量子力學的認識和理解范例6篇

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量子力學的認識和理解范文1

人們通常把愛因斯坦與玻爾之間關于如何理解量子力學的爭論，看成是繼地心說與日心說之后科學史上最重要的爭論之一。就像地心說與日心說之爭改變了人們關于世界的整個認知圖景一樣，愛因斯坦與玻爾之間的爭論也蘊含著值得深入探討的對理論意義與概念變化的全新理解以及關于世界的不同看法。有趣的是，他們倆人雖然都對量子力學的早期發展做出了重要貢獻，但是，愛因斯坦在最早基于普朗克的量子概念提出并運用光量子概念成功地解釋了光電效應，以及運用能量量子化概念推導出固體比熱的量子論公式之后，卻從量子論的奠基者，變成了量子力學的最強烈的反對者，甚至是最尖銳的批評家。截然相反的是，玻爾在1913年同樣基于普朗克的量子概念提出了半經典半量子的氫原子模型之后，卻成為量子力學的哥本哈根解釋的奠基人。愛因斯坦對量子力學的反對，不是質疑其數學形式，而是對成為主流的量子力學的哥本哈根解釋深感不滿。這些不滿主要體現在愛因斯坦與玻爾就量子力學的基礎性問題展開的三次大論戰中。他們的第一次論戰是在1927年10月24日至29日在布魯塞爾召開的第五屆索爾未會議上進行的。這次會議由洛倫茲主持，其目的是為討論量子論的意義提供一個最高級的論壇。在這次會議上，愛因斯坦第一次聽到了玻爾的互補性觀點，并試圖通過分析理想實驗來駁倒玻爾—海森堡的解釋。這一次論戰以玻爾成功地捍衛了互補性詮釋的邏輯無矛盾性而結束；第二次大論戰是于1930年10月20日至25日在布魯塞爾召開并由朗子萬主持的第六屆索爾未會議上進行的。在這次會議上，關于量子力學的基礎問題仍然是許多與會代表所共同關心的主要論題。愛因斯坦繼續設計了一個“光子箱”的理想實驗，試圖從相對論來玻爾的解釋。但是，在這個理想實驗中，愛因斯坦求助于自己創立的相對論來反駁海森堡提出的不確定關系，反倒被玻爾發現他的論證本身包含了駁倒自己推論的關鍵因素而放棄。

當這兩個理想實驗都被玻爾駁倒之后，愛因斯坦雖然不再懷疑不確定關系的有效性和量子理論的內在自洽性。但是，他對整個理論的基礎是否堅實仍然缺乏信任。1931年之后，愛因斯坦對量子力學的哥本哈根解釋的質疑采取了新的態度：不是把理想實驗用作正面攻擊海森堡的不確定關系的武器，而是試圖通過設計思想實驗導出一個邏輯悖論，以證明哥本哈根解釋把波函數理解成是描述單個系統行為的觀點是不完備的，而不再是證明邏輯上的不一致。在這樣的思想主導下，第三次論戰的焦點就集中于論證量子力學是不完備的觀點。1935年發表的EPR論證的文章正是在這種背景下撰寫的。從寫作風格上來看，EPR論證既不是從實驗結果出發，也不再是完全借助于思想實驗來進行，而是把概念判據作為討論的邏輯前提。這樣，EPR論證就把討論量子力學是否完備的問題，轉化為討論量子力學能否滿足文章提供的概念判據的問題。由于這些概念判據事實上就是哲學假設，這就進一步把是否滿足概念判據的問題，推向了潛在地接受什么樣的哲學假設的問題。例如，EPR論證在文章的一開始就開門見山地指出：“對于一種物理理論的任何嚴肅的考查，都必須考慮到那個獨立于任何理論之外的客觀實在同理論所使用的物理概念之間的區別。這些概念是用來對應客觀實在的，我們利用它們來為自己描繪出實在的圖像。為了要判斷一種物理理論成功與否，我們不妨提出這樣兩個問題：（1）“這理論是正確的嗎？”（2）“這理論所作的描述是完備的嗎？”只有在對這兩個問題都具有肯定的答案時，這種理論的一些概念才可說是令人滿意的。”〔3〕從哲學意義上來看，這段開場白至少蘊含了兩層意思，其一，物理學家之所以能夠運用物理概念來描繪客觀實在，是因為物理概念是對客觀實在的表征，由這些表征描繪出的實在圖像，是可想象的。這是真理符合論的最基本的形式，也反映了經典實在論思想的核心內容；其二，如果一個理論是令人滿意的，當且僅當，這個理論既正確，又完備。那么，什么是正確的理論與完備的理論呢？EPR論證認為，理論的正確性是由理論的結論同人的經驗的符合程度來判斷的。只有通過經驗，我們才能對實在作出一些推斷，而在物理學里，這些經驗是采取實驗和量度的形式的?！?〕也就是說，理論正確與否是根據實驗結果來判定的，正確的理論就是與實驗結果相吻合的理論。但文章接著申明說，就量子力學的情況而言，只討論完備性問題。言外之意是，量子力學是正確的，即與實驗相符合，但不一定是完備的。為了討論完備性問題，文章首先不加證論地給出了物理理論的完備性條件：如果一個物理理論是完備的，那么，物理實在的每一元素都必須在這個物理理論中有它的對應量。物理實在的元素必須通過實驗和量度來得到，而不能由先驗的哲學思考來確定?；谶@種考慮，他們又進一步提供了關于物理實在的判據：“要是對于一個體系沒有任何干擾，我們能夠確定地預測（即幾率等于1）一個物理量的值，那末對應于這一物理量，必定存在著一個物理實在的元素?！?/p>

文章認為，這個實在性判據盡管不可能包括所有認識物理實在的可能方法，但只要具備了所要求的條件，就至少向我們提供了這樣的一種方法。只要不把這個判據看成是實在的必要條件，而只看成是一個充足條件，那末這個判據同經典實在觀和量子力學的實在觀都是符合的。綜合起來，這兩個判據的意思是說，如果一個物理量能夠對應于一個物理實在的元素，那么，這個物理量就是實在的；如果一個物理理論的每一個物理量都能夠對應于物理實在的一個元素，那么，這個物理學理論就是完備的。然而，根據現有的量子力學的基本假設，當兩個物理量（比如，位置X與動量P）是不可對易的量（即，XP≠PX）時，我們就不可能同時準確地得到它們的值，即得到其中一個物理量的準確值，就會排除得到另一個物理量的準確值的可能，因為對后一個物理量的測量，會改變體系的狀態，破壞前者的值。這是海森堡的不確定關系所要求的。于是，他們得出了兩種選擇：要么，（1）由波動函數所提供的關于實在的量子力學的描述是不完備的；要么，（2）當對應于兩個物理量的算符不可對易時，這兩個物理量就不能同時是實在的。他們在進行了這樣的概念闡述之后，接著設想了曾經相互作用過的兩個系統分開之后的量子力學描述，然后，根據他們給定的判據，得出量子力學是不完備的結論。EPR論證發表不久，薛定諤在運用數學觀點分折了EPR論證之后，以著名的“薛定諤貓”的理想實驗為例，提出了一個不同于EPR論證，但卻支持EPR論證觀點的新的論證進路。出乎意料的是，愛因斯坦卻在1936年6月19日寫給薛定諤的一封信中透露說，EPR論文是經過他們三個人的共同討論之后，由于語言問題，由波多爾斯基執筆完成的，他本人對EPR的論證沒有充分表達出他自己的真實觀點表示不滿。從愛因斯坦在1948年撰寫的“量子力學與實在”一文來看，愛因斯坦對量子力學的不完備性的論證主要集中于量子理論的概率特征與非定域性問題。他認為，物理對象在時空中是獨立存在的，如果不做出這種區分，就不可能建立與檢驗物理學定律。因此，量子力學“很可能成為以后一種理論的一部分，就像幾何光學現在合并在波動光學里面一樣：相互關系仍然保持著，但其基礎將被一個包羅得更廣泛的基礎所加深或代替?！憋@然，愛因斯坦后來對量子力學的不完備性問題的論證比EPR論證更具體、更明確。EPR論證中的思想實驗只是隱含了對非定域性的質疑，但沒有明朗化。但就論證問題的哲學前提而言，愛因斯坦與EPR論證基本上沒有實質性的區別。因此，本文下面只是從哲學意義上把EPR論證看成是基于經典物理學的概念體系來理解量子力學的一個例證來討論，而不準備專門闡述愛因斯坦本人的觀點。

二、玻爾的反駁與量子整體性

玻爾在EPR論證發表后不久很快就以與EPR論文同樣的題目也在《物理學評論》雜志上發表了反駁EPR論證的文章。玻爾在這篇文章中重申并升華了他的互補觀念。玻爾認為，EPR論證的實在性判據中所講的“不受任何方式干擾系統”的說法包含著一種本質上的含混不清，是建立在經典測量觀基礎上的一種理想的說法。因為在經典測量中，被測量的對象與測量儀器之間的相互作用通?？梢员缓雎圆挥嫞瑴y量結果或現象被無歧義地認為反映了對象的某一特性。但是，在量子測量系統中，不僅曾經相互作用過的兩個粒子，在空間上彼此分離開之后，仍然必須被看成是一個整體，而且，被測量的量子系統與測量儀器之間存在著不可避免的相互作用，這種相互作用將會在根本意義上影響量子對象的行為表現，成為獲得測量結果或實驗現象的一個基本條件，從而使人們不可能像經典測量那樣獨立于測量手段來談論原子現象。玻爾把量子現象對測量設置的這種依賴性稱為量子整體性（whole-ness）。

在玻爾看來，為了明確描述被測量的對象與測量儀器之間的相互作用，希望把對象與儀器分離開來的任何企圖，都會違反這種基本的整體性。這樣，在量子測量中，量子對象的行為失去了經典對象具有的那種自主性，即量子測量過程中所觀察到的量子對象的行為表現，既屬于量子對象，也屬于實驗設置，是兩者相互作用的結果。因此，在量子測量中，“觀察”的可能性問題變成了一個突出的認識論問題：我們不僅不能離開觀察條件來談論量子現象，而且，試圖明確地區分對象的自主行為以及對象與測量儀器之間的相互作用，不再是一件可能的事情。玻爾指出，“確實，在每一種實驗設置中，區分物理系統的測量儀器與研究客體的必要性，成為在對物理現象的經典描述與量子力學的描述之間的原則性區別?！薄?〕海森堡也曾指出，“在原子物理學中，不可能再有像經典物理學意義下的那種感知的客觀化可能性。放棄這種客觀化可能性的邏輯前提，是由于我們斷定，在觀察原子現象的時候，不應該忽略觀察行動所給予被觀察體系的那種干擾。對于我們日常生活中與之打交道的那些重大物體來說，觀察它們時所必然與之相連的很小一點干擾，自然起不了重要作用?！?/p>

另一方面，作用量子的發現，揭示了量子世界的不連續性。這種不連續性觀念的確立，又相應地導致了一系列值得思考的根本問題。首先，就經典概念的運用而言，一旦我們所使用的每一個概念或詞語，不再以連續性的觀念為基礎，它們就會成為意義不明確的概念或詞語。如果我們希望仍然使用這些概念來描述量子現象，那么，我們所付出的代價是，限制這些概念的使用范圍和精確度。對于完備地反映微觀物理實在的特性而言，描述現象所使用的經典概念是既相互排斥又相互補充的。這是玻爾的互補性觀念的精神所在。有鑒于此，玻爾認為，EPR論證根本不會影響量子力學描述的可靠性，反而是揭示了按照經典物理學中傳統的自然哲學觀點或經典實在論來闡述量子測量現象時存在的本質上的不適用性。他指出：“在所有考慮的這些現象中，我們所處理的不是那種以任意挑選物理實在的各種不同要素而同時犧牲其他要素為其特征的一種不完備的描述，而是那種對于本質上不同的一些實驗裝置和實驗步驟的合理區分；……事實上，在每一個實驗裝置中對于物理實在描述的這一個或那一個方面的放棄（這些方面的結合是經典物理學方法的特征，因而在此意義上它們可以被看作是彼此互補的），本質上取決于量子論領域中精確控制客體對測量儀器反作用的不可能性；這種反作用也就是指位置測量時的動量傳遞，以及動量測量時的位移。正是在這后一點上，量子力學和普通統計力學之間的任何對比都是在本質上不妥當的———不管這種對比對于理論的形式表示可能多么有用。事實上，在適于用來研究真正的量子現象的每一個實驗裝置中，我們不但必將涉及對于某些物理量的值的無知，而且還必將涉及無歧義地定義這些量的不可能性?！逼浯?，就量子描述的可能性而言，玻爾認為，我們“位于”世界之中，不可能再像在經典物理學中那樣扮演“上帝之眼”的角色，站在世界之外或從“外部”來描述世界，不可能獲得作為一個整體的世界的知識。玻爾把這種描述的可能性與心理學和認知科學中對自我認識的可能性進行了類比。在心理學和認知科學中，知覺主體本身是進行自我意識的一部分這一事實，限制了對自我認識的純客觀描述的可能性。用玻爾形象化的比喻來說，在生活的舞臺上，我們既是演員，又是觀眾。因此，量子描述的客觀性位于理想化的純客觀描述與純主觀描述之間的某個地方。

為此，玻爾認為，物理學的任務不是發現自然界究竟是怎樣的，而是提供對自然界的描述。海森堡也曾指出，在原子物理學領域內，“我們又尖銳地碰到了一個最基本的真理，即在科學方面我們不是在同自然本身而是在同自然科學打交道?！睈垡蛩固箘t堅持認為，在科學中，我們應當關心自然界在干什么，物理學家的工作不是告訴人們關于自然界能說些什么。愛因斯坦的觀點是EPR論證所蘊含的。這兩種理論觀之間的分歧，事實上，不僅是有沒有必要考慮和闡述包括概念、儀器等認知中介的作用的分歧，而且是能否把量子力學納入到經典科學的思維方式當中的分歧。EPR論證以經典科學的方法論與認識論為前提，認為正確的科學理論理應是對自然界的正確反映，認知中介對測量結果不會產生實質性的影響；而玻爾與海森堡則以接受量子測量帶來的認識論教益為前提，認為量子力學已經失去了經典科學具有的那種概念與物理實在之間的一一對應關系，認知中介的設定成為人類認識微觀世界的基本前提。第三，就主體與客體的關系問題而言，EPR論證認為，認知主體與客體之間存在著明確的分界線。這意味著，所有的主體都能對客體進行同樣的描述，并且他們描述現象所用的概念與語言是無歧義的。無歧義意味著對概念或語言的意義的理解是一致的。而對于量子測量而言，對客體的描述包含了主體遵守的作為世界組成部分的描述條件的說明，從而顯現了一種新的主客體關系。為此，我們可以把主體與客體之間的關系劃分為三類：其一，能夠在主體與客體之間劃出分界線，所有的主體對客體的描述都是相同的，EPR論證屬于此類；其二，能夠在主體與客體之間劃出分界線，但主體對客體的描述是因人而異的，人們對藝術品的欣賞屬于此類；其三，不可能在主體與客體之間劃出分界線，主體對客體的描述包括了對測量條件的描述在內，玻爾對EPR論證的反駁屬于此類。顯然，EPR論證隱含的主客體關系與玻爾所理解的量子測量中的主客體關系之間存在著實質性的差別。EPR論證是沿襲了經典實在論的觀點，而玻爾的觀點代表了他基于量子力學的形式體系總結出來的某種新的認識。在這里，就像不能用歐幾里得幾何的時空觀來反對非歐幾何的時空觀一樣，我們也不能用經典意義上的理論觀反對量子意義上的理論觀。因此，可以說，物理學家關于如何理解量子力學問題的爭論，在很大程度上，蘊含了他們關于科學研究的哲學假設之間的爭論。

三、實驗的形而上學

EPR論證不僅引發了量子物理學家關于物理學基礎理論問題的哲學討論，而且還創立了“實驗的形而上學”，提供了物理學家如何基于形而上學的觀念之爭，最終探索出通過實驗檢驗其結論的一個典型案例。這一過程與尋找量子論的隱變量解釋的努力聯系在一起。量子力學的隱變量解釋的最早方案是德布羅意在1927年提出的“導波”理論。1932年，馮•諾意曼在他的《量子力學的數學基礎》一書中曾根據量子力學的概念體系提出了四個假設，并且證明，隱變量理論和他的第四個假設（即，可加性假設）相矛盾，認為通過設計隱變量的觀念來把量子理論置于決定論體系之中的任何企圖都注定是失敗的。馮•諾意曼的這一工作在為量子論的隱變量解釋判了死刑的同時，也極大地支持了量子力學的哥本哈根解釋。有意思的是，曾是量子力學的哥本哈根解釋的支持者與傳播者的玻姆，在1951年基于量子力學的哥本哈根精神出版了至今仍然有影響的《量子理論》一書，并在書的結尾，以EPR論證為基礎，提出了“量子理論同隱變量不相容的一個證明”之后，從1952年開始反而致力于從邏輯上為量子力學提供一種隱變量解釋的研究。

玻姆闡述隱變量理論的目標可以大致概括為兩個方面，一是試圖用能夠直覺想象的概念為量子概率和量子測量提供一種可理解的說明，證明為量子論提供一個決定論的基礎是可行的；二是希望從邏輯上表明，隱變量理論是有可能的，“不論這種理論是多么抽象和‘玄學’?！辈Ｄ返淖非箫@然是一種信念的支撐，而不是事實之使然。在這種信念的引導下，玻姆在1952年連續發表了兩篇闡述隱變量理論的文章，在這些文章中，他用經典方式定義波函數，假定微觀粒子像經典粒子一樣總是具有精確的位置和精確的動量，闡述了一種可能的量子論的隱變量解釋，最后，用一個粒子的兩個自旋分量代替EPR論證中的坐標與動量，討論了EPR論證的思想實驗，并運用量子場與量子勢概念解釋了測量一個粒子的位置影響第二個粒子的動量的原因。

貝爾在讀了玻姆的文章之后，認為有必要重新系統地研究量子力學的基本問題。貝爾試圖解決的矛盾是：如果馮•諾意曼的證明成立，那么，怎么會有可能建立一個邏輯上無矛盾的隱變量理論呢？為了搞明白問題，貝爾首先重新剖析了馮•諾意曼的關于隱變量的不可能性的證明和EPR論證中設想的思想實驗，然后，抓住了隱變量理論的共同本質，于1964年發表了“關于EPR悖論”的文章。在這篇文章中，貝爾引述了用自旋函數來表述EPR論證的玻姆說法，或者說，從EPR—玻姆的思想實驗出發，以轉動不變的獨立波函數描述組合系統的態，推導出一個不同于量子力學預言的、符合定域隱變量理論的關于自旋相關度的不等式，通常稱為貝爾不等式或貝爾定理，然后，用歸謬法了量子力學的預言和貝爾不等式相符的可能性，說明任何定域的隱變量理論，不論它的變數的本性是什么，都在某些參數上同量子力學相矛盾。貝爾還假設，如果所進行的兩個測量在空間上彼此相距甚遠，那么，沿著一個磁場方向的測量，將不會影響到另一個測量結果。貝爾把這個假設稱為“定域性假設”。從這個假設出發，貝爾指出，如果我們可以從第一個測量結果預言第二個測量結果，測量可以沿著任何一個坐標軸來進行，那么，測量的結果一定是已經預先確定了的。但是，由于波函數不對這種預先確定的量提供任何描述，所以，這種預定的結果一定是通過決定論的隱變量來獲得的。貝爾后來申明說，他在“關于EPR悖論”一文中假設的是定域性，而不是決定論，決定論是一種推斷，不是一個假設，或者說，貝爾的這篇文章是從定域性推論出決定論，而不是開始于決定論的隱變量。從邏輯前提上來看，貝爾的假設更接近于愛因斯坦的假設，他們都把“定域性條件”看成是比“決定論前提”更基本的概念。因此，貝爾的工作比馮•諾意曼和玻姆的工作更進一步地推進了關于量子力學的根本特征的理解。貝爾的這篇文章具有劃時代的意義。它不僅成為20世紀下半葉物理學與哲學研究中引用率最高的文獻之一，而且為進一步設計具體的實驗來澄清量子力學的內在本性邁出了決定性的一步。粒子物理學家斯塔普（HenryStapp）甚至把貝爾定理的提出說成是“意義最深遠的科學發現。”

同EPR論證一樣，貝爾的這一發現也不是從實驗中總結出來的，而是基于哲學信念的邏輯推理的結果。此后，量子物理學界進一步推廣貝爾定理的理論研究與具體實驗方案的探索工作并行不悖地開展起來。而這些工作都與EPR論證相關。就實驗進展而言，物理學界承認，阿斯佩克特等人于1982年關于“實現EPR-玻姆思想實驗”的實驗結果，支持了量子力學，針對這樣的實驗結果，貝爾指出：“依我看，首先，人們必定說，這些結果是所預料到的。因為它們與量子力學預示相一致。量子力學畢竟是科學的一個極有成就的科學分支，很難相信它可能是錯誤的。盡管如此，人們還是認為，我也認為值得做這種非常具體的實驗。這種實驗把量子力學最奇特的一個特征分離了出來。原先，我們只是信賴于旁證。量子力學從沒有錯過。但現在我們知道了，即使在這些非?？量痰臈l件下，它也不會錯的?！?/p>

雖然EPR論證的初衷是希望證明量子力學是不完備的，還沒有提出量子測量的非定域性概念，但是，物理學家則通常運用EPR思想實驗的術語來討論非定域性問題。經過40多年的發展，具體的實驗結果使EPR論證失去了對量子力學的挑戰性。一方面，這些實驗證實了非定域性是所有量子論的一個基本屬性，要求把在同一個物理過程中生成的兩個相關粒子永遠當作一個整體來對待，不能分解為兩個獨立的個體，其中，一個粒子發生任何變化，另一個粒子必定同時發生相應的變化，這種相互影響與它們的空間距離無關；另一方面，這些實驗也表明了EPR論證提供的哲學假設不再是判斷量子力學是否完備的有效前提，而是反過來提醒我們需要重新思考玻爾在反駁EPR論證的觀點中所蘊含的哲學啟迪?？偠灾?，EPR論證盡管是基于哲學假設，運用思想實驗，來駁斥量子力學的完備性，但在客觀上，物理學家圍繞這一論證的討論，最終在思想實驗的基礎上出乎意料地發展出可以具體操作的實驗方案，并且獲得了有效的實驗結果。這一段歷史發展不僅證明，無論在哲學假設的問題上，還是在物理概念的意義理解的問題上，量子力學都不是對經典物理學的補充和擴展，是一個蘊含有新的哲學假設的理論。正是在這種意義上，物理學家玻恩得出了“理論物理學是真正的哲學”的斷言。

四、認識論的思維方式

如前所述，EPR論證—玻姆—貝爾這條發展主線是把對物理學問題鑲嵌在哲學信念中進行思考的。這一歷史片斷揭示出，基于哲學信念的邏輯推理在物理學的理論研究與實驗研究中起到了積極的認知作用。一方面，在這些探索方式中，不論是EPR論證的真理符合論假設，玻姆的決定論假設，還是貝爾的定域性假設，它們的初衷都是希望能夠把量子力學納入到經典物理學的概念框架或哲學信念之中。另一方面，檢驗貝爾不等式的物理學實驗結果對量子力學的支持和對貝爾不等式的違背意味著，我們不應該依舊固守經典物理學的哲學假設來質疑量子力學，而是應該顛倒過來，積極主動地揭示量子力學蘊含的哲學思想，以進一步明確經典物理學的哲學假設的適用范圍。

但是，這種視域的逆轉不是簡單地倡導用量子力學的哲學假設取代經典物理學的哲學假設，也不是武斷地主張用玻爾的理論觀替代EPR論證所蘊含的理論觀，而是提倡擺脫習以為常的自然哲學的思維方式，確立認識論的思維方式。自然哲學的思維方式是一種本體論化的思維方式。這種思維方式是從古希臘延續下來的，追求概念與實在之間的直接的一一對應關系，忽視或缺乏對認知過程中不可避免的認知中介和理論框架的考慮。從起源上來講，這種無視認知中介的本體論化的思維方式，源于常識，是對常識的一種延伸外推與精致化。近代自然科學的發展進一步強化與鞏固了這種思維方式。EPR論證也是基于這種思維方式使經典科學蘊含的哲學假設以具體化的判據形式呈現出來。然而，與過去的物理學理論所不同的是。量子力學不再是關于可存在量（beable）的理論，而是關于可觀察量（observable）的理論，“是理論決定我們的觀察內容”這一句話，既是愛因斯坦創立相對論的感想，也為海森堡提出不確定關系提供了觀念啟迪。就理論形式而言，量子力學的理論描述用的是數學語言，而不是日常語言。用數學語言描述的微觀世界是一個多位空間的世界，而我們作為人類，很難直觀地想象這樣的世界，更不可能直接“進入”這個世界來“觀看”一切。人類感知的這種局限性是原則性的，從而限制了我們對微觀世界的知識的全面獲得。用玻爾的話來說，我們對一個微觀對象的最大限度的知識不可能從單個實驗中獲得，而只能從既相互排斥又相互補充的實驗安排中獲得。用玻恩的話來說，在量子測量中，觀察與測量并不是指自然現象本身，而是一種投影。

量子力學的認識和理解范文2

量子力學是當代科學發展中最成功、也是最神秘的理論之一。其成功之處在于，它以獨特的形式體系與特有的算法規則，對原子物理學、化學、固體物理學等學科中的許多物理效應和物理現象作出了說明與預言，已經成為科學家認識與描述微觀現象的一種普遍有效的概念與語言工具，同時也是日新月異的信息技術革命的理論基礎；其神秘之處在于，與其形式體系的這種普遍應用的有效性恰好相反，量子物理學家在表述、傳播和交流他們對量子理論的基本概念的意義的理解時，至今仍未達成共識。量子物理學家在理解和解釋量子力學的基本概念的過程中所存在的分歧，不是關于原子世界是否具有本體論地位的分歧，而是能否仍然像經典物理學理論那樣，把量子理論理解成是對客觀存在的原子世界的正確描述之間的分歧。

在量子力學誕生的早期歲月里，這些分歧的產生主要源于對量子理論中的波函數的統計性質的理解。因為量子力學的創始人把量子力學理解成是一種完備的理論，把量子統計理解成是不同于經典統計的觀點，在根本意義上，帶來了量子力學描述中的統計決定性特征。而理論描述的統計決定性與物理學家長期信奉的因果決定論的實在論研究傳統相沖突。在當時的背景下，對于那些在經典物理學的熏陶下成長起來的許多傳統物理學家而言，對量子力學的這種理解是難以容忍的。這些物理學家仍然堅持以經典實在觀為前提，希望重建對原子對象的因果決定論的描述。這種觀點認為，現有的量子力學只是臨時的現象學的理論，是不完備的，將來總會被一個擁有確定值的能夠解決量子悖論的新理論所取代。量子哲學家普遍地把這種實在論稱之為定域實在論，或者稱為非語境論的實在論。從EPR悖論到貝爾定理的提出正是沿著這一思路發展的。這種觀點把量子論中的統計決定論與經典實在論之間的矛盾，理解成是量子論與傳統實在論之間的矛盾。

但是，自從1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列實驗，沒有支持定域隱變量理論的預言，而是給出了與量子力學的預言相一致的實驗結果以來，量子論與傳統實在論之間的矛盾焦點，由對量子理論中的統計決定性特征的質疑，轉向了對更加基本的量子測量過程中的“波包塌縮”現象的理解。因為量子測量問題是量子理論中最深層次的概念問題。馮諾意曼在本體論意義上引入量子態的概念來表征量子實在的作法，直接導致了至今難以解決的量子測量難題。到目前為止，所有的量子測量理論都是試圖站在傳統實在論的立場上，對量子測量過程作出新的解釋。玻姆的本體論解釋在承認量子力學的統計性特征，把量子世界看成是由客觀的不確定性、隨機性和量子糾纏所支配的世界的前提下，通過假設非定域的隱變量的存在，尋找對量子測量過程的因果性解釋。量子哲學家把這種實在論稱為非定域的實在論。[1] 多世界解釋在承認現有的量子力學的形式體系和基本特征是完全正確的前提下，通過多元本體論的假設來對具有整體性特征的量子測量過程作出整體論的解釋。量子哲學家把這種實在論稱為非分離的實在論。[1]

量子測量現象的非定域性和非分離性所反映的是量子測量過程的整體性特征。問題是，相對于科學哲學研究而言，如果把量子測量系統理解成是一個包括觀察者在內的整體，我們將永遠不可能在觀察者與被觀察系統之間作出任何形式的分割。而觀察者與被觀察系統之間的分界線的消失，將會使我們在不考慮觀察者的情況下，對物理實在進行客觀描述的夢想徹底地破滅。這是因為，一方面，如果我們認為量子力學的形式體系是正確而完備的理論，那么，就能夠用量子力學的術語描述包括觀察者在內的整個測量過程。這時，觀察者成為整個測量系統中的一個組成部分參與了測量中的相互作用；另一方面，如果我們仍然渴望像以可分離性假設為基礎的經典測量那樣，在以整體性假設為基礎的量子測量系統中，也能夠得到確定而純客觀的測量結果，那么，他們必須要在觀察者與被觀察的量子系統之間作出某種分割，觀察者才有可能站在整個測量系統之外進行觀察。然而，在量子測量的具體實踐中，這個重要的“阿基米德點”是永遠不可能得到的。因為對量子測量系統進行的任何一種形式的分割，都必然會導致像“薛定諤貓”那樣的悖論。這樣，關于量子論與實在論之間的矛盾事實上轉化為，在承認量子力學的統計性特征的前提下，如何解決量子測量的整體性與傳統實在論之間的矛盾。

以玻爾為代表的傳統量子物理學家在創立了量子力學的形式體系之后，并不追求從量子測量現象到量子本體論的超越中提供一種本體論的理解。而是在認識論和現象學的意義上做文章。玻爾認為，觀察的“客觀性”概念的含義，在原子物理學的領域內已經發生了語義上的變化。在這里，客觀性不再是指對客體在觀察之前的內在特性的揭示，而是具有了“在主體間性的意義上是有效的”這一新的含義。這種把“客觀性”理解成是“主體間性”的觀點，在認識論意義上，所隱藏的直接后果是，使“客觀性”概念失去了與“主觀性”概念相對立的基本含義，從而使量子力學成為支持科學的反實在論解釋的一個重要的立論依據。與此相反，近幾十年發展起來的多世界解釋，試圖以多元本體論的假設為前提，恢復對客觀性概念的傳統理解；玻姆的本體論解釋則是以粒子軌道與真實波的二元論假設為代價，把測量過程中的整體性特征歸結為是量子勢的性質。這兩種解釋雖然在理解量子測量現象時堅持了傳統實在論的立場。但是，這些立場的堅持是以在量子力學中增加某些額外的假設為代價的。這正是為什么近幾十年來，反思與研究量子力學與量子測量的概念基礎問題，成為不計其數的論著和論文所討論的中心論題的主要原因所在。

到目前為止，在量子物理學家的心目中，微觀客體的非定域性特征和量子測量的非分離性特征已經成為不爭的事實。如果我們站在科學哲學的立場上，像當初接受量子統計性一樣，也接受量子力學描述的微觀系統的這種整體性特征。那么，量子測量過程中被測量的系統與測量儀器（包括觀察者在內）之間的整體性關系將會意味著，在微觀領域內，我們所得到的知識，事實上，總是與觀察者密切相關的知識。這個結論顯然與長期以來我們所堅持的真理符合論的客觀標準不相容。因此，接受量子力學的整體性特征，就意味著放棄真理符合論的標準，需要對傳統實在論的核心概念——理論和真理的性質與意義——進行重新理解。這樣，現在的問題就變成是，能否在接受量子力學的統計性和整體性特征的前提下，闡述一種新的實在論觀點呢？如果答案是否定的，那么，科學實在論將永遠不可能得到辯護；如果答案是肯定的，那么，與理論的整體性特征相協調的實在論是一種什么樣的實在論呢？這正是本文所關注的主要問題所在。

2．認識論教益：隱喻思考與模型化方法的突現

自近代自然科學產生以來，公認的傳統實在論的觀點是建立在宏觀科學知識基礎之上的一種鏡像實在論。在宏觀科學的研究領域內，觀察者總是能夠站在整個測量系統之外，客觀地獲得測量信息。在有效的測量過程中，測量儀器對測量結果的干擾通?？梢院雎圆挥嫛y量結果為理論命題的真假提供了直接的評判標準，使命題和概念擁有字面表達的意義（literal meaning）或非隱喻的意義和指稱。因此，鏡像實在論是以觀察命題的真理符合論為前提的。

真理符合論的最實質性的內容是，堅持命題與概念同實際的事實相符合。長期以來，科學家一直把這種觀點視為是科學研究活動的價值基礎。

維特根斯坦在其著名的《邏輯哲學導論》一書中，把真理的這種符合論觀點表述為：就像唱片是聲音的畫像并具有聲音的某些結構一樣，命題所描述是事實的畫像，并具有與事實一致的結構。因為用語言來思考和說話，就是用語言來對事實作邏輯的模寫，它類似于畫家用線條、色彩、圖案來描繪世界上的事物。所以，用語言描述的圖象與世界的實際圖象之間具有同構性。1933年，塔爾斯基對這種真理觀進行了定義。在當前科學哲學的文獻中，人們習慣于用“雪是白的”這一命題為例，把塔爾斯基對真理的定義形象地表述為：“雪是白的”是真的，當且僅當，雪是白的。

普特南把塔爾斯基對真理的這種定義概括為“去掉引號的真理論”。塔爾斯基認為，要想使“‘雪是白的’是真的”，這個句子本身成真，當且僅當，“雪是白的”這個事實是真實的，即我們能夠得到“雪是白的”這一經驗事實。這個看似簡單的句子隱含著兩層與常識相一致的符合關系：第一層的相符合關系是，語言表達的命題與實際事實相符合；第二層的相符合關系是，觀察得到的事實與真實世界相符合。在日常生活中，像“雪是白的”這樣的經驗事實是非常直觀的，只要是一個正常的人，都有可能看到“雪確實是白色的”這個實際存在的事實。因此，人們對它的客觀性不會產生任何懷疑，能夠作為“‘雪是白的’是真的”這個句子的成真條件。

然而，量子力學揭示出的微觀測量系統中的整體性特征，既限制了我們對這種理想知識的追求，也向傳統的客觀真理標準的價值觀提出了挑戰。這是因為，在量子測量的過程中，對命題的這種理想的描述方式和對對象的如此單純的觀察活動，已經不再可能。以玻爾為代表的許多物理學家雖然在量子力學誕生的早期就已經意識到這一點。但是，在科學哲學的意義上，他們在拋棄了真理符合論之后，卻走向了認識論的反實在論；馮諾意曼的測量理論以真理符合論為基礎，要求在觀察者與測量儀器之間進行分割的做法，直接導致了量子測量中的“觀察者悖論”；現存的非分離與非定域的實在論解釋，也是以真理符合論為基礎，在量子力學的形式體系中增加了某些難以令人接受的額外假設，來解決量子測量難題。從哲學意義上看，這種借助于額外假設來使量子力學與實在論相一致的作法并沒有唯一性。它不過是借助于各種哲學的想象力來解決量子測量難題而已。

由此可見，量子測量難題的產生，實際上是以真理符合論為基礎的傳統實在論的觀點，來理解量子測量過程的整體性特征所導致的?，F在，如果我們像放棄經典的絕對時空觀，接受相對論一樣，也放棄真理符合論的實在論，接受現有的量子力學。那么，在當代科學哲學的研究中，我們需要以成功的量子力學帶給我們的認識論教益為出發點，對理論、概念和真理的性質與意義作出新的闡述。量子力學所揭示的微觀世界與宏觀世界之間的最大差異在于，我們對微觀世界的內在結構的認知，不可能像對宏觀世界的認知那樣，使觀察者能夠站在整個測量語境的外面來進行。

這就像盲人摸象的故事一樣，不同的盲人從大象的不同部位開始摸起，最初，他們所得到的對大象的認識是不相同的，因為每個人根據自己的觸摸活動都只能說出大象的某一個部分。只有當他們摸完了整個大象時，他們才有可能對大象的形狀作出客觀的描述。然而，雖然他們對大象的描述始終是從自己的視角為起點的，并建立在個人理解的基礎之上。但是，不可否認的是，他們的觸摸活動總是以真實的大象為本體的。在微觀領域內，量子世界如同是一頭大象，物理學家如同是一群盲人，有所區別的是，物理學家對微觀世界的認識不可能是直接的觸摸活動，而只能借助于自己設計的測量儀器與對象進行相互作用來進行。在這個相互作用的過程中，包括觀察者在內的測量語境成為聯系微觀世界與理論描述之間的一個不可分割的紐帶。

如果把這種量子力學的這種整體性思想延伸外推到一般的科學哲學研究中，那么，可以認為，科學家所闡述的理論事實上是一個產生信念的系統?？茖W家借助于模型化的理論，把他們對世界的認知模擬出來。理論模型所描述出的世界與真實世界之間的關系是一種內在的、整體性的相似關系。這種相似分為兩個不同的層次：其一，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在現象學意義上的初級相似。這種相似是指，在這個層次上，我們只是能夠通過某些關系把現象描述出來，但是，對現象之所以發生的原因給不出明確的說明；其二，在特定的語境中，模型與被模擬的世界在認識論意義上的高級相似。這種相似是指，理論模型達到了與真實世界的內在結構與關系之間的相似。所以，現象學意義上的相似最后會被成熟理論所描述的認識論意義上的結構相似所包容或修正。

這兩個層次之間的相似關系是建立在經驗基礎之上的，而不是建立在邏輯或先驗的基礎之上。這樣，雖然科學家在建構理論模型的過程中，總是不可避免地存在著許多非理性的因素。但是，在根本的意義上，他們的建構活動是以最終達到使理論描述的可能世界與真實世界之間的結構與關系相似為目的的。因此，測量語境的存在成為科學家建構活動的一個最基本的制約前提。建構理論模型的活動是一種對世界的認知活動。建構活動中的虛構性將會在與公認的實驗事實的比較中不斷地得到矯正，直至達到與真實世界完全一致為止?；蛘哒f，在一定的語境中，當從理論模型作出的預言在經驗意義上不斷地得到了證實的時候，類比的相似性程度將隨之不斷地得以提高；當科學共同體能夠依據理論模型所描述的可能世界的結構來理解真實世界時，相似性關系將逐漸地趨向模型與世界之間的一致性關系。

在這種理解方式中，真理是物理模型與真實世界之間的相似關系的一種極限，是在一定的語境中完善與發展理論的一個最終結果。這樣，在科學研究中，真理成為科學研究追求的一個最終目標，而不是科學研究的邏輯起點?；蛘哒f，把真理理解成是在科學的探索過程中，成熟的物理模型與世界結構之間達成的一致性關系。對真理的這種理解，使過去追求的客觀真理變成了與語境密切相關的一個概念。超出理論成真的語境范圍，真理也就失去了存在的前提和價值。這樣，與玻爾把理論的客觀性理解成是主體間性的觀點所不同，本文是通過改變對真理意義的理解方式，挽救了理論的客觀性。

如果把科學活動理解成是對世界的模擬活動，那么，在理論的建構活動中，科學理論的概念與術語所描述出的可能世界，只在一定的語境中與真實世界具有相似性。所以，相對于不可能被觀察到的真實世界而言，科學的話語（scientific discourses）將不再具有按字面所理解的意義，而是只具有隱喻的意義。只有當理論與世界之間的關系趨向于一致性關系時，對某些概念的隱喻性理解才有可能變成字面語言的理解。所以，在科學研究的活動中，研究對象越遠離日常經驗，科學話語中的隱喻成份就越多。這也許是為什么在量子理論產生的早期年代，物理學家在理解微觀現象時，不可能在微觀對象的粒子性和波動性之間作出任何選擇的原因所在。實際上，微觀粒子的波——粒二象性概念只是在現象學意義上的一種典型的隱喻概念，它們并不擁有概念的字面意義，而只具有隱喻的意義。因此，它們不是對真實世界的基本結構的實際描述。正如惠勒的“延遲實驗”所揭示的那樣，物理學家不可能選擇用其中的一類圖象來解釋另一類圖象。只有當關于微觀世界的內在結構在可能世界的模型中得到全部模擬時，原來的波——粒二象性的概念才被一個更具有普遍意義的新的量子態概念所取代。

如果科學語言只具有隱喻的意義，科學理論所描述的是可能世界，那么，物理學家對測量現象的描述，也只是一種隱喻描述，而不是非隱喻的按照字義所理解的描述。這種描述既依賴于觀察者的背景知識，也依賴于當時的技術發展的水平。就像格式塔心理學所闡述的那樣，同樣的圖形、同一個對象，不同的觀察者會得出不同的結論。在這個意義上，測量與觀察不再是純粹地揭示對象屬性的一種再現活動，而是觀察者與對象發生相互作用之后，受到測量語境約束的一種生成活動。在這個活動中，就現象本身而言，至少包含有兩類信息：一是來自對象自身的信息；二是包括觀察者在內的測量系統內部發生相互作用時新生成的信息。

從這個意義上看，微觀粒子在測量過程中表現出的波——粒二象性只是一種現象學意義上的相似，而不是微觀粒子的真實存在。在大多數情況下，現象還不等于是證據，把現象作為一種證據表述出來，還要受到物理學家的背景知識和社會條件的制約，甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制約。按照對理論、真理和測量的這種理解方式，由“波包塌縮”現象所反映的問題，就變成了提醒物理學家有必要對過去所忽視的物理測量過程的各個細節，對宏觀與微觀之間的過渡環節，進行更細致的理論研究的一個信號，成為進一步推動物理學發展的一個技術性的物理學問題，而不再是觀念性的與實在論相矛盾的哲學問題。

玻姆的量子論是試圖用非隱喻的字面語言對真實的量子世界進行描述，而現有的量子力學在它的產生初期則是用隱喻的語言對量子世界的一種模擬描述。正是由于理論模型具有的相似性，才使得薛定諤的波動力學與海森堡等人的矩陣力學能夠得出完全相同的結果，并最終證明兩者在數學上是等價的。在量子力學的語境中，不論是波動圖象，還是粒子圖象都只是理論與世界之間的現象學意義上的初級相似。在以后的發展中，量子力學所描述的可能世界的預言與真實世界的實驗現象相一致的事實說明，當馮諾意曼在希爾伯特空間以量子態為基本概念建立了量子力學的公理化體系之后，這些現象學意義上的相似已經上升到認識論意義上的結構相似，說明量子力學描述的可能世界與真實世界在微觀領域內是一致的。這時，以波——粒二象性為基礎的隱喻圖象被整體論的世界圖象所取代。這也許正是物理學家可以在拋開哲學爭論的前提下，只注重量子物理學的技術性發展的一個原因所在。而相比之下，玻姆的理論不過是追求傳統意義上的非隱喻的字面圖象和傳統哲學觀念的一種理想產物。

在對理論、概念和真理的意義的這種理解方式中，理論與世界之間的一致性關系不是建立在命題與概念的層次上，而是以測量語境為本體，建立在物理模型與真實世界之間從現象學意義上的初級相似到認識論意義上的結構相似的基礎之上的。測量語境的本體性，成為我們在認識論意義上承認科學理論是一個信念系統的同時，拒絕后現代主義者把理論理解成是可以隨意解讀的社會文本的極端觀點的根本保證。所以，真理的意義不是取決于詞、概念和命題與世界之間的直接符合，而是在于理論整體與世界整體之間在逼真意義上的一致性。由于可能世界與真實世界之間的這種一致性關系在一定程度上是依賴于社會技術條件的動態關系。因此，以一致性為基礎的真理是依賴于語境的真理，它永遠是一個動態的和可變的概念，而不是靜止的和不變的概念。這顯然是對“把科學研究的目的理解為是追求真理”這句話的最好解答。

3．從思維方式的變革到語境實在論的基本原理

當我們把對理論、真理和意義的這種理解方式應用于對真實世界的認識時，也可以在測量語境的基礎上，對理論進行實在論的解釋。所不同的是，這種實在論不再是把科學理論理解成是提供關于世界的某種鏡象圖景的、以強調語言與命題的真理符合論為基礎的那種實在論，而是把科學理論理解成是通過先對世界的模擬，然后，與真實世界趨于一致的、依賴于測量語境的實在論。不同的理論模型和測量語境可以提供對世界的不同描述。但是，通過進一步的觀察或實驗，我們可以判斷哪一個模型能夠更好地與世界相一致。在這里，理論模型與世界之間的關系是一種相似關系，而不再是相符合的關系；測量結果與對象之間的關系是在特定條件下的一種境遇性關系，而不再是一種純粹的再現關系。我們把這種與量子力學的整體性特征相一致的量子實在論稱為“語境實在論”。用語境實在論的觀點取代傳統實在論的觀點，必然帶來思維方式的根本轉變。需要以整體性的語境論的思維觀取代傳統思維觀。這種思維方式的逆轉主要通過下列幾個方面體現出來：

首先，在本體論意義上，用普遍的本體論的關系論（global-ontological relationalism）的觀點取代傳統的本體論的原子論（ontological atomism）的觀點。承認關系屬性或傾向性屬性的存在，承認概率的實在性，承認世界中的實體、屬性與關系之間的整體性。傳統的原子本體論總是把世界理解成是由可以進行任意分割的部分所組成，整體等于部分之和，牛頓力學是這種本體論的一個典型范例；關系本體論則把世界理解成是一個不可分割的整體，整體大于部分之和，量子力學是這種本體論的一個典型范例。與原子本體論中認為實體可以獨立地擁有自身的屬性所不同，在關系本體論中，實體及其屬性總是在一定的關系中體現出來。這里存在著兩層關系：一層是實體之間的內在關系屬性；另一層是實體固有屬性表現的外在關系條件。前者具有潛存性，后者為潛存性向現實性的轉變創造了有利條件。 其次，在認識論意義上，用理論模型的隱喻論的觀點取論模型的鏡象論的觀點。傳統的模型鏡象論觀點把理論理解成是命題的集合，命題與概念的指稱和意義是由對象決定的，它們的集合構成了對對象的完備描述；而模型隱喻論的觀點雖然也認為理論能夠以命題的形式表示出來，但是，理論不是命題的集合，而是包含有模仿世界的內在機理的模型集合。理論與世界之間的關系不是傳統的相符合關系，而是在一定的語境中，理論描述的可能世界與真實世界之間以相似為基礎的一致性關系。理論系統的模型與真實系統之間的相似程度決定理論的逼真性。這樣，真理不再是命題與世界之間的符合，而是成為理論的逼真性的一種極限情況。或者說，當理論所描述的可能世界與真實世界相一致的時候，理論的真理才能出現。這是對基本的認識論概念的倒轉：傳統的逼真性理論是用命題或命題集合的真理作為基本單元，來衡量理論距真理的距離，即理論的逼真度；而現在正好反過來，是通過對逼真性概念的理解來達到對真理的理解。

第三，在方法論意義上，用語義學方法取代傳統的認識論方法。在傳統的認識論方法中，是用命題的真理或圖象與世界之間的逼真度的術語來表達科學實在論的一般論點。然而，這種方法使我們從開始就需要清楚地辨別對一些解釋性描述的理解。例如，在相同的研究領域內，我們為什么能夠說，一個理論比與它相競爭的另一個理論更逼近真理或更遠離真理？對于諸如此類的問題，如果沒有一個明確的和可辯護的回答方式，那么，逼真性概念要么是空洞的；要么就是不一致的。結果，對理論的逼真性的論證反而成為對“認識的謬誤（epistemic fallacy）”的證明，并在某程度上支持了認識論的懷疑論觀點。但是，如果我們在語義學的語境中，通過對逼真性概念的分析與辯護，然后，衍生出理論的真理，對上述問題的理解方式將不會陷入如此的認識論困境。并且從認識論的懷疑論也不會推論出語義學的懷疑論。

第四，在經驗的意義上，用現象生成論的測量觀取代現象再現論的測量觀。所謂現象再現論的測量觀是指，把物理測量結果理解成是對對象固有屬性的一種再現，測量儀器的使用不會對對象屬性的揭示產生實質性的干擾，它扮演著一個單純意義上的工具角色。理論術語能夠對這些觀察證據進行精確的表述。觀察證據的這種純粹客觀性成為建構與判別理論的邏輯起點；而現象生成論的測量觀則認為，測量是對世界的一種透視，測量結果是在對象與測量環境相互作用的過程中生成的。測量結果所表達的經驗事實，不是純粹對世界狀態的反映，因為經驗事實存在于我們的信念系統之中，而不是獨立于觀察者的意識或論述之外與世界的純粹符合，只是在特定的測量語境中的一種相對表現，是相互作用的結果?；蛘哒f，測量語境構成了對象屬性有可能被認識的必要條件。

所以，理論的逼真度與科學進步之間的聯系，應該在經驗的意義上來確立。科學進步的記錄并不是真命題的積累，而是從模型系統與真實系統之間的相似性出發，用逼真度的概念衡量科學研究綱領接近真理的程度。在這里，相似性不是一個命題，也不是兩個世界之間的一種固定不變的關系，而是依賴于語境的一個程度性的概念。它的內容將會隨著我們對世界的不斷深入的理解而發生變化。所以，科學進步不是真命題積累的問題，而是理論的成功預言與經驗事實的函數。

第五，在語義學的意義上，用整體論或依賴于語境的隱喻語言范式取代非隱喻的字面真理范式（literal-truth paradigm）。從17世紀開始，非隱喻的字面真理的范式就已經被科學家廣泛地接受為是理想的語言。其動機是期望把理論模型的言語和論證，建立在優美而簡潔的數學和幾何的基礎之上。當時的理性論者和經驗論者把科學語言當成是理想的合乎理性的語言，或者說，把科學的經驗和知識看成是人類經驗和知識的典范。這種觀點認為，所有的知識與真實世界之間的關系是根據表征知識的命題方式來討論的，科學語言與概念的意義由它所表征的世界來確定，它們不僅在本質上具有固有的字義，而且語言本身的字面意義就是使用詞語的標準。語言的意義不僅與語言的用法無關，而被認為是客觀地對應于世界的各個方面。科學的話語總是關于自然界的現象、內在結構和原因的話語。

然而，在整體論的隱喻語言范式中，理論所討論的是由科學共同體提出的關于世界的因果結構的信念，知識與真實世界之間的關系是根據可能世界與真實世界之間的相似關系來討論的。在這里，兩個世界之間的相似程度的提高是它們共有屬性的函數。在隱喻的意義上，語言與概念的意義是極其模糊的和語境化的，隱喻的表達通常并不直接對應于世界中的實體或事件：即，按照字面的意義理解隱喻的陳述常常是錯誤的。例如，在理解量子測量現象時，實驗已經證明，或者強調使用粒子語言，或者強調波動語言都是失敗的。這也是玻爾的互補性原理在量子力學的時期歲月里容易被人們所接受的高明之處。從本文的觀點來看，關于微觀世界的粒子圖象或波動圖象只不過是傳統思維慣性的一種最顯著的表現而已。事實上，這兩種圖象都只是一種隱喻意義上的圖象，而不代表微觀世界的真實圖象。隱喻與其它非字面的言詞是依賴于語境的。正如后期維特根斯所言，語言與概念的意義依賴于活動，使用一個符號的充分必要條件必須包括對活動的描述。

在這種整體論的思維方式的基礎上，我們可以把語境實在論的主要觀點，總結為下列六個基本原理：

本體論原理：在物理測量的過程中，物理學家所觀察到的現象是由不可能被直接觀察到的過程因果性地引起的。這些不可能被直接觀察到的過程是獨立于人心而自在自為地存在著的。

方法論原理：對一個真實過程的理論模型的建構，是對不可能被觀察到的真實世界的機理和結構的模擬。對于真實世界而言，它在現象學意義上的表現與它的內在結構或機理在定性的意義上具有一致性。即，理論模型具有經驗的適當性。

認識論原理：理論描述的可能世界與真實世界只具有的相似性，它們之間的相似程度是它們具有的共同特性的函數。這些共性是在實驗與測量語境中找到的。

語義學原理：在一定的語境中，理論模型與真實系統之間的相似關系決定理論的逼真性。在理想的情況下，真理是理論描述的可能世界逼近真實世界的一種極限。

價值論原理：科學理論的建構在最終意義上總要受到實驗證據的制約，科學理論的發展總是向著越來越接近真實世界機理的方向發展的。

倫理學原理：包括人類在內的自然界具有不可分割的整體性，關于人類行為的評價標準應該建立在人與自然的整體性關系上。

4．科學進步的語境生成論模式

探討科學進步的模式問題一直是科學哲學研究中的重大理論問題之一。不同的學派提出了不同的觀點。邏輯實證主義者繼承了自培根以來的哲學傳統，認為科學的發展在于對經驗證實的真命題的積累。理論所包括的真命題越多，它就越逼近真理。波普爾把理論逼近真理的這種性質稱為“逼真性”，逼真性的程度稱為“逼真度”。他認為，理論是真內容與假內容的統一，理論的逼真度等于理論中的真內容與假內容之差。而真內容由理論中那些得到經驗確認的真命題所組成。真命題越多，理論的逼真度就越高。在所有這些觀點中，逼真性的主要特性是用命題與事實的符合作為近似真理的基本單元。換言之，是用命題真理的術語來理解理論的逼真性。在這里“符合”沒有程度上的差別；逼真性與真理之間的關系是部分與整體之間的關系。這種“符合”或“與事實相符”包含著四個方面的關系：其一，句子的主語與謂詞之間處于相互聯系的狀態；其二，事態（the state of affairs）與主語之間的指稱關系；其三，謂詞表達與被選擇的事態之間的指稱關系；其四，說話者所選擇的對象與事態之間的相適合關系。[1]

然而，這種以真命題的多少來衡量理論的逼真度的方法，似乎沒有辦法回答諸如下面的那些問題：如果一個理論最后被證明是與事實不相符，那么，這個理論怎么可能接近真理呢？比如說，在當前的情況下，量子場論還是一個不成熟的理論，它在未來一定會被加以修改，那么，我們能夠說，量子場論不如牛頓力學與事實更相符嗎？此外，“符合事實”這個概念也會遇到同樣的問題：如果某個理論根本就是錯誤的，我們又怎能說，它與事實符合的更好或更糟呢？也許有些在表面上曾經顯示出具有某種逼真性的理論，實際上，它卻在根本意義上就是錯的。例如，化學中的“燃素說”、物理學中的“地心說”，等等，這些理論都曾經在科學家的實際工作中，起到過積極的作用。但是，后來的發展證明，它們都是錯誤的假說。另一方面，這種方法還無法解釋為什么在前后相繼的理論中使用的同一個概念，卻具有不同的內涵這樣的問題。例如，經典物理學中的質量概念不同于相對論力學中的質量概念；量子力學的中微觀粒子概念也比經典物理學中的粒子概念擁有更豐富的內涵。庫恩在闡述他的科學進步的范式論模式時，為了避免上述問題的出現，走向了徹底的相對主義。

如果我們用強調理論描述的物理模型與世界之間的相似性比較，取論中包含的真命題的比較來理解理論的逼真性，那么，上述問題就很容易得到解決。在特定的語境中，并存著的相互競爭的理論，分別描繪出幾個相互競爭的可能世界，這些可能世界與真實世界之間的相似程度決定理論的逼真性。逼真度越高的理論，將會越客觀、越接近于真理。真理是理論的逼真度等于1時的一種極限情況。例如，牛頓力學比伽里略的力學更接近真理的真正理由是，因為牛頓物理學所描繪的世界模型比伽里略物理學所描繪的世界模型與真實世界更相似。而不應該把這個結論替換成是，在每一個方法中通過真命題的計數來使它們與精確地說明真實世界的真命題的總數進行比較后作出的選擇。前后相繼的理論中所使用的共同概念的意義也是依賴于可能世界的。不同層次的可能世界雖然賦予同一個概念以不同的內涵。但是，由于更深層的可能世界更接近真實世界的內在結構，所以，對為什么同一個概念會有不同內涵的問題就容易理解了。

我們把由理論描繪的可能世界逼近真實世界的過程，以及前后相繼的理論之間的更替關系總結為：

前語境階段——語境確立階段——語境擴張階段——語境轉換階段

——新的語境確立階段……

在科學進步的這個模式中，前語境階段是指，當科學進入一個新的研究領域時，面對不可能被舊理論所解釋的有限數量的實驗證據和存在的重要問題，科學家首先是進行大膽的創新和積極地猜測，提出可能與證據相一致的相互競爭的理論或假說。這些理論或假說分別描繪出了相互競爭的各種可能世界的圖象。這個時期，科學家在建構理論時，通過模型與現象的比較來約束他們的想象。或者說，他們的富有創造性的想象力是一種意向性的想象，而不是完全隨意的想象。這種意向性的信息直接來自不可能被直接觀察到的對象本身?？茖W家在相互競爭的理論中作出選擇時，依賴于兩個主要的歸納根據：其一，相信任何一個理論模型的建構都是為了盡可能準確地模擬真實世界的結構和機理；其二，依據模型所產生的信念能夠作為成為設計新的實驗方案的基礎，這個實驗方案的設計是為了探索世界，和檢驗模型與它所表征的世界之間的類似程度。在特定領域內和一定的歷史條件下，根據一個理論的信念所設計的實驗越新穎，在得到應用之后，越能夠證明理論的成功性。同時，理論的調整總是向著與新的實驗結果相一致的方向進行的。而新的實驗結果是由自然界中某種未知的因果機理引起的。

然而，說明的成功（explanatory success）只是理論逼近真理的一個象征或一個結果，或者說，說明的成功只是理論逼近真理的一個必要條件。凡是逼真的理論都必定能夠對實驗現象作出成功的說明。但是，并不是每一個擁有成功說明的理論都是逼真的理論。在理論的說明中，理論的逼真性與不斷增加的成功之間的聯系應該是一個認識論問題，而不是一個語義學問題。一個完整的科學理論從產生到成熟通常要經過三個階段：其一，對現象的描述階段，這個階段得到了在經驗上恰當的模型。例如，在量子力學之前，玻爾等人提出的各種原子模型；第二個階段是建立一個理論的說明模型。例如，現有的量子力學的數學形式體系。第三個階段是為成功的說明模型尋找一種可理解的機理，或者說，對說明模型提供語義學的基礎。相對于一個成熟的科學理論而言，現象——模型——機理三者之間的相互關系具有內在的不可分割的整體性。這也就是為什么原子物理學家在理解量子力學的內在機理的問題上沒有達成共識時，產生了量子力學的解釋問題的原因所在。

在這里，我們所說的模型是指物理模型而不是僅僅指數學模型。物理模型除了包括數學模型之外，還包括理解世界的構成機理的模型。物理模型是為數學模型提供一個語義學基礎。例如，分子運動論模型是解釋壓強公式的語義學基礎；場的觀點是理解引力理論的語義學基礎。所以，物理學中的模型是指真實物理系統的替代物，它既具有解釋的作用，也能夠把抽象的數學系統翻譯為一個可理解的論述。正是在這個意義上，物理學模型是指一個模型簇。由這些模型簇所描繪的可能世界的結構與真實世界的結構之間的相似關系，在選擇理論時是很重要的。一方面，它能夠使理論在科學實踐中被不斷地修改和擴展以適應新的現象，而不是靜止的和孤立的；另一方面，它使相互競爭的理論之間的選擇在科學實踐的規則與活動之內自然地得到了求解。這時，被淘汰掉的理論并非必須要被證偽（盡管證偽也是因素之一），而是如同生物進化那樣是自然選擇的結果。

在這里，把逼真度作為選擇理論的標準，與要么強調經驗證實，要么強調經驗證偽的標準不同，它永遠是動態的和依賴于研究語境的概念。它既有助于把淘汰掉的理論中的某些合理化因素進行再語境化，也能夠確?？茖W描述和與此相關的實驗技巧與獨立于人心的世界之間建立起一種物理聯結，從而堅持了存在著一個不可能被觀察到的獨立于人心的世界的本體論的實在論觀點。大體上，衡量可能世界與真實世界之間的結構或機理的相似程度可以通過它們之間的共有屬性（或共同特征）來進行。如果用S（A ，B）表示兩個世界之間的基本特征的相似關系，用 A∩B表示共有屬性，A – B和 B - A表示它們之間的差異，那么，在定性的意義上，這些量之間的關系可以定性地表示為：[1]

S（A ，B）= C1F（A∩B）- C2F（A - B）- C3F（B - A）

這個公式說明，兩個世界之間的相似關系是它們的共性與差異的函數。當C1遠遠大于C2和C3時，兩個系統之間的共性將比差異處于更重要的支配地位。其中，三個系數C1、C2和C3 的值是通過實驗來確定的。這樣，我們就有可能在經驗的意義上來研究相似關系。在經驗的意義上，如果相互競爭的理論中的某個理論的描述和說明模型能夠完全依據當前的實驗結果和本體論概念被加以校準，那么，我們就可以認為，這個理論是似真的（plausible）。理論越擬真，它就越逼真。

在一個特定的語境中，當一個理論的說明與理解模型能夠完全經得起經驗的考驗時，科學共同體將認為理論描繪的可能世界與真實世界之間達到了某種一致性。這時，科學的發展進入了語境確立的階段。這個階段相當于庫恩的常規科學時期或范式形成時期。這時，科學家不僅擁有共同的信念和共同的語言，而且擁有對真實世界的共同圖象。他們相信，理論描繪的可能世界代表了真實世界的內在機理；理論描繪的圖象就是不可觀察的真實世界的圖象。為了進一步探索真實世界的精細結構，科學家常常會根據現有理論提供的信念和約定，設計新的實驗規劃，預言新的實驗現象，特別是運用成熟理論中的理論實體進行實驗操作，從而形成了一個相對穩定的語境階段。但是，這個相對穩定的語境邊界是非常不確定的。

當科學家把成熟理論所揭示的世界機理作為一個范式和信念的基礎，延伸推廣到解釋其它相關領域的現象時，科學的發展進入到語境的擴張階段。其中，既包括理論研究的信念與方法的擴張，也包括以它的基本原理為基礎的技術與實驗的擴張。例如，在牛頓理論確立之后，不論是物理學還是化學家，他們都用牛頓力學的基本思想解釋他們所面臨的其它領域內的新的實驗現象，并且成功地制造出了許多測量儀器；同樣，現代技術的崛起和分子生物學、量子化學等學科的產生都是量子力學的基本原理成功應用的結果。所以，語境擴張的過程實際上是已有語境膨脹的過程。當科學共同體在語境擴張的過程中，遇到了與理論信念相矛盾的而且是他們料想不到的實驗事實時，他們才有可能開始對理論的信念產生懷疑，這時，理論的應用邊界，或者說，語境擴張的邊界逐漸地變得明確起來，科學的發展開始進入語境轉換階段。在這個階段，舊語境的擴張受到了限制，新的語境處于形成與培育當中。新的理論競爭也就隨之開始了。隨著新理論競爭的開始，科學共同體的信念也在不斷地發生著改變，直到一個全新的語境形成為止。

當新的語境確立之后，不僅科學家確立了新的信念，而且他們對問題的求解值域也隨之發生了改變。這時，原來前語境中的一些不合理的偏見，在新語境中得到了糾正。在前語境中是真理的理論，在后語境中失去了它的真理性。后語境的形成是伴隨著新理論的確立而完成的。由于新語境比舊語境揭示出了更深層次的世界結構或機理。所以，它在理論信念、方法和技術層次的擴張與滲透力將會比舊語境更強、更徹底。這也就是，為什么量子力學的產生所帶來的理論、方法與技術革命會比牛頓力學更深刻、更廣泛的原因所在。但是，前后語境之間的界線是連續的。這時，就像新理論是對舊理論的一種超越一樣，新語境也是對舊語境的一種超越。由于語境的變遷和運動是不斷地向著揭示世界的真實機理的方向發展的。因此，在語境中生成的理論也使得科學的發展與進步向著不斷地逼近真理的方向進行。本文把科學發展的這種模式稱為“語境生成論模式”。

這里包括兩個層次的生成，其一，理論的形成與完善是在特定的語境中進行的；其二，科學進步也是在語境的變更中完成的。但是，值得注意的是，強調語境化并不意味著使科學進步成為無規則的游戲。把理論系統放置于特定的語境當中，強調了系統的開放性和連續性。在這個意義上，語境論的事實也是一種客觀事實。運用語境論的隱喻思考與模型化方法，不僅能夠使科學進步過程中的微觀的邏輯結構與宏觀的歷史背景有機地結合起來，而且能夠使基本的內在邏輯的東西在歷史的發展中內化到新的語境當中，從而使得語境在自然更替的同時，一方面，完成了理論知識的積累與繼承的任務；另一方面，揭示出更深層次的世界機理。所以，語境生成論的科學進步模式既不會像庫恩的范式論那樣，走向相對主義，也不會像普特南那樣，走向多元真理論?？茖W進步的語境生成論模式，既能夠包容相對主義的某些合理成份，又能夠堅持實在論的立場。

5．結語

從量子力學的認識論教益中抽象出的語境實在論的觀點，是一種具有更廣泛的解釋力，并且有可能把許多觀點有機地融合在一起的實在論觀點。它不僅能夠賦予量子力學以實在論的解釋，而且為解決科學實在論面臨的許多責難，理清上世紀末圍繞“索卡爾事件”所發生的一場震驚西方學壇的科學大戰，[1] 提供了一條可能的思路。法因曾經在《擲骰子游戲：愛因斯坦與量子論》一書中斷言“實在論已經死了”。[2] 然而，我們通過對量子力學與實在論的分析，在放棄了傳統的真理符合論之后，運用隱喻思考與模型化方法所得出的結論則是，“實在論還活著，而且活的很好”。

[1] D.Bohm and B.J.Hiley， The Unpided Universe: An ontological interpretation of quantum theory， Routledge and Kegan Paul， London (1993).

[1] Jeffrey Alan Barrett， The Quantum Mechanics of Minds and Worlds， Oxford University Press (1999).

[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 136-137.

[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 133.

量子力學的認識和理解范文3

關鍵詞：維勢壘波函數；教學研究；化學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2013）26-152-01

具有一定能量E的粒子，沿著X軸運動，碰到高度為V0的勢壘，按照經典力學的觀點，如果E小于V，則粒子不能進入勢壘，將會被完全彈回去。但從量子力學的觀點來看，考慮粒子的波動性，有一部分波會穿過勢壘，像這種粒子穿過比它動能更高的勢壘，稱為遂穿效應 [1]。在教學過程中，如果生硬的講解該部分內容，大部分學生會不知所云，難以理解，有沒有可能尋求一種容易方便學生理解的方式來講解呢？為此我們摸索采用數值化形象教學，下面我們以一維勢壘為例，利用計算機數值模擬方法，實時觀察波函數是如何穿過勢壘的，該方法有利于學生深入理解遂穿效應的基本原理，對教授和理解量子力學大有裨益。

在圖一中給出了勢壘穿透的波動示意圖。向左傳播一列波函數 沿著一維直線傳播，碰到勢壘后，一部分會有一定幾率透過勢壘，透射部分波函數為 。一部分會被勢壘彈回去；反射部分波函數為 。為了求解波函數的貫穿，我們需要求解非含時薛定諤方程[1]

。

我們在本文中，為了實時貫穿波函數的貫穿過程，我們利用含時方法求解薛定諤方程[2，3]

。

含時波函數為：

公式中H是體系的哈密頓算符：

我們給定初始波函數，就可以利用演化算符求得任意一時刻的體系的波函數，從而觀察波函數是如何貫穿勢壘整個過程的。

圖一：遂穿效應示意圖

在數值模擬中，我們選用Eckart 勢壘，具體形式為：

中心位置處在R=15bohr處。高度為0.5eV。傳播初始時刻，我們構建了一個高斯波包[4，5]

波函數在不同時刻的分布情況如圖二所示。初始波函數分布如圖二中T=0 a.u. 所示。中心位置在22 bohr位置處， 中心能量為0.4 eV，寬度為0.7 bohr，向X軸左方向運動。傳播時間1900 a.u. 時候，波函數傳播到勢壘位置，到時間2300 a.u. 時，波函數分布如圖所示。波函數部分被彈回，可以看見圖中17bohr處，波函數被彈回形成的小山峰。小山峰分布是入射波函數與被彈回來的波函數疊加而形成的震蕩山峰。從圖中可以很明顯看出，隨著時間的推移，在3100 a.u.后，波函數有兩個明顯的山峰分布，一個在勢壘的左邊，為透射波函數部分，一個在勢壘的右邊，是被彈出波函數部分。

圖二：波函數在不同時刻的分布情況

本文以一維粒子的直線運動為例，構建初始波包，利用演化算符研究時間相關的波包與Eckart 勢壘相互作用。研究了不同時刻的體系波函數的分布狀態，形象的觀察和研究了量子力學的遂穿效應。為量子力學的形象化教學提供了一些思路。

參考文獻：

量子力學的認識和理解范文4

本世紀以來，物理學哲學研究有了長足的進步，這與現代物理學所具有的一些新特點有很大關系：一是本世紀理論物理學研究在許多方面超前于實驗物理學的研究，人們無法對理論物理學的一些結構及時通過觀察和實驗進行檢驗，這就使得人們從認識論和方法論角度對物理學思想的合理性和物理學理論自身邏輯結構的自洽性的驗前評價變得十分重要；二是當今各種物理學理論（如相對論和量子論）在逐步統一過程中所顯現出的整體有機聯系的自然圖景和對在極端條件下（如宇宙爆炸初期）的物質特性的探索都促使物理學與哲學進一步融合起來，使物理學家感到了從哲學的高度去更深刻地把握物理學前沿提出的種種物理學理論和概念問題的必要性；三是當代物理學所研究的微觀和宇觀客體的物理性質與規律，由于不能被我們的感官所直接感知，這就必須從認識論的角度說明現代物理學理論描述的微觀或宇觀世界圖景的合理性與真實性，從而在微觀或宇觀世界與我們日常生活的宏觀世界之間建立起一道相互理解的橋梁。

正是現代物理學的這些特點，決定了當代物理學哲學的不同研究途徑，即從不同的角度出發，對物理學進行哲學反思，達到豐富和發展哲學認識論與方法論以及加強對物理學理論和概念自身理解的目的。

一

物理學哲學的研究途徑之一是從通過對物理學概念，尤其是新物理學概念，物理意義的闡釋入手，提高到哲學高度進行分析，進而促進了哲學的發展。這一方面是由于如量子力學創始人之一的海森堡所說：“一部物理學發展的歷史，不只是一本單純的實驗發現的流水帳，它同時還伴隨著概念的發展，或者概念的引進?！驗檎歉拍畹牟淮_定性迫使物理學家著手研究哲學問題”。（〔（7）〕，第185頁），另一方面則是因為物理學是研究最基本的物質運動規律的科學，所以許多最基本的物理學概念，如物質、運動、時間、空間、宇宙等也同時是哲學的基本概念，這些基本概念的變化不僅導致物理學理論的變更，也標志著哲學的重大發展。因此，對這些基本概念的理解，往往是各個哲學流派之間爭論的焦點。而對這些概念的哲學爭論，又總是圍繞著物理學的最新進展而展開，所以從物理學概念入手進行物理學哲學的研究是中外許多哲學家和物理學家最為關注的研究途徑。

科學研究從問題開始，而現代物理學的建立則是從概念問題的突破開始的。普朗克1900年為了解決黑體輻射問題提出了作用量子的概念，但他受經典物理學思維框架的約束，當時并沒有深刻的理解這個概念實質性的物理意義，只把它當成了一般的工作假說加以運用。只是當愛因斯坦（1905年）運用這個概念建立起光量子假說后，它的實質性的、突破傳統經典思維模式的巨大意義才得以凸現出來，并引起物理學界乃至于后來哲學界的廣泛關注。玻爾、海森堡等人沿此思路建立了原子結構模型，并最終建立了量子力學理論，對量子概念物理意義的探討又導致與傳統決定論思維模式相悖的非決定論思維模式的產生，這不僅使物理學的理論基礎發生了根本的變化，而且使傳統的認識論觀念也有了重大的轉變。

當人們對邁克爾遜—莫雷實驗的否定結果迷惑不解時，彭加勒、洛侖茲等人為了維護牛頓的絕對時空不得不提出“虛擬時間”的概念來解釋這一奇怪的結果。愛因斯坦則從麥克斯韋電磁學理論與經典力學伽利略變換之間的矛盾中看出了問題的實質所在。他看出了牛頓所謂的絕對時間并非是有物理意義的真實時間，而彭加勒、洛侖茲等人認為是“虛擬時間”的概念卻是在實際觀測中可以測量到的真實時間，這不僅使邁克爾遜—莫雷實驗的難題迎刃而解，而且一舉建立了狹義相對論。從這里又引發了一輪重新認識時間和空間這一對古老哲學概念的熱潮。

隨著廣義相對論的提出和現代宇宙學的建立，使人們對時間和空間的研究進入了一個新階段。哲學家們紛紛依據物理學的最新研究成果對時間空間概念進行新的闡釋，乃至于給一些古老的哲學命題，如康德的“二律背反”以新的說明。（參見〔（1）〕原蘇聯和我國的一些哲學工作者通過對相對論時間和空間概念與物質運動、物質分布狀態關系的分析，進一步論證了恩格斯當年對時間和空間這對哲學范疇的正確定義。隨著現代宇宙學的興起和發展，人們對“宇宙”概念也有了新的認識，于是，有關宇宙有限還是無限、哲學的“宇宙”概念與現代宇宙學所說的“宇宙”之間究竟是什么關系等問題的討論，又成了哲學界和科學界共同關心的熱點?？墒牵斎藗冋两趶V義相對論解決宇宙演化問題所取得的成就時，卻不得不沮喪地發現，所有已知的物理學定律在廣義相對論時空曲面的奇點處都失效了。從理論上來說，所謂宇宙大爆炸最初的原始火球在數學上的表示就應該是一個奇點，也就是說，如果宇宙起源于奇點，我們難以用現有的任何物理學定律說明宇宙爆炸的原因。于是有的科學家戲稱說，既然宇宙是上帝創造的，那么只好把這個問題留給上帝，膽敢問這個問題的人，上帝將使他下地獄。

英國著名物理學家霍金是最早開始研究奇點問題的物理學家之一，近年來也是他提出了試圖用量子引力理論來繞開奇點問題的方法。他為了避免當年費因曼處理微觀粒子時假設的各態歷經的技術困難，并類比他用交換虛粒子來說明粒子間相互作用的方法，提出了“虛時間”的概念。雖然如他自己所說：“虛時間”是一個意義明確的數學概念，“就普遍的量子力學而言，我們可以把我們對虛時和歐幾里得時空的運用，僅僅視作一個計算實時空答案的數學方法（或手段）?！保ā玻?）〕，第162頁）但由于量子引力理論假定宇宙沒有任何邊界，“宇宙將完全是獨立的，不受外界任何事物的影響。它既不會被創造，也不會被消滅，它將只是存在”。（〔（8）〕，第164頁）而“虛時間”的應用，則使人們繞開了宇宙起源于奇點和終止于奇點這種用奇點構成時空邊界的困難，讓物理學定律在任何時空區間都有效。正是有這個意義上霍金認為：“所謂的虛時實際上是實的，而我們所說的實時只是我們想象中虛構的事物”，“也許我們所說的虛時實際上是更基本的東西，而我們稱作實時的只是為了幫助我們描述我們想象中的宇宙模樣而創造的一種想法?！保ā玻?）〕，第168頁）

霍金對科學理論的看法持有工具論的立場，但對于“虛時間”的概念是否如他所說是更基本的東西，不在于理論上是否更為合用，而在于它是否能夠作出可觀察的預言并在實踐中得到確證。在此以前，我們至少應當接受本世紀初的教訓，不要把我們現有的物理學理論所描述的時空概念又看成是絕對不可改變的，更不應該在沒有充分理解一些物理學家所提出的新物理概念的明確物理意義之前，甚至在沒有仔細閱讀霍金原著的上下文意思之前，就把他們與哲學中的后現代主義思潮拉扯在一起。在這里，重溫一下愛因斯坦的一段話，可能對我們會有所啟發：“為了科學，就必須反復地批判這些基本概念，以免我們會不自覺地受到它們的支配。在傳統的基本概念的貫徹使用碰到難以解決的矛盾而引起了觀念發展的那些情況，這就變得特別明顯?！保ā玻?5）〕，第586頁）

近期物理學哲學的發展中可能更加值得注意的動向是，隨著本世紀許多新興學科的興起，使許多新的科學概念越來越滲入到哲學研究之中，如系統、信息、控制、混沌、有序、無序等等概念，早已不再是某些專門學科的專業術語。由于這些概念的普適性，它們已成為各門學科中廣泛使用，乃至于在日常生活中經常提到的概念。它們不可避免地會逐步上升為哲學范疇。對這些新概念的產生和普及，物理學有很大的貢獻，正是由于本世紀對遠離平衡態熱力學的研究，才加深了人們對時間方向性，對物質系統的演化，對有序、無序、混沌等等物質狀態的認識，從而也極大豐富了哲學的內容。下面我們還將談到，正是由于這些研究引起了人們思維觀念的巨大變化。從而也使得傳統的哲學在許多方面發生了革命性的變革。

對概念的更高層次的元理論研究已不局限于物理學哲學的范圍，而是在更為廣泛的科學哲學層次里展開的，不過，由于物理學相對于其他學科而言更為成熟，更為精確，物理學史的研究也比其他學科史更為細致，所以許多科學哲學家仍利用對某些物理學概念的分析作為闡述自己觀點和與他人論爭的依據。例如，庫恩和費耶阿本德通過對“質量”這個概念在經典力學與相對論中的不同涵義，以及“電子”這個術語在不同時期指稱對象意義變化的分析，得出了前后相繼的科學理論或不同范式之間不可通約的觀點（參見〔（14）〕、〔（22）〕），從而引起了科學哲學界的極大爭議。而普特南等人則同樣根據對“電子”一詞涵義變化的分析，說明了他的有關自然種類名詞因果—歷史指稱理論，并駁斥了庫恩和費耶阿本德的不可通約性的觀點。

目前，隨著物理學和哲學的進展，沿著這個途徑的物理學哲學研究正在蓬勃發展。一方面，新的物理學概念不斷涌現，人們常常需要從物理學之外對這些概念進行闡釋才能理解它們更深刻更普遍的意義，而這些概念的廣泛應用也不斷充實了哲學的內容；另一方面，哲學自身的發展也需要不斷從自然科學，包括物理學概念的變革中吸取養料，提出新的問題、新的觀點，拓展新的思路。

二

物理學哲學研究的另一個途徑是通過物理學前沿哲學問題的討論，使一些傳統的哲學觀點產生根本變革。這條途徑在很大程度上離不開對新物理概念的分析。從這個意義上說，它與前面所討論的途徑并無根本的區別，只是這條途徑更著重于對物理學前沿所涉及到的一些基本哲學問題，如認識過程中主客體之間的關系，因果性的決定論與非決定論以及與其相關的必然性與偶然性的關系，可知論與不可知論，實在論和工具論等等，進行進入地探討。

本世紀在物理學界和科學哲學界影響最大的一場爭論就是愛因斯坦和以玻爾為首的哥本哈根學派關于量子力學理論基礎的爭論，這場爭論的和至今余波未息的爭論焦點集中在對愛因斯坦等人提出的EPR悖論的理解上。這場發生在量子力學創始人之間的爭論雖然是從對諸如量子力學中波函數的物理意義、海森堡不確定性原理（或譯測不準關系）和玻爾互補原理的理解開始，進而討論到量子力學是否完備的問題，但這場似乎只是純物理學，甚至是理論物理學的科學爭論，一開始就帶上了濃厚的哲學色彩。

這主要是因為微觀客體所表現出來的諸如波粒二象性等特征，用描繪宏觀現象的日常語言實在難以準確表達其確切含義，再加上對微觀客體的實驗安排也呈現出與經典物理學實驗許多不同的特征。如何正確理解量子力學的數學符號所蘊涵的物理意義？量子力學描述的微觀客體的行為特征究竟是不受主體干擾的客觀規律所致，還是宏觀儀器對微觀客體不可避免的干擾下主客體相互作用的結果？微觀客體所表現出的隨機性究竟是微觀客體的本質特征，還是認識主體認識局限性的結果？進而，到對微觀客體行為的理論描述究竟應當堅持決定論的思維模式，還是非決定論的思維模式，用愛因斯坦的話來說，就是我們是否相信上帝會擲骰子？物理理論的每個元素是否都必須在實在中有它的對應物，亦或物理理論只是一種對實在的本體論承諾，甚至只是我們為了解釋現象或解決問題的方便而使用的一種工具或符號系統？這些問題早已不是物理學本身所能解決的，但又是物理學家們不得不解決的，人類不倦的求知欲促使他們轉而尋求哲學的幫助。這就使得本世紀初許多量子力學的創始人都是哲學家，普朗克、愛因斯坦、玻爾、玻恩、海森堡、薛定鍔等人在哲學界的影響并不比他們在科學界的影響小。他們的哲學觀點往往是本世紀科學哲學討論問題的出發點，由此而引發的實在論與非實在論之爭仍是科學哲學界的熱點問題之一。他們的哲學專著又成了許多一流科學家案頭必備的讀物，以便隨時從中得到智慧的啟迪。實際上，愛因斯坦與玻爾這場上升到哲學的爭論，經過貝爾等人的努力，重又變成了用物理學實驗可以進行經驗檢驗的問題，檢驗的結果雖不足以最終決定誰是誰非（盡管哥本哈根學派明顯占了上風），但卻明確說明了物理學與哲學的密切關系，物理學哲學絕不是純思辨的玄學。

當然，一流科學家也是哲學家的現象絕不僅限于量子力學領域。彭加勒、布里奇曼等人不僅在物理學界享有盛譽，甚至還是一些哲學流派（約定主義，操作主義）的創始人。維納、普里高津等人雖然算不上正統的哲學家，但他們的哲學素養卻為世人所公認，他們的科學成就對哲學思維方式的影響應當說有劃時代的意義。從康德提出星云假說開始在當時占統治地位的形而上學世界觀上打開了第一個缺口，但完成這個星云假說的拉普拉斯卻把從牛頓開始的機械決定論思維推向了極端，并且產生了巨大的影響。如果說量子力學哥本哈根學派的非決定論思想是對這種機械決定論思想發起的一場重要挑戰的話，那么由于量子力學只涉及到微觀領域，還不足以在思想界和科學界抵消拉普拉斯的影響。19世紀德國古典哲學家們總結的辯證法思想雖然曾對19世紀科學的發展產生過影響，但由于其思辨色彩太濃也受到了許多科學家的抵制。但貝塔朗菲、維納等人創立了系統科學，尤其是普里高津等人從熱力學等實證的經驗科學本身得出系統演化的思想以后，普遍聯系和發展的觀點對于科學家們來說，不再是外在的哲學教條，而是在科學中必須嚴格遵守的思維準則。更重要的是，自組織理論、非線性科學所揭示偶然性與必然性之間的新聯接清楚地表明，非決定論的思維方式絕不僅限于微觀領域，嚴格因果決定論在我們日常生活中也不是普遍適用。我們不能再用嚴格因果決定的觀點來作為可知與不可知的界限，我們知道我們認識的某些界限（例如長期準確天氣預報的不可能）也是可知，甚至是認識深化的表現。對看似無序的混沌現象的研究，卻使我們能夠說明許多過去簡直無法理解的復雜現象，例如天氣變化，中樞神經系統運動等等。物理學哲學在這方面的研究方興未艾，盡管已有了一些成果，但還只能算是剛剛起步。物理學哲學的發展，已經引起了越來越多在物理學前沿領域工作的第一流科學家們的注意，對他們的研究工作產生了一定的啟迪作用。

三

利用當代物理學及其相關學科的最新成果構建新的自然圖景，并對此進行哲學反思是物理學哲學的又一研究途徑。其實，這個研究傳統由來已久，哲學既是一種理論化、系統化的世界觀，對世界作一個總體的描繪和系統全面的認識就是它的首要任務。古代自然哲學憑借哲學家自己的直觀和猜測來構建整體的世界自然圖景，結果是五花八門，莫衷一是。自從近代科學誕生以后，哲學家們（即使是宗教哲學家）或多或少都要依居他們所知的自然科學成果來構建自己的自然圖景，但他們對這幅圖景的理解或解釋卻可以由于他們的信仰而有很大的差異，甚至根本對立，尤其是當他們面對最新的科學成果，而這些科學成果表現出了一些與傳統哲學不同的思維方式時，更會使哲學家們對這些科學成果的理解上產生更大的差異，由此而引起的爭論往往成為哲學界的熱點。

現代物理學的發展使古老的涉及到自然圖景的爭論，如物質是否無限可分和宇宙是否無限等問題又增添了許多新的內容。

上世紀末物理學中關于X射線、電子和放射性現象的三大發現打破了原子不可再分的古老神話，揭開了人類對物質結構探索的新篇章。隨著原子結構和基本粒子的大量發現，物質無限可分的觀點似乎得到了科學實驗的有力證明。但正當人們信心百倍地探索到更深層次的亞基本粒子結構——夸克層次的時候，卻碰到了在實驗中無法測到自由夸克的所謂“夸克禁閉”現象。那么，這個目前得到量子色動力學理論說明的現象是否意味著物質有不可再分極限的古老原子論觀點又有抬頭的可能呢？對這個問題的爭論正在繼續進行。

相對論的建立不僅賦予時間和空間概念以新的含義，而且極大地改變了人們對自然圖景的看法，尤其是廣義相對論對宇宙時空幾何結構的描述，使從牛頓時代建立起來的宇宙圖景發生了重大的變革?，F代宇宙學的誕生向人們描繪了一幅宇宙演化的生動圖景，一方面更充分地說明了宇宙中事物普遍聯系和無限發展的辯證唯物主義觀點，另一方面也使人們對宇宙時空結構是否無限的問題產生了新的疑惑。顯然，過去停留在從純哲學思辨或純邏輯學論證（如康德的“二律背反”）上來討論宇宙有限無限這一古老問題是遠遠不夠了。離開了對現代宇宙學，天體物理學，乃至于非歐幾何學的深刻理解來奢談這一問題，已顯得是隔靴搔癢，不得要領了。

實際上，今天我們討論自然圖景的問題還不能僅僅停留在物理學層次上，我們這個時代已經形成了關于自然進化的自組織理論和全球生態學的理論，這些綜合性的學科已經大大豐富和更新了我們的自然圖景。這迫使我們不僅要立足于當代物理學發展的最新成果，而且還要聯系到其他學科發展的最新成果，樹立把自然界看成是不斷演化的有機體的認識原則，去構筑最新的完整的自然圖景。這顯然對哲學家提出了更高的要求。當然，即使如此，物理學仍然是各門經驗自然科學的基礎。任何對自然圖景的描述，都不可能脫離這個基礎。這一發展趨勢只是為物理學哲學的這一研究途徑開辟了更為廣闊的發展前景。

四

物理學方法論的研究也是物理學哲學的一個重要內容。物理學理論的發展總是與物理學方法的更新與發展緊密相連，相輔相成的。例如，近代物理學的誕生，就得益于伽利略，牛頓等人在研究方法上的大膽創造與革新，他們把觀察、實驗等經驗方法與數學、邏輯等理論方法有機結合起來，還創造了諸如將形象思維和邏輯思維巧妙結合的理想實驗方法（伽利略），甚至發明新的數學工具——微積分（牛頓）。這些方法上的成就不僅大大推進了物理學的進展，而且具有重大的方法論意義，為以后物理學的發展起了巨大的示范作用。現代物理學的發展更清楚地表明，物理學每前進一步，都伴隨著方法上的重大革新與改進；而物理學作為一門基礎科學，它的每一步發展，又為人們創造新的方法、設計新的實驗儀器和設備提供了新的理論基礎，從而不僅為本學科的發展開辟了新的領域，創造了新的條件，而且還大大影響和促進了其他學科的發展。本世紀物理學借助相對論和量子力學的相繼建立取得了重大的進展，而如何將二者更緊密結合起來創造一種統一的物理學似乎是下個世紀物理學發展的一個方向。如何為實現這個目標取得方法上的突破便成了當前物理學方法論研究中的一個熱門問題。

美國哲學家蒯因曾經把知識體系比喻成為一個整體場。他說：“整個科學是一個力場，它的邊界條件就是經驗，在場的周圍同經驗的沖突引起內部的再調整?！保ā玻?8）〕，第694頁）也就是說科學的理論陳述和與之相應的數學、邏輯和形而上學陳述一起組成了這個整體的知識場，“根據任何單一的相反經驗要給哪些陳述的再評價的問題上有很大的選擇自由，并無任何特殊的經驗是和場內部的任何特殊陳述相聯系的”。（同上）為了適應經驗的變化，例如說要解釋一個新的觀察現象，不僅可以改變理論陳述，也可以調整其他的陳述，如改變一種數學方法，調整我們的本體論信念，乃至于修改有關的邏輯規則，“有人曾經提出甚至邏輯的排中律的修正作為簡化量子力學的方法”（同上）。蒯因的上述想法并非是純哲學的思辨?，F代物理學的發展已更清楚地表現出了理論與方法之間這種聯動的特征。

首先，現代物理學對物質結構和宇宙起源的探索，涉及諸如“夸克禁閉”和真空特性等問題，解決這些問題，一方面依賴于理論的進一步突破，另一方面也依賴于實驗手段的改進。

其次，本世紀初，相對論與量子力學的思想一經形成，就可以在19世紀下半葉新興的數學分支中找到相應的數學工具，如非歐幾何學、張量分析、線性代數等等。在有關基本粒子的規范場論中，群論也得到了很好的應用，但隨著現代物理學的進一步發展，數學手段已顯得不夠得力。例如，目前關于大統一理論的研究難以取得有效的突破，癥結究竟是在相對論與量子力學自身難以統一，需要建立一種能取代二者的新理論，還是缺乏必要的數學處理方法就是尚待解決的問題。

第三，在量子力學的賴辛巴哈解釋中，賴辛巴哈試圖建立一種消除形式邏輯排中律的三值邏輯來消除用經典語言描述微觀客體行為時與量子力學結論相悖的因果異常。這種新的邏輯形式揭示了用傳統形式邏輯描述不確定現象時的困難。（參見〔（5）〕）沿著賴辛巴哈的思路，有人進一步發展出應用抽象代數學中“格演算”的工具，用基本聯詞“遇”與“接”來取代“與”和“或”用以更好地刻劃量子領域中的“亦此亦彼”現象，并使這種最子邏輯可以用一種廣義的命題演算工具表述。（參見〔（23）〕）雖然這一設想還沒有得到廣泛應用，但畢竟給我們一個啟示。量子物理的理論具有高度的辯證性質，“非此即彼”的形式邏輯思維已不足以解釋量子物理實驗中眾多的“亦此亦彼”的現象，而一種新的邏輯思維方式可能是現代物理學取得進一步突破的關鍵。這正如日本物理學家武谷三男所說：“量子力學的情況，如果從我們通常的觀念看來，是充滿著矛盾和難以克服的困難，但量子力學卻是以獨特的數學結構卓越而合理地把握了它，要理解這種邏輯結構，唯有依靠辯證邏輯?！保ā玻?）〕，第100—101頁）形式邏輯產生了古希臘時期，是人類對宏觀事件進行思維時對規律的總結。但當我們深入到前人未曾接觸過的微觀和宇觀領域時，由于物質決定意識，我們的思維方式是否也應該發生某種變化呢？現在的問題是，針對現代物理學中出現的一些難以解決的問題，如EPR悖論，我們除了繼續在物理學理論上尋求突破之外，是否也可以換一種邏輯思維方式，甚至如本世紀一些杰出物理學家，如玻爾、普里高津等人所說的那樣，現代物理學可以從古老的東方文化中吸取有益的營養，來幫助尋求現代物理學的突破口呢？

五

以上我們雖然分別評述了物理學哲學研究的不同途徑，但這并不意味著物理學哲學研究途徑之間的差別就是涇渭分明的，恰恰相反，正如我們在上面敘述中已經表露出來的那樣，這些研究途徑之間是緊密相連、相輔相成的，其區別只在于我們研究的問題傾重點不同罷了。任何最新自然圖景的構建都要建立在自然科學前沿的研究成果之上，對自然科學前沿問題的正確理解就是構建新自然圖景的關鍵所在。但任何新理論成就的取得又都離不開概念的更新和對這些概念的澄清。上述研究當然也離不開對物理學方法的反思和創造。總之，當代物理學哲學是對物理學的歷史與現狀進行全面反思的一門哲學分支學科，它的研究既會對物理學的進一步發展有一定的啟發作用，也由于涉及到哲學的本體論、認識論和方法論的各個方面，又會對豐富和發展當代哲學做出應有的貢獻。

近年來，我國一些物理學家和自然辯證法工作者運用辯證唯物主義思想，從以上各條途徑上全面展開了研究，尤其是對物理學前沿科學成果所產生的哲學問題的辯論，例如，涉及到大爆炸宇宙學的有關宇宙有限無限問題，涉及到“夸克禁閉”現象的物質是否無限可分問題，對有關EPR悖論的阿斯佩克特實驗結果的理解問題等等，都引起了哲學界和部分物理學家的廣泛關注。我們還注意到，國內一些哲學教科書已經根據上述問題的討論充實和更新了有關的教學內容，這是值得欣慰的。但我們也應當看到，我國目前物理學哲學研究的水平與國外同行相比還有一定差距。其主要表現就是對當代物理學基本思想的理解還不深，還難以提出獨到的令物理學界和哲學界都信服的觀點，而當年賴辛巴哈、波普爾、邦格等哲學家參與有關量子力學基礎問題的爭論時，都曾提出過令當時還健在的量子力學創始人和眾多諾貝爾物理學獎金得主都不得不重視的觀點。（參見〔（3）〕、〔（4）〕、〔（5）〕）這主要是因為我國第一流的物理學家關心物理學哲學的人數還太少，而受過專門物理學訓練的哲學工作者（包括自然辯證法工作者）也不多，二者之間交流的機會就更少。我們熱情地期待，會有更多的哲學和物理學工作者參加到物理學哲學研究的行列中來。

主要參考文獻

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（21）殷正坤、邱仁宗：《科學哲學引論》，華中理工大學出版社，1996年。

量子力學的認識和理解范文5

關鍵詞：物理師范生 ；近代物理實驗思想； 教學理念； 滲透

引言

我國《全日制普通高級中學物理課程標準(實驗)》要求在課程內容上體現時代性、基礎性和選擇性：高中物理課程應加強與學生生活、當代社會及科技發展的聯系，反映當代科學技術發展的重要成果和新的科學思想。2002年北京師范大學的梁志國和郭玉英教授通過對我國幾種代表性的綜合報刊文獻中的近現代物理學知識進行了統計研究，分析了近現代物理學知識對于提高公民素質的教育價值，呼吁在中學物理課程中加入相關的內容。①因而在高中物理課程中都增加了很多近代物理學的知識，介紹一些物理學研究的前沿領域。國外的一些比較流行的高中物理教材都把近代物理的基本思想寫了進去，知識呈現的方式以及內容的選取上也很有特點。②比如關于狹義相對論的時空觀、量子物理、量子力學、核能概念的推理模式、在挪威高中引入量子力學等內容的研究文章都是時?？梢姷?。③

隨著近代物理知識的引入，教師自身知識素養與過去相比需有所提高，但是，現實中的問題也隨之而來。首先，浙江師范大學潘建標在中學物理教材中的物理學前沿內容的研究中反映出物理前沿教學中物理教師知識結構陳舊、教學策略單一的問題。④其次，北京師范大學的王春鳳和郭玉英教授在中學物理教師關于量子力學概念的理解的研究中表明他們對于量子力學存在很多普遍性的錯誤理解，并且表明大多數教師還是用經典的思維方式來考慮量子力學的問題。⑤然后，西南大學的涂星火對高中物理新課程量子論和相對論內容教學實施情況進行了系統的調查研究，提到教師水平受限難于駕馭這部分內容。⑥等等。

基于以上分析，筆者認為物理老師除了要提高自身的知識水平，在教授近代物理知識方面需要改變教學策略，在課堂中滲透近代物理的基本思想。而物理師范生是未來的物理教師，是未來物理教師中的中流砥柱，所以這就要求物理師范生能準確把握近代物理基本思想。經過一學年的近代物理實驗的學習，筆者對近代物理實驗思想對物理師范生教學理念滲透狀況有了一定的了解，也提出了自己的一些看法。

正文

一、近代物理實驗思想對物理師范生教學觀念的滲透現狀

筆者常常會聽到身邊的同學們抱怨學習近代物理實驗對于如何成為一名中學物理教師究竟有何意義。近代物理實驗包括掃描隧道顯微鏡，鎖相放大、CT、拉曼光譜、磁共振等等，其中實驗涉及原子物理、量子力學等多方面的知識，甚至有些脫離了經典力學的范疇。師范生在了解每個實驗的原理以及做法時常常會遇到各種問題，但是這些問題常常得不到引導和解釋，因而最終被忽略。而且通常實驗的完成以數據的處理為結尾。當師范生回憶實驗的內容時，實驗的結果往往是記憶的全部，此外，普通物理基本思想在師范生的頭腦中是根深蒂固。

由此，筆者發現：首先，師范生對近代物理實驗思想了解得不全面；其次，師范生中普遍存在著人云亦云的現象；然后，師范生對近代物理實驗思想理解的深度沒有達到應有的程度，且只是淺顯地了解到近代物理實驗中蘊涵的重要思想；最后，師范生沒有形成對與近代物理實驗思想的個人認識。

二、增強近代物理實驗思想對物理師范生教學觀念的滲透的建議

筆者認為可以從兩個方面入手，一方面可以從物理師范生的角度入手，另一方面可以從學校的角度入手。

從物理師范生的角度看，物理師范生可以做的改變：改善學習態度、注重自我反思關注師生間、生生間的交流與合作等等。首先，態度可以真實地反映當前一個人的狀態。學習的態度會影響師范生良好的學習習慣地養成，還會影響師范生的學習生活，甚至影響師范生每時每刻的學習狀態。改善師范生的學習態度可以使師范生從潛意識中重視近代物理實驗的學習，體會近代物理實驗的思想。其次，自我反思可以將外化近代物理實驗思想轉化為自己內化觀念，形成有關于近代物理實驗的知識網絡結構，減少知識的容量，增強知識的記憶。師范生的自我反思可以加深對近代物理實驗的理解和體會，使得近代物理實驗思想深入骨髓，促進師范生的不斷自我發展。最后，當前新課程改革倡導師生間、生生間的交流與合作，有利于促進自主學習，改善學習方式，最終提高全體學生的科學素養。當然，師范生注重師生間、生生間的交流與合作，有利于師范生理解實驗的原理、體會研究所用到的方法以及對比前人的研究思路、全面地了解教育工作者所要傳達的教育意圖。

從學校的角度看，首先，教育工作者有針對性改善教學策略，并且教育工作者在教學中滲透近代物理實驗思想，循序漸進的引導師范生體會近代物理實驗思想，加深師范生對其的認識。其次，還可以改變教育工作者的評價方法，因為這可以激發師范生的學習興趣，提高師范生的學習熱情。（作者單位：浙江師范大學數理與信息工程學院）

參考文獻

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量子力學的認識和理解范文6

Deep Beauty

2011，472pp

Hardback

ISBN9781107005709

Hans Halvorson編著

本書起源于2007年10月3-4日在新澤西州普林斯頓，由普林斯頓大學和約翰·坦普爾頓基金會（JTF）組辦的“深度的美：數學新方法和理解量子世界基礎的探究”主題研討會。會議從世界各地邀請了一批杰出的哲學家和科學家參會演講，會后演講者把他們的思想發展整理成為該書。

沒有什么科學理論能比量子理論引起更多的迷惑和困惑。起初在1900年，量子理論的發展忽冷忽熱，直到1932年馮諾依曼發表了他的開創性的經典著作《量子力學的數學基礎》，量子力學才找到了與其相容的數學理論框架。物理學本來是幫助我們認識理解世界的，但是量子理論把世界搞得更加難懂。這個困惑源自于我們嘗試想把量子理論和廣義相對論統一起來。量子力學所帶來的困惑不僅引起人們心里的不安，而且阻礙著物理學本身的發展。那么，我們如何做出觀念上的創新呢？我們如何找到一個新的視角讓之前所有迷惑的現象通通變得合理可行，甚至是結構美麗的。在光輝的歷史傳統中，從哲學家康德（Immanuel Kant）到哲學數學家弗雷格（Gottlob Frege）和布羅威爾（L. E. J. Brouwer），數學科學創造了許多新概念，碩果累累。因此，本書的切入點在于認同數學的創造性發展能夠推動人類觀念的進步，促使我們理解當今的物理理論，尤其是量子理論，進而推動了物理學的進步。

本書內容分為三個部分，共12章：第一部分超越希爾伯特空間的范式，含第1-6章：范疇理論：1.N-范疇物理學的歷史前傳；2.宇宙的進程和它的一些假象；3.拓撲斯（Topos）方法在基礎物理學中的應用；4.存在化（Daseinisation）的物理解釋；5.經典和量子的可觀察量；6.波爾化（Bohrification）。第二部分超越希爾伯特空間范式：算子代數，含第7-8章：7.小題大做：引人注目的相對論真空狀態；8.愛因斯坦遇見馮諾依曼：代數量子場論中的局部性和可控的獨立性。第三部分希爾伯特空間框架含第9-12章：9.量子理論及其超越：糾纏態是特殊的嗎？；10.馮諾依曼對“沒有隱藏的變量”的證明是荒謬的嗎？11.廣義概率論的葉理狀（Foliable）可控制結構；12.強的自由意志定理。

本書側重于方法論，從多個角度闡述新思想，尤其是新的數學概念，旨在引入新的觀念幫助我們理解當代物理學及其未來的發展。書中作者都是物理學、數學基礎研究領域的頂尖專家，有數學家（Conway，de Groote，Kochen，Spitters），物理學家（Baez，Coecke，Dring，Heunen，Isham，Landsman，Lauda，Summers），理論物理學家（Brukner，Dakic，Hardy）和哲學家（Bub，Redéi）。

本書適合數學、物理學和科學哲學領域相關的研究人員閱讀。

陳濤，

博士生

（中國傳媒大學理學院）