量子力學(xué)的基本理論精選(九篇)

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第1篇：量子力學(xué)的基本理論范文

【關(guān)鍵詞】量子力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革

中圖分類(lèi)號(hào)：041 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-0278（2013）04-193-01

一、引言

作為現(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的理論基礎(chǔ)，量子力學(xué)將物質(zhì)的波動(dòng)性與粒子性統(tǒng)一起來(lái)，是研究微觀(guān)粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科。很多教師在上課時(shí)只著重于講授理論體系本身的知識(shí)，往往忽略了理論和實(shí)驗(yàn)的緊密聯(lián)系，從而導(dǎo)致它的實(shí)驗(yàn)建設(shè)一直是本課程建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)。充分考慮到該門(mén)課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)中借鑒了工科教學(xué)的模式重點(diǎn)圍繞“培養(yǎng)學(xué)生物理應(yīng)用的慣性意識(shí)與掌握量子力學(xué)基本概念和規(guī)律”的目標(biāo)開(kāi)展了三類(lèi)不依賴(lài)于儀器設(shè)備和環(huán)境條件的實(shí)驗(yàn)，以切實(shí)貫徹“德育為先、能力為重”和“育人為本”的原則。

二、量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

為了讓學(xué)生從思想上接受并理解量子觀(guān)念，在學(xué)習(xí)中透過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算深入理解量子力學(xué)的概念和規(guī)律，并能主動(dòng)積極地思考、解決相關(guān)問(wèn)題，我們構(gòu)建了由思想、演示與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)組成的課內(nèi)課外教學(xué)平臺(tái)，以輔助量子力學(xué)的理論教學(xué)過(guò)程。

思想實(shí)驗(yàn)，又稱(chēng)“假想實(shí)驗(yàn)”，是人類(lèi)按照科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)過(guò)程在頭腦中進(jìn)行的發(fā)現(xiàn)和獲取科學(xué)事實(shí)與自然規(guī)律的邏輯思維活動(dòng)，是自然科學(xué)家和哲學(xué)家經(jīng)常使用的一種十分有效的研究方法。由于不會(huì)受到主客觀(guān)條件及儀器設(shè)備的操作限制，思想實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生的思維互動(dòng)啟發(fā)提供有利的平臺(tái)。事實(shí)上，在量子力學(xué)建立與發(fā)展的過(guò)程中，很多思想實(shí)驗(yàn)都起到了重要的推動(dòng)作用。例如作為量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一，奧地利物理學(xué)家埃爾溫?薛定諤提出了著名的“薛定諤之貓”的思想實(shí)驗(yàn)，它將量子理論微觀(guān)領(lǐng)域中原子核衰變的量子不確定性與宏觀(guān)領(lǐng)域中貓的生死聯(lián)系在了一起，充分體現(xiàn)了量子力學(xué)的奇異性。通過(guò)在課堂教學(xué)中講授諸如此類(lèi)的思想實(shí)驗(yàn)可以給學(xué)生提供一個(gè)動(dòng)腦“做”理論的機(jī)會(huì)，這樣不僅可以使學(xué)生從理性的角度接受量子力學(xué)的基本思想并深入理解量子力學(xué)的基本概念和基本理論，還可以激發(fā)他們對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，在無(wú)形中培養(yǎng)他們的理性思維、邏輯思維、創(chuàng)新意識(shí)和推理能力。

演示實(shí)驗(yàn)，即教師在課堂上借助視頻、計(jì)算機(jī)模擬等手段演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，展示物理現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生觀(guān)察、思考、分析并得出結(jié)論的過(guò)程。量子力學(xué)的建立離不開(kāi)很多重要實(shí)驗(yàn)的支撐，如黑體輻射、光電效應(yīng)等。其中一些實(shí)驗(yàn)由于條件及經(jīng)費(fèi)的限制目前無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展，所以我們可以充分利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源及Matlab等數(shù)學(xué)軟件構(gòu)建演示實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，給學(xué)生提供一個(gè)動(dòng)眼“做”理論的機(jī)會(huì)。一方面，通過(guò)播放演示實(shí)驗(yàn)的視頻重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的條件、思路和方法等進(jìn)行思考和分析，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和強(qiáng)化他們的實(shí)驗(yàn)技能，幫助他們?cè)黾痈行哉J(rèn)識(shí)，使他們體會(huì)科學(xué)的發(fā)展過(guò)程，克服抽象的物理圖景給他們帶來(lái)的困擾。另一方面，通過(guò)利用數(shù)學(xué)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)量子力學(xué)課程中一些問(wèn)題的靜、動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬，將抽象的量子力學(xué)結(jié)果形象直觀(guān)化，幫助學(xué)生透過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)深入、形象地認(rèn)識(shí)微觀(guān)粒子的特征，使他們深入理解量子力學(xué)的基本原理和基本概念，提高他們運(yùn)用物理思想進(jìn)行綜合分析的能力。

知識(shí)的獲得是為了更好地服務(wù)于實(shí)踐，因此為了讓學(xué)生能將量子力學(xué)中所學(xué)到的基本理論運(yùn)用于實(shí)踐，我們?cè)谠撻T(mén)課程的教學(xué)中還開(kāi)設(shè)了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供動(dòng)手“做”理論的機(jī)會(huì)。首先教師在課堂的教學(xué)中始終貫徹科研促教學(xué)的思想，有意識(shí)地結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行近代物理前沿知識(shí)的滲透。然后鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況與興趣并結(jié)合畢業(yè)論文自由組合選擇相應(yīng)的小課題在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行專(zhuān)題研究，同時(shí)對(duì)于一些學(xué)生在平時(shí)教學(xué)過(guò)程中反映出來(lái)的理解上比較模糊或難以理解的部分定期組織專(zhuān)題討論。該類(lèi)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)為學(xué)生提供了實(shí)踐的自由發(fā)揮空間，可以初步培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)理分析能力與結(jié)合自己的興趣自我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決與專(zhuān)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題的能力及撰寫(xiě)科研論文的能力，同時(shí)還增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)量子力學(xué)課程學(xué)習(xí)的興趣和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

第2篇：量子力學(xué)的基本理論范文

關(guān)鍵詞 物理學(xué) 分析 前景

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Physics Professional Analysis

ZENG Daimin[1], LI Yong[2]

([1]Physics Department, Physics College, Chongqing University, Chongqing 400040;

[2]State Intellectual Property Bureau Patent Examination Coordination Center, Beijing 100190)

AbstractThis paper combine with the cultivation of students in Physics professional, takes a professional analysis on Physics major, including Physics professional direction settings, course setting, and cultivating specification as well as employment prospects of the students.

Key wordsPhysics; analyse; prospects

物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和相互作用的規(guī)律的科學(xué)，是除數(shù)學(xué)外最基本的一門(mén)學(xué)科。物理運(yùn)動(dòng)是自然界最普遍的一種現(xiàn)象，因此物理學(xué)研究的對(duì)象和內(nèi)容就是宇宙間各種物質(zhì)的性質(zhì)、存在狀態(tài)、各種物理運(yùn)動(dòng)形式及其轉(zhuǎn)化現(xiàn)象、物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成部分，物理領(lǐng)域的各種基本相互作用及其規(guī)律。由于一切物理現(xiàn)象都在時(shí)間、空間中表現(xiàn)出來(lái)和發(fā)生運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化，所以物理學(xué)也要研究時(shí)間和空間的性質(zhì)、聯(lián)系等。 進(jìn)行物理學(xué)研究，首先是觀(guān)察各種客觀(guān)物理現(xiàn)象，再?gòu)脑S多表象性的現(xiàn)象中，揭示基本規(guī)律，建立較為系統(tǒng)的理論。物理學(xué)研究除了要依靠好的科學(xué)方法外，還要取決于認(rèn)知工具。工具越先進(jìn)，研究效率越高，成果越顯著。 物理學(xué)在發(fā)展過(guò)程中形成了一套完整的科學(xué)方法，它對(duì)其他學(xué)科的研究，乃至哲學(xué)發(fā)展，都有重要意義。①重慶大學(xué)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)從2008年開(kāi)始正式招生，到現(xiàn)在，第一屆學(xué)生即將進(jìn)入大四。通過(guò)這幾年對(duì)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，我們有一些體會(huì)，與同行共勉。

1 專(zhuān)業(yè)方向設(shè)置

1.1 理論物理方向

理論物理學(xué)從各類(lèi)物理現(xiàn)象的普遍規(guī)律出發(fā)，運(yùn)用數(shù)學(xué)理論和方法，系統(tǒng)深入的闡述有關(guān)概念，現(xiàn)象及其應(yīng)用。理論物理是從理論上探索自然界未知的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的學(xué)科。理論物理的研究領(lǐng)域涉及物理學(xué)所有分支的基本理論問(wèn)題。理論物理是在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，以理論的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子等物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，從而解決學(xué)科本身和在高科技探索中提出的基本理論問(wèn)題。重慶大學(xué)物理學(xué)院理論物理方向目前包括：高能物理、引力波、天體物理、量子信息與量子通信等幾個(gè)分支。

1.2 凝聚態(tài)物理方向

凝聚態(tài)物理學(xué)是從微觀(guān)角度出發(fā)，研究由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態(tài)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其與宏觀(guān)物理性質(zhì)之間的聯(lián)系的一門(mén)學(xué)科。凝聚態(tài)物理是以固體物理為基礎(chǔ)的外向延拓。凝聚態(tài)物理的研究對(duì)象除晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體等固相物質(zhì)外還包括從稠密氣體、液體以及介于液態(tài)和固態(tài)之間的各類(lèi)居間凝聚相，例如液氦、液晶、熔鹽、液態(tài)金屬、電解液、玻璃、凝膠等。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前已形成了比固體物理學(xué)更廣泛更深入的理論體系。特別是上世紀(jì)八十年代以來(lái)，凝聚態(tài)物理學(xué)取得了巨大進(jìn)展，研究對(duì)象日益擴(kuò)展，更為復(fù)雜。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的固體物理各個(gè)分支如金屬物理、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、低溫物理和電介質(zhì)物理等的研究更深入，各分支之間的聯(lián)系更趨密切；另一方面許 多新的分支不斷涌現(xiàn)，如強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系物理學(xué)、無(wú)序體系物理學(xué)、準(zhǔn)晶物理學(xué)、介觀(guān)物理與團(tuán)簇物理等。從而使凝聚態(tài)物理學(xué)成為當(dāng)前物理學(xué)中最重要的分支學(xué)科之一。由于凝聚態(tài)物理的基礎(chǔ)性研究往往與實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用有著緊密的聯(lián)系，凝聚態(tài)物理學(xué)的成果是一系列新技術(shù)、新材料和新器件，在當(dāng)今世界的高新科技領(lǐng)域起著關(guān)鍵性的不可替代的作用。

2 主干課程設(shè)置

重慶大學(xué)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的主干課程有力學(xué)：使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，且能比較靈活加以應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題與解決問(wèn)題能力，初步培養(yǎng)學(xué)生的唯物主義世界觀(guān)。主要內(nèi)容有質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量守恒定律和動(dòng)量定理、功和能與碰撞問(wèn)題、角動(dòng)量、剛體力學(xué)、振動(dòng)和波。熱學(xué)：使學(xué)生掌握物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)形態(tài)的規(guī)律性和熱運(yùn)動(dòng)與機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電磁運(yùn)動(dòng)等其它基本運(yùn)動(dòng)形式之間轉(zhuǎn)化的規(guī)律性。掌握統(tǒng)計(jì)規(guī)律性和統(tǒng)計(jì)的方法以及物性方面的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。主要內(nèi)容有熱力學(xué)第零、第一、第二定律和熵、分子運(yùn)動(dòng)論、輸運(yùn)過(guò)程、固體和液體及相變。電磁學(xué)：使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握電磁運(yùn)動(dòng)的基本現(xiàn)象、基本概念和基本規(guī)律，具有一定的分析和解決電磁問(wèn)題的能力，為后繼課程奠定必要的基礎(chǔ)。主要內(nèi)容有靜電場(chǎng)、靜電場(chǎng)中導(dǎo)體和電介質(zhì)。穩(wěn)恒電流、穩(wěn)恒磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)、磁介質(zhì)、交流電初步、麥克斯韋電磁理論和電磁波、電磁單位制。光學(xué)：使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握光學(xué)的基本知識(shí)，主要講授幾何光學(xué)、波動(dòng)光學(xué)、量子光學(xué)初步和光學(xué)應(yīng)用。原子物理學(xué)：使學(xué)生掌握原子結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和一般規(guī)律，掌握和了解核的性質(zhì)與核能利用，了解粒子的基本性質(zhì)。講授盧瑟福模型、氫原子的玻爾理論、量子力學(xué)初步、原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)、多電子原子、X射線(xiàn)、原子核物理概論。理論力學(xué)：使學(xué)生掌握力學(xué)的基本理論，培養(yǎng)學(xué)生理性思維能力。講授質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)、剛體力學(xué)、非慣性系動(dòng)力學(xué)與分析力學(xué)等基本理論。熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理：使學(xué)生掌握物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律及熱運(yùn)動(dòng)對(duì)物質(zhì)宏觀(guān)性質(zhì)的影響。講授熱力學(xué)的基本定律，熱力學(xué)函數(shù)、平衡及穩(wěn)定條件，相平衡及化學(xué)平衡，不可逆過(guò)程熱力學(xué)，最可幾統(tǒng)計(jì)法――玻爾茲曼分布、費(fèi)米分布、玻色分布，氣體和固體的熱容量理論，金屬中的電子氣體、平衡輻射，系統(tǒng)理論，熱力學(xué)的統(tǒng)計(jì)表達(dá)式，非理想氣體態(tài)式，漲落理論，非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理簡(jiǎn)介。電動(dòng)力學(xué)：使學(xué)生掌握電磁場(chǎng)的基本屬性及運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及它和帶電物質(zhì)之間的相互作用。講授電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律，靜電場(chǎng)和穩(wěn)定電流磁場(chǎng)，電磁波的傳播，電磁波的輻射，狹義相對(duì)論及帶電粒子和電磁場(chǎng)的相互作用。量子力學(xué)：了解微觀(guān)客體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，初步掌握量子力學(xué)的基本原理和方法。課程內(nèi)容包括波函數(shù)、薛定鄂方程，量子力學(xué)中的力學(xué)量，態(tài)和表象理論，微擾理論等。固體物理：初步掌握固體物理的基本原理和特點(diǎn)。課程內(nèi)容包括晶體、晶體的缺陷和擴(kuò)散、晶體振動(dòng)、相圖、能帶論、金屬和半導(dǎo)體電子論、固體的磁性和介電性等。數(shù)學(xué)物理方法：掌握有關(guān)復(fù)變函數(shù)、復(fù)變函數(shù)的積分、冪級(jí)數(shù)展開(kāi)、留數(shù)定理、傅里葉級(jí)數(shù)、積分變換、數(shù)學(xué)物理方程定解問(wèn)題、分離變數(shù)法、二階常微分方程的級(jí)數(shù)解法、本征值問(wèn)題、球函數(shù)、柱函數(shù)、格林函數(shù)、積分變換法等數(shù)學(xué)物理方法的基本知識(shí)。

3 培養(yǎng)規(guī)格及要求

通過(guò)四年的物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握數(shù)學(xué)的基本理論和基本方法，具有較高的數(shù)學(xué)修養(yǎng)；掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的、系統(tǒng)的物理學(xué)基礎(chǔ)理論及較廣泛的物理學(xué)基本知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)方法，具有一定的基礎(chǔ)科學(xué)研究能力和應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力；了解相近專(zhuān)業(yè)的一般原理和知識(shí)；了解物理學(xué)發(fā)展的前沿和科學(xué)發(fā)展的總體趨勢(shì)；了解國(guó)家科學(xué)技術(shù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等有關(guān)政策和法規(guī)；掌握資料查詢(xún)、文獻(xiàn)檢索及運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；具有一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，歸納、整理、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫(xiě)論文，參與學(xué)術(shù)交流的能力。具有計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基本技能。較熟練地掌握一門(mén)外國(guó)語(yǔ)言，具有良好的聽(tīng)、讀、寫(xiě)作和會(huì)話(huà)能力，能夠較順利地閱讀本專(zhuān)業(yè)的外文資料。

4 學(xué)生就業(yè)前景分析

重慶大學(xué)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)具有寬厚扎實(shí)的物理學(xué)基礎(chǔ)、綜合素質(zhì)優(yōu)秀，并且具有良好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能，能在物理學(xué)或相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中從事科研、教學(xué)、技術(shù)和相關(guān)管理工作的高素質(zhì)專(zhuān)門(mén)人才；培養(yǎng)良好的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)的思維方式，以及分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力以適應(yīng)學(xué)科交叉和社會(huì)的各種需要。

物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要從事以下一些行業(yè)：（1）繼續(xù)物理方向的深造，成為一名物理學(xué)家、物理教師。（2）從事與物理相關(guān)的一些工作，如技術(shù)工程師、發(fā)明家、研究助理等。（3）與物理關(guān)系不大的一些行業(yè)，如公務(wù)員、管理人員等。就業(yè)領(lǐng)域主要是：科研院所、高等院校、企事業(yè)單位、政府機(jī)關(guān)等。

總之，重慶大學(xué)成立物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的主要目的是發(fā)現(xiàn)與培養(yǎng)真正熱愛(ài)物理的好苗子，讓他們打好基礎(chǔ)，再繼續(xù)深造，為物理學(xué)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，有部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)自己并不是很適合學(xué)物理，可以申請(qǐng)轉(zhuǎn)專(zhuān)業(yè)，找到適合自己發(fā)展的方向。最后留下來(lái)的絕大部分同學(xué)都會(huì)繼續(xù)讀研深造，向著他們心中神圣的物理殿堂繼續(xù)努力。實(shí)踐表明，物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生物理基礎(chǔ)打得非常堅(jiān)實(shí)，為將來(lái)的繼續(xù)深造做好了準(zhǔn)備，即將畢業(yè)的學(xué)生將有部分保送到中國(guó)科學(xué)院及各大高校，其余的同學(xué)也成為了本校碩士生導(dǎo)師爭(zhēng)搶的對(duì)象。物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)是成功的，并且也已經(jīng)成為重慶大學(xué)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)特色專(zhuān)業(yè)，它將為全國(guó)培養(yǎng)和輸送更多、更好的物理方面人才。

基金項(xiàng)目：重慶大學(xué)人才引進(jìn)科研啟動(dòng)基金（0903005104675）資助

第3篇：量子力學(xué)的基本理論范文

【關(guān)鍵詞】量子;通信;技術(shù);發(fā)展

對(duì)量子信息進(jìn)行研究是將量子力學(xué)作為研究基礎(chǔ)，根據(jù)量子并行、糾纏以及不可克隆特性，探索量子編碼、計(jì)算、傳輸?shù)目赡苄?，以新途徑、思路、概念打破原有的芯片極限。從本質(zhì)來(lái)說(shuō)：量子信息是在量子物理觀(guān)念上引發(fā)的效應(yīng)。它的優(yōu)勢(shì)完全來(lái)源于量子并行，量子糾纏中的相干疊加為量子通訊提供了依據(jù)，量子密碼更多的取決于波包塌縮。理論上，量子通信能夠?qū)崿F(xiàn)通信過(guò)程，最初是通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)的，由于光纖會(huì)受到自身與地理?xiàng)l件限制，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，所以不利于全球化。到1993年，隱形傳輸方式被提出，通過(guò)創(chuàng)建脫離實(shí)物的量子通信，用量子態(tài)進(jìn)行信息傳輸，這就是原則上不能破譯的技術(shù)。但是，我們應(yīng)該看到，受環(huán)境噪聲影響，量子糾纏會(huì)隨著傳輸距離的拉長(zhǎng)效果變差。

一、量子通信技術(shù)

（一）量子通信定義

到目前為止，量子通信依然沒(méi)有準(zhǔn)確的定義。從物力角度來(lái)看，它可以被理解為物力權(quán)限下，通過(guò)量子效應(yīng)進(jìn)行性能較高的通信;從信息學(xué)來(lái)看，量子通信是在量子力學(xué)原理以及量子隱形傳輸中的特有屬性，或者利用量子測(cè)量完成信息傳輸?shù)倪^(guò)程。

從量子基本理論來(lái)看，量子態(tài)是質(zhì)子、中子、原子等粒子的具體狀態(tài)，可以代表粒子旋轉(zhuǎn)、能量、磁場(chǎng)和物理特性，它包含量子測(cè)不準(zhǔn)原理和量子糾纏，同時(shí)也是現(xiàn)代物理學(xué)的重點(diǎn)。量子糾纏是來(lái)源一致的一對(duì)微觀(guān)粒子在量子力學(xué)中的糾纏關(guān)系，同時(shí)這也是通過(guò)量子進(jìn)行密碼傳遞的基礎(chǔ)。Heisenberg測(cè)不準(zhǔn)原理作為力學(xué)基本原理，是同一時(shí)刻用相同精度對(duì)量子動(dòng)量以及位置的測(cè)量，但是只能精確測(cè)定其中的一樣結(jié)果。

（二）量子通信原理

量子通信素來(lái)具有速度快、容量大、保密性好等特征，它的過(guò)程就是量子力學(xué)原理的展現(xiàn)。從最典型的通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)具體包含：量子態(tài)、量子測(cè)量容器與通道，擁有量子效應(yīng)的有：原子、電子、光子等，它們都可以作為量子通信的信號(hào)。在這過(guò)程中，由于光信號(hào)擁有一定的傳輸性，所以常說(shuō)的量子通信都是量子光通信。分發(fā)單光子作為實(shí)施量子通信空間的依據(jù)，利用空間技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)空間量子的全球化通信，并且克服空間鏈路造成的距離局限。

利用糾纏量子中的隱形量子傳輸技術(shù)作為未來(lái)量子通信的核心，它的工作原理是：利用量子力學(xué)，由兩個(gè)光子構(gòu)成糾纏光子，不管它們?cè)谟钪嬷芯嚯x多遠(yuǎn)，都不能分割狀態(tài)。如果只是單獨(dú)測(cè)量一個(gè)光子情況，可能會(huì)得到完全隨機(jī)的測(cè)量結(jié)果;如果利用海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理進(jìn)行測(cè)量，只要測(cè)量一個(gè)光子狀態(tài)，縱使它已經(jīng)發(fā)生變化，另一個(gè)光子也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的變化，也就是塌縮。根據(jù)這一研究成果，Alice利用隨機(jī)比特，隨機(jī)轉(zhuǎn)換已有的量子傳輸狀態(tài)，在多次傳輸中，接受者利用量子信道接收;在對(duì)每個(gè)光子進(jìn)行測(cè)量時(shí)，同時(shí)也隨機(jī)改變了自己的基，一旦兩人的基一樣，一對(duì)互補(bǔ)隨機(jī)數(shù)也就產(chǎn)生。如果此時(shí)竊聽(tīng)者竊聽(tīng)，就會(huì)破壞糾纏光子對(duì)，Alice與Bob也就發(fā)覺(jué)，所以運(yùn)用這種方式進(jìn)行通信是安全的。

（三）量子密碼技術(shù)

從Heisenberg測(cè)不準(zhǔn)原理我們可以知道，竊聽(tīng)不可能得到有效信息，與此同時(shí)，竊聽(tīng)量子信號(hào)也將會(huì)留下痕跡，讓通信方察覺(jué)。密碼技術(shù)通過(guò)這一原理判別是否存在有人竊取密碼信息，保障密碼安全。而密鑰分配的基本原理則來(lái)源于偏振，在任意時(shí)刻，光子的偏振方向都擁有一定的隨機(jī)性，所以需要在糾纏光子間分設(shè)偏振片。如果光子偏振片與偏振方向夾角較小時(shí)，通過(guò)濾光器偏振的幾率很大，反之偏小。尤其是夾角為90度時(shí)，概率為0;夾角為45度時(shí)，概率是0.5，夾角是0度時(shí)，概率就是1;然后利用公開(kāi)渠道告訴對(duì)方旋轉(zhuǎn)方式，將檢測(cè)到的光子標(biāo)記為1，沒(méi)有檢測(cè)到的填寫(xiě)0，而雙方都能記錄的二進(jìn)制數(shù)列就是密碼。對(duì)于半路監(jiān)聽(tīng)的情況，在設(shè)置偏振片的同時(shí)，偏振方向的改變，這樣就會(huì)讓接受者與發(fā)送者數(shù)列出現(xiàn)差距。

（四）量子通信的安全性

從典型的數(shù)字通信來(lái)說(shuō)：對(duì)信息逐比特，并且完全加密保護(hù)，這才是實(shí)質(zhì)上的安全通信。但是它不能完全保障信息安全，在長(zhǎng)度有限的密文理論中，經(jīng)不住窮舉法影響。同時(shí)，偽隨機(jī)碼的周期性，在重復(fù)使用密鑰時(shí)，理論上能夠被解碼，只是周期越長(zhǎng)，解碼破譯難度就會(huì)越大。如果將長(zhǎng)度有限的隨機(jī)碼視為密鑰，長(zhǎng)期使用雖然也會(huì)具有周期特征，但是不能確保安全性。

從傳統(tǒng)的通信保密系統(tǒng)來(lái)看，使用的是線(xiàn)路加密與終端加密整合的方式對(duì)其保護(hù)。電話(huà)保密網(wǎng)，是在話(huà)音終端上利用信息通信進(jìn)行加密保護(hù)，而工作密鑰則是偽隨機(jī)碼。

二、量子通信應(yīng)用與發(fā)展

和傳統(tǒng)通信相比，量子通信具有很多優(yōu)勢(shì)，它具有良好的抗干擾能力，并且不需要傳統(tǒng)信道，量子密碼安全性很高，一般不能被破譯，線(xiàn)路時(shí)延接近0，所以具有很快的傳輸速度。目前，量子通信已經(jīng)引起很多軍方和國(guó)家政府的關(guān)注。因?yàn)樗芙⑵馃o(wú)法破譯的系統(tǒng)，所以一直是日本、歐盟、美國(guó)科研機(jī)構(gòu)發(fā)展與研究的內(nèi)容。

在城域通信分發(fā)與生成系統(tǒng)中，通過(guò)互聯(lián)量子路由器，不僅能為任意量子密碼機(jī)構(gòu)成量子密碼，還能為成對(duì)通信保密機(jī)利用，它既能用于逐比特加密，也能非實(shí)時(shí)應(yīng)用。在嚴(yán)格的專(zhuān)網(wǎng)安全通信中，通過(guò)以量子分發(fā)系統(tǒng)和密鑰為支撐，在城域范疇，任何兩個(gè)用戶(hù)都能實(shí)現(xiàn)逐比特密鑰量子加密通信，最后形成安全性有保障的通信系統(tǒng)。在廣域高的通信網(wǎng)絡(luò)中，受傳輸信道中的長(zhǎng)度限制，它不可能直接創(chuàng)建出廣域的通信網(wǎng)絡(luò)。如果分段利用量子密鑰進(jìn)行實(shí)時(shí)加密，就能形成安全級(jí)別較高的廣域通信。它的缺點(diǎn)是，不能全程端與端的加密，加密節(jié)點(diǎn)信息需要落地，所以存在安全隱患。目前，隨著空間光信道量子通信的成熟，在天基平臺(tái)建立好后，就能實(shí)施范圍覆蓋，從而拓展量子信道傳輸。在這過(guò)程中，一旦量子中繼與存儲(chǔ)取得突破，就能進(jìn)一步拉長(zhǎng)量子信道的輸送距離，并且運(yùn)用到更寬的領(lǐng)域。例如：在潛安全系統(tǒng)中，深海潛艇與岸基指揮一直是公認(rèn)的世界難題，只有運(yùn)用甚長(zhǎng)波進(jìn)行系統(tǒng)通信，才能實(shí)現(xiàn)幾百米水下通信，如果只是使用傳統(tǒng)的加密方式，很難保障安全性，而利用量子隱形和存儲(chǔ)將成為開(kāi)辟潛通的新途徑。

三、結(jié)束語(yǔ)

量子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，作為現(xiàn)代科學(xué)與物理學(xué)的進(jìn)步標(biāo)志之一，它對(duì)人類(lèi)發(fā)展以及科學(xué)建設(shè)都具有重要作用。因此，在實(shí)際工作中，必須充分利用通信技術(shù)，整合國(guó)內(nèi)外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，從各方面推進(jìn)量子通信技術(shù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]徐啟建，金鑫，徐曉帆等.量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2009，4（5）：491-497.

第4篇：量子力學(xué)的基本理論范文

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(lèi)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(lèi)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(guān)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(guān)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(xiàn)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(guān)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(lèi)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?？梢哉f(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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)與微觀(guān)是相對(duì)的，宏觀(guān)體系由大量的微觀(guān)系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀(guān)到宏觀(guān)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(guān)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(guān)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(guān)測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀(guān)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(lài)于向廣漠的宇宙更遙遠(yuǎn)處觀(guān)測(cè)的新結(jié)果，這需要人類(lèi)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(guān)測(cè)到的范圍以?xún)?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(xiàn)性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線(xiàn)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(guān)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?！薄叭藗?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(guān)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(xiàn)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(guān)點(diǎn)。

三、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?，F(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(guān)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(guān)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(guān)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(huà)，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(mǎn)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(guān)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(lèi)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(guān)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(guān)方向上深入下去；（2）在宏觀(guān)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(xiàn)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(guān)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

第5篇：量子力學(xué)的基本理論范文

關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)化學(xué)；教學(xué)效果；探索與實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）16-0256-02

0 引言

結(jié)構(gòu)化學(xué)作為普通高?；瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)理論專(zhuān)業(yè)課，此課程是以量子力學(xué)和現(xiàn)代分析測(cè)試儀器為理論和技術(shù)基礎(chǔ)，研究原子、分子以及晶體的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系的一門(mén)學(xué)科，這門(mén)課的核心內(nèi)容包含兩部分內(nèi)容-電子結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，前者研究描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)，后者主要是分子和晶體在空間的排布情況；一條主線(xiàn)為結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)[1-3]。量子化學(xué)是結(jié)構(gòu)化學(xué)的理論基礎(chǔ)，它有固有的不可避免的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，還有很多復(fù)雜抽象的哲學(xué)概念，因此很多學(xué)生感到難學(xué)，容易喪失結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。所以，本文針對(duì)課程特點(diǎn)，在總結(jié)結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，探索教學(xué)方法，提高學(xué)生積極性，提高課堂教學(xué)效果。

1 教學(xué)與學(xué)科發(fā)展史相結(jié)合

量子力學(xué)雖然是結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)，但并不是主要內(nèi)容，在課程上只是用量子力學(xué)引出對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)非常重要的新概念，例如原子軌道、分子軌道、能級(jí)等，從微觀(guān)世界解釋或預(yù)言化學(xué)問(wèn)題，但根本不會(huì)把課程深入到量子力學(xué)的叢林中。所以在課程開(kāi)篇時(shí)讓學(xué)生了解量子力學(xué)發(fā)展史上一些事件，接受量子概念，理解化學(xué)問(wèn)題，從而學(xué)到科學(xué)方法論。

例如在課程開(kāi)篇前介紹課程大致框架，介紹結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)展史與諾貝爾獎(jiǎng)，通過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的簡(jiǎn)介讓學(xué)生了解結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)展史，從而吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在介紹19世紀(jì)末經(jīng)典力學(xué)時(shí)，引入開(kāi)爾文在新年獻(xiàn)詞中的話(huà)-物理學(xué)上空飄著兩朵烏云：Michelson-Morley實(shí)驗(yàn)和黑體輻射，吸引學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。在后期教學(xué)中，向?qū)W生介紹德布羅意：他大學(xué)學(xué)習(xí)歷史畢業(yè)后受哥哥影響對(duì)物理發(fā)生興趣，一戰(zhàn)后隨朗之萬(wàn)攻讀博士，在博士論文里面提出的理論揭示了光子和物質(zhì)粒子之間的對(duì)稱(chēng)性，并得到了愛(ài)因斯坦的肯定，在1929年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。通過(guò)德布羅意的簡(jiǎn)介告訴學(xué)生興趣是最好的老師，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)也是如此，從而克服學(xué)生畏難情緒。

另外，在教學(xué)中根據(jù)學(xué)科發(fā)展，適時(shí)增加教材中沒(méi)有的學(xué)科前沿?zé)狳c(diǎn)和動(dòng)態(tài)，學(xué)生反饋意見(jiàn)表明，通過(guò)教學(xué)與學(xué)科發(fā)展史相結(jié)合、課堂與學(xué)科前沿相結(jié)合的講授方式，使學(xué)生學(xué)到基礎(chǔ)知識(shí)同時(shí)，又能知道課程知識(shí)與科研之間的聯(lián)系， 激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和從事科研的熱情。

2 課堂教學(xué)注重準(zhǔn)確性和條理性

由于結(jié)構(gòu)化學(xué)的課程特點(diǎn)，教師講授過(guò)程中如果稍有疏忽，容易導(dǎo)致學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣下降。所以，在授課過(guò)程中不能照本宣科，不能照著PPT課件念，必須對(duì)于基本概念基本理論要有準(zhǔn)確的描述和解釋?zhuān)荒苣＠鈨煽伞：芏嗟臄?shù)理推導(dǎo)貫穿于結(jié)構(gòu)化學(xué)課程中，但是對(duì)于這些推導(dǎo)過(guò)程并不要求學(xué)生掌握，但是教師也不能避而不談，必須講清楚詳細(xì)的推導(dǎo)過(guò)程，讓學(xué)生知道來(lái)龍去脈，從而學(xué)生才能更好的掌握和理解這些結(jié)論。例如在講解單電子原子的Schr dinger方程及其解這一節(jié)時(shí)，先給學(xué)生簡(jiǎn)單介紹氫原子體系薛定諤方程的處理，在變數(shù)分離以后得到三個(gè)方程，從而根據(jù)方程的邊界條件引入三個(gè)量子數(shù)，讓學(xué)生明白根據(jù)三個(gè)方程分別得到的是哪些量子數(shù)，這樣學(xué)生對(duì)量子數(shù)就有了清晰的認(rèn)識(shí)，再結(jié)合無(wú)機(jī)化學(xué)課程里面的知識(shí)，對(duì)下一節(jié)量子數(shù)的物理意義就有了很好的認(rèn)識(shí)。

3 理論聯(lián)系實(shí)際，注重能力培養(yǎng)

結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系是結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的一條主線(xiàn)，雖然本課程理論性很強(qiáng)，但是還是有實(shí)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)的支撐。在課本第四章分子的對(duì)稱(chēng)性理論課結(jié)束后增加1-2周的模型實(shí)習(xí)，給出第四章課本出現(xiàn)的分子的球棍模型，讓學(xué)生了解其對(duì)稱(chēng)性，讓后將分子拆開(kāi)后再組裝起來(lái)，通過(guò)這種練習(xí)加深學(xué)生對(duì)分子對(duì)稱(chēng)性的理解。另外，基于學(xué)校的科研平臺(tái)，讓學(xué)生參與教師的科研課題中來(lái)，在儀器的使用實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將所學(xué)知識(shí)用到實(shí)際操作中，學(xué)會(huì)處理數(shù)據(jù)，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，加深對(duì)課程知識(shí)的理解，加深學(xué)生科研能力。實(shí)踐表明，化學(xué)專(zhuān)業(yè)部分學(xué)生通過(guò)這個(gè)過(guò)程提高了動(dòng)手能力，在研究生面試實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以及中學(xué)教學(xué)中都取得了很好的效果，部分研究生總體面試成績(jī)還是名列前茅。

4 充分利用多媒體教學(xué)手段輔助教學(xué)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，各個(gè)學(xué)校均使用了多媒體教學(xué)?？梢园汛罅恐R(shí)點(diǎn)列于幻燈片中，通過(guò)教師講解框架結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生充分理解課程知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，加深對(duì)知識(shí)的掌握。結(jié)構(gòu)化學(xué)是在微觀(guān)層面研究原子、分子以及晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。傳統(tǒng)教學(xué)沒(méi)有直觀(guān)演示，學(xué)生會(huì)剛拿到枯燥無(wú)味，難以理解結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系。因此在教學(xué)中我們用Chemwindow6.0，Origin 7.5，F(xiàn)lash等軟件制作原子軌道線(xiàn)性組合成分子軌道動(dòng)態(tài)圖、分子的三維空間結(jié)構(gòu)圖，晶體結(jié)構(gòu)圖，使得抽象變得具體，更直觀(guān)更清晰地展示出分子的三維空間結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)獲得大量知識(shí)，從而提高了教學(xué)效率。

5 課程教學(xué)與練習(xí)同步

在課程教學(xué)前，教師可以提前制作結(jié)構(gòu)化學(xué)題庫(kù)，題庫(kù)內(nèi)容應(yīng)每章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，主要題型為選擇題、判斷題、填空題、問(wèn)答題和計(jì)算題。在每一章教學(xué)中和結(jié)束后，始終貫穿著練習(xí)，隨時(shí)把握學(xué)生掌握情況，及時(shí)解決學(xué)生出現(xiàn)問(wèn)題?？己藢W(xué)生掌握情況可以包括課堂提問(wèn)和發(fā)問(wèn)，課后作業(yè)以及每章從題庫(kù)抽取的練習(xí)題測(cè)試等多種形式，在教與學(xué)中把“過(guò)程”和“終結(jié)”有機(jī)結(jié)合起來(lái)，例如在講授完量子數(shù)意義后，引入一道化學(xué)奧賽題：假如某星球的元素量子數(shù)服從下面限制：n為正整數(shù)；l=0、1、2……；m=±l；ms=+1/2，那么在這個(gè)星球上，前4個(gè)惰性元素的原子序數(shù)各是多少？在解這樣的題中讓學(xué)生學(xué)會(huì)活學(xué)活用。總之，采用引起學(xué)生注意、提供學(xué)習(xí)的指導(dǎo)、后期反饋等一系列環(huán)節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高，學(xué)習(xí)效果有很大的改善。

6 小結(jié)

在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)以上幾種方法的有機(jī)結(jié)合，學(xué)生教學(xué)評(píng)價(jià)最多的是學(xué)習(xí)主動(dòng)性顯著提高，興趣有很大提高，課堂氣氛活躍。學(xué)生自己獲取和應(yīng)用知識(shí)、解決課程問(wèn)題能力有了很大的提高，學(xué)生也不再感覺(jué)“結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)如登天”、“結(jié)構(gòu)不再是噩夢(mèng)”。

參考文獻(xiàn)：

[1]周公度，段連運(yùn).結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

第6篇：量子力學(xué)的基本理論范文

【關(guān)鍵詞】:物理 發(fā)展 二十一世紀(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：D62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8809（2010）05-0282-01

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(guān)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(xiàn)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(guān)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！

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(guān)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(guān)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(guān)測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀(guān)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。

（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(xiàn)性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線(xiàn)性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

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，但是他努力探索了三十年，最終沒(méi)有成功。我對(duì)此有不同的觀(guān)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?！薄叭藗?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(guān)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)。

（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(guān)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。

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。

第7篇：量子力學(xué)的基本理論范文

20世紀(jì)后半葉，物理學(xué)在此前建立起來(lái)的狹義相對(duì)論、量子力學(xué)、量子電動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理和許多重要物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以前所未有的速度發(fā)展著。許多物理學(xué)的分支學(xué)科，如原子、分子物理、原子核物理、固體物理、等離子體物理以及粒子物理等，都得到極大發(fā)展。與此同時(shí)，科學(xué)發(fā)展的另一個(gè)重要特征是學(xué)科間相互滲透和交叉綜合。物理學(xué)和其他學(xué)科相互滲透，產(chǎn)生了一系列交叉學(xué)科和邊緣學(xué)科，如化學(xué)物理、生物物理、大氣物理、海洋物理、地球物理等等。物理學(xué)的新概念、新理論和新的實(shí)驗(yàn)方法向其他學(xué)科轉(zhuǎn)移，促成各學(xué)科的發(fā)展并成為其組成部分。

20世紀(jì)后半葉，新技術(shù)特別是高新技術(shù)發(fā)展之快也是前所未有的。高技術(shù)包含的科學(xué)知識(shí)高度密集，綜合性極高，如紅外和紅外成像技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、信息技術(shù)、航天技術(shù)、生物技術(shù)等等，都無(wú)一例外地與物理學(xué)等學(xué)科的基本概念、基本理論和基本實(shí)驗(yàn)方法密切相關(guān)，其發(fā)展在很大程度上依賴(lài)包括物理學(xué)在內(nèi)的各學(xué)科的發(fā)展。

現(xiàn)代軍事科學(xué)技術(shù)的知識(shí)密集性、綜合性極高，處于科學(xué)技術(shù)的前沿，近幾年來(lái)的局部戰(zhàn)爭(zhēng)向人們展示，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)在相當(dāng)大程度上是高新技術(shù)的較量?，F(xiàn)代軍事科學(xué)技術(shù)離不開(kāi)物理學(xué)和物理學(xué)的新成就，如紅外夜視、激光制導(dǎo)、激光雷達(dá)、三相彈等都與物理學(xué)原理和物理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)密切相關(guān)。

這一切都表明，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程中，物理學(xué)不但在歷史上曾經(jīng)是處于主導(dǎo)地位的，在20世紀(jì)是處于主導(dǎo)地位的，而且毫無(wú)疑問(wèn)，21世紀(jì)物理學(xué)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中也必將處于主導(dǎo)地位，它的作用將會(huì)更加突出。

大學(xué)物理課是一門(mén)重要基礎(chǔ)課，它的作用一方面是為學(xué)生較系統(tǒng)地打好必要的物理基礎(chǔ)，另一方面是使學(xué)生初步學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法和研究方法，這些都起著增強(qiáng)適應(yīng)能力、開(kāi)闊劉義洪盈贅大爭(zhēng)物雙教爭(zhēng)敬沮思路、激發(fā)探索和創(chuàng)新精神、提高人才素質(zhì)的重要作用。學(xué)好大學(xué)物理，不僅對(duì)學(xué)生在校學(xué)習(xí)十分重要，而且對(duì)學(xué)生畢業(yè)后的工作和在工作中進(jìn)一步學(xué)習(xí)新理論、新知識(shí)、新技術(shù)、不斷更新知識(shí)，都將發(fā)生深遠(yuǎn)的影響。物理課的這一作用，特別為許多專(zhuān)家、教授、高級(jí)工程技術(shù)專(zhuān)家所強(qiáng)調(diào)。

我國(guó)工科大學(xué)物理的學(xué)時(shí)一直少于理科。因此，目前實(shí)施的教學(xué)內(nèi)容，主要是傳統(tǒng)物理課內(nèi)容在給定學(xué)時(shí)范圍內(nèi)一再精選后形成的。總的來(lái)講，工科大學(xué)生的物理基礎(chǔ)較薄弱，物理知識(shí)面也較窄，特別是近代物理和現(xiàn)代工程技術(shù)有關(guān)的物理基礎(chǔ)和現(xiàn)代工程技術(shù)方面的新知識(shí)更顯薄弱。如我們的課程基本要求中沒(méi)有物性學(xué)、分子、原子核、粒子等內(nèi)容;沒(méi)有偏振光干涉、核磁共振、穆斯堡爾效應(yīng)等內(nèi)容;量子物理、統(tǒng)計(jì)物理等近代物理基礎(chǔ)的基本概念、基本理論和知識(shí)甚為薄弱。這些內(nèi)容，工科一般專(zhuān)業(yè)在后續(xù)課中多不再涉及，而它們恰恰是當(dāng)今學(xué)習(xí)新理論、新知識(shí)和新技術(shù)所要涉及的，有些甚至已成為當(dāng)今高新技術(shù)的組成部分。在這個(gè)意義上講，大學(xué)物理課內(nèi)容“老的多、新的少”。因此，更新內(nèi)容，加強(qiáng)現(xiàn)代物理和現(xiàn)代工程技術(shù)有關(guān)知識(shí)，特別是有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，是工科物理教學(xué)改革必須面向的首要問(wèn)題。

二、工科物理課教學(xué)改革

工科大學(xué)物理課程的教學(xué)改革是很復(fù)雜的，也是很困難的，不可能一嗽而就。應(yīng)該堅(jiān)持以下原則:不應(yīng)改變物理課作為基礎(chǔ)課的地位和作用，應(yīng)著力研究現(xiàn)代高級(jí)工程技術(shù)人才應(yīng)具備什么樣的物理基礎(chǔ);要重點(diǎn)研究如何處理好經(jīng)典物理和近代物理及有關(guān)近代內(nèi)容的關(guān)系;應(yīng)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力上加大力度，與研究教學(xué)內(nèi)容改革的同時(shí)，還必須系統(tǒng)地研究教學(xué)方法、考試方法等教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。

工科大學(xué)物理課內(nèi)容改革的重點(diǎn)在于加強(qiáng)物理學(xué)基礎(chǔ)(包括經(jīng)典物理基礎(chǔ)和近代物理基礎(chǔ))，同時(shí)適當(dāng)?shù)亟榻B反映現(xiàn)代物理和現(xiàn)代工程技術(shù)的新知識(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中提高學(xué)生分析及解決問(wèn)題的能力和獨(dú)立獲取知識(shí)的能力。由于工科物理課程教學(xué)時(shí)數(shù)少，只靠課程內(nèi)容和體系本身改革回旋余地小，改革要將課內(nèi)課外、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課與課間關(guān)系諸方面綜合考慮。

（一)課程教學(xué)內(nèi)容改革，應(yīng)以物理課程教學(xué)基本要求為依據(jù)。在保證經(jīng)典的前提下，進(jìn)一步精選經(jīng)典物理內(nèi)容，突出教學(xué)內(nèi)容及能力培養(yǎng)，避免過(guò)分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和嚴(yán)密性等，在整個(gè)經(jīng)典物理教學(xué)過(guò)程中應(yīng)貫徹加強(qiáng)近代思想;在近代物理基礎(chǔ)的基本要求部分，加強(qiáng)量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理基礎(chǔ)知識(shí)，以利于學(xué)生在校和離校后進(jìn)一步學(xué)習(xí)新理論、新知識(shí)和新技術(shù);加強(qiáng)現(xiàn)代工程技術(shù)物理基礎(chǔ)專(zhuān)題，這部分內(nèi)容應(yīng)側(cè)重物理原理，而不要停留在科普水平上，上述三部分內(nèi)容的講授學(xué)時(shí)，分別約占總學(xué)時(shí)的58%、27%和15%。

(二)開(kāi)設(shè)物理類(lèi)和技術(shù)類(lèi)專(zhuān)題選修課(或講座)。物理類(lèi)選修課:如現(xiàn)代物理導(dǎo)論、混沌、原子和分子物理、核物理、天體物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理、嫡和信息、傅里葉光學(xué)、非線(xiàn)性光學(xué)、非線(xiàn)性力學(xué)等、技術(shù)類(lèi)選修課:如現(xiàn)代工程技術(shù)專(zhuān)題、激光技術(shù)、光散射技術(shù)、全息技術(shù)、穆斯堡爾譜學(xué)、核磁共振技術(shù)、薄膜技術(shù)、換能器、紅外技術(shù)、低溫和超導(dǎo)等。選修課應(yīng)著重物理概念、物理思想和方法，不追求數(shù)學(xué)嚴(yán)密性，不過(guò)分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和完整性。

(三)教學(xué)手段改革是教學(xué)改革的重要組成部分。粉筆加教鞭不適應(yīng)改革的需要已經(jīng)成為人們的共識(shí)。近幾年來(lái)，有許多院校在多媒體輔助教學(xué)上做了大量的工作。實(shí)踐證明，把多媒體技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)可以改變信息的包裝形式，在計(jì)算機(jī)上把圖、文、聲、像集成在一起，提高教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)力和感染力，能調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)運(yùn)用多種感觀(guān)積極參與多媒體的活動(dòng)，使學(xué)生由知識(shí)的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)為主動(dòng)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，這也為教學(xué)研究提供了有力工具，為教學(xué)的順暢實(shí)施與高效提供了可靠的技術(shù)保障。在提高認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，加大這方面的資金投人，多媒體輔助教學(xué)必將成為21世紀(jì)教學(xué)手段的主體。而多媒體輔助教學(xué)軟件也應(yīng)向智能化方向發(fā)展。1997年n月6日，中國(guó)物理學(xué)會(huì)正式宣布中國(guó)物理教育網(wǎng)建立。這就為網(wǎng)上教學(xué)和科研提供了方便，物理教育工作者應(yīng)充分利用這一有利條件，從網(wǎng)上獲取信息服務(wù)于教學(xué)。名校、名師更應(yīng)在網(wǎng)上傳播自己的教法和經(jīng)驗(yàn)，使大家受益。

第8篇：量子力學(xué)的基本理論范文

這其中的根本原因在于，傳統(tǒng)理論物理教學(xué)偏重“純”理論講解和公式推導(dǎo)，常使學(xué)生感到枯燥無(wú)味，甚至存在“用處不大”、“無(wú)任何實(shí)用性”等誤解，因此理論物理被師生公認(rèn)為“難學(xué)也難教”，總體教學(xué)效果相對(duì)不甚如意，這也是其它理工類(lèi)的理論課面臨的問(wèn)題。但不能把理論物理教學(xué)的這種困境完全歸因于其本身的抽象和深?yuàn)W等客觀(guān)因素，實(shí)際在教學(xué)思想和教學(xué)方法等主觀(guān)因素上，目前仍存在不少弊端。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前理論物理教學(xué)模式普遍單一，大都采用灌輸式的傳統(tǒng)教學(xué)，注重理論推導(dǎo)，這雖適宜傳授知識(shí)，但缺乏教學(xué)應(yīng)有的直觀(guān)性和啟發(fā)性，并鮮能涉及前沿領(lǐng)域，知識(shí)面窄，與實(shí)際脫節(jié)，不重能力培養(yǎng)，束縛了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與個(gè)性發(fā)展。

放眼到國(guó)外，我們也不難發(fā)現(xiàn)，最近三、四十年國(guó)外理論物理教學(xué)的變化和發(fā)展相當(dāng)驚人，主要體現(xiàn)在以下幾方面：1.教材出發(fā)點(diǎn)顯著提高，深度和難點(diǎn)都遠(yuǎn)超我國(guó)現(xiàn)有教材；2.教學(xué)內(nèi)容涉及范圍更為廣泛，包含許多與科研、生產(chǎn)和生活密切聯(lián)系的知識(shí)內(nèi)容，使人耳目一新；3.真正實(shí)現(xiàn)“精講多練”，對(duì)基本概念和基礎(chǔ)理論只作簡(jiǎn)要介紹，而以大量經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析和解答并與實(shí)際密切聯(lián)系的例題作為主線(xiàn)，不僅大大開(kāi)闊了學(xué)生的眼界和思路，并且還為培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力進(jìn)行了富有成效的示范；4.部分習(xí)題要求學(xué)生利用計(jì)算機(jī)求解，使學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識(shí)和編程能力經(jīng)受考驗(yàn)并有實(shí)際用武之地。

以上這些都是我國(guó)現(xiàn)行的理論物理教學(xué)所無(wú)法比擬的。由于受傳統(tǒng)教學(xué)大綱和學(xué)時(shí)數(shù)的限制，國(guó)內(nèi)高校的理論物理各門(mén)課程往往只能在搭起基本理論框架后就已接近尾聲，應(yīng)用內(nèi)容相當(dāng)貧乏或干脆沒(méi)有，至于介紹物理學(xué)最新成就更是“鳳毛麟角”，至多也只能點(diǎn)到為止，絲毫體現(xiàn)不出理論物理在培養(yǎng)科學(xué)思維方法和解決實(shí)際問(wèn)題的威力所在。因此，絕大多數(shù)學(xué)生反映不僅學(xué)起來(lái)十分費(fèi)勁，并且學(xué)完了也不知道究竟有何用處。

如何使學(xué)生不要忽略理論物理的基礎(chǔ)性和重要性，即如何將“理論”物理的“應(yīng)用”性?xún)r(jià)值充分體現(xiàn)，是“知行合一”的物理專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)所要求的。因此，理論物理教學(xué)需改革舊的教學(xué)模式，探索一條克服弊端、走出困境的新路。就大學(xué)本科階段的物理教學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)是最能體現(xiàn)理論和實(shí)踐相結(jié)合的，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的最重要環(huán)節(jié)。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國(guó)很多高校中實(shí)驗(yàn)與理論授課結(jié)合不緊密，實(shí)驗(yàn)的輔助作用沒(méi)有得到有效發(fā)揮，西方科技發(fā)達(dá)國(guó)家則非常重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究問(wèn)題的方法。科學(xué)素質(zhì)教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，因此，將物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)體系有機(jī)結(jié)合，是目前教學(xué)改革的重點(diǎn)和時(shí)代的必然要求。

在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，筆者及其課程組成員積極嘗試，將形式靈活多樣的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)引入到電動(dòng)力學(xué)、理論力學(xué)等系列理論物理課程，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，初步摸索出一條針對(duì)“純”理論物理課程教學(xué)的新路子。例如針對(duì)電動(dòng)力學(xué)，目前絕大多數(shù)院校的電動(dòng)力學(xué)仍采取純粹的理論講授形式，我們則大膽地在理論教學(xué)之外引入了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在近代物理實(shí)驗(yàn)中精心挑選了4個(gè)與課程理論內(nèi)容結(jié)合緊密、同時(shí)具有科學(xué)前沿性與應(yīng)用廣泛性的實(shí)驗(yàn)：高溫超導(dǎo)材料電溫特性測(cè)試、微波的傳輸特性和基本測(cè)量、微波分光、光拍法光速測(cè)量實(shí)驗(yàn)等，供光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生選做，實(shí)驗(yàn)成績(jī)計(jì)入平時(shí)成績(jī)。該措施得到了學(xué)生的普遍贊譽(yù)和積極響應(yīng)，使他們?cè)诶碚撝獾玫綄?shí)踐鍛煉，加深了對(duì)理論的理解，提高了思考和解決問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)中還鼓勵(lì)學(xué)生以已有儀器為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。例如，在微波分光儀上，學(xué)生利用自制的模具，做了二維物體的微波衍射效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)相關(guān)基本理論的理解，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力。

此外，課程組教師還有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)、記錄與課堂知識(shí)有關(guān)的問(wèn)題或疑點(diǎn)，鼓勵(lì)他們對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行討論。同時(shí)教師也在課堂上主動(dòng)加入一些小課題，這些課題不一定要有重大意義或科學(xué)價(jià)值（如課本上未加詳細(xì)討論的內(nèi)容），也不一定非要學(xué)生如搞科研般埋頭苦鉆。一般學(xué)生只要能?chē)L試寫(xiě)出研究性或綜述性報(bào)告，就能達(dá)到培養(yǎng)基本科研素質(zhì)，提高思維方法的教育目的。而對(duì)于那些肯鉆研的學(xué)生，則可根據(jù)其特點(diǎn)，鼓勵(lì)其參與教師的科研活動(dòng)。一旦學(xué)生經(jīng)過(guò)自己的鉆研獲得成功，就會(huì)得到身心的愉悅。

上述工作不但需要學(xué)生掌握好相關(guān)的課內(nèi)知識(shí)點(diǎn)，而且需要查閱大量課外資料和文獻(xiàn)，從而達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生科研能力的目的。經(jīng)近幾年的實(shí)踐，上述措施效果顯著。

總之，在針對(duì)如何有效地改革理論物理系列課程的教學(xué)模式這一問(wèn)題上，廣大物理教師應(yīng)積極思考和探索，嘗試將開(kāi)放的、研究性的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)靈活引入教學(xué)，使學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)能更有效地接受知識(shí)，幫助其真正理解理論物理的“美”和“應(yīng)用性”，并力圖與學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合，激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣，大大提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力，為最終培養(yǎng)成為有知識(shí)、有能力、適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的應(yīng)用型大學(xué)本科人才而打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

第9篇：量子力學(xué)的基本理論范文

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型本科院校 卓越計(jì)劃 大學(xué)物理 教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.01.044

Investigation of College Physics Teaching Reforming of Application

-oriented Colleges Based on Excellence Program

YONG Yongliang， LI Xiaohong， CHEN Qingdong

（College of Physics and Engineering， He'nan University of Science and Technology， Luoyang， He'nan 471023）

Abstract College physics is a major fundamental course for the students of the science and engineering in universities and colleges. According to the objectives in talent cultivation of application-oriented colleges， we have innovated the teaching content and teaching methods of college physics based on excellence program.

Key words application-oriented colleges; excellence program; college physics; teaching reform

教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱(chēng)“卓越計(jì)劃”）是國(guó)家教育改革和發(fā)展的重大改革項(xiàng)目，是我國(guó)高等工程教育改革，促進(jìn)高等工程教育質(zhì)量全面提升的重要舉措。①旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)，對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。②當(dāng)前應(yīng)用型本科院校無(wú)論在發(fā)展的外部環(huán)境還是內(nèi)部條件方面都面臨挑戰(zhàn)，在高等學(xué)校發(fā)展序列中處于“中間地帶”，前面有老牌的、強(qiáng)勢(shì)的研究型大學(xué)，后面有各類(lèi)高職院校，應(yīng)用型本科院校必須建立具有自身特色的培養(yǎng)目標(biāo)和模式， 才是多數(shù)新建本科院校的合理選擇并符合社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。③而各個(gè)本科課程只有進(jìn)行必要的改革，才能適應(yīng)應(yīng)用型本科院校的發(fā)展。

大學(xué)物理是面向高等院校理工農(nóng)醫(yī)各專(zhuān)業(yè)的一門(mén)公共基礎(chǔ)課，擔(dān)負(fù)著提高學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生數(shù)理思想的重任。該課程涉及面廣、知識(shí)涵蓋范圍大對(duì)于各專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課都要應(yīng)用本課程引入的基本概念、基本理論和基本方法。更重要的是還關(guān)系到培養(yǎng)學(xué)生觀(guān)察問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題等方面具有其他課程所不能替代的作用。應(yīng)用型本科院校在“卓越計(jì)劃”的大背景下如何在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)方式上對(duì)大學(xué)物理這門(mén)課程進(jìn)行建設(shè)和改革，如何拓展和完善教學(xué)素材和教學(xué)資源，是值得認(rèn)真思考和積極探索的問(wèn)題。④經(jīng)過(guò)近幾年的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)基于“卓越計(jì)劃”的大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行了改革和探索

1合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1.1針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)，精選教學(xué)內(nèi)容

卓越計(jì)劃目的在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力強(qiáng)以及適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，大學(xué)物理這門(mén)課程內(nèi)容繁多，知識(shí)面寬廣，以至于很多學(xué)生覺(jué)得大學(xué)物理的很多內(nèi)容對(duì)他們后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)，以后的考研或者工作幫助都不是很大，使得學(xué)生將學(xué)學(xué)物理看成是一種拿學(xué)分的沒(méi)有必要的課程。另一方面，大學(xué)物理的部分內(nèi)容對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生幫助很大，學(xué)生也很愿意學(xué)，但是由于學(xué)時(shí)的限制，不能過(guò)多的介紹，使得學(xué)生覺(jué)得意猶未盡，沒(méi)有學(xué)到更多對(duì)自己有幫助的內(nèi)容。這樣一來(lái)，學(xué)生學(xué)學(xué)物理的興趣不高，學(xué)習(xí)效果令人擔(dān)憂(yōu)。事實(shí)上，大學(xué)物理的部分內(nèi)容對(duì)于不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)而言的確作用不是很大。例如，近代物理中的狹義相對(duì)論和量子力學(xué)的內(nèi)容對(duì)于車(chē)輛工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言，幫助就相對(duì)很小，教師在講臺(tái)上滔滔不絕，學(xué)生在下面也只是聽(tīng)個(gè)“稀罕”，聽(tīng)得無(wú)奈。相反，力學(xué)部分中的剛體力學(xué)對(duì)于他們相當(dāng)重要，他們也愿意花時(shí)間、花精力去學(xué)習(xí)，但是根據(jù)傳統(tǒng)的教學(xué)要求，這部分課時(shí)少得可憐，只能淺嘗輒止地介紹相關(guān)的概念，具體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和角動(dòng)量守恒在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用等內(nèi)容只是稍微提一下。因此，根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，要適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。例如，材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)可以增加熱學(xué)和近代物理中的納米材料方面的知識(shí)等，相對(duì)減少近代物理中早期量子論的相關(guān)內(nèi)容。但是，在針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，要注重物理知識(shí)的系統(tǒng)性，有些內(nèi)容不是不講，而是點(diǎn)到為止。

1.2針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容模塊化處理

上面提到，根據(jù)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)情況，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于學(xué)生幫助大的要多講，深講，而用處不大的，為了知識(shí)的系統(tǒng)性也要點(diǎn)到為止。此時(shí)，可以將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化處理。⑤也就是根據(jù)物理知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，將內(nèi)容分成若干模塊，這樣將有利于知識(shí)的系統(tǒng)性、針對(duì)性和靈活性。特別是，那些學(xué)生專(zhuān)業(yè)不是很重要的物理知識(shí)，進(jìn)行模塊化處理后，利用較少的學(xué)時(shí)，以作報(bào)告或者講座的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，使得學(xué)生更容易地接受這些內(nèi)容。例如，自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，沒(méi)有必要對(duì)熱學(xué)部分掌握較深，因此這部分內(nèi)容可以做成幾個(gè)報(bào)告，告訴學(xué)生們熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容，研究方法，以及研究成果等即可，從而使學(xué)生接受的物理知識(shí)體系還是完整的，又做到了有的放矢。

1.3整合教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充現(xiàn)代科技理論

傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)體系主要以力、熱、光、電磁和近代物理的內(nèi)容為主，而與當(dāng)前社會(huì)實(shí)踐緊密相關(guān)的現(xiàn)代物理所占比重太小，尤其是物理知識(shí)在工程技術(shù)等中的應(yīng)用。因此，適當(dāng)補(bǔ)充現(xiàn)代物理勢(shì)在必行。例如，傳統(tǒng)的光學(xué)部分主要介紹幾何光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)（光的干涉，衍射和偏振），因此補(bǔ)充部分信息光學(xué)的內(nèi)容，對(duì)學(xué)生理解光學(xué)的系統(tǒng)性和現(xiàn)實(shí)生活中的光學(xué)應(yīng)用大有益處。比如，在傳統(tǒng)的波動(dòng)光學(xué)之后講解有關(guān)激光和光纖的相關(guān)知識(shí)。在熱力學(xué)內(nèi)容之后添加部分信息熵的內(nèi)容。量子力學(xué)基礎(chǔ)上介紹部分能帶理論以及納米材料、超導(dǎo)材料的應(yīng)用，這些都將有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

2多種教學(xué)方法相結(jié)合

“卓越計(jì)劃”背景下的應(yīng)用型本科院校，要求通過(guò)大學(xué)物理這門(mén)課，不僅學(xué)到必要的物理知識(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。因此，教師在講課的過(guò)程中就要潛移默化地將這些能力帶入課堂，引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，探索精神和創(chuàng)新意識(shí)。另一方面，大學(xué)物理這門(mén)課程的教學(xué)學(xué)時(shí)一再壓縮，課堂時(shí)間就顯得尤為珍貴。為此，就要改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方法，嘗試新的教學(xué)方法，以期達(dá)到上述目標(biāo)。

2.1 加大多媒體的數(shù)字化演示

大學(xué)物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其中很多定理、定律等內(nèi)容都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)得到的，因此教師在講解過(guò)程中，為了培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，不可避免地要談到實(shí)驗(yàn)如何進(jìn)行的，如何得到規(guī)律的等等。依靠傳統(tǒng)的板書(shū)，這一點(diǎn)很難讓學(xué)生一目了然。因此，講課過(guò)程中要加強(qiáng)多媒體的數(shù)字化演示，包括演示實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、原理、相關(guān)背景等，從而再現(xiàn)某一個(gè)規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，提煉的過(guò)程等，使學(xué)生能夠清晰了解規(guī)律的現(xiàn)象和原理，同時(shí)也培養(yǎng)和提高了學(xué)生的觀(guān)察能力、理解能力和思維能力。這樣一來(lái)，對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型的卓越人才計(jì)劃，教師也就不必要在課堂上花費(fèi)大量的時(shí)間用于定理、定律的推導(dǎo)，不但避免了乏味感，還激發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題的積極性。但是，需要注意的是，由于學(xué)生物理知識(shí)的缺失，很容易在觀(guān)看演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，只看皮毛，不去思考和探索。此時(shí)，教師在數(shù)字化演示過(guò)程中，要時(shí)時(shí)刻刻注意引導(dǎo)學(xué)生，增強(qiáng)演示的啟發(fā)性和創(chuàng)新性。教師要多提問(wèn)題，多給學(xué)生思考，多與學(xué)生互動(dòng)和交流。

2.2 啟發(fā)式教學(xué)和案例教學(xué)相結(jié)合

案例教學(xué)就是利用典型實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生能通過(guò)對(duì)特殊的典型的實(shí)例進(jìn)行分析，進(jìn)一步理解和掌握教學(xué)中的概念和原理，并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的教法。案例教學(xué)的過(guò)程中，要注重引入和提出某一類(lèi)工程問(wèn)題或者自然現(xiàn)象，讓學(xué)生討論問(wèn)題的提法以及解決的方法，進(jìn)而使學(xué)生鞏固已經(jīng)學(xué)過(guò)的內(nèi)容以及了解將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容等。例如，在光的偏振中介紹立體電影的原理和實(shí)現(xiàn)，課前提出問(wèn)題，立體電影如何工作的，進(jìn)而學(xué)習(xí)光的偏振。又或者在薄膜干涉中先提出問(wèn)題：陽(yáng)光下的肥皂泡，水面上的油膜，鴿子勃頸處的羽毛，貓眼石等等都會(huì)顯現(xiàn)出五顏六色的花紋，為什么？通過(guò)這些案例，啟發(fā)學(xué)生積極思考和討論。這樣有助于激發(fā)學(xué)生的興趣，發(fā)揮他們的主觀(guān)能動(dòng)性和創(chuàng)造性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)課本內(nèi)容的深刻理解。同時(shí)，也鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了使大學(xué)物理課程的教學(xué)滿(mǎn)足“卓越計(jì)劃”背景下應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)要求，大學(xué)物理必須進(jìn)行改革。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的合理優(yōu)化，不同教學(xué)方法的不斷改進(jìn)和有機(jī)結(jié)合，不僅能有助于順利完成教學(xué)任務(wù)，更重要的是能培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)思維。

基金項(xiàng)目：河南科技大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2015XTD001）資助

注釋

① 汪泓.打造卓越工程師搖籃，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2010 （8）：9-10.

② 宋佩維.卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思路與途徑[J].中國(guó)電力教育，2011 （7）：25-29.

③ 孫澤平.關(guān)于應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)改革的思考[J].中國(guó)高教研究，2011（4）：55-57.