量子力學(xué)特征精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)特征范文

圖景。

一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，遵循因果加統(tǒng)計(jì)的非機(jī)械決定論

經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界最簡(jiǎn)單也是最普遍的運(yùn)動(dòng)。說(shuō)它最簡(jiǎn)單，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)比較容易認(rèn)識(shí)，牛頓等人又采取高度簡(jiǎn)化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說(shuō)它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對(duì)化。[2]機(jī)械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機(jī)械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無(wú)論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來(lái)狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。[3]其實(shí)，機(jī)械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對(duì)于微觀領(lǐng)域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計(jì)決定論。[4]

量子力學(xué)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機(jī)械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運(yùn)動(dòng)遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，我們不能說(shuō)某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說(shuō)它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。

玻恩的統(tǒng)計(jì)解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機(jī)遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時(shí)受到因果律和機(jī)遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計(jì)描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機(jī)械決定論代替了機(jī)械決定論的統(tǒng)治。

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動(dòng)搖嚴(yán)格決定論，量子力學(xué)的沖擊則使機(jī)械決定論的大廈坍塌了。量子力學(xué)揭示并論證了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)具有不可避免的隨機(jī)性，它不遵循嚴(yán)格的因果律。任何微觀事件的測(cè)定都要受到測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量，只能描述和預(yù)言微觀對(duì)象的可能的行為。因此，量子力學(xué)必須是幾率的、統(tǒng)計(jì)的。而且，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)性，不是由于我們知識(shí)和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學(xué)使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論

還原論作為一種認(rèn)識(shí)方法，是指把高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式歸結(jié)為低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，用研究低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式所得出的結(jié)論代替對(duì)高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式的本質(zhì)認(rèn)識(shí)的觀點(diǎn)。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點(diǎn)和規(guī)律去解釋、說(shuō)明要研究的對(duì)象。其目的是簡(jiǎn)化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類認(rèn)識(shí)處于初級(jí)水平上無(wú)疑是有效的。如牛頓將開普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學(xué)的本質(zhì)，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周圍環(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來(lái)看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無(wú)共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”。可是微觀粒子在某些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)波動(dòng)性；而在另一些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能同時(shí)在一次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補(bǔ)原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識(shí)的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，即波粒二象性。這就是整體論觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理說(shuō)明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說(shuō)明絕不能把宏觀物體的可觀測(cè)量簡(jiǎn)單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識(shí)論和方法論不同的根本在于思考和觀察問題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強(qiáng)調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強(qiáng)調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機(jī)聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動(dòng)搖了還原論觀點(diǎn)。

三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

從經(jīng)典科學(xué)思維方式來(lái)看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說(shuō)過，自然界喜歡簡(jiǎn)單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡(jiǎn)單性是經(jīng)典科學(xué)奮斗的目標(biāo)，也是推動(dòng)它獲取成功的動(dòng)力。開普勒以三條簡(jiǎn)明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽(yáng)系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬(wàn)有引力說(shuō)明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡(jiǎn)單性解釋復(fù)雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學(xué)初步揭示了客觀世界的復(fù)雜性。經(jīng)典科學(xué)的簡(jiǎn)單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是理想的物質(zhì)客體。它不但用理想化的“質(zhì)點(diǎn)”、“剛體”、“理想氣體”來(lái)描述物體，而且把研究對(duì)象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進(jìn)入微觀領(lǐng)域，微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性、隨機(jī)性；觀測(cè)對(duì)象和觀測(cè)主體不可分割性等都足以說(shuō)明自然界本身并不是我們想象的那么簡(jiǎn)單。

在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對(duì)論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時(shí)的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡(jiǎn)單性，而是為了打破簡(jiǎn)單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡(jiǎn)單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說(shuō)的，復(fù)雜性是簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡(jiǎn)單性更基本，可能性比現(xiàn)實(shí)性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實(shí)來(lái)限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實(shí)；不是以既存的實(shí)體來(lái)確定演化，而是在演化中認(rèn)識(shí)和把握實(shí)體。復(fù)雜性主張考察被研究對(duì)象的復(fù)雜性，在對(duì)其作出層次與類別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強(qiáng)調(diào)的是一種整體的協(xié)同。

四、量子力學(xué)使科學(xué)活動(dòng)中主客體分離邁向主客互動(dòng)

經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個(gè)指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來(lái)樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦]有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問題，在面對(duì)量子世界如此微小的測(cè)量對(duì)象時(shí)，成為一個(gè)難以把握的手段。因?yàn)檠芯空叩慕槿雽?duì)量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測(cè)量中充滿了不確定性。在海森伯看來(lái)，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí)，我們就會(huì)遇到一個(gè)矛盾：我們的觀測(cè)儀器是宏觀的，可是研究對(duì)象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對(duì)微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來(lái)描述宏觀儀器所觀測(cè)到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時(shí)又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測(cè)的假定，從而建立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)的關(guān)系。

例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實(shí)驗(yàn)安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實(shí)驗(yàn)安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個(gè)整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說(shuō)，我們觀測(cè)的不是自然本身，而是由我們用來(lái)探索問題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、絕對(duì)的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測(cè)到的世界。物理學(xué)的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關(guān)于自然我們能夠“說(shuō)什么”。

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[摘要]20世紀(jì)三次物理學(xué)革命之一的量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，使之轉(zhuǎn)化為非機(jī)械決定論；使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論；使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性到探索復(fù)雜性；確立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：量子力學(xué)特征范文

本書分成三大部分共15章：第一部分 引言，包括第1-4章：1.量子生物學(xué)：引言；2.用開放量子系統(tǒng)來(lái)探討生物系統(tǒng)；3.廣義Frster共振能的轉(zhuǎn)換；4.多維電子光譜的原理。第二部分 在微生物光合成能量轉(zhuǎn)換中的量子效應(yīng)，包括第5-7章：5.顏料―蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、函數(shù)和量子動(dòng)力學(xué)；6.量子相干性的直接觀測(cè)；7.在環(huán)境輔助下的量子輸運(yùn)。第三部分 高級(jí)生物體中的量子效應(yīng)及其應(yīng)用，包括第8-15章：8.光合作用中激發(fā)能的轉(zhuǎn)換及能量守恒；9.蛋白質(zhì)中的電子傳輸：根據(jù)量子力學(xué)的隧道效應(yīng)，生物體內(nèi)的電子能直接穿過蛋白質(zhì)的骨架，這種電子隧道是生物體內(nèi)能量傳遞的主要途徑；10.用于鳥類導(dǎo)航的化學(xué)指南針；11.視網(wǎng)膜的量子生物學(xué)；12.嗅覺的量子振動(dòng)效應(yīng)；13.從某個(gè)視角來(lái)看生物體系中可能出現(xiàn)的糾纏；14.仿生量子材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用；15.碳納米管中的相干激發(fā)。本書目錄的后面有各章作者的簡(jiǎn)介。書的末尾有參考書目和主題索引。

本書第一編著Masoud Mohseni是谷歌公司資深的研究科學(xué)家，他開發(fā)了以量子動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。他在研究量子輸運(yùn)、量子測(cè)量以及開放量子體系在生物學(xué)中的應(yīng)用方面做出了突出貢獻(xiàn)。

本書是一本適合物理系、生物系和化學(xué)系高年級(jí)大學(xué)生以及研究生用來(lái)了解量子力學(xué)在生物學(xué)中應(yīng)用的理想的參考書，也是對(duì)量子生物學(xué)感興趣的青年科學(xué)家和博士后的有益參考書。

第3篇：量子力學(xué)特征范文

[關(guān)鍵詞]量子體系對(duì)稱性守恒定律

一、引言

對(duì)稱性是自然界最普遍、最重要的特性。近代科學(xué)表明，自然界的所有重要的規(guī)律均與某種對(duì)稱性有關(guān)，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某種特殊的對(duì)稱性——所謂“規(guī)范對(duì)稱性”。實(shí)際上，對(duì)稱性的研究日趨深入，已越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到物理學(xué)的各個(gè)分支：量子論、高能物理、相對(duì)論、原子分子物理、晶體物理、原子核物理，以及化學(xué)（分子軌道理論、配位場(chǎng)理論等）、生物（DNA的構(gòu)型對(duì)稱性等）和工程技術(shù)。

何謂對(duì)稱性？按照英國(guó)《韋氏國(guó)際辭典》中的定義：“對(duì)稱性乃是分界線或中央平面兩側(cè)各部分在大小、形狀和相對(duì)位置的對(duì)應(yīng)性”。這里講的是人們觀察客觀事物形體上的最直觀特征而形成的認(rèn)識(shí)，也就是所謂的幾何對(duì)稱性。

關(guān)于對(duì)稱性和守恒定律的研究一直是物理學(xué)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，對(duì)稱性與守恒定律的本質(zhì)和它們之間的關(guān)系一直是人們研究的重要內(nèi)容。在經(jīng)典力學(xué)中，從牛頓方程出發(fā)，在一定條件下可以導(dǎo)出力學(xué)量的守恒定律，粗看起來(lái)，守恒定律似乎是運(yùn)動(dòng)方程的結(jié)果．但從本質(zhì)上來(lái)看，守恒定律比運(yùn)動(dòng)方程更為基本，因?yàn)樗硎隽俗匀唤绲囊恍┢毡榉▌t，支配著自然界的所有過程，制約著不同領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)方程．物理學(xué)關(guān)于對(duì)稱性探索的一個(gè)重要進(jìn)展是諾特定理的建立，定理指出，如果運(yùn)動(dòng)定律在某一變換下具有不變性，必相應(yīng)地存在一條守恒定律．簡(jiǎn)言之，物理定律的一種對(duì)稱性，對(duì)應(yīng)地存在一條守恒定律．經(jīng)典物理范圍內(nèi)的對(duì)稱性和守恒定律相聯(lián)系的諾特定理后來(lái)經(jīng)過推廣，在量子力學(xué)范圍內(nèi)也成立．在量子力學(xué)和粒子物理學(xué)中，又引入了一些新的內(nèi)部自由度,認(rèn)識(shí)了一些新的抽象空間的對(duì)稱性以及與之相應(yīng)的守恒定律，這就給解決復(fù)雜的微觀問題帶來(lái)好處，尤其現(xiàn)在根據(jù)量子體系對(duì)稱性用群論的方法處理問題，更顯優(yōu)越。

在物理學(xué)中，尤其是在理論物理學(xué)中，我們所說(shuō)的對(duì)稱性指的是體系的拉格朗日量或者哈密頓量在某種變換下的不變性。這些變換一般可分為連續(xù)變換、分立變換和對(duì)于內(nèi)稟參量的變換。每一種變換下的不變性，都對(duì)應(yīng)一種守恒律，意味著存在某種不可觀測(cè)量。例如，時(shí)間平移不變性，對(duì)應(yīng)能量守恒，意味著時(shí)間的原點(diǎn)不可觀測(cè)；空間平移評(píng)議不變性，對(duì)應(yīng)動(dòng)量守恒，意味著空間的絕對(duì)位置不可觀測(cè)；空間旋轉(zhuǎn)不變性，對(duì)應(yīng)角動(dòng)量守恒，意味著空間的絕對(duì)方向不可觀測(cè)，等等。在物理學(xué)中對(duì)稱性與守恒定律占著重要地位,特別是三個(gè)普遍的守恒定律——?jiǎng)恿?、能量、角?dòng)量守恒，其重要性是眾所周知，并且在工程技術(shù)上也得到廣泛的應(yīng)用。因此，為了對(duì)守恒定律的物理實(shí)質(zhì)有較深刻的理解，必須研究體系的時(shí)空對(duì)稱性與守恒定律之間的關(guān)系。

本文將著重討論非相對(duì)論情形下討論量子體系的時(shí)空對(duì)稱性與三個(gè)守恒定律的關(guān)系，并在最后給出一些我們常見的對(duì)稱變換與守恒定律的簡(jiǎn)單介紹。

二、對(duì)稱變換及其性質(zhì)

一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)的對(duì)稱性就是它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不變性，在經(jīng)典力學(xué)里，運(yùn)動(dòng)規(guī)律由拉格朗日函數(shù)決定，因而時(shí)空對(duì)稱性表現(xiàn)為拉格朗日函數(shù)在時(shí)空變換下的不變性．在量子力學(xué)里，運(yùn)動(dòng)規(guī)律是薛定諤方程，它決定于系統(tǒng)的哈密頓算符，因此，量子力學(xué)系統(tǒng)的對(duì)稱性表現(xiàn)為哈密頓算符的不變性。

對(duì)稱變換就是保持體系的哈密頓算符不變的變換．在變換S（例如空間平移、空間轉(zhuǎn)動(dòng)等）下，體系的任何狀態(tài)ψ變?yōu)棣转╯）。

三、對(duì)稱變換與守恒量的關(guān)系

經(jīng)典力學(xué)中守恒量就是在運(yùn)動(dòng)過程中不隨時(shí)間變化的量，從此考慮過渡到量子力學(xué)，當(dāng)是厄米算符，則表示某個(gè)力學(xué)量，而

然而,當(dāng)不是厄米算符,則就不表示力學(xué)量.但是，若為連續(xù)變換時(shí)，我們就很方便的找到了力學(xué)量守恒。

設(shè)是連續(xù)變換，于是可寫成為=1+IλF,λ為一無(wú)窮小參量，當(dāng)λ0時(shí)，為恒等變換?？紤]到除時(shí)間反演外，時(shí)空對(duì)稱變換都是幺正變換，所以

（8）式中忽略λ的高階小量，由上式看到

即F是厄米算符，F(xiàn)稱為變換算符的生成元。由此可見，當(dāng)不是厄米算符時(shí)，與某個(gè)力學(xué)量F相對(duì)應(yīng)。再根據(jù)可得

（10）可見F是體系的一個(gè)守恒量。

從上面的討論說(shuō)明，量子體系的對(duì)稱性，對(duì)應(yīng)著力學(xué)量的守恒，下面具體討論時(shí)空對(duì)稱性與動(dòng)量、能量、角動(dòng)量守恒。

1.空間平移不變性（空間均勻性）與動(dòng)量守恒。

空間平移不變性就是指體系整體移動(dòng)δr時(shí)，體系的哈密頓算符保持不變．當(dāng)沒有外場(chǎng)時(shí)，體系就是具有空間平移不變性。

設(shè)體系的坐標(biāo)自r平移到，那么波函數(shù)ψ(r)變換到ψ(s)(r)

2.空間旋轉(zhuǎn)不變性（空間各向同性）與角動(dòng)量守恒

空間旋轉(zhuǎn)不變性就是指體系整體繞任意軸n旋δφ時(shí)，體系的哈密頓算符不變。當(dāng)體系處于中心對(duì)稱場(chǎng)或無(wú)外場(chǎng)時(shí)，體系具有空間旋轉(zhuǎn)不變性。

3.時(shí)間平移不變性與能量守恒

時(shí)間平移不變性就是指體系作時(shí)間平移時(shí)，其哈密頓算符不變。當(dāng)體系處于不變外場(chǎng)或沒有外場(chǎng)時(shí)，體系的哈密頓算符與時(shí)間無(wú)關(guān)（），體系具有時(shí)間平移不變性。

和空間平移討論類似，時(shí)間平移算符δt對(duì)波函數(shù)的作用就是使體系從態(tài)變?yōu)闀r(shí)間平移態(tài)：

同樣，將（27）式的右端在T的領(lǐng)域展開為泰勒級(jí)數(shù)

四、結(jié)語(yǔ)

從上面的討論我們可以看到，三個(gè)守恒定律都是由于體系的時(shí)空對(duì)稱性引起的，這說(shuō)明物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)間空間的對(duì)稱性有著密切的聯(lián)系，并且這三個(gè)守恒定律的確立為后來(lái)認(rèn)識(shí)普遍運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供了線索和啟示，曾加了我們對(duì)對(duì)稱性和守恒定律的認(rèn)識(shí)．對(duì)稱性和守恒定律之間的聯(lián)系，使我們認(rèn)識(shí)到，任何一種對(duì)稱性，或者說(shuō)一種拉格朗日或哈密頓的變換不變性，都對(duì)應(yīng)著一種守恒定律和一種不可觀測(cè)量，這一結(jié)論在我們的物理研究中具有極其重要的意義，尤其是在粒子物理學(xué)和物理學(xué)中，重子數(shù)守恒、輕子數(shù)守恒和同位旋守恒等內(nèi)稟參量的守恒在我們的研究中起著重要的作用．下表中我們簡(jiǎn)要給出一些對(duì)稱性和守恒律之間的關(guān)系。

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第4篇：量子力學(xué)特征范文

【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5篇：量子力學(xué)特征范文

關(guān)鍵詞：布朗運(yùn)動(dòng) 量子力學(xué) 物質(zhì)場(chǎng) 波動(dòng)函數(shù)

引子：這篇論文是洗衣服時(shí)出現(xiàn)的一些現(xiàn)象，讓我很好奇，所以我開始了對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的研究。

布朗運(yùn)動(dòng)：懸浮微粒永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象（說(shuō)明一下：永不停息是不存在的，長(zhǎng)時(shí)間或較長(zhǎng)時(shí)間，人們是可以接受的），很對(duì)不起大家，剛開始就要括號(hào)說(shuō)明，只是現(xiàn)在的定義，真是永不停息。布朗運(yùn)動(dòng)的例子特別多，大家很容易見到，如把一把泥土扔到水里攪合攪合，或在無(wú)風(fēng)的情況下對(duì)著陽(yáng)光觀察空氣中的塵粒等等，現(xiàn)在這些類似運(yùn)動(dòng)都稱為布朗運(yùn)動(dòng)。

1827年，植物學(xué)家R·布朗首先提出發(fā)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)。在他之后的很長(zhǎng)時(shí)間，人們對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)、觀察。最后古伊在1888-1895期間對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)提出自己的認(rèn)識(shí)：

布朗運(yùn)動(dòng)并不是分子運(yùn)動(dòng)，而是從分子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出的一些結(jié)果能向我們提供直接和可見的證據(jù)，說(shuō)明對(duì)熱本質(zhì)假設(shè)的正確性。按照這樣的觀點(diǎn)，這一現(xiàn)象的研究承擔(dān)了對(duì)分子物理學(xué)的重要作用。

古伊的文獻(xiàn)產(chǎn)生過重要的影響，后來(lái)貝蘭（我們第一個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量原子大小的人）把布朗運(yùn)動(dòng)正確解釋的來(lái)源歸于古伊。實(shí)話實(shí)說(shuō)，古伊的文獻(xiàn)太重要了，在我看來(lái)：一語(yǔ)中的。太對(duì)了，古伊是歸納總結(jié)的天才，也是真正從實(shí)驗(yàn)的角度來(lái)解釋布朗運(yùn)動(dòng)的第一人。

古伊的話有三個(gè)重點(diǎn)：

一、布朗運(yùn)動(dòng)不是分子運(yùn)動(dòng)。

二、說(shuō)明熱本質(zhì)假設(shè)的正確性(下面會(huì)專門論述熱的本質(zhì)問題）。

三、利用分子布朗運(yùn)動(dòng)的結(jié)果來(lái)承擔(dān)對(duì)分子物理學(xué)的研究。

1905年愛因斯坦根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論的原理提出布朗運(yùn)動(dòng)理論，同時(shí)期的斯莫羅霍夫斯基作出同樣的成果。

愛因斯坦在論文中指出：按照熱的分子運(yùn)動(dòng)論，由于熱的分子運(yùn)動(dòng)大小可以用顯微鏡看見的物體懸浮在液體中，必定會(huì)發(fā)生大小可以用顯微鏡觀測(cè)到的運(yùn)動(dòng)，可能這里所討論的運(yùn)動(dòng)就是布朗運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)這種運(yùn)動(dòng)和預(yù)期的規(guī)律性，就可能精確測(cè)量原子的大小，反之證明熱分子運(yùn)動(dòng)的預(yù)言就不正確。這些是愛因斯坦的研究成果。

現(xiàn)在人們認(rèn)為這是對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的根源及其規(guī)律性的最終解釋，我認(rèn)為不是。這是愛因斯坦成功的利用布朗運(yùn)動(dòng)的原則創(chuàng)造性提出熱分子運(yùn)動(dòng)論，利用這一理論可以測(cè)量分子原子的大小，把布朗運(yùn)動(dòng)近似為熱分子運(yùn)動(dòng)論?；蛟S是天意，愛因斯坦的論文我怎么看都有絕對(duì)論的意思?！坝写笮】梢杂蔑@微鏡看見的物體懸浮在液體，必定會(huì)發(fā)生大小可以用顯微鏡觀測(cè)到的運(yùn)動(dòng)”。運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性，不過這里他說(shuō)的是發(fā)生相對(duì)于物質(zhì)本身的運(yùn)動(dòng)，可能這是相對(duì)論的名稱來(lái)源吧。我的評(píng)價(jià)：初級(jí)的絕對(duì)論。在絕對(duì)論中只要有物質(zhì)存在就有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的。愛因斯坦的熱分子運(yùn)動(dòng)論：舍本取末，換句話說(shuō)他把布朗運(yùn)動(dòng)等同于分子運(yùn)動(dòng)了，認(rèn)為熱分子運(yùn)動(dòng)引起了的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，就是觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)。既然相對(duì)論是初級(jí)的絕對(duì)論，我今天提出絕對(duì)論，那么所有愛因斯坦做過的事情，我可能都要去做一遍。布朗運(yùn)動(dòng)不是熱分子運(yùn)動(dòng)，但是可以引起熱分子運(yùn)動(dòng)，愛因斯坦的成果只是利用了布朗運(yùn)動(dòng)引起的熱分子運(yùn)動(dòng)，他沒有分析布朗運(yùn)動(dòng)的根源：物質(zhì)為什么會(huì)存在布朗運(yùn)動(dòng)。當(dāng)顯微鏡越來(lái)越清晰的時(shí)候，愛因斯坦的擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)方程就不能適用了。

現(xiàn)在隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，量子理論對(duì)真空漲落的認(rèn)識(shí)不斷加深，量子理論也對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的根源給出自己的看法，同樣今天絕對(duì)論也給出自己對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)：

一、布朗運(yùn)動(dòng)不是分子運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)不是單個(gè)粒子間的運(yùn)動(dòng)。

二、布朗運(yùn)動(dòng)是一個(gè)由點(diǎn)到面，再由面到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式。

三、布朗運(yùn)動(dòng)是與波動(dòng)函數(shù)有關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特性。

布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的運(yùn)動(dòng)或者說(shuō)不是單個(gè)粒子之間的運(yùn)動(dòng)，為什么這么說(shuō)呢：一滴水融入大海永不干涸（永字應(yīng)為長(zhǎng)時(shí)間，不過人們習(xí)慣認(rèn)識(shí)，所以沒有改為長(zhǎng)時(shí)間）大海洶涌澎湃，一盤水很容易平靜。相比之下，為什么有如此巨大反差：物質(zhì)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的疊加效應(yīng)，滴水穿石的道理也是如此。

簡(jiǎn)單的一滴水為什么能夠融入大海呢？正像洗衣服為什么能把衣服洗干凈，洗不干凈會(huì)在衣服干后留下許多漬跡一樣。液體的形態(tài)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了如何的影響呢？這是我們應(yīng)該思考的問題，這里我引入二個(gè)概念：物質(zhì)場(chǎng)與波動(dòng)函數(shù)。

說(shuō)一下自己的看法：一滴水的運(yùn)動(dòng)比如一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)，大海是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，一盆水也是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，同樣一滴水也可是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，那么一個(gè)電子也可是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，也就是說(shuō)一個(gè)量子可以看作是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，量子的運(yùn)動(dòng)可以當(dāng)成物質(zhì)場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)。

其實(shí)為了研究布朗運(yùn)動(dòng)，引入物質(zhì)場(chǎng)這個(gè)概念，把物質(zhì)現(xiàn)實(shí)中的存在狀態(tài)看成是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的存在，相信大家能夠理解。把物質(zhì)形態(tài)存在的狀態(tài)不去看它把當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的物質(zhì)場(chǎng)存在，比如一塊鐵、一塊鋼、一塊磚，我們都把它當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的物質(zhì)場(chǎng)存在，那么這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)中的電子、原子、質(zhì)子等粒子都是這物質(zhì)場(chǎng)的一部分，那么這物質(zhì)場(chǎng)中的一切物質(zhì)都應(yīng)是這物質(zhì)場(chǎng)的一部分。

一個(gè)統(tǒng)一的物質(zhì)場(chǎng)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)而言，物質(zhì)場(chǎng)有整體的運(yùn)動(dòng)，也有物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)：質(zhì)子、電子、中子等微粒之間的運(yùn)動(dòng)，比如我用力去拿一件東西，我的全部身體都在運(yùn)動(dòng)，手的運(yùn)動(dòng)和身體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)時(shí)截然不同的，但作為一個(gè)整體，我把東西拿了起來(lái)，而東西作為一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)表現(xiàn)是被我拿了起來(lái)，整個(gè)的分子、原子、電子構(gòu)成的物質(zhì)場(chǎng)共同被我拿了起來(lái)。

諸如這些運(yùn)動(dòng)是整體的完整的物質(zhì)場(chǎng)，對(duì)另一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)的作用，牛頓力學(xué)已經(jīng)很好的應(yīng)用到多個(gè)方面，宏觀物理研究的物體很明確，運(yùn)動(dòng)也很明顯，都可以準(zhǔn)確測(cè)量計(jì)算。為什么這里一定要強(qiáng)調(diào)完整的物質(zhì)場(chǎng)呢？一滴水進(jìn)入了大海之后，這一滴水的完整物質(zhì)場(chǎng)依然存在，而變成大海的物質(zhì)場(chǎng)一部分，這一滴水所有的運(yùn)動(dòng)，所有的信息都變成了大海物質(zhì)場(chǎng)的一部分，大海的每一滴水都是一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)，但都是大海物質(zhì)場(chǎng)的一部分，大海有每一滴水的信息 ，但當(dāng)空氣蒸發(fā)水蒸氣時(shí)，大海不會(huì)單獨(dú)讓哪一個(gè)完整的小水滴去蒸發(fā)，而是大海整個(gè)的一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在做蒸發(fā)這件事，與個(gè)體的物質(zhì)場(chǎng)的狀態(tài)關(guān)系不大。

可能從小水滴到大海大家覺得不直觀，在量子力學(xué)把電子看成小水滴，把一個(gè)物質(zhì)粒子看成大海，或者幾公斤的金屬板看成大海，相信這樣我們的科學(xué)人士都能夠理解。

光電效應(yīng)的原理：把光子看成一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，把金屬板看成一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，光照到金屬板上，放出電子（當(dāng)然需要一個(gè)極限頻率）是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)對(duì)另一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的反應(yīng)，那么釋放的電子是物質(zhì)場(chǎng)的整體行為，不是單個(gè)電子吸收能量而釋放出來(lái)。極限頻率，用水吸收80卡的熱量才能變成水蒸氣來(lái)說(shuō)明吧，80米的水位永遠(yuǎn)流不出100米的大壩。每個(gè)物質(zhì)場(chǎng)都有自己的固有頻率，超過這個(gè)頻率的東西來(lái)破壞它，這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)就發(fā)生變化用大錘去打東西，物質(zhì)會(huì)反應(yīng)不同的。

另一個(gè)問題：固體微粒之間結(jié)合很好，但是一個(gè)個(gè)的原子又是相互隔開，可是這一個(gè)個(gè)原子又構(gòu)成統(tǒng)一的物體。為什么？：波動(dòng)函數(shù)，物質(zhì)的特性是一個(gè)個(gè)小的原子共同表現(xiàn)出的特性，兩塊鐵融化后能夠形成一塊鐵，人類有無(wú)數(shù)的合金材料以及其它合成物質(zhì)，為什么這些材料表現(xiàn)出了原來(lái)不同的特性呢，物質(zhì)場(chǎng)的特性為什么變化呢？

物質(zhì)的特性變化了，那么每一個(gè)小的物質(zhì)場(chǎng)的特性也會(huì)變化。一般情況下原子不可能變，合金狀態(tài)的原子也未變，那么什么變化了呢？量子的運(yùn)動(dòng)方式變化了，也就是電子和質(zhì)子以及其它的微粒運(yùn)動(dòng)形式變化了，整個(gè)的物質(zhì)場(chǎng)的量子波動(dòng)函數(shù)變化了。

波動(dòng)函數(shù)是為了形象說(shuō)明布郎運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)引入的一個(gè)物質(zhì)特征，一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的波動(dòng)函數(shù)體現(xiàn)物質(zhì)作布郎運(yùn)動(dòng)的能力，也體現(xiàn)了物質(zhì)場(chǎng)內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)能力。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)之間結(jié)合（疊加）能力的一種體現(xiàn)。一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)中會(huì)有很多不同的波動(dòng)函數(shù)如：分子之間，原子之間，電子之間，質(zhì)子之間，原子于分子之間，電子與原子核之間，質(zhì)子與中子之間等等許許多多的量子之間。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種能力的體現(xiàn)。

當(dāng)然這個(gè)概念也很符合量子力學(xué)的波動(dòng)方程的需要，那就是所有的物質(zhì)場(chǎng)都有自己的波動(dòng)函數(shù)，而且不止一個(gè)。當(dāng)波動(dòng)函數(shù)達(dá)到一定數(shù)值，物質(zhì)場(chǎng)之間既可融合。這樣雖然原子之間的距離是分開的，但是電子之間的物質(zhì)場(chǎng)卻可以是融合在一起的（當(dāng)然還有比電子更小物質(zhì)，那它們的物質(zhì)場(chǎng)更會(huì)融在一起）

波動(dòng)函數(shù)越高，物質(zhì)融合的越快，反之越慢，諸如擴(kuò)散現(xiàn)象，滲透等等，固體之間的波動(dòng)函數(shù)低，所以最好融化或鍛打成液態(tài)式的結(jié)合，需要外部的力量加大它的波動(dòng)函數(shù)。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)作布郎運(yùn)動(dòng)的一種能力，我更愿意認(rèn)為波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種能力（在絕對(duì)論中運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的生命）。與物質(zhì)本身的溫度有關(guān)，與外界的干涉有關(guān)。例如：加熱氣體，溶液或用力攪拌溶液等等會(huì)增波動(dòng)函數(shù)值。（下面我們還要專門研究熱的本質(zhì)問題）

用一個(gè)方程式來(lái)表達(dá)吧。

H值=H℃溫度+Hoi外部干涉，H：波動(dòng)函數(shù)。其實(shí)我的波動(dòng)函數(shù)和量子力學(xué)中的的物質(zhì)波不是完全相同。

波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)場(chǎng)的特性，是物質(zhì)生命能力的一種體現(xiàn)。表現(xiàn)在粒子上，粒子就具有波動(dòng)性，同時(shí)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一定需要能量的，也一定出現(xiàn)物質(zhì)的波動(dòng)。所以不是粒子具有波粒二象性，而是物質(zhì)場(chǎng)具有波動(dòng)函數(shù)。就象一整鐵的內(nèi)部具有輕微的布郎運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)這塊鐵的所有原子、分子、電子等等一切粒子都在做一定的布郎運(yùn)動(dòng)。所有的粒子都具有這塊鐵的物質(zhì)特性。也就是所有的粒子都有自己相應(yīng)的波動(dòng)函數(shù)。這與這塊鐵的運(yùn)動(dòng)和外界條件都有關(guān)系。就比如大海是所有的水滴和水中的懸浮物體構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的物質(zhì)場(chǎng)，是所有的物質(zhì)場(chǎng)的疊加效應(yīng)，如果你取出一滴水，那么這一滴水就不屬于大海了，它和大海就毫不相干了，完全是不同的物質(zhì)場(chǎng)了。

說(shuō)到這些，大家可能會(huì)樂了，我也很樂的：這就是我們量子力學(xué)上著名的不確定原理和測(cè)不準(zhǔn)原理，因?yàn)槟阋獙?duì)這一個(gè)量子測(cè)量，那你就要破壞這個(gè)粒子在物質(zhì)場(chǎng)的狀態(tài)，你永遠(yuǎn)不能無(wú)法精確測(cè)量一個(gè)量子系統(tǒng)。因?yàn)槟銣y(cè)量一滴水的結(jié)果就會(huì)脫離大海這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)。這一滴水在大海里就和大海一樣大，除非有測(cè)大海一樣大的儀器，否則無(wú)法測(cè)量這一滴水在大海中運(yùn)行狀態(tài)。但是我們可以運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)整個(gè)的物質(zhì)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。我們可以計(jì)算大海每天蒸發(fā)了多少噸的水，但不可以說(shuō)是那一噸水。

其實(shí)量子力學(xué)碰到的最大問題，不是實(shí)驗(yàn)不能證明。而是無(wú)法說(shuō)明粒子為什么不可測(cè)，而且無(wú)法確定位置，因?yàn)槿魏我粋€(gè)物質(zhì)場(chǎng)都是一個(gè)面，一個(gè)量子只是一個(gè)點(diǎn)，而運(yùn)動(dòng)和變化是物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)之間發(fā)生的，與單個(gè)的粒子運(yùn)動(dòng)關(guān)系不大。當(dāng)然也不能說(shuō)一點(diǎn)沒有，就象人與人打架一樣，是兩個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)，打在手上，而全身都難受，手痛得最厲害。是整個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在對(duì)外界的物質(zhì)場(chǎng)共同的感受?？刹皇侵皇鞘植皇娣?，所以我們能夠精確地確認(rèn)各個(gè)量子運(yùn)動(dòng)疊加之后統(tǒng)計(jì)結(jié)果（宏觀物理），但我們不能很精確一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)內(nèi)部的那一小點(diǎn)起作用。物質(zhì)是整體運(yùn)行的，當(dāng)外部的物質(zhì)變化時(shí)內(nèi)部的物質(zhì)也會(huì)有相應(yīng)變化的，量子運(yùn)行方式會(huì)發(fā)生一些改變。

量子力學(xué)從來(lái)沒有從一個(gè)面去研究物體，只注重了一個(gè)點(diǎn)，而經(jīng)典物理只注意宏觀物理現(xiàn)象的規(guī)律性，也就是注意面了。

量子力學(xué)注重研究了物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)：?jiǎn)蝹€(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)（點(diǎn)）。經(jīng)典物理學(xué)：牛頓力學(xué)，相對(duì)論只注重了物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)的外部運(yùn)動(dòng)（面）。

而布郎運(yùn)動(dòng)是把物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部和外部運(yùn)動(dòng)結(jié)合一起的表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，是點(diǎn)到面，再面到點(diǎn)全過程，所以對(duì)布郎運(yùn)動(dòng)的研究也是一個(gè)科學(xué)研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)史的一個(gè)縮影。

人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)總是漸近的，按照絕對(duì)論的原則，弧立的事情是不存在的，所有的系統(tǒng)都是宇宙整體的一部分，所有的運(yùn)動(dòng)都是宇宙生命的一種體現(xiàn)。

現(xiàn)在用量子理論中的概念說(shuō)明熱的本質(zhì)問題：熱量只是能量的一種表現(xiàn)形式。熱的來(lái)源一般是：化學(xué)反應(yīng)，物理作用（包括核反應(yīng)），能量轉(zhuǎn)化。等等的這一切源于：量子運(yùn)行方式的改變。量子運(yùn)行只會(huì)一個(gè)場(chǎng)，一個(gè)場(chǎng)的變化，也就是說(shuō)量子運(yùn)動(dòng)只可123456 不會(huì)連續(xù)不斷 沒有0.1，0.2，0.3，0.4等等。量子的運(yùn)行方式改變只可這個(gè)場(chǎng)直接到那個(gè)場(chǎng)，要么吸收一定能量，要么釋放一定能量。水分子或者是固態(tài)，或是氣態(tài)，液態(tài)，沒有中間的狀態(tài)。能量有許多表現(xiàn)形式，而熱量是能量的一種表現(xiàn)形式，所以我們可以測(cè)定溫度等等現(xiàn)象。量子運(yùn)行方式改變了，物質(zhì)的特性也就改變了。燒火做飯，木柴變成灰燼，原子一個(gè)不少，電子一個(gè)不少，可是它們之間的運(yùn)行方式改變了，能量或釋放了或吸收了，物質(zhì)也就變化了。

第6篇：量子力學(xué)特征范文

量子計(jì)算機(jī)的秘密武器：疊加和糾纏

一方面，量子效應(yīng)對(duì)現(xiàn)代電子學(xué)來(lái)說(shuō)非常重要，它能使晶體管變得非常??；但另一方面，量子效應(yīng)也是一個(gè)惹人討厭的“調(diào)皮鬼”，由于電子的位置并非確定不變，它能讓晶體管內(nèi)的電子簡(jiǎn)單地從一個(gè)地方消失并在另外一個(gè)地方再次出現(xiàn)，這樣會(huì)使得電流泄漏出來(lái)，導(dǎo)致信號(hào)衰減。

不過，有些科學(xué)家卻從中看到了機(jī)會(huì)。他們認(rèn)為，量子尺度上發(fā)生的一些詭異事件可以被利用起來(lái)，讓人們能以一種全新且更快的方式進(jìn)行計(jì)算并發(fā)送信息，至少?gòu)睦碚撋隙裕@些信息不可能被攔截。幾個(gè)對(duì)此感興趣的科研團(tuán)體希望建造出量子計(jì)算機(jī)，以解決目前的計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問題，諸如找出幾百位數(shù)的質(zhì)因子或?qū)⒋蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)一網(wǎng)打盡等等。這些研究計(jì)劃和成果都在AAAS的年度大會(huì)上得到了展示。

這些科學(xué)家們努力的核心是量子疊加和量子糾纏這兩種量子力學(xué)現(xiàn)象。普通的數(shù)字計(jì)算機(jī)以位的形式操縱信息，位的值要么是1，要么是0。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，不同的電流電壓分別表示1和0，這同電子的電荷有關(guān)。電荷是所有電子的固定特征，每個(gè)電子的電荷數(shù)目是一樣的。但是，電子也擁有其他特征，比如自旋，自旋的方向可以表示為“向上”、“向下”或者模糊不清的“既向上又向下”。這種既向上又向下的狀態(tài)就被稱為疊加，疊加能被用來(lái)構(gòu)建量子力學(xué)中的位量子位（量子比特）。

與此同時(shí)，糾纏使粒子捆綁在一起以增加更多量子位。在量子機(jī)器中，每增加一個(gè)量子位會(huì)讓它能同時(shí)進(jìn)行的操作翻番，這就是量子計(jì)算機(jī)之所以擁有強(qiáng)大計(jì)算能力的“秘訣”。比如，2個(gè)相互糾纏的量子位可以進(jìn)行4個(gè)操作；3個(gè)量子位可以進(jìn)行8個(gè)操作，等等，依此類推。那么，一個(gè)擁有300個(gè)量子位的計(jì)算機(jī)能同時(shí)執(zhí)行的操作數(shù)就比可見宇宙中的原子數(shù)還多。

疊加和糾纏并不穩(wěn)定

然而，不幸的是，這樣的機(jī)器對(duì)我們來(lái)說(shuō)仍是“羚羊掛角，無(wú)跡可尋”。糾纏和疊加都是非常精細(xì)的活，即使最輕微的擾動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致“量子位”失去這種相干性，讓它們的神奇屬性消失殆盡。為了建造出一臺(tái)能工作的量子計(jì)算機(jī)，量子位將不得不變得更加靈活，更容易恢復(fù)相干性，但迄今為止，這方面的進(jìn)步一直不大。

1995年，科學(xué)家們首次在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算，從那時(shí)起，有科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)法讓14個(gè)量子位發(fā)生了糾纏。這項(xiàng)紀(jì)錄的保持者是來(lái)自德國(guó)因斯布魯克的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)，他們使用了一個(gè)名為離子陷阱的設(shè)備，并讓以處于不同能量狀態(tài)的銣原子的疊加形式而存在的量子位在其間發(fā)生了糾纏。而加拿大滑鐵盧大學(xué)的雷蒙德·拉弗莫和同事則設(shè)法使用同樣的技巧讓12個(gè)量子位發(fā)生了糾纏，讓特定的原子在名為組氨酸的氨基酸單分子內(nèi)發(fā)生了糾纏，組氨酸的特征使它非常適合這樣的實(shí)驗(yàn)。

這些方法存在的問題是，它們并不容易進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展。離子陷阱位于大的真空室內(nèi)，不能輕易地收縮。另外，一個(gè)組氨酸分子包含的適合原子數(shù)量也有限，因此，科學(xué)家們一直在搜尋更實(shí)用的量子位。

各出奇招制造穩(wěn)定的量子位

一種有潛力解決這一問題的方法是在半導(dǎo)體內(nèi)蝕刻量子位。查爾斯·馬庫(kù)斯以前是哈佛大學(xué)的教授，現(xiàn)在是哥本哈根大學(xué)的教授，他一直試圖使用電子自旋做到這一點(diǎn)。單電子制造的量子位很快會(huì)失去相干性，因此，他的研究團(tuán)隊(duì)決定使用兩個(gè)電子制造出一個(gè)量子位，他們將其稱為“量子點(diǎn)”，這是一塊細(xì)小的半導(dǎo)體晶體（馬庫(kù)斯使用的半導(dǎo)體是砷化鎵）。當(dāng)兩個(gè)這樣的量子點(diǎn)相互靠近時(shí)，能讓一個(gè)電子陷入一個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)以彈出并同另一個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)相鄰的電子相結(jié)合，兩個(gè)電子自旋的這種疊加就產(chǎn)生了量子位。

迄今為止，馬庫(kù)斯團(tuán)隊(duì)已設(shè)法讓4個(gè)這樣的量子位結(jié)合在一起，而且，使用了一套靈敏的技巧將其壽命延伸至10微秒，這一時(shí)間足以用來(lái)執(zhí)行簡(jiǎn)單的代數(shù)操作，代數(shù)操作是計(jì)算的命脈。他們希望使用硅或碳，進(jìn)一步延長(zhǎng)其壽命，硅或碳的原子核對(duì)糾纏電子的干擾比砷化鎵要小。

另外，美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校的約翰·馬提尼斯和同事試圖從超導(dǎo)電路打造出量子位。在超導(dǎo)體內(nèi)，電子并不會(huì)單獨(dú)旅行，相反，因?yàn)閺?fù)雜的量子力學(xué)原因，它們會(huì)成雙成對(duì)地出現(xiàn)（也因?yàn)橥瑯拥脑?，這對(duì)電子之間不會(huì)有電阻）。當(dāng)它們成雙成對(duì)旅行時(shí)，這對(duì)電子的行為就像單個(gè)粒子一樣，這就出現(xiàn)了疊加傾向。例如，這個(gè)“超粒子”實(shí)際上一次能朝兩個(gè)方向移動(dòng)，當(dāng)這對(duì)電子移動(dòng)時(shí)，它們就制造出了一個(gè)磁場(chǎng)。接著，制造一個(gè)超導(dǎo)閉環(huán)，科學(xué)家們就得到了一個(gè)能同時(shí)朝上和朝下的磁場(chǎng)，馬提尼斯團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已設(shè)法讓5個(gè)這樣的超導(dǎo)量子位發(fā)生了糾纏。

馬提尼斯團(tuán)隊(duì)還使用一套名為共振腔的設(shè)備，將信息從電路傳送到單個(gè)光子并將光子捕獲在一個(gè)空腔內(nèi)，并持續(xù)幾微秒。換句話說(shuō)，他們已經(jīng)制造出了一個(gè)量子存儲(chǔ)設(shè)備。幾微秒聽起來(lái)很短暫，但足以執(zhí)行很多基本操作。

前路漫漫任重而道遠(yuǎn)

所有上述方法面臨的問題是，他們賴以依靠的量子狀態(tài)非常脆弱，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。一種確保他們能用量子位進(jìn)行計(jì)算的方法是用幾個(gè)量子位而非僅用一個(gè)量子位來(lái)對(duì)同樣的信息進(jìn)行編碼。因此，馬庫(kù)斯、馬提尼斯以及拉夫莫不得不在他們的系統(tǒng)中建立一些多余的量子位。這樣，對(duì)于每個(gè)計(jì)算所需要的每一個(gè)“邏輯”量子位來(lái)說(shuō)，都存在著幾個(gè)其他的物理量子位，所有這些量子位都需要被糾纏在一起。

微軟公司研究中心的米歇爾·弗里德曼正試圖另辟蹊徑來(lái)解決這一問題，他和同事正在建造他們稱為拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的機(jī)器，這臺(tái)機(jī)器在一層名為銻化銦的奇異材料上方使用了一個(gè)超導(dǎo)體。當(dāng)朝這套系統(tǒng)施加電壓時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就變成了一個(gè)能以疊加狀態(tài)而存在的量子系統(tǒng)。

弗里德曼的量子位與馬提尼斯的量子位的不同之處在于，它們對(duì)干涉反應(yīng)的方式不同。在馬提尼斯的量子系統(tǒng)中，刺激一個(gè)超導(dǎo)電路中的任何電子，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)失去相干性。然而，弗里德曼的設(shè)計(jì)對(duì)這樣的本地破壞活動(dòng)“刀槍不入”，因?yàn)樗捎靡环N特殊的方式讓能量遍布于整個(gè)銻化銦上。迄今為止，微軟公司的團(tuán)隊(duì)還沒有制造出一個(gè)起作用的量子位，但他們希望很快能做到，他們也正在尋找其他材料來(lái)重復(fù)同樣的實(shí)驗(yàn)。

第7篇：量子力學(xué)特征范文

這種新發(fā)現(xiàn)的粒子是威爾費(fèi)米子的表親，也是標(biāo)準(zhǔn)量子場(chǎng)論的粒子之一。該項(xiàng)研究由普林斯頓大學(xué)物理系副教授B.安德烈?百奈威、瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術(shù)研究所的馬提亞?特耶羅和阿列克謝?索盧亞諾夫以及中國(guó)科學(xué)院物理研究所的戴希牽頭，團(tuán)隊(duì)成員有普林斯頓大學(xué)博士后研究助理王志軍和瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術(shù)研究所博士后研究助理吳全勝，以及瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術(shù)研究所的研究生多米尼克?格萊琴。

研究人員稱，85年前量子理論剛起步時(shí)，物理學(xué)家赫爾曼?威爾未能發(fā)現(xiàn)這種粒子，是因?yàn)樗拇嬖谶`反了洛倫茲對(duì)稱的基本原則。

相對(duì)量子場(chǎng)理論描繪了我們宇宙中的粒子，該理論結(jié)合了量子力學(xué)和愛因斯坦的相對(duì)論。依據(jù)這一理論，固體是由原子形成的，原子是由電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的。因?yàn)榻^對(duì)數(shù)量的電子之間互相作用，所以根本不可能利用量子力學(xué)理論完全解決固體中多電子運(yùn)動(dòng)的難題。

我們關(guān)于物質(zhì)的現(xiàn)有知識(shí)都源于一個(gè)簡(jiǎn)化的觀點(diǎn)：固體中的電子都被描述成一種特殊的、不與其他粒子相互作用的粒子――準(zhǔn)粒;而在等效磁場(chǎng)中，由帶電實(shí)體創(chuàng)造的叫離子和電子。這些準(zhǔn)粒子被稱作布洛赫電子，也是費(fèi)米子。

正如電子是物質(zhì)宇宙中的一種基本粒子，我們可以將布洛赫電子看作固體中的基本粒子。換言之，對(duì)它們自己的基本粒子來(lái)說(shuō)，晶體本身就成了“宇宙”。

近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)這種“物質(zhì)宇宙”可以承載相對(duì)量子場(chǎng)論中的所有粒子，并在這種物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了三種準(zhǔn)粒子：狄拉克費(fèi)米子、馬約拉納費(fèi)米子和威爾費(fèi)米子。盡管在長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)中兩種粒子還是不見蹤影，但是這也為利用相對(duì)較低的費(fèi)用在這些凝聚態(tài)晶體中進(jìn)行小規(guī)模實(shí)驗(yàn)、模擬量子場(chǎng)理論的某些特定預(yù)測(cè)開拓了路徑。

百奈威說(shuō)：“如果一個(gè)人的想象力能夠更進(jìn)一步，就會(huì)想知道那些相對(duì)量子場(chǎng)理論尚不知曉的粒子是否可以出現(xiàn)在凝聚態(tài)的物體中?！卑凑者@些研究人員的說(shuō)法，有理由相信這是有可能的。

由量子場(chǎng)理論描述出來(lái)的宇宙是受到特定規(guī)則集和對(duì)稱性（即洛倫茲對(duì)稱）嚴(yán)格約束的，這是高能粒子的特征。然而洛倫茲對(duì)稱并不適用于凝聚態(tài)物體，因?yàn)楣腆w中典型電子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度比光速慢很多，這就使凝聚態(tài)物體物理學(xué)成為低能理論。

索盧亞諾夫說(shuō)：“可能會(huì)有人想，某些物質(zhì)中的非相對(duì)基本粒子是否有可能不符合洛倫茲對(duì)稱的原則。”

這項(xiàng)研究的成果給了這個(gè)問題一個(gè)肯定的答案。這項(xiàng)工作開始于2014年11月，當(dāng)時(shí)索盧亞諾夫和戴希正在拜訪普林斯頓大學(xué)的百奈威，他們的討論轉(zhuǎn)向了磁場(chǎng)定金屬那些前所未有的、奇怪的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（研究結(jié)論發(fā)表于《自然》雜志2014年第514期，201頁(yè)至208頁(yè)）。實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家已經(jīng)在一些物質(zhì)中觀察到了這種行為，但是還要做很多工作才能確定它的確是跟一種新型粒子聯(lián)系在一起的。

研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然相對(duì)論只允許存在一種威爾費(fèi)米子，但是在凝聚態(tài)固體中，可能存在兩種完全不同的威爾費(fèi)米子。標(biāo)準(zhǔn)的I型費(fèi)米子在零點(diǎn)能下有兩種存在狀態(tài)，這和電子只能高速地向上或者向下旋轉(zhuǎn)相似。這種威爾費(fèi)米子存在于相對(duì)場(chǎng)論中，也是在保持洛倫茲不變性的情況下唯一被允許存在的費(fèi)米子。

新近預(yù)測(cè)出的Ⅱ型威爾費(fèi)米子在零點(diǎn)能下有一個(gè)熱力動(dòng)力學(xué)數(shù)量的存在狀態(tài)。它有費(fèi)米面。它的費(fèi)米面其實(shí)是外來(lái)的，在費(fèi)米面中，它和觸點(diǎn)一起出現(xiàn)在電子和電洞口袋之間，賦予Ⅱ型威爾費(fèi)米子一種有限密度的狀態(tài)，也就打破了洛倫茲對(duì)稱性。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)開啟了許多新的方向。大多數(shù)正常金屬處于磁場(chǎng)中時(shí)電阻率都會(huì)增大，這個(gè)已知的作用也被廣泛應(yīng)用于當(dāng)代科技。普林斯頓大學(xué)和英國(guó)皇家物理學(xué)會(huì)北京分會(huì)的兩組實(shí)驗(yàn)成果顯示，如果電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用于同一方向，電阻率其實(shí)可以減小。這種作用被稱為負(fù)縱向磁電阻。包含Ⅱ型威爾費(fèi)米子的物質(zhì)有著混合的運(yùn)行狀態(tài)：若它和磁場(chǎng)方向相同，則和正常金屬一樣電阻率增大;若方向不同，則可以像在威爾半金屬中一樣電阻率減小。這也提供了許多潛在的應(yīng)用于材料研發(fā)的可能。

研究人員稱：“更引人入勝的是能在其他凝聚態(tài)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)更多的基本粒子。還有什么別的粒子隱藏在這些‘物質(zhì)宇宙’中呢？其實(shí)，存在于物質(zhì)中的那些令人意想不到的費(fèi)米子才剛剛開始‘浮出水面’呢！”

延伸閱讀

恩利克?費(fèi)米，美籍意大利著名物理學(xué)家，1938年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主。費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研究小組在芝加哥大學(xué)建立了人類第一臺(tái)可控核反應(yīng)堆，人類從此邁入原子能時(shí)代。

第8篇：量子力學(xué)特征范文

關(guān)鍵詞：大學(xué)生；量子物理；物理學(xué)史

作者簡(jiǎn)介：丁艷麗（1979-），女，回族，遼寧遼陽(yáng)人，沈陽(yáng)化工大學(xué)數(shù)理系，講師；母繼榮（1964-），女，河北樂亭人，沈陽(yáng)化工大學(xué)數(shù)理系，副教授。（遼寧　沈陽(yáng)　110142）

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）35-0067-02

量子力學(xué)是反映微觀粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論。[1]它是20世紀(jì)初在大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)和舊量子論基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，是人們認(rèn)識(shí)和理解微觀世界的基礎(chǔ)。量子物理和相對(duì)論的成就使得物理學(xué)從經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展到現(xiàn)代物理學(xué)，奠定了現(xiàn)代自然科學(xué)的主要基礎(chǔ)。量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列劃時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)。通過量子物理的教學(xué)，有利于培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法和科研能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新精神、科學(xué)思維能力以及辯證唯物主義的科學(xué)觀。另外，量子物理是處于發(fā)展中的理論，怎樣將量子論和廣義相對(duì)論（引力作用）統(tǒng)一起來(lái)仍是困擾人們的問題?！跋依碚摗钡奶岢鍪谷藗兛吹搅讼Ｍ?，通過這部分的教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的橫、縱向思維和不斷追求科學(xué)真理的精神。因此，在大學(xué)物理的教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)增加量子物理的教學(xué)內(nèi)容。由于量子物理里好多概念、思想和宏觀世界里的完全不同，叫人無(wú)法理解，以致量子論的奠基人之一玻爾（Niels Bohr）都要說(shuō)：“如果誰(shuí)不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論?！盵2]那么怎樣讓學(xué)生在輕松愉快的狀態(tài)下學(xué)好量子物理呢？在教學(xué)過程中適當(dāng)引入物理學(xué)史有利于學(xué)生掌握其核心，既培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又有利于實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)，而非純粹的概念和公式的教學(xué)。下面主要從幾個(gè)方面闡述物理學(xué)史在大學(xué)生學(xué)習(xí)中的重要作用。

一、非物理專業(yè)大學(xué)生學(xué)習(xí)量子物理的需要

即使是物理專業(yè)的學(xué)生，多數(shù)人在學(xué)習(xí)量子物理時(shí)一直如在云里霧里，雖然知道微觀粒子的波粒二象性，也知道不確定原理，了解原子的軌道理論，但是卻不知道為什么這樣。這一方面是由于量子物理里好多概念、思想和宏觀世界里的完全不同。另一方面，學(xué)生沒有掌握量子物理的核心，沒有從整體上把握量子物理的基石。一些教材對(duì)這部分的介紹也較少。如果在教學(xué)中能夠引入量子物理的發(fā)展史，不僅能吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有利于學(xué)生理解量子物理的概念和思想，使學(xué)生能夠身臨其境地感受到那場(chǎng)史詩(shī)般壯麗的革命，深刻體會(huì)量子論的偉大，有利于學(xué)生辯證唯物主義觀的形成。而非物理專業(yè)的學(xué)生與物理專業(yè)的學(xué)生相比，在學(xué)習(xí)量子物理時(shí)難度更大。這是由于物理專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了許多物理專業(yè)課，如原子分子物理、物理學(xué)史等課程，為量子物理的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。而非物理專業(yè)的學(xué)生沒有前期的知識(shí)鋪墊，對(duì)知識(shí)的掌握難度增大。如果能適當(dāng)加入量子發(fā)展史的介紹，不僅降低了學(xué)生學(xué)習(xí)難度，還激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，這就更突顯出物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的重要作用。

從整體上介紹量子物理的發(fā)展史可以使學(xué)生掌握量子物理的核心，從整體上把握量子物理的基石，即波恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補(bǔ)原理。[2]這三大核心原理中，前兩者摧毀了經(jīng)典世界的因果性理論，互補(bǔ)原理和不確定原理又合力搗毀了世界的客觀性和客觀實(shí)在性理論。一些實(shí)驗(yàn)和理論斗爭(zhēng)的介紹不僅可以吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，好多物理學(xué)家認(rèn)為物理學(xué)大廈已經(jīng)基本建成，后輩的工作只是做些細(xì)枝末節(jié)的修補(bǔ)和完善。但當(dāng)時(shí)物理學(xué)天空漂浮著兩朵小烏云，一朵是“以太的絕對(duì)參考系”，另一朵是“黑體輻射的紫外線災(zāi)難”。前者導(dǎo)致了相對(duì)論的建立，后者導(dǎo)致了量子物理的建立。

對(duì)量子物理三大基石的掌握，即波恩的概率解釋、海森堡的不確定性和玻爾的“互補(bǔ)原理”是量子物理的三大支柱。大學(xué)所學(xué)的量子物理學(xué)是基于這三個(gè)支柱的。這就像數(shù)學(xué)中的公理一樣，對(duì)于大學(xué)生而言不能去討論為什么，只能是是什么。

二、大學(xué)生素質(zhì)教育的需要

大學(xué)物理的量子部分教學(xué)不同于物理專業(yè)學(xué)生的量子物理教學(xué)。大學(xué)物理教學(xué)的目的主要是增強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、辯證唯物主義觀等素質(zhì)教育，重在方法而非純理論教學(xué)。因此，大學(xué)物理的教學(xué)目的與任務(wù)是使學(xué)生對(duì)物理學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和正確的理解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。更為重要的是，在大學(xué)物理課程的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，都應(yīng)在傳授知識(shí)的同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力，注重培養(yǎng)學(xué)生科研探索精神和辯證唯物主義世界觀的形成。量子物理發(fā)展史的介紹和講解有助于培養(yǎng)學(xué)生這方面的能力。

1.辯證唯物主義世界觀的培養(yǎng)

在大學(xué)物理的教學(xué)過程中融入物理學(xué)史的內(nèi)容有利于培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義世界觀。如關(guān)于光的本性的爭(zhēng)論持續(xù)了300年，光的波動(dòng)理論和微粒理論艱苦卓絕地斗爭(zhēng)了300年。量子論就是在這種斗爭(zhēng)中逐漸建立起來(lái)的。托馬斯·楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、菲涅爾的圓盤衍射等實(shí)驗(yàn)形象的描述可使學(xué)生體會(huì)到光的波動(dòng)性；而光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、康普頓的X射線散射實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)的介紹可使學(xué)生深刻體會(huì)光的粒子性；德布羅意電子波及實(shí)物粒子波理論的介紹及戴維遜和革末關(guān)于電子的實(shí)驗(yàn)，電子通過鎳塊時(shí)展現(xiàn)了X射線衍射圖案，證明了電子具有波動(dòng)性，由此人們認(rèn)識(shí)到了光及實(shí)物粒子的波粒二象性。這部分的教學(xué)可使學(xué)生領(lǐng)悟到看似毫不相干的量實(shí)際上存在著深刻的聯(lián)系，波動(dòng)性和粒子性原來(lái)是不可分割的一個(gè)整體。就像漫畫中教皇善與惡的兩面，雖然在每個(gè)確定的時(shí)刻只有一面能夠體現(xiàn)出來(lái)，但它們確實(shí)集中在一個(gè)人的身上。從中學(xué)生們可以深刻體會(huì)到任何事物都存在兩面性，人們要辯證地看待問題。這部分歷史的簡(jiǎn)單介紹還可以使學(xué)生深刻體會(huì)到人們對(duì)真理的認(rèn)識(shí)是隨著科技的發(fā)展而不斷完善的過程，也是一個(gè)艱苦長(zhǎng)期的斗爭(zhēng)過程。對(duì)光的波粒二象性的認(rèn)識(shí)有利于培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義世界觀。

2.分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)

在大學(xué)物理的教學(xué)過程中適當(dāng)引入一些實(shí)驗(yàn)的描述或利用多媒體等手段演示實(shí)驗(yàn)過程有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和解決能力。對(duì)康普頓實(shí)驗(yàn)的講解分析可以培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力，尤其是康普頓的分析過程，而非純理論上的推導(dǎo)分析?？灯疹D在研究X射線被自由電子散射的時(shí)候發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：散射出來(lái)的X射線分成兩個(gè)部分，一部分和原來(lái)的入射射線波長(zhǎng)相同，而另一部分卻比原來(lái)的射線波長(zhǎng)要長(zhǎng)，具體的大小和散射角存在著函數(shù)關(guān)系。如果運(yùn)用通常的波動(dòng)理論，散射應(yīng)該不會(huì)改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL(zhǎng)才對(duì)。但是怎么解釋多出來(lái)的那一部分波長(zhǎng)變長(zhǎng)的射線呢？康普頓苦苦思索，試圖從經(jīng)典理論中尋找答案，卻撞得頭破血流。終于有一天，他作了一個(gè)破釜沉舟的決定，引入光量子的假設(shè)，把X射線看作能量為hν的光子束的集合。這個(gè)假定馬上讓他看到了曙光，眼前豁然開朗：那一部分波長(zhǎng)變長(zhǎng)的射線是因?yàn)楣庾雍碗娮优鲎菜鸬?。光子像普通的小球那樣，不僅帶有能量，還具有動(dòng)量。當(dāng)它和電子相撞，便將自己的能量交換一部分給電子。這樣一來(lái)，光子的能量下降，根據(jù)公式E=hν，E下降導(dǎo)致ν下降，頻率變小，便是波長(zhǎng)變大。這樣，X射線被自由電子散射的問題得到完美的解決。然后再進(jìn)行理論推導(dǎo)，根據(jù)動(dòng)量和能量守恒解決該問題，這樣不僅使學(xué)生印象深刻，還鍛煉了物理思維能力。

3.求實(shí)精神的培養(yǎng)

通過大學(xué)物理量子史部分的教學(xué)，介紹科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、勇于追求真理的精神，培養(yǎng)學(xué)生追求真理的勇氣、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和刻苦鉆研的作風(fēng)。

4.科學(xué)觀察和思維能力的培養(yǎng)

在教學(xué)的過程中適當(dāng)融入量子發(fā)展史的內(nèi)容有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)觀察和思維能力。如玻爾的互補(bǔ)原理的提出過程。當(dāng)海森堡完成“不確定原理”后向玻爾請(qǐng)教，兩人就“不確定原理”是從粒子性而來(lái)還是波動(dòng)性而來(lái)展開了論戰(zhàn)，從而提出了互補(bǔ)原理：波和粒子在同一時(shí)刻是互斥的，但它們卻在一個(gè)更高的層次上統(tǒng)一在一起，作為電子的兩面性被納入一個(gè)整體概念中。這就是玻爾的“互補(bǔ)原理”。它連同波恩的概率解釋、海森堡的不確定性共同構(gòu)成了量子論“哥本哈根解釋”的核心，至今仍然深刻地影響人們對(duì)于整個(gè)宇宙的終極認(rèn)識(shí)。講解過程中應(yīng)形象生動(dòng)地描述海森堡和玻爾的討論過程及他的思維過程，使學(xué)生有種身臨其境的感覺，從而培養(yǎng)科學(xué)觀察和思維的能力。在教學(xué)過程中適當(dāng)介紹思維實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力及科學(xué)分析能力。如海森堡不確定性原理的提出過程就借助了思維實(shí)驗(yàn)及1935年愛因斯坦提出EPR思維實(shí)驗(yàn)等。[3]

5.創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)

通過學(xué)學(xué)物理學(xué)的研究方法、量子物理的發(fā)展史以及物理學(xué)家的成長(zhǎng)經(jīng)歷等，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。如普朗克能量子假設(shè)的提出體現(xiàn)了敢于向舊觀念、權(quán)威學(xué)家挑戰(zhàn)的精神。而創(chuàng)新意識(shí)對(duì)一個(gè)學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常重要的，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展也起著重要作用的。

6.科學(xué)美感的培養(yǎng)

以麥克斯韋方程組為例，描述麥?zhǔn)戏匠趟憩F(xiàn)出的深刻、對(duì)稱、優(yōu)美，使得每一個(gè)科學(xué)家都陶醉在其中，玻爾茲曼情不自禁地引用歌德的詩(shī)句“難道是上帝寫的這些嗎？”描述麥克斯韋方程組的美。[2]一直到今天，麥?zhǔn)戏匠探M仍然被公認(rèn)為科學(xué)美的典范。許多偉大的科學(xué)家都為它的魅力折服，并受它深深的影響，有著對(duì)于科學(xué)美的堅(jiān)定信仰，甚至認(rèn)為：對(duì)于一個(gè)科學(xué)理論來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)潔優(yōu)美要比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確來(lái)得更為重要。依此引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理學(xué)所具有的明快簡(jiǎn)潔、均衡對(duì)稱、奇異相對(duì)、和諧統(tǒng)一等美學(xué)特征，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)審美觀，使學(xué)生學(xué)會(huì)用美學(xué)的觀點(diǎn)欣賞和發(fā)掘科學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，逐步增強(qiáng)認(rèn)識(shí)和掌握自然科學(xué)規(guī)律的能力。

7.科學(xué)探索精神的培養(yǎng)

物理學(xué)在追求著大統(tǒng)一。許多科學(xué)家獻(xiàn)身于這項(xiàng)偉大的事業(yè)，比如弦理論的提出。講述其發(fā)展過程可激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索精神。

三、科學(xué)發(fā)展的需要

科學(xué)發(fā)展到今天，是建立在前人取得成就的基礎(chǔ)上的。牛頓都說(shuō)：“我站在了巨人的肩上?！币允窞殍b，才能少走彎路。物理學(xué)發(fā)展到今天只剩下了最后一個(gè)分歧，但也很可能是最難以調(diào)和和統(tǒng)一的分歧，即量子物理和引力理論。只有了解和掌握了前輩所創(chuàng)造的財(cái)富，才能找到解決物理大統(tǒng)一的有效道路，才能實(shí)現(xiàn)物理學(xué)的夢(mèng)想。這需要幾代人的共同努力，可能需要幾十年甚至幾百年才有可能實(shí)現(xiàn)。很多人正在為之不斷努力，這也是人們不斷追求的科學(xué)理想。

大學(xué)生量子物理的學(xué)習(xí)需要適當(dāng)引入物理學(xué)史，這既有利于學(xué)生學(xué)好大學(xué)物理，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義世界觀、分析問題和解決解決問題的能力、求實(shí)精神、科學(xué)觀察和思維的能力、創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)探索精神，又有助于啟發(fā)式教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周世勛.量子力學(xué)教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2002.

[2]曹天元.上帝擲骰子么：量子物理史話[M].沈陽(yáng)：遼寧教育出版社，

第9篇：量子力學(xué)特征范文

第谷用畢生精力，在布拉格天文臺(tái)觀測(cè)了大量天文數(shù)據(jù)資料.第谷死后，將這些天文資料都留給了開普勒.你看表格中的數(shù)據(jù)，是不是有些凌亂？但是開普勒?qǐng)?jiān)信一定可以找到行星運(yùn)動(dòng)數(shù)值上的簡(jiǎn)單關(guān)系，因?yàn)槲锢韺W(xué)是符合簡(jiǎn)單美的觀念已經(jīng)深深地刻在他的腦海中.經(jīng)過多年的艱苦工作，他終于發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，其中第三條定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是T2=D3（式中T代表行星繞太陽(yáng)一周經(jīng)過的時(shí)間，即公轉(zhuǎn)周期，D代表行星離開太陽(yáng)的距離）.當(dāng)你從如此凌亂無(wú)序的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)如此簡(jiǎn)潔的公式，使繁星浩淼的宇宙頓時(shí)變得清晰時(shí)，象這種“哲學(xué)領(lǐng)悟、物理直覺和數(shù)學(xué)技巧最驚人的組合”的公式，難道你還沒有體驗(yàn)到它的簡(jiǎn)單美嗎？

如果地球表面的重力加速度不是9.8米/秒2，而是一個(gè)隨時(shí)變化的數(shù)值，那么世界將會(huì)變得怎么樣呢？一會(huì)兒腳被大地粘住，挪動(dòng)不得；一會(huì)兒又捷步如飛，想停也停不下來(lái)；說(shuō)不定什么時(shí)候，漫天飛舞的樹葉真的像鉛球砸破了你的腦門.果真如此的話，人們的生存就成了問題.然而這樣的情況是不會(huì)發(fā)生的，因?yàn)榈厍虻闹亓铀俣仍谑乔虮砻娴娜魏蔚胤蕉际窍嗤模s等于9.8米/秒2.顯然9.8就不是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字了，它從某個(gè)方面反映了自然的和諧與平衡，讓人覺得奇妙與神秘.其實(shí)，物理常數(shù)也是開啟自然規(guī)律的鑰匙，如萬(wàn)有引力是經(jīng)典物理的標(biāo)志；普朗克常數(shù)是量子物理的符號(hào)，等等.

是的，物理中的每一條定理、定律或公式，甚至一個(gè)常數(shù)，雖然形式極其簡(jiǎn)單，但讓人一看就能領(lǐng)會(huì)其中的內(nèi)涵，便能體會(huì)到其中的簡(jiǎn)潔美.因?yàn)榭茖W(xué)家們似乎總是用周圍濃縮的公式和定理來(lái)表現(xiàn)他們高水平的美感的.難怪阿基米德發(fā)現(xiàn)鑒別皇冠是否摻假的方法時(shí)，竟然著身子跳出浴盆.因?yàn)樗两诳茖W(xué)的發(fā)現(xiàn)之中，體驗(yàn)到物理中的美.

對(duì)稱總是和美聯(lián)系在一起的.楊振寧在諾貝爾物理獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)演說(shuō)中也深感對(duì)對(duì)稱力量的欽佩.事實(shí)上，自然原則的內(nèi)在對(duì)稱性成為一個(gè)具有規(guī)范意義的美學(xué)標(biāo)準(zhǔn).你看平面鏡中的像與物關(guān)于鏡面對(duì)稱；萬(wàn)有引力與庫(kù)侖定律在形式上對(duì)稱，而麥克斯韋方程組更是自然科學(xué)美的力作，美學(xué)上真正完美的對(duì)稱科學(xué)作品.象這樣形式上對(duì)稱的物理客體或物理原理是無(wú)法統(tǒng)計(jì)的，其對(duì)稱之美也是無(wú)法用語(yǔ)言能表述到位的.

抽象對(duì)稱性在科學(xué)研究中更為普遍與重要.1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電可以轉(zhuǎn)變?yōu)榇?在對(duì)稱性思想的指引下，英國(guó)年輕的物理學(xué)家法拉第堅(jiān)信：既然電可以轉(zhuǎn)化為磁，那么磁也一定可以轉(zhuǎn)化為電.隨后他開始了長(zhǎng)達(dá)10年的艱辛工作，并在1831年驗(yàn)證了他自己的天才預(yù)言，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)原理，成為十九世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，也為后來(lái)發(fā)明發(fā)電機(jī)，使人類對(duì)能源的利用從化石時(shí)代進(jìn)入電氣時(shí)代做好了理論上的準(zhǔn)備.當(dāng)法拉第在皇家協(xié)會(huì)展示他的發(fā)電機(jī)時(shí)，一位貴婦人問：“這玩意兒能有什么用呢？”法拉第回答：“你不應(yīng)當(dāng)問剛出生的嬰兒有什么出息，誰(shuí)能料到他長(zhǎng)大后會(huì)怎么樣？”如此巧妙的回答，實(shí)在對(duì)科學(xué)的寧馨兒的由衷贊美，也是對(duì)自然界內(nèi)在和諧的崇高禮贊.

數(shù)學(xué)對(duì)稱性又稱數(shù)學(xué)變換不變性，其基本思想是，每一個(gè)變換不變性都包含不變量和變換式兩個(gè)要素.這里的不變量泛指在變換中保持不變的物理量、物理定律等.如牛頓定律在伽俐略變換中具有不變性.從牛頓到愛因斯坦都認(rèn)為物理學(xué)的理論對(duì)于空間-時(shí)間變換必須是不變的.洛侖茲變換的不變性導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)力學(xué)與量子力學(xué)；相空間變換的不變性導(dǎo)致廣義相對(duì)論.

狄拉克是20世紀(jì)一位偉大的物理學(xué)家.他在當(dāng)時(shí)提出了一個(gè)描寫電子運(yùn)動(dòng)的方程，這個(gè)方程形式上對(duì)稱、優(yōu)美，并和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常符合.但是方程的對(duì)稱卻帶來(lái)了一個(gè)當(dāng)時(shí)令人意外的情形：原子中正負(fù)電荷間存在著一個(gè)與核外電子的質(zhì)量、電量相等而電性卻相反的“正電子”.如果堅(jiān)持這個(gè)方程就必須承認(rèn)這個(gè)當(dāng)時(shí)看來(lái)子烏虛有的“正電子”的存在，必然會(huì)遭到許多物理學(xué)家的反對(duì).是放棄還是堅(jiān)持？狄拉克毫不猶豫地選擇了后者.幾年后，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了“正電子”的存在，并完全符合狄拉克的預(yù)言.

千姿百態(tài)的自然是普遍聯(lián)系的，反映物質(zhì)世界的物理規(guī)律也是豐富多彩、和諧統(tǒng)一的.物理學(xué)中各種理論內(nèi)部以及各部分之間的現(xiàn)象、概念與規(guī)律等卻是互相矛盾的，表現(xiàn)出自洽和諧美.物理高級(jí)理論對(duì)低級(jí)理論的包含，或者說(shuō)低級(jí)理論與高級(jí)理論在某些特定條件下的結(jié)論一致，比如當(dāng)物質(zhì)的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論力學(xué)就還原為牛頓經(jīng)典力學(xué).而當(dāng)h O 時(shí)量子力學(xué)就回到了經(jīng)典力學(xué)，物理就表現(xiàn)出對(duì)應(yīng)和諧美.量子力學(xué)是通過兩條途徑發(fā)展起來(lái)的，一條是在玻爾思想的影響下，把微觀過程當(dāng)作粒子來(lái)處理，描繪出一幅以粒子性為根本特征的圖象；另一條是在愛因斯坦思想影響下建立的以波動(dòng)性為核心特征的理論，描繪出了以波動(dòng)性為特征的物理圖象，這兩種表述都能從某個(gè)方面說(shuō)明粒子的特征，但是卻互不包含，而量子力學(xué)理論詮釋的關(guān)鍵在于把彼此排斥的波動(dòng)性和粒子性兩種描述協(xié)調(diào)起來(lái)，用粒子和它出現(xiàn)的概率來(lái)描述微觀客體的波粒二象性.將互補(bǔ)又互斥的物理規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，表現(xiàn)出物理學(xué)的互補(bǔ)和諧美.