量子力學與量子糾纏的關系精選(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與量子糾纏的關系主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：量子力學與量子糾纏的關系范文

立足大背景　尋求新發展

量子信息物理，顧名思義，這是一個由信息科學與量子力學學科交叉產生的、全新的研究方向。

“這門學科的出現有其重要的意義。”崔海濤介紹，“根據摩爾(Moore)定律，每18個月，計算機微處理器的速度就會增長一倍，其中單位面積(或體積)上集成的元件數目也會相應地增加。可以預見，在不久的將來，芯片元件就會達到它能以經典方式工作的極限尺度。因此，如何突破這種尺度極限是當代信息科學所面臨的一個重大科學問題。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果，發揮量子相干特性的強大作用，探索以全新的方式進行計算、編碼和信息傳輸的可能性，為突破芯片極限提供新概念、新思路和新途徑。”“量子力學與信息科學結合，不僅充分顯示了學科交叉的重要性，而且量子信息的最終物理實現，會導致信息科學觀念和模式的重大變革。”崔海濤說。

時至今日，量子信息技術的發展不僅引起了學術界的關注，各發達國家也針對其制定了本國的研究發展規劃，以期搶占未來信息科技的制高點，并投入大量人力、物力用于支撐該領域的基礎性、前瞻性的研究。我國也于2006年9月了國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)，將以量子調控技術為代表的量子信息技術的研究納入到基礎研究重大科學研究計劃當中。正如《綱要》中所描述的那樣：“以微電子為基礎的信息技術將達到物理極限，對信息科技發展提出了嚴峻的挑戰，人類必須尋求新出路，而以量子效應為基礎的新的信息手段初露端倪，并正在成為發達國家激烈競爭的焦點。量子調控就是探索新的量子現象，發展量子信息學、關聯電子學、量子通信、受限小量子體系及人工帶隙系統，構建未來信息技術理論基礎，具有明顯的前瞻性，有可能在20～30年后對人類社會經濟發展產生難以估量的影響。”崔海濤團隊的研究項目就是在這一大背景下展開，致力于解決量子信息技術中關鍵的、基礎性的問題，并對相關實驗技術的發展產生重要的理論指導作用。

緊扣量子糾纏　順通量子信息

細看崔海濤的研究履歷，其關鍵詞便是“量子糾纏”。

“如果說量子信息主要是基于量子力學的相干特征、重構密碼、計算和通訊的基本原理，那么，量子糾纏在其中發揮的是非常重要而且非常基本的作用。”在多年的學習和研究過程中，崔海濤認識到，一方面，許多重要的量子信息技術都需要量子糾纏的參與才能實現，例如，量子遠程傳態、量子保密通訊、量子密鑰分發等；另一方面，由于量子體系與其他自由度的相互作用，這種作用最終導致體系的自由度與其他自由度的量子糾纏，由于環境選擇的結果，量子體系的相干性質會逐漸消失，此即所謂退相干過程。退相干是實現量子信息過程所面臨的最大障礙，如何有效克服退相干，延長量子體系的相干時間是當前量子信息技術研究的前沿課題。“就是這樣奇特的物理性質，物理學家們對它的理解至今也非常有限，這嚴重制約了量子信息技術的發展，因此，建立對量子糾纏普遍的物理理解已經成為當今量子信息領域最為急迫需要解決的問題之一。”

如何建立對多體量子態糾纏的普遍理解?如何在具體的物理系統中制備糾纏的量子多體態?看上去，只要解決了這兩個問題，量子糾纏就不再是瓶頸，然而，真的如此簡單么?“最直觀的做法是將兩體糾纏的理解推廣到多體。但經事實證明，這種推廣具有很大的局限，因為量子多體態的糾纏具有遠比兩體糾纏更為豐富的內容。”接著，崔海濤進行了舉例說明，“在3量子比特中，存在兩個隨機定域操作與經典通訊操作下不等價的三體糾纏態；GHZ態和W態。它們都是真正的三體糾纏態，卻表現出完全不同的糾纏性質。對于GHZ態，任意一個或兩個量子比特的約化密度矩陣都是單位陣；而W態，通過對任一量子比特的測量，可以得到其他兩個量子比特的最大糾纏態。4個量子比特情況就更為復雜，迄今為止也沒有一個完整的分類。”

直觀推廣不成，崔海濤又開始考慮換角度鉆研。他認為，多體糾纏的度量應該包括兩方面的內容：糾纏模式(pattern)和糾纏強度(intensity)。糾纏強度即糾纏的大小，現已有一些比較好的度量方式，如幾何糾纏；糾纏模式則是指對應多體糾纏的分類。而伴隨著糾纏模式，又出現了一個新的問題――多體態不同糾纏模式表示什么樣的物理意義?“因為這涉及到如何在實驗室中制備不同的多體糾纏。不同的糾纏模式必然對應完全不同的物理性質，SLOCC不等價關系的存在也限制了從‘最大糾纏態’得到其他任意糾纏態的可能。對于不同的糾纏模式，我們需要不同的物理系統(Hamilton量)來制備。這些系統之間又是怎樣的關系呢?”

為了解惑，在國家自然科學基金項目“幾何相與量子糾纏的理論研究”和“多體系統中的量子糾纏及其幾何分類的理論研究”的支持下，崔海濤帶領研究團隊在此研究方向上刻苦鉆研多年，并取得了一些深刻的認識。通過附加對稱性的要求，例如，量子態的平移不變性質，他們發現完全可以普遍地建立這些多體糾纏態間的等價關系。而且，經進一步研究發現，這些等價關系可以通過態的幾何性質很好地區分。也就是說，不等價的多體糾纏對應體系的不同幾何結構。更為重要的是，這些幾何結構可以通過幾何相物理地加以描述。多體糾纏中的非平庸幾何結構的發現并不是孤立的，聯系最近凝聚態體系中相關幾何效應的發現，有理由相信他們之間存在某種形式的聯系。相關的研究工作正在進行中。

事實上，圍繞多體系統中的幾何相與量子糾纏的理論問題，崔海濤自攻讀博士期間就產生了濃厚的興趣。特別是近5年來，陸續發表了一些高水平的學術成果，并主持承擔了一些科研項目。迄今為止共發表學術論文22篇，均為SCI收錄，論文總引用次數137次，他引超過80次。其中，有7篇文章發表在國際權威物理學期刊“Physical Review A”上。2007年發表在“Physics Letter A”上的論文“A Study on the suddendeath of entanglement”已被引用60次(他引57次)，其他論文亦有不同程度的引用。

對于熱愛這項研究的崔海濤來說，這種對未知科學世界的探索是他甘之如飴的興趣和追求，也是他情愿腳踏實地“做一輩子的職業”。

第2篇：量子力學與量子糾纏的關系范文

1.量子通信的基本原理及發展

量子是對原子、電子、光子等物質基本單元的統稱。量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式，是量子論和信息論相結合的新研究領域。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等。

1.1量子通信的起源

量子通信起源于19世紀20年代的“量子糾纏”。在量子力學中，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關系，不管它們被分開多遠，只要一個粒子發生變化，就能立即影響到另外一個粒子，即兩個處于糾纏態的粒子無論相距多遠，都能“感知”和影響對方的狀態，類似于人類的“心靈感應”。值得一提的是，盡管愛因斯坦最早注意到微觀世界中這一現象的存在，卻不愿意接受它，并把它斥之為“幽靈般的超距作用（spooky action at a distance）”，認為在量子力學的詮釋背后一定有著更根本的規律，它們才能正確、全面地解釋量子現象。

1.2量子通信的雛形

量子通信的概念是美國科學家貝內特（C.H.Bennett）于1993年提出，即是由量子態攜帶信息的通信方式，利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現保密通信過程。量子通信的概念提出后，有6位來自不同國家的科學家基于量子糾纏理論，提出了利用衛星網絡、光纖網絡等傳統信道與量子糾纏技術相結合的方法，實現量子隱形傳送的方案，即將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態上，而原來的粒子仍留在原處，這就是量子通信最初的基本方案。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。

1.3量子通信的現狀

目前對量子通信的理論方案和實驗研究，主要集中于利用光纖信道和點對點的陸地無線光信道。在標準光纖信道中，2007年6月，一個由奧地利、英國、德國研究人員組成的小組，在量子通信研究中創造了通信距離144公里的紀錄。在點對點通信上，2008年，在《新物理學》（New Journal of Physics）雜志上，一支意大利和奧地利科學家小組宣布，他們首次識別出從地球上空1500公里處的人造衛星上反彈回地球的單批光子，實現了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。在多點通信上，2009年9月，中國科學技術大學潘建偉教授領銜的科研團隊，建成了3節點鏈狀16公里的自由空間量子信道，并在此基礎上建成了世界上首個全通型量子通信網絡，首次實現了實時語音量子保密通信，在23km的自由空間信道中，實現了基于單光子的量子密鑰分配；在600m的自由空間中實現了基于糾纏光子對的量子密鑰分配實驗。如果按照這種速度發展下去，量子通信預計在2020年之前就可以進入實用。

2.量子通信的主要特點

量子通信與成熟的傳統通信技術相比，具有以下主要特點：一是保密性強。量子密碼通信其實不在于密碼通信本身，量子密碼技術不是用于傳輸密文，而是用于建立傳輸密碼本。根據海森伯不確定性原理和量子不可克隆的特點，信息的量子比特或量子位一經檢測，就會產生不可還原的改變，用量子位傳遞加密信息，若在到達預定接收者途中被竊取，預定接收者肯定能夠發現。再加上量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，且絕對不會重復使用，確保了通信的保密安全。

二是隱蔽性高。量子通信利用單量子糾纏現象，使光子、電子甚至是原子之間能相互影響（制約），從而傳遞信息。當其中的一個量子發送信息時，它本身并不移動，也不用借助其他媒介，另一個相關量子自然會接收到這個信息，空間距離和中間介質將不再成為通信的障礙。由于量子通信過程不存在任何電磁輻射，無論現有的無線電探測系統性能如何先進，對量子通信這種完全無“電磁”的通信目標，也是無能為力的。

三是應用性廣。由于量子通信過程與傳播媒質無關，傳遞的過程不會被任何障礙阻隔，甚至量子隱形傳態過程中可穿越大氣層，所以說量子通信的應用非常廣泛，它既可以在太空中進行通信，又可以在海底等惡劣條件下通信，還可以在光纖等介質中進行信息“傳遞”。應用到衛星通信、深海通信、太空通信和光纖通信等領域的前景廣闊。

四是時效性高。由于量子通信時延為零，可以實現超光速通信，將極大地提高通信速度；量子通信具有空間遠距離、大容量、易組網等特點，可以用來構筑高速、大容量的通信網絡，用于高清晰度圖像、大容量、超高速數據的傳輸，便于建立量子因特網。

3.量子通信的應用前景

3.1建立全新衛星通信網

由于單光子在現在的硅光纖和陸上自由空間中的傳輸距離受到了限制，使量子通信的距離目前只有百余公里，無法實現全球范圍意義上的量子通信。現在已經得到廣泛應用的衛星通信和空間技術，給全球范圍的量子通信提供了一種新的解決方案。即可以通過量子存儲技術與量子糾纏交換和純化技術的結合，做成量子中繼器，突破光纖和陸上自由空間鏈路通信距離短的限制，延伸量子通信距離，實現真正意義上的全球量子通信。

3.2構建超光速信息網絡

隨著量子通信技術的研究突破和日趨成熟，可以利用量子隱形傳態以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特點，建立有特殊需求的超光速量子通信網絡。利用量子通信網絡可實現大容量、高速率信息傳輸處理及按需共享，滿足信息綜合分析及輔助決策的需求。

3.3用于深海通信

目前岸基與深海之間的通信是采用長波通信方式，不僅系統龐大、設備造價高、抗毀性差，而且僅能實現海水下百米左右的通信。量子通信不同于傳統的“波”通信，在同等條件下，量子通信獲得可靠通信所需的信噪比，要比其他現有通信手段低30～40dB，加之量子通信的光量子隱形傳態與傳播媒質無關，這為深海通信開辟了一條嶄新的途徑。

3.4用于隱蔽保密通信網

通信隱身的關鍵之一是要降低電磁輻射，而目前的無線電通信都要依靠電磁波傳輸信號，特別是遠程無線電通信需要輻射很強的電磁波，即使是激光通信，也要輻射很強的光波，而量子通信既無電磁波輻射，也無強光波輻射，且采用“一次一密”的加密方式，密碼具有“不可破特性”和“竊聽可知性”，從而確保了信息傳輸的安全，提高了信息保護和信息對抗能力。

第3篇：量子力學與量子糾纏的關系范文

關鍵詞 PPKTP晶體；飛秒激光；倍頻

中圖分類號 O437文獻標識碼 A文章編號 10002537（2014）03005805

“量子糾纏”被稱為“量子力學的精髓”[1]，它“反映了量子力學的本質——相干性、或然性和空間非定域性”[2]，這些性質深刻影響著人們對物理世界的認知和理解，同時也為人們探索物理世界提供了全新的方法、手段和資源.在量子計算和量子通信等領域，量子糾纏已經得到了廣泛應用[34]，而這些應用得益于人們不斷制備出新型高效率的量子糾纏源.在多光子糾纏研究領域，研究者常利用780 nm的飛秒激光脈沖經過LBO等非線性晶體，倍頻產生390 nm激光脈沖，再利用參量下轉換過程產生糾纏光子對[5]和多光子糾纏態[6].但是，LBO晶體二階非線性系數較低，需要較高的基頻激光能量，而且制備的390 nm激光模式較差.作者在本研究中，利用單脈沖能量僅為0.66 nJ、功率165 mW的 780 nm飛秒激光，倍頻得到單脈沖能量0.09 nJ、功率23 mW的390 nm的紫外脈沖激光，轉換效率為 13.9%，且激光模式極優、線寬很窄.這為利用PPKTP等新型高效率的非線性晶體，研制低功耗、小體積、高效率的新型多光子糾纏源，提供了一種有價值的紫外激光光源.

1 周期極化晶體倍頻的理論

2 倍頻實驗裝置

采用準相位匹配技術實現飛秒激光脈沖PPKTP晶體倍頻實驗.實驗中，使用Menlosystem公司MFiber A 780的飛秒激光作為基頻光，輸出激光的中心波長為780 nm、脈寬為100 fs、重復頻率為250 MHz、功率為165 mW、脈沖的峰值能量為0.66 nJ.該激光光束為高斯型光束，M2因子為1.02.用光束分析儀測量得到的光束亮斑（如圖1所示），光束直徑約為1 mm.用高分辨率光譜儀測量得到了激光脈沖的光譜圖（如圖2所示），頻譜寬約為15 nm.

圖1 基頻光光斑

Fig.1 The light spot of fundamental frequency light

圖2 基頻光光譜

Fig.2 The spectrum of fundamental frequency light

利用PPKTP晶體進行飛秒激光脈沖倍頻實驗的裝置如圖3所示.基頻光從激光器出射，經兩個反射鏡M（780 nm反射鏡）準直，通過聚焦透鏡L耦合到I型PPKTP晶體中.基頻光的偏振方向為豎直方向（Vertical），與PPKTP晶體的本征偏振方向（Vertical）相同，保證了倍頻實驗的最優實現.PPKTP晶體的尺寸為10 mm×2 mm×1 mm（長×寬×高），極化周期為2.95 μm，兩端面均鍍有780 nm和390 nm激光增透膜.將PPKTP晶體置于晶體溫控爐中，溫控爐被固定在三維平移臺上.溫控爐的溫度調節范圍為25 ℃到200 ℃，精度為0.1 ℃.選擇合適的聚焦透鏡L，并精確調節PPKTP晶體的位置，使光束束腰位于晶體中心.

圖3 實驗裝置圖

Fig.3 Experimantal setup

光束經PPKTP晶體，獲得390 nm倍頻紫外光（但其中混雜780 nm基頻光及其他雜散光）.隨后，光束經過6個光學器件，包括4個45°雙色分光鏡（M1、M2、M5、M6）和2個濾波片（M3、M4），其中M1、M2、M5、M6為高反390 nm（反射率99.9%）高透780 nm（透過率98%）的雙色分光鏡，M3為785 nm帯阻濾波片（Tavg>80% 350～400 nm；Tavg > 93% 400～742.1 nm；Tavg>93% 827.9～1 600 nm；ODabs>6 785 nm），M4為390 nm帶通濾波片（Tavg>90% 381～399 nm；ODavg>5 200～340 nm；ODavg>3.3 340～345 nm；ODavg > 3.3 423～428 nm；ODavg > 5 428～1 000 nm）.按照圖3擺放PPKTP晶體后的光學器件，其一是為了較好地濾掉780 nm泵浦光及其他雜散光，得到純凈單一的390 nm倍頻光；其二是為了給接下來利用Ⅱ型參量下轉換過程制備量子糾纏源的實驗提供方便.最后，對倍頻光進行功率測量和光譜分析.

3 倍頻實驗過程與結果

實驗中將中心波長為780 nm、頻譜寬為15 nm、脈寬為100 fs、重復頻率為250 MHz、輸出功率為165 mW的飛秒激光脈沖作為基頻光.

參考Boyd和Kleinman對倍頻實驗中高斯光束聚焦問題的研究[10]，根據高斯光束傳播規律[11]，可計算得到倍頻實驗中聚焦在PPKTP晶體中心的光束的最佳束腰半徑為22 μm. 實驗中選擇不同焦距的聚焦透鏡，使光束束腰位于PPKTP晶體的中心位置，經PPKTP晶體倍頻后，分別測量倍頻光的光功率，并計算倍頻效率（倍頻效率=倍頻光功率/泵浦光功率×100%），具體結果見表1.

由表1可知，用F=50 mm的聚焦透鏡比用F=100 mm的聚焦透鏡進行倍頻實驗得到的倍頻效率要高，但用F=50 mm的聚焦透鏡進行實驗時，觀察到390 nm倍頻光模式不斷變化，且功率不斷下降，倍頻光如圖4所示.這是光致折射效應（激光脈沖與介質相互作用時會引起介質折射率的改變）所導致的光束發散或畸變的現象.若入射激光的強度超過晶體介質的強度損傷閾值，還會引起晶體介質的結構和性質的改變，使晶體受到損害.

經過綜合考慮，作者最后選擇了焦距F=100 mm的聚焦透鏡，PPKTP晶體中心光束的腰斑半徑約為42 μm.

在選擇聚焦透鏡焦距F=100 mm的情況下，緩慢改變晶體溫度（間隔0.1 ℃）測量得到倍頻光功率隨晶體溫度變化的關系曲線（如圖5所示）.從圖中可以確定晶體的最佳倍頻溫度為55 ℃左右，但是，不同于連續激光倍頻實驗[1213]，利用飛秒激光脈沖進行PPKTP晶體倍頻實驗時，倍頻光功率對晶體溫度并不敏感，倍頻效率的變化很小.這是由秒激光的光譜較寬，實驗中不僅有二倍頻效應還有和頻效應，因此在較寬的溫度范圍內，不同波長的和頻效應依次發生，而輸出功率基本保持恒定.

倍頻實驗中獲得的390 nm紫外倍頻光滿足利用Ⅱ型參量下轉換過程制備糾纏光子實驗對于泵浦光的要求.

4 結束語

對脈寬為100 fs超短激光脈沖在PPKTP晶體中的倍頻進行了實驗研究，并分析了倍頻實驗結果，發現倍頻轉換效率對溫度匹配并不敏感，倍頻光譜寬大幅變窄.在單次通過PPKTP晶體的情況下，獲得了光功率約為23 mW、中心波長為390 nm、譜寬為0.6 nm的倍頻光.實驗裝置簡單，便于調節，為 利用PPKTP等新型高效率的非線性晶體，研制低功耗、小體積、高效率的新型多光子糾纏源，提供了一種有價值的紫外激光光源.

參考文獻：

. New York： Cambridge University Press， 1995.

[2] 張永德.信息科學物理原理[M].北京：科學出版社， 2005.

[3] BODIYA T P， DUAN L M. Scalable generation of graphstate entanglement through realistic linear optics[J].Phys Rev Lett， 2006，97（14）：143601.

.Phys Rev Lett， 2005，94（15）：150501.

.Phys Rev A， 2006，73（1）：012316.

. Nature Photonics， 2012，6（4）：225228.

[7] 李淳飛.非線性光學[M].北京：電子工業出版社， 2009.

.Phys Rev Lett， 1961，7（4）：118119.

.Phys Rev， 1962，127（6）：19181939.

[10] BOYD G D， KLEINMAN D A. Parametric interaction of focused gaussian light beams[J]. J Appl Phys， 1968，39（8）：35973639.

[11] 周炳琨.激光原理[M].北京：國防工業出版社，2009.

第4篇：量子力學與量子糾纏的關系范文

[關鍵詞]物理學理論 計算機技術 量子計算機

中圖分類號：O4-39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）27-0198-01

一、近代物理學理論的發展與現代物理學理論

現代物理學的發展即為19世紀至今，是現代物理學理論發展不斷壯大的時期。

當力學，熱力學，統計學，電磁學都發展的很完善時，有“兩個不穩定因素”打破了物理界的當時的境況，推動了物理學的變革。第一個是邁克爾遜-莫雷實驗，即在實驗中沒測到“以太風”，也就是說不存在真正的參考系，光速與光源運動無關，光速各向同性。第二個是黑體輻射實驗，用經典物理學理論無法解釋實驗結果。

20世紀初，愛因斯坦打破了傳統的物理學理論，提出了俠義相對論，徹底了之前牛頓提出的絕對時空觀的理論。十年后又創立了廣義相對論，闡述了萬有引力的實質。

物理學界的第二個穩定因素――黑體輻射實驗，通過普朗克，愛因斯坦，玻爾等一大批物理學家的努力下，量子力學應時誕生了。隨著薛定諤波動方程解釋物質與波的關系，量子力學愈來愈趨于完善。

量子力學與相對論力學在現代物理學理論發展中是不可忽略的偉大成就。這兩個的研究的對象也發生了改變，由低速到高速，宏觀到微觀等，物理學理論也日趨成熟。

二物理學理論是計算機誕生的基礎

物理學作為理論基礎：隨著微積分、力學三大定律、萬有引力定律，經典光學理論的建立，總所周知的一位偉大的物理學家――牛頓的整個力學的體系也完美的呈現于人們眼中。一對天才數學家布爾和德莫根歷經無數次的推演證明，挖掘出了數理邏輯中那閃耀著最亮的光輝――布爾代數：電磁理論則是偉大的物理學家法拉第和麥克斯文創立的！而微觀領域上的量子力學經由多位物理學家――德布羅意、玻爾、愛因斯坦、海森伯、薛定諤建立;還有電子三極管經過無數次實驗也被德弗雷斯發明出來了。

上世紀40年代，200多位的專家研制小組由美國國防部任命的莫奇利和埃克特領導著并且克服了無數困難，兩年中堅持的開發創新，人類第一臺計算機――ENIAC（1946）在賓夕法尼亞大學研制成功！這不僅是第一臺電子管數字積分計算機更是人類文明進步的一大步。

隨著第一臺計算機的成功研制的第二年，一種不僅小而且安全可靠，又不會變熱，結構也什么簡單的晶體管在美國的科學家巴丁等人研制出來。德克薩斯一器和仙童公司也緊跟著飛速發展的科技的步伐，在1953年成功的生產出了首個集成電路。次年，得克薩斯儀器公司首先的宣布他們擁有了集成電路的生產線，這意味著集成電路可以大量的投入生產和使用，然后TRADIC――首臺晶體管計算機誕生了，這個在體積上要小很多的計算機就誕生了。

伴隨著集成電路的出現，第三代計算機則是誕生在60年代中期。同樣是由IBM公司生產出的IBN600系列計算機成為了第三代計算機的代表產品。早一些的INTEL8080CPU的晶體管集成度超過5000管/片，1977年在一個小小的硅片上就可包含幾萬個管子。

隨著時間的推移，以大比例的集成電路當作邏輯元件和存儲器的第四代計算機也向著微型或巨型改。計算機的處理器也由8086不停地在轉化，到了我們熟知的奔騰系列。

不管是計算機的理論基礎還是硬件設施，其實都是以物理學理論為根本的。物理學理論與計算機技術在未來的日子里互相補益，會不斷的推動科學向前飛速發展的。

三、計算機零件應用的物理學理論

液晶屏，一聽名字就可以想象得到它是以液晶材料為基本組件的。實際上液晶屏就是把液晶材料填充于兩塊平行板之間，并且利用電壓來改變其材料內部的分子排列情況，控制遮光與透光以顯示明暗不同，鱗次櫛比的圖案。如果想要顯示彩色的圖案時，只要把帶著三元色的濾光層加入到兩塊平行板之間就可以了。液晶屏的廣泛應用還因為其功耗十分的低，應用電池的電子產品都可以配置液晶屏。由于液晶介于固態與液態之間，那么就可以既體現固態晶體所有的光學特性，還可以表現出液態的流動特性。總結液晶的物理特性可歸納為：粘性、彈性和其極化性。

目前的CPU一般就是包括三個部分：基板、核心、針腳。大家都知道有一種電腦的硬件的組成的基本單位十分的重要，就是晶體管，而CPU的主要的組成也是晶體管。AMD主流CPU內核在早期的Palomino核心和Thoroughbred-B核心的配備，通常采用3750萬個晶體管，而Barton核心使用了5400萬個晶體管，核心Opteron處理器使用多達1.06億個晶體管;。因此，實際上說的CPU核心構成的最基本單位就是晶體管的的芯數，針腳。所說的基板通常是印刷電路板，它承載著核心與針腳。然后該晶體管通過電路連接，成為一個不可或缺的整體，然后可以去分成不同的執行單元，每個單元又可以去處理不同的數據，這樣有秩序的完成每個任務，才會準確而快速，這也是CPU為何擁有如此強大的處理能力的原因。

其實還有很多的零件都運用了大量的物理學理論。下面向大家介紹一下比較先進的計算機――量子計算機。

四、簡介量子計算機

從物理觀點看，計算機是一個物理系統.計算過程是一個物理過程。量子計算機是一個量子力學系統，量子計算過程就是這個量子力學系統內量子態的演化過程。

量子計算機以量子力學建立邏輯體系，與量子計算機有關的量子力學的原理，即量子狀態的主要性質包括：狀態疊加、干涉性、狀態變化、糾纏、不可復制性與不確定性。

量子計算機具有學術價值和產業價值不可估量。對人類的文明，它實際上是一個很大的進步，我認為最主要的方面則是它的工業價值。最直接的應用各種各樣的量子算法，他就可以用于商用化。

可以回想機器在20年前的悲慘境況和現在的春分得意，利用機器學習是很難在工業部門查找數值，因為計算能力的時候真的很爛。然后還要測試幾個月，誰還有時間來調整參數啊。而這兩十年間，計算機體系結構不斷的優化下，機器學習強大了好多倍。想想看，如果我們比今天的計算能力更強大，我們無法想象一個強大的AI強量子任務不是指日可待？而當每家每戶都有一個量子計算機，互聯網將演變成什么形式？總之，商業量子計算機將是未來科技的發動機，就像蒸汽機是工業文明的象征，量子計算機的前景值得我們期待！

我國科技飛速發展的今天，我們不難發現現代生活已經步入了一個電子的天堂，計算機將會發揮它不可估量的價值，而作文計算機技術的支架――物理學理論也在不斷的發展著，這就要求我們在緊跟著的腳步，努力研究，發現問題、認識問題、解決問題，逐漸的將我們國力壯大，2020年全面建成小康社會。

參考文獻

[1] 王炳根.百年物理學發展的回顧與未來的展望[J].南平師專學報. 1997，04：11-14.

第5篇：量子力學與量子糾纏的關系范文

【關鍵詞】量子場論 還原性 問題

物理中的突現主要是指很多因素，對于系統組成要素具有性質問題，不是在于任何單個要素，因素系統的低層次形成時期才會出現，所以說才成為涌現。系統功能之所以表現是整體會大于部分，是因為系統會涌現出新質因素。人們對于這一個現象的研究是從生物學開始的，后來應用于人工智能和復雜物理理論中，隨著社會現代科學即使發展，出現了很多問題，在整體性為主題中，量子場論的建立都針對很多問題進行發展和研究，也引發了很多原論和反原論問題深入研究。從重整化操作參數中選取任意性理論問題都是沒相關性，場論知識具有自主性理論體系，各個理論之間沒有關系，所以說量子場論涉及當今物理學和哲學領域很多問題。

1 有效場論思想的提出分析

一般意義的有效場論指的是某一個研究領域事物內在機制理論問題，也就是用粒子物理學家話來說就是有效理論對于物理參數空間物理實體描述，從物理學看，很多物理學理論都是隨著不斷變化而形成了多樣性，也就是同一物理實體中的粗放型和精致形理論，這就構成了物理學參數空間唯像學理論研究。不需要費心去尋找一個物理終極理論，只要能夠恰當的描述一切現象就可以了，從本質上講也就是說對于物理具有本身局限性，是反映物理世界信息模型問題。

為了能夠很好協調量子力學和相對論之間量子場論，就應該考慮到二次量子化，也就是一種包含粒子生產的基本粒子問題，在數學中量子場論系統擁有無窮自由度，數學中對于理論有很多新的要求，對于重整化問題解釋爭論也是突出表現了場論思想提出，從歷史發展來看，重整化理論是具有一定場論理論依據的。對于有效場論思想提出都有一定追溯作用。

從重整化方法發展歷史看，有效思想在建立量子場論中是非常富有啟發作用的，量子場論語言的作用是非常恰當描述依賴作用的，本質就是能夠超級力量。有效理論思想可以很好推動量子場論深入發展，也就是說基礎物理學家說的基礎物理學問題，本質上就是高能物理學和低能物理學之間相互隔離和各個擊破研究問題。如何劃分物理現象標準能否跨度，形式隨著精度分化不斷變化，也就是在重整化基礎上能夠實現對于理論重整。能夠就會出現很多處理重整化物理學理論發展的初始階段是處理量子電動力學發散引進方法，對于物理學家首先應該引起截至作用，將發散部分吸收，然后再進行重新定義理論參數問題，在這個過程就會出現很多處理方法問題，重整方法從此就會成功開始。隨著測試現象尺度變化物理學作用和結構也會發生變化，接著人們就會緩慢減小截至思想指導，運用重整化參數變化情況進行更深度分析和研究，有效的將參數和分數關系用數學方式描述出來。能夠在群方程參數變化中，降低重整化的有限維子叢。有效的低能理論有別于高能的情形，不同的高能日量可能 會產生相同低能日量，事實上在數眾多不同質量粒子共存體系中，系統能量遠會小于粒子質量，這時質量扮演截至就可以近似重整化有效場論，質量的影響也會相互作用不可重整化，一種新的可重整化量子場論理論廣泛應用自然會導致人們對于基礎物理學看法，這種觀點的轉變結果是量子場論的標準模型問題。

2有效場論引發的爭論問題

人們認為基礎物理學研究宇宙物質基礎結構和物質運動規律的學科，所以說近代自然科學追求的確定性和必然性，根據這個觀點對于高能物理學享有的基礎地位和粒子物理學的終極理論都是有一定領地的。從弱點理論到量子色動力學發展起來的標準模型，在基礎物理研究中都具有里程碑意義和作用，根據標準模型可以看出，物質有夸克和輕子組成，他們之間相互作用可以用一個統一規場論來完成，量子場論這種進展就是重整化方法更加深入人心。

重整化概念對于標準模型哲學基礎構成需要更加深入分析和研究，在理論早起時候，重整化的概念在處理微饒問題時，物理學家對于突現駕駛主要是糾纏于兩種備選方案，就是前面提及到的還原論和反還原論述，分別指的是高能物理學和凝聚態物理學問題。粒子高能物理學的科學家以高能物理學基礎來辯護，就是粒子物理學提升了人們對于物理世界的認識，引領人們一步步走到宇宙絕對性結構面前，在還原論中也有很多關鍵性詞語，所以說凝聚物理學家工作和粒子物理學家工作是一樣的基礎性。

還原重整化概念建立的歷史進行實證分析，確實是可以提供理論之間相關性依據問題，但是這種論證本身沒有堅實基礎。理論之間聯系建立只是局限于特定語境，另外理論之間是否存在基礎性問題，也只是局限于各種文化層次之間，理論是否具有一定基礎性爭論，將是未來人類文明發展的重要問題。也就是理論之間存在內在很多聯系，反還原階段基于突現事實理論之間聯系，量子場確實恰當又方面的描述了特定精度物理現象問題。根本上依賴于特定語境中和物理相對應的世界，其中包括主觀意向、理論背景和實驗測量問題等，所以要不斷結合各種綜合要素進行分析和科學解釋人類現象。

3結語

粒子物理中物理場論等多個理論之間相互競爭并存在很多現象，有效的微觀世界信息，可以反映客觀理論語境，這樣就會避免工具主義無法解釋參量問題，和實在主義經驗數據問題，總之就是客觀事物本身是非常豐富多彩和復雜多變的，一種語言描述復雜事物行不通，對于還原論和反還原論爭論，問題不是一方壓倒另一方，而是要相互之間能夠互補，全面客觀的把兩者進行相互結合起來，做到最大限度的兼收并蓄、取長補短和綜合統一。

參考文獻：

[1] 王博濤，舒華英.基于自組織理論的信息系統演化研究[J]；北京郵電大學學報（社會科學版），2006年01期.

[2] 林禎祺.從量子論到玻色-愛因斯坦統計[J]；重慶師范大學學報（自然科學版），2006年04期.

[3] 聶耀東，彭新武.復雜性思維?中國傳統哲學?深層生態學[J]；思想理論教育導刊；2005年04期.

第6篇：量子力學與量子糾纏的關系范文

馬克思曾明確指出：“一門科學只有當它達到了能夠成功地運用數學時，才算真正發展了。”這是對數學作用的深刻理解，也是對科學化趨勢的深刻預見。事實上，數學的應用越來越廣泛，連一些過去認為與數學無緣的學科，如考古學、語言學、心理學等現在也都成為數學能夠大顯身手的領域。數學方法也在深刻地影響著歷史學研究，能幫助歷史學家做出更可靠、更令人信服的結論。這些情況使人們認為，人類智力活動中未受到數學的影響而大為改觀的領域已寥寥無幾了。

二、數學：科學的語言有不少自然科學家、特別是理論物理學家都曾明確地強調了數學的語言功能。例如，著名物理學家玻爾（N.H.D.Bohr）就曾指出：“數學不應該被看成是以經驗的積累為基礎的一種特殊的知識分支，而應該被看成是普通語言的一種精確化，這種精確化給普通語言補充了適當的工具來表示一些關系，對這些關系來說普通字句是不精確的或過于糾纏的。嚴格說來，量子力學和量子電動力學的數學形式系統，只不過給推導關于觀測的預期結果提供了計算法則。”（注：《原子物理學和人類知識論文續編》，商務印書館1978年版。）狄拉克（P.A.M.Dirac）也曾寫道：“數學是特別適合于處理任何種類的抽象概念的工具，在這個領域內，它的力量是沒有限制的。正因為這個緣故，關于新物理學的書如果不是純粹描述實驗工作的，就必須基本上是數學性的。”（注：狄拉克《量子力學原理》，科學出版社1979年版。）另外，愛因斯坦（A.Einstein）則更通過與藝術語言的比較專門論述了數學的語言性質，他寫道：“人們總想以最適當的方式來畫出一幅簡化的和易領悟的世界圖像；于是他就試圖用他的這種世界體系來代替經驗的世界，并來征服它。這就是畫家、詩人、思辨哲學家和自然科學家所做的，他們都按照自己的方式去做。……理論物理學家的世界圖象在所有這些可能的圖象中占有什么地位呢？它在描述各種關系時要求盡可能達到最高標準的嚴格精確性，這樣的標準只有用數學語言才能做到。”（注：《愛因斯坦文集》第1卷，商務印書館1976年版。）

一般地說，就像對客觀世界量的規律性的認識一樣，人們對于其他各種自然規律的認識也并非是一種直接的、簡單的反映，而是包括了一個在思想中“重新構造”相應研究對象的過程，以及由內在的思維構造向外部的“獨立存在”的轉化（在愛因斯坦看來，“構造性”和“思辨性”正是科學思想的本質的思想）；就現代的理論研究而言，這種相對獨立的“研究對象”的構造則又往往是借助于數學語言得以完成的（數學與一般自然科學的認識活動的區別之一就在于：數學對象是一種“邏輯結構”，一般的“科學對象”則可以說是一種“數學建構”），顯然，這也就更為清楚地表明了數學的語言性質。

數學作為一種科學語言，還表現在它能以其特有的語言（概念、公式、法則、定理、方程、模型、理論等）對科學真理進行精確和簡潔的表述。如著名物理學家、數學家麥克斯韋（J.C.Maxwell）的麥克斯韋方程組，預見了電磁波的存在，推斷出電磁波速度等于光速，并斷言光就是一種電磁波。這樣，麥克斯韋創立了系統的電磁理論，把光、電、磁統一起來，實現了物理學上重大的理論結合和飛躍。還有黎曼（Riemann）幾何和不變量理論為愛因斯坦發現相對論提供了絕妙的描述工具。而邊界值數學理論使本世紀二三十年代的遠距離原子示波器的制成變為現實。矩陣理論為本世紀20年代海森堡（W.K.Heisenberg）和狄拉克引起的物理學革命奠定了基礎。

隨著社會的數學化程度日益提高，數學語言已成為人類社會中交流和貯存信息的重要手段。如果說，從前在人們的社會生活中，在商業交往中，運用初等數學就夠了，而高等數學一般被認為是科學研究人員所使用的一種高深的科學語言，那么在今天的社會生活中，只懂得初等數學就會感到遠遠不夠用了。事實上，高等數學（如微積分、線性代數）的一些概念、語言正在越來越多地滲透到現代社會生活各個方面的各種信息系統中，而現代數學的一些新的概念（如算子、泛函、拓撲、張量、流形等）則開始大量涌現在科學技術文獻中，日漸發展成為現代的科學語言。

三、數學：思維的工具數學是任何人分析問題和解決問題的思想工具。這是因為：首先，數學具有運用抽象思維去把握實在的能力。數學概念是以極度抽象的形式出現的。在現代數學中，集合、結構等概念，作為數學的研究對象，它們本身確是一種思想的創造物。與此同時，數學的研究方法也是抽象的，這就是說數學命題的真理性不能建立在經驗之上，而必須依賴于演繹證明。數學家像是生活在一個抽象的數學王國中，然而他們在數學王國的種種發現，即數學結構內部和各種結構之間的規律性的東西，最終還是現實的摹寫。而數學應用于實際問題的研究，其關鍵還在于能建立一個較好的數學模型。建立數學模型的過程，是一個科學抽象的過程，即善于把問題中的次要因素、次要關系、次要過程先撇在一邊，抽出主要因素、主要關系、主要過程，經過一個合理的簡化步驟，找出所要研究的問題與某種數學結構的對應關系，使這個實際問題轉化為數學問題。在一個較好的數學模型上展開數學的推導和計算，以形成對問題的認識、判斷和預測。這就是運用抽象思維去把握現實的力量所在。

其次，數學賦予科學知識以邏輯的嚴密性和結論的可靠性，是使認識從感性階段發展到理性階段，并使理性認識進一步深化的重要手段。在數學中，每一個公式、定理都要嚴格地從邏輯上加以證明以后才能夠確立。數學的推理步驟嚴格地遵守形式邏輯法則，以保證從前提到結論的推導過程中，每一個步驟都在邏輯上準確無誤。所以運用數學方法從已知的關系推求未知的關系時，所得結論有邏輯上的確定性和可靠性。數學的邏輯嚴密性還表現在它的公理化方法上。以理性認識的初級水平發展到更高級的水平，表現在一個理論系統還需要發展到抽象程度更高的公理化系統，通過數學公理化方法，找出最基本的概念、命題，作為邏輯的出發點，運用演繹理論論證各種派生的命題。牛頓所建立的力學系統則可看成自然科學中成功應用公理化方法的典型例子。

第三，數學也是辯證的輔助工具和表現方式。這是恩格斯（F.Engels）對數學的認識功能的一個重要論斷。在數學中充滿著辯證法，而且有自己特殊的表現方式，即用特殊的符號語言，簡明的數學公式，明確地表達出各種辯證的關系和轉化。如牛頓（I.Newton）—萊布尼茲（G.W.Leibniz）公式描述了微分和積分兩種運算之間的聯系和相互轉化，概率論和數理統計表現了事物的必然性與偶然性的內在關系等等（注：孫小禮《數學：人類文化的重要力量》，《北京大學學報》（哲學社會科學版），1993年第1期。）。最后，值得指出的是，數學還是思維的體操。這種思維操練，確實能夠增強思維本領，提高科學抽象能力、邏輯推理能力和辯證思維能力。

四、數學：一種思想方法數學是研究量的科學。它研究客觀對象量的變化、關系等，并在提煉量的規律性的基礎上形成各種有關量的推導和演算的方法。數學的思想方法體現著它作為一般方法論的特征和性質，是物質世界質與量的統一、內容與形式的統一的最有效的表現方式。這些表現方式主要有：提供數量分析和計算工具；提供推理工具；建立數學模型。

任何一種數學方法的具體運用，首先必須將研究對象數量化，進行數量分析、測量和計算。同志曾指出：“對情況和問題一定要注意到它們

的數量方面，要有基本的數量的分析。任何質量都表現為一定的數量，沒有數量也就沒有質量。”（注：《選集》第4卷第1443頁，人民出版社1990年版。）例如太陽系第行星——海王星的發現，就是由亞當斯（J.C.Adams）和勒維烈（U.J.Leverrier）運用萬有引力定律，通過復雜的數量分析和計算，在尚未觀察到海王星的情況下推理并預見其存在的。

數學作為推理工具的作用是巨大的。特別是對由于技術條件限制暫時難以觀測的感性經驗以外的客觀世界，推理更有其獨到的功效，例如正電子的預言，就是由英國理論物理學家狄拉克根據邏輯推理而得出的。后來由宇宙射線觀測實驗證實了這一論斷。

值得指出的是，數學模型方法作為對某種事物或現象中所包含的數量關系和空間形式所進行的數學概括、描述和抽象的基本方法，已經成為應用數學最本質的思想方法之一。模型這一概念在數學上已變得如此重要，以致于許多數學家都把數學看成是“關于模型的科學”。懷特海（A.N.Whitehead）認為：“模式具有重要性的看法和文明一樣古老……社會組織的結合力也依賴于行為模式的保持；文明的進步也僥幸地依賴于這些行為模式的變更。”（注：林夏水主編《數學哲學譯文集》第350頁，知識出版社1986年版。）并進一步指出：“數學對于理解模式和分析模式之間的關系，是最強有力的技術。”（注：林夏水主編《數學哲學譯文集》第350頁，知識出版社1986年版。）物理學家博爾茨曼（L.E.Boltzmann）認為：“模型，無論是物理的還是數學的，無論是幾何的還是統計的，已經成為科學以思維能力理解客體和用語言描述客體的工具。”這一觀點目前不僅流行于自然科學界，還遍布于社會科學界。為自然界和人類社會的各種現象或事物建立模型，是把握并預測自然界與人類社會變化與發展規律的必然趨勢。在歐洲，在人文科學和社會科學中稱為結構主義的運動，雄辯地論證了所有各種范圍的人類行為與意識都有形式的數學結構為基礎。在美國，社會科學自夸有更堅實、定量的東西，這通常也是用數學模型來表示的。從模型的觀點看，數學已經突破了量的確定性這一較狹義的范疇而獲得了更廣泛的意義。既然數學的研究對象已經不再局限于“量”而擴展為更廣義的“模型”，那么，數學概念的本質也在發生嬗變。數學正成為一個動態的、變化的、泛化了的概念體系，其涵蓋的科學對象也必然隨之增加。數學在社會科學中的模型建構大都以結構分析為目標，即在高度簡化與理想化的框架中去理解社會行為機制。在某些框架下，利用科學去預測與控制一個社會系統的一切變量的更高層次的目標已經實現。

數學的模型方法把數學的思想方法功能轉化成科學研究的實際力量。數學中有一個分支叫應用數學，主要就是研究如何從實際問題中提煉數學模型。這是一個對研究對象進行具體分析、科學抽象和做出判斷與預見的過程。如對客觀事物的必然現象，人們用確定性模型去描述，而對或然現象，人們建立了隨機性模型。模糊數學被用于刻畫弗晰現象。而各種突變現象，如地震、洪災等，則可以由突變理論給出數學模型。

五、數學：理性的藝術通常人們認為，藝術與數學是人類所創造的風格與本質都迥然不同的兩類文化產品。兩者一個處于高度理性化的巔峰，另一個居于情感世界的中心；一個是科學（自然科學）的典范，另一個是美學構筑的杰作。然而，在種種表面無關甚至完全不同的現象背后，隱匿著藝術與數學極其豐富的普遍意義。

數學與藝術確實有許多相通和共同之處，例如數學和藝術，特別是音樂中的五線譜，繪畫中的線條結構等，都是用抽象的符號語言來表達內容。難怪有人說，數學是理性的音樂，音樂是感性的數學。事實上，由于數學（特別是現代數學）的研究對象在很大程度上可以被看成“思維的自由想象和創造”，因此，美學的因素在數學的研究中占有特別重要的地位，以致在一定程度上數學可被看成一種藝術。對此，我們還可做出如下進一步的分析。

藝術與數學都是描繪世界圖式的有力工具。藝術與數學作為人類文明發展的產物，是人類認識世界的一種有力手段。在藝術創造與數學創造中凝聚著人類美好的理想和實現這種理想的孜孜追求。盡管藝術家與數學家使用著不同的工具，有著不同的方式，但他們工作的基本的目的都是為了描繪一幅盡可能簡化的“世界圖式”。藝術實踐與數學活動的動機、過程、方法與結果，都是在其自身價值的弘揚中，不斷地實現著對世界圖式的有力刻畫。這種價值就是在充分、完全地理解現實世界的基礎上，審美地掌握世界。

藝術與數學都是通用的理想化的世界語言。藝術與數學在描繪世界圖式的過程中，還同時發展并完善著自身的表現形式，這種表現形式最基本的載體便是藝術與數學各自獨特的語言體系。其共同特征有：（1）跨文化性。藝術與數學所表達的是一種帶有普遍意義的人類共同的心聲，因而它們可以超越時間和地域界限，實現不同文化群體之間的廣泛傳播和交流。（2）整體性。藝術語言的整體性來自于其藝術表現的普遍性和廣泛性；數學語言的整體性來自于數學統一的符號體系、各個分支之間的有力聯系、共同的邏輯規則和約定俗成的闡述方式。（3）簡約性。它首先表現為很高的抽象程度，其次是凝凍與濃縮。（4）象征性。藝術與數學語言各自的象征性可以誘發某種強烈的情感體驗，喚起某種美的感受，而意義則在于把注意力引向思維，升遷為理念，成為表現人類內心意圖的方式。（5）形式化。在藝術與數學各自進行的代碼與信息的意義交換中，其共同的特征就是達到了實體與形式的分隔。這樣提煉出來的形式可以進行形式化處理。

藝術與數學具有普適的精神價值。有人把精神價值劃分為知識價值、道德價值和審美價值三種。藝術與數學同時具備這三種價值，這一事實賦予了藝術與數學精神價值以普適性。概括起來，其共同的特點有：（1）自律性。數學價值的自律性是與數學價值的客觀性相聯系的；藝術的價值也是不能由民主選舉和個人好惡來衡量的。藝術與數學的價值基本上是在自身框架內被鑒別、鑒賞和評價的。（2）超越性。它們可以超越時空，顯示出永恒。在藝術與數學的價值超越過程中，現實被擴張、被延伸。人被重新塑造，賦予理想。藝術與數學的超越性還表現為超前的價值。（3）非功利性。藝術與數學的非功利性是其價值判斷有別于其他種類文化與科學的顯著特征之一。（4）多樣化、物化與泛化。在現代技術與商業化的沖擊下，藝術與數學的價值也開始發生嬗變，出現了各自價值在許多領域內的散射、滲透、應用、交叉等現象。

在人類思維的全譜系中，藝術思維和數學思維的主要特征決定了其主導思維各居于譜系的兩端。但兩種思維又有很多交叉、重疊和復合。特別是真正的藝術品和數學創造，一般都不是某種單一思維形式的產物，而是多種思維形式綜合作用的結果。人類思維之翼在藝術思維與數學思維形成的巨大張力之間展開了無窮的翱翔，并在人類思維的自然延拓和形式構造中被編織得渾然一體，呈現出整體多樣性的統一。人類思維譜系不是線性的，而是主體的、網絡式的、多層多維的復合體。當我們想要探索人類思維的奧秘時，藝術思維與數學思維能夠提供最典型的范本。其中能夠找到包括人類原始思維直至人工智能這樣高級思維在內的全部思維素材（注：黃秦安《論藝術與數學的普遍意義及基本關系》，《陜西師大學報》（哲學社會科學版），1994年第2期。）。

第7篇：量子力學與量子糾纏的關系范文

【關鍵詞】自主論/還原論/生命現象/解釋/遺傳信息

【正文】

1．目的性解釋或功能解釋的方式是概念自主性的邏輯延伸

如果承認生物學理論具有自主性，那么理論自主性的根本在于概念的自主性，即存在所謂不能用物理——化學術語進行描述和定義的概念。生物學理論自主性的另一表現——理論體系的目的性解釋或功能解釋方式，是概念自主性的邏輯延伸。另一方面，生物學理論中僅存在自主性概念并不必然導致目的性解釋或功能解釋，例如，孟德爾遺傳學、公里化處理后的群體遺傳學和進化論的演繹體系(1)，其中所有的概念都沒有與物理——化學發生關聯，都是自主的，只有在一個體系中，例如，以分子生物學為主體的現代生物學，存在自主性概念的同時，又存在物理——化學的術語和概念，并且，二者都處于解釋起點的位置，才必然導致目的性解釋或功能解釋的理論結構，這種結構成為融合自主性概念與物理——化學概念為一體的方案。就現代分子生物學來說，其中的物理——化學概念所描述的是生命現象中的分子及其行為，而自主性概念所描述和推演的是我們宏觀經驗的生命現象本身，這二者之間，從概念的構造和體系的建立的過程來說，分屬兩套邏輯體系，因而它們之間沒有邏輯演繹的導出關系(2)，同時，由于生命現象的復雜性（即使假定把它描述成所謂的因果反饋網絡是可行的方案），難于形成一個由前者到后者的歷史演化的因果決定性的理論描述，剩下來將二者結合在一個理論中的唯一方案就是目的性解釋或功能性解釋的方式。由此形成的體系中，自主性概念（如遺傳信息）處于核心地位，物理——化學的術語和概念（如DNA，蛋白質）是附屬的。現代還原論（或稱分支論，企圖將生物學作為物理科學的一個分支）對生物學理論的目的性解釋或功能解釋方式的一切責難，以及將其變換為演繹解釋方式的企圖，如果不首先化解概念的自主性問題，將是徒勞的。

從生物學理論的客觀構建過程來說，這些“自主性概念”是直接從生命現象中認定的，因而也是無機世界所沒有的。在自主論看來，無論站在什么角度或立場上，“自主性概念”是理論中不可再分解的最基本，最原始的元素，是解說其它現象的起點；而在還原論看來，從物理——化學的立場或從無機界與生命界的關系的角度來看，“自主性概念”是復合的，應由物理——化學的術語和概念復合而成，因而它們就不應是理論中最基本的元素。我們順著還原論的思路思考下去，還原，就是最終由物理學中的概念邏輯地演繹“自主性概念”的內涵。物理學中所有概念都終究歸結為可感知、可操作的三個量綱：質量、空間、時間。物理科學內部的還原都是這種歸結：對熱質的否定并把熱現象歸結為能、溫度歸結為分子的平均動能，從化學到量子力學等等，著名的“熵”，則以熱量與溫度的關系來表示，在申農創立了信息論之后，人們便千方百計地尋找“信息”與物理學的關系，勉強將其與“熵”聯系起來。從有限的意義上說，分子生物學還原了經典遺傳學，將基因還原為DNA和“遺傳信息”，而“遺傳信息”如何進一步歸結為物理學的量綱呢？“遺傳信息”是一系列生命過程的整體賦予DNA等生物大分子行為以生物學意義的概念，也就是說在解釋的邏輯次序上整體在先，元素在后，這是“遺傳信息”這一概念的自主性的來源。因此，分子生物學的還原僅是有限意義上的還原，甚至不能說是還原，因為它僅僅是以一個自主性概念（遺傳信息）解說了另一個自主性概念（基因），而“遺傳信息”已成為現代生物學的研究范式或綱領的核心。因此，現代分子生物學并沒有給還原論以支持，而且具有反作用，因為，如果說經典遺傳學是一個演繹體系因而在這一點符合還原論的要求，那么分子生物學由于“自主性概念”與物理——化學概念的混合而具有了目的性解釋和功能解釋框架的特征，這成為生物學理論自主性的表現特征之一。

現代自主論正是從分子生物學的這些自主性特征出發，聲明了自己的原則和立場。

2．現代自主論的原則及其本體論基礎

從活生生的生命現象中直接認定一些概念，從而它們獨立于無機界，有別于物理——化學語言，使建立在這樣的概念之上的理論具有自主性，最極端的例子是本世紀初的生理學家杜里舒（H·Driesch）將“活力”概念科學化和理論化，使它成為邏輯解釋的起點；孟德爾到摩爾根所構造的經典遺傳學中的“基因”，也是直接以生命現象以及從中所獲得的數據為根據認定的有別于物理——化學的概念。本世紀六十年代，分子遺傳學將“基因”用DNA分子片段代替，使人們一度認為生物學的自主性是一種虛幻的認識，遲早會消失的。但是，并非DNA分子片段唯一地代替了基因，而是DNA分子與“遺傳信息”二者一起來解釋基因。“遺傳信息”又是直接來源于生命現象的概念，僅就這一點來說，分子生物學仍然具有自主性。這是現代生物學自主論的根據。

現代自主論的主要論點是生物學完全有根據形成自主的概念，“自主”意味著不能由物理——化學術語來分解或描述或定義。為了區別于分子生物學誕生之前的生機論或活力論，現代自主論提出以下原則：將生物學能否還原為物理科學與能否用物質原因闡釋生命現象嚴格區分為兩個問題。(3)這個原則所要強調的是，物理——化學并不是對物質世界的唯一表述方式，關于生命有機體自身的物質原因的表述（生物學理論）則是另一種關于物質世界的理論表述方式，二者之間不存在邏輯蘊涵或邏輯導出關系。生物學還原為物理科學，其嚴格意義是以物理——化學的概念和定律來解釋生命現象，從而推演生物學理論。僅從概念的層次來說，完全用物理——化學的術語描述或定義生物學概念，已經非常苛刻而至今遠未做到。現代自主論“用物質的原因闡釋生命現象”則寬松得多，實際上，分子生物學就是這樣，以生命大分子組成，再加上遺傳信息、復制、轉錄、翻譯以及選擇、穩定等諸多生物學獨有的自主性概念，成功地闡釋了從功能到進化的許多生命現象和活動。這是一個非常實際的原則，既可以擺脫科學史上令人厭惡的“活力”糾纏，又沒有象還原論那樣自套枷鎖。

雖然如此，如果深究這一原則，則存在以下問題：

第一，現代自主論所稱的具有自主性的生物學概念的認知來源無疑仍是對生命現象的直接認定，因此，在還原論或分支論那里應該是純粹的解釋對象的生命現象，在此成為認知和解釋的起點。至少在這一點上與“活力”概念是相同的；

第二，現代自主論的本意是，生命現象中的物質運動方式為無機界所沒有，因而對這些運動方式、關系等可形成獨立于或自主于描述無機界物質運動方式的物理——化學的術語、概念乃至規律、理論，作為解說生命現象的前提。這種主張或可與當下的生命現象或“功能生物學”(4)相諧調，但與科學界的一個基本承諾（也是一個從未被證實過的預設）相抵觸：生命來自于無機界。這意味著生命現象中的運動方式與無機界的運動方式有—個邏輯與歷史相統一的關系，描述它們的理論也應有一個統一的邏輯關系，因而自主性不應該是必然的。

第三，在解釋上，“物質的原因”中的“物質”是指生命體組成，主要是生物大分子，因此在現代自主論看來，分子生物學在具有了自主性的同時，又具有了物質性。而具體體現這種主張的分子生物學必然是自主性概念與物理——化學的術語和概念相“混合”的理論，其中，直接以生命現象作為實在性基礎的自主性概念占有主導地位，是理論的核心。“遺傳信息”規定了未來的藍圖，成為生物大分子所有行為的目的性基礎與源泉，(5)它以生物大分子自身的邏輯內涵所沒有包容的、因而是外在的東西，來賦予生物大分子行為以生物學意義。這就使得DNA等生物大分子成為遺傳信息等概念的附庸，導致了目的性解釋或功能解釋方式(2)。這實際上僅僅一半是物質的，而另一半卻仍舊是“生機”的。這樣，與其說是解釋生命現象，不如說是在闡釋生命形式下的分子及行為。這樣的理論之所以被人們接受，其原因之一是人們接受了“生命來自于無機界”這個科學界中最基本的承諾之一，它已成為一種指導思想，給人們帶來了希望：遲早有一天我們可以使理論上的從無機到生命的邏輯與歷史上的從無機到生命的演化過程統一起來。因此，現代自主論的原則盡管與現代生物學相一致，但是，它卻與這樣一個重大的承諾不諧調。

第四，由此，我們可以做這樣的一個回顧：生機論以從生命現象中認定的概念作為解釋的起點，可簡略稱為“以‘生命’解釋生命”；還原論則基于近現代科學精神的要求，以描述無機界的概念為起點來解釋生命現象（即“以‘物質’解釋生命”）；而現代自主論的原則和主張，在分子生物學的具體體現中，卻付出了這樣的代價：以自主性概念為核心規范了物理——化學的術語和概念，以此為解釋起點，但所解釋的并非是生命現象本身，而是分子的行為（盡管是生命形式之下的）——自主性的那部分所解釋的是生物大分子的（物質的）行為（即“以‘生命’解釋物質”），“物質原因”那部分所解釋的也仍是物質，而非生命。

以上幾點，既是現代分子生物學理論體系中存在的哲學疑難，又是現代自主論的主張所存在的問題。現代自主論的原則是以現代生物學為其合理性依據的，它之所以堅持這一原則，一方面是由于現代分子生物學的內容的確如此，另一方面又企圖把這一原則固定為今后理論生物學構建的指導性原則。這不由得使人想起了二千多年前亞里士多德的技巧，他不滿意柏拉圖在靈魂（生命）與肉體（物質）之間設置的鴻溝，企圖找出生命過程與物理過程的密切聯系，同時又要界說生命過程以表明與物理過程的區別，他構造了“形式因”和“目的因”的概念來解決這一問題：一件東西賴以構成的原料或物質并沒有告訴我們它是什么，但賦予它以形式或目的，我們就可以根據它能做什么來說明它。

進一步的問題是本體論問題。現代自主論的優勢在于現代生物學理論的形態和內容確以一些自主的概念作為理論根基的，但它的本體論基礎卻不令人信服：“生物學自主性的本體論根據在于生命有機體這種體系中的因果關系是復雜的，其中，生命整體行為對部分的制約是無機界所沒有的。”(3)在此，存在著這樣的悖論：因果關系是對現代生物學自主性的否定，而這里卻以因果關系（盡管是復雜的，但仍是因果關系）作為自主性的本體論基礎——前文分析了“一個理論體系中自主性概念與物理——化學概念同存并列作為解釋的最基本元素，必然導致目的性解釋或功能解釋的方式”，它的逆否命題便是“非目的性解釋（演繹的或因果關系的）體系不允許兩種概念混合并列為解釋的起點”，只能由一方還原另一方。那么，理論出現了“自主性”，到底是由于生命現象太復雜、純粹以無機界為起點因果地或演繹地解釋生命現象太困難而采取的權宜之計；還是由于存在著無機界所沒有的“制約”，因而生命現象在本體上具有“自主性”（自主于無機界、確切地說自主于物理——化學的運動機制），使生物學也具有了“自主性”？接下來就發生這樣的重大問題：本體上的自主性是什么？它與“活力”“生命力”的本質區別是什么？現代自主論可以爭辯：生物學理論的自主性并不等同于生命現象具有自主性。但是，“整體對部分的制約”等諸如此類的現象如果在本體上不是自主的，而是與無機界有演化機制的因果關聯，又為何不能為物理——化學（包括未來的物理科學）所描述？除非承認“科學的認識方法是有限的和不完備的”以及進一步承認“人的認知能力是極為有限的”這樣令人氣餒的命題，這又回到了“太困難而采取的權宜之計”上來。

因此，現代還原論固執地堅持以下兩點與現代自主論的原則以及生物學理論現實作對：第一，生命必須純粹地作為解釋對象，而不能在解釋之先從生命現象中預設某些概念作為解釋的起點，如果生物學理論中有這樣的概念，則它應被分解為物理——化學的語言；由此，第二，用演繹的解釋方式轉換由于存在自主性概念而采用的目的性解釋或功能解釋方式。堅持以上兩點，也即將生命現象作為純粹的解釋對象而從無機界來演繹，就意味著用“物質的原因解釋生命”與“生物學還原”是同一個問題。由于這種理想主義的固執，還原論所遭遇的困境甚于現代自主論。

3．現代還原論的困境

還原論的致命之處，主要不在于它反對現代自主論的原則，而在于反對現實的生物學理論的形式和內容去追求一種不太切合實際的理想。對生物學理論中的目的性解釋和功能解釋的諸多責難及演繹還原的要求所依賴的合理性依據——解釋預言的檢驗是經驗上可操作的，已隨著現代生物學的成功而煙消云散，因為目的性解釋或功能解釋方式同樣在試驗上可檢驗。面對現代生物學的成功，以及還原所難以克服的諸多困難，再加上現代自主論強有力的批判和否定，現代還原論發現，剩下來可依賴的唯一合理性是哲學意義上的依據，即“生命來自于無機界”這一預設性和承諾性命題，我們不應“以‘生命’解釋生命”，也不應“以‘生命’解釋物質”，合理的“解釋矢量”的方向應是“以‘物質’解釋生命現象”。在這里，“生命現象”是一個很不具體的抽象概念，實際上可具體為被“約束”或“規范”的物質行為表現和“約束”或“規范”機制本身，這是真正的解釋對象，也是理論自主性的實在性基礎。因而，對于還原論來說，追究“基因”或“遺傳信息”的起源和分子進化機制已成為其最后的堅守陣地，并且，當代自組織理論和超循環理論的盛行，似乎為還原論帶來了令人振奮的希望。

邁爾曾將生物學理論劃分為功能生物學與進化生物學，(4)在功能生物學中，基因所攜帶的遺傳信息是生物學一切功能和目的的基礎和源泉，只要突破這一點，即能夠用物理——化學的語言演繹地描述形成遺傳信息的分子進化機制，那么，還原論至少在原則上取得了勝利。但是，通過以下分析，這種希望似乎又是水中之月。

前面說過，“自主性概念”之所以“自主”，是由于它直接對應于生命現象或認定“生命的實在”，它反映了生命特有的本質，因此，它作為理論的起點，不必給予也不可能進行物理——化學的描述。還原論否認存在生命的特質，把所謂“自主性概念”或直接來自生命現象的概念看成是“復合性”的，可分解為諸多物理——化學的術語和概念，與此相應的試驗上可操作性依據是生物化學對生命有機體的組成還原。但是，組成上的還原雖然可作為生命與無機界密切聯系的依據，但也沒有否定現代自主論的“用物質的原因解釋生命不等于還原”的命題及所堅持的原則。否定“自主性概念”的充分條件不僅僅是把它看成“復合性”的，而且要以物理——化學的術語和概念邏輯地導出它的內涵。如果只滿足于組成上的還原，結果只能是以“自主性概念”為核心來賦予生物大分子及其行為以生命意義(2)。與邏輯導出相對應的試驗依據不是組成上的分解還原，而是與邏輯導出同向的試驗可操作性，說白了，就是由無機要素合成生命，哪怕是最簡單的生命現象。例如，對于超循環論來說，就是生物大分子超循環耦合能否在試驗條件下發生，這涉及到“生命來自無機界”這一命題由哲學化向具體的科學化的過渡，關系到還原論在科學上能否真正站穩。但是：

第一，由無機到生命，經歷了漫長時間，并且，生命的產生和演化是在十分優越的條件下選擇了唯一快捷的途徑而發生的。以人類的有限生命和歷史是否有能力進行這種操作呢？這就象大海里的沙子，原則上是有限的，如果想數清楚有多少粒，則在實踐上是一個無限的問題。退一步說，僅理論上的操作，即以物理——化學諸要素，通過在無機背景下取得的參數，進行自組織理論的非線性過程計算，來描述無機與生命之間的邏輯關系，這種非線性理論的計算操作也同樣是事實上的無限復雜。這種原則上的有限而實踐上的無限，直接沖擊還原論的哲學基礎：決定論。只有決定論成立，由無機到生命的邏輯演繹方式才是理論上可操作的，才具有進行預測和試驗上可操作的價值和意義；決定論的前提又是自然有限論，而無限性就意味著不確定性，也就意味著邏輯演繹的理論之路是不通暢的、實踐之路是不可操作的。

第二，自組織理論本身的結論——非線性過程的不可逆性，使這種操作不可能。從無機到生命的歷史過程，其中有許多偶然性或隨機因素起了決定作用并已作為“信息”儲存于生物大分子的結構中。由于偶然性或隨機因素的不可重復，使時間不可反演，因而整個過程無法進行重復操作。

第三，自組織理論和超循環論的非線性動力學過程的不確定性，使從無機到生命的演繹過程不可能。在此，應對“因果決定論”與“演繹解釋方式”作出區分，一般來說，這二者被合二為一地用來與目的性解釋或功能解釋方式相對立，但它們之間是有區別的。因果決定論是用來表述定律或原理的方式，而演繹解釋的方式是解釋體系乃至理論體系的構成框架，即因果決定論形式的定律或原理是作為演繹框架的解釋前提而出現的。這就可以提出這樣的問題：否定了因果決定論的自組織理論的非線性過程的定律、原理是否可以作為從無機到生命演繹解釋框架的解釋前提呢？按照還原論解釋的要求，如果中間環節有不確定因素，將阻礙這種演繹解釋的邏輯通道的暢通。只有解釋前提的因果決定論形式才與整體的演繹解釋框架相諧調。盡管自組織理論及超循環論這一新物理科學曾經被討論的熱火朝天，由于它在分子自組織領域內就已經在邏輯上不確定了，因而，至今為止它對生物學的影響只限于描述性地說說而已，至多提供一個框架式的思想啟示。

4．結語

還原論所遭遇的困境，是由于堅守著理想主義的科學信仰而不顧生物學現實。但是，無論是同情還原論而提出的帶有折衷性的整體還原，還是反對還原論的自主論，在其構建生物學理論的建議中，只要還主張保存直接來自于生命現象的術語和概念，并且不可被物理——化學的術語和概念、也即描述無機世界的術語和概念所代替，都是在認識論上允許預先設定生命現象作為解釋的起點，從而在本體論上承諾了存在著一種生命特質，也就有違于“從無機到生命的歷史走向和邏輯走向相一致”這一基本的科學承諾。

在現代生物學面前，還原論成為固執地堅守理想和信仰的犧牲者而在所不惜，自主論由于切合生物學理論的現實而取得了優勢，并以能夠指導未來生物學理論的構建為最大的價值所在。但是，筆者認為，一門學科，特別是具有哲學色彩的學科，其意義和價值不應僅僅依賴于其他學科，更不能以其可否“指導”自然科學的發展為其價值標準。邏輯實證主義起始的現代科學哲學的歷史已證明這種“指導”是虛妄和徒勞的，科學往往自我發展而不聽命于哲學家的“指導”。在這方面，還原論也并不是無可厚非。無論是還原論還是自主論，它們的目的都是企圖指導生物學理論按照它們指定的框架來運行，結果使我們處于這樣一個悖論之中：如果信守“生命來自無機界”這一命題，則應否定“不能用描述無機界物質運動的概念、規律即物理科學進行還原”；而堅持還原論，則遇到操作上包括不確定性對演繹過程的否定的阻礙。這是否值得我們反思一下過于功利主義傾向的行為，以修正我們對科學的哲學探討的目的？科學哲學的真正意義和價值在于自身，在于對科學及其與自然的關系的理解，在于它自身體系的建立，這個體系體現了人類的心智對完美的追求和向往。這一點，特別是在一個人欲橫流的社會里，是極為可貴和重要的。

【參考文獻】

(1)Rosenberg.A.(1985).The Structure of Biological Science．(Cambridge：cambridge University Press）．

(2)郭壘：“生物學自主性與物理科學的理論構建”，《自然辯證法研究》，1995年第3期。

(3)董國安、呂國輝：“生物學自主性與廣義還原”，《自然辯證法研究》，1996年第3期。