量子力学的物理解释与哲学观点

量子力学的物理解释与哲学观点（题目有点大，呵呵）

2009-05-04 00:45:40

题注：

题目有点大，这是我自然辩证法课的结业论文，这篇文章大多是借鉴，偶有自己的想法。通过写这篇文章我纠正了几个观念。（比如，波函数，测不准原理这些仿佛已是量子力学固定概念的东西实际只是哥本哈根学派的一家之说。）留在这里，算是留个纪念吧。有机会我再琢磨琢磨最后提到的几种新颖的解释。

量子力学的物理解释与哲学观点

杨晨光

摘要

量子力学的物理解释与哲学观点的讨论是二十世纪物理学与哲学界的一项重大课题，在这个问题上也诞生众多学派。本文以电子波粒二相性实验的物理解释为切入点，介绍量子力学的主要学派，并分析各个学派的核心思想、哲学内涵以及所存在的缺陷与逻辑悖论。

一.介绍

二十世纪物理学乃至整个科学领域最伟大的两项成就无疑就是：相对论与量子力学。在两者创立至今的100余年的时间里，量子力学较之相对论更深刻的影响与改变我们的生活。而量子力学自身的物理解释与哲学观点更是给二十世纪的物理学界与哲学界带来了前所未有的冲击与震动。当我们站在二十一世纪回首100年里发展的量子力学时，我们依旧对它感到困惑。

历史上围绕量子力学的物理解释与哲学观点，一直存在严重的分歧与激烈的争论。争论主要集中在：波函数的意义，测不准原理，主观与客观的关系等。历史与当今主要解释有哥本哈根学派，多世界解释（Many Worlds Interpretation, MWI，又称退相干理论），隐变量理论，系综解释。

二.基本问题

量子力学一个重要的现象就是物质的波动性与粒子性

关于波粒二相性，有一个经典的电子波粒二相性实验。阴极管发出的电子在通过双缝干涉后产生相间的干涉条纹，表现出波动性；而当我们在双缝中的一个后装上探测器以期探测到到底有多少个电子通过左缝，多少个电子通过右缝时，电子的干涉效应消失了，只是表现出粒子性。从观察者角度来说，仿佛电子有了意识，它能够识别出缝后是否有探测计，而相应的表现出粒子性与波动性。

三.量子力学各个学派

对于上述基本问题以及引申问题的物理解释与哲学意义，一直是物理学界与哲学界争论的焦点。

1.哥本哈根学派

在近百年的思维碰撞中，诞生了数个学派。其中最著名，影响最大的当属由玻尔，海森堡等创立的哥本哈根学派。其主要的观点是：

1）一个由微粒构成的物理系统的状态，由服从薛定谔方程的波函数Ψ表示，粒子出现的概率为|Ψi|2。一般可以把波函数Ψ展开成一系列本征态：Ψ＝∑Ciφi，粒子处于某本征态的概

率为|Ci|2如果φi、φj是系统的两个本征态，那它们的线性叠加也是系统的一个状态，这就是波恩的概率解释；

2）一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大，测量一对共轭量的误差的乘积必然大于常数h/2π （h是普朗克常数），这就是海森堡的不确定原理；3）波与粒子在同一时刻是互斥的，但它们却在一个更高的层次上统一在一起，作为电子的两面被纳入一个整体概念中，这就是玻尔的互补原理。

对于电子波粒二相性的实验，当采用任其自然的观测方式，让电子不受干扰的在空间中传播，电子的波动性就占了上风，它以某种方式同时穿过两道狭缝，自身与自身发生干涉，波函数按严格的干涉图形展开。但当我们采用一种完全不同的观测方式，探求电子到底从哪一条狭缝穿过时，电子的波函数瞬间“坍缩”为某一本征态，粒子性表现出来，按照波函数的概率随机出现在屏幕的某个地方。

哥本哈根思想推广来看，物质在我们未观测时表现出的一种处于全空间弥散开的波函数叠加态，而当我们观测时，波函数瞬间“坍缩”到某一本征态。而在这一坍缩过程中意识起到了决定性的作用。这仿佛有了主观唯心主义的端倪。

当深究哥本哈根学派的思想，我们会发现其中充斥着实用论的色彩。在哥本哈根思想中，撇开观测方式谈论任何物理量都是无意义的。对于我们无法观测的物理量，采取了“鸵鸟政策”，避免了唯心主义的尴尬。

2.多世界理论

多世界解释是由休?埃弗莱特创立的。它的创立意在解决哥本哈根学派中存在的不和谐的“坍缩”。

它的主要观点是，“真实的，完全的”宇宙矢量存在与一个非常高维（可能无限维）的希尔伯特空间中，而这个高维空间却由许许多多的低维“世界”构成，每个世界都只能感受到那个“真实”宇宙矢量在其中的投影。

通俗的说，我们不去观察电子状态，电子的波函数相干叠加而表现出干涉特性。当我们观测电子出现在干涉的左缝还是右缝时，我们无疑破坏了整个波函数的相干性，宇宙“分裂”成了“左世界”与“右世界”两部分，处于“左世界”的我们观测到的电子出现在左缝，处于“右世界”的我们观测到的电子出现在右缝，而实际上，电子依然是波函数的相干叠加态，只是在我们的世界观察到的是电子波函数的一个投影而已。

从中推演出一个著名的“量子自杀”的思维实验，当实验者把枪口对准自己的脑袋，而把扳机交给电子时（电子出现在左狭缝带动扳机，电子出现在右狭缝无影响），实验者自身会发现，电子始终出现在右狭缝，因为每次电子出现在左狭缝的那个平行世界的实验者都已经死了，从实验者的角度来看，电子出现在右狭缝成了必然事件。这的确是一件令人啼笑皆非的事情。

3.隐变量理论

为了使量子现象得到经典的实在与定域的物理解释，玻姆与贝尔创立了隐变量理论。

隐变量理论的核心是量子现象的经典解释，用实在的（非波粒二相性的）观点解释。以电子为例，基本思想是，电子依然是粒子化的电子，而其周围弥散开了量子势形式的波函数，这个电子所带有的量子势以电子为中心延伸到宇宙的每一个角落，当我们改变观察手段时，必然对电子的量子势造成了扰动，从而改变电子的空间状态。

然而，隐变量理论在保留住了实在性的同时无可避免的抛弃了定域性（即光速不可超越，亦即因果论）。量子势的扰动必然要求要在瞬间传达到电子旁边改变电子状态，这种瞬间传达必然要是超光速的，著名的EPR实验，证明了这一点。

4.系综解释

系综解释是一种功利而实用主义的看法，是把量子论看作是一种纯统计的理论：它无法对单

个系统做出任何预测，它所推导出来的一切结果，都是一个统计上的概念。也就是说：在量子论看来，我们的世界不存在什么“单个”的事件，每一个预测，都只可能是平均式的，针对“整个集合”的，这也就是“系综解释”一词的来源。态矢量只代表系统的系综。具体到双缝干涉，并非一个单独的电子同时处于左和右两个态，而只是经典概率上指出它有50％的概率出现在左边，有50％的概率出现在右边罢了。

系综解释是一种非常保守和现实主义的解释，它保留了现有量子论的全部数学形式。但在哲学领域，它却试图逃避那些形而上的探讨，用划定理论适用界限这样的方法把自己封闭在一个刀枪不入的外壳中。如果我们采用系综解释，从纯理论上来讲，我们的确解决了所有的问题；但这似乎有点自欺欺人的味道，把没有弄清楚的问题划为“没有意义”也许是方便的，但的确是这样的问题使得科学变得迷人。

四.总结

除了上述的四种学派外，还存在诸如自发定域理论（GRW），退相干历史（DH），多精神解释，量子逻辑，交易模型等等对于量子论的理解。

1997年在马里兰大学巴尔的摩郡分校，召开一次量子力学研讨会，其间做了一次问卷调查，统计他们究竟相信哪一种关于量子论的解释。结果是：哥本哈根解释13票，多宇宙8票，玻姆的隐变量4票，退相干历史4票，自发定域理论1票，还有18票说还没想好或是这之外的解释。到了1999年，在剑桥牛津研究所的一次量子力学研讨会上，作了一次类似调查，结果是哥本哈根解释4票，修订过的动力学理论（包括GRW）4票，玻姆2票，而MWI

与DH加起来得到了令人惊奇的30票，但更让人惊奇的是有50票承认自己无法抉择。

必须相信，在关于量子论的物理解释与哲学意义探索的道路上，我们还有很长的路要走。我们也应该有信心最终会得到量子论最为科学与合理的物理解释与哲学意义。

几个哲学思想实验

想过什么是哲学吗？可能大家都不是很说的清楚。看看下面这些“史上最著名的10个思想实验”，可能你对哲学会有自己的理解了。 10．电车难题（The Trolley Problem） “电车难题”是伦理学领域最为知名的思想实验之一，其内容大致是：一个疯子把五个无辜的人绑在电车轨道上。一辆失控的电车朝他们驶来，并且片刻后就要碾压到他们。幸运的是，你可以拉一个拉杆，让电车开到另一条轨道上。但是还有一个问题，那个疯子在那另一条轨道上也绑了一个人。考虑以上状况，你应该拉拉杆吗？ 解读： 电车难题最早是由哲学家Philippa Foot提出的，用来批判伦理哲学中的主要理论，特别是功利主义。功利主义提出的观点是，大部分道德决策都是根据“为最多的人提供最大的利益”的原则做出的。从一个功利主义者的观点来看，明显的选择应该是拉拉杆，拯救五个人只杀死一个人。但是功利主义的批判者认为，一旦拉了拉杆，你就成为一个不道德行为的同谋——你要为另一条轨道上单独的一个人的死负部分责任。然而，其他人认为，你身处这种状况下就要求你要有所作为，你的不作为将会是同等的不道德。总之，不存在完全的道德行为，这就是重点所在。许多哲学家都用电车难题作为例子来表示现实生活中的状况经常强迫一个人违背他自己的道德准则，并且还存在着没有完全道德做法的情况。 9．空地上的奶牛（The Cow in the field） 认知论领域的一个最重要的思想实验就是“空地上的奶牛”。它描述的是，一个农民担心自己的获奖的奶牛走丢了。这时送奶工到了农场，他告诉农民不要担心，因为他看到那头奶牛在附件的一块空地上。虽然农民很相信送奶工，但他还是亲自看了看，他看到了熟悉的黑白相间的形状并感到很满意。过了一会，送奶工到那块空地上再次确认。那头奶牛确实在那，但它躲在树林里，而且空地上还有一大张黑白相间的纸缠在树上，很明显，农民把这张纸错当成自己的奶牛了。问题是出现了，虽然奶牛一直都在空地上，但农民说自己知道奶牛在空地上时是否正确？ 解读： 空地上的奶牛最初是被Edmund Gettier用来批判主流上作为知识的定义的JTB（justified true belief）理论，即当人们相信一件事时，它就成为了知识；这件事在事实上是真的，并且人们有可以验证的理由相信它。在这个实验中，农民相信奶牛在空地上，且被送奶工的证词和他自己对于空地上的黑白相间物的观察所证实。而且经过送奶工后来的证实，这件事也是真实的。尽管如此，农民并没有真正的知道奶牛在那儿，因为他认为奶牛在那儿的推导是建立在错误的前提上的。Gettier利用这个实验和其他一些例子，解释了将知识定义为JTB 的理论需要修正。 8．定时炸弹（The Ticking Time Bomb） 如果你关注近几年的政治时事，或者看过动作电影，那么你对于“定时炸弹”思想实验肯定很熟悉。它要求你想象一个炸弹或其他大规模杀伤性武器藏在你的城市中，并且爆炸的倒计时马上就到零了。在羁押中有一个知情者，他知道炸弹的埋藏点。你是否会使用酷刑来获取情报？ 解读：

量子力学引发的哲学争论

量子力学引发的哲学争论 哲学史上唯物论和唯心论的斗争，大都集中在关于物质的概念和物质与意识的关系这两个问题上。在20世纪的中叶，随着量子力学的兴起和发展，哲学上关于物质概念的问题的争论也随之变得激烈和尖锐，而这场哲学争论正是由量子力学的不确性定原理引出的。 不确定性原理是量子力学的一个基本原理。若通过位置和动量来确定物质的运动，在宏观世界中，根据经典力学，一个质点的位置和动量是可以同时确定的。而在微观世界里，根据量子力学的不确定性原理，粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式 若进行实验测量，如果精确地测定粒子在某一时刻所处的位置，那么运动就会遭到破坏，以至于以后不可能重新找到该粒子。反之如果精确地测出其速度，那么它的位置图像就会模糊不清。除了坐标和动量，方位角和角动量，能量和时间等也都是成对的不确定量。 不确定性原理对于哲学上关于物质概念的思考和研究无疑是一次冲击和挑战。面对微观物质，当我们不能精确地描述出它的运动时，通过宏观世界所得出的物质概念是否还适用呢？ 物理学家海森堡在提出不确定性原理后，又用哲学观点对这种现象进行了解释。他认为：量子论的出发点是将世界区分为“研究对象和世界的其余部分；这“世界的其余部分”，物质是客观存在的，而作为“研究对象”的部分（即微观客体的部分）的运动特性，主要依赖于科学仪器的作用，依赖于观察者的作用，由此，他提出了主客观不可分的哲学命题。 第一流物理学家的这种哲学观，在哲学界引起了轩然大波。许多学派纷纷发表了与海森堡相类似的哲学观点，其中最具代表性的是“物质的非物质化”的哲学观。美国哲学家汉生在《物质的非物质化》一文中认为：量子力学的理论表明“物质已经非物质化了”，牛顿可以通过精确测定的状态、点的形式、绝对固体性等，表示物质的性质，而电子并没有这种性质。量子理论排除了构成一个电子的粒子状态的协和概念的绝对可能性。对于电子，我们不能同时精确地说出它的位置和动量，这是“物质的非物质化”的证据。 辨证唯物主义哲学家们和物理学家中的唯物主义者们，对于这一争论自然不会袖手旁观。物理学家冯劳厄对“物质的非物质化”论有过严厉的批评，他认为，不仅是原子，甚至基本粒子也同外在世界的其他事物一样，具有完全的实在性。这场争论在日本的哲学界，反响也十分强烈。为了批判“物质的非物质化”这种唯心主义的哲学观，现代日本物理学界名流武谷三男通过发表《量子力学的观测问题》等文章，指出：“哲学家把在量子力学的观测中主观作用于客观的情况说成是引起不确定的原因是对这种情况的曲解。”武谷三男认为，引起不确定性原理的原因不在于“我”，而依然在于“客体的物”，他从如下两个方面对这种哲学观点进行了批判： 一、不确定性原理所描述的情况是客观存在的粒子本身所具有的特性在科学仪器 中的反映。 武谷三男认为，“不确定性原理所描述的关于电子的位置和速度不可能同时精 确地加以测量的情况，是电子本身具有波粒二象性这一客观存在的特征的一种 放映。在经典力学中，像太阳系行星的运动那样只要给出某一个物体处于某一 位置和朝着某一方向运动作为初始条件，就能够唯一地确定它以后的运动。然 而，当测量电子时，要说明它处于某一位置，由于电子是波动的，必须用波动 来表述所处的位置情况，为此就要把各种各样的波叠加起来，使波的振幅在某 一位置变大，而在其他位置则趋于零。这样一来，由于所叠加的各种波的运动 方向和运动速度各不相同，所以确定了它处于某一位置，同时便无法确定它的

浅谈量子力学的哲学含义

浅谈量子力学的哲学含义 【摘要】量子力学的产生和发展受到经济生活的多方面影响，量子力学的产生也相应地对于政治、经济生活提供积极因素影响，量子力学中包含的量子场理论和微观粒子的提出，微观世界物质的特性等提出都在一定程度上包含一定的哲学含义。 【关键词】量子力学；哲学含义 1.量子力学的主要表述 量子力学确立了普遍的量子场实在理论。宇宙最基本的物理是量子场，量子场是第一性的，而实物粒子是第二性的。微观粒子没有经典物理学中的决定论表述，只有非决定论论述。量子力学的微观粒子理论中，包含具有叠加态的波函数，秉有波粒二象性和非定论的远程联系。特定的测量方式造成波函数的失落，越来越显露出它的本质特征。量子场实在论证明了宇宙的实在性，不同于德谟克里特所说的宇宙存在，宇宙更多如毕达哥拉斯和柏拉图描述的：宇宙是用数学公式表达的波函数以及所显示的各种图形的组合。 量子力学对于波粒二象性的揭示和微观粒子中反粒子存在的表述，阐释着物质和反物质的辩证存在关系。量子力学的多世界论认为世界大系统由多个平行世界构成，世界论中也存在反世界物质。无论是物质和反物质还是世界论中的反世界物质都表现着哲学中黑格尔和马克思主义哲学的正确性和真理性成分。其中物质与反物质是一对矛盾体，物质相对于反物质而存在。矛盾的普遍性阐释了时时刻刻存在矛盾的真理性。宇宙世界的基本属性是矛盾性和对立统一性。矛盾的特殊性要求必须正确把握主要矛盾和次要矛盾以及矛盾的主要方面和次要方面。主要矛盾的主要方面决定事物的根本性质。然而，在矛盾的哲学理论体系中，矛盾的双方是相对立而存在的，所谓物质和反物质的矛盾性从表象上分析是对立的存在，对立关系就是阐释着物质和反物质的相对应。在某一特殊世界领域中，各种客观实在具有方面上的相对关系。历史经验告诫区分“现实矛盾”和“逻辑矛盾”。 2.量子力学包含的矛盾哲理 其中逻辑矛盾表现在概念提出中的逻辑关系的对立；现实矛盾是隐藏在逻辑矛盾之下更深层次的以客观事实为导向的矛盾。任何话语系统不允许逻辑矛盾，A是B与A是-B同时为真，正如“正粒子”与“反粒子”碰撞，这两个命题是可以互相抵消为无的。然而，现实的矛盾，如“正电荷”和“负电荷”，“正粒子”和“反粒子”的相互矛盾关系，是长期存在的，共同构成了物质世界的矛盾客体。可以说矛盾的存在是世界物质性发展和产生的基本推动力。世界是充满矛盾的世界，矛盾构成了世界的真实存在。矛盾具有同一性和斗争性，在量子力学理论体系中正电荷和负电荷是在同一和斗争中不断转化的，正电荷和负电荷的交汇形成电荷的不带电中和性质，正负电荷在同一的过程中各自改变其特性以适应向新物质存在的客观转化。正负粒子的斗争性体现于正负粒子的正负电子相互碰撞和作用，不

量子力学史简介

近代物理学史论文题目：量子力学发展脉络及代表人物简介 姓名： 学号： 学院： 2016年12月27

量子力学发展脉络 量子力学是研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。可以毫不犹豫的说没有量子力学和相对论的提出就没有人类的现代物质文明。而在原子尺度上的基本物理问题只有在量子力学的基础上才能有合理地解释。可以说没有哪一门现代物理分支能离开量子力学比如固体物理、原子核粒子物理、量子化学低温物理等。尽管量子力学在当前有着相当广阔的应用前景，甚至对当前科技的进步起着决定性的作用，但是量子力学的建立过程及在其建立过程中起重要作用的人物除了业内人对于普通得人却鲜为人知。本文主要简单介绍下量子力学建立的两条路径及其之间的关系及后续的发展，与此同时还简单介绍了在量子力学建立过程中起到关键作用的人物及其贡献。 通过本文的简单介绍使普通人对量子力学有个简单认识同时缅怀哪些对量子力学建立其关键作用的科学家。 旧量子理论 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的旧量子论包括普朗克量子假说、爱因斯坦光电效应光电子假说和波尔的原子理论。 在19世纪末，物理学家存在一种乐观情绪，他们认为当时建立的力学体系、统计物理、电动力学已经相当完善，而剩下的部分不过是提高重要物理学常数的观测精度。然而在物理的不断发展中有些科学家却发现其中存在的一些难以解释的问题，比如涉及电动力学的以太以及观测到的物体比热总小于能均分给出的值。对黑体辐射研究的过程中，维恩由热力学普遍规律及经验参数给出维恩公式，但随后的研究表明维恩公式只在短波波段和实验符合的很好，而在长波波段和实验有很大的出入。随后瑞利和金森根据经典电动力学给出瑞利金森公式，而该公式只在长波波段和实验符合的很好，而在短波波段会导致紫外光灾。普朗克在解决黑体辐射问题时提出了一个全新的公式普朗克公式，普朗克公式和实验数据符合的很好并且数学形式也非常简单，在此基础上他深入探索这背后的物理本质。他发现如果做出以下假设就可以很好的从理论上推导出他和黑体辐射公式：对于一定频率f的电磁辐射，物体只能以hf为单位吸收

量子力学地发展史及其哲学思想

十九世纪末期,物理学理论在当时看来已发展到相当完善的阶段.那时,一般的物理现象都可以从相应的理论中得到说明:物体的机械运动比光速小的多时,准确地遵循牛顿力学的规律;电磁现象的规律被总结为麦克斯韦方程;光的现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程;热的现象理论有完整的热力学以及玻耳兹曼,吉不斯等人建立的统计物理学.在这种情况下,当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被揭露,剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种具体问题上,进行一些计算而已。 这种把当时物理学的理论认作”最终理论”的看法显然是错误的,因为:在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在”绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识具有相对的真理性.”生产力的巨大发展,对科学试验不断提出新的要求，促使科学试验从一个发展阶段进入到另一个新的发展阶段。就在物理学的经典理论取得上述重大成就的同时，人们发现了一些新的物理现象，例如黑体辐射，光电效应，原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等，都是经典物理理论所无法解释的。这些现象揭露了经典物理学的局限性，突出了经典物理学与微观世界规律性的矛盾，从而为发现微观世界的规律打下基础。黑体辐射和光电效应等现象使人们发现了光的波粒二象性；玻尔为解释原子的光谱线系而提出了原子结构的量子论，由于这个理论只是在经典理论的基础上加进一些新的假设，因而未能反映微观世界的本质。因此更突出了认识微观粒子运动规律的迫切性。直到本世纪二十年代，人们在光的波粒二象性的启示下，开始认识到微观粒子的波粒二象性，才开辟了建立量子力学的途径。

量子力学诞生和发展的过程，是充满着矛盾和斗争的过程。一方面，新现象的发现暴露了微观过程内部的矛盾，推动人们突破经典物理理论的限制，提出新的思想，新的理论；另一方面，不少的人（其中也包括一些对突破经典物理学的限制有过贡献的人），他们的思想不能（或不完全能）随变化了的客观情况而前进，不愿承认经典物理理论的局限性，总是千方百计地企图把新发现的现象以及为说明这些现象而提出的新思想，新理论纳入经典物理理论的框架之内。虽然本书中不能详细叙述这个过程。尽管这些新现象在十九世纪末就陆续被发现，而量子力学的诞生却在本世纪二十年代，这中间曾经历一个曲折的途径，说明量子力学这个理论的诞生决不是一帆风顺的更不是靠少数科学家在头脑中凭空想出来的。 爱因斯坦在这次大会上作了题为《论我们关于辐射的本质和组成的观点的发展》的报告，首次提出光具有波粒二象性。爱因斯坦通过对光辐射的统计提醒的精辟分析得出结论：光对于统计平均现象表现为波动，而对于能量张罗现象却表现为粒子，因此，光同时具有波动性和粒子性。爱因斯坦进一步指出，这两者并不是水火不相容的。这样，爱因斯坦的第一次在更深的层次上及时处理光的神秘本性，从而也将他最尊敬的两位前辈——牛顿和麦克斯韦——关于光的理论有机的综合在一起。 量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对

《上帝掷骰子吗——量子力学史话》读书笔记

《上帝掷骰子吗——量子力学史话》 读书笔记 中学时学的是理科，还记得当时的自己对数学、物理尤为感兴趣，而对化学、生物就兴味索然了。也看过几本科普著作，《数学的语言》、《什么是数学》、《从一到无穷大》，还有加来道雄，阿西莫夫，张景中的系列等等，尤其是《什么是数学》一书，当时是高二快结束的时候，仿佛入了迷一般，从集合论到极限与微分，即便没有任何高数的基础，也看得如痴如醉，连章末习题都做了一遍，虽然拓扑那一章实在是看不懂。谁曾想，这样一个人，居然恍惚中来了财大，学习金融，既非自愿，也非不愿。 大学两年，似乎再没有接触科普著作了，直到近日看了曹天元的《上帝掷骰子吗——量子力学史话》。其内容于我而言，并没有太多的惊喜，毕竟作为科学史，内容上早有前人写过：像第十章《不等式》之前的内容我都看过两三个版本了，即便是最后三章的内容也在加来道雄的书中看过。就是在这样一个许多科普名家都涉猎过的领域中，居然能够开拓一片自留地来。在我眼中，这本书绝对称得上一部优秀的科普著作（尤其是在国内来讲）。之前看到作者简介是个八零后的时候着实有一丝惊讶，我还以为是哪位五六十岁的中年教授写的呢。接下来，言归正传，谈谈阅读体会吧。 首先，从科学性上讲，对我这种现代物理的门外汉而言，就算书中有科学错误，只要不是低级的逻辑错误，我也发现不了呀。但从作

者标注的引文，对一些理论的解释澄清看，是比较严谨的。这部分就只有略过了。 其次，作为科普这种通俗读物，文学性是非常，甚至是最重要的。而曹天元的文笔流畅，语言诙谐幽默，阅读感十足。一百多年的量子力学成长史：从法拉第的电磁实验，到多历史，多世界诠释的提出，数以百计的数学家，物理学家前仆后继，描绘出了一幅波澜壮阔的量子力学画卷。让人心襟荡漾，恨不能立即投入到理论物理的大海中去，寻觅璀璨的量子力学珍珠。同时，作者文风犀利，将物理学界的学术之争描写的如同武侠小说中的江湖帮派纷争一般，大大增加了该书的可读性，如“从黄金年代走来的老人，在革命浪潮中成长起来的反叛青年，经典体系的庄严守护者，新时代的冒险家，这次终于都要作一个最终了断。世纪大辩论的序幕即将拉开，像一场熊熊的大火燃烧不已，而量子论也将在这大火中接受最严苛的洗礼，煅烧出更加璀璨的光芒来。”（摘自第八章-《论战》）这个片段仿佛《倚天屠龙记》中群雄围剿光明顶一般，令人紧张不已。而玻尔与爱因斯坦的争论更是写的如同两位绝世高手过招，简直酣畅淋漓！单从文学性上讲，我觉得曹天元可以和伽莫夫媲美。 除了文学性，科学史的史学性也尤为重要。而本书除了人物对话之外（感觉像是作者自行脑补的），对史实的阐述在我看来是比较严谨的。一百多年的量子力学发家史写的清清楚楚，众多物理学者如走马灯般来来往往。而作者的历史叙事风格与《明朝那些事儿》颇有异曲同工之妙。

量子力学讲义

量子力学的通俗讲座 一、粒子和波动 我们对粒子和波动的概念来自直接的经验。和粒子有关的经验对象：小到石子大到天上的星星等；和波动有关的经验对象：最常见的例子是水波，还有拨动的琴弦等。但这些还不是物理中所说的模型，物理中所谓粒子和波动是理想化的模型，是我们头脑中抽象的对象。 1.1 粒子的图像 在经典物理中，粒子的概念可进一步抽象为：大小可忽略不计的具有质量的对象，即所谓质点。质量在这里是新概念，我们可将其定义为包含物质量的多少，一个西瓜，比西瓜仔的质量大，因为西瓜里包含的物质的量更大。 为叙述的简介，我们现在可把粒子等同于质点。要描述一个质点的运动状态，我们需要知道其位置和质量（x,m ），这是一个抽象的数学表达。 但我们漏掉了时间，时间也是一个直观的概念，这里我们可把时间描述为一个时钟，我们会发现当指针指到不同位置时，质点的位置可能不同，于是指针的位置就定 义了时刻t 。有了时刻 t ，我们对质点的描述就变成了（x,t,m ），由此可定义速度v ，现在我们对质点运动状态的描述是（x,v,t,m ）。 在日常经验中我们还有相互作用或所谓力的概念，我们在地球上拎起不同质量物体时肌肉的紧张程度是不同的，或者说弹簧秤拎起不同质量物体时弹簧的拉伸程度是不同的。 以上我们对质量、时间、力等的定义都是直观的，是可以操作的。按照以上思路进行研究，最终诞生了牛顿的经典力学。这里我们可简单地用两个公式：F=ma （牛顿第二定律） 和 2 GMm F x （万有引力公式） 来代表牛顿力学。前者是质点的运动方程，用数学的语言说是一个关于位置x 的二阶微分方程，所以只需要知道初始时刻t=0时的位置x 和速度v 即可求出以后任意时刻t 质点所处的位置，即x(t)，我们称之为轨迹。 需要强调的是一旦我们知道t=0时x 和v 的精确值（没任何误差），x(t)的取值也是精确的，即我们得到是对质点未来演化的精确预测，并且这个求 解对t<0也精确成立，这意味着我们还可精确地反演质点的历史。这些结论都是由数学理论严格保证的，即轨迹是一根理想的线。 经典的多粒子系统

概率统计的哲学思考

Liaoning Normal University （2013级） 机会与判断公共选修课结课论文 题目：概率统计的哲学思考 学院：政治与行政学院 专业：思想政治教育（师范） 班级序号：1班 学号：201321011586 学生姓名：朱世明 2014年11月

概率统计的哲学思考 朱世明201321011586 （辽宁师范大学大连 116029） 摘要：本文从概率统计的在其历史发展过程中对哲学产生的影响开始，分析了近代关于概率统计哲学意义争论的起源、发展和现状，提出这种争论存在的原因在于将概率统计这一方法论问题未加整理地应用于认识论之中，从而掩盖了概率统计的真实哲学意义，进而据此提出概率统计哲学意义的个人观点，并进一步探讨了马克思主义中的概率统计思想。 关键词：概率统计；认识论；决定论；马克思主义 “你信仰掷骰子的上帝，我却信仰客观存在世界中完备的定律和秩序……”这是二十世纪一位伟大科学家对另外一位伟大科学家的哲学宣言，这宣言又一次把掷骰子的科学推到了争论的前沿，而隐藏在这宣言后更有意思的事情是，这位“信仰客观存在世界中完备的定律和秩序”的科学家却是发现上帝用掷骰子的方法决定世界的先行者之一。于是上帝笑了，这就是掷骰子科学的魅力，她从被发现起就没有被人类真正完备地定义过，但是却实实在在地推动了人类世界的发展，不仅以科学的方式改变着形而下的物质世界，也强烈地冲击着形而上的哲学思辨，她是毕达哥拉斯式的科学哲学重现吗？ 一、概率统计的科学发展与哲学进程 如果一定要追述概率思想的产生，那应该可以回到2000多年前的爱琴海岸了，亚里士多德曾经表达过现实世界的现象中的一些现象总是这样发生的，而另一些发生的原因是不确定的，而这不确定性正是概率存在和发展的前提，但是在那个年代，这种不确定性更多地成了神的领地，人类的禁区，没有人知道应当如何去面对这种不确定性。同样有意思的是，虽然如此，古希腊人已经知道用抽签决定一些争端，不知道那隐含在等概率条件下的公平在他们的脑海中是怎样的形象。 真正开始引起对这种不确定性认识还是从赌博开始。从15世纪末开始，赌博逐渐盛行，到16世纪初，有些意大利数学家已经开始着手探讨赌博中出现各种情况的机遇或胜率，即用计算出现某一特定结果的情况与可分解成的总情况之比来计算，这种算法后来演变成了概率的古典定义。 1713年，在J·伯努利去世后的8年，他的著作《推测术》问世，书中提出了现代概率论与数理统计课本中必然要讲到的伯努利大数定律，这使得概率统计的理论和应用取得了突破性进展。与此同时，其在哲学上的意义也不能忽视，客观概率和主观概率的提出不仅仅是数学计算的处理，也引起人们对概率哲学意义的思考。这“标志着概率概念漫长的形成过程的终结与数学概率论的开端”事实上，统计学和概率学在早期几乎无太多关联，有着各自的发展历程。对于统计来说，可能远在人类文明的初期就已经开始，那时，人口、兵力等统计数字就已经为部落或城邦的首领所关注。而统计成为一种学问则要向后数上几千年，直到十七世纪的德国，这些统计的数字才真正引起了人们研究的兴趣，成为统计学发展的源头，那时的著名学者康令已经开始从人口比率、文化水平等统计数字中分析德国国家形势。同一时代的英国学者也为统计学的形成做出了重要贡献，J·格龙特从定期公布的伦敦居民的死亡公报中发现，充分大量的观

经验与理性在量子诠释中的嬗变关于量子力学多世界解释的哲学审视的进一步阐释

第29卷，第1期科学技术哲学研究Vol．29No．1 2012年2月Studies in Philosophy of Science and Technology Feb．，2012 经验与理性：在量子诠释中的嬗变 ———关于《量子力学多世界解释的哲学审视》的进一步阐释 贺天平，卫江 （山西大学科学技术哲学研究中心，太原030006） 摘要：量子力学是20世纪非常重要且成功的物理学理论，导致了经验的支配地位的衰弱，量子力学诠释的演化凸显了理性的作用和价值。通过对量子测量诠释中经验和理性嬗变的分析，为二者最终完美融合找到 了一个对话平台，多世界解释将成为量子力学哲学研究的热点。 关键词：多世界解释；经验；理性 中图分类号：N02文献标识码：A文章编号：1674－7062（2012）01－0021－06 量子力学是20世纪非常重要且成功的物理学理论，引发了物理学的伟大革命，颠覆了300多年来经典物理学的统治地位，动摇了传统物理学家的世界观。然而，伴随量子力学始末的测量难题一直是物理学家和科学哲学家挥之不去的“梦魇”和“灾难”。 为了排除测量难题所带来的困惑，物理学家一直在努力寻求着合理的方案。根据埃里则的研究表明，截止2005年有影响的量子力学诠释至少有13种之多［1］，但却没有一种诠释有足够的影响力和说服力能够成为量子力学测量难题的终极答案，因而对量子力学各种诠释进行梳理，挖掘出其本体论、认识论和方法论层面经验和理性的发展脉络，便显得十分重要。经验与理性始终是科学发展中的一对孪生概念，二者在科学哲学中也经历了长期的角逐。作为《中国社会科学》2012年第1期的拙文《量子力学多世界解释的哲学审视》的进一步阐释，本文认为测量难题的发展实质上也是经验与理性反复检验的过程。 一经验在量子力学中地位的衰弱 经验在科学哲学中发挥着至关重要的作用。尤其是在正统科学哲学学派逻辑经验主义那里，经验是检验真理的唯一标准，是判断认知有无意义的唯一手段；批判理性主义同样重视经验的作用，只有可以被经验证伪的理论才是科学的理论。经验在科学哲学中曾占有绝对支配的地位。 测量是经验映射到自然科学中的具体表现之一。在物理学史上，测量是一个经典的且意义深远的概念，同时又是科学家检验真理最常用的科学行为方式。可以说，测量对物理学以及自然科学的发展有着不可磨灭的贡献。 经典物理学家通过测量准确地得出物理过程的实验数据和经验依据，并和物理学理论的预言完美吻合，在对客观世界的探索和对真理的追求中大步地向前迈进，在经典物理学的范畴内，测量一直扮演着一种直观、清晰、准确无误的桥梁和纽带的角色，连接着作为主体的观察者和相对于主体的研究对象 【收稿日期】2011－10－21 【基金项目】国家社会科学基金项目（10BZX023）；教育部新世纪优秀人才支持计划项目（KCET－08－0884）；教育部人文社会科学重点研究基地重大项目（07JJD720050）；山西省高校人文社科基地项目（2011303）；山西省回国留学基金 项目（1105909） 【作者简介】贺天平（1976－），男，山西蒲县人，山西大学科学技术哲学研究中心教授，研究方向为物理学哲学； 卫江（1986－），男，山西运城人，山西大学科学技术哲学研究中心硕士研究生，研究方向为物理学哲学。 12

量子力学的哲学启示

量子力学的哲学启示 编辑整理：正心 世界的本源是什么？宇宙是怎样形成的？生命是如何产生的？意识是怎么回事？这些问题应该是我们大多数人曾经冥思苦想过的问题。 对人类来说，以上问题不可能有直观和确定不疑的答案，因为没有人曾经见证过宇宙的形成，生命产生时也还没进化到人类，这些问题也不可能通过科学验证的方法找到答案。所以，人类对以上问题的解答，主要还是依靠宗教和哲学。当一种理论能够圆满地解释所有与它相关的现象时，那我们就认为这种理论接近了真理。 曾经，科学是作为神学的对立面出现的。科学的发展，解释了很多人们以为很神秘的现象，破除了人们的各种迷信。科学的观念是如此地深入人心，也使人们对建立在经典物理学（相对量子力学而言，经典物理学主要研究宏观世界）之上的唯物主义深信不疑。在中国，经常是受教育程度越高，越是相信世界是物质的、意识是物质派生的，因为唯物主义是中国的官方思想，唯物主义教材是学校的官方法定课本。 如果说唯物主义是真理，那它必须符合真理的条件，即对所有与它相关的现象都能给出圆满的合理的令人信服的解释。但是，目前来看，下面的两个问题是唯物主义很难解释的。 首先，科学对客观物质世界的解释就是它的“规律性”，或者说是“确定性”，也就是说：一个系统的所有参数都确定的话，下一刻的状态也是确定的。那么如果我们把整个宇宙看做一个系统，宇宙这一刻的状态是由上一刻的状态决定的，继续往前不停

地推，可以得出的结论是：宇宙这一刻的状态从宇宙诞生那刻起就已经决定了。然后我们再往后推，宇宙未来每时每刻的状态早在宇宙诞生时就已经确定好了，我们生活在一个早已设计好的世界里。 再接着想，世界是物质的，生命也是物质的一种形式，那是不是说从出生那刻起，我们的命运就已经注定了？继续往前推，是不是宇宙诞生那刻起，我们的命运就已经注定了？ 再接着想，意识是物质派生的，也是物质的一种形式，那人的意志必定是不自由的，一个人的所思所想其实不是自己的所思所想，你今天的所思所想从你出生那刻便确定了，甚至可以说从宇宙诞生那刻就确定了。 生命毫无意义和价值，一切都是宿命，你同意吗？ 第二个问题，物质世界是运动的，物质世界的运动是遵循能量守恒定律的，推动物质世界运动的第一个推动力从何而来呢？作为经典物理的创始人，牛顿是世界上一位伟大的科学家。牛顿正是因为无法解释上面这个问题，晚年转向了神学研究。现在，有人能回答这个问题吗？ 显然，建立在经典物理学基础之上的唯物主义不能对以上两个问题给出合理的解释。19世纪末，量子力学诞生。量子力学经过一百多年的发展，已经使物理学最底层的基础理论出现了非常多的变化，对科技树上层的影响可以用匪夷所思来形容。自牛顿以来建立的经典物理学大厦，早已轰然倒塌，而建立在经典物理学基础之上的唯物主义必须拿来重新审视。 量子力学带给我们的哲学启示大多都与唯物主义思想有关，下面分别论述。

浅谈量子力学的统计解释及其哲学思考.doc

浅谈量子力学的统计解释及其哲学思考- 在量子力学的发展史上，寻找一个能够合理地描述观察现象和实验数据等一系列相关事件的量子力学的自洽解释，必然是使抽象的理论达到现象学的一座中间桥梁和纽带，是使远离直觉的量子力学的数学形式能够清晰明白地被得到理解的一种有效手段和方法，同时，也是几十年来一些物理学家和科学哲学家在量子力学的数学程式已基本确立之后，一直没有放弃的一项追求。 1统计解释的提出和发展 量子力学的统计解释(Statistical Interpr-eta tion)是在量子力学的系综解释( EnsembleInterpretation )的基础上演变和发展起来的。 2统计解释与传统解释和PIV系综解释之间的区别与联系 50年代以来，除了上述两种解释外，还存在一些其它解释，如1957年Evevett的相关态解释(后来发展为多世界解释),BoPP 等人的随机解释等。由于这些解释都缺乏可操作性，而无法进行检验，因而均没有在物理学界产生的影响。所以，以下我们主要讨论统计解释、传统解释及Piv解释。 3统计解释的基础和意义 Jammer在《量子力学的概念发展》一书中曾指出，量子力学这套程式是一个复杂自彭不断摸索的概念演化过程的产物，可以并不夸张地说，这套程式超前于它本身的解释，这种事态在物理学史上几乎是独一无二的。 4统计解释的哲学思考 统计解释在对几率的各种可能的解释中采用了频度解释。

可是，频度解释并不是对几率的一种唯一可能的解释。并且，频度解释也不是没有缺点的。这种解释主要受到的批评是关于测量次数趋近于无限大时，对系综测量的统计平均值是否趋近于所希望存在的确定的极值，这一点并没有严格的数学基础，而只还是一种一般的信念。 统计解释是量子力学的基本公设所包含的一种解释，它在承认量子力学是一种根本意义的统计性理论、承认事物演化中存在着本质上的随机性的同时，强调了在个别事件出现中起决定作用的偶然性因素，在继承和发展传统的严格因果性观念的基础上，确立了一种前所未有的统计因果性观念，从而使人们在方法论上得到更深人的教益。我们相信，随着科学认识能力的提高，随着量子力学在实际应用中适用范围的确定，统计解释的观念也许将会象一些经典观念一样受到强烈限制的，只不过是这种限制现在还没有明显地表现出来而已。

量子力学诠释问题(一)

量子力学诠释问题（一） 作者：孙昌璞( 中国工程物理研究院研究生院北京北京计算科学研究中心) 1 引言：量子力学的二元结构和其发展的二元状态上世纪二十年代创立的量子力学奠定了 人类认识微观世界的科学基础，成功地解释和预言了各种相关物理效应。然而，关于波函数的意义，自爱因斯坦和玻尔旷世之争以来众说纷纭，并无共识。直到今天，量子力学发展还是处在这样一种二元状态。对此有人以玻尔的“互补性”或严肃或诙谐地调侃之，以“shut up and calculate”的工具主义观点处之以举重若轻。这样一个二元状态主要是由于附加在玻恩几率解释之上的“哥本哈根诠释”之独有的部分：外部经典世界存在是诠释量子力学所必需的，是它产生了不服从薛定谔方程幺正演化的波包塌缩，使得量子力学二元化了。今天，虽然波包塌缩概念广被争议，它导致的后选择“技术”却被广泛地应用于量子信息技术的各个方面，如线性光学量子计算和量子离物传态的某些实验演示。早年，薛定谔曾经写信严厉批评了当时的物理学家们，他在给玻恩的信中写到：“我确实需要给你彻底洗脑……你轻率地常常宣称哥本哈根解释实际上已经被普遍接受，毫无保留地这样宣称，甚至是在一群外行人面前——他们完全在你的掌握之中。这已经是道德底线了……你真的如此确信人类很快就

会屈从于你的愚蠢吗？”1979 年，Weinberg在《爱因斯坦的错误》一文中批评了玻尔对测量过程的不当处理：“量子经典诠释的玻尔版本有很大的瑕疵，其原因并非爱因斯坦所想象的。哥本哈根诠释试图描述观测(量子系统)所发生的状况，却经典地处理观察者与测量的过程。这种处理方法肯定不对：观察者与他们的仪器也得遵守同样的量子力学规则，正如宇宙的每一个量子系统都必须遵守量子力学规则。”“哥本哈根诠释可以解释量子系统的量子行为，但它并没有达成解释的任务，那就是应用波函数演化方程于观察者和他们的仪器。”最近温伯格又进一步强调了他对“标准”量子力学的种种不满。在量子信息领域，不少人不加甄别地使用哥本哈根诠释导致的“后选择”方案，其可靠性令人怀疑！其实，在量子力学幺正演化的框架内，多世界诠释不引入任何附加的假设，成功地描述了测量问题。由于隐变量理论在理论体系上超越了量子力学框架，本质上是比量子力学更基本的理论，所以本文对Bell 不等式不作系统讨论。自上世纪八十年代初，人们先后提出了各种形式迥异的量子力学新诠释，如退相干、自洽历史、粗粒化退相干历史和量子达尔文主义，但实际上都是多世界诠释的拓展和推广。2 哥本哈根诠释及其推论哥本哈根诠释的核心内容是“诠释量子世界，外部的经典世界必不可少”。波函数描述微观系统的状态，遵循态叠加原理，即：如果|?1>

自然辩证法与量子力学

自然辩证法与量子力学 周本胡 （湖南师范大学凝聚态物理专业） 摘要：本文简要分析了量子力学的发展过程，从自然辩证法的角度阐述了科学发展的辨证规律。 关键词：量子力学发展辩证法 十九世纪末，物理学理论在当时看起来已发展到相当完善的阶段，当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被揭露，剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种具体问题上，进行一些计算而已。这种把当时物理学的理论认作“最终理论”的看法显然是错误的，自1900年Plank提出量子概念以来，物理学发生了重大的飞跃，从量子概念的提出到量子力学的建立再到量子力学的应用及检验，整个过程科学家们做出了伟大的贡献，谱写了辉煌的思想史和科学史，充分展示了科学发展的辨证规律。本文就量子力学的发展过程、辨证思想以及给我们的启示作浅陋分析。 1 量子力学的发展过程 就在物理学的经典理论取得重大成就的同时，人们发现了一些新的物理现象，例如黑体辐射、光电效应、原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等，都是经典物理理论无法解释的，纵观量子力学的发展，大致可分为以下几个过程：①为了解决“黑体辐射”这个问题，也就是为了拯救“紫外灾难”，Plank于1900年提出“量子”概念，得出了与实验相吻合的辐射定律。②为了成功的解释光电效应，Einstein于1905年提出了光量子论，揭示了光的波粒二象性。③Bohr于1913年提出了氢原子理论、玻尔理论并以三个假设为基础，后来这种假设都证实是正确的。④De Broglie从光量子论得到启发，于1923年提出物质波假说。 ⑤Shrodinger建立非相对论量子力学的基本方程，建立了波动方程，同年提出了多粒子体系的薛定谔方程。⑥Heisenberg抛弃Bohr的轨道概念，建立了矩阵力学。⑦Dirac于1928年提出了电子的相对论量子论，预言了正电子的存在，后来Anderson发现了正电子，证实了Dirac理论的正确，至此，量子力学已经基本建立。量子力学建立后，关于其完备性以及统计诠释遭到不少物理学家的反对和怀疑，当时还包括爱因斯坦，但至今为止量子力学没被实验打破，它完全与实验相符，而且它在研究晶体、生物、化学等方面得到了迅速发展。 ２量子力学发展的哲学思想 科学是一个理论的体系，是用严密的逻辑表达出来的系统化了的科学知识，科学理论的概念、判断及推理应首位一贯、不断前后矛盾[1]，量子力学最终被证明是自洽的。 量子力学诞生和发展的过程，是充满着矛盾和斗争的过程。一方面，新现象的发现暴露了微观过程内部的矛盾，推动人们突破经典物理理论的限制，提出新的思想、新的理论；另一方面，不少的人，他们的思想不能随变化了的客观情况而前进，不愿承认经典物理理论的局限性，总是千方百计地企图把新发现的现象以及为说明这些现象而提出了新思想、新理论纳入经典物理理论的框架之内。人们不是通过抛弃旧理论从而消除悖论，而是通过纠正错误、严密概念、确定范围、补充条件等方式，使原有的科学理论系统愈趋完善，科学发展的过程也是人类思想认识发展的过程，量子力学的发展也一样，它显示了人类对微观世界的认识革命，它的发展同样遵循了科学发展的规律，它是一个自然辨证的规律，下面就几个方面谈谈量子力学的发展所体现出的辨证思想。

量子力学的产生与发展

量子力学的产生与发展 量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。它是20世纪人类文明发展的一个重大飞跃，量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步做出重要贡献。 量子的诞生 19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。1900年德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的假设：在热辐射的产生与吸收过程中能量是以hV为最小单位，一份一份交换的。普朗克利用内插法,将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利―金斯公式衔接起来.在1900年提出了一个新的公式。量子论就这样随着二十世纪开始由伟大的物理学家普朗克把它带到我们这个世界来。虽然在围绕原子论的争论过程中，玻尔兹曼(1844—1966年)在反驳唯能论时说过“怎么能说能量就不像原子那样分立存在呢？”这样的话，马赫(1838—1916年)曾经表明化学运动不连续性的观点，但真正把能量不连续的概念引入物理学的是普朗克。因为能量不连续的概念与古典物理学格格不入，物理学界对它最初的反映是冷淡的。物理学家们只承认普朗克公式是同实验一致的经验公式，不承认他的理论性的量子假说。普朗克本人也惴惴不安，因为他的量子假设是迫不得已的“孤注一掷的举动”。他本想在最后的结果中令h→0，但却发现根本办不到。他其后多年试图把量子假说纳入古典物理学框架之内，取消能量的不连续性，但从未成功。只有爱因斯坦最早认识到普朗克能量子概念在物理学中的革命意义。

著名科学家爱因斯坦经过认真思考，于1905年提出了光量子说。1916年美国物理学家密立根发表了光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。 量子的青年时代 杂乱的数字以及有趣的台阶想法 从光谱学中，我们知道任何元素都产生特定的唯一谱线。这些谱线呈现什么规律以及为什么会有这些规律，却是一个大难题。拿氢原子的谱线来说吧，这是最简单的原子谱线了。它就呈现为一组线段，每一条线都代表了一个特定的波长。比如在可见光区间内，氢原子的光谱线依次为：656，484，434，410，397，388，383，380……纳米。这些数据无疑不是杂乱无章的，1885年，瑞士的一位数学教师巴尔末（Johann Balmer）发现了其中的规律，并总结了一个公式来表示这些波长之间的关系，这就是著名的巴尔末公式。将它的原始形式稍微变换一下，用波长的倒数来表示，则显得更加简单明了：ν＝R（1/2^2 - 1/n^2） 1913年丹麦物理学家玻尔疑惑于卢瑟福原子行星模型的不稳定，建了一所“诺贝尔奖幼儿园”的卢瑟福向他推荐了这个公式。在玻尔眼里，这无疑是一个晴天霹雳，它像一个火花，瞬间点燃了玻尔的灵感，所有的疑惑在那一刻变得顺理成章了，玻尔知道，隐藏在原子里的秘密，终于向他嫣然展开笑颜。一个大胆的想法在玻尔的脑中浮现出来：如同具有一定势能的人从某一层台阶上跳下来一样。台阶数“必须”是整数，就是我们的量子化条件。原子内部只能释放特定量的能量，说明电子只能在特定的“势能位置”之间转换。也就是说，电子只能按照某些“确定的”轨道运行，这些轨道，必须符合一定的势能条件，从而使得电子在这些轨道间跃迁时，只能释放出符合巴耳末公式的能量来。氢原子的光谱线代表了电子从一个特定的台阶跳跃到另外一个台阶所释放的能量。因为观测到的光谱线是量子化的，所以电子的“台阶”（或者轨道）必定也是量子化的，它不能连续而取任意值，而必须分成“底楼”，“一楼”，“二楼”等，在两层“楼”之间，是电子的禁区，它不可能出现在那里。正如一个人不能悬在两级台阶之间漂浮一样。如果现在电子在“三楼”，它的能量用W3表示，那么当这个电子突发奇想，决定

量子力学的基本内容和发展简史

量子力学的基本内容和发展简史 量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。 在量子力学中，一个物理体系的状态由波函数表示，波函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为，物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作，对应于代表该量的算符对其波函数的作用；测量的可能取值由该算符的本征方程决定，测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。 波函数的模平方代表作为其变数的物理量出现的几率密度。根据这些基本原理并附以其他必要的假设，量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。关于量子力学的解释涉及许多哲学问题，其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说，量子力学的运动方程也是因果律方程，当体系的某一时刻的状态被知道时，可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。 但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中，对一个体系的测量不会改变它的状态，它只有一种变化，并按运动方程演进。因此，运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。 但在量子力学中，体系的状态有两种变化，一种是体系的状态按运动方程演进，这是可逆的变化；另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此，量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言，只能给出物理量取值的几率。在这个意义上，经典物理学因果律在微观领域失效了。 据此，一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性，而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性——几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的，态的任何变化是同时在整个空间实现的。 20世纪70年代以来，关于远隔粒子关联的实验表明，类空分离的事件存在着量子力学预言的关联。这种关联是同狭义相对论关于客体之间只能以不大于光速的速度传递物理相互作用的观点相矛盾的。于是，有些物理学家和哲学家为了解释这种关联的存在，提出在量子世界存在一种全局因果性或整体因果性，这种不同于建立在狭义相对论基础上的局域因果性，可以从整体上同时决定相关体系的行为。 量子力学用量子态的概念表征微观体系状态，深化了人们对物理实在的理解。微观体系的性质总是在它们与其他体系，特别是观察仪器的相互作用中表现出来。人们对观察结果用经典物理学语言描述时，发现微观体系在不同的条件下，或主要表现为波动图象，或主要表现为粒子行为。而量子态的概念所表达出来的，则是微观体系与仪器相互作用而产生的表现为波或粒子的可能性。 量子力学表明，微观物理实在既不是波也不是粒子，真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态，是由于测量所造成的，在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体，它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论，也定量地支持了量子态不可分离。 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。 1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。1905年，爱因斯坦引进光量子(光