀察命題的真理符合論為前提的。

真理符合論的最實(shí)質(zhì)性的內(nèi)容是，堅(jiān)持命題與概念同實(shí)際的事實(shí)相符合。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直把這種觀點(diǎn)視為是科學(xué)研究活動(dòng)的價(jià)值基礎(chǔ)。

維特根斯坦在其著名的《邏輯哲學(xué)導(dǎo)論》一書中，把真理的這種符合論觀點(diǎn)表述為：就像唱片是聲音的畫像并具有聲音的某些結(jié)構(gòu)一樣，命題所描述是事實(shí)的畫像，并具有與事實(shí)一致的結(jié)構(gòu)。因?yàn)橛谜Z(yǔ)言來(lái)思考和說(shuō)話，就是用語(yǔ)言來(lái)對(duì)事實(shí)作邏輯的模寫，它類似于畫家用線條、色彩、圖案來(lái)描繪世界上的事物。所以，用語(yǔ)言描述的圖象與世界的實(shí)際圖象之間具有同構(gòu)性。1933年，塔爾斯基對(duì)這種真理觀進(jìn)行了定義。在當(dāng)前科學(xué)哲學(xué)的文獻(xiàn)中，人們習(xí)慣于用“雪是白的”這一命題為例，把塔爾斯基對(duì)真理的定義形象地表述為：“雪是白的”是真的，當(dāng)且僅當(dāng)，雪是白的。

普特南把塔爾斯基對(duì)真理的這種定義概括為“去掉引號(hào)的真理論”。塔爾斯基認(rèn)為，要想使“‘雪是白的’是真的”，這個(gè)句子本身成真，當(dāng)且僅當(dāng)，“雪是白的”這個(gè)事實(shí)是真實(shí)的，即我們能夠得到“雪是白的”這一經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的句子隱含著兩層與常識(shí)相一致的符合關(guān)系：第一層的相符合關(guān)系是，語(yǔ)言表達(dá)的命題與實(shí)際事實(shí)相符合；第二層的相符合關(guān)系是，觀察得到的事實(shí)與真實(shí)世界相符合。在日常生活中，像“雪是白的”這樣的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)是非常直觀的，只要是一個(gè)正常的人，都有可能看到“雪確實(shí)是白色的”這個(gè)實(shí)際存在的事實(shí)。因此，人們對(duì)它的客觀性不會(huì)產(chǎn)生任何懷疑，能夠作為“‘雪是白的’是真的”這個(gè)句子的成真條件。

然而，量子力學(xué)揭示出的微觀測(cè)量系統(tǒng)中的整體性特征，既限制了我們對(duì)這種理想知識(shí)的追求，也向傳統(tǒng)的客觀真理標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)值觀提出了挑戰(zhàn)。這是因?yàn)?，在量子測(cè)量的過(guò)程中，對(duì)命題的這種理想的描述方式和對(duì)對(duì)象的如此單純的觀察活動(dòng)，已經(jīng)不再可能。以玻爾為代表的許多物理學(xué)家雖然在量子力學(xué)誕生的早期就已經(jīng)意識(shí)到這一點(diǎn)。但是，在科學(xué)哲學(xué)的意義上，他們?cè)趻仐壛苏胬矸险撝?，卻走向了認(rèn)識(shí)論的反實(shí)在論；馮諾意曼的測(cè)量理論以真理符合論為基礎(chǔ)，要求在觀察者與測(cè)量?jī)x器之間進(jìn)行分割的做法，直接導(dǎo)致了量子測(cè)量中的“觀察者悖論”；現(xiàn)存的非分離與非定域的實(shí)在論解釋，也是以真理符合論為基礎(chǔ)，在量子力學(xué)的形式體系中增加了某些難以令人接受的額外假設(shè)，來(lái)解決量子測(cè)量難題。從哲學(xué)意義上看，這種借助于額外假設(shè)來(lái)使量子力學(xué)與實(shí)在論相一致的作法并沒有唯一性。它不過(guò)是借助于各種哲學(xué)的想象力來(lái)解決量子測(cè)量難題而已。

由此可見，量子測(cè)量難題的產(chǎn)生，實(shí)際上是以真理符合論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)，來(lái)理解量子測(cè)量過(guò)程的整體性特征所導(dǎo)致的?，F(xiàn)在，如果我們像放棄經(jīng)典的絕對(duì)時(shí)空觀，接受相對(duì)論一樣，也放棄真理符合論的實(shí)在論，接受現(xiàn)有的量子力學(xué)。那么，在當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)的研究中，我們需要以成功的量子力學(xué)帶給我們的認(rèn)識(shí)論教益為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)理論、概念和真理的性質(zhì)與意義作出新的闡述。量子力學(xué)所揭示的微觀世界與宏觀世界之間的最大差異在于，我們對(duì)微觀世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，不可能像對(duì)宏觀世界的認(rèn)知那樣，使觀察者能夠站在整個(gè)測(cè)量語(yǔ)境的外面來(lái)進(jìn)行。

這就像盲人摸象的故事一樣，不同的盲人從大象的不同部位開始摸起，最初，他們所得到的對(duì)大象的認(rèn)識(shí)是不相同的，因?yàn)槊總€(gè)人根據(jù)自己的觸摸活動(dòng)都只能說(shuō)出大象的某一個(gè)部分。只有當(dāng)他們摸完了整個(gè)大象時(shí)，他們才有可能對(duì)大象的形狀作出客觀的描述。然而，雖然他們對(duì)大象的描述始終是從自己的視角為起點(diǎn)的，并建立在個(gè)人理解的基礎(chǔ)之上。但是，不可否認(rèn)的是，他們的觸摸活動(dòng)總是以真實(shí)的大象為本體的。在微觀領(lǐng)域內(nèi)，量子世界如同是一頭大象，物理學(xué)家如同是一群盲人，有所區(qū)別的是，物理學(xué)家對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)不可能是直接的觸摸活動(dòng)，而只能借助于自己設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器與對(duì)象進(jìn)行相互作用來(lái)進(jìn)行。在這個(gè)相互作用的過(guò)程中，包括觀察者在內(nèi)的測(cè)量語(yǔ)境成為聯(lián)系微觀世界與理論描述之間的一個(gè)不可分割的紐帶。

如果把這種量子力學(xué)的這種整體性思想延伸外推到一般的科學(xué)哲學(xué)研究中，那么，可以認(rèn)為，科學(xué)家所闡述的理論事實(shí)上是一個(gè)產(chǎn)生信念的系統(tǒng)?？茖W(xué)家借助于模型化的理論，把他們對(duì)世界的認(rèn)知模擬出來(lái)。理論模型所描述出的世界與真實(shí)世界之間的關(guān)系是一種內(nèi)在的、整體性的相似關(guān)系。這種相似分為兩個(gè)不同的層次：其一，在特定的語(yǔ)境中，模型與被模擬的世界在現(xiàn)象學(xué)意義上的初級(jí)相似。這種相似是指，在這個(gè)層次上，我們只是能夠通過(guò)某些關(guān)系把現(xiàn)象描述出來(lái)，但是，對(duì)現(xiàn)象之所以發(fā)生的原因給不出明確的說(shuō)明；其二，在特定的語(yǔ)境中，模型與被模擬的世界在認(rèn)識(shí)論意義上的高級(jí)相似。這種相似是指，理論模型達(dá)到了與真實(shí)世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與關(guān)系之間的相似。所以，現(xiàn)象學(xué)意義上的相似最后會(huì)被成熟理論所描述的認(rèn)識(shí)論意義上的結(jié)構(gòu)相似所包容或修正。

這兩個(gè)層次之間的相似關(guān)系是建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，而不是建立在邏輯或先驗(yàn)的基礎(chǔ)之上。這樣，雖然科學(xué)家在建構(gòu)理論模型的過(guò)程中，總是不可避免地存在著許多非理性的因素。但是，在根本的意義上，他們的建構(gòu)活動(dòng)是以最終達(dá)到使理論描述的可能世界與真實(shí)世界之間的結(jié)構(gòu)與關(guān)系相似為目的的。因此，測(cè)量語(yǔ)境的存在成為科學(xué)家建構(gòu)活動(dòng)的一個(gè)最基本的制約前提。建構(gòu)理論模型的活動(dòng)是一種對(duì)世界的認(rèn)知活動(dòng)。建構(gòu)活動(dòng)中的虛構(gòu)性將會(huì)在與公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的比較中不斷地得到矯正，直至達(dá)到與真實(shí)世界完全一致為止?；蛘哒f(shuō)，在一定的語(yǔ)境中，當(dāng)從理論模型作出的預(yù)言在經(jīng)驗(yàn)意義上不斷地得到了證實(shí)的時(shí)候，類比的相似性程度將隨之不斷地得以提高；當(dāng)科學(xué)共同體能夠依據(jù)理論模型所描述的可能世界的結(jié)構(gòu)來(lái)理解真實(shí)世界時(shí)，相似性關(guān)系將逐漸地趨向模型與世界之間的一致性關(guān)系。

在這種理解方式中，真理是物理模型與真實(shí)世界之間的相似關(guān)系的一種極限，是在一定的語(yǔ)境中完善與發(fā)展理論的一個(gè)最終結(jié)果。這樣，在科學(xué)研究中，真理成為科學(xué)研究追求的一個(gè)最終目標(biāo)，而不是科學(xué)研究的邏輯起點(diǎn)?；蛘哒f(shuō)，把真理理解成是在科學(xué)的探索過(guò)程中，成熟的物理模型與世界結(jié)構(gòu)之間達(dá)成的一致性關(guān)系。對(duì)真理的這種理解，使過(guò)去追求的客觀真理變成了與語(yǔ)境密切相關(guān)的一個(gè)概念。超出理論成真的語(yǔ)境范圍，真理也就失去了存在的前提和價(jià)值。這樣，與玻爾把理論的客觀性理解成是主體間性的觀點(diǎn)所不同，本文是通過(guò)改變對(duì)真理意義的理解方式，挽救了理論的客觀性。

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

如果科學(xué)語(yǔ)言只具有隱喻的意義，科學(xué)理論所描述的是可能世界，那么，物理學(xué)家對(duì)測(cè)量現(xiàn)象的描述，也只是一種隱喻描述，而不是非隱喻的按照字義所理解的描述。這種描述既依賴于觀察者的背景知識(shí)，也依賴于當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展的水平。就像格式塔心理學(xué)所闡述的那樣，同樣的圖形、同一個(gè)對(duì)象，不同的觀察者會(huì)得出不同的結(jié)論。在這個(gè)意義上，測(cè)量與觀察不再是純粹地揭示對(duì)象屬性的一種再現(xiàn)活動(dòng)，而是觀察者與對(duì)象發(fā)生相互作用之后，受到測(cè)量語(yǔ)境約束的一種生成活動(dòng)。在這個(gè)活動(dòng)中，就現(xiàn)象本身而言，至少包含有兩類信息：一是來(lái)自對(duì)象自身的信息；二是包括觀察者在內(nèi)的測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生相互作用時(shí)新生成的信息。

從這個(gè)意義上看，微觀粒子在測(cè)量過(guò)程中表現(xiàn)出的波——粒二象性只是一種現(xiàn)象學(xué)意義上的相似，而不是微觀粒子的真實(shí)存在。在大多數(shù)情況下，現(xiàn)象還不等于是證據(jù)，把現(xiàn)象作為一種證據(jù)表述出來(lái)，還要受到物理學(xué)家的背景知識(shí)和社會(huì)條件的制約，甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制約。按照對(duì)理論、真理和測(cè)量的這種理解方式，由“波包塌縮”現(xiàn)象所反映的問(wèn)題，就變成了提醒物理學(xué)家有必要對(duì)過(guò)去所忽視的物理測(cè)量過(guò)程的各個(gè)細(xì)節(jié)，對(duì)宏觀與微觀之間的過(guò)渡環(huán)節(jié)，進(jìn)行更細(xì)致的理論研究的一個(gè)信號(hào)，成為進(jìn)一步推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)技術(shù)性的物理學(xué)問(wèn)題，而不再是觀念性的與實(shí)在論相矛盾的哲學(xué)問(wèn)題。

玻姆的量子論是試圖用非隱喻的字面語(yǔ)言對(duì)真實(shí)的量子世界進(jìn)行描述，而現(xiàn)有的量子力學(xué)在它的產(chǎn)生初期則是用隱喻的語(yǔ)言對(duì)量子世界的一種模擬描述。正是由于理論模型具有的相似性，才使得薛定諤的波動(dòng)力學(xué)與海森堡等人的矩陣力學(xué)能夠得出完全相同的結(jié)果，并最終證明兩者在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的。在量子力學(xué)的語(yǔ)境中，不論是波動(dòng)圖象，還是粒子圖象都只是理論與世界之間的現(xiàn)象學(xué)意義上的初級(jí)相似。在以后的發(fā)展中，量子力學(xué)所描述的可能世界的預(yù)言與真實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相一致的事實(shí)說(shuō)明，當(dāng)馮諾意曼在希爾伯特空間以量子態(tài)為基本概念建立了量子力學(xué)的公理化體系之后，這些現(xiàn)象學(xué)意義上的相似已經(jīng)上升到認(rèn)識(shí)論意義上的結(jié)構(gòu)相似，說(shuō)明量子力學(xué)描述的可能世界與真實(shí)世界在微觀領(lǐng)域內(nèi)是一致的。這時(shí)，以波——粒二象性為基礎(chǔ)的隱喻圖象被整體論的世界圖象所取代。這也許正是物理學(xué)家可以在拋開哲學(xué)爭(zhēng)論的前提下，只注重量子物理學(xué)的技術(shù)性發(fā)展的一個(gè)原因所在。而相比之下，玻姆的理論不過(guò)是追求傳統(tǒng)意義上的非隱喻的字面圖象和傳統(tǒng)哲學(xué)觀念的一種理想產(chǎn)物。

在對(duì)理論、概念和真理的意義的這種理解方式中，理論與世界之間的一致性關(guān)系不是建立在命題與概念的層次上，而是以測(cè)量語(yǔ)境為本體，建立在物理模型與真實(shí)世界之間從現(xiàn)象學(xué)意義上的初級(jí)相似到認(rèn)識(shí)論意義上的結(jié)構(gòu)相似的基礎(chǔ)之上的。測(cè)量語(yǔ)境的本體性，成為我們?cè)谡J(rèn)識(shí)論意義上承認(rèn)科學(xué)理論是一個(gè)信念系統(tǒng)的同時(shí)，拒絕后現(xiàn)代主義者把理論理解成是可以隨意解讀的社會(huì)文本的極端觀點(diǎn)的根本保證。所以，真理的意義不是取決于詞、概念和命題與世界之間的直接符合，而是在于理論整體與世界整體之間在逼真意義上的一致性。由于可能世界與真實(shí)世界之間的這種一致性關(guān)系在一定程度上是依賴于社會(huì)技術(shù)條件的動(dòng)態(tài)關(guān)系。因此，以一致性為基礎(chǔ)的真理是依賴于語(yǔ)境的真理，它永遠(yuǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的和可變的概念，而不是靜止的和不變的概念。這顯然是對(duì)“把科學(xué)研究的目的理解為是追求真理”這句話的最好解答。

3．從思維方式的變革到語(yǔ)境實(shí)在論的基本原理

當(dāng)我們把對(duì)理論、真理和意義的這種理解方式應(yīng)用于對(duì)真實(shí)世界的認(rèn)識(shí)時(shí)，也可以在測(cè)量語(yǔ)境的基礎(chǔ)上，對(duì)理論進(jìn)行實(shí)在論的解釋。所不同的是，這種實(shí)在論不再是把科學(xué)理論理解成是提供關(guān)于世界的某種鏡象圖景的、以強(qiáng)調(diào)語(yǔ)言與命題的真理符合論為基礎(chǔ)的那種實(shí)在論，而是把科學(xué)理論理解成是通過(guò)先對(duì)世界的模擬，然后，與真實(shí)世界趨于一致的、依賴于測(cè)量語(yǔ)境的實(shí)在論。不同的理論模型和測(cè)量語(yǔ)境可以提供對(duì)世界的不同描述。但是，通過(guò)進(jìn)一步的觀察或?qū)嶒?yàn)，我們可以判斷哪一個(gè)模型能夠更好地與世界相一致。在這里，理論模型與世界之間的關(guān)系是一種相似關(guān)系，而不再是相符合的關(guān)系；測(cè)量結(jié)果與對(duì)象之間的關(guān)系是在特定條件下的一種境遇性關(guān)系，而不再是一種純粹的再現(xiàn)關(guān)系。我們把這種與量子力學(xué)的整體性特征相一致的量子實(shí)在論稱為“語(yǔ)境實(shí)在論”。用語(yǔ)境實(shí)在論的觀點(diǎn)取代傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)，必然帶來(lái)思維方式的根本轉(zhuǎn)變。需要以整體性的語(yǔ)境論的思維觀取代傳統(tǒng)思維觀。這種思維方式的逆轉(zhuǎn)主要通過(guò)下列幾個(gè)方面體現(xiàn)出來(lái)：

首先，在本體論意義上，用普遍的本體論的關(guān)系論（global-ontological relationalism）的觀點(diǎn)取代傳統(tǒng)的本體論的原子論（ontological atomism）的觀點(diǎn)。承認(rèn)關(guān)系屬性或傾向性屬性的存在，承認(rèn)概率的實(shí)在性，承認(rèn)世界中的實(shí)體、屬性與關(guān)系之間的整體性。傳統(tǒng)的原子本體論總是把世界理解成是由可以進(jìn)行任意分割的部分所組成，整體等于部分之和，牛頓力學(xué)是這種本體論的一個(gè)典型范例；關(guān)系本體論則把世界理解成是一個(gè)不可分割的整體，整體大于部分之和，量子力學(xué)是這種本體論的一個(gè)典型范例。與原子本體論中認(rèn)為實(shí)體可以獨(dú)立地?fù)碛凶陨淼膶傩运煌?，在關(guān)系本體論中，實(shí)體及其屬性總是在一定的關(guān)系中體現(xiàn)出來(lái)。這里存在著兩層關(guān)系：一層是實(shí)體之間的內(nèi)在關(guān)系屬性；另一層是實(shí)體固有屬性表現(xiàn)的外在關(guān)系條件。前者具有潛存性，后者為潛存性向現(xiàn)實(shí)性的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了有利條件。 其次，在認(rèn)識(shí)論意義上，用理論模型的隱喻論的觀點(diǎn)取論模型的鏡象論的觀點(diǎn)。傳統(tǒng)的模型鏡象論觀點(diǎn)把理論理解成是命題的集合，命題與概念的指稱和意義是由對(duì)象決定的，它們的集合構(gòu)成了對(duì)對(duì)象的完備描述；而模型隱喻論的觀點(diǎn)雖然也認(rèn)為理論能夠以命題的形式表示出來(lái)，但是，理論不是命題的集合，而是包含有模仿世界的內(nèi)在機(jī)理的模型集合。理論與世界之間的關(guān)系不是傳統(tǒng)的相符合關(guān)系，而是在一定的語(yǔ)境中，理論描述的可能世界與真實(shí)世界之間以相似為基礎(chǔ)的一致性關(guān)系。理論系統(tǒng)的模型與真實(shí)系統(tǒng)之間的相似程度決定理論的逼真性。這樣，真理不再是命題與世界之間的符合，而是成為理論的逼真性的一種極限情況?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)理論所描述的可能世界與真實(shí)世界相一致的時(shí)候，理論的真理才能出現(xiàn)。這是對(duì)基本的認(rèn)識(shí)論概念的倒轉(zhuǎn)：傳統(tǒng)的逼真性理論是用命題或命題集合的真理作為基本單元，來(lái)衡量理論距真理的距離，即理論的逼真度；而現(xiàn)在正好反過(guò)來(lái)，是通過(guò)對(duì)逼真性概念的理解來(lái)達(dá)到對(duì)真理的理解。

第三，在方法論意義上，用語(yǔ)義學(xué)方法取代傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論方法。在傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論方法中，是用命題的真理或圖象與世界之間的逼真度的術(shù)語(yǔ)來(lái)表達(dá)科學(xué)實(shí)在論的一般論點(diǎn)。然而，這種方法使我們從開始就需要清楚地辨別對(duì)一些解釋性描述的理解。例如，在相同的研究領(lǐng)域內(nèi)，我們?yōu)槭裁茨軌蛘f(shuō)，一個(gè)理論比與它相競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)理論更逼近真理或更遠(yuǎn)離真理？對(duì)于諸如此類的問(wèn)題，如果沒有一個(gè)明確的和可辯護(hù)的回答方式，那么，逼真性概念要么是空洞的；要么就是不一致的。結(jié)果，對(duì)理論的逼真性的論證反而成為對(duì)“認(rèn)識(shí)的謬誤（epistemic fallacy）”的證明，并在某程度上支持了認(rèn)識(shí)論的懷疑論觀點(diǎn)。但是，如果我們?cè)谡Z(yǔ)義學(xué)的語(yǔ)境中，通過(guò)對(duì)逼真性概念的分析與辯護(hù)，然后，衍生出理論的真理，對(duì)上述問(wèn)題的理解方式將不會(huì)陷入如此的認(rèn)識(shí)論困境。并且從認(rèn)識(shí)論的懷疑論也不會(huì)推論出語(yǔ)義學(xué)的懷疑論。

第四，在經(jīng)驗(yàn)的意義上，用現(xiàn)象生成論的測(cè)量觀取代現(xiàn)象再現(xiàn)論的測(cè)量觀。所謂現(xiàn)象再現(xiàn)論的測(cè)量觀是指，把物理測(cè)量結(jié)果理解成是對(duì)對(duì)象固有屬性的一種再現(xiàn)，測(cè)量?jī)x器的使用不會(huì)對(duì)對(duì)象屬性的揭示產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的干擾，它扮演著一個(gè)單純意義上的工具角色。理論術(shù)語(yǔ)能夠?qū)@些觀察證據(jù)進(jìn)行精確的表述。觀察證據(jù)的這種純粹客觀性成為建構(gòu)與判別理論的邏輯起點(diǎn)；而現(xiàn)象生成論的測(cè)量觀則認(rèn)為，測(cè)量是對(duì)世界的一種透視，測(cè)量結(jié)果是在對(duì)象與測(cè)量環(huán)境相互作用的過(guò)程中生成的。測(cè)量結(jié)果所表達(dá)的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，不是純粹對(duì)世界狀態(tài)的反映，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)事實(shí)存在于我們的信念系統(tǒng)之中，而不是獨(dú)立于觀察者的意識(shí)或論述之外與世界的純粹符合，只是在特定的測(cè)量語(yǔ)境中的一種相對(duì)表現(xiàn)，是相互作用的結(jié)果?；蛘哒f(shuō)，測(cè)量語(yǔ)境構(gòu)成了對(duì)象屬性有可能被認(rèn)識(shí)的必要條件。

所以，理論的逼真度與科學(xué)進(jìn)步之間的聯(lián)系，應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)的意義上來(lái)確立?？茖W(xué)進(jìn)步的記錄并不是真命題的積累，而是從模型系統(tǒng)與真實(shí)系統(tǒng)之間的相似性出發(fā)，用逼真度的概念衡量科學(xué)研究綱領(lǐng)接近真理的程度。在這里，相似性不是一個(gè)命題，也不是兩個(gè)世界之間的一種固定不變的關(guān)系，而是依賴于語(yǔ)境的一個(gè)程度性的概念。它的內(nèi)容將會(huì)隨著我們對(duì)世界的不斷深入的理解而發(fā)生變化。所以，科學(xué)進(jìn)步不是真命題積累的問(wèn)題，而是理論的成功預(yù)言與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的函數(shù)。

第五，在語(yǔ)義學(xué)的意義上，用整體論或依賴于語(yǔ)境的隱喻語(yǔ)言范式取代非隱喻的字面真理范式（literal-truth paradigm）。從17世紀(jì)開始，非隱喻的字面真理的范式就已經(jīng)被科學(xué)家廣泛地接受為是理想的語(yǔ)言。其動(dòng)機(jī)是期望把理論模型的言語(yǔ)和論證，建立在優(yōu)美而簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)和幾何的基礎(chǔ)之上。當(dāng)時(shí)的理性論者和經(jīng)驗(yàn)論者把科學(xué)語(yǔ)言當(dāng)成是理想的合乎理性的語(yǔ)言，或者說(shuō)，把科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)看成是人類經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的典范。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，所有的知識(shí)與真實(shí)世界之間的關(guān)系是根據(jù)表征知識(shí)的命題方式來(lái)討論的，科學(xué)語(yǔ)言與概念的意義由它所表征的世界來(lái)確定，它們不僅在本質(zhì)上具有固有的字義，而且語(yǔ)言本身的字面意義就是使用詞語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。語(yǔ)言的意義不僅與語(yǔ)言的用法無(wú)關(guān)，而被認(rèn)為是客觀地對(duì)應(yīng)于世界的各個(gè)方面。科學(xué)的話語(yǔ)總是關(guān)于自然界的現(xiàn)象、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和原因的話語(yǔ)。

然而，在整體論的隱喻語(yǔ)言范式中，理論所討論的是由科學(xué)共同體提出的關(guān)于世界的因果結(jié)構(gòu)的信念，知識(shí)與真實(shí)世界之間的關(guān)系是根據(jù)可能世界與真實(shí)世界之間的相似關(guān)系來(lái)討論的。在這里，兩個(gè)世界之間的相似程度的提高是它們共有屬性的函數(shù)。在隱喻的意義上，語(yǔ)言與概念的意義是極其模糊的和語(yǔ)境化的，隱喻的表達(dá)通常并不直接對(duì)應(yīng)于世界中的實(shí)體或事件：即，按照字面的意義理解隱喻的陳述常常是錯(cuò)誤的。例如，在理解量子測(cè)量現(xiàn)象時(shí)，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，或者強(qiáng)調(diào)使用粒子語(yǔ)言，或者強(qiáng)調(diào)波動(dòng)語(yǔ)言都是失敗的。這也是玻爾的互補(bǔ)性原理在量子力學(xué)的時(shí)期歲月里容易被人們所接受的高明之處。從本文的觀點(diǎn)來(lái)看，關(guān)于微觀世界的粒子圖象或波動(dòng)圖象只不過(guò)是傳統(tǒng)思維慣性的一種最顯著的表現(xiàn)而已。事實(shí)上，這兩種圖象都只是一種隱喻意義上的圖象，而不代表微觀世界的真實(shí)圖象。隱喻與其它非字面的言詞是依賴于語(yǔ)境的。正如后期維特根斯所言，語(yǔ)言與概念的意義依賴于活動(dòng)，使用一個(gè)符號(hào)的充分必要條件必須包括對(duì)活動(dòng)的描述。

在這種整體論的思維方式的基礎(chǔ)上，我們可以把語(yǔ)境實(shí)在論的主要觀點(diǎn)，總結(jié)為下列六個(gè)基本原理：

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

方法論原理：對(duì)一個(gè)真實(shí)過(guò)程的理論模型的建構(gòu)，是對(duì)不可能被觀察到的真實(shí)世界的機(jī)理和結(jié)構(gòu)的模擬。對(duì)于真實(shí)世界而言，它在現(xiàn)象學(xué)意義上的表現(xiàn)與它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)或機(jī)理在定性的意義上具有一致性。即，理論模型具有經(jīng)驗(yàn)的適當(dāng)性。

認(rèn)識(shí)論原理：理論描述的可能世界與真實(shí)世界只具有的相似性，它們之間的相似程度是它們具有的共同特性的函數(shù)。這些共性是在實(shí)驗(yàn)與測(cè)量語(yǔ)境中找到的。

語(yǔ)義學(xué)原理：在一定的語(yǔ)境中，理論模型與真實(shí)系統(tǒng)之間的相似關(guān)系決定理論的逼真性。在理想的情況下，真理是理論描述的可能世界逼近真實(shí)世界的一種極限。

價(jià)值論原理：科學(xué)理論的建構(gòu)在最終意義上總要受到實(shí)驗(yàn)證據(jù)的制約，科學(xué)理論的發(fā)展總是向著越來(lái)越接近真實(shí)世界機(jī)理的方向發(fā)展的。

倫理學(xué)原理：包括人類在內(nèi)的自然界具有不可分割的整體性，關(guān)于人類行為的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該建立在人與自然的整體性關(guān)系上。

4．科學(xué)進(jìn)步的語(yǔ)境生成論模式

探討科學(xué)進(jìn)步的模式問(wèn)題一直是科學(xué)哲學(xué)研究中的重大理論問(wèn)題之一。不同的學(xué)派提出了不同的觀點(diǎn)。邏輯實(shí)證主義者繼承了自培根以來(lái)的哲學(xué)傳統(tǒng)，認(rèn)為科學(xué)的發(fā)展在于對(duì)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)的真命題的積累。理論所包括的真命題越多，它就越逼近真理。波普爾把理論逼近真理的這種性質(zhì)稱為“逼真性”，逼真性的程度稱為“逼真度”。他認(rèn)為，理論是真內(nèi)容與假內(nèi)容的統(tǒng)一，理論的逼真度等于理論中的真內(nèi)容與假內(nèi)容之差。而真內(nèi)容由理論中那些得到經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)的真命題所組成。真命題越多，理論的逼真度就越高。在所有這些觀點(diǎn)中，逼真性的主要特性是用命題與事實(shí)的符合作為近似真理的基本單元。換言之，是用命題真理的術(shù)語(yǔ)來(lái)理解理論的逼真性。在這里“符合”沒有程度上的差別；逼真性與真理之間的關(guān)系是部分與整體之間的關(guān)系。這種“符合”或“與事實(shí)相符”包含著四個(gè)方面的關(guān)系：其一，句子的主語(yǔ)與謂詞之間處于相互聯(lián)系的狀態(tài)；其二，事態(tài)（the state of affairs）與主語(yǔ)之間的指稱關(guān)系；其三，謂詞表達(dá)與被選擇的事態(tài)之間的指稱關(guān)系；其四，說(shuō)話者所選擇的對(duì)象與事態(tài)之間的相適合關(guān)系。[1]

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

如果我們用強(qiáng)調(diào)理論描述的物理模型與世界之間的相似性比較，取論中包含的真命題的比較來(lái)理解理論的逼真性，那么，上述問(wèn)題就很容易得到解決。在特定的語(yǔ)境中，并存著的相互競(jìng)爭(zhēng)的理論，分別描繪出幾個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的可能世界，這些可能世界與真實(shí)世界之間的相似程度決定理論的逼真性。逼真度越高的理論，將會(huì)越客觀、越接近于真理。真理是理論的逼真度等于1時(shí)的一種極限情況。例如，牛頓力學(xué)比伽里略的力學(xué)更接近真理的真正理由是，因?yàn)榕ｎD物理學(xué)所描繪的世界模型比伽里略物理學(xué)所描繪的世界模型與真實(shí)世界更相似。而不應(yīng)該把這個(gè)結(jié)論替換成是，在每一個(gè)方法中通過(guò)真命題的計(jì)數(shù)來(lái)使它們與精確地說(shuō)明真實(shí)世界的真命題的總數(shù)進(jìn)行比較后作出的選擇。前后相繼的理論中所使用的共同概念的意義也是依賴于可能世界的。不同層次的可能世界雖然賦予同一個(gè)概念以不同的內(nèi)涵。但是，由于更深層的可能世界更接近真實(shí)世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，所以，對(duì)為什么同一個(gè)概念會(huì)有不同內(nèi)涵的問(wèn)題就容易理解了。

我們把由理論描繪的可能世界逼近真實(shí)世界的過(guò)程，以及前后相繼的理論之間的更替關(guān)系總結(jié)為：

前語(yǔ)境階段——語(yǔ)境確立階段——語(yǔ)境擴(kuò)張階段——語(yǔ)境轉(zhuǎn)換階段

——新的語(yǔ)境確立階段……

在科學(xué)進(jìn)步的這個(gè)模式中，前語(yǔ)境階段是指，當(dāng)科學(xué)進(jìn)入一個(gè)新的研究領(lǐng)域時(shí)，面對(duì)不可能被舊理論所解釋的有限數(shù)量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)和存在的重要問(wèn)題，科學(xué)家首先是進(jìn)行大膽的創(chuàng)新和積極地猜測(cè)，提出可能與證據(jù)相一致的相互競(jìng)爭(zhēng)的理論或假說(shuō)。這些理論或假說(shuō)分別描繪出了相互競(jìng)爭(zhēng)的各種可能世界的圖象。這個(gè)時(shí)期，科學(xué)家在建構(gòu)理論時(shí)，通過(guò)模型與現(xiàn)象的比較來(lái)約束他們的想象?；蛘哒f(shuō)，他們的富有創(chuàng)造性的想象力是一種意向性的想象，而不是完全隨意的想象。這種意向性的信息直接來(lái)自不可能被直接觀察到的對(duì)象本身。科學(xué)家在相互競(jìng)爭(zhēng)的理論中作出選擇時(shí)，依賴于兩個(gè)主要的歸納根據(jù)：其一，相信任何一個(gè)理論模型的建構(gòu)都是為了盡可能準(zhǔn)確地模擬真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)和機(jī)理；其二，依據(jù)模型所產(chǎn)生的信念能夠作為成為設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)是為了探索世界，和檢驗(yàn)?zāi)Ｐ团c它所表征的世界之間的類似程度。在特定領(lǐng)域內(nèi)和一定的歷史條件下，根據(jù)一個(gè)理論的信念所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)越新穎，在得到應(yīng)用之后，越能夠證明理論的成功性。同時(shí)，理論的調(diào)整總是向著與新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的方向進(jìn)行的。而新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由自然界中某種未知的因果機(jī)理引起的。

然而，說(shuō)明的成功（explanatory success）只是理論逼近真理的一個(gè)象征或一個(gè)結(jié)果，或者說(shuō)，說(shuō)明的成功只是理論逼近真理的一個(gè)必要條件。凡是逼真的理論都必定能夠?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出成功的說(shuō)明。但是，并不是每一個(gè)擁有成功說(shuō)明的理論都是逼真的理論。在理論的說(shuō)明中，理論的逼真性與不斷增加的成功之間的聯(lián)系應(yīng)該是一個(gè)認(rèn)識(shí)論問(wèn)題，而不是一個(gè)語(yǔ)義學(xué)問(wèn)題。一個(gè)完整的科學(xué)理論從產(chǎn)生到成熟通常要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：其一，對(duì)現(xiàn)象的描述階段，這個(gè)階段得到了在經(jīng)驗(yàn)上恰當(dāng)?shù)哪Ｐ?。例如，在量子力學(xué)之前，玻爾等人提出的各種原子模型；第二個(gè)階段是建立一個(gè)理論的說(shuō)明模型。例如，現(xiàn)有的量子力學(xué)的數(shù)學(xué)形式體系。第三個(gè)階段是為成功的說(shuō)明模型尋找一種可理解的機(jī)理，或者說(shuō)，對(duì)說(shuō)明模型提供語(yǔ)義學(xué)的基礎(chǔ)。相對(duì)于一個(gè)成熟的科學(xué)理論而言，現(xiàn)象——模型——機(jī)理三者之間的相互關(guān)系具有內(nèi)在的不可分割的整體性。這也就是為什么原子物理學(xué)家在理解量子力學(xué)的內(nèi)在機(jī)理的問(wèn)題上沒有達(dá)成共識(shí)時(shí)，產(chǎn)生了量子力學(xué)的解釋問(wèn)題的原因所在。

在這里，我們所說(shuō)的模型是指物理模型而不是僅僅指數(shù)學(xué)模型。物理模型除了包括數(shù)學(xué)模型之外，還包括理解世界的構(gòu)成機(jī)理的模型。物理模型是為數(shù)學(xué)模型提供一個(gè)語(yǔ)義學(xué)基礎(chǔ)。例如，分子運(yùn)動(dòng)論模型是解釋壓強(qiáng)公式的語(yǔ)義學(xué)基礎(chǔ)；場(chǎng)的觀點(diǎn)是理解引力理論的語(yǔ)義學(xué)基礎(chǔ)。所以，物理學(xué)中的模型是指真實(shí)物理系統(tǒng)的替代物，它既具有解釋的作用，也能夠把抽象的數(shù)學(xué)系統(tǒng)翻譯為一個(gè)可理解的論述。正是在這個(gè)意義上，物理學(xué)模型是指一個(gè)模型簇。由這些模型簇所描繪的可能世界的結(jié)構(gòu)與真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)之間的相似關(guān)系，在選擇理論時(shí)是很重要的。一方面，它能夠使理論在科學(xué)實(shí)踐中被不斷地修改和擴(kuò)展以適應(yīng)新的現(xiàn)象，而不是靜止的和孤立的；另一方面，它使相互競(jìng)爭(zhēng)的理論之間的選擇在科學(xué)實(shí)踐的規(guī)則與活動(dòng)之內(nèi)自然地得到了求解。這時(shí)，被淘汰掉的理論并非必須要被證偽（盡管證偽也是因素之一），而是如同生物進(jìn)化那樣是自然選擇的結(jié)果。

在這里，把逼真度作為選擇理論的標(biāo)準(zhǔn)，與要么強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，要么強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)證偽的標(biāo)準(zhǔn)不同，它永遠(yuǎn)是動(dòng)態(tài)的和依賴于研究語(yǔ)境的概念。它既有助于把淘汰掉的理論中的某些合理化因素進(jìn)行再語(yǔ)境化，也能夠確?？茖W(xué)描述和與此相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技巧與獨(dú)立于人心的世界之間建立起一種物理聯(lián)結(jié)，從而堅(jiān)持了存在著一個(gè)不可能被觀察到的獨(dú)立于人心的世界的本體論的實(shí)在論觀點(diǎn)。大體上，衡量可能世界與真實(shí)世界之間的結(jié)構(gòu)或機(jī)理的相似程度可以通過(guò)它們之間的共有屬性（或共同特征）來(lái)進(jìn)行。如果用S（A ，B）表示兩個(gè)世界之間的基本特征的相似關(guān)系，用 A∩B表示共有屬性，A – B和 B - A表示它們之間的差異，那么，在定性的意義上，這些量之間的關(guān)系可以定性地表示為：[1]

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

這個(gè)公式說(shuō)明，兩個(gè)世界之間的相似關(guān)系是它們的共性與差異的函數(shù)。當(dāng)C1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2和C3時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)之間的共性將比差異處于更重要的支配地位。其中，三個(gè)系數(shù)C1、C2和C3 的值是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的。這樣，我們就有可能在經(jīng)驗(yàn)的意義上來(lái)研究相似關(guān)系。在經(jīng)驗(yàn)的意義上，如果相互競(jìng)爭(zhēng)的理論中的某個(gè)理論的描述和說(shuō)明模型能夠完全依據(jù)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和本體論概念被加以校準(zhǔn)，那么，我們就可以認(rèn)為，這個(gè)理論是似真的（plausible）。理論越擬真，它就越逼真。

在一個(gè)特定的語(yǔ)境中，當(dāng)一個(gè)理論的說(shuō)明與理解模型能夠完全經(jīng)得起經(jīng)驗(yàn)的考驗(yàn)時(shí)，科學(xué)共同體將認(rèn)為理論描繪的可能世界與真實(shí)世界之間達(dá)到了某種一致性。這時(shí)，科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了語(yǔ)境確立的階段。這個(gè)階段相當(dāng)于庫(kù)恩的常規(guī)科學(xué)時(shí)期或范式形成時(shí)期。這時(shí)，科學(xué)家不僅擁有共同的信念和共同的語(yǔ)言，而且擁有對(duì)真實(shí)世界的共同圖象。他們相信，理論描繪的可能世界代表了真實(shí)世界的內(nèi)在機(jī)理；理論描繪的圖象就是不可觀察的真實(shí)世界的圖象。為了進(jìn)一步探索真實(shí)世界的精細(xì)結(jié)構(gòu)，科學(xué)家常常會(huì)根據(jù)現(xiàn)有理論提供的信念和約定，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃，預(yù)言新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，特別是運(yùn)用成熟理論中的理論實(shí)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的語(yǔ)境階段。但是，這個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的語(yǔ)境邊界是非常不確定的。

當(dāng)科學(xué)家把成熟理論所揭示的世界機(jī)理作為一個(gè)范式和信念的基礎(chǔ)，延伸推廣到解釋其它相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)象時(shí)，科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入到語(yǔ)境的擴(kuò)張階段。其中，既包括理論研究的信念與方法的擴(kuò)張，也包括以它的基本原理為基礎(chǔ)的技術(shù)與實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)張。例如，在牛頓理論確立之后，不論是物理學(xué)還是化學(xué)家，他們都用牛頓力學(xué)的基本思想解釋他們所面臨的其它領(lǐng)域內(nèi)的新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且成功地制造出了許多測(cè)量?jī)x器；同樣，現(xiàn)代技術(shù)的崛起和分子生物學(xué)、量子化學(xué)等學(xué)科的產(chǎn)生都是量子力學(xué)的基本原理成功應(yīng)用的結(jié)果。所以，語(yǔ)境擴(kuò)張的過(guò)程實(shí)際上是已有語(yǔ)境膨脹的過(guò)程。當(dāng)科學(xué)共同體在語(yǔ)境擴(kuò)張的過(guò)程中，遇到了與理論信念相矛盾的而且是他們料想不到的實(shí)驗(yàn)事實(shí)時(shí)，他們才有可能開始對(duì)理論的信念產(chǎn)生懷疑，這時(shí)，理論的應(yīng)用邊界，或者說(shuō)，語(yǔ)境擴(kuò)張的邊界逐漸地變得明確起來(lái)，科學(xué)的發(fā)展開始進(jìn)入語(yǔ)境轉(zhuǎn)換階段。在這個(gè)階段，舊語(yǔ)境的擴(kuò)張受到了限制，新的語(yǔ)境處于形成與培育當(dāng)中。新的理論競(jìng)爭(zhēng)也就隨之開始了。隨著新理論競(jìng)爭(zhēng)的開始，科學(xué)共同體的信念也在不斷地發(fā)生著改變，直到一個(gè)全新的語(yǔ)境形成為止。

當(dāng)新的語(yǔ)境確立之后，不僅科學(xué)家確立了新的信念，而且他們對(duì)問(wèn)題的求解值域也隨之發(fā)生了改變。這時(shí)，原來(lái)前語(yǔ)境中的一些不合理的偏見，在新語(yǔ)境中得到了糾正。在前語(yǔ)境中是真理的理論，在后語(yǔ)境中失去了它的真理性。后語(yǔ)境的形成是伴隨著新理論的確立而完成的。由于新語(yǔ)境比舊語(yǔ)境揭示出了更深層次的世界結(jié)構(gòu)或機(jī)理。所以，它在理論信念、方法和技術(shù)層次的擴(kuò)張與滲透力將會(huì)比舊語(yǔ)境更強(qiáng)、更徹底。這也就是，為什么量子力學(xué)的產(chǎn)生所帶來(lái)的理論、方法與技術(shù)革命會(huì)比牛頓力學(xué)更深刻、更廣泛的原因所在。但是，前后語(yǔ)境之間的界線是連續(xù)的。這時(shí)，就像新理論是對(duì)舊理論的一種超越一樣，新語(yǔ)境也是對(duì)舊語(yǔ)境的一種超越。由于語(yǔ)境的變遷和運(yùn)動(dòng)是不斷地向著揭示世界的真實(shí)機(jī)理的方向發(fā)展的。因此，在語(yǔ)境中生成的理論也使得科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步向著不斷地逼近真理的方向進(jìn)行。本文把科學(xué)發(fā)展的這種模式稱為“語(yǔ)境生成論模式”。

這里包括兩個(gè)層次的生成，其一，理論的形成與完善是在特定的語(yǔ)境中進(jìn)行的；其二，科學(xué)進(jìn)步也是在語(yǔ)境的變更中完成的。但是，值得注意的是，強(qiáng)調(diào)語(yǔ)境化并不意味著使科學(xué)進(jìn)步成為無(wú)規(guī)則的游戲。把理論系統(tǒng)放置于特定的語(yǔ)境當(dāng)中，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的開放性和連續(xù)性。在這個(gè)意義上，語(yǔ)境論的事實(shí)也是一種客觀事實(shí)。運(yùn)用語(yǔ)境論的隱喻思考與模型化方法，不僅能夠使科學(xué)進(jìn)步過(guò)程中的微觀的邏輯結(jié)構(gòu)與宏觀的歷史背景有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，而且能夠使基本的內(nèi)在邏輯的東西在歷史的發(fā)展中內(nèi)化到新的語(yǔ)境當(dāng)中，從而使得語(yǔ)境在自然更替的同時(shí)，一方面，完成了理論知識(shí)的積累與繼承的任務(wù)；另一方面，揭示出更深層次的世界機(jī)理。所以，語(yǔ)境生成論的科學(xué)進(jìn)步模式既不會(huì)像庫(kù)恩的范式論那樣，走向相對(duì)主義，也不會(huì)像普特南那樣，走向多元真理論?？茖W(xué)進(jìn)步的語(yǔ)境生成論模式，既能夠包容相對(duì)主義的某些合理成份，又能夠堅(jiān)持實(shí)在論的立場(chǎng)。

5．結(jié)語(yǔ)

從量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)論教益中抽象出的語(yǔ)境實(shí)在論的觀點(diǎn)，是一種具有更廣泛的解釋力，并且有可能把許多觀點(diǎn)有機(jī)地融合在一起的實(shí)在論觀點(diǎn)。它不僅能夠賦予量子力學(xué)以實(shí)在論的解釋，而且為解決科學(xué)實(shí)在論面臨的許多責(zé)難，理清上世紀(jì)末圍繞“索卡爾事件”所發(fā)生的一場(chǎng)震驚西方學(xué)壇的科學(xué)大戰(zhàn)，[1] 提供了一條可能的思路。法因曾經(jīng)在《擲骰子游戲：愛因斯坦與量子論》一書中斷言“實(shí)在論已經(jīng)死了”。[2] 然而，我們通過(guò)對(duì)量子力學(xué)與實(shí)在論的分析，在放棄了傳統(tǒng)的真理符合論之后，運(yùn)用隱喻思考與模型化方法所得出的結(jié)論則是，“實(shí)在論還活著，而且活的很好”。

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

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

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

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

第7篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

   課余時(shí)間，我饒有興趣的簡(jiǎn)讀了一本暢銷全世界的科學(xué)著作——《時(shí)間簡(jiǎn)史》，其作者是當(dāng)代著名的宇宙學(xué)家、理論物理學(xué)家——斯蒂芬·威廉·霍金。這本科學(xué)著作可以說(shuō)得上是將愛因斯坦的《廣義相對(duì)論》和量子力學(xué)結(jié)合得最完美的一本書，除這點(diǎn)之外，此書還詳細(xì)地闡述了黑洞效應(yīng)和大爆炸及宇宙奇點(diǎn)問(wèn)題。

   倘若這本書以數(shù)學(xué)公式、證明過(guò)程和科學(xué)術(shù)語(yǔ)為主，那么我認(rèn)為它不可能這么暢銷全世界。這本書正是以它通俗的語(yǔ)言文字、幽默的插圖、強(qiáng)有力的論證過(guò)程和獨(dú)特的思維方式將讀者帶入廣漠無(wú)垠的宇宙，去體會(huì)黑洞邊緣的神秘，去感受大爆炸的壯闊，發(fā)人思考，引人入勝。

   《時(shí)間簡(jiǎn)史》的重點(diǎn)就是概述黑洞和宇宙奇點(diǎn)大爆炸理論，它從愛因斯坦的相對(duì)論開始一步一步的探討，補(bǔ)充了廣義相對(duì)論中的一些不足。作者認(rèn)為宇宙是從一個(gè)密度、時(shí)空曲率無(wú)限大的奇點(diǎn)通過(guò)大爆炸而開始的，在大爆炸中，物質(zhì)的溫度非常高。在隨后過(guò)去的一秒鐘中，宇宙的溫度急劇下降，下降到大約100億攝氏度，于此同時(shí)也在不斷地膨脹，就使得正電子和反電子（帶正電荷的電子）互相碰撞以此湮滅，并釋放出大量光粒子，來(lái)維護(hù)宇宙的平衡。到了后來(lái)，得以有強(qiáng)力的作用從而使物質(zhì)不斷聚攏，聚攏，這就形成了古老的星球和星際物質(zhì)。我們的地球，也是通過(guò)這樣的物質(zhì)聚攏才形成的。

   而書中的另一偉大成就是對(duì)黑洞的研究，黑洞最開始是愛因斯坦在《相對(duì)論》一書中作出的一個(gè)預(yù)測(cè)，他假設(shè)如果存在一空間的曲率非常大，物體的逃逸速度非?？欤斓竭B光也不能逃離這樣的空間。那么這樣的空間可以稱之為“黑洞”。但他認(rèn)為既然連光也不能逃離黑洞，那么我們也無(wú)法觀測(cè)到它，它名副其實(shí)是一個(gè)非常黑的洞。但霍金結(jié)合了愛因斯坦的相對(duì)論和量子理論后提出：黑洞其實(shí)不“黑”，它可以放射出正反粒子，而且它還有這很高的溫度。正因?yàn)樗派涑龅恼戳Ｗ踊ハ噤螠缌?，所以我們很難觀測(cè)到它。黑洞以極高的速度放射能量，當(dāng)能量耗盡時(shí)則會(huì)向宇宙大爆炸那樣從一個(gè)奇點(diǎn)發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸，并在宇宙中消亡。

   從這本書中我不僅獨(dú)到的是宇宙物理知識(shí)，我還讀到了一種敢于同命運(yùn)抗?fàn)?，頑強(qiáng)不屈和樂觀向上的人生態(tài)度。眾所周知，霍金出這本書時(shí)已是全身癱瘓，可以活動(dòng)的僅是3只手指。在這樣的條件下他憑著那充滿智慧與知識(shí)的大腦，毅然對(duì)宇宙發(fā)出思索，對(duì)真理發(fā)出挑戰(zhàn)。最后他成功了，出版了這傲然屹立于科學(xué)文獻(xiàn)之林的偉大著作?；艚饘?duì)于真理執(zhí)著追求的態(tài)度是一種至高的精神，也是我們每個(gè)人都要仰視的不滅光輝。

   這個(gè)暑假，讀完了《時(shí)間簡(jiǎn)史》，我才知道自己在這個(gè)物理學(xué)大師面前是有多么的渺小，斯蒂芬霍金。大師帶給我們的，是物理學(xué)的精華，根據(jù)他的文字，我有一些自己的想法。

   首先是書里面提到的思想，這種思想對(duì)于現(xiàn)代物理學(xué)的進(jìn)步有重大的意義，既將經(jīng)典廣義相對(duì)論與量子理論的結(jié)合?，F(xiàn)代物理學(xué)近百年的發(fā)展史來(lái)看，許多人都在做類似的嘗試，包括愛因斯坦他自己也在做與量子理論相和諧的相對(duì)論的延伸理論，不過(guò)他知難而退了，最后他把目光又放在了宇宙常數(shù)上，這是這個(gè)天才的失敗之處。不少人為了量子理論和相對(duì)論的和諧，做了許多邊緣學(xué)科，但我個(gè)人認(rèn)為，都不如霍金大師做的那么徹底——量子引力論，量子是物質(zhì)粒子的非連續(xù)運(yùn)動(dòng)，而所有的量子困惑都起源于這種非連續(xù)運(yùn)動(dòng)。量子理論與引力的結(jié)合，即量子引力理論，目前還處于研究階段。這種理論的歷史說(shuō)來(lái)話長(zhǎng)，著名的廣義相對(duì)論家彭羅斯在昌德拉塞卡解出Dirac方程后，和霍金一道證明了黑洞的面積定理，隨后霍金做出了黑洞熱輻射定理，既從黑洞面積的非減性能讓人自然而然的想起叫做熵的物理量，黑洞處也具有熵的`特性。

   從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，不管量子引力論是不是大統(tǒng)一理論，但它有它的意義，對(duì)物理學(xué)有很好的影響。

   霍金對(duì)于時(shí)間箭頭的描述十分有趣，讓我不禁想起曾經(jīng)尋根究底的哲學(xué)與科學(xué)理論齊頭并進(jìn)的時(shí)代，但是現(xiàn)在科學(xué)對(duì)于哲學(xué)家來(lái)說(shuō)，太具有數(shù)學(xué)化了，使得維特根斯坦都說(shuō)：哲學(xué)只剩下了分析語(yǔ)言了。

  

   由于暑假里韓教師讓我們?cè)倏匆槐緮?shù)學(xué)故事書，所以上個(gè)星期天，我就硬拉著爸爸到上海書城給我買書。我想：一向都十分熱愛數(shù)學(xué)，并且又很喜歡看書的爸爸，必須能為我挑出一本適宜我看的書。果然，爸爸立刻為我挑出了一本他中意的書——《時(shí)間簡(jiǎn)史》。

   這本《時(shí)間簡(jiǎn)史》是由著名的史蒂芬·霍金所寫的。書名叫做《時(shí)間簡(jiǎn)史》，那么書中所寫的.一切自然是和時(shí)間有關(guān)的了。為了講明時(shí)間，作者從宇宙開始寫起，而后說(shuō)到空間，而后又說(shuō)到黑洞，而后再說(shuō)到蟲洞，最終才得到了結(jié)論。書中的語(yǔ)言都充滿了知識(shí)性與專業(yè)性，讓我感到懵懵懂懂的。雖然如此，但我似乎也了解到了時(shí)間。如果讓我結(jié)合書中的話來(lái)談?wù)剷r(shí)間，那我會(huì)說(shuō)：時(shí)間確實(shí)能夠是一種物質(zhì)，因?yàn)槿f(wàn)物皆是物質(zhì)，如果時(shí)間不是物質(zhì)，它也就失去了存在的意義，但很明顯，它對(duì)于我們無(wú)比重要，我們也無(wú)法離開時(shí)間。用書中的一句深?yuàn)W經(jīng)典的話來(lái)概括時(shí)間：時(shí)間也許是不朽的，至少在我們這些生命短暫的物質(zhì)看來(lái)，那確實(shí)是不朽的，它在特定的時(shí)間和空間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)，就這樣無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)連接在一齊，變成線，變成面，就無(wú)限制地編織下去，直到宇宙的結(jié)束，如果那宇宙沒有結(jié)束，也就繼續(xù)不朽地編織下去，做那宇宙創(chuàng)造者的壽衣。

   我覺得這本書不太適合我看，畢竟我還沒有學(xué)過(guò)物理，對(duì)書中所說(shuō)的一切都還不理解，但我明白，這是一本對(duì)我們?nèi)祟悂?lái)講相當(dāng)重要的書。我想：等我長(zhǎng)大一點(diǎn)了之后，再讀一遍這本書，到時(shí)候必須能掌握書中所說(shuō)的知識(shí)。

   其實(shí)初讀《時(shí)光簡(jiǎn)史》只是正因它是霍金的著作，只是為了在閑暇之余與兄弟姐妹之間有一點(diǎn)談資罷了，不得不說(shuō)這樣的科學(xué)著作實(shí)在難懂，相比我的張愛玲，三毛，劉墉來(lái)說(shuō)卻是枯燥了一些，但它仍深深的吸引了我。將我引向了充滿幻想的未來(lái)。

   說(shuō)它單調(diào)是正因它沒有平平仄仄的語(yǔ)調(diào)，沒有風(fēng)花雪月的場(chǎng)景，沒有催人淚寫的辭藻，但他，卻擁有極嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡奶剿骺茖W(xué)的態(tài)度，以一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目谖窍蛟蹅償⑹鲋邓{(lán)的宇宙，神秘的黑洞。父親不止一次的提醒我說(shuō)我再也看不懂這么深?yuàn)W的著作，開始我還不以為然，漸漸的我發(fā)現(xiàn)我只能讀懂其中一點(diǎn)，而絕大部分仍是懵懵懂懂。

   斯蒂芬·威廉·霍金，一個(gè)極平凡的人，他正因在21歲時(shí)不幸患上了會(huì)使肌肉萎縮的盧伽雷氏癥，因此被禁錮在輪椅上，只有三根手指能夠活動(dòng)。1985年，因患肺炎做了穿氣管手術(shù)，徹底被剝奪了說(shuō)話的功能，演講和問(wèn)答只能透過(guò)語(yǔ)音合成器來(lái)完成。但他的智慧彌補(bǔ)了先天的不足，輪椅上的他還是可愛的，值得我敬佩的。30歲，他考查黑洞附近的量子效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黑洞會(huì)像黑體一樣發(fā)出輻射，其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比，這樣黑洞就會(huì)正因輻射而慢慢變小，而溫度卻越變?cè)礁?，最后以爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的好處，它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)一在一齊。

   霍金的魅力不僅僅在于他是一個(gè)充滿傳奇色彩的物理天才，也正因他是一個(gè)令人折服的生活強(qiáng)者。他不斷求索的科學(xué)精神和勇敢頑強(qiáng)的人格力量深深地吸引了每一個(gè)知道他的人?；加屑∪馕s性側(cè)索硬化癥的他，幾乎全身癱瘓，不能發(fā)音。但他仍出版了《時(shí)刻簡(jiǎn)史》，成為全球最暢銷的科普著作之一。對(duì)于這本書我實(shí)在做不出自我的評(píng)價(jià)，正因，可能在之后的幾年，我才能讀懂這本書，但是我能感受到這字里行間的一份堅(jiān)持，一份嚴(yán)謹(jǐn)，甚至一份心酸。

   其實(shí)更多的我將這本書當(dāng)作科幻小說(shuō)來(lái)看，書里就是一個(gè)未知的世界，《時(shí)刻簡(jiǎn)史》中，霍金念念不忘的就是大統(tǒng)一理論，這是愛因斯坦未盡的夢(mèng)想。霍金在本書中坦言，不能用單獨(dú)的美妙的公式描述和預(yù)測(cè)宇宙的每一件事情，正因量子理論的測(cè)不準(zhǔn)原理決定了宇宙是不確定性和確定性統(tǒng)一的。在本書中，霍金透過(guò)地圖模型來(lái)說(shuō)明宇宙的多樣性可能需要一組理論來(lái)進(jìn)行描述。

第8篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

1.1與專業(yè)必修理論課的接軌

本課程所采用的教材很多章節(jié)中展示了當(dāng)年科學(xué)家理論推演的部分原始過(guò)程(與專業(yè)課書本上所講內(nèi)容道理雖同，所采用的方法卻復(fù)雜很多)。比如在第六章第三節(jié)《狹義相對(duì)論體系的建立》當(dāng)中多處使用愛因斯坦《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》原文中的表述內(nèi)容雖然汁原味，但太過(guò)抽象，對(duì)于專業(yè)課基礎(chǔ)較為薄弱的物理系大學(xué)二年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)很難接受。而相對(duì)論理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)是大學(xué)四年級(jí)開設(shè)的《電動(dòng)力學(xué)》專業(yè)必修課的任務(wù)。筆者在講授本節(jié)課程時(shí)新課導(dǎo)入采用“鐘慢尺縮”、“雙生子佯謬”和“天上一日，地上一年”等生動(dòng)有趣的課題引入，淡化和刪除了課本上多處原文中的理論推導(dǎo)。因?yàn)檫@時(shí)學(xué)生的認(rèn)知水平所處的階段正是英國(guó)教育家懷特海所說(shuō)的浪漫階段(新奇而生動(dòng)，浪漫的遐想)，通過(guò)這樣的例子和問(wèn)題激發(fā)學(xué)生思維的火花，在同學(xué)們感知到狹義相對(duì)論的有趣事例之后，畫龍點(diǎn)睛一語(yǔ)中的般地指出這些只是狹義相對(duì)論的表面現(xiàn)象，而相對(duì)性原理———物理定律對(duì)于一切慣性系都應(yīng)具有相同的形式(協(xié)變要求)，才是它的本質(zhì)。學(xué)生的認(rèn)知水平進(jìn)入了精確階段。愛因斯坦本人在提出狹義相對(duì)論時(shí)是從電磁學(xué)入手的。學(xué)生剛剛在大學(xué)一年級(jí)學(xué)習(xí)過(guò)《電磁學(xué)》專業(yè)課，并不陌生。為了深化這一點(diǎn)認(rèn)識(shí)，筆者舉出了如下例子，引導(dǎo)學(xué)生掌握:一個(gè)點(diǎn)電荷所帶電荷量為q，靜止放置在如圖所示的位置，問(wèn)學(xué)生在圖中的靜止的A點(diǎn)處，有無(wú)電場(chǎng)和磁場(chǎng)?學(xué)生通過(guò)電磁學(xué)課上所學(xué)的“靜止電荷只能產(chǎn)生電場(chǎng)”和“運(yùn)動(dòng)電荷既產(chǎn)生電場(chǎng)又產(chǎn)生磁場(chǎng)”的知識(shí)很容易判斷A點(diǎn)有電場(chǎng)無(wú)磁場(chǎng)。筆者隨即將題設(shè)改為，點(diǎn)電荷q依然靜止不動(dòng)，A點(diǎn)以速率v向右運(yùn)動(dòng)，再問(wèn)同樣的問(wèn)題，組織學(xué)生討論、探究，在筆者的啟發(fā)下學(xué)生終于認(rèn)識(shí)到若以點(diǎn)電荷q為參考系，A點(diǎn)依然是有電場(chǎng)無(wú)磁場(chǎng)，但若以A點(diǎn)自身為參考系，由于電荷q相對(duì)于A點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)，那就變成了運(yùn)動(dòng)的電荷，所以A點(diǎn)既有電場(chǎng)，又有磁場(chǎng)。通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的例子使學(xué)生感知到專業(yè)必修課《電磁學(xué)》上所學(xué)的經(jīng)典理論對(duì)于不同的參考系竟然得出不同的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上直接給學(xué)生展示相對(duì)論電動(dòng)力學(xué)的結(jié)果。這樣學(xué)生的認(rèn)知水平便進(jìn)入了懷特海所說(shuō)的教育三階段中的綜合應(yīng)用階段。

1.2與專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的接軌

本課程所采用的教材中詳細(xì)描述了許多當(dāng)年的科學(xué)家所做的實(shí)驗(yàn)。學(xué)院開設(shè)的普通物理實(shí)驗(yàn)課程中的大部分內(nèi)容正是對(duì)這些實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)。筆者結(jié)合相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容，發(fā)掘出《物理學(xué)史》課程中與普通物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問(wèn)題(特別側(cè)重于科學(xué)方法的滲透)，既能激發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題的熱情，促使其反思實(shí)驗(yàn)課當(dāng)中處理問(wèn)題所采用各種方法的深刻含義，又能加強(qiáng)師生互動(dòng)，提高課堂效率和學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2對(duì)教材內(nèi)容順序進(jìn)行了調(diào)整

本課程教學(xué)所采用的教材是郭奕玲、沈慧君編著的由清華大學(xué)出版社出版的《物理學(xué)史》第二版。此教材體系完整，見解獨(dú)到，科學(xué)家實(shí)驗(yàn)情景描寫細(xì)致入微。但僅限于每周兩課時(shí)的情況，教師講解不可能面面俱到。為此筆者根據(jù)學(xué)生專業(yè)發(fā)展需要，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行整合、提煉，不合理的地方加以剔除，必要的知識(shí)點(diǎn)加以拓展，以更好地服務(wù)教學(xué)。本門課程的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容是前九章，后面幾章屬于介紹、略講范疇。筆者在教學(xué)過(guò)程中將第十一章《現(xiàn)代光學(xué)興起》內(nèi)容與第三章《經(jīng)典光學(xué)的發(fā)展》部分整合，題名《光學(xué)的發(fā)展》，將第十二章《天體物理學(xué)的發(fā)展》與第六章最后一節(jié)《廣義相對(duì)論的建立》內(nèi)容整合，使學(xué)生將前后知識(shí)融為一體。例如現(xiàn)階段就學(xué)生考研而言，光學(xué)專業(yè)無(wú)論從就業(yè)、考研兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)均屬于相對(duì)熱門專業(yè)。如此教學(xué)法有利于學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到光學(xué)學(xué)科的重要性，不僅促進(jìn)了《光學(xué)》專業(yè)課教學(xué)，對(duì)學(xué)生將來(lái)的綜合發(fā)展也有益處。

3將學(xué)科前沿知識(shí)和大學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)支教教學(xué)案例融入課堂教學(xué)

筆者在攻讀碩士學(xué)位時(shí)所學(xué)專業(yè)是理論物理，具體方向是量子信息和量子光學(xué)，畢業(yè)以來(lái)一直從事這個(gè)研究方向。第八章第九節(jié)《關(guān)于量子力學(xué)完備性的爭(zhēng)論》和第十節(jié)《量子電動(dòng)力學(xué)》等內(nèi)容正好與筆者的科研方向相關(guān)。故而筆者在講到這里時(shí)利用自己的專業(yè)優(yōu)勢(shì)補(bǔ)充了大量的前沿知識(shí)如“薛定諤貓態(tài)”、“壓縮相干光場(chǎng)”、“量子計(jì)算”、“量子糾纏”、“EPR佯繆”等等，充實(shí)了課堂內(nèi)容，使學(xué)生的視野從課本轉(zhuǎn)向前沿，做到“搞好科研促教學(xué)”。由于物理系屬于師范專業(yè)，絕大多數(shù)學(xué)生無(wú)論考研與否終將登臨三尺講臺(tái)。中學(xué)物理教學(xué)中若以物理學(xué)故事的形式引入，可以使教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)活潑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。物理學(xué)史課堂正好提供了這種資源。另外，物理學(xué)史集中體現(xiàn)了人類探索和逐步認(rèn)識(shí)物理世界的現(xiàn)象、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程，豐富的物理學(xué)史素材可以使中學(xué)課堂凸顯科學(xué)精神，對(duì)學(xué)生以后從事教學(xué)工作帶來(lái)益處。近年中考、高考對(duì)物理學(xué)史相關(guān)知識(shí)考察日趨增多?？茖W(xué)家思考研究問(wèn)題的很多方法對(duì)于即將登臺(tái)講課的物理專業(yè)師范生來(lái)說(shuō)具有重要意義。例如類比法是最重要的科學(xué)研究方法和教學(xué)方法之一?？茖W(xué)家拿庫(kù)侖定律類比萬(wàn)有引力定律(平方反比)，拿電力線、磁力線類比流體，拿以太類比彈性介質(zhì)等等，至為深刻。講到這里筆者結(jié)合自己的扶貧頂崗實(shí)習(xí)支教工作經(jīng)歷，列舉出實(shí)習(xí)支教大學(xué)生講課的真實(shí)案例中“類比”方法使用的例子，使得學(xué)生感知到正確使用類比方法可以將抽象的概念和生活中的實(shí)際現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)。這樣的方法不僅是新課導(dǎo)入的關(guān)鍵，也是促使中小學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程由形象到抽象，由浪漫階段轉(zhuǎn)入到精確階段的重要教學(xué)手段之一。

4結(jié)語(yǔ)

第9篇：量子力學(xué)和相對(duì)論的意義范文

關(guān)鍵詞：流形；旋量；膜層；假說(shuō)；弦

中圖分類號(hào)：O33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收錄日期：2014年4月29日

時(shí)空、物質(zhì)、訊息熵、能場(chǎng)及其作用量等是共同構(gòu)成宇宙及其萬(wàn)物的基石，這實(shí)質(zhì)上是屬于按宇宙各類各層次的相應(yīng)非絕對(duì)的密度分布的“能場(chǎng)基元”，并通過(guò)該“基元”的能子交換，在其相應(yīng)“場(chǎng)”的作用量的動(dòng)態(tài)“粘合”作用下，就組合成旋量膜層M■（.）流形的相應(yīng)分形的動(dòng)態(tài)集群的綜合，就我們所處的本重本層次宇宙域而言，從微觀的基本粒子到宏觀的星系集群，從無(wú)生命的各化學(xué)元素到有生命的各種生物群落，從按廣義及分形的理念定義看：它們皆是客觀存在的各類廣義動(dòng)態(tài)集群客體（以下簡(jiǎn)稱群體），它們皆是遵循動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的最優(yōu)演化規(guī)律；因而“群體”這一理念從廣義意義上可概括應(yīng)用于更高層次及更深層次的各重宇宙中的集群系統(tǒng)，其中也包括經(jīng)典力學(xué)定義的極限點(diǎn)；從宏觀、微觀及介觀等廣義定義，宇宙及其萬(wàn)物皆是具有內(nèi)稟混沌隨機(jī)性、綜合分形性、離散性、自組織性動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性的復(fù)雜集群系統(tǒng)，并是皆具有廣義演化進(jìn)程“（τ）”及廣義生命意義的群體M■（o）流形，但必須指出它們皆受能場(chǎng)概率密度上的既伴隨著對(duì)稱破缺結(jié)構(gòu)性，又受具有不可逆性及耗散性的非線性結(jié)構(gòu)特征的廣義性及統(tǒng)一性的各內(nèi)稟特征所約束。

進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)群體的內(nèi)稟運(yùn)動(dòng)及其演變的分析，可知反映時(shí)空拓?fù)淦迫钡谋举|(zhì)因素，是由于宇溫梯度的下降及宇宙發(fā)生相變所形成的拓?fù)淙毕?，其?shí)質(zhì)上是按“能優(yōu)律”所導(dǎo)致的基布爾機(jī)制；它也展現(xiàn)著能場(chǎng)“儲(chǔ)積及耗散”的時(shí)間“矢（τ）”特征；；宇宙及其萬(wàn)物是一個(gè)廣義統(tǒng)一并相互約束的多層多重群體，“場(chǎng)”是由“其相應(yīng)各能子（或能元）”的作用量的作用而呈現(xiàn)，也是“廣義力”效應(yīng)呈現(xiàn)；而廣義“訊息熵”卻是起著場(chǎng)作用量訊息傳遞平臺(tái)的功能，它們是該層域的“能場(chǎng)基元”或“能子”交換的物質(zhì)屬性的重要特征體現(xiàn)。

雖然廣義相對(duì)論指出，引力是時(shí)空彎曲的表現(xiàn)，但更應(yīng)指出，宇宙是既有曲率又有撓率的扭曲動(dòng)態(tài)旋量時(shí)空，其撓率張量Γ■■具有非零分量，兩者才是導(dǎo)致引力的幾何根源，但須指出：宇宙及其萬(wàn)物間的引力更是與“時(shí)空及物質(zhì)”不可分割，因?yàn)樗鼈兪蔷哂小?

引申可指出萬(wàn)有引力及各廣義力的內(nèi)稟本質(zhì)卻是受“動(dòng)態(tài)能場(chǎng)優(yōu)化律”所約束的，是暗能量與暗物質(zhì)的能場(chǎng)動(dòng)態(tài)作用的物理屬性的基礎(chǔ)；與其相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡的斥力，卻是此相應(yīng)群體內(nèi)稟熱運(yùn)動(dòng)所致，雖然宇宙在物質(zhì)混沌態(tài)形成前后，皆處于非平衡態(tài)中，但吸引與排斥卻是在其所形成的動(dòng)態(tài)平衡的理念定義下，按“能優(yōu)律”規(guī)律進(jìn)行能場(chǎng)動(dòng)態(tài)演變的同一實(shí)質(zhì)的兩個(gè)“面”的作用表達(dá)。就廣義統(tǒng)計(jì)意義，各群體是以混沌性質(zhì)的“廣義孤子”形態(tài)拓?fù)湫苛餍蜯■（.）的動(dòng)態(tài)演化狀態(tài)下存在著的；宇宙及其萬(wàn)物的層次、能級(jí)及群體本身都是以可無(wú)窮分割（但不為零），也可無(wú)限擴(kuò)展延伸（但不達(dá)到無(wú)窮大）的且從原始的無(wú)序結(jié)構(gòu)經(jīng)各層次各階段的不均勻的有序結(jié)構(gòu)這一方式進(jìn)行演化；它們皆具有諸自然內(nèi)稟特征，也符合廣義分形理念規(guī)律。因此，我們可按廣義理念通過(guò)約化及約束等條件的前提下，根據(jù)事物階段發(fā)展規(guī)律越簡(jiǎn)單越清晰的邏輯，對(duì)“群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)”建立廣義動(dòng)態(tài)演化模型，以便更好地進(jìn)一步剖析及闡明宇宙及其萬(wàn)物的內(nèi)稟演化本質(zhì)，因而現(xiàn)代有層次（0

例如，在嚴(yán)格的廣義定義下，用“動(dòng)態(tài)能場(chǎng)優(yōu)化律”中的自適應(yīng)性來(lái)補(bǔ)充達(dá)爾文自然選擇進(jìn)化論中的其他進(jìn)化因素。

又如，引入“群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)M■（.）旋量拓?fù)淞餍卫砟罴皳下什粸榱愕男繒r(shí)空概念來(lái)補(bǔ)充或解釋廣義相對(duì)論中引力及宇宙常數(shù)”入“的客觀存在性。

再如，在宇宙及萬(wàn)物可無(wú)限分割但不為零的辯證機(jī)理的約束下，可進(jìn)一步探索更深層次的群體――具有M■（.）流形的能場(chǎng)基元――能子（單位能元F（.）μ=■）的廣義物理理念及其廣義群體流形的同倫群理念等（如F（.）S[U（N）]）。

在此地，更應(yīng)進(jìn)一步明確指出各層“廣義群體”皆具有“卡一丘”時(shí)空旋量膜層廣義拓?fù)淞餍稳后wo

在M■（o）能場(chǎng)空間中過(guò)任意一點(diǎn)P（τ）皆可作o

一、群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)機(jī)理的廣義物理圖景

對(duì)宇宙及其萬(wàn)物的構(gòu)成，從19世紀(jì)到20世紀(jì)五十年代，學(xué)者們從原子、電子、夸克、中微子……各個(gè)微觀層次及從行星、星系集團(tuán)的各宏觀層次等的廣大領(lǐng)域進(jìn)行探索；當(dāng)現(xiàn)代物理學(xué)所依賴的兩大支柱相對(duì)論及量子力學(xué)，發(fā)展到廣義相對(duì)論、量子場(chǎng)論及引力量子論等領(lǐng)域時(shí)，它們相互間就產(chǎn)生了理論上無(wú)法統(tǒng)一的矛盾；在進(jìn)一步研討到更高層次的黑洞理論及更深層次的弦理論時(shí)，也就引出了對(duì)新的理論應(yīng)進(jìn)一步探索的需要，需要有一種具有簡(jiǎn)明但能予估的廣義理論去進(jìn)行過(guò)渡性的分析研究，事實(shí)上，科學(xué)及其思維總是以螺旋式的發(fā)展觀走向其真理。

表1、表2給出四種自然力及其相關(guān)粒子和質(zhì)量（以質(zhì)子質(zhì)量為單位）。（弱力的粒子有兩種可能的質(zhì)量。理論研究證明引力子應(yīng)該是沒有質(zhì)量的）。從表1和表2的三族基本粒子和自然力的概括，可提出一系列問(wèn)題，是什么機(jī)理形成的宇宙的物質(zhì)及其四種作用力？“弦”論的更深層次的組成緣由是什么？宇宙演化的動(dòng)力源泉來(lái)自何處等？（表1、表2）

從相對(duì)論堅(jiān)決拋棄了絕對(duì)普適的時(shí)空概念后，近幾年發(fā)展起來(lái)的弦理論及更深層次的M理論向我們提出了嶄新的時(shí)空幾何模型，它們預(yù)先假定了時(shí)空的存在，“弦”在其中來(lái)往振動(dòng)，其幾何形態(tài)為“卡一丘”空間，在這具有許多卷縮維的時(shí)空中產(chǎn)生了“決定著各處基本粒子和電荷的各種可能共振模式，但“弦”及“M”理論僅是理論發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，它絕不可能囊括一切力和物質(zhì)的解釋框架，也不可能存在所謂“終極理論”，更不可能有所謂“智慧設(shè)計(jì)論”作為宇宙主宰，而只能是在科學(xué)發(fā)展觀的基礎(chǔ)上螺旋式發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)階段性時(shí)代的假說(shuō)或發(fā)現(xiàn)，隨后，肯定又有更高更深層次的理論的創(chuàng)新表達(dá)，總之，建立現(xiàn)代時(shí)空應(yīng)將全宇宙時(shí)空觀作有層次的，且按內(nèi)稟螺旋時(shí)變混沌多維理論進(jìn)行分析闡述。

二、群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的數(shù)理廣義理念

上文已論述了宇宙及其萬(wàn)物是具有內(nèi)稟混沌隨機(jī)性、非線性、組合分形性及適應(yīng)性的廣義復(fù)雜系統(tǒng)，各重各層次宇宙及其萬(wàn)物皆具有卡一丘時(shí)空旋量膜層ML（.）廣義流形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特征；從按概率密度的孤子形態(tài)廣義角度看，是存在廣義“統(tǒng)一性”的內(nèi)涵本質(zhì)，因而按“群體能場(chǎng)動(dòng)態(tài)流形ML（.）”的數(shù)理內(nèi)涵，可給出其經(jīng)約化及在廣義微擾域δFsi（τ）約束條件下的廣義數(shù)模方程組及其理念：

（一）動(dòng)態(tài)旋量自然坐標(biāo)系

1、宇宙內(nèi)任意點(diǎn)“Pi（τ）”皆為該層次流形膜層δFsi（τ）曲面上一個(gè)n維變量Xμν（τ）矩陣元，且Xi（τ）本身又是更深層次ML（.）廣義流形，“τ”為該動(dòng)態(tài)能場(chǎng)基元的總能儲(chǔ)耗演化進(jìn)程，它滿足Hermite對(duì)稱空間的具有齊性K■hler流形的約束定義，在此曲面上的微擾線元：δ（dSi）2=δ（H02dQ02+H12dQ12+…+Hn2dQn2）演變成螺旋線式演化軌道而所形成的曲面滿足黎曼拓?fù)淞餍渭s束，Hi為拉密系數(shù)；Pi（τ）點(diǎn)在膜曲面上的運(yùn)動(dòng)軌跡任意微擾弧長(zhǎng)δ（dSi）應(yīng)滿足短程方程式的極小條件：

F（.）■+■■■?■=0

2、動(dòng)態(tài)能場(chǎng)廣義坐標(biāo)系用“度量矩陣”{G（.）}表達(dá)，并在矩陣群與群G（.）同構(gòu)的約束下，給出廣義旋量動(dòng)態(tài)時(shí)空群集F（.）{G（.）}來(lái)表達(dá)廣義時(shí)空，在δFsi（τ）微擾域約束下，按廣義矩陣元{Qn（τ）}的規(guī)則，并經(jīng)動(dòng)態(tài)變換F（.）變換后，可用Rn+1歐氏空間規(guī)則運(yùn)算，且δFsi（τ）域曲面上的隨機(jī)意義皆滿足{Pi（.）：∈Rn}的布朗曲面規(guī)則，如F（.）Pi（τ）矩陣基元可變換到Rn+1時(shí)空的量子力學(xué)常用矩陣元規(guī)則：

∫？■■■■'dτ=

（二）動(dòng)態(tài)能場(chǎng)坐標(biāo)度規(guī)g■。上文已給出dS2=F（.）gμνidXμdXνdτ，在動(dòng)態(tài)能場(chǎng)概念定義內(nèi)演變進(jìn)程“τ”是無(wú)靜止瞬間，所以“Pi（τ）”點(diǎn)只有動(dòng)態(tài)瞬間，按Rn+1曲面上的任意δFsi（τ）及δ（dSi）的積分就是該曲面的動(dòng)態(tài)能場(chǎng)變量總值；并且滿足下述定義：

1、Pi（τ）點(diǎn)動(dòng)態(tài)軌線實(shí)際形成螺旋管弦拓樸流形，交集：

F│■■=■fk（D）

2、度規(guī)gμνi為n階張量，動(dòng)態(tài)變換度規(guī)F（.）gμνi，適合于各層及其i曲面上的廣義度規(guī)，即：

F（.）g■=■

3、如按五維時(shí)空定義域經(jīng)F（.）變換可得P（τi）點(diǎn)在螺旋管弦微曲面δFsi上的瞬時(shí)坐標(biāo)；dx'■μ=■dX■■，（μ，ν=0，1，2）；

且Pi（τ）點(diǎn)的張量為：■│P■（τ）

4、當(dāng)按活動(dòng)標(biāo)架法，考慮歐式空間R3中的“δFsi”域，則基本形式之一為F（.）ds2=gabd■■d■■，此“δFsi”域的規(guī)范場(chǎng)――自對(duì)偶的場(chǎng)-Mills場(chǎng)（SDYM）及廣義空間曲率，所符合的楊-M方程式為：η■■+（Ak，F(xiàn)ij）=0，Rn維數(shù)為4n。

5、度規(guī)gαβ（τ）也滿足WeyL變換下的對(duì)稱性，即gαβ（0）f（σ）gαβ（σ），σ（σ1，σ2）為δFsi的曲面上所確定的每一任意點(diǎn)Pi（τ）的坐標(biāo)基元，并可與時(shí)空中每一點(diǎn)Xμν=Xμν（σ1，σ2）相聯(lián)系起來(lái)，即符合動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的內(nèi)稟螺旋度規(guī)F（.）gμνi的約束條件。

6、度規(guī)gαβ（σ）是處處滿足微分流形的黎曼結(jié)構(gòu)，即：gαβ（σx）>0，？坌（σx）∈Tx（M）切空間，σx≠0，σx∈M，因此動(dòng)態(tài)能場(chǎng)群體坐標(biāo)度規(guī)：gGμνi=F（.）gμνi│f（z），f（Z）旋量時(shí)空界面坐標(biāo)。

（三）群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的最小作用量。由質(zhì)點(diǎn)Pi（τ）任意域膜曲面上的任意微擾弧長(zhǎng)δ（dsi）所滿足的極小條件，可證得存在：位置度量矩陣度規(guī)gαβi（σi），曲面上任意線元d■=■，演化函數(shù)x■■x■■（σi），gxβi（σi）；所描述的最小作用量泛函，在n維曲面條件下得：I■[g■]=F（.）■■g■（σ■）×■?■d■σ■ 并且上式是對(duì)應(yīng)無(wú)質(zhì)量，自旋為2的能場(chǎng)基元，的能量密度，其所表征的拉格郎日函數(shù)Ls，存在極值：

Ls=■=F（.）[g■■■■■■■■]■

（四）群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的沖量。動(dòng)量張量在F（.）動(dòng)態(tài)變換算子變換下，且使X■x■（τ），gμν，g■gμνi，g■等變換可推得能場(chǎng)的沖動(dòng)張量為：TGμν=F（.）T■{F（ε，gGμν，T■？μν）}f（z）|，從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)看，一個(gè)作用量“I”對(duì)度規(guī)g■的泛函導(dǎo)數(shù)，可作為此描述動(dòng)態(tài)能場(chǎng)群體的能動(dòng)張量T■，并得表達(dá)式為：

δI=■∫d■x■■T■（xi）δg■（xi）

式中：gμνi，g■度規(guī)，d■x■■為不變體積元因子，δI是作用量無(wú)限小變分δg■■的某個(gè)線性泛函即g■（xi）g■（xi）+δμνi（xi），δI稱作用量泛函導(dǎo)數(shù)。

（五）群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的能量流。動(dòng)量流密度，n維能動(dòng)張量 f（?）Tμνi已內(nèi)稟有能流及動(dòng)量流等密度，宇宙現(xiàn)在的能量密度是：ρ■=■（■+Ho■），主要決定為非相對(duì)論性質(zhì)，式中宇宙標(biāo)度因子R（t）現(xiàn)在值Ro、哈勃常數(shù)Ho、臨界密度ρ■=■等與實(shí)測(cè)的星系質(zhì)量密度有差別。由量子電動(dòng)力學(xué)（QED），對(duì)某一層次宇宙假定只包含電子及光子，由狄拉克-溫格伯給出的能量密度，皆說(shuō)明了真實(shí)的宇宙不存在真空，由非相對(duì)論能量關(guān)系ε=■+U，及薛定鍔方程：

i ■■=（-■？塄■+U）ψ

和狹拉克能量一動(dòng)量關(guān)系及其相對(duì)論性波動(dòng)方程：

ir"■-■ψ=0

可證得“真空”是能量最低狀態(tài)；但實(shí)質(zhì)上，宇宙中到處存在著占其75%的暗物質(zhì)及暗能量，它們與組成它們的能子（即能場(chǎng)基元），基本粒子、分子、星系團(tuán)及宇宙中萬(wàn)物皆是屬于不同層次，不同能階的各類廣義群體，它們通過(guò)動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的優(yōu)化律（能優(yōu)律）組合成和諧又相互協(xié)調(diào)的宇宙整體；而“能場(chǎng)膜層”流形結(jié)構(gòu)ML（?）正是由各群體粘合集成的，從而形成多重多層宇宙的各類動(dòng)態(tài)穩(wěn)定“群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)”。

（六）動(dòng)態(tài)能場(chǎng)中動(dòng)態(tài)熵及動(dòng)態(tài)休息的演化規(guī)律。從非平衡統(tǒng)計(jì)物理的分析研究中可知Boltzmann動(dòng)態(tài)演化方程S■（t）=-k■ρ（x，k，t）|n■dГdx+S■。其中，K為Boltzmann常數(shù)，ρ■-與S■各為平衡態(tài)的系綜幾率密度和熵，另Boltzmann動(dòng)態(tài)信息演化方程式為，在6N維相空間狀態(tài)向量演化“t”時(shí)，得：

■=-？塄■'（■IXx）-V■+D？塄■■I■+Q■-■[（？塄■lnp）I■-？塄■I■]■-■■lnpI■-■■

■=-？塄■（V■I■+J■）-V■+D？塄■■I■+Q■-■（？塄■l■f■）-？塄■I■■-■■l■f■I■-■■

以上兩式說(shuō)明了，在動(dòng)態(tài)能場(chǎng)中的動(dòng)態(tài)熵及動(dòng)態(tài)信息的非線性，并與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)變量空間和傳遞過(guò)程的坐標(biāo)空間的漂移、擴(kuò)散和耗損三者有關(guān)，從而可進(jìn)一步證明“能優(yōu)律”規(guī)律對(duì)它們的制約及調(diào)控。同理，由Shamnon動(dòng)態(tài)信息演化方程?■I■（t）dadt也可證得該結(jié)論。

三、動(dòng)態(tài)能場(chǎng)流形ML （.）分形結(jié)構(gòu)猜想

各層各級(jí)Li的ML （.）流形皆具有分形結(jié)構(gòu)的內(nèi)稟旋量結(jié)構(gòu)特征，如生物的雙螺旋性基因，星系集團(tuán)的螺旋性，基本粒子自旋以及弦的旋性拓?fù)涞?；現(xiàn)給出流形ML （.）所內(nèi)稟的廣義本質(zhì)的假說(shuō)：

（一）螺線管構(gòu)態(tài) 。在微域δFsi（τ）約化，并經(jīng)F（.）變換到三維域Rn=3，存在一個(gè)曲面F（.）D，即當(dāng)有一個(gè)單位圓盤B繞軸L旋轉(zhuǎn)的半徑r>1的圓C，則其環(huán)面D為{？.ω∈xB：0≤？≤2π，ω≤1}，Φ旋轉(zhuǎn)角，ω相對(duì)B的中心位置向量，因而可定義f：D，存在交集F=■fk（D）螺線管。

（二）遵循動(dòng)力系統(tǒng)吸引子及分形吸引子的特征。即存在一個(gè)測(cè)速μ（μ（D）=1）的豪斯道夫維數(shù)：dimHμ=inf{dimμ E：μ（E）=1}。與動(dòng)力系統(tǒng)熵有聯(lián)系的映射f1f：DD的熵：V（x.∈，k）={y∈D：f■i（x）-f■i（y）〈∈，對(duì)o≤i≤k}，其中熵為：hμ（f）=■■-■10gμ（V（x.∈.k））。

（三）具有按小因子理論Hamilton系統(tǒng)可滿足穩(wěn)定性。

（四）ML（.）流形的內(nèi)稟卡―丘空間內(nèi)蘊(yùn)著其卷縮維及纏繞維dimH分形。其內(nèi)蘊(yùn)吸引子，以集：F=■fk（D），X∈D，fk（x）∈■fi（D）表征，且當(dāng)K∞時(shí)選代fk（x）趨于F的這樣一廣義分形吸引子內(nèi)涵。

（五）動(dòng)態(tài)能場(chǎng)群體的拓?fù)淞餍谓Y(jié)構(gòu)ML（.）。設(shè)群體算符GL （.），在經(jīng)能場(chǎng)相互作用n次所產(chǎn)生的“n個(gè)”群體，則形成的群集，記為：GL（.）[nIn]∑■。又設(shè)任意層次LN的流形M（.）定義記為：M■（.）=f■|V■∈∑■，式中：fv為拓?fù)渥儞Q，VL為第L層n維空間域的開集，∑■為第L層所屬的群集，再設(shè)任意群Ai，Ai∈GL（.），可定義M■（.）上面一點(diǎn)Pi皆滿足：M■（.）={P∈Rn|fi（P）}。Rn―n維歐氏空間，上式定義為在該層次L=i上所有使fi（P）成立的Pi點(diǎn)的全體，且{x|P（x）}成立（即所有P（x）成立的x全體）。

（六）對(duì)ML（.）流形的幾點(diǎn)補(bǔ)充

？在所約化的微擾域或各域?yàn)槟秤虻挠薪邕B通域，n維Tn環(huán)面。辛流形（G×Tn、W2），辛矩陣I時(shí)，則考慮的域是按小因子理論的標(biāo)準(zhǔn)Hamilton系統(tǒng)，并符合KAM系統(tǒng)，在該Fsi（τ）的約束域內(nèi)可認(rèn)為具有測(cè)度意義的動(dòng)力學(xué)有效穩(wěn)定性，且可認(rèn)為所分析的正定：Hamilton系統(tǒng)與正定的Lagrange系統(tǒng)等價(jià)。

？例如：拉氏方程■■-■=0，對(duì)此，可運(yùn)用Arud'd機(jī)制找到的擴(kuò)散軌道及變分框架，且通過(guò)此軌道可使Lagrange作用量取得局部極小的理念成立。

？在所分析的Fsi（S（τ））域內(nèi)的哈密頓系統(tǒng)函數(shù)處處存在動(dòng)力學(xué)的有效穩(wěn)定時(shí)，則可在FsiS（（τ））域內(nèi)及其粘合接成各局部及全局的各層宇宙Fsi（S（τ））域內(nèi)“能優(yōu)律一極值規(guī)律”皆客觀存在。

？在通過(guò)F（.）Fsi（s（τ））的廣義變換定義下，ML（.） 流形滿足廣義Riemann流形和Hermite流形的一切定義，且滿足K？hler流形的約束條件，及適用李代條件等。

？動(dòng)態(tài)能場(chǎng)群體集群的混沌性。設(shè)〈x，d〉或〈Xi，Xi+1〉為第Li層上微擾曲面δFsi（τ）上的度量空間。f：XiXi為映射，且Xi∈Rni，又設(shè)（Xi??）為Banach空間，則可稱：f：XiXi在Xi上混沌，約束在Devaney離散動(dòng)力系統(tǒng)意義下的混沌，即可使在微擾曲面δFsi（τ）上進(jìn)行n維實(shí)空間Rn上離散動(dòng)力系統(tǒng)的混沌。

？例按規(guī)范場(chǎng)對(duì)稱行自發(fā)破缺，可重整化的戈德斯通坡色子標(biāo)量場(chǎng)的拉氏能函LS（.）中的勢(shì)V（Φ）=■μ■■Φ■+■λΦ■，在μ■■>時(shí)，V（Φ）有極小值。

？例星系群體表面密度及其螺旋波，因?yàn)镕（.）LS=σ米（？.θ1t），并對(duì)微擾項(xiàng)，可推證得由Q'（？，Q，t）=Re{■（ω）exp[i（ωt-mθ）]}，所表達(dá)的緊卷螺旋線，其中Q（？）=A（？）ei？ω。

更由式：〈σ1，ω，v〉={■'（？），■'（？），■'（？）×exp[i（ωt-mθ+？（？））]}得星系的螺旋結(jié)構(gòu)。（附圖）

？按SU（2）×U（1）群體，弱電統(tǒng)一的規(guī)范理論在一個(gè)定域變換下的封閉動(dòng)力學(xué)體系的拉氏能密為：F（.）LS=-■F■F■+（？，Dμ，？），式中F■、F■為張量。

四、動(dòng)態(tài)能場(chǎng)“優(yōu)化算法”引介

現(xiàn)僅當(dāng)在滿足一定的約束條件及廣義約化的定義下，提出關(guān)于“場(chǎng)優(yōu)算法”中的一些概念引介，尚無(wú)法完整嚴(yán)密的提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推論。動(dòng)態(tài)能場(chǎng)優(yōu)算法的定義及方程組列如下：

（一）按約化概念，ML（.）流形微擾曲面FSi（S（τ））FSi（S）約束域內(nèi)進(jìn)行局部?jī)?yōu)化，然后經(jīng)各流形MLi（.）粘合并經(jīng)F（.）變換到該重、該層次的宇宙的旋量膜曲面的有效時(shí)空。且定義FSi（S（τ））、FSi（S）、FSi（τ）、δFSi（τ）、δFSi（t（τ））等為某域內(nèi)的微擾域，物理概念類同，僅F（.）變換有別。

（二）ML（.）流形在FSi（S）域內(nèi)，可約化具有CrX緊支集Cr函數(shù)類性質(zhì)，具有f∈Diffr（ML）的Cr同胚之全體，且{fn：n∈Z}屬離散流性質(zhì)，Xi可記實(shí)Banach空間，并在微擾函數(shù)fm（t（τ））約束下趨向于穩(wěn)定流形WS（Xi，ξ）即是ML（.）的Cr浸入子流形。在此定義下動(dòng)態(tài)能場(chǎng)按非線性動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化。

（三）ML（.）流形在FSi（.）域內(nèi)某子集合V，且f：VV為在V上是混沌，若它滿足對(duì)初始條件的敏感依賴性，信息按ML（.）流形傳遞及周期點(diǎn)在V中稠密，其意義為混沌系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)不可預(yù)測(cè)性，系統(tǒng)的不變集不能被分解及混沌系統(tǒng)的內(nèi)部規(guī)律可觀測(cè)性，并設(shè)定可選擇Logistic映射進(jìn)行仿真運(yùn)算。

（四）各類“群體”皆可約化為廣義意義下的“孤子”或“群體”等理念，在微擾域FSi（S（τ））的約束范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化尋優(yōu)，這就可按其目標(biāo)函數(shù)及約束條件等綜合所需的優(yōu)化算法進(jìn)行仿真運(yùn)算，盡可能得到“各種猜想及假說(shuō)”理念的科學(xué)證實(shí)。

（五）在微擾FSi（S（τ））的域內(nèi)一般最優(yōu)化規(guī)律是存在的，即等式約束gi（Xi）=0，Xi∈En，不等式約束hj（Xj）≥0或≤0，i=1，…m，j=1，z…r，目標(biāo)函數(shù)f（Xi），最優(yōu)值Xi=X米i處，minf（Xi）=-max（-f（Xi））等規(guī)則是存在的。

（六）在δFSi（t（τ））的域內(nèi)，由前述量子態(tài)ψ（hij，ψo(hù)）出發(fā)在三信度規(guī)hij約化的量子系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)空間模型及系統(tǒng)的狀態(tài)控制模型仍成立。

（七）在ML（.）中的δFSi（t（τ））域內(nèi)，非線性對(duì)偶理論成立： minf（Xi）=α，Xi∈D，α=β；minf（Yi）=α，Yi∈K，α=β。

（八）在此δFSi（t（τ））域內(nèi)，旋量時(shí)空中的鞍點(diǎn)特征具有螺旋曲面性質(zhì)，并服從Minimax定理，當(dāng)σ

（九）在此δFSi（t（τ））域內(nèi)，其內(nèi)的ML（.）可定義為CrX流形，r≥1，并要求dimML（.）

（十）當(dāng)從廣義F（.）n維動(dòng)態(tài)時(shí)空變換定義著手分析，則由于群體，動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的旋量流形ML（.），可證得：F（.）/：，{p∈Rn/fi（p）}表征其內(nèi)稟本質(zhì)及特征，就微擾面δFSi（τ）的量子態(tài)是為：

ψ（hij，ψo(hù)）=■d（g■）d（ψ）exp[-I（g■，ψ）]

而δI=■■d■X■■（Xi）δgμνi（Xi）

（十一）在hij約化定義為三維度規(guī)，則按量子力學(xué)原理可推得相應(yīng)薛定鍔方程式為：■/ψ（hij，ψ0）>=H/ψ（hij，ψ0）>，其中■為普朗克常數(shù)，H為哈密頓函數(shù)。

（十二）通過(guò)么正算符變換/ψ（hij，ψ0）>=X（t）/ψ（0），可推證得約化條件下的量子力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)廣義時(shí)空模型約束為：

F（.）/；，X（t（τ））=AkX（t（τ））+■BkX（t（τ））Uk（t（τ））

其中，定義矩陣為：Ak（1/ih）Ho，H=Ho+He（t（τ）），Bk=（1/ih）Hk；

Ho為群體內(nèi)部哈密頓；He（t（v））為群體外部哈密頓；AkBk為系數(shù)矩陣。H可根據(jù)warshel和Levitt提出的生物群體系統(tǒng)哈密頓求得。

（十三）同理，也可推得，星系密度的狀態(tài)模型為：

F（.）/；，X（t（τ））=Xo（X（t（τ）））+■fm（t）Xm（Xt（τ））

實(shí)際上“群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)，尤其生物界層次的群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)更是為隨機(jī)非線性系統(tǒng)，因而各類型的系數(shù)矩陣Ak、Bk、Φk、Uk、Wk等皆是在廣義意義下定義，從而由上述量子ψ（hij，ψ0）出發(fā)，可約化在三維度規(guī)hij約束的量子系綜內(nèi)的狀態(tài)空間模型及系統(tǒng)控制的狀態(tài)模型仍成立，宇宙生物界實(shí)際為混沌非線性系統(tǒng)。

（十四）當(dāng)按隨機(jī)離散系統(tǒng)考慮，則其系綜離散狀態(tài)方程式：F（.）/：；x（k+1）i=φ（k+1）iXki+BkiUki+Wki

由此可求得最優(yōu)性能指標(biāo)為：Jmin=E{v（Xki，K）}，并可最終得廣義意義下的系綜期望值：J=E{V（Xo，0）}。

（十五）由于“群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)”是隨機(jī)非線性混沌系統(tǒng)，從優(yōu)化律控制策略，其各種類型的系數(shù)矩陣，Ak、Bk、Φk、Wk等皆按各類群體廣義統(tǒng)計(jì)意義下定義，因而從能控性，能觀測(cè)性及隨機(jī)性等理念是只能從“能場(chǎng)內(nèi)稟”的極值優(yōu)化律來(lái)論述；本文是無(wú)法也不可能作出其物理，數(shù)學(xué)等意義下的論證。

就其廣義意義下的系綜期值F（.）：，τ=E{V（Xo，0）}也僅是在各種約束約化及廣義統(tǒng)計(jì)意義下才能假設(shè)成立。

（十六）生物界領(lǐng)域內(nèi)，前述模型的各處系數(shù)矩陣Ak、Bk、Φk、Uk、Wk皆是按生物生命群體本身的對(duì)“能優(yōu)律”的自適應(yīng)基因調(diào)控，通過(guò)“能優(yōu)律”對(duì)生物群體的內(nèi)稟優(yōu)化預(yù)佑，并按自適應(yīng)控制規(guī)律進(jìn)行遞推、修正等一系列的自適應(yīng)優(yōu)化算法進(jìn)行；如按自適應(yīng)能優(yōu)控制律使期望誤差∑=■0，達(dá)到極值，另外在上文中已論述了生物生命系統(tǒng)的能場(chǎng)能流及物質(zhì)流所導(dǎo)致的熵流ds等參數(shù)，其內(nèi)稟本質(zhì)受耗散結(jié)構(gòu)理論所約束，而導(dǎo)致“耗散極值最小值”，即是達(dá)到平衡時(shí)■=0，H達(dá)到極值，又其勢(shì)函數(shù)V（r）為最小值，因而可按分子動(dòng)力學(xué)及隨機(jī)動(dòng)力學(xué)模擬，經(jīng)可證，可得出此結(jié)論的合理性。

（十七）其實(shí)無(wú)論從分子動(dòng)力學(xué)或量子動(dòng)力學(xué)QM模擬，通過(guò)其勢(shì)V及經(jīng)典力學(xué)勢(shì)V的相結(jié)合，該體系總哈密頓H是滿足動(dòng)態(tài)能場(chǎng)極值得優(yōu)化律結(jié)構(gòu)，這在經(jīng)典力學(xué)中，最小作用原理s=■Ldt，已是處處滿足，并存在經(jīng)典結(jié)構(gòu)，在其演繹下，可推廣到以哈函H及拉氏能密所表征的能場(chǎng)動(dòng)態(tài)力學(xué)及動(dòng)態(tài)熱力學(xué)的“熵變”的能場(chǎng)優(yōu)化演變規(guī)律，也要演證其優(yōu)化指標(biāo)“J”極值得存在。

（十八）由此可得列出上述算法思路的結(jié)構(gòu)如下：在某些一定約束及約化條件下，可證得當(dāng)任意變量Xi是f∈Diffr（ML（.））的不動(dòng)點(diǎn)，且當(dāng)集AL（.）為f的緊不變集，則可得f的每個(gè)Cr近似拓?fù)涔曹椨趂，則f為Cr結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而當(dāng)微領(lǐng)域δFSi（t（τ））？奐ML（.）ML（.），在α∈δFSi（t（τ））處為局部Cr同胚，則可通過(guò)非線性混沌分析法，證得：f在a處局部Cr結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以ML（.）的δFSi（t（τ））的動(dòng)態(tài)能場(chǎng)局部穩(wěn)定，則通過(guò)黏合系數(shù)fi及其方式算法可推廣證得在廣義意義下的“群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)處處具有內(nèi)稟極值優(yōu)化律”的統(tǒng)計(jì)本質(zhì)。

（十九）最終可證得廣義能場(chǎng)的能優(yōu)律的廣義質(zhì)能關(guān)系式為：F（.）E（N）=F（.）ML（N）C（N）2|0

其中，廣義動(dòng)態(tài)能場(chǎng)流形ML（.）（即ML（N））正是由各層各相應(yīng)群體粘合集成為多重多層的各類動(dòng)態(tài)穩(wěn)定型群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)，在各層次系綜動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的規(guī)范相互作用下所產(chǎn)生的各基元群體密度漲落及場(chǎng)的幾何性質(zhì)產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的旋量撓曲效應(yīng)，且在各相應(yīng)層次的動(dòng)態(tài)能場(chǎng)就相應(yīng)呈現(xiàn)的各相應(yīng)的“四種自然力”效應(yīng)，即各層次力皆是各層次動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的力的不同呈現(xiàn)，并導(dǎo)致了各層群體內(nèi)稟能優(yōu)律的自然規(guī)律及其法則；如造成各種生物界基因變異而產(chǎn)生了并發(fā)展了自適應(yīng)自然選擇的演化規(guī)律的推動(dòng)力，進(jìn)而形成宇宙及其自然界的千萬(wàn)物種和萬(wàn)千演化。

宇宙及其自然界進(jìn)化動(dòng)力是由于各“N”層級(jí)群體的動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的能優(yōu)律的調(diào)控作用，各層相應(yīng)群體的動(dòng)態(tài)能場(chǎng)與其物質(zhì)是相輔相成，互不分離的，且處處呈現(xiàn)，即F（.）ML（O）？圳F（.）ML（O），泛函？啄（.）的極值效應(yīng)處處呈現(xiàn)，即引力場(chǎng)、電磁場(chǎng)、分子場(chǎng)等各物理場(chǎng)效應(yīng)皆是各廣義動(dòng)態(tài)能場(chǎng)，在該層次的能場(chǎng)效應(yīng)的呈現(xiàn)特別指出，不應(yīng)將“彎曲時(shí)空”效應(yīng)認(rèn)為是“萬(wàn)有引力”的唯一因素，而必須同時(shí)指出“宇宙間動(dòng)態(tài)能場(chǎng)”的機(jī)理作用及“場(chǎng)幾何”的物質(zhì)作用等也是造成引力、斥力、暗能量、暗物質(zhì)及今后再發(fā)現(xiàn)，再發(fā)展的新群體的基本因素，總之“o

五、各層級(jí)動(dòng)態(tài)能場(chǎng)ML（N）的量值比

從1937年狹拉克提出“大數(shù)假說(shuō)”及1917年愛因斯坦將廣義相對(duì)論應(yīng)用于宇宙學(xué)并建立物理的宇宙模型中引出“宇宙常數(shù)”疑難等問(wèn)題，就導(dǎo)致了物理理論的各種探索及發(fā)展，現(xiàn)從各層動(dòng)態(tài)能場(chǎng)ML（N）有關(guān)的相應(yīng)比值為：

（一）狹拉克大數(shù)

■？芊2.3×10■；■？芊2.3×10■

物質(zhì)粒子總數(shù)Np=■：=：■■？芊（2.6×10■）

其中，符號(hào)“：=：”表示粗糙相等，“？芊”表示近似相等。

（二）按原始最小引力黑洞和現(xiàn)今宇宙的超巨大黑洞對(duì)應(yīng)比值：

質(zhì)量比值Rm =■

？芊8.75×10■

黑洞視界比值Rr=■

？芊8.65×10■

對(duì)應(yīng)的時(shí)間比值Rt=■=■？芊8.64×10■

對(duì)應(yīng)的溫度比值RT =■=■？芊13.85×10■

對(duì)應(yīng)的黑洞質(zhì)子數(shù)比值=Rn=■=■

？芊8.72×10■

（三）按上述各相關(guān)對(duì)應(yīng)比值及狹拉克大數(shù)可知：

？Mb∝Np∝Rb∝■∝tb

？各層群體動(dòng)態(tài)能場(chǎng)ML（N）的相關(guān)量值比及相互作用相關(guān)常數(shù)比值為近似恒值。

？由此各層群體的動(dòng)態(tài)能場(chǎng)ML（N）的各參數(shù)皆是由該能場(chǎng)的內(nèi)稟內(nèi)能所定，并符合能量守恒定律。

（四）這就是由以上各值更近一步闡述并證明了宇宙學(xué)常數(shù)（宇宙常數(shù)）是存在的（約在0.65～0.7間）且等效于宇宙內(nèi)稟真空能量密度，并可見宇宙間物質(zhì)組成，雖是按不同層次，但卻是與宇宙物質(zhì)密度及真空能量密在同一數(shù)量層次層級(jí)上。

（五）核能釋放的機(jī)理本質(zhì)是該原子核層次的群體受該更深層次群體在等于及大于光速“C”對(duì)該層次核能粒子的輻射沖擊動(dòng)能并形成核能連鎖反應(yīng)所導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)能場(chǎng)能量的釋放。并且從更深層次群體能級(jí)的深入發(fā)展，定會(huì)從原子能、氫核能、中子能等產(chǎn)生更深層次的核能效應(yīng)。

（六）以上進(jìn)一步闡述并證明了宇宙學(xué)常數(shù)（即宇宙常數(shù)）是存在于0.65～0.7之間，并且等效于宇宙內(nèi)稟真空能量密度必須指出宇宙間物質(zhì)組成雖是按不同層次，但確是宇宙物質(zhì)密度與真空能量度具有同一數(shù)量級(jí)。

（七）狹拉克大數(shù)2.3×1039也是可說(shuō)明各群體間能場(chǎng)的相互作用常數(shù)之比也接近此值。

（八）而前述原始最小引力黑洞和現(xiàn)今宇宙的超巨大黑洞對(duì)應(yīng)項(xiàng)的比值也反映了群體各層次能場(chǎng)能量的比值具有內(nèi)稟比值常數(shù)的含義。

（九）各層次群體的時(shí)間t、空間s、質(zhì)量m、能量E及其他參數(shù)Zn的連乘也具有內(nèi)稟常數(shù)的含義，其規(guī)律為■tsmezn=常數(shù)。

后記

本文是假說(shuō)（猜想），是學(xué)術(shù)上的探索。從物理理念看，其論點(diǎn)是符合科學(xué)發(fā)展觀的，但從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)講，僅是廣義、統(tǒng)計(jì)概率意義上的；就其“動(dòng)態(tài)能場(chǎng)的優(yōu)化律”的普適性結(jié)論是客觀存在的。總之，僅是向科學(xué)界拋磚引玉作用，今后“動(dòng)態(tài)時(shí)空撓率”、“自適應(yīng)基因調(diào)控進(jìn)化因素”、“動(dòng)態(tài)能場(chǎng)能優(yōu)律”等的論述能被證實(shí)有可取取處一二，這就是我們所期望的了。

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