前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文，相信會(huì)為您的寫作帶來(lái)幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第1篇

本書(shū)是基于作者們?cè)诎突固购蜕程匕⒗葒?guó)家多所大學(xué)中講授量子力學(xué)課程的講義基礎(chǔ)上寫成的。第1版于1999年出版。為了展現(xiàn)當(dāng)代量子力學(xué)日益擴(kuò)展的應(yīng)用的最新發(fā)展，第2版增添了全新的3章，它們分別為雙態(tài)問(wèn)題、量子計(jì)算和1+2維狄拉克方程對(duì)于石墨烯的應(yīng)用。這些問(wèn)題是當(dāng)前許多實(shí)驗(yàn)和理論工作都極為關(guān)注的典型問(wèn)題。此外，還有一些章節(jié)做了較大改動(dòng)，有的擴(kuò)大了篇幅和添加了新的內(nèi)容，有的經(jīng)過(guò)了改寫變得更簡(jiǎn)單和更清晰。各章的習(xí)題也均有不同程度的擴(kuò)充。

全書(shū)內(nèi)容分為21章：1.經(jīng)典概念的崩潰； 2.量子力學(xué)概念；3.量子力學(xué)的基本假設(shè)； 4.量子力學(xué)中一些問(wèn)題的求解； 5.簡(jiǎn)諧振子；6.角動(dòng)量；7.中心對(duì)稱場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；8.碰撞理論；9.算符； 10.海森伯運(yùn)動(dòng)方程、不變性原理和路徑積分； 11.角動(dòng)量和自旋；12.時(shí)間無(wú)關(guān)微擾理論；13.時(shí)間相關(guān)微擾理論；14.統(tǒng)計(jì)與不相容原理； 15.雙態(tài)系統(tǒng)；16.量子計(jì)算； 17.電磁場(chǎng)誘導(dǎo)的微擾； 18.形式散射理論； 19.S-矩陣和不變性原理； 20.相對(duì)論量子力學(xué)：狄拉克方程；21.1+2維狄拉克方程：對(duì)石墨烯的應(yīng)用。

本書(shū)作者注重教學(xué)需要，敘述簡(jiǎn)明，推導(dǎo)詳盡，書(shū)中給出了許多詳解例題，易懂、易理解和接受，是一部很好的教材。這本書(shū)對(duì)于數(shù)理學(xué)科的大學(xué)生、研究生和教師都有很好的應(yīng)用價(jià)值。

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第2篇

關(guān)鍵詞:量子力學(xué);量子測(cè)量;偏振

中圖分類號(hào):O413．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1000-0712(2016)03-0005-03

量子力學(xué)是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)，并且其應(yīng)用領(lǐng)域已延伸至化學(xué)、生物等許多交叉學(xué)科當(dāng)中，這一課程已成為當(dāng)今大學(xué)生物理教學(xué)中一個(gè)極為重要的組成部分．由于量子力學(xué)主要是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的學(xué)科，微小尺度下的許多自然現(xiàn)象與人們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗(yàn)相距甚遠(yuǎn)，量子力學(xué)的概念有悖于人們的直覺(jué)，難以被初學(xué)者接受．如果在教學(xué)中能夠結(jié)合具體的物理實(shí)驗(yàn)，從現(xiàn)象到本質(zhì)引導(dǎo)學(xué)生思考，就可以使抽象的量子概念落實(shí)到對(duì)具體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的歸納總結(jié)上來(lái)．偏振光實(shí)驗(yàn)是一個(gè)現(xiàn)象直觀而且學(xué)生容易操作的普通物理實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生掌握的已有知識(shí)基礎(chǔ)上，進(jìn)行新內(nèi)容的教學(xué)，符合初學(xué)者的認(rèn)知規(guī)律．利用光的偏振現(xiàn)象來(lái)闡述量子力學(xué)基本概念已被一些國(guó)內(nèi)外經(jīng)典教材采納，如物理學(xué)大師狄拉克所著的《量子力學(xué)原理》［1］，費(fèi)因曼所著的《費(fèi)因曼物理學(xué)講義》［2］，曾謹(jǐn)言教授所著的《量子力學(xué)卷1》［3］，趙凱華、羅蔚茵教授合著的《量子物理》［4］等教材．在本文中，筆者結(jié)合自己的教學(xué)體驗(yàn)，著重從可觀測(cè)量和測(cè)量的角度來(lái)考慮問(wèn)題，在以上經(jīng)典教材的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步整理和挖掘光子偏振所能體現(xiàn)的量子力學(xué)基本概念．從量子力學(xué)的角度對(duì)偏振實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，使同學(xué)們對(duì)態(tài)空間、量子力學(xué)表象、波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋、態(tài)疊加原理等量子力學(xué)概念有一個(gè)直觀形象的認(rèn)識(shí)，領(lǐng)會(huì)量子力學(xué)若干基本假定的內(nèi)涵思想．最后，從量子角度分析了一個(gè)有趣的偏振光實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)量子力學(xué)基本概念的理解，并展示了量子力學(xué)的奇妙特性．

1偏振光實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典解釋

如圖1(a)所示，沿著光線傳播的方向，順次擺放兩個(gè)偏振片P1、P2．光束經(jīng)過(guò)P1后變?yōu)榕c其透振方向一致且光強(qiáng)為I0的偏振光．兩偏振片P1和P2的透振方向之間夾角為θ，由馬呂斯定律可知，透過(guò)偏振片P2的光的強(qiáng)度為I0cos2θ．按照經(jīng)典的光學(xué)理論，此現(xiàn)象可理解如下:在一個(gè)與光傳播方向垂直的平面內(nèi)選定一個(gè)xy平面直角坐標(biāo)系，這里為了描述問(wèn)題的方便，選定x軸沿P2的透振方向．如圖1(b)所示，透過(guò)偏振片P1的光電場(chǎng)矢量E可分解為兩個(gè)分量:沿x方向振動(dòng)的電場(chǎng)矢量Ex和沿y方向振動(dòng)的電場(chǎng)矢量Ey．偏振光照射到P2偏振片時(shí)，投影到y(tǒng)方向的電場(chǎng)矢量被吸收，投影到x方向的電場(chǎng)矢量透過(guò)，振幅增加了一個(gè)常數(shù)因子cosθ，因而強(qiáng)度變?yōu)樵瓉?lái)的cos2θ倍，這正是馬呂斯定律所給出的結(jié)果．

2偏振光實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)的量子力學(xué)概念

下面我們由偏振光的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)，引出量子態(tài)、態(tài)空間等量子概念，并用量子力學(xué)的語(yǔ)言來(lái)描述單個(gè)光子與偏振片發(fā)生相互作用的過(guò)程，討論在多個(gè)光子情況下的量子行為與馬呂斯定律的一致性．

2．1量子態(tài)

從實(shí)驗(yàn)得知，當(dāng)線偏振光用于激發(fā)光電子時(shí)，激發(fā)出的光電子分布有一個(gè)優(yōu)越的方向(與光偏振方向有關(guān))，根據(jù)光電效應(yīng)，每個(gè)電子的發(fā)射對(duì)應(yīng)吸收一個(gè)光子，可見(jiàn)，光的偏振性質(zhì)是與它的粒子性質(zhì)緊密聯(lián)系的，人們必須把線偏振光看成是在同一方向上偏振的許多光子組成，這樣我們可以說(shuō)單個(gè)光子處在某個(gè)偏振態(tài)上．沿x方向偏振的光束里，每個(gè)光子處在|x〉偏振態(tài)，沿y方向偏振的光束中，每個(gè)光子處在|y〉偏振態(tài)．假設(shè)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中把光的強(qiáng)度降到足夠低，以至于光子是一個(gè)一個(gè)到達(dá)偏振片的．在圖1所示的例子中，通過(guò)P1偏振片的光子處在沿P1透振方向的偏振態(tài)上，如果P2與P1透振方向一致(θ=0)，則此光子完全透過(guò)P2，如果P2與P1透振方向正交(θ=π/2)，則被完全吸收．如果P1與P2透振方向之間角度介于兩者之間，會(huì)是一種什么樣的情形，會(huì)不會(huì)有部分光子被吸收，部分光子透過(guò)的情況發(fā)生，但是實(shí)驗(yàn)上從來(lái)沒(méi)有觀察到部分光子的情形，只存在兩種可能的情況:光子變到量子態(tài)|y〉，被整個(gè)吸收;或變到量子態(tài)|x〉，完全透過(guò)．下面我們用量子力學(xué)的語(yǔ)言來(lái)描述單個(gè)光子與偏振片發(fā)生相互作用的過(guò)程，引入量子測(cè)量、態(tài)空間、表象、態(tài)疊加原理、波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋等量子概念．

2．2量子測(cè)量、態(tài)空間、表象

單個(gè)光子與偏振片發(fā)生相互作用的過(guò)程，可以看成是一個(gè)量子測(cè)量的過(guò)程，偏振片作為一個(gè)測(cè)量裝置，迫使光子的偏振態(tài)在透振方向和與其相垂直的方向上作出選擇，測(cè)量的結(jié)果只有兩個(gè)，透過(guò)或被吸收，透過(guò)光子的偏振方向與透振方向一致，被吸收光子的偏振方向與透振方向垂直，可見(jiàn)光子經(jīng)過(guò)測(cè)量后只可能處在兩種偏振狀態(tài)，這正是量子特性的反應(yīng)．在量子力學(xué)中，針對(duì)一個(gè)具體的量子體系，對(duì)某一力學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后得到的值是這一力學(xué)量的本征值，我們稱它為本征結(jié)果，相應(yīng)的量子態(tài)坍縮到此本征結(jié)果所對(duì)應(yīng)的本征態(tài)上，所有可能的本征態(tài)則構(gòu)成一組正交、規(guī)一、完備的本征函數(shù)系，此本征函數(shù)系足以展開(kāi)這個(gè)量子體系的任何一個(gè)量子態(tài)．很自然，我們?cè)谶@里把經(jīng)過(guò)偏振片測(cè)量后，所得到的兩種可能測(cè)量結(jié)果(透過(guò)或吸收)作為本征結(jié)果，它們分別對(duì)應(yīng)的兩種偏振狀態(tài)，此兩種偏振狀態(tài)可以作為正交、規(guī)一、完備的函數(shù)系，組成一個(gè)完備的態(tài)空間，任何偏振態(tài)都可以按照這兩種偏振態(tài)來(lái)展開(kāi)，展開(kāi)系數(shù)給出一個(gè)具體的表示，這就涉及到量子力學(xué)表象問(wèn)題．在量子力學(xué)中，如果要具體描述一個(gè)量子態(tài)通常要選擇一個(gè)表象，表象的選取依據(jù)某一個(gè)力學(xué)量(或力學(xué)量完備集)的本征值(或各力學(xué)量本征值組合)所對(duì)應(yīng)的本征函數(shù)系，本征函數(shù)系作為正交、規(guī)一、完備的基矢組可以用來(lái)展開(kāi)任何一個(gè)量子態(tài)，展開(kāi)系數(shù)的排列組合給出某一個(gè)量子態(tài)在具體表象中的表示．結(jié)合我們的例子，組成基矢組的兩種偏振狀態(tài)取決于和光子發(fā)生相互作用的偏振片，具體說(shuō)來(lái)是由偏振片的透振方向決定．在具體分析問(wèn)題時(shí)，為了處理問(wèn)題的方便，光子與哪一個(gè)偏振片發(fā)生相互作用，在數(shù)學(xué)形式上，就把光子的偏振狀態(tài)按照此偏振片所決定的基矢組展開(kāi)，這涉及到怎么合理選擇表象的問(wèn)題．

2．3態(tài)疊加原理、波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋

以上簡(jiǎn)單的試驗(yàn)也可以作為一個(gè)形象的例子來(lái)說(shuō)明量子力學(xué)中的態(tài)疊加原理．態(tài)疊加原理的一種表述為［5］:設(shè)系統(tǒng)有一組完備集態(tài)函數(shù){φi}，i=1，2，．．．，t，則系統(tǒng)中的任意態(tài)|ψ〉，可以由這組態(tài)函數(shù)線性組合(疊加)而成(1)另一種描述為:如果{φi}，i=1，2，．．．，t是體系可以實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)(波函數(shù))，則它們的任何線性疊加式總是表示體系可以實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)．在我們的例子中，任何一個(gè)偏振片所對(duì)應(yīng)的透振態(tài)和吸收態(tài)構(gòu)成完備集態(tài)函數(shù)，任何一個(gè)偏振態(tài)都能夠在以此偏振片透振方向所決定的基矢組中展開(kāi)，參照?qǐng)D1所示，通過(guò)偏振片P1的偏振態(tài)可以在以偏振片P2透振方向所決定的基矢組{|x〉，［y)}中表示為(2)相反，|x〉、|y〉基矢的任意疊加態(tài)也都是光子可能實(shí)現(xiàn)的偏振態(tài)．量子力學(xué)還假定，當(dāng)物理體系處于疊加態(tài)式(1)時(shí)，可以認(rèn)為體系處于φi量子態(tài)的概率為|ci|2．從前面的分析我們知道，當(dāng)用偏振片P2對(duì)偏振態(tài)|P1〉進(jìn)行測(cè)量時(shí)，此狀態(tài)隨機(jī)地坍縮到|x〉偏振態(tài)或|y〉偏振態(tài)，坍縮到|x〉偏振態(tài)的概率為cos2θ，也就是單個(gè)光子透過(guò)偏振片的概率，多次統(tǒng)計(jì)的結(jié)果恰好與馬呂斯定律相對(duì)應(yīng)，這充分體現(xiàn)了波函數(shù)的概率統(tǒng)計(jì)解釋．

3典型例子

在教學(xué)中我們可以引入一個(gè)有趣形象的例子，進(jìn)一步加深對(duì)量子力學(xué)基本概念的理解．如圖2(a)所示，一束光入射到兩個(gè)順序排列的偏振片上，偏振片P3的透振方向相對(duì)于偏振片P1的透振方向順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90°角，我們不妨在一個(gè)與光傳播方向垂直的平面內(nèi)選定一個(gè)xy平面直角坐標(biāo)系，P1的透振方向沿x軸，P3的透振方向沿y軸．光通過(guò)偏振片P1后變成光強(qiáng)為I0的偏振光，偏振方向與偏振片P1透振方向平行，但與P3的透振方向垂直，則光完全被偏振片P3吸收，不能透過(guò)．下面我們將看到一個(gè)有趣的現(xiàn)象，在偏振片P1和偏振片P3間插入一個(gè)偏振片P2，其透振方向在P1和P3之間，這時(shí)光竟可以透過(guò)P3偏振片．對(duì)此試驗(yàn)，我們可由馬呂斯定律給出經(jīng)典的解釋．我們不妨設(shè)P2的透振方向相對(duì)于P1順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)45°角，通過(guò)偏振片P1后，變?yōu)楣鈴?qiáng)是I0的偏振光，且偏振方向與P1透振方向一致;再通過(guò)偏振片P2后，光強(qiáng)變?yōu)镮0/2，偏振方向沿順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)45°角，與偏振片P2透振方向一致;最后通過(guò)偏振片P3后，光強(qiáng)進(jìn)一步減弱為I0/4，偏振方向又沿順時(shí)針改變45°角，與偏振片P3透振方向一致．可以看到一個(gè)有趣的現(xiàn)象，雖然介于偏振片P1和P2間的光束其偏振方向與偏振片P3的透振方向正交，但最后透過(guò)偏振片P3的光束其偏振方向卻恰恰沿偏振片P3的透振方向，這正是中間偏振片P2所起的作用．下面用我們前面分析偏振光與偏振片相互作用過(guò)程中，所建立起來(lái)的量子概念給出具體解釋．取直角坐標(biāo)系xy，x軸沿偏振片P1的透振方向，基矢組為{|x〉，［y)};由偏振片P2的透振方向所決定的基矢組為{|x'〉，［y')}，其透振方向沿x'方向，如圖3所示，兩組基矢之間的關(guān)系可表示為(3)由偏振片P3所決定的基矢組仍為{|x〉，|y〉}，不過(guò)透過(guò)的光子處在|y〉基矢態(tài)．光子透過(guò)偏振片P1后，其偏振狀態(tài)處在|x〉態(tài)，由式(3)，此狀態(tài)可以按P2的基矢組展開(kāi)為(4)根據(jù)式(4)，經(jīng)過(guò)P2偏振片的測(cè)量，光子有1/2的概率坍縮到|x'〉態(tài)，光子透過(guò)P2，有1/2的概率坍縮到|y'〉態(tài)，光子被吸收．由式(3)，|x'〉態(tài)在由偏振片P3所決定的基矢組同樣展開(kāi)為3的測(cè)量下，偏振狀態(tài)發(fā)生改變，有1/2的概率坍縮到|y〉態(tài)，透過(guò)偏振片，有1/2的概率坍縮到|x〉態(tài)，被偏振片吸收，總體來(lái)說(shuō)透過(guò)偏振片P1的光子有1/4的概率透過(guò)偏振片P3，與經(jīng)典的馬呂斯定律相一致．特別注意到光子透過(guò)偏振片P1后，狀態(tài)為|x〉態(tài)，與|y〉態(tài)正交，沒(méi)有|y〉態(tài)的組分，但光子透過(guò)偏振片P3后卻正處在|y〉態(tài)，這充分體現(xiàn)了測(cè)量可以使量子態(tài)改變的量子假定，展示了量子測(cè)量的奇妙特性．

4總結(jié)

結(jié)合對(duì)偏振光實(shí)驗(yàn)的量子解釋，我們分析了若干重要的量子力學(xué)概念．但嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，光子的問(wèn)題不屬于量子力學(xué)問(wèn)題，只有在量子場(chǎng)論中才能處理．采用光子的偏振情形來(lái)討論某些量子概念，理論上雖稍欠嚴(yán)謹(jǐn)，但如上文所述，確實(shí)能夠直觀形象地反映量子力學(xué)中的若干基本假定，使抽象的量子力學(xué)概念落實(shí)到對(duì)具體實(shí)驗(yàn)的分析中來(lái)，易于被初學(xué)者接受，我們不妨在學(xué)生開(kāi)始學(xué)習(xí)量子力學(xué)時(shí)引入此例，有助于學(xué)生理解抽象的量子概念，領(lǐng)會(huì)量子力學(xué)的思維方式．

參考文獻(xiàn):

［1］狄拉克．量子力學(xué)原理［M］．北京:科學(xué)出版社，1966．

［2］費(fèi)因曼．費(fèi)因曼物理學(xué)講義［M］．上海:上?？茖W(xué)出版社，2005．

［3］曾謹(jǐn)言．量子力學(xué)卷1．［M］．北京:科學(xué)出版社，2006．

［4］趙凱華，羅蔚茵．量子物理［M］．北京:高等教育出版社，2001．

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第3篇

【關(guān)鍵詞】量子化學(xué) 薛定諤方程 非相對(duì)論近似 伯恩-奧本海墨近似 軌道近似

【基金項(xiàng)目】海南師范大學(xué)第六批校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（HSJG201121）資助。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）04-0158-02

無(wú)機(jī)化學(xué)是大學(xué)一年級(jí)化學(xué)專業(yè)學(xué)生接觸最早的一門基礎(chǔ)課，其中量子化學(xué)部分由于內(nèi)容較抽象，學(xué)生普遍反應(yīng)非常難理解，有些學(xué)生甚至因此失去了學(xué)習(xí)化學(xué)的勇氣[1-3]。由于這部分內(nèi)容關(guān)系到學(xué)生對(duì)于后來(lái)原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和配位化合物等相關(guān)知識(shí)的理解，所以在教學(xué)中歷來(lái)是重中之重，講解課時(shí)也是安排最多的，但是學(xué)生仍然普遍覺(jué)得內(nèi)容晦澀難懂。通過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及和學(xué)生們的溝通了解，我們認(rèn)為主要是課本在編排時(shí)只引用了了結(jié)果，而沒(méi)有介紹相關(guān)結(jié)果的來(lái)龍去脈，這一出發(fā)點(diǎn)本是為減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，但反而造成知識(shí)鏈條的中斷，學(xué)生既不知其然，又不知所以然。因此，我們補(bǔ)充了課本中省略的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)于量子化學(xué)的處理方法有初步的了解，提高了教學(xué)效果。由于這一部分涉及許多數(shù)學(xué)知識(shí)，因此在講解時(shí)應(yīng)突出研究思路，而不是讓學(xué)生鉆研數(shù)理公式。這樣就會(huì)使學(xué)生對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)方程的由來(lái)有初步了解，對(duì)于原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)有一定的輔助作用。

1.非相對(duì)論近似

薛定諤方程是量子力學(xué)的基本方程，其解即為體系的波函數(shù)，一旦求得了體系的波函數(shù)，原則上體系的所有性質(zhì)都可以推測(cè)出來(lái)，這是因?yàn)榱孔恿W(xué)的理論會(huì)告訴我們?nèi)绾潍@取這些信息。但是由于薛定諤方程是一個(gè)偏微分方程，除少數(shù)幾種情況外，是難于求解的，所以要求采取一系列合理的理論近似及數(shù)學(xué)處理方法[4-5]。

在研究體系內(nèi)有有限個(gè)原子核和電子，其運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速，在這里沒(méi)有粒子的產(chǎn)生和湮滅的現(xiàn)象，即粒子數(shù)是守恒的，因而可以忽略相對(duì)論效應(yīng)，而采用非相對(duì)論近似，其相應(yīng)的薛定諤方程為：

但在實(shí)際計(jì)算中，一般只取一個(gè)或幾個(gè)Slater行列式計(jì)算，既能滿足要求又不致于使計(jì)算過(guò)分復(fù)雜。

經(jīng)過(guò)上述的處理，才能夠求得多電子體系中電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)和原子軌道。學(xué)生才能更好地理解多電子體系中對(duì)于電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，是在基于上述幾個(gè)近似后才求得的。

參考文獻(xiàn)：

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量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第4篇

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)量子化學(xué) 教學(xué)實(shí)踐 教學(xué)改革

量子化學(xué)是高等師范院?；瘜W(xué)專業(yè)為碩士研究生開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其任務(wù)是使學(xué)生利用量子力學(xué)的基本原理和方法掌握微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，探索物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系［1，2］。目前，量子化學(xué)理論已愈來(lái)愈廣泛地應(yīng)用到化學(xué)各個(gè)分支學(xué)科領(lǐng)域中，并滲透到其他自然學(xué)科中，從而使量子化學(xué)的教學(xué)在整個(gè)化學(xué)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的重要性日益增加。但它涉及面廣，內(nèi)容比較抽象，且具有極強(qiáng)的理論性，同時(shí)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間思維能力，因而量子化學(xué)教學(xué)不僅對(duì)教師提出較高的素質(zhì)要求，而且對(duì)教學(xué)方法提出新的課題。下面我結(jié)合多年來(lái)在量子化學(xué)教學(xué)改革中的探索和嘗試，談?wù)劷虒W(xué)感受和體會(huì)。

三、開(kāi)展第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算技能

為了讓學(xué)生把學(xué)到的量子化學(xué)理論運(yùn)用到研究中，掌握一些專業(yè)軟件的計(jì)算技巧，教師可利用課余時(shí)間開(kāi)展第二課堂，為學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的平臺(tái)，給他們創(chuàng)造更多的鍛煉機(jī)會(huì)。例如，搞有機(jī)合成的研究生，根據(jù)專業(yè)需要可以讓這些學(xué)生學(xué)會(huì)過(guò)渡態(tài)的尋找和優(yōu)化，通過(guò)理論計(jì)算探索反應(yīng)機(jī)理，能預(yù)測(cè)最佳反應(yīng)通道，為他們的研究方向提供理論支持；研究方向是無(wú)機(jī)配位化學(xué)，可以讓這些學(xué)生學(xué)習(xí)一些金屬配合物的計(jì)算方法，學(xué)習(xí)配合物電子吸收光譜、熒光光譜及磁性的計(jì)算，這些計(jì)算結(jié)果對(duì)合成具有特殊性能的配合物都是很有幫助的。在第二課堂中，也可以讓基礎(chǔ)較好的學(xué)生參與到自己的科研活動(dòng)中，承擔(dān)一部分力所能及的科研課題，使學(xué)生科研能力得到鍛煉，激發(fā)他們的科研熱情，拓寬他們的視野，同時(shí)自己通過(guò)學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，找到自己課堂教學(xué)中的不足。第二課堂的開(kāi)展，不僅把學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成學(xué)生認(rèn)識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，更重要的是教師身上這些品質(zhì)能夠言傳身教地影響學(xué)生，從而使學(xué)生具備創(chuàng)造的興趣和素質(zhì)。

四、結(jié)語(yǔ)

量子化學(xué)的教學(xué)改革取得了一定的效果，首先學(xué)生克服了量子化學(xué)難學(xué)的畏難心理，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)量子化學(xué)的激情，可以在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)達(dá)到較好的教學(xué)效果；其次，通過(guò)開(kāi)展第二課堂，將量子化學(xué)理論與科研實(shí)例有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題及科研創(chuàng)新的能力。

參考文獻(xiàn)：

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第5篇

本文的主要內(nèi)容就是20世紀(jì)是如何完成科學(xué)的社會(huì)化和社會(huì)的科學(xué)化的。20世紀(jì)整個(gè)的一百年里，理論科學(xué)的發(fā)展基本上可以概括為兩次科技革命和四大理論模型；應(yīng)用科學(xué)也可以概括為兩大超級(jí)能量和兩大生活技術(shù)。

兩次科技革命的第一次指的是在19世紀(jì)20世紀(jì)之交物理學(xué)領(lǐng)域發(fā)生的科技革命，包括相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)。第二次科技革命，在我看來(lái)還是一個(gè)正在進(jìn)行中的、尚未完成的革命。這場(chǎng)革命發(fā)生在20世紀(jì)后半期，就是非線性科學(xué)的革命。四大理論模型是在20世紀(jì)快結(jié)束的時(shí)候基本形成的。這個(gè)四個(gè)模型包括宇宙學(xué)中的大爆炸模型、粒子物理學(xué)中的夸克模型、分子生物學(xué)當(dāng)中的DNA雙螺旋模型、地學(xué)中的大地板塊模型。也有人說(shuō)還可以再加一個(gè)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的馮？諾伊曼模型。這四個(gè)模型或者五個(gè)模型大體可以表達(dá)20世紀(jì)最重要的一些理論成就。當(dāng)然不是說(shuō)其他的成就就不重要，而是說(shuō)這幾個(gè)成就格外的重要，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成了20世紀(jì)理論科學(xué)發(fā)展的一個(gè)平臺(tái)。

應(yīng)用科學(xué)的兩大超級(jí)能量，第一個(gè)能量就是核能量的釋放，包括核武器的研制、核能量的釋放和利用等。這個(gè)可以稱之為超級(jí)能量的釋放。第二個(gè)是登月工程。登月工程之所以能夠稱為一種超級(jí)能量，是因?yàn)樗砹巳祟悓?duì)地球引力的征服，代表了人類走向太空。這是一個(gè)人類自古以來(lái)從未想象過(guò)的一種現(xiàn)實(shí)，可以稱它為一種超級(jí)能量的開(kāi)發(fā)。

那么什么是兩大生活技術(shù)呢？這指的是20世紀(jì)后期發(fā)生在我們眼前的兩種技術(shù)。第一個(gè)就是生物技術(shù)，第二個(gè)是信息技術(shù)。人有兩方面的存在，一個(gè)是社會(huì)學(xué)存在，一個(gè)是生物學(xué)存在。人類的生物學(xué)存在正在遭受生物技術(shù)的改造和改變，這是一種生活技術(shù)。人作為社會(huì)學(xué)意義上的存在，是一種交往性的存在。人是通過(guò)交往來(lái)認(rèn)同自己的，每個(gè)人都要跟人家交往，把一個(gè)人關(guān)在一個(gè)屋子里老不讓他交往，他最后不是發(fā)瘋就是變成非人。但是交往是要依靠技術(shù)的，基本的交往技術(shù)就是信息技術(shù)。所以今天的信息技術(shù)就是我們第二大生活技術(shù)。

一、世界圖景的重建

我們先來(lái)看物理學(xué)革命。物理學(xué)革命分為相對(duì)論革命和量子力學(xué)革命。相對(duì)論基本上是家喻戶曉的了，因?yàn)閻?ài)因斯坦是20世紀(jì)最大的科學(xué)明星。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)跟卓別林說(shuō)，為什么所有人都喜歡你，是因?yàn)樗麄兌祭斫饽?；為什么所有人都喜歡我，是因?yàn)樗麄兌疾焕斫馕摇＿@就反映了愛(ài)因斯坦的相對(duì)論非常難理解，不要說(shuō)一般大眾，就是學(xué)物理的要真正地理解相對(duì)論也是很不容易的，所以愛(ài)因斯坦就開(kāi)了這么一個(gè)玩笑。

大家知道相對(duì)論分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。狹義相對(duì)論主要是在時(shí)間空間問(wèn)題上的一場(chǎng)革命。關(guān)鍵是引出了同時(shí)性的相對(duì)性。比如說(shuō)現(xiàn)在我們正在王府井搞講座，此刻天安門那兒有一場(chǎng)隆重的儀式，那么在什么意義上說(shuō)，此刻天安門和王府井的兩個(gè)事件是同時(shí)的呢？你可以說(shuō)我們看表看到是同時(shí)的，都是10點(diǎn)鐘開(kāi)始，那邊也10點(diǎn)，我們這兒也10點(diǎn)?？墒沁@畢竟是兩塊表，如何才能知道它們是一致的呢？的確，我們不能肯定現(xiàn)在這塊表定的時(shí)間和天安門廣場(chǎng)那塊表的時(shí)間完全一樣，因此講同時(shí)性就需要對(duì)鐘。愛(ài)因斯坦說(shuō)，你必須告訴我你是怎么對(duì)鐘的，他要求同時(shí)性要有一個(gè)操作的定義。由于要對(duì)鐘，所以需要信號(hào)。最快的信號(hào)是光，可以用光來(lái)對(duì)鐘。但是光的速度仍然是有限的，這就意味著在對(duì)鐘的過(guò)程中光信號(hào)從天安門傳到王府井是需要時(shí)間的，這就會(huì)遭遇一種相對(duì)性效應(yīng)。在一個(gè)靜止的人看你對(duì)鐘和一個(gè)運(yùn)動(dòng)的人看你對(duì)鐘，對(duì)出來(lái)的是不一樣的。愛(ài)因斯坦借此提出同時(shí)性的相對(duì)性，也就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)參照系中的觀察者來(lái)說(shuō)是同時(shí)的，對(duì)另一個(gè)參照系的觀察者就不是同時(shí)的。根據(jù)這個(gè)同時(shí)性的相對(duì)性，愛(ài)因斯坦就推出了他所謂的狹義相對(duì)論。同時(shí)性的相對(duì)性還比較好理解，但由此出發(fā)得出了很多很古怪的結(jié)果。

第一個(gè)古怪的效果叫尺縮鐘慢。在不同的參照系里的人看來(lái)，尺子的長(zhǎng)度是不一樣的。一個(gè)運(yùn)動(dòng)的尺子會(huì)比在靜止時(shí)短，這個(gè)叫尺縮；運(yùn)動(dòng)的鐘要慢一點(diǎn)，這是鐘慢。這個(gè)尺縮鐘慢效應(yīng)不是任何外力作用造成的，就是參照系本身造成的，是運(yùn)動(dòng)學(xué)效應(yīng)不是動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。由于運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，你看見(jiàn)我的鐘慢了，我看見(jiàn)你的鐘也慢了，那么到底是誰(shuí)慢了呢？由于處在不同的參照系，這個(gè)問(wèn)題是沒(méi)有意義的。但是，要是讓一對(duì)雙生子派一個(gè)人先出去跑一圈再回來(lái)，由于他們都會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)方時(shí)鐘慢了，生命的生長(zhǎng)也慢了，于是對(duì)方都比自己年輕了，這樣再次碰面就會(huì)出現(xiàn)悖論：到底是哪一個(gè)更年輕？這就是著名的雙生子悖論。這個(gè)悖論在狹義相對(duì)論里解決不了，只有在廣義相對(duì)論才能解決。大家知道，一個(gè)宇宙飛船飛出去又飛回來(lái)，它必然要經(jīng)歷一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)才能飛出去，飛出去之后要想再回來(lái)，它又要經(jīng)歷一個(gè)減速運(yùn)動(dòng)。一加速一減速就不符合狹義相對(duì)論的條件，就是廣義相對(duì)論處理的問(wèn)題了。經(jīng)歷了加速場(chǎng)的人，按照廣義相對(duì)論來(lái)說(shuō)，他應(yīng)該是絕對(duì)地變年輕了。因此按照廣義相對(duì)論，這個(gè)雙生子悖論是可以解決的，答案是坐宇宙飛船出去轉(zhuǎn)一圈的那個(gè)人變年輕了。這是我們要說(shuō)的尺縮鐘慢效應(yīng)。

還有一個(gè)很重要的推論，就是很多人都知道的質(zhì)能轉(zhuǎn)化公式，E等于MC2，E是能量，M是質(zhì)量，C是光速。根據(jù)這個(gè)公式，稍微有一點(diǎn)點(diǎn)質(zhì)量的損失，可以變成巨大的能量。過(guò)去分別有質(zhì)量守恒和能量守恒，現(xiàn)在兩者是一回事，合起來(lái)叫質(zhì)能守恒，這個(gè)也是狹義相對(duì)論所得出的結(jié)論。

接著我們說(shuō)一說(shuō)廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論處理的是加速問(wèn)題。牛頓力學(xué)里面有兩個(gè)質(zhì)量，一個(gè)是牛頓第二定律規(guī)定的那個(gè)質(zhì)量，我們稱為慣性質(zhì)量；另外一個(gè)是萬(wàn)有引力定律里面的，叫引力質(zhì)量。在牛頓時(shí)代，引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量被認(rèn)為當(dāng)然是同樣一個(gè)質(zhì)量，但是這個(gè)并沒(méi)有予以說(shuō)明。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，這兩個(gè)質(zhì)量的同一性實(shí)際上表明了引力場(chǎng)和加速場(chǎng)的等效性。說(shuō)白了就是，引力場(chǎng)和加速場(chǎng)本質(zhì)上是一回事。愛(ài)因斯坦最喜歡用電梯做思想實(shí)驗(yàn)，歷史上稱為愛(ài)因斯坦電梯。比如說(shuō)你坐在封閉的電梯里，并且用臺(tái)秤秤自己的重量，現(xiàn)在你發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤上顯示你的重量大于你的體重，那么愛(ài)因斯坦說(shuō)，你不能肯定究竟是你所在的電梯正在向上加速運(yùn)動(dòng)，還是地球的引力突然增大了。這就是加速場(chǎng)和引力場(chǎng)兩者不可分的意思。根據(jù)這個(gè)等效原理，他推出了廣義相對(duì)論。

廣義相對(duì)論也有很多重要的預(yù)言。其中最有意思的一個(gè)推論就是，他認(rèn)為物質(zhì)和空間之間不能夠像過(guò)去那樣看成相互外在的兩個(gè)東西，比如說(shuō)空間是一個(gè)籃子，物質(zhì)就像籃子里的菜；空間是那個(gè)書(shū)架子，物質(zhì)就是書(shū)架上的書(shū)。愛(ài)因斯坦說(shuō)這不對(duì)的，實(shí)際情況是，空間變成了物質(zhì)的某種幾何性質(zhì)。廣義相對(duì)論主張，有什么樣的物質(zhì)，就會(huì)有什么樣的空間。就好比籃子裝了菜，籃子就發(fā)生變化；書(shū)架裝了書(shū)，書(shū)架會(huì)發(fā)生變化。任何有質(zhì)量的物質(zhì)都會(huì)引起周圍空間的彎曲，質(zhì)量越大、引力場(chǎng)越大，空間彎曲得越厲害。過(guò)去我們認(rèn)為月亮繞地球轉(zhuǎn)，是因?yàn)橛械厍虻囊υ诶?，現(xiàn)在，按照廣義相對(duì)論的說(shuō)法，好是因?yàn)榈厍虻囊?chǎng)讓地球周邊的空間變彎了。月亮某種意義上是在走一個(gè)直路，只不過(guò)空間彎了，它走的直路在我們看來(lái)也是一個(gè)彎路。

空間彎了，一向走直路的光線當(dāng)然也會(huì)彎曲。這個(gè)說(shuō)法當(dāng)然是非常奇特的，一般人覺(jué)得不可思議。愛(ài)因斯坦說(shuō)只有在特別強(qiáng)大的引力場(chǎng)之中，光才能發(fā)生彎曲。我們地球周圍最大的引力場(chǎng)就是太陽(yáng)，太陽(yáng)質(zhì)量最大，可是白天太陽(yáng)很亮，沒(méi)有辦法用它來(lái)判定光線是否在經(jīng)過(guò)它是否發(fā)生了彎曲。但也有辦法，就是等日全食的時(shí)候，月亮正好把太陽(yáng)全部遮住的時(shí)候，我們?cè)賮?lái)看一看處在太陽(yáng)背后的那個(gè)恒星的光，能不能繞過(guò)太陽(yáng)被我們看見(jiàn)，如果能的話就證明愛(ài)因斯坦說(shuō)得是對(duì)的。這件事情正好發(fā)生在第一次世界大戰(zhàn)之后，英國(guó)的愛(ài)丁頓率領(lǐng)一個(gè)考察隊(duì)專門去考察日全食的時(shí)候光線是不是發(fā)生彎曲，考察的結(jié)果居然是真的發(fā)生了彎曲。當(dāng)時(shí)就一下子轟動(dòng)了，愛(ài)因斯坦從此成為家喻戶曉的科學(xué)家。

我們講這些基本的東西，是要想說(shuō)明愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，對(duì)人類關(guān)于時(shí)間、空間、宇宙的基本觀念產(chǎn)生了一場(chǎng)革命性的轉(zhuǎn)變，因此我們說(shuō)愛(ài)因斯坦是20世紀(jì)的一個(gè)科學(xué)革命家。下面我們?cè)賮?lái)講講量子力學(xué)。量子力學(xué)從某種意義上說(shuō)，比愛(ài)因斯坦的相對(duì)論還要深刻，它里面所包含著的革命性因素還要多，主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面。

第一個(gè)是微觀領(lǐng)域里物質(zhì)的波粒二象性。微觀粒子既表現(xiàn)出波的特性，又表現(xiàn)出粒子的特性。粒子的一個(gè)特點(diǎn)是它有個(gè)定義明確的界限，有自己獨(dú)一無(wú)二的位置。波則是一個(gè)彌散的東西，不能說(shuō)波在什么位置，波是處在整個(gè)空間之中。這本來(lái)是兩種完全不一樣的物質(zhì)形態(tài)，但量子力學(xué)發(fā)現(xiàn)，微觀粒子既像是粒子也像波。比如說(shuō)這個(gè)屋子有兩個(gè)門，我們每個(gè)人進(jìn)來(lái)的時(shí)候總只能從一個(gè)門進(jìn)來(lái)，你不能說(shuō)我同時(shí)從兩個(gè)門進(jìn)來(lái)的?？墒橇孔恿W(xué)發(fā)現(xiàn)，微觀領(lǐng)域的粒子就是從兩個(gè)門進(jìn)來(lái)的。同樣，它也是從兩個(gè)門出去的，因此，你就不好說(shuō)它出去之后究竟在什么地方。

第二個(gè)叫做測(cè)不準(zhǔn)原理。一個(gè)粒子的能量和時(shí)間、質(zhì)量和動(dòng)量不能夠同時(shí)精確測(cè)定，也稱為不確定性原理。為什么量子領(lǐng)域會(huì)發(fā)生這個(gè)事情呢？主要的一個(gè)原因是我們對(duì)量子領(lǐng)域的現(xiàn)象必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能了解，可是實(shí)驗(yàn)總是會(huì)對(duì)對(duì)象有干預(yù)。比如說(shuō)我們這個(gè)黑屋子里面有一個(gè)球，現(xiàn)在我們來(lái)問(wèn)這個(gè)球在什么位置，當(dāng)然我們不知道在什么位置，因?yàn)槲葑犹诹宋覀兛床灰?jiàn)。為了知道它在什么位置我必須把燈打開(kāi)?？墒前褵粢淮蜷_(kāi)之后，那個(gè)燈的光線就對(duì)那個(gè)球產(chǎn)生作用。對(duì)一個(gè)宏觀的球來(lái)說(shuō)，光線不大可能對(duì)它產(chǎn)生什么明顯的影響，可是在量子微觀領(lǐng)域，這個(gè)光子跟這個(gè)球差不多，它就完全有可能把球打到不知道什么地方去了。即使你打開(kāi)燈之后看見(jiàn)那個(gè)球在某個(gè)位置，你也不能說(shuō)沒(méi)打開(kāi)燈之前那個(gè)球在什么位置。如果你不開(kāi)燈你看不見(jiàn)，一開(kāi)燈球又變了位置了，所以這就是為什么量子力學(xué)說(shuō)搞不清楚它在什么位置的一個(gè)根本原因。

量子力學(xué)還有很多這類稀奇古怪的現(xiàn)象。經(jīng)常有物理學(xué)家自嘲說(shuō)，如果你在學(xué)過(guò)了量子力學(xué)之后沒(méi)有意識(shí)到自己根本不懂量子力學(xué)，那么你就真是不懂量子力學(xué)。只有當(dāng)你知道自己不懂量子力學(xué)之后，你才能說(shuō)自己稍微懂得一點(diǎn)量子力學(xué)。量子力學(xué)在20世紀(jì)初產(chǎn)生后，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，成了整個(gè)20世紀(jì)科學(xué)的一個(gè)基本的平臺(tái)。今天諸位都用了手機(jī)，用了電子設(shè)備，其實(shí)里面都包含著量子力學(xué)的理論成就。量子力學(xué)我們就講到這里。

下面我們講講四大理論模型。

四個(gè)理論模型里面宇宙學(xué)和相對(duì)論聯(lián)系最深。牛頓以來(lái)的宇宙學(xué)基本上就沒(méi)了，因?yàn)橛钪姹徽J(rèn)為是無(wú)限的，無(wú)限的宇宙沒(méi)法研究。愛(ài)因斯坦相對(duì)論提出來(lái)之后，他發(fā)現(xiàn)可以把宇宙整體作為一個(gè)研究對(duì)象，建立方程。這個(gè)宇宙方程導(dǎo)出的解都表明宇宙不是穩(wěn)定的，但他當(dāng)時(shí)覺(jué)得宇宙總體上應(yīng)該是一個(gè)穩(wěn)定的東西，所以他加了一個(gè)宇宙學(xué)項(xiàng)，強(qiáng)行把從相對(duì)論宇宙學(xué)中導(dǎo)出了一個(gè)靜止的宇宙模型。也有一些數(shù)學(xué)家試解愛(ài)因斯坦的宇宙方程，提出了好多次數(shù)學(xué)方案，這些方案都表明宇宙是不穩(wěn)定的。由于沒(méi)有觀測(cè)證據(jù)，數(shù)學(xué)家自己算著玩，也沒(méi)有人當(dāng)真。

有意思的是，大概在2 0年代末，美國(guó)的一位天文學(xué)家叫哈勃（哈勃望遠(yuǎn)鏡就是以他的名字命名的），他發(fā)現(xiàn)銀河系外面的星系都有紅移現(xiàn)象。紅移就是光譜向紅端移動(dòng)，向低頻段移動(dòng)，人們馬上聯(lián)想到多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)很簡(jiǎn)單，說(shuō)的是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)源在觀察者看來(lái)，振動(dòng)的波長(zhǎng)和頻率都是要發(fā)生改變的。我們都有這個(gè)經(jīng)驗(yàn)，一列火車?guó)Q著汽笛向我們開(kāi)來(lái)的時(shí)候聲音越來(lái)越尖銳，離我們而去的時(shí)候聲音越來(lái)越低沉。這不是因?yàn)樗@個(gè)汽笛聲調(diào)發(fā)生了變化，而是因?yàn)槲覀兒突疖囍g的運(yùn)動(dòng)關(guān)系發(fā)生了變化。它向著我們來(lái)的時(shí)候是越來(lái)越尖銳，聲音的頻率發(fā)生了藍(lán)移；離我們而去的時(shí)候聲音越來(lái)越低沉，發(fā)生了紅移。河外星系都有這樣的紅移現(xiàn)象，這就意味著所有的星系實(shí)際上都在離我們遠(yuǎn)去。如果所有的星系都離我們遠(yuǎn)去，這就意味著整個(gè)宇宙都在膨脹。

這個(gè)觀察證據(jù)發(fā)現(xiàn)之后，立即就被人聯(lián)想到那些數(shù)學(xué)家所給出的宇宙膨脹模型。理論與觀測(cè)相遇了，現(xiàn)代宇宙學(xué)就這樣成長(zhǎng)起來(lái)了。如果說(shuō)宇宙是膨脹的話，那么往回追溯它應(yīng)該越來(lái)越小，小到一定地步應(yīng)該就變成一個(gè)點(diǎn)。從點(diǎn)狀如何膨脹出一個(gè)宇宙？點(diǎn)之前又是什么東西？這就是一個(gè)大問(wèn)題。宇宙學(xué)家提出一個(gè)理論說(shuō)，宇宙是從起點(diǎn)處高溫、高壓、高密度的奇點(diǎn)狀態(tài)爆炸過(guò)來(lái)的，爆炸瞬間之后，是一團(tuán)宇宙霧，或者說(shuō)一鍋宇宙湯，隨著溫度慢慢變低，依次產(chǎn)生現(xiàn)在我們看到的這些物質(zhì)，核子啊、電子啊這些東西，后來(lái)慢慢再出現(xiàn)星系、星云，出現(xiàn)行星，整個(gè)宇宙就出來(lái)了。在冷卻的過(guò)程中實(shí)際上還有點(diǎn)霧沒(méi)有徹底冷卻，這個(gè)很稀薄的一層霧始終還在，大概相當(dāng)于絕對(duì)溫度三度這樣子的輻射，是早期宇宙湯的一個(gè)遺跡。這個(gè)遺跡后來(lái)居然也被發(fā)現(xiàn)了，這個(gè)發(fā)現(xiàn)也是非常巧的。幾個(gè)搞射電天文的人做了一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡調(diào)試，怎么調(diào)試也不能復(fù)零，老有一點(diǎn)本底噪音。這個(gè)本底噪音當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是望遠(yuǎn)鏡沒(méi)做好的一種表現(xiàn)，他們很苦惱。但是他們?cè)谄樟炙诡D大學(xué)吃飯的時(shí)候跟同事們談起來(lái)，說(shuō)我們?cè)炝艘粋€(gè)望遠(yuǎn)鏡，怎么調(diào)也調(diào)不到零，本底噪音不知道怎么來(lái)的。說(shuō)者無(wú)心聽(tīng)者有意，旁邊的理論宇宙學(xué)家一聽(tīng)，這個(gè)本底噪音不就是宇宙背景輻射嗎？他們于是結(jié)合起來(lái)研究，證明那個(gè)本底噪音就是宇宙湯在冷卻過(guò)程中留下的那一點(diǎn)點(diǎn)霧，稱為微波背景輻射。這個(gè)輻射的發(fā)現(xiàn)就成了對(duì)熱大爆炸宇宙模型的一個(gè)有力的支持，這個(gè)模型從此就有力地確立下來(lái)了。這個(gè)模型也很受理論物理學(xué)家喜愛(ài)，因?yàn)楹芏喔吣芪锢韺?shí)驗(yàn)在地面上不好做，做不出來(lái)，但有了這個(gè)模型，我們就可以虛擬地在宇宙早期去做。因?yàn)橛钪嬖缙跍囟雀?，密度大，成了理論物理學(xué)家很鐘愛(ài)的一個(gè)模型，他們可以在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上做思想試驗(yàn)。

第二個(gè)模型就是所謂的夸克模型。大家知道一分為二的思想。所有的物質(zhì)都是由分子構(gòu)成，所有的分子都是由原子構(gòu)成，所有的原子都是原子核和電子構(gòu)成，原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，質(zhì)子和中子由基本粒子構(gòu)成，還能不能接著分下去呢？過(guò)去我們說(shuō)一尺之捶，日取其半，萬(wàn)世不竭?？墒菃?wèn)題是，你想是可以這么想，但能不能真的分得下去得靠科學(xué)來(lái)說(shuō)話，得做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻表明，這個(gè)夸克模型分不下去了。因?yàn)榈搅肆孔宇I(lǐng)域之后，質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系開(kāi)始起作用了。打個(gè)比方說(shuō)，你用刀去切蘋果，在宏觀領(lǐng)域里，蘋果是蘋果刀是刀，是兩個(gè)不同的東西?？墒堑搅宋⒂^領(lǐng)域，代表著分解方的刀和代表著被分解方的蘋果是可以互相轉(zhuǎn)換的，相當(dāng)于說(shuō)，你切著切著，刀切沒(méi)了，變成蘋果了。本來(lái)應(yīng)該是蘋果越切越小，由于刀切沒(méi)了，轉(zhuǎn)化成了蘋果，因此蘋果被切之后有可能變成兩個(gè)更大的蘋果。由于質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化，高能粒子在切割的過(guò)程中并不是越變?cè)叫。@樣一來(lái)，所謂的無(wú)限可分就變得沒(méi)有意義了?？淇四Ｐ驼J(rèn)為夸克實(shí)際上根本打不開(kāi)，一個(gè)很重要的原因是道高一尺魔高一丈，你敲擊的能量越大，它禁閉的能量也越大，所以根本就打不開(kāi)。這是夸克模型。

大家都很熟悉了。今天我們處在一個(gè)生物技術(shù)的時(shí)代，基因的時(shí)代?；驎r(shí)代之所以能夠到來(lái)，與DNA雙螺旋模型的發(fā)現(xiàn)是有關(guān)系的。過(guò)去我們只知道有基因，基因在染色體上，那么具體來(lái)說(shuō)基因是什么樣，有什么樣的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，過(guò)去都不知道，現(xiàn)在都搞清楚了。20世紀(jì)50年代有兩位英國(guó)的年輕人，在前人的工作的基礎(chǔ)上最終發(fā)現(xiàn)了DNA實(shí)際上是兩個(gè)鏈纏在一起，纏成一個(gè)雙螺旋，有了這個(gè)雙鏈條模型后人們才能精細(xì)地對(duì)基因進(jìn)行研究和加工。今天我們知道的基因復(fù)制、基因修補(bǔ)、基因重組，都是建立在這個(gè)DNA雙螺旋模型的基礎(chǔ)之上。所以這個(gè)模型對(duì)于今天生物科學(xué)的發(fā)展，對(duì)于我們生物技術(shù)的發(fā)展都是功莫大焉。但是大家也要注意到，DNA雙螺旋模型的發(fā)現(xiàn)是與微觀物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)有直接關(guān)系的，剛才我們講的量子論和相對(duì)論都是有貢獻(xiàn)的。因?yàn)镈NA這個(gè)東西很小，必須用電子顯微鏡來(lái)看。電子顯微技術(shù)實(shí)際上是建立在當(dāng)時(shí)量子力學(xué)這樣一些物理學(xué)基礎(chǔ)之上的。所以某種意義上說(shuō)，這個(gè)DNA雙螺旋模型的發(fā)現(xiàn)，理論物理學(xué)也是有很大功勞的。

大地我們過(guò)去只知道有縱向的運(yùn)動(dòng)，地震就是典型的縱向運(yùn)動(dòng)，上下動(dòng)。人們從來(lái)沒(méi)想到大地還有水平的運(yùn)動(dòng)，地那么大的東西怎么會(huì)水平運(yùn)動(dòng)呢。但是有些人就注意到了，我們的世界地圖幾大塊之間的關(guān)系，實(shí)際上暗示了它過(guò)去可能是一個(gè)整體。有一位地質(zhì)學(xué)家叫魏格納，有一天他躺在床上看世界地圖就發(fā)現(xiàn)，非洲大陸跟美洲大陸邊界好像能接上，他就想是不是早期它們是一整塊的，后來(lái)才分開(kāi)的。這個(gè)思想當(dāng)然過(guò)于大膽了，人們很難設(shè)想地球那么大的玩意兒還能夠水平運(yùn)動(dòng)。他有了這個(gè)設(shè)想之后，就想去驗(yàn)證它，而且寫了書(shū)，但是得不到大多數(shù)人的認(rèn)同。所以這個(gè)大地水平運(yùn)動(dòng)理論，一直經(jīng)歷了大概半個(gè)世紀(jì)的爭(zhēng)論，反復(fù)地研討，最終在20世紀(jì)60年代終于得到了地質(zhì)學(xué)界的認(rèn)同，被認(rèn)為是地質(zhì)學(xué)中的一場(chǎng)革命。這場(chǎng)革命確立了大地的板塊模型，以及這個(gè)板塊的漂移運(yùn)動(dòng)。有了這個(gè)板塊模型，所有的關(guān)于地質(zhì)、地球物理的研究就有了一個(gè)嶄新的面貌。所以板塊模型也被認(rèn)為是20世紀(jì)最重要的一個(gè)模型。

第五個(gè)模型我們講的是馮？諾伊曼模型。馮？諾伊曼模型是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)模型，今天我們用的電腦基本上都屬于馮？諾伊曼機(jī)。馮？諾伊曼機(jī)的一個(gè)基本原理就是把操作程序代碼化，把數(shù)據(jù)和程序儲(chǔ)存在一起。大家知道我們今天的硬盤里既存數(shù)據(jù)，也存軟件。軟件就是操作程序，數(shù)據(jù)是我們用的，比如說(shuō)文字、圖象等。馮？諾伊曼機(jī)發(fā)現(xiàn)把它混在一起可以提高效率，過(guò)去這兩個(gè)部分是分開(kāi)的，操作是操作、數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)，但是運(yùn)算速度很慢。馮？諾伊曼提出來(lái)把兩者混在一起，統(tǒng)一編碼，這樣就大大地提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算的速度。今天我們用的電腦依然屬于這個(gè)范疇。因此有人認(rèn)為馮？諾伊曼模型也是20世紀(jì)最重要的理論模型之一。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，不斷出現(xiàn)了一批橫斷學(xué)科、新興學(xué)科，被有人稱為第二次科學(xué)革命。在我看來(lái)，這場(chǎng)科學(xué)革命是比相對(duì)論、量子力學(xué)更加深遠(yuǎn)的一場(chǎng)思想變革，它要打破近代自牛頓以來(lái)的一些對(duì)世界的看法，參與這場(chǎng)科學(xué)革命的學(xué)科很多，非線性科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、生態(tài)科學(xué)都卷入其中。

這些新的科學(xué)都想破除傳統(tǒng)科學(xué)里面的機(jī)械決定論思想。牛頓力學(xué)世界觀的一個(gè)理想是，給定全部的初始條件我就能告訴你世界的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)。法國(guó)科學(xué)家拉普拉斯對(duì)此有一個(gè)形象的表述。他說(shuō)只要有一個(gè)萬(wàn)能的計(jì)算者，你告訴他這個(gè)宇宙的初始條件，他就能算出宇宙的過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)。在他看來(lái)，難題只在于有沒(méi)有這樣一個(gè)萬(wàn)能的計(jì)算者，世界的決定論特征是沒(méi)有問(wèn)題的。拉普拉斯的這個(gè)形象的說(shuō)法，現(xiàn)在看來(lái)是有問(wèn)題的。決定論的信奉者也是征服自然、改造自然的信奉者。我們因?yàn)槟芷?huì)算，能夠精確地預(yù)言、預(yù)測(cè)，因此我們什么都不怕，我們可以無(wú)所顧忌地改天換地。因?yàn)槲夷軌蚓_地知道，我對(duì)自然界的改造會(huì)造成什么樣的后果。如果你不能夠知道后果，那么人類對(duì)自然會(huì)有所敬畏。新的科學(xué)認(rèn)為人類對(duì)自然的研究，并不能夠獲取完全的確定性。我們只能或然地了解世界，我們對(duì)于世界長(zhǎng)遠(yuǎn)的后果是沒(méi)法了解。這就是所謂的非線性效應(yīng)、復(fù)雜性效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)。過(guò)去有一個(gè)箴言說(shuō)人算不如天算，包括這個(gè)意思。歷史上的許多原始文化、傳統(tǒng)文化都強(qiáng)調(diào)要敬畏自然，主張自然的很多后果我們是難以預(yù)料的。但是，這個(gè)論調(diào)是近代科學(xué)所不理會(huì)的，近代數(shù)理科學(xué)傳統(tǒng)認(rèn)為自然界是一個(gè)確定的體系，現(xiàn)在看來(lái)這個(gè)信念過(guò)于理想。新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)了路徑依賴和初始條件敏感，就是說(shuō)初始條件微小的變化將會(huì)非線性放大，放大到不成樣子。通俗的講法就是所謂的蝴蝶效應(yīng)，說(shuō)的是北京的一個(gè)蝴蝶扇一下翅膀，結(jié)果在紐約造成一場(chǎng)風(fēng)暴。一個(gè)玩笑說(shuō)，壞了一只馬蹄鐵，損失一匹戰(zhàn)馬，損失一匹戰(zhàn)馬帶來(lái)一場(chǎng)小小戰(zhàn)役的失敗，小小戰(zhàn)役的失敗帶來(lái)一場(chǎng)大戰(zhàn)役的失敗，大戰(zhàn)役的失敗帶來(lái)戰(zhàn)略性的失敗，戰(zhàn)略性失敗帶來(lái)國(guó)家的滅亡。這每一步都是非線性放大，結(jié)果是一只馬蹄鐵壞了導(dǎo)致一個(gè)國(guó)家滅了。非線性效應(yīng)在現(xiàn)在看來(lái)不是個(gè)別的、孤立的，而是普遍的，處處都存在。過(guò)去認(rèn)為整個(gè)宇宙尺度上，還是牛頓力學(xué)說(shuō)了算，現(xiàn)在看來(lái)牛頓力學(xué)只能是小范圍說(shuō)了算，大范圍反而都是非線性系統(tǒng)。我想這是一個(gè)很重要的觀念革命。

第二個(gè)方面是整體論的出現(xiàn)。過(guò)去的科學(xué)都主張對(duì)世界進(jìn)行分割、切割，把宏觀的東西還原為微觀的東西，把整塊的東西切割成小的東西。我們先對(duì)小的、簡(jiǎn)單的東西進(jìn)行研究，研究了小的東西，那么大的東西自然就可以拼出來(lái)了。方程都是微分方程，微分方程算出來(lái)之后進(jìn)行積分。微積分的過(guò)程就是一個(gè)原子化的過(guò)程，積分的過(guò)程就是一個(gè)拼裝的過(guò)程。所以近代以牛頓力學(xué)為代表的世界觀，基本上是一個(gè)拼裝、拆拼的世界觀。我們做什么事、看什么問(wèn)題，都先是把這個(gè)事情把它拆開(kāi)了、分解了，模塊、板塊化。現(xiàn)在我們管理學(xué)里面經(jīng)常搞模塊化、板塊化，其實(shí)就是來(lái)自經(jīng)典科學(xué)里面的原子論思維。流水線生產(chǎn)也是，把汽車都拆散了。過(guò)去造東西是一個(gè)工匠從頭造到尾，現(xiàn)在是一個(gè)人造一點(diǎn)點(diǎn)，造完以后拼起來(lái)就行了，又快又好。這是現(xiàn)代性思維的一個(gè)很重要的部分，也是古典科學(xué)的拼裝世界觀的反映。這種拆拼世界觀、原子論世界觀有個(gè)問(wèn)題，就是忽視了世界、事物本身是個(gè)有機(jī)的整體，拆和拼的過(guò)程中肯定會(huì)損壞或者忽略掉有機(jī)的部分。我們都知道有許多東西是拆不出來(lái)也拼不出來(lái)的，這就是整體的東西。比如我們說(shuō)一個(gè)和尚挑水吃，兩個(gè)和尚抬水吃，三個(gè)和尚沒(méi)水吃，這就是一個(gè)整體論效應(yīng)。如果按照線性相加的原則，一個(gè)和尚挑水，兩個(gè)和尚就挑兩擔(dān)水，三個(gè)和尚挑三擔(dān)水。但這是原子論的思維，實(shí)際上并不是這么回事，和尚越多越?jīng)]有水吃。也有人說(shuō)，一個(gè)中國(guó)人是一條龍，三個(gè)中國(guó)人成了一條蟲(chóng)，這也是整體論效應(yīng)，搞在一起反而內(nèi)訌、相互拆臺(tái)。這個(gè)效應(yīng)你通過(guò)拆分拆不出來(lái)，拆出來(lái)之后的東西就像我們剛才講的量子效應(yīng)那樣，有可能越拆越大，越拼越小，這就不是線性效應(yīng)。

還有一個(gè)方面是，新科學(xué)確認(rèn)了世界的不可逆性。牛頓力學(xué)根本上認(rèn)為，一個(gè)物理系統(tǒng)是可以反演的。時(shí)間變成負(fù)的無(wú)所謂，反正牛頓方程里面的時(shí)間都是以平方的方式出現(xiàn)的。不可逆性早在19世紀(jì)后期熱力學(xué)第二定律出現(xiàn)的時(shí)候就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了。人們發(fā)現(xiàn)一杯熱水放在空氣里面，它只會(huì)越來(lái)越?jīng)觯恢睕龅胶涂諝鉁囟纫粯訛橹?。從?lái)沒(méi)有一杯冷水放在桌上，能從空氣中吸熱把自個(gè)兒燒開(kāi)了。從來(lái)只聽(tīng)說(shuō)過(guò)破鏡難圓，沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)一個(gè)破碎的鏡子最后自己能重回圓滿，打碎的瓷器難復(fù)原、覆水難收都是這個(gè)意思?？墒前凑张ｎD力學(xué)，這種逆轉(zhuǎn)原則上是可以的。宏觀上看一個(gè)物理系統(tǒng)總是按照一個(gè)不可逆的方向發(fā)展，一杯水總是慢慢地變冷或者變熱和室溫保持平衡，從來(lái)沒(méi)有越來(lái)越偏離室溫的情況出現(xiàn)。這種不可逆現(xiàn)象出來(lái)以后，很多科學(xué)家很苦惱。因?yàn)樗^的熱力學(xué)定律不過(guò)就是微觀定律的一個(gè)宏觀表現(xiàn)而已，微觀領(lǐng)域的粒子肯定都是符合牛頓定律的，因而是可逆的，可是為什么微觀里面是可逆的，宏觀就不可逆呢？當(dāng)時(shí)有一位奧地利的物理學(xué)家叫玻耳茲曼，一直在試圖解決這個(gè)問(wèn)題，結(jié)果到死也沒(méi)有解決問(wèn)題。最后他是自殺的，沒(méi)解決這個(gè)問(wèn)題很苦惱，自殺了。這個(gè)問(wèn)題到現(xiàn)在也沒(méi)有完全解決，但是新科學(xué)，就是非線性科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)、生態(tài)科學(xué)都試圖把這個(gè)不可逆性作為一個(gè)基本的現(xiàn)象來(lái)處理，而讓牛頓力學(xué)的東西作為一個(gè)次級(jí)的現(xiàn)象。這是新科學(xué)的一個(gè)嶄新的變化，這個(gè)變化將更加符合我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)。

科學(xué)與人文在現(xiàn)代之所以分裂有一個(gè)重要的原因就是古典的物理學(xué)、古典科學(xué)不再關(guān)注價(jià)值問(wèn)題，只關(guān)注事實(shí)，造成了事實(shí)和價(jià)值的二分。事實(shí)和價(jià)值之所以二分，是因?yàn)楣诺淞W(xué)、古典物理學(xué)、古典科學(xué)所面對(duì)的對(duì)象是一個(gè)機(jī)械。機(jī)械本身是沒(méi)有目的的，沒(méi)有目的就沒(méi)有價(jià)值。有機(jī)體都是有目的的，機(jī)械沒(méi)有目的。如果你把世界本身看成個(gè)機(jī)械，那么這個(gè)世界本身就談不上什么價(jià)值，價(jià)值只屬于人。于是，人和自然、事實(shí)和價(jià)值、科學(xué)與人文之間就發(fā)生了分裂?？墒切碌目茖W(xué)認(rèn)為世界本質(zhì)上不是一個(gè)機(jī)械，而是一個(gè)有機(jī)體。這個(gè)有機(jī)體有自身的目的、有自身整體的效應(yīng)。機(jī)械論理想局部是合理的，但是它是有限度的。因?yàn)樘囟ǖ哪康摹⑻囟ǖ哪繕?biāo)我們可以把世界看成個(gè)機(jī)械，但是根本上來(lái)看，世界并不是一個(gè)機(jī)械，而是一個(gè)有機(jī)體。這個(gè)有機(jī)體有整體效應(yīng)，有非線性效應(yīng)，它的變化過(guò)程是不可逆的。一個(gè)人只能由小孩長(zhǎng)成青年，青年長(zhǎng)成中年，中年變成老年，老年最后死掉，不可能倒著長(zhǎng)，倒著長(zhǎng)不是有機(jī)體的模式。想倒著長(zhǎng)恰恰是機(jī)械自然觀的一個(gè)必然后果。從這個(gè)意義上說(shuō)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，特別是狹義相對(duì)論總體上看也還屬于機(jī)械自然觀的范圍。愛(ài)因斯坦相對(duì)論是允許時(shí)間倒流的，邏輯上它允許時(shí)間倒流。好萊塢電影里面特別喜歡借用這個(gè)東西，來(lái)幻想時(shí)間倒流，從而產(chǎn)生一些非常異樣的場(chǎng)景疊加，那就有戲可看了。電影總是要有戲可看，所以他們特別喜歡援引相對(duì)論這些東西。其實(shí)可逆性思想已經(jīng)遭到了新科學(xué)的質(zhì)疑。