量子力學(xué)和相對論的意義精選(九篇)
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第1篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
摘要：量子力學(xué)與相對論一起被認(rèn)為是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。隨著數(shù)字媒體業(yè)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今世界已進入信息風(fēng)暴的時代，媒體與藝術(shù)的高結(jié)合性與訴求性使人們不得不用科學(xué)的眼光重新審視。本文從兩種科學(xué)理論出發(fā)，闡述媒體與藝術(shù)的科學(xué)特性，同時將科學(xué)的研究方法融入媒體與藝術(shù)的研究當(dāng)中，提出傳播擴展粒度的新觀念，有助于判定數(shù)字媒介擴展空間量的大小。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；相對論；媒體；傳播擴展粒度；藝術(shù)；科學(xué)
隨著媒體業(yè)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今世界已進入信息風(fēng)暴的時代，媒體與藝術(shù)的高結(jié)合性與訴求性使人們不得不用科學(xué)的眼光重新審視。清華大學(xué)是中國最重要的高等學(xué)府之一，同時也是國家核心研究機構(gòu)。在清華大學(xué)設(shè)有“藝術(shù)科學(xué)中心媒體實驗室”，將藝術(shù)與科學(xué)的融合視為21世紀(jì)高等教育的重要命題。由此可見，對媒體、藝術(shù)與科學(xué)三者的融合研究具在時代價值。
目前研究者們依托于前沿的科學(xué)理論和技術(shù)成果，在數(shù)字媒體方向不斷創(chuàng)新，采用新的藝術(shù)技法和表達(dá)媒介，彰顯人文關(guān)懷與藝術(shù)反思，表現(xiàn)出鮮明的生態(tài)文化特征和信息文化特征。[1] 在探求媒體、藝術(shù)、科學(xué)三者之間的關(guān)系以及未來的發(fā)展趨勢時，很多專家學(xué)者從技術(shù)應(yīng)用的角度進行推測與分析。本文另辟蹊徑，從物理學(xué)兩大基本理論――量子力學(xué)與相對論出發(fā)，將科學(xué)的研究方法融入“大媒體”、“大藝術(shù)”的研究當(dāng)中，提出傳播擴展粒度的新觀念。
1 科學(xué)與媒體的分類與特性
（1）兩大科學(xué)基本支柱。1）量子力學(xué)。量子力學(xué)是描寫微觀物質(zhì)的一種物理學(xué)理論。馬克斯?普朗克在1900年提出能量量子化假設(shè)。假定電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進行的，計算的結(jié)果才能和試驗結(jié)果相符。量子力學(xué)測量時假設(shè)的顯態(tài)與實際微觀體系中的隱態(tài)，造就了量子力學(xué)的前提。2）相對論。在狹義相對論中，愛因斯坦將空間與時間聯(lián)系起來。認(rèn)為物理的現(xiàn)實世界由時空坐標(biāo)t和空間坐標(biāo)x、y、z組成的，構(gòu)成了四維的明可夫基里平直時空。在相對論中，用四維方式考察現(xiàn)實世界，能量與動量構(gòu)成一個不可分割的整體――四維動量，自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯(lián)系。
（2）媒體的分類與特性。1）媒體分類。從技術(shù)角度分類，可以分為感覺媒體、表示媒體、呈現(xiàn)媒體、存儲媒體、傳輸媒體。按照感覺器官來分可以分為視覺媒體、聽覺媒體、視聽媒體。媒體按照使用媒介的不同可以分為數(shù)字媒體和傳統(tǒng)媒體。[2]2）媒體特性。數(shù)字媒體和傳統(tǒng)媒體共有的特性均具有傳播性。數(shù)字媒體較之傳統(tǒng)媒體又具有交互性，例如游戲及動態(tài)網(wǎng)站與受眾間的交互性信息傳遞。同時藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合，打造了1+1≠1的效果。相對于傳統(tǒng)媒體，數(shù)字媒體不但具有共同的社會屬性，更具有個性。例如一些網(wǎng)上的個以及可以按照個性定制的交互式服務(wù)。另外數(shù)字媒體相對比較環(huán)保綠色，同一時間段內(nèi)覆蓋面積更大、受眾更多、相對成本更低廉、單位性價比更高、更容易共享和傳播、藝術(shù)形態(tài)更多樣。數(shù)字媒體帶給人們?nèi)碌纳罘绞?，改變了人的思維和生活的方式。
2 媒體、藝術(shù)與科學(xué)的關(guān)系
（1）媒體、藝術(shù)與科學(xué)是密不可分、相互滲透的。媒體是藝術(shù)與科學(xué)的承載。而數(shù)字媒體平臺與網(wǎng)絡(luò)又是建立在迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之上。當(dāng)利用技術(shù)手段搭建的平臺在運營的過程中，根據(jù)受眾的需求又有藝術(shù)的訴求。藝術(shù)離不開科學(xué)，沒有媒體與科學(xué)對藝術(shù)的詮釋，藝術(shù)只是一句空談。例如音樂的展現(xiàn)需要有播放的平臺、相關(guān)設(shè)備及環(huán)境、錄音技術(shù)手段的支持；優(yōu)美的圖畫需要紙張等媒介以及繪畫技法來表現(xiàn)；震撼清晰的畫面需要高質(zhì)量的播放平臺與優(yōu)良的制作技術(shù)。
（2）藝術(shù)與科學(xué)是相通的。有人說：每個人都是天生的藝術(shù)家。藝術(shù)來源于生活，是人感官的享受?？茖W(xué)來源于自然，是人類探求真理的結(jié)晶，電影、電視、游戲等均是藝術(shù)與科學(xué)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。
（3）借助媒體，藝術(shù)與科學(xué)的發(fā)展是相互促進的。隨著物質(zhì)文明與精神文明的發(fā)展，人類在精神世界的訴求急于尋求實現(xiàn)的平臺與途徑。社會觀念的變革、人類思想的解放、對美好事物的追求促進科學(xué)技術(shù)的更新發(fā)展。與此同時，科學(xué)技術(shù)的變革反作用于藝術(shù)理念的提升，使人們站在一個新的平臺上審視藝術(shù)。十報告中指出“促進文化和科技融合，發(fā)展新型文化業(yè)態(tài)，提高文化產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、集約化、專業(yè)化水平?！背浞煮w現(xiàn)了三者間的關(guān)系。[3] 媒體、藝術(shù)與科學(xué)在當(dāng)今“信息風(fēng)暴”的時代是相互促進、相互滲透的。
3 媒體、藝術(shù)的科學(xué)性論述
量子理論與相對理論較好的詮釋了媒體、藝術(shù)的科學(xué)性。
3.1 量子力學(xué)與相對論在藝術(shù)創(chuàng)造中的體現(xiàn)
（1）蒙太奇方法的時空轉(zhuǎn)換。蒙太奇方法是常用的視頻信息流的組建方法。但因為每個人的關(guān)注點不同，針對同樣的素材，利用蒙太奇方法產(chǎn)生的效應(yīng)也不同。針對大多數(shù)人的認(rèn)知習(xí)慣，蒙太奇方法是有共同點的，所產(chǎn)生的主觀認(rèn)知理解也是一樣的。而對于某種特定人群可能并沒有意義或者對其釋義根本是相對的。相對于主觀來講，找到最美的表現(xiàn)瞬間是重要的。例如，在《猜火車》電影中“廁所撿物品”的鏡頭，主人公將頭伸入骯臟的廁所中，而畫面中出現(xiàn)的卻是主人公在臆想中的漂亮“海洋”里遨游。這是時空的轉(zhuǎn)換，是視覺環(huán)境的強烈對比，同時也是蒙太奇手法的運用，是相對論的體現(xiàn)。
第2篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
（集寧師范學(xué)院 物理系，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）
摘 要：在物理學(xué)的各個分支中，不同事物的量度有著不同的數(shù)量級.比如空間尺度（即長度）跨越了42個數(shù)量級，時間、速度也都跨越了幾十個數(shù)量級.不論理論還是實驗，往往都需要對有關(guān)物理量進行估計，以確定各個可能效應(yīng)的相對重要性，判斷物理現(xiàn)象的主要機制.本文先是簡單估算了宇宙的引力半徑，而后對微觀層面普朗克常數(shù)的存在意義，以及電子的運動機制作了簡單討論.
關(guān)鍵詞 ：數(shù)量級；普朗克常數(shù)；玻爾半徑
中圖分類號：O4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-260X（2015）01-0004-03
理論物理學(xué)家們在進行詳細(xì)計算之前，為了恰當(dāng)?shù)倪x擇和建立數(shù)學(xué)和物理模型，要估計各物理量的各種可能效應(yīng)相對重要性，用以判斷哪個物理量是決定現(xiàn)象的主要機制.實驗物理學(xué)家們在著手準(zhǔn)備精密測量之前，為了選擇合適的儀器和測量方法，也需要對各有關(guān)物理量的數(shù)量級先做一番估計.由此我們可以看出，掌握特征量的數(shù)量級對我們物理學(xué)習(xí)來說至關(guān)重要.在分析物理效應(yīng)的過程中，我們應(yīng)注意尺度大小的改變所產(chǎn)生的影響，并把這種做法養(yǎng)成習(xí)慣，久而久之我們對現(xiàn)象的理解就會更加深刻，這種習(xí)慣很可能會幫助我們洞察事物的本質(zhì).
數(shù)量級的估計本無一定之規(guī)，我們在用的時候要靈活應(yīng)用，因此本文主要對幾個典型的范例進行討論.
1 由經(jīng)典力學(xué)估算宇宙的半徑
要擺脫一個質(zhì)量M，半徑為R的星球，所需速度為
這個速度也叫做“第二宇宙速度”.其中G是引力常數(shù).若星球的質(zhì)量M大到使v=c，這時連光子也不能克服其引力的作用而發(fā)射出來，以至于在外界看不到這個星體，這類星體就被稱為“黑洞”.我們把v=c帶入上式得
即“席瓦西（Schwarzschild）半徑”，或“引力半徑”，反一個過來說，一個質(zhì)量為M的星球，當(dāng)它的半徑縮小到R0一下時，它就會成為黑洞.
根據(jù)天文觀測證明，宇宙在大尺度上物質(zhì)分布是相當(dāng)均勻的[1].我們考慮一個均勻的球體，其半徑R，密度?籽，則
如果這個體系的半徑R恰好達(dá)到自己的引力半徑R0
那么在這種情況下,該球內(nèi)部就不會有光子逃脫R0的范圍.我們將宇宙的平均密度為?籽=5×10-30g/cm3（臨界密度）代入上式，就可以估算出宇宙的引力半徑R0≈1028cm=1026m，我們姑且認(rèn)為，這就是“宇宙的半徑”[2].
2 普朗克常數(shù)的存在意義
前面我們討論了宇宙的“至大無外”，那么下面我們來到微觀領(lǐng)域，來看看“至小無內(nèi)”，就是沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最小單元.
如果說宇宙間有什么東西是無法再分割的，那只能是一些普適的物理常數(shù)，他們往往代表著一些無法逾越的界限.二十世紀(jì)初，經(jīng)典理論受到了前所未有的巨大沖擊，一些新的實驗事實，比如電子荷質(zhì)比的測定等等，已經(jīng)完全無法用經(jīng)典理論進行合理的解釋.而正是這一時期，物理學(xué)理論發(fā)生了重大變革，相對論和量子力學(xué)誕生.這兩個理論分別提出了一個普適的物理常數(shù).相對論提出真空光速c是一切物體和信號不可超越的最大速度，量子理論提出，普朗克常數(shù)h是不可分割的最小作用量子.
當(dāng)我們掌握了近代物理基本知識以后，我們就感覺到如此違反常識的兩個理論其實是很自然的事.下面我們就來看看普朗克常數(shù)h存在的必要性.
盧瑟福的實驗證明了原子中有核存在以后，原子的穩(wěn)定性就出現(xiàn)了問題.與萬有引力維系的天體運動不同，按照經(jīng)典電磁理論，由庫侖力維系的原子中，電子將在加速運動中不斷輻射電磁波，其自身的能量就會不斷減少，以至于電子的軌道半徑就會越來越小，最后掉進原子核里，進而正負(fù)電荷中和，原子塌縮.按照電動力學(xué)計算[3]，原子塌縮時間的數(shù)量級在10-9s.
1913年，玻爾為電子軌道加上了量子化條件，讓它們在定態(tài)軌道里作穩(wěn)定運動而不輻射能量，后面我們會看到，定態(tài)軌道正比于h2，而如果普朗克常數(shù)h0，定態(tài)軌道的半徑也就趨向于0，原子塌縮.由此可見，支撐原子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的正是普朗克常數(shù).
3 原子
3.1 由玻爾理論基本假設(shè)求玻爾半徑
在早期，量子力學(xué)的發(fā)展十分艱苦曲折，而氫原子的量子化研究作為一個突破口起到了至關(guān)重要的作用，于是便有了氫原子構(gòu)造的早期量子理論，也就是玻爾理論.
由玻爾理論的基本假設(shè)，電子以速度vn在半徑rn的穩(wěn)定軌道上作圓周運動，其向心力由庫侖力提供，即
用這種方法求出的r1是由經(jīng)典理論和量子理論結(jié)合得到的，他把電子看成經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點，又有量子化的特征，是不嚴(yán)謹(jǐn)不徹底的量子論[4].而對于玻爾理論所遇到的困難，后面在波粒二象性基礎(chǔ)上建立的量子力學(xué)給出了圓滿的解釋.
3.2 不確定關(guān)系求玻爾半徑
作為粗略估計，電子運行在半徑為r的圓形軌道上，動量為p，總能量
可以看到其中的r近似于前面我們求的r1（Bohr半徑）[5].
3.3 氫原子電子運動的非相對論性
我們對電子電荷e，電子靜質(zhì)量m，普朗克常數(shù)h，光速c四個基本常數(shù)用量綱法作一下粗略分析，找到一個無量綱的組合，也就是通常所說的“精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)”：
可以看出，電子的靜能要高出?琢2/2=2.7×105倍，所以氫原子中電子的運動的非相對論性.光速c沒有出現(xiàn)在aB和Ry的表達(dá)式中這一事實，也是反映出這一點.
3.4 通過氫原子基態(tài)能量的粗略算法求氦原子基態(tài)電離能
在只考慮圓軌道的情況下，對于高激發(fā)態(tài)，軌道半徑rn要乘以n2，能量要除以n2；對于重的元素，半徑要除以Z，能量要乘以Z2，即
其中p1，p2分別為兩電子的動量，r1，r2分別為兩電子到核的距離，r12為兩電子之間的距離.
這樣我們就可以認(rèn)為，能量的極小值應(yīng)發(fā)生在兩電子相對于氦核處于對稱狀態(tài)的時候，這時p1=p2p，r1=r2p，r12=r1+r2=2r，則
式中的E取絕對值代表剝離兩個電子所需的能量，當(dāng)?shù)谝粋€電子被剝離后，剩下的是個Z=2的類氫離子，其能量為-Z2Ry，即第一個電子的電離能為
與精確值24.6eV相比，數(shù)量級是沒有問題，絕對數(shù)量是偏大了很多，由此看來，這種粗糙的求極值法只能做出一個估計，而氫原子那樣求出兩個精確的公式，可以說是非常的巧合.
原子中的能量，主要是靜電子的動能和電勢能，按照位力定理，二者絕對值差一半，處在同一數(shù)量級上.用價電子電離能除以原子半徑時可作為價電子處電子強度大小的量度.對于氦原子我們可以簡單估算一下，數(shù)量級應(yīng)該在1011V/m左右，相比于現(xiàn)在的實驗室所能達(dá)到的場強恐怕還要多出幾個數(shù)量級.
這也正是玻爾的量子化條件.
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參考文獻(xiàn)：
〔1〕朱杏芬,褚耀泉.宇宙在大尺度上是均勻的嗎[J].天文學(xué)進展,2000,18(2):172-176.
〔2〕卡里布努爾·庫爾班,高建功.星體結(jié)構(gòu)計算中的數(shù)量級估計[N].新疆大學(xué)學(xué)報(理工版),2001(4).
〔3〕趙凱華.定性與半定量物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1991.101-116.
第3篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
與運用矩陣作為計算工具的矩形力學(xué)相比，波動力學(xué)更適合初學(xué)者，它使用比較簡單的微動語言和初等的微積分方程，是量子理論的基本應(yīng)用中最常使用的形式。
關(guān)鍵詞：量子力學(xué)波動學(xué)薛定諤函數(shù)
量子力學(xué)是研究微觀粒子的運動規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。①
作為量子力學(xué)的兩大形式之一，波動學(xué)在近代物理學(xué)中的地位尤為重要，它由薛定諤創(chuàng)立，與海森伯等人創(chuàng)立的矩陣力學(xué)在數(shù)學(xué)形式上是等價的，都是量子力學(xué)的基石。
在很長的歷史時間段里，人們對于經(jīng)典物理學(xué)的研究從來沒有停止過，并且一直致力于建立一個相對完美的經(jīng)典物理學(xué)體系，力圖囊括并解決人們已然發(fā)現(xiàn)的所有物理學(xué)問題。但隨著科學(xué)的發(fā)展和思想認(rèn)識的進步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)這種所謂“完美”的物理學(xué)體系是不存在的，光電效應(yīng)、黑體輻射、線狀光譜以及固體和分子比熱容等問題都無法在已經(jīng)構(gòu)建的經(jīng)典物理學(xué)體系中找到答案。
波動學(xué)顧名思義是根據(jù)微觀粒子的波動性建立起來的用波動方程來進行描述的微觀粒子運動的規(guī)律的理論。德布羅意于1924年提出假設(shè)――微觀粒子具有波動性，開啟了波動學(xué)研究的大門。繼而薛定諤于1926年在波動性假設(shè)的基礎(chǔ)上提出微觀粒子運動滿足的波動方程，并成功利用此方程解決了氫原子問題，后來在面對其他具體問題時進行更新和完善，發(fā)展出了較為完善的近似計算方法。
與運用矩陣作為計算工具的矩形力學(xué)相比，波動力學(xué)更適合初學(xué)者，它使用比較簡單的微動語言和初等的微積分方程，是量子理論的基本應(yīng)用中最常使用的形式。
波動力學(xué)的主要思想是由薛定諤確立的，舊的力學(xué)理論要相當(dāng)于光學(xué)中用彼此孤立的光線來處理問題，新的波動力學(xué)要相當(dāng)于光學(xué)中用波動理論處理問題。從舊理論轉(zhuǎn)變到新理論的標(biāo)志之一就是引入了與光的衍射現(xiàn)象十分類似的現(xiàn)象。
在微小精確的系統(tǒng)里，舊的理論不斷被取代，對于為什么原子的直徑與假設(shè)的波長的播出具有相近的數(shù)量級，薛定諤認(rèn)為這并非巧合。薛定諤的思想大約從四個方面提出：
（1） 原子領(lǐng)域中電子的能量是分立的。
（2） 在一定的邊界條件下，波動方程的振動頻率只能取一系列分立的本征頻率。
（3） 哈密頓雅克比方程不僅用以描述粒子運動，也可以描述光波。
（4） 愛因斯坦和德布羅意關(guān)于波粒二象性的思想。電子可以看成一股波，其能量E和動量P可用德布羅意公式與波長和頻率聯(lián)系在一起。②
在薛定諤波動方程的基礎(chǔ)上，達(dá)朗貝爾給出了一維標(biāo)量波動方程的一般解：u(x,t) = F(x-ct)+G(x+ct)
考慮兩個初始條件：
解：
u(x,0)=f(x)
u_{,t}(x,0)=g(x)
這樣達(dá)朗貝爾公式變成了:
u(x,t)=\\frac{f(x-ct)+f(x+ct)}+\\frac\\int_^{x+ct}g(s)ds
在經(jīng)典的意義下，如果f(x)\\inC^k并且g(x)\\inC^則u(t,x)\\inC^k。
波動是自然界中極其普遍的現(xiàn)象。人類早期觀察較多的波動是水面波，以及由弦或膜的振動導(dǎo)致的機械波，這些都具有可視的形態(tài)。后來逐漸認(rèn)識了一些不可目視的波動，如聲波、電磁波、光波。20世紀(jì)的研究深入到微觀層次之后，發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)波。波動力學(xué)的發(fā)展源遠(yuǎn)流長，最早發(fā)端于最小作用原理，該原理可以說是“眾理之母”。當(dāng)前大量波動力學(xué)研究工作涉及數(shù)學(xué)上的非線性微分方程，對其物理學(xué)意義反而有忽視的傾向。對電磁波的研究工作仍是波科學(xué)的重要方面，其基本理論尚待澄清之處甚多。波動力學(xué)的發(fā)展表明，經(jīng)典電磁波方程應(yīng)與量子力學(xué)波方程聯(lián)系起來研究，孤立地討論經(jīng)典的場與波的時代早已結(jié)束。③
就在一代又一代科學(xué)家的努力下，波動學(xué)逐漸發(fā)展成較為全面的系統(tǒng)。薛定諤、德布羅意等一系列科學(xué)家參與建立了量子力學(xué)。并成功將其推動為近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一。其背后的科學(xué)背景如今將來依舊令人驚嘆，作為一個物理學(xué)家、文人作家等身份于一身的人，薛定諤是一個性情中人，不拘一格加浪漫情懷使得創(chuàng)立理論之初被很多人懷疑，甚至參加討論會議時也因其怪異打扮被招待生誤會，就是這樣一個“怪才”之人，開創(chuàng)了量子力學(xué)的新紀(jì)元，將量子力學(xué)壯大，運用科學(xué)與哲學(xué)思想，將波動力學(xué)推向世界。
1926年10月，薛定諤參與訪問哥本哈根，并與波爾開展了關(guān)于量子力學(xué)物理意義的大辯論，至此，波動力學(xué)的初始階段結(jié)束，不久之后，量子力學(xué)的發(fā)展邁入一個全新的階段。
波動力學(xué)在不斷完善的過程中仍有很多問題亟待解決：雖然在完全摒棄舊的體系，以新的體系取而代之的情況下，波動力學(xué)就不會存在問題，但是這一做法面臨很多困難。因為按照波動力學(xué)理論，對于粒子而言有無限條可能的軌道，其中沒有哪一條比其他軌道更加優(yōu)越，使其能夠成為個別情況下的真實運行軌道。然而另一個實際情況卻是：我們確實有看到過單個粒子的軌道。至今波動力學(xué)也無法對此作出準(zhǔn)確解釋。一切的源頭來自于粒子的不確定性。
參考文獻(xiàn)：
①《量子力學(xué)》第二版 曾謹(jǐn)嚴(yán) 科學(xué)出版社
②《論量子力學(xué)的基石――矩陣力學(xué)和波動力學(xué)》朱洪杰華中師范大學(xué)
第4篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
關(guān)鍵詞：實驗探究；邊緣科學(xué)知識 ；綜合科學(xué)知識；實際應(yīng)用科學(xué)知識
江西省2008年實行人教版高中物理新課程至今，教材有較大突破，體現(xiàn)為以下幾點：
一、教材將以前的三本書分成七本書，其中必修為兩本，是所有學(xué)生必學(xué)的內(nèi)容。選修有五本，是側(cè)重理科學(xué)生學(xué)習(xí)的。而且選修的五本就不同省份高考的考生來說，只須選學(xué)其中四本。這樣學(xué)生的負(fù)擔(dān)大大降低了。
二、教材內(nèi)容梯度好，欄目豐富。
例如選修3-4第十一章機械振動共分五節(jié)，第一節(jié)主要通過水平彈簧振子、沙漏的擺動、豎直彈簧振子的實驗探究得出簡諧運動的位移隨時間變化的關(guān)系，從而定義簡諧振動。書中的兩個兩“做一做”又從其他角度實驗探究驗證簡諧振動的位移隨時間變化的圖象，該節(jié)提供了七個實驗探究簡諧振動的位移隨時間變化的圖象，讓學(xué)生思維更開闊，對簡諧振動定義獲得過程留下很深的絡(luò)印，和較大的興趣。
三、教材新增實際應(yīng)用的理論探究，對學(xué)生理解新問題有更深的指導(dǎo)，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
例如選修3-4第十二章機械波新增了“多普勒效應(yīng)”和“惠更斯原理”兩節(jié)。通過學(xué)習(xí)“多普勒效應(yīng)”，學(xué)生就能理解如何測車速來監(jiān)控車的違章情況；如何算出星球靠靠近或遠(yuǎn)離我們的速度；彩超的原理等，還可激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣。通過學(xué)習(xí)“惠更斯原理”，學(xué)生增強了對波的反射、折射、衍射現(xiàn)象的邏輯理解，對學(xué)生利用邏輯思維理解和分析問題有較大的提高。
四、教材新增了對邊緣科學(xué)的學(xué)習(xí)
例如選修3-2第十章“傳感器”和選修3-4第十五章“相對論簡介”，讓學(xué)生知道狹義相對論和廣義相對論的基本邏輯理解，對科學(xué)的探究有更廣的猜想。而傳感器是實際應(yīng)用較普遍的，介紹了光敏電阻、熱敏電阻、溫控開關(guān)等文件在電器中的工作原理，還有一些常見電路的分析，使學(xué)生對電子技術(shù)在現(xiàn)代化產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用有了解，加強了學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)的重要性認(rèn)識和興趣。
五、增設(shè)實驗，培養(yǎng)探索式學(xué)習(xí)
選修3-5第十六章第一節(jié) 實驗：探究碰撞中的變量
從生產(chǎn)、生活中的現(xiàn)象（包括實驗現(xiàn)象）中提出研究的問題——碰撞前后會不會有什么物理量保持不變呢？接著提出了猜想。為了證實猜想而提出了“實驗的基本思路”和實驗中“需要考慮的問題”。同時，提供三套實驗方案供學(xué)校選擇，最后讓學(xué)生親自動手，經(jīng)歷并體驗尋找碰撞中“不變量”的過程。重點是引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷碰撞問題的研究過程。
一方面為下兩節(jié)“動量和動量定理”“動量守恒定律”的引入提高實驗的基礎(chǔ)；另一方面，讓學(xué)生親自經(jīng)歷探究自然規(guī)律的過程，感悟自然界的和諧與統(tǒng)一；同時，將實驗技能的訓(xùn)練與科學(xué)探究過程的體驗，有機地結(jié)合。教科書設(shè)計這一節(jié)實驗課，重在培養(yǎng)探究式學(xué)習(xí)的目的。
六、增設(shè)與其它學(xué)科相關(guān)知識，提高學(xué)習(xí)認(rèn)識綜合知識的聯(lián)系。牢固樹立人類對世界探求是不斷深入的思想。
例如：3-5第十七章 波粒二象性 第5節(jié)“不確定性關(guān)系”，本節(jié)內(nèi)容是在上一節(jié)基礎(chǔ)上進一步深化的。學(xué)生已經(jīng)知道單個微觀粒子的運動具有不確定性，但它在空間某點出現(xiàn)的概率卻可通過波動規(guī)律確定。本節(jié)通過光的單縫衍射實驗，具體分析了這種不確定性的數(shù)量關(guān)系，給出了量子力學(xué)中一個著名的教學(xué)關(guān)系式——不確定性關(guān)系：。通過介紹經(jīng)典物理學(xué)和圍觀物理學(xué)中物理模型與物理現(xiàn)象的巨大差異，量子力學(xué)對社會進步的重要性及對量子理論的論爭，為學(xué)生用新的觀點來認(rèn)識微觀物理世界提供了有效的空間，也為學(xué)生今后學(xué)習(xí)量子力學(xué)搭建過渡之橋。雖然我們不可能知道單個粒子運動情況，但是大量粒子的運動卻是有規(guī)律的。這種隨機現(xiàn)象遵從統(tǒng)計規(guī)律，要從波的理論推測它的哪個地方的幾率有多大。反復(fù)強化這個概念，不確定性關(guān)系的模型才能逐漸在學(xué)生心中建立。通過物理模型與物理現(xiàn)象的教學(xué)，讓學(xué)生明確，模型是人類認(rèn)識自然的一種方式，模型是對自然的一種抽象、純化，但模型本身并不是自然本身。
教材簡要介紹了量子力學(xué)對人類社會的重要貢獻(xiàn)，讓學(xué)生明確已學(xué)的能量子、光子、波粒二象性、不確定關(guān)系是量子力學(xué)的基礎(chǔ)，盡管以量子理論為基礎(chǔ)建立起來的現(xiàn)代技術(shù)已取得巨大成功。但是，對于“量子”的圖景和哲學(xué)意義，卻一直存在嚴(yán)重的分歧和激烈的爭論。讓學(xué)生樹立科學(xué)是不斷發(fā)展的思想，將爭議回歸到愛因斯坦那句話：整整50年有意識的思考，并沒有使我更接近“光量子是什么”這個問題的答案?，F(xiàn)在的理論并不是對微觀粒子運動規(guī)律的終極觀念，這種為了滿足我們“肉眼凡胎”而創(chuàng)立的模型，雖然比較完美地解釋了現(xiàn)在所觀測到的一切，但隨著認(rèn)識的深入，我們現(xiàn)在認(rèn)為的單個微粒運動的隨機規(guī)律也可能是不完備的模型，我們也可能會了解它的真實圖景，科學(xué)研究沒有終點站。
第5篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個世紀(jì)，是個類社會發(fā)展最迅速的一個世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個世紀(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問題的一些看法和觀點。首先，我們來回顧一下上一個世紀(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。物理學(xué)的一些基本的、原則的問題都已經(jīng)解決，剩下來的只是進一步精確化的問題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補充和修正，使已知公式中的各個常數(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)實驗卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的事實。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]這些實驗結(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”。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)。現(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?？梢哉f，現(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點上，目前有情況與上一個世紀(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)有的理論作一些補充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經(jīng)驗，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點，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世紀(jì)之交的情況不同。在上一個世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無“危機”。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世紀(jì)之交的情況不同。在上一個世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無“危機”。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，每個層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個層次）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，是在三個方向上前進的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個方向上繼續(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規(guī)律，建立了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識到強子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會有新的進展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為近期內(nèi)在這個方向上難以有突破性的進展。
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、各個波段的太空天文望遠(yuǎn)鏡，這是很艱巨的任務(wù)。
我個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近似的描述。因為現(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“宇宙”以外還有無數(shù)個“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“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，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。因為“在絕對的總的宇宙發(fā)展過程中，各個具體過程的發(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?！薄叭藗冊趯嵺`中對于真理的認(rèn)識也就永遠(yuǎn)沒有完結(jié)?！盵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，其運動和變化實在太奧妙了，我們沒有認(rèn)識的問題實在太多了，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。
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)該從重新審思時空的概念入手。愛因勞動保護坦創(chuàng)立狹義相對論是從講座慣性系中不同地點的兩個“事件”的同時性開始的[4]，他規(guī)定用光信號校正不同地點的兩個時鐘來定義“同時”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進一步導(dǎo)致一個四維時空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛因勞動保護擔(dān)提出用光信號來校正時鐘，而不用別的信號呢？在他的論文中沒有說明這個問題，其實這是有深刻含意的。
時間、空間是物質(zhì)運動的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運動談?wù)摃r間、空間，在定義時空時應(yīng)該說明是關(guān)于什么運動的時空?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過一定的場傳遞過去，傳遞需要一定的時間，時間、空間的定義與這個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，愛因斯坦定義的時空實際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運動的時空，適用于描述這種運動。
愛因斯坦把他定義的時間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運動，實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，并無實驗事實證明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，再加之電磁力和引力的強度在數(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)運動的四維時空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運動的時空（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，首要的事情是由實驗事實來判斷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，當(dāng)時測量引力波是眾所矚目的一個熱點，我曾對那些實驗寄予厚望，希望能從實驗結(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驗沒有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項工作冷下去了。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)代實驗技術(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，長期的實驗得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點。應(yīng)該從c＇可能不等于c這個角度來考慮問題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強度比根據(jù)愛因勞動保護坦理論預(yù)言的強度弱得多的結(jié)果。
弱力、強力與引力、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。
在研究由弱或強相互作用引起的物質(zhì)運動時，定義慣性系中不同的地點的兩個“事件”的“同時”，是否應(yīng)該用弱力或強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)然回答這個問題。如果應(yīng)該用弱力或強力信號取代光信號，那么關(guān)于由弱力或強力引起的物質(zhì)運動的時空和關(guān)于由電磁力引起的運動的時空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運動的時空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）
有很大的不同。設(shè)弱或強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)于由弱或強力引起的運動的時空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時間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)于由弱力引起的運動的時空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時的速度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)于由弱力引起的運動的時空和關(guān)于由電磁力引起的運動的時空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強力引起的運動的時空，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，在實際上沒有靜質(zhì)量為零的介子）時的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關(guān)于由強力引起的運動的時空（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，整個物質(zhì)世界的時空將是高于四維的多維時空。對于由短程力（或只是強力）引起的物質(zhì)運動，如果時空有了新的一義，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、美國的費曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒有徹底克服這一困難?！鞍l(fā)散困難”的一個基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運動能量、相互作用能量合在一起計算[6]，這與德布羅意波在υ=0時的異性。
現(xiàn)在我陷入一個兩難的處境：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)為這個問題或許還與時間、空間的定義有關(guān)?，F(xiàn)在的量子力學(xué)理論中時寬人的定義實質(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，所以時間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時空要領(lǐng)不再適用。在時間或空間的間隔非常小的時候，描寫事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時空時還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運動的類別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時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)，重新定義時間、空間，建立新的理論
3）由于現(xiàn)代物理學(xué)尚未發(fā)生“危機”，因此目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件也許還不成熟，物理學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)革命都有賴于在物理實驗和對客觀物質(zhì)世界的觀測中獲得新的結(jié)果，實驗和觀測是發(fā)展物理學(xué)的量重要手段，這是我們要關(guān)注的首要問題。然而，科學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)的發(fā)展有本身的邏輯，符合客觀規(guī)律的、有真知灼見的思維也是一個關(guān)鍵。
第6篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
量子力學(xué)是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展中最成功、也是最神秘的理論之一。其成功之處在于，它以獨特的形式體系與特有的算法規(guī)則，對原子物理學(xué)、化學(xué)、固體物理學(xué)等學(xué)科中的許多物理效應(yīng)和物理現(xiàn)象作出了說明與預(yù)言，已經(jīng)成為科學(xué)家認(rèn)識與描述微觀現(xiàn)象的一種普遍有效的概念與語言工具，同時也是日新月異的信息技術(shù)革命的理論基礎(chǔ)；其神秘之處在于，與其形式體系的這種普遍應(yīng)用的有效性恰好相反，量子物理學(xué)家在表述、傳播和交流他們對量子理論的基本概念的意義的理解時，至今仍未達(dá)成共識。量子物理學(xué)家在理解和解釋量子力學(xué)的基本概念的過程中所存在的分歧，不是關(guān)于原子世界是否具有本體論地位的分歧，而是能否仍然像經(jīng)典物理學(xué)理論那樣，把量子理論理解成是對客觀存在的原子世界的正確描述之間的分歧。
在量子力學(xué)誕生的早期歲月里，這些分歧的產(chǎn)生主要源于對量子理論中的波函數(shù)的統(tǒng)計性質(zhì)的理解。因為量子力學(xué)的創(chuàng)始人把量子力學(xué)理解成是一種完備的理論，把量子統(tǒng)計理解成是不同于經(jīng)典統(tǒng)計的觀點，在根本意義上，帶來了量子力學(xué)描述中的統(tǒng)計決定性特征。而理論描述的統(tǒng)計決定性與物理學(xué)家長期信奉的因果決定論的實在論研究傳統(tǒng)相沖突。在當(dāng)時的背景下，對于那些在經(jīng)典物理學(xué)的熏陶下成長起來的許多傳統(tǒng)物理學(xué)家而言，對量子力學(xué)的這種理解是難以容忍的。這些物理學(xué)家仍然堅持以經(jīng)典實在觀為前提，希望重建對原子對象的因果決定論的描述。這種觀點認(rèn)為，現(xiàn)有的量子力學(xué)只是臨時的現(xiàn)象學(xué)的理論，是不完備的，將來總會被一個擁有確定值的能夠解決量子悖論的新理論所取代。量子哲學(xué)家普遍地把這種實在論稱之為定域?qū)嵲谡?，或者稱為非語境論的實在論。從EPR悖論到貝爾定理的提出正是沿著這一思路發(fā)展的。這種觀點把量子論中的統(tǒng)計決定論與經(jīng)典實在論之間的矛盾，理解成是量子論與傳統(tǒng)實在論之間的矛盾。
但是，自從1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列實驗，沒有支持定域隱變量理論的預(yù)言，而是給出了與量子力學(xué)的預(yù)言相一致的實驗結(jié)果以來，量子論與傳統(tǒng)實在論之間的矛盾焦點，由對量子理論中的統(tǒng)計決定性特征的質(zhì)疑，轉(zhuǎn)向了對更加基本的量子測量過程中的“波包塌縮”現(xiàn)象的理解。因為量子測量問題是量子理論中最深層次的概念問題。馮諾意曼在本體論意義上引入量子態(tài)的概念來表征量子實在的作法，直接導(dǎo)致了至今難以解決的量子測量難題。到目前為止，所有的量子測量理論都是試圖站在傳統(tǒng)實在論的立場上，對量子測量過程作出新的解釋。玻姆的本體論解釋在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計性特征，把量子世界看成是由客觀的不確定性、隨機性和量子糾纏所支配的世界的前提下，通過假設(shè)非定域的隱變量的存在，尋找對量子測量過程的因果性解釋。量子哲學(xué)家把這種實在論稱為非定域的實在論。[1] 多世界解釋在承認(rèn)現(xiàn)有的量子力學(xué)的形式體系和基本特征是完全正確的前提下，通過多元本體論的假設(shè)來對具有整體性特征的量子測量過程作出整體論的解釋。量子哲學(xué)家把這種實在論稱為非分離的實在論。[1]
量子測量現(xiàn)象的非定域性和非分離性所反映的是量子測量過程的整體性特征。問題是，相對于科學(xué)哲學(xué)研究而言，如果把量子測量系統(tǒng)理解成是一個包括觀察者在內(nèi)的整體，我們將永遠(yuǎn)不可能在觀察者與被觀察系統(tǒng)之間作出任何形式的分割。而觀察者與被觀察系統(tǒng)之間的分界線的消失，將會使我們在不考慮觀察者的情況下，對物理實在進行客觀描述的夢想徹底地破滅。這是因為，一方面，如果我們認(rèn)為量子力學(xué)的形式體系是正確而完備的理論，那么，就能夠用量子力學(xué)的術(shù)語描述包括觀察者在內(nèi)的整個測量過程。這時，觀察者成為整個測量系統(tǒng)中的一個組成部分參與了測量中的相互作用；另一方面，如果我們?nèi)匀豢释褚钥煞蛛x性假設(shè)為基礎(chǔ)的經(jīng)典測量那樣，在以整體性假設(shè)為基礎(chǔ)的量子測量系統(tǒng)中，也能夠得到確定而純客觀的測量結(jié)果，那么，他們必須要在觀察者與被觀察的量子系統(tǒng)之間作出某種分割，觀察者才有可能站在整個測量系統(tǒng)之外進行觀察。然而，在量子測量的具體實踐中，這個重要的“阿基米德點”是永遠(yuǎn)不可能得到的。因為對量子測量系統(tǒng)進行的任何一種形式的分割，都必然會導(dǎo)致像“薛定諤貓”那樣的悖論。這樣，關(guān)于量子論與實在論之間的矛盾事實上轉(zhuǎn)化為，在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計性特征的前提下，如何解決量子測量的整體性與傳統(tǒng)實在論之間的矛盾。
以玻爾為代表的傳統(tǒng)量子物理學(xué)家在創(chuàng)立了量子力學(xué)的形式體系之后，并不追求從量子測量現(xiàn)象到量子本體論的超越中提供一種本體論的理解。而是在認(rèn)識論和現(xiàn)象學(xué)的意義上做文章。玻爾認(rèn)為，觀察的“客觀性”概念的含義，在原子物理學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了語義上的變化。在這里，客觀性不再是指對客體在觀察之前的內(nèi)在特性的揭示，而是具有了“在主體間性的意義上是有效的”這一新的含義。這種把“客觀性”理解成是“主體間性”的觀點，在認(rèn)識論意義上，所隱藏的直接后果是，使“客觀性”概念失去了與“主觀性”概念相對立的基本含義，從而使量子力學(xué)成為支持科學(xué)的反實在論解釋的一個重要的立論依據(jù)。與此相反，近幾十年發(fā)展起來的多世界解釋，試圖以多元本體論的假設(shè)為前提，恢復(fù)對客觀性概念的傳統(tǒng)理解；玻姆的本體論解釋則是以粒子軌道與真實波的二元論假設(shè)為代價，把測量過程中的整體性特征歸結(jié)為是量子勢的性質(zhì)。這兩種解釋雖然在理解量子測量現(xiàn)象時堅持了傳統(tǒng)實在論的立場。但是，這些立場的堅持是以在量子力學(xué)中增加某些額外的假設(shè)為代價的。這正是為什么近幾十年來，反思與研究量子力學(xué)與量子測量的概念基礎(chǔ)問題，成為不計其數(shù)的論著和論文所討論的中心論題的主要原因所在。
到目前為止，在量子物理學(xué)家的心目中，微觀客體的非定域性特征和量子測量的非分離性特征已經(jīng)成為不爭的事實。如果我們站在科學(xué)哲學(xué)的立場上，像當(dāng)初接受量子統(tǒng)計性一樣，也接受量子力學(xué)描述的微觀系統(tǒng)的這種整體性特征。那么，量子測量過程中被測量的系統(tǒng)與測量儀器（包括觀察者在內(nèi)）之間的整體性關(guān)系將會意味著，在微觀領(lǐng)域內(nèi)，我們所得到的知識，事實上，總是與觀察者密切相關(guān)的知識。這個結(jié)論顯然與長期以來我們所堅持的真理符合論的客觀標(biāo)準(zhǔn)不相容。因此，接受量子力學(xué)的整體性特征，就意味著放棄真理符合論的標(biāo)準(zhǔn)，需要對傳統(tǒng)實在論的核心概念——理論和真理的性質(zhì)與意義——進行重新理解。這樣，現(xiàn)在的問題就變成是，能否在接受量子力學(xué)的統(tǒng)計性和整體性特征的前提下，闡述一種新的實在論觀點呢？如果答案是否定的，那么，科學(xué)實在論將永遠(yuǎn)不可能得到辯護；如果答案是肯定的，那么，與理論的整體性特征相協(xié)調(diào)的實在論是一種什么樣的實在論呢？這正是本文所關(guān)注的主要問題所在。
2．認(rèn)識論教益：隱喻思考與模型化方法的突現(xiàn)
自近代自然科學(xué)產(chǎn)生以來，公認(rèn)的傳統(tǒng)實在論的觀點是建立在宏觀科學(xué)知識基礎(chǔ)之上的一種鏡像實在論。在宏觀科學(xué)的研究領(lǐng)域內(nèi)，觀察者總是能夠站在整個測量系統(tǒng)之外，客觀地獲得測量信息。在有效的測量過程中，測量儀器對測量結(jié)果的干擾通常可以忽略不計。測量結(jié)果為理論命題的真假提供了直接的評判標(biāo)準(zhǔn)，使命題和概念擁有字面表達(dá)的意義（literal meaning）或非隱喻的意義和指稱。因此，鏡像實在論是以觀察命題的真理符合論為前提的。
真理符合論的最實質(zhì)性的內(nèi)容是，堅持命題與概念同實際的事實相符合。長期以來，科學(xué)家一直把這種觀點視為是科學(xué)研究活動的價值基礎(chǔ)。
維特根斯坦在其著名的《邏輯哲學(xué)導(dǎo)論》一書中，把真理的這種符合論觀點表述為：就像唱片是聲音的畫像并具有聲音的某些結(jié)構(gòu)一樣，命題所描述是事實的畫像，并具有與事實一致的結(jié)構(gòu)。因為用語言來思考和說話，就是用語言來對事實作邏輯的模寫，它類似于畫家用線條、色彩、圖案來描繪世界上的事物。所以，用語言描述的圖象與世界的實際圖象之間具有同構(gòu)性。1933年，塔爾斯基對這種真理觀進行了定義。在當(dāng)前科學(xué)哲學(xué)的文獻(xiàn)中，人們習(xí)慣于用“雪是白的”這一命題為例，把塔爾斯基對真理的定義形象地表述為：“雪是白的”是真的，當(dāng)且僅當(dāng)，雪是白的。
普特南把塔爾斯基對真理的這種定義概括為“去掉引號的真理論”。塔爾斯基認(rèn)為，要想使“‘雪是白的’是真的”，這個句子本身成真，當(dāng)且僅當(dāng)，“雪是白的”這個事實是真實的，即我們能夠得到“雪是白的”這一經(jīng)驗事實。這個看似簡單的句子隱含著兩層與常識相一致的符合關(guān)系：第一層的相符合關(guān)系是，語言表達(dá)的命題與實際事實相符合；第二層的相符合關(guān)系是，觀察得到的事實與真實世界相符合。在日常生活中，像“雪是白的”這樣的經(jīng)驗事實是非常直觀的，只要是一個正常的人，都有可能看到“雪確實是白色的”這個實際存在的事實。因此，人們對它的客觀性不會產(chǎn)生任何懷疑，能夠作為“‘雪是白的’是真的”這個句子的成真條件。
然而，量子力學(xué)揭示出的微觀測量系統(tǒng)中的整體性特征，既限制了我們對這種理想知識的追求，也向傳統(tǒng)的客觀真理標(biāo)準(zhǔn)的價值觀提出了挑戰(zhàn)。這是因為，在量子測量的過程中，對命題的這種理想的描述方式和對對象的如此單純的觀察活動，已經(jīng)不再可能。以玻爾為代表的許多物理學(xué)家雖然在量子力學(xué)誕生的早期就已經(jīng)意識到這一點。但是，在科學(xué)哲學(xué)的意義上，他們在拋棄了真理符合論之后，卻走向了認(rèn)識論的反實在論；馮諾意曼的測量理論以真理符合論為基礎(chǔ)，要求在觀察者與測量儀器之間進行分割的做法，直接導(dǎo)致了量子測量中的“觀察者悖論”；現(xiàn)存的非分離與非定域的實在論解釋，也是以真理符合論為基礎(chǔ)，在量子力學(xué)的形式體系中增加了某些難以令人接受的額外假設(shè)，來解決量子測量難題。從哲學(xué)意義上看，這種借助于額外假設(shè)來使量子力學(xué)與實在論相一致的作法并沒有唯一性。它不過是借助于各種哲學(xué)的想象力來解決量子測量難題而已。
由此可見，量子測量難題的產(chǎn)生，實際上是以真理符合論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實在論的觀點，來理解量子測量過程的整體性特征所導(dǎo)致的?，F(xiàn)在，如果我們像放棄經(jīng)典的絕對時空觀，接受相對論一樣，也放棄真理符合論的實在論，接受現(xiàn)有的量子力學(xué)。那么，在當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)的研究中，我們需要以成功的量子力學(xué)帶給我們的認(rèn)識論教益為出發(fā)點，對理論、概念和真理的性質(zhì)與意義作出新的闡述。量子力學(xué)所揭示的微觀世界與宏觀世界之間的最大差異在于，我們對微觀世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，不可能像對宏觀世界的認(rèn)知那樣，使觀察者能夠站在整個測量語境的外面來進行。
這就像盲人摸象的故事一樣，不同的盲人從大象的不同部位開始摸起，最初，他們所得到的對大象的認(rèn)識是不相同的，因為每個人根據(jù)自己的觸摸活動都只能說出大象的某一個部分。只有當(dāng)他們摸完了整個大象時，他們才有可能對大象的形狀作出客觀的描述。然而，雖然他們對大象的描述始終是從自己的視角為起點的，并建立在個人理解的基礎(chǔ)之上。但是，不可否認(rèn)的是，他們的觸摸活動總是以真實的大象為本體的。在微觀領(lǐng)域內(nèi)，量子世界如同是一頭大象，物理學(xué)家如同是一群盲人，有所區(qū)別的是，物理學(xué)家對微觀世界的認(rèn)識不可能是直接的觸摸活動，而只能借助于自己設(shè)計的測量儀器與對象進行相互作用來進行。在這個相互作用的過程中，包括觀察者在內(nèi)的測量語境成為聯(lián)系微觀世界與理論描述之間的一個不可分割的紐帶。
如果把這種量子力學(xué)的這種整體性思想延伸外推到一般的科學(xué)哲學(xué)研究中，那么，可以認(rèn)為，科學(xué)家所闡述的理論事實上是一個產(chǎn)生信念的系統(tǒng)?？茖W(xué)家借助于模型化的理論，把他們對世界的認(rèn)知模擬出來。理論模型所描述出的世界與真實世界之間的關(guān)系是一種內(nèi)在的、整體性的相似關(guān)系。這種相似分為兩個不同的層次：其一，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在現(xiàn)象學(xué)意義上的初級相似。這種相似是指，在這個層次上，我們只是能夠通過某些關(guān)系把現(xiàn)象描述出來，但是，對現(xiàn)象之所以發(fā)生的原因給不出明確的說明；其二，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在認(rèn)識論意義上的高級相似。這種相似是指，理論模型達(dá)到了與真實世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與關(guān)系之間的相似。所以，現(xiàn)象學(xué)意義上的相似最后會被成熟理論所描述的認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似所包容或修正。
這兩個層次之間的相似關(guān)系是建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)之上的，而不是建立在邏輯或先驗的基礎(chǔ)之上。這樣，雖然科學(xué)家在建構(gòu)理論模型的過程中，總是不可避免地存在著許多非理性的因素。但是，在根本的意義上，他們的建構(gòu)活動是以最終達(dá)到使理論描述的可能世界與真實世界之間的結(jié)構(gòu)與關(guān)系相似為目的的。因此，測量語境的存在成為科學(xué)家建構(gòu)活動的一個最基本的制約前提。建構(gòu)理論模型的活動是一種對世界的認(rèn)知活動。建構(gòu)活動中的虛構(gòu)性將會在與公認(rèn)的實驗事實的比較中不斷地得到矯正，直至達(dá)到與真實世界完全一致為止。或者說，在一定的語境中，當(dāng)從理論模型作出的預(yù)言在經(jīng)驗意義上不斷地得到了證實的時候，類比的相似性程度將隨之不斷地得以提高；當(dāng)科學(xué)共同體能夠依據(jù)理論模型所描述的可能世界的結(jié)構(gòu)來理解真實世界時，相似性關(guān)系將逐漸地趨向模型與世界之間的一致性關(guān)系。
在這種理解方式中，真理是物理模型與真實世界之間的相似關(guān)系的一種極限，是在一定的語境中完善與發(fā)展理論的一個最終結(jié)果。這樣，在科學(xué)研究中，真理成為科學(xué)研究追求的一個最終目標(biāo)，而不是科學(xué)研究的邏輯起點?；蛘哒f，把真理理解成是在科學(xué)的探索過程中，成熟的物理模型與世界結(jié)構(gòu)之間達(dá)成的一致性關(guān)系。對真理的這種理解，使過去追求的客觀真理變成了與語境密切相關(guān)的一個概念。超出理論成真的語境范圍，真理也就失去了存在的前提和價值。這樣，與玻爾把理論的客觀性理解成是主體間性的觀點所不同，本文是通過改變對真理意義的理解方式，挽救了理論的客觀性。
如果把科學(xué)活動理解成是對世界的模擬活動，那么，在理論的建構(gòu)活動中，科學(xué)理論的概念與術(shù)語所描述出的可能世界，只在一定的語境中與真實世界具有相似性。所以，相對于不可能被觀察到的真實世界而言，科學(xué)的話語（scientific discourses）將不再具有按字面所理解的意義，而是只具有隱喻的意義。只有當(dāng)理論與世界之間的關(guān)系趨向于一致性關(guān)系時，對某些概念的隱喻性理解才有可能變成字面語言的理解。所以，在科學(xué)研究的活動中，研究對象越遠(yuǎn)離日常經(jīng)驗，科學(xué)話語中的隱喻成份就越多。這也許是為什么在量子理論產(chǎn)生的早期年代，物理學(xué)家在理解微觀現(xiàn)象時，不可能在微觀對象的粒子性和波動性之間作出任何選擇的原因所在。實際上，微觀粒子的波——粒二象性概念只是在現(xiàn)象學(xué)意義上的一種典型的隱喻概念，它們并不擁有概念的字面意義，而只具有隱喻的意義。因此，它們不是對真實世界的基本結(jié)構(gòu)的實際描述。正如惠勒的“延遲實驗”所揭示的那樣，物理學(xué)家不可能選擇用其中的一類圖象來解釋另一類圖象。只有當(dāng)關(guān)于微觀世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)在可能世界的模型中得到全部模擬時，原來的波——粒二象性的概念才被一個更具有普遍意義的新的量子態(tài)概念所取代。
如果科學(xué)語言只具有隱喻的意義，科學(xué)理論所描述的是可能世界，那么，物理學(xué)家對測量現(xiàn)象的描述，也只是一種隱喻描述，而不是非隱喻的按照字義所理解的描述。這種描述既依賴于觀察者的背景知識，也依賴于當(dāng)時的技術(shù)發(fā)展的水平。就像格式塔心理學(xué)所闡述的那樣，同樣的圖形、同一個對象，不同的觀察者會得出不同的結(jié)論。在這個意義上，測量與觀察不再是純粹地揭示對象屬性的一種再現(xiàn)活動，而是觀察者與對象發(fā)生相互作用之后，受到測量語境約束的一種生成活動。在這個活動中，就現(xiàn)象本身而言，至少包含有兩類信息：一是來自對象自身的信息；二是包括觀察者在內(nèi)的測量系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生相互作用時新生成的信息。
從這個意義上看，微觀粒子在測量過程中表現(xiàn)出的波——粒二象性只是一種現(xiàn)象學(xué)意義上的相似，而不是微觀粒子的真實存在。在大多數(shù)情況下，現(xiàn)象還不等于是證據(jù)，把現(xiàn)象作為一種證據(jù)表述出來，還要受到物理學(xué)家的背景知識和社會條件的制約，甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制約。按照對理論、真理和測量的這種理解方式，由“波包塌縮”現(xiàn)象所反映的問題，就變成了提醒物理學(xué)家有必要對過去所忽視的物理測量過程的各個細(xì)節(jié)，對宏觀與微觀之間的過渡環(huán)節(jié)，進行更細(xì)致的理論研究的一個信號，成為進一步推動物理學(xué)發(fā)展的一個技術(shù)性的物理學(xué)問題，而不再是觀念性的與實在論相矛盾的哲學(xué)問題。
玻姆的量子論是試圖用非隱喻的字面語言對真實的量子世界進行描述，而現(xiàn)有的量子力學(xué)在它的產(chǎn)生初期則是用隱喻的語言對量子世界的一種模擬描述。正是由于理論模型具有的相似性，才使得薛定諤的波動力學(xué)與海森堡等人的矩陣力學(xué)能夠得出完全相同的結(jié)果，并最終證明兩者在數(shù)學(xué)上是等價的。在量子力學(xué)的語境中，不論是波動圖象，還是粒子圖象都只是理論與世界之間的現(xiàn)象學(xué)意義上的初級相似。在以后的發(fā)展中，量子力學(xué)所描述的可能世界的預(yù)言與真實世界的實驗現(xiàn)象相一致的事實說明，當(dāng)馮諾意曼在希爾伯特空間以量子態(tài)為基本概念建立了量子力學(xué)的公理化體系之后，這些現(xiàn)象學(xué)意義上的相似已經(jīng)上升到認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似，說明量子力學(xué)描述的可能世界與真實世界在微觀領(lǐng)域內(nèi)是一致的。這時，以波——粒二象性為基礎(chǔ)的隱喻圖象被整體論的世界圖象所取代。這也許正是物理學(xué)家可以在拋開哲學(xué)爭論的前提下，只注重量子物理學(xué)的技術(shù)性發(fā)展的一個原因所在。而相比之下，玻姆的理論不過是追求傳統(tǒng)意義上的非隱喻的字面圖象和傳統(tǒng)哲學(xué)觀念的一種理想產(chǎn)物。
在對理論、概念和真理的意義的這種理解方式中，理論與世界之間的一致性關(guān)系不是建立在命題與概念的層次上，而是以測量語境為本體，建立在物理模型與真實世界之間從現(xiàn)象學(xué)意義上的初級相似到認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似的基礎(chǔ)之上的。測量語境的本體性，成為我們在認(rèn)識論意義上承認(rèn)科學(xué)理論是一個信念系統(tǒng)的同時，拒絕后現(xiàn)代主義者把理論理解成是可以隨意解讀的社會文本的極端觀點的根本保證。所以，真理的意義不是取決于詞、概念和命題與世界之間的直接符合，而是在于理論整體與世界整體之間在逼真意義上的一致性。由于可能世界與真實世界之間的這種一致性關(guān)系在一定程度上是依賴于社會技術(shù)條件的動態(tài)關(guān)系。因此，以一致性為基礎(chǔ)的真理是依賴于語境的真理，它永遠(yuǎn)是一個動態(tài)的和可變的概念，而不是靜止的和不變的概念。這顯然是對“把科學(xué)研究的目的理解為是追求真理”這句話的最好解答。
3．從思維方式的變革到語境實在論的基本原理
當(dāng)我們把對理論、真理和意義的這種理解方式應(yīng)用于對真實世界的認(rèn)識時，也可以在測量語境的基礎(chǔ)上，對理論進行實在論的解釋。所不同的是，這種實在論不再是把科學(xué)理論理解成是提供關(guān)于世界的某種鏡象圖景的、以強調(diào)語言與命題的真理符合論為基礎(chǔ)的那種實在論，而是把科學(xué)理論理解成是通過先對世界的模擬，然后，與真實世界趨于一致的、依賴于測量語境的實在論。不同的理論模型和測量語境可以提供對世界的不同描述。但是，通過進一步的觀察或?qū)嶒?，我們可以判斷哪一個模型能夠更好地與世界相一致。在這里，理論模型與世界之間的關(guān)系是一種相似關(guān)系，而不再是相符合的關(guān)系；測量結(jié)果與對象之間的關(guān)系是在特定條件下的一種境遇性關(guān)系，而不再是一種純粹的再現(xiàn)關(guān)系。我們把這種與量子力學(xué)的整體性特征相一致的量子實在論稱為“語境實在論”。用語境實在論的觀點取代傳統(tǒng)實在論的觀點，必然帶來思維方式的根本轉(zhuǎn)變。需要以整體性的語境論的思維觀取代傳統(tǒng)思維觀。這種思維方式的逆轉(zhuǎn)主要通過下列幾個方面體現(xiàn)出來：
首先，在本體論意義上，用普遍的本體論的關(guān)系論（global-ontological relationalism）的觀點取代傳統(tǒng)的本體論的原子論（ontological atomism）的觀點。承認(rèn)關(guān)系屬性或傾向性屬性的存在，承認(rèn)概率的實在性，承認(rèn)世界中的實體、屬性與關(guān)系之間的整體性。傳統(tǒng)的原子本體論總是把世界理解成是由可以進行任意分割的部分所組成，整體等于部分之和，牛頓力學(xué)是這種本體論的一個典型范例；關(guān)系本體論則把世界理解成是一個不可分割的整體，整體大于部分之和，量子力學(xué)是這種本體論的一個典型范例。與原子本體論中認(rèn)為實體可以獨立地?fù)碛凶陨淼膶傩运煌陉P(guān)系本體論中，實體及其屬性總是在一定的關(guān)系中體現(xiàn)出來。這里存在著兩層關(guān)系：一層是實體之間的內(nèi)在關(guān)系屬性；另一層是實體固有屬性表現(xiàn)的外在關(guān)系條件。前者具有潛存性，后者為潛存性向現(xiàn)實性的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了有利條件。 其次，在認(rèn)識論意義上，用理論模型的隱喻論的觀點取論模型的鏡象論的觀點。傳統(tǒng)的模型鏡象論觀點把理論理解成是命題的集合，命題與概念的指稱和意義是由對象決定的，它們的集合構(gòu)成了對對象的完備描述；而模型隱喻論的觀點雖然也認(rèn)為理論能夠以命題的形式表示出來，但是，理論不是命題的集合，而是包含有模仿世界的內(nèi)在機理的模型集合。理論與世界之間的關(guān)系不是傳統(tǒng)的相符合關(guān)系，而是在一定的語境中，理論描述的可能世界與真實世界之間以相似為基礎(chǔ)的一致性關(guān)系。理論系統(tǒng)的模型與真實系統(tǒng)之間的相似程度決定理論的逼真性。這樣，真理不再是命題與世界之間的符合，而是成為理論的逼真性的一種極限情況。或者說，當(dāng)理論所描述的可能世界與真實世界相一致的時候，理論的真理才能出現(xiàn)。這是對基本的認(rèn)識論概念的倒轉(zhuǎn)：傳統(tǒng)的逼真性理論是用命題或命題集合的真理作為基本單元，來衡量理論距真理的距離，即理論的逼真度；而現(xiàn)在正好反過來，是通過對逼真性概念的理解來達(dá)到對真理的理解。
第三，在方法論意義上，用語義學(xué)方法取代傳統(tǒng)的認(rèn)識論方法。在傳統(tǒng)的認(rèn)識論方法中，是用命題的真理或圖象與世界之間的逼真度的術(shù)語來表達(dá)科學(xué)實在論的一般論點。然而，這種方法使我們從開始就需要清楚地辨別對一些解釋性描述的理解。例如，在相同的研究領(lǐng)域內(nèi)，我們?yōu)槭裁茨軌蛘f，一個理論比與它相競爭的另一個理論更逼近真理或更遠(yuǎn)離真理？對于諸如此類的問題，如果沒有一個明確的和可辯護的回答方式，那么，逼真性概念要么是空洞的；要么就是不一致的。結(jié)果，對理論的逼真性的論證反而成為對“認(rèn)識的謬誤（epistemic fallacy）”的證明，并在某程度上支持了認(rèn)識論的懷疑論觀點。但是，如果我們在語義學(xué)的語境中，通過對逼真性概念的分析與辯護，然后，衍生出理論的真理，對上述問題的理解方式將不會陷入如此的認(rèn)識論困境。并且從認(rèn)識論的懷疑論也不會推論出語義學(xué)的懷疑論。
第四，在經(jīng)驗的意義上，用現(xiàn)象生成論的測量觀取代現(xiàn)象再現(xiàn)論的測量觀。所謂現(xiàn)象再現(xiàn)論的測量觀是指，把物理測量結(jié)果理解成是對對象固有屬性的一種再現(xiàn)，測量儀器的使用不會對對象屬性的揭示產(chǎn)生實質(zhì)性的干擾，它扮演著一個單純意義上的工具角色。理論術(shù)語能夠?qū)@些觀察證據(jù)進行精確的表述。觀察證據(jù)的這種純粹客觀性成為建構(gòu)與判別理論的邏輯起點；而現(xiàn)象生成論的測量觀則認(rèn)為，測量是對世界的一種透視，測量結(jié)果是在對象與測量環(huán)境相互作用的過程中生成的。測量結(jié)果所表達(dá)的經(jīng)驗事實，不是純粹對世界狀態(tài)的反映，因為經(jīng)驗事實存在于我們的信念系統(tǒng)之中，而不是獨立于觀察者的意識或論述之外與世界的純粹符合，只是在特定的測量語境中的一種相對表現(xiàn)，是相互作用的結(jié)果。或者說，測量語境構(gòu)成了對象屬性有可能被認(rèn)識的必要條件。
所以，理論的逼真度與科學(xué)進步之間的聯(lián)系，應(yīng)該在經(jīng)驗的意義上來確立?？茖W(xué)進步的記錄并不是真命題的積累，而是從模型系統(tǒng)與真實系統(tǒng)之間的相似性出發(fā)，用逼真度的概念衡量科學(xué)研究綱領(lǐng)接近真理的程度。在這里，相似性不是一個命題，也不是兩個世界之間的一種固定不變的關(guān)系，而是依賴于語境的一個程度性的概念。它的內(nèi)容將會隨著我們對世界的不斷深入的理解而發(fā)生變化。所以，科學(xué)進步不是真命題積累的問題，而是理論的成功預(yù)言與經(jīng)驗事實的函數(shù)。
第五，在語義學(xué)的意義上，用整體論或依賴于語境的隱喻語言范式取代非隱喻的字面真理范式（literal-truth paradigm）。從17世紀(jì)開始，非隱喻的字面真理的范式就已經(jīng)被科學(xué)家廣泛地接受為是理想的語言。其動機是期望把理論模型的言語和論證，建立在優(yōu)美而簡潔的數(shù)學(xué)和幾何的基礎(chǔ)之上。當(dāng)時的理性論者和經(jīng)驗論者把科學(xué)語言當(dāng)成是理想的合乎理性的語言，或者說，把科學(xué)的經(jīng)驗和知識看成是人類經(jīng)驗和知識的典范。這種觀點認(rèn)為，所有的知識與真實世界之間的關(guān)系是根據(jù)表征知識的命題方式來討論的，科學(xué)語言與概念的意義由它所表征的世界來確定，它們不僅在本質(zhì)上具有固有的字義，而且語言本身的字面意義就是使用詞語的標(biāo)準(zhǔn)。語言的意義不僅與語言的用法無關(guān)，而被認(rèn)為是客觀地對應(yīng)于世界的各個方面?？茖W(xué)的話語總是關(guān)于自然界的現(xiàn)象、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和原因的話語。
然而，在整體論的隱喻語言范式中，理論所討論的是由科學(xué)共同體提出的關(guān)于世界的因果結(jié)構(gòu)的信念，知識與真實世界之間的關(guān)系是根據(jù)可能世界與真實世界之間的相似關(guān)系來討論的。在這里，兩個世界之間的相似程度的提高是它們共有屬性的函數(shù)。在隱喻的意義上，語言與概念的意義是極其模糊的和語境化的，隱喻的表達(dá)通常并不直接對應(yīng)于世界中的實體或事件：即，按照字面的意義理解隱喻的陳述常常是錯誤的。例如，在理解量子測量現(xiàn)象時，實驗已經(jīng)證明，或者強調(diào)使用粒子語言，或者強調(diào)波動語言都是失敗的。這也是玻爾的互補性原理在量子力學(xué)的時期歲月里容易被人們所接受的高明之處。從本文的觀點來看，關(guān)于微觀世界的粒子圖象或波動圖象只不過是傳統(tǒng)思維慣性的一種最顯著的表現(xiàn)而已。事實上，這兩種圖象都只是一種隱喻意義上的圖象，而不代表微觀世界的真實圖象。隱喻與其它非字面的言詞是依賴于語境的。正如后期維特根斯所言，語言與概念的意義依賴于活動，使用一個符號的充分必要條件必須包括對活動的描述。
在這種整體論的思維方式的基礎(chǔ)上，我們可以把語境實在論的主要觀點，總結(jié)為下列六個基本原理：
本體論原理：在物理測量的過程中，物理學(xué)家所觀察到的現(xiàn)象是由不可能被直接觀察到的過程因果性地引起的。這些不可能被直接觀察到的過程是獨立于人心而自在自為地存在著的。
方法論原理：對一個真實過程的理論模型的建構(gòu)，是對不可能被觀察到的真實世界的機理和結(jié)構(gòu)的模擬。對于真實世界而言，它在現(xiàn)象學(xué)意義上的表現(xiàn)與它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)或機理在定性的意義上具有一致性。即，理論模型具有經(jīng)驗的適當(dāng)性。
認(rèn)識論原理：理論描述的可能世界與真實世界只具有的相似性，它們之間的相似程度是它們具有的共同特性的函數(shù)。這些共性是在實驗與測量語境中找到的。
語義學(xué)原理：在一定的語境中，理論模型與真實系統(tǒng)之間的相似關(guān)系決定理論的逼真性。在理想的情況下，真理是理論描述的可能世界逼近真實世界的一種極限。
價值論原理：科學(xué)理論的建構(gòu)在最終意義上總要受到實驗證據(jù)的制約，科學(xué)理論的發(fā)展總是向著越來越接近真實世界機理的方向發(fā)展的。
倫理學(xué)原理：包括人類在內(nèi)的自然界具有不可分割的整體性，關(guān)于人類行為的評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該建立在人與自然的整體性關(guān)系上。
4．科學(xué)進步的語境生成論模式
探討科學(xué)進步的模式問題一直是科學(xué)哲學(xué)研究中的重大理論問題之一。不同的學(xué)派提出了不同的觀點。邏輯實證主義者繼承了自培根以來的哲學(xué)傳統(tǒng)，認(rèn)為科學(xué)的發(fā)展在于對經(jīng)驗證實的真命題的積累。理論所包括的真命題越多，它就越逼近真理。波普爾把理論逼近真理的這種性質(zhì)稱為“逼真性”，逼真性的程度稱為“逼真度”。他認(rèn)為，理論是真內(nèi)容與假內(nèi)容的統(tǒng)一，理論的逼真度等于理論中的真內(nèi)容與假內(nèi)容之差。而真內(nèi)容由理論中那些得到經(jīng)驗確認(rèn)的真命題所組成。真命題越多，理論的逼真度就越高。在所有這些觀點中，逼真性的主要特性是用命題與事實的符合作為近似真理的基本單元。換言之，是用命題真理的術(shù)語來理解理論的逼真性。在這里“符合”沒有程度上的差別；逼真性與真理之間的關(guān)系是部分與整體之間的關(guān)系。這種“符合”或“與事實相符”包含著四個方面的關(guān)系：其一，句子的主語與謂詞之間處于相互聯(lián)系的狀態(tài)；其二，事態(tài)（the state of affairs）與主語之間的指稱關(guān)系；其三，謂詞表達(dá)與被選擇的事態(tài)之間的指稱關(guān)系；其四，說話者所選擇的對象與事態(tài)之間的相適合關(guān)系。[1]
然而，這種以真命題的多少來衡量理論的逼真度的方法，似乎沒有辦法回答諸如下面的那些問題：如果一個理論最后被證明是與事實不相符，那么，這個理論怎么可能接近真理呢？比如說，在當(dāng)前的情況下，量子場論還是一個不成熟的理論，它在未來一定會被加以修改，那么，我們能夠說，量子場論不如牛頓力學(xué)與事實更相符嗎？此外，“符合事實”這個概念也會遇到同樣的問題：如果某個理論根本就是錯誤的，我們又怎能說，它與事實符合的更好或更糟呢？也許有些在表面上曾經(jīng)顯示出具有某種逼真性的理論，實際上，它卻在根本意義上就是錯的。例如，化學(xué)中的“燃素說”、物理學(xué)中的“地心說”，等等，這些理論都曾經(jīng)在科學(xué)家的實際工作中，起到過積極的作用。但是，后來的發(fā)展證明，它們都是錯誤的假說。另一方面，這種方法還無法解釋為什么在前后相繼的理論中使用的同一個概念，卻具有不同的內(nèi)涵這樣的問題。例如，經(jīng)典物理學(xué)中的質(zhì)量概念不同于相對論力學(xué)中的質(zhì)量概念；量子力學(xué)的中微觀粒子概念也比經(jīng)典物理學(xué)中的粒子概念擁有更豐富的內(nèi)涵。庫恩在闡述他的科學(xué)進步的范式論模式時，為了避免上述問題的出現(xiàn)，走向了徹底的相對主義。
如果我們用強調(diào)理論描述的物理模型與世界之間的相似性比較，取論中包含的真命題的比較來理解理論的逼真性，那么，上述問題就很容易得到解決。在特定的語境中，并存著的相互競爭的理論，分別描繪出幾個相互競爭的可能世界，這些可能世界與真實世界之間的相似程度決定理論的逼真性。逼真度越高的理論，將會越客觀、越接近于真理。真理是理論的逼真度等于1時的一種極限情況。例如，牛頓力學(xué)比伽里略的力學(xué)更接近真理的真正理由是，因為牛頓物理學(xué)所描繪的世界模型比伽里略物理學(xué)所描繪的世界模型與真實世界更相似。而不應(yīng)該把這個結(jié)論替換成是，在每一個方法中通過真命題的計數(shù)來使它們與精確地說明真實世界的真命題的總數(shù)進行比較后作出的選擇。前后相繼的理論中所使用的共同概念的意義也是依賴于可能世界的。不同層次的可能世界雖然賦予同一個概念以不同的內(nèi)涵。但是，由于更深層的可能世界更接近真實世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，所以，對為什么同一個概念會有不同內(nèi)涵的問題就容易理解了。
我們把由理論描繪的可能世界逼近真實世界的過程，以及前后相繼的理論之間的更替關(guān)系總結(jié)為：
前語境階段——語境確立階段——語境擴張階段——語境轉(zhuǎn)換階段
——新的語境確立階段……
在科學(xué)進步的這個模式中，前語境階段是指，當(dāng)科學(xué)進入一個新的研究領(lǐng)域時，面對不可能被舊理論所解釋的有限數(shù)量的實驗證據(jù)和存在的重要問題，科學(xué)家首先是進行大膽的創(chuàng)新和積極地猜測，提出可能與證據(jù)相一致的相互競爭的理論或假說。這些理論或假說分別描繪出了相互競爭的各種可能世界的圖象。這個時期，科學(xué)家在建構(gòu)理論時，通過模型與現(xiàn)象的比較來約束他們的想象。或者說，他們的富有創(chuàng)造性的想象力是一種意向性的想象，而不是完全隨意的想象。這種意向性的信息直接來自不可能被直接觀察到的對象本身?？茖W(xué)家在相互競爭的理論中作出選擇時，依賴于兩個主要的歸納根據(jù)：其一，相信任何一個理論模型的建構(gòu)都是為了盡可能準(zhǔn)確地模擬真實世界的結(jié)構(gòu)和機理；其二，依據(jù)模型所產(chǎn)生的信念能夠作為成為設(shè)計新的實驗方案的基礎(chǔ)，這個實驗方案的設(shè)計是為了探索世界，和檢驗?zāi)Ｐ团c它所表征的世界之間的類似程度。在特定領(lǐng)域內(nèi)和一定的歷史條件下，根據(jù)一個理論的信念所設(shè)計的實驗越新穎，在得到應(yīng)用之后，越能夠證明理論的成功性。同時，理論的調(diào)整總是向著與新的實驗結(jié)果相一致的方向進行的。而新的實驗結(jié)果是由自然界中某種未知的因果機理引起的。
然而，說明的成功（explanatory success）只是理論逼近真理的一個象征或一個結(jié)果，或者說，說明的成功只是理論逼近真理的一個必要條件。凡是逼真的理論都必定能夠?qū)嶒灛F(xiàn)象作出成功的說明。但是，并不是每一個擁有成功說明的理論都是逼真的理論。在理論的說明中，理論的逼真性與不斷增加的成功之間的聯(lián)系應(yīng)該是一個認(rèn)識論問題，而不是一個語義學(xué)問題。一個完整的科學(xué)理論從產(chǎn)生到成熟通常要經(jīng)過三個階段：其一，對現(xiàn)象的描述階段，這個階段得到了在經(jīng)驗上恰當(dāng)?shù)哪Ｐ汀＠?，在量子力學(xué)之前，玻爾等人提出的各種原子模型；第二個階段是建立一個理論的說明模型。例如，現(xiàn)有的量子力學(xué)的數(shù)學(xué)形式體系。第三個階段是為成功的說明模型尋找一種可理解的機理，或者說，對說明模型提供語義學(xué)的基礎(chǔ)。相對于一個成熟的科學(xué)理論而言，現(xiàn)象——模型——機理三者之間的相互關(guān)系具有內(nèi)在的不可分割的整體性。這也就是為什么原子物理學(xué)家在理解量子力學(xué)的內(nèi)在機理的問題上沒有達(dá)成共識時，產(chǎn)生了量子力學(xué)的解釋問題的原因所在。
在這里，我們所說的模型是指物理模型而不是僅僅指數(shù)學(xué)模型。物理模型除了包括數(shù)學(xué)模型之外，還包括理解世界的構(gòu)成機理的模型。物理模型是為數(shù)學(xué)模型提供一個語義學(xué)基礎(chǔ)。例如，分子運動論模型是解釋壓強公式的語義學(xué)基礎(chǔ)；場的觀點是理解引力理論的語義學(xué)基礎(chǔ)。所以，物理學(xué)中的模型是指真實物理系統(tǒng)的替代物，它既具有解釋的作用，也能夠把抽象的數(shù)學(xué)系統(tǒng)翻譯為一個可理解的論述。正是在這個意義上，物理學(xué)模型是指一個模型簇。由這些模型簇所描繪的可能世界的結(jié)構(gòu)與真實世界的結(jié)構(gòu)之間的相似關(guān)系，在選擇理論時是很重要的。一方面，它能夠使理論在科學(xué)實踐中被不斷地修改和擴展以適應(yīng)新的現(xiàn)象，而不是靜止的和孤立的；另一方面，它使相互競爭的理論之間的選擇在科學(xué)實踐的規(guī)則與活動之內(nèi)自然地得到了求解。這時，被淘汰掉的理論并非必須要被證偽（盡管證偽也是因素之一），而是如同生物進化那樣是自然選擇的結(jié)果。
在這里，把逼真度作為選擇理論的標(biāo)準(zhǔn)，與要么強調(diào)經(jīng)驗證實，要么強調(diào)經(jīng)驗證偽的標(biāo)準(zhǔn)不同，它永遠(yuǎn)是動態(tài)的和依賴于研究語境的概念。它既有助于把淘汰掉的理論中的某些合理化因素進行再語境化，也能夠確保科學(xué)描述和與此相關(guān)的實驗技巧與獨立于人心的世界之間建立起一種物理聯(lián)結(jié)，從而堅持了存在著一個不可能被觀察到的獨立于人心的世界的本體論的實在論觀點。大體上，衡量可能世界與真實世界之間的結(jié)構(gòu)或機理的相似程度可以通過它們之間的共有屬性（或共同特征）來進行。如果用S（A ，B）表示兩個世界之間的基本特征的相似關(guān)系，用 A∩B表示共有屬性，A – B和 B - A表示它們之間的差異，那么，在定性的意義上，這些量之間的關(guān)系可以定性地表示為：[1]
S（A ，B）= C1F（A∩B）- C2F（A - B）- C3F（B - A）
這個公式說明，兩個世界之間的相似關(guān)系是它們的共性與差異的函數(shù)。當(dāng)C1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2和C3時，兩個系統(tǒng)之間的共性將比差異處于更重要的支配地位。其中，三個系數(shù)C1、C2和C3 的值是通過實驗來確定的。這樣，我們就有可能在經(jīng)驗的意義上來研究相似關(guān)系。在經(jīng)驗的意義上，如果相互競爭的理論中的某個理論的描述和說明模型能夠完全依據(jù)當(dāng)前的實驗結(jié)果和本體論概念被加以校準(zhǔn)，那么，我們就可以認(rèn)為，這個理論是似真的（plausible）。理論越擬真，它就越逼真。
在一個特定的語境中，當(dāng)一個理論的說明與理解模型能夠完全經(jīng)得起經(jīng)驗的考驗時，科學(xué)共同體將認(rèn)為理論描繪的可能世界與真實世界之間達(dá)到了某種一致性。這時，科學(xué)的發(fā)展進入了語境確立的階段。這個階段相當(dāng)于庫恩的常規(guī)科學(xué)時期或范式形成時期。這時，科學(xué)家不僅擁有共同的信念和共同的語言，而且擁有對真實世界的共同圖象。他們相信，理論描繪的可能世界代表了真實世界的內(nèi)在機理；理論描繪的圖象就是不可觀察的真實世界的圖象。為了進一步探索真實世界的精細(xì)結(jié)構(gòu)，科學(xué)家常常會根據(jù)現(xiàn)有理論提供的信念和約定，設(shè)計新的實驗規(guī)劃，預(yù)言新的實驗現(xiàn)象，特別是運用成熟理論中的理論實體進行實驗操作，從而形成了一個相對穩(wěn)定的語境階段。但是，這個相對穩(wěn)定的語境邊界是非常不確定的。
當(dāng)科學(xué)家把成熟理論所揭示的世界機理作為一個范式和信念的基礎(chǔ)，延伸推廣到解釋其它相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)象時，科學(xué)的發(fā)展進入到語境的擴張階段。其中，既包括理論研究的信念與方法的擴張，也包括以它的基本原理為基礎(chǔ)的技術(shù)與實驗的擴張。例如，在牛頓理論確立之后，不論是物理學(xué)還是化學(xué)家，他們都用牛頓力學(xué)的基本思想解釋他們所面臨的其它領(lǐng)域內(nèi)的新的實驗現(xiàn)象，并且成功地制造出了許多測量儀器；同樣，現(xiàn)代技術(shù)的崛起和分子生物學(xué)、量子化學(xué)等學(xué)科的產(chǎn)生都是量子力學(xué)的基本原理成功應(yīng)用的結(jié)果。所以，語境擴張的過程實際上是已有語境膨脹的過程。當(dāng)科學(xué)共同體在語境擴張的過程中，遇到了與理論信念相矛盾的而且是他們料想不到的實驗事實時，他們才有可能開始對理論的信念產(chǎn)生懷疑，這時，理論的應(yīng)用邊界，或者說，語境擴張的邊界逐漸地變得明確起來，科學(xué)的發(fā)展開始進入語境轉(zhuǎn)換階段。在這個階段，舊語境的擴張受到了限制，新的語境處于形成與培育當(dāng)中。新的理論競爭也就隨之開始了。隨著新理論競爭的開始，科學(xué)共同體的信念也在不斷地發(fā)生著改變，直到一個全新的語境形成為止。
當(dāng)新的語境確立之后，不僅科學(xué)家確立了新的信念，而且他們對問題的求解值域也隨之發(fā)生了改變。這時，原來前語境中的一些不合理的偏見，在新語境中得到了糾正。在前語境中是真理的理論，在后語境中失去了它的真理性。后語境的形成是伴隨著新理論的確立而完成的。由于新語境比舊語境揭示出了更深層次的世界結(jié)構(gòu)或機理。所以，它在理論信念、方法和技術(shù)層次的擴張與滲透力將會比舊語境更強、更徹底。這也就是，為什么量子力學(xué)的產(chǎn)生所帶來的理論、方法與技術(shù)革命會比牛頓力學(xué)更深刻、更廣泛的原因所在。但是，前后語境之間的界線是連續(xù)的。這時，就像新理論是對舊理論的一種超越一樣，新語境也是對舊語境的一種超越。由于語境的變遷和運動是不斷地向著揭示世界的真實機理的方向發(fā)展的。因此，在語境中生成的理論也使得科學(xué)的發(fā)展與進步向著不斷地逼近真理的方向進行。本文把科學(xué)發(fā)展的這種模式稱為“語境生成論模式”。
這里包括兩個層次的生成，其一，理論的形成與完善是在特定的語境中進行的；其二，科學(xué)進步也是在語境的變更中完成的。但是，值得注意的是，強調(diào)語境化并不意味著使科學(xué)進步成為無規(guī)則的游戲。把理論系統(tǒng)放置于特定的語境當(dāng)中，強調(diào)了系統(tǒng)的開放性和連續(xù)性。在這個意義上，語境論的事實也是一種客觀事實。運用語境論的隱喻思考與模型化方法，不僅能夠使科學(xué)進步過程中的微觀的邏輯結(jié)構(gòu)與宏觀的歷史背景有機地結(jié)合起來，而且能夠使基本的內(nèi)在邏輯的東西在歷史的發(fā)展中內(nèi)化到新的語境當(dāng)中，從而使得語境在自然更替的同時，一方面，完成了理論知識的積累與繼承的任務(wù)；另一方面，揭示出更深層次的世界機理。所以，語境生成論的科學(xué)進步模式既不會像庫恩的范式論那樣，走向相對主義，也不會像普特南那樣，走向多元真理論?？茖W(xué)進步的語境生成論模式，既能夠包容相對主義的某些合理成份，又能夠堅持實在論的立場。
5．結(jié)語
從量子力學(xué)的認(rèn)識論教益中抽象出的語境實在論的觀點，是一種具有更廣泛的解釋力，并且有可能把許多觀點有機地融合在一起的實在論觀點。它不僅能夠賦予量子力學(xué)以實在論的解釋，而且為解決科學(xué)實在論面臨的許多責(zé)難，理清上世紀(jì)末圍繞“索卡爾事件”所發(fā)生的一場震驚西方學(xué)壇的科學(xué)大戰(zhàn)，[1] 提供了一條可能的思路。法因曾經(jīng)在《擲骰子游戲：愛因斯坦與量子論》一書中斷言“實在論已經(jīng)死了”。[2] 然而，我們通過對量子力學(xué)與實在論的分析，在放棄了傳統(tǒng)的真理符合論之后，運用隱喻思考與模型化方法所得出的結(jié)論則是，“實在論還活著，而且活的很好”。
[1] D.Bohm and B.J.Hiley， The Unpided Universe: An ontological interpretation of quantum theory， Routledge and Kegan Paul， London (1993).
[1] Jeffrey Alan Barrett， The Quantum Mechanics of Minds and Worlds， Oxford University Press (1999).
[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 136-137.
[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 133.
第7篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
課余時間，我饒有興趣的簡讀了一本暢銷全世界的科學(xué)著作——《時間簡史》，其作者是當(dāng)代著名的宇宙學(xué)家、理論物理學(xué)家——斯蒂芬·威廉·霍金。這本科學(xué)著作可以說得上是將愛因斯坦的《廣義相對論》和量子力學(xué)結(jié)合得最完美的一本書，除這點之外，此書還詳細(xì)地闡述了黑洞效應(yīng)和大爆炸及宇宙奇點問題。
倘若這本書以數(shù)學(xué)公式、證明過程和科學(xué)術(shù)語為主，那么我認(rèn)為它不可能這么暢銷全世界。這本書正是以它通俗的語言文字、幽默的插圖、強有力的論證過程和獨特的思維方式將讀者帶入廣漠無垠的宇宙，去體會黑洞邊緣的神秘，去感受大爆炸的壯闊，發(fā)人思考，引人入勝。
《時間簡史》的重點就是概述黑洞和宇宙奇點大爆炸理論，它從愛因斯坦的相對論開始一步一步的探討，補充了廣義相對論中的一些不足。作者認(rèn)為宇宙是從一個密度、時空曲率無限大的奇點通過大爆炸而開始的，在大爆炸中，物質(zhì)的溫度非常高。在隨后過去的一秒鐘中，宇宙的溫度急劇下降，下降到大約100億攝氏度，于此同時也在不斷地膨脹，就使得正電子和反電子（帶正電荷的電子）互相碰撞以此湮滅，并釋放出大量光粒子，來維護宇宙的平衡。到了后來，得以有強力的作用從而使物質(zhì)不斷聚攏，聚攏，這就形成了古老的星球和星際物質(zhì)。我們的地球，也是通過這樣的物質(zhì)聚攏才形成的。
而書中的另一偉大成就是對黑洞的研究，黑洞最開始是愛因斯坦在《相對論》一書中作出的一個預(yù)測，他假設(shè)如果存在一空間的曲率非常大，物體的逃逸速度非?？欤斓竭B光也不能逃離這樣的空間。那么這樣的空間可以稱之為“黑洞”。但他認(rèn)為既然連光也不能逃離黑洞，那么我們也無法觀測到它，它名副其實是一個非常黑的洞。但霍金結(jié)合了愛因斯坦的相對論和量子理論后提出：黑洞其實不“黑”，它可以放射出正反粒子，而且它還有這很高的溫度。正因為它放射出的正反粒子互相湮滅了，所以我們很難觀測到它。黑洞以極高的速度放射能量，當(dāng)能量耗盡時則會向宇宙大爆炸那樣從一個奇點發(fā)生強烈的爆炸，并在宇宙中消亡。
從這本書中我不僅獨到的是宇宙物理知識，我還讀到了一種敢于同命運抗?fàn)?，頑強不屈和樂觀向上的人生態(tài)度。眾所周知，霍金出這本書時已是全身癱瘓，可以活動的僅是3只手指。在這樣的條件下他憑著那充滿智慧與知識的大腦，毅然對宇宙發(fā)出思索，對真理發(fā)出挑戰(zhàn)。最后他成功了，出版了這傲然屹立于科學(xué)文獻(xiàn)之林的偉大著作?；艚饘τ谡胬韴?zhí)著追求的態(tài)度是一種至高的精神，也是我們每個人都要仰視的不滅光輝。
這個暑假，讀完了《時間簡史》，我才知道自己在這個物理學(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)運動，而所有的量子困惑都起源于這種非連續(xù)運動。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)理論齊頭并進的時代，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。
由于暑假里韓教師讓我們再看一本數(shù)學(xué)故事書，所以上個星期天，我就硬拉著爸爸到上海書城給我買書。我想：一向都十分熱愛數(shù)學(xué)，并且又很喜歡看書的爸爸，必須能為我挑出一本適宜我看的書。果然，爸爸立刻為我挑出了一本他中意的書——《時間簡史》。
這本《時間簡史》是由著名的史蒂芬·霍金所寫的。書名叫做《時間簡史》，那么書中所寫的.一切自然是和時間有關(guān)的了。為了講明時間，作者從宇宙開始寫起，而后說到空間，而后又說到黑洞，而后再說到蟲洞，最終才得到了結(jié)論。書中的語言都充滿了知識性與專業(yè)性，讓我感到懵懵懂懂的。雖然如此，但我似乎也了解到了時間。如果讓我結(jié)合書中的話來談?wù)剷r間，那我會說：時間確實能夠是一種物質(zhì)，因為萬物皆是物質(zhì)，如果時間不是物質(zhì)，它也就失去了存在的意義，但很明顯，它對于我們無比重要，我們也無法離開時間。用書中的一句深奧經(jīng)典的話來概括時間：時間也許是不朽的，至少在我們這些生命短暫的物質(zhì)看來，那確實是不朽的，它在特定的時間和空間內(nèi)產(chǎn)生一個點，就這樣無數(shù)個點連接在一齊，變成線，變成面，就無限制地編織下去，直到宇宙的結(jié)束，如果那宇宙沒有結(jié)束，也就繼續(xù)不朽地編織下去，做那宇宙創(chuàng)造者的壽衣。
我覺得這本書不太適合我看，畢竟我還沒有學(xué)過物理，對書中所說的一切都還不理解，但我明白，這是一本對我們?nèi)祟悂碇v相當(dāng)重要的書。我想：等我長大一點了之后，再讀一遍這本書，到時候必須能掌握書中所說的知識。
其實初讀《時光簡史》只是正因它是霍金的著作，只是為了在閑暇之余與兄弟姐妹之間有一點談資罷了，不得不說這樣的科學(xué)著作實在難懂，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)是正因它沒有平平仄仄的語調(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)目谖窍蛟蹅償⑹鲋邓{(lán)的宇宙，神秘的黑洞。父親不止一次的提醒我說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，而絕大部分仍是懵懵懂懂。
斯蒂芬·威廉·霍金，一個極平凡的人，他正因在21歲時不幸患上了會使肌肉萎縮的盧伽雷氏癥，因此被禁錮在輪椅上，只有三根手指能夠活動。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，演講和問答只能透過語音合成器來完成。但他的智慧彌補了先天的不足，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，這樣黑洞就會正因輻射而慢慢變小，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)具有極其基本的好處，它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)統(tǒng)一在一齊。
霍金的魅力不僅僅在于他是一個充滿傳奇色彩的物理天才，也正因他是一個令人折服的生活強者。他不斷求索的科學(xué)精神和勇敢頑強的人格力量深深地吸引了每一個知道他的人。患有肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥的他，幾乎全身癱瘓，不能發(fā)音。但他仍出版了《時刻簡史》，成為全球最暢銷的科普著作之一。對于這本書我實在做不出自我的評價，正因，可能在之后的幾年，我才能讀懂這本書，但是我能感受到這字里行間的一份堅持，一份嚴(yán)謹(jǐn)，甚至一份心酸。
其實更多的我將這本書當(dāng)作科幻小說來看，書里就是一個未知的世界，《時刻簡史》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?；艚鹪诒緯刑寡裕荒苡脝为毜拿烂畹墓矫枋龊皖A(yù)測宇宙的每一件事情，正因量子理論的測不準(zhǔn)原理決定了宇宙是不確定性和確定性統(tǒng)一的。在本書中，霍金透過地圖模型來說明宇宙的多樣性可能需要一組理論來進行描述。
第8篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
1.1與專業(yè)必修理論課的接軌
本課程所采用的教材很多章節(jié)中展示了當(dāng)年科學(xué)家理論推演的部分原始過程(與專業(yè)課書本上所講內(nèi)容道理雖同，所采用的方法卻復(fù)雜很多)。比如在第六章第三節(jié)《狹義相對論體系的建立》當(dāng)中多處使用愛因斯坦《論動體的電動力學(xué)》原文中的表述內(nèi)容雖然汁原味，但太過抽象，對于專業(yè)課基礎(chǔ)較為薄弱的物理系大學(xué)二年級學(xué)生來說很難接受。而相對論理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)是大學(xué)四年級開設(shè)的《電動力學(xué)》專業(yè)必修課的任務(wù)。筆者在講授本節(jié)課程時新課導(dǎo)入采用“鐘慢尺縮”、“雙生子佯謬”和“天上一日，地上一年”等生動有趣的課題引入，淡化和刪除了課本上多處原文中的理論推導(dǎo)。因為這時學(xué)生的認(rèn)知水平所處的階段正是英國教育家懷特海所說的浪漫階段(新奇而生動，浪漫的遐想)，通過這樣的例子和問題激發(fā)學(xué)生思維的火花，在同學(xué)們感知到狹義相對論的有趣事例之后，畫龍點睛一語中的般地指出這些只是狹義相對論的表面現(xiàn)象，而相對性原理———物理定律對于一切慣性系都應(yīng)具有相同的形式(協(xié)變要求)，才是它的本質(zhì)。學(xué)生的認(rèn)知水平進入了精確階段。愛因斯坦本人在提出狹義相對論時是從電磁學(xué)入手的。學(xué)生剛剛在大學(xué)一年級學(xué)習(xí)過《電磁學(xué)》專業(yè)課，并不陌生。為了深化這一點認(rèn)識，筆者舉出了如下例子，引導(dǎo)學(xué)生掌握:一個點電荷所帶電荷量為q，靜止放置在如圖所示的位置，問學(xué)生在圖中的靜止的A點處，有無電場和磁場?學(xué)生通過電磁學(xué)課上所學(xué)的“靜止電荷只能產(chǎn)生電場”和“運動電荷既產(chǎn)生電場又產(chǎn)生磁場”的知識很容易判斷A點有電場無磁場。筆者隨即將題設(shè)改為，點電荷q依然靜止不動，A點以速率v向右運動，再問同樣的問題，組織學(xué)生討論、探究，在筆者的啟發(fā)下學(xué)生終于認(rèn)識到若以點電荷q為參考系，A點依然是有電場無磁場，但若以A點自身為參考系，由于電荷q相對于A點向左運動，那就變成了運動的電荷，所以A點既有電場，又有磁場。通過這樣一個簡單的例子使學(xué)生感知到專業(yè)必修課《電磁學(xué)》上所學(xué)的經(jīng)典理論對于不同的參考系竟然得出不同的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上直接給學(xué)生展示相對論電動力學(xué)的結(jié)果。這樣學(xué)生的認(rèn)知水平便進入了懷特海所說的教育三階段中的綜合應(yīng)用階段。
1.2與專業(yè)實驗課的接軌
本課程所采用的教材中詳細(xì)描述了許多當(dāng)年的科學(xué)家所做的實驗。學(xué)院開設(shè)的普通物理實驗課程中的大部分內(nèi)容正是對這些實驗的重現(xiàn)。筆者結(jié)合相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課和實驗課的內(nèi)容，發(fā)掘出《物理學(xué)史》課程中與普通物理實驗相關(guān)的問題(特別側(cè)重于科學(xué)方法的滲透)，既能激發(fā)學(xué)生探究問題的熱情，促使其反思實驗課當(dāng)中處理問題所采用各種方法的深刻含義，又能加強師生互動，提高課堂效率和學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
2對教材內(nèi)容順序進行了調(diào)整
本課程教學(xué)所采用的教材是郭奕玲、沈慧君編著的由清華大學(xué)出版社出版的《物理學(xué)史》第二版。此教材體系完整，見解獨到，科學(xué)家實驗情景描寫細(xì)致入微。但僅限于每周兩課時的情況，教師講解不可能面面俱到。為此筆者根據(jù)學(xué)生專業(yè)發(fā)展需要，對教材內(nèi)容進行整合、提煉，不合理的地方加以剔除，必要的知識點加以拓展，以更好地服務(wù)教學(xué)。本門課程的教學(xué)重點內(nèi)容是前九章，后面幾章屬于介紹、略講范疇。筆者在教學(xué)過程中將第十一章《現(xiàn)代光學(xué)興起》內(nèi)容與第三章《經(jīng)典光學(xué)的發(fā)展》部分整合，題名《光學(xué)的發(fā)展》，將第十二章《天體物理學(xué)的發(fā)展》與第六章最后一節(jié)《廣義相對論的建立》內(nèi)容整合，使學(xué)生將前后知識融為一體。例如現(xiàn)階段就學(xué)生考研而言，光學(xué)專業(yè)無論從就業(yè)、考研兩個方面來說均屬于相對熱門專業(yè)。如此教學(xué)法有利于學(xué)生深刻認(rèn)識到光學(xué)學(xué)科的重要性，不僅促進了《光學(xué)》專業(yè)課教學(xué)，對學(xué)生將來的綜合發(fā)展也有益處。
3將學(xué)科前沿知識和大學(xué)生頂崗實習(xí)支教教學(xué)案例融入課堂教學(xué)
筆者在攻讀碩士學(xué)位時所學(xué)專業(yè)是理論物理，具體方向是量子信息和量子光學(xué)，畢業(yè)以來一直從事這個研究方向。第八章第九節(jié)《關(guān)于量子力學(xué)完備性的爭論》和第十節(jié)《量子電動力學(xué)》等內(nèi)容正好與筆者的科研方向相關(guān)。故而筆者在講到這里時利用自己的專業(yè)優(yōu)勢補充了大量的前沿知識如“薛定諤貓態(tài)”、“壓縮相干光場”、“量子計算”、“量子糾纏”、“EPR佯繆”等等，充實了課堂內(nèi)容，使學(xué)生的視野從課本轉(zhuǎn)向前沿，做到“搞好科研促教學(xué)”。由于物理系屬于師范專業(yè)，絕大多數(shù)學(xué)生無論考研與否終將登臨三尺講臺。中學(xué)物理教學(xué)中若以物理學(xué)故事的形式引入，可以使教學(xué)過程更加生動活潑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。物理學(xué)史課堂正好提供了這種資源。另外，物理學(xué)史集中體現(xiàn)了人類探索和逐步認(rèn)識物理世界的現(xiàn)象、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程，豐富的物理學(xué)史素材可以使中學(xué)課堂凸顯科學(xué)精神，對學(xué)生以后從事教學(xué)工作帶來益處。近年中考、高考對物理學(xué)史相關(guān)知識考察日趨增多。科學(xué)家思考研究問題的很多方法對于即將登臺講課的物理專業(yè)師范生來說具有重要意義。例如類比法是最重要的科學(xué)研究方法和教學(xué)方法之一?？茖W(xué)家拿庫侖定律類比萬有引力定律(平方反比)，拿電力線、磁力線類比流體，拿以太類比彈性介質(zhì)等等，至為深刻。講到這里筆者結(jié)合自己的扶貧頂崗實習(xí)支教工作經(jīng)歷，列舉出實習(xí)支教大學(xué)生講課的真實案例中“類比”方法使用的例子，使得學(xué)生感知到正確使用類比方法可以將抽象的概念和生活中的實際現(xiàn)象聯(lián)系起來。這樣的方法不僅是新課導(dǎo)入的關(guān)鍵，也是促使中小學(xué)生的認(rèn)知過程由形象到抽象，由浪漫階段轉(zhuǎn)入到精確階段的重要教學(xué)手段之一。
4結(jié)語
第9篇：量子力學(xué)和相對論的意義范文
關(guān)鍵詞：流形；旋量；膜層；假說；弦
中圖分類號：O33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
收錄日期：2014年4月29日
時空、物質(zhì)、訊息熵、能場及其作用量等是共同構(gòu)成宇宙及其萬物的基石，這實質(zhì)上是屬于按宇宙各類各層次的相應(yīng)非絕對的密度分布的“能場基元”，并通過該“基元”的能子交換，在其相應(yīng)“場”的作用量的動態(tài)“粘合”作用下，就組合成旋量膜層M■（.）流形的相應(yīng)分形的動態(tài)集群的綜合，就我們所處的本重本層次宇宙域而言，從微觀的基本粒子到宏觀的星系集群，從無生命的各化學(xué)元素到有生命的各種生物群落，從按廣義及分形的理念定義看：它們皆是客觀存在的各類廣義動態(tài)集群客體（以下簡稱群體），它們皆是遵循動態(tài)能場的最優(yōu)演化規(guī)律；因而“群體”這一理念從廣義意義上可概括應(yīng)用于更高層次及更深層次的各重宇宙中的集群系統(tǒng)，其中也包括經(jīng)典力學(xué)定義的極限點；從宏觀、微觀及介觀等廣義定義，宇宙及其萬物皆是具有內(nèi)稟混沌隨機性、綜合分形性、離散性、自組織性動態(tài)自適應(yīng)性的復(fù)雜集群系統(tǒng)，并是皆具有廣義演化進程“（τ）”及廣義生命意義的群體M■（o）流形，但必須指出它們皆受能場概率密度上的既伴隨著對稱破缺結(jié)構(gòu)性，又受具有不可逆性及耗散性的非線性結(jié)構(gòu)特征的廣義性及統(tǒng)一性的各內(nèi)稟特征所約束。
進一步，通過對群體的內(nèi)稟運動及其演變的分析，可知反映時空拓?fù)淦迫钡谋举|(zhì)因素，是由于宇溫梯度的下降及宇宙發(fā)生相變所形成的拓?fù)淙毕荩鋵嵸|(zhì)上是按“能優(yōu)律”所導(dǎo)致的基布爾機制；它也展現(xiàn)著能場“儲積及耗散”的時間“矢（τ）”特征；；宇宙及其萬物是一個廣義統(tǒng)一并相互約束的多層多重群體，“場”是由“其相應(yīng)各能子（或能元）”的作用量的作用而呈現(xiàn)，也是“廣義力”效應(yīng)呈現(xiàn)；而廣義“訊息熵”卻是起著場作用量訊息傳遞平臺的功能，它們是該層域的“能場基元”或“能子”交換的物質(zhì)屬性的重要特征體現(xiàn)。
雖然廣義相對論指出，引力是時空彎曲的表現(xiàn)，但更應(yīng)指出，宇宙是既有曲率又有撓率的扭曲動態(tài)旋量時空，其撓率張量?！觥鼍哂蟹橇惴至浚瑑烧卟攀菍?dǎo)致引力的幾何根源，但須指出：宇宙及其萬物間的引力更是與“時空及物質(zhì)”不可分割，因為它們是具有“0
引申可指出萬有引力及各廣義力的內(nèi)稟本質(zhì)卻是受“動態(tài)能場優(yōu)化律”所約束的，是暗能量與暗物質(zhì)的能場動態(tài)作用的物理屬性的基礎(chǔ)；與其相對應(yīng)的動態(tài)平衡的斥力，卻是此相應(yīng)群體內(nèi)稟熱運動所致，雖然宇宙在物質(zhì)混沌態(tài)形成前后，皆處于非平衡態(tài)中，但吸引與排斥卻是在其所形成的動態(tài)平衡的理念定義下，按“能優(yōu)律”規(guī)律進行能場動態(tài)演變的同一實質(zhì)的兩個“面”的作用表達(dá)。就廣義統(tǒng)計意義，各群體是以混沌性質(zhì)的“廣義孤子”形態(tài)拓?fù)湫苛餍蜯■（.）的動態(tài)演化狀態(tài)下存在著的；宇宙及其萬物的層次、能級及群體本身都是以可無窮分割（但不為零），也可無限擴展延伸（但不達(dá)到無窮大）的且從原始的無序結(jié)構(gòu)經(jīng)各層次各階段的不均勻的有序結(jié)構(gòu)這一方式進行演化；它們皆具有諸自然內(nèi)稟特征，也符合廣義分形理念規(guī)律。因此，我們可按廣義理念通過約化及約束等條件的前提下，根據(jù)事物階段發(fā)展規(guī)律越簡單越清晰的邏輯，對“群體動態(tài)能場”建立廣義動態(tài)演化模型，以便更好地進一步剖析及闡明宇宙及其萬物的內(nèi)稟演化本質(zhì)，因而現(xiàn)代有層次（0
例如，在嚴(yán)格的廣義定義下，用“動態(tài)能場優(yōu)化律”中的自適應(yīng)性來補充達(dá)爾文自然選擇進化論中的其他進化因素。
又如，引入“群體動態(tài)能場M■（.）旋量拓?fù)淞餍卫砟罴皳下什粸榱愕男繒r空概念來補充或解釋廣義相對論中引力及宇宙常數(shù)”入“的客觀存在性。
再如，在宇宙及萬物可無限分割但不為零的辯證機理的約束下，可進一步探索更深層次的群體――具有M■（.）流形的能場基元――能子（單位能元F（.）μ=■）的廣義物理理念及其廣義群體流形的同倫群理念等（如F（.）S[U（N）]）。
在此地，更應(yīng)進一步明確指出各層“廣義群體”皆具有“卡一丘”時空旋量膜層廣義拓?fù)淞餍稳后wo
在M■（o）能場空間中過任意一點P（τ）皆可作o
一、群體動態(tài)能場機理的廣義物理圖景
對宇宙及其萬物的構(gòu)成，從19世紀(jì)到20世紀(jì)五十年代，學(xué)者們從原子、電子、夸克、中微子……各個微觀層次及從行星、星系集團的各宏觀層次等的廣大領(lǐng)域進行探索；當(dāng)現(xiàn)代物理學(xué)所依賴的兩大支柱相對論及量子力學(xué)，發(fā)展到廣義相對論、量子場論及引力量子論等領(lǐng)域時，它們相互間就產(chǎn)生了理論上無法統(tǒng)一的矛盾；在進一步研討到更高層次的黑洞理論及更深層次的弦理論時，也就引出了對新的理論應(yīng)進一步探索的需要，需要有一種具有簡明但能予估的廣義理論去進行過渡性的分析研究，事實上，科學(xué)及其思維總是以螺旋式的發(fā)展觀走向其真理。
表1、表2給出四種自然力及其相關(guān)粒子和質(zhì)量（以質(zhì)子質(zhì)量為單位）。（弱力的粒子有兩種可能的質(zhì)量。理論研究證明引力子應(yīng)該是沒有質(zhì)量的）。從表1和表2的三族基本粒子和自然力的概括，可提出一系列問題，是什么機理形成的宇宙的物質(zhì)及其四種作用力？“弦”論的更深層次的組成緣由是什么？宇宙演化的動力源泉來自何處等？（表1、表2）
從相對論堅決拋棄了絕對普適的時空概念后，近幾年發(fā)展起來的弦理論及更深層次的M理論向我們提出了嶄新的時空幾何模型，它們預(yù)先假定了時空的存在，“弦”在其中來往振動，其幾何形態(tài)為“卡一丘”空間，在這具有許多卷縮維的時空中產(chǎn)生了“決定著各處基本粒子和電荷的各種可能共振模式，但“弦”及“M”理論僅是理論發(fā)展過程中的一個轉(zhuǎn)折點，它絕不可能囊括一切力和物質(zhì)的解釋框架，也不可能存在所謂“終極理論”，更不可能有所謂“智慧設(shè)計論”作為宇宙主宰，而只能是在科學(xué)發(fā)展觀的基礎(chǔ)上螺旋式發(fā)展過程中的一個階段性時代的假說或發(fā)現(xiàn)，隨后，肯定又有更高更深層次的理論的創(chuàng)新表達(dá)，總之，建立現(xiàn)代時空應(yīng)將全宇宙時空觀作有層次的，且按內(nèi)稟螺旋時變混沌多維理論進行分析闡述。
二、群體動態(tài)能場的數(shù)理廣義理念
上文已論述了宇宙及其萬物是具有內(nèi)稟混沌隨機性、非線性、組合分形性及適應(yīng)性的廣義復(fù)雜系統(tǒng)，各重各層次宇宙及其萬物皆具有卡一丘時空旋量膜層ML（.）廣義流形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特征；從按概率密度的孤子形態(tài)廣義角度看，是存在廣義“統(tǒng)一性”的內(nèi)涵本質(zhì)，因而按“群體能場動態(tài)流形ML（.）”的數(shù)理內(nèi)涵，可給出其經(jīng)約化及在廣義微擾域δFsi（τ）約束條件下的廣義數(shù)模方程組及其理念：
（一）動態(tài)旋量自然坐標(biāo)系
1、宇宙內(nèi)任意點“Pi（τ）”皆為該層次流形膜層δFsi（τ）曲面上一個n維變量Xμν（τ）矩陣元，且Xi（τ）本身又是更深層次ML（.）廣義流形，“τ”為該動態(tài)能場基元的總能儲耗演化進程，它滿足Hermite對稱空間的具有齊性K■hler流形的約束定義，在此曲面上的微擾線元：δ（dSi）2=δ（H02dQ02+H12dQ12+…+Hn2dQn2）演變成螺旋線式演化軌道而所形成的曲面滿足黎曼拓?fù)淞餍渭s束，Hi為拉密系數(shù)；Pi（τ）點在膜曲面上的運動軌跡任意微擾弧長δ（dSi）應(yīng)滿足短程方程式的極小條件：
F（.）■+■■■?■=0
2、動態(tài)能場廣義坐標(biāo)系用“度量矩陣”{G（.）}表達(dá)，并在矩陣群與群G（.）同構(gòu)的約束下，給出廣義旋量動態(tài)時空群集F（.）{G（.）}來表達(dá)廣義時空，在δFsi（τ）微擾域約束下，按廣義矩陣元{Qn（τ）}的規(guī)則，并經(jīng)動態(tài)變換F（.）變換后，可用Rn+1歐氏空間規(guī)則運算，且δFsi（τ）域曲面上的隨機意義皆滿足{Pi（.）：∈Rn}的布朗曲面規(guī)則，如F（.）Pi（τ）矩陣基元可變換到Rn+1時空的量子力學(xué)常用矩陣元規(guī)則：
∫？■■■■'dτ=
（二）動態(tài)能場坐標(biāo)度規(guī)g■。上文已給出dS2=F（.）gμνidXμdXνdτ，在動態(tài)能場概念定義內(nèi)演變進程“τ”是無靜止瞬間，所以“Pi（τ）”點只有動態(tài)瞬間，按Rn+1曲面上的任意δFsi（τ）及δ（dSi）的積分就是該曲面的動態(tài)能場變量總值；并且滿足下述定義：
1、Pi（τ）點動態(tài)軌線實際形成螺旋管弦拓樸流形，交集：
F│■■=■fk（D）
2、度規(guī)gμνi為n階張量，動態(tài)變換度規(guī)F（.）gμνi，適合于各層及其i曲面上的廣義度規(guī)，即：
F（.）g■=■
3、如按五維時空定義域經(jīng)F（.）變換可得P（τi）點在螺旋管弦微曲面δFsi上的瞬時坐標(biāo)；dx'■μ=■dX■■，（μ，ν=0，1，2）；
且Pi（τ）點的張量為：■│P■（τ）
4、當(dāng)按活動標(biāo)架法，考慮歐式空間R3中的“δFsi”域，則基本形式之一為F（.）ds2=gabd■■d■■，此“δFsi”域的規(guī)范場――自對偶的場-Mills場（SDYM）及廣義空間曲率，所符合的楊-M方程式為：η■■+（Ak，F(xiàn)ij）=0，Rn維數(shù)為4n。
5、度規(guī)gαβ（τ）也滿足WeyL變換下的對稱性，即gαβ（0）f（σ）gαβ（σ），σ（σ1，σ2）為δFsi的曲面上所確定的每一任意點Pi（τ）的坐標(biāo)基元，并可與時空中每一點Xμν=Xμν（σ1，σ2）相聯(lián)系起來，即符合動態(tài)能場的內(nèi)稟螺旋度規(guī)F（.）gμνi的約束條件。
6、度規(guī)gαβ（σ）是處處滿足微分流形的黎曼結(jié)構(gòu)，即：gαβ（σx）>0，？坌（σx）∈Tx（M）切空間，σx≠0，σx∈M，因此動態(tài)能場群體坐標(biāo)度規(guī)：gGμνi=F（.）gμνi│f（z），f（Z）旋量時空界面坐標(biāo)。
（三）群體動態(tài)能場的最小作用量。由質(zhì)點Pi（τ）任意域膜曲面上的任意微擾弧長δ（dsi）所滿足的極小條件，可證得存在：位置度量矩陣度規(guī)gαβi（σi），曲面上任意線元d■=■，演化函數(shù)x■■x■■（σi），gxβi（σi）；所描述的最小作用量泛函，在n維曲面條件下得：I■[g■]=F（.）■■g■（σ■）×■?■d■σ■ 并且上式是對應(yīng)無質(zhì)量，自旋為2的能場基元，的能量密度，其所表征的拉格郎日函數(shù)Ls，存在極值：
Ls=■=F（.）[g■■■■■■■■]■
（四）群體動態(tài)能場的沖量。動量張量在F（.）動態(tài)變換算子變換下，且使X■x■（τ），gμν，g■gμνi，g■等變換可推得能場的沖動張量為：TGμν=F（.）T■{F（ε，gGμν，T■？μν）}f（z）|，從動力學(xué)觀點看，一個作用量“I”對度規(guī)g■的泛函導(dǎo)數(shù)，可作為此描述動態(tài)能場群體的能動張量T■，并得表達(dá)式為：
δI=■∫d■x■■T■（xi）δg■（xi）
式中：gμνi，g■度規(guī)，d■x■■為不變體積元因子，δI是作用量無限小變分δg■■的某個線性泛函即g■（xi）g■（xi）+δμνi（xi），δI稱作用量泛函導(dǎo)數(shù)。
（五）群體動態(tài)能場的能量流。動量流密度，n維能動張量 f（?）Tμνi已內(nèi)稟有能流及動量流等密度，宇宙現(xiàn)在的能量密度是：ρ■=■（■+Ho■），主要決定為非相對論性質(zhì)，式中宇宙標(biāo)度因子R（t）現(xiàn)在值Ro、哈勃常數(shù)Ho、臨界密度ρ■=■等與實測的星系質(zhì)量密度有差別。由量子電動力學(xué)（QED），對某一層次宇宙假定只包含電子及光子，由狄拉克-溫格伯給出的能量密度，皆說明了真實的宇宙不存在真空，由非相對論能量關(guān)系ε=■+U，及薛定鍔方程：
i ■■=（-■？塄■+U）ψ
和狹拉克能量一動量關(guān)系及其相對論性波動方程：
ir"■-■ψ=0
可證得“真空”是能量最低狀態(tài)；但實質(zhì)上，宇宙中到處存在著占其75%的暗物質(zhì)及暗能量，它們與組成它們的能子（即能場基元），基本粒子、分子、星系團及宇宙中萬物皆是屬于不同層次，不同能階的各類廣義群體，它們通過動態(tài)能場的優(yōu)化律（能優(yōu)律）組合成和諧又相互協(xié)調(diào)的宇宙整體；而“能場膜層”流形結(jié)構(gòu)ML（?）正是由各群體粘合集成的，從而形成多重多層宇宙的各類動態(tài)穩(wěn)定“群體動態(tài)能場”。
（六）動態(tài)能場中動態(tài)熵及動態(tài)休息的演化規(guī)律。從非平衡統(tǒng)計物理的分析研究中可知Boltzmann動態(tài)演化方程S■（t）=-k■ρ（x，k，t）|n■dГdx+S■。其中，K為Boltzmann常數(shù)，ρ■-與S■各為平衡態(tài)的系綜幾率密度和熵，另Boltzmann動態(tài)信息演化方程式為，在6N維相空間狀態(tài)向量演化“t”時，得：
■=-？塄■'（■IXx）-V■+D？塄■■I■+Q■-■[（？塄■lnp）I■-？塄■I■]■-■■lnpI■-■■
■=-？塄■（V■I■+J■）-V■+D？塄■■I■+Q■-■（？塄■l■f■）-？塄■I■■-■■l■f■I■-■■
以上兩式說明了，在動態(tài)能場中的動態(tài)熵及動態(tài)信息的非線性，并與動態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)變量空間和傳遞過程的坐標(biāo)空間的漂移、擴散和耗損三者有關(guān)，從而可進一步證明“能優(yōu)律”規(guī)律對它們的制約及調(diào)控。同理，由Shamnon動態(tài)信息演化方程?■I■（t）dadt也可證得該結(jié)論。
三、動態(tài)能場流形ML （.）分形結(jié)構(gòu)猜想
各層各級Li的ML （.）流形皆具有分形結(jié)構(gòu)的內(nèi)稟旋量結(jié)構(gòu)特征，如生物的雙螺旋性基因，星系集團的螺旋性，基本粒子自旋以及弦的旋性拓?fù)涞龋滑F(xiàn)給出流形ML （.）所內(nèi)稟的廣義本質(zhì)的假說：
（一）螺線管構(gòu)態(tài) 。在微域δFsi（τ）約化，并經(jīng)F（.）變換到三維域Rn=3，存在一個曲面F（.）D，即當(dāng)有一個單位圓盤B繞軸L旋轉(zhuǎn)的半徑r>1的圓C，則其環(huán)面D為{？.ω∈xB：0≤？≤2π，ω≤1}，Φ旋轉(zhuǎn)角，ω相對B的中心位置向量，因而可定義f：D，存在交集F=■fk（D）螺線管。
（二）遵循動力系統(tǒng)吸引子及分形吸引子的特征。即存在一個測速μ（μ（D）=1）的豪斯道夫維數(shù)：dimHμ=inf{dimμ E：μ（E）=1}。與動力系統(tǒng)熵有聯(lián)系的映射f1f：DD的熵：V（x.∈，k）={y∈D：f■i（x）-f■i（y）〈∈，對o≤i≤k}，其中熵為：hμ（f）=■■-■10gμ（V（x.∈.k））。
（三）具有按小因子理論Hamilton系統(tǒng)可滿足穩(wěn)定性。
（四）ML（.）流形的內(nèi)稟卡―丘空間內(nèi)蘊著其卷縮維及纏繞維dimH分形。其內(nèi)蘊吸引子，以集：F=■fk（D），X∈D，fk（x）∈■fi（D）表征，且當(dāng)K∞時選代fk（x）趨于F的這樣一廣義分形吸引子內(nèi)涵。
（五）動態(tài)能場群體的拓?fù)淞餍谓Y(jié)構(gòu)ML（.）。設(shè)群體算符GL （.），在經(jīng)能場相互作用n次所產(chǎn)生的“n個”群體，則形成的群集，記為：GL（.）[nIn]∑■。又設(shè)任意層次LN的流形M（.）定義記為：M■（.）=f■|V■∈∑■，式中：fv為拓?fù)渥儞Q，VL為第L層n維空間域的開集，∑■為第L層所屬的群集，再設(shè)任意群Ai，Ai∈GL（.），可定義M■（.）上面一點Pi皆滿足：M■（.）={P∈Rn|fi（P）}。Rn―n維歐氏空間，上式定義為在該層次L=i上所有使fi（P）成立的Pi點的全體，且{x|P（x）}成立（即所有P（x）成立的x全體）。
（六）對ML（.）流形的幾點補充
？在所約化的微擾域或各域為某域的有界連通域，n維Tn環(huán)面。辛流形（G×Tn、W2），辛矩陣I時，則考慮的域是按小因子理論的標(biāo)準(zhǔn)Hamilton系統(tǒng)，并符合KAM系統(tǒng)，在該Fsi（τ）的約束域內(nèi)可認(rèn)為具有測度意義的動力學(xué)有效穩(wěn)定性，且可認(rèn)為所分析的正定：Hamilton系統(tǒng)與正定的Lagrange系統(tǒng)等價。
？例如：拉氏方程■■-■=0，對此，可運用Arud'd機制找到的擴散軌道及變分框架，且通過此軌道可使Lagrange作用量取得局部極小的理念成立。
？在所分析的Fsi（S（τ））域內(nèi)的哈密頓系統(tǒng)函數(shù)處處存在動力學(xué)的有效穩(wěn)定時，則可在FsiS（（τ））域內(nèi)及其粘合接成各局部及全局的各層宇宙Fsi（S（τ））域內(nèi)“能優(yōu)律一極值規(guī)律”皆客觀存在。
？在通過F（.）Fsi（s（τ））的廣義變換定義下，ML（.） 流形滿足廣義Riemann流形和Hermite流形的一切定義，且滿足K？hler流形的約束條件，及適用李代條件等。
？動態(tài)能場群體集群的混沌性。設(shè)〈x，d〉或〈Xi，Xi+1〉為第Li層上微擾曲面δFsi（τ）上的度量空間。f：XiXi為映射，且Xi∈Rni，又設(shè)（Xi??）為Banach空間，則可稱：f：XiXi在Xi上混沌，約束在Devaney離散動力系統(tǒng)意義下的混沌，即可使在微擾曲面δFsi（τ）上進行n維實空間Rn上離散動力系統(tǒng)的混沌。
？例按規(guī)范場對稱行自發(fā)破缺，可重整化的戈德斯通坡色子標(biāo)量場的拉氏能函LS（.）中的勢V（Φ）=■μ■■Φ■+■λΦ■，在μ■■>時，V（Φ）有極小值。
？例星系群體表面密度及其螺旋波，因為F（.）LS=σ米（？.θ1t），并對微擾項，可推證得由Q'（？，Q，t）=Re{■（ω）exp[i（ωt-mθ）]}，所表達(dá)的緊卷螺旋線，其中Q（？）=A（？）ei？ω。
更由式：〈σ1，ω，v〉={■'（？），■'（？），■'（？）×exp[i（ωt-mθ+？（？））]}得星系的螺旋結(jié)構(gòu)。（附圖）
？按SU（2）×U（1）群體，弱電統(tǒng)一的規(guī)范理論在一個定域變換下的封閉動力學(xué)體系的拉氏能密為：F（.）LS=-■F■F■+（？，Dμ，？），式中F■、F■為張量。
四、動態(tài)能場“優(yōu)化算法”引介
現(xiàn)僅當(dāng)在滿足一定的約束條件及廣義約化的定義下，提出關(guān)于“場優(yōu)算法”中的一些概念引介，尚無法完整嚴(yán)密的提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推論。動態(tài)能場優(yōu)算法的定義及方程組列如下：
（一）按約化概念，ML（.）流形微擾曲面FSi（S（τ））FSi（S）約束域內(nèi)進行局部優(yōu)化，然后經(jīng)各流形MLi（.）粘合并經(jīng)F（.）變換到該重、該層次的宇宙的旋量膜曲面的有效時空。且定義FSi（S（τ））、FSi（S）、FSi（τ）、δFSi（τ）、δFSi（t（τ））等為某域內(nèi)的微擾域，物理概念類同，僅F（.）變換有別。
（二）ML（.）流形在FSi（S）域內(nèi)，可約化具有CrX緊支集Cr函數(shù)類性質(zhì)，具有f∈Diffr（ML）的Cr同胚之全體，且{fn：n∈Z}屬離散流性質(zhì)，Xi可記實Banach空間，并在微擾函數(shù)fm（t（τ））約束下趨向于穩(wěn)定流形WS（Xi，ξ）即是ML（.）的Cr浸入子流形。在此定義下動態(tài)能場按非線性動力學(xué)規(guī)律進行優(yōu)化。
（三）ML（.）流形在FSi（.）域內(nèi)某子集合V，且f：VV為在V上是混沌，若它滿足對初始條件的敏感依賴性，信息按ML（.）流形傳遞及周期點在V中稠密，其意義為混沌系統(tǒng)的長遠(yuǎn)不可預(yù)測性，系統(tǒng)的不變集不能被分解及混沌系統(tǒng)的內(nèi)部規(guī)律可觀測性，并設(shè)定可選擇Logistic映射進行仿真運算。
（四）各類“群體”皆可約化為廣義意義下的“孤子”或“群體”等理念，在微擾域FSi（S（τ））的約束范圍內(nèi)進行優(yōu)化尋優(yōu)，這就可按其目標(biāo)函數(shù)及約束條件等綜合所需的優(yōu)化算法進行仿真運算，盡可能得到“各種猜想及假說”理念的科學(xué)證實。
（五）在微擾FSi（S（τ））的域內(nèi)一般最優(yōu)化規(guī)律是存在的，即等式約束gi（Xi）=0，Xi∈En，不等式約束hj（Xj）≥0或≤0，i=1，…m，j=1，z…r，目標(biāo)函數(shù)f（Xi），最優(yōu)值Xi=X米i處，minf（Xi）=-max（-f（Xi））等規(guī)則是存在的。
（六）在δFSi（t（τ））的域內(nèi)，由前述量子態(tài)ψ（hij，ψo）出發(fā)在三信度規(guī)hij約化的量子系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)空間模型及系統(tǒng)的狀態(tài)控制模型仍成立。
（七）在ML（.）中的δFSi（t（τ））域內(nèi)，非線性對偶理論成立： minf（Xi）=α，Xi∈D，α=β；minf（Yi）=α，Yi∈K，α=β。
（八）在此δFSi（t（τ））域內(nèi)，旋量時空中的鞍點特征具有螺旋曲面性質(zhì)，并服從Minimax定理，當(dāng)σ
（九）在此δFSi（t（τ））域內(nèi)，其內(nèi)的ML（.）可定義為CrX流形，r≥1，并要求dimML（.）
（十）當(dāng)從廣義F（.）n維動態(tài)時空變換定義著手分析，則由于群體，動態(tài)能場的旋量流形ML（.），可證得：F（.）/：，{p∈Rn/fi（p）}表征其內(nèi)稟本質(zhì)及特征，就微擾面δFSi（τ）的量子態(tài)是為：
ψ（hij，ψo）=■d（g■）d（ψ）exp[-I（g■，ψ）]
而δI=■■d■X■■（Xi）δgμνi（Xi）
（十一）在hij約化定義為三維度規(guī)，則按量子力學(xué)原理可推得相應(yīng)薛定鍔方程式為：■/ψ（hij，ψ0）>=H/ψ（hij，ψ0）>，其中■為普朗克常數(shù)，H為哈密頓函數(shù)。
（十二）通過么正算符變換/ψ（hij，ψ0）>=X（t）/ψ（0），可推證得約化條件下的量子力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)廣義時空模型約束為：
F（.）/；，X（t（τ））=AkX（t（τ））+■BkX（t（τ））Uk（t（τ））
其中，定義矩陣為：Ak（1/ih）Ho，H=Ho+He（t（τ）），Bk=（1/ih）Hk；
Ho為群體內(nèi)部哈密頓；He（t（v））為群體外部哈密頓；AkBk為系數(shù)矩陣。H可根據(jù)warshel和Levitt提出的生物群體系統(tǒng)哈密頓求得。
（十三）同理，也可推得，星系密度的狀態(tài)模型為：
F（.）/；，X（t（τ））=Xo（X（t（τ）））+■fm（t）Xm（Xt（τ））
實際上“群體動態(tài)能場，尤其生物界層次的群體動態(tài)能場更是為隨機非線性系統(tǒng)，因而各類型的系數(shù)矩陣Ak、Bk、Φk、Uk、Wk等皆是在廣義意義下定義，從而由上述量子ψ（hij，ψ0）出發(fā)，可約化在三維度規(guī)hij約束的量子系綜內(nèi)的狀態(tài)空間模型及系統(tǒng)控制的狀態(tài)模型仍成立，宇宙生物界實際為混沌非線性系統(tǒng)。
（十四）當(dāng)按隨機離散系統(tǒng)考慮，則其系綜離散狀態(tài)方程式：F（.）/：；x（k+1）i=φ（k+1）iXki+BkiUki+Wki
由此可求得最優(yōu)性能指標(biāo)為：Jmin=E{v（Xki，K）}，并可最終得廣義意義下的系綜期望值：J=E{V（Xo，0）}。
（十五）由于“群體動態(tài)能場”是隨機非線性混沌系統(tǒng)，從優(yōu)化律控制策略，其各種類型的系數(shù)矩陣，Ak、Bk、Φk、Wk等皆按各類群體廣義統(tǒng)計意義下定義，因而從能控性，能觀測性及隨機性等理念是只能從“能場內(nèi)稟”的極值優(yōu)化律來論述；本文是無法也不可能作出其物理，數(shù)學(xué)等意義下的論證。
就其廣義意義下的系綜期值F（.）：，τ=E{V（Xo，0）}也僅是在各種約束約化及廣義統(tǒng)計意義下才能假設(shè)成立。
（十六）生物界領(lǐng)域內(nèi)，前述模型的各處系數(shù)矩陣Ak、Bk、Φk、Uk、Wk皆是按生物生命群體本身的對“能優(yōu)律”的自適應(yīng)基因調(diào)控，通過“能優(yōu)律”對生物群體的內(nèi)稟優(yōu)化預(yù)佑，并按自適應(yīng)控制規(guī)律進行遞推、修正等一系列的自適應(yīng)優(yōu)化算法進行；如按自適應(yīng)能優(yōu)控制律使期望誤差∑=■0，達(dá)到極值，另外在上文中已論述了生物生命系統(tǒng)的能場能流及物質(zhì)流所導(dǎo)致的熵流ds等參數(shù)，其內(nèi)稟本質(zhì)受耗散結(jié)構(gòu)理論所約束，而導(dǎo)致“耗散極值最小值”，即是達(dá)到平衡時■=0，H達(dá)到極值，又其勢函數(shù)V（r）為最小值，因而可按分子動力學(xué)及隨機動力學(xué)模擬，經(jīng)可證，可得出此結(jié)論的合理性。
（十七）其實無論從分子動力學(xué)或量子動力學(xué)QM模擬，通過其勢V及經(jīng)典力學(xué)勢V的相結(jié)合，該體系總哈密頓H是滿足動態(tài)能場極值得優(yōu)化律結(jié)構(gòu)，這在經(jīng)典力學(xué)中，最小作用原理s=■Ldt，已是處處滿足，并存在經(jīng)典結(jié)構(gòu)，在其演繹下，可推廣到以哈函H及拉氏能密所表征的能場動態(tài)力學(xué)及動態(tài)熱力學(xué)的“熵變”的能場優(yōu)化演變規(guī)律，也要演證其優(yōu)化指標(biāo)“J”極值得存在。
（十八）由此可得列出上述算法思路的結(jié)構(gòu)如下：在某些一定約束及約化條件下，可證得當(dāng)任意變量Xi是f∈Diffr（ML（.））的不動點，且當(dāng)集AL（.）為f的緊不變集，則可得f的每個Cr近似拓?fù)涔曹椨趂，則f為Cr結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而當(dāng)微領(lǐng)域δFSi（t（τ））？奐ML（.）ML（.），在α∈δFSi（t（τ））處為局部Cr同胚，則可通過非線性混沌分析法，證得：f在a處局部Cr結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以ML（.）的δFSi（t（τ））的動態(tài)能場局部穩(wěn)定，則通過黏合系數(shù)fi及其方式算法可推廣證得在廣義意義下的“群體動態(tài)能場處處具有內(nèi)稟極值優(yōu)化律”的統(tǒng)計本質(zhì)。
（十九）最終可證得廣義能場的能優(yōu)律的廣義質(zhì)能關(guān)系式為：F（.）E（N）=F（.）ML（N）C（N）2|0
其中，廣義動態(tài)能場流形ML（.）（即ML（N））正是由各層各相應(yīng)群體粘合集成為多重多層的各類動態(tài)穩(wěn)定型群體動態(tài)能場，在各層次系綜動態(tài)能場的規(guī)范相互作用下所產(chǎn)生的各基元群體密度漲落及場的幾何性質(zhì)產(chǎn)生了動態(tài)能場的旋量撓曲效應(yīng)，且在各相應(yīng)層次的動態(tài)能場就相應(yīng)呈現(xiàn)的各相應(yīng)的“四種自然力”效應(yīng)，即各層次力皆是各層次動態(tài)能場的力的不同呈現(xiàn)，并導(dǎo)致了各層群體內(nèi)稟能優(yōu)律的自然規(guī)律及其法則；如造成各種生物界基因變異而產(chǎn)生了并發(fā)展了自適應(yīng)自然選擇的演化規(guī)律的推動力，進而形成宇宙及其自然界的千萬物種和萬千演化。
宇宙及其自然界進化動力是由于各“N”層級群體的動態(tài)能場的能優(yōu)律的調(diào)控作用，各層相應(yīng)群體的動態(tài)能場與其物質(zhì)是相輔相成，互不分離的，且處處呈現(xiàn)，即F（.）ML（O）？圳F（.）ML（O），泛函？啄（.）的極值效應(yīng)處處呈現(xiàn)，即引力場、電磁場、分子場等各物理場效應(yīng)皆是各廣義動態(tài)能場，在該層次的能場效應(yīng)的呈現(xiàn)特別指出，不應(yīng)將“彎曲時空”效應(yīng)認(rèn)為是“萬有引力”的唯一因素，而必須同時指出“宇宙間動態(tài)能場”的機理作用及“場幾何”的物質(zhì)作用等也是造成引力、斥力、暗能量、暗物質(zhì)及今后再發(fā)現(xiàn)，再發(fā)展的新群體的基本因素，總之“o
五、各層級動態(tài)能場ML（N）的量值比
從1937年狹拉克提出“大數(shù)假說”及1917年愛因斯坦將廣義相對論應(yīng)用于宇宙學(xué)并建立物理的宇宙模型中引出“宇宙常數(shù)”疑難等問題，就導(dǎo)致了物理理論的各種探索及發(fā)展，現(xiàn)從各層動態(tài)能場ML（N）有關(guān)的相應(yīng)比值為：
（一）狹拉克大數(shù)
■？芊2.3×10■；■？芊2.3×10■
物質(zhì)粒子總數(shù)Np=■：=：■■？芊（2.6×10■）
其中，符號“：=：”表示粗糙相等，“？芊”表示近似相等。
（二）按原始最小引力黑洞和現(xiàn)今宇宙的超巨大黑洞對應(yīng)比值：
質(zhì)量比值Rm =■
？芊8.75×10■
黑洞視界比值Rr=■
？芊8.65×10■
對應(yīng)的時間比值Rt=■=■？芊8.64×10■
對應(yīng)的溫度比值RT =■=■？芊13.85×10■
對應(yīng)的黑洞質(zhì)子數(shù)比值=Rn=■=■
？芊8.72×10■
（三）按上述各相關(guān)對應(yīng)比值及狹拉克大數(shù)可知：
？Mb∝Np∝Rb∝■∝tb
？各層群體動態(tài)能場ML（N）的相關(guān)量值比及相互作用相關(guān)常數(shù)比值為近似恒值。
？由此各層群體的動態(tài)能場ML（N）的各參數(shù)皆是由該能場的內(nèi)稟內(nèi)能所定，并符合能量守恒定律。
（四）這就是由以上各值更近一步闡述并證明了宇宙學(xué)常數(shù)（宇宙常數(shù)）是存在的（約在0.65～0.7間）且等效于宇宙內(nèi)稟真空能量密度，并可見宇宙間物質(zhì)組成，雖是按不同層次，但卻是與宇宙物質(zhì)密度及真空能量密在同一數(shù)量層次層級上。
（五）核能釋放的機理本質(zhì)是該原子核層次的群體受該更深層次群體在等于及大于光速“C”對該層次核能粒子的輻射沖擊動能并形成核能連鎖反應(yīng)所導(dǎo)致的動態(tài)能場能量的釋放。并且從更深層次群體能級的深入發(fā)展，定會從原子能、氫核能、中子能等產(chǎn)生更深層次的核能效應(yīng)。
（六）以上進一步闡述并證明了宇宙學(xué)常數(shù)（即宇宙常數(shù)）是存在于0.65～0.7之間，并且等效于宇宙內(nèi)稟真空能量密度必須指出宇宙間物質(zhì)組成雖是按不同層次，但確是宇宙物質(zhì)密度與真空能量度具有同一數(shù)量級。
（七）狹拉克大數(shù)2.3×1039也是可說明各群體間能場的相互作用常數(shù)之比也接近此值。
（八）而前述原始最小引力黑洞和現(xiàn)今宇宙的超巨大黑洞對應(yīng)項的比值也反映了群體各層次能場能量的比值具有內(nèi)稟比值常數(shù)的含義。
（九）各層次群體的時間t、空間s、質(zhì)量m、能量E及其他參數(shù)Zn的連乘也具有內(nèi)稟常數(shù)的含義，其規(guī)律為■tsmezn=常數(shù)。
后記
本文是假說（猜想），是學(xué)術(shù)上的探索。從物理理念看，其論點是符合科學(xué)發(fā)展觀的，但從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)講，僅是廣義、統(tǒng)計概率意義上的；就其“動態(tài)能場的優(yōu)化律”的普適性結(jié)論是客觀存在的?？傊瑑H是向科學(xué)界拋磚引玉作用，今后“動態(tài)時空撓率”、“自適應(yīng)基因調(diào)控進化因素”、“動態(tài)能場能優(yōu)律”等的論述能被證實有可取取處一二，這就是我們所期望的了。
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