“現(xiàn)代物理學(xué)”資料匯編

“現(xiàn)代物理學(xué)”資料匯編目錄普朗克常數(shù)_現(xiàn)代物理學(xué)常數(shù)之一從現(xiàn)代物理學(xué)理論發(fā)展探討孫思邈修道養(yǎng)生觀現(xiàn)代物理學(xué)_物理學(xué)中的新型學(xué)科量子論_現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一現(xiàn)代物理學(xué)普朗克常數(shù)_現(xiàn)代物理學(xué)常數(shù)之一普朗克常數(shù)記為h，是一個(gè)基本物理常數(shù)，用以描述量子大小，在量子力學(xué)中占有重要角色。德國(guó)物理學(xué)家馬克斯·普朗克（MaxPlanck）在1900年研究物體熱輻射的規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有假定電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行的，計(jì)算的結(jié)果才能和試驗(yàn)結(jié)果是相符。這樣的一份能量叫作能量子，每一份能量子等于hν，ν為輻射電磁波的頻率，h為一常量，叫為普朗克常數(shù)。這一理論被稱為量子理論，它改變了傳統(tǒng)的經(jīng)典物理學(xué)觀念，解釋了黑體輻射光譜中的不連續(xù)性，因此為量子力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

在物理學(xué)的基本常數(shù)中，有些是通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的，如真空中的光速c、基本電荷e、磁常數(shù)（真空中的磁導(dǎo)率）μ0、電常數(shù)（真空電容率）ε0等。也有一些是在建立相關(guān)定律、定理時(shí)被引入或間接導(dǎo)出的，如牛頓引力常數(shù)G、阿伏伽德羅常數(shù)NA、玻耳茲曼常數(shù)kB等。而普朗克常數(shù)h則是完全憑借普朗克的創(chuàng)造性智慧發(fā)現(xiàn)的。然而，它卻是物理學(xué)中一個(gè)實(shí)實(shí)在在的、具有重要意義的、神奇的自然常數(shù)。

h=62607015×10-34J·s（自第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)表決通過(guò)為精確數(shù)。）

若以eV·s（電子伏特·秒）為能量單位則為

h=62607015×10-34/602176634×10-19eV·s=1356676969×10-15eV·s

普朗克常數(shù)的物理單位為能量×?xí)r間，也可視為動(dòng)量×位移量：

由于計(jì)算角動(dòng)量時(shí)要常用到h/2π這個(gè)數(shù)，為避免反復(fù)寫(xiě)2π這個(gè)數(shù)，因此引用另一個(gè)常用的量為約化普朗克常數(shù)（reducedPlanckconstant），有時(shí)稱為狄拉克常數(shù)（Diracconstant），紀(jì)念保羅·狄拉克：

約化普朗克常量（又稱合理化普朗克常量）是角動(dòng)量的最小衡量單位，約化普克朗常數(shù)是一個(gè)量子的內(nèi)稟角動(dòng)量。

其中π為圓周率常數(shù)，約等于14，?（這個(gè)h上有一條斜杠）念為"h拔"。

普朗克常數(shù)用以描述量子化、微觀下的粒子，例如電子及光子，在一確定的物理性質(zhì)下具有一連續(xù)范圍內(nèi)的可能數(shù)值。例如，一束具有固定頻率ν的光，其能量Ei可表示為：Ei=hv。

許多物理量可以量子化。譬如角動(dòng)量量子化。J為一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)不變量的系統(tǒng)全部的角動(dòng)量，Jz為沿某特定方向上所測(cè)得的角動(dòng)量。其值：J2=j(j+1)?2=m?，j=0,1/2,1,3/2,2,...;m=-j,-j+1,...,j

普朗克常數(shù)也使用于海森堡不確定原理。在位移測(cè)量上的不確定量（標(biāo)準(zhǔn)差）Δx，和同方向在動(dòng)量測(cè)量上的不確定量Δp有如下關(guān)系：ΔxΔp≥?。還有其他組物理測(cè)量量依循這樣的關(guān)系，例如能量和時(shí)間。

光電效應(yīng)，光逐出每個(gè)電子的動(dòng)能Ek，Ek可表示為：Ek=hv-Φ；Φ示功函數(shù)，就是從物質(zhì)表面逐出電子需要的最小能量。

物理學(xué)中的一個(gè)常量數(shù)值，常用于計(jì)算：ε=hν.Ek=hν-W

計(jì)量學(xué)中千克的定義。移動(dòng)質(zhì)量1千克物體所需機(jī)械力換算成可用普朗克常數(shù)表達(dá)的電磁力，再通過(guò)質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式算出質(zhì)量。

普朗克常數(shù)的引入不僅解釋了黑體輻射現(xiàn)象，同時(shí)也為量子力學(xué)的發(fā)展和量子理論的形成作出了貢獻(xiàn)。這個(gè)理論變革不僅影響了物理學(xué)領(lǐng)域，還對(duì)整個(gè)科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，包括發(fā)展出了現(xiàn)代的量子力學(xué)、量子電子學(xué)、固態(tài)物理學(xué)以及量子力學(xué)在化學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

波粒二象性是微觀粒子的基本屬性。h是聯(lián)系微觀粒子波粒二象性的橋梁，微觀粒子的行為是以波動(dòng)性為主要特征還是以粒子性為主要特征，是以普朗克常數(shù)h為基準(zhǔn)來(lái)判定的。將微觀粒子的波動(dòng)性與粒子性聯(lián)系起來(lái)的公式是E=hν，P=h/λ。能量E與動(dòng)量P是典型的描述粒子行為的物理量，頻率ν與波長(zhǎng)λ是典型的描述波動(dòng)行為的物理量。將描述粒子行為的物理量與描述波動(dòng)行為的物理量用同一個(gè)公式相聯(lián)系，這正寓意了波粒二象性，而將二者聯(lián)系起來(lái)的恰恰是普朗克常數(shù)h。根據(jù)上述公式可以了解能量為E、動(dòng)量為P的粒子的頻率與波長(zhǎng)，結(jié)合相應(yīng)的物理過(guò)程自然可以判斷是粒子性呈主要特征還是波動(dòng)性呈主要特征。

不確定度原理，有時(shí)又稱為測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，是海森伯在1927年首先提出來(lái)的。它反映了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，是物理學(xué)中一個(gè)極為重要的關(guān)系。它包括多種表示式，其中有兩個(gè)是：?x·?Px≥h，?t·?E≥h。前一式子表明，當(dāng)粒子被局限在x方向的一個(gè)有限范圍?x內(nèi)時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的動(dòng)量分量Px必然有一個(gè)不確定的數(shù)值范圍?Px，兩者的乘積滿足?x·?Px≥h。換言之，假如x的位置完全確定(?x→0)，那么粒子可以具有的動(dòng)量Px的數(shù)值就完全不確定(?Px→∞)；當(dāng)粒子處于一個(gè)Px數(shù)值完全確定的狀態(tài)時(shí)(?Px→0)，我們就無(wú)法在x方向把粒子固定住，即粒子在x方向的位置是完全不確定的。后一式子表明，若一粒子在能量狀態(tài)E只能停留?t時(shí)間，那么，在這段時(shí)間內(nèi)粒子的能量狀態(tài)并非完全確定，它有一個(gè)彌散?E≥h?t；只有當(dāng)粒子的停留時(shí)間為無(wú)限長(zhǎng)時(shí)(穩(wěn)態(tài))，它的能量狀態(tài)才是完全確定的(?E=0)。不確定度原理是量子力學(xué)的一條基本原理。應(yīng)用量子力學(xué)的理論可以證明，凡是乘積具有h量綱的成對(duì)物理量都不能以任意高的精確度同時(shí)確定。正如上述動(dòng)量與坐標(biāo)、能量與時(shí)間的乘積均具有h量綱，所以這兩對(duì)量不能同時(shí)具有確定值。

在一次物理學(xué)會(huì)議上，普朗克演講的內(nèi)容是關(guān)于物體熱輻射的規(guī)律，即關(guān)于一定溫度的物體發(fā)出的熱輻射在不同頻率上的能量分布規(guī)律。普朗克對(duì)于這一問(wèn)題的研究已有6個(gè)年頭了，他將公布自己關(guān)于熱輻射規(guī)律的最新研究結(jié)果。普朗克首先報(bào)告了他在兩個(gè)月前發(fā)現(xiàn)的輻射定律，這一定律與最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確符合（后來(lái)人們稱此定律為普朗克定律）。然后，普朗克指出，為了推導(dǎo)出這一定律，必須假設(shè)在光波的發(fā)射和吸收過(guò)程中，物體的能量變化是不連續(xù)的，或者說(shuō)，物體通過(guò)分立的跳躍非連續(xù)地改變它們的能量，能量值只能取某個(gè)最小能量元的整數(shù)倍。為此，普朗克還引入了一個(gè)新的自然常數(shù)h=626196×10-34J·s（即626196×10-27erg·s，因?yàn)?erg=10-7J）。這一假設(shè)后來(lái)被稱為能量量子化假設(shè)，其中最小能量元被稱為能量量子，而常數(shù)h被稱為普朗克常數(shù)。

于是，在這次普通的物理學(xué)會(huì)議上，在與會(huì)者們的不經(jīng)意間，普朗克首次指出了熱輻射過(guò)程中能量變化的非連續(xù)性。今天我們知道，普朗克所提出的能量量子化假設(shè)是一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)，能量子的存在打破了一切自然過(guò)程都是連續(xù)的經(jīng)典定論，第一次向人們揭示了自然的非連續(xù)本性。普朗克的發(fā)現(xiàn)使神秘的量子從此出現(xiàn)在人們的面前，它讓物理學(xué)家們既興奮，又煩惱，直到今天。

物體通過(guò)分立的跳躍非連續(xù)地改變它們的能量，但是，怎么會(huì)這樣呢？物體能量的變化怎么會(huì)是非連續(xù)的呢？根據(jù)我們熟悉的經(jīng)典理論，任何過(guò)程的能量變化都是連續(xù)的，而且光從光源中也是連續(xù)地、不間斷地發(fā)射出來(lái)的。

沒(méi)有人愿意接受一個(gè)解釋不通的假設(shè)，尤其是嚴(yán)肅的科學(xué)家們。因此，即使普朗克為了說(shuō)明物體熱輻射的規(guī)律被迫假設(shè)能量量子的存在，但他內(nèi)心卻無(wú)法容忍這樣一個(gè)近乎荒謬的假設(shè)。他需要理解它！就像人們理解牛頓力學(xué)那樣。于是，在能量量子化假設(shè)提出之后的十余年里，普朗克本人一直試圖利用經(jīng)典的連續(xù)概念來(lái)解釋輻射能量的不連續(xù)性，但最終歸于失敗。1931年，普朗克在給好友伍德（WilliasWood）的信中真實(shí)地回顧了他發(fā)現(xiàn)量子的不情愿歷程，他寫(xiě)道，“簡(jiǎn)單地說(shuō)，我可以把這整個(gè)的步驟描述成一種孤注一擲的行動(dòng)，因?yàn)槲以谔煨陨鲜瞧胶偷?、反?duì)可疑的冒險(xiǎn)的，然而我已經(jīng)和輻射與物質(zhì)之間的平衡問(wèn)題斗爭(zhēng)了六年（從1894年開(kāi)始）而沒(méi)有得到任何成功的結(jié)果。我明白，這個(gè)問(wèn)題在物理學(xué)中是有根本重要性的，而且我也知道了描述正常譜（即黑體輻射譜）中的能量分布的公式，因此就必須不惜任何代價(jià)來(lái)找出它的一種理論詮釋，不管那代價(jià)有多高?！?/p>

1919年，索末菲在他的《原子構(gòu)造和光譜線》一書(shū)中最早將1900年12月14日稱為“量子理論的誕辰”，后來(lái)的科學(xué)史家們將這一天定為了量子的誕生日。

普朗克曾經(jīng)說(shuō)過(guò)一句關(guān)于科學(xué)真理的真理，它可以敘述為“一個(gè)新的科學(xué)真理取得勝利并不是通過(guò)讓它的反對(duì)者們信服并看到真理的光明，而是通過(guò)這些反對(duì)者們最終死去，熟悉它的新一代成長(zhǎng)起來(lái)?！边@一斷言被稱為普朗克科學(xué)定律，并廣為流傳。

物質(zhì)世界能產(chǎn)生普朗克常數(shù)，這一定有所原因。有新的觀點(diǎn)認(rèn)為帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，只要向心力是與到圓心的距離的三次方成反比，就能產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)乘以圓周運(yùn)動(dòng)頻率等于帶電粒子動(dòng)能。如果電子受到這種向心力，那么這個(gè)常數(shù)就是普朗克常數(shù)。通過(guò)對(duì)電荷群的研究證實(shí)電子是受到這種向心力的。

馬克斯·普朗克1845年8月1日生于德國(guó)的一座小城基爾，普朗克的個(gè)性中蘊(yùn)藏著文靜的力量，性格中內(nèi)含著靦腆的堅(jiān)強(qiáng)，這使他贏得了教師和同學(xué)的喜愛(ài)。

在普朗克生活的時(shí)代，自然科學(xué)并不像人文科學(xué)那樣受到重視，人們把自然科學(xué)家戲稱為森林管理員，但普朗克毅然選擇了物理學(xué)作為終生的研究目標(biāo)，他并不追逐名利和成功，而是以一種內(nèi)在的動(dòng)力驅(qū)使他踏實(shí)地工作。

中學(xué)畢業(yè)后，普朗克先后在慕尼黑大學(xué)和柏林大學(xué)就讀，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)大師赫姆霍茲、基爾霍夫和數(shù)學(xué)家魏爾斯特拉斯都是他的導(dǎo)師。這些大師的深邃思想，使普朗克大開(kāi)眼界。同時(shí)他還精讀了著名熱力學(xué)家克勞修斯的著作，從而開(kāi)始熱衷于對(duì)“熵“的研究。年僅21歲的普朗克就以題為《論熱力學(xué)第二定律》的論文獲得博士學(xué)位。1880年，他為取得大學(xué)授課資格而寫(xiě)的關(guān)于“各向同性物體的平衡態(tài)”的論文，是他取得的第一項(xiàng)首創(chuàng)性的科學(xué)工作。1885年，普朗克被聘為德國(guó)基爾大學(xué)“特命”副教授；1889年，他又接替了柏林大學(xué)他的導(dǎo)師基爾霍夫的位置。在柏林，他取得了有關(guān)電解質(zhì)方面的最新成果，使他對(duì)基礎(chǔ)性問(wèn)題作出了一項(xiàng)決定性的貢獻(xiàn)。1892年，他晉升為正教授，1894年，由于得到導(dǎo)師赫姆霍茲的竭力推薦，成為了柏林科學(xué)院的正式成員。就這樣，普朗克順利地登上了科學(xué)的最高峰，他成了世界上經(jīng)典熱力學(xué)的權(quán)威，并一直保持了這種權(quán)威地位。就在這一年，普朗克轉(zhuǎn)回了當(dāng)時(shí)物理學(xué)的研究熱點(diǎn)：黑體輻射問(wèn)題。

《關(guān)于正常光譜的能量分布定律的理論》1900年從現(xiàn)代物理學(xué)理論發(fā)展探討孫思邈修道養(yǎng)生觀隨著現(xiàn)代物理學(xué)理論的不斷發(fā)展，人們對(duì)于生命和健康的理解也越來(lái)越深入。然而，在這個(gè)科技高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，如何實(shí)現(xiàn)身心健康卻仍然是一個(gè)未解之謎。本文將從現(xiàn)代物理學(xué)理論發(fā)展的角度，探討孫思邈修道養(yǎng)生觀，以期為現(xiàn)代社會(huì)的人們提供一些啟示。

在孫思邈的修道養(yǎng)生觀中，身體與心靈是兩個(gè)不可分割的生命要素。他認(rèn)為，要達(dá)到身心健康的目的，必須調(diào)和這兩個(gè)要素。現(xiàn)代物理學(xué)也認(rèn)為，身體與心靈是相互關(guān)聯(lián)的，這種關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)在許多方面。例如，心理壓力會(huì)對(duì)身體健康產(chǎn)生影響，而身體健康也會(huì)影響心理健康。因此，調(diào)和身體與心靈的關(guān)系對(duì)于修道養(yǎng)生具有重要的意義。

孫思邈在修道養(yǎng)生過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)對(duì)自然環(huán)境的尊重和利用。他認(rèn)為，自然界中的陰陽(yáng)五行、四時(shí)八節(jié)等規(guī)律都與人的身心健康密切相關(guān)。他提倡順應(yīng)自然，按照自然規(guī)律來(lái)調(diào)養(yǎng)身體，以達(dá)到天人合一的境界。這與現(xiàn)代物理學(xué)中的自然宇宙觀有著異曲同工之妙?，F(xiàn)代物理學(xué)也認(rèn)為，自然界中存在著各種規(guī)律，人類應(yīng)該尊重并利用這些規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)與自然環(huán)境的和諧共處。

孫思邈在修道養(yǎng)生過(guò)程中，還注重運(yùn)用中醫(yī)藥學(xué)和針灸療法。他認(rèn)為，中藥和針灸可以調(diào)和陰陽(yáng)平衡，從而達(dá)到治病養(yǎng)生的目的。在他的著作中，孫思邈詳細(xì)闡述了中藥和針灸的理論和實(shí)踐方法?，F(xiàn)代物理學(xué)對(duì)于中藥和針灸的作用機(jī)制也有了更加深入的理解。例如，量子物理學(xué)對(duì)于中藥和針灸的療效機(jī)制提供了新的解釋。

總之孫思邈的修道養(yǎng)生觀是一種融合了身體與心靈、自然與道、藥物與針灸的綜合養(yǎng)生方法。這種方法不僅強(qiáng)調(diào)內(nèi)在的修養(yǎng)和調(diào)理，還注重外在的環(huán)境和條件對(duì)于身心健康的影響。從現(xiàn)代物理學(xué)的角度來(lái)看，孫思邈的修道養(yǎng)生觀具有以下幾個(gè)方面的啟示：

首先孫思邈修道養(yǎng)生觀啟示我們身心的和諧至關(guān)重要。在面對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的壓力和挑戰(zhàn)時(shí)我們要學(xué)會(huì)通過(guò)調(diào)養(yǎng)身心來(lái)保持健康。孫思邈所提倡的注重內(nèi)心修養(yǎng)和調(diào)理的方法對(duì)現(xiàn)代社會(huì)有著重要的借鑒意義。

其次孫思邈修道養(yǎng)生觀中的順應(yīng)自然的思想提醒我們要自然環(huán)境對(duì)身心健康的影響。在現(xiàn)代社會(huì)中我們應(yīng)該學(xué)會(huì)尊重自然規(guī)律并利用自然環(huán)境來(lái)促進(jìn)身心健康的發(fā)展。

最后孫思邈所提倡的運(yùn)用中藥和針灸來(lái)調(diào)理身心的做法對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)具有一定的啟示作用。現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)于中藥和針灸的作用機(jī)制的研究為這些古老方法在現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用提供了新的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。

綜上所述孫思邈的修道養(yǎng)生觀對(duì)現(xiàn)代社會(huì)具有積極的啟示作用。通過(guò)借鑒他的思想和方法我們可以更好地應(yīng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的挑戰(zhàn)促進(jìn)身心健康和諧發(fā)展?，F(xiàn)代物理學(xué)_物理學(xué)中的新型學(xué)科物理學(xué)是人們對(duì)于生命自然界中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變的知識(shí)做出規(guī)律性的總結(jié)。這種運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)變應(yīng)有兩種。一是早期人們通過(guò)感官視覺(jué)的延伸，二是近代人們通過(guò)發(fā)明創(chuàng)造供觀察測(cè)量用的科學(xué)儀器，實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果。

物理學(xué)從研究角度及觀點(diǎn)不同，可分為微觀與宏觀兩部分，宏觀是不分析微粒群中的單個(gè)作用效果而直接考慮整體效果，是最早期就已經(jīng)出現(xiàn)的，微觀物理學(xué)隨著科技的發(fā)展理論逐漸完善。物理又是一種智能。

誠(chéng)如諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、德國(guó)科學(xué)家玻恩所言：“與其說(shuō)是因?yàn)槲野l(fā)表的工作里包含了一個(gè)自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說(shuō)是因?yàn)槟抢锇艘粋€(gè)關(guān)于自然現(xiàn)象的科學(xué)思想方法基礎(chǔ)?！蔽锢韺W(xué)之所以被人們公認(rèn)為一門(mén)重要的科學(xué)，不僅僅在于它對(duì)客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因?yàn)樗诎l(fā)展、成長(zhǎng)的過(guò)程中，形成了一整套獨(dú)特而卓有成效的思想方法體系。正因?yàn)槿绱?，使得物理學(xué)當(dāng)之無(wú)愧地成了人類智能的結(jié)晶，文明的瑰寶。

大量事實(shí)表明，物理思想與方法不僅對(duì)物理學(xué)本身有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)，乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有著重要的貢獻(xiàn)。有人統(tǒng)計(jì)過(guò)，自20世紀(jì)中葉以來(lái)，在諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、生物及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧?，有一半以上的人具有物理學(xué)的背景；——這意味著他們從物理學(xué)中汲取了智慧，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功。

總之物理學(xué)是概括規(guī)律性的總結(jié)，是概括經(jīng)驗(yàn)科學(xué)性的理論認(rèn)識(shí)。

對(duì)于物理學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，物理量的定義和測(cè)量的假設(shè)選擇，理論的數(shù)學(xué)展開(kāi)，理論與實(shí)驗(yàn)的比較是與實(shí)驗(yàn)定律一致，是物理學(xué)理論的唯一目標(biāo)。

人們能通過(guò)這樣的結(jié)合解決問(wèn)題，就是預(yù)言指導(dǎo)科學(xué)實(shí)踐這不是大唯物主義思想，其實(shí)是物理學(xué)理論的目的和結(jié)構(gòu)。

在不斷反思形而上學(xué)而產(chǎn)生的非經(jīng)驗(yàn)主義的客觀原理的基礎(chǔ)上，物理學(xué)理論可以用它自身的科學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)判斷。而不用依賴于它們可能從屬于哲學(xué)學(xué)派的主張。在著手描述的物理性質(zhì)中選擇簡(jiǎn)單的性質(zhì)，其它性質(zhì)則是群聚的想象和組合。通過(guò)恰當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法和數(shù)學(xué)技巧從而進(jìn)一步認(rèn)知事物的本來(lái)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)選擇后的數(shù)量存在某種對(duì)應(yīng)關(guān)系。一種關(guān)系可以有多數(shù)實(shí)驗(yàn)與其對(duì)應(yīng)，但一個(gè)實(shí)驗(yàn)不能對(duì)應(yīng)多種關(guān)系。也就是說(shuō)，一個(gè)規(guī)律可以體現(xiàn)在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中，但多個(gè)實(shí)驗(yàn)不一定只反映一個(gè)規(guī)律。

對(duì)于物理學(xué)來(lái)說(shuō)理論預(yù)言與現(xiàn)實(shí)一致與否是真理的唯一判斷標(biāo)準(zhǔn)。

摘要：回顧了物理學(xué)發(fā)展的歷史，討論了二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向。可能應(yīng)該從兩方面去探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口：（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過(guò)審思相對(duì)論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)的不完善性，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論。

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來(lái)臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)令社會(huì)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)。在這一百年中發(fā)生了物理學(xué)革命，建立了相對(duì)性質(zhì)和量子力學(xué)，完成了從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的轉(zhuǎn)變。在二十世紀(jì)三十年代以后，現(xiàn)代物理學(xué)在深度和廣度上有了進(jìn)一步的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的新學(xué)科的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，人類對(duì)物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識(shí)，物理學(xué)理論達(dá)到了一個(gè)新高度，現(xiàn)代物理學(xué)達(dá)到了成熟的階段。

在此世紀(jì)之交的時(shí)候，人們自然想展望一下二十一世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展前景，探索今后物理學(xué)發(fā)展的方向。我想談一談我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的一些看法和觀點(diǎn)。我們來(lái)回顧一下上一個(gè)世紀(jì)之交物理學(xué)發(fā)展的情況，把當(dāng)前的情況與一百年前的情況作比較對(duì)于探索二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向是很有幫助的。

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了它的頂峰，當(dāng)時(shí)人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫(huà)，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對(duì)物理世界的解釋已經(jīng)達(dá)到了終點(diǎn)。物理學(xué)的一些基本的、原則的問(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下來(lái)的只是進(jìn)一步精確化的問(wèn)題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補(bǔ)充和修正，使已知公式中的各個(gè)常數(shù)測(cè)得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的事實(shí)。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬(wàn)里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到?jīng)_擊，經(jīng)典物理發(fā)生“危機(jī)”。由此引起物理學(xué)的一場(chǎng)革命。普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上報(bào)告結(jié)果，成為革命開(kāi)始的時(shí)刻。愛(ài)因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論；海森堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生。

把物理學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之外，也有不同之處。

在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來(lái)以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過(guò)七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到成熟的階段。弦論的發(fā)展對(duì)物質(zhì)的看法進(jìn)步。組成物質(zhì)世界的磚塊的基本粒子都是宇宙弦上的各種音符。不斷在產(chǎn)生,不斷在湮滅。多種多樣的物質(zhì)世界成一切有為法，如夢(mèng)幻泡影，如露亦如電，應(yīng)作如是觀。物理學(xué)步入緣起性空的禪境。使人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到空前的高度，理論能解釋已知的一切物理現(xiàn)象?，F(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點(diǎn)上，目前有情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為今后物理學(xué)不會(huì)再有革命性的進(jìn)展了，物理學(xué)的根本性的問(wèn)題、原則問(wèn)題都已經(jīng)解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上，在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學(xué)，對(duì)現(xiàn)有的理論作一些補(bǔ)充和修正。然而，由于有一百年前的歷史經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點(diǎn)，他們相信物理學(xué)遲早會(huì)有突破性的發(fā)展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到非要徹底改造現(xiàn)有理論認(rèn)可的程度。在這方面，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件尚不成熟。

客觀物質(zhì)世界是分層次的。一般說(shuō)來(lái)，每個(gè)層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個(gè)層次）構(gòu)成。從一定意義上說(shuō)，宏觀與微觀是相對(duì)的，宏觀體系由大量的微觀系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學(xué)研究的目的包括：探索各層次的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，是在三個(gè)方向上前進(jìn)的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展。

（1）在微觀方向上深入下去，牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學(xué)的局限性就顯現(xiàn)出來(lái)。在這個(gè)方向上，人們已經(jīng)了解原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)大量的基本粒子及其運(yùn)規(guī)律，建立核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識(shí)到強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會(huì)有新的進(jìn)展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強(qiáng)大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為在這個(gè)方向上難以有突破性的進(jìn)展。

（2）在宏觀方向上拓展開(kāi)去。1948年美國(guó)的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當(dāng)時(shí)并未引起重視。1965年美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測(cè)結(jié)果，為“大爆炸”理論提供有力的證據(jù)，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝?gòu)┖兔绹?guó)的古斯同時(shí)提出暴脹理論。八十年代以后，英國(guó)的霍金等人開(kāi)始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無(wú)”誕生，今后在這個(gè)方向上將會(huì)繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴于向廣漠的宇宙更遙遠(yuǎn)處觀測(cè)的新結(jié)果，這需要人類制造出比哈勃望遠(yuǎn)鏡性能優(yōu)越得多的、各個(gè)波段的太空天文望遠(yuǎn)鏡，這是很艱巨的任務(wù)。

宇宙創(chuàng)生學(xué)說(shuō)，認(rèn)為“大爆炸”理論只是對(duì)宇宙的一個(gè)近似的描述。因?yàn)橛钪鎸W(xué)研究的只是人們能觀測(cè)到的范圍以內(nèi)的“宇宙”，宇宙是無(wú)限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無(wú)數(shù)個(gè)“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的?，F(xiàn)代宇宙學(xué)只研究我們這個(gè)“宇宙”，只得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生初及遙遠(yuǎn)的未來(lái)，則失誤更大。

這正是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究的主要內(nèi)容。二十世紀(jì)在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)有大發(fā)展，然后建立“耗散結(jié)構(gòu)”理論、協(xié)同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發(fā)展起來(lái)。把這些分支學(xué)科都納入非線性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學(xué)的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學(xué)現(xiàn)有的基本理論的框架內(nèi)。在下個(gè)世紀(jì)，物理學(xué)的基本理論應(yīng)該怎樣發(fā)展？有一些物理學(xué)家在追求“超統(tǒng)一理論”。在這方面，起初是愛(ài)因斯坦、海森堡等科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”；直到11968年，美國(guó)的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統(tǒng)一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學(xué)家正在探索加上強(qiáng)力的“大統(tǒng)一理論”及再加上引力把四種力都統(tǒng)一起來(lái)的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛(ài)因斯坦當(dāng)初探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”是基于他的“物理世界統(tǒng)一性”的思想，但是他努力探索三十年，最終沒(méi)有成功。根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，“物質(zhì)世界是既統(tǒng)一，又多樣化的”。且莫論追求“超統(tǒng)一理論”能否成功，即便此理論完成，它也不是物理學(xué)發(fā)展的終點(diǎn)。因?yàn)椤霸诮^對(duì)的總的宇宙發(fā)展過(guò)程中，各個(gè)具體過(guò)程的發(fā)展都是相對(duì)的，因而在絕對(duì)真理的長(zhǎng)河中，人們對(duì)于在各個(gè)一定發(fā)展階段上的具體過(guò)程的認(rèn)識(shí)只具有相對(duì)的真理性。無(wú)數(shù)相對(duì)的真理之總和，就是絕對(duì)的真理。”“人們?cè)趯?shí)踐中對(duì)于真理的認(rèn)識(shí)也就永遠(yuǎn)沒(méi)有完結(jié)?！?/p>

現(xiàn)代物理學(xué)的革命會(huì)怎樣發(fā)生？有兩個(gè)方面值得重試：

（1）客觀世界不是只有四種力。第第六……種力究竟何在呢？人們并不知道。將來(lái)最早發(fā)現(xiàn)的第五種力可能存在于生命現(xiàn)象中。物質(zhì)構(gòu)成生命體之后，其運(yùn)動(dòng)和變化實(shí)在奧妙，人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)的問(wèn)題實(shí)在多，人們今天對(duì)于生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)跟亞里斯多德時(shí)代的人們對(duì)于物理學(xué)的認(rèn)識(shí)一樣，因此在這方面取得突破性的進(jìn)展是很可能的。物理學(xué)與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)方向，與此有關(guān)的是關(guān)于復(fù)雜性研究的非線性科學(xué)的發(fā)展。

（2）現(xiàn)代物理學(xué)理論也只是相對(duì)真理，而不是絕對(duì)真理。應(yīng)該通過(guò)審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來(lái)探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，在下一節(jié)中將介紹我的觀點(diǎn)。

相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎(chǔ)是否十全十美的

當(dāng)年愛(ài)因斯坦是從關(guān)于光速和關(guān)于時(shí)間要領(lǐng)的思考開(kāi)始，創(chuàng)立狹義相對(duì)論。人們今天探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，也應(yīng)該從重新審思時(shí)空的概念入手。愛(ài)因斯坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論是從講座慣性系中不同地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的同時(shí)性開(kāi)始的，他規(guī)定用光信號(hào)校正不同地點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)鐘來(lái)定義“同時(shí)”，這樣就自然導(dǎo)出洛侖茲變換，導(dǎo)致一個(gè)四維時(shí)空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛(ài)因斯坦提出用光信號(hào)來(lái)校正時(shí)鐘，而不用別的信號(hào)呢？在他的論文中沒(méi)有說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)這是有深刻含意的。

時(shí)間、空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運(yùn)動(dòng)談?wù)摃r(shí)間、空間，在定義時(shí)空時(shí)應(yīng)該說(shuō)明是關(guān)于什么運(yùn)動(dòng)的時(shí)空。現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過(guò)一定的場(chǎng)傳遞過(guò)去，傳遞需要一定的時(shí)間，時(shí)間、空間的定義與這個(gè)傳遞速度是密切相關(guān)的。如果這種場(chǎng)是電磁場(chǎng)，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛(ài)因斯坦定義的時(shí)空實(shí)際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，適用于描述這種運(yùn)動(dòng)。

愛(ài)因斯坦把他定義的時(shí)間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上就暗含了這樣的假設(shè)：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c’。至今為止，并無(wú)實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明c’等于c。愛(ài)因斯坦因他的“物質(zhì)世界統(tǒng)一性”的世界觀而在實(shí)際上假定了c=c’。我持有“物質(zhì)世界既統(tǒng)一，又多樣化的”以觀點(diǎn)，再加之電磁力和引力的強(qiáng)度在數(shù)量級(jí)上相差太多，因此我相信c’可能不等于c。工樣，關(guān)于由電磁力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的四維時(shí)空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x’，y’，z’，ic’t’）是不同的。如果研究的問(wèn)題只涉及一種相互作用，則按照理論建立起來(lái)的運(yùn)動(dòng)方程的形式不變。例如，愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c’。如果研究的問(wèn)題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過(guò)，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)判斷c’和c是否相等；如果不相等，需要導(dǎo)出c’的數(shù)值。

我在二十多年前開(kāi)始形成上述觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)測(cè)量引力波是眾所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，我曾對(duì)那些實(shí)驗(yàn)寄予厚望，希望能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算出c’是否等于c。令人遺憾的是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力引引力波實(shí)驗(yàn)沒(méi)有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項(xiàng)工作冷下去了。根據(jù)愛(ài)因斯坦理論預(yù)言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠達(dá)到的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度之下，這樣弱的引力波應(yīng)該能夠探測(cè)到的話，長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了愛(ài)因斯坦理論的缺點(diǎn)。應(yīng)該從c’可能不等于c這個(gè)角度來(lái)考慮問(wèn)題，如果c’和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強(qiáng)度比根據(jù)愛(ài)因勞動(dòng)保護(hù)坦理論預(yù)言的強(qiáng)度弱得多的結(jié)果。

弱力、強(qiáng)力與引力、電磁力有本質(zhì)的不同，前兩者是短程力，后兩者是長(zhǎng)程力。不同的相互作用是通過(guò)傳遞不同的媒介粒子而實(shí)現(xiàn)的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規(guī)范粒子（光子除外）；強(qiáng)相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質(zhì)量為零，按照愛(ài)因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質(zhì)量和能量有關(guān)，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強(qiáng)相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義慣性系中不同的地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的“同時(shí)”，是否應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)呢？我對(duì)核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個(gè)問(wèn)題。如果應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)，那么關(guān)于由弱力或強(qiáng)力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x’，y’，z’，ic’t’）

有很大的不同。設(shè)弱或強(qiáng)相互作用的傳遞速度為c’’，c’’不是常數(shù)，而是可變的，則關(guān)于由弱或強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空為（x’’，y’’，z’’，Ic’’t’’），時(shí)間t’’和空間（x’’，y’’，z’’）將是c’的函數(shù)。然而，很可能應(yīng)該這樣來(lái)考慮問(wèn)題：關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時(shí)的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統(tǒng)一起來(lái)了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以介子的靜質(zhì)量取作零（在理論上取作零，在實(shí)際上沒(méi)有靜質(zhì)量為零的介子）時(shí)的速度c’’取代光速c，c’’可能不等于c。則關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x’’，y’’，z’’，Ic’’t’’）不同于（x，y，z，ict）或（x’，y’，z’，ic’t’）。無(wú)論上述兩種考慮中哪一種是對(duì)的，整個(gè)物質(zhì)世界的時(shí)空將是高于四維的多維時(shí)空。對(duì)于由短程力（或只是強(qiáng)力）引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如果時(shí)空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說(shuō)需要建立新的量子場(chǎng)論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問(wèn)題既清及長(zhǎng)程力，又涉及短程力（尤其是強(qiáng)力），則更需要建立新的理論。

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場(chǎng)論的時(shí)候，遇到了“發(fā)散困難”。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國(guó)的費(fèi)曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒(méi)有徹底克服這一困難?！鞍l(fā)散困難”的一個(gè)基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運(yùn)動(dòng)能量、相互作用能量合在一起計(jì)算，這與德布羅意波在υ=0時(shí)的異性。

我陷入一個(gè)兩難的處境：如果采用傳統(tǒng)的德布羅意關(guān)系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關(guān)系，就必須面對(duì)使新的理論滿足相對(duì)論協(xié)變性的難題。是否有解決問(wèn)題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)。量子力學(xué)理論中時(shí)寬人的定義實(shí)質(zhì)上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規(guī)律，所以時(shí)間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時(shí)空要領(lǐng)不再適用。在時(shí)間或空間的間隔非常小的時(shí)候，描寫(xiě)事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。在重新定義時(shí)空時(shí)還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的類別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個(gè)數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時(shí)空的定義中去可能是很值得一試的。量子論_現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一量子論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一。量子論提供了新的關(guān)于自然界的觀察、思考和表述方法。量子論揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，為原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)、粒子物理學(xué)以及現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。它能很好地解釋原子結(jié)構(gòu)、原子光譜的規(guī)律性、化學(xué)元素的性質(zhì)、光的吸收與輻射，粒子的無(wú)限可分和信息攜帶等。尤其它的開(kāi)放性和不確定性，啟發(fā)人類更多的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造。

大家都熟悉光是有波粒二象性的，也都知道光雙縫的干涉實(shí)驗(yàn)是證明了光存在波的屬性的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在光線通過(guò)雙縫后在后面的熒幕上產(chǎn)生了干涉條紋。

改變一下實(shí)驗(yàn)條件：每一次只發(fā)射一個(gè)光粒子，結(jié)果將是如何？熒幕上是否會(huì)產(chǎn)生如同波干涉一樣的條紋么（如果是粒子沒(méi)有其他粒子影響，按經(jīng)典理論該粒子應(yīng)當(dāng)重復(fù)之前路徑）？結(jié)果是即便一次只發(fā)射一個(gè)光粒子，這個(gè)粒子依舊會(huì)產(chǎn)生干涉（顯像位置按概率出現(xiàn)，無(wú)法使用經(jīng)典理論解釋）。

由此引出了量子論的關(guān)鍵觀點(diǎn)：“微觀世界里，上帝也在玩骰子”（不確定性原理）。

1900年普朗克為了克服經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難，引入了能量子概念，為量子理論奠定了基石。

隨后，愛(ài)因斯坦針對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與經(jīng)典理論的矛盾，提出了光量子假說(shuō)，并在固體比熱問(wèn)題上成功地運(yùn)用了能量子概念，為量子理論的發(fā)展打開(kāi)了局面。

1913年，玻爾在盧瑟福有核模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用量子化概念，提出玻爾的原子理論，對(duì)氫光譜作出了滿意的解釋，使量子論取得了初步勝利。隨后，玻爾、索末菲和其他物理學(xué)家為發(fā)展量子理論花了很大力氣，卻遇到了嚴(yán)重困難，舊量子論陷入困境。

1923年，德布羅意提出了物質(zhì)波假說(shuō)，將波粒二象性運(yùn)用于電子之類的粒子束，把量子論發(fā)展到一個(gè)新的高度。

1925年-1926年薛定諤率先沿著物質(zhì)波概念成功地確立了電子的波動(dòng)方程，為量子理論找到了一個(gè)基本公式，并由此創(chuàng)建了波動(dòng)力學(xué)。

幾乎與薛定諤同時(shí)，海森伯寫(xiě)出了以“關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)關(guān)系的量子論的重新解釋”為題的論文，創(chuàng)立了解決量子波動(dòng)理論的矩陣方法。

1925年9月，玻恩與另一位物理學(xué)家約丹合作，將海森伯的思想發(fā)展成為系統(tǒng)的矩陣力學(xué)理論。不久，狄拉克改進(jìn)了矩陣力學(xué)的數(shù)學(xué)形式，使其成為一個(gè)概念完整、邏輯自洽的理論體系。

1926年薛定諤發(fā)現(xiàn)波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)從數(shù)學(xué)上是完全等價(jià)的，由此統(tǒng)稱為量子力學(xué)，而薛定諤的波動(dòng)方程由于比海森伯的矩陣更易理解，成為量子力學(xué)的基本方程。

1928年狄拉克將相對(duì)論運(yùn)用于量子力學(xué)，又經(jīng)海森堡、泡利等人的發(fā)展，形成了量子電動(dòng)力學(xué)，量子電動(dòng)力學(xué)研究的是電磁場(chǎng)與帶電粒子的相互作用。

1948-1949年，里查德·費(fèi)因曼（RichardPhillipsFeynman）、施溫格（J.S.Schwinger）和朝永振一郎用重正化概念發(fā)展了量子電動(dòng)力學(xué)，從而獲得1965年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

海森伯不確定原則是量子論中最重要的原則之一。最初的不確定性原理指出，不可能同時(shí)精確地測(cè)量出粒子的動(dòng)量和位置，因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中儀器會(huì)對(duì)測(cè)量過(guò)程產(chǎn)生干擾，測(cè)量其動(dòng)量就會(huì)改變其位置，反之亦然。量子理論跨越了牛頓力學(xué)中的死角，在解釋事物的宏觀行為時(shí)，只有量子理論能處理原子和分子現(xiàn)象中的細(xì)節(jié)。但是，這一新理論所產(chǎn)生的似是而非的矛盾說(shuō)法比光的波粒二重性還要多。牛頓力學(xué)以確定性和決定性來(lái)回答問(wèn)題，量子理論則用可能性和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)回答。傳統(tǒng)物理學(xué)精確地告訴我們火星在哪里，而量子理論讓我們就原子中電子的位置進(jìn)行一場(chǎng)賭博。海森伯不確定性使人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)受到了絕對(duì)的限制，并告訴我們要想絲毫不影響結(jié)果，就無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。量子力學(xué)的奠基人之一薛定諤在1935年就意識(shí)到了量子力學(xué)中不確定性的問(wèn)題，并假設(shè)了一個(gè)著名的貓思維實(shí)驗(yàn)：“一只貓關(guān)在一鋼盒內(nèi)，盒中有下述極殘忍的裝置（必須保證此裝置不受貓的直接干擾）：在蓋革計(jì)數(shù)器中有一小塊輻射物質(zhì)，它非常小，或許在1小時(shí)中只有一個(gè)原子衰變。在相同的幾率下或許沒(méi)有一個(gè)原子衰變。如果發(fā)生衰變，計(jì)數(shù)管便放電并通過(guò)繼電器釋放一個(gè)錘，擊碎一個(gè)小小的氰化物瓶。如果人們使這整個(gè)系統(tǒng)自在1個(gè)小時(shí)，那么人們會(huì)說(shuō)，如果在此期間沒(méi)有原子衰變，這貓就是活的。第一次原子衰變必定會(huì)毒殺了這只貓?！?/p>

常識(shí)告訴我們那只貓非死即活，兩者必居其一?？墒前凑樟孔恿W(xué)的規(guī)則，盒內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)處于兩種態(tài)的疊加之中，一態(tài)中有活貓，另一態(tài)中有死貓。但是有誰(shuí)在現(xiàn)實(shí)生活中見(jiàn)過(guò)一個(gè)又活又死的貓呢？貓應(yīng)該知道自己是活還是死，然而量子理論告訴我們，這個(gè)不幸的動(dòng)物處于一種懸而未決的死活狀態(tài)中，直到某人窺視盒內(nèi)看個(gè)究竟為止。此時(shí)，它要么變得生氣勃勃，要么立刻死亡。如果把貓換成一個(gè)人，那么詳謬變得更尖銳了，因?yàn)檫@樣一來(lái)，監(jiān)禁在盒內(nèi)的那位朋友會(huì)自始至終地意識(shí)到他是健康與否。如果實(shí)驗(yàn)員打開(kāi)盒子，發(fā)現(xiàn)他仍然是活的，那時(shí)他可以問(wèn)他的朋友，在此觀察前他感覺(jué)如何，顯然這位朋友會(huì)回答在所有的時(shí)間中他絕對(duì)活著?？蛇@跟量子力學(xué)是相矛盾的，因?yàn)榱孔永碚撜J(rèn)為在盒內(nèi)的東西被觀察之前那位朋友仍處在活－死疊加狀態(tài)中。

玻爾敏銳地意識(shí)到它正表征了經(jīng)典概念的局限性，因此以此為基礎(chǔ)提出“互補(bǔ)原則”（并協(xié)原理），認(rèn)為在量子領(lǐng)域總是存在互相排斥的兩種經(jīng)典特征，正是它們的互補(bǔ)構(gòu)成了量子力學(xué)的基本特征。玻爾的互補(bǔ)原則被稱為正統(tǒng)的哥本哈根解釋，但愛(ài)因斯坦一直不同意。他始終認(rèn)為統(tǒng)計(jì)性的量子力學(xué)是不完備的，而互補(bǔ)原理是一種綏靖哲學(xué)，因而一再提出假說(shuō)和實(shí)驗(yàn)責(zé)難量子論，但玻爾總能給出自洽的回答，為量子論辯護(hù)。愛(ài)因斯坦與玻爾的論戰(zhàn)持續(xù)了半個(gè)世紀(jì)，直到他們兩人去世也沒(méi)有完結(jié)。

薛定諤貓實(shí)驗(yàn)告訴我們，在原子領(lǐng)域中實(shí)在的佯謬性質(zhì)與日常生活和經(jīng)驗(yàn)是不相關(guān)的，量子幽靈以某種方式局限于原子的陰影似的微觀世界之中。如果遵循量子理論的邏輯到達(dá)其最終結(jié)論，則大部分的物理宇宙似乎要消失于陰影似的幻想之中。愛(ài)因斯坦決不愿意接受這種邏輯結(jié)論。他反問(wèn)：沒(méi)有人注視時(shí)月亮是否實(shí)在？科學(xué)是一項(xiàng)不帶個(gè)人色彩的客觀的事業(yè)，將觀察者作為物理實(shí)在的一個(gè)關(guān)鍵要素的思想看來(lái)與整個(gè)科學(xué)精神相矛盾。如果沒(méi)有一個(gè)“外在的”具體世界供我們實(shí)驗(yàn)與測(cè)量，全部科學(xué)不就退化為追逐想象的一個(gè)游戲了嗎？

量子理論革命性的特點(diǎn)，一開(kāi)始就引起了關(guān)于它的正確性及其解釋內(nèi)容的激烈爭(zhēng)論，在20世紀(jì)中這個(gè)爭(zhēng)論一直進(jìn)行著。自然法則從根本上將是否具有隨機(jī)性？在我們的觀察中是否存在實(shí)體？我們又是否受到了觀察現(xiàn)象的影響？愛(ài)因斯坦率先從幾個(gè)方面對(duì)量子理論提出質(zhì)疑。他不承認(rèn)自然法則是隨機(jī)的。他不相信“上帝在和世界玩骰子”。在和玻爾的一系列著名的論戰(zhàn)中，愛(ài)因斯坦又一次提出了批判，試圖解釋量子理論潛在的漏洞、錯(cuò)誤和缺點(diǎn)。玻爾則巧妙地挫敗了愛(ài)因斯坦的所有攻擊。在1935年的一篇論文中，愛(ài)因斯坦提出了一個(gè)新證據(jù)：斷言量子理論無(wú)法對(duì)自然界進(jìn)行完全的描述。根據(jù)愛(ài)因斯坦的說(shuō)法，一些無(wú)法被量子理論預(yù)見(jiàn)的物理現(xiàn)象應(yīng)該能被觀測(cè)到。這一挑戰(zhàn)最終導(dǎo)致阿斯派特做了一系列著名的試驗(yàn)，準(zhǔn)備用這些試驗(yàn)解決這一爭(zhēng)論。阿斯派特的實(shí)驗(yàn)詳盡地證明了量子理論的正確性。阿斯派特認(rèn)為，量子理論能夠預(yù)見(jiàn)但無(wú)法解釋一些奇妙的現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦斷言這一點(diǎn)是不可能的。由此似乎信息傳播比光速還快——很明顯地違背了相對(duì)論和因果律。阿斯派特的實(shí)驗(yàn)結(jié)論仍有爭(zhēng)議，但它們已促成了關(guān)于量子論的更多的奇談怪論。

由玻爾和海森伯發(fā)展起來(lái)的理論和哥本哈根派的觀點(diǎn)，盡管仍有爭(zhēng)論，卻逐漸在大多數(shù)物理學(xué)家中得到認(rèn)可。按照該學(xué)派的觀點(diǎn)，自然規(guī)律既非客觀的，也非確定的。觀察者無(wú)法描述獨(dú)立于他們之外的現(xiàn)實(shí)。就象不確定律和測(cè)不準(zhǔn)定律告訴我們的一樣，觀察者只能受到觀察結(jié)果的影響。按自然規(guī)律得出的實(shí)驗(yàn)性預(yù)見(jiàn)總是統(tǒng)計(jì)性的而非確定性的。沒(méi)有定規(guī)可尋，它僅僅是一種可能性的分布。

電子在不同的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的波動(dòng)性和粒子性這一表面上的矛盾是互補(bǔ)性原理的有關(guān)例子。量子理論能夠正確地、連續(xù)地預(yù)測(cè)電子的波動(dòng)性或粒子性，卻不能同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行預(yù)測(cè)。按照玻爾的觀點(diǎn)，這一矛盾是我們?cè)趯?duì)電子性質(zhì)的不斷探索中，在我們的大腦中產(chǎn)生的，它不是量子理論的一部分。而且，從自然界中只能得到量子理論提供的有限的、統(tǒng)計(jì)性的信息。量子理論是完備的：該理論未能告訴我們的東西或許是有趣的猜想或隱喻。但這些東西既不可觀測(cè)，也不可測(cè)量，因而與科學(xué)無(wú)關(guān)。哥本哈根解釋未能滿足愛(ài)因斯坦關(guān)于一個(gè)完全客觀的和決定性的物理定律應(yīng)該是什么樣的要求。幾年后，他通過(guò)一系列思維推理實(shí)驗(yàn)向玻爾發(fā)起挑戰(zhàn)。這些實(shí)驗(yàn)計(jì)劃用來(lái)證明在量子理論中的預(yù)測(cè)中存在著不一致和錯(cuò)誤。愛(ài)因斯坦用兩難論或量子理論中的矛盾向玻爾發(fā)難。玻爾把問(wèn)題稍微思考幾天，然后就能提出解決辦法。愛(ài)因斯坦難免過(guò)分地看重了一些東西或者忽略了某些效應(yīng)。有一次，具有諷刺意味的是愛(ài)因斯坦忘記了考慮他自己提出的廣義相對(duì)論。最終，愛(ài)因斯坦承認(rèn)了量子理論的主觀一致性，但他仍固執(zhí)地堅(jiān)持一個(gè)致命的批判：EPR思維實(shí)驗(yàn)。

1935年，愛(ài)因斯坦和兩個(gè)同事普多斯基和羅森合作寫(xiě)了一篇駁斥量子理論完備性的論文，在物理學(xué)家和科學(xué)思想家中間廣為流傳。該論文以三個(gè)人姓氏的第一個(gè)字母合稱EPR論文。他們假設(shè)有兩個(gè)電子：電子1和電子2發(fā)生碰撞。由于它們帶有相同的電荷，這種碰撞是彈性的，符合能量守恒定律，碰撞后兩電子的動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)方向是相關(guān)的。因而，如果測(cè)出了電子1的位置，就能推知電子2的位置。假設(shè)在碰撞發(fā)生后精確測(cè)量電子1的位置，然后測(cè)量其動(dòng)量。由于每次只測(cè)量了一個(gè)量，測(cè)量的結(jié)果應(yīng)該是準(zhǔn)確的。由于電子2之間的相關(guān)性，雖然我們沒(méi)有測(cè)量電子2，即沒(méi)有干擾過(guò)它，但仍然可以精確推測(cè)電子2的位置和動(dòng)量。換句話說(shuō)，我們經(jīng)過(guò)一次測(cè)量得知了電子的位置和動(dòng)量，而量子理論說(shuō)這是不可能的，關(guān)于這一點(diǎn)量子理論沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到，愛(ài)因斯坦及其同事由此證明：量子理論是不完備的。

玻爾經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的思考，反駁說(shuō)EPR實(shí)驗(yàn)非但沒(méi)有證否量子理論，而且還證明了量子理論的互補(bǔ)性原理。他指出，測(cè)量?jī)x器、電子1和電子2共同組成了一個(gè)系統(tǒng)，這是一個(gè)不可分割的整體。在測(cè)量電子1的位置的過(guò)程中會(huì)影響電子2的動(dòng)量。因此對(duì)電子1的測(cè)量不能說(shuō)明電子2的位置和動(dòng)量，一次測(cè)量不能代替兩次測(cè)量。這兩個(gè)結(jié)果是互補(bǔ)的和不兼容的，我們既不能說(shuō)系統(tǒng)中一個(gè)部分受到另一個(gè)部分的影響，也不能試圖把兩個(gè)不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果互相聯(lián)系起來(lái)。EPR實(shí)驗(yàn)假定了客觀性和因果關(guān)系的存在而得出結(jié)論認(rèn)為量子理論是不完備的，事實(shí)上這種客觀性和因果性只是一種推想和臆測(cè)。

盡管人們對(duì)量子理論的含義還不太清楚，但它在實(shí)踐中獲得的成就卻是令人吃驚的。尤其在凝聚態(tài)物質(zhì)——固態(tài)和液態(tài)的科學(xué)研究中更為明顯。用量子理論來(lái)解釋原子如何鍵合成分子，以此來(lái)理解物質(zhì)的這些狀態(tài)是再基本不過(guò)的。鍵合不僅是形成石墨和氮?dú)獾纫话慊衔锏闹饕颍乙彩切纬稍S多金屬和寶石的對(duì)稱性晶體結(jié)構(gòu)的主要原因。用量子理論來(lái)研究這些晶體，可以解釋很多現(xiàn)象，例如為什么銀是電和熱的良導(dǎo)體卻不透光，金剛石不是電和熱的良導(dǎo)體卻透光？而實(shí)際中更為重要的是量子理論很好地解釋了處于導(dǎo)體和絕緣體之間的半導(dǎo)體的原理，為晶體管的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。1948年，美國(guó)科學(xué)家約翰·巴丁、威廉·肖克利和瓦爾特·布拉頓根據(jù)量子理論發(fā)明了晶體管。它用很小的電流和功率就能有效地工作，而且可以將尺寸做得很小，從而迅速取代了笨重、昂貴的真空管，開(kāi)創(chuàng)了全新的信息時(shí)代，這三位科學(xué)家也因此獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。另外，量子理論在宏觀上還應(yīng)用于激光器的發(fā)明以及對(duì)超導(dǎo)電性的解釋。

而且量子論在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分美好。科學(xué)家認(rèn)為，量子力學(xué)理論將對(duì)電子工業(yè)產(chǎn)生重大影響，是物理學(xué)一個(gè)尚未開(kāi)發(fā)而又具有廣闊前景的新領(lǐng)域。時(shí)下半導(dǎo)體的微型化已接近極限，如果再小下去，微電子技術(shù)的理論就會(huì)顯得無(wú)能為力，必須依靠量子結(jié)構(gòu)理論?？茖W(xué)家們預(yù)言，利用量子力學(xué)理論，到2010年左右，人們能夠使蝕刻在半導(dǎo)體上的線條的寬度小到十分之一微米（一微米等于千分之一毫米）以下。在這樣窄小的電路中穿行的電信號(hào)將只是少數(shù)幾個(gè)電子，增加一個(gè)或減少一個(gè)電子都會(huì)造成很大的差異。

美國(guó)威斯康星大學(xué)材料科學(xué)家馬克斯·拉加利等人根據(jù)量子力學(xué)理論已制造了一些可容納單個(gè)電子的被稱為“量子點(diǎn)”的微小結(jié)構(gòu)。這種量子點(diǎn)非常微小，一個(gè)針尖上可容納幾十億個(gè)。研究人員用量子點(diǎn)制造可由單個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制開(kāi)和關(guān)狀態(tài)的晶體管。他們還通過(guò)對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行巧妙的排列，使這種排列有可能用作微小而功率強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)的心臟。美國(guó)得克薩斯儀器公司、國(guó)際商用機(jī)器公司、惠普公司和摩托羅拉公司等都對(duì)這種由一個(gè)個(gè)分子組成的微小結(jié)構(gòu)感興趣，支持對(duì)這一領(lǐng)域的研究，并認(rèn)為這一領(lǐng)域所取得的進(jìn)展“必定會(huì)獲得極大的回報(bào)”。

科學(xué)家對(duì)量子結(jié)構(gòu)的研究的主要目標(biāo)是要控制非常小的電子群的運(yùn)動(dòng)即通過(guò)“量子約束”以使其不與量子效應(yīng)沖突。量子點(diǎn)就有可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。量子點(diǎn)由直徑小于20納米的一團(tuán)團(tuán)物質(zhì)構(gòu)成，或者約相當(dāng)于60個(gè)硅原子排成一串的長(zhǎng)度。利用這種量子約束的方法，人們有可能制造用于很多光盤(pán)播放機(jī)中的小而高效的激光器。這種量子阱激光器由兩層其他材料夾著一層超薄的半導(dǎo)體材料制成。處在中間的電子被圈在一個(gè)量子平原上，電子只能在兩維空間中移動(dòng)。這樣向電子注入能量就變得容易些，結(jié)果就是用較少的能量就能使電子產(chǎn)生較多的激光。

美國(guó)電話電報(bào)公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在對(duì)量子進(jìn)行更深入的研究。他們?cè)O(shè)法把量子平原減少一維，制造以量子線為基礎(chǔ)的激光器，這種激光器可以大大減少通信線路上所需要的中繼器。

美國(guó)南卡羅來(lái)納大學(xué)詹姆斯·圖爾斯的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室用單個(gè)有機(jī)分子已制成量子結(jié)構(gòu)。采用他們的方法可使人們將數(shù)以十億計(jì)分子大小的裝置擠在一平方毫米的面積上。一平方毫米可容納的晶體管數(shù)可能是時(shí)下的個(gè)人計(jì)算機(jī)晶體管數(shù)的1萬(wàn)倍。紐約州立大學(xué)的物理學(xué)家康斯坦丁·利哈廖夫已用量子存儲(chǔ)點(diǎn)制成了一個(gè)存儲(chǔ)芯片模型。從理論上講，他的設(shè)計(jì)可把1萬(wàn)億比特的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大約與現(xiàn)今使用的芯片大小相當(dāng)?shù)男酒?，而容量是時(shí)下芯片儲(chǔ)量的1·5萬(wàn)倍。有很多研究小組已制出了利哈廖夫模型裝置所必需的單電子晶體管，有的還制成了在室溫條件下工作的單電子晶體管?？茖W(xué)家們認(rèn)為，電子工業(yè)在應(yīng)用量子力學(xué)理論方面還有很多問(wèn)題有待解決。因此大多數(shù)科學(xué)家正在努力研究全新的方法，而不是仿照時(shí)下的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)量子裝置。

量子理論提供了精確一致地解決關(guān)于原子、激光、射線、超導(dǎo)性以及其他無(wú)數(shù)事情的能力，幾乎完全使古老的經(jīng)典物理理論失去了光彩。但我們?nèi)耘f在日常的地面運(yùn)動(dòng)甚至空間運(yùn)動(dòng)中運(yùn)用牛頓力學(xué)，在這個(gè)古老而熟悉的觀點(diǎn)和這個(gè)新的革命性的觀點(diǎn)之間一直存在著沖突。

宏觀世界的定律保持著頑固的可驗(yàn)證性，而微觀世界的定律具有隨機(jī)性。我們對(duì)拋射物和彗星的動(dòng)態(tài)描述具有明顯的視覺(jué)特征，而對(duì)原子的描述不具有這種特征，桌子、凳子、房屋這樣的世界似乎一直處于我們的觀察之中，而電子和原子的實(shí)際的或物理性狀態(tài)沒(méi)有緩解這一矛盾。如果說(shuō)這些解釋起了些作用的話，那就是他們加大了這兩個(gè)世界之間的差距。

對(duì)大多數(shù)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這一矛盾解決與否并無(wú)大礙，他們僅僅關(guān)心他們自己的工作，過(guò)分忽視了哲學(xué)上的爭(zhēng)議和存在的沖突。畢竟，物理工作是精確地預(yù)測(cè)自然現(xiàn)象并使我們控制這些現(xiàn)象，哲學(xué)是不相關(guān)的東西。

廣義相對(duì)論在大尺度空間、量子理論在微觀世界中各自取得了輝煌的成功?；玖Ｗ幼裱孔诱摰姆▌t，而宇宙學(xué)遵循廣義相對(duì)論的法則，很難想象它們之間會(huì)出現(xiàn)大的分歧。很多科學(xué)家希望能將這兩者結(jié)合起來(lái)，開(kāi)創(chuàng)一門(mén)將從宏觀到微觀的所有物理學(xué)法則統(tǒng)一在一起的新理論。但迄今為止所有謀求統(tǒng)一的努力都遭到失敗，原因是這兩門(mén)20世紀(jì)物理學(xué)的重大學(xué)科完全矛盾。是否能找到一種比現(xiàn)有的這兩種理論都好的新理論，使這兩種理論都變得過(guò)時(shí)，正如它們流行之前的種種理論遇到的情況那樣呢？

先了解一下古希臘有名的“芝諾悖論”——“阿基里斯追不上烏龜”：

阿基里斯（《荷馬史詩(shī)》中的善跑英雄）永遠(yuǎn)也無(wú)法超過(guò)在他前面慢慢爬行的烏龜。因?yàn)樗仨毷紫鹊竭_(dá)烏龜?shù)某霭l(fā)點(diǎn)，而當(dāng)他到達(dá)那一點(diǎn)時(shí)，烏龜已向前爬到了一個(gè)新位置；當(dāng)他到達(dá)烏龜?shù)男挛恢脮r(shí)，烏龜又向前爬了……這樣，烏龜總是跑在前頭，阿基里斯只能離烏龜越來(lái)越近,卻永遠(yuǎn)追不上烏龜。

按照直覺(jué)和常識(shí)，那怕阿基里斯跟烏龜離得再遠(yuǎn)，追上烏龜也不成問(wèn)題，因?yàn)樗葹觚斉艿每欤坏凑罩ブZ給我們?cè)O(shè)下的思維圈套，卻又分明追不上。其實(shí)，這里面就隱含了量子論。其實(shí)，量子論的一些基本論點(diǎn)顯得并不“玄乎”，如：空間不是連續(xù)的（事實(shí)上“量子”這個(gè)詞也就是來(lái)源于“不連續(xù)”，普朗克將能量量子化，被認(rèn)為是量子論的誕生，普郎克本人也就成為量子論的創(chuàng)始人），也就是說(shuō)空間不可能無(wú)限地被分割。聯(lián)系上述悖論，當(dāng)阿基里斯跟烏龜?shù)木嚯x近到所允許的最小距離（即一個(gè)“量子”距離。這個(gè)值非常小，這里假定為s了）便無(wú)窮趨于0。那么，基于無(wú)限分割空間的芝諾悖論也就站不住腳。其實(shí)，如果多想一下，問(wèn)題就來(lái)了：假設(shè)這最小距離的兩個(gè)端點(diǎn)是A和B，按照量子論，物體從A不經(jīng)過(guò)A和B中的任何一個(gè)點(diǎn)而直接到達(dá)B，打個(gè)比方說(shuō)，這個(gè)物體就象一個(gè)魔術(shù)演員，從舞臺(tái)的左邊上場(chǎng)，接著突然出現(xiàn)在舞臺(tái)的右邊。物體的運(yùn)動(dòng)軌跡不再是連續(xù)的一條線，而是一個(gè)個(gè)點(diǎn)。物體在A點(diǎn)突然消失，與此同時(shí)在B點(diǎn)出現(xiàn)了。你會(huì)問(wèn)，這“期間”（其實(shí)沒(méi)有這“期間”，而是同一時(shí)間）除了神話和社會(huì)上的種種“偽科學(xué)”、“特異功能”，你無(wú)法在現(xiàn)實(shí)的宏觀世界上找到一個(gè)這樣的例子。這樣，我們已經(jīng)可以領(lǐng)會(huì)到量子論的“神秘”和“怪誕”之處，并從中窺到量子論“反直覺(jué)”的特性。

哲學(xué)是社會(huì)科學(xué)的范疇，量子論是自然科學(xué)的范疇。以前無(wú)論教科書(shū)上怎么強(qiáng)調(diào)哲學(xué)與自然科學(xué)的關(guān)系，我都不甚以為然，甚至覺(jué)得它們風(fēng)牛馬不相及。隨著對(duì)量子論了解的增多，發(fā)現(xiàn)量子論跟哲學(xué)居然那么緊密聯(lián)系在一起。愛(ài)因斯坦創(chuàng)造奇跡就源于深刻的哲學(xué)思考。他本人就曾說(shuō)過(guò)，與其說(shuō)他是個(gè)物理學(xué)家，不如說(shuō)他是個(gè)哲學(xué)家。相對(duì)論是革命的，但量子論顯得更革命，它需要有更大的勇氣，更超越的思維。量子論的發(fā)展，也必然引發(fā)對(duì)哲學(xué)的思考。量子論給傳統(tǒng)的時(shí)空觀、物質(zhì)觀等帶來(lái)了革命性的沖擊，一個(gè)舊的世界在它的沖擊下分崩離析，一個(gè)新的世界在逐漸形成。它跟人們的直覺(jué)和常識(shí)那么地格格不入。如：電子不是粒子，而是波函數(shù)。根據(jù)目前較為流行的弦理論，（組成質(zhì)子的）微觀粒子實(shí)際上是震動(dòng)的弦，弦的大小和方向的不同就形成了不同的“粒子”。粒子變得像音符一樣。原來(lái)我還認(rèn)為電子、質(zhì)子就是粒子，就象我們看到的桌子、椅子那樣客觀存在，不容置疑，如今，電子、質(zhì)子都失卻了形體，成了什么波、什么弦！尤其是這個(gè)“波函數(shù)”彌漫整個(gè)空間，甚至整個(gè)宇宙，兩個(gè)糾纏態(tài)既便相距千里，仍然可以以一種不可思議的方式進(jìn)行超距合作！更有一個(gè)聽(tīng)起來(lái)勝似“天方夜潭”的宇宙創(chuàng)造論：整個(gè)宇宙是由一個(gè)奇點(diǎn)開(kāi)始的，這個(gè)奇點(diǎn)瞬間爆炸，產(chǎn)生了巨大的能量，于是有了時(shí)間，有了空間，進(jìn)而演變成宇宙。宇宙竟能無(wú)中生有！那個(gè)奇點(diǎn)沒(méi)有質(zhì)量也沒(méi)有大小，跟數(shù)學(xué)上的點(diǎn)能有什么不同？而那些波、那些弦，也無(wú)法將它們看做具有實(shí)形的東西?！俺藥缀侮P(guān)系之外一無(wú)所有。空間不再是一個(gè)客體(如粒子)振動(dòng)和相互碰撞的場(chǎng)所,而變成了一個(gè)永遠(yuǎn)在變換樣式和過(guò)程的萬(wàn)花筒?！睌?shù)學(xué)似乎成了宇宙唯一通用的語(yǔ)言。道教的“一生二，二生三，三生萬(wàn)物”，似乎在自然界也找到了詮釋。所羅門(mén)在《傳道書(shū)》中說(shuō)，“虛空的虛空，虛空的虛空，凡事都是虛空”，他的本意當(dāng)然不是指什么“宇宙的本質(zhì)”，但按照上述的宇宙創(chuàng)造論，對(duì)于宇宙倒是“一語(yǔ)道的”了。既然量子論都這么說(shuō)，那么哲學(xué)出現(xiàn)什么“形而上”，還有什么好奇怪的呢？宇宙可以從“無(wú)”中創(chuàng)造出來(lái)，甚至超出唯心主義和唯物主義的想象（要知道那可是一無(wú)所有的“空”，沒(méi)有時(shí)間和空間，更沒(méi)有物質(zhì)和意識(shí)，什么都沒(méi)有）！

提到這個(gè)，至少我本人有一些誤解，把一些量子論的東西當(dāng)成了相對(duì)論（畢竟我對(duì)廣義相對(duì)論也幾乎是一無(wú)所知）。目前，盡管量子論已經(jīng)得到了巨大的應(yīng)用，但相對(duì)于赫赫聲名的相對(duì)論，量子論似乎還是顯得“默默無(wú)聞”。量子論是憑著它神奇的力量和越來(lái)越多、越來(lái)越神奇的應(yīng)用贏得人們的“青睞”的。盡管如此，我們還是對(duì)量子論知之甚少。而相對(duì)論就不同了，什么時(shí)空扭曲，時(shí)間變慢，質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)換，火車(chē)速度加快會(huì)變短，諸如此類，雖說(shuō)到不了婦儒皆知的地步，恐怕稍有科普知識(shí)的人均有所了解吧，也常常是我們津津樂(lè)道的話題。其實(shí)，我們把量子論的一些“功勞”加到了相對(duì)論上，甚至把量子論的一些東西當(dāng)成了相對(duì)論的東西。針對(duì)量子論中的“不確性原理”，愛(ài)因斯坦設(shè)計(jì)了一個(gè)被稱為EPR的佯謬，并有句廣為人知的名言：“上帝不會(huì)擲骰子”。最近幾天才知道(真是慚愧)，“上帝會(huì)不會(huì)擲骰子”這個(gè)問(wèn)題早在在1997年的試驗(yàn)中就已經(jīng)棺成定論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與量子論的預(yù)言相符，愛(ài)因斯坦輸了！赫赫有名的霍金在談到“黑洞”吞噬一切的特性時(shí)，還拿這句話開(kāi)涮:“上帝不僅擲骰子，還會(huì)把骰子投到人看不到的地方?！毕鄬?duì)論帶給我們奇異的結(jié)論確實(shí)不少，但相比量子論卻還是顯得遜色多了（當(dāng)然，并不是指相對(duì)論比量子論遜色），量子傳輸，一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)甚至可以相當(dāng)于多少萬(wàn)臺(tái)普通計(jì)算機(jī)并行運(yùn)算……這樣的例子會(huì)越來(lái)越多。相對(duì)論與量子論看起來(lái)“水火不相容”，但物理學(xué)家們正試圖將這兩種理論統(tǒng)一起來(lái)，形成一個(gè)“大統(tǒng)一”，據(jù)說(shuō)已取得較大進(jìn)展。

量子論如今已經(jīng)經(jīng)過(guò)了百年的風(fēng)風(fēng)雨雨，但它的發(fā)展還遠(yuǎn)沒(méi)有終結(jié)，路途如此坎坷，甚至讓人覺(jué)得到了一種“山重水復(fù)疑無(wú)路”的地步。量子論的發(fā)展也不象牛頓力學(xué)、相對(duì)論那樣，很快就得到了認(rèn)可，并成為一個(gè)相對(duì)完善的理論。而量子論，在發(fā)展的道路上雖然奇景不斷，但從它曲折的發(fā)展歷史上看，量子論的每一個(gè)分支總是越走越艱難。至今，新的流派和分支還在不斷地出現(xiàn)。也許“上帝”為人類設(shè)置了最后一道不可逾越的機(jī)關(guān)，這是人類認(rèn)識(shí)的極限，是認(rèn)識(shí)中的“量子”，最終人類無(wú)法超越它，人類也就最終不能窮盡大自然的奧秘，永遠(yuǎn)無(wú)法看到“上帝”他老人家的真實(shí)面孔。

量子力學(xué)雖然建立了，但關(guān)于它的物理解釋卻總是很抽象，大家的說(shuō)法也不一致。波動(dòng)方程中的所謂波究竟是什么？

玻恩認(rèn)為，量子力學(xué)中的波實(shí)際上是一種幾率，波函數(shù)表示的是電子在某時(shí)某地出現(xiàn)的幾率。1927年，海森伯提出了微觀領(lǐng)域里的不確定性關(guān)系，他認(rèn)為任何一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，要準(zhǔn)確測(cè)量其中的一個(gè)，另一個(gè)就將是不確定的，這就是所謂的“不確定性原理”。它和玻恩的波函數(shù)幾率解釋一起，奠定了量子力學(xué)詮釋的物理基礎(chǔ)。玻爾敏銳地意識(shí)到不確定性原理正表征了經(jīng)典概念的局限性，因此在此基礎(chǔ)上提出了“互補(bǔ)原理”（并協(xié)原理）。玻爾的互補(bǔ)原理被人們看成是正統(tǒng)的哥本哈根解釋，但愛(ài)因斯坦不同意不確定性原理，認(rèn)為自然界各種事物都應(yīng)有其確定的因果關(guān)系，而量子力學(xué)是統(tǒng)計(jì)性的，因此是不完備的，而互補(bǔ)原理更是一種權(quán)宜之計(jì)。于是在愛(ài)因斯坦與玻爾之間進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)三四十年的爭(zhēng)論，直到他們?nèi)ナ酪矝](méi)有作出定論。

如果說(shuō)光在空間的傳播是相對(duì)論的關(guān)鍵，那么光的發(fā)射和吸收則帶來(lái)了量子論的革命。我們知道物體加熱時(shí)會(huì)放出輻射，科學(xué)家們想知道這是為什么。為了研究的方便，他們假設(shè)了一種本身不發(fā)光、能吸收所有照射其上的光線的完美輻射體，稱為“黑體”。研究過(guò)程中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)按麥克斯韋電磁波理論計(jì)算出的黑體光譜紫外部分的能量是無(wú)限的，顯然發(fā)生了謬誤，這為“紫外線災(zāi)難”提供了依據(jù)。1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了物質(zhì)中振動(dòng)原子的新模型。他從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。關(guān)于量子論中的不連續(xù)性，可以這樣理解：如溫度的增加或降低是連續(xù)的，從一度升到二度中間必須經(jīng)過(guò)1度，1度之前必定有01度。但是量子論認(rèn)為在某兩個(gè)數(shù)值之間例如1度和3度之間可以沒(méi)有2度。他認(rèn)為各種頻率的電磁波，包括光只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒（能量基本單位）稱為量子，光的量子稱為光量子，簡(jiǎn)稱光子。根據(jù)這個(gè)模型計(jì)算出的黑體光譜與實(shí)際觀測(cè)到的相一致。這揭開(kāi)了物理學(xué)上嶄新的一頁(yè)。量子論不僅很自然地解釋了灼熱體輻射能量按波長(zhǎng)分布的規(guī)律，而且以全新的方式提出了光與物質(zhì)相互作用的整個(gè)問(wèn)題。量子論不僅給光學(xué)，也給整個(gè)物理學(xué)提供了新的概念，故通常把它的誕生視為近代物理學(xué)的起點(diǎn)。

維恩（WilhelmWien）瑞利（LordRayleigh）

普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck）

狄拉克（PaulAdrienMauriceDirac）

路易·德布羅意（PrinceLouis-victordeBroglie）

薛定諤（ErwinSchrödinger）

海森伯（WernerKarlHeisenberg）

沃爾夫?qū)づ堇╓olfgangErnstPauli）

理查德·費(fèi)曼（RichardPhillipsFeynman）

海因里希·赫茲（HeinrichRudolfHertz）

密立根（RobertAndrewsMillikan）

阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（AlbertEinstein）

量子假說(shuō)與物理學(xué)界幾百年來(lái)信奉的“自然界無(wú)跳躍”直接矛盾，因此量子理論出現(xiàn)后，許多物理學(xué)家不予接受。普朗克本人也十分動(dòng)搖，后悔當(dāng)初的大膽舉動(dòng)，甚至放棄了量子論，繼續(xù)用能量的連續(xù)變化來(lái)解決輻射的問(wèn)題。但是，歷史已經(jīng)將量子論推上了物理學(xué)新紀(jì)元的開(kāi)路先鋒的位置，量子論的發(fā)展已是銳不可當(dāng)。

第一個(gè)意識(shí)到量子概念的普遍意義并將其運(yùn)用到其它問(wèn)題上的是愛(ài)因斯坦。他建立了光量子理論解釋光電效應(yīng)中出現(xiàn)的新現(xiàn)象。光量子論的提出使光的性質(zhì)的歷史爭(zhēng)論進(jìn)入了一個(gè)新的階段。自牛頓以來(lái)，光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)此起彼伏，愛(ài)因斯坦的理論重新肯定了微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)對(duì)于描述光的行為的意義，它們均反映了光的本質(zhì)的一個(gè)側(cè)面：光有時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)出粒子性，但它既非經(jīng)典的粒子也非經(jīng)典的波，這就是光的波粒二象性。主要由于愛(ài)因斯坦的工作，使量子論在提出之后的最初十年里得以進(jìn)一步發(fā)展。

在1911年，盧瑟福提出了原子的行星模型，即電子圍繞一個(gè)位于原子中心的微小但質(zhì)量很大的核，即原子核的周?chē)\(yùn)動(dòng)。在此后的20年中，物理學(xué)的大量研究集中在原子的外圍電子結(jié)構(gòu)上。這項(xiàng)工作創(chuàng)立了微觀世界的新理論——量子物理，并為量子理論應(yīng)用于宏觀物體奠定了基礎(chǔ)。但是原子中心微小的原子核仍然是個(gè)謎。

原子核是微觀世界中的重要層次，量子力學(xué)是研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論，是現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)之一，是探索原子核奧秘所不可缺少的工具。在原子量子理論被提出后不久，物理學(xué)家開(kāi)始探討原子中微小的質(zhì)量核——原子核。在原子中，正電原子核在靜態(tài)條件下吸引負(fù)電子。但是什么使原子核本身能聚合在一起呢？原子核包含帶正電質(zhì)子和不帶電的中子，兩者之間存在巨大的排斥力，而且質(zhì)子彼此排斥（不帶電的中子沒(méi)有這種排斥力）。使原子核聚合在一起，并且克服質(zhì)子間排斥力的是一種新的強(qiáng)大的力，它只在原子核內(nèi)部起作用。原子彈的巨大能量就來(lái)自這種強(qiáng)大的核力。原子核和核力性質(zhì)的研究對(duì)20世紀(jì)產(chǎn)生了巨大的影響，放射現(xiàn)象、同位素、核反應(yīng)、裂變、聚變、原子能、核武器和核藥物都是核物理學(xué)的副產(chǎn)品。

丹麥物理學(xué)家玻爾首次將量子假設(shè)應(yīng)用到原子中，并對(duì)原子光譜的不連續(xù)性作出了解釋。他認(rèn)為，電子只在一些特定的圓軌道上繞核運(yùn)行。在這些軌道上運(yùn)行時(shí)并不發(fā)射能量，只當(dāng)它從一個(gè)較高能量的軌道向一個(gè)較低軌道躍遷時(shí)才發(fā)射輻射，反之吸收輻射。這個(gè)理論不僅在盧瑟福模型的基礎(chǔ)上解決了原子的穩(wěn)定性問(wèn)題，而且用于氫原子時(shí)與光譜分析所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合，因此引起了物理學(xué)界的震動(dòng)。玻爾指導(dǎo)了20世紀(jì)20年代的物理學(xué)家理解量子理論聽(tīng)起來(lái)自相矛盾的基本結(jié)構(gòu)，他實(shí)際上既是這種理論的“助產(chǎn)師”又是護(hù)士。

玻爾的量子化原子結(jié)構(gòu)明顯違背古典理論，同樣招致了許多科學(xué)家的不滿。但它在解釋光譜分布的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律方面意外地成功，使它獲得了很高的聲譽(yù)。不過(guò)玻爾的理論只能用于解決氫原子這樣比較簡(jiǎn)單的情形，對(duì)于多電子的原子光譜便無(wú)法解釋。舊量子論面臨著危機(jī)，但不久就被突破。在這方面首先取得突破的是法國(guó)物理學(xué)家德布羅意，他與兄長(zhǎng)一起研究射線的波動(dòng)性和粒子性的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期思考，德布羅意突然意識(shí)到愛(ài)因斯坦的光量子理論應(yīng)該推廣到一切物質(zhì)粒子，特別是電子。1923年9月到10月，他連續(xù)發(fā)表了三篇論文，提出了電子也是一種波的理論，并引入了“駐波”的概念描述電子在原子中呈非輻射的靜止?fàn)顟B(tài)。駐波與在湖面上或線上移動(dòng)的行波相對(duì)，吉它琴弦上的振動(dòng)就是一種駐波。這樣就可以用波函數(shù)的形式描繪出電子的位置。不過(guò)它給出的不是我們熟悉的確定的量，而是統(tǒng)計(jì)上的“分布概率”，它很好地反映了電子在空間的分布和運(yùn)行狀況。德布羅意還預(yù)言電子束在穿過(guò)小孔時(shí)也會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。1924年，他寫(xiě)出博士論文“關(guān)于量子理論的研究”，更系統(tǒng)地闡述了物質(zhì)波理論，愛(ài)因斯坦對(duì)此十分贊賞。不出幾年，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家真的觀測(cè)到了電子的衍射現(xiàn)象，證實(shí)了德布羅意的物質(zhì)波的存在。

沿著物質(zhì)波概念繼續(xù)前進(jìn)并創(chuàng)立了波動(dòng)力學(xué)的是奧地利物理學(xué)家薛定諤。他從愛(ài)因斯坦的一篇論文中得知了德布羅意的物質(zhì)波概念后立刻接受了這個(gè)觀點(diǎn)。他提出，粒子不過(guò)是波動(dòng)輻射上的泡沫。1925年，他推出了一個(gè)相對(duì)論的波動(dòng)方程，但與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不完全吻合。1926年，他改而處理非相對(duì)論的電子問(wèn)題，得出的波動(dòng)方程在實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。

1925年，德國(guó)青年物理學(xué)家海森伯寫(xiě)出了一篇名為《關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)關(guān)系的量子論重新解釋》的論文，創(chuàng)立了解決量子波動(dòng)理論的矩陣方法。玻爾理論中的電子軌道、運(yùn)行周期這樣古典的然而是不可測(cè)量的概念被輻射頻率和強(qiáng)度所代替。經(jīng)過(guò)海森伯和英國(guó)一位年輕的科學(xué)家狄喇克的共同努力，矩陣力學(xué)逐漸成為一個(gè)概念完整、邏輯自洽的理論體系。

波動(dòng)力學(xué)與矩陣力學(xué)各自的支持者們一度爭(zhēng)論不休，指責(zé)對(duì)方的理論有缺陷。到了1926年，薛定諤發(fā)現(xiàn)這兩種理論在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的，雙方才消除了敵意。從此這兩大理論合稱量子力學(xué)，而薛定諤的波動(dòng)方程由于更易于掌握而成為量子力學(xué)的基本方程。

量子通信是指運(yùn)用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是最近三十年發(fā)展起來(lái)的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。量子通信由于其高效安全的信息傳輸已受到人們的廣泛關(guān)注，并因此成為國(guó)際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。近來(lái)這門(mén)學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展。

利用量子論實(shí)現(xiàn)光量子通信的過(guò)程如下：首先先構(gòu)建一對(duì)相互糾纏的粒子，將這兩個(gè)粒子分別放在通信的地點(diǎn)，然后將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量（一種操作），那么接收方的粒子瞬間將會(huì)發(fā)生坍塌（變化），坍塌（變化為某種狀態(tài)，但是這個(gè)狀態(tài)與發(fā)送方的粒子坍塌（變化）后的狀態(tài)是對(duì)稱的，然后將聯(lián)合測(cè)量的信息通過(guò)經(jīng)典信道傳送給接收方，接收方根據(jù)接收到的信息對(duì)坍塌的粒子進(jìn)行幺正變換（相當(dāng)于逆轉(zhuǎn)變換），即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。量子通信就是運(yùn)用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，通俗而言，就是兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的陌生人能不約而同地去想做同一件事，好像有一根無(wú)形的線牽著他們，這種神奇現(xiàn)象被人們稱為“心靈感應(yīng)”。量子隱形傳態(tài)不僅對(duì)物理學(xué)領(lǐng)域人們認(rèn)識(shí)與揭示自然界的神秘規(guī)律有重要意義，而且用量子態(tài)作為信息載體，通過(guò)量子態(tài)的傳送可以完成超快的大容量信息的傳輸。

由于量子通信對(duì)國(guó)家信息和國(guó)防安全有著戰(zhàn)略性的重要性，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐盟、日本等都在大力發(fā)展，它有可能會(huì)使得未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局發(fā)生改變，尤其在軍事應(yīng)用方面量子通信有著無(wú)與倫比的廣闊前景。各種偵察預(yù)警系統(tǒng)、各類作戰(zhàn)指揮控制體系和主要作戰(zhàn)平臺(tái)之間，以及量子微空間武器系統(tǒng)之中構(gòu)建出量子隱形通信系統(tǒng)，建立量子信息化的通信網(wǎng)絡(luò)。量子通信將以其信道容量極大、通信速率超高等特性，在未來(lái)的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中有著至關(guān)重要的作用。也正因?yàn)槿绱耍绹?guó)國(guó)防部已將“量子信息與控制技術(shù)”列為未來(lái)重點(diǎn)關(guān)注的六大顛覆性研究領(lǐng)域之一。中國(guó)在量子通信這場(chǎng)國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)中屬于后來(lái)者，但是起點(diǎn)高，進(jìn)展快，在應(yīng)用領(lǐng)域的多個(gè)方面已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，特別在城域量子通信關(guān)鍵技術(shù)方面，甚至達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求?，F(xiàn)代物理學(xué)物理學(xué)是人們對(duì)于生命自然界中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變的知識(shí)做出規(guī)律性的總結(jié)。這種運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)變應(yīng)有兩種。一是早期人們通過(guò)感官視覺(jué)的延伸，二是近代人們通過(guò)發(fā)明創(chuàng)造供觀察測(cè)量用的科學(xué)儀器，實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果。

物理學(xué)從研究角度及觀點(diǎn)不同，可分為微觀與宏觀兩部分，宏觀是不分析微粒群中的單個(gè)作用效果而直接考慮整體效果，是最早期就已經(jīng)出現(xiàn)的，微觀物理學(xué)隨著科技的發(fā)展理論逐漸完善。物理又是一種智能。

誠(chéng)如諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、德國(guó)科學(xué)家玻恩所言：“與其說(shuō)是因?yàn)槲野l(fā)表的工作里包含了一個(gè)自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說(shuō)是因?yàn)槟抢锇艘粋€(gè)關(guān)于自然現(xiàn)象的科學(xué)思想方法基礎(chǔ)。”物理學(xué)之所以被人們公認(rèn)為一門(mén)重要的科學(xué)，不僅僅在于它對(duì)客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因?yàn)樗诎l(fā)展、成長(zhǎng)的過(guò)程中，形成了一整套獨(dú)特而卓有成效的思想方法體系。正因?yàn)槿绱?，使得物理學(xué)當(dāng)之無(wú)愧地成了人類智能的結(jié)晶，文明的瑰寶。

大量事實(shí)表明，物理思想與方法不僅對(duì)物理學(xué)本身有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)，乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有著重要的貢獻(xiàn)。有人統(tǒng)計(jì)過(guò)，自20世紀(jì)中葉以來(lái)，在諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、生物及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧?，有一半以上的人具有物理學(xué)的背景；——這意味著他們從物理學(xué)中汲取了智慧，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功。

總之物理學(xué)是概括規(guī)律性的總結(jié)，是概括經(jīng)驗(yàn)科學(xué)性的理論認(rèn)識(shí)。

對(duì)于物理學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，物理量的定義和測(cè)量的假設(shè)選擇，理論的數(shù)學(xué)展開(kāi)，理論與實(shí)驗(yàn)的比較是與實(shí)驗(yàn)定律一致，是物理學(xué)理論的唯一目標(biāo)。

人們能通過(guò)這樣的結(jié)合解決問(wèn)題，就是預(yù)言指導(dǎo)科學(xué)實(shí)踐這不是大唯物主義思想，其實(shí)是物理學(xué)理論的目的和結(jié)構(gòu)。

在不斷反思形而上學(xué)而產(chǎn)生的非經(jīng)驗(yàn)主義的客觀原理的基礎(chǔ)上，物理學(xué)理論可以用它自身的科學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)判斷。而不用依賴于它們可能從屬于哲學(xué)學(xué)派的主張。在著手描述的物理性質(zhì)中選擇簡(jiǎn)單的性質(zhì)，其它性質(zhì)則是群聚的想象和組合。通過(guò)恰當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法和數(shù)學(xué)技巧從而進(jìn)一步認(rèn)知事物的本來(lái)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)選擇后的數(shù)量存在某種對(duì)應(yīng)關(guān)系。一種關(guān)系可以有多數(shù)實(shí)驗(yàn)與其對(duì)應(yīng)，但一個(gè)實(shí)驗(yàn)不能對(duì)應(yīng)多種關(guān)系。也就是說(shuō)，一個(gè)規(guī)律可以體現(xiàn)在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中，但多個(gè)實(shí)驗(yàn)不一定只反映一個(gè)規(guī)律。

對(duì)于物理學(xué)來(lái)說(shuō)理論預(yù)言與現(xiàn)實(shí)一致與否是真理的唯一判斷標(biāo)準(zhǔn)。

摘要：回顧了物理學(xué)發(fā)展的歷史，討論了二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向?？赡軕?yīng)該從兩方面去探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口：（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過(guò)審思相對(duì)論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)的不完善性，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論。

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來(lái)臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)令社會(huì)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)。在這一百年中發(fā)生了物理學(xué)革命，建立了相對(duì)性質(zhì)和量子力學(xué)，完成了從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的轉(zhuǎn)變。在二十世紀(jì)三十年代以后，現(xiàn)代物理學(xué)在深度和廣度上有了進(jìn)一步的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的新學(xué)科的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，人類對(duì)物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識(shí)，物理學(xué)理論達(dá)到了一個(gè)新高度，現(xiàn)代物理學(xué)達(dá)到了成熟的階段。

在此世紀(jì)之交的時(shí)候，人們自然想展望一下二十一世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展前景，探索今后物理學(xué)發(fā)展的方向。我想談一談我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的一些看法和觀點(diǎn)。我們來(lái)回顧一下上一個(gè)世紀(jì)之交物理學(xué)發(fā)展的情況，把當(dāng)前的情況與一百年前的情況作比較對(duì)于探索二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向是很有幫助的。

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了它的頂峰，當(dāng)時(shí)人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫(huà)，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對(duì)物理世界的解釋已經(jīng)達(dá)到了終點(diǎn)。物理學(xué)的一些基本的、原則的問(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下來(lái)的只是進(jìn)一步精確化的問(wèn)題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補(bǔ)充和修正，使已知公式中的各個(gè)常數(shù)測(cè)得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的事實(shí)。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬(wàn)里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到?jīng)_擊，經(jīng)典物理發(fā)生“危機(jī)”。由此引起物理學(xué)的一場(chǎng)革命。普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上報(bào)告結(jié)果，成為革命開(kāi)始的時(shí)刻。愛(ài)因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論；海森堡、薛定諤