量子力學(xué)經(jīng)典理論精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的量子力學(xué)經(jīng)典理論主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)改革；物理思想

作者簡(jiǎn)介：王永強(qiáng)（1980-），男，山西河曲人，鄭州輕工業(yè)學(xué)院技術(shù)物理系，講師。（河南?鄭州?450002）

基金項(xiàng)目：本文系鄭州輕工業(yè)學(xué)院第九批教學(xué)改革項(xiàng)目“《量子力學(xué)》課程體系與教學(xué)內(nèi)容的綜合改革和實(shí)踐”資助的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）20-0070-02

“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)對(duì)科學(xué)研究和人類文明進(jìn)步的兩大標(biāo)志性貢獻(xiàn)之一，已經(jīng)成為物理學(xué)專業(yè)及部分工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程之一，是學(xué)習(xí)“固體物理”、“材料科學(xué)”、“材料物理與化學(xué)”和“激光原理”等課程的重要基礎(chǔ)。通過(guò)這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟練掌握量子力學(xué)的基本概念和基本理論，具備利用量子力學(xué)理論分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，這門課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)素養(yǎng)亦具有十分重要的意義。然而，“量子力學(xué)”本身是一門非常抽象的課程，眾多學(xué)生談“量子”色變，教學(xué)效果可想而知。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高量子力學(xué)的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，已經(jīng)成為擺在教師面前的重要課題。近年來(lái)，筆者在借鑒前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄭州輕工業(yè)學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我校”）教學(xué)實(shí)際，在“量子力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。

一、“量子力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的改革

量子力學(xué)理論與學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)接觸到的經(jīng)典物理體系相去甚遠(yuǎn)，尤其是處理問(wèn)題的思路和手段與經(jīng)典物理截然不同，但它們之間又不無(wú)關(guān)聯(lián)，許多量子力學(xué)中的基本概念和基本理論是類比經(jīng)典物理中的相關(guān)內(nèi)容得出的。因此，在“量子力學(xué)”教學(xué)中，一方面需要學(xué)生摒棄在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中形成的固有觀念和認(rèn)識(shí)，另一方面在學(xué)習(xí)某些基本概念和基本理論時(shí)又要求學(xué)生建立起與經(jīng)典物理之間的聯(lián)系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)困惑不堪。此外，這門課程理論性較強(qiáng)，眾多學(xué)生陷于煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之中，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺失。針對(duì)以上教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，筆者對(duì)“量子力學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容作了一些有益的調(diào)整。

1.理清脈絡(luò)，強(qiáng)化知識(shí)背景

從經(jīng)典物理所面臨的困難出發(fā)，到半經(jīng)典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行細(xì)致的、實(shí)事求是的分析，特別是對(duì)量子理論早期的概念發(fā)展有一個(gè)準(zhǔn)確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經(jīng)證明為正確并得到公認(rèn)的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學(xué)生對(duì)量子力學(xué)中基本概念和基本理論的形成和建立的科學(xué)歷史背景有一深刻了解，有助于學(xué)生理清經(jīng)典物理與量子理論之間的界限和區(qū)別，加深他們對(duì)這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學(xué)生對(duì)蘊(yùn)藏在這一歷程中的智慧火花和科學(xué)思維方法有一全面的了解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)素養(yǎng)。比如：對(duì)于玻爾理論，由于對(duì)量子化假設(shè)很難用已經(jīng)成形的經(jīng)典理論來(lái)解釋，學(xué)生往往會(huì)覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，很有必要介紹一下玻爾理論產(chǎn)生的歷史背景，告訴學(xué)生在玻爾的量子化假設(shè)之前就已經(jīng)出現(xiàn)了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關(guān)于原子光譜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也已經(jīng)被掌握，之前盧瑟福提出的簡(jiǎn)單行星模型卻與經(jīng)典物理理論及實(shí)驗(yàn)事實(shí)存在嚴(yán)重背離。為了解決這些問(wèn)題，玻爾理論才應(yīng)運(yùn)而生。在用量子力學(xué)求解氫原子定態(tài)波函數(shù)時(shí)，還可以通過(guò)定態(tài)波函數(shù)的概率分布圖，向?qū)W生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實(shí)存在的，只是電子出現(xiàn)幾率比較大的區(qū)域。通過(guò)這樣講述，學(xué)生可以清晰地體會(huì)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(xué)中的概念混為一談。

2.重在物理思想，壓縮數(shù)學(xué)推導(dǎo)

在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)只是用來(lái)表述物理思想并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復(fù)雜的數(shù)學(xué)形式之中。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師要著重于加強(qiáng)基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊(yùn)含的物理實(shí)質(zhì)。對(duì)一些涉及繁難數(shù)學(xué)推導(dǎo)的內(nèi)容，在教學(xué)中刻意忽略具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，著重于使學(xué)生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問(wèn)題的教學(xué)中，對(duì)于數(shù)學(xué)方面的問(wèn)題，只要求學(xué)生能正確寫出薛定諤方程、記住其結(jié)論即可，重點(diǎn)放在該類問(wèn)題所蘊(yùn)含的物理意義及對(duì)現(xiàn)成結(jié)論的應(yīng)用上。這樣，學(xué)生就不會(huì)感到枯燥無(wú)味，而能始終保持較高的學(xué)習(xí)熱情。

二、教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中始終處于被動(dòng)接受地位，極大地壓制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，十分不利于知識(shí)的獲取以及對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力及科學(xué)思維的培養(yǎng)。而且，“量子力學(xué)”這門課程本身實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱、理論性較強(qiáng)，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學(xué)，學(xué)生勢(shì)必感到枯燥，甚至厭煩。長(zhǎng)期以往，學(xué)習(xí)積極性必然受挫，學(xué)習(xí)效果自然大打折扣。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)其科學(xué)探索精神及創(chuàng)新能力，筆者在教學(xué)方法上進(jìn)行了一些有益的探索。

1.發(fā)揮學(xué)生主體作用

除卻必要的教學(xué)內(nèi)容講解外，每節(jié)課都留出一定的師生互動(dòng)時(shí)間。教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究討論，或者針對(duì)已講授內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、總結(jié)、辨析，以加深理解；或者針對(duì)未講授內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣（比如，在講授完一維無(wú)限深方勢(shì)阱和一維線性諧振子這兩個(gè)典型的束縛態(tài)問(wèn)題后就可引導(dǎo)學(xué)生思考“非束縛態(tài)下微觀粒子又將表現(xiàn)出什么樣的行為”），[1]這樣學(xué)生就會(huì)積極地預(yù)習(xí)下節(jié)內(nèi)容；或者選擇一些有代表性的習(xí)題，讓學(xué)生提出不同的解決辦法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。對(duì)于在課堂上不能解決的問(wèn)題，積極鼓勵(lì)學(xué)生利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源等尋求解決，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。此外，還可使學(xué)生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關(guān)的題目進(jìn)行討論、調(diào)研并完成小組論文，這一方面激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，另一方面使其接受初步的科研訓(xùn)練，一舉兩得。

2.注重構(gòu)建物理圖像

在實(shí)際教學(xué)中著重注意物理圖像的構(gòu)建，使學(xué)生對(duì)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(shí)驗(yàn)，通過(guò)三個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)過(guò)程（強(qiáng)電子束、弱電子束及弱電子束長(zhǎng)時(shí)間曝光），即可為實(shí)物粒子的波粒二象性構(gòu)建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實(shí)驗(yàn)圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋；[2]借助電子雙縫衍射實(shí)驗(yàn)圖像，可使學(xué)生更易接受和理解態(tài)疊加原理；借助解析幾何中的坐標(biāo)系，可很好地為學(xué)生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標(biāo)系和表象這些概念之間有本質(zhì)上的區(qū)別，但借助這些學(xué)生已經(jīng)熟知和深刻理解的概念，可使學(xué)生非常容易地接受和理解量子力學(xué)中難以言明的概念和理論，同時(shí)，也可使學(xué)生掌握這種物理圖像的構(gòu)建能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有非常積極地作用。

三、教學(xué)手段和考核方式改革

1.課程教學(xué)采用多種先進(jìn)的教學(xué)方式

如安排小組討論課，對(duì)難于理解的概念和規(guī)律進(jìn)行討論。先是各小組內(nèi)討論，再是小組間辯論，最后老師對(duì)各小組討論和辯論的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數(shù)時(shí)，有的學(xué)生認(rèn)為是全部粒子組成波函數(shù)，有的學(xué)生認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)的波。這些問(wèn)題的討論激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，從而進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對(duì)一些不易理解的概念和量子原理進(jìn)行深入理解，直至最后充分理解這些內(nèi)容。另外課程作業(yè)布置小論文，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專家開展系列量子力學(xué)講座等都是不錯(cuò)的方式。

2.堅(jiān)持研究型教學(xué)方式[3]

把課程教學(xué)和科研相結(jié)合，在教學(xué)過(guò)程中針對(duì)教學(xué)內(nèi)容，吸取科研中的研究成果，通過(guò)結(jié)合最新的科研動(dòng)態(tài)，向?qū)W生講授在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在量子力學(xué)誕生后，作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一的現(xiàn)代物理學(xué)的每一個(gè)分支及相關(guān)的邊緣學(xué)科都離不開量子力學(xué)這個(gè)基礎(chǔ)，量子理論與其他學(xué)科的交叉越來(lái)越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態(tài)物理到中子星、黑洞各個(gè)層次的研究以量子力學(xué)為基礎(chǔ)；量子力學(xué)在通信和納米技術(shù)中的應(yīng)用；量子理論在生物學(xué)中的應(yīng)用；量子力學(xué)與正在研究的量子計(jì)算機(jī)的關(guān)系等，在教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎暹@些知識(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，消除學(xué)生對(duì)量子力學(xué)的片面認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

3.利用量子力學(xué)課程將人文教育與專業(yè)教學(xué)相結(jié)合

量子力學(xué)從誕生到發(fā)展的物理學(xué)史所包含的創(chuàng)新思維是迄今為止哪一門學(xué)科都難以比擬的。在19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)晴空萬(wàn)里，然而黑體輻射、光電效應(yīng)、原子光譜等物理現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)重沖擊經(jīng)典物理學(xué)理論，讓經(jīng)典物理學(xué)陷入危機(jī)四伏的境地。1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克創(chuàng)造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象，量子概念誕生。1905年，愛因斯坦進(jìn)一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時(shí)是不連續(xù)的（普朗克假設(shè)），而且在物質(zhì)相互作用中也是不連續(xù)的。1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經(jīng)驗(yàn)光譜公式。泡利突破玻爾半經(jīng)典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應(yīng)以合理解釋。1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開始與經(jīng)典理論分庭抗禮。[4]和學(xué)生一起重溫量子力學(xué)史的發(fā)展之路，在教學(xué)過(guò)程中展現(xiàn)量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式之美，使學(xué)生在科學(xué)海洋中得到美的享受，從精神上熏陶他們的創(chuàng)新精神。

4.考試方式改革

在本課程的教學(xué)中采用了教考分離，通過(guò)小考題的形式復(fù)習(xí)章節(jié)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平適當(dāng)輔導(dǎo)答疑，注重學(xué)生對(duì)量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)理解的考核。對(duì)于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立，其中平時(shí)成績(jī)（包括作業(yè)、討論、綜合表現(xiàn)等）占30％，期末考試占70％。從實(shí)施的效果來(lái)看，督促了學(xué)生的學(xué)習(xí)，收到了較好的效果，受到學(xué)生的歡迎。

四、結(jié)論

通過(guò)近年來(lái)的改革嘗試，我校的“量子力學(xué)”教學(xué)水平穩(wěn)步提高，加速了專業(yè)建設(shè)。2009年，我校“量子力學(xué)”被評(píng)為校級(jí)精品課程，教學(xué)改革成果初現(xiàn)。然而，關(guān)于這門課程的教學(xué)仍存在不少問(wèn)題，如教學(xué)手段單一、與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合不夠緊密等等，這些都需要教師在今后教學(xué)中進(jìn)一步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周世勛.量子力學(xué)教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]呂增建.從量子力學(xué)的建立看類比思維的創(chuàng)新作用[J].力學(xué)與實(shí)踐,

2009,(4).

第2篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

關(guān)鍵詞：類比教學(xué)法；量子力學(xué)；應(yīng)用探究

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）24-0100-02

量子力學(xué)作為描寫微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的學(xué)科，是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)之一，而且在化學(xué)和很多近代技術(shù)中也有廣泛應(yīng)用。量子力學(xué)是在舊量子論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，對(duì)于量子數(shù)大到一定的極限的量子系統(tǒng)，可以用經(jīng)典理論精確描述。量子力學(xué)、經(jīng)典力學(xué)既有區(qū)別也有聯(lián)系，從這些區(qū)別和聯(lián)系入手可以使學(xué)生更加容易理解量子力學(xué)的新知識(shí)。基于此，本文在分析量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的相似點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探究并實(shí)踐了如何讓學(xué)生加深理解的問(wèn)題。將類比教學(xué)法應(yīng)用于量子力學(xué)的實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中，這樣既可以豐富教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生積極性，又可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，同時(shí)還可以鞏固學(xué)生以前學(xué)過(guò)的經(jīng)典物理學(xué)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而能提升量子力學(xué)課教學(xué)質(zhì)量。

一、類比教學(xué)法

類比方法是根據(jù)兩類物理現(xiàn)象在某些性質(zhì)的相同或相似處，推斷出這兩類物理現(xiàn)象的另一些性質(zhì)也相同或相似的一種邏輯推理方法。類比法是專業(yè)術(shù)語(yǔ)，指由一類事物所具有的某種屬性，可以推測(cè)與其類似的事物也應(yīng)具有這種屬性的推理方法。在我們學(xué)習(xí)一些十分抽象地看不見、摸不著的物理量時(shí)，由于不易理解，我們就拿出一個(gè)大家能看見的且與之很相似的事物來(lái)進(jìn)行對(duì)照學(xué)習(xí)。類比方法強(qiáng)調(diào)在分析、發(fā)現(xiàn)不同事物的共同性質(zhì)的基礎(chǔ)上，把一個(gè)事物的屬性轉(zhuǎn)移到另一類事物上。類比的過(guò)程具有創(chuàng)造性，是科學(xué)家常用的思維方法。

二、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的相似點(diǎn)及類比教學(xué)法的應(yīng)用

物理學(xué)研究的目的是總結(jié)、概括各種不同物質(zhì)在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且把這些規(guī)律用數(shù)學(xué)公式表示出來(lái)。量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的研究對(duì)象不同，而宏觀和微觀物質(zhì)自身性質(zhì)的巨大差異，造成了學(xué)習(xí)量子力學(xué)相比于學(xué)習(xí)經(jīng)典力學(xué)的困難。而另一方面，把量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)類比，找到它們之間的共同點(diǎn)，再進(jìn)一步推理，可以更加容易理解量子力學(xué)理論。在處理物體直線運(yùn)動(dòng)或是自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們自然會(huì)想到在（x，y，z）所組成的空間坐標(biāo)系中，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)定律，分析物體的狀態(tài)隨時(shí)間的變化情況。每一時(shí)刻，物體的位置可以用三維空間里的任何一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)表示出來(lái)。為了方便地處理不同物理問(wèn)題，空間直角坐標(biāo)系可以變換成柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系。處理物體的碰撞時(shí)，把實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系換成質(zhì)心坐標(biāo)系，利用動(dòng)量守恒原理，也可以使表達(dá)式更加簡(jiǎn)單，易于求解。因此，選擇最佳的坐標(biāo)系，可以讓復(fù)雜的問(wèn)題變的簡(jiǎn)單。在微觀世界中，量子力學(xué)仍然需要在恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系中討論物理問(wèn)題。在經(jīng)典力學(xué)中，物體處在某個(gè)狀態(tài)的位置和角動(dòng)量可以被精確的計(jì)算。但是，對(duì)于微觀體系，比如一個(gè)電子在原子中的環(huán)繞原子核運(yùn)動(dòng)，它的位置、動(dòng)量不能同時(shí)精確確定。當(dāng)該電子處于定態(tài)時(shí)，它的能量不會(huì)隨時(shí)間變化，即它的能量守恒。這時(shí)，我們可以把電子放在能量坐標(biāo)系中討論。在數(shù)學(xué)中，希爾伯特空間是歐幾里得空間的一個(gè)推廣，它不再局限于有限維的情形。在量子力學(xué)中，能量坐標(biāo)系被稱為能量表象。量子力學(xué)中常見的表象包括：動(dòng)量表象，能量表象，粒子數(shù)表象等。在矩陣力學(xué)中，把狀態(tài)Ψ看成是一個(gè)列向量。選擇一個(gè)特定的Q表象，就相當(dāng)于選取一個(gè)特定的坐標(biāo)系。■的本征函數(shù)u1（x1），u2（x2），u3（x3）…un（xn）就是這個(gè)表象的基矢，相當(dāng)于笛卡爾坐標(biāo)系的單位矢量i，j，k；波函數(shù)a1（t），a2（t）…an（t），是態(tài)矢量Ψ在Q表象中沿基矢方向的“分量”，正如A沿i，j，k三個(gè)方向的分量是（Ax，Ay，Az）一樣；■本征函數(shù)的歸一性，類似于幾何坐標(biāo)系的i?ij?jk?k1；而本征函數(shù)的正交性，類似于幾何坐標(biāo)系中i?ji?kj?k0[5]。在量子力學(xué)中，■的本征函數(shù)有無(wú)限多，稱態(tài)矢量所在空間是無(wú)限維的希爾伯特空間。由此看來(lái)，幾何坐標(biāo)和力學(xué)表象是同一個(gè)概念，只是處理不同的問(wèn)題時(shí)，選擇不同的坐標(biāo)系可以減小復(fù)雜程度。在量子力學(xué)中如果知道了狀態(tài)的波函數(shù)，那么粒子處于空間某點(diǎn)的幾率，以及力學(xué)量的平均值均可求得，因此說(shuō)波函數(shù)完全描述粒子體系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而對(duì)于同一個(gè)狀態(tài)，在不同的表象中，有不同的波函數(shù)形式。量子力學(xué)的一種基本假設(shè)是波函數(shù)滿足態(tài)疊加原理：

ψc1ψ1+c2ψ2+K+cnψn （1）

此式的物理意義是量子體系的一般狀態(tài)是所有本征態(tài)的線性疊加。Ψn是體系的可能態(tài)，相應(yīng)的概率分別為|ck|2，而且滿足歸一化■c■■1。在經(jīng)典力學(xué)中，伽利略變換可以變換不同的慣性系。量子力學(xué)則借助幺正矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)不同表象之間的變換。那什么是幺正矩陣呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是滿足S+S-1的矩陣稱為幺正矩陣，而由幺正矩陣所表示的變化稱為幺正變換。所以由一個(gè)表象到另一個(gè)表象的變換是幺正變換。如果以F'表示算符■在B表象中的矩陣，F(xiàn)表示■在A表象中的矩陣，則通過(guò)幺正變換可得：F'S-1FS （2） 也就是說(shuō)力學(xué)量F在A表象中的矩陣左右分別乘幺正矩陣的逆矩陣和原矩陣就可以把力學(xué)量F轉(zhuǎn)換到B表象中去。量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)間的相似點(diǎn)還有很多。量子力學(xué)類比教學(xué)法的核心是，注意強(qiáng)調(diào)量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的必然聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、探索量子力學(xué)新知識(shí)的本質(zhì)，把新知識(shí)與已經(jīng)掌握的量子力學(xué)知識(shí)類比，深入透徹的理解量子力學(xué)的假設(shè)、定義和公式。

綜上所述，把量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)做類比，就是要發(fā)掘出、并重點(diǎn)講解它們之間的相似點(diǎn)，讓學(xué)生在這些相似點(diǎn)的基礎(chǔ)上，主動(dòng)的思考分辨量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的相同和不同。本文以表象為例，把表象變換與數(shù)學(xué)上幾何坐標(biāo)進(jìn)行了類比，講述了對(duì)表象及其變換的理解。總之，在講授抽象的量子力學(xué)時(shí)，把它和經(jīng)典物理進(jìn)行類比可以幫助學(xué)生更好的理解、掌握新知識(shí)，能起到很好的教學(xué)效果，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。但類比法不是萬(wàn)能的，要靈活、恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到位，才能最大程度地發(fā)揮它的積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂增建.從量子力學(xué)的建立看類比思維的創(chuàng)新作用[J].力學(xué)與實(shí)踐，2009，（31）：90-92.

[2]蔡曉烽.物理教學(xué)中的類比教學(xué)[J].寧德師專學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，22（3）：323-325.

[3]周世勛.量子力學(xué)教程（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4]曾謹(jǐn)言.量子力學(xué)教程（第二版）[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[5]趙鳳嬌.對(duì)量子力學(xué)中表象及變換的理解[J].硅谷，2011，（23）：17.

[6]郭華.用類比方法討論量子力學(xué)問(wèn)題[J].中央民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，2（2）：45-50.

第3篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

因而在量子物理學(xué)中，時(shí)間的引入導(dǎo)致了許多重要而有趣的現(xiàn)象，光譜區(qū)域、共振和平衡態(tài)，量子混合，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和不可逆性和“時(shí)間之箭”均與量子物理學(xué)中的時(shí)間衰變有關(guān)。這本書致力于為量子物理學(xué)中的漸近的時(shí)間衰變的相關(guān)概念和方法提供清晰而準(zhǔn)確的闡述。

本書內(nèi)容共6章：1.單粒子量子力學(xué)的數(shù)學(xué)和物理背景知識(shí)；2.自由波包的傳播和漸近衰變：靜態(tài)相位方法和van der Corput方法；3.類時(shí)間衰變和光譜特性的關(guān)系；4.一類稀疏勢(shì)模型的時(shí)間衰變；5.共振和準(zhǔn)指數(shù)衰變；6量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的連接：無(wú)限自由度的量子系統(tǒng)。

本書作者均來(lái)自巴西圣保羅大學(xué)。本書適合于學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理或量子理論的學(xué)生和相關(guān)研究人員。

第4篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

Kaiseralautern，Germany

Introduction to Quantum

Mechanics

Schrodinger Equation and

Path Integral

2006，805PP.

Hardback，USD：98

ISBN：9789812566911

H.J.W.繆勒―克斯特恩 著

上世紀(jì)二十年代由薛定鍔建立的波動(dòng)方程，即薛定鍔方程和四十年代末由費(fèi)曼建立的路徑積分方法，而今已經(jīng)成為處理量子力學(xué)問(wèn)題的兩種同等重要的方法。由于數(shù)學(xué)形式上簡(jiǎn)單些，薛定鍔方程有更廣泛的應(yīng)用，但在統(tǒng)計(jì)物理，特別是場(chǎng)量子化方面的重要應(yīng)用，費(fèi)曼路徑積分起著同樣的重要的作用。

本書力求通過(guò)解決量子力學(xué)的一些基本問(wèn)題以及在各自主要的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)@兩種方法詳細(xì)地進(jìn)行比較，考查兩者的應(yīng)用能力。從一些非平庸的例子，作者明確指出：對(duì)求解分立譜，薛定方程要容易得出；而處理散射問(wèn)題，路徑積分方法更方便。

全書內(nèi)容分為四大部分。第一部分是從第1-14章，介紹量子力學(xué)的起源､數(shù)學(xué)基礎(chǔ)､基本原理和一些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。各章的目錄分別為：1.引言；2.哈密頓力學(xué)；3.量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；4.Dirac的右矢量和左矢量；5.薛定鍔方程和劉維爾方程；6.簡(jiǎn)諧振子量子力學(xué)；7.格林函數(shù)；8.時(shí)間無(wú)關(guān)的微擾論；9.密度矩陣和極化現(xiàn)象；10.量子理論：一般形式；11.庫(kù)侖相互作用；12.量子力學(xué)穿透；13.線性勢(shì)；14.經(jīng)典極限和WKB方法。第二大部分包括第15-20章。主要處理微擾論的一些應(yīng)用。它們分別為：15.!次勢(shì)；16.屏蔽庫(kù)侖勢(shì)；17.周期勢(shì)；18.非簡(jiǎn)諧振子勢(shì)；19.奇異勢(shì)；20.微擾展開數(shù)高階行為。第三大部分包括第21-26章。介紹路徑積分方法及其應(yīng)用。各章內(nèi)容分別為：21.路徑積分形式；22.經(jīng)典場(chǎng)位形；23.路徑積分與瞬子；24.路徑積分和在一條線上的彈跳；25.周期性經(jīng)典位形；26.路徑積分和周期性經(jīng)典位形。第四大部分是本書的是后部分，它包括第27-29章，內(nèi)容分別為：27.約束系統(tǒng)的量子化；28.量子―經(jīng)典交義作為一種相變；29.結(jié)語(yǔ)。

本書敘述方法新穎，內(nèi)容非常豐富，詳細(xì)地給出了所有的計(jì)算。對(duì)于從事理論物理學(xué)習(xí)和研究的高年級(jí)大學(xué)生､研究生和教師以及相關(guān)的研究人員，本書都是一本很有價(jià)值的參考書。

丁亦兵，教授

(中國(guó)科學(xué)院研究生院)

第5篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

關(guān)鍵詞 量子物理；現(xiàn)代信息技術(shù)；關(guān)系；原理應(yīng)用

中圖分類號(hào)：O41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2013）15-0001-02

量子物理是人們認(rèn)識(shí)微觀世界結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，它的建立帶來(lái)了一系列重大的技術(shù)應(yīng)用，使社會(huì)生產(chǎn)和生活發(fā)生了巨大的變革。量子世界的奇妙特性在提高運(yùn)算速度、確保信息安全、增大信息容量等方面發(fā)揮重要的作用，基于量子物理基本原理的量子信息技術(shù)已成為當(dāng)前各國(guó)研究與發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

隨著世界電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)即將達(dá)到物理極限，同時(shí)信息安全、隱私問(wèn)題等越來(lái)越突出。2013年5月美國(guó)“棱鏡門”事件的爆發(fā)，引發(fā)了對(duì)保護(hù)信息安全的高度重視，將成為推動(dòng)量子物理科學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的交融和相互促進(jìn)發(fā)展的契機(jī)。因此，充分認(rèn)識(shí)量子物理學(xué)的基本原理在現(xiàn)代信息技術(shù)中發(fā)展的基礎(chǔ)地位與作用，是促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的前提，也是豐富和發(fā)展量子物理學(xué)的需要。

1 量子物理基本原理

1）海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理。在量子力學(xué)中，任何兩組不可同時(shí)測(cè)量的物理量是共扼的，滿足互補(bǔ)性。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)其中一組量的精確測(cè)量必然導(dǎo)致另一組量的完全不確定，只能精確測(cè)定兩者之一。

2）量子不可克隆定理。在量子力學(xué)中，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)各未知量子態(tài)的精確復(fù)制，因?yàn)橐獜?fù)制單個(gè)量子就只能先作測(cè)量，而測(cè)量必然改變量子的狀態(tài)，無(wú)法獲得與初始量子態(tài)完全相同的復(fù)制態(tài)。

3）態(tài)疊加原理。若量子力學(xué)系統(tǒng)可能處于和描述的態(tài)中，那么態(tài)中的線性疊加態(tài)也是系統(tǒng)的一個(gè)可能態(tài)。如果一個(gè)量子事件能夠用兩個(gè)或更多可分離的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，那么系統(tǒng)的態(tài)就是每一可能方式的同時(shí)迭加。

4）量子糾纏原理。是指微觀世界里，有共同來(lái)源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們距離多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)粒子狀態(tài)隨即發(fā)生相應(yīng)變化。換言之，存在糾纏關(guān)系的粒子無(wú)論何時(shí)何地，都能“感應(yīng)”對(duì)方狀態(tài)的變化。

2 量子物理與現(xiàn)代信息技術(shù)的關(guān)系

2.1 量子物理是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)與先導(dǎo)

物理學(xué)一直是整個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的帶頭學(xué)科并成為整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，成為推動(dòng)整個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最主要的動(dòng)力和源泉。量子力學(xué)是20世紀(jì)初期為了解決物理上的一些疑難問(wèn)題而建立起來(lái)的一種理論，它不僅解釋了微觀世界里的許多現(xiàn)象、經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，而且還開拓了一系列新的技術(shù)領(lǐng)域，直接導(dǎo)致了原子能、半導(dǎo)體、超導(dǎo)、激光、計(jì)算機(jī)、光通訊等一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展。可以說(shuō)，從電話的發(fā)明到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信，從晶體管的發(fā)明到高速計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，量子物理開辟了一種全新的信息技術(shù)，使人類進(jìn)人信息化的新時(shí)代，因此，量子物理學(xué)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的主要源泉，而且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，量子物理學(xué)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)作用將更加顯著和重要。

2.2 量子物理為現(xiàn)代信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供新的原理和方法

現(xiàn)代信息技術(shù)本質(zhì)上是應(yīng)用了量子力學(xué)基本原理的經(jīng)典調(diào)控技術(shù)，隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)即將達(dá)到物理極限。因此，現(xiàn)代信息技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須借助于新的原理和新的方法。量子力學(xué)作為原子層次的動(dòng)力學(xué)理論，經(jīng)過(guò)飛速發(fā)展，已向其他自然科學(xué)的各學(xué)科領(lǐng)域以及高新技術(shù)全面地延伸，量子信息技術(shù)就是量子物理學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的新興學(xué)科，它為信息科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供了新的原理和方法，使信息技術(shù)獲得了活力與新特性，量子信息技術(shù)也成為當(dāng)今世界各國(guó)研究發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。因此，未來(lái)的信息技術(shù)將是應(yīng)用到諸如量子態(tài)、相位、強(qiáng)關(guān)聯(lián)等深層次量子特性的量子調(diào)控技術(shù)，充分利用量子物理的新性質(zhì)開發(fā)新的信息功能，突破現(xiàn)代信息技術(shù)的物理極限。

2.3 現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)量子物理學(xué)發(fā)展的影響

量子信息技術(shù)應(yīng)用量子力學(xué)原理和方法來(lái)研究信息科學(xué)，從而開發(fā)出現(xiàn)經(jīng)典信息無(wú)法做到的新信息功能，反過(guò)來(lái)，現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展大大地豐富了量子物理學(xué)的研究?jī)?nèi)容，也將不斷地影響量子物理學(xué)的研究方法，有力地將量子理論推向更深層次的發(fā)展階段，使人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更深刻、更本質(zhì)。近年來(lái)，隨著量子信息技術(shù)領(lǐng)域研究的不斷深入，量子信息技術(shù)的發(fā)展也使量子物理學(xué)研究取得了不少成果，如量子關(guān)聯(lián)、基于熵的不確定關(guān)系、量子開放系統(tǒng)環(huán)境的控制等問(wèn)題研究取得了巨大進(jìn)展。

3 基于量子物理學(xué)原理的量子信息技術(shù)

基于量子物理原理和方法的量子信息技術(shù)成為21世紀(jì)信息技術(shù)發(fā)展的方向，也是引領(lǐng)未來(lái)科技發(fā)展的重要領(lǐng)域。當(dāng)前量子物理學(xué)的基本原理已經(jīng)在量子密碼術(shù)、量子通信、量子計(jì)算機(jī)等方面得到充分的理論論證和一定的實(shí)踐應(yīng)用。

3.1 量子計(jì)算機(jī)——量子疊加原理

經(jīng)典計(jì)算機(jī)建立在經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)上，遵循普通物理學(xué)電學(xué)原理的邏輯計(jì)算方式，即用電位高低表示0和1以進(jìn)行運(yùn)算，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)只能靠以縮小芯片布線間距，加大其單位面積上的數(shù)據(jù)處理量來(lái)提高運(yùn)算速度。而量子計(jì)算遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息。計(jì)算方式是建立在微觀量子物理學(xué)關(guān)于量子具有波粒兩重性和雙位雙旋特性的基礎(chǔ)上，量子算法的中心思想是利用量子態(tài)的疊加態(tài)與糾纏態(tài)。在量子效應(yīng)的作用下，量子比特可以同時(shí)處于0和1兩種相反的狀態(tài)（量子疊加），這使量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行大量運(yùn)算，因此，量子計(jì)算的并行處理，使量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了最快的計(jì)算速度。未來(lái)，基于量子物理原理的量子計(jì)算機(jī)，不僅運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)量大、功耗低，而且體積會(huì)大大縮小。

3.2 量子通信——量子糾纏原理

量子通信是一種利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的新型通信方式。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等。從信息學(xué)上理解，量子通信是利用量子力學(xué)的量子態(tài)隱形傳輸或者其他基本原理，以量子系統(tǒng)特有屬性及量子測(cè)量方法，完成兩地之間的信息傳遞；從物理學(xué)上講，量子通信是采用量子通道來(lái)傳送量子信息，利用量子效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的高性能通信方式，突破現(xiàn)代通信物理極限。量子力學(xué)中的糾纏性與非定域性可以保障量子通信中的絕對(duì)安全的量子通信，保證量子信息的隱形傳態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信息轉(zhuǎn)輸。所以，與現(xiàn)代通信技術(shù)相比，量子通信具有巨大的優(yōu)越性，具有保密性強(qiáng)、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，量子通信創(chuàng)建了新的通信原理和方法。

3.3 量子密碼——不可克隆定理

經(jīng)典密碼是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)經(jīng)典信號(hào)實(shí)現(xiàn)，在密鑰傳送過(guò)程中有可能被竊聽且不被覺察，故經(jīng)典密碼的密鑰不安全。量子密碼是一種以現(xiàn)代密碼學(xué)和量子力學(xué)為基礎(chǔ)，利用量子物理學(xué)方法實(shí)現(xiàn)密碼思想和操作的新型密碼體制，通過(guò)量子信號(hào)實(shí)現(xiàn)。量子密碼主要基于量子物理中的測(cè)不準(zhǔn)原理、量子不可克隆定理等，通信雙方在進(jìn)行保密通信之前，首先使用量子光源，依照量子密鑰分配協(xié)議在通信雙方之間建立對(duì)稱密鑰，再使用建立起來(lái)的密鑰對(duì)明文進(jìn)行加密，通過(guò)公開的量子信道，完成安全密鑰分發(fā)。因此量子密碼技術(shù)能夠保證：

1）絕對(duì)的安全性。對(duì)輸運(yùn)光子線路的竊聽會(huì)破壞原通訊線路之間的相互關(guān)系，通訊會(huì)被中斷，且合法的通信雙方可覺察潛在的竊聽者并采取相應(yīng)的措施。

2）不可檢測(cè)性。無(wú)論破譯者有多么強(qiáng)大的計(jì)算能力，都會(huì)在對(duì)量子的測(cè)量過(guò)程中改變量子的狀態(tài)而使得破譯者只能得到一些毫無(wú)意義的數(shù)據(jù)。因此，量子不可克隆定理既是量子密碼安全性的依靠，也給量子信息的提取設(shè)置了不可逾越的界限，即無(wú)條件安全性和對(duì)竊聽者的可檢測(cè)性成為量子密碼的兩個(gè)基本特征。

4 結(jié)論

量子物理是現(xiàn)代信息技術(shù)誕生的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代信息技術(shù)突破物理極限，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力與源泉。基于量子物理學(xué)的原理、特性，如量子疊加原理、量子糾纏原理、海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理和不可克隆定理等，使得量子計(jì)算機(jī)具有巨大的并行計(jì)算能力，提供功能更強(qiáng)的新型運(yùn)算模式；量子通信可以突破現(xiàn)代信息技術(shù)的物理極限，開拓出新的信息功能；量子密碼絕對(duì)的安全性和不可檢測(cè)性，實(shí)現(xiàn)了絕對(duì)的保密通信。隨著量子物理學(xué)理論在信息技術(shù)中的深入應(yīng)用，量子信息技術(shù)將開拓出后莫爾時(shí)代的新一代的信息技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳楓.量子通信：劃時(shí)代的嶄新技術(shù)[N].報(bào)，2011.

[2]曾謹(jǐn)言.量子物理學(xué)百年回顧[J].北京大學(xué)物理學(xué)科90年專題特約專稿，2003（10）.

[3]李應(yīng)真，吳斌.物理學(xué)是當(dāng)代高新技術(shù)的主要源泉[J].學(xué)術(shù)論壇，2012.

[4]董新平，楊綱.量子信息原理及其進(jìn)展[J].許昌學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.

[5]周正威，陳巍，孫方穩(wěn)，項(xiàng)國(guó)勇，李傳鋒.量子信息技術(shù)縱覽[J].中國(guó)科學(xué)，2012（17）.

[6]郭光燦.量子信息技術(shù)[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2002（5）.

[7]朱煥東、黃春暉.量子密碼技術(shù)及其應(yīng)用[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2006（12）.

第6篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

強(qiáng)、弱、電三種相互作用的標(biāo)準(zhǔn)模型的建立與精確檢驗(yàn)是20世紀(jì)物理學(xué)最偉大的成就之一，它把基本粒子的強(qiáng)、弱、電三種相互作用的描述成功地統(tǒng)一起來(lái)，成為人類揭示最深層次物質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力的工具。但是，迄今一直未能把引力統(tǒng)一進(jìn)來(lái)始終是極大憾事。究其原因在于引力的量子化帶來(lái)一系列長(zhǎng)期困擾物理學(xué)界，至今仍難以解決的嚴(yán)重問(wèn)題。積極探尋這些問(wèn)題的解決辦法，近年來(lái)成為理論物理學(xué)家極為關(guān)注的熱點(diǎn)。本書正是作者為解決問(wèn)題而孜孜不倦、努力奮斗的結(jié)果。在本書中作者認(rèn)真地考查了這些研究活動(dòng)所涉及的物理概念與哲學(xué)基礎(chǔ)，特別是評(píng)論了人們提出的各種建議與模型的前提和自洽性。

作者曾與L.Susskind合作寫過(guò)一本關(guān)于黑洞的書，介紹靜態(tài)幾何的量子物理與相對(duì)論以及視界物理的一些信息。然而作者最近研究表明對(duì)于一旦納入動(dòng)力學(xué)描寫時(shí)，這些結(jié)果必須做一些定性的修改。本書是作為以前出版的那部書的進(jìn)一步詳細(xì)的闡釋和擴(kuò)充，但是也包含了一些新的材料，其中包括詳細(xì)考查在相對(duì)論框架內(nèi)納入量子力學(xué)的基本自洽性，包括了動(dòng)力學(xué)空間相關(guān)幾何學(xué)，并擴(kuò)展了前一本書寫作中涉及物理學(xué)基礎(chǔ)的一些討論，嘗試探討微觀物理學(xué)中可以與引力的微觀理論自洽的內(nèi)容。本書特別強(qiáng)調(diào)：在尋找最優(yōu)雅的物理現(xiàn)象的模型時(shí)人們必須記住：物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。他希望以此激勵(lì)讀者對(duì)于新知識(shí)，特別是通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索物質(zhì)性質(zhì)的興趣。

全書內(nèi)容分成兩大部分，共包括9章。第一部分 伽利略相對(duì)論與狹義相對(duì)論，含第1-4章：1.經(jīng)典狹義相對(duì)論；2.量子力學(xué)、經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論；3.粒子相互作用的微觀形式；4.量子力學(xué)中的群論。 第二部分 廣義相對(duì)論，含第5-9章：5.廣義相對(duì)論基礎(chǔ)； 6.彎曲時(shí)空背景中的量子力學(xué)；7.視界與陷俘區(qū)的物理學(xué)； 8.宇宙學(xué)； 9.相互作用系統(tǒng)的引力。

本書以物理系和自然哲學(xué)領(lǐng)域的大學(xué)生和研究生以及數(shù)學(xué)和粒子物理領(lǐng)域的研究人員為主要的讀者對(duì)象。對(duì)于物理模型以及與主流物理學(xué)自洽的實(shí)驗(yàn)感興趣的理論物理與自然哲學(xué)家也是一部重要的參考書。但閱讀本書的讀者應(yīng)當(dāng)具有量子力學(xué)、廣義相對(duì)論、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。

第7篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

【關(guān)鍵詞】量子計(jì)算；量子計(jì)算機(jī)；量子算法；量子信息處理

1、引言

在人類剛剛跨入21山_紀(jì)的時(shí)刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子計(jì)算機(jī)的誕生。德國(guó)科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室研制成功5個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)，而美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行7個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)的試驗(yàn)。它預(yù)示著人類的信息處理技術(shù)將會(huì)再一次發(fā)生巨大的飛躍，而研究面向量子計(jì)算機(jī)以量子計(jì)算為基礎(chǔ)的量子信息處理技術(shù)已成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。

2、子計(jì)算的物理背景

任何計(jì)算裝置都是一個(gè)物理系統(tǒng)。量子計(jì)算機(jī)足根據(jù)物理系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的裝置。量子計(jì)算足以量子計(jì)算目L為背景的計(jì)算。是在量了力。4個(gè)公設(shè)（postulate）下做出的代數(shù)抽象。Feylllilitn認(rèn)為，量子足一種既不具有經(jīng)典耗子性，亦不具有經(jīng)典渡動(dòng)性的物理客體（例如光子）。亦有人將量子解釋為一種量，它反映了一些物理量（如軌道能級(jí)）的取值的離散性。其離散值之問(wèn)的差值（未必為定值）定義為量子。按照量子力學(xué)原理，某些粒子存在若干離散的能量分布。稱為能級(jí)。而某個(gè)物理客體（如電子）在另一個(gè)客體（姻原子棱）的離散能級(jí)之間躍遷（transition。粒子在不同能量級(jí)分布中的能級(jí)轉(zhuǎn)移過(guò)程）時(shí)將會(huì)吸收或發(fā)出另一種物理客體（如光子），該物理客體所攜帶的能量的值恰好是發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問(wèn)產(chǎn)生了一個(gè)相互溝通和轉(zhuǎn)化的橋梁；愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系也提示了物質(zhì)和能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的因此。量子的這兩種定義方式是對(duì)市統(tǒng)并可以相互轉(zhuǎn)化的。量子的某些獨(dú)特的性質(zhì)為量了計(jì)算的優(yōu)越性提供了基礎(chǔ)。

3、量子計(jì)算機(jī)的特征

量子計(jì)算機(jī)，首先是能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器，是以原子量子態(tài)為記憶單元、開關(guān)電路和信息儲(chǔ)存形式，以量子動(dòng)力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計(jì)算，是指組成計(jì)算機(jī)硬件的各種元件達(dá)到原子級(jí)尺寸，其體積不到現(xiàn)在同類元件的1%。量子計(jì)算機(jī)是一物理系統(tǒng)，它能存儲(chǔ)和處理關(guān)于量子力學(xué)變量的信息。量子計(jì)算機(jī)遵從的基本原理是量子力學(xué)原理：量子力學(xué)變量的分立特性、態(tài)迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力學(xué)變量的分立特性使它們可以記錄信息：即能存儲(chǔ)、寫入、讀出信息，信息的一個(gè)量子位是一個(gè)二能級(jí)（或二態(tài)）系統(tǒng)，所以一個(gè)量子位可用一自旋為1/2的粒子來(lái)表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的兩個(gè)極化方向來(lái)表示0和1；或用一原子的基態(tài)代表0第一激發(fā)態(tài)代表1。就是說(shuō)在量子計(jì)算機(jī)中，量子信息是存儲(chǔ)在單個(gè)的自旋’、光子或原子上的。對(duì)光子來(lái)說(shuō)，可以利用Kerr非線性作用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)一光束使之線性極化，以獲取寫入、讀出；對(duì)自旋來(lái)說(shuō)，則是把電子（或核）置于磁場(chǎng)中，通過(guò)磁共振技術(shù)來(lái)獲取量子信息的讀出、寫入；而寫入和讀出一個(gè)原子存儲(chǔ)的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來(lái)完成的。量子計(jì)算機(jī)使用兩個(gè)量子寄存器，第一個(gè)為輸入寄存器，第二個(gè)為輸出寄存器。函數(shù)的演化由幺正演化算符通過(guò)量子邏輯門的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。單量子位算符實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子位的翻轉(zhuǎn)。兩量子位算符，其中一個(gè)是控制位，它確定在什么情況下目標(biāo)位才發(fā)生改變；另一個(gè)是目標(biāo)位，它確定目標(biāo)位如何改變；翻轉(zhuǎn)或相位移動(dòng)。還有多位量子邏輯門，種類很多。要說(shuō)清楚量子計(jì)算，首先看經(jīng)典計(jì)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)從物理上可以被描述為對(duì)輸入信號(hào)序列按一定算法進(jìn)行交換的機(jī)器，其算法由計(jì)算機(jī)的內(nèi)部邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)：

a）其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號(hào)，用量子力學(xué)的語(yǔ)言來(lái)描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進(jìn)制序列0110110，用量子記號(hào)，即10110110>。所有的輸入態(tài)均相互正交。對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能輸入如下疊加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）經(jīng)典計(jì)算機(jī)內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個(gè)性質(zhì)，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的變換（或計(jì)算）只對(duì)應(yīng)一類特殊集。

相應(yīng)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的以上兩個(gè)限制，量子計(jì)算機(jī)分別作了推廣。量子計(jì)算機(jī)的輸入用一個(gè)具有有限能級(jí)的量子系統(tǒng)來(lái)描述，如二能級(jí)系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計(jì)算機(jī)的變換（即量子計(jì)算）包括所有可能的幺正變換。因此量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)為：

a）量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交；

b）量子計(jì)算機(jī)中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計(jì)算機(jī)對(duì)輸出態(tài)進(jìn)行一定的測(cè)量，給出計(jì)算結(jié)果。由此可見，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，經(jīng)典計(jì)算是一類特殊的量子計(jì)算。量子計(jì)算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量實(shí)現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計(jì)算，所有這些經(jīng)典計(jì)算同時(shí)完成，并按一定的概率振幅疊加起來(lái)，給出量子計(jì)算的輸出結(jié)果。這種計(jì)算稱為量子并行計(jì)算，量子并行處理大大提高了量子計(jì)算機(jī)的效率，使得其可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的工作，這是量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性之一。

4、量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

量子計(jì)算機(jī)驚人的運(yùn)算能使其能夠應(yīng)用于電子、航空、航人、人文、地質(zhì)、生物、材料等幾乎各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，尤其是信息領(lǐng)域更是迫切需要量子計(jì)算機(jī)來(lái)完成大量數(shù)據(jù)處理的工作。信息技術(shù)與量子計(jì)算必然走向結(jié)合，形成新興的量子信息處理技術(shù)。目前，在信息技術(shù)領(lǐng)域有許多理論上非常有效的信息處理方法和技術(shù)，由于運(yùn)算量龐大，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差，不能滿足實(shí)際需要，因此制約了信息技術(shù)的發(fā)展。量子計(jì)算機(jī)自然成為繼續(xù)推動(dòng)計(jì)算速度提高，進(jìn)而引導(dǎo)各個(gè)學(xué)科全面進(jìn)步的有效途徑之一。在目前量子計(jì)算機(jī)還未進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的情況下，深入地研究量子算法是量子信息處理領(lǐng)域中的主要發(fā)展方向，其研究重點(diǎn)有以下三個(gè)方面；

（1）深刻領(lǐng)悟現(xiàn)有量子算法的木質(zhì)，從中提取能夠完成特定功能的量子算法模塊，用其代替經(jīng)典算法中的相應(yīng)部分，以便盡可能地減少現(xiàn)有算法的運(yùn)算量；

（2）以現(xiàn)有的量子算法為基礎(chǔ)，著手研究新型的應(yīng)用面更廣的信息處理量子算法；

（3）利用現(xiàn)有的計(jì)算條件，盡量模擬量子計(jì)算機(jī)的真實(shí)運(yùn)算環(huán)境，用來(lái)驗(yàn)證和開發(fā)新的算法。

5、量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用前景

目前經(jīng)典的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，解決很多難題。但依然存在一些難解問(wèn)題，它們的計(jì)算需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源，以致在宇宙時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成。量子計(jì)算研究的一個(gè)重要方向就是致力于這類問(wèn)題的量子算法研究。量子計(jì)算機(jī)首先可用于因子分解。因子分解對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)而言是難解問(wèn)題，以至于它成為共鑰加密算法的理論基礎(chǔ)。按照Shor的量子算法，量子計(jì)算機(jī)能夠以多項(xiàng)式時(shí)間完成大數(shù)質(zhì)因子的分解。量子計(jì)算機(jī)還可用于數(shù)據(jù)庫(kù)的搜索。1996年，Grover發(fā)現(xiàn)了未加整理數(shù)據(jù)庫(kù)搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算法，在量子計(jì)算機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)未加整理數(shù)據(jù)庫(kù)Ⅳ的平方根量級(jí)加速搜索，而且用這種加速搜索有可能解決經(jīng)典上所謂的NP問(wèn)題。量子計(jì)算機(jī)另一個(gè)重要的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)視覺，計(jì)算機(jī)視覺是一種通過(guò)二維圖像理解三維世界的結(jié)構(gòu)和特性的人工智能。計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)重要領(lǐng)域是圖像處理和模式識(shí)別。由于圖像包含的數(shù)據(jù)量很大，以致不得不對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。這種壓縮必然會(huì)損失一部分原始信息。

作者簡(jiǎn)介：

第8篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

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

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

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

一、引言

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

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

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

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

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

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

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

二、時(shí)空的哲學(xué)認(rèn)知與物理學(xué)描述

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

四、狹義相對(duì)論中“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

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

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

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

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

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

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

狹義相對(duì)論中，物質(zhì)告訴時(shí)空在運(yùn)動(dòng)方向如何修正測(cè)量單位，時(shí)空告訴物質(zhì)如何長(zhǎng)度收縮、時(shí)間減緩。時(shí)空具有相對(duì)性。

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

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

五、廣義相對(duì)論中“現(xiàn)象對(duì)觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

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

廣義相對(duì)論時(shí)空是彎曲的，時(shí)空度規(guī)是變化的。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

將靜態(tài)場(chǎng)物質(zhì)球?qū)懗勺孕▌?dòng)形式：Ψ0=е■，描述在復(fù)空間。ω0是常數(shù)，它的變化只與自身坐標(biāo)系時(shí)間t0相關(guān)，全空間分布（物理本體所在空間）。設(shè)建在“靜態(tài)”場(chǎng)物質(zhì)球上的坐標(biāo)系為K0，觀察微觀客體從靜止開始作蛩僭碩，由洛倫茲變換：

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

七、結(jié)論與討論

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

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

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

注釋：

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

{18} 參見倪光炯等：《近代物理學(xué)》，上海科學(xué)技術(shù)出版社1980年版。

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

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

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

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

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

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

第9篇：量子力學(xué)經(jīng)典理論范文

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；現(xiàn)代物理；地方應(yīng)用型高校

筆者于1997年畢業(yè)于衡陽(yáng)師范高等專科學(xué)校物理教育專業(yè)，那時(shí)用的是專科學(xué)校自編的量子力學(xué)教材，內(nèi)容較簡(jiǎn)化，學(xué)習(xí)起來(lái)較吃力；2005年進(jìn)入湖南師大讀研后，又學(xué)習(xí)了高等量子力學(xué)，許多東西似懂非懂；2016年開始向本科生講授量子力學(xué)課程，也只有在這時(shí)候，才懂得了困惑自己多年的一些問(wèn)題。從這個(gè)歷程中，可見學(xué)好量子力學(xué)這門課程是多么難。

一、教學(xué)指導(dǎo)思想

正因?yàn)檫@門課程很難學(xué)，所以不能期望太高，何況在生源較差的地方應(yīng)用型高校。與此同時(shí)，教師要以人才市場(chǎng)需求和學(xué)術(shù)發(fā)展為雙重依據(jù)，保持學(xué)科體系的完整性，把量子力學(xué)教好。對(duì)于若干個(gè)學(xué)生中的精英，要使其受到完整的課程體系訓(xùn)練，培養(yǎng)物理學(xué)科的領(lǐng)頭雁；而對(duì)于其他學(xué)生，則通過(guò)教學(xué)方式和考核方式的多樣性，讓其順利通過(guò)這些理論性較強(qiáng)的課程考核，培養(yǎng)物理文化的傳播者。

筆者采用的教學(xué)方式以傳統(tǒng)講授法為主，PPT用得很少。因?yàn)檫@門課程必須經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)演算和推導(dǎo)，才能對(duì)量子世界有所理解。不要求學(xué)生步步推導(dǎo)，但教師至少要去一步一步地算，給學(xué)生留下深刻的印象，讓學(xué)生知道，做學(xué)問(wèn)是老老實(shí)實(shí)地工作。每章結(jié)束后，設(shè)置一個(gè)小測(cè)試，題目來(lái)自上課時(shí)講的一些重點(diǎn)概念、符號(hào)、規(guī)律以及一些簡(jiǎn)單的公式推導(dǎo)。這樣可以保證學(xué)生能從書本里查找答案，掌握基本知識(shí)。

二、正確看待學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況

學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況也如所預(yù)料的一樣，認(rèn)真聽的只有幾個(gè)有考研意愿的人，其他人幾乎是以玩手機(jī)來(lái)消磨時(shí)間。小測(cè)試的時(shí)候，總有十多人先不做，坐等別人的答案。筆者認(rèn)為，教育不能指望人人都會(huì)成為精英，能成為“欲栽大樹柱長(zhǎng)天”的人只需幾個(gè)即可。同一個(gè)專業(yè)里，也需要各種層次的人才，如理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)操作、知識(shí)傳播、人際協(xié)調(diào)，等等。量子力學(xué)教師需要關(guān)注學(xué)生的聽課狀態(tài)，以人人能學(xué)會(huì)為原則（教育機(jī)會(huì)均等），隨時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)策略；同時(shí)也要牢記自己的使命，把量子力學(xué)的靈魂傳播到位，把它的科學(xué)精神傳播到位。

三、量子力學(xué)的魂與精神

量子力學(xué)的魂是：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不確定的，只能用概率波去描述；微觀粒子的運(yùn)動(dòng)能量不是連續(xù)的，而是離散的；測(cè)量微觀粒子的力學(xué)量時(shí)得不到確定值，只能得到系列的可能值及其出現(xiàn)的概率，但它們的統(tǒng)計(jì)值是確定的，即得到的宏觀量；量子力學(xué)里的微觀粒子不一定是電子質(zhì)子等實(shí)物粒子，還可能是經(jīng)過(guò)一次量子化和二次量子化后的某種運(yùn)動(dòng)單元，如電磁場(chǎng)光子、諧振子粒子。量子力學(xué)的精神是：科學(xué)研究是一件嚴(yán)肅的事情，必需老老實(shí)實(shí)地演算和推導(dǎo)，來(lái)不得半點(diǎn)投機(jī)取巧。

四、教學(xué)心得體會(huì)

1.量子力學(xué)的研究對(duì)象。量子力學(xué)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，但是課本開始介紹的黑體輻射卻是能觀察到的宏觀現(xiàn)象，這該怎樣理解？一是將空窖里的輻射場(chǎng)當(dāng)成大量微觀粒子組成的系統(tǒng)，它們服從Bose-Einstein分布l=ωl/（eβεl-1），只是它們不是有原子分子結(jié)構(gòu)的實(shí)物粒子罷了。二是認(rèn)為這些粒子的能量是量子化的εl=ω，不再是宏觀的連續(xù)能量了。這樣一來(lái)，物體的輻射就是發(fā)射和吸收微觀粒子的過(guò)程了。

2.二次量子化。把輻射場(chǎng)處理成能量量子化的大量微觀粒子，把原點(diǎn)附近做振動(dòng)的原子或分子處理成能量量子化的線性諧振子等就是一次量子化。最簡(jiǎn)單的二次量子化就是體現(xiàn)在對(duì)線性諧振子的處理上。線性諧振子的能級(jí)是分立的，En=ω（n+1/2），τΦ謀菊魈為Ψn。由于相鄰能級(jí)上的本征態(tài)具有遞推關(guān)系，即由Ψn可以推出Ψn-1或Ψn+1這時(shí)又把態(tài)Ψn看成是由n個(gè)粒子組成的系統(tǒng)，每個(gè)粒子具有能量E=ω，這樣一來(lái)，遞推關(guān)系里的算符就可以看成產(chǎn)生算符和湮滅算符了。

3.不確定性。這點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)有某種相似性。統(tǒng)計(jì)力學(xué)并不知道微觀粒子確定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以只好假定每種微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)的概率相等，即等概率原理。這樣一來(lái)，就可以理解測(cè)量微觀粒子的力學(xué)量時(shí)，得不出確定值的原因，只能得出一系列的可能值以及這些可能值出現(xiàn)的概率。同樣，描述粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也只能用概率波來(lái)描述了。