量子力學中的基本假設精選(九篇)

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第1篇：量子力學中的基本假設范文

【關鍵詞】量子力學；教學方法；物理思想

“量子力學”是20世紀物理學對人類科學研究兩大標志性貢獻之一，已經成為理工科專業最重要的基礎課程之一，學生熟練掌握量子力學的基本概念和基本理論，具備利用量子力學理論分析問題和解決問題的能力。對提高學生科學素，養培養學生的探索精神和創新意識及亦具有十分重要的意義。但是，量子力學理論與學生長期以來接觸到的經典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經典物理截然不同，但它們之間又不無關聯，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經典物理中的相關內容得出的。思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數學推導之中，導致學習興趣缺失。針對這些教學中的問題，如何激發學生學習本課程的熱情，充分調動學生的積極性和主動性，已經成為擺在教師面前的重要課題。對“量子力學”課程的教學內容應作一些合理的調整。

1 合理安排教學內容

1.1 理清脈絡，強化知識背景

從經典物理所面臨的困難出發，到半經典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學的發展脈絡進行細致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發展有一個準確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經證明為正確并得到公認的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經典物理與量子理論之間的界限和區別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養學生的創新意識及科學素養。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設很難用已經成形的經典理論來解釋，學生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內容時，很有必要介紹一下玻爾理論產生的歷史背景，告訴學生在玻爾的量子化假設之前就已經出現了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關于原子光譜的實驗數據也已經被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。在用量子力學求解氫原子定態波函數時，還可以通過定態波函數的概率分布圖，向學生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現幾率比較大的區域。通過這樣講述，學生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學中的概念混為一談。

1.2 重在物理思想，壓縮數學推導

在物理學研究中，數學只是用來表述物理思想并在此基礎上進行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復雜的數學形式之中。因此，在教學過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質。對一些涉及繁難數學推導的內容，在教學中刻意忽略具體數學推導過程，著重于使學生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學中，對于數學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現成結論的應用上。這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。

2 改進教學方法

“量子力學”這門課程本身實驗基礎薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取傳統的灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。學習效果自然大打折扣。為了提高學生學習興趣，激發其學習的積極性，培養其科學探索精神及創新能力，在教學方法上應進行積極的探索。

2.1 發揮學生主體作用

在必要的教學內容講解外，每節課都留出一定的師生互動時間。教師通過創設問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內容，使學生對已學內容進行復習、總結、辨析，以加深理解；或者針對未講授內容，激發學生學習新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這

兩個典型的束縛態問題后就可引導學生思考“非束縛態下微觀粒子又將表現出什么樣的行為”），這樣學生就會積極地預習下節內容；或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養學生的創新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學生利用圖書館及網絡資源等尋求解決，培養學生的科學探索精神。此外，還可使學生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關的題目進行討論、調研并完成小組論文，這一方面激發學生的自主學習積極性，另一方面使其接受初步的科研訓練，一舉兩得。

2.2 注重構建物理圖像

在實際教學中著重注意物理圖像的構建，使學生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數的統計解釋；借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態疊加原理；借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標系和表象這些概念之間有本質上的區別，但借助這些學生已經熟知和深刻理解的概念，可使學生非常容易地接受和理解量子力學中難以言明的概念和理論，同時，也可使學生掌握這種物理圖像的構建能力，對培養學生的創新思維具有非常積極地作用。

3 教學手段和考核方式改革

3.1 課程教學采用多種先進的教學方式

如安排小組討論課，對難于理解的概念和規律進行討論。先是各小組內討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數時，有的學生會認為是全部粒子組成波函數，有的學生會認為是經典物理學的波。這些問題的討論激發了學生的求知欲望，從而進一步激發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容。另外課程作業布置小論文，邀請國內外專家開展系列量子力學講座等都是不錯的方式。

3.2 堅持研究型教學方式

把課程教學和科研相結合，在教學過程中針對教學內容，吸取科研中的研究成果，通過結合最新的科研動態，向學生講授在相關領域的應用以培養學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現代物理學的兩大支柱之一的現代物理學的每一個分支及相關的邊緣學科都離不開量子力學這個基礎，量子理論與其他學科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學為基礎；量子力學在通信和納米技術中的應用；量子理論在生物學中的應用；量子力學與正在研究的量子計算機的關系等，在教學中適當地穿插這些知識，擴大學生的知識面，消除學生對量子力學的片面認識，提高學生學習興趣和主動性。

量子力學從誕生到發展的物理學史所包含的創新思維是迄今為止哪一門學科都難以比擬的。在20世紀初，經典物理學晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應、原子光譜等物理現象的實驗結果嚴重沖擊經典物理學理論，讓經典物理學陷入危機四伏的境地。量子力學的誕生，開啟了人類科學發展的新思維。開展好量子力學的教學活動，在教學過程中展現量子力學數學形式之美，使學生在科學海洋中得到美的享受，有利于極大的提高學生的科學素養，從精神上熏陶他們的創新精神。

【參考文獻】

[1]周世勛.量子力學教程[m].高教出版社，1979.

第2篇：量子力學中的基本假設范文

關鍵詞：經典理論 量子力學 聯系

中圖分類號：O413.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0143-02

量子力學于20世紀早期建立以來，經過飛速的發展，逐漸成為現代物理學科中不可分割的一部分。量子力學是現代量子理論的核心，它的發展不僅關乎人類的物質文明，還使人們對量子世界的認識有了革命性的進展[1]。

但是，量子力學并不是一個完備的理論，其體系中還存在許多問題，特別是微觀與宏觀，即經典理論與量子力學的聯系。為解決這些迷惑，歷史上相關科學家提出了很多實驗與理論。該文旨在以量子力學發展史上提出的幾個實驗為例，對其進行簡單分析，以展示經典理論與量子力學的聯系。

1 問題的提出

1935年3月，愛因斯坦等人在EPR論文中提出了“量子糾纏態”的概念，所謂的“量子糾纏態”是以兩個及以上粒子為對象的。在某種意義上，“量子糾纏態”可以理解為是把迭加態應用于兩個及以上的粒子。若存在兩個處于“量子糾纏態”的粒子，那這兩個粒子一定是相互關聯的，用量子力學的知識去理解，只要人們不去探測，那么每個粒子的狀態都不能夠確定。但是，假如同時使這兩個粒子保持某一時刻的狀態不變，也就是說，使兩個粒子的迭加態在一瞬間坍縮，粒子1這時會保持一個狀態不再發生變化，根據守恒定律，粒子2將會處于一個與粒子1狀態相對應的狀態。如果二者相距非常遙遠，又不存在超距作用的話，是不可能在一瞬間實現兩個粒子的相互通信的。但超距作用與當今很多理論是相悖的，于是，這里就形成了佯謬，即“EPR佯謬”。

同年，薛定諤提出了一個實驗，后人稱之為“薛定諤的貓”。設想把一只貓關在盒子里，盒中有一個不受貓直接干擾的裝置，這套裝置是由其中的原子衰變進行觸發，若原子衰變，裝置會被觸發，貓會立即死去。于是，量子力學中的原子核衰變間接決定了經典理論中貓的生死。由量子力學可知，原子核應該處于一種迭加態，這種迭加態是由“衰變”和“不衰變”兩個狀態形成的，那么貓應該也是處在一種迭加態，這種迭加態應該是由“死”與“生”兩個狀態形成的，貓的生死不再是一個客觀存在，而是依賴于觀察者的觀測。顯然，這與常理是相悖的[2]。

這兩個佯謬的根源是相同的，都是經典理論與量子理論之間的關系。

2 近代研究進展

2.1 驗證量子糾纏的存在

華裔物理學家Yanhua Shih[3]曾做過一個被稱為“幽靈成像”的實驗，其實驗過程及現象大致可以描述為：假設存在一個糾纏光源，這個光源可以發出兩種互為糾纏的光子，通過偏振器使兩種光子相互分離，令第一束光子通過一個狹縫，第二束不處理，然后觀察兩束光的投影，結果發現第二束光的投影形狀與第一束光通過的狹縫形狀完全相同。

人們發現，如果僅僅使用經典理論，實驗現象是無法解釋的，必須應用量子理論，才能解釋“幽靈成像”的現象。這個實驗也恰好驗證了“量子糾纏”現象的存在。

2.2 量子世界中的歐姆定律

歐姆定律是由德國物理學家Ohm于19世紀早期提出來的，它是一種基于觀察材料的電學傳輸性質得到的經驗定律，其內容是：在同一電路中，導體中的電流跟導體兩端所加的電壓成正比，跟導體自身電阻成反比，即 （U指導體兩端電壓；R指導體電阻；I指通過導體的電流）。

18世紀二、三十年代，人們認為經典方法在宏觀領域是正確的，但是在微觀領域將會被打破。Landauer公式給出了納米線電阻的計算方法，即（h為普朗克常量；e為電子電量；N為橫波模式數量）；而在宏觀中，（為材料的密度；l為樣品的長度；s為樣品的橫截面積）。由此發現，在宏觀領域，樣品的電阻是隨著樣品的長度增加而增加的，而在微觀領域，樣品的電阻與樣品的長度沒有關系。

Weber[4]等人制備了原子尺度的納米線并進行觀察，實驗發現，在微觀領域，歐姆定律也是滿足的。Ferry[5]認為樣品的電阻是由多種機理所導致的，而他最后得到的結果正是由于多種機理的相互疊加。經過分析，他認為歐姆定律何時開始生效取決于納米線中電子耗散的力度，力度越大說明開始生效時的尺度越小。但這也同時引發了另一個問題的思考：低溫條件下，歐姆定律是仍然成立的，也就是說經典理論仍然成立，但往往是希望在低溫下研究比較純粹的量子效應。低溫條件下歐姆定律的成立要求在進行實驗研究時，必須花費更多的精力來使得經典理論與量子理論分離開。

2.3 生活中的量子力學――光合作用與量子力學

Scholes等[6]從兩種不同的海藻中提取出了一種名為捕光色素復合體的化學物質，并在其正常的生活條件下，通過二維電子光譜術對其作用機理進行了分析研究。他們首先使用了飛秒激光脈沖模擬太陽光來激發這些蛋白，發現了會長時間存在的量子狀態。也就是說，這些蛋白吸收的光能能夠在同一時刻存在于不同地點，而這實際上是一種量子迭加態。由此可見，量子力學與光合作用是有很大聯系的。

3 結語

從近幾年來量子力學的基本問題和相關的實驗研究可以看出，雖然經典理論與量子理論的聯系仍然是一個懸而未決的問題，但是當代科學家已經能夠通過各種精妙的實驗逐步解決歷史遺留的一個個謎團，使得微觀領域的單個量子的測量與控制成為可能，并且積極研究宏觀現象的微觀本質，將生活與量子力學逐漸的聯系起來。對于“經典理論與量子力學的聯系”這一專題還需要進行不斷研究，使量子力學得到進一步完善與發展。

參考文獻

[1] 孫昌璞.量子力學若干基本問題研究的新進展[J].物理，2001，30（5）：310-316.

[2] 孫昌璞.經典與量子邊界上的“薛定諤貓”[J].科學，2001（3）：2，7-11.

[3] Shih Y. The Physics of Ghost Imaging[J].2008.

[4] Weber B， Mahapatra S， Ryu H， et al. Ohm's law survives to the atomic scale[J].Science，2012，335（6064）：64-67.

第3篇：量子力學中的基本假設范文

經典物理的產生一般認為從文藝復興時期開始，前期經過許多科學家，特別是伽利略、笛卡爾、惠更斯等先賢的努力，建立起力學的實驗基礎。牛頓總結前人的成果，確立了經典力學的基本理論體系，麥克斯韋、玻爾茲曼等確立了經典統計力學和電磁場理論。經典物理經過幾百年的不斷發展和完善，形成了自然科學中唯一有完整的理論、思想、數學推理和研究方法體系的學科。牛頓力學和麥克斯韋電動力學號稱經典物理的兩大支柱，牛頓和麥克斯韋在物理學界的位置，可以相比于中醫學的先圣張仲景。

現代物理從20世紀初始興起，由愛因斯坦、玻爾為代表的眾多科學家的杰出工作，創立了相對論和量子力學，開創了物理學的新局面。以相對論和量子力學標志的、研究微觀、高速物理現象的新的理論和方法體系，統稱現代物理學?，F代物理學在原子、分子、固體、原子核、天體力學和宇宙學、等離子體、激光技術、基本粒子、半導體、超導的研究中得到了廣泛的應用。

有人稱相對論和量子力學的創立是“物理學上的一次革命”。更多的局外人則認為現代物理是一種全新的理論，完全推翻和取代了經典物理學，經典物理已經完成了自己的歷史使命，現代社會已經不再需要她。這其實是一種誤解。如果我們從歷史和現實的的角度重新審視事實，就會發現，經典物理沒有被拋棄，她不僅是現代物理產生的溫床、理論與方法的啟示、研究的工具，更是現代社會的頂梁柱，仍在現今眾多高科技領域中發揮著不可替代的作用。下面，我從以下三個方面討論現代物理與經典物理的關系，從而說明重視經典是物理發展的需要，是現代科學、社會發展的需要。

1 現代是經典恰當的擴展

愛因斯坦在創立狹義相對論時，提出了兩個基本假定：相對性原理和光速不變原理[1]。首先我們注意到，愛因斯坦的相對性原理與伽利略相對性原理驚人地相似，比較一下就可以看到：

伽利略相對本文由收集整理性原理（由伽利略等人經過反復多次的實驗檢驗而提出）：一個相對于慣性參照系做勻速直線運動的系統，其內部所發生的一切力學過程，都不受系統運動的影響，或一切慣性系統都是等價的。

愛因斯坦假定，不僅力學過程，所有的物理過程都不受系統運動的影響，即：

物理學的基本規律在相互作勻速運動的一切參照系中都是相同的；或：一切慣性系統都是等價的。

從中我們不僅看出，愛因斯坦對伽利略的相對原理有著非常深刻的、超出常人的理解，已經達到了熟能生巧的地步，自然會有如此隨手拈來、為我所用的“上工”境界；也看出創造經典的先賢們的超前意識和睿智之魅力所在。

再看光速不變原理，只要對經典電磁理論稍有了解的人都會發現，麥克斯韋的電磁理論完全可以給出明確的關于光速不變的預言。這是因為，只要從著名的麥克斯韋方程組出發，利用簡單的數學推演，可以毫不困難地導出電磁場波動方程，不僅預言了電磁波的存在，還給出了電磁波在真空中的傳播速度。用c表示電磁波在真空中的速度，c的大小是：

c=■≈3.0×10■米秒

其中μ■為真空磁導率，ε■為真空介電常數，由于μ■和ε■數值的大小固定，與參照系的選擇無關，換句話說，與系統的運動狀態無關，這正是光速（光屬于電磁波）不變原理。

愛因斯坦在創立狹義相對論時，對當時著名的、能夠證明光速不變的邁克耳孫光干涉實驗并不知曉，他能參考的資料只有經典電動力學，麥克斯韋方程組和電磁場波動方程表達的深刻內涵才是他提出光速不變假設的根據。

2 現代是對經典的包容而非否定

無論是相對論和量子力學，都無法否定經典物理，也沒有否定經典的企圖。相反，所有的新理論都試圖找到和經典的聯系，如果找不到應有的聯系，這樣的新理論有可能破產。所以，相對論和量子力學實際都包含了經典。這與所有的后世中醫大家，在發表自己的新見解時，都要證明自己的觀點與《內經》、《傷寒論》有內在聯系如出一轍。

相對性原理最著名的數學表示即洛侖茲變換，具體表述如下：設兩個相對有勻速運動，速度為v參照系統，它們沿v方向各自建立的直角的坐標系分別為x，y，z，t和x’，y’，x’，z’，t’，若初始時，兩坐標原點重合，兩坐標系由以下變換公式[1]聯系：

x′=■ y′=y z′=z t′=■

式中 c 是前面提到的光速，具體數值為30萬公里每秒。我們通常能見到的物體運動速度，如汽車、火車、飛機，能達到1公里每秒的速度并不多見，宇宙飛船的速度，也最多達到10幾公里每秒，即使將來提高100倍，與光速相比仍顯得微不足道。而上式表明，當系統的相對速度v遠遠達不到光速的時候，（日常中大量事實正是如此）上面的公式就變成伽利略變換：

x′=x-vt y′=y z′=z t′=t

說明洛侖茲變換與經典的伽利略變換并沒有矛盾，前者包含了后者，后者用更加廣泛。

再看量子力學，量子力學的基本原理是測不準關系[2]。其典型的表述是：粒子的位置和動量不能同時確定。它們在某一方向上不確定量的乘積大于或等于h/2。即

δx？誗δpx≥■， h=6.62×10-32焦耳秒

可以看出，h是一個很小的量，小到什么程度呢？小數點后面有34個0！是6的百億億億億分之一。一般氣體分子夠小

轉貼于

的了，如氧氣分子質量為10-23的數量級，常溫下速度大約為102的數量級，則動量為10-21的數量級，和h相比大了10萬億倍，完全可以不考慮測不準關系的影響。所以，當我們研究的對象系統中物理量的數量級遠遠大于普朗克常數時，不確定度數值相對來講，必然微不足道，量子力學很自然地回歸到經典力學。也可以說，測不準關系包容了經典力學，后者應用更為廣泛。

3 現代對經典的接收和繼承

現代物理不是空中樓閣，它是采用經典的材料和藝術，一磚一瓦構建的絕美珍品。在現代物理學中，經典的概念、定義、研究方法無處不在，發揮著主導的、關鍵的作用。在相對論力學中，我們可以看到力、加速度和動量以及它們的矢量形式，能量、拉格朗日量、哈密頓量等在經典中熟知的力學量。這些力學量全部統一到了滿足洛侖茲協變的四維形式中去。至于經典電磁理論中所有規律，由于自然地滿足相對性協變，幾乎很少更改地進入相對論，成為相對論的重要的組成部分。

在量子力學中，同樣采用了經典力學的所有量，只是為了描述測不準關系、描述系統的狀態需要，力學量在不同的表象中可以有不同的形式，可以是標量、矢量、張量算符。如在坐標表象中，動量具有梯度矢量的算符形式，哈密頓量則包含了拉普拉斯算符。量子力學的創立者之一海森堡更是心有靈犀，他把測不準關系表示成為力學量的對易關系[2]：

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這很容易想到經典力學中的泊松括號

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第4篇：量子力學中的基本假設范文

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申明:本網站內容僅用于學術交流，如有侵犯您的權益，請及時告知我們，本站將立即刪除有關內容。 許多研究者認為，只有當物理學不僅能夠解釋空間和時間的表現，還能解釋其起源時，它才算是完整的。

“想象一下，有一天你醒來后，突然意識到自己生活在一個電腦游戲中—”加拿大物理學家馬克·范拉姆斯東克說。這聽起來像是科幻電影，但對他來說，這個場景是思考現實的一種方式。如果這是真實的，“我們周圍的所有東西—整個三維物理世界，就是別處一個二維芯片的編碼信息所產生的幻覺?！币簿褪钦f，我們的宇宙及其三維空間，只是低維度基質所投射出的全息圖（hologram）。即使從理論物理學的一般標準來看，這種“全息原理”也是很奇特的。

不過有一小部分研究人員認為這還不夠奇特，范拉姆斯東克就是其中之一。他們認為，如果現代物理的兩大支柱，廣義相對論（把引力描述為空間和時間的彎曲）以及統領原子世界的量子力學，都不能解釋空間和時間的存在，其他現有理論就更不可能了。

范拉姆斯東克和同事確信，只有解釋出空間和時間的起源，物理學才是完整的。而這樣的構想將需要大膽的設想，例如“全息圖”概念。只有對現實進行激烈的概念重建，才能夠解釋，當黑洞中心無限致密的“奇點”將時空結構扭曲得超越了我們所有認知時，到底發生了什么；這也是研究者統一原子尺度的量子理論與星際尺度的廣義相對論的唯一途徑。已經有幾論物理學家在為這個大統一理論而奮斗?！八械慕涷灨嬖V我們，不應該存在兩個關于現實的截然不同的基本觀念—必然存在一個可以包羅萬象的宏大理論，”美國物理學家阿布依·阿希提卡如是說。找尋這樣的宏大理論是一個艱巨的挑戰。

本文介紹了一些有前景的研究理論以及一些用于檢驗這些理論的新觀點。 熱力學引力

有哪些證據顯示，存在比空間和時間更基本的東西？

20世紀70年代初，當量子力學和引力與熱力學之間的聯系越來越清晰時，一系列驚人的發現給出了一個令人興奮的線索。

1974年英國劍橋大學的斯蒂芬·霍金證明，黑洞周圍空間的量子效應使得黑洞向外釋放熱輻射。其他物理學家很快驗證了這種現象的普遍性。

1995 年，美國物理學家特德·雅各布森把這兩個發現合并為一，假設空間中的每一點都處在一個微小的“黑洞視界面上”，每一點都滿足“熵—面積”的關系。在這樣的假設下，他發現只需利用熱力學中的概念，通過數學方法就可以得到廣義相對論的愛因斯坦方程，而不需要時空彎曲的觀點。

2010年，這個觀點又被荷蘭弦理論學家埃里克·韋爾蘭德推進了一步。他證明了無論時空的組分是什么，它們的統計熱力學都能自動地生成牛頓萬有引力定律。印度宇宙學家他努·帕德馬納班也發現，愛因斯坦方程可以寫成一種與熱力學定律一致的形式，引力的許多其他理論也可以做這樣的改寫。帕德馬納班正在嘗試用熱力學的方法來解釋暗能量的起源和大小。 因果集

加拿大物理學家拉斐爾·索爾金是因果集理論的先驅，這個理論假設時空的基石只是簡單的數學點，通過一條條鏈連接起來，每條鏈都從過去指向未來。每一條這樣的鏈都是因果關系的簡要表示，意味著較早的點會影響較晚的點，但反之不成立。這樣形成的網絡就像一棵不斷長大的樹，逐漸長成了時空?！澳憧梢韵胂罂臻g從許多點中產生，與溫度從許多原子中出現是類似的?！彼鳡柦鹫f，“問‘一個原子的溫度是什么？’這個問題是沒有意義的，只有對于一大堆原子，溫度的概念才有意義?！?/p>

上世紀80年代末，索爾金利用這個理論框架來估算可觀測的宇宙所包含的點的數目，他還推測出，這些點應該都會產生一種微弱的內在能量，最終導致了宇宙的加速膨脹。幾年后，暗能量的發現證實了他的推測。“人們通常認為量子引力的預言是無法檢驗的，但這就是一個可檢驗的例子。”英國量子引力學家喬·亨森說，“如果暗能量的值更大或者為零，因果集理論就被排除了?！?全息

范拉姆斯東克根據全息原理，提出了一個完全不同的關于時空起源的觀點。黑洞以類似全息圖的方式將全部熵儲存在表面，受此現象啟發，美國弦理論學家胡安·馬爾達塞納，首先給出了黑洞全息原理的準確數學表達式。這一極有影響力的全息宇宙模型發表于1998年。在這個模型中，宇宙的三維內部包含著僅由引力控制的弦和黑洞，而宇宙的二維邊界包含的粒子和基本場，則滿足沒有引力的普通量子定律。三維空間中，假想居民看不到二維邊界，因為它是無限遠的。但這并不影響數學推導：在三維宇宙中發生的任何事情，都可以等價地用二維邊界中的方程很好地描述出來，反之亦然。

2010年，范拉姆斯東克研究了邊界中的量子粒子相互“糾纏”（這意味著測量一個粒子會不可避免地影響到另一個）的情形。范拉姆斯東克總結說，三維宇宙實際上是被邊界上的量子糾纏扯到一起的。在某種程度上，這意味著量子糾纏和時空是同樣的東西?；蛘呔拖耨R爾達塞納指出的那樣，“這說明量子是最基礎的，時空是由其衍生出來的?！?/p>

更多內容，詳見《科學美國人》中文版《環球科學》2013年12月號 新知科技改變生活

【上月球種菜】人類未來能否在月球上生活？科學家打算先嘗試在月球上種菜。按照計劃，NASA將在2015年，通過一艘商業太空船，向月球運輸一些植物種子以及適合這些植物生長5至10天的材料。植物的生長過程將被全程記錄并傳送回地球，以對比植物在地球與月球上的生長差異。

—中國青年報

【捕獲幽靈粒子】 “冰立方” 研究項目的科學家在《科學》發文稱，位于南極冰層一英里下的“冰立方”巨型中微子探測器，已發現28個來自太陽系外的高能中微子。中微子是一種中性粒子，可不受干擾地筆直劃過宇宙，通過反向查找這些粒子的源頭，科學家將可以得到各種宇宙事件的第一手資料。

—環球科學雜志社

第5篇：量子力學中的基本假設范文

關鍵詞：電動力學；知識結構；邏輯體系；研究方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0167-02

本文根據我校的教學實際并結合電動力學的教學特點，分別介紹了學生學習和教師教學過程中應明確的電動力學的地位、知識結構和邏輯體系以及研究方法，希望能為電動力學的學習與教學提供有益的幫助。

一、明確電動力學的地位

電動力學主要闡述宏觀電磁場理論，其研究對象是電磁場的基本屬性、它的運動規律以及它和帶電物質之間的相互作用，可見它與自然界中的四種基本相互作用（引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用）之一有直接聯系。由于光的理論本質是電磁理論，所以電動力學還是光學理論的基礎。電動力學作為物理學專業一門理論基礎課，是理論物理（理論力學、熱力學統計物理、電動力學、量子力學）的重要組成部分，包括物理學發展史上具有里程碑意義的兩個物理理論，即麥克斯韋電磁理論和愛因斯坦狹義相對論。本課程最重要、最直接的先行課程是電磁學和數學物理方法，后繼課程是量子力學、固體物理等。因此，電動力學要在電磁學的基礎上，利用數學工具嚴格、定量地講清宏觀電磁相互作用的基本概念、基本理論和基本方法，使學生加深對電磁場性質和時空概念的理解，獲得本課程領域內分析和處理一些基本問題的初步能力。同時為后繼相關課程打下必要的基礎。

以上將經典電磁場理論放在整個物理學中做了概括的論述，目的是為了使學生對它的地位和意義有一個恰當的認識，避免過份強調本學科的作用，造成“只見樹木，不見森林”的錯覺。

二、明確電動力學的知識結構和邏輯體系

在課程內容體系和結構的組成與安排上，一般采用兩種方法：“從特殊到一般”的分析歸納法和“從一般到特殊”的演繹法，這兩種方法是同樣重要的。但是，多年來電動力學的教學大大忽視了分析歸納法，實際上這不符合物理學發展的規律。從認識論的角度來看，分析歸納法所指的“從特殊到一般”就是由實踐到理論的過程，即將豐富的實踐經驗進行深入的分析，由表及里，去偽存真，總結概括出帶有規律性的東西而上升為理論。演繹法所指的“從一般到特殊”就是由理論再到實踐的過程，即理論要經過實踐檢驗，并且經過實踐檢驗而被證明是正確的理論再指導實踐。由此可見，分析歸納法與演繹法的結合正是在某一個認識層次上實踐―理論―實踐的全過程，同時體現了理論與實踐的緊密結合。因此，在電動力學課程內容體系和結構的安排上，可力求從實驗事實出發，提出問題，分析問題，總結出規律和假設，再經實驗驗證升華為科學理論，在更為普遍的意義上解決實際問題。這樣，使分析歸納法和演繹法有機地結合起來，更好地貫穿理論聯系實際的重要原則。具體來說，對于麥克斯韋理論的講述，是從靜電場、靜磁場和時變場的實驗定律出發，分析在時變場情形下所出現的深刻矛盾，為解決矛盾提出位移電流這一科學假設，并總結出麥克斯韋方程組和洛倫茲力公式。之后的大量實驗驗證了它是在隨時間變化的普遍情形下完全正確的電磁場理論。然后以此理論為基礎，討論在特殊情形和不同方面電磁場的性質和運動規律，如電磁波的傳播，電磁波的輻射、散射和衍射，運動帶電粒子的輻射等。對于狹義相對論的闡述，也同樣注重理論原理與實驗基礎之間的緊密結合。

在國內外，有些電動力學書的邏輯體系與上述不同。其中一類是以歸納法和演繹法并重，先詳細討論靜態場與似穩場，然后用歸納法得出麥克斯韋方程組，以后就用演繹法討論電磁波的輻射、傳播等問題；第二類是以靜電場為起點，應用狹義相對論對庫侖力進行洛倫茲變換，從中引出磁場的概念，導出磁場的場方程，繼續推出麥克斯韋方程組，然后討論輻射、傳播等問題，基本邏輯體系仍屬于演繹法范疇；此外，還有采用“逐步公理法”的邏輯體系，它以矢量場的亥姆霍茲定理為核心，對每種具體電磁場，根據實驗規律對該場的源和“渦源”提出假設（即公理），然后對每種場做深入的研究，這也是一種以演繹法為主的邏輯體系；還有人采用分析力學方法，引入電磁場的拉格朗日函數，導出電磁場的基本規律等。

三、注意學習電動力學的研究方法

第6篇：量子力學中的基本假設范文

【關鍵詞】思想實驗科學素養

利用科學發展史知識對于培養學生的科學素養具有重要的意義，如何利用科學史中的有關思想實驗史料來培養學生的科學素養是個值得研究的問題，對于思想實驗，有些老師往往只重視了思想實驗的知識功能，對于其豐富的思想內涵則較少進行挖掘，特別是它對于培養學生科學素養的意義。本文試圖對此進行探討。

1什么是思想實驗

根據中國大百科全書可知，思想實驗 （thought experiment）是一種按照實驗程序設計的并在思維中進行的特殊論證方法。它既不同于真實實驗，也有別于形式邏輯的推理。是按照假想的實驗手段和步驟，進行思維推理，得出合乎邏輯的結果。在物理學發展的歷史過程中伽利略、愛因斯坦等許多科學大師都曾經借助思想實驗延伸其理論的觸角。

從科學思想實驗發展的歷史，我們可以看到思想實驗主要特點。

1.1 可操作性。思想實驗不是實際進行的實驗，但是它是按照實驗的格式展開的，是可操作的。

1.2 嚴密的邏輯性。思想實驗的操作過程，既是想象自由展開的過程，又是邏輯運動的過程。在這中間，邏輯起著主導作用，它引導、控制著想象，保證想象既是豐富的．又不是胡思亂想。

1.3 高度的創造性?？茖W家做思想實驗的目的，是為了揭示事物內部的規律性。因此其探索是前無先例的，帶有高度的創造性。

2什么是科學素養

科學素養（scientific literacy）概念的形成與發展經歷了長期的演進過程，并且隨著科學技術的發展和變革，概念的含義也將不斷變化。本文采用以下觀點?？茖W素養的基本要素包括以下幾個方面。

一是科學知識與技能，是人們在科學實踐中獲得的關于客觀世界的各種事物的本質及規律性的認識程度和實際操作本領。

二是科學方法與能力，是人們在認識和改造客觀世界的實踐中總結出來的，并能在實踐中正確運用的思維和行為方式，以及把握事物本質的策略與熟練程度。

三是科學行為與習慣?？茖W習慣是長期積累和科學行為的定型。

四是科學精神、態度與價值觀。科學精神是指人所具有的科學的意識、思維活動和一般心理狀態，其中以推動并指引一個人采取決定和行動的科學的原則、信念和標準組成的科學價值觀為核心。科學態度則指個體在科學價值觀的支配下，對某一對象所持的評論和行為傾向。

我國在制定中學"科學"標準時，認為科學素養還應該涉及科學、技術與社會的關系方面。這些都是科學素養所包含的重要內容。

3利用思想實驗培養學生的科學素養的途徑

思想實驗可以對所研究的過程設想出真實實驗暫時不可能或原則上不可能達到的實驗條件，進行邏輯論證。在這個過程中，不僅包含有豐富的科學知識與技能，體現了物理學研究事物的方式與方法，而且也蘊含著人類認識事物，研究事物時所伴隨的豐富的科學精神和人文精神。這些對于提高學生的科學素養都是具有重要意義的，都是值得挖掘與充分利用的。

3.1 挖掘科學史中思想實驗提高學生科學素養

伽利略是第一位思想實驗大師，他重視實驗對理論的檢驗作用，但由于外部環境的惡劣、實驗條件的簡陋以及哲學思想的影響，因此思想實驗是一個常用的方法，并依此獲得許多重要的發現與結論。

重力作用下的落體運動在伽利略的力學中占據著中心位置，他在關于落體運動的討論中仍然運用了他早先提出的"落體佯謬"，對亞里士多德的落體定律提出詰難，然后逐步顯示出他的研究的全部豐富內容，在這個思想實驗中，他已把早先所說的密度相同而大小不同的物體改變成重量不同的物體。對話是這樣進行的：

"如果讓兩塊石頭（其中之一的重量十倍于另一塊的重量）同時從比如說100腕尺高處落下，那么這兩塊石頭下落的速率便會不同，那較重的石塊落到地面時，另一塊石頭只不過下落了10腕尺。"

"如果我們取天然速率不同的兩個物體，顯而易見，如果把那兩個物體連接在一起，速率較大的那個物體將會因受到速率較小物體的影響其速率要減慢一些，而速率較小的物體將因受到速率較大的物體的影響其速率要快一些。……但是，如果這是對的話，并假定一塊大石頭以8的速率運動，而一塊較小的石塊以4的速率運動，那么把二者連在一起，這兩塊石頭將以小于8的速率運動；但兩塊連在一起的石頭當然比先前以8的速率運動的更重。可見，較重的物體反而比較輕的物體運動的慢，而這個效應同你的設想是相反的。"

這個佯謬不僅揭示了亞里士多德理論的破綻和邏輯混亂，同時也表明了，運用這種思想實驗的推理法，比起永遠可能被人挑剔的真實實驗，有時會更有說服力的一個包含著錯誤的理論。

在這個過程中，不僅說明了重力作用下的落體運動規律，而且體現了物理學研究問題的方法，如認真觀察現象，提出要研究的問題，并對問題提出猜想與假設，然后進行論證。更蘊含了豐富的科學精神與科學態度，對于前人的觀點不是盲目的接受，而是具有懷疑精神，敢于提出問題，實事求是地面對科學并勇于堅持。這些都是科學素養的范疇，因此，從物理學的重大發現中吸取營養，對提高學生的科學素養是大有裨益的。

3.2利用物理學方法中的思想實驗提高學生科學素養

如果所設想的條件是完全理想化的，如絕對真空、絕對光滑等，在這種條件下所進行的論證稱為理想實驗法，它是思想實驗的一種重要形式。

這一部分在中學的物理教學中涉及的知識很多。如牛頓運動定律等。真正代表近代科學方法論精神的伽利略與牛頓。伽利略最先倡導并實踐了實驗加數學的方法，但是他所謂的實驗并不是培根意義上的觀察實驗，而是理想化實驗。地球上的任何力學實驗都不能避免摩擦力的影響，但是認識基本的力學規律，又要從觀念上排除這種摩擦力，這就需要全新的概念體系來支撐將做得實驗，包括設計、實施和解釋實驗結果，只有這種理想化的實驗才可能與數學處理相配套。伽利略的研究程序可以分為三個階段：直觀分解、數學演繹、實驗證明。牛頓在吸收前人經驗的基礎上做了進一步完善，牛頓的方法可以稱之為"歸納-演繹"法，并且認為演繹的結果必須重新訴諸實驗確證。牛頓運動定律就是這些過程的直接結果。

牛頓運動定律不僅內容上說明了自然界的重要定律，他的研究方法、研究思想同樣也具有重要的價值。它是以觀察和實驗中了解到的資料作為出發點，把自然現象合理簡化并建立起恰當的物理模型；運用思想實驗，即在絕對簡化理想條件下，運用思維中的邏輯演繹推理導出某種科學結論，再去接受科學實踐的檢驗的過程。

從這個研究的過程本身我們可以發現其中不僅包括科學知識，而且還涉及一種比較完善的物理學的研究方法，這對后人進行進一步的研究具有重要的借鑒意義。發現過程本身也暗含了牛頓對于科學的濃厚興趣和科學探究的整個過程。這些都是培養科學素養的重要素材，應該給予充分利用。

3.3利用現代物理學研究中的思想實驗部分提高學生科學素養

新課程強調科學與社會，技術的聯系，必須看到，現代科技已經逐漸滲透到了我們生活的方方面面，因此需要學生對于現代物理學有些初步的認識。如中學物理課本加入了關于愛因斯坦的相對論和一些量子力學的簡單介紹。但是現代物理學的研究，無論在微觀還是宏觀上越來越多地進入了不能完全直接靠實驗證實或證偽的領域。相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱，其中都包含有豐富思想實驗的部分。

1961年諾貝爾物理學獎獲得者美國物理學家霍夫斯塔斯曾說過："我相信任何一個喜歡自然的人都應該學習量子力學，并不是他的數學而是他的思想"。進入21世紀，無論是中學生或者是全體公民都應該不同程度的知道一點什么是量子力學，量子力學的基本概念，基本思想，量子力學有什么作用，已經起到了什么作用，這些都是很必要的。

使學生能了解科學與技術的區別與聯系，初步認識科學推動技術進步、技術又促進科學發展的相互關系，初步認識社會需求是科學技術發展的強大動力等科學、技術與社會的關系。同時能使學生增長見識，激起學生的好奇心，培養科學精神。這也是培養學生科學素養的一個重要方面。

4進行思想實驗教學時的注意事項

4．1 處理好思想實驗與真實實驗的關系

思想實驗是一種理性的思維活動。但不是脫離實際的主觀臆想，而是以實踐為基礎．按照實驗的格式操作展開，對實際過程做出更深入一層的抽象分析，其推理過程是以一定的邏輯法則為根據的。而這些邏輯法則，都是從長期的社會實踐中總結出來且為實踐所證實了的。

思想實驗和真實實驗又是緊密聯系和互補的。科學中的理論、規律是從大量實驗事實中總結概括出來的，科學中的假設、爭論也有賴于真實實驗的驗證。

有時兩者往往密不可分地穿插在一起，真實實驗為思想實驗提供經驗材料，思想實驗對經驗材料進行理性加工，并為真實實驗提供理論指導。從伽利略發現落體定律和慣性定律的活動中，可以明顯地看到這一點。

4．2不能忽略物理學史中被證實為錯誤的思想實驗

在科學研究中，通過再多的科學實驗都不能完全證實一個理論，這是歸納法的本質所決定的，但是一個否定例證就足以證偽一個理論。在物理學的思想實驗中，有的已被否定，但不能因此就貶低它的作用，那些被證偽的思想實驗往往是一個新理論產生的重要基石，如伽利略在給出著名的"落體佯謬"的最初說法時，他所說的是同樣材料而不同大小的物體，并非指所有的物體，其前提是錯誤的，結論也是有局限性的，但是他的過程本身是非常有意義的，為他后來得出普遍的結論提供了重要的基礎。這些過程都是需要進一步挖掘的，這樣才能讓學生明白科學研究的真實過程，對于培養學生的科學素養是具有豐富的教育意義的。

4．3 思想實驗是一種相對獨立的科學方法

在科學研究中，思想實驗能夠成為一種不替代的科學方法，是由于思想實驗以其科學思維的嚴密性、精確性補充了真實實驗的不足。比如，驗證廣義相對論的某些實驗條件，或者某些條件在任何時代都不能被滿足，比如，驗證牛頓第一定律所需要的無摩擦力的平面。但是，這些條件在邏輯上是可以實現的，這樣，人們可以避開實際的技術困難。在思維中把這些條件制作出來，或者對現在條件進行理想化抽象，在想象中實現這些條件。進而在頭腦中展開類似于真實實驗的"仿真"過程，推斷被研究事物的內部規律。

必須看到，思想實驗中包含有豐富的思想內涵，有利于進行積極的科學文化教育，而且思想實驗作為一種科學方法將在更廣闊的領域中應用。

參考文獻

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［5］查有梁等．物理教學論［M］廣西：廣西教育出版社，1997

第7篇：量子力學中的基本假設范文

【關鍵詞】波動性；粒子性；波粒二象性；螺旋波

一直以來，人們普遍認為波粒二象性是一種微觀系統中的物理現象，不可能出現在宏觀系統中。然而，最近人們通過對螺旋波的研究發現，螺旋波也具有波粒二象性（1），這表明在宏觀系統中也存在波粒二象性。然而文獻[1]沒有給出直觀的螺旋波的波粒二象性，本文通過設計外部擾動，給出了直觀的直觀的螺旋波的波粒二象性圖象。螺旋波普遍存在于自然界中，近年來的心臟實驗研究表明，心動過速及心顫致死與螺旋波的自組織及螺旋波破裂有密切的關系。掌握螺旋波的波粒二象性，有利于對螺旋波進行有效控制。總之，正確認識微觀和宏觀系統中的波粒二象性，不僅有助于認識客觀世界，也能夠利用波粒二象性造福人類。

1900年德國物理學家普朗克提出一個與經典物理概念不同的新假設：空腔壁中電子的振動可視為就在一維簡諧振子，它吸收或發射電磁輻射能量時，不是過去經典物理所認為的那樣可以連續地吸收或發射能量，而是以與振子的頻率成正比的能量子（hν）為基本單元，一份一份地吸收或發射能量，即能量E=nh ，n=1，2，3，……（正整數），h為普朗克常量（4）。

1905年，受普朗克研究思想的啟發，德國物理學家愛因斯坦提出光在本質上是由光量子組成的假設。他認為兩個物體輻射的能量不僅在吸收和發射的過程是一份份的，而且，電磁波在空間的傳播途徑也是一連串的能量量子流 h （5）。接著寫出了著名的光電效應方程 ，其中 為逸出功。1908年愛因斯坦證明在統計的特性下，黑體輻射既呈現波動性又呈現粒子性，首次提出了“波粒二象性”。根據愛因斯坦的量子理論，由光的波動性和粒子性這兩種性質可得出光子的能量和動量與光子的關系是E=h ，P=h /c 。這兩種性質是由普朗克常量聯系起來的。從愛因斯坦公式可知，光子是具有波粒二象性的。

為了能圓滿地解釋微觀體系中粒子的各種量子性質，以克服經典理論所面臨的困難，奧地利年輕的物理學家薛定諤，從德布羅意提出的物質波的思想出發，于1926年建立了微觀體系中的物質波波動方程，并應用這個方程成功地計算出了氫原子和簡諧振子的量子化能譜，得到與實驗完全符合的結果。這個波動方程后來被稱為薛定諤方程，成為實物粒子波動的非相對論性理論。薛定諤通過它把原子的離散能級和微分方程在一定的邊界條件下的本征問題聯系在一起，用于光和電子碰撞、原子在電場和磁場中運動等問題中，得到了比以前理論更符合實際的結果。

1、螺旋波的波動性

事實上，從電子衍射實驗分析可知，電子所呈現出來的粒子性總是經典概念中的具有一定質量和電荷等屬性的“顆粒性”，但并不與“粒子有確切的軌道”的概念有必然的聯系；而呈現出的波動性也只是波動最本質的東西――波的相干疊加性，但并不一定與某種實在的物理量在空間的波動聯系在一起。所以波恩在1926年用薛定諤方程來處理散射問題時提出概率波，他認為量子力學中的波函數所描述的，并不像經典波那樣代表什么實在的物理量的波動，只不過是刻畫粒子在空間的概率分布而已（5）。

我們也可以用電子晶體衍射實驗的衍射圖樣來理解概率波。從電子的波動性看，衍射圖樣反映出波在圖樣上各點的強度分布 2，衍射圖樣上亮的地方說明波強度大，暗的地方說明波的強度弱；從電子的粒子性看，衍射圖樣反映出電子數目分布，衍射圖樣亮的地方說明到達的電子數目多，而暗的地方說明到達的電子數目少；對單個電子來說，衍射圖樣反映出一個電子被散射后打到照片上各點的幾率分布，亮的地方說明電子到達的幾率大，暗的地方說明到達的幾率小。而綜合電子的波動性和粒子性來看，可知電子波在相片上的各點的強度正比于一個電子在底片上相應各點出現的幾率。

最簡單的可激發系統可以用一個雙變量反應擴散方程解釋，下面就用 模型來說明螺旋波的產生。 模型的動力學方程（1）如下（8）：

其中 為系統變量， 是擴散項。 是一個遠小于1的量，它的存在使變量 的動力學行為有不同的時間尺度。

為研究螺旋波的產生，我們固定取參數a=0.84，b=0.07，ε=0.05在數值解方程（1）過程中，時間離散采用二階龍格庫塔方法，空間離散采用二階差分方法?？臻g步長為， = =0.4，時間步長取 =0.02，計算區域空間離散成Nx×Ny=400 格點，即取計算區域邊長為L=400×0.4=160。

在二維系統中，如果初始態是一個受激發的點，系統會形成一個環狀的波形向外擴張，如果這個點激發源是周期的，則會觀察到穩定的靶波。要觀察到螺旋波，可以用線激發源在左邊界上產生一個平行波（一列平面波），該波向右邊界傳播。當這列波運動到中間時，把這列平面波的從中間抹掉半個波[如圖1（a）所示]，這樣在這列平面波在截斷處形成一個缺陷（它就是螺旋波波頭所在位置）。在遠離這個缺陷的區域，平面波波峰的鄰近點受左右兩個方向上擴散而來的觸發變量的影響，比較容易激發，因而波速較高；而在這個缺陷所在區域，平面波波峰的鄰近點由于只受到來自一個方向上的觸發變量的激發，激發強度相對來說比較弱小，因而波速較慢。這樣，從整體上看，當平面波向前傳播時，缺陷點的相對位置會有一個滯后，這個滯后使得平面波在缺陷點附近彎曲。線波的局部運動方向發生變化，由于這種缺陷效應總是存在的 ，隨著時間的增長，平面狀波會逐漸轉變為螺旋波（9）[如圖1（b）-（d）所示]。

圖1（a） 圖1（b）

圖1（c） 圖1（d）

圖1 螺旋波的產生過程。（a） t=0 平面波被從中間截去半個波，中間形成一個缺陷。（b） t=1.6s時，缺陷點的相對位置有一個滯后。（c）t=6.8s （d）t=32s，逐漸形成一個完整的螺旋波。

螺旋波與靶波不同，它是自激的，不需要一個周期的激發源，同時它是以缺陷為中心自組織形成的一類特殊的波，而且系統中所有的動力學行為都要受到這個中心點缺陷行為的限制。在系統中制造一個缺陷比較容易，但系統中一旦產生了缺陷就很難將其消除。

2、螺旋波的粒子性

下面用數值計算方法來研究螺旋波的粒子性，即研究螺旋波對外部擾動的響應。所使用的模型由方程（1a）描述，為了研究螺旋波對外部擾動的響應，我們在系統的 區域加上一個恒定大小的外力F，這時方程（1a）改為：

（a）t= 0 （b）t=100s

（c） t=200s （d）t=300s

圖2在外部擾動下不同時刻的螺旋波斑圖。t=0時刻擾動加在以格點（350，200）為中心半徑R=5的區域， F=0.5，（a）t=0，（b）t=100s，（c）t=200s，（d）t=300s。

首先考慮外部擾動遠離波頭（波核）的情況，擾動對螺旋波的影響。設t=0時系統處于平穩的螺旋波態，如圖2（a）所示。此時，在系統中以（350，200）為中心半徑處于R=5的區域加上一個恒定擾動F=0.5。結果如圖2（b），（c），（d）所示，可知，當擾動遠離波頭時對螺旋波運動無影響。

下面考慮外部擾動就加在波頭附近的情況下擾動對螺旋波的影響。仍取圖2（a）為初態，擾動加在以格點（200，200）為中心半徑為R=5的區域，這時螺旋波波頭在擾動區域內。當恒定擾動力F=0.2，得到結果如圖3（a）（b）所示。

（a） t=100s （b）t=200s

圖3在外部擾動下不同時刻的螺旋波斑圖。擾動加在以格點（200，200）為中心半徑R=5的區域，F=0.2。

從圖3可以看出，隨著時間的變化而螺旋波卻一直保持原來的運動狀態。結果表明，當F 較小時，外部擾動對螺旋波運動也不產生任何影響。當擾動F=0.5時，結果如圖4所示：

（a）t=0s （b）t=15s

（c）t=20s （d）t=50s

（e） t=100s （f）t=200s

圖4在外部擾動下不同時刻的螺旋波斑圖。t=0時刻外部擾動加在以格點（200，200）為中心半徑R=5的區域，F=0.5。

從圖2至圖4可知，如果螺旋波波頭附近無擾動或擾動較小時，螺旋波運動不受外部擾動的影響，但當在螺旋波波頭附近的擾動足夠大時，擾動會放大，最后導致螺旋波的頻率發生很大的變化，波長變長，表現在它對外部擾動的響應是有局域性。外部擾動對螺旋波的影響與 粒子被原子核散射相似。把外部擾動看做原子核，螺旋波看做 粒子，螺旋波波頭到外部擾動區域的距離為瞄準距離。由上述結果可以看出，只有當瞄準距離足夠小時螺旋波運動受影響，才表現出螺旋波的粒子性。由此可見宏觀系統中自維持螺旋波具有粒子性。

3、結論

螺旋波在宏觀系統中是普遍存在的 ，它的形成可以通過 模型來觀測。螺旋波是一個自維持的波，在整個介質具有波動性，它也和微觀世界中的粒子一樣具有存在波粒二象性。我們通過由數值實驗說明：在遠離波頭處加一個局域化的擾動時，擾動對螺旋波沒有影響，而在波頭所在位置附近加一足夠大的擾動時，螺旋波會受到很大的影響。當擾動消除后，螺旋波又很快恢復到原來的狀態。這些說明了螺旋波對外部擾動的響應表現為局域化的實體，所以螺旋波具有粒子性。

螺旋波的波粒二象性與微觀粒子的波粒二象性有些不同的地方，螺旋波的二象性是可以同時存在的。螺旋波存在于宏觀系統中，這說明宏觀系統中也存在波粒二象性。這個結論了傳統中認為波粒二象性只存在于微觀系統世界中的看法。

參考文獻

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[5] 曾謹言 《量子力學教程》 科學出版社 （2003）（第xi至7頁）

第8篇：量子力學中的基本假設范文

【關鍵詞】霍金/無邊界宇宙/虛時間/時間機器/概率論/實證論

【正文】

一、無邊界宇宙和虛時間

大爆炸宇宙論已經取得了非常重大的成果，對大爆炸后百分之一秒直到今天的宇宙演化情況論述得已經十分清楚，并且得到了微波背景輻射等實際觀測的強有力的支持。然而，在宇宙極早期遇到了極大困難。霍金(S.W.Hawking)和彭羅斯(R.Penrose)于1970年證明了“宇宙奇性定理”[1]：在極一般的條件下，按照廣義相對論，宇宙大爆炸必然從一個奇點開始。由此，他們共同獲得1988年的沃爾夫物理獎。然而宇宙在大爆炸奇點處，一切科學定律包括廣義相對論本身都失效了，連時空概念也失效了。所以奇點是不可能真實存在的，是非物理的。這就構成宇宙學最大的疑難：奇性疑難。因此，奇性定理也表明，廣義相對論是不完備的，它無法告訴我們宇宙是如何開始的。霍金說：“廣義相對論導致了自身的失效：它預言它不能預言宇宙?！盵2]在宇宙極早期，整個宇宙非常微小，必須考慮量子效應。所以，對于宇宙奇性疑難，必須用量子引力論才能解決。

1983年霍金和哈特爾(J.B.Hartle)“宇宙的波函數”[3]，開創了量子宇宙學的研究。他們認為，宇宙的量子狀態由波函數來描述，而這宇宙的波函數是惠勒－德威特(Wheeler-DeWitt)方程的解。這個波函數給出宇宙按照特征量分布的概率幅。他們創造性地建立了量子宇宙“微超空間模型”，正式提出“無邊界宇宙”設想，即“宇宙的邊界條件就是沒有邊界”。他們引入了“虛時間”（tiτ）（這里i[2]=-1，即用虛數表示的時間）概念。因為物質和能量會使時空向其自身彎曲，在實時間方向就不可避免地導致奇性，時空在奇性處到達盡頭。而虛時間方向與實時間方向成直角，空間的三個方向也都和實時間方向成直角，這表明虛時間的行為和在空間中的三個方向相類似。宇宙中物質引起的時空曲率就使三個空間方向和這個虛時間方向繞到后面再相遇到一起，形成一個閉合面。它們像是地球的表面，只不過多了兩維。地球的表面具有有限的面積，但是它沒有任何奇性、邊界或邊緣?；艚鹩哪卣f：“我曾環球旅行過，而沒有落到外面去。”只有當宇宙處于這種無邊界狀態時，科學定律才能確定每種可能歷史的概率，才能確定宇宙應該如何運行。在虛時間里，沒有使科學定律在該處失效的奇點，也沒有需要乞求上帝的宇宙邊緣。宇宙在虛時間中既沒有創生也沒有終結，它就是存在。量子力學中的奇特效應（例如隧道效應）可以看作是在“虛時間”中發生的。實時間中的演化是因果性的，而虛時間中的演化是隨機的。人們甚至可以進一步猜測，宇宙中的一切隨機行為都是起因于和虛時間相關的行為。如果你用虛時間來測量時間方向，你就會得到空間和時間之間的完全對稱性，這在數學上是非常美妙和自然的觀念。無邊界假設就是利用這個數學的單純化，導致所有可能的宇宙的初始條件中的最簡單的理論。宇宙的量子態由對所有緊致的歐氏度規的歷史在“虛時間”中求和的路徑積分所定義。這歷史是沒有任何奇性或者任何開端或終結的，它由具有有限尺度卻沒有邊界的彎曲空間組成。在其中發生的一切可完全由物理學定律所確定。于是在虛時間中出現的東西可被計算出來，而如果你知道宇宙在虛時間里的歷史，你就能計算出它在實時間中的行為。用這種方法，我們可望得到一個完整的統一理論，它能預言宇宙的一切。這宇宙是有限的無邊界的閉合宇宙模型。由此，我們得到一個“自含”的而且“自足”的宇宙。即宇宙是包容一切的，在它之外不存在任何東西。而且這宇宙不是可以任意賦予初始條件和邊界條件的一般系統。霍金說：“有一次愛因斯坦問道：‘在建造宇宙時，上帝有多少選擇呢？’如果無邊界假設是正確的，在選取初始條件上，它就根本沒有自由。它只有選擇宇宙要服從的定律的自由?！盵4]宇宙的演化服從科學定律表明理論的自治性，而宇宙的無邊界性表明宇宙的自足性。量子宇宙學必須是自洽的和自足的，因此無邊界宇宙是科學上的一種非常漂亮的理論?；艚鸷退笇У牟┦繀侵页壬C明了在無邊界假設條件下，宇宙必須從零動量態向三維幾何態演化，于是經典奇性被量子效應所抹平[5]。由此，奇性疑難得到解決。

無邊界宇宙思想可以解釋我們生活于其中的宇宙。這是一個各向同性的均勻的具有微小擾動的膨脹宇宙，它是具有一維時間和三維空間的洛倫茲時空，霍金認為它在其誕生時刻由一個四維的歐幾里得空間進行解析延拓而來。1985年，霍金根據無邊界假設，導出了宇宙在普朗克極早期的暴脹行為以及由量子漲落導致的宇宙結構的譜[6]。我們可以在微波背景輻射的漲落中觀察到宇宙中那些微擾的譜。這些結果迄今與無邊界假設相一致。在宇宙中的任何測量都可以按照宇宙的波函數來表述。這樣，無邊界假設使宇宙學成為真正的科學，因為人們可以預言任何觀察的結果。

在這之前的1981年，霍金應梵蒂岡教廷科學院之邀，在宇宙學會議上首次發表了“無邊界宇宙”的思想。會議之后，教皇接見與會者。按照西方的傳統，教徒在此時必須在教皇前行跪禮。但是當霍金驅動輪椅來到教皇前時，歷史上奇異的一幕出現了，教皇離開其座位并跪下，使他便于臉對臉和霍金會晤。這使得四周的教徒們目瞪口呆，且不說霍金自己所深愛的無邊界宇宙理論正是無神論的徹底體現（[2]，譯者序）。霍金說：“教皇告訴我們，在大爆炸之后的宇宙演化是可以研究的，但不應該去過問大爆炸本身，因為那是創生的時刻因而是上帝的事務。那時我心中暗喜，他并不知道我剛剛在會議上作過的演講主題——時空是有限而無界的可能性，就表明著沒有開端、沒有創生的時刻?！?[4]，p.110)

無邊界宇宙理論原來只能處理閉合宇宙的問題。但是，我們的宇宙究竟是閉合的還是開放的，這取決于現今宇宙的物質密度。ρ與臨界密度ρ[，c]的比值，我們稱這比值為宇宙學密度Ω＝ρ／ρ[，c]。當Ω＞1，引力場足夠強，宇宙膨脹到某時將會收縮，它的曲率是正的，這就是閉合宇宙；當Ω＜1，曲率為負，就是開放宇宙，它將永遠膨脹下去；當Ω＝1，曲率為零，是平直的臨界情況，它也將膨脹下去。按照暴脹模型原來的理論，我們的宇宙恰好是Ω＝1的臨界情況，這很不自然。我們的宇宙到底是什么情況？這有賴于對宇宙的實際觀測，現在人們還說不清楚。因此，開放宇宙的可能性是存在的。1998年，霍金和圖魯克(N.Turok)“無假真空的開放暴脹”[7]，將霍金原來的閉合宇宙的量子論推廣到開放情況。他們利用無邊界假設，在一個最簡單的暴脹模型中，經過路徑積分的計算，導致現今的宇宙學密度Ω≈0.01。這樣，他們修改了原暴脹模型關于Ω＝1的臨界預言，論證了開放暴脹宇宙的可能性。

現在霍金正繼續發展他這美妙的無邊界宇宙思想和虛時間概念[8-9]。

二、時序保護猜想——物理學定律嚴禁時間機器

1992年，霍金提出一個能維護時間次序的“時序保護猜想”[10]：物理學定律嚴禁時間機器。所謂“時間機器”，就是違背因果律而能將時間倒轉回到過去的旅行機制。許多科幻小說都描寫了這一神奇現象。最早于1937年，司托庫姆(J.van Stockum)發現了愛因斯坦場方程的一個解，它描述一個快速旋轉的無限長柱體起著時間機器的作用。但是人們認為實際上不存在任何“無限長”的物體而否定了它的真實性。后來人們又通過蟲洞、宇宙弦等奇異物制造了時間機器。但是物理學家已經證明，與實驗吻合的物理學理論絕對不會違背因果律。1988年，霍金的好朋友索恩(K.S.Thorne)和他的學生們的文章“蟲洞、時間機器和弱能量條件”[11]發表，引起了很多評論和誤解。一些報刊上出現標題為“物理學家發明時間機器”的文章。索思本人說：“就算物理學定律允許時間機器（事實上，我懷疑這一點），人類現在的技術能力離這時間機器的實現還遠得很，比洞穴野人離太空旅行還要遙遠。”[12]霍金對時間機器提出了嚴厲的批評。他幽默地說：“我們還不清楚在一個黑洞中究竟會發生什么。廣義相對論的方程允許這樣的解，允許人們進入一個黑洞并從其它地方的一個白洞里出來。白洞是黑洞的時間反演。這似乎為星際的快速旅行提供了可能性。麻煩在于這種旅行的速度太快了，以致于如果通過黑洞的旅行成為可能，則似乎無法阻攔你在出發之前已經返回。那時你可以做一些事，比如殺死你的母親，因為她一開始就反對你進入黑洞?？磥砦锢韺W定律嚴禁這種時間旅行，這也許對于我們（以及我們的母親們）的存活是個幸事。似乎有一種時序保護機構，不允許向過去旅行，這使得這世界對于歷史學家是安全的。如果一個人向過去旅行，將會發生的是不確定原理的效應在那里產生大量的輻射，這輻射要么把時空卷曲得太厲害以致不可能在時間中倒退回去，要么使時空在類似于大爆炸和大擠壓的奇性處終結。不管哪種情況，我們的過去都不會受到居心叵測之徒的威脅。最近我進行的一些計算支持這個時序保護假設。其實，我們不能進行時間旅行的最好證據是，我們從來沒有遭受到從未來來的游客的侵犯?！盵13]霍金認為，大自然憎惡時間機器。大自然是通過真空漲落束的生長來維護時間順序的。他指出：“當我們想做時間機器時，不論用什么樣的事物（例如蟲洞、旋轉柱、宇宙弦或其它什么東西），在它成為時間機器前，總會有一束真空漲落穿過它，并破壞它?！彼€說：“自由意志的概念和科學定律屬于不同的范疇。如果人們想從科學定律推出人類行為的話，他就會在自參考系統的邏輯二律背反中陷入困境。這正如時間旅行若可能的話人們會遇到的麻煩，我認為永遠不可能作時間旅行?！?[13]，p.97)

三、時間箭頭

霍金論述了科學定律不能區分前進和后退的時間方向。這是因為粒子物理學中的CPT定理指出：科學定律在C、P、T聯合變換下保持不變。（這里C是正、反粒子變換；P是宇稱變換；T是時間反演變換。）而在正常情況下，科學定律在CP聯合變換下不變，于是在T變換下也必然不變。霍金接著指出，至少存在三種“時間箭頭”將過去與將來區分開來：第一，熱力學時間箭頭：無序度或熵增加的時間方向，這正是熱力學第二定律所指明的時間方向；第二，心理學時間箭頭：我們心理感覺時間流逝的方向，在這個方向上我們只能記住過去而不是未來；第三，宇宙學時間箭頭：即宇宙在膨脹而不是收縮的方向。

霍金論證了心理學時間箭頭與熱力學時間箭頭本質上是一致的。又通過無邊界假設論證了在宇宙膨脹時，三種時間箭頭是一致的。因為按照無邊界假設，宇宙沒有邊界、邊緣或奇點，所以時間的開端必須是光滑而有序的時空點。這就要求宇宙必然從一個非常光滑而有序的狀態開始膨脹，隨時間逐漸演化成無序的狀態，于是就與熱力學時間箭頭一致?；艚疬€進一步論證了只有在膨脹相中才有適合智慧生命的條件。

然而，當宇宙將來可能坍縮時，情況如何呢？霍金曾經錯誤地認為，宇宙坍縮時，無序度會減小。即宇宙學時間箭頭反向時，熱力學時間箭頭和心理學時間箭頭也會跟著反向?；艚鹩哪卣f：“處在收縮相的人們將以倒退的方式生活：他們在出生之前已經死去，并且隨著宇宙收縮變得更年輕?！边@實際上就等于承認了時間機器。這也就導致無論什么情況下，三種時間箭頭都保持一致。后來在裴志(D.Page)等人的啟發下，霍金認識到自己犯了一個大錯誤。而導致他出錯的原因是，他原以為收縮相僅僅是膨脹相的時間反演。那樣，宇宙收縮變小時，應該回到光滑而有序的狀態。但是裴志指出，無邊界條件沒有要求收縮相必須是膨脹相的時間反演。而且在一個稍微復雜的模型中，宇宙的坍縮與膨脹非常不同。實際上，無邊界條件意味著宇宙在坍縮時無序度繼續增加。即當宇宙時間箭頭反向時，熱力學時間箭頭和心理學時間箭頭并不會跟著反向。([4]，pp.131-139)這實際上也進一步否定了時間機器的可能性。物理學決不會違背因果律。

四、實證論與實在論

1992年，霍金在劍橋凱爾斯學院作了關于科學哲學的講演。他說：“在我認為存在一個有待于人們去研究和理解的宇宙的意義上，我愿承認自己是個實在主義者。但是沒有理論，我們關于宇宙就不能說什么是實在的。因此，我認為物理理論不過是我們用以描寫觀察結果的數學模型。如果該理論是優雅的模型，它能描寫大量的觀測，并能預言新觀測的結果，則它就是一個好理論。除此之外，問它是否和實在相對應就沒有任何意義，因為我們不知道什么與理論無關的實在。這種科學理論的觀點可能使我成為一個實證主義者。然而我所說的實證主義似乎是人們為描寫宇宙而尋找新定律新方法僅有的可能的立場。因為我們沒有和實在概念無關的模型。如果某物與我們用以解釋它的理論或模型無關，何以知道它是實在的？而如果我們認為，實在依我們的理論而定，又怎么可以用實在來作為我們哲學的基礎呢？”([13]，p.30-34)這里，霍金明確指出了所謂“實在”的相對性、任意性和不確定性。因此科學哲學不能以此為基礎。

霍金以相對論和量子力學以及宇宙大爆炸奇點和虛時間為例指出：“在科學的哲學方面很難成為實在主義者，因為我們認為的實在是以我們所采用的理論為前提。我能肯定，洛倫茲和費茲杰朗德在按照牛頓的絕對時空觀來解釋光速實驗時都認為自己是實在主義者，因為這種時空觀似乎和常識以及實驗相對應?！腋覕喽?，愛因斯坦、海森伯和狄拉克對于他們是否為實在主義者或者工具主義者根本不在乎。他們只是關心現存的理論不能相互協調。在發展理論物理中，尋求邏輯自洽總比實驗結果更重要。我想強調的是，至少對于一名理論物理學家而言，把理論視作一種模型的實證主義方法，是理解宇宙的僅有手段?！?[13]，p.34)因此，科學哲學的根基必須是也只能是邏輯自洽的理性的實證論。

五、確定論和概率論

霍金利用“虛時間”概念對史瓦西黑洞度規進行坐標變換，研究了相應的量子場論。利用在虛時間方向具有溫度倒數的周期的歐氏時空上的所有場求和的路徑積分，求出了相應溫度下的熱力學配分函數。從而得到黑洞具有的極其獨特的內秉引力熵，它恰好是黑洞視界面積的四分之一。黑洞熵的存在，說明引力場不同于其它相互作用場，它使黑洞時空具有獨特的拓撲結構。這引力熵說明黑洞引起信息喪失。由此，霍金指出存在一種新的不確定性：“信息喪失意味著，在黑洞消失之后，原來處于量子純態的系統演化的終態就變成混合量子態，即不同純態的一個系綜。每一個純態具有各自的概率。但是因為任何一種狀態都不確定，不能利用和任何量子態干涉的辦法把這終態的概率減小到零。這表明引力在物理中，引進了一種新水平的不確定性，這種不確定性超越于通常和量子理論相關的不確定性之上。在某種意義上，我們已經在微波背景輻射的漲落中觀測到這種額外的不確定性。這表示科學決定論的終結，我們不能確定地預言未來?？磥砩系墼谒男渥永锶杂幸恍┝钊藷o法捉摸的詭計。”([2]，pp.55-56)“這樣當愛因斯坦講‘上帝不擲骰子’時，他錯了。對黑洞的思索向人們提示，上帝不僅擲骰子，而且有時還把骰子擲到人們看不到的地方去，使人們迷惑不已?！?[2]，p.23)

六、宇宙終極理論

霍金相信宇宙是可以認識的，是可以完全理解的。他希望存在宇宙終極理論，并樂觀地追求這理論。他說：“我不同意這樣的觀點，說宇宙是神秘的，是某種人們可有直覺但卻永遠不能完全分析和理解的東西。……我們對于宇宙還有大量無知和不解之處。但是我們過去尤其是一百年內所取得的進步，足以使人相信，我們能夠完全理解宇宙。我們不會永遠在黑暗中摸索。我們會在宇宙的完整理論上取得突破。在那種情形下，我們就真正成為宇宙的主宰。”（[12]，序言）“如果我們確實發現了一套完整的理論，它應該在一般的原理上及時讓所有人（而不僅僅是少數科學家）所理解。那時，我們所有人，包括哲學家、科學家以及普普通通的人，都能夠參加為何我們和宇宙存在問題的討論。如果我們對此找到了答案，則將是人類理智的最終勝利——因為那時我們知道了上帝的精神。”([4]，p.156)他又說：“也許這種希望只不過是海市蜃樓；也許根本就沒有終極理論，而且即便有我們也找不到。但是努力尋求完整的理解總比對人類精神的絕望要好得多?！保╗13]，序言）

霍金在追求宇宙終極理論的同時，又冷靜地認識到，我們不可能窮盡對宇宙的完全認識。其實，人類的認識只能是相對真理，人類在無窮的相對真理的長河中不斷探索，不斷進步，不斷逼近終極的絕對真理，但是不會走到盡頭，也不可能預言宇宙的一切?；艚鹫f：“即使我們發現了一套完整的統一理論，這并不表明我們能夠一般地預言事件。因為第一我們無法避免不確定原理給我們的預言能力設立的極限。第二除了非常簡單的情況，我們無法準確解出這理論的方程。在牛頓引力論中，我們甚至連三體運動問題都不能準確解出。我們在從數學方程來預言人類行為上只取得了很少的成功！所以，即使我們確實找到了基本定律的完整集合，在未來的歲月里，仍然存在發展得更好的近似方法，使我們在復雜而現實的情形下，能夠完成對可能結果的有用預言的智慧的富有挑戰性的任務。”([4]，p.152)又說：“即使存在一個可能的統一理論，那只不過是一組規則或方程。是什么賦予這些方程以生命去制造一個為它們所描述的宇宙？通常建立一個數學模型的科學方法無法回答，為什么必須存在一個為此模型所描述的宇宙？”([4]，p.156)這里霍金提出了宇宙學的最大問題，即宇宙的存在性問題。他強調：“一個完全的、協調的統一理論只是第一步，我們的目標是完全理解宇宙和我們自身的存在?！?[4]，p.152)

參考文獻

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[11]　M.S. Morris， K.S. Thorne， and U. Yurtsever. Wormholes， Time Machines and the Weak Energy Condition， Phys.Rev. Lett， 1988，61:1446.

第9篇：量子力學中的基本假設范文

要】本篇主要是因為人們對絕對論的認識局限在理論方面，更多人認為太過于哲理，與現代物理的聯系不是太密切。加上我們一直認為只有公式才是人們認識物理的工具，所以本篇通過對單擺和簡諧振動中的共振現象以及光電效應，還有其他物理現象的研究，重新完善物理學上的一些認識，列出來一些公式讓大家更好的認識絕對論中的一些原則。同時希望通過這篇論文讓更多的人們更好的來認識這個物質世界。

【關鍵詞】簡諧振動；洛倫茨變換；單擺周期；共振現象；波動函數值方程式；物質場的質量

單擺是初中以及高中物理教學中的一個重要實驗，它揭示了一個重要的規律：單擺的等時性，即在擺角很小的情況下（＜10度），忽咯空氣阻力等外部因素。在遵守胡克定律的范圍之下，單擺的周期只與擺長（L）及擺球所處的位置的重力加速度（G）有關。單擺的周期公式：T=2∏√L/G。這是加利洛在小時候根據燈的晃動逐漸等到的規律；單擺的等時性。并制作了時鐘。

愛因斯坦說他最大的錯誤是引進了宇宙常數，其實那是小問題。他的二個更大的錯誤：1.他認為時間可以倒流；2.他把光速當成宇宙的限速而且把它當成相對論的基礎。

說一下愛因斯坦的理論依據，那就是著名的洛倫茨變換。利用這個變換可以解釋運動物體的時間和尺寸變化了。我們看一下他的公式和推導過程；　狹義相對論中關于不同慣性系之間物理事件時空坐標變換的基本關系式。設兩個慣性系為S系和S′系，它們相應的笛卡爾坐標軸彼此平行，S′系相對于S系沿x方向運動，速度為v，且當t=t′=0時，S′系與S系的坐標原點重合，則事件在這兩個慣性系的時空坐標之間的洛倫茲變換為　x′=γ（x－vt），y′=y，z′=z，t′=γ（t－vx/（c*c）），式中γ=（1－v2/c2）^-1/2；c為真空中的光速。不同慣性系中的物理定律必須在洛倫茲變換下保持形式不變。

在相對論以前，H.A.洛倫茲從存在絕對靜止以太的觀念出發，考慮物體運動發生收縮的物質過程得出洛倫茲變換　。在洛倫茲理論中，變換所引入的量僅僅看作是數學上的輔助手段，并不包含相對論的時空觀。愛因斯坦與洛倫茲不同，以觀察到的事實為依據，立足于兩條基本原理：相對性原理和光速不變原理，著眼于修改運動、時間、空間等基本概念，重新導出洛倫茲變換，并賦予洛倫茲變換嶄新的物理內容。在狹義相對論中，洛倫茲變換是最基本的關系式，狹義相對論的運動學結論和時空性質，如同時性的相對性、長度收縮、時間延緩、速度變換公式、相對論多普勒效應等都可以從洛倫茲變換中直接得出

大家看二個問題：1.相對性原理即S與S’二個慣性系等價，而且各慣性系內各點也等價。這是一個錯誤的假設，因為在空間中S與S’不等價，各點也不會等價。（當然，在后來的廣義相對論中他又說因為時空彎曲，各點不能等價，前后相左）；2.光速不變　以光速不變確定常數γ，如果物質運動超過光速，物質就不存在了。也就是限定物質的運動不能超過光速，我無語?？蓱z的愛因斯坦。

可是測量我們做過的許多實驗，發現物質在運動時：時間在測量上真的改變了，尺子也真的變短了。好像時間真的可以倒流，物質運動時特別高速運動時，時間真的變化了。

我來和大家解釋一下吧：不是時間變化了，而是時鐘真的變化了。因為時鐘變化了，所以所有的洛倫茨變換中時間變換應該看成時鐘變化。時鐘的運動是有規律的，當你改變它的一些因素，它就發生變化。單擺的T=2∏√L/G，當L變化時T變化，當G變化時T也變化的。所以這一個時鐘在運動時，和靜止時周期T是不同的。你想已經變化了的時鐘，你如何測出不變的結果。你的一秒已經變成人家的一年，你還當成時間可以改變，時空可以倒流了。二個坐標系也是如此道理，已經變化了，你還說可以等價，時空只好變化了。這是愛因斯坦的悲哀。時空里的物質變化了，當成時空變化。時間不會變，空間也不會變，但是這里面的物質可以發生改變，而且可以任意變化。

愛因斯坦認為不需要引力，但他用G（重力加速度）。我是根本不存在萬有引力，但我也用G。不同的是我的G是物質場之間的一個相互作用，由整體到局部，由微觀到宏觀，物質場之間的一個作用（下面會詳細說明這一原理）。所以在慣性系內的各點作用也不會相同，任一點都不會相同。為什么說的那么復雜呢？我也不想，可是我們這世界就是這么：在任一點上并不等價。所有的物質都按照自己的規律運行著，在任一點上都有不同的量子運行方式。所以我們研究物質運動一定看什么環境，什么地點，以及物質的量子運行方式。否則，我們得不到正確的解釋。

當物質從S運動到S’點對于觀測者而言時鐘的T（周期）不同的，時鐘可以變快也可以變化慢。這一點我們可以做試驗的，而且我們有太多的時鐘或者羅盤失靈的情況了。在遵守胡克定律的范圍之內時鐘麼名奇妙的變化，因為√L/G變化了，變化的越大，他的反應就越大，這是時鐘變化的原因。我們再說一下尺子為什么變短。

上世紀，愛因斯坦和玻爾的論戰持續了幾十年，直到他們都去世也沒有結束。他們的爭論，玻爾一直占了上風。為此阿斯派特做了一系列著名的實驗，阿斯派特的實驗詳細地證明了量子理論的正確性。當然，還有爭議，但是人們開始相信這個世界是有量子組成的了。運動的尺子的確可能變短，但是也有可能變長。先不要爭論，我給大家來認真的分析一下：尺子是不是由量子組成的？一個尺子是不是可以分成無數的小尺子？一個小尺子是不是可以看成一個量子？如果這些都可以的話：一個尺子是不是可以看成是大量的量子在運動，就是說L=∑DL。如果我們只給尺子一個方向的力，尺子只有一個方向的運動時，那么在胡克定律的范圍之內，所有量子尺子會壓縮尺寸，尺子會變短。

但是我今天給大家設計一個實驗，讓運動的尺子變長（這是相對論無法解釋的）。高速來拉動尺子，并且在尺子的后面加一個物體并和尺子同時運動，但是只拉尺子。如果這樣實驗的話，我告訴大家：尺子會變長。因為所有的小尺子在拉力的作用下拉長了，那么反應到全部，尺子馬上變長。當然大家可能會笑的：我的絕對論，里面什么樣外面什么樣；大的什么樣，小的什么樣。其實，這篇論文也是要把絕對論的原則給大家解釋清楚的，免得大家認為我是在說哲理。愛因斯坦真的不知道這個世界是有量子來組成的，也不知道所有的量子都有自己的運行方式；更不知道所有的量子運行方式只能在一定的范圍存在，超過這個范圍量子運行方式就會改變。

我們再說一個現象：拉箱子。一下不動，二下不動，那么三下就可以拉動；推物體也是一樣原理。大家一定聽過這么一件事：一個人用小錘擊打大塊鐵的事，他打了一二個小時上萬次。當然，他也一定要按照一定規律才可以實現，如果亂來那就永遠不會實現的。如果用牛頓的F=ma來看，這永遠不會動。力不在了就沒有作用力了，再打也是白搭，如何打也是白搭。再說一個畫外話：任何人不準說我沒有實驗基礎。我的實驗基礎就是生活的點點滴滴，無窮無盡。不需要精密的儀器，我也能完成最高級的實驗。水滴穿石，已經幾千萬年了，比那個實驗室都準確。綠豆只煮難爛，大鐘不擊自鳴，還要我再舉例嗎？

物質的運動是有小的物質運動來完成的，大物質是有小物質組成的，物質的運動是所有的量子共同完成的。我們擊打一次，物質不動但是有一部分量子動了，但是大多量子沒動它也動不了。當越來越多的量子，最后當所有的量子動了，那么物質的整體也就動了。牛頓力學的物質運動規律太硬性了，所以在處理微觀粒子上不是太理想。既然今天我們認可物質是量子來組成的，那么我們在研究物質運動時就要從量子說起，那我們就要用到統計學∑，研究物質就要用到高等數學微積分原理。其實這正是量子力學的魅力：把大的變小，有小成大

我一直不用太多方程式，是因為這世界是真實的生命，無時無刻不在運動。但方程式是計算工具，在一定程度上使用是完全有必要的，方程式是人們認識世界的一個依據。我在這里列幾個力學方程式供大家研究認證，同時與經典力學比較一下，重新理解物質運動規律。

1　F=ma變換式：F∑F，F∫DF，∫df=ma，ma∫dma，ma∑dma。（這里M是物質場的質量特性，以下雷同）。

2　W=FS　變化式：W=∫DFS，FS∑FS，S∫DS，F∫DF

3　P=MV　變換式：P=∫DMV，P∑P，依次類推把經典力學的公式建在大量的量子運動的基礎上去研究。物質的運動是在量子運動的基礎上進行的，物質運動不是連續的，但是是有規律的。

愛因斯坦的E=mc2，其實錯到天邊了。不是我不給他留面子，我也知道人們會說原子彈如何如何。我只說一句：原子彈釋放的能量一定大于E=MC2。人們沒有把所有能量計算在內，只是估算罷了。如果還有人不服，我再提醒一句：真空不空。水變成冰釋放能量了，為什么質量沒減少（當然也會有變化，但不是E=mc2，那是質量特性的波動函數變化）。

物質釋放的能量與質量的關系并不大，也不能說沒有關系。一斤木材和一百斤木材如果燃燒，的確不同。但是那是質變，我這里主要說量變（量子運行方式的改變）。在上篇中我說一個瓶子可以裝下一個恒星的能量，那么在這篇我更近一步：一個量子就可以擁有一個恒星的力量。說一句讓人吃驚的話，我們每個人的身體都可以擁有十個太陽的能量。大家想想物質有多大的能量或能釋放多大的能量根本是不是取決于物質的量子運行方式？，結合一下傳統的質量概念，我們還是使用物質場的概念來理解吧。

木材和鋼鐵以及石頭這些物質從量子上看組成可以說是相同的，都是質子，中子，電子等等組成的。（這一點如果有人和我爭論的話，我沒時間）但是量子運行方式的不同造成了我們看到的截然不同的物質。大家高興嗎？因為這才是真正的物理理論，這才是真正解釋物質和物質運動的原理。這世界是由量子來組成的，所有的量子都有自己的運行方式。這是經得起考驗的真理，我們做實驗吧。

再列一個公式；波動函數方程式H=E∝KC。H：波動函數值

E：能量（包括物質內部和外加能量）　K：系數

C：物質場（包括物質場的質量特性以及物質場的一定范圍內的量子運行方式）。上篇論文沒列這個方程式，是因為大家對量子運行方式的認識不是太深刻。我從來不大包大攬，量子運行方式的不同，物質和物質運動完全不同。

時間永遠不會倒流，只會不停的向前走，即使我們運行的比光速快一萬倍，我們依然不停的衰老。所以我們都要珍惜生命，愛惜時間。愛因斯坦把光速限為宇宙的最高速，基礎不對，結果還用說嗎？對相對論我再也不想說什么了?，F在全世界都知道相對論不對了，那大家就嘗試一下理解我的論文吧。我們要肯定愛因斯坦是一個真正的科學家，因為他努力去嘗試了一種認識世界的方法，而且愛因斯坦一直是一個誠實謙虛的人，不像我如此的肆無忌憚，口無遮攔。

空氣動力學的原理和我們用石頭在水面上打水漂難道不是一樣嗎？我們沒發明飛機時，古人就已經在打水漂了。認識世界不一定需要我們的精密儀器，但我不是反對使用精密儀器，只是說一種思維方法。所有的物理定律應該是相通的，我們再來看看光電效應現象吧。

其實，這是愛因斯坦的一個認識的局限：光電效應方程式E=hv。E：光子能量　h：普朗克常量　v。：光子的頻率。E=hv-W。（W。=hv。）

不一一解釋了。愛因斯坦的光子說很好的，我不明白后來他為什么限定光速。光不是連續的，也是量子組成的，光的確以量子的形式存在的。我現在更進一步，把這個方程式和牛頓力學連起來：E=hv-W。=1/2MV2（M：電子的質量特性）。大家看這個方程式，是不是太眼熟了。大笑吧，親愛的朋友，因為你很快就可以得到比光速快的物質了；馬上你就可以看到光速不過是一個普通的掉渣的速度了?？裎璋桑业淖x者，你已經開始認識這個世界不過是一粒微塵了，一點都不神秘。時間和空間都不過是一個測量工具，量子的運行方式才是物質的源頭。

M物質場的質量特性。這里給大家說光子是一個物質場。既然物質場存在質量特性，那么光子就可能存在質量特性，那么電子也會存在質量特性。所以提高hv。（入射光的頻率）發射出來的電子就會加速，如果同一類電子的質量特性相差不大，我們近似相等。那么當hv。足夠，發射電子的速度就可以輕松超過光速。所有的宏觀和微觀理論就可以完美統一了，它們原來可以使用相同的方程式，我的讀者不應該高興嗎？