對量子力學的認識范文

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關鍵詞 量子力學 量子教育學 主觀性

中圖分類號：O413.1 文獻標識碼：A

量子力學所涵蓋的一些思想，在哲學的研究中體現比較廣泛，也對教學理論方面起了重要的作用，可以說量子力學對哲學思想的發展有著重要的促進作用。量子力學著重利用圖景等表象來認識周圍的世界，強調因果關系的認識，對后期形成的教育學理論具有參考性。但是，借助量子力學所形成的“量子教育學”則有很大的不同，這一教育學對原來的量子理論認識存在較大的偏差，充分強調自然科學。

1量子力學的緣起

1900年，量子假說出現在眾人的認知里，現在的量子力學仍在不斷完善，為后期的科學發展提供了重要的理論基礎，可以說量子力學是量子理論的中心，它促進了原子能等一些先進技術的發展，為社會的重大發明打下基礎，使人們更加清晰地認識到微觀世界，并利用微觀運動來更好地服務社會，是人類的重要發現，也是社會的偉大進步。

2量子力學的宇宙觀

在宇宙世界中，對量子理論有較多的探討，從已經存在的氫原子中，找到了量子級別的狀態。對于電子而言，比原子更為復雜，這就要求必須要滿足求解該原子的特定的方程來解出，并且要求其 場剛好環繞原子核產生駐波而求得。此外，量子態與別的駐波不一樣，都有自己特定的頻率，并與所蘊含的能量有關，每種量子狀態都有所表征的能量。這就是說，預期任何一個態的能量都是一個具體量子所確定的，并不是模棱兩可的，只要是有理論依據，就可以科學地估測態的能量多少。由于質子與電子之間存在著相互吸引的力，要想移動一個電子就必須要克服引力做功。

3量子的思維方式

人類思想總是處于不斷發展中，當兩種思想發生交集時，就會形成一個比較完整的、令人驚嘆的思想成果，正如牛頓的世界觀與量子理論產生彼此彌合的交集，才會讓思想發展得如此迅速，才會讓社會發展如此的快。量子思維方式給人類一個重要的啟示，要求以人為中心，以人為主體。隨著時代的進步和經濟發展，信息技術逐漸融入了人的智慧和思想，他們彼此都是看不見的，沒有確定的形狀，但彼此交匯起來以后，就成了一種可以量化的物質，這是由于物質性比較弱。其實，量子物理學所產生相關的科學智慧，是人類社會發展的重要因素，也是文明進步的重要保障，可以說，量子物理學是計算機重要的組成部分，所形成的計算機芯片是重要的思維體現，量子物理學不僅是科學進步的前提，更是信息發展的重要保障，量子思維更是現代社會發展的必要方式。

4“量子教育學”的唯心主義

從產生量子力學后，“量子教育學”也隨之不斷發展，雖然也涉及到一些教育學方面的觀點，但這些觀點都是被眾人早就接受了。如：學習是一個整體的過程，在這個過程中各知識點是相互聯系、彼此交錯的，以及還談到了關鍵詞：服務、個性化、互補等，但是，這些所謂的觀點及結論不是原汁原味的，也不是從量子力學中演變而來，而是與它的原理相悖，從本質上講，“量子教育學”就是一種唯心主義的表現。

貝克萊比較重視經驗，認為所學的知識來源于經驗，但是他卻犯了一個致命的錯誤，認為感覺是世界真正存在的東西，其他的都是看不見的。他認為，知識是一切力量之源，但感覺是我們去探索未知世界，追求至高真理的唯一手段，只有能感覺到，才能被發現。也就是說：我們的主觀性決定了我們所看見的世界，這也是量子教育學詮釋的觀點。他認為，只要消除了事物與觀念的差異，認同事物等同于所謂的觀念，并且觀念可以感知任何世界上存在的事物，這樣才會讓我們的知識更加具有生命力。

5“量子教育學”的曲解

正所周知，量子力學不可能槲ㄐ鬧饕搴筒豢芍論創造理論基礎，而“量子教育學”卻是唯心主義的重要思想來源，這是“量子教育學”對量子力學核心思維的歪曲，或者說對量子力學沒有正確的認識，造成思想上出現截然不同的主張，另外，“量子教育學”過分強調感覺和經驗，導致偏向于不可知論，與量子力學的思想相悖而馳。

“量子教育學”對量子力學概念和方法認識的偏差表現有。為了進一步認識光的本質特性，提出了波粒二象性的觀念。此后，玻爾提出了“氣補原理”，再一次詮釋了波粒二象性的本質。“測不準”原理而是在某一個方面有較大的缺陷，不是粒子在宏觀世界的不適用，只是說明不能單一地應用某一個方面，只有同時應用時才能為物理現象提高全面的解釋。玻爾認為，波粒二象性在整個量子力學中的地位較高，它是一種可以很好地描述一種物理現象的原理，也可以說是解釋因果關系的一種原理，它可以相互促進、相互排斥，這種互斥的關系不可或缺，這種互補關系后來被廣大學者所接受。

6結語

近年來，量子力學逐漸被廣大研究者重視起來，探討量子力學的基本原理以及與量子教育學的重要關系，在量子理論的發展過程中，這已經留下了較多的論爭。可以肯定的是量子力學對于科學的進步貢獻了一份力量，把微觀世界與宏觀世界聯系起來，而量子教育學并不是量子力學的正確認識，就本身的發展情況來看，量子教育學認同了后現代主義，成為了唯心主義的重要依據。

參考文獻

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關鍵詞：量子力學；經典科學世界圖景；非機械決定論；整體論；復雜性；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

經典科學基本上是指由培根、牛頓、笛卡兒等開創的，近三百年內發展起來的一整套觀點、方法、學說。經典科學世界圖景的最大特征是機械論和還原論，片面強調分解而忽視綜合。以玻爾、海森伯、玻恩、泡利、諾伊曼等為代表的哥本哈根學派的量子力學理論三部曲：統計解釋—測不準原理—互補原理所反映的主要觀點是：微觀粒子的各種力學量（位置、動量、能量等）的出現都是幾率性的；量子力學對微觀粒子運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領域；儀器的作用同觀察對象具有不可分割性，確立了科學活動中主客體互動關系。[1]量子力學的發展從根本上改變了經典科學世界

圖景。

一、量子力學突破了經典科學的機械決定論，遵循因果加統計的非機械決定論

經典力學是關于機械運動的科學，機械運動是自然界最簡單也是最普遍的運動。說它最簡單，因為機械運動比較容易認識，牛頓等人又采取高度簡化的方法研究力學，獲得了空前成功；說它最普遍，因為機械力學有廣泛的用途，容易把它絕對化。[2]機械決定論是建立在經典力學的因果觀之上，解釋原因和結果的存在方式和聯系方式的理論。機械決定論認為因和果之間的聯系具有確定性，無論從因到果的軌跡多么復雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結果；機械決定論的核心在于只要初始狀態一定，則未來狀態可以由因果法則進行準確預測。[3]其實，機械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對于微觀領域以及客觀世界中大量存在的偶然現象的研究就產生了統計決定論。[4]

量子力學是對經典物理學在微觀領域的一次革命。量子力學所揭示的微觀世界的運動規律以及以玻爾為代表的哥本哈根學派對量子力學的理解，同物理學機械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運動遵守統計規律，我們不能說某個電子一定在什么地方出現，而只能說它在某處出現的幾率有多大。

玻恩的統計解釋指出，因果性是表示事件關系之中一種必然性觀念，而機遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配。在量子力學中，幾率性是基本概念，統計規律是基本規律。物理學原理的方向發生了質的改變：統計描述代替了嚴格的因果描述，非機械決定論代替了機械決定論的統治。

經典統計力學雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動搖嚴格決定論，量子力學的沖擊則使機械決定論的大廈坍塌了。量子力學揭示并論證了人們對微觀世界的認識具有不可避免的隨機性，它不遵循嚴格的因果律。任何微觀事件的測定都要受到測不準關系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動量、時間和能量，只能描述和預言微觀對象的可能的行為。因此，量子力學必須是幾率的、統計的。而且，隨著認識的發展，人們發現量子統計的隨機性，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、量子力學使得科學認識方法由還原論轉化為整體論

還原論作為一種認識方法，是指把高級運動形式歸結為低級運動形式，用研究低級運動形式所得出的結論代替對高級運動形式的本質認識的觀點。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩定的觀點和規律去解釋、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的本質，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。

量子力學認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。部分作為一個單元，具有與整體同等甚至還要大的復雜性。部分不僅與周圍環境發生一定的外在聯系，同時還要表現出“主體性”，可將自身的內在聯系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現了有機的自覺因果關系。在特定的臨界狀態，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特征，也是量子論、量子力學理論思想的靈魂。用經典觀點來看，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一圖案，這是經典物理學通過部分還原認識整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實驗條件下，只表現波動性；而在另一些實驗條件下，只表現粒子性。這兩種實驗結果不能同時在一次實驗中出現。于是，玻爾的互補原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關于微觀世界認識的矛盾，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。這就是整體論觀點強調的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測不準原理說明不能同時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，造成經典科學觀與現代科學觀認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。經典科學一味地強調外在聯系觀，而量子力學則更強調關注事物內部的有機聯系。所以，量子力學把內在聯系作為原因從根本上動搖了還原論觀點。

三、量子力學使得科學思維方式由追求簡單性發展到探索復雜性

從經典科學思維方式來看，世界在本質上是簡單的。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。追求簡單性是經典科學奮斗的目標，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雜的太陽系行星運動，牛頓更是用單一的萬有引力說明了千變萬化的天體行為。因而現代科學是用簡單性解釋復雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學初步揭示了客觀世界的復雜性。經典科學的簡單性是與把物理世界理想化相聯系的。經典物理學所研究的是理想的物質客體。它不但用理想化的“質點”、“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。而客觀世界并不是如此，特別是進入微觀領域，微觀粒子運動的幾率性、隨機性；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。

在現代科學中，牛頓的經典力學成了相對論的低速現象的特例，成為非線性科學中交互作用近似為零的情況，在量子力學中是測不準關系可以忽略時的理論表述。復雜性的提出并不是要消滅簡單性，而是為了打破簡單性獨占的一統地位。復雜性是把簡單性作為一個特例包含其中，正如莫蘭所說的，復雜性是簡單性和復雜性的統一。復雜性比簡單性更基本，可能性比現實性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學思維方式，不是以現實來限制可能，而是從可能中選擇現實；不是以既存的實體來確定演化，而是在演化中認識和把握實體。復雜性主張考察被研究對象的復雜性，在對其作出層次與類別上的區分之后再進行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強調的是一種整體的協同。

四、量子力學使科學活動中主客體分離邁向主客互動

經典科學思維方式的一個指導觀念就是，認為科學應該客觀地、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”，除非你首先描述測量物理量的方式，否則談論任何物理量都是沒有意義的！測量，這一不被經典物理學考慮的問題，在面對量子世界如此微小的測量對象時，成為一個難以把握的手段。因為研究者的介入對量子世界產生了致命的干擾，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域進入微觀領域時，我們就會遇到一個矛盾：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生干擾，這種干擾本身又對我們的認識產生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經典概念來描述宏觀儀器所觀測到的結果，可是這種經典概念在描述微觀客體時又不能不加以限制。這突破了經典科學完全可以在不影響客體自然存在的狀態下進行觀測的假定，從而建立了科學活動中主客體互動的關系。

例如，關于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認為這完全取決于我們如何去觀察它。一種實驗安排，人們可以看到光的波現象；另一種實驗安排，人們又可以看到光的粒子現象。但就光子這個整體概念而言，它卻表現出波粒二象性。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]

量子力學的發展表明，不存在一個客觀的、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，關于自然我們能夠“說什么”。

參考文獻：

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關鍵詞：量子力學 量子力學發展 質子和粒子

前言：量子力學是對牛頓物理學的根本否定。l9世紀末正當人們為經典物理取得重大成就歡呼的時候，一系列經典理論無法解釋的現象一個接一個地發現了。在經典力學時期，物理學所探討的主要是那些描述用比較直接的試驗研究就可以接觸到的物理現象的定律和理論。在宏觀和慢速的世界中，牛頓定律和麥克斯韋電磁理論是很好的自然定律。而對于發生在原子和粒子這樣小的物體中的物理現象，經典物理學就顯得無能為力，很多現象沒法解釋。

1.量子力學的起源

量子論起源于經典物理學體系中出現的反常的經驗問題，以及相伴隨的概念問題。量子力學的發展主要歸功于四位物理學家。德國的海森伯于1926年作出了量子力學理論的第一種表述。利用矩陣力學的理論，求得描述原子內部電子行為的一些可觀察量的正確數值。接著，奧地利的薛定諤發表了波動力學，是量子力學的另一種數學表述。同年，德國的伯恩對上述兩種數學表述作出可以接受的物理解釋，并首先使用“量子力學”這個名詞。1928年，英國的狄拉克又把上面的理論加以推廣，并與狹義相對論結合起來。

量子力學是對牛頓物理學的根本否定。牛頓認為物質是由粒子組成的，粒子是一個實體，量子力學認為粒子是波，波是無邊無際的。牛頓認為宇宙是一部機器，可以把研究對象分成幾部分，然后對每一部分進行研究。量子力學認為自然界是深深地連通著的，一定不能把微觀體系看成是由可以分開的部分組成的。因為兩個粒子從實體看可以分開，從波的角度他們是糾纏在一起的。牛頓認為宇宙是可以預言的，而量子力學認為，自然界在微觀層次上是由隨機性和機遇支配的。牛頓認為自然界的變化是連續的，量子力學認為自然界的變化是以不連續的方式發生的。

2.量子力學的形成

2.1 量子假說的提出

1900年l2月14日，德國物理學家普朗克在柏林德國物理學會一次會議上提出了黑體輻射定律的推導，這一天被認為是量子力學理論的誕辰日。在推導輻射強度作為波長和絕對溫度函數的理論表達式時，普朗克假設構成腔壁的原子的行經像極小電磁振子，各振子均有一個振蕩的特征頻率。振子發射電磁能量于空腔中，并自空腔中吸收電磁能量，因此可以由在輻射平衡狀態的振子的特性而推出空腔輻射的特性。而關于原子的振子，普朗克作了兩項

根本的假設，現簡述如下：

① 振子不能為“任何能量”，只能為：

（1）

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

②振子并不連續放射能量，僅能以“跳躍”方式放射，或稱“量子式”放射。當振子自一量狀態改變至另一態時，即放出能量量子。因此，當改變一個單位時，放射之能量為：

只要振子仍在同一量子狀態，則既不放射能量也不吸收能量。

2.2 愛因斯坦利用量子假說揭開光電效應之謎

愛因斯坦根據普朗克的量子假設推理認為：如果一個振動電荷的能量是量子化的，那么它的能量變化只能是從一個允許的能量瞬時地躍遷到另一個允許的能量，因為根本不允許它具有任何中間的能量值。而能量守恒就意味著，發射出的輻射必須是以一股瞬時的輻射進發的形式從振動電荷產生出來，而不是電磁波理論所預言的長時間的連續波。愛因斯坦得出結論：輻射永遠以一個個小包、小粒子的形式出現，但不是象質子、電子那樣的實物粒子。這些新粒子是輻射構成的；它們是可見光粒子、紅外光粒子、 射線粒子等等。這些輻射粒子叫做光子。光子和實物粒子不同：它們永遠以光速運動；它們的靜止質量為零；振動的帶電粒子產生光子。

3.量子力學的宇宙觀

在原子的量子理論的探討中，從對氫原子的研究中發現，氫原子有無數個量子態。而電子多于一個的原子有更復雜的量子態，這些量子態都從求解適合于該特定原子的薛定諤方程，并且要求其場剛好環繞原子核產生駐波而求得。由于這些量子態的每一個都是有特定頻率的駐波，并且波的頻率和它的能量相聯系，預期每個量子態只有一個特殊的能量。這就是說，預期任何一個態的能量不會有任何量子不確定性。可以對每個態的能量大小作合理的猜測。由于質子作用于電子的力是吸引力，要把一個電子向外拖到離原子核更遠的地方就必須做功。因此電子離原子核越遠，電子的電磁能量就越高。

量子理論的中心思想是，一切東西都由不可預言的粒子構成，但這些粒子的統計行為遵循一種可以預言的波動圖樣。1927年，德國物理學家海森伯發現，這種波粒二象性意味著，微觀世界具有一種內稟的，可以量化的不確定性。量子理論的最大特點也許是它的不確定性。量子不確定的實質是，完全相同的物理情況將導致不同的結果。哥本哈根學派解釋的結論是，微觀事件真的是不可預言的。而且，當我們說一個微觀粒子的位置是不確定的時候，意思并不僅僅是我們缺乏有關其位置的知識。相反，意思是這個粒子的確沒有確定的位置

結語：量子力學在低速、微觀的現象范圍內具有普遍適用的意義。它是現代物理學基礎之一，在現代科學技術中的表面物理、半導體物理、凝聚態物理、粒子物理、低溫超導物理、量子化學以及分子生物學等學科的發展中，都有重要的理論意義。量子力學的產生和發展標志著人類認識自然實現了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。

參考文獻

[1] 曾謹言.量子力學導論[M].2版.北京大學出版社，2OOO.

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在建立科學理論體系的過程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至為復雜的實驗、歸納和演繹工作為基礎。而且人們一般相信科學知識就是在這個基礎上產生和累積起來的。但只要這種認識活動過程是為一個協調一致的目標所固有，只要它真正屬于科學研究自我累進的進程，則不論其如何復雜，仍只是過程性的，而不從根本上規定科學的性質、程序，乃至結論。這就使我們在考察復雜的科學認識活動時，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絡的東西，即科學語言，來作為認識的中介物。

要說明科學語言何以能成為這樣的中介，需要先對科學的認識結構加以分析。

作為一種形式化理論的近現代科學，其目的是力圖摹寫客觀實在。這種摹寫的認識論前提是一個外在的、自為的客體和作為其思維對立面的內在的主體間的雙重存在。這一認識論前提在科學認識方面衍生出一個更實用的前提，就是把客體看作是一種自在的“像”或者“結構”（包括動態結構，比如動力學所概括的各種關系和過程）。

這一自在的實在具有由它的“自明性”所保證的嚴格規范性。這種自明性只在涉及存在與意識的根本關系時才可能引起懷疑。而科學是以承認這種自明性為前提的。因此科學實際就是關于具有自明性的實在的思維重構。它必須限于處理自在的實在，因為科學的嚴格規范性（主要表現為邏輯性）是由實在的自明性所保證的，任何超越實在的描述都會破壞這種描述的前提。這一點對稍后關于量子力學的討論非常重要。

上述分析表明，科學的嚴格規范性并非如有唯理論傾向的觀點所認為的那樣，是來自思維，也并非如經驗論觀點所認為的來自具體手段對經驗表象的操作，也并不象當代某些科學哲學家所認為的純粹出于主體間的共同約定。科學的最高規范是存在在客觀實在中的，是來自客體的自明性。一切具體手段只是以這種規范為目標而去企及它。

在科學認識活動中，不論是一個思維過程還是一個實驗過程，如果其中缺失了語言過程，那就什么意義都不會有。科學語言與人類思維形態固然有很大的關系，但是它們可能在一個很高的層次上有著共同的根源。就認識的高度而言，思維形態作為人類的一種意識現象，對它進行本質的追究，至少目前還不能完全放在客觀實在的背景上。因此，在科學認識的層次上，思維形態完全可以被視為相對獨立的東西。而科學語言則是明確地被置于實在自身這一背景之中的。這就使我們實際上可以把科學語言看作一種知識，它與系統的科學知識具有完全相同的確切性，即它首先是與實在自身相諧合，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，既使科學語言所述說的科學是關于實在的確切圖景，又使思維活動具備與實在相聯絡的手段。

科學語言作為一種知識所具備的上述特殊性，使它成為客觀實在圖景構成的基本要素，或科學知識的“基元”。思維形態不能獨立地形成知識，但思維形態卻提供某種方式，使科學語言所包含的知識基元獲得某種特定的加成和組合，從而構成一種系統化的理論。這就是語言在認識中的中介作用。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，在這個意義上，一個認識過程就是一個運用語言的過程。

二、數學語言

數學語言常常幾乎就是科學語言的同義詞。但實際上，科學語言所指的范圍遠比數學語言的范圍大，否則就不會出現量子力學公式的解釋問題。在自然科學發生以前，數學所起的作用也還不是后世的那種對科學的敘錄。只是由于精密推理的要求所導致的語言理想化，才推進了數學的應用。但歸根究底，數學與前面說的那種合乎客觀實在的知識基元是不同的。將數學用作科學的語言，必須滿足一個條件，即數學結構應當與實在的結構相關，但這一點并不是顯然成立的。

愛因斯坦曾分析過數學的公理學本質。他說，對一條幾何學公理而言，古老的解釋是，它是自明的，是某一先驗知識的表述，而近代的解釋是，公理是思想的自由創造，它無須與經驗知識或直覺有關，而只對邏輯上的公理有效性負責。愛因斯坦因此指出，現代公理學意義上的數學，不能對實在客體作出任何斷言。如果把歐幾里德幾何作現代公理學意義上的理解，那么，要使幾何學對客體的行為作出斷言，就必須加上這樣一個命題：固體之間的可能的排列關系，就象三維歐幾里德幾何里的形體的關系一樣。〔1〕只有這樣，歐幾里德幾何學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語言的分析是基本上相通的。它可以說明，數學為什么會一貫作為科學的抽象和敘錄工具，或者它為什么看上去似乎具有作為科學語言的“先天”合理性。

首先，作為科學的推理和記載工具的數學，實際上是從思維對實在的一些很基本的把握之上增長起來的。歐幾里得幾何學中的“點”、“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系去描繪實在，是因為這些“基元”已經包含了關于實在的信息（如剛體的實際行為）。

其次，數學體系的那種嚴密性其實主要是與人類思維的屬性有關，盡管思維的嚴密性并不是一開始就注入了數學之中。如前所述，思維的嚴密性是由實在的自明性來決定的，是習得的。這就是說，數學之所以與實在的結構相關，只是因為數學的基礎確切地說來自這種結構；而數學體系的自洽性是思維的翻版，因而是與實在的自明性同源的。

由此可見，數學與自然科學的不同僅表現在對于它們的結果的可靠性（或真實性）的驗證上。也就是說，科學和數學同樣作為思維與實在相互介定的產物，都有可能成為對實在結構的某種描述或“偽述”，并且都具有由實在的自明性所規定的嚴密性。但數學基本上只為邏輯自治負責，而科學卻僅僅為描述的真實性負責。

事實正是如此。數學自身并不代表真實的世界。它要成為物理學的敘錄，就必須為物理學關于實在結構的真實信息所重組。而用于重組實在圖景的每一個單元，實際上是與物理學的基本知識相一致的。如果在幾何光學中，歐幾里德幾何學不被“光線”及其傳播行為有關的概念重組，它就只是一個純粹的形式體系，而對光線的行為“不能作出斷言”。非歐幾何在現代物理學中的應用也同樣說明了這一點。

三、物理學語言

雖然物理學是嚴格數學化的典范，但物理學語言的歷史卻比數學應用于物理學的歷史要久遠得多。

在認識的邏輯起點上，僅當認識論關系上一個外在的、恒常的（相對于主體的運動變化而言）對象被提煉和廓清時，才能保證一種僅僅與對象自身的內在規定性有關的語言描述系統成為可能。對此，人類憑著最初的直覺而有了“外部世界”、“空間”、“時間”、“質料”、“運動”等觀念。顯然，這些觀念并非來自邏輯的推導或數學計算，它是人類世代傳承的關于世界的知識的基元。

然后，需要對客觀實在進行某種方式的剝離，才能使之通過語言進入我們的觀念。一個客觀實在，比如說，一個電子，當我們說“它”的時候，既指出了它作為離散的一個點（即它本身），又指出了它身處時空中的那個屬性。而后一點很重要，因為我們正是在廣延中才把握了它的存在，即從“它”與“其它”的關系中“找”出它來。

當我們按照古希臘人（比如亞里士多德）的方式問“它為什么是它”時，我們正在試圖剝離“它”之所以為“它”的屬性。但這個屬性因其離散的本質，在時空中必為一個“奇點”，因而不能得到更多的東西。這說明，我們的語言與時空的廣延性合若符節，而對離散性，即時空中的奇點，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，我們正是在描繪它與廣延有關的性質，即它與其它的關系。這在時空中呈現為一種結構和過程。對此我們有足夠的手段（和語言）進行摹寫。因為我們的語言，大多來自對時空中事物的經驗。我們運用語言的主要方式，即邏輯思維，也就是時空經驗的抽象和提升。

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

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

四、量子力學的語言問題

上文說明，在描摹實在時，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現了有關實在的時空形式和過程的觀念及相應的邏輯思維方式。任何一種特定的語言，隨著時代的變遷和認識的深入，某些概念的含義會發生變化，并且還會產生新的語言基元。有時，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語言的關系中獲得意義，才能成為“革命性的”。在自然科學中，一種新理論不論提出多么“新”的描述，它都必須仍然是關于時空形式及過程的，才能在整體的科學語言中獲得意義。例如，相對論放棄了絕對時空、進而放棄了粒子的觀念，但代之而起的那種連續區概念仍然是時空實在性的描述并與三維空間中的經驗有著直接聯系。

量子力學的情況則不同。微觀粒子從一個態躍遷到另一個態的中間過程沒有時空形式；客體的時空形式（波或粒子）取決于實驗安排；在不觀測的情況下，其時空形式是空缺的；并且，觀測所得的客體的時空形式并不表示客體在觀測之前的狀態。這意味著，要么微觀實在并不總是具有獨立存在的時空形式，要么是人類無法從認識的角度構成關于實在的時空形式的描述。這兩種選擇都將超出現有的物理學語言本身，而使經典物理學語言在用于解釋公式和實驗結果時受到限制。

量子力學的這個語言問題是眾所周知的。波爾試圖通過互補原理和并協原理把這種限制本身上升為新觀念的基礎。他多次強調，即使古典物理學的語言是不精確的、有局限性的，我們仍然不得不使用這種語言，因為我們沒有別的語言。對科學理論的理解，意味著在客觀地有規律地發生的事情上，取得一致看法。而觀測和交流的全過程，是要用古典物理學來表達的。〔2〕

量子力學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與實驗語言溝通起來所作的種種附加解釋稱之為“綏靖哲學”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文學”〔4〕，這實際上指明了互補原理等觀念是在與時空經驗相關的科學語言之外的。愛因斯坦拒絕承認量子力學是關于實在的完備描述，所以并不以為這些附加解釋會在將來成為科學語言的新的有機內容。

薛定諤和玻姆等人從另一個角度作出的考慮，反映了他們以為玻爾、海森堡、泡利和玻恩等人的觀點回避了經典語言與實在之間的深刻矛盾，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部發生了什么事情。我確實不介意您（指玻爾）選用什么語言去描述它。”〔5〕薛定諤認為，為了賦予波函數一種實在的解釋，一種全新的語言是可以考慮的。他建議將N個粒子組成的體系的波函數解釋為3N維空間中的波群，而所謂“粒子”則是干涉波的共振現象，從而徹底拋棄“粒子”的概念，使量子力學方程描述的對象具有連續的、確定的時空狀態。

固然，幾率波的解釋使得理論的數學結構不能對應于實在的時空結構，如果讓幾率成為實驗觀察中首要的東西，就會讓客觀實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驗沒有明顯的聯系，也成了另一種隱喻，仍然無法作為一種科學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“機械序”〔6〕其實就是以笛卡爾坐標為代表的關于廣延性空間的描述。這種描述由于經典物理學的某些限定而表現出明顯的局限性。玻姆認為量子力學并未對這種序作出真正的挑戰，在一定程度上指出了量子力學的保守性。他企圖建立一種“隱序物理學”，將量子解釋為多維實在的投影。他以全息攝影和其它一些思想實驗為比喻，試圖將客觀實在的物質形態、時空屬性和運動形式作全新的構造。但由于其基礎的薄弱，仍然只是導致了另一種脫離經驗的描述，也就是一種形而上學。

這里所說的“基礎”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，現行科學語言及其相關思維方式的整個基礎都將改變。然而，現實地說，這不是某一具有特定對象和方法的學科所能為的。

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

五、量子力學何種程度上是“革命性”的

量子力學固然在解決微觀客體的問題方面，是迄今最成功的理論，然而這種應用上的重要性使人們有時相信，它在觀念上的革命也是成功的。其實，上述語言與實在圖景的沖突并未解決。量子力學的種種解釋無法在科學語言的基礎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“革命性”的程度作審慎的認識。

正統的量子力學學者們都意識到應該通過發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方面是提出了很多與經典物理學不同的新觀念，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該取代嚴格因果律的概念。〔7〕測不準原理以及其中的廣義坐標、廣義動量都是為粒子而設想的，卻又不能描述粒子在時空中的行為，薛定諤認為應該放棄受限制的舊概念，而玻爾卻認為不能放棄，可以用互補原理來解決。玻爾還希望，波函數這樣的“新的不變量”將逐漸被人的直覺所把握，從而進入一般知識的范圍。〔8〕這相當于說，希望產生新的語言基元。

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

這些努力在很大程度上是具有保守性的。

我們試把量子力學與相對論作比較。相對論的革命性主要表現在，通過對時間和空間的相對性的分析，建立起時間、空間和運動的協變關系，從而了絕對時空、絕對同時性等舊觀念，并代之以新的時空觀。重要的是，在這里，絕對時空和絕對同時性是從理論上作為邏輯必然而排除掉的。四維時空不變量對三維空間和一維時間的性質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，又與人類的時空經驗有著直接關聯。相對論排除了物理學內部由于歷史和偶然因素形成的一些含混概念，并給出了更加準確明晰的時空圖景。它因此而在科學語言的范圍內進入了一般知識。

量子力學的情況則不同。它的保守性主要表現在：

第一，嚴格因果律并不是從理論的內部結構中邏輯地排除的。只是為了保護幾率波解釋，才不得不放棄嚴格因果律，這只是一種人為地避免邏輯矛盾的處理。

第二，不完全連續性、非完全決定論等觀念并沒有構成與人類的時空經驗相關聯的自洽的實在圖景。互補原理和并協原理并沒有從理論內部挽救出獨立存在于時空的客體的概念，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，量子力學的有關哲學解釋看似拋棄舊觀念，建立新觀念，實際上，卻由于這些從理論結構上說是附加的解釋超出了關于實在的描述，因而破壞了以實在的自明性為保證的描述的前提。所以它實際上對觀念的豐富和發展所作的貢獻是有限的。

第三，量子力學內在地不能過渡到關于個別客體的時空形式及過程的模型，使得它的反對者指責說這意味著位置和動量這樣的兩個性質不能同時是實在的。而為了保護客觀性，它的支持者說，粒子圖像和波動圖象并不表示客體的變化，而是表示關于對象的統計知識的變化。〔10〕這在關于實在的時空形式及過程的科學語言中，多少有不可知論的味道。

第四，人們必須習慣地設想一種新的“實在”觀念以便把充滿矛盾的經驗現象統一起來。在對客體的時空形式作抽象時，這種方法是有效的。而由于波函數對應的不是個別客體的行為，所以大多新的“實在”幾乎都是形而上學的構想。薛定諤和玻姆的多維實在、玻姆在闡釋哥本哈根學派觀點時提出的那種包含了無限潛在可能性的“第三客體”〔11〕，都屬于這種構想。玻恩也曾表示，量子力學描述的是同一實在的排斥而又互補的多個影像。〔12〕這有點象是在物理學語言中談論“混元”或“太極”一樣，很難說對觀念有積極的建設。

本文從科學語言的角度，對量子力學尤其是它的哲學基礎的保守性作出一些分析，這并不是在相對論和量子力學之間作價值上的優劣判斷。也許量子力學的真正價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家G·赫爾曼進行討論時，赫爾曼提出，在科學賴以發生的文化中，“客體”一詞之所以有意義，正在于它被實質、因果律等范疇所規定，放棄這些范疇和它們的決定作用，就是在總體上不承認經驗的可能性。〔13〕我們應該注意到，赫爾曼所使用的“經驗”一詞，實際上是人類對客觀事物的廣延性和分立性的經驗。這種經驗是科學的實在圖景成立的基礎或真實性的保證，邏輯是它的抽象和提升。

在本文的前三節已經談到，自從古希臘人力圖把日常語言理想化而創立了邏輯語言以來，西方的科學語言就一直是在實在的廣延性和分立性的介定下發展起來的。我們也許可以就此推測，對于人的認識而言，世界是廣延優勢的，但如果因此認為實在僅限于廣延性方面，卻是缺乏理由的。廣延性優勢在語言上的表現之一是幾何優勢。西方傳統中的代數學思想是代數幾何化，即借助空間想象來理解數的。不論畢達哥拉斯定理還是笛卡爾坐標都一樣。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。可是一個離散的數量本身究竟是什么呢？它是否與實在的另一方面或另一部分（非廣延的）相應？也許在微觀領域里不再是廣延優勢而量子力學的困難與此有關？

如果量子力學面臨的是實在的無限可能性向語言的有限性的挑戰，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的物理學的問題。它將涉及整個認識活動的基礎。玻爾似乎是深刻地意識到這一點的。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；“同一個正確的陳述相對立的必是一個錯誤的陳述；但是同一個深奧的真理相對立的則可能是另一個深奧的真理。”〔15〕

參考文獻和注釋

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

〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15〕海森堡：《原子物理學的發展和社會》，中國社會科學出版社，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——中外哲學的比較與融通（一）》，東方出版社，1994年。

〔7〕玻恩：《關于因果和機遇的自然哲學》，商務印書館，1964年。

篇5

量子力學是描述微觀世界結構、運動與變化規律的物理科學。它是20世紀人類文明發展的一個重大飛躍，量子力學的發展引發了一系列劃時代的科學發展與技術發明，對人類社會的進步作出了重要貢獻。

19世紀末，正當人們為經典物理取得的重大成就而驚嘆不已的時候，一系列經典理論無法解釋的現象一個接一個地發現了。德國物理學家維恩通過熱輻射能譜的測量發現的熱輻射定理。德國物理學家普朗克為了解釋熱輻射能譜提出一個大膽的假設：在熱輻射的產生與吸收過程中能量是以hv為最小單位，一份一份交換的。這個能量量子化的假設不僅強調了熱輻射能量的不連續性，而且與輻射能量和頻率無關由振幅確定的基本概念直接相矛盾，無法納入任何一個經典范疇。當時只有少數科學家認真研究這個問題。

著名科學家愛因斯坦經過認真思考，于1905年提出了光量子說。1916年，美國物理學家密立根發表了光電效應實驗結果，驗證了愛因斯坦的光量子說。

1913年，丹麥物理學家玻爾為解決盧瑟福原子行星模型的不穩定(按經典理論，原子中電子繞原子核做圓周運動要輻射能量，導致軌道半徑縮小直到跌落進原子核，與正電荷中和)，提出定態假設：原子中的電子并不像行星一樣可以在任意經典力學的軌道上運轉，穩定軌道的作用量fpdq必須為h的整數倍(角動量量子化)，即fpdq=nk，n稱之為量子數。玻爾又提出原子發光過程不是經典輻射，是電子在不同的穩定軌道態之間的不連續的躍遷過程，光的頻率由軌道態之間的能量差AE=hy確定，即頻率法則。這樣，玻爾原子理論以它簡單明晰的圖像解釋了氫原子分立光譜線，并以電子軌道態直觀地解釋了化學元素周期表，導致了72號元素鉛的發現，在隨后的短短十多年內引發了一系列的重大科學進展。這在物理學史上是空前的。

由于量子論的深刻內涵，以玻爾為代表的哥本哈根學派對此進行了深入的研究，他們對對應原理、矩陣力學、不相容原理、測不準關系、互補原理、量子力學的概率解釋等都作出了貢獻。

1923年4月，美國物理學家康普頓發表了X射線被電子散射所引起的頻率變小現象，即康普頓效應。按經典波動理論，靜止物體對波的散射不會改變頻率。而愛因斯坦光量子說這是兩個“粒子”碰撞的結果。光量子在碰撞時不僅將能量傳遞而且也將動量傳遞給了電子，使光量子說得到了實驗的證明。

光不僅僅是電磁波，也是一種具有能量動量的粒子。1924年，美籍奧地利物理學家泡利發表了“不相容原理”：原子中不能有兩個電子同時處于同一量子態。這一原理解釋了原子中電子的殼層結構。這個原理對所有實體物質的基本粒子(通常稱之為費米子，如質子、中子、夸克等)都適用，構成了量子統計力學——費米統計的基點。為解釋光譜線的精細結構與反常塞曼效應，泡利建議對于原子中的電子軌道態，除了已有的與經典力學量(能量、角動量及其分量)對應的三個量子數之外應引進第四個量子數。這個量子數后來稱為“自旋”，是表述基本粒子一種內在性質的物理量。

1924年，法國物理學家德布羅意提出了表達波粒二象性的愛因斯坦——德布羅意關系：E=hv，p=h/波長，將表征粒子性的物理量能量、動量與表征波性的頻率、波長通過一個常數h相等。

篇6

注意教材書（文獻［9］）已有"輻射場"及"能量場"的物理學概念。但囿于理論局限，使得教材書對這種場的描述是靜止的（機械的）、孤立的（與物質世界無必然聯系的）、無源的（原因不清），因而也是抽象的（沒有物理意義的）。

上已證明，原子中能量量子化的根源是原子核，量子化是原子核自身性質。值得物理學注意的是，原子核這種性質并不孤立存在，它同時還嚴格地規定著所有外部世界。因而使得電子、原子、分子、物體、天體、宇宙都只能有唯一穩態位置和結構。這就是大自然最基本的內在本質規律。也就是普適方程即（20）式所揭示的規律。

那末，具體規律是什么呢？請看：

2輻射能場（存在）定理

研究表明，輻射能場準確存在可用定理表述。

〖輻射能場定理〗:任何粒子（含場粒子及天體，無例外，下同）在其周圍都形成（存在）一種輻射能場，這種輻射能場可用普朗克常數?和量子數n＝0,1,2,3…準確具體描述。在微觀輻射能場表現為量子化，在宏觀則表現為大量粒子的簡并統計結果。

3輻射能場實質

輻射能場實質系以粒子為中心，向周圍空間拋射場粒子流（這里主旨中性場粒子流，對于電磁場當有別論），這種場粒子流經電子集約化就成了光子。研究也表明，任何光子包括X射線都準確如此。參見（15）式，據此不難描述任何光子的自身結構。并且可以證明任何光子的靜止（如可能）質量均不為零。認為光子靜止質量為零，還是量子力學根據"相對論"瞎子摸象猜測結果。

這已表明光子的真實粒子性。并可準確具體證明，所謂波動性實際上是普朗克常數與量子數相互作用的一種客觀表象，任何光子都不存在任何物理意義上的波動屬性。

4輻射能場形象

研究表明，輻射能場形象與點光源的光通量完全一致。對于原子核，其輻射能場可用圖（3）準確表示：

圖中箭頭方向表示輻射能流方向，其線密度表示能流密度，n為量子數。

5輻射能場性質

研究表明，輻射能場實質系以光速拋射場粒子流（粒子上限為中微子），故，輻射能場具有排它性。原子核的輻射能場首先排斥核外所有電子，任何電子也因此未能落到核上，這是事實。所以，電子未能落到核上量子力學的任何解釋都只能是自欺欺人的胡言亂語！也所以，玻爾對電子的擔心完全多余。

需要指出，輻射能場這種排斥作用，通常主要表現為能量形式。相形之下排斥力效應很小，一般可忽略。這與太陽光輻射的能量效應十分明顯，而太陽光的壓力效應十分微小，完全相似。不過在研究宇宙膨脹時，完全不可忽略天體輻射的斥力效應。就是說，"宇宙斥力"存在。然，囿于歷史和理論局限，愛因斯坦在提出宇宙斥力概念后，又不得不自我否定。

6原子核輻射能場數學表達式

大量研究表明，原子核（質子）的輻射能場數學表達式準確為：

E＝n2·h2／2mP·r2――――――――(21)

式中h為普朗克常數，n為量子數，mP為質子質量，距離為r＝0∞，需指出，輻射能場場強E具有能量量綱（這是因為使用因子h結果），其數值則為r處單位面積上的能量。

注意：該式與（64）式有必然聯系，但物理意義微妙不同，且具有豐富物理內容（略）。

研究還表明，由此電子所得到的原子核輻射能場能量準確地為：

E＝n2·?2／2me·r2―――――――(22)

注意：這也就是玻爾量子化條件。

式中me為電子質量，不難看出普朗克常數h＝2π?緊密地聯系著質子和電子。

已很明顯，量子力學與玻爾相比，玻爾正確，量子力學謬誤！

并且由（21）、（22）式不難看出，當量子數n＝0時，E＝0。需指出，這是物質結構非常狀態。參見圖（3），在n＝0時，原子核沒有了輻射能場，原子核不再有排斥電子的能力。于是，電子必然落到核上。研究表明，這就是宇宙到達最低溫度--宇宙奇點的情況。于是，原子中發生比核反應還強烈的變化，結果原子爆炸--物質爆炸--宇宙爆炸！這就是宇宙爆炸原因，由此也不難了解宇宙過去。

可悲的是，量子力學竟將量子數n＝0也定義為原子的一種穩定狀態。可歌呼？可泣乎？災難，罪過！阿們--

7輻射能場的實驗驗證

7.1太陽的輻射本領已足夠大

目前世界公認太陽發射本領（文獻[2]）為3.8×1033（爾格/秒），這相當于太陽每秒拋射出質量為m＝2×109(千克)物質。但如上可知，太陽實際發射本領遠大于此。因為太陽光僅是輻射能流的一部分，這種能流粒子上限為中微子。

7.2宇宙正在膨脹

宇宙正在膨脹，表明"宇宙斥力"存在，這是宇宙中心輻射能場性質。宇宙正在膨脹恰系宇宙中心輻射能場的客觀真實寫照（或曰照片）。

7.3"太陽風"的存在

文獻［10］介紹的"太陽風"正是本文定義的太陽輻射能場，太陽風就是太陽輻射能場的客觀真實寫照。該文獻給出了對太陽風考察的衛星實際探測結果（文獻圖示略）。這可謂太陽輻射能場的真實實驗驗證。

7.4第四個驗證是，任何原子中任何電子均未能落到核上，這是事實

不僅如此，人為方法：高能陰極射線、X射線或高能加速器也很難將電子打到原子核上。這絕非因碰撞截面太小，總會有幾率。實際上正是由于原子核具有排它性的輻射能場排斥效應所致。由（22）式可見，電子得到的原子核排斥能與距離平方成反比例。在核半徑處排斥能十分巨大，以致可忽略靜電引力能。簡單計算表明，電子必須具有200倍C(光速)才可能到達核半徑處。也因此，玻爾對電子的擔心完全多余！

需要指出，對此類問題，量子力學仍會故伎重演--狡辯。但經如上及以下分析論證，量子力學純系主觀臆造，對物理學實質問題全然無知，已經使得量子力學的狡辯不再有任何效力。

7.5第五個驗證是人們熟悉的，然而又不熟悉的，這就是氣體壓力

量子力學會立即反駁說："氣體壓力來自分子熱運動和碰撞"（文獻[8]）。需指出，這種解釋充其量只能算作表面化非本質解釋，作為哲學或市民語言尚可，但不能作為物理學家語言。在嚴格物理意義上說這種解釋是自欺欺人的。這種解釋實際上并不清楚分子熱運動的實質和根源，更不知溫度對單個分子的意義是什么。量子力學（文獻[8]）以公開宣稱："對單個分子溫度沒有任何意義"。

這是因為量子力學有一劑靈丹妙藥--波函數Ψ--量子力學家主觀意識，就可以包治百病。溫度與這靈丹妙藥無任何聯系，在靈丹妙藥中沒任何位置，所以溫度沒有用處。也所以量子力學結論：對于單個分子，溫度沒有意義。

但是，只要神經不錯亂，人人都懂得，既然宏觀溫度是大量分子集體貢獻，怎么能說單個分子沒有貢獻？單個分子又怎能擺脫溫度環境？這與人對社會貢獻完全一致，能說個人對社會的貢獻沒有意義嗎？！

大量研究已經表明，溫度概念同樣也有極為豐富的物理內容。溫度問題同樣也貫穿全部物理世界全部內容。并對此可做如下結論：

普朗克常數h＝2π?與量子數n＝0,1,2,3…好比一對孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部內容，并且，宏觀溫度T就是量子數n＝0,1,2,3…的照片。

注意，此結論在確切物理意義上正確。

研究還表明：分子熱運動及分子間斥力的實際根源正在于原子（核）間排斥能場相互作用的結果。并可得以下具體結果：

PV＝∑Ei――――――――――――――――(23)

式中PV為氣體壓力勢能，Ei為單個氣體分子的輻射能場能量（推導略）。這種嚴格關系唯一證明分子（原子）輻射能場客觀存在。此時并唯有此時輻射能場的排斥力效應也十分明顯，這就是氣體壓力。

第五章大自然內在本質規律二

5.1大自然內在本質規律之二--潛動能客觀存在

研究還表明，這種規律正確存在也可用定理表述：

5.2潛動能定理

〖潛動能定理〗：任何質量為m的物體（含場粒子及天體）當以速度V運動時，必有潛動能存在。若以符號T2表示則為：

T2＝（1/2）mV2―――――――――――（24）

可見，潛動能在數值上與物體經典動能（機械動能）相等。現將經典動能定義為顯動能，并以符號T1表示之：

T1＝T2＝（1/2）mV2――――――――（25）

那么，可以定義物體運動全動能，以符號Tm表示則為：

Tm＝T1＋T2＝mV2―――――――――（26）

如果，質量m以光速C運動，其全動能必為：

Tm＝mC2＝E―――――――――――（27）

看！這就是遐邇聞名的愛因斯坦質能關系。這已表明，愛因斯坦質能關系只不過是物體（粒子）運動全動能之特例！然而，不僅愛因斯坦本人，而且后人至今都不清楚質能關系的物理意義。可（27）式中E＝mC2的物理意義是再清楚不過了！

5.3潛動能的物理意義

研究表明，潛動能普遍客觀存在，實際上它是物體（粒子）運動時的伴隨能量。由于潛在性，低速時或直觀上人們難以發覺。只有在高速時才明顯表現出來，所以人們至今尚不知曉。

研究表明，潛動能實質也是一種輻射能場，這種場粒子上限亦為中微子，對中微子目前尚不能檢測，這也是人們尚未發現潛動能的直接原因。

需指出，溫度為T的物體當以速度V運動時，同時存在輻射能場及潛動能能場，兩種能場分別可測并須分別描述。但是，以下將完全證明原子核的輻射能場實際上就是原子核自旋潛動能。由此也證明潛動能普遍客觀存在。

也所以潛動能的能量效應較其壓力（即動量）效應明顯，尤其當速度V＜＜C時，人們無法觀測到這種動量效應。然而當物體速度接近光速（VC）時，潛動能的能量效應與動量效應均不可忽略。這時潛動能的能量效應形成愛因斯坦的質能關系事實；而其動量效應則形成"物質波"的事實。這就是"物質波"的本來面目和真實內容。

5.4潛動能的實驗驗證

5.1回旋加速器的驗證

文獻[10]介紹："電子在回旋加速器中，任何瞬間，軌道平均磁場的增量必須是軌道上磁場增量的2倍"。即：

dBave＝2dB―――――――――――――-（28）

這無疑表明本文如上全動能成立，亦即表明潛動能客觀存在。

5.2電子在加速器中同步輻射光

電子在加速器中同步輻射光能正是電子運動的潛動能，并且，電子同步輻射光的波長λ為：

λ＝h·c／E――――――――――――――（29）

注意：式中能量E是電子同步輻射光能量，也就是電子的潛動能。

5.3地球的潛動能

地球有潛動能？從沒聽說過！有人說。

不錯，但經本文由普適方程已經計算出地球確有潛動能：月球的存在給出完全的證明。因為本文對月球的計算表明，普適方程不僅適用于太陽系，而且適于地（球）--月（球）結構。并且，對月球的計算，得出兩個重要結果：①由普適方程計算月球繞地（球）軌道半徑與天文觀測（文獻［2］）的誤差小于1％；②由普適方程計算得出--月球是顆裸星。這已是個奇跡，目前為止任何理論都辦不到！

這種結果無疑表明：

第一，地球所得到的太陽輻射能剛好等于地球軌道動能，也剛好等于地球的潛動能。于是，地球能量處于一種動平衡中。這表明，月球繞地（球）軌道受地球潛動能嚴格支配，亦即受地球軌道動能嚴格支配，亦即受太陽能量嚴格支配。不僅如此，太陽以此嚴格支配著系內所有天體（無例外）的運行（位置、動能、尺寸、質量以及軌道曲線性質）。

第二，地球運動潛動能客觀存在，在數值上準確等于地球軌道運行動能。故〖潛動能定理〗成立！

第三，"物質波"就是本文所定義的"潛動能"。

第四，普適方程無條件成立！

5.4X射線韌致輻射

周知，X射線韌致輻射最短波長λmin為：

λmin＝h·c／E－―――――――――――（30）

式中E為外加能量，在數值上等于電子顯動能，也等于潛動能。需要指出的是，電子只能放出潛動能形成所謂的"波長"：λ。而電子的顯動能與宏觀物體的機械動能一樣：只能直接作機械功，不能直接成為輻射能。量子力學對此問題"心不在肝"！

所以，（30）式的真實物理內容是：電子放出潛動能形成所謂波長：λ，這證明潛動能客觀存在。可是，量子力學，還有德布羅意，把這稱為"物質波"！

還要注意：由（30）式可見，韌致輻射最短波長λmin連續可變，這已完全表明電子能量連續可變。再一次證明"量子化"并非電子自身固有屬性。

第六章物質波及其實質

6.1究竟物質波是什么

談物質波問題，恰進入量子力學權威領地。作為權威，理應對此做出科學合理解釋。遺憾的是雖經近百年發展量子力學仍滿足于對物理現象作似是而非的猜測，量子力學的"波函數"概念正是對"物質波"現象的猜測，并強加給電子。

下面考察物質波。

德布羅意"物質波波長"表達式為：

λ＝h／p――――――――――――――――（31）

該式表示什么物理意義呢？

認真研究表明：雖然λ具有長度量綱，但并不表征任何長度物理量，只能表征粒子動量p的反比量度。之所以具有長度量綱，是因為動量p反比量度的單位取h的結果。除此之外（31）式不再有其他物理意義，或將其變化如下：

λ＝h／p＝hv／pv＝hv／mv2＝hv／Em―――（32）

式中Em＝Tm為前文定義的粒子運動"全動能"，這表明λ亦可表征粒子運動全動能的反比量度，或者說是對潛動能的一種量度。所以可結論：

6.2物質波實質

第一，"物質波"波長只能表征粒子運動時的動量效應或者潛動能，實質是潛動能的反比量度。除此之外（32）、（31）式不再有其它意義。

第二，"物質波波長"絕不表示粒子有任何物理意義上的"波動"性質！

第三，那又為何將λ定義為"波長"呢？研究表明，這還是在于量子力學的特長--富于猜想的結果：看到粒子（光子或電子）的干涉和衍射現象，聯想宏觀波動（水面波動）的干涉，于是猜想微觀粒子（光子和電子）有一種說不清的波動性質。由此便將λ定義為"波長"。殊不知，宏觀波動（水面波動）的干涉與微觀粒子的干涉是完全不同的兩回事。研究表明，水面波動確系水面物質波動。而粒子（光子和電子）的干涉和衍射卻完全是由普朗克常數?與量子數n(一對孿生兄弟)共同（技術）表演的結果。并可嚴格準確具體證明:粒子（光子或電子）的干涉條件中的自然數n＝0,1,2,3…恰為量子數n＝0,1,2,3…（略）。這是因為粒子的干涉和衍射現象是粒子與（量子化了的）物質場（輻射能場）相互作用的必然結果。

并且在本文已到達的深度--準確描述場粒子自身結構深度上說，仍未發現任何粒子有任何內稟波動屬性。這說明根本不存在"物質波"。而德布羅意"物質波"概念恰在于粒子運動"潛動能"的事實。所以，與其說德布羅意發現了"物質波"，毋寧說他發現了粒子運動的潛動能。

之所以人們認為粒子具有波動性，客觀原因在于人們對微觀粒子，例如光子，幾乎完全缺乏了解。也因之，目前為止，光子的"波粒二象性"問題仍屬世界公認遺難問題之一！

第七章普適方程物理意義

7.1普適方程物理意義

普適方程物理意義可用圖（4）

描述如下：

圖中曲線①就是普適方程①

式，這代表大自然一種普遍基本規

律--相互吸引規律。式中T為

粒子（含天體）軌道動能，V為引

力勢能。動能等與勢能之半，這本是

經典物理內容。

曲線③就是普適方程③式，

這代表大自然另一種普遍基本規律

--相互排斥規律。式中E為粒子

（含天體）所得到的由輻射中心來的

輻射（排斥）能。

顯然，曲線①是線性的，即引

力能V隨距離r呈直線變化；而

排斥能E（曲線③）是雙曲線。故，

兩條曲線必相交，交點為②，即普適方程②式（T＝E）。這代表大自然第三種基本規律--普遍客觀存在規律--兩種相反作用永恒絕對平衡規律：既可以是穩態平衡，例如原子和太陽系；又可以是動態平衡，例如銀河系及宇宙的膨脹（含宇宙爆炸）。并且牛頓力學在大自然中完全好用！量子力學對牛頓力學的非議純屬癔語糊勒！

7.2普適方程注釋

第一，普適方程物理意義雖很寬廣，但卻真實具體，并不抽象。

第二，普適方程可以直接用來計算原子結構，計算天文結構須要變換（略）。

第三，已不難看出大自然（宇宙萬物）沒有任何東西能夠（可以）逃脫普適方程規律的支配！所以這里用了"永恒絕對普遍"規律說法，不僅物理意義，而且哲學意義準確可靠。亦不難看出人類目前為止的哲學理論錯誤（略）！

第四，因此不難理解：普朗克常數及量子數好比一對孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部內容！

研究表明，這已構成物理學最基本的定律--物理學奠基定律。以致物理學不得不另辟一章：

第八章物理學奠基定律

8.1物理學奠基定律

〖物理學奠基定律〗：普朗克常數h＝2π?與量子數n＝0,1,2,3…好比一對孿生兄弟，它們同時共同貫穿全部物理世界全部內容，無例外。

8.2奠基注釋

大量研究表明，這不是簡單推廣。該定律普遍永恒絕對全天候成立！世界上找不到脫離這種定律的東西，人類的靈魂也不例外。因此，也沒有能脫離〖物理學奠基定律〗的物理學。所以這叫〖物理學奠基定律〗，名副其實也！

第九章量子力學的猜測

上述可見，量子力學對一些基本物理學問題要么似是而非，要么一無所知，儼然卻夸夸其談。甚者竟反科學之道建立了【測不準原理】，于是使得科學陷于惡性循環不解之中。這就是目前科學活生生的現實！

現總結量子力學對科學的種種似是而非的猜測：

量子力學猜測一：（目前）試驗電離能＝原子真實能級

量子力學猜測二：原子結構不同殼層K,L,M,N…中電子的量子數分別為n＝0,1,2,3…

量子力學猜測三：粒子（物質）具有（一種朦朧的）波動屬性

量子力學猜測四："物質波"①是軌跡波；②是幾率波；③是彌撒物質波包

量子力學猜測五：費米子（電子、質子）的自旋量皆為（1/2）?

量子力學猜測六：電子具有反常磁矩屬性（閉著眼睛摸大象）（以下準確計算證明）

量子力學猜測七：物質世界是測不準的，且不可能測準的，并由此建立一種反科學的理論──【測不準原理】

等等，僅舉與本文有關七例。

以上及以下討論充分證明《量子力學》完全錯誤，一無是處！并可對物理學做如下結論。

第十章物理學正論

10.1世界是粒子的（含場粒子及天體）。但任何粒子都不存在任何物理意義上的內稟波動屬性。

10.2粒子能量是量子化的（包括天體）。但實際上根本不存在什么"量子"，即使將"量子"理解為"能量子"也不科學。（量子力學純屬虛構！）

10.3普朗克常數?及量子數n已給出并將給出全部物理世界準確信息，它們共同貫穿全部物理世界全部內容。

10.4任何粒子（含天體，電子，無例外）均不具反常磁矩內稟屬性（以下給出具體計算嚴格證明）。

10.5物質世界是可測的，并完全可測準的，其準確程度完全取決于普朗克常數h＝2π?的準確度。

10.6電子、質子、中子都是經典粒子。附錄中嚴格證明（這種證明本身就是物理學一種奇跡，量子力學望塵莫及）。

10.7目前為止，世界是經典的。所以，量子力學所謂超脫經典實際就是超脫科學！

以下附錄是對全文的嚴格、具體證明。

第十一章附錄：粒子及其磁矩問題

粒子物理問題，由于缺少直觀經驗，這給人們正確認識造成極大困難。然而量子力學的出現并沒有幫助人們解決困難，反而給人們本來有限的認識能力又設置了人為的更難以逾越的障礙，這就是【測不準原理】。并把人們的認識能力禁錮在量子力學謬誤之中。

目前為止的實驗，已經驗證粒子具有磁矩。但對粒子磁矩問題，量子力學由于缺乏了解，又為了"符合"試驗，經常自覺不自覺混淆，有時偷換，普朗克常數的物理概念。這已使得量子力學對粒子磁矩問題的描述嚴重有詐！

以下用CGS和高斯單位制具體討論：

11.1粒子磁矩問題的實驗表達式

文獻[10]中，粒子磁矩表達通式如下：

g＝nh／μ0H＝ω?／μ0H―――――――（33）

研究表明，該式可謂經驗公式，因由試驗而來，應當是正確表達式。

然而問題在于，量子力學對實驗表達式的真實物理意義及實驗的真實物理過程并不清楚。對表達式的理解也有錯誤，因而得出完全錯誤的結果和結論。

對于電子，（33）式可變為：

ge＝ωe?/μBH――――――――――――（34）

式中ge＝1.0011596被量子力學定義為電子的"反常磁矩"值，ωe為電子自旋磁矩在磁場中進動角頻。并有：

μB＝γe?＝（e／2meC）?―――――――（35）

其中γe＝e／2meC――――――――――――(36)

那么有ge＝（ωe?/?H）÷γe――――――――(37)

可簡為ge＝ωe/γeH―――――――――――（38）

這就是量子力學基本思路，并由此得出電子自旋磁矩錯誤結果。又將這種錯誤勇敢地推廣到其它粒子和其他情況，這就錯上加錯。

需要指出，根據教科書概念，（36）式為電子軌道回旋比。量子力學又認為電子自旋回旋比為軌道回旋比的2倍，這是由于認為（實際是猜測）電子自旋量為（1/2）?的必然結果。也得出電子的朗德因子為2的結果，這是完全錯誤的（見下）。

以下討論給出完全的證明：電子純系經典粒子，并且其荷質比絕對均勻。

那么，對于這樣的經典粒子--電子來說，不管其角動量如何變化其軌道回旋比與自旋回旋比永遠相等（只要建立均勻荷質比的經典粒子模型，立即可證，略）。

考慮到量子力學錯誤因素在內，不影響以上及以下討論。研究表明（38）式對電子仍然準確成立。

但量子力學錯誤主要表現在：

11.2量子力學所犯經典錯誤

量子力學所犯經典錯誤一：將g定義為磁矩"反常"因子。這表明量子力學缺乏了解又理論貧乏，犯指導方向錯誤。以下將給出g因子的真實物理意義和內容。

量子力學所犯經典錯誤二：認為費米子（電子、質子）的自旋量皆為（1/2）?，這是狄拉克根據量子力學計算的錯誤結果：實際上是與作為能量單位的?簡單呼應導出結果，沒有物理意義。因而是完全錯誤的。

量子力學所犯經典錯誤三：量子力學自覺不自覺混淆并濫用普朗克常數?的物理概念并偷換之，這叫偷換概念。注意，（37）式中分線上下都有?項。由（33）式可知：

nhω?＝E――――――――――――――（39）

這里?分明表示能量E的單位，這就是（37）式分線上面之?。而（37）式分線下面之?卻是角動量的單位。兩種完全不同的物理概念不容混淆，雖然它們的數值和量綱完全一致。

稱職的物理學家在未有把握之前不會輕易消去?項。然而量子力學卻毫不顧忌這么做了，那末所得結果必有詐！

量子力學所犯經典錯誤四：以下將證明量子力學完全不了解粒子磁矩實驗的真實物理過程以及（33）、（38）式的真實物理意義。

那么，電子磁矩實驗真實物理內容是什么呢？現將（34）式變化如下：

ωe＝（ge·H／?）μB――――――――――（40）

注意，式中μB為玻爾磁子，系作為磁矩的單位出現，為常數；而?則作為能量的單位出現，亦為常數；因子ge也是常數。

那么，（40）式明確表明：ωe與H成正比，而與電子真實角動量無關（注意式中無有角動量物理量）。也就是說，無論電子真實角動量是多少，（40）式中的ωe都保持不變。

或者由（38）式得：

ωe＝ge·H·γe―――――――――――（41）

式中ge及γe均為常數，該式仍然表明ωe只與H成正比，與電子真實角動量無關。并請注意，這種認識上的差異將產生完全不同的結論。

由此可結論：由于粒子磁矩進動實驗結果與粒子真實角動量這種無關性（注意：與實驗無關，并非理論無關），因而這種試驗就不能直接測得任何粒子真實磁矩。因為完全相反，粒子真實磁矩直接與角動量緊密（理論）相關（只要建立經典粒子模型立即可證）。并且研究表明，這一結論對任何粒子都成立。

然而，量子力學卻由此直接得出"電子自旋磁矩"μe：

μe＝ge·μB―――――――――――――（42）

注意：這種結果，①偷換了常數?概念；②假定電子自旋量為（1/2）?；③并不了解ge因子的真實物理意義，因而是完全錯誤的結果。

然而，（41）式是有功勞的，它已經揭示出粒子磁矩問題的本質規律（量子力學全然不知）。并且，這種規律的正確性可用下述Ⅳ條磁矩定理表述。

11.3粒子磁矩定理Ⅰ

〖粒子磁矩定理Ⅰ〗:任何粒子（含場粒子及天體，下同）的磁矩問題都是經典問題，不存在任何非經典問題。

顯然，此定理的證明，不可能立竿以畢。但是，本文如下仍將給出完全的證明！

這定理的證明本身就已是物理學奇跡之一。這已表明量子力學完全無聊！

11.4粒子磁矩定理Ⅱ

〖粒子磁矩定理Ⅱ〗：任何磁矩進動試驗都不能直接測得任何粒子的真實磁矩。但玻爾磁子除外。

其實，上述討論已經給出定理Ⅱ的證明。這是由于實驗磁矩進動角頻(ω)與粒子真實角動量(L)無關，而粒子真實磁矩(μ)卻與粒子真實角動量(L)緊密直接相關（不可開膠）！

然而，量子力學竟然由實驗直接得出粒子的磁矩結果。那么，這種結果必不真實，嚴重有詐！這表明，量子力學先天不足，后天空虛，已養成寄生性和猜測性。所謂寄生旨在寄生于經典物理，經典物理已清的，量子力學也清楚，并夸其談而娓動聽；經典物理未清的，量子力學也一無所知，不得不依賴對實驗進行猜測--并美其名曰"符合"試驗。

11.5粒子磁矩問題理論表達式

研究表明，為了要得到粒子真實磁矩，就必須建立磁矩問題的理論表達式。量子力學對此完全無能。本文大量研究，現給出粒子磁矩問題的準確理論表達式如下：

Kφ＝ω·L／μ·H――――――――――（43）

或為討論方便變為：

ω＝Kφ·μ·H／L――――――――――（44）

注意，這種理論表達式的正確性，可用粒子磁矩定理Ⅲ表述如下：

11.6粒子磁矩定理Ⅲ

〖粒子磁矩定理Ⅲ〗：任何粒子（同上）不管公轉還是自旋（旋轉軸須平行），其磁矩在磁場中進動角頻ω與粒子磁矩μ成正比，與外加磁場強度H成正比，與粒子角動量L成反比。其比例為常數。

若用符號Kφ表示這個常數，那么有：

Kφ＝1.0011596――――――――――――(45)

研究表明，Kφ為物質與物質場相互作用常數，并且這是所有粒子（含天體）的共性問題，絕非任何粒子（例如電子）所特有。任何粒子，無例外，都不具反常磁矩內稟屬性，以下給出完全的證明。

研究還表明，理論表達式即（43）、（44）式具有普遍意義，對所有粒子（含天體）任何情況（公轉和自轉）都準確適用。并都將得到與實驗完全相符的結果。

這一事實完全表明：

第一，粒子磁矩問題是共性問題。

第二，粒子磁矩問題確系經典問題。這表明〖粒子磁矩定理Ⅰ〗成立（以下還將證明）。

11.7電子及其磁矩

作為物理學者，在將（34）式變為（38）式時不應忘記兩件事：

11.7.1物理學者不應忘記第一件事

第一件事：由于混淆并（偷）更換常數?物理概念的結果，使得（38）式具有了完全特殊的意義。在于，（38）式卻反映且唯能反映電子基態軌道磁矩真實情況。這是由于唯基態電子軌道運動角動量為?，也方可與作為能量單位的?相消。這么做的結果，使得磁矩實驗只能直接測得電子基態軌道運動真實磁矩，且在數值上等于玻爾磁子μB：

μB＝ωe·?/ge·H――――――――――（46）

需指出，這是所有磁矩進動試驗所能測得的唯一真實磁矩。除此之外任何粒子任何情況（公轉和自轉）的真實磁矩都不可能由磁矩進動實驗直接得出（只要建立經典模型立即可證）！

（46）式也可由（34）式直接導出，但物理意義完全不同：在（34）式中，μB系作為磁矩的單位出現，為常數，?則作為能量的單位出現；而（46）式中μB則是電子基態軌道真實磁矩，而?為電子基態軌道運動真實角動量。

11.7.2電子快報

電子快報：

研究表明，（46）式又有引伸的重要物理意義（可謂物理學今古奇觀）：在于由電子自旋的實驗竟然得出電子軌道運動的真實磁矩μB；反而無論如何也不能直接測得電子的自旋真實磁矩。就是說，將電子自旋試驗參數（自旋進動角頻ωe、自旋試驗場強H、自旋因子ge）代入（46）式，居然得出電子基態軌道運動真實磁矩μB！并且計算也表明，對其它軌道磁矩（38）式也適用。這便是值得物理學家注意的"電子快報"！于是有：

11.7.3電子磁矩問題的表達通式

因此，可以構造電子磁矩問題的表達通式：

μe＝ωe·Le／ge·H――――――――（47）

式中μe既表示電子的自旋磁矩，也表示軌道磁矩，Le則為對應的角動量。

11.7.4電子磁矩問題表達通式的應用

例一：用電子磁矩表達通式即（47）式求解電子軌道角動量為L2＝2?時的軌道磁矩μ2

解：將L2＝2?代入（47）式有：

μ2＝ωeLe／geH＝ωeL2／geH＝ωe·2?／geH＝2（ωe?／geH）

＝2μB（正確）

研究表明，對電子自旋（47）式當然成立，因為（34）～（38）式是系由自旋試驗而來。只要將電子自旋真實角動量代入（47）式便得電子自旋真實磁矩（以下給出結果）。

11.7.5莊嚴事實

莊嚴事實：

由電子自旋試驗得到的結果即（38）式，卻完全適用于電子任何情況（包括自旋各種狀態，也包括軌道公轉各種情況）。這已充分證明〖粒子磁矩定理Ⅲ〗成立，同時證明〖粒子磁矩定理Ⅰ〗也成立。如果電子不是經典粒子，（47）式絕不會成立。

11.7.6一條真理

一條真理：

上述莊嚴事實展示一條真理，即下式成立：

ω自／ω公＝ωe／ωB1――――――（48）

式中用ω自表示電子自旋磁矩進動角頻，亦即ωe；而ω公表示電子軌道磁矩進動角頻，亦即ωB。研究表明這是〖粒子磁矩定理Ⅲ〗及〖粒子磁矩定理Ⅰ〗的必然結果！以下還將對(48)式進一步證明。

這種結果，唯一表明電子純系經典粒子，因為只有經典的荷電粒子模型（并且荷質比均勻）才有（48）式結果（只要建立經典模型立即可證，略）。

11.7.7量子力學錯誤結果

然而，量子力學卻得出與（48）式相悖的錯誤結果：

ωe／ωB＝μe／μB＝ge＝1.0011596―――（49）

顯然，量子力學完全不知常數ge的真實物理意義。更不知：〖粒子磁矩定理Ⅱ〗已無余地地指出，任何磁矩進動試驗都不可能直接測得任何粒子的真實磁矩！然而，量子力學卻直接得出（42）、（49）式結果。所以這種結果必不真實，嚴重有詐！也顯然，這種結果純系根據實驗比值瞎子摸象。又美其名曰"符合"試驗，多荒唐！

11.7.8物理學者不應忘記第二件事--荷質比均勻問題

第二件事：電子（作為粒子）自身內部結構各點微荷質比是否均勻？如果微荷質比均勻，則（34）～（38）式均成立，反之都不成立。

這問題，只要建立經典模型立即可證（略）。同樣可證明，如果粒子內部微荷質比不均勻對軌道公轉磁矩影響甚微，可忽略；但對自旋磁矩影響顯著，不可忽視（研究表明質子和中子正是這種情況）。然而，量子力學一律忽視！

以下對荷質比作定量討論，需要定義。

微荷質比的定義：將粒子內部結構各點的真實荷質比定義為微荷質比，用符號q／m表之。

那么，如果粒子自身內部結構各點微荷質比點點相同，即：

q／m＝常數―――――――――――（50）

則被定義為：粒子自身內部結構荷質比均勻。

否則謂荷質比不均勻。

顯然，此類問題量子力學顯得力所不及。但值得慶幸的是，對電子來說大量研究表明（50）式準確成立。也正因如此，才允許（否則不允許）進行（35）～（38）式變換，才有（48）式結果。否則（48）式不會成立，也不會有（47）是正確結果。

此外，本文應用普適方程已準確推出電子自身內部結構（繁瑣，略），這種結構也準確表明電子內部結構各點微荷質比點點相同。且有：

q／m＝常數＝e／me―――――――（51）

那么，以下〖粒子磁矩定理Ⅳ〗給（48）式以嚴格證明。

11.8粒子磁矩定理Ⅳ

〖粒子磁矩定理Ⅳ〗：任何粒子（同上）只要是經典的，如果（50）式成立，不管公轉還是自旋下式總成立：

ω1/ω2＝q1／m1÷q2／m2－―――――（52）

式中q1／m1、q2／m2分別表示兩種情況下的粒子平均荷質比；ω1、ω2分別表示兩種情況下磁矩進動角頻；下表"1"、"2"表示兩種情況：其中包括兩種粒子情況m1、m2，或者兩種電荷q1、q2情況，或者表示同一粒子兩種試驗條件，或者表示自轉與公轉兩種情況。

這表明（52）式的廣泛適應性。它也表明粒子磁矩問題的共性，同時也表明離子磁矩問題的經典性。

只要建立經典模型，〖粒子磁矩定理Ⅳ〗立即可證（略）。需指出，〖粒子磁矩定理Ⅳ〗既可由理論表達式推導證明（略），也可由實驗表達式推導（略）。

那么，將（52）式應用于電子的自旋與公轉兩種情況，則有：

ω1／ω2＝ω自／ω公＝ωe／ωB

＝q1／m1÷q2／m2――――――（53）

式中下標"1"表示電子自旋情況，下標"2"表示電子公轉情況。于是：

q1／m1q2／m2e／me

那么有：ω自／ω公ωe／ωB1―――――――（54）

這表明（48）式成立，亦即表明電子自身內部荷質比均勻。

這再一次證明了電子問題的經典性質。如果電子不是經典粒子（54）式絕不成立。

至此，上述四條磁矩定理嚴格證畢。

那么，這就在事實上徹底打破了《量子力學》關于電子理論問題的神話--鬼話。

并且至此，已完全、充分、確切地證明了量子力學純系偽科學（非任何偏見）。在哲學及物理學意義上說，此結論都嚴格準確。

11.9粒子磁矩理論表達式的應用

11.9.1用理論表達式計算電子軌道磁矩

例二，應用粒子磁矩理論表達式即（43）式求解電子基態軌道運動角動量為L1＝?時的軌道磁矩μB

解：由（43）及（54）式得

Kφ＝ωBL1／μBH＝ωe?/μBH――――（55）

那么μB＝ωe?/KφH―――――――――――（56）

式中Kφ＝ge（數值相等但物理意義不同）。顯然，該式與（46）式等價。所以（56）式結果正確。這表明本文磁矩理論表達式正確成立。

也顯然，對于其它軌道磁矩理論表達式都成立（略）。

那么，（55）式是一個很有用的式子，他好比粒子磁矩問題杠桿，由它可導出所有粒子所有情況（公轉和自傳）的真實磁矩。

11.9.2用理論表達式計算電子自旋真實磁矩

例三，用粒子磁矩理論表達式求解電子自旋真實磁矩:μe

解：將磁矩理論表達式用于電子自旋則有

Kφ＝ωeLe/μeH―――――――――――（57）

聯立（55）、（57）二式則有

μe＝（ωeLe／ωB?）μB――――――（58）

由〖粒子磁矩定理Ⅳ〗及（48）式知：ωe＝ωB，故有：

μe＝（Le／?）μB―――――――――――（59）

只要將電子真實自旋角動量：Le

Le＝(1/401.16764)?―――――――――（60）

（這是本文大量研究結果，推導繁瑣，略）代入（59）式便得電子自旋真實磁矩：μe

μe＝(1/401.16764)μB――――――――（61）

可有人不敢相信這(61)式結果。但是，（59）式必正確！

那么，為何量子力學猜測電子自旋量為（1/2）?，又能與實驗"相符"呢？這是由于磁矩實驗表達式即（34）～（38）式與電子真實角動量無關，不管電子真實角動量是多少，（34）與（38）二式總自洽成立。因此，量子力學詭稱符合實驗，實屬欺詐！

下面考察質子。

11.10質子及其真實磁矩

考察質子磁矩立刻出現困難：卻乏質子有關數據。

11.10.1質子結構數據

不過不要緊，本文大量研究已經給出質子自身結構準確描述，并在幾方面都與實驗完全相符。這種描述給出如下兩個重要結果：

第一，質子自旋真實角動量以LP表示,則為：

LP＝h＝2π?＝6.6260755×10－27(爾格妙)―――（62）

第二，質子自旋理論半徑以rP表示，則為：

rP＝1.324100×10－13（cm）――――――（63）

這兩項結果推導繁瑣，但以下仍將給出出其不意令人嘆為觀止的證明。

仿照電子，對質子做如下計算：

EP＝n2LP2/2mPrP2＝n2h2/2mPrP2―――（64）

式中mP為質子質量，n為量子數。將（63）、（62）式代入得：

EP＝n2×7.5163935×10－4（爾格）――――（65）

注意：式中數字恰為質子自旋動能，現以符號TP1表示：

TP1＝（1/2）mP·C2

＝7.5163935×10－4（爾格）――――――（66）

那么，據潛動能定理，質子必有潛動能，以TP2表示：

TP2＝TP1＝（1/2）mP·C2

＝7.5163935×10－4(爾格)―――（67）

那么，質子必有全動能以EPm表示：

EPm＝TP1＋TP2＝mP·C2

＝1.5032787×10－3（爾格）―――――（68）

這就是聞名遐邇的愛因斯坦"質能關系"式：

E＝mC2――――――――――――――――（69）

這表明質子自旋速度恰為光速C，那么質子自旋角動量若以符號LP表示必為：

LP＝mP·C·rP＝6.6260755×10－27(爾格妙)

＝h＝2π?―――――――――――――（70）

如上計算表明，（63）、（62）二式必需同時成立。如果LP、rP中一項不成立，則上述計算都不成立。這可謂對質子結構數據初步證明，以下還將證明。

11.10.2質子世界

注意，（64）式有著極為豐富的物理內容。現將其變化如下

E＝n2h2/2mPr2――――――――――――（71）

這就是質子輻射能場準確數學表達式，式中r＝rP∞為距離，E的量綱為能量，但其數值為在r處單位面積上的能量，即能場強度。當距離從∞收縮至rP時，能量E恰為EP即（65）式，且此時質能關系式E＝mC2成立。這說明質子活動（自旋）范圍為rP（自旋半徑），亦即（63）式成立。

上述可見，質子世界的（作用）范圍為r＝0∞。其中0rP為質子內部結構世界，而rP∞為質子（或原子核）的外部作用世界。

11.10.3量子化的根源

注意，（64）式及（71）式能量都是量子化的，并且，這就是世界量子化的真實根源！這是質子（原子核）的內稟屬性。也并且，原子核（質子）以此嚴格規定并支配著所有外部世界：核外所有電子、原子、分子、晶體、固體、液體、氣體、天體、宇宙的結構和性質，以及宇宙的歷程。這些也都是大自然內在本質規律。

11.10.4質子與普適常數

根據經典物理，現將質子電荷庫侖自舉能用Epe表示，則：

Epe＝e2/2rP＝8.7296129×10－7（爾格）―――（72）

那么有：

EPm／Epe＝1722.0451＝Φ―――――――（73）

這也就是正文中的普適常數Φ之值，參見（15）式。式中EPm為質子全動能，即（68）式。可見，普適常數Φ還嚴格規定著質子。

注意：（15）式與（73）式是完全不同的計算，然而竟得出完全相同的結果，即普適常數Φ之值。這種令人嘆為觀止的結果，已完全表明本文對質子的計算無誤。以上質子數據都成立。

11.10.5質子與反常磁矩

作如下計算：

（TP1＋TP2）／TP1＝1.0011614――――――（74）

這就是試驗測得的"反常磁矩值"。注意文獻［10］介紹："試驗測得電子反常磁矩值為1.0011609(±0.0000024)"。

再做如下計算：

1＋1÷（Φ/2）＝1＋2/Φ＝1.0011614―――（75）

這就是普適常數Φ與反常磁矩的關系。

上述計算已經表明：

第一，謂反常磁矩值并非為電子所特有，而是物質間相互作用常數，為任何粒子（包括天體）所共有。

第二，本文關于質子結構數據的計算準確無誤。

11.10.6質子的真實磁矩

有了上述準備，現在繼續考察質子磁矩。但又出現困難：質子內部結構微荷質比是否均勻？不過不要緊：可以先假定其荷質比均勻，然后在研究處理。

那么，如果質子荷質比均勻，亦即假定（50）式對質子成立，就可將〖粒子磁矩定理Ⅳ〗應用于質子和電子兩種粒子。必有：

ω1／ω2＝ωe／ωP＝q1／m1÷q2／m2＝e／me÷e／mP

＝mP／me―――――――――――（76）

式中用下標"1"表示電子，下標"2"表示質子，所以有：

ωe／ωP＝mP／me―――――――――――（77）

該式右端為質子與電子的質量之比，為：

mP／me＝1836.1528―――――――――――（78）

而（77）式左端，實驗（文獻[12]）已經測得：

ωe/ωP＝658.210688―――――――――（79）

然而，量子力學（文獻［12］）錯誤地推薦此值為：

ωe／ωP＝μe／μP＝658.210688―――――（80）

顯然，這是錯誤結果：第一因為，上述〖粒子磁矩定理Ⅱ〗已無余地地指出，任何磁矩進動實驗都不可能直接測得任何粒子的真實磁矩；第二因為，試驗實際測得的數據是ω而不μ，

這表明（79）式正確無誤，而（80）式錯誤。

回頭再看，（77）式并不成立！究其原因恰在于：假設不合理。原來質子自身結構荷質比并不均勻！然而，不均勻程度如何？需作如下計算：

mP／me÷ωe/ωP＝1836.1528/658.201688

＝2.7896125――――（81）

注意：這就是質子內部結構荷質比不均勻程度。因為如果荷質比均勻，（77）式必成立（據磁矩定理Ⅳ）！而事實不成立，恰在于質子的荷質比不均勻（唯一原因）。故，（81）式準確表征質子荷質比不均勻程度。

若以符號gP表示質子荷質比不均勻因子（即不均程度），則有：

gP＝mP／me÷ωe/ωP＝2.7896125――――（82）

大量研究表明，此種關系對任何粒子都準確成立。

于是粒子荷質比不均因子（以符號g表示）的表達通式為：

g＝m／me÷ωe/ω―――――――――――（83）

顯然，這里的荷質不均因子與教科書中（文獻［4］）朗德因子數值相近，但物理意義完全不同。若以符號g''''表示朗德因子，則有：

Kφ＝g''''／g＝1.0011596――――――――（84）

研究表明，（84）式對所有粒子都準確成立。那么，對質子則有：

Kφ＝gP''''/gP＝2.79284386/2.7896125

＝1.0011596――――――（85）

看！質子也有了"反常磁矩值"：1.0011596。這種計算，再次打破了量子力學關于電子的神話--鬼話。

所以研究表明，Kφ＝1.0011596為物質與物質場相互作用常數（參見〖粒子磁矩定理Ⅲ〗），為任何粒子（包括天體）所共有。并不為電子所特有，因而不能表征磁矩"反常"。

那么，將磁矩理論表達式，即（43）式用于質子：

Kφ＝ωP·LP/μP·H―――――――――（86）

聯立（55）、（86）二式有：

μP＝（ωP·LP／ωe·?）μB―――――――（87）

將（70）、（79）二式代入得；

μP＝(2π／658.210688)μB

＝8.8528430×10－23（爾格／高斯）―――（88）

這就是質子自旋真實磁矩！這是質子磁矩的第一種算法。用這種算法可以算得任何粒子的真實磁矩，下面介紹另種算法。

11.11粒子磁矩另一種算法

大量研究，下面給出粒子磁矩另種算法表達通式：

μ＝g·γ·L――――――――――――――（89）

研究表明，該式對所有粒子的磁矩都準確適用。雖然教科書中也有一模一樣的公式，但物理意義大相徑庭！

這里，L為粒子真實角動量；γ為所謂的回旋比，但對荷質比不均勻的粒子，γ已不再能表征真實回旋比，而只能表征平均荷質比概念；g則為荷質比不均因子，它表征粒子內部荷質比不均勻程度，為無量綱常數，可由實驗測定，也可理論推導。并且有：

gg''''/Kφ―――――――――――――――（90）

式中g''''為教科書中的"朗德因子"。研究表明（89）、（90）二式對任何粒子（含天體），不管公轉還是自轉都嚴格成立。

11.11.1電子磁矩另一種算法

對于電子，（90）式變為：

ge＝ge''''/Kφ＝1.0011596/1.00115961―――（91）

這里，電子的ge1，表征電子內部結構各點荷質比絕對均勻。并再次證明電子確系經典粒子。那么，以上所有計算均有效！

11.11.2用另種算法計算電子軌道磁矩

例四，用（89）式求解電子軌道角動量為L3＝3?時的軌道磁矩μ3

解：對于電子，ge1，γe＝e／（2meC），并將L3＝3?代入（89）式有

μ3＝（e／2meC）×3?＝3μB(正確)

11.11.3用另種算法計算電子自旋磁矩

例五，用（89）式求解電子自旋磁矩:μe

解:對于電子,ge1，γe＝e／（2meC），代入（89）式得

μe＝（e／2meC）Le＝（Le／?）μB―――（92）

此結果與（59）式全同，正確。

11.11.4質子和中子磁矩的另種算法略……

11.12結語

綜上述可見：

第一，Ⅳ條〖磁矩定理〗完全是經典的。

第二，電子、質子、中子完全遵從Ⅳ條〖磁矩定理〗，這已無可辯駁地證明：電子、質子、中子完全是經典粒子。《量子力學》純屬主觀臆造！

第三，本文《物理學正論》成立。

參考文獻

[1]理論物理《量子力學》-----------吳大猷著（臺灣）

[2]《物理量和天體物理量》-----------艾倫著（英）

[3]《關于氦原子的計算》-----------黃崇圣著（成都科技大學學報1980.6）

[4]《原子物理學》----------------諸圣麟著

[5]《氦原子光譜，兼談原子結構》-----朱正擁著（鐵嶺師專學報1986.4）

[6]《18個元素的原子結構計算》------張奎元著（鐵嶺衛校校刊1988.1）

[7]《36個元素的原子結構計算》------陶寶元著（鐵嶺教育學院院刊1989.1-2）

[8]《物理學》(教材)---------------復旦大學編

[9]《電動力學》------------------郭碩鴻著

[10]《物理大辭典》-----------------臺灣版

篇7

關鍵詞：不確定性原理 變量 哲學

1、引言

海森堡提出的不確定性原理以其特殊的性質給科學和哲學解釋提出了挑戰。不確定性原理，告訴我們微觀客體的任何一對互為共軛的不確定變量都不可能同時確定出確定值，使人們放棄了經典的軌道概念。這表明，幾率性、隨機性、偶然性，并非是由于人類認識能力不足所導致的，而是自然界客觀事物的本性。科學的發展要求從哲學層次來認識不確定性原理在科學理論中的作用和地位，分析它的本體論及認識論內涵，總結其基本特征，進而為不確定性原理的科學研究提供富有啟示意義的哲學觀念和方法論原則。

2、不確定性原理

不確定性原理（Uncertainty principle），是量子力學的一個基本原理，由德國物理學家海森堡于1927年提出，它反映了微觀粒子運動的基本規律。

在云室（一種觀察微觀粒子運動徑跡儀器）中觀察到的電子徑跡的解釋上，海森堡的想法是如何用已知的數學形式去描述云室中的電子徑跡。云室中的徑跡并不是能反映粒子明確位置和速度的一條無限細的線，在云室中看到的電子徑跡的寬度要比電子本身的線度大得多，這可能代表了電子的位置具有某種不確定性。通過推算，得到了一種不確定性原理，它表明： 同時嚴格確定兩個共軛變量（ 如位置和速度，時間和能量等） 的數值是不可能的，它們的數值準確度有個下限。這是一條自然定律， 它說明，在微觀粒子層次上，同時得到一個粒子運動的位置和速度的嚴格準確的測量值在原則上是不可能的。用這個理論去解釋試驗中所觀察到的電子軌跡，經過重新的分析整理，最終確定： 云室中電子徑跡并不是一條連續的線，實質上它是一系列離散而模糊的斑點，它們近似排列成線，并非真正的電子“徑跡”，也就是說電子的位置是不確定的。

海森堡進一步驗證此不確定性滿足新的量子力學，得到了標準的量子條件：

Pq-qP=h/2π

（P為動量，q為與動量對應的位置，h為普朗克常量s）。

由上式出發，海森堡導出了位置和與速度相關的p的不確定關系式：ΔpΔq≥h。

3、不確定性原理的哲學思考

不確定性原理告訴人們：經典的軌道概念已不再適用，像經典物理學精確把握宏觀物體那樣將微觀粒子的信息精確測出也是不可能的。更重要的是，波函數的統計詮釋與不確定性原理兩者可共存于一個理論體系，不確定性原理可以由量子力學基本公設推導，而且推導結果也沒有超出量子力學的幾率詮釋。我們需要將二者結合起來，看看它們究竟告訴了我們什么。

有一些社會科學工作者，由于望文生義或不太理解量子力學理論，認為不確定性原理之不確定，幾率詮釋之幾率。深入的思考者則認為，幾率詮釋告訴我們微觀粒子之狀態我們不能百分百把握，而不確定性原理則干脆將“不確定”確定下來，告訴我們不確定不是我們的儀器有什么問題，而是客觀世界正是如此，不僅認為客觀世界的本性在于不確定性，更認為人類的認識能力無法戰勝客觀的不確定性。

不確定性與確定織在一起密不可分，彼此之間相互否定，各自分別從相反的維度揭示著客觀世界的根本性質和特征。確定性是人類認識和追求的目標，但“確定性尋求”的結果使得人們深入到世界的深層并發現不確定性比確定性更為基本和普遍，在確定性島嶼的周圍存在著廣闊無垠的不確定性海洋。我對不確定性原理的認識主要集中在對不確定性概念的進一步分析之中。

通過對自然科學、數學研究中的典型隨機事件擲硬幣或擲骰子的具體分析，我認為不確定性就是與事物運動狀態或結果具有多種可能性相聯系的一種性質，是對確定性的否定。與不確定性相對立，確定性是關于事物的狀態、過程、結構、功能、規律等在一定條件下的唯一性。唯一性是確定性的本質特征。有時在放寬的情形下也可以把穩定性、規則性看作是確定性。不確定性具有認識論和本體論意義上的區別。

其一，從認識論角度看，不確定性是指人無法對事物狀態或事件運行結果做出唯一確定的描述和預言。事件過程及其結果本身是確定的，但是由于人的認識能力不足或信息不完全而造成認識反映的不確定性。這是和人類天然具有有限的類特征相關聯而造成的情形，郝柏林教授提出“有限性原則”也主要是期望概括這一情形中的基本特點。我將這種不確定性稱之為主觀不確定性或主觀隨機性。

其二，客觀世界還存在著與人類認識能力無關的客觀的不確定性，我將其稱之為客觀不確定性或客觀隨機性。客觀不確定性是指客觀事物狀態或運行結果的多種可能性在實現上的等概性、平權性或對稱性。最簡單、最典型的事例就是擲硬幣或擲骰子。任何一種可能性的實現相對于其它可能性并不具有優先地位，在實際實現過程中彼此地位平等，概率相同，因而是無法事前準確預言的。這種情形的存在是由客觀實體自身結構的特點所決定，與人的認識能力無關。

對于現實與未來的關系，我們之所以說“未來是不確定的”，那皆是因為未來的狀態相對于我們目前的狀態都是非唯一的，其可能性空間大于現實的狀態空間。更由于我們的認識能力有限，基于此，我們只能在今天與未來的交界之處不斷鍛造更加符合復雜事物系統變化規律的方法之梯，從而將我們的研究視野盡可能地伸向未來的區域。

4、結語

由以上論述我們可以看出，對于許多現實生活中的事情，我們沒必要、也沒可能完全了解它的所有方面，也不可能完全把握它的發展動向，因為在許多事情的發展中總有一些不確定的因素。將物理中的不確定性原理應用于現實生活中，有一定的現實指導意義，它將為我們的決策帶來更加合乎實際的參考方案。

參考文獻

[1]陳鄂生.量子力學基礎教程[M].山東：山東大學出版社，2003.09

[2]楊桂林，江興方，柯善哲.近代物理[M].北京：科學出版社，2008.

篇8

總之，事物的發展形式是復雜而多樣的，有的事物的發展具有周期性特點，而有的事物不具有，具有周期性特點的事物的發展服從否定之否定規律，而不具有周期性特點的事物的發展則不遵循這個規律，這表明它并不是普遍適用的。這就要求人們在探討事物發展變化時，從實際出發，對事物的發展作認真、細致的分析，而不要貼標簽，更不要用它來為錯誤的理論辯護。

現代數學方法與物理學的第二次融合

現代數學方法中的群論在物理學中的應用也是不可忽視的，眾所周知，我們周圍的世界處在對稱和不對稱的矛盾同一之中，對客觀世界對稱性的研究，能幫助人們更深刻地認識各種物質的運動規律，欣賞客觀世界的自然美。群論是研究系統對稱性的十分有效的數學工具，在群論方法建立之初，伽羅瓦（Galois）就根據代數方程根的置換對稱性證明了五次以上代數方程不能通過有限次加減乘除和開方運算求得方程根的精確解，第一次顯示了群論方法在研究系統對稱性中的巨大潛力。1890年費德羅夫(Federov)和1891年熊夫利（Schoenflies）相繼用群論方法系統地解決了晶體分類問題，證明了具有周期性排列的規則空間點系共有230種，這是群論在物理中晶體分類問題中的一個杰出貢獻。20世紀初物理學革命的另一項偉大的成就就是量子理論的建立，這與群論的發展是分不開的。隨著人類對客觀世界的認識逐步深入到微觀領域，物質運動規律呈現出新的特征，實驗和理論研究變得更加困難，量子理論建立后，對稱性的內容更豐富了，更加迫切的需要深入研究微觀系統的對稱性質。用群論的方法研究量子系統的對稱性，可以得到系統的各種定量或定性的重要性質，這些性質直接來自系統的對稱性，與系統的具體細節無關。反之、對這些性質的實驗檢驗，可以鑒別系統是否具有此種對稱性，可以幫助探索系統的基本運動規律，因此、在對微觀世界的深入探索中，近代物理理論和群論理論共同得到了迅速的發展，群論方法已經深入到物理學的各個領域。數學對物理的作用過去認為，歸結起來是說數學是物理的語言，如廣義相對論中黎曼幾何的作用就是一種語言，但是在量子力學中，數學所起了魔術般的神秘作用，無論如何也不能認為數學只是語言了。翻開量子力學教科書，首先看到的是光的干涉，電子的散射實驗的說明，然后表明光子，電子等的離子狀態可以用波動函數，即屬于某個Hilbert空間的向量來表示并導出若干狀態的波動函數的迭加原理。迭加原理認為，狀態A若是狀態B與C的迭加，則A的波動函數就是B的波動函數與C的波動函數的線性組合，它是量子力學的基本原理。量子力學中首先把復雜至極的物理環境用唯一的波動函數（向量）來表示，從而進行簡單化，數學化的處理，這就是數學藝術美體現。

結束語

篇9

不過，走出地球，卻是一個廣袤無際的宇宙空間。到那里去探索，去尋找地球的知音，以及到其他星球上去定居，一直是牽動人類思緒的美好夢想。在宇宙空間，各天體之間的距離是以光年來計量的。如果我們的宇宙飛船到達距地球只有1光年的某個星球，利用現有的通信手段，那它與我們之間的通信也會有兩年的時延。何況，宇宙空間離地球幾千、幾萬光年的天體比比皆是。與它們之間若以光速進行通信，那真是等白了頭也難覓回音。

所幸的是，一種被稱為量子通信的新的通信方式也初露端倪。它是一種不受通信雙方空間距離限制、不存在任何傳輸時延的真正意義上的實時通信，因此，它可望承擔起未來宇宙通信的使命。那么，什么是量子通信呢?

簡單地說，量子通信就是根據量子力學關于相互耦合的微觀粒子(如電子、光子等)之間存在的超光速關聯來實現信息的傳遞。量子力學指出，如果我們對相互耦合的一對粒子中的一個粒子進行測量，另一個粒子將會瞬時“感應”到這種影響，并發生相應的變化，而不管這兩個粒子間相隔有多遠。上述這種微觀粒子間的超光速關聯和影響叫做“纏結”，它是一種具有交互作用的粒子之間通過“感應”而建立的神奇連接。這種連接是實現超光速通信的主要依據。量子通信的優點很多，首先便是它的零時延。正是由于這個特性，它可望應用于未來的星際通信；其次是它可以不通過雙方之間的空間進行，這就避免了環境對通信的干擾；第三，是保密性強。因為信息載體可以只保存在收發信息的雙方，使與此項通信無關的第三者無法干擾和竊聽。此外，它還是一種環保型通信，不會產生電磁污染。

量子通信系統由量子態發生器、量子通道和量子測量裝置組成。按其所傳送的信息是經典還是量子而分為兩類。前者主要用于量子密鑰的傳輸，后者則可用于量子隱形傳態和量子糾纏的分發。隱形傳態是一種脫離實物的信息傳送，它的過程是光提取原物的所有信息，然后將這些信息傳送到接收地點，接收者再根據這些信息選取與構成原物相同的基本單元，制造出原物完美的復制品。但是，量子力學的不確定性原理不允許精確地提取原物的全部信息，這個復制品不可能是完美的。因此“隱形傳送”不過是一種幻想而已。

篇10

關鍵詞:計算科學計算工具圖靈模型量子計算

1計算的本質

抽象地說,所謂計算,就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說,從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導規則,令g是一個定理,那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計算,如f代表一個英文句子,而g為含意相同的中文句子,那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串)開始,一步一步地改變符號(串),經過有限步驟,最后得到一個滿足預先規定的符號(串)的變換過程。

從類型上講,計算主要有兩大類:數值計算和符號推導。數值計算包括實數和函數的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等。符號推導包括代數與各種函數的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數值計算還是符號推導,它們在本質上是等價的、一致的,即二者是密切關聯的,可以相互轉化,具有共同的計算本質。隨著數學的不斷發展,還可能出現新的計算類型。

2遠古的計算工具

人們從開始產生計算之日,便不斷尋求能方便進行和加速計算的工具。因此,計算和計算工具是息息相關的。

早在公元前5世紀,中國人已開始用算籌作為計算工具,并在公元前3世紀得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后來,人們發明了算盤,并在15世紀得到普遍采用,取代了算籌。它是在算籌基礎上發明的,比算籌更加方便實用,同時還把算法口訣化,從而加快了計算速度。

3近代計算系統

近代的科學發展促進了計算工具的發展:在1614年,對數被發明以后,乘除運算可以化為加減運算,對數計算尺便是依據這一特點來設計。1620年,岡特最先利用對數計算尺來計算乘除。1850年,曼南在計算尺上裝上光標,因此而受到當時科學工作者,特別是工程技術人員廣泛采用。機械式計算器是與計算尺同時出現的,是計算工具上的一大發明。帕斯卡于1642年發明了帕斯卡加法器。在1671年,萊布尼茨發明了一種能作四則運算的手搖計算器,是長1米的大盒子。自此以后,經過人們在這方面多年的研究,特別是經過托馬斯、奧德內爾等人的改良后,出現了多種多樣的手搖計算器,并風行全世界。

4電動計算機

英國的巴貝奇于1834年,設計了一部完全程序控制的分析機,可惜礙于當時的機械技術限制而沒有制成,但已包含了現代計算的基本思想和主要的組成部分了。此后,由于電力技術有了很大的發展,電動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計算器。1941年,德國的楚澤采用了繼電器,制成了第一部過程控制計算器,實現了100多年前巴貝奇的理想。

5電子計算機

20世紀初,電子管的出現,使計算器的改革有了新的發展,美國賓夕法尼亞大學和有關單位在1946年制成了第一臺電子計算機。電子計算機的出現和發展,使人類進入了一個全新的時代。它是20世紀最偉大的發明之一,也當之無愧地被認為是迄今為止由科學和技術所創造的最具影響力的現代工具。

在電子計算機和信息技術高速發展過程中,因特爾公司的創始人之一戈登·摩爾(GodonMoore)對電子計算機產業所依賴的半導體技術的發展作出預言:半導體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實證明,自20世紀60年代以后的數十年內,芯片的集成度和電子計算機的計算速度實際是每十八個月就翻一番,而價格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發展速度被公認為“摩爾定律”。

6“摩爾定律”與“計算的極限”

人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升?傳統計算機計算能力的提高有沒有極限?對此問題,學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高,最終地球上所有的能量將轉換為計算的結果——造成熵的降低,這種向低熵方向無限發展的運動被哲學界認為是禁止的,因此,傳統電子計算機的計算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學家認為到21世紀30年代,芯片內導線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米),此時,導線內運動的電子將不再遵循經典物理規律——牛頓力學沿導線運行,而是按照量子力學的規律表現出奇特的“電子亂竄”的現象,從而導致芯片無法正常工作;同樣,芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后,晶體管也將受到量子效應干擾而呈現出奇特的反常效應。

哲學家和科學家對此問題的看法十分一致:摩爾定律不久將不再適用。也就是說,電子計算機計算能力飛速發展的可喜景象很可能在21世紀前30年內終止。著名科學家,哈佛大學終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出:“科學代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學)。它純粹是人為的。但我們相信,通過追尋“夢想—發現—解釋—夢想”的不斷循環,我們可以開拓一個個新領域,世界最終會變得越來越清晰,我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯系和有意義的。”[論/文/網LunWenNet/Com]

7量子計算系統

量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學家費曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題:量子力學系統的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現象為例,在干涉過程中,相互作用的光子每增加一個,有可能發生的情況就會多出一倍,也就是問題的規模呈指數級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了,不過,在費曼眼里,這卻恰恰提供一個契機。因為另一方面,量子力學系統的行為也具有良好的可預測性:在干涉實驗中,只要給定初始條件,就可以推測出屏幕上影子的形狀。費曼推斷認為如果算出干涉實驗中發生的現象需要大量的計算,那么搭建這樣一個實驗,測量其結果,就恰好相當于完成了一個復雜的計算。因此,只要在計算機運行的過程中,允許它在真實的量子力學對象上完成實驗,并把實驗結果整合到計算中去,就可以獲得遠遠超出傳統計算機的運算速度。

在費曼設想的啟發下,1985年英國牛津大學教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學定律推導出一種超越傳統的計算概念的方法即推導出更強的丘奇——圖靈論題。費曼指出使用量子計算機時,不需要考慮計算是如何實現的,即把計算看作由“神諭”來實現的:這類計算在量子計算中被稱為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明:量子計算在一些特定的計算領域內確實比傳統計算更強,例如,現代信息安全技術的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(如1024位的十進制數)分解為兩個質數的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”,困難的原因是目前在傳統電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進行。目前,就是將全世界的所有大大小小的電子計算機全部利用起來來計算上面的這個1024位整數的質因子分解問題,大約需要28萬年,這已經遠遠超過了人類所能夠等待的時間。而且,分解的難度隨著整數位數的增多指數級增大,也就是說如果要分解2046位的整數,所需要的時間已經遠遠超過宇宙現有的年齡。而利用一臺量子計算機,我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數了。

8量子計算中的神諭

人類的計算工具,從木棍、石頭到算盤,經過電子管計算機,晶體管計算機,到現在的電子計算機,再到量子計算。筆者發現這其中的過程讓人思考:首先是人們發現用石頭或者棍棒可以幫助人們進行計算,隨后,人們發明了算盤,來幫助人們進行計算。當人們發現不僅人手可以搬動“算珠”,機器也可以用來搬動“算珠”,而且效率更高,速度更快。隨后,人們用繼電器替代了純機械,最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進計算工具的同時,數學家們開始對計算的本質展開了研究,圖靈機模型告訴了人們答案。

量子計算的出現,則徹底打破了這種認識與創新規律。它建立在對量子力學實驗的在現實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復雜的大量運算。可以說。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。

因為在此之前,所有計算均是模擬一個快速的“算盤”,即使是最先進的電子計算機的CPU內部,64位的寄存器(register),也是等價于一個有著64根軸的二進制算盤。量子計算則完全不同,對于量子計算的核心部件,類似于古代希臘中的“神諭”,沒有人弄清楚神諭內部的機理,卻對“神諭”內部產生的結果深信不疑。人們可以把它當作一個黑盒子,人們通過輸入,可以得到輸出,但是對于黑盒子內部發生了什么和為什么這樣發生確并不知道。

9“神諭”的挑戰與人類自身的回應

人類的思考能力,隨著計算工具的不斷進化而不斷加強。電子計算機和互聯網的出現,大大加強了人類整體的科研能力,那么,量子計算系統的產生,會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力,并最終解決困擾當今時代的量子“神諭”。不僅如此,量子計算系統會更加深刻的揭示計算的本質,把人類對計算本質的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。

如果觀察歷史,會發現人類文明不斷增多的“發現”已經構成了我們理解世界的“公理”,人們的公理系統在不斷的增大,隨著該系統的不斷增大,人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規律:

“計算工具不斷發展—整體思維能力的不斷增強—公理系統的不斷擴大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產生”不斷循環。

無論量子計算的本質是否被發現,也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學本身的一次新的革命,也許許多困擾人類的問題,將會隨著量子計算機工具的發展而得到解決,它將“計算科學”從牛頓時代引向量子時代,并會給人類文明帶來更加深刻的影響。

參考文獻

[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.