量子力学的产生与启示

量子力学的产生与启示摘要：本文对量子力学的产生做了论述，并通过对量子力学产生的整个过程做了分析与归纳，不仅得出了量子力学产生的四点重大意义，而且认识到辩证思想和创新意识是量子力学产生的必要条件,并结合这些结论探讨了如何培养学生的创新意识和作为科学人员应具备哪些科学素养，对人类以后的科学研究具有指导意义。关键词:能量子假设;科学素质;创新意识;综合能力TheemergenceofquantummechanicsandEnlightenmentAbstract:Inthispaper,sotheemergenceofquantummechanicsisdiscussed,andbyquantummechanicshavedonethewholeprocessofanalysisandsummary,notonlyhavecometothequantummechanicsofthefourpointsofgreatsignificance,andrecognizingthatdialecticalthinkingandinnovationhaveasenseofquantummechanicsanecessarycondition,combinedwiththeseconclusionsonhowtofosterinnovationandawarenessofstudentsandstaffasasciencewhichshouldhavethescientificknowledge,scientificresearchonhumanfutureguidance.Keywords:energysub-hypothesis;scientificquality;innovationawareness;comprehensiveability

目录1前沿 32量子力学的建立 33量子力学产生的意义 54量子力学的诞生过程对学生的启迪 75小结 8[参考文献] 8谢词 9

物理的理论解释而心存困惑。他给朋友的一封信中谈到了这种苦恼,他称这(能量量子化假设)是一个无奈的行为,表示要不惜一切代价找到一个与经典理论协调的理论解释。他对量子理论的接受是勉强的,对量子理论几经修改,时而认为发射过程是量子化的,而吸收过程是连续的;时而又认为发射和吸收都是量子化的,而传播过程是连续的。他为融合量子论与经典物理的矛盾奋斗了15年之久,付出了巨大的精力,但始终一无所获,最终他不得已放弃了这种努力。1905年,担任德国《物理学年鉴》主编的普朗克收到并发表了爱因斯坦关于相对论的第一篇论文,从此,他成为年青的爱因斯坦在学术上的保护人。普朗克此时困惑还表现在他反对爱因斯坦的光子假设,在介绍爱因斯坦加入物理学会的推荐信中,他一方面称赞爱因斯坦是一个非常有成就的年青人,但另一方面他认为爱因斯坦光子假设没有打中靶子。事实上,正是爱因斯坦、德布罗意、玻尔、薛定谔等一批人不懈的努力,使得他的量子理论发扬光大,导致了量子力学学科的建立。3量子力学产生的意义量子力学在低速、微观的现象范围内具有普遍适用的意义。它是现代物理学基础之一，在现代科学技术中的表面物理、半导体物理、凝聚态物理、粒子物理、低温超导物理、量子化学以及分子生物学等学科的发展中，都有重要的理论意义。一、量子力学突破了经典科学的机械决定论，遵循因果加统计的非机械决定论量子力学是对经典物理学在微观领域的一次革命。量子力学所揭示的微观世界的运动规律以及以玻尔为代表的哥本哈根学派对量子力学的理解，同物理学机械决定论是根本相悖的。按照量子理论，微观粒子运动遵守统计规律，我们不能说某个电子一定在什么地方出现，而只能说它在某处出现的几率有多大。玻恩的统计解释指出，因果性是表示事件关系之中一种必然性观念，而机遇则恰恰相反地意味着完全不确定性，自然界同时受到因果律和机遇律的某种混合方式的支配。在量子力学中，几率性是基本概念，统计规律是基本规律。物理学原理的方向发生了质的改变：统计描述代替了严格的因果描述，非机械决定论代替了机械决定论的统治。经典统计力学虽然也提出了几率的概念，但未能从根本上动摇严格决定论，量子力学的冲击则使机械决定论的大厦坍塌了。量子力学揭示并论证了人们对微观世界的认识具有不可避免的随机性，它不遵循严格的因果律。任何微观事件的测定都要受到测不准关系的限定，不可能确切地知道它们的位置和动量、时间和能量，只能描述和预言微观对象的可能的行为。因此，量子力学必须是几率的、统计的。而且，随着认识的发展，人们发现量子统计的随机性，不是由于我们知识和手段的不完备性造成的，而是由微观世界本身的必然性（主客体相互作用）所注定。

二、量子力学使得科学认识方法由还原论转化为整体论

还原论作为一种认识方法，是指把高级运动形式归结为低级运动形式，用研究低级运动形式所得出的结论代替对高级运动形式的本质认识的观点。它用已分析得出的客观世界中的主要的、稳定的观点和规律去解释、说明要研究的对象。其目的是简化、缩小客体的多样性。这种方法在人类认识处于初级水平上无疑是有效的。如牛顿将开普勒和伽利略的定律成功地还原为他的重力定律。但是还原论形而上学的本质，以及完全还原是不可能的，决定了还原论不能揭示世界的全貌。

量子力学认为整体与部分的划分只有相对意义，整体的特征绝非部分的叠加，而是部分包含着整体。部分作为一个单元，具有与整体同等甚至还要大的复杂性。部分不仅与周围环境发生一定的外在联系，同时还要表现出“主体性”，可将自身的内在联系传递到周边，并直接参与整体的变化。因而，部分与整体呈现了有机的自觉因果关系。在特定的临界状态，部分的少许变化将引起整体的突变。三、量子力学使得科学思维方式由追求简单性发展到探索复杂性

从经典科学思维方式来看，世界在本质上是简单的。量子力学初步揭示了客观世界的复杂性。经典科学的简单性是与把物理世界理想化相联系的。经典物理学所研究的是理想的物质客体。它不但用理想化的“质点”、“刚体”、“理想气体”来描述物体，而且把研究对象的条件理想化，使研究的视野仅仅局限于人们自己制定的范围之内。而客观世界并不是如此，特别是进入微观领域，微观粒子运动的几率性、随机性；观测对象和观测主体不可分割性等都足以说明自然界本身并不是我们想象的那么简单。

四、量子力学使科学活动中主客体分离迈向主客互动

经典科学思维方式的一个指导观念就是，认为科学应该客观地、不附加任何主观成分地获取“照本来样子的”世界知识。玻尔告诉人们，根本不存在所谓的“真实”，除非你首先描述测量物理量的方式，否则谈论任何物理量都是没有意义的！测量，这一不被经典物理学考虑的问题，在面对量子世界如此微小的测量对象时，成为一个难以把握的手段。因为研究者的介入对量子世界产生了致命的干扰，使得测量中充满了不确定性。在海森伯看来，在我们的研究工作由宏观领域进入微观领域时，我们就会遇到一个矛盾：我们的观测仪器是宏观的，可是研究对象却是微观的；宏观仪器必然要对微观粒子产生干扰，这种干扰本身又对我们的认识产生了干扰；人只能用反映宏观世界的经典概念来描述宏观仪器所观测到的结果，可是这种经典概念在描述微观客体时又不能不加以限制。这突破了经典科学完全可以在不影响客体自然存在的状态下进行观测的假定，从而建立了科学活动中主客体互动的关系。4量子力学的诞生过程对学生的启迪(1)一个好的科学家必须具有较高的科学素质,这种素质包含较强的综合与创新能力。综合能力在信息爆炸、知识更新速度加快的今天,更显得重要。普朗克如果没有对当时已研究出的黑体辐射维恩公式与瑞利公式的密切注视,就不可能凑出黑体辐射公式,更谈不上提出能量量子化假设。同样,如果我们没有对当前学科最前沿的研究成果的了解,我们就可能没有方向,也许我们会重复一些其他人已经作过的工作。(2)实践是检验真理的惟一标准。在某些条件下适用的理论,在另外的条件下可能不适用。如在低速、宏观条件下适用的经典力学理论,在高速运动领域被相对论力学代替,在微观领域则由量子力学取代。这充分说明了真理的相对性。人类只有不断发展新知识,探索新规律,社会才能不断进步。勇于探索、追求真理是新世纪对大学生的要求。发现真理是不容易的事,坚持真理同样是一件不容易的事,众所周知的坚持日心说的布鲁诺被活活烧死在罗马鲜花广场就是证明。(3)物理课程在培养学生创新能力方面具有独特的地位和作用。物理学是自然科学的基础。也是当代科技发展最重要的源泉。物理学在发展过程中形成的基本概念、理论、方法构成当代科技坚实的基础。物理学上每一次发现,如电磁理论的建立与电磁波的发现、场的概念的建立、光子假设及光电效应实验、波粒二像性假设与实验等,无不是创新的光辉典范。向学生适当介绍物理学史上的发展历程,对培养学生创新意识具有极其重要的意义与独特的地位和作用,这是任何其他课程都无法代替的。5小结量子力学的建立使人们对物质世界的认识从宏观层次跨进了微观层次，从而引发了20世纪一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的文明与进步做出了重要贡献。除此之外，它的发展过程也值得我们去探究。量子力学发展过程中展现出的辩证思想和创新意识,是我们在任何时候，干任何事情都不可缺少的，它是人类文明发展的源泉。随着现代科技的不断发展我们将面对许多新现象、新问题,对未来世界的认识我们在遵从自然辩证法的同时，更加要不断创新,摆脱旧观念的束缚，既要强调原有理论的重要性,又要强调理论创新的必然性,俗话说的好“没有永远的真理”，只有在推翻旧理论建立新理论的过程中人类的科学文明才能取得不断发展。[参考文献][1]陈毓芳,邹延肃.物理学史简明教程[M].北京:北京师范大学出版社,1986.[2][美]R·埃斯伯格,R·瑞斯尼克.量子物理学[M].吴伯泽,暴永宁,黄惠英,译.北京:北京工业学院出版社,1985.[3]周世勋.量子力学教程[M].北京.高等教育出版社1979,(2).[4]曾谨言.量子力学教程[M].北京.科学出版社2003,(2).[5]郭光灿.量子信息引论[J]物理,2001,(05).[6]赵志,冯芒,詹明生.HYPERLINK"/grid2008/detailref.aspx?filename=WLXJ2