第七章    物理学革命与现代科学的产生(6)

3、世纪之争

量子学说诞生和飞速成长的数十年是物理学的一个英雄时代，量子力学成就空前，它不仅成功地阐明了原子结构，而且打通了理解尺度较大的分子和固体、液体和气体物理，以及更小尺度的原子核物理的道路。有人这样描述当时令人眼花缭乱的情景，“事情以这样快的步伐发生，以致所有物理学家，不论年长的或年轻的，都患了极度的精神上的消化不良症。”

但是在有关量子力学的物理思想和哲学意义上，却出现了激烈的争论，一方以哥本哈根学派的统帅玻尔为代表，一方以爱因斯坦为代表，双方都为量子学说的诞生和飞速成长做出过杰出贡献。

正统诠释

波动力学的创始人一时间成为享誉国际学术界的风云人物和科学明星,他终于收获到了辛勤耕耘十数载后的成功喜悦.在柏林,两位量子论巨人张开臂膀欢迎薛定谔,普朗克称自己以"充满兴趣和振奋的心情沉浸在对这篇具有划时代意义的著作的研究中",他认为,薛定谔方程奠定了近代量子力学的基础,就像牛顿,拉格朗日和哈密顿创立的方程在经典力学中所起的作用一样.阿尔伯特·爱因斯坦也对薛定谔的成就留下了深刻的印象,说:"我相信您以关于量子条件公式表述取得的决定性的进展,正像我同样相信海森堡—玻恩的路子出了毛病一样."在慕尼黑,薛定谔也受到了凯旋般的欢迎,他的学术报告中数学上的巨大成功折服了所有听众,他的波动图景也为老一代物理学家所欢迎.在哥本哈根,薛定谔以"波动力学的基础"为题向丹麦物理学会发表了演讲,波动力学在数学上的简单清楚,处理量子问题方法上的便捷有效,再一次受到普遍欢迎.在威斯康星,在加利福尼亚,在纽约……薛定谔的美国之行也受到了美国理论物理界的热诚欢迎.。这场辩论在三年后的第六届索尔维会议上战火再续，玻尔获得胜利，他所代表的哥本哈根学派因此获得了大多数物理学家的认同，他们对量子力学的解释也被奉为正统解释。人们问丹麦物理学家玻尔教授：“您创建了一个第一流的物理学派。

哥本哈根学派阐述量子力学的物理意义和哲学思想的关键是波函数的统计诠释，其理论支柱是玻尔的“互补性原理”和海森伯“测不准关系”，后来渐渐被大多数科学家所接受，因此被称为量子力学的正统诠释。

提示：不一样光既不同于宏观观念的粒子也不同于宏观观念的波．2．光在传播过程中有的光是波有的光是粒子这句话正确吗提示：不正确．其原因是没有真正理解光的波粒二象性．事实上光是一种波同时也是一种粒子光具有波粒二象性并不是有的光是波有的光是粒子．1．光电效应说明光具有粒子性光的干涉、衍射等实验现象说明光具有波动性大量实验事实表明光既具有波动性又具有粒子性．光具有波粒二象性但在不同情况下表现不同．在宏观上大量光子传播往往表现为波动性。**所谓归一化就是让找到粒子的概率在可能找到的所有区域内进行积分，并使之等于100％，即，对我们的问题是，于是得到归一化的波函波**（1902）已知粒子处于宽度为a和一维无限深方势阱中运动的波函数为试计算时，在区间找到粒子的概率。**德布罗意波长的公式是其意义：一切以速度v运动的实物粒子（其静止质量为）都具有波动特性，其对应的波长由上式决定，此波称为德布罗意波。

海森伯则沿着另一种思路提出了“测不准关系”。他论证，微观粒子的“共轭”变量，例如坐标和动量、时间与能量不能同时准确测量，其原因是观测仪器和微观客体之间不可避免的相互作用以及微观粒子内禀的波粒二象性。

此次实验的主要价值在于增进人们对于基础物理概念的了解，比如真空波动，即真空中瞬间出现并消失的虚拟粒子等。这项技术在位移贴图、物理草地波动和粒子效果中都能用到。如果它对外提供相互作用，比如将它的能量（沿用传统物理学中的概念）作用于另外一个粒子，我们发现，我们不能采用温度的概念对这一物理事实进行描述，如果两个粒子的质量存在不同，粒子间的相互碰撞虽然遵守能量转化和守恒定律（常规动能能量与机械运动状态间的定义，也只对两种能量模式的定义关系），但是我们却不能处理两个粒子的温度定义问题，因为碰撞过程中，粒子间的速度会存在变化，有可能使粒子的速度成倍的提高，当然，另一个粒子的动量减少。

可见，量子力学的正统诠释将不确定性引入了自然科学，经典的严格因果律或说因果决定论在微观世界中不再成立，因此量子力学和经典力学规律存在着本质差异。

上帝不掷骰子

36.一些创业者因心理障碍，不能悦纳自己，常常怀疑自己的能力，意志力薄弱，这种心理障碍的表现被称为（b) a.依赖性强 b.自卑 c.自恋性人格 d.畏缩性人格 37.一般来说，创业能力的形成过程和发挥作用的过程都要受到个性心理（c)的影响与制约 a.倾向 b.特征 c.倾向与特征 d.特点。 遭遇冷场，你怎么办 1、讲述趣文逸事，活跃现场气氛，吸引听众的注意力 演讲者抓住人们渴望趣味的视听倾向，恰当而又适时地讲述一些趣文逸事，会使演讲现场马上活跃起来，听众的注意力也被迅速地集中到演讲上来，这时再继续下文，效果就要理想得多。通过权威机构和专业电磁兼容测试，包括传导干扰、辐射干扰、传导抗扰性、辐射抗扰性、电源跌落、群脉冲、静电放电、浪涌等专项内容，优异的电磁兼容特性不仅可以完全滤除各种电网干扰，同时能够有效降低和消除ups自身产生的干扰适合高频通信、广电声像系统的专业应用。

薛定谔也极其反对“概率波”观点，他倾向于认为波函数本身代表一个实在的物理上的可观测量，一个粒子可以想象为一个物质波包。

1927年第五次索尔维（Solvey）会议之后,以玻尔和海森伯为代表的哥本哈根诠释成为量子力学的正统诠释，以爱因斯坦和薛定谔为代表的另一方并没有放弃自己的立场，他们对正统诠释提出了很尖锐的批评，集中反映在两篇著名的文献中，即薛定谔猫（Schrödinger- Cat）佯谬和EPR( Einstein -Podolsky -Rosen) 佯谬。

薛定谔猫佯谬用一个思想试验说明，把波函数的几率诠释应用于宏观世界会得出荒谬的结论。薛定谔以此对量子力学规律是否适用于宏观世界提出质疑。

EPR佯谬一文是爱因斯坦和两位美国科学家合作发表的，文中针对波函数的几率诠释提出“波函数对物理实在的描述是不完备的”及“量子力学对物理实在的描述是不自洽的”，认为量子理论可能还只是对微观世界的一个唯象描述，它的背后尚有一个严格决定论的规律没有被揭示出来。

难以预见的前景

这场论争自二十世纪20年代开始，持续了几十年，直至双方的主帅爱因斯坦和玻尔去世，甚至直到今天都没有完结，堪称世纪之争。

二十世纪六十年代，美国物理学家贝尔（J.Bell）基于量子力学是不完备的，应存在更深层规律的观点提出了著名的“Bell不等式”，根据这个不等式可以在实验上检验量子力学是否完备。数十年来的有关实验都倾向于证明，量子力学是对微观世界的完备描述。

针对薛定谔提出的“量子力学规律对于宏观世界是否适用”的问题，也相继出现了一系列理论和实验工作。近年来实验工作者做出了一系列有价值的工作，相继在介观尺度和宏观尺度上实现了薛定谔猫态。

围绕EPR佯谬的争论所进行的大量实验和理论研究还孕育着一门新兴学科——量子信息论(quantum informationtheory)，它涉及量子计算( quantum computation) 、量子密码学( quantum cryptography)、量子远程传态( quantumteleporta2tion) 、量子对策论(quantum game theory)等等。

可以说，迄今为止所有的实验都肯定了量子力学的正确性。

但是，真正深刻的思想论争又岂能以成败论英雄。这场世纪之争不但使量子力学的物理思想不断地得到澄清和深化，也使其深层次的哲学意蕴一步步彰显出来。量子学说将不确定性引入了自然科学，并给予了基础性的地位，它以前所未有的深度改变了人们的世界观。但这绝非认识的终结，而是进一步探索的起点。

参考文献：

1、曾谨言：量子力学，北京：科学出版社，2000。

2、钱临照，许良英主编：世界著名科学家传记，北京：科学出版社，1999。

3、赵峥：探求上帝的秘密，北京：北京师范大学出版社，1999。

4、吴国盛：科学的历程，北京：北京大学出版社，2002。

5、魏风文、申先甲：《20世纪物理学史》，南昌：江西教育出版社，1994。

6、李艳平 申先甲：《物理学史教程》，北京：科学出版社，2003。

7、林成滔编著：《科学的故事》，北京：中国档案出版社，2001。

简答题：

1、十九世纪末二十世纪初，经典物理学无法说明的实验事实主要有那些？

2、爱因斯坦狭义相对论和广义相对论的基本前提分别是什么？

3、非相对论形式量子力学有那几种形式，它们运用的数学工具分别是什么？

论述题：

1、试述广义相对论的理论背景、核心思想、检验过程及可能的运用领域。

2、试述量子力学三种理论形式的核心思想。

3、关于量子力学的物理意义和哲学思想的世纪之争，双方的主要观点是什么？你认为那种观点正确，为什么？

[1]

转引自李醒民：《激动人心的年代》，成都：四川人民出版社，1984，第14页。

[2]

魏风文、申先甲：《20世纪物理学史》，南昌：江西教育出版社，1994，第24页。

[3]

苗力田主编：《古希腊哲学》，第三编，亚里士多德原始文献选译八种，北京：中国人民大学出版社，1989，第472页。

[4]

转引自李艳平申先甲：《物理学史教程》，北京：科学出版社，第227页。物理学是探求物质世界基本规律的自然基础学科，它的理性与实践伴随了人类社会整个历史，并一直成为其中最为瑰丽的部分。十九世纪末二十世纪初，正当人们为经典物理学大厦的落成沾沾自喜的时候，一系列经典物理学无法说明的实验事实已在动摇这座大厦的根基了，这些事实如朵朵乌云催生出二十世纪科学革命的狂风暴雨，导致了以相对论和量子学说为核心的现代物理学的诞生。

狭义相对论和广义相对论以其深邃的思想、优美的数学、辉煌的验证揭示出宏观和宇观高速运动世界的规律，其对时空观的革命性变革深刻影响着二十世纪甚至二十一世纪的科学和哲学思想。

量子学说不仅成功地阐明了原子结构，而且打通了理解尺度较大的分子和固体、液体和气体物理，以及更小尺度的粒子物理的道路。有关量子力学的物理意义和哲学思想的世纪之争不但使量子力学的物理思想不断地得到澄清和深化，也使其深层次的哲学意蕴一步步彰显出来。量子学说将不确定性引入自然科学，并给予了基础性的地位，以前所未有的深度改变着人们的世界观。

这一切都发生在二十世纪初短短的几十年间，哪个“激动人心的年代”。

第一节 科学革命的序幕

构造了宏伟壮丽的力学大厦。力学专业包括：力学、一般力学与力学基础、 固体力学、流体力学、工程力学5个二级学科，旨在培养掌握工程科学基础理论、工程力学分析方法与先进实验手段，具备力学基础理论知识、计算和试验能力，能在各种工程中从事与力学有关的科研、技术开发、工程设计和力学教学工作的高级工程科学技术人才。这三条定律和万有引力定律共同构成了宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱。

。可见在人们心目中，经典物理学是何等完善。

虽然经典物理学能够说明当时几乎所有的常见物理现象，但也出现了一些经典理论难以解释的现象，这些经典理论容纳不了的现象预示着物理学中潜伏着危机，对此，科学界也渐渐觉察到了。1900年4月27日

地应力是地球固体介质受重力、多种地球构造力和天文动力以及挖掘工程附加动力作用，在介质内部引起相应变形的力学参数，它无所不在，无时不在，直接影响着固体介质及其蕴含的各种流体的力学行为。当然有生物成油理论，就有非生物成油理论，天文学家托马斯·戈尔德在俄罗斯石油地质学家尼古莱·库德里亚夫切夫的理论基础上提出了非生物成油理论。苏黎世时期,是薛定谔的又一个创造性高峰.仅从1922年到1926年早期,他就在教学之余发表了20篇论文,范围非常广泛,其中有4篇关于原子结构的,5篇关于颜色理论和生理光学的,1篇关于相对论的,4篇关于量子比热理论的,6篇关于气体统计理论的.这些论文粗略而言,可以分为三类,即原子结构理论,量子统计理论,颜色和视觉理论,第一类是当时理论物理学界关注的中心,第二类则是用量子方法处理和修改气体运动论和固体比热理论,既是薛定谔的多年爱好,也是当时的热门,而第三类文章则比较令人奇怪了.不过这也反映了他的工作中的那种把不同理论,不同学科结合起来研究的统一科学的倾向。

。其实经典物理学上空的乌云又何只两朵，一系列经典物理学无法说明的实验事实已与经典物理学的基本概念和基本规律产生了尖锐的矛盾，这朵朵乌云催生出二十世纪科学革命的狂风暴雨，导致了现代物理学的诞生。

1、“以太漂移”的零结果

3、 哲学与具体科学：哲学是具体科学的指导，具体科学是哲学的基础，具体科学的发展能推动哲学的发展。他的哲学名篇《实践论》、《矛盾论》当然是从哲学上来阐发这一思维方式，他的许多论革命、论战争、论政治、论学风的名篇实也是从哲学上来阐发这一思维方式。38方朝晖：“波士顿学者论儒家(5)(6)：《论语》、希腊哲学与现代文明——david r. schiller"，《孔子2000》学术网站，。