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量子力學(xué)的基本理論范文第1篇

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

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

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

量子力學(xué)的基本理論范文第2篇

Abstract:Science generates the scientific thought, Scientific thought guides the development of science . This paper sorts out the revolution of science in the 20th century, and then analyzes the scientific thought in the 20th-century.

關(guān)鍵詞:科學(xué)科學(xué)革命科學(xué)思想

Key word:Sciencescientific thoughtthe revolution of science

作者簡(jiǎn)介:趙福成,河北師范大學(xué)法政學(xué)院2007級(jí)科學(xué)技術(shù)哲學(xué)專業(yè)碩士研究生。

20世紀(jì)發(fā)生的兩次科學(xué)革命是科學(xué)長(zhǎng)期發(fā)展和積累的結(jié)果,但其深刻性和廣泛性,是歷代科學(xué)革命所無(wú)法比擬的。這驅(qū)使不少科學(xué)家去研究現(xiàn)代物理學(xué)革命的特征,探索科學(xué)發(fā)展的規(guī)律。

一、20世紀(jì)兩次全局性的科學(xué)革命

第一次是現(xiàn)代物理學(xué)革命。x射線直接地揭開(kāi)了原子的秘密;湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子標(biāo)志著人類對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的開(kāi)始;盧瑟福提出的原子模型,揭示了粒子和它的構(gòu)造是怎樣的;質(zhì)子中子的發(fā)現(xiàn),對(duì)于認(rèn)識(shí)原子核的內(nèi)部具有重要意義;湯川秀樹(shù)提出介子學(xué)說(shuō),還提出了核力場(chǎng)的方程和核力的勢(shì),即湯川勢(shì)的表達(dá)式;狄拉克提出了反粒子理論;蓋爾曼提出了介子有一堆正反夸克組成,重子由三個(gè)夸克組成;愛(ài)因斯坦的相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論,分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論;從普朗克的能量子假說(shuō),到愛(ài)因斯坦的光量子假說(shuō),薛定諤的波動(dòng)觀念,到玻恩對(duì)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋,海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理及玻爾的互補(bǔ)原理,實(shí)現(xiàn)了量子力學(xué)的建立。

第二次是綜合性科學(xué)革命。標(biāo)志性事件是:1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世;弗里德曼提出的非靜態(tài)宇宙模型,認(rèn)為宇宙是可能膨脹的;哈勃確定了星系紅移和距離之間的線性關(guān)系,證實(shí)了宇宙膨脹理論;勒梅特提出了宇宙爆炸說(shuō);伽莫夫把核物理學(xué)的知識(shí)同宇宙膨脹理論結(jié)合起來(lái),發(fā)展了大爆炸理論,并用它來(lái)說(shuō)明化學(xué)元素的起源;1948年系統(tǒng)論、信息論、控制論建立;申農(nóng)與貝塔朗菲代表作的出版,標(biāo)志著交叉科學(xué)信息論、控制論、一般系統(tǒng)論的誕生;1957年,古德等為系統(tǒng)工程論奠定了基礎(chǔ);60年代以來(lái),又出現(xiàn)了新的交叉科學(xué)――突變論、協(xié)同論和耗散結(jié)構(gòu)理論;50年代板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)問(wèn)世,魏格納提出大陸漂移說(shuō),由地幔對(duì)流說(shuō)、海底擴(kuò)張說(shuō)等階段,到勒比雄等提出了全球大地板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō);1969年耗散結(jié)構(gòu)理論問(wèn)世;應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)大氣科學(xué)和流體力學(xué)進(jìn)行數(shù)值研究;分析力學(xué)中數(shù)學(xué)理論的進(jìn)展,以及統(tǒng)計(jì)物理中遠(yuǎn)離平衡態(tài)系統(tǒng)性態(tài)的研究,促進(jìn)了非線性科學(xué)的發(fā)展; 1971年新興綜合性學(xué)科協(xié)同學(xué)問(wèn)世;1972年突變理論問(wèn)世并發(fā)展成為一個(gè)新的數(shù)學(xué)分支。

二、對(duì)兩次科學(xué)革命的科學(xué)思想淺析

(一)從歷時(shí)性(縱向)看20世紀(jì)科學(xué)思想的變遷

分析這兩次科學(xué)革命,我們可以把20世紀(jì)的科學(xué)思想分為兩個(gè)階段。在20世紀(jì)上半葉,科學(xué)的基礎(chǔ)性、主導(dǎo)型成果是相對(duì)論和量子力學(xué),提出了關(guān)于時(shí)空相對(duì)性、空間彎曲、質(zhì)量和能量的關(guān)系、作用量子、波粒二象性、測(cè)量中主客體的關(guān)系、量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性解釋等思想,科學(xué)認(rèn)識(shí)進(jìn)入了宏觀高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域、微觀領(lǐng)域和宇觀領(lǐng)域。在20世紀(jì)下半葉,主要科學(xué)成果是宇宙大爆炸理論、板塊構(gòu)造理論、分子生物學(xué)理論以及耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、混沌學(xué)、量子場(chǎng)論、量子宇宙學(xué)、規(guī)范場(chǎng)論、弦理論等,還提出了宇宙膨脹、全球地質(zhì)觀、遺傳信息、系統(tǒng)自組織理論思想以及多重宇宙、多重歷史、黑洞輻射、時(shí)間圈環(huán)、多維空間、虛粒子、虛時(shí)間等猜想。

(二)從共時(shí)性(橫向)看20世紀(jì)科學(xué)思想的特征

20世紀(jì)的科學(xué)有兩大思潮:追求統(tǒng)一性與探索復(fù)雜性。

追求自然的統(tǒng)一性,一直是科學(xué)追求的基本目標(biāo)?；谂ｎD力學(xué)、電磁場(chǎng)學(xué)、化學(xué)原子論等近代科學(xué)碩果,到20世紀(jì)初,科學(xué)家們認(rèn)為自然界統(tǒng)一于原子和力。到20世紀(jì)50年代,愛(ài)因斯坦是追求統(tǒng)一性的主要代表,他試圖把自然界的物質(zhì)和作用統(tǒng)一于場(chǎng)。愛(ài)因斯坦是對(duì)以牛頓為代表的力學(xué)機(jī)械論的主要批判者,他的相對(duì)論有力的沖擊了絕對(duì)主義自然觀、科學(xué)觀和思維方式,相對(duì)論本身也是追求統(tǒng)一的產(chǎn)物,它追求力學(xué)與電磁學(xué)、慣性系與非慣性系的統(tǒng)一?？墒菒?ài)因斯坦在統(tǒng)一場(chǎng)論的過(guò)程中,又戲劇性的轉(zhuǎn)向了絕對(duì)主義。在愛(ài)因斯坦之后,追求統(tǒng)一性的思潮發(fā)展為追求4種基本作用的“大統(tǒng)一”,不少科學(xué)家甚至追求包羅萬(wàn)象的終極理論。量子場(chǎng)論、量子宇宙學(xué)、弦理論都體現(xiàn)出科學(xué)家追求統(tǒng)一的努力。

量子力學(xué)初步揭示了微觀世界的復(fù)雜性,強(qiáng)調(diào)自然世界的不確定性和微觀世界不同與宏觀世界的特殊性。以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的解釋,同物理學(xué)機(jī)械論是根本相悖的。愛(ài)因斯坦與哥本哈根學(xué)派的爭(zhēng)論,是堅(jiān)持物理學(xué)機(jī)械論和反對(duì)無(wú)力學(xué)機(jī)械論這兩種思潮的爭(zhēng)論。

在20世紀(jì)后50年,普利高津提出了探索性的口號(hào),使他成為復(fù)雜性科學(xué)思潮的主要代表。量子宇宙學(xué)、弦理論并不是根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)建構(gòu)起來(lái)的,也很難用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證,在一定意義上可以說(shuō)具有“超驗(yàn)性”。在這種背景下,科學(xué)日益趨向數(shù)學(xué)化、模型化,思辨的色彩也越來(lái)越濃。狄拉克說(shuō),數(shù)學(xué)是特別適合于處理抽象概念的工具,在這個(gè)領(lǐng)域數(shù)學(xué)的力量是沒(méi)有限制的。到了霍金,這種意識(shí)就更加強(qiáng)烈了,數(shù)學(xué)模型被看做是追求統(tǒng)一的工具。20世紀(jì)上半葉,馬赫等人都上升到哲學(xué),從哲學(xué)高度進(jìn)行探索和解釋。這將對(duì)21世紀(jì)科學(xué)的發(fā)展具有重要的啟迪意義。

參考文獻(xiàn):

[1] 周林等 科學(xué)家論方法[M ] 內(nèi)蒙古人民出版社,1985年

[2] 狄拉克 量子力學(xué)原理[M ] 科學(xué)出版社,1965年

量子力學(xué)的基本理論范文第3篇

一直以來(lái)。物理教師與化學(xué)教師掛在嘴邊的寒暄語(yǔ)總是“理化不分家”。我高三時(shí)的物理老師曾說(shuō)，物理的內(nèi)容太多。實(shí)在教不完。就勻一點(diǎn)內(nèi)容充實(shí)化學(xué)。當(dāng)時(shí)覺(jué)得很有意思。那時(shí)我還沒(méi)有專業(yè)學(xué)習(xí)化學(xué)。談不上抵觸。到現(xiàn)在，我專業(yè)學(xué)習(xí)化學(xué)都三十年了?？偹銓?duì)上述說(shuō)法有了充分認(rèn)識(shí)。只不過(guò)。還是用物理的名詞“作用力與反作用力”來(lái)比照物理與化學(xué)的關(guān)系才更貼切。那就是“物理的恩惠與化學(xué)的反哺”。

物理是成熟比較早的科學(xué)。物理理論與物理技術(shù)手段對(duì)化學(xué)的發(fā)展有著重大的促進(jìn)作用。例如。借助電流。戴維用電解的方法發(fā)現(xiàn)了堿金屬元素鉀、鈉和堿土金屬鎂、鈣、鋇：本生和基爾霍夫用光譜法從礦泉水中先后發(fā)現(xiàn)堿金屬元素銫和銣。后來(lái)化學(xué)家又用光譜法發(fā)現(xiàn)了鉈、銦、鈧、鎵、釤和鈥等，稀有氣體前5種元素也是借助光譜分析發(fā)現(xiàn)的：化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)、量子力學(xué)這些來(lái)源于物理的理論都是化學(xué)的基本理論。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主李遠(yuǎn)哲曾說(shuō)：“化學(xué)的規(guī)律是有的。那就是量子力學(xué)?！?/p>

近代化學(xué)是從道爾頓原子理論開(kāi)始的。但道爾頓原子理論中的原子是質(zhì)地均勻、密度一致的球體。物理學(xué)家打開(kāi)了原子的大門(mén)認(rèn)識(shí)到原子由原子核和電子組成。并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到原子核由質(zhì)子和中子組成。確定了核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。現(xiàn)代原子理論。即用量子理論描述的電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論才是化學(xué)的根本理論。

量子力學(xué)的基本理論范文第4篇

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)類社會(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)信紙和量子力學(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)二、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)。首先，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。

一、歷史的回顧

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物物學(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、X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”。[1]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)觀念受到巨大的沖擊，經(jīng)典物理發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”。由此引起了物理學(xué)的一場(chǎng)偉大的革命。愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

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)到了成熟的階段。人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象。可以說(shuō)，現(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)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，由于有了一百年前的歷史經(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)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“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，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。

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)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“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，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。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。在這個(gè)方向上，我們已經(jīng)了解了原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運(yùn)規(guī)律，建立了核物理學(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)為近期內(nèi)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”理論提供了有力的證據(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[2,3]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)鏡性能更優(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)。

我個(gè)人對(duì)于近年來(lái)提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說(shuō)是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對(duì)宇宙的一個(gè)近似的描述。因?yàn)楝F(xiàn)在的宇宙學(xué)研究的只是我們能觀測(cè)到的范圍以內(nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無(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”，當(dāng)然只能得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生了初及遙遠(yuǎn)的未來(lái)，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯(lián)系。

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)有了得大的發(fā)展，然后建立了“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)了。近年來(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)展呢？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、海森堡等天才科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”；直到1967、1968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”以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[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒(méi)有成功。我對(duì)此有不同的觀點(diǎn)，根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，我認(rèn)為“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，即便此理論完成了，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)?！盵5]

現(xiàn)代物理學(xué)的革命將怎樣發(fā)生呢？我認(rèn)為可能有兩個(gè)方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現(xiàn)在我們不知道。我的直覺(jué)是：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)成了生命體之后，其運(yùn)動(dòng)和變化實(shí)在太奧妙了，我們沒(méi)有認(rèn)識(shí)的問(wèn)題實(shí)在太多了，我們今天對(duì)于生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)猶如亞里斯多德時(shí)代的人們對(duì)于物理學(xué)的認(rèn)識(shí)，因此在這方面取得突破性的進(jìn)展是很可能的。我認(rèn)為，物理學(xué)業(yè)與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向之一，與此有關(guān)的最關(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)。

二、現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是完美的嗎？

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

呢？我們來(lái)審思一下這個(gè)問(wèn)題。

1）對(duì)相對(duì)論的審思

當(dāng)年愛(ài)因斯坦就是從關(guān)于光速和關(guān)于時(shí)間要領(lǐng)的思考開(kāi)始，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論[1]。我們今天探尋現(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)因勞動(dòng)保護(hù)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[4]，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)”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進(jìn)一步導(dǎo)致一個(gè)四維時(shí)空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛(ài)因勞動(dòng)保護(hù)擔(dān)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，則按照現(xiàn)在的理論建立起來(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)斯的努力引引力波實(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)國(guó)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)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點(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。

1）對(duì)量子力學(xué)的審思

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”[6]。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[6]，這與德布羅意波在υ=0時(shí)的異性。

現(xiàn)在我陷入一個(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)?，F(xiàn)在的量子力學(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。此外，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。

1）在二十一世紀(jì)物理學(xué)將在三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開(kāi)去；（3）深入探索各層次間的聯(lián)系，進(jìn)一步發(fā)展非線性科學(xué)。

2）可能應(yīng)該從兩方面去控尋現(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)，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論

量子力學(xué)的基本理論范文第5篇

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；思想；科學(xué)方法；課堂討論

在為培養(yǎng)創(chuàng)新人才而實(shí)施的研究性教學(xué)中，課堂教學(xué)仍然占有主導(dǎo)地位，而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)則應(yīng)成為課堂教學(xué)的主旋律。在理科的課堂教學(xué)中怎樣培養(yǎng)大學(xué)本科生的創(chuàng)新能力呢?筆者通過(guò)自己多年的教學(xué)與教學(xué)督導(dǎo)實(shí)踐，提出以下幾點(diǎn)思考供各位同仁參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)批評(píng)指正。

一、思想是課堂教學(xué)的主線

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂。創(chuàng)新人才的基本素質(zhì)是具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。因此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是教學(xué)的首要任務(wù)。任何一門(mén)學(xué)科都是人類數(shù)千年文化思想發(fā)展與繼承的結(jié)晶，現(xiàn)代科學(xué)特點(diǎn)之一是發(fā)展神速，呈現(xiàn)了知識(shí)量激增和知識(shí)更新，新陳代謝加速的形勢(shì)。以此出發(fā)，知識(shí)的學(xué)習(xí)是無(wú)窮盡的，學(xué)習(xí)并掌握一門(mén)學(xué)科或一堂課的基本內(nèi)容只是走了一個(gè)臺(tái)階，而形成這些內(nèi)容或問(wèn)題(定義、定律、規(guī)律、原理……)的歷史背景，提出或解決問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)、觀點(diǎn)和方法則是教學(xué)中的精髓所在，這些東西能使學(xué)生進(jìn)入一個(gè)更新、更高的境界，這也就是我們的先輩早就說(shuō)過(guò)的“與其給人以魚(yú)，不如授人以漁”。正是在此意義上，我們說(shuō)思想是課堂教學(xué)的主線，或者說(shuō)，思想是課堂教學(xué)的龍骨。為此，在課堂中教師要帶領(lǐng)學(xué)生一道去分析、研究、探索、發(fā)現(xiàn)，一道跟隨歷史發(fā)展的足跡去類比、歸納、演繹、綜合、假定……在引入新課時(shí)，也要從歷史發(fā)展的角度提出所要討論問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)材料、各種矛盾或困難，可以這樣向?qū)W生表述：“這就是當(dāng)時(shí)擺在科學(xué)大師面前的難題，也是現(xiàn)在呈現(xiàn)在我們面前的問(wèn)題，請(qǐng)大家和我一道思考?！崩?，在物理和化學(xué)專業(yè)的量子物理(或量子力學(xué))、結(jié)構(gòu)化學(xué)課中，電子自旋的本質(zhì)是一個(gè)尚待解決的問(wèn)題，我們?cè)谡n堂上對(duì)學(xué)生說(shuō)：“自旋的本質(zhì)至今仍是一個(gè)謎，諾貝爾獎(jiǎng)的桂冠正等待著勇于攀登者去探索!”正是這種誘導(dǎo)與啟發(fā)，讓學(xué)生自己去“發(fā)現(xiàn)”與研究問(wèn)題，能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的興奮感與探本求源的積極性，這種親歷探究，是讓學(xué)生真正體驗(yàn)科學(xué)魅力的最佳途徑。

任何科學(xué)的發(fā)展都離不開(kāi)人，任何科學(xué)的內(nèi)涵都有不少有關(guān)人的豐富的內(nèi)容。每一個(gè)科學(xué)規(guī)律，每一個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)不僅伴隨著這些智者長(zhǎng)年累月的艱苦探索，也幾乎都伴隨著無(wú)數(shù)次失敗或失誤，從成功與失誤的對(duì)比中，更能使學(xué)生得到啟迪，更利于培育他們的創(chuàng)新精神。英國(guó)著名化學(xué)家戴維就曾感觸至深地說(shuō)：“我的那些最重要的發(fā)現(xiàn)是受到失敗的啟發(fā)而獲得的?！睘榇?，要求教師能有機(jī)地、恰如其分、不喧賓奪主地結(jié)合課程內(nèi)容闡述科學(xué)史。已故北大化學(xué)家付鷹教授說(shuō)得好：“一門(mén)科學(xué)的歷史，是那門(mén)科學(xué)中最寶貴的一部分，科學(xué)只能給我們知識(shí)，而歷史卻能給我們智慧?！币虼嗽诶砜平虒W(xué)中，我們可以選擇一些典型事例(如物理學(xué)中熱的本質(zhì)、光的本性、化學(xué)中的電離學(xué)說(shuō)……)進(jìn)行分析，從成功與失誤，正確與錯(cuò)誤，一個(gè)觀點(diǎn)或另一個(gè)觀點(diǎn)的對(duì)比中傳授知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生跟蹤歷史的步伐去探索與判斷。在“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課量子力學(xué)基礎(chǔ)中講愛(ài)因斯坦關(guān)于光量子假設(shè)時(shí)，我們用幾分鐘講了普朗克的悲?。旱?9世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)已發(fā)展到了很完善的地步，以至不少物理學(xué)家公開(kāi)聲稱，物理學(xué)的基本定律已被發(fā)現(xiàn)完了，剩下的事僅僅是解方程，“玩弄”數(shù)字符號(hào)罷了?？墒请S著人們實(shí)踐的不斷發(fā)展，經(jīng)典物理學(xué)的天空出現(xiàn)了兩朵烏云。其一就是黑體輻射的規(guī)律，維恩和瑞利?金斯的理論都只能解釋部分現(xiàn)象，如果按照瑞利?金斯公式，在紫外波段能量將發(fā)散，這就是艾倫費(fèi)思特所說(shuō)的紫外災(zāi)難。1900年當(dāng)時(shí)已年過(guò)40的普朗克運(yùn)用內(nèi)插法將維恩與瑞利?金斯的兩個(gè)公式結(jié)合成一個(gè)新的公式，能完全與實(shí)驗(yàn)吻合，這就是大名鼎鼎的普朗克公式。在這個(gè)公式中他不得不提出一個(gè)假設(shè)：E=hv――“能量子”，普朗克也因此獲1918年諾貝爾物理獎(jiǎng)。但是由于傳統(tǒng)觀念的束縛，他日夜操勞：或者把能量子假設(shè)納入經(jīng)典理論的軌道，或者尋找回避這一假設(shè)的途徑。就這樣整整花了十五年，力圖放棄這一革命的假設(shè)。他有一次和兒子散步時(shí)，甚至說(shuō)：“我現(xiàn)在做的事或者毫無(wú)貢獻(xiàn)，或者可能成為牛頓以后物理學(xué)上最大的發(fā)現(xiàn)?！本驮谂f的傳統(tǒng)觀念禁錮普朗克思想的時(shí)候，1905年當(dāng)時(shí)年僅26歲的愛(ài)因斯坦，接過(guò)并推廣了由普朗克提出幾乎又被他扼殺的能量子假設(shè)，提出了新的“光量子”假設(shè)，建立了愛(ài)因斯坦的光量子說(shuō)，同年，愛(ài)因斯坦還用能量子假設(shè)探討了固體的比熱?？墒蔷驮诖藭r(shí)，普朗克還認(rèn)為愛(ài)因斯坦“在其思辨中有時(shí)可能走得太遠(yuǎn)了”。普朗克的這個(gè)悲劇是發(fā)人深省的。

在自然科學(xué)的發(fā)展史中，人類對(duì)真、善、美的追求，文化藝術(shù)的熏陶也是激發(fā)科學(xué)家創(chuàng)新思維的原動(dòng)力。數(shù)學(xué)中的一個(gè)重要分支――群論，在物理和化學(xué)中占有重要的地位，它源于“對(duì)稱性”這一基本概念，而對(duì)稱性又源于人類對(duì)美的追求。在古希臘、古埃及、我國(guó)殷商時(shí)期出土的大量文物中，從花鳥(niǎo)蟲(chóng)魚(yú)、飛禽走獸到飛天的，無(wú)不呈現(xiàn)為各種各樣的對(duì)稱圖案。正是這種對(duì)稱性，導(dǎo)致了一系列守恒定律，其中由左右對(duì)稱導(dǎo)致的宇稱守恒律，它們都被認(rèn)為是永恒的顛不可破的絕對(duì)真理。至20世紀(jì)50年代，在亞原子領(lǐng)域，種種實(shí)驗(yàn)表明：θ介子與τ介子具有相同的質(zhì)量、電荷與壽命，應(yīng)為同一種κ介子，但在衰變中卻顯示它們的宇稱不相同，與其他實(shí)驗(yàn)矛盾，這就是著名的之θ～τ謎。堅(jiān)信宇稱守恒的絕大多數(shù)物理學(xué)家對(duì)此迷惑不解，而深受中國(guó)古老文化熏陶的兩位年輕的中國(guó)科學(xué)家李政道、楊振寧，也許受了陰陽(yáng)太極圖的啟示，敢于“冒天下之大不韙”，提出在弱相互作用中宇稱不守恒及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的建議。可是當(dāng)時(shí)另一位很著名的以理論思維極強(qiáng)、發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤見(jiàn)長(zhǎng)的物理學(xué)家泡利卻揚(yáng)言：“我不相信上帝是一個(gè)軟弱的左撇子，我可以跟任何人打賭，做出來(lái)的結(jié)果一定是左右對(duì)稱的。”以中國(guó)女科學(xué)家吳健雄為首的實(shí)驗(yàn)小組證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。李、楊因此獲1957年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?？梢?jiàn)，具有一定的文化藝術(shù)素養(yǎng)對(duì)于理科生也是有益的。事實(shí)上，許多著名的科學(xué)家都有很好的文化素養(yǎng)，有的甚至可以說(shuō)是多才多藝。如：愛(ài)因斯坦不僅是一位大物理學(xué)家，也是一個(gè)造詣很深的哲學(xué)家，一個(gè)很優(yōu)秀的小提琴手。相對(duì)論量子力學(xué)的奠基人著名物理學(xué)家狄拉克的文學(xué)水平很高，楊振寧稱贊他的文章是“秋水文章不染塵”，沒(méi)有一點(diǎn)渣子，他的筆是神來(lái)之筆。我國(guó)科學(xué)家楊振寧、李政道、錢學(xué)森、蘇步青的文采都令人稱羨。因此，在課堂中，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容花3～5分鐘，用三言兩語(yǔ)“打侃”，對(duì)學(xué)生的啟迪與激勵(lì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)知識(shí)的傳授。

在科學(xué)發(fā)展的漫長(zhǎng)歷程中，人們對(duì)于自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)是逐漸深化的，絕對(duì)真理少之又少，現(xiàn)今廣泛呈現(xiàn)在各學(xué)科中的定理、定律或理論都只是相對(duì)真理。隨著生產(chǎn)力水平與科技水平的提高，這些相對(duì)真理或則被，或則會(huì)被修改、被完善。因此，在教學(xué)中一定要以辯證

的發(fā)展的觀點(diǎn)講解這些內(nèi)容，要講它們的局限和不足。要使學(xué)生不僅對(duì)定理、定律不迷信、不僵化，反而有敢于挑刺、敢于質(zhì)疑的叛逆精神。教師還可結(jié)合自己的科研向?qū)W生簡(jiǎn)介自己的構(gòu)思，引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)造。例如，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)化學(xué)中，對(duì)闡釋分子結(jié)構(gòu)中的兩種理論分子軌道理論與價(jià)鍵理論進(jìn)行了對(duì)比分析，指出其不足與發(fā)展前景，也簡(jiǎn)介我們自己的工作。這樣不僅破除了大二學(xué)生對(duì)科研的神秘感，也激起了學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的熱情。

二、科學(xué)方法――培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基本途徑

科學(xué)方法是人們發(fā)現(xiàn)真理和改造自然的橋梁與手段。一般地說(shuō)，科學(xué)方法包括歸納、演繹、觀察、實(shí)驗(yàn)、假定、類比、推斷、分類、理想模型、思想實(shí)驗(yàn)等方法。在課堂中結(jié)合科學(xué)史進(jìn)行科學(xué)方法的教育，就不僅可以讓學(xué)生學(xué)到作為知識(shí)活動(dòng)結(jié)果的結(jié)論，還可以學(xué)到如何運(yùn)用這些科學(xué)方法來(lái)進(jìn)行創(chuàng)造，發(fā)展科學(xué)。

在科學(xué)發(fā)展史中，運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)造，取得重大成果的例子比比皆是。眾所周知，抽象的邏輯思維與演繹是數(shù)學(xué)家發(fā)展數(shù)學(xué)的最基本方法，數(shù)學(xué)領(lǐng)域的絕大部分輝煌成果都由此而得。類比法是古今中外物理學(xué)家最常運(yùn)用的思維方法，類比使物理學(xué)家取得重大突破的例子不勝枚舉：庫(kù)侖定律把靜電相互作用與萬(wàn)有引力類比；盧瑟福將原子結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)系進(jìn)行類比；德布羅意將微觀粒子與光子類比；薛定諤將物質(zhì)波與機(jī)械波類比……歸納法是使化學(xué)家取得重大發(fā)現(xiàn)的主要方法之一，人們熟知的元素周期律就是門(mén)捷列夫在分析當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的六十余種化學(xué)元素的性質(zhì)與原子量的關(guān)系后歸納得出的。在當(dāng)代，對(duì)有機(jī)合成具有重要指導(dǎo)意義的“分子軌道對(duì)稱守恒原理”也是以大量有機(jī)化學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)，正確運(yùn)用歸納、類比、綜合等方法而得出的，這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者之霍夫曼因此獲1981年諾貝爾獎(jiǎng)。在天文學(xué)、地學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科中也可舉出許多類似的例子。

在教學(xué)中，教師不僅要通曉本學(xué)科的科學(xué)發(fā)展史，更要善于精心組織教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。尤為重要的是教師若能在講授中邏輯思維縝密、推理演繹嚴(yán)格、講授語(yǔ)言簡(jiǎn)練準(zhǔn)確，娓娓道來(lái)、滔滔不絕，這種示范作用將使學(xué)生折服，受益終身。我國(guó)著名科學(xué)家吳有訓(xùn)兩支粉筆講完一堂課的完美形象，使同樣是著名科學(xué)家的錢偉長(zhǎng)在進(jìn)入耄耋之年后仍念念不忘。

三、課堂討論――激發(fā)創(chuàng)新火花的催化劑

在以學(xué)生為主、學(xué)習(xí)為主的開(kāi)放式、研究性教學(xué)實(shí)施時(shí)，由教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容精心組織適量的課堂討論，是激發(fā)創(chuàng)新火花的催化劑。上世紀(jì)中葉以著名物理學(xué)家玻爾為首的哥本哈根學(xué)派培養(yǎng)了一大批諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，他們以各種形式進(jìn)行的學(xué)術(shù)討論會(huì)對(duì)科學(xué)創(chuàng)造或發(fā)現(xiàn)所帶來(lái)的推動(dòng)作用是舉世聞名的。