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量子力學基礎原理范文第1篇

本書的主要目的，就是要證明這樣的替代物是存在的，它與50年前人們討論的所謂唯象隨機量子力學以及隨機零點場理論密切相關。這是一種漲落場，屬于經(jīng)典Maxwell方程的解，但是在零溫下有非零平均能。作者們認為量子化源于經(jīng)典物理與這種零點場漲落緊密聯(lián)系的深刻隨機過程，而量子力學的基本理論建筑在第一原理的基礎上，這個原理揭示從更深層次的隨機過程引發(fā)的涌現(xiàn)（Emergency，或譯突現(xiàn)）現(xiàn)象的量子化。

作者們在本書所呈現(xiàn)的理論觀點是經(jīng)過長時間的努力尋找而獲得的答案。長期以來，科研人員試圖尋找答案的以下問題：哪些概念對量子力學的發(fā)展起重要作用；是什么為這些概念提供了物理基礎；量子力學背后的物理學的最新發(fā)現(xiàn)中，有哪些對這些問題的回答形成了綜合的和自洽的新的理論框架。

作者認為任何物質(zhì)系統(tǒng)都是一個開放系統(tǒng)，它們永久地接觸隨機零點輻射場，并與其達到平衡狀態(tài)。從這個基礎出發(fā)，導出量子力學形式體系的核心以及非相對論QED的相對論修正，同時揭示了基本的物理機制。本書打開了通向進一步探索并揭示物理的新大門。讀者會看到，這一任務遠沒有結(jié)束，仍存在很多問題沒有考察到，期待進一步研究。

本書闡明了量子理論一些核心特點的根源，諸如原子的穩(wěn)定性，電子自旋，量子漲落、量子非定域性和糾纏。這里發(fā)展的理論重新確認了諸如實在性、因果性、局域性和客觀性等基本的科學原理

全書內(nèi)容共分10章：1.量子力學：某些問題；2.唯象隨機方法：通向量子力學的簡捷途徑；3.普朗克分布，漲落零點場的一個必然推論；4.通向薛定諤方程的漫長旅途；5.通向海森伯量子力學之路；6.超越薛定諤方程；7.解開量子糾纏； 8.量子力學的因果性、非定域性和糾纏； 10.零點場波（和）物質(zhì)。

本書適合熟悉量子力學的最基本概念和結(jié)果的讀者閱讀。其內(nèi)容適用于從事理論物理、數(shù)學物理、實驗物理、量子化學和物理哲學的研究人員、研究生和教師參考。

丁亦兵，教授

（中國科學院大學）

Ding Yibing，Professor

（The University，CAS）Ignatios Antoniadis et al

Supersymmetry After the

Higgs Discovery

2014

http：///book/

10.1007/978-3-662-44172-5

量子力學基礎原理范文第2篇

本書是由兩位在此領域中有頗多成果的意大利著名專家根據(jù)這方面的最新進展所寫的一本新的教科書性質(zhì)的專著，它包括了熱動力學，統(tǒng)計力學和多體問題的經(jīng)典課題和這方面的最新進展。

19世紀末，開爾文公爵發(fā)表著名的演說，其中提到以經(jīng)典力學、經(jīng)典熱力學和經(jīng)典電磁理論為基礎的物理學大廈已經(jīng)建成，后人只需要做些小修小補的工作。然而在明亮的物理學天空中飄著兩朵烏云，其中之一便是黑體輻射問題。實驗發(fā)現(xiàn)黑體輻射無法用連續(xù)能量的觀點來處理，這對經(jīng)典的物理學提出了巨大的挑戰(zhàn)。為解決這一問題，一個嶄新的學科――量子力學應運而生。它是由普朗克最先提出，由愛因斯坦、波爾、薛定諤、狄拉克等天才的物理學家們發(fā)展完善，是公認的20世紀物理學最偉大的突破之一。本書回顧了量子力學的發(fā)展歷史，介紹了量子力學的基本知識，是一本優(yōu)秀的量子力學教材。

全書共12章，分4個部分。第一部分 量子力學的提出與建立，包括第1章。分析了經(jīng)典物理學對處理黑體輻射、光電效應和康普頓散射的困難，介紹海森堡不確定性原理、波爾對應原理、含時的與定態(tài)的薛定諤方程、物理實際對薛定諤方程解的限制、本征波函數(shù)與本征值、波函數(shù)的完備性與正交性、疊加原理、互補原理以及相位的概念。最后明_了量子力學的幾個基本假設，強調(diào)了薛定諤方程本質(zhì)上是一種假設。第二部分 使用薛定諤波動方程處理量子力學問題，包括2-7章：2.求解一維無限深勢阱；3.自由粒子；4.線性諧振子；5.一維半無限有限高勢壘；6.勢壘隧穿處理α粒子衰變；7.一維有限深勢阱等模型的薛定諤方程的解。介紹球坐標空間，引入分離變量法，求解了氫原子的薛定諤方程。第三部分 使用海森堡矩陣力學處理量子力學問題，包括第8-10章：8.介紹角動量理論和自旋算符理論；9.介紹微擾理論；10.定態(tài)一級微擾和二級微擾，并成功應用于解釋Stark效應。最后介紹含時微擾，給出了費米黃金規(guī)則公式。第四部分 彈性散射理論，含第11-12章：11.并以剛球散射和方勢阱散射模型為例，求解散射振幅與微分截面；12.介紹狄拉克發(fā)展的酉算子和酉變換。

本書內(nèi)容簡單，利于理解，適合作為物理系本科生的專業(yè)教材。與常見的量子力學教材相比，本書有兩個優(yōu)勢，一是求解的數(shù)學過程完整且準確，可以幫助讀者建立堅實的數(shù)學基礎；二是在每一章的前言部分，都有對量子力學發(fā)展歷史的介紹，其中對當時的物理學家們的言行描寫尤為生動，妙趣橫生。如果讀者閱讀英文有困難，也可以參考北大曾謹言教授編寫的《量子力學》，兩本書內(nèi)容相近，可以互為輔助。

本書內(nèi)容涉及2個領域：熱力學和經(jīng)典統(tǒng)計力學，其中包括平均場近似，波動和對于臨界現(xiàn)象的重整化群方法。作者將上述理論應用于量子統(tǒng)計力學方面的主要課題，如正規(guī)的Feimi和Luttinger液體，超流和超導。最后，他們探索了經(jīng)典的動力學和量子動力學，Anderson局部化，量子干涉和無序的Feimi液體。

全書共包括21章和14個附錄，每章后都附有習題，內(nèi)容為：1.熱動力學：簡要概述；2.動力學；3.從Boltzmann到BoltzmannGibbs；4.更多的系統(tǒng)；5.熱動力極限及其穩(wěn)定性；6.密度矩陣和量子統(tǒng)計力學；7.量子氣體；8.平均場理論和臨界現(xiàn)象；9.第二量子化和HartreeFock逼近；10. 量子系統(tǒng)中的線性反應和波動耗散定理：平衡態(tài)和小擾動；11.無序系統(tǒng)中的布朗運動和遷移；12.Feimi液體；13.二階相變的Landau理論；14.臨界現(xiàn)象的LandauWilson模型；15.超流和超導；16.尺度理論；17.重整化群方法；18.熱Dreen函數(shù)；19.Feini液體的微觀基礎；20.Luttinger液體；21.無序的電子系統(tǒng)中的量子干涉；附錄A.中心極限定理；附錄B.Euler 伽馬函數(shù)的一些有用的性質(zhì)；附錄C.Yang和Lee的第二定理的證明；附錄D.量子氣體的最可能的分布；附錄E.FeimiDirac和BoseEinstein積分；附錄F.均勻磁場中的Feimi氣體：Landau抗磁性；附錄G.Ising模型和氣體-格子模型；附錄H.離散的Matsubara頻率的和；附錄I.兩種液流的流體動力學：一些提示；附錄J.超導理論中的Cooper問題；附錄K..超導波動現(xiàn)象；附錄L.TomonagaLuttinger模型確切解的抗磁性方面；附錄M.無序的Fermi液體理論的細節(jié)；附錄N.習題解答。

本書適于理工科大學物理系的大學生、研究生、教師和理論物理、材料物理、超流和超導以及相變問題的研究者參考。

量子力學基礎原理范文第3篇

關鍵詞 量子力學 教學內(nèi)容 教學方法

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

Teaching Methods and Practice of Quantum Mechanics of

Materials Physics Professional

FU Ping

(College of Materials Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan, Hubei 430073)

Abstract For the difficulties faced by students in Materials professional to learn quantum mechanics physics course, by a summary of teaching practice in recent years, from the teaching content, teaching methods and means of exploration and practice, students mobilize the enthusiasm and initiative, and achieved good teaching results.

Key words quantum mechanics; teaching content; teaching methods

0 引言

量子力學是研究微觀粒子（如原子、分子、原子核和基本粒子等）運動規(guī)律的物理學分支學科，它和相對論是矗立在20世紀之初的兩座科學豐碑，一起構成了現(xiàn)代物理學的兩塊理論基石。相對論和量子力學徹底改變了經(jīng)典物理學的世界觀，并且深化了人類對自然界的認識，改造了人類的宇宙觀和思想方法，它使人們對物質(zhì)存在的方式及其運動形態(tài)等的認識產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。

量子力學是材料物理專業(yè)一門承前啟后的專業(yè)基礎必修課：量子力學的教學必須以數(shù)學為基礎，包括線性代數(shù)、概率論、高等數(shù)學、數(shù)理方法等，其又是后續(xù)課程材料科學基礎、固體物理、材料物理、納米材料等的理論基礎。可見，量子力學課程在材料物理專業(yè)的課程體系中占有非常重要的地位，學生掌握的程度直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學習。作者近年來一直從事量子力學的教學工作，針對量子力學課程教學過程中存在的現(xiàn)象和問題，進行了較深入細致的思考與探討，在實際教學過程中對本課程的教學方法進行了探索與實踐，收到了較好的教學效果。

1 量子力學教學面臨的難點

量子力學研究的是微觀粒子的運動規(guī)律，微觀粒子同宏觀粒子不同，看不見，摸不著，只有借助于探測器才能察覺它的存在和屬性。材料物理專業(yè)學生之前學習的基本上是經(jīng)典物理，而量子力學理論無法用經(jīng)典理論進行解釋，學生對此感到難于理解。因此，經(jīng)典物理的傳統(tǒng)觀念對學生思想的束縛，構成了學生學習量子力學的思想障礙；量子力學可以說無處不“數(shù)學”， 由于材料物理專業(yè)學生在數(shù)學基礎方面與物理專業(yè)學生相比較為薄弱，在學習過程中普遍感到數(shù)學計算繁難，對大段的數(shù)學推導表現(xiàn)出畏難情緒。可見，量子力學對數(shù)學的精彩詮釋卻構成了學生學習量子力學的心理障礙。這兩大障礙勢必會影響量子力學和后續(xù)課程的學習。在這種情況下，我們應當怎樣開展量子力學教學從而使學生重視并努力學好該課程就成了一個嚴峻的挑戰(zhàn)。

2 明確教學重點和難點、有的放矢

要講授一門課程，首先應該對課程內(nèi)容有一個清晰的認識。量子力學的內(nèi)容可以包括三個方面：一是介紹產(chǎn)生新概念的歷史背景及一些重要實驗；二是提出一系列不同于經(jīng)典物理學的基本概念與原理，如波函數(shù)、算符等概念和相關原理，是該課程的核心；三是給出解決具體實際問題的方法。三部分內(nèi)容相互聯(lián)系，層層推進，形成完整的知識體系。作為引導者，教師應在這三部分內(nèi)容的教學過程中幫助學生成功地突破兩大束縛。第一部分內(nèi)容教師應考慮如何引導學生入門，從習慣古典概念轉(zhuǎn)而接受量子概念。在講授這部分內(nèi)容時要將重點放在“經(jīng)典”向“量子”的過渡上，引出量子力學與經(jīng)典力學在研究方法上的顯著不同：經(jīng)典力學是將其研究對象作為連續(xù)的不間斷的整體對待，而量子力學將其研究對象看成的間斷的、不連續(xù)的。學生在學習這部分時應仔細“品嘗”其中的“滋味”，以便啟發(fā)自己的思維自然地產(chǎn)生一個飛躍，完成思想的突破。第二、三部分是量子力學學習的重點與難點，并且涉及大量的數(shù)學推導，教師應采取適當?shù)慕虒W手段，突出重點，強調(diào)難點。在物理學研究中，數(shù)學只是用來表達物理思想并在此基礎上進行邏輯演算的工具，不能將物理內(nèi)容淹沒在復雜的數(shù)學形式當中。通過數(shù)學推導才能得到的結(jié)論，只需告訴學生，從數(shù)學上可以得到這樣的結(jié)果就可以了，無需將重點放在繁難的數(shù)學推導上，否則會使學生本末倒置，忽略了對量子力學思想的理解。這樣的教學可以幫助學生突破心理障礙，不會一提量子力學就想到復雜的數(shù)學推導，從而產(chǎn)生抵觸情緒。成功地突破這兩大障礙，是學習量子力學的關鍵。

3 教學方法的改革

3.1 利用現(xiàn)代技術改進教學手段

傳統(tǒng)的板書教學能夠形成系統(tǒng)性的知識框架，教師在板書推導的過程中，學生有時間反應和思考，緊跟教師的思路，從而可以詳細、循序漸進地吸收所學知識，并培養(yǎng)了良好的思維習慣。但全程板書會導致上課節(jié)奏慢，授課內(nèi)容有限。目前隨著高校教學改革的推進，授課學時相繼減少，對于傳統(tǒng)教學方式來講，要完成教學任務比較困難。這就要借助現(xiàn)代科技手段進行教學改革，包括多媒體課件的使用和網(wǎng)絡教學。但是在量子力學教學中，一些繁雜公式的推導，如果使用多媒體課件，節(jié)奏會較快，導致學生目不暇接，來不及做筆記，更來不及思考，不利于講授內(nèi)容的消化吸收。鑒于此，對于量子力學課程，教學過程應采用板書和多媒體技術相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，調(diào)動學生的學習積極性。

3.2 建設習題庫

量子力學課程理論抽象，要深入理解這些理論，在熟練掌握教材基本知識的基礎上，需要通過大量習題的演練，循序漸近，才能檢驗自己理解的程度，真正學好這門課程。因此在教學過程中，強調(diào)做習題的重要性。有針對性地根據(jù)材料物理專業(yè)量子力學的教學大綱和教學內(nèi)容，參考多本量子力學教材和習題集，利用計算機技術建設量子力學習題庫，題型包括選擇、填空、證明、簡答和計算題等，內(nèi)容涵蓋各知識點，從簡到繁、由淺至深。題庫操作方便，學生可自行操作，并對所做結(jié)果進行實時檢查，從而清楚自己掌握本課程的程度。這一方式在近幾年的教學中取得了良好的教學效果。

3.3 加強與學生互動，調(diào)動學生的學習積極性

教學是一個師生互動的過程，應讓學生始終處于主動學習的位置而不是被動的接受。量子力學課程的學習更應積極調(diào)動學生的積極性，因此教師應在教學過程中加強與學生的互動。增設課前提問、課后討論環(huán)節(jié)，認真批改作業(yè)，積極發(fā)現(xiàn)學生學習過程中存在的問題，并及時對問題進行深入講解，解決問題。另外，由于量子力學是建立在一系列基本假定基礎之上的，抽象難懂，鑒于學生難接受的情況，在授課時注意理論聯(lián)系實際，盡可能進行知識的滲透和遷移，將量子力學在實際中的應用穿插于教學之中，豐富教學內(nèi)容，開拓學生視野，從而調(diào)動學生的學習興趣和積極性。

4 結(jié)語

通過近年來教學經(jīng)驗的總結(jié)和探索，形成了一套適合材料物理專業(yè)量子力學課程教學的方法，該方法教學效果良好。在近幾年的研究生入學考試中，學生量子力學課程的成績優(yōu)秀，說明采用這樣的教學方法是成功的。

資助項目：武漢工程大學2010年校級教學研究項目（X201037）

量子力學基礎原理范文第4篇

近年來，許多人著書立說，認為當代物理學與東方哲學(包括中國與印度)之間存在著某種相似性。在本文中，作者將著重討論它與中國哲學，特別是易哲學的共同點。易哲學主要源出于《易傳》，該書是約在公元前3世紀編成的，傳統(tǒng)的看法是由儒家編纂的，但從它的內(nèi)容來看應該推測是由道家編纂的。

簡單地把量子力學與易哲學做直接的類比，只能給出它們之間相同性的膚淺描述。為了把這種無定形的直覺變成為一種有價值的、具有透徹性的思想，必須要在本體論的層面上對二者進行深入的分析比較。本文作者試圖在這一工作的基礎上，融合量子力學與易哲學這兩方面的思想成果，建立起一個嶄新的哲學觀，這一哲學觀將會較好地對量子力學做出哲學上的詮釋，同時也包含對易經(jīng)哲學中的主要哲學思想進行科學化與形式化的轉(zhuǎn)變。

2 量子力學的本體論表述

2.1 玻爾的哲學觀

從經(jīng)典物理學到量子力學，這一過渡對物理學觀念產(chǎn)生了深遠的影響。現(xiàn)在人們已清楚地認識到，經(jīng)典物理學的原理僅適用于有限的范圍，而且只是一種近似。經(jīng)典力學的標準哲學詮釋混淆了物理的現(xiàn)象與本體論的概念，并且與量子力學是不相容的。

尼爾斯·玻爾是在量子論出現(xiàn)時期的一位偏好哲學的著名物理學家。他對量子理論引起的哲學問題進行過深刻思考。玻爾關于量子力學的哲學觀既深刻又有局限性，這源于他的方法學。他的方法學的中心部分是關于物理學概念體系的分析。他尖銳地指出，西方本體論的概念是對經(jīng)驗現(xiàn)象產(chǎn)生的概念體系的不適當?shù)耐馔啤２柕恼軐W觀的局限在于，他的方法學過份強調(diào)了物理學中的經(jīng)驗基礎而忽視了他分析中暴露出的量子力學含有的思想體系的內(nèi)涵。

在他著名的科莫演講中，玻爾陳述了量子論的基礎：或許可以用所謂“量子假設”來表述，即一個基本的不連續(xù)性或更確切地說是分立性，存在于任何原子過程中。這對經(jīng)典理論來說是完全陌生的，這一分界以普朗克的量子運動為標志。據(jù)此，他做出以下結(jié)論：量子假設表明，有關原子現(xiàn)象的任何觀察，都不可避免地包含觀察者與觀察媒介的相互作用。

2．2 相互作用原理

當然，玻爾自己很小心地避開了本體論的話題，也拒絕提出任何本體的假設，因為這樣的假設違背了他的方法論的原則。雖然如此，因為上面說過量子力學包涵著新的思想材料，我們可以看見他的立場很含蓄地贊成了本體實體的存在。這是因為他的立場既要把觀察描述成一種相互作用又要把在不同實驗條件下對同一被觀察物得出的現(xiàn)象的描述，作為對這一被觀察物的互補性的信息。

需要一種新的本體論的原則，來描述本體與現(xiàn)象之間的關系。這個原則可取之于兩個來源，一個是玻爾對觀察與相互作用的觀念；另一個是假設現(xiàn)象是本體與觀測儀器相互作用的結(jié)果。這導致了相互作用原理：

現(xiàn)象是由于本體與觀測媒介相互作用的結(jié)果。

相互作用原理將全面的現(xiàn)實分為兩個領域：一個領域是本體現(xiàn)實，它與實驗媒介相互作用，這一現(xiàn)實是獨立存在于相互作用之外的；另一領域是指相互作用的結(jié)果，這是被稱為現(xiàn)象的現(xiàn)實，相互作用使得這一現(xiàn)實可以被實驗所感覺到。從這一理解出發(fā)，本體論的中心問題是探索這一本體現(xiàn)實的性質(zhì)。

2．3 通向本體論的三個步驟

建立量子力學的本體論哲學體系可以分為三個步驟。第一個步驟是給出這一概念的形式化的數(shù)學結(jié)構。薛定諤方程中的波函數(shù)概念是量子力學的中心形式化概念。玻恩的幾率詮釋符合了使波包與實驗統(tǒng)一起來的需求，但是創(chuàng)造一個本體論的獨立實在的概念需要完全不同的方法。由于薛定諤方程可以用來描述觀測之間的真實變化過程，而符合薛氏方程的波包的量子力學的干涉有物質(zhì)的結(jié)果，所以本文作者認為，薛氏方程所描述的波包概念是一個比較合適的用以建立本體論概念的形式化概念。

第二步，我們必須考慮，假如有實體滿足該描述，為了真正的存在，它們還要滿足什么樣的其他條件。在目前情形下，我們必須考慮波包應具有怎樣的本體性的性質(zhì)才能得以存在，這即是說一個單獨的波包不能做一個本體實體，我們必須考慮要加上怎樣更多的性質(zhì)去構成一個完備的本體實體。這一考慮的結(jié)果將會給波包一個實在性的詮釋。具有波包的數(shù)學結(jié)構的真實存在，將與我們通常所認為的自然實體有著截然的不同。這一詮釋需要一個全新的概念體系的框架。因此，詮釋的問題，便是在波包的數(shù)學結(jié)構基礎上，創(chuàng)造一個全新的范疇體系，來表達一個合適的本體實體概念。這一概念必須承認，實體在孤立時是非局域性的，而當與一個實驗媒介發(fā)生系列相互作用后，便會成為局域的。根據(jù)這一要求，本文作者提出一個新的概念就是“雙波包”的概念。雙波包由正弦元波包與相調(diào)節(jié)子波包構成。這些概念將在下一章節(jié)里加以闡明。

第三步，是要建立一個普遍的哲學體系，使我們能夠理解現(xiàn)實的一切，它將包含而又超出我們一開始所討論的所有科學問題。這將導致對精神一類性質(zhì)的問題的哲學探索，以及對雙波包體系的哲學上的思考。后一問題是本文的主要重點，并將在“3”討論，出于適當?shù)膭訖C，將在“2．5”對精神和意識問題做出一個粗略的描述。

2．4 雙波包

本體實體必須是某種真實波包，從而波包的形式體系可以用來描述它。構成這一波包的波可以認為是一組單色正弦元波。這樣的波包是量子力學的群包的本體論的詮釋。它所組成的各個單色正弦波不是真正的本體實體，但是為了構成真實的波包，它們必須具有一種似實非實的存在性質(zhì)。它們沒有現(xiàn)象上的存在，是因為它們自己本身不能有量子力學的干涉從而產(chǎn)生局域化而被觀測到。可以說本體實體的原料不是正弦波而是正弦波之間的量子力學的干涉。

構成這波包的波，必然有很復雜的相互關聯(lián)，這樣波與波之間的干涉才能建立并保持下來。進一步，它們還必須具有一些特別的性質(zhì)來造成它們的粒子現(xiàn)象。如果粒子現(xiàn)象是由于波包里的波之間的干涉被重新調(diào)節(jié)而形成的一個極限小結(jié)構，那么，這就可以用相關聯(lián)的重新調(diào)節(jié)來解釋群包的塌縮，就是粒子的出現(xiàn)。所以，在波包形成與塌縮時，便會通過相關聯(lián)來建立或調(diào)節(jié)構成波之間的干涉。

在量子力學中，沒有任何力可以在波包中調(diào)節(jié)一個單獨的元波。所有的量子力學的力都表現(xiàn)于不可分割的基本粒子之間，不表現(xiàn)于一個基本粒子之內(nèi)。因此，本文作者認為本體性的干涉實際上是通過一種比量子力學的力更復雜精巧的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。借鑒電磁相互作用與強相互作用中的光子與膠子概念，可以把這些干涉相應地解釋為一種本體性的實體，即所謂的相調(diào)節(jié)子，因為它調(diào)節(jié)正弦元波的相位。

為構成一個波包，一大群的相調(diào)節(jié)子必須一齊配合起作用。所以，我們提出這大群調(diào)制子構成一個調(diào)節(jié)波包。沒有相調(diào)節(jié)子來調(diào)節(jié)一群正弦元波，這群正弦元波就不能構成一個波包。因此正弦波包的存在依靠著相調(diào)節(jié)子波包的作用。所以本文作者認為，一個基本的本體實體，是由一對雙波包構成的，它包含密切相關的正弦元波包與相調(diào)節(jié)子波包。雙波包概念是建立在形式化量子理論基礎上的本體論的中心概念。

2．5 精神與意識

相互作用原理和雙波包的本體論提供了一個基礎，可以用來建立一個關于意識的解釋性體系，而這一點用其他的量子論詮釋是無法達到的。首先，我們利用相互作用原理把意識經(jīng)驗解釋為本體現(xiàn)實與經(jīng)驗媒介、我們的感官相互作用的結(jié)果。這樣的相互作用的概念是由相調(diào)制波包的相互作用的概念擴展而來的。其次，雙波包的本體論讓我們可以假定相互作用是相調(diào)節(jié)子波包，而非量子力學的群波包。因此，意識是本體實體的相調(diào)節(jié)子與人類的器官的相互作用結(jié)果。意識現(xiàn)象與它的相應本體現(xiàn)實分子的關系，與物質(zhì)實體與它的相應本體現(xiàn)實分子的關系類似。當然，在進入相互作用中的本體現(xiàn)實分子的性質(zhì)必須被詮釋為如下兩種不同的情形：進入物理作用的是正弦元波包，它是量子力學的群波包，可用薛定諤方程描述；有意識現(xiàn)象做結(jié)果的是相調(diào)節(jié)子波包，它不能用量子力學來描述。但是只是通過量子力學概念體系就能夠發(fā)揮這個概念。在這兩個范圍內(nèi)相互作用必然有性質(zhì)上的不同。在物質(zhì)的方面相互作用是波包的塌縮。在意識的方面，可以類似地稱之為相調(diào)節(jié)子波包的塌縮。可是由于我們沒有一個關于相調(diào)節(jié)子波包的決定性概念，這樣說必然依舊相對地不明朗。無論怎樣，這種概念在區(qū)分相互作用的來源與結(jié)果上有著重要的用處，正像在量子力學中一樣。正如物質(zhì)實體是現(xiàn)象，意識也是現(xiàn)象。它是本體實體與人類的器官的相互作用的結(jié)果，就像量子力學的粒子是本體實體與觀察媒介的相互作用的結(jié)果一樣。

現(xiàn)在，我們有了一個關于精神哲學的全新的概念體系。我們可以稱其最高范疇為相調(diào)節(jié)子領域中的“心”或“靈”，它相應于傳統(tǒng)上西方哲學對心與靈的理解。但我們必須注意，傳統(tǒng)的解釋有嚴重缺陷，因為人們把關于心和靈的本體的因素與意識的現(xiàn)象的因素混淆在一塊了。現(xiàn)象的因素必須從本體論概念中抽出來，歸到現(xiàn)象性的自我，即意識。心或靈概念中剩下的本體論的內(nèi)容應該被詮釋為一個相調(diào)節(jié)子波包系統(tǒng)。進一步地，相調(diào)節(jié)子除在解釋量子力學的現(xiàn)實詮釋上有重要作用外，它既給心以自然詮釋也使心的概念自然化，并將它擴大到整個自然界。

總之，量子力學的雙波包本體論使本體實體與現(xiàn)象實體之間有了本質(zhì)上的區(qū)分。現(xiàn)象實體是本體實體與經(jīng)驗媒介相互作用的結(jié)果。本體實體與現(xiàn)象實體，都各有兩個領域。現(xiàn)象實體的兩個領域是意識和物質(zhì)實體。本體實體的兩個領域是物質(zhì)的正弦元波包和非物質(zhì)的相調(diào)節(jié)子波包。

3 中國的本體論與量子力學

3．1 雙波包的本體論與西方本體論概念

現(xiàn)在我們必須把我們的注意力轉(zhuǎn)向建立一個解釋現(xiàn)實的普遍的哲學概念體系。縱觀西方哲學概念，沒有類似雙波包理論的。西方哲學有二元論的傳統(tǒng)，其中以笛卡爾為最。但是二元論與這里提到的雙波包的二元性有根本上的不同。在二元論中，物質(zhì)與精神兩個領域是截然隔離的。這就是說，物質(zhì)與精神這兩個領域中的每一個別的實體，都有著獨立的本體的存在。但是在雙波包理論中，正弦元波包與相調(diào)節(jié)子波包只能互相關聯(lián)地存在以構成獨立存在的真實波包。在這里要強調(diào)，由邏輯觀點來說正弦元波包與調(diào)節(jié)子波包是先于存在的，但它們本身不是這一本體論的真實存在，僅僅是構成真實存在的某種前提性的東西。

3．2 雙波包本體論與陰陽

笛卡爾的二元論深刻地影響了現(xiàn)代西方哲學和科學，但雙波包本體論與它在結(jié)構上是完全不相同的。與雙波包類似的本體論卻主導了中國哲學近2000年，這就是易哲學。這種哲學根源于陰陽的原理；陰陽是《易經(jīng)》中有關變化過程的東西。在陰陽及其變化的觀念基礎上形成了《易傳》的宇宙論體系，這是此后所有哲學的基礎，也是此后大多數(shù)儒家的本體論的基礎。

陰陽的概念，來源于對自然現(xiàn)象中呈現(xiàn)的對立兩方面的觀察，并認為這是自然界存在與運行的基本動力。例如，男人與女人的對立被認為是產(chǎn)生生命與維系自然物種的力量。光與暗、熱與冷代表循環(huán)變化的動力。當《易經(jīng)》演變成為一個哲學體系時，陰與陽便成為本體論上的二元性的宇宙的原則。

這就是雙波包與陰陽之間的類同之處。純的陰與陽可以被認為是正弦元波與相調(diào)節(jié)子波。正弦元波與相調(diào)節(jié)子波單獨地并不構成真實的存在，只有它們的混合交織才能構成波包，波包又構成雙波包，就是構成真實實體。這十分近似于對陰陽的本體論解釋的原理。陰和陽并不單獨構成真實世界。自然中沒有任何東西是純陰或純陽的。所有存在之物都是陰與陽相互交織的雜交體。本體現(xiàn)實是由兩個不同的似實非實的領域組成，這兩個領域的成分本身又不是真實的實體。這一命題是兩者比擬的核心；但這抽象命題在兩種不同的體系中卻有著兩種不同的具體內(nèi)容。

3．3 復雜性的兩個層次

在《易經(jīng)》體系里，八卦(經(jīng)卦)有三爻，六十四卦(別卦)有六爻，別卦由兩經(jīng)卦組成，這是另外一項類比的根據(jù)。在雙波包本體論與《易經(jīng)》哲學中，真實存在的基本成分都是由兩個部分組成：一個雙波包包含了正弦元波包和相調(diào)節(jié)子波包，而一個有六爻的別卦是由二個有三爻的經(jīng)卦組成的。這便產(chǎn)生了兩個層次上的現(xiàn)象的復雜性，在《易經(jīng)》中這一點被十分清楚地闡明了。把這一點應用到雙波包情形上，對于一個深刻的哲學問題會產(chǎn)生十分有趣的觀點。

《易經(jīng)》把現(xiàn)實組成描述為兩個階段，其中基本的具體物象是由有三爻的經(jīng)卦結(jié)構揭示出的，而事件以及關于變化運動的規(guī)律是由有六爻的別卦的結(jié)構揭示出的。《易傳·系辭傳(下)》說：“八卦成列，象在其中矣。因而重之，爻在其中矣。”

從雙波包實在論的觀點看，不同程度的復雜性的區(qū)分是十分有意義的。但是把這種區(qū)分看成是現(xiàn)象與變化之間的不同是錯誤的。最好是區(qū)分兩個不同層次的復雜性的現(xiàn)象的領域，每一個層次又包含了相應的變化規(guī)則。

在20世紀，好多西方哲學家試圖將意識現(xiàn)象歸并到物質(zhì)現(xiàn)象，兩個層次的復雜性對這個歸并方案導致了一個既新穎又深刻的觀點。這一方案對西方的唯物論哲學家們一直是一個難于應付的問題。“現(xiàn)象”這個概念，在普通語言中，比在經(jīng)典物理學中，是豐富多了。現(xiàn)象的本質(zhì)在物理上處理為位置與動量這些東西，但是對某種層次的現(xiàn)象的徹底性的分析，并不適合去解釋有目的的行為與主觀經(jīng)驗這類現(xiàn)象。

使復雜性的層次性原理適應雙波包理論的概念體系便會產(chǎn)生以下的解釋。正弦元波包與物理中的物質(zhì)聯(lián)系在一起，相調(diào)節(jié)子波包與意識聯(lián)系在一起。物理學的原理僅僅是作用在整個現(xiàn)象范圍的一部分；而作用在這個有限的物理范圍的原理比之作用在整個現(xiàn)象現(xiàn)實的原理要有限得多。任何包含人在內(nèi)的變化必須包含相調(diào)節(jié)子對正弦元波的影響。這表明，物理只是現(xiàn)象現(xiàn)實的一部分的描述，在目的性可以被概括進描述之前需要引伸到相調(diào)節(jié)子范圍。

雙波包理論與易哲學的兩種復雜性的二層次的原理有兩個重要不同的地方。第一，組成《易經(jīng)》的六爻別卦與兩個三爻的經(jīng)卦的性質(zhì)是一樣的，但是，組成雙波包的兩個成分是不同的，互補性的。第二，在《易經(jīng)》的體系中陰陽的互相交織組成三爻經(jīng)卦，經(jīng)卦是獨立的真正的現(xiàn)象，陰陽是現(xiàn)象界的原始原料，可是，在雙波包理論中，正弦元波包與相調(diào)節(jié)子波包不是真正現(xiàn)象，只是現(xiàn)象界的原始原料，現(xiàn)象界是由它們的交織構成的。

3.4 關于自然概念的含義

自然的含義在西方科學中與在易哲學中是不同的，在西方物理學中，自然是與能測量的自然屬性聯(lián)系在一起的，例如位置與動量，所以意識與目的的范疇被完全排斥在外。西方方法學的優(yōu)點在于分離測量過程，這使得科學得以誕生。它的缺點是丟棄了現(xiàn)實中的一個十分重要的部分。

孕育了科學的哲學背景現(xiàn)在卻成了它的絆腳石，因為它使科學與一個包括意識在內(nèi)的全面世界不能相容。量子力學把經(jīng)典物理的物質(zhì)的本體論粉碎了。我們應當更進一步，希望能在量子力學的體系中發(fā)掘出能包含目的性在內(nèi)的關于自然的觀念。《易經(jīng)》的一種方法做到了這一點，難以為西方的想象力所接受。雙波包的本體論也做到了這一點，它是以科學哲學的理論方式來敘述的。

基于這一觀點，可以得出結(jié)論：自然的概念應該包含目的性。物理學不包含它的原因在于它是限制于雙波包的正弦波包的范圍。雙波包的哲學體系的相調(diào)節(jié)子波包卻潛在的蘊涵了目的性的因素。這樣自然化目的性的結(jié)果相似于《易經(jīng)》的自然概念。可是在易經(jīng)的體系中，三爻的經(jīng)卦跟六爻的別卦都有目的性，不過是兩個層次的。物理學的偉大成就證明自然界有一個非目的性的層次。這表明，在這個方面雙波包理論的二層次的結(jié)構比《易經(jīng)》優(yōu)越。

3．5 道的三個層面

關于自然的廣義概念中，易經(jīng)哲學強調(diào)一種整體性的原理，其中一個抽象的單一的自然的規(guī)則“道”可以在自然界中不同的實體與結(jié)構中有不同的表現(xiàn)。《易傳·說卦》中說：“是以立天之道，曰陰與陽。立地之道，曰柔與剛。立人之道，曰仁與義。”道的三個自然層面可以解釋為，一個統(tǒng)一的規(guī)則概括了物理、生命和目的性過程。這一點與西方的觀念截然不同。西方哲學家對此進退兩難：要么把目的性現(xiàn)象看成是物理過程(唯物主義)；要么把物理過程看成是目的性現(xiàn)象(唯心主義)；要么認為二者是完全地不相容(二元論)。為了把這一統(tǒng)一的原理引進現(xiàn)代的西方科學框架中，需要對非決定論與目的性做出新的解釋，這將給予它們一個共同的基礎核心。

3.6 非決定論

雙波包的本體理論既可以把自然的概念由物質(zhì)現(xiàn)象擴大到意識現(xiàn)象，也可以對非決定論提出新的解釋。在量子力學中，從決定論轉(zhuǎn)換到非決定論，不會給出更深的哲學意義。

這是因為，量子力學不過是簡單的而已。如果能給出一個物理上的解釋，一個選擇可以怎樣從一些可能性中做出，那么在量子力學觀念上這將不是非決定論了。可是相調(diào)節(jié)子的假設提出選擇過程在量子力學描述的領域之外受到影響。

在雙波包中，正弦元波包領域與相調(diào)節(jié)子波包領域在本體論上是截然分開的。相調(diào)節(jié)子波包對一個事件的影響，從本體論上而言，是在量子力學描述范圍之外的。所以，這樣講并不矛盾：在物理上是非決定論的，但在更廣的整個現(xiàn)實范圍里卻遵從某一選擇。在這一意義上，物理現(xiàn)實只是本體的現(xiàn)實的一個部分而量子力學是它的完全性描述。這意味著，量子力學在玻爾與愛因斯坦爭論的意義上是完全的，因為在它的范圍內(nèi)它是完整的；但在一個本體論的意義上說，它又是不完全的，因為它只是描述了本體現(xiàn)實的一個部分而已。

在單個粒子的量子體系中，選擇由相調(diào)節(jié)子波包所決定，它從由波函數(shù)塌縮而致的可能性中做出選擇，而這一塌縮過程在標準的量子力學看來是純隨機的。在兩個粒子的情形中，例如在貝爾實驗中所描述的那樣，兩個粒子的量子力學的干涉糾纏在一起以至兩個事件的結(jié)果是相干的。這兩個粒子的相調(diào)節(jié)波包也糾纏在一起了，這是一些相調(diào)節(jié)波包構成復雜組織的根據(jù)。在更復雜的系統(tǒng)中，相調(diào)節(jié)子波包之間的相互關聯(lián)變得更強，逐漸地導致了生命、行為、意識和目的性。在更復雜的系統(tǒng)中，選擇變得更復雜，更有效。量子力學的可能的觀察結(jié)果的選擇變?yōu)橥耆康男缘淖杂梢庵具^程。這需要建立一系列的新概念，量子力學的選擇是其中一個極端，自由意志是另一極端。這一系列新生的概念可以延伸至

包括意識與目的性，覆蓋所有層次，而且必須在雙波包的基礎上給它們自然的詮釋。

3．7 目的性概念的廣義化

在這一詮釋下，相調(diào)節(jié)子在十分復雜的物理體系中于不同層次上發(fā)生作用。第一，它們有著純物理的功能，用以調(diào)節(jié)正弦元波構成真實實在，也作為最基本的選擇。第二，在包含生命在內(nèi)的十分復雜的物理體系中，從無生命物質(zhì)到生物體的構成過程，是一個更高級的規(guī)則；這是由相互關聯(lián)的相調(diào)節(jié)子所構成的(關于所有的有關的物理粒子)。最后，考慮到人類行為的適應性和意識以及目的性的出現(xiàn)，更高級的相調(diào)節(jié)子過程必須構造出來。

在現(xiàn)代科學思想體系中，關于現(xiàn)象過程的三個層面的特性可以概括為一個單一的普遍的規(guī)則，它實現(xiàn)并應用在不同的形式中：物質(zhì)實體的存在與穩(wěn)定；生命從物質(zhì)中演化出來；目的性行為從生命中產(chǎn)生出來。除了語言上的不同外，這一規(guī)則與道的三個層面的特性有共同之處，它們都給出了自然的一個圖景，并且都強調(diào)一個單一的規(guī)則作用在不同的體系中，體現(xiàn)出不同的特性。

量子力學基礎原理范文第5篇

關鍵詞：量子力學 教學改革 物理思想

“量子力學”作為學習“固體物理”、“材料科學”、“材料物理與化學”和“激光原理”等課程的重要基礎，同時也是物理學專業(yè)及相關工科專業(yè)最核心的基礎課程之一。20世紀，“量子學說”被作為物理科學研究和人類文明進步的標志性貢獻，引起了廣泛地重視。通過對量子學說的學習，能夠使學生充分利用到所學的理論知識，對問題進行分析和尋求解決方法，提高學生的科學素質(zhì)和培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。盡管如此，但該門課程所涉及的內(nèi)容較為空洞、抽象，對學生學習造成阻礙，使學生喪失了學習的興趣，學生也很難熟練掌握量子學說課程的要點。因此，培養(yǎng)學生的學習興趣是提高教學質(zhì)量和教學水平的關鍵，但是如何調(diào)動學生課堂學習的積極性，成為了廣大教師很棘手的問題。筆者根據(jù)近幾年的教學模式，綜合長江大學（以下簡稱“我校”）的教學現(xiàn)狀，在“量子學說”教學方面，整理出一套符合我校教學實際的改革和嘗試，并取得了較好的效果。

1.“量子力學’’教學內(nèi)容的改進。量子學說的理論與以往所學的傳統(tǒng)物理體系大有不同，重點表現(xiàn)在處理問題的方式上，但是卻又與傳統(tǒng)物理有著不可分割的關系，可以說，量子學說中很多的概念和理論都來源于傳統(tǒng)的物理學說。這就要求在學習量子學說的同時，既要摒棄以往學習物理形成的固有思考方式，又要遵循某些與傳統(tǒng)物理中相通之處的原理和學習法則。然而，這種思維上的反差必然導致學生在學習時的困惑，除此之外，量子學說較強的理論性也誤導學生陷于數(shù)學公式推導的煩惱中，從而使學生喪失了學習興趣。根據(jù)這些教學中存在的問題，筆者提出了以下相應的有益改進。

（1）知識條理化，強化知識背景，增強趣味性。量子學說從誕生到最終建立，每一步的發(fā)展都經(jīng)過了縝密、細致、實事求是的分析，并不斷地完善和改進。通過介紹量子學說的發(fā)展背景，引起學生的學習興趣，并有利于學生明確量子學說與傳統(tǒng)物理之間的區(qū)別，同時讓學生在發(fā)展歷程中尋找合適的學習方法，有利于培養(yǎng)學生的科學思維能力。在解釋某些理論和原理時，可以穿插講述其歷史背景，方便學生理解。通過這種方式，既能讓學生掌握理論知識，又有利于學生區(qū)分量子學說與傳統(tǒng)物理的區(qū)別[1]。

（2）重在物理思想，壓縮數(shù)學推導。數(shù)學在其相關學科的運用，所起到的作用只是一種輔助工具。在物理研究中也不例外，如果過分強調(diào)數(shù)學的地位和作用，只會本末倒置。因此，在教學過程中，教師應著重加強基本概念和蘊含的區(qū)里實質(zhì)，而不能將物理思想埋沒在數(shù)學公式之中，應把重點放在物理意義和實際運用上，只有這樣，學生才能保持較好的學習熱情。

2.教學方法改革。傳統(tǒng)的教學模式使學生一直處于被動接受知識的狀態(tài)下，抑制了學生自主學習的主動性，不僅不利于學生對知識的獲取，更阻礙了其創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，而且量子學說的理論抽象，很難被學生理解，傳統(tǒng)的教學方法，無法被學生接受，并會引起學生的反感，甚至厭學。如此一來，必然打擊學生學習的主動性，更降低了學習效率。為了促進學習效率，提高學生學習興趣，培養(yǎng)其科學素養(yǎng)，筆者在教學模式上，探索出一些有效的措施。

（1）發(fā)揮學生主體作用。教師在課堂學習中有著舉足輕重的作用，除了傳授學生知識以外，還有著更重要的引導作用。在講解完規(guī)定的教學任務之外，還應設定教師與學生的互動環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)設問題情景，引導學生進行思考和分析，使學生對所學的知識進行歸納總結(jié)。另外，還可以通過以問題的形式結(jié)束未講授的內(nèi)容，引起學生的興趣，并鼓勵學生課下利用課外資源尋求答案；還可以以小組的形式，讓學生團結(jié)合作，對感興趣的物理理論進行探討分析，并完成相關的小組論文。

（2）注重構建物理圖像。由于物理理論都比較抽象，不利于理解，所以構建圖像很重要，它不僅能夠完整地表達所要傳達的信息，而且能夠方便學生理解和記憶。圖像簡潔、清新的特點，使學生更熟練地掌握物理圖像的構建能力，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維也有促進作用。

3.教學手段和考核方式改革。（1）用多種先進的教學模式。采用小組討論課，可安排小組內(nèi)討論，然后是小組之間進行辯論，最后由教師對辯論進行點評和更正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時，有的學生認為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學生認為是經(jīng)典物理學的波。這些問題的討論激發(fā)了學生的求知欲望，從而進一步激發(fā)了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外布置課外論文和邀請知名專家進行講座都是不錯的方式。

（2）堅持研究型教學方式。教學中不再單一地只講授課堂知識，而是把科研融入到課堂學習之中，結(jié)合最新的科研動態(tài)，向?qū)W生介紹所學的原理在其相關領域中的運用，以引起學生的興趣。

（3）將人文教育與專業(yè)教學相結(jié)合。量子概念誕生于1900年，它首次由德國物理學家普朗克引入；1905年，愛因斯坦進一步完善了量子的概念；1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中；1924年，德布羅意通過量子的概念提出微觀粒子具有波粒二象性；由此可見，物理學史上，力學從誕生到發(fā)展所蘊含的創(chuàng)新思維是迄今為止任何一門學科都難以比擬的，教師和學生一起回顧量子力學的發(fā)展之路，讓學生了解到量子力學的魅力所在，啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維。