導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)和相對論的意義，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：物理本體；物理實(shí)體；量子現(xiàn)象；主觀；客觀

基金項(xiàng)目：國家社會科學(xué)基金項(xiàng)目“量子概率的哲學(xué)研究”（16BZX022）

中圖分類號：N03 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-854X（2017）06-0054-06

一、引言

時(shí)間和空間是人類所有經(jīng)驗(yàn)的背景。除去存在的事物，時(shí)間、空間什么也不是，不存在只有一件事物的時(shí)間、空間，時(shí)空是事物之間相互關(guān)系的一個(gè)方面。

人類通過感性經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知的時(shí)空，稱作經(jīng)驗(yàn)時(shí)空；以科學(xué)原理和科學(xué)方法指導(dǎo)認(rèn)知的時(shí)空是科學(xué)時(shí)空；牛頓時(shí)空、狹義相對論時(shí)空、廣義相對論時(shí)空、量子力學(xué)時(shí)空，是經(jīng)驗(yàn)時(shí)空的科學(xué)提升和科學(xué)發(fā)展，稱作物理時(shí)空①。物理時(shí)空是科學(xué)時(shí)空。描述現(xiàn)象實(shí)體的時(shí)空是現(xiàn)象時(shí)空，經(jīng)驗(yàn)時(shí)空、物理時(shí)空、科學(xué)時(shí)空均是現(xiàn)象時(shí)空。而未經(jīng)觀察的“自在實(shí)體（物理本體）”所在時(shí)空，稱為“本體時(shí)空”?！氨倔w時(shí)空”是復(fù)數(shù)的②，因此，人類實(shí)質(zhì)生活在復(fù)數(shù)時(shí)空中 。作為自然人，觀察者存在于“本體時(shí)空”，實(shí)時(shí)空是人類對時(shí)空認(rèn)識的簡化③。

主體、客體、觀察信號是人類認(rèn)知自然的三大基本要素④。一般“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”有其客觀原因，體現(xiàn)觀察信號的自然屬性對觀察者在認(rèn)知中的影響。當(dāng)把現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性轉(zhuǎn)化為時(shí)空的屬性后，就可以達(dá)到客觀描述物質(zhì)世界⑤。所謂客觀描述就是理論計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。

考慮觀察信號的客觀作用并納入時(shí)空理論的科學(xué)建構(gòu)之中，客觀描述物理現(xiàn)象，是物理學(xué)家的重要工作。一般，哲學(xué)認(rèn)知中沒有明晰“觀察信號中介作用”的客觀地位，不管“機(jī)械反映論”，還是“能動反映論”，都自動將其融入“反映論”理論體系，尤其是前者，往往容易導(dǎo)致主觀唯心主義的滋生。

狹義相對論用光對時(shí)，考慮了光對建立時(shí)空的貢獻(xiàn)；牛頓時(shí)空是對時(shí)信號速度c趨于無窮大的極限情態(tài)；考慮引力場對建立時(shí)空的影響，引力時(shí)空是彎曲的，狹義相對論的平直時(shí)空是它的局域特例。從牛頓力學(xué)到狹義相對論再到廣義相對論，時(shí)空發(fā)生了變化，但主體與描述對象的關(guān)系沒有變，主體對客體的描述是客觀的。那么是否主體對認(rèn)知對象完全沒有主觀影響？如果有，它如何產(chǎn)生，又如何消解，實(shí)現(xiàn)客觀描述物質(zhì)世界？經(jīng)典力學(xué)中，人類的處理方法是通過揭示“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其產(chǎn)生機(jī)理，在不同認(rèn)知領(lǐng)域區(qū)分描述中可以忽略的和不可忽略的，能忽略的舍棄，不能忽略的轉(zhuǎn)化成時(shí)空的屬性，實(shí)現(xiàn)客觀描述；而從牛頓力學(xué)（或相對論力學(xué)）到量子力學(xué)，時(shí)空沒有變化，描述對象具有波粒二象性，“量子現(xiàn)象的主觀依賴性”更為突出。如何消解“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，實(shí)現(xiàn)量子現(xiàn)象的客觀描述，一直是量子力學(xué)基礎(chǔ)討論的熱點(diǎn)。量子力學(xué)必須有自己的客觀描述量子現(xiàn)象的時(shí)空⑥。

量子力學(xué)時(shí)空是閔氏時(shí)空的復(fù)數(shù)拓展和推廣⑦，由此可以實(shí)現(xiàn)客觀描述量子世界。它與相對論時(shí)空有交集，也有異域。有因必有果，反之亦然，時(shí)間與因果關(guān)系等價(jià)⑧。量子力學(xué)中的非定域性，與能量、動量量子化及量子態(tài)的突變性相關(guān)聯(lián)。突變無須時(shí)間，導(dǎo)致因果鏈斷裂，與因果關(guān)聯(lián)的相互作用也被刪除，由此引進(jìn)了類空間隔。平行并存量子態(tài)的出現(xiàn)，是不遵從因果律的量子力學(xué)新表現(xiàn)；當(dāng)能量、動量和相互作用變得連續(xù)，宏觀時(shí)序得到恢復(fù)時(shí)，回到相對論時(shí)空，量子測量中“量子態(tài)和時(shí)空的坍縮”⑨ 是不同物理時(shí)空的轉(zhuǎn)換，希爾伯特空間只是它們的共同數(shù)學(xué)應(yīng)用空間⑩。

時(shí)空不是絕對的，相對時(shí)空有更廣闊的含義，人類需要擴(kuò)大對時(shí)空概念的認(rèn)知，不同的認(rèn)知層次有不同的時(shí)空對應(yīng)，復(fù)數(shù)時(shí)空更為本質(zhì)。人們不應(yīng)該將所有領(lǐng)域的物理實(shí)體歸于某一時(shí)空描述，或者用一種時(shí)空的性質(zhì)去否定另一種時(shí)空的存在。還是愛因斯坦說得好：是理論告訴我們能夠觀察到什么。當(dāng)然，新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)又將告訴人們，理論及其對應(yīng)的時(shí)空應(yīng)該如何修改和發(fā)展。理論不同時(shí)空不同，時(shí)空具有建構(gòu)特征。

二、時(shí)空的哲學(xué)認(rèn)知與物理學(xué)描述

時(shí)空是哲學(xué)的基本概念，也是物理學(xué)的基本概念。哲學(xué)認(rèn)為，時(shí)間和空間是物質(zhì)的存在形式，既不存在沒有時(shí)空的物質(zhì)，也不存在沒有物質(zhì)的時(shí)空。笛卡爾指出，空間是事物的廣延性，時(shí)間是事物的持續(xù)性；康德認(rèn)為，時(shí)空是感性材料的先天直觀形式；牛頓提出時(shí)間和空間是彼此分離，絕對不變的，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的時(shí)間自我均勻流逝；萊布尼茨說，空間是現(xiàn)象的共存序列，時(shí)間與運(yùn)動相聯(lián)系；黑格爾認(rèn)為，事物運(yùn)動的本質(zhì)是空間和時(shí)間的直接統(tǒng)一。休謨認(rèn)為，時(shí)、空上的接近和先后關(guān)系與因果性直接相關(guān)。中國的“宇”和“宙”就是空間和時(shí)間概念，它是把三維空間和一維時(shí)間概念同宇宙密切聯(lián)系在一起的最早應(yīng)用{11}。

哲學(xué)具有啟示作用，但時(shí)空概念如果不與人的社會實(shí)踐、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)理論及其數(shù)學(xué)物理方法相聯(lián)系，就只能停留在形而上，無法上升為科學(xué)理論概念。

物理學(xué)中，空間從測量和描述物體及其運(yùn)動的位置、形狀、方向中抽象出來；時(shí)間則從描述物體運(yùn)動的持續(xù)性、周期性，以及事件發(fā)生的順序、因果性中抽象出來；空間和時(shí)間的性質(zhì)，主要從物體運(yùn)動及其相互作用的各種關(guān)系和度量中表現(xiàn)出來。描述物體的運(yùn)動，先選定參照物，并在參照物上建立一個(gè)坐標(biāo)系，一般參照物被抽象成點(diǎn)，它就是坐標(biāo)系的原點(diǎn)；假定被描述物體的形體結(jié)構(gòu)對討論的問題（或?qū)⒄瘴锏臅r(shí)空）沒有影響，將物體抽象成質(zhì)點(diǎn)，討論質(zhì)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的運(yùn)動及其相關(guān)規(guī)律，這就是物理學(xué)。由此，“時(shí)空是物質(zhì)的存在形式”的哲學(xué)認(rèn)知也就轉(zhuǎn)化為人類可操作的具體物理理論描述。

可見，時(shí)空的認(rèn)知與人類的社會實(shí)踐、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)進(jìn)步直接相關(guān)，離不開物理和數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用。笛卡爾平直空間、閔可夫斯基空間、黎曼空間都已作為物理學(xué)所依托的幾何學(xué)，在牛頓力學(xué)、狹義相對論、廣義相對論中得到了充分應(yīng)用。由此，幾何學(xué)被賦予了物理意義。從牛頓力學(xué)到狹義相對論再到廣義相對論，時(shí)空發(fā)生了變化，但描述對象與觀察者之間的關(guān)系沒有變，描述是客觀的，并且描述對象都可抽象成經(jīng)典的粒子，采用質(zhì)點(diǎn)模型。量子力學(xué)不同，從牛頓力學(xué)（相對論力學(xué)）到量子力學(xué)，描述量子現(xiàn)象的時(shí)空沒有變化{12}，物理模型沒有變，但量子現(xiàn)象對觀察者有明顯的主觀依賴性，難以客觀描述微觀量子現(xiàn)象。深入分析，解決的辦法有兩種，一是更換物理模型的同時(shí)也改變物理時(shí)空，消除“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，實(shí)現(xiàn)客觀描述微觀量子客體；二是改變時(shí)空的同時(shí)，保留“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，將本體、認(rèn)識、時(shí)空融為一體，主觀納入客觀，模糊主客關(guān)系。雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)采用了第一種方法。通過場物質(zhì)球模型，把點(diǎn)模型隱藏的空間自由度釋放出來；在改變物理模型的同時(shí)，也改變了描述時(shí)空；將不是點(diǎn)的微觀客體自身的空間分布特性，轉(zhuǎn)化為描述空間的屬性，客觀描述量子客體。我們認(rèn)為，第二種方法將主觀認(rèn)識不加區(qū)分地“融入時(shí)空”，有損客觀性、科W性，量子力學(xué)時(shí)空必須是描述客觀世界的時(shí)空。物理時(shí)空需要建構(gòu)。

三、牛頓絕對時(shí)空中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

眾所周知，物理學(xué)對物體運(yùn)動狀態(tài)的描述，理應(yīng)包含參照物和被描述物體自身的時(shí)空特征，而參照物和物體自身的時(shí)空特征，必須通過觀察發(fā)現(xiàn)。觀察需要觀測信號，物體運(yùn)動狀態(tài)及其時(shí)空特征必然帶有觀測信號的烙印{13}。

“物理本體”不可直接觀察，我們觀察到的是“物理實(shí)體”{14}。參照物與研究對象都有自己對應(yīng)的物理時(shí)空，牛頓力學(xué)時(shí)空應(yīng)該是兩者的綜合，而不應(yīng)該只是參照物的時(shí)空。但是，牛頓力學(xué)中光速無窮大，在討論物體運(yùn)動時(shí)，又假設(shè)研究對象的時(shí)空結(jié)構(gòu)對討論的問題沒有影響，忽略不計(jì)，于是，研究對象抽象成了質(zhì)點(diǎn)，整個(gè)理論體系就只有與參照物聯(lián)系的時(shí)空了。

任何具體物體都不會是質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)用信號去觀察它時(shí)，物體自身的時(shí)空特征與物體的運(yùn)動狀態(tài)與觀察信號的性質(zhì)、強(qiáng)弱和傳播速度相關(guān)。質(zhì)點(diǎn)模型忽略物體自身的幾何形象及其變化，忽略運(yùn)動及觀察信號對物體自身時(shí)空特征的影響，參照物也不例外。在從參照物到坐標(biāo)系的抽象中，抽掉運(yùn)動及觀察信號對參照物時(shí)空特性的影響，就是抽掉物體運(yùn)動及觀察信號對坐標(biāo)系時(shí)空特性的影響，就是抽掉人的參與對時(shí)空認(rèn)知的影響{15}。牛頓力學(xué)時(shí)空與物體運(yùn)動及觀察者無關(guān)，絕對不變，基于絕對不動的以太之上。所以，牛頓可以把時(shí)間和空間從物質(zhì)運(yùn)動中分離出來，時(shí)間和空間也彼此分割，空間絕對不變，數(shù)學(xué)的、永遠(yuǎn)流逝的時(shí)間絕對不變{16}。哲學(xué)的時(shí)空演變成了可操作的物理時(shí)空。這是宏觀低速運(yùn)動對時(shí)空的簡化與抽象，理論與宏觀經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算相符。

相互作用實(shí)在論認(rèn)為，現(xiàn)實(shí)世界是人參與的世界，對一個(gè)研究對象的觀察，離不開主體、客體、觀察信號三個(gè)基本要素。參照物和觀察對象的運(yùn)動和變化及其時(shí)空屬性，與觀察信號的性質(zhì)相關(guān)。牛頓力學(xué)中，不是沒有現(xiàn)象對觀察主體的依賴性，而是在理論的建立中認(rèn)為影響很小，可以忽略不計(jì)。牛頓力學(xué)是“物理本體=物理實(shí)體”的力學(xué){17}。這與宏觀經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相符，在宏觀低速運(yùn)動層次實(shí)現(xiàn)了主客二分，理論被看作是對客觀實(shí)在的描述。牛頓力學(xué)中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何搭建描述背景，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在背景中運(yùn)動。二者構(gòu)成背景相關(guān)。

牛頓時(shí)空是均勻平直時(shí)空，相對勻速運(yùn)動坐標(biāo)系間的變換是伽利略變換。物理定律在伽利略換下具有協(xié)變性，相對性原理成立。

四、狹義相對論中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

狹義相對論建立之前，洛倫茲就認(rèn)為高速運(yùn)動中物體長度在運(yùn)動方向發(fā)生收縮{18}。這是他站在牛頓時(shí)空立場，承認(rèn)以太及絕對坐標(biāo)系的存在對洛倫茲變換所作的解釋。描述時(shí)空沒有變，“現(xiàn)象對觀察者出現(xiàn)了主觀依賴性”。自然現(xiàn)象失去了客觀性，這是一次認(rèn)識危機(jī)，屬19世紀(jì)末20世紀(jì)初兩朵烏云之一。

狹義相對論不同，它考慮宏觀高速運(yùn)動中觀察信號對物體時(shí)空特征的影響。愛因斯坦在“火車對時(shí)”實(shí)驗(yàn)中，他用“光”作為觀察、記錄、認(rèn)知物體時(shí)空特征的信號{19}；通過參照物到坐標(biāo)系的抽象，論證靜、動坐標(biāo)系K與K′“同時(shí)性”不同，靜、動坐標(biāo)系運(yùn)動方向時(shí)空測量單位發(fā)生了變化；將洛倫茲所稱“運(yùn)動物體自身運(yùn)動方向上的長度收縮”演變成坐標(biāo)系時(shí)空框架的屬性，還原質(zhì)點(diǎn)模型，建立相對論力學(xué)。實(shí)現(xiàn)了觀察者對觀察對象的客觀描述。

狹義相對論中質(zhì)點(diǎn)的動量、能量、位置和時(shí)間都有確定值，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動具有確定的軌跡，這一點(diǎn)與牛頓力學(xué)相同。

狹義相對論時(shí)空的另一重要物理意義是揭示了“物理本體”的客觀實(shí)在性。

牛頓力學(xué)缺少相對論不可直接觀察的靜能（m0c2，m0c）對應(yīng)物，物理本體=物理實(shí)體，哲學(xué)上的抽象時(shí)空直接過渡到牛頓物理時(shí)空。

狹義相對論不一樣，每一個(gè)物體都有一個(gè)不可直接觀察的靜能（m0c2，m0c）對應(yīng)物，它在任何靜止參考系中都是不變量，是物理實(shí)體背后的物理本體，物理本體不變，變的是mc2、mc對應(yīng)的物理實(shí)體?！拔锢肀倔w”既不是形而上的（物自體），也不是形而下的（物體），是形而中的（靜能對應(yīng)物）。它可以認(rèn)知、可以理論建構(gòu)，但又不可直接觀察。相對于牛頓，愛因斯坦相對論揭示了“物理本體”的真實(shí)存在性。“客觀物質(zhì)世界”不是思維的產(chǎn)物。

狹義相對論中，物質(zhì)告訴時(shí)空在運(yùn)動方向如何修正測量單位，時(shí)空告訴物質(zhì)如何長度收縮、時(shí)間減緩。時(shí)空具有相對性。

狹義相對論時(shí)空雖然也是均勻平直時(shí)空，但由于有上述“相對時(shí)空”的出現(xiàn)，時(shí)空度規(guī)與歐氏時(shí)空度規(guī)有明顯區(qū)別，所以稱為贗歐氏時(shí)空。

但狹義相對論仍然是只考慮光及光速的有限性對建立時(shí)空的影響，沒有考慮引力作用對建立時(shí)空的影響。如果考慮引力對時(shí)空的影響又如何呢？

五、廣義相對論中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

廣義相對論中有水星近日點(diǎn)進(jìn)動問題和光走曲線的討論。站在牛頓平直時(shí)空的立場，觀察結(jié)果與理論計(jì)算不符。這不是儀器的精度不夠，也不是操作失誤，而是理論本身的問題。因?yàn)椋ｎD力學(xué)也好，狹義相對論也好，討論引力問題，引力場對參照物和研究對象時(shí)空屬性的影響都沒有計(jì)入其中，而留在觀察者對“現(xiàn)象”的觀察、判斷之中，出現(xiàn)宇觀大尺度“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”。如果考慮引力場使時(shí)空發(fā)生彎曲，利用彎曲時(shí)空計(jì)算水星近日點(diǎn)進(jìn)動和光走曲線現(xiàn)象，“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”就變成時(shí)空的屬性?！艾F(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”就得到了“消解”，觀察現(xiàn)象與理論結(jié)果就取得了一致。這里，物質(zhì)使時(shí)空彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在彎曲時(shí)空中運(yùn)動。廣義相對論實(shí)現(xiàn)了觀察者對觀察對象的客觀描述。

廣義相對論時(shí)空是彎曲的，時(shí)空度規(guī)是變化的。

六、量子力學(xué)中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

微觀客體具有波粒二象性，同一個(gè)電子，通過雙縫表現(xiàn)為波，而打在屏幕上又表現(xiàn)為粒子，電子集波和粒子于一身，“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”更為突出。經(jīng)典力學(xué)中波動性和粒子性不能集物體于一身，量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)表現(xiàn)出深刻的矛盾。矛盾的產(chǎn)生，可能是描述微觀現(xiàn)象的時(shí)空出了問題。量子力學(xué)的研究領(lǐng)域是微觀世界，研究對象是微觀客體，不是經(jīng)典的粒子，用以觀察的信號也不是連續(xù)的光，而是量子化了的光，通過光信號建立的時(shí)空應(yīng)該與牛頓、相對論時(shí)空有所區(qū)別。而量子力學(xué)使用的還是牛頓時(shí)空、狹義相對論時(shí)空，時(shí)空沒有變，物理模型沒有變，而研究領(lǐng)域、觀察信號和研究“對象”變了。量子力學(xué)必須有自己對應(yīng)的時(shí)空，將“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，轉(zhuǎn)化為描述時(shí)空的屬性，實(shí)現(xiàn)客觀描述量子現(xiàn)象！ 雙4維時(shí)空量子力學(xué)就是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)應(yīng)運(yùn)而生的。

現(xiàn)有量子力學(xué)“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”之所以難以消解，與量子力學(xué)中的點(diǎn)模型相關(guān)。許多量子現(xiàn)象與點(diǎn)模型隱藏的空間自由度有直接聯(lián)系，但點(diǎn)模型忽略了這些自由度對產(chǎn)生微觀量子現(xiàn)象的作用和影響。我們必須將隱藏的空g自由度還原于時(shí)空，才可能正確地認(rèn)識、客觀描述量子現(xiàn)象。

可以公認(rèn)，微觀客體不是點(diǎn){20}，是一個(gè)有形客體，有一定的空間分布，不存在確定于某點(diǎn)的空間位置，這是客觀事實(shí)。理論上，牛頓時(shí)空幾何點(diǎn)位置是確定的，量子力學(xué)使用的是質(zhì)點(diǎn)模型，0 維，位置也是確定的，牛頓時(shí)空可以精確描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動。那么微觀客體空間分布的不確定性如何處理？人們只好轉(zhuǎn)而認(rèn)為點(diǎn)粒子在其“空間分布”區(qū)域位置具有概率屬性。微觀客體自身空間分布的客觀實(shí)在性在量子世界轉(zhuǎn)化成了一種主觀認(rèn)知，賦予了微觀客體“內(nèi)稟”的概率屬性，其運(yùn)動產(chǎn)生概率分布，或稱其為概率波。

這是一個(gè)認(rèn)識上的困惑，似乎量子力學(xué)描述失去了客觀實(shí)在性。這也是量子力學(xué)當(dāng)今的困境。解決困難的方法是：（一）更換點(diǎn)模型，釋放點(diǎn)模型隱藏的自由度，展示“這些自由度對產(chǎn)生微觀現(xiàn)象的貢獻(xiàn)”；（二）建立適合量子力學(xué)自身的時(shí)空，將釋放的自由度植入其中，讓“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”變成量子力學(xué)時(shí)空自身的屬性。

雙4維時(shí)空量子力學(xué)的辦法是：（一）用“轉(zhuǎn)動場物質(zhì)球”模型取代“質(zhì)點(diǎn)”模型，釋放點(diǎn)模型隱藏的空間自由度；（二）將4維實(shí)時(shí)空M4（x）拓展到雙4維復(fù)時(shí)空W（x，k），且將“釋放的空間自由度――曲率k”作為雙4維復(fù)時(shí)空的虛部坐標(biāo)；（三）4維曲率坐標(biāo)將量子力學(xué)賦予微觀客體自身的概率屬性變成量子力學(xué)復(fù)時(shí)空的幾何屬性，場物質(zhì)球自身的旋轉(zhuǎn)與運(yùn)動產(chǎn)生物質(zhì)波――物理波。

“場物質(zhì)球”與“物質(zhì)波”（類似對偶性假設(shè)）既是同一物理實(shí)在的兩種不同描述方式，更是微觀客體粒子性和波動性的統(tǒng)一，曲率的大小表示粒子性，曲率的變化表示波動性。場物質(zhì)球的物質(zhì)密度是曲率k的函數(shù)，因此，物質(zhì)波既是場物質(zhì)球的結(jié)構(gòu)波又是場物質(zhì)密度波。物質(zhì)波不是傳播能量，而是傳播場物質(zhì)球的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)密度變化，可映射成實(shí)時(shí)空M4（x）的概率分布{21}，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。

這樣，點(diǎn)模型中“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”通過“釋放的自由度”轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)空W（x，k）的屬性，物質(zhì)波傳播其中，量子現(xiàn)象是物質(zhì)波所為。

研究表明，是量子測量引入的連續(xù)作用，使雙4維時(shí)空W（x，k）全域轉(zhuǎn)換到實(shí)時(shí)空M4（x），波動形態(tài)轉(zhuǎn)變成粒子形態(tài)（“相變”），球模型轉(zhuǎn)換成點(diǎn)模型，概率屬性內(nèi)在其中，物質(zhì)波自動映射成概率波，數(shù)學(xué)處理類似表象變換{22}。

簡言之，傳統(tǒng)量子力學(xué)，微觀客體簡化成質(zhì)點(diǎn)，描述時(shí)空不變，人的主觀意識介入其中，將其空間分布特性――位置不確定性，變成點(diǎn)粒子的概率屬性，實(shí)現(xiàn)描述對象從客觀到主觀認(rèn)知的轉(zhuǎn)變，具有位置不確定性的點(diǎn)粒子，其運(yùn)動產(chǎn)生概率波；雙4維時(shí)空量子力學(xué)，微觀客體簡化成場物質(zhì)球，“空間分布具體化為幾何曲率”，空間分布特性變成曲率坐標(biāo)，仍然是從客觀到客觀，描述時(shí)空變成了復(fù)時(shí)空，曲率坐標(biāo)在其虛部，場物質(zhì)球的運(yùn)動產(chǎn)生物質(zhì)波――物理波。通過量子測量，物質(zhì)波映射成概率波，球模型演變成點(diǎn)模型，顯示概率屬性，時(shí)空內(nèi)在自動轉(zhuǎn)換，量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性消解在建構(gòu)的時(shí)空理論中。具體論證方法是：

將靜態(tài)場物質(zhì)球?qū)懗勺孕▌有问剑害?=е■，描述在復(fù)空間。ω0是常數(shù)，它的變化只與自身坐標(biāo)系時(shí)間t0相關(guān)，全空間分布（物理本體所在空間）。設(shè)建在“靜態(tài)”場物質(zhì)球上的坐標(biāo)系為K0，觀察微觀客體從靜止開始作蛩僭碩，由洛倫茲變換：

微觀客體的運(yùn)動速度不同，平面波相位不同。復(fù)相空間kμxμ即為物質(zhì)波所在時(shí)空。物質(zhì)波是物理波。

自由微觀客體的速度就是建在其上慣性坐標(biāo)系的速度，慣性系間的坐標(biāo)變換，隱藏速度突變――“超光速”概念，因?yàn)?，連續(xù)變化會引進(jìn)引力場破壞線性空間。不同慣性系中平面波之間，相位不同，類似量子力學(xué)中的不同本征態(tài)。這是相對論中的情形{24}。

但是，量子力學(xué)建立其理論體系時(shí)，把上述不同慣性系中的平面波（不同本征態(tài)，每一本征態(tài)則對應(yīng)一慣性系），通過本征態(tài)突變躍遷假設(shè)（量子分割），切斷因果聯(lián)系，形成同一時(shí)空中“同時(shí)”并存的本征態(tài)的疊加。態(tài)的躍遷不需要時(shí)間，“超光速”（非定域），將類空間隔引入量子力學(xué)時(shí)空，破壞了原有的因果關(guān)系。疊加量子態(tài)的存在，是“違背”因果律在量子力學(xué)中的新表現(xiàn)。

量子力學(xué)時(shí)空顯然不是牛頓、狹義相對論時(shí)空，但量子力學(xué)卻誤認(rèn)為量子躍遷引起的時(shí)空性質(zhì)的變化是牛頓、狹義相對論時(shí)空中的特征，這當(dāng)然會帶來不可調(diào)和的認(rèn)知矛盾。

同一微觀客體，不同本征態(tài)“同時(shí)”并存的物理狀態(tài)，從整體看，是洛倫茲協(xié)變性在量子力學(xué)中的新表現(xiàn)。突變區(qū)“超光速”，是類空空間，“不遵從”因果律；釋放光子的運(yùn)動在類光空間；而本征態(tài)自身在類時(shí)空間，微觀客體運(yùn)動速度不能超過光速，需保持因果律，物質(zhì)波討論的就是這一部分，就像相對論討論類時(shí)空間物理一樣。量子糾纏態(tài)將涉及到上述三種不同性質(zhì)物理空間量子態(tài)的轉(zhuǎn)換，有完全合理的物理機(jī)制，不需要思維的特殊作用。不過，相對論長度收縮效應(yīng)，將以物質(zhì)波波長在運(yùn)動方向上的收縮來體現(xiàn)。有了雙4維時(shí)空量子力學(xué)，量子力學(xué)與相對論就是相容的，光錐圖分析一樣適用。

相對論與量子力學(xué)的不同，關(guān)鍵在于認(rèn)知層次發(fā)生了變化，光由連續(xù)場演變成了量子場。而我們用來觀察世界的光信號直接與時(shí)空相關(guān)，光的物理性質(zhì)的變化，必然帶來物理空間性質(zhì)的變化，帶來物理模型的變化，帶來量子力學(xué)時(shí)空W（x，k）與相對論時(shí)空M4（x）之間的區(qū)別，帶來對物質(zhì)波――物理波的全新認(rèn)知。我們預(yù)言，物質(zhì)波有通訊應(yīng)用價(jià)值{25}，但與量子力學(xué)非定域性無關(guān)。

《雙4維復(fù)時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)――量子概率的時(shí)空起源》的理論實(shí)踐表明，我們的工作是可取的{26}。結(jié)論是，量子力學(xué)中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何具有概率屬性，時(shí)空告訴物質(zhì)如何作概率運(yùn)動。量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性消解在對應(yīng)的時(shí)空理論之中，實(shí)現(xiàn)了觀察者對量子現(xiàn)象的客觀描述。

雙4維時(shí)空是描述量子現(xiàn)象的物理時(shí)空，時(shí)空度規(guī)，無論實(shí)數(shù)部分，還是虛數(shù)部分，都是平直的{27}。

近年來，由于量子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，量子糾纏的物理基礎(chǔ)引起了人們的特別關(guān)注，波函數(shù)的物理本質(zhì)，量子力學(xué)的非定域性討論十分熱烈?！傲孔蝇F(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”更是討論的核心。人們甚至被量子現(xiàn)象的奇異性迷惑了，特別是，有科學(xué)家甚至認(rèn)為：“客觀世界很有可能并不存在”。世界是人臆造出來的？科學(xué)實(shí)在論者當(dāng)然不能贊成！更加深入的探討，我們將另文討論。

按照曹天予的評論，《雙4維復(fù)時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)――量子概率的時(shí)空起源》值得關(guān)注{28}。雙4維復(fù)時(shí)空與弦論、圈論比較，最大優(yōu)點(diǎn)是將時(shí)空拓展、推廣到了復(fù)數(shù)空間，數(shù)學(xué)沒有那么復(fù)雜，而物理學(xué)基礎(chǔ)卻更加堅(jiān)實(shí)、清晰。

七、結(jié)論與討論

1.“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”普遍存在于人與自然的關(guān)系之中，融入時(shí)空的只能是物理實(shí)體對時(shí)空有影響的部分，時(shí)空具有建構(gòu)特征。

2. 物質(zhì)運(yùn)動與時(shí)空的關(guān)系：牛頓力學(xué)中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何搭建運(yùn)動背景，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在背景上運(yùn)動；狹義相對論中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何修正測量單位，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在運(yùn)動方向長度收縮、時(shí)間減緩；廣義相對論中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)如何在彎曲時(shí)空中運(yùn)動；量子力學(xué)中，物質(zhì)告訴時(shí)空如何具有概率屬性，時(shí)空告訴物質(zhì)如何作概率運(yùn)動。

3. 量子力學(xué)時(shí)空是平直的，其方程是線性的，而廣義相對論時(shí)空是彎曲的，其方程是非線性的{29}。量子力學(xué)與廣義相對論的統(tǒng)一，不能機(jī)械地湊合，它們的統(tǒng)一，必須從改變時(shí)空的性質(zhì)做起，建立相應(yīng)的運(yùn)動方程，并搭起非線性空間與線性空間的相互聯(lián)絡(luò)通道。

注釋：

① 趙國求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第5頁；Cao Tian Yu， From Current Algebra to Quantum Chromodynamics： A Case for Structural Realism， Cambridge： Cambridge University Press， 2010， pp.202-241.

② Rocher Edouard， Noumenon： Elementaryentity of a Newmechanics， J. Math. Phys.， 1972， 13（12）， pp.1919-1925.

③④⑥⑦⑩{13}{15}{17}{21}{22}{24}{25}{27} w國求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第5、105、9、147、179、94、133―136、106、151、151、159、152、149頁。

⑤ 主觀與客觀：“客觀”，觀察者外在于被觀察事物；“主觀”，觀察者參與到被觀察事物當(dāng)中。 辯證唯物主義認(rèn)為主觀和客觀是對立的統(tǒng)一，客觀不依賴于主觀而獨(dú)立存在，主觀能動地反映客觀。

⑧ L?斯莫林：《通向量子引力的三條途徑》，李新洲等譯，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社2003年版，第29―33頁。

⑨ 張永德：《量子菜根譚》，清華大學(xué)出版社2012年版，第29頁；趙國求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第178頁。

{11} 馮契：《哲學(xué)大辭典》，上海辭書出版社2001年版，第1579―1582頁。

{12} 參見L?斯莫林：《物理學(xué)的困惑》，李泳譯，湖南科學(xué)技術(shù)出版社2008年版。

{14} 相互作用實(shí)在論中的基本概念：（1）物質(zhì)：外在世界的本原。（2）基本相互作用：遍指自然力，有引力，電磁、強(qiáng)、弱等力。（3）自在實(shí)體：指未經(jīng)觀察的“自然客體”（相互作用實(shí)在論中，自在實(shí)體作為物理研究對象時(shí)稱物理本體）。（4）現(xiàn)象實(shí)體：經(jīng)過觀察，系統(tǒng)的、穩(wěn)定的、深刻反映事物本質(zhì)的理性認(rèn)知物?，F(xiàn)象則表現(xiàn)自在實(shí)體非本質(zhì)的一面。（相互作用實(shí)在論中，現(xiàn)象實(shí)體作為物理研究對象時(shí)稱物理實(shí)體）。（5）觀測信號：人類認(rèn)知世界使用的探測信號。

{16} 參見伊?牛頓：《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理宇宙體系》，武漢出版社1996年版。

{18} 參見倪光炯等：《近代物理學(xué)》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1980年版。

{19} 參見A?愛因斯坦：《相對論的意義》，科學(xué)出版社1979年版；愛因斯坦等：《物理學(xué)的進(jìn)化》，周肇威譯，上海科學(xué)技術(shù)出版社1964年版。

{20} 坂田昌一：《坂田昌一科學(xué)哲學(xué)論文集》，安度譯，知識出版社2001年版，第140頁。

{23} 參見Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；趙國求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)基礎(chǔ)》，湖北科學(xué)技術(shù)出版社2016年版，第149頁。

{26} 參見Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；趙國求：《雙4維時(shí)空量子力學(xué)描述》，

《現(xiàn)代物理》2013年第5期；趙國求、李康、吳國林：《量子力學(xué)曲率詮釋論綱》，《武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)》（社會科學(xué)版）2013年第1期。

{28} 曹天予：《當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)中的庫恩挑戰(zhàn)》，《中國社會科學(xué)報(bào)》2016年5月31日。

篇2

在建立科學(xué)理論體系的過程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)、歸納和演繹工作為基礎(chǔ)。而且人們一般相信科學(xué)知識就是在這個(gè)基礎(chǔ)上產(chǎn)生和累積起來的。但只要這種認(rèn)識活動過程是為一個(gè)協(xié)調(diào)一致的目標(biāo)所固有，只要它真正屬于科學(xué)研究自我累進(jìn)的進(jìn)程，則不論其如何復(fù)雜，仍只是過程性的，而不從根本上規(guī)定科學(xué)的性質(zhì)、程序，乃至結(jié)論。這就使我們在考察復(fù)雜的科學(xué)認(rèn)識活動時(shí)，可以抽取出高于具體手段的，基本上只屬于人類心智與外在世界相聯(lián)絡(luò)的東西，即科學(xué)語言，來作為認(rèn)識的中介物。

要說明科學(xué)語言何以能成為這樣的中介，需要先對科學(xué)的認(rèn)識結(jié)構(gòu)加以分析。

作為一種形式化理論的近現(xiàn)代科學(xué)，其目的是力圖摹寫客觀實(shí)在。這種摹寫的認(rèn)識論前提是一個(gè)外在的、自為的客體和作為其思維對立面的內(nèi)在的主體間的雙重存在。這一認(rèn)識論前提在科學(xué)認(rèn)識方面衍生出一個(gè)更實(shí)用的前提，就是把客體看作是一種自在的“像”或者“結(jié)構(gòu)”（包括動態(tài)結(jié)構(gòu)，比如動力學(xué)所概括的各種關(guān)系和過程）。

這一自在的實(shí)在具有由它的“自明性”所保證的嚴(yán)格規(guī)范性。這種自明性只在涉及存在與意識的根本關(guān)系時(shí)才可能引起懷疑。而科學(xué)是以承認(rèn)這種自明性為前提的。因此科學(xué)實(shí)際就是關(guān)于具有自明性的實(shí)在的思維重構(gòu)。它必須限于處理自在的實(shí)在，因?yàn)榭茖W(xué)的嚴(yán)格規(guī)范性（主要表現(xiàn)為邏輯性）是由實(shí)在的自明性所保證的，任何超越實(shí)在的描述都會破壞這種描述的前提。這一點(diǎn)對稍后關(guān)于量子力學(xué)的討論非常重要。

上述分析表明，科學(xué)的嚴(yán)格規(guī)范性并非如有唯理論傾向的觀點(diǎn)所認(rèn)為的那樣，是來自思維，也并非如經(jīng)驗(yàn)論觀點(diǎn)所認(rèn)為的來自具體手段對經(jīng)驗(yàn)表象的操作，也并不象當(dāng)代某些科學(xué)哲學(xué)家所認(rèn)為的純粹出于主體間的共同約定?？茖W(xué)的最高規(guī)范是存在在客觀實(shí)在中的，是來自客體的自明性。一切具體手段只是以這種規(guī)范為目標(biāo)而去企及它。

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

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

二、數(shù)學(xué)語言

數(shù)學(xué)語言常常幾乎就是科學(xué)語言的同義詞。但實(shí)際上，科學(xué)語言所指的范圍遠(yuǎn)比數(shù)學(xué)語言的范圍大，否則就不會出現(xiàn)量子力學(xué)公式的解釋問題。在自然科學(xué)發(fā)生以前，數(shù)學(xué)所起的作用也還不是后世的那種對科學(xué)的敘錄。只是由于精密推理的要求所導(dǎo)致的語言理想化，才推進(jìn)了數(shù)學(xué)的應(yīng)用。但歸根究底，數(shù)學(xué)與前面說的那種合乎客觀實(shí)在的知識基元是不同的。將數(shù)學(xué)用作科學(xué)的語言，必須滿足一個(gè)條件，即數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與實(shí)在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，但這一點(diǎn)并不是顯然成立的。

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

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

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

其次，數(shù)學(xué)體系的那種嚴(yán)密性其實(shí)主要是與人類思維的屬性有關(guān)，盡管思維的嚴(yán)密性并不是一開始就注入了數(shù)學(xué)之中。如前所述，思維的嚴(yán)密性是由實(shí)在的自明性來決定的，是習(xí)得的。這就是說，數(shù)學(xué)之所以與實(shí)在的結(jié)構(gòu)相關(guān)，只是因?yàn)閿?shù)學(xué)的基礎(chǔ)確切地說來自這種結(jié)構(gòu)；而數(shù)學(xué)體系的自洽性是思維的翻版，因而是與實(shí)在的自明性同源的。

由此可見，數(shù)學(xué)與自然科學(xué)的不同僅表現(xiàn)在對于它們的結(jié)果的可靠性（或真實(shí)性）的驗(yàn)證上。也就是說，科學(xué)和數(shù)學(xué)同樣作為思維與實(shí)在相互介定的產(chǎn)物，都有可能成為對實(shí)在結(jié)構(gòu)的某種描述或“偽述”，并且都具有由實(shí)在的自明性所規(guī)定的嚴(yán)密性。但數(shù)學(xué)基本上只為邏輯自治負(fù)責(zé)，而科學(xué)卻僅僅為描述的真實(shí)性負(fù)責(zé)。

事實(shí)正是如此。數(shù)學(xué)自身并不代表真實(shí)的世界。它要成為物理學(xué)的敘錄，就必須為物理學(xué)關(guān)于實(shí)在結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息所重組。而用于重組實(shí)在圖景的每一個(gè)單元，實(shí)際上是與物理學(xué)的基本知識相一致的。如果在幾何光學(xué)中，歐幾里德幾何學(xué)不被“光線”及其傳播行為有關(guān)的概念重組，它就只是一個(gè)純粹的形式體系，而對光線的行為“不能作出斷言”。非歐幾何在現(xiàn)代物理學(xué)中的應(yīng)用也同樣說明了這一點(diǎn)。

三、物理學(xué)語言

雖然物理學(xué)是嚴(yán)格數(shù)學(xué)化的典范，但物理學(xué)語言的歷史卻比數(shù)學(xué)應(yīng)用于物理學(xué)的歷史要久遠(yuǎn)得多。

在認(rèn)識的邏輯起點(diǎn)上，僅當(dāng)認(rèn)識論關(guān)系上一個(gè)外在的、恒常的（相對于主體的運(yùn)動變化而言）對象被提煉和廓清時(shí)，才能保證一種僅僅與對象自身的內(nèi)在規(guī)定性有關(guān)的語言描述系統(tǒng)成為可能。對此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時(shí)間”、“質(zhì)料”、“運(yùn)動”等觀念。顯然，這些觀念并非來自邏輯的推導(dǎo)或數(shù)學(xué)計(jì)算，它是人類世代傳承的關(guān)于世界的知識的基元。

然后，需要對客觀實(shí)在進(jìn)行某種方式的剝離，才能使之通過語言進(jìn)入我們的觀念。一個(gè)客觀實(shí)在，比如說，一個(gè)電子，當(dāng)我們說“它”的時(shí)候，既指出了它作為離散的一個(gè)點(diǎn)（即它本身），又指出了它身處時(shí)空中的那個(gè)屬性。而后一點(diǎn)很重要，因?yàn)槲覀冋窃趶V延中才把握了它的存在，即從“它”與“其它”的關(guān)系中“找”出它來。

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

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

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

四、量子力學(xué)的語言問題

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

量子力學(xué)的情況則不同。微觀粒子從一個(gè)態(tài)躍遷到另一個(gè)態(tài)的中間過程沒有時(shí)空形式；客體的時(shí)空形式（波或粒子）取決于實(shí)驗(yàn)安排；在不觀測的情況下，其時(shí)空形式是空缺的；并且，觀測所得的客體的時(shí)空形式并不表示客體在觀測之前的狀態(tài)。這意味著，要么微觀實(shí)在并不總是具有獨(dú)立存在的時(shí)空形式，要么是人類無法從認(rèn)識的角度構(gòu)成關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式的描述。這兩種選擇都將超出現(xiàn)有的物理學(xué)語言本身，而使經(jīng)典物理學(xué)語言在用于解釋公式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)受到限制。

量子力學(xué)的這個(gè)語言問題是眾所周知的。波爾試圖通過互補(bǔ)原理和并協(xié)原理把這種限制本身上升為新觀念的基礎(chǔ)。他多次強(qiáng)調(diào)，即使古典物理學(xué)的語言是不精確的、有局限性的，我們?nèi)匀徊坏貌皇褂眠@種語言，因?yàn)槲覀儧]有別的語言。對科學(xué)理論的理解，意味著在客觀地有規(guī)律地發(fā)生的事情上，取得一致看法。而觀測和交流的全過程，是要用古典物理學(xué)來表達(dá)的。〔2〕

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

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

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

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

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

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

五、量子力學(xué)何種程度上是“革命性”的

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

正統(tǒng)的量子力學(xué)學(xué)者們都意識到應(yīng)該通過發(fā)展思維的豐富性來解決面臨的困難。他們作出的重要努力的一個(gè)方面是提出了很多與經(jīng)典物理學(xué)不同的新觀念，并希望這些新觀念能逐漸溶入人類的思想和語言。其中玻恩用大量的論述建議幾率的觀念應(yīng)該取代嚴(yán)格因果律的概念。〔7〕測不準(zhǔn)原理以及其中的廣義坐標(biāo)、廣義動量都是為粒子而設(shè)想的，卻又不能描述粒子在時(shí)空中的行為，薛定諤認(rèn)為應(yīng)該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認(rèn)為不能放棄，可以用互補(bǔ)原理來解決。玻爾還希望，波函數(shù)這樣的“新的不變量”將逐漸被人的直覺所把握，從而進(jìn)入一般知識的范圍。〔8〕這相當(dāng)于說，希望產(chǎn)生新的語言基元。

另一方面，海森堡等人提出，問題應(yīng)該通過放棄“時(shí)空的客觀過程”這種思想來解決。〔9〕這又引起了量子力學(xué)的客觀性問題。

這些努力在很大程度上是具有保守性的。

我們試把量子力學(xué)與相對論作比較。相對論的革命性主要表現(xiàn)在，通過對時(shí)間和空間的相對性的分析，建立起時(shí)間、空間和運(yùn)動的協(xié)變關(guān)系，從而推翻了絕對時(shí)空、絕對同時(shí)性等舊觀念，并代之以新的時(shí)空觀。重要的是，在這里，絕對時(shí)空和絕對同時(shí)性是從理論上作為邏輯必然而排除掉的。四維時(shí)空不變量對三維空間和一維時(shí)間的性質(zhì)依賴于觀察者的情形作了簡潔的概括，既不引起客觀性危機(jī)，又與人類的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)有著直接關(guān)聯(lián)。相對論排除了物理學(xué)內(nèi)部由于歷史和偶然因素形成的一些含混概念，并給出了更加準(zhǔn)確明晰的時(shí)空圖景。它因此而在科學(xué)語言的范圍內(nèi)進(jìn)入了一般知識。

量子力學(xué)的情況則不同。它的保守性主要表現(xiàn)在：

第一，嚴(yán)格因果律并不是從理論的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中邏輯地排除的。只是為了保護(hù)幾率波解釋，才不得不放棄嚴(yán)格因果律，這只是一種人為地避免邏輯矛盾的處理。

第二，不完全連續(xù)性、非完全決定論等觀念并沒有構(gòu)成與人類的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)的自洽的實(shí)在圖景?；パa(bǔ)原理和并協(xié)原理并沒有從理論內(nèi)部挽救出獨(dú)立存在于時(shí)空的客體的概念，又沒有證明這種概念是不必要的（如相對論之于“以太”那樣）。因此，量子力學(xué)的有關(guān)哲學(xué)解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實(shí)際上，卻由于這些從理論結(jié)構(gòu)上說是附加的解釋超出了關(guān)于實(shí)在的描述，因而破壞了以實(shí)在的自明性為保證的描述的前提。所以它實(shí)際上對觀念的豐富和發(fā)展所作的貢獻(xiàn)是有限的。

第三，量子力學(xué)內(nèi)在地不能過渡到關(guān)于個(gè)別客體的時(shí)空形式及過程的模型，使得它的反對者指責(zé)說這意味著位置和動量這樣的兩個(gè)性質(zhì)不能同時(shí)是實(shí)在的。而為了保護(hù)客觀性，它的支持者說，粒子圖像和波動圖象并不表示客體的變化，而是表示關(guān)于對象的統(tǒng)計(jì)知識的變化。〔10〕這在關(guān)于實(shí)在的時(shí)空形式及過程的科學(xué)語言中，多少有不可知論的味道。

第四，人們必須習(xí)慣地設(shè)想一種新的“實(shí)在”觀念以便把充滿矛盾的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象統(tǒng)一起來。在對客體的時(shí)空形式作抽象時(shí)，這種方法是有效的。而由于波函數(shù)對應(yīng)的不是個(gè)別客體的行為，所以大多新的“實(shí)在”幾乎都是形而上學(xué)的構(gòu)想。薛定諤和玻姆的多維實(shí)在、玻姆在闡釋哥本哈根學(xué)派觀點(diǎn)時(shí)提出的那種包含了無限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構(gòu)想。玻恩也曾表示，量子力學(xué)描述的是同一實(shí)在的排斥而又互補(bǔ)的多個(gè)影像?！?2〕這有點(diǎn)象是在物理學(xué)語言中談?wù)摗盎煸被颉疤珮O”一樣，很難說對觀念有積極的建設(shè)。

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

海森堡等人與新康德主義哲學(xué)家G·赫爾曼進(jìn)行討論時(shí)， 赫爾曼提出，在科學(xué)賴以發(fā)生的文化中，“客體”一詞之所以有意義，正在于它被實(shí)質(zhì)、因果律等范疇所規(guī)定，放棄這些范疇和它們的決定作用，就是在總體上不承認(rèn)經(jīng)驗(yàn)的可能性?！?3〕我們應(yīng)該注意到，赫爾曼所使用的“經(jīng)驗(yàn)”一詞，實(shí)際上是人類對客觀事物的廣延性和分立性的經(jīng)驗(yàn)。這種經(jīng)驗(yàn)是科學(xué)的實(shí)在圖景成立的基礎(chǔ)或真實(shí)性的保證，邏輯是它的抽象和提升。

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

如果量子力學(xué)面臨的是實(shí)在的無限可能性向語言的有限性的挑戰(zhàn)，那么問題的解決就不單單是語言問題，甚至不單單是目前形態(tài)的物理學(xué)的問題。它將涉及整個(gè)認(rèn)識活動的基礎(chǔ)。玻爾似乎是深刻地意識到這一點(diǎn)的。他說“要做比這些更多的事情完全是在我們目前的手段之外。”〔14〕他還有一句格言；“同一個(gè)正確的陳述相對立的必是一個(gè)錯(cuò)誤的陳述；但是同一個(gè)深奧的真理相對立的則可能是另一個(gè)深奧的真理。”〔15〕

參考文獻(xiàn)和注釋

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

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

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

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

篇3

[關(guān)鍵詞]量子體系對稱性守恒定律

一、引言

對稱性是自然界最普遍、最重要的特性。近代科學(xué)表明，自然界的所有重要的規(guī)律均與某種對稱性有關(guān)，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某種特殊的對稱性——所謂“規(guī)范對稱性”。實(shí)際上，對稱性的研究日趨深入，已越來越廣泛的應(yīng)用到物理學(xué)的各個(gè)分支：量子論、高能物理、相對論、原子分子物理、晶體物理、原子核物理，以及化學(xué)（分子軌道理論、配位場理論等）、生物（DNA的構(gòu)型對稱性等）和工程技術(shù)。

何謂對稱性？按照英國《韋氏國際辭典》中的定義：“對稱性乃是分界線或中央平面兩側(cè)各部分在大小、形狀和相對位置的對應(yīng)性”。這里講的是人們觀察客觀事物形體上的最直觀特征而形成的認(rèn)識，也就是所謂的幾何對稱性。

關(guān)于對稱性和守恒定律的研究一直是物理學(xué)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，對稱性與守恒定律的本質(zhì)和它們之間的關(guān)系一直是人們研究的重要內(nèi)容。在經(jīng)典力學(xué)中，從牛頓方程出發(fā)，在一定條件下可以導(dǎo)出力學(xué)量的守恒定律，粗看起來，守恒定律似乎是運(yùn)動方程的結(jié)果．但從本質(zhì)上來看，守恒定律比運(yùn)動方程更為基本，因?yàn)樗硎隽俗匀唤绲囊恍┢毡榉▌t，支配著自然界的所有過程，制約著不同領(lǐng)域的運(yùn)動方程．物理學(xué)關(guān)于對稱性探索的一個(gè)重要進(jìn)展是諾特定理的建立，定理指出，如果運(yùn)動定律在某一變換下具有不變性，必相應(yīng)地存在一條守恒定律．簡言之，物理定律的一種對稱性，對應(yīng)地存在一條守恒定律．經(jīng)典物理范圍內(nèi)的對稱性和守恒定律相聯(lián)系的諾特定理后來經(jīng)過推廣，在量子力學(xué)范圍內(nèi)也成立．在量子力學(xué)和粒子物理學(xué)中，又引入了一些新的內(nèi)部自由度,認(rèn)識了一些新的抽象空間的對稱性以及與之相應(yīng)的守恒定律，這就給解決復(fù)雜的微觀問題帶來好處，尤其現(xiàn)在根據(jù)量子體系對稱性用群論的方法處理問題，更顯優(yōu)越。

在物理學(xué)中，尤其是在理論物理學(xué)中，我們所說的對稱性指的是體系的拉格朗日量或者哈密頓量在某種變換下的不變性。這些變換一般可分為連續(xù)變換、分立變換和對于內(nèi)稟參量的變換。每一種變換下的不變性，都對應(yīng)一種守恒律，意味著存在某種不可觀測量。例如，時(shí)間平移不變性，對應(yīng)能量守恒，意味著時(shí)間的原點(diǎn)不可觀測；空間平移評議不變性，對應(yīng)動量守恒，意味著空間的絕對位置不可觀測；空間旋轉(zhuǎn)不變性，對應(yīng)角動量守恒，意味著空間的絕對方向不可觀測，等等。在物理學(xué)中對稱性與守恒定律占著重要地位,特別是三個(gè)普遍的守恒定律——動量、能量、角動量守恒，其重要性是眾所周知，并且在工程技術(shù)上也得到廣泛的應(yīng)用。因此，為了對守恒定律的物理實(shí)質(zhì)有較深刻的理解，必須研究體系的時(shí)空對稱性與守恒定律之間的關(guān)系。

本文將著重討論非相對論情形下討論量子體系的時(shí)空對稱性與三個(gè)守恒定律的關(guān)系，并在最后給出一些我們常見的對稱變換與守恒定律的簡單介紹。

二、對稱變換及其性質(zhì)

一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)的對稱性就是它的運(yùn)動規(guī)律的不變性，在經(jīng)典力學(xué)里，運(yùn)動規(guī)律由拉格朗日函數(shù)決定，因而時(shí)空對稱性表現(xiàn)為拉格朗日函數(shù)在時(shí)空變換下的不變性．在量子力學(xué)里，運(yùn)動規(guī)律是薛定諤方程，它決定于系統(tǒng)的哈密頓算符，因此，量子力學(xué)系統(tǒng)的對稱性表現(xiàn)為哈密頓算符的不變性。

對稱變換就是保持體系的哈密頓算符不變的變換．在變換S（例如空間平移、空間轉(zhuǎn)動等）下，體系的任何狀態(tài)ψ變?yōu)棣转╯）。

三、對稱變換與守恒量的關(guān)系

經(jīng)典力學(xué)中守恒量就是在運(yùn)動過程中不隨時(shí)間變化的量，從此考慮過渡到量子力學(xué)，當(dāng)是厄米算符，則表示某個(gè)力學(xué)量，而

然而,當(dāng)不是厄米算符,則就不表示力學(xué)量.但是，若為連續(xù)變換時(shí)，我們就很方便的找到了力學(xué)量守恒。

設(shè)是連續(xù)變換，于是可寫成為=1+IλF,λ為一無窮小參量，當(dāng)λ0時(shí)，為恒等變換?？紤]到除時(shí)間反演外，時(shí)空對稱變換都是幺正變換，所以

（8）式中忽略λ的高階小量，由上式看到

即F是厄米算符，F(xiàn)稱為變換算符的生成元。由此可見，當(dāng)不是厄米算符時(shí)，與某個(gè)力學(xué)量F相對應(yīng)。再根據(jù)可得

可見F是體系的一個(gè)守恒量。

從上面的討論說明，量子體系的對稱性，對應(yīng)著力學(xué)量的守恒，下面具體討論時(shí)空對稱性與動量、能量、角動量守恒。

1.空間平移不變性（空間均勻性）與動量守恒。

空間平移不變性就是指體系整體移動δr時(shí)，體系的哈密頓算符保持不變．當(dāng)沒有外場時(shí)，體系就是具有空間平移不變性。

設(shè)體系的坐標(biāo)自r平移到，那么波函數(shù)ψ(r)變換到ψ(s)(r)

2.空間旋轉(zhuǎn)不變性（空間各向同性）與角動量守恒

空間旋轉(zhuǎn)不變性就是指體系整體繞任意軸n旋δφ時(shí)，體系的哈密頓算符不變。當(dāng)體系處于中心對稱場或無外場時(shí)，體系具有空間旋轉(zhuǎn)不變性。

3.時(shí)間平移不變性與能量守恒

時(shí)間平移不變性就是指體系作時(shí)間平移時(shí)，其哈密頓算符不變。當(dāng)體系處于不變外場或沒有外場時(shí)，體系的哈密頓算符與時(shí)間無關(guān)（），體系具有時(shí)間平移不變性。

和空間平移討論類似，時(shí)間平移算符δt對波函數(shù)的作用就是使體系從態(tài)變?yōu)闀r(shí)間平移態(tài)：

同樣，將（27）式的右端在T的領(lǐng)域展開為泰勒級數(shù)

四、結(jié)語

從上面的討論我們可以看到，三個(gè)守恒定律都是由于體系的時(shí)空對稱性引起的，這說明物質(zhì)運(yùn)動與時(shí)間空間的對稱性有著密切的聯(lián)系，并且這三個(gè)守恒定律的確立為后來認(rèn)識普遍運(yùn)動規(guī)律提供了線索和啟示，曾加了我們對對稱性和守恒定律的認(rèn)識．對稱性和守恒定律之間的聯(lián)系，使我們認(rèn)識到，任何一種對稱性，或者說一種拉格朗日或哈密頓的變換不變性，都對應(yīng)著一種守恒定律和一種不可觀測量，這一結(jié)論在我們的物理研究中具有極其重要的意義，尤其是在粒子物理學(xué)和物理學(xué)中，重子數(shù)守恒、輕子數(shù)守恒和同位旋守恒等內(nèi)稟參量的守恒在我們的研究中起著重要的作用．下表中我們簡要給出一些對稱性和守恒律之間的關(guān)系。

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關(guān)鍵詞：物理師范生 ；近代物理實(shí)驗(yàn)思想； 教學(xué)理念； 滲透

引言

我國《全日制普通高級中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》要求在課程內(nèi)容上體現(xiàn)時(shí)代性、基礎(chǔ)性和選擇性：高中物理課程應(yīng)加強(qiáng)與學(xué)生生活、當(dāng)代社會及科技發(fā)展的聯(lián)系，反映當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果和新的科學(xué)思想。2002年北京師范大學(xué)的梁志國和郭玉英教授通過對我國幾種代表性的綜合報(bào)刊文獻(xiàn)中的近現(xiàn)代物理學(xué)知識進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究，分析了近現(xiàn)代物理學(xué)知識對于提高公民素質(zhì)的教育價(jià)值，呼吁在中學(xué)物理課程中加入相關(guān)的內(nèi)容。①因而在高中物理課程中都增加了很多近代物理學(xué)的知識，介紹一些物理學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。國外的一些比較流行的高中物理教材都把近代物理的基本思想寫了進(jìn)去，知識呈現(xiàn)的方式以及內(nèi)容的選取上也很有特點(diǎn)。②比如關(guān)于狹義相對論的時(shí)空觀、量子物理、量子力學(xué)、核能概念的推理模式、在挪威高中引入量子力學(xué)等內(nèi)容的研究文章都是時(shí)?？梢姷?。③

隨著近代物理知識的引入，教師自身知識素養(yǎng)與過去相比需有所提高，但是，現(xiàn)實(shí)中的問題也隨之而來。首先，浙江師范大學(xué)潘建標(biāo)在中學(xué)物理教材中的物理學(xué)前沿內(nèi)容的研究中反映出物理前沿教學(xué)中物理教師知識結(jié)構(gòu)陳舊、教學(xué)策略單一的問題。④其次，北京師范大學(xué)的王春鳳和郭玉英教授在中學(xué)物理教師關(guān)于量子力學(xué)概念的理解的研究中表明他們對于量子力學(xué)存在很多普遍性的錯(cuò)誤理解，并且表明大多數(shù)教師還是用經(jīng)典的思維方式來考慮量子力學(xué)的問題。⑤然后，西南大學(xué)的涂星火對高中物理新課程量子論和相對論內(nèi)容教學(xué)實(shí)施情況進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查研究，提到教師水平受限難于駕馭這部分內(nèi)容。⑥等等。

基于以上分析，筆者認(rèn)為物理老師除了要提高自身的知識水平，在教授近代物理知識方面需要改變教學(xué)策略，在課堂中滲透近代物理的基本思想。而物理師范生是未來的物理教師，是未來物理教師中的中流砥柱，所以這就要求物理師范生能準(zhǔn)確把握近代物理基本思想。經(jīng)過一學(xué)年的近代物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，筆者對近代物理實(shí)驗(yàn)思想對物理師范生教學(xué)理念滲透狀況有了一定的了解，也提出了自己的一些看法。

正文

一、近代物理實(shí)驗(yàn)思想對物理師范生教學(xué)觀念的滲透現(xiàn)狀

筆者常常會聽到身邊的同學(xué)們抱怨學(xué)習(xí)近代物理實(shí)驗(yàn)對于如何成為一名中學(xué)物理教師究竟有何意義。近代物理實(shí)驗(yàn)包括掃描隧道顯微鏡，鎖相放大、CT、拉曼光譜、磁共振等等，其中實(shí)驗(yàn)涉及原子物理、量子力學(xué)等多方面的知識，甚至有些脫離了經(jīng)典力學(xué)的范疇。師范生在了解每個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理以及做法時(shí)常常會遇到各種問題，但是這些問題常常得不到引導(dǎo)和解釋，因而最終被忽略。而且通常實(shí)驗(yàn)的完成以數(shù)據(jù)的處理為結(jié)尾。當(dāng)師范生回憶實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容時(shí)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果往往是記憶的全部，此外，普通物理基本思想在師范生的頭腦中是根深蒂固。

由此，筆者發(fā)現(xiàn)：首先，師范生對近代物理實(shí)驗(yàn)思想了解得不全面；其次，師范生中普遍存在著人云亦云的現(xiàn)象；然后，師范生對近代物理實(shí)驗(yàn)思想理解的深度沒有達(dá)到應(yīng)有的程度，且只是淺顯地了解到近代物理實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)涵的重要思想；最后，師范生沒有形成對與近代物理實(shí)驗(yàn)思想的個(gè)人認(rèn)識。

二、增強(qiáng)近代物理實(shí)驗(yàn)思想對物理師范生教學(xué)觀念的滲透的建議

筆者認(rèn)為可以從兩個(gè)方面入手，一方面可以從物理師范生的角度入手，另一方面可以從學(xué)校的角度入手。

從物理師范生的角度看，物理師范生可以做的改變：改善學(xué)習(xí)態(tài)度、注重自我反思關(guān)注師生間、生生間的交流與合作等等。首先，態(tài)度可以真實(shí)地反映當(dāng)前一個(gè)人的狀態(tài)。學(xué)習(xí)的態(tài)度會影響師范生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣地養(yǎng)成，還會影響師范生的學(xué)習(xí)生活，甚至影響師范生每時(shí)每刻的學(xué)習(xí)狀態(tài)。改善師范生的學(xué)習(xí)態(tài)度可以使師范生從潛意識中重視近代物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，體會近代物理實(shí)驗(yàn)的思想。其次，自我反思可以將外化近代物理實(shí)驗(yàn)思想轉(zhuǎn)化為自己內(nèi)化觀念，形成有關(guān)于近代物理實(shí)驗(yàn)的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少知識的容量，增強(qiáng)知識的記憶。師范生的自我反思可以加深對近代物理實(shí)驗(yàn)的理解和體會，使得近代物理實(shí)驗(yàn)思想深入骨髓，促進(jìn)師范生的不斷自我發(fā)展。最后，當(dāng)前新課程改革倡導(dǎo)師生間、生生間的交流與合作，有利于促進(jìn)自主學(xué)習(xí)，改善學(xué)習(xí)方式，最終提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。當(dāng)然，師范生注重師生間、生生間的交流與合作，有利于師范生理解實(shí)驗(yàn)的原理、體會研究所用到的方法以及對比前人的研究思路、全面地了解教育工作者所要傳達(dá)的教育意圖。

從學(xué)校的角度看，首先，教育工作者有針對性改善教學(xué)策略，并且教育工作者在教學(xué)中滲透近代物理實(shí)驗(yàn)思想，循序漸進(jìn)的引導(dǎo)師范生體會近代物理實(shí)驗(yàn)思想，加深師范生對其的認(rèn)識。其次，還可以改變教育工作者的評價(jià)方法，因?yàn)檫@可以激發(fā)師范生的學(xué)習(xí)興趣，提高師范生的學(xué)習(xí)熱情。（作者單位：浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院）

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篇5

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；非機(jī)械決定論；整體論；復(fù)雜性；主客體互動

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

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

經(jīng)典科學(xué)基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開創(chuàng)的，近三百年內(nèi)發(fā)展起來的一整套觀點(diǎn)、方法、學(xué)說。經(jīng)典科學(xué)世界圖景的最大特征是機(jī)械論和還原論，片面強(qiáng)調(diào)分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學(xué)派的量子力學(xué)理論三部曲：統(tǒng)計(jì)解釋—測不準(zhǔn)原理—互補(bǔ)原理所反映的主要觀點(diǎn)是：微觀粒子的各種力學(xué)量（位置、動量、能量等）的出現(xiàn)都是幾率性的；量子力學(xué)對微觀粒子運(yùn)動的幾率性描述是完備的，對幾率性的原因不需要也不可能有更深的解釋；決定論不適用于量子力學(xué)領(lǐng)域；儀器的作用同觀察對象具有不可分割性，確立了科學(xué)活動中主客體互動關(guān)系。[1]量子力學(xué)的發(fā)展從根本上改變了經(jīng)典科學(xué)世界

圖景。

一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，遵循因果加統(tǒng)計(jì)的非機(jī)械決定論

經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機(jī)械運(yùn)動的科學(xué)，機(jī)械運(yùn)動是自然界最簡單也是最普遍的運(yùn)動。說它最簡單，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動比較容易認(rèn)識，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對化。[2]機(jī)械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機(jī)械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。[3]其實(shí)，機(jī)械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對于微觀領(lǐng)域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計(jì)決定論。[4]

量子力學(xué)是對經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運(yùn)動規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機(jī)械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運(yùn)動遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，我們不能說某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。

玻恩的統(tǒng)計(jì)解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機(jī)遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時(shí)受到因果律和機(jī)遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計(jì)描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機(jī)械決定論代替了機(jī)械決定論的統(tǒng)治。

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

二、量子力學(xué)使得科學(xué)認(rèn)識方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論

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

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

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^粒子在某些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)波動性；而在另一些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能同時(shí)在一次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補(bǔ)原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動性，即波粒二象性。這就是整體論觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準(zhǔn)原理說明不能同時(shí)測量微觀粒子的動量和位置，這也說明絕不能把宏觀物體的可觀測量簡單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強(qiáng)調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強(qiáng)調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機(jī)聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動搖了還原論觀點(diǎn)。

三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

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

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

在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時(shí)的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說的，復(fù)雜性是簡單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡單性更基本，可能性比現(xiàn)實(shí)性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實(shí)來限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實(shí)；不是以既存的實(shí)體來確定演化，而是在演化中認(rèn)識和把握實(shí)體。復(fù)雜性主張考察被研究對象的復(fù)雜性，在對其作出層次與類別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強(qiáng)調(diào)的是一種整體的協(xié)同。

四、量子力學(xué)使科學(xué)活動中主客體分離邁向主客互動

經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個(gè)指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來樣子的”世界知識。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，在面對量子世界如此微小的測量對象時(shí)，成為一個(gè)難以把握的手段。因?yàn)檠芯空叩慕槿雽α孔邮澜绠a(chǎn)生了致命的干擾，使得測量中充滿了不確定性。在海森伯看來，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí)，我們就會遇到一個(gè)矛盾：我們的觀測儀器是宏觀的，可是研究對象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對我們的認(rèn)識產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時(shí)又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測的假定，從而建立了科學(xué)活動中主客體互動的關(guān)系。

例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實(shí)驗(yàn)安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實(shí)驗(yàn)安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個(gè)整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說，我們觀測的不是自然本身，而是由我們用來探索問題的方法所揭示的自然。[8]

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

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

篇6

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)類社會發(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，人類對物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識，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。我想談一談我對這個(gè)問題的一些看法和觀點(diǎn)。首先，我們來回顧一下上一個(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、原則的問題都已經(jīng)解決，剩下來的只是進(jìn)一步精確化的問題，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)的一場偉大的革命。愛因斯坦創(chuàng)立了相對論；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。

在相對論和量子力學(xué)建立起來以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類對物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識達(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。可以說，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)不會有革命性的進(jìn)展了，物理學(xué)的根本性的問題、原則問題都已經(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“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“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。一般說來，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，宏觀與微觀是相對的，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)識到強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會有新的進(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年美國的彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測結(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年日本的佐藤勝彥和美國的古斯同時(shí)提出暴脹理論。八十年代以后，英國的霍金[2,3]等人開始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無”誕生，今后在這個(gè)方向上將會繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來說，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)人對于近年來提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對宇宙的一個(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到的范圍以內(nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無數(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?，F(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，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)展起來了。近年來把這些分支學(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)一場論”；直到1967、1968年，美國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^對的總的宇宙發(fā)展過程中，各個(gè)具體過程的發(fā)展都是相對的，因而在絕對真理的長河中，人們對于在各個(gè)一定發(fā)展階段上的具體過程的認(rèn)識只具有相對的真理性。無數(shù)相對的真理之總和，就是絕對的真理。”“人們在實(shí)踐中對于真理的認(rèn)識也就永遠(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)動和變化實(shí)在太奧妙了，我們沒有認(rèn)識的問題實(shí)在太多了，我們今天對于生命科學(xué)的認(rèn)識猶如亞里斯多德時(shí)代的人們對于物理學(xué)的認(rèn)識，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)理論也只是相對真理，而不是絕對真理。應(yīng)該通過審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來探尋現(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？我們來審思一下這個(gè)問題。

1）對相對論的審思

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。愛因勞動保護(hù)坦創(chuàng)立狹義相對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)定用光信號校正不同地點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)鐘來定義“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）。為什么愛因勞動保護(hù)擔(dān)提出用光信號來校正時(shí)鐘，而不用別的信號呢？在他的論文中沒有說明這個(gè)問題，其實(shí)這是有深刻含意的。

時(shí)間、空間是物質(zhì)運(yùn)動的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運(yùn)動談?wù)摃r(shí)間、空間，在定義時(shí)空時(shí)應(yīng)該說明是關(guān)于什么運(yùn)動的時(shí)空。現(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”必須通過一定的場傳遞過去，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。如果這種場是電磁場，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)動的時(shí)空，適用于描述這種運(yùn)動。

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，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)動的四維時(shí)空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運(yùn)動的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來的運(yùn)動方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c＇。如果研究的問題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來判斷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)測量引力波是眾所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，我曾對那些實(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)過長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)該能夠探測到的話，長期的實(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)角度來考慮問題，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，后兩者是長程力。不同的相互作用是通過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)力信號取代光信號呢？我對核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個(gè)問題。如果應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號取代光信號，那么關(guān)于由弱力或強(qiáng)力引起的物質(zhì)運(yùn)動的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動的時(shí)空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運(yùn)動的時(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)該這樣來考慮問題：關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動的時(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)一起來了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動的時(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)動的時(shí)空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無論上述兩種考慮中哪一種是對的，整個(gè)物質(zhì)世界的時(shí)空將是高于四維的多維時(shí)空。對于由短程力（或只是強(qiáng)力）引起的物質(zhì)運(yùn)動，如果時(shí)空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說需要建立新的量子場論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問題既清及長程力，又涉及短程力（尤其是強(qiáng)力），則更需要建立新的理論。

1）對量子力學(xué)的審思

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場論的時(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。“發(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，就必須面對使新的理論滿足相對論協(xié)變性的難題。是否有解決問題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)?，F(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）通過審思相對論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論

篇7

>> 關(guān)于宇宙—經(jīng)驗(yàn)不夠，理論來湊 風(fēng)格不夠 配飾來湊 畫不夠，文來湊 戲不夠，雙胞胎來湊？ 飯不夠湯來湊功能不夠插件幫忙 《別讓我走》深沉不夠 愛情來湊 高質(zhì)量的秀不夠，showroom來湊 氣質(zhì)不夠設(shè)備來湊 簡聽發(fā)光耳機(jī) 凱迪拉克ATS―L：時(shí)間不夠？彈幕來湊！ 錢不夠 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 衣品來湊 孩子睡不夠 喜歡吃來湊 宇宙隊(duì)員來報(bào)到 氣血不夠 艾灸來補(bǔ) 宇宙演化的最新理論 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：中國 > 政治 > 關(guān)于宇宙—經(jīng)驗(yàn)不夠,理論來湊 關(guān)于宇宙—經(jīng)驗(yàn)不夠,理論來湊 雜志之家、寫作服務(wù)和雜志訂閱支持對公帳戶付款！安全又可靠！ document.write("作者： 澤亞·梅拉里")

申明:本網(wǎng)站內(nèi)容僅用于學(xué)術(shù)交流，如有侵犯您的權(quán)益，請及時(shí)告知我們，本站將立即刪除有關(guān)內(nèi)容。 許多研究者認(rèn)為，只有當(dāng)物理學(xué)不僅能夠解釋空間和時(shí)間的表現(xiàn)，還能解釋其起源時(shí)，它才算是完整的。

“想象一下，有一天你醒來后，突然意識到自己生活在一個(gè)電腦游戲中—”加拿大物理學(xué)家馬克·范拉姆斯東克說。這聽起來像是科幻電影，但對他來說，這個(gè)場景是思考現(xiàn)實(shí)的一種方式。如果這是真實(shí)的，“我們周圍的所有東西—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?！币簿褪钦f，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)來看，這種“全息原理”也是很奇特的。

不過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。“所有的經(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)可以包羅萬象的宏大理論，”美國物理學(xué)家阿布依·阿希提卡如是說。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年英國劍橋大學(xué)的斯蒂芬·霍金證明，黑洞周圍空間的量子效應(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，通過數(shù)學(xué)方法就可以得到廣義相對論的愛因斯坦方程，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)都能自動地生成牛頓萬有引力定律。印度宇宙學(xué)家他努·帕德馬納班也發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦方程可以寫成一種與熱力學(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。帕德馬納班正在嘗試用熱力學(xué)的方法來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)空的基石只是簡單的數(shù)學(xué)點(diǎn)，通過一條條鏈連接起來，每條鏈都從過去指向未來。每一條這樣的鏈都是因果關(guān)系的簡要表示，意味著較早的點(diǎn)會影響較晚的點(diǎn)，但反之不成立。這樣形成的網(wǎng)絡(luò)就像一棵不斷長大的樹，逐漸長成了時(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。”索爾金說，“問‘一個(gè)原子的溫度是什么？’這個(gè)問題是沒有意義的，只有對于一大堆原子，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)理論框架來估算可觀測的宇宙所包含的點(diǎn)的數(shù)目，他還推測出，這些點(diǎn)應(yīng)該都會產(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。“人們通常認(rèn)為量子引力的預(yù)言是無法檢驗(yàn)的，但這就是一個(gè)可檢驗(yàn)的例子?！庇孔右W(xué)家喬·亨森說，“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存在表面，受此現(xiàn)象啟發(fā)，美國弦理論學(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，則滿足沒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，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”（這意味著測量一個(gè)粒子會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，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，“這說明量子是最基礎(chǔ)的，時(shí)空是由其衍生出來的?！?/p>

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

【上月球種菜】人類未來能否在月球上生活？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5至10天的材料。植物的生長過程將被全程記錄并傳送回地球，以對比植物在地球與月球上的生長差異。

—中國青年報(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”巨型中微子探測器，已發(fā)現(xiàn)28個(gè)來自太陽系外的高能中微子。中微子是一種中性粒子，可不受干擾地筆直劃過宇宙，通過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

篇8

 

引言：

 

量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。這一新型通信技術(shù)是伴隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展和物理學(xué)領(lǐng)域的不斷研究而發(fā)展起來的，是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。近年來這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，以其特有的高效性和安全性等特點(diǎn)而被軍事等領(lǐng)域廣泛研究應(yīng)用，并向?qū)嵱没l(fā)展。同時(shí)，隨著社會科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，普通民眾對信息傳輸?shù)囊笠踩找嫣岣撸瑢π畔鬏數(shù)姆€(wěn)定性、安全性要求也不斷提高，因此也急需這一技術(shù)來作為對現(xiàn)有通信手段的補(bǔ)充和優(yōu)化，以不斷提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量。這種無論是來自軍事等特殊領(lǐng)域還是來自普通民眾等普通領(lǐng)域?qū)π畔鬏數(shù)母咭蠖即偈怪孔油ㄐ偶夹g(shù)不斷研究與發(fā)展，以滿足人們不斷嚴(yán)苛的通信需求。

 

一、量子通信的發(fā)展概述

 

量子通信技術(shù)是在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。量子力學(xué)誕生于1926年，是人類對微觀世界加以認(rèn)識的理論基礎(chǔ)之一。量子力學(xué)和相對論之間的不相容性在1935年被愛因斯坦、波多爾基斯和羅森論證后，約翰?貝爾于1964年提出貝爾理論，阿斯派克等人于1982年證明了超光速響應(yīng)的存在。在這一基礎(chǔ)上，美國科學(xué)家貝內(nèi)特于1993年首次提出了量子通信的概念。這一概念的提出，使愛因斯坦的量子糾纏效益開始真正發(fā)揮其威力。

 

自量子通信概念提出以后，6位來自不同國家的科學(xué)家，基于量子糾纏理論，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱形傳送的方案，這是量子通信最初的基本方案。量子隱形傳態(tài)不僅在物理學(xué)領(lǐng)域?qū)θ藗冋J(rèn)識與揭示自然界的神秘規(guī)律具有重要意義，而且可以用量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成大容量信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)原則上不可破譯的量子保密通信。

 

1997年在奧地利留學(xué)的中國青年學(xué)者潘建偉與荷蘭學(xué)者波密斯特等人合作，首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。這是國際上首次在實(shí)驗(yàn)上成功地將一個(gè)量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實(shí)驗(yàn)中傳輸?shù)闹皇潜磉_(dá)量子信息的“狀態(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。此后經(jīng)過二十多年的發(fā)展，量子通信這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展，主要涉及的領(lǐng)域包括：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。

 

二、量子通信技術(shù)簡介

 

量子通信即指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子是不可分的最小能量單位，“光量子”即為光的最小能量單位。量子通信的理論基礎(chǔ)是量子糾纏。在量子世界中，存在著一種“糾纏”效應(yīng)，所謂量子糾纏指的是兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間存在非定域、非經(jīng)典的強(qiáng)關(guān)聯(lián)。這種“糾纏”效應(yīng)能夠在兩個(gè)完全相同的某量子態(tài)粒子之間建立某種聯(lián)系，當(dāng)其中一個(gè)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)也會發(fā)生相同的變化，而且這種變化與時(shí)間和空間無關(guān)。另外由于對粒子的任何測量都會導(dǎo)致其量子態(tài)的變化，所以同時(shí)這種變化時(shí)不可能被第三者所知獲的。利用量子的糾纏效應(yīng)，我們可以進(jìn)行絕密和瞬時(shí)的通信。因此具有極大的研究價(jià)值。

 

量子密碼通信原理是基于“海森堡測不準(zhǔn)”原理的發(fā)展的。在量子物理學(xué)中“海森堡測不準(zhǔn)”原理表明，如果人們開始準(zhǔn)確了解到基本粒子動量的變化，那么也就開始喪失對該粒子位置變化的認(rèn)識。所以如果使用光去觀察基本粒子，照亮粒子的光的行為都會使之改變路線，從而無法發(fā)現(xiàn)該粒子的實(shí)際位置。因此對傳輸光子線路的竊聽會破壞原通訊路線之間的相互聯(lián)系，通訊會被終端。另外還有“單量子不可復(fù)制”定理，這是上述原理的推論，是指在不知道量子狀態(tài)的情況下復(fù)制單個(gè)量子是不可能的，因?yàn)橐獜?fù)制單個(gè)量子必須先做測量，而測量必然會改變量子狀態(tài)。根據(jù)這兩個(gè)原理，即使量子密碼不幸被獲取，也會因測量過程中對量子狀態(tài)的改變而得到一些幾乎無意義的信息。

 

量子遠(yuǎn)程傳態(tài)是經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送未知量子態(tài)。通俗來講就是將甲地的某一粒子的未知量子態(tài)在乙地的另一粒子上還原出來。因量子力學(xué)的不確定原理和量子態(tài)不可克隆原理，限制人們將原量子態(tài)的所有信息精確地全部提取出來，因此必須將原量子態(tài)的所有信息分為經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別由經(jīng)典通道和量子通道送到乙地，根據(jù)這些信息，在乙地構(gòu)造出原量子態(tài)的全貌。但這一過程并不傳輸任何的能量或物質(zhì)，只是傳輸一種量子態(tài)。

 

量子密集編碼是用量子通道傳送經(jīng)典比特，即使用量子糾纏現(xiàn)象可以實(shí)現(xiàn)只傳送一個(gè)量子比特，而傳送兩個(gè)比特的經(jīng)典信息。具體方法是信息的傳送者(Alice)和接受者(Bob)各擁有處于最大糾纏態(tài)中的一個(gè)粒子，Alice可以對她手中的粒子施加四種可能的幺正變換以編碼兩個(gè)比特的經(jīng)典信息，由于兩個(gè)粒子處于糾纏態(tài)，對一個(gè)粒子的任何操作都會對另一個(gè)粒子產(chǎn)生影響，引起另一個(gè)粒子的態(tài)發(fā)生相應(yīng)的變化。Alice對它的糾纏粒子施加幺正變換后，兩系統(tǒng)處于四個(gè)Bell基態(tài)之一，為了使Bob能讀出Alice編碼的信息，Alice必須再把她的粒子傳送給Bob，Bob再對兩個(gè)粒子實(shí)施聯(lián)合Bell 基測量，測量結(jié)果可使Bob提出2比特的經(jīng)典信息，在這過程中，Alice僅傳送給Bob一個(gè)粒子，但卻能成功的傳送2比特的經(jīng)典信息，這就是所謂的“密集編碼”。

 

三、量子通信技術(shù)的發(fā)展前景

 

量子通信技術(shù)依托于發(fā)達(dá)的現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)的量子技術(shù)而發(fā)展起來的，以其獨(dú)特的優(yōu)勢而被廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比較，量子通信具有抗干擾力強(qiáng)、保密性高、傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)。因此，它的發(fā)展應(yīng)用前景很廣闊。一方面，在國家政府和軍事領(lǐng)域，由于其保密性極高，幾乎不可能被敵方破譯，且這種量子通信技術(shù)能夠抵御未來量子計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來的威脅，因此會被不斷研究和應(yīng)用。另一方面，在民用通信技術(shù)領(lǐng)域，早在2009年9月，中國科技大學(xué)組建了世界上首個(gè)5節(jié)點(diǎn)的全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)語音量子保密通信。“城域量子通信網(wǎng)絡(luò)”使得城市范圍的安全量子通信網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)。因此，量子通信在未來的民用領(lǐng)域也將被廣泛研究應(yīng)用。

 

結(jié)語

 

量子通信是通信技術(shù)的又一次劃時(shí)代革命，與目前采用的傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，量子通信在保密性、通信容量、通信時(shí)效等方面都具有十分明顯的優(yōu)勢，是未來通信發(fā)展的主要方向。雖然量子通信有著廣闊的應(yīng)用前景，但在單元技術(shù)和理論方面還有許多需要解決的問題。在信息產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)重要組成部分的今天，需要在量子通信這一領(lǐng)域繼續(xù)加大投入和研究力度，為進(jìn)入量子通信時(shí)代打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，不斷服務(wù)于現(xiàn)代人類的發(fā)展需求。

篇9

   浩瀚的宇宙，神秘的地球，在《時(shí)間簡史》之后，一個(gè)個(gè)揭開了神秘的面紗。

   斯蒂芬·霍金，《時(shí)間簡史》的作者。他面對困難，沒有恐懼，戰(zhàn)勝疾病，創(chuàng)造奇跡。他讓我們知道缺陷不是成功的障礙，他用他的一生來實(shí)現(xiàn)他的諾言，他為熱愛著的科奮斗一生。我們可以說，霍金是20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家。

   拿著這個(gè)沉重的，裝滿了知識的書，我仔細(xì)地看著它。首先映入眼簾的，是一個(gè)大鐘表，橢圓形的表盤，中間凹得很深，無盡的時(shí)間應(yīng)該是它的代表。我原以為這本世界聞名的科普書會枯燥乏味，也許還會有點(diǎn)費(fèi)力，但現(xiàn)在我不得不改變自己的想法了。

   霍金先生把復(fù)雜難懂的句子變成幽默的語言，幫助你快速理解宇宙的知識和奧秘。

   我深深地記得霍金先生的名言，那就是“人如果沒有夢想，無異于死掉”。是的，霍金先生被限制在輪椅上多年，但他的思想仍然活躍。它飛出地球，飛出太陽系，飛出銀河系，甚至飛進(jìn)上百億光年之外的宇宙深處。

   霍金先生以各種各樣的原因來避免外界的干擾，經(jīng)常在自己的房間里獨(dú)自思考宇宙的命運(yùn)。他可以為他的夢想和事業(yè)做出任何犧牲和放棄，他現(xiàn)在所享有的輝煌成就，不是用汗水和心血換來的嗎？

   讀完這本書，讓我開闊了視野，我現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)我只有一些知識是多么的渺小。它讓我愛上了神秘的宇宙，感受到了科學(xué)的魅力。科學(xué)就是力量，進(jìn)入21世紀(jì)，我們將如何加強(qiáng)國力，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，使中國在東方站穩(wěn)腳跟？答案是科學(xué)。

   關(guān)于霍金《時(shí)間簡史》讀書筆記范文

   其實(shí)初讀《時(shí)光簡史》只是因?yàn)樗腔艚鸬闹鳎皇菫榱嗽陂e暇之余與朋友之間有一點(diǎn)談資罷了，不得不說這樣的科學(xué)著作實(shí)在難懂，相比我的張愛玲，三毛，劉墉來說卻是枯燥了一些，但它仍深深的吸引了我。將我引向了充滿幻想的未來。

   說它單調(diào)是因?yàn)樗鼪]有平平仄仄的語調(diào)，沒有風(fēng)花雪月的場景，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)目谖窍蛭覀償⑹鲋邓{(lán)的宇宙，神秘的黑洞。爸爸不止一次的提醒我說我再也看不懂這么深奧的著作，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，他因?yàn)樵?1歲時(shí)不幸患上了會使肌肉萎縮的盧伽雷氏癥，所以被禁錮在輪椅上，只有三根手指可以活動。1985年，因患肺炎做了穿氣管手術(shù)，徹底被剝奪了說話的功能，演講和問答只能通過語音合成器來完成。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，這樣黑洞就會因?yàn)檩椛涠冃?，而溫度卻越變越高，最后以爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義，它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)一在一起。

   霍金的魅力不僅在于他是一個(gè)充滿傳奇色彩的物理天才，也因?yàn)樗且粋€(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)間簡史》，成為全球最暢銷的科普著作之一。對于這本書我實(shí)在做不出自己的評價(jià)，因?yàn)?，可能在之后的幾年，我才能讀懂這本書，可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)作科幻小說來看，書里就是一個(gè)未知的世界，《時(shí)間簡史》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)測宇宙的每一件事情，因?yàn)榱孔永碚摰臏y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，霍金通過地圖模型來說明宇宙的多樣性可能需要一組理論來進(jìn)行描述。

   《時(shí)間簡史》是為想更多了解霍金教授生命及其學(xué)說的讀者而編的。該書以睿智真摯的私人訪談形式，敘述了霍金教授的生平歷程和研究工作，展現(xiàn)了在巨大的理論架構(gòu)后面真實(shí)的人性。該書本來就不是一部尋常的口述歷史，而是對二十世紀(jì)人類最偉大的頭腦之一的極為感人又迷人的畫像和描述。對于非專業(yè)讀者，本書無疑是他們絞盡腦汁都無法真正理解的，只能當(dāng)科幻小說看。《霍金講演錄——黑洞、嬰兒宇宙及其他》，是由霍金所寫文章和演講稿共13篇結(jié)集而成。討論了虛擬空間、有黑洞引起的嬰兒宇宙的誕生以及科學(xué)家尋求完全統(tǒng)一理論的努力，并對自由意志、生活價(jià)值和人的生存方式及進(jìn)化原理作出了獨(dú)到的見解。

   讀讀它吧探索一個(gè)未知的世界！

   這個(gè)暑假，讀完了《時(shí)間簡史》，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論的延伸理論，不過他知難而退了，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，而所有的量子困惑都起源于這種非連續(xù)運(yùn)動。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。這種理論的歷史說來話長，著名的廣義相對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，對物理學(xué)有很好的影響。

   霍金對于時(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)對于哲學(xué)家來說，太具有數(shù)學(xué)化了，使得維特根斯坦都說：哲學(xué)只剩下了分析語言了。

   這幾天看了一本書，但說實(shí)話確實(shí)沒看懂多少，不過我還是努力地把每一段話一遍又一遍地讀，還算有一點(diǎn)點(diǎn)收獲，當(dāng)我把《時(shí)間簡史》看了兩章后，感觸最深的有兩點(diǎn)：一、現(xiàn)代物理學(xué)似乎比古希臘神話、比宙斯、耶和華、盤古更具有傳奇色彩，它顛覆了許多所謂的常識，我終于明白了一點(diǎn)：物理學(xué)家似乎比神更偉大，因?yàn)樗嬖V我們許多不可能的事都是真的。

篇10

關(guān)于《時(shí)間簡史》讀后感范文通用   所有的物理理論都是臨時(shí)性的...

  也才知道，我的固有的觀念‘如果所有因素都確定了，那么結(jié)果一定是可以計(jì)算出來的’原來是一種‘宿命論’。天哪，該怎么辦?我本來還堅(jiān)信人的思維也因?yàn)檫^往環(huán)境的確定性而屬于定數(shù)呢。先姑且不去考慮思想究竟是怎么產(chǎn)生的，因?yàn)樵诨诩兾镔|(zhì)的理論基礎(chǔ)搞清晰前去強(qiáng)迫自己想這個(gè)問題，可能無異于思想上的自殺吧。

  既然物理理論都是臨時(shí)性的，都隨時(shí)做好了被推翻的準(zhǔn)備，那么，人為定義的一些概念所支持的理論就更不長久了...我深信不疑的數(shù)學(xué)，也是否有一天被自己的悖論所推翻呢?

  我感覺自己已經(jīng)處于半混亂狀態(tài)了。我們這個(gè)世界，無論多么精彩或惡心，總有一天所有的這一切都不過會坍塌成黑洞里的一個(gè)極小的點(diǎn)而已...想到這里我不自覺的伸出手來，要去感受一下這周圍的空氣此刻是否還真實(shí)的存在著。而這個(gè)‘此刻’又意味著什么?也是宇宙永恒的一個(gè)組成部分吧。

  宇宙啊宇宙，你為何如此的存在呢?他們把宇宙大爆炸那一刻稱為奇點(diǎn)，奇點(diǎn)之前就不負(fù)責(zé)任的不追究了?怎么能這樣呢?

  人類的目標(biāo)，仍然是不斷去認(rèn)識和改造自己周圍的世界——無論這種認(rèn)識會帶來多么悲觀的結(jié)果。是否存在有一天，事實(shí)終于可怕到再沒有人敢于去探索呢?我想一定不會的，要不人類怎么會走到今天——在上帝的關(guān)懷下生活不是很溫暖的么。

  我一想到那些為了科學(xué)而放棄生活樂趣的人——他們才真正在推動人類的前進(jìn)——我就不由得要鄙視自己，同時(shí)鄙視了其他象我一樣為了生活而奔波的人。

  當(dāng)同學(xué)把我的書寄過來的時(shí)候，雖然少了好些，可是也發(fā)現(xiàn)多了幾本原本不屬于我的書。很讓我感興趣的是有一本偵探小說，可是翻了翻后意味索然，又無意識的拿起了這本《時(shí)間簡史》。但是拿起來就放不下了。后來我才意識到，這應(yīng)該是純興趣的選擇吧，我仍然熱愛科學(xué)的。第一次見它的時(shí)候好像是大一還是大二吧，不過它的出現(xiàn)并沒有轉(zhuǎn)移我們當(dāng)時(shí)打雙扣還是電腦游戲的任何注意力。我記得高二的時(shí)候看因斯坦傳的時(shí)候也是抱著濃烈的興趣在了解那些未知的不能理解的東西的。當(dāng)然因?yàn)楦呖嫉脑?，這種興趣很快給中斷了?？墒菫槭裁催M(jìn)入大學(xué)后反而失去了對科學(xué)的興趣呢?這里面當(dāng)然有個(gè)人特性，但是教育體系，尤其是高等教育制度也著實(shí)很有問題。

  當(dāng)愛因斯坦在無聊的專利局里花在總結(jié)狹義相對論上的時(shí)間，被我們的教授們用來考慮做什么了呢?難道當(dāng)今的科學(xué)研究真的就昂貴到那種程度使得連理論物理學(xué)家都完全沒有施展的空間了?如果有人鄙視我們所有的教授和所謂的專家，我至少不會去譴責(zé)這個(gè)人。

  什么叫做對科學(xué)的獻(xiàn)身精神?什么是人道?完美的人道只會讓社會退步。必然有些人要犧牲自己的幸福，但是他們終將在歷史上留下自己的名字!專注于科學(xué)的科學(xué)家是受我敬重的，即便如霍金這樣身形難堪，這難堪也只會在我的敬重中增加震驚而已。

  那么夫子提倡的仁德又居于何位呢?想到這里，又想打擊一下人為神話了的先古圣賢。都同樣是人，為什么先古的就能做到大圣大賢?再更廣泛的打擊一下那些人為夸張臆想以至于捏造的行為。不論我的思想觸動有多大，神，還是我最討厭的東西。

  那么感情和藝術(shù)的地位呢?不得不承認(rèn)這些東西里邊有些是很崇高甚至偉大的，可是它們畢竟都盤旋在思想體系之內(nèi)。要通過它們?nèi)?chuàng)新到思想本身的起源以及意義，是不太可能了吧?而這些東西于社會的穩(wěn)定和發(fā)展也是必需的?？梢娢覀冞@個(gè)世界為了發(fā)展，所需的額外的代價(jià)是多么的巨大!

  所有的理論，都是總結(jié)共性的基礎(chǔ)上具有預(yù)見性。所以不要在乎理論是否從字面上看起來是否膚淺，更應(yīng)該注意它是否有效——在此刻或者以后更長一點(diǎn)的時(shí)間。

  正如書中處處注意處理科學(xué)與神學(xué)的關(guān)系一樣，這本書給我?guī)砀嗟膽?yīng)該不是科學(xué)知識，而是哲學(xué)理念上的沖擊吧。容我整理一下，讓我思想重新有序，才能夠再次平和的看待這世界。

關(guān)于《時(shí)間簡史》讀后感范文通用   《時(shí)間簡史》講述是探索時(shí)間和空間核心秘密的故事，是關(guān)于宇宙本性的最前沿知識，包括我們的宇宙圖像、空間和時(shí)間、膨脹的宇宙不確定性原理、基本粒子和自然的力、黑洞、黑洞不是這么黑、時(shí)間箭頭等內(nèi)容。

  霍金在《時(shí)間簡史》中介紹了20世紀(jì)物理學(xué)的基礎(chǔ)知識，涵蓋范圍很廣，從相對論到量子力學(xué)，從宇宙膨脹到基本粒子，從黑洞到蟲洞，霍金都有所涉及。更重要的是，霍金還介紹了“奇點(diǎn)定理”和“霍金輻射”這兩個(gè)自己最重要的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)，以及試圖解決宇宙起源問題的“無邊界宇宙模型”。

  一、奇點(diǎn)定理

  霍金和彭羅斯利用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)方法證明了，如果廣義相對論是正確的，而且宇宙中的確有我們觀測到的那么多物質(zhì)，那宇宙一定誕生于一個(gè)奇點(diǎn)之中。

  1.宇宙不是靜態(tài)的，而是在不斷地膨脹

  埃德溫·哈勃等科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙中的絕大部分星系都在遠(yuǎn)離地球而去，而且離地球越遠(yuǎn)的恒星，離開地球的速度也越快。這意味著，宇宙就像是氣球一樣，在不斷地膨脹。

  2.“奇點(diǎn)定理”意味著在廣義相對論框架內(nèi)，宇宙必然有一開端?！捌纥c(diǎn)”是體積無限小、彎曲程度無限大、密度無限大、引力無限大的點(diǎn)。宇宙就誕生于“奇點(diǎn)”之中。

  二、無邊界宇宙模型

  在描述宇宙歷史的模型中，“宇宙大爆炸”模型是當(dāng)前的主流理論，但這一理論目前無法解決宇宙起源問題?；艚鹨虼税蚜孔恿W(xué)和相對論結(jié)合起來，提出了“無邊界宇宙模型”，試圖解決這一問題。

  1.宇宙大爆炸模型無法解決宇宙起源問題

  在宇宙大爆炸模型中，宇宙誕生于“奇點(diǎn)”。物質(zhì)、空間和時(shí)間，都是大爆炸之后才出現(xiàn)的。大爆炸之前的任何事件，對于我們來說都沒有任何意義，或者說根本就不存在。也就是說，宇宙時(shí)空并不是無限的，而是有一個(gè)邊界和開端。包括廣義相對論在內(nèi)的所有物理定律，都會在奇點(diǎn)處失效，因此人類無法直接研究奇點(diǎn)。

  這就為上帝的存在留下了空間。

  2.在“無邊界宇宙模型”中，宇宙沒有起源和開端

  在“無邊界宇宙模型”中，宇宙是“有限無界”的，沒有邊界和奇點(diǎn)。霍金認(rèn)為，這個(gè)宇宙是完全自給自足的，不受任何外來事物影響，沒有創(chuàng)生和消滅的時(shí)刻，它就是存在本身，不需要上帝來創(chuàng)造它。“無邊界宇宙模型”里的宇宙，是一個(gè)空間和時(shí)間交織在一起所組成的四維宇宙。在這個(gè)宇宙中，時(shí)空就像是地球的表面，在范圍上是有限的，但卻沒有形成邊界，也沒有形成奇點(diǎn)?？茖W(xué)規(guī)律在任何一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上都適用，不會發(fā)生崩潰。

  三、霍金輻射

  “霍金輻射”也就是“黑洞輻射”?；艚鹄昧孔恿W(xué)中的“不確定性原理”提出，黑洞也會發(fā)出輻射，并不是完全黑的。

  1.黑洞形成

  當(dāng)恒星的內(nèi)部燃料耗盡之后，在自身的引力作用下，就可能坍塌成黑洞。黑洞質(zhì)量大，體積小，引力極高，任何物質(zhì)，包括光在內(nèi)，只要進(jìn)入某個(gè)臨界區(qū)域，就永遠(yuǎn)不可能逃出黑洞。

  黑洞吸引一切的性質(zhì)，跟熱力學(xué)第二定律產(chǎn)生了沖突。所有有溫度的物體，都應(yīng)該發(fā)出輻射和粒子，但如果連光都逃不出黑洞的引力，黑洞怎么能發(fā)出輻射呢？

  2.霍金利用“不確定性”原理提出了“黑洞輻射”

  霍金提出，黑洞的邊緣在一刻不停地產(chǎn)生成對的粒子，其中帶有負(fù)能量的粒子會被吸到黑洞里去，但還有一些帶正能量的粒子，可以從黑洞的邊緣逃脫。在外界看來，就好像是黑洞在不斷地向外發(fā)射粒子，這就是黑洞輻射，也叫“霍金輻射”。

  在“不確定性原理”的限制下，即使是看似毫無一物的虛空，在微觀上也是波瀾起伏的。會不斷地產(chǎn)生成對的粒子和反粒子，再碰撞到一起發(fā)生湮滅。黑洞的確會發(fā)射出粒子，但這些粒子，并不是從黑洞里面跑出來的，而是從黑洞邊緣的空虛的空間里，無中生有變出來的。

  相信大多人看到這里會覺得很荒謬，但我們憑什么就自認(rèn)為了解得更多呢？終其一生，愛因斯坦致力于和平的努力可能成效甚微——肯定不受歡迎。然而，1952年他得到擔(dān)任以色列總統(tǒng)的提議，他對猶太復(fù)國主義事業(yè)的暢言無忌的支持得到了充分的承認(rèn)。但他謝絕了。他說他認(rèn)為自己在政治上過于天真?？墒?，也許他真正的理由卻并非如此，再次引用他自己的話：“方程對我而言更重要些，因?yàn)檎问菫楫?dāng)前，而方程卻是永恒的東西?！?/p>

  智者之所以稱為智者，是能夠認(rèn)清自己，知己其所能，其所不能。在太陽熄滅這一事件。我們只能在8分鐘之后才知道這一事件，這是光從太陽到達(dá)我們所花費(fèi)的時(shí)間。只有到那時(shí)候，地球上的事件才在太陽熄滅這一事件的將來光錐之內(nèi)。類似地，我們也不知道這一時(shí)刻發(fā)生在宇宙中更遠(yuǎn)處的事：我們看到的從很遠(yuǎn)星系來的光是在幾百萬年之前發(fā)出的，至于我們看到的最遠(yuǎn)物體，光是在大約80億年前發(fā)出的。這樣，當(dāng)我們看宇宙時(shí)，我們是在看它的過去。

  看不見的，不等于不存在；看見的，或許早就不存在了。

關(guān)于《時(shí)間簡史》讀后感范文通用   我選擇閱讀的書名是《時(shí)間簡史》，史蒂芬霍金那本暢銷世界的《時(shí)間簡史》以成為科學(xué)著述的里程碑。這不僅歸因于作者迷人的表達(dá)方式,還歸因于他討論的令人敬畏的主題:空間和時(shí)間的本性,上帝在創(chuàng)生中的作用,宇宙的歷史和將來。

  另外霍金在書中寫到，宇宙的誕生源于一次空前絕后的大爆炸，大爆炸大約發(fā)生在146億年前，此后便有了空間與時(shí)間，而且空間與時(shí)間是共生共滅的。大約在50億年前，太陽誕生，為地球孕育生命提供了有利的保證。大約46億年前，地球誕生。此后才出現(xiàn)了人類,才有了一切繁華文明的地方。據(jù)天文學(xué)家觀測，近地恒星正在遠(yuǎn)離我們的地球。這說明什么?說明宇宙正在不斷膨脹擴(kuò)大，終有一日宇宙或許還會縮小，逐漸變成一個(gè)點(diǎn)，時(shí)間與空間都將灰飛煙滅，化為烏有。當(dāng)然這是根據(jù)“物極必反”作出的大膽的猜測，或許會有些荒謬，但這是后話， 暫且不談, 就由時(shí)間來檢驗(yàn)一切吧!眼下最重要的是把握時(shí)機(jī)，建設(shè)好世界這個(gè)大家庭,以抵御一-切可能突發(fā)的變故。