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

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第1篇

本書是基于作者們在巴基斯坦和沙特阿拉伯等國家多所大學(xué)中講授量子力學(xué)課程的講義基礎(chǔ)上寫成的。第1版于1999年出版。為了展現(xiàn)當(dāng)代量子力學(xué)日益擴(kuò)展的應(yīng)用的最新發(fā)展，第2版增添了全新的3章，它們分別為雙態(tài)問題、量子計算和1+2維狄拉克方程對于石墨烯的應(yīng)用。這些問題是當(dāng)前許多實驗和理論工作都極為關(guān)注的典型問題。此外，還有一些章節(jié)做了較大改動，有的擴(kuò)大了篇幅和添加了新的內(nèi)容，有的經(jīng)過了改寫變得更簡單和更清晰。各章的習(xí)題也均有不同程度的擴(kuò)充。

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

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

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第2篇

關(guān)鍵詞:量子力學(xué);量子測量;偏振

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

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

1偏振光實驗的經(jīng)典解釋

如圖1(a)所示，沿著光線傳播的方向，順次擺放兩個偏振片P1、P2．光束經(jīng)過P1后變?yōu)榕c其透振方向一致且光強(qiáng)為I0的偏振光．兩偏振片P1和P2的透振方向之間夾角為θ，由馬呂斯定律可知，透過偏振片P2的光的強(qiáng)度為I0cos2θ．按照經(jīng)典的光學(xué)理論，此現(xiàn)象可理解如下:在一個與光傳播方向垂直的平面內(nèi)選定一個xy平面直角坐標(biāo)系，這里為了描述問題的方便，選定x軸沿P2的透振方向．如圖1(b)所示，透過偏振片P1的光電場矢量E可分解為兩個分量:沿x方向振動的電場矢量Ex和沿y方向振動的電場矢量Ey．偏振光照射到P2偏振片時，投影到y(tǒng)方向的電場矢量被吸收，投影到x方向的電場矢量透過，振幅增加了一個常數(shù)因子cosθ，因而強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼腸os2θ倍，這正是馬呂斯定律所給出的結(jié)果．

2偏振光實驗體現(xiàn)的量子力學(xué)概念

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

2．1量子態(tài)

從實驗得知，當(dāng)線偏振光用于激發(fā)光電子時，激發(fā)出的光電子分布有一個優(yōu)越的方向(與光偏振方向有關(guān))，根據(jù)光電效應(yīng)，每個電子的發(fā)射對應(yīng)吸收一個光子，可見，光的偏振性質(zhì)是與它的粒子性質(zhì)緊密聯(lián)系的，人們必須把線偏振光看成是在同一方向上偏振的許多光子組成，這樣我們可以說單個光子處在某個偏振態(tài)上．沿x方向偏振的光束里，每個光子處在|x〉偏振態(tài)，沿y方向偏振的光束中，每個光子處在|y〉偏振態(tài)．假設(shè)我們在實驗中把光的強(qiáng)度降到足夠低，以至于光子是一個一個到達(dá)偏振片的．在圖1所示的例子中，通過P1偏振片的光子處在沿P1透振方向的偏振態(tài)上，如果P2與P1透振方向一致(θ=0)，則此光子完全透過P2，如果P2與P1透振方向正交(θ=π/2)，則被完全吸收．如果P1與P2透振方向之間角度介于兩者之間，會是一種什么樣的情形，會不會有部分光子被吸收，部分光子透過的情況發(fā)生，但是實驗上從來沒有觀察到部分光子的情形，只存在兩種可能的情況:光子變到量子態(tài)|y〉，被整個吸收;或變到量子態(tài)|x〉，完全透過．下面我們用量子力學(xué)的語言來描述單個光子與偏振片發(fā)生相互作用的過程，引入量子測量、態(tài)空間、表象、態(tài)疊加原理、波函數(shù)統(tǒng)計解釋等量子概念．

2．2量子測量、態(tài)空間、表象

單個光子與偏振片發(fā)生相互作用的過程，可以看成是一個量子測量的過程，偏振片作為一個測量裝置，迫使光子的偏振態(tài)在透振方向和與其相垂直的方向上作出選擇，測量的結(jié)果只有兩個，透過或被吸收，透過光子的偏振方向與透振方向一致，被吸收光子的偏振方向與透振方向垂直，可見光子經(jīng)過測量后只可能處在兩種偏振狀態(tài)，這正是量子特性的反應(yīng)．在量子力學(xué)中，針對一個具體的量子體系，對某一力學(xué)量進(jìn)行測量，測量后得到的值是這一力學(xué)量的本征值，我們稱它為本征結(jié)果，相應(yīng)的量子態(tài)坍縮到此本征結(jié)果所對應(yīng)的本征態(tài)上，所有可能的本征態(tài)則構(gòu)成一組正交、規(guī)一、完備的本征函數(shù)系，此本征函數(shù)系足以展開這個量子體系的任何一個量子態(tài)．很自然，我們在這里把經(jīng)過偏振片測量后，所得到的兩種可能測量結(jié)果(透過或吸收)作為本征結(jié)果，它們分別對應(yīng)的兩種偏振狀態(tài)，此兩種偏振狀態(tài)可以作為正交、規(guī)一、完備的函數(shù)系，組成一個完備的態(tài)空間，任何偏振態(tài)都可以按照這兩種偏振態(tài)來展開，展開系數(shù)給出一個具體的表示，這就涉及到量子力學(xué)表象問題．在量子力學(xué)中，如果要具體描述一個量子態(tài)通常要選擇一個表象，表象的選取依據(jù)某一個力學(xué)量(或力學(xué)量完備集)的本征值(或各力學(xué)量本征值組合)所對應(yīng)的本征函數(shù)系，本征函數(shù)系作為正交、規(guī)一、完備的基矢組可以用來展開任何一個量子態(tài)，展開系數(shù)的排列組合給出某一個量子態(tài)在具體表象中的表示．結(jié)合我們的例子，組成基矢組的兩種偏振狀態(tài)取決于和光子發(fā)生相互作用的偏振片，具體說來是由偏振片的透振方向決定．在具體分析問題時，為了處理問題的方便，光子與哪一個偏振片發(fā)生相互作用，在數(shù)學(xué)形式上，就把光子的偏振狀態(tài)按照此偏振片所決定的基矢組展開，這涉及到怎么合理選擇表象的問題．

2．3態(tài)疊加原理、波函數(shù)統(tǒng)計解釋

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

3典型例子

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

4總結(jié)

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

參考文獻(xiàn):

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

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

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

［4］趙凱華，羅蔚茵．量子物理［M］．北京:高等教育出版社，2001．

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第3篇

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

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

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

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

1.非相對論近似

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

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

但在實際計算中，一般只取一個或幾個Slater行列式計算，既能滿足要求又不致于使計算過分復(fù)雜。

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

參考文獻(xiàn)：

[1]曹錫章， 宋天佑， 王杏喬. 無機(jī)化學(xué)[M]. 北京： 高等教育出版社，1994.

[2]許善錦. 無機(jī)化學(xué)[M]. 北京： 人民衛(wèi)生出版社， 2005.

[3]吳國慶. 無機(jī)化學(xué)[M]. 北京： 高等教育出版社， 2004.

[4]P. W. Atkins. Molecular Quantum Mechanics. London： Oxford University Press， 1983.

[5]徐光憲， 黎樂民， 王德民.量子化學(xué)――基本原理和從頭計算法[M]. 北京：科學(xué)出版社， 1985.

[6]D.E.Ellis. The Discrete Variational Method and its Applications to Large Molecules and Solidstate Systems. Conselho National de Desenvolvimen to Cientificoe Tecnologico， 1997.

[7]肖慎修， 孫澤民. 量子化學(xué)中的離散變分Xα方法及計算程序[M]. 四川：四川大學(xué)出版社，1986.

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第4篇

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)量子化學(xué) 教學(xué)實踐 教學(xué)改革

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

三、開展第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生計算技能

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

四、結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)：

量子力學(xué)基本原理的內(nèi)容范文第5篇

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

兩次科技革命的第一次指的是在19世紀(jì)20世紀(jì)之交物理學(xué)領(lǐng)域發(fā)生的科技革命，包括相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)。第二次科技革命，在我看來還是一個正在進(jìn)行中的、尚未完成的革命。這場革命發(fā)生在20世紀(jì)后半期，就是非線性科學(xué)的革命。四大理論模型是在20世紀(jì)快結(jié)束的時候基本形成的。這個四個模型包括宇宙學(xué)中的大爆炸模型、粒子物理學(xué)中的夸克模型、分子生物學(xué)當(dāng)中的DNA雙螺旋模型、地學(xué)中的大地板塊模型。也有人說還可以再加一個計算機(jī)領(lǐng)域的馮？諾伊曼模型。這四個模型或者五個模型大體可以表達(dá)20世紀(jì)最重要的一些理論成就。當(dāng)然不是說其他的成就就不重要，而是說這幾個成就格外的重要，因為它們構(gòu)成了20世紀(jì)理論科學(xué)發(fā)展的一個平臺。

應(yīng)用科學(xué)的兩大超級能量，第一個能量就是核能量的釋放，包括核武器的研制、核能量的釋放和利用等。這個可以稱之為超級能量的釋放。第二個是登月工程。登月工程之所以能夠稱為一種超級能量，是因為它代表了人類對地球引力的征服，代表了人類走向太空。這是一個人類自古以來從未想象過的一種現(xiàn)實，可以稱它為一種超級能量的開發(fā)。

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

一、世界圖景的重建

我們先來看物理學(xué)革命。物理學(xué)革命分為相對論革命和量子力學(xué)革命。相對論基本上是家喻戶曉的了，因為愛因斯坦是20世紀(jì)最大的科學(xué)明星。愛因斯坦曾經(jīng)跟卓別林說，為什么所有人都喜歡你，是因為他們都理解你；為什么所有人都喜歡我，是因為他們都不理解我。這就反映了愛因斯坦的相對論非常難理解，不要說一般大眾，就是學(xué)物理的要真正地理解相對論也是很不容易的，所以愛因斯坦就開了這么一個玩笑。

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

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

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

接著我們說一說廣義相對論。廣義相對論處理的是加速問題。牛頓力學(xué)里面有兩個質(zhì)量，一個是牛頓第二定律規(guī)定的那個質(zhì)量，我們稱為慣性質(zhì)量；另外一個是萬有引力定律里面的，叫引力質(zhì)量。在牛頓時代，引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量被認(rèn)為當(dāng)然是同樣一個質(zhì)量，但是這個并沒有予以說明。愛因斯坦認(rèn)為，這兩個質(zhì)量的同一性實際上表明了引力場和加速場的等效性。說白了就是，引力場和加速場本質(zhì)上是一回事。愛因斯坦最喜歡用電梯做思想實驗，歷史上稱為愛因斯坦電梯。比如說你坐在封閉的電梯里，并且用臺秤秤自己的重量，現(xiàn)在你發(fā)現(xiàn)臺秤上顯示你的重量大于你的體重，那么愛因斯坦說，你不能肯定究竟是你所在的電梯正在向上加速運(yùn)動，還是地球的引力突然增大了。這就是加速場和引力場兩者不可分的意思。根據(jù)這個等效原理，他推出了廣義相對論。

廣義相對論也有很多重要的預(yù)言。其中最有意思的一個推論就是，他認(rèn)為物質(zhì)和空間之間不能夠像過去那樣看成相互外在的兩個東西，比如說空間是一個籃子，物質(zhì)就像籃子里的菜；空間是那個書架子，物質(zhì)就是書架上的書。愛因斯坦說這不對的，實際情況是，空間變成了物質(zhì)的某種幾何性質(zhì)。廣義相對論主張，有什么樣的物質(zhì)，就會有什么樣的空間。就好比籃子裝了菜，籃子就發(fā)生變化；書架裝了書，書架會發(fā)生變化。任何有質(zhì)量的物質(zhì)都會引起周圍空間的彎曲，質(zhì)量越大、引力場越大，空間彎曲得越厲害。過去我們認(rèn)為月亮繞地球轉(zhuǎn)，是因為有地球的引力在拉著它，現(xiàn)在，按照廣義相對論的說法，好是因為地球的引力場讓地球周邊的空間變彎了。月亮某種意義上是在走一個直路，只不過空間彎了，它走的直路在我們看來也是一個彎路。

空間彎了，一向走直路的光線當(dāng)然也會彎曲。這個說法當(dāng)然是非常奇特的，一般人覺得不可思議。愛因斯坦說只有在特別強(qiáng)大的引力場之中，光才能發(fā)生彎曲。我們地球周圍最大的引力場就是太陽，太陽質(zhì)量最大，可是白天太陽很亮，沒有辦法用它來判定光線是否在經(jīng)過它是否發(fā)生了彎曲。但也有辦法，就是等日全食的時候，月亮正好把太陽全部遮住的時候，我們再來看一看處在太陽背后的那個恒星的光，能不能繞過太陽被我們看見，如果能的話就證明愛因斯坦說得是對的。這件事情正好發(fā)生在第一次世界大戰(zhàn)之后，英國的愛丁頓率領(lǐng)一個考察隊專門去考察日全食的時候光線是不是發(fā)生彎曲，考察的結(jié)果居然是真的發(fā)生了彎曲。當(dāng)時就一下子轟動了，愛因斯坦從此成為家喻戶曉的科學(xué)家。

我們講這些基本的東西，是要想說明愛因斯坦的相對論，對人類關(guān)于時間、空間、宇宙的基本觀念產(chǎn)生了一場革命性的轉(zhuǎn)變，因此我們說愛因斯坦是20世紀(jì)的一個科學(xué)革命家。下面我們再來講講量子力學(xué)。量子力學(xué)從某種意義上說，比愛因斯坦的相對論還要深刻，它里面所包含著的革命性因素還要多，主要表現(xiàn)在幾個方面。

第一個是微觀領(lǐng)域里物質(zhì)的波粒二象性。微觀粒子既表現(xiàn)出波的特性，又表現(xiàn)出粒子的特性。粒子的一個特點(diǎn)是它有個定義明確的界限，有自己獨(dú)一無二的位置。波則是一個彌散的東西，不能說波在什么位置，波是處在整個空間之中。這本來是兩種完全不一樣的物質(zhì)形態(tài)，但量子力學(xué)發(fā)現(xiàn)，微觀粒子既像是粒子也像波。比如說這個屋子有兩個門，我們每個人進(jìn)來的時候總只能從一個門進(jìn)來，你不能說我同時從兩個門進(jìn)來的?？墒橇孔恿W(xué)發(fā)現(xiàn)，微觀領(lǐng)域的粒子就是從兩個門進(jìn)來的。同樣，它也是從兩個門出去的，因此，你就不好說它出去之后究竟在什么地方。

第二個叫做測不準(zhǔn)原理。一個粒子的能量和時間、質(zhì)量和動量不能夠同時精確測定，也稱為不確定性原理。為什么量子領(lǐng)域會發(fā)生這個事情呢？主要的一個原因是我們對量子領(lǐng)域的現(xiàn)象必須通過實驗才能了解，可是實驗總是會對對象有干預(yù)。比如說我們這個黑屋子里面有一個球，現(xiàn)在我們來問這個球在什么位置，當(dāng)然我們不知道在什么位置，因為屋子太黑了我們看不見。為了知道它在什么位置我必須把燈打開?？墒前褵粢淮蜷_之后，那個燈的光線就對那個球產(chǎn)生作用。對一個宏觀的球來說，光線不大可能對它產(chǎn)生什么明顯的影響，可是在量子微觀領(lǐng)域，這個光子跟這個球差不多，它就完全有可能把球打到不知道什么地方去了。即使你打開燈之后看見那個球在某個位置，你也不能說沒打開燈之前那個球在什么位置。如果你不開燈你看不見，一開燈球又變了位置了，所以這就是為什么量子力學(xué)說搞不清楚它在什么位置的一個根本原因。

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

下面我們講講四大理論模型。

四個理論模型里面宇宙學(xué)和相對論聯(lián)系最深。牛頓以來的宇宙學(xué)基本上就沒了，因為宇宙被認(rèn)為是無限的，無限的宇宙沒法研究。愛因斯坦相對論提出來之后，他發(fā)現(xiàn)可以把宇宙整體作為一個研究對象，建立方程。這個宇宙方程導(dǎo)出的解都表明宇宙不是穩(wěn)定的，但他當(dāng)時覺得宇宙總體上應(yīng)該是一個穩(wěn)定的東西，所以他加了一個宇宙學(xué)項，強(qiáng)行把從相對論宇宙學(xué)中導(dǎo)出了一個靜止的宇宙模型。也有一些數(shù)學(xué)家試解愛因斯坦的宇宙方程，提出了好多次數(shù)學(xué)方案，這些方案都表明宇宙是不穩(wěn)定的。由于沒有觀測證據(jù)，數(shù)學(xué)家自己算著玩，也沒有人當(dāng)真。

有意思的是，大概在2 0年代末，美國的一位天文學(xué)家叫哈勃（哈勃望遠(yuǎn)鏡就是以他的名字命名的），他發(fā)現(xiàn)銀河系外面的星系都有紅移現(xiàn)象。紅移就是光譜向紅端移動，向低頻段移動，人們馬上聯(lián)想到多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)很簡單，說的是一個運(yùn)動的振動源在觀察者看來，振動的波長和頻率都是要發(fā)生改變的。我們都有這個經(jīng)驗，一列火車鳴著汽笛向我們開來的時候聲音越來越尖銳，離我們而去的時候聲音越來越低沉。這不是因為它這個汽笛聲調(diào)發(fā)生了變化，而是因為我們和火車之間的運(yùn)動關(guān)系發(fā)生了變化。它向著我們來的時候是越來越尖銳，聲音的頻率發(fā)生了藍(lán)移；離我們而去的時候聲音越來越低沉，發(fā)生了紅移。河外星系都有這樣的紅移現(xiàn)象，這就意味著所有的星系實際上都在離我們遠(yuǎn)去。如果所有的星系都離我們遠(yuǎn)去，這就意味著整個宇宙都在膨脹。

這個觀察證據(jù)發(fā)現(xiàn)之后，立即就被人聯(lián)想到那些數(shù)學(xué)家所給出的宇宙膨脹模型。理論與觀測相遇了，現(xiàn)代宇宙學(xué)就這樣成長起來了。如果說宇宙是膨脹的話，那么往回追溯它應(yīng)該越來越小，小到一定地步應(yīng)該就變成一個點(diǎn)。從點(diǎn)狀如何膨脹出一個宇宙？點(diǎn)之前又是什么東西？這就是一個大問題。宇宙學(xué)家提出一個理論說，宇宙是從起點(diǎn)處高溫、高壓、高密度的奇點(diǎn)狀態(tài)爆炸過來的，爆炸瞬間之后，是一團(tuán)宇宙霧，或者說一鍋宇宙湯，隨著溫度慢慢變低，依次產(chǎn)生現(xiàn)在我們看到的這些物質(zhì)，核子啊、電子啊這些東西，后來慢慢再出現(xiàn)星系、星云，出現(xiàn)行星，整個宇宙就出來了。在冷卻的過程中實際上還有點(diǎn)霧沒有徹底冷卻，這個很稀薄的一層霧始終還在，大概相當(dāng)于絕對溫度三度這樣子的輻射，是早期宇宙湯的一個遺跡。這個遺跡后來居然也被發(fā)現(xiàn)了，這個發(fā)現(xiàn)也是非常巧的。幾個搞射電天文的人做了一個射電望遠(yuǎn)鏡調(diào)試，怎么調(diào)試也不能復(fù)零，老有一點(diǎn)本底噪音。這個本底噪音當(dāng)時被認(rèn)為是望遠(yuǎn)鏡沒做好的一種表現(xiàn)，他們很苦惱。但是他們在普林斯頓大學(xué)吃飯的時候跟同事們談起來，說我們造了一個望遠(yuǎn)鏡，怎么調(diào)也調(diào)不到零，本底噪音不知道怎么來的。說者無心聽者有意，旁邊的理論宇宙學(xué)家一聽，這個本底噪音不就是宇宙背景輻射嗎？他們于是結(jié)合起來研究，證明那個本底噪音就是宇宙湯在冷卻過程中留下的那一點(diǎn)點(diǎn)霧，稱為微波背景輻射。這個輻射的發(fā)現(xiàn)就成了對熱大爆炸宇宙模型的一個有力的支持，這個模型從此就有力地確立下來了。這個模型也很受理論物理學(xué)家喜愛，因為很多高能物理實驗在地面上不好做，做不出來，但有了這個模型，我們就可以虛擬地在宇宙早期去做。因為宇宙早期溫度高，密度大，成了理論物理學(xué)家很鐘愛的一個模型，他們可以在這個模型的基礎(chǔ)上做思想試驗。

第二個模型就是所謂的夸克模型。大家知道一分為二的思想。所有的物質(zhì)都是由分子構(gòu)成，所有的分子都是由原子構(gòu)成，所有的原子都是原子核和電子構(gòu)成，原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，質(zhì)子和中子由基本粒子構(gòu)成，還能不能接著分下去呢？過去我們說一尺之捶，日取其半，萬世不竭?？墒菃栴}是，你想是可以這么想，但能不能真的分得下去得靠科學(xué)來說話，得做實驗。實驗結(jié)果卻表明，這個夸克模型分不下去了。因為到了量子領(lǐng)域之后，質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系開始起作用了。打個比方說，你用刀去切蘋果，在宏觀領(lǐng)域里，蘋果是蘋果刀是刀，是兩個不同的東西。可是到了微觀領(lǐng)域，代表著分解方的刀和代表著被分解方的蘋果是可以互相轉(zhuǎn)換的，相當(dāng)于說，你切著切著，刀切沒了，變成蘋果了。本來應(yīng)該是蘋果越切越小，由于刀切沒了，轉(zhuǎn)化成了蘋果，因此蘋果被切之后有可能變成兩個更大的蘋果。由于質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化，高能粒子在切割的過程中并不是越變越小，這樣一來，所謂的無限可分就變得沒有意義了?？淇四Ｐ驼J(rèn)為夸克實際上根本打不開，一個很重要的原因是道高一尺魔高一丈，你敲擊的能量越大，它禁閉的能量也越大，所以根本就打不開。這是夸克模型。

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

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

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

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

這些新的科學(xué)都想破除傳統(tǒng)科學(xué)里面的機(jī)械決定論思想。牛頓力學(xué)世界觀的一個理想是，給定全部的初始條件我就能告訴你世界的過去、現(xiàn)在和未來。法國科學(xué)家拉普拉斯對此有一個形象的表述。他說只要有一個萬能的計算者，你告訴他這個宇宙的初始條件，他就能算出宇宙的過去、現(xiàn)在、未來。在他看來，難題只在于有沒有這樣一個萬能的計算者，世界的決定論特征是沒有問題的。拉普拉斯的這個形象的說法，現(xiàn)在看來是有問題的。決定論的信奉者也是征服自然、改造自然的信奉者。我們因為能掐會算，能夠精確地預(yù)言、預(yù)測，因此我們什么都不怕，我們可以無所顧忌地改天換地。因為我能夠精確地知道，我對自然界的改造會造成什么樣的后果。如果你不能夠知道后果，那么人類對自然會有所敬畏。新的科學(xué)認(rèn)為人類對自然的研究，并不能夠獲取完全的確定性。我們只能或然地了解世界，我們對于世界長遠(yuǎn)的后果是沒法了解。這就是所謂的非線性效應(yīng)、復(fù)雜性效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)。過去有一個箴言說人算不如天算，包括這個意思。歷史上的許多原始文化、傳統(tǒng)文化都強(qiáng)調(diào)要敬畏自然，主張自然的很多后果我們是難以預(yù)料的。但是，這個論調(diào)是近代科學(xué)所不理會的，近代數(shù)理科學(xué)傳統(tǒng)認(rèn)為自然界是一個確定的體系，現(xiàn)在看來這個信念過于理想。新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)了路徑依賴和初始條件敏感，就是說初始條件微小的變化將會非線性放大，放大到不成樣子。通俗的講法就是所謂的蝴蝶效應(yīng)，說的是北京的一個蝴蝶扇一下翅膀，結(jié)果在紐約造成一場風(fēng)暴。一個玩笑說，壞了一只馬蹄鐵，損失一匹戰(zhàn)馬，損失一匹戰(zhàn)馬帶來一場小小戰(zhàn)役的失敗，小小戰(zhàn)役的失敗帶來一場大戰(zhàn)役的失敗，大戰(zhàn)役的失敗帶來戰(zhàn)略性的失敗，戰(zhàn)略性失敗帶來國家的滅亡。這每一步都是非線性放大，結(jié)果是一只馬蹄鐵壞了導(dǎo)致一個國家滅了。非線性效應(yīng)在現(xiàn)在看來不是個別的、孤立的，而是普遍的，處處都存在。過去認(rèn)為整個宇宙尺度上，還是牛頓力學(xué)說了算，現(xiàn)在看來牛頓力學(xué)只能是小范圍說了算，大范圍反而都是非線性系統(tǒng)。我想這是一個很重要的觀念革命。

第二個方面是整體論的出現(xiàn)。過去的科學(xué)都主張對世界進(jìn)行分割、切割，把宏觀的東西還原為微觀的東西，把整塊的東西切割成小的東西。我們先對小的、簡單的東西進(jìn)行研究，研究了小的東西，那么大的東西自然就可以拼出來了。方程都是微分方程，微分方程算出來之后進(jìn)行積分。微積分的過程就是一個原子化的過程，積分的過程就是一個拼裝的過程。所以近代以牛頓力學(xué)為代表的世界觀，基本上是一個拼裝、拆拼的世界觀。我們做什么事、看什么問題，都先是把這個事情把它拆開了、分解了，模塊、板塊化?，F(xiàn)在我們管理學(xué)里面經(jīng)常搞模塊化、板塊化，其實就是來自經(jīng)典科學(xué)里面的原子論思維。流水線生產(chǎn)也是，把汽車都拆散了。過去造東西是一個工匠從頭造到尾，現(xiàn)在是一個人造一點(diǎn)點(diǎn)，造完以后拼起來就行了，又快又好。這是現(xiàn)代性思維的一個很重要的部分，也是古典科學(xué)的拼裝世界觀的反映。這種拆拼世界觀、原子論世界觀有個問題，就是忽視了世界、事物本身是個有機(jī)的整體，拆和拼的過程中肯定會損壞或者忽略掉有機(jī)的部分。我們都知道有許多東西是拆不出來也拼不出來的，這就是整體的東西。比如我們說一個和尚挑水吃，兩個和尚抬水吃，三個和尚沒水吃，這就是一個整體論效應(yīng)。如果按照線性相加的原則，一個和尚挑水，兩個和尚就挑兩擔(dān)水，三個和尚挑三擔(dān)水。但這是原子論的思維，實際上并不是這么回事，和尚越多越?jīng)]有水吃。也有人說，一個中國人是一條龍，三個中國人成了一條蟲，這也是整體論效應(yīng)，搞在一起反而內(nèi)訌、相互拆臺。這個效應(yīng)你通過拆分拆不出來，拆出來之后的東西就像我們剛才講的量子效應(yīng)那樣，有可能越拆越大，越拼越小，這就不是線性效應(yīng)。

還有一個方面是，新科學(xué)確認(rèn)了世界的不可逆性。牛頓力學(xué)根本上認(rèn)為，一個物理系統(tǒng)是可以反演的。時間變成負(fù)的無所謂，反正牛頓方程里面的時間都是以平方的方式出現(xiàn)的。不可逆性早在19世紀(jì)后期熱力學(xué)第二定律出現(xiàn)的時候就已經(jīng)認(rèn)識到了。人們發(fā)現(xiàn)一杯熱水放在空氣里面，它只會越來越?jīng)?，一直涼到和空氣溫度一樣為止。從來沒有一杯冷水放在桌上，能從空氣中吸熱把自個兒燒開了。從來只聽說過破鏡難圓，沒聽說過一個破碎的鏡子最后自己能重回圓滿，打碎的瓷器難復(fù)原、覆水難收都是這個意思?？墒前凑张ｎD力學(xué)，這種逆轉(zhuǎn)原則上是可以的。宏觀上看一個物理系統(tǒng)總是按照一個不可逆的方向發(fā)展，一杯水總是慢慢地變冷或者變熱和室溫保持平衡，從來沒有越來越偏離室溫的情況出現(xiàn)。這種不可逆現(xiàn)象出來以后，很多科學(xué)家很苦惱。因為所謂的熱力學(xué)定律不過就是微觀定律的一個宏觀表現(xiàn)而已，微觀領(lǐng)域的粒子肯定都是符合牛頓定律的，因而是可逆的，可是為什么微觀里面是可逆的，宏觀就不可逆呢？當(dāng)時有一位奧地利的物理學(xué)家叫玻耳茲曼，一直在試圖解決這個問題，結(jié)果到死也沒有解決問題。最后他是自殺的，沒解決這個問題很苦惱，自殺了。這個問題到現(xiàn)在也沒有完全解決，但是新科學(xué)，就是非線性科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)、生態(tài)科學(xué)都試圖把這個不可逆性作為一個基本的現(xiàn)象來處理，而讓牛頓力學(xué)的東西作為一個次級的現(xiàn)象。這是新科學(xué)的一個嶄新的變化，這個變化將更加符合我們的日常生活經(jīng)驗。

科學(xué)與人文在現(xiàn)代之所以分裂有一個重要的原因就是古典的物理學(xué)、古典科學(xué)不再關(guān)注價值問題，只關(guān)注事實，造成了事實和價值的二分。事實和價值之所以二分，是因為古典力學(xué)、古典物理學(xué)、古典科學(xué)所面對的對象是一個機(jī)械。機(jī)械本身是沒有目的的，沒有目的就沒有價值。有機(jī)體都是有目的的，機(jī)械沒有目的。如果你把世界本身看成個機(jī)械，那么這個世界本身就談不上什么價值，價值只屬于人。于是，人和自然、事實和價值、科學(xué)與人文之間就發(fā)生了分裂。可是新的科學(xué)認(rèn)為世界本質(zhì)上不是一個機(jī)械，而是一個有機(jī)體。這個有機(jī)體有自身的目的、有自身整體的效應(yīng)。機(jī)械論理想局部是合理的，但是它是有限度的。因為特定的目的、特定的目標(biāo)我們可以把世界看成個機(jī)械，但是根本上來看，世界并不是一個機(jī)械，而是一個有機(jī)體。這個有機(jī)體有整體效應(yīng)，有非線性效應(yīng)，它的變化過程是不可逆的。一個人只能由小孩長成青年，青年長成中年，中年變成老年，老年最后死掉，不可能倒著長，倒著長不是有機(jī)體的模式。想倒著長恰恰是機(jī)械自然觀的一個必然后果。從這個意義上說愛因斯坦的相對論，特別是狹義相對論總體上看也還屬于機(jī)械自然觀的范圍。愛因斯坦相對論是允許時間倒流的，邏輯上它允許時間倒流。好萊塢電影里面特別喜歡借用這個東西，來幻想時間倒流，從而產(chǎn)生一些非常異樣的場景疊加，那就有戲可看了。電影總是要有戲可看，所以他們特別喜歡援引相對論這些東西。其實可逆性思想已經(jīng)遭到了新科學(xué)的質(zhì)疑。