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量子力學和相對論的關系范文1
量子力學解釋遇到的困難，通常包括：數學形式的抽象、明顯的非決定論；測量的不可逆性；測量中觀察者的作用；制備與測量的區分；在相隔遙遠的客體之間的關聯；波粒二象性的疑團等等。將近一個世紀以來，已經發展出幾十種解釋，各有優劣，爭論異常激烈。其中長期以來占據統治地位的是由波爾和海森堡于1927年提出并逐漸發展起來的所謂哥本哈根解釋，幾乎成為了標準解釋。這種解釋的最大問題在于它的“反實在性”，因而受到許多質疑和反對。本書所建議的“交易解釋”（TI）正是針對這一要害建立的。它是1986年由J.G.Cramer 受到WheelerFeynman的光吸收理論啟發而首創的。其基本觀點認為一個量子事件是由于超前波與推遲波的一種“牽手”，完成一種“交易”形成的。它明顯是一種非定域的解釋，與最近關于檢驗Bell不等式的實驗自洽，同時又能夠滿足相對論的協變性和因果規律。本書作者接受并推廣了這種解釋，在書中詳細地把這種解釋與哥本哈根解釋進行了比較，特別強調了對于所謂的一些佯謬的不同處理。這種解釋最大的優勢在于可以把量子力學波函數解釋為在空間真實傳播的物理的波，而不是像哥本哈根解釋中認為的只是人們知識的數學表示。它對于波函數的復數特性以及所謂的“扁縮”給出了清楚的理解。同時對于量子力學解釋與量子力學實驗檢驗的關系進行了深入的討論。作者認為這種解釋會給量子力學解釋長期存在的許多難題的解決提供希望。
全書內容分成9章：1.導言：量子特性；2.示意圖對版圖；3.原始的TI：基礎；4.新的TI：可能主義者交易解釋（PTI）；5.挑戰、答復和應用；6.PTI和相對論；7.PTI中可能性的形而上學；8.PTI 和“時空”；9.后記：超越視覺。
本書是一部關于量子力學解釋問題的學術專著，代表了當前有一定影響的一派主張，當然也有不少對于該觀點的質疑，因此，尚不能認為是一種完整的成熟觀點。讀懂該書需要有較高深的量子力學知識基礎和對于各種量子力學解釋的深入了解。對于物理學和自然科學的哲學問題感興趣的研究人員和研究生，這是一部值得一讀的參考書。
量子力學和相對論的關系范文2
王渝生，1943年生于重慶。1966年畢業于四川師范大學數學系，1981年畢業于中國科學院研究生院，相繼獲理學碩士、博士，德國慕尼黑大學博士后。曾任中國科學院自然科學史研究所研究員、副所長、博士生導師，中國科學技術館館長等。
著有《自然科學史導論》、《科學尋蹤》、《科技百年》、《中國算學史》等，榮獲國家圖書獎、中國圖書獎、20世紀科普佳作獎、國家中長期科技發展規劃戰略研究突出貢獻獎等。全國科普先進個人。享受政府特殊津貼。
專家精彩語錄：
A：前些年我到天津拜訪著名數學家陳省身，90多歲高齡的陳省身為在北京舉行的國際數學家大會的一個青少年數學夏令營題詞，就四個大字：“數學好玩”！他就認為數學好玩有趣，他就像玩一樣研究數學，所以能夠成為第一流的數學家。
B：20世紀前30年，兩個理論成就，一個是相對論，一個是量子力學，這就是20世紀前30年的物理學革命。20世紀后70年，所有科學技術的發展都與相對論和量子力學有關。即所謂四大科學模型和高新技術。
三、二十世紀的科學發現與技術發明
20世紀科學技術的發展是在19世紀的科技成就，如熱力學、電磁場理論、化學原子論、細胞學說和生物進化論等這些基礎上發展起來的。19世紀末，有所謂實驗物理學上的三大發現：1895年發現了X射線，1896年發現了放射性元素，1897年發現了電子。
電子的發現不得了！從2000多年前古希臘的德謨克利特到近代的道爾頓的原子論，都認為組成物質的最小微粒是原子，而1897年發現原子內部還有構造，發現了電子，電子帶有負電荷。到1911年發現了質子，1932年發現了中子。所以，19世紀末的三大發現引發了20世紀頭30年的第二次科學革命。第一次科學革命是天文學革命，第二次科學革命是物理學革命。
第二次科學革命誕生了兩個科學理論：相對論和量子力學。
相對論的創立者是德國物理學家愛因斯坦，他是20世紀也可以說是人類有史以來最偉大的科學家，他在1905年創立了狹義相對論。狹義相對論有個推論：質能相當關系式，就是說質量與能量可以相當，寫出來是一個相當漂亮的數學表達式：E=mc2,E是能量，m是質量，c是光的速度（300000千米／秒）。用這個公式來計算物質內部的能量大到驚人的程度，如把1克物質代入m，算出的E可以相當于36000噸優質煤在常規狀態下完全燃燒所釋放的熱能。愛因斯坦在100年前就指出，1克物質內部蘊藏著36000噸煤炭所具備的熱能！誰說科學不是生產力？誰說科學不是第一生產力？愛因斯坦寫出這個公式的時候是26歲！既不是博士，也不是教授，是瑞士伯爾利專利局的一名小小的職員，但是，他掌握了科學真理，得到了諾貝爾物理學獎。1945年他66歲，第一顆原子彈爆炸，實現了他的公式。從科學理論到技術實現用了40年。到了1915年愛因斯坦又提出了廣義相對論，揭示了物質、運動和時間、空間之間的內在聯系，改變了人類的時空觀。
量子力學和相對論的關系范文3
[關鍵詞]量子體系對稱性守恒定律
一、引言
對稱性是自然界最普遍、最重要的特性。近代科學表明，自然界的所有重要的規律均與某種對稱性有關，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某種特殊的對稱性——所謂“規范對稱性”。實際上，對稱性的研究日趨深入，已越來越廣泛的應用到物理學的各個分支：量子論、高能物理、相對論、原子分子物理、晶體物理、原子核物理，以及化學（分子軌道理論、配位場理論等）、生物（DNA的構型對稱性等）和工程技術。
何謂對稱性？按照英國《韋氏國際辭典》中的定義：“對稱性乃是分界線或中央平面兩側各部分在大小、形狀和相對位置的對應性”。這里講的是人們觀察客觀事物形體上的最直觀特征而形成的認識，也就是所謂的幾何對稱性。
關于對稱性和守恒定律的研究一直是物理學中的一個重要領域，對稱性與守恒定律的本質和它們之間的關系一直是人們研究的重要內容。在經典力學中，從牛頓方程出發，在一定條件下可以導出力學量的守恒定律，粗看起來，守恒定律似乎是運動方程的結果．但從本質上來看，守恒定律比運動方程更為基本，因為它表述了自然界的一些普遍法則，支配著自然界的所有過程，制約著不同領域的運動方程．物理學關于對稱性探索的一個重要進展是諾特定理的建立，定理指出，如果運動定律在某一變換下具有不變性，必相應地存在一條守恒定律．簡言之，物理定律的一種對稱性，對應地存在一條守恒定律．經典物理范圍內的對稱性和守恒定律相聯系的諾特定理后來經過推廣，在量子力學范圍內也成立．在量子力學和粒子物理學中，又引入了一些新的內部自由度,認識了一些新的抽象空間的對稱性以及與之相應的守恒定律，這就給解決復雜的微觀問題帶來好處，尤其現在根據量子體系對稱性用群論的方法處理問題，更顯優越。
在物理學中，尤其是在理論物理學中，我們所說的對稱性指的是體系的拉格朗日量或者哈密頓量在某種變換下的不變性。這些變換一般可分為連續變換、分立變換和對于內稟參量的變換。每一種變換下的不變性，都對應一種守恒律，意味著存在某種不可觀測量。例如，時間平移不變性，對應能量守恒，意味著時間的原點不可觀測；空間平移評議不變性，對應動量守恒，意味著空間的絕對位置不可觀測；空間旋轉不變性，對應角動量守恒，意味著空間的絕對方向不可觀測，等等。在物理學中對稱性與守恒定律占著重要地位,特別是三個普遍的守恒定律——動量、能量、角動量守恒，其重要性是眾所周知，并且在工程技術上也得到廣泛的應用。因此，為了對守恒定律的物理實質有較深刻的理解，必須研究體系的時空對稱性與守恒定律之間的關系。
本文將著重討論非相對論情形下討論量子體系的時空對稱性與三個守恒定律的關系，并在最后給出一些我們常見的對稱變換與守恒定律的簡單介紹。
二、對稱變換及其性質
一個力學系統的對稱性就是它的運動規律的不變性，在經典力學里，運動規律由拉格朗日函數決定，因而時空對稱性表現為拉格朗日函數在時空變換下的不變性．在量子力學里，運動規律是薛定諤方程，它決定于系統的哈密頓算符，因此，量子力學系統的對稱性表現為哈密頓算符的不變性。
對稱變換就是保持體系的哈密頓算符不變的變換．在變換S（例如空間平移、空間轉動等）下，體系的任何狀態ψ變為ψ（s）。
三、對稱變換與守恒量的關系
經典力學中守恒量就是在運動過程中不隨時間變化的量，從此考慮過渡到量子力學，當是厄米算符，則表示某個力學量，而
然而,當不是厄米算符,則就不表示力學量.但是，若為連續變換時，我們就很方便的找到了力學量守恒。
設是連續變換，于是可寫成為=1+IλF,λ為一無窮小參量，當λ0時，為恒等變換。考慮到除時間反演外，時空對稱變換都是幺正變換，所以
（8）式中忽略λ的高階小量，由上式看到
即F是厄米算符，F稱為變換算符的生成元。由此可見，當不是厄米算符時，與某個力學量F相對應。再根據可得
可見F是體系的一個守恒量。
從上面的討論說明，量子體系的對稱性，對應著力學量的守恒，下面具體討論時空對稱性與動量、能量、角動量守恒。
1.空間平移不變性（空間均勻性）與動量守恒。
空間平移不變性就是指體系整體移動δr時，體系的哈密頓算符保持不變．當沒有外場時，體系就是具有空間平移不變性。
設體系的坐標自r平移到，那么波函數ψ(r)變換到ψ(s)(r)
2.空間旋轉不變性（空間各向同性）與角動量守恒
空間旋轉不變性就是指體系整體繞任意軸n旋δφ時，體系的哈密頓算符不變。當體系處于中心對稱場或無外場時，體系具有空間旋轉不變性。
3.時間平移不變性與能量守恒
時間平移不變性就是指體系作時間平移時，其哈密頓算符不變。當體系處于不變外場或沒有外場時，體系的哈密頓算符與時間無關（），體系具有時間平移不變性。
和空間平移討論類似，時間平移算符δt對波函數的作用就是使體系從態變為時間平移態：
同樣，將（27）式的右端在T的領域展開為泰勒級數
四、結語
從上面的討論我們可以看到，三個守恒定律都是由于體系的時空對稱性引起的，這說明物質運動與時間空間的對稱性有著密切的聯系，并且這三個守恒定律的確立為后來認識普遍運動規律提供了線索和啟示，曾加了我們對對稱性和守恒定律的認識．對稱性和守恒定律之間的聯系，使我們認識到，任何一種對稱性，或者說一種拉格朗日或哈密頓的變換不變性，都對應著一種守恒定律和一種不可觀測量，這一結論在我們的物理研究中具有極其重要的意義，尤其是在粒子物理學和物理學中，重子數守恒、輕子數守恒和同位旋守恒等內稟參量的守恒在我們的研究中起著重要的作用．下表中我們簡要給出一些對稱性和守恒律之間的關系。
參考文獻
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量子力學和相對論的關系范文4
（一）經典物理中的粒子與波
在經典物理中，一般認為波和粒子存在著巨大的差別，那么這兩者之間的不同之處到底在什么地方呢？
在經典物理中，一般認為粒子是在空間中獨立離散的存在的物質，并且具有一定大小和質量，比如電子的質量為9.10938215（45）×10-31千克，雖然很小，但是我們可以通過實驗間接地測量出來。此外，當粒子在某一方向上受到力的作用時，該粒子的速度大小會發生改變，也就是說，力在此時起到了阻礙或者加速運動的作用，改變了粒子的運動狀態。而當兩個粒子碰撞時，會產生動量的交換，若是在非彈性碰撞的條件下，還會有動能的損失。
與粒子不同，波是振動的傳播，一般分為兩種，一種是要依靠介質而存在的機械波，另一種為不需要介質也可以存在的電磁波，兩者都無法在空間中占據一定的體積，因此也沒有質量這個概念。由于波是一直運動著的，因此無法相對于某一參考系保持相對靜止狀態，雖然波一直在保持運動，但是其運動狀態又與粒子的運動存在著非常大的不同。
（二）量子力學中的波粒二象性
通過上節的描述和對比，我們發現波和粒子無論在存在形式還是運動狀態上，都存在著明顯的不同，這也就是說在經典力學中，波和粒子是完全不同的兩個物理現象。接下來我們再來討論一下在量子力學中，波粒二象性在哪些方面體現了粒子的特征，在哪些方面又體現了波的特征。
在量子力學中，我們認為一切可承載能量的載體都是粒子，比如說在經典物理范圍內的粒子，以及在量子力學中才體現出粒子性來的光子，此時的粒子，已不再要求其必須具有一定的體積和質量。
由于沒有絕對的靜止，所以根據德布羅意的假設“實物粒子也具有波動性”可以推知，一切的粒子都存在著波動，從而經典物理中相對靜止的觀念不得不被放棄。在量子力學中，一切的粒子的行為具有了波長，頻率，但是此時的動量與能量的表達式為
其中為普朗克常量，這是在經典物理中，無論波還是粒子從未存在過的，因為這兩個公式將粒子運動獨有而波動沒有的動量，波動獨有的而粒子運動所沒有的頻率和波長統一了起來。由式子（3）可以看到，由于在經典物理一般處理的是動量比較大的物質，而普朗克常量又是一個很小的數值，因此其波動性沒能體現出來。雖然粒子運動時具有了波的行為，會產生干涉和衍射現象，比如勞厄衍射光柵實驗以及戴維遜和湯姆遜利用晶體所做的電子束衍射實驗所驗證的那樣，但是，在受到力或者與其他粒子相互作用時，粒子依然保持著經典物理中粒子的特點，其運動狀態（比如說動量和能量）依然會發生改變，比如在康普頓實驗中我們知道，經過石墨散射后的X射線的波長會變長，能量相應的也會發生變化，這就使我們不得不放棄經典物理中波的傳播速度和頻率不會改變的法則。
通過以上討論，我們發現波粒二象性既沒有完全采用粒子的全部性質，也沒有全部采用波的全部性質，在存在形式上保留了粒子離散性的特點，在運動形式上保留了波動的特點，但是在受力或者與其他粒子相互作用時又保留了粒子的特點。除了在兩個經典物理概念中各自繼承的概念外，還通過公式（3）、（4）等概念，擴展了我們對物理學的認識，公式（3），（4）也是量子力學超越經典物理，并將粒子性質與波動性質統一起來的關鍵點。
量子力學和相對論的關系范文5
縱觀物理學的整個發展過程,無不包含著一代又一代的科學家對物理學之美的孜孜追求。愛因斯坦曾經說過:“物理學是至善至美的科學”。他把物理學之美歸納為:簡單、和諧、完善、統一。他在建立相對論時的整個思考過程即是對“宇宙美”的追求過程。和諧美、簡潔美一直是他衡量物理學理論是否正確的標準。開普勒堅信上帝是按照完美的數學原則來創造世界的,他以數學的和諧來探索宇宙,不忽視任何一個誤差,最終發現了行星運動的統一規律――行星運動定律。費曼也正是憑著他獨特的審美鑒賞力去審視和欣賞牛頓的萬有引力定律,麥克斯韋方程和愛因斯坦的相對論所體現的那種完美的結構,感受對稱性、守恒定律、最小作用量原理的普遍性;又通過自身的審美直覺去洞察自然界內在的美,創造出了體現過去與未來之間對稱性的費曼圖,并進而提出了一種新的重整化理論,巧妙地避開了困擾量子場論計算中的發散困難,為量子場論確立了一種標準的理論程序。
物理學所蘊含之美主要包括:對稱美、簡潔美、和諧美、統一美。
1.對稱美
由于物理學揭示了自然界物質的存在、構成、運用及其轉化等規律的對稱性而產生的美感,稱為物理學的對稱美。
物理學中的對稱主要表現為時空對稱、數學對稱和抽象對稱。
時空對稱有空間對稱、時間對稱、時間和空間同時對稱三種類型。時空對稱表示物理現象在時空變換下的不變性。如杠桿的平衡、平面鏡成像、磁體的兩極、電荷的正負表現了物質的直觀形象在空間上的對稱;勻速運動的速率在運動過程中的任一點都相等,相干光在干涉空間任一區域都保持相等的條紋寬度等表現了物質在運動變化過程中的空間對稱;周期、節奏、頻率等表示了時間對稱;不隨時間變化的勻強電場、勻強磁場表現出既具有時間對稱,又具有空間對稱等等。
數學對稱表示物理內容在教學形式(圖與式)上的對稱性。如簡諧振動的振動圖線、簡諧波的波形圖線具有對稱性。這種對稱性表示了物理內容在數學圖形形式上的對稱。萬有引力定律、庫侖定律與距離之間都具有對稱性,這些對稱性表示了物理內容在數學表達式上的對稱。
抽象對稱表示以抽象的方式所反映出的物理內容的對稱。由于在無窮大或無窮小的尺度上研究物理問題,很難具有直觀性,故很多物理形象及物理內容所呈現的對稱具有抽象性。如處于平衡態的氣體對容器壁的壓強處處相等;處于平衡態的氣體分子的熱運動在三維空間各個自由度上發生的幾率相等,這些都體現了物理內容的抽象對稱美。
2.簡潔美
由于物理學揭示了自然界物質的存在、組成、運動及其轉化等規律的簡單性而產生的美感,稱為物理學的簡潔美。
從物理理論的整體來看,在形形的物理世界中,各種物理現象和過程千差萬別,但在本質上卻可邏輯地歸結為為數不多的若干基本概念和原理。例如,宇宙中紛亂的種種作用力,在本質上可歸結為四種:萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力;牛頓定律將宏觀低速條件下各種機械運動的現象都置于其統治之下;麥克斯韋方程組使復雜的電磁運動形成了一個和諧美滿的家庭;量子力學理論使行蹤飄忽的微觀粒子眉目清晰……F=ma,E=mc2等等,其形式是多么的簡潔而優美。這些都體現了物理學理論整體的簡潔美。
物理學中的理想化方法是從多維的具體形象中,抓住最具有本質特征的主要形象,舍棄一些次要形象,建立起一個輪廓清晰、主題突出的新形象,從而簡化物理問題。顯然,具有簡潔美。
3.和諧美
和諧是指由于組成整體的各個要素相互間恰到好處而在整體上顯現出協調。和諧給人以一種恰如其分、渾然一體、輕松自如的美感。物理學的和諧美,主要是指由于物理理論揭示了自然界物質的存在、構成、運動及其轉化等整體上的和諧性而產生的美感。它主要表現在自洽、對應和互補三個方面。
自洽,與其基本含義一致,即自身內不存在不可統一的矛盾。物理學中的自洽和諧美,主要體現在物理學各分支理論內部以及各分支理論之間在現象、概念、規律等方面都是互不矛盾的。
對應和諧美是指由物理學不同理論間的對應關系而展現的物理學和諧美。對應是高級理論對低級理論的包容,或者是說低級理論是與高級理論在某一特定條件下的結論相一致。具體地說,對某領域正確的物理理論,在新的、更加普遍的理論出現時,并不作為錯誤的東西被拋棄,而是作為新理論的極限形式和局部情況,在新理論中保持原有的意義。如當v
互補和諧美是由物理學各部分之間的互補關系而展現出的物理學和諧美。所謂互補,就指彼此間彌補、相輔相成。物理學中的互補主要表現在不同的、甚至是相互排斥的物理理論,從不同的側面描述物理學的研究對象。如光的波動性與粒子性、微觀粒子的波動性與粒子性,都分別從不同的側面反映了光與微觀粒子的本質。在這里,波動性與粒子性既互斥,又互補。
4.多樣統一美
由于物理學揭示了自然界物質的存在、構成、運動及其轉化等規律的多樣統一性而產生的美感,稱為物理學的多樣統一美。物理事物是千姿百態、千變萬化的,因此,由它們構成的物理世界,必然呈現出萬紫千紅的景象,反映物理事物的特性及其規律的物理知識也是豐富多彩的。但是,自然界是統一的,客觀物理事物之間存在著內在的聯系,通過這種聯系使得我們能將各種各樣的物理知識統一起來,進而形成既千變萬化又和諧統一的美的畫卷。例如,牛頓力學把地上的和天上的所有低速宏觀運動的規律統一起來;麥克斯韋電磁理論把電、磁、光統一起來;愛因斯坦廣義相對論把引力、時間、空間、物質聯系起來;德布羅意關系將微觀粒子的波動性與粒子性統一起來,這些都會使人們感到一種多樣統一的美感。
量子力學和相對論的關系范文6
關鍵詞：大學物理教學；趣味教學；教學效果
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0190-02
大學物理是理工科院校的一門重要基礎課，歷來是學校教學比較重視的部分，但現實的情況是教學效果往往不盡如人意。學生抱怨枯燥，不想學，以致于上課沒興趣學，課下不會做作業，考試不及格，重修后有的學生還不及格。這樣的結果對教師的教學積極性影響很大，讓教師有一種出力不得好的感覺。如何改變這種現狀呢？作者根據多年的大學物理教學經驗，嘗試著在教學過程中引入趣味教學，結合具體生活中的實例，讓學生帶著疑問去聽課，聽課的過程中通過講解的內容來解釋學生的好奇心理，逐漸把學生的學習興趣提高上來，取得了不錯的效果。下面就從典型的近代物理部分說明這種方法的具體操作。
一、從神話故事“天上一天、地上一年”引出相對論部分的教學
大學物理教學中，大家都聽說過愛因斯坦的相對論，但相對論究竟是怎么一回事，學生是比較陌生的。并且這一部分內容學習起來，對于工科院校的學生又是比較難的。每每講到這個地方，筆者都在想如何讓學生帶著興趣學習這部分內容呢？這個時候就可以這樣處理，大家從小就喜歡看《西游記》，《西游記》里有一種思想就是“天上一天、地上一年”，那么這種說法對嗎？如果不對，為什么古人會產生這種思想呢？如果對，那科學依據在哪里呢？讓學生帶著這種疑問來學習，學習氛圍一下子就活躍起來了。下面我們就從愛因斯坦狹義相對論的時空觀來解決這個問題：
愛因斯坦在1905年提出了兩個基本假設：相對性原理和光速不變原理。并且利用這兩個基本假設推出了狹義相對論的時空觀[1]。
1.同時的相對性。如圖1，火車相對于地面的速度為u。取地面為k系，火車為k′系。在車廂中間放一閃光燈M。假設某一時刻閃光燈突然閃了一下，在火車看來，由于MA=MB，且光線左右傳播的速度都是c，所以光線到達A和B是同時的，即在火車看來，光線到達A和到達B這兩件事是同時發生的。若在A、B兩處放上已校對好的鐘，則閃光到達A、B兩處時兩鐘的讀數一樣。
同樣兩件事，在地面看來怎么樣呢？在地面看來，光在傳播時，車也要運動。在光由M到達A、B的過程中，A要迎著光走一段距離，B要背離光走一段距離。而相對地面光向左、右的速度應是相等的，因此，光必定先到達A，后到達B。即在地面看來，光線到達A和到達B這兩件事是不同時發生的。同樣兩件事，在一個慣性系內同時發生，而在另一個慣性系內卻不同時發生，這就是同時的相對性。
同樣的兩件事，相對于不同的慣性系，它們的時間間隔是不同的。這就是時間量度的相對性。
這兩件事在k′系看來是發生在同一地點（M點）的。我們就把發生在同一地點的兩件事的時間間隔叫作固有時間，顯然相對于觀察者靜止的鐘顯示的時間就是固有時間。在k系看來，這兩件事發生在不同的地點（M點和M′），相應的時間間隔叫非固有時間。固有時間是最短的。即地面上靜止的人看到車上的鐘變慢了。這個現象叫作鐘慢效應。鐘慢效應被普遍的作為科幻或神話小說的題材。如“天上一天，地下一年”等。
講到這里，就可以告訴學生，如果一個物體的運動速度達到光速時，理論上是可能出現“天上一天、地上一年”的現象的，但實際上是實現不了的，牽涉的復雜因素我們在后續的課堂上會詳細講解。
二、從“哥本哈根之謎”引出量子力學部分的教學
大學物理的教學中，近代物理中的量子力學部分一直是學生比較難學的地方，很多學生的反映都是抽象，難理解，以至于課堂上很快就不想聽了。對這部分筆者是這樣做的，首先給學生介紹一部在世界范圍內都著名的話劇“哥本哈根”。話劇“哥本哈根”里的人物有三位，分別是海森堡、玻爾以及玻爾的妻子。對于海森堡和玻爾要對學生有個簡短的介紹：
海森堡：德國物理學家，量子力學的奠基人。1932年獲諾貝爾物理學獎。海森堡在學術上的成就是1925年創立了矩陣力學，后來證明和薛定諤波動力學的本質是一致的。海森堡提出了不確定原理，揭示了微觀世界混沌的本性。海森堡還完成了核反應堆理論，二戰期間主持希特勒的原子彈計劃，但他并不認同希特勒。他甚至想由各國科學家之間達成默契以制止原子彈的生產。所以二戰之后，海森堡宣稱自己是一位英雄，是自己憑科學界的良知抵制并挫敗了希特勒的原子彈計劃。但科學家對海森堡有兩種意見，一種是他不想造原子彈；一種是他沒有能力造原子彈。
玻爾：丹麥的物理學家，哥本哈根學派的創始人，1922年獲諾貝爾物理學獎，提出了玻爾模型，成功解釋了氫原子光譜；利用互補原理和哥本哈根詮釋來解釋量子力學。后來致力于原子核的研究，提出核裂變并釋放巨大能量的“核反應模型”。二戰爆發不久，加入美國的“曼哈頓計劃”，與費米、奧本海默等科學家一起投入原子彈的研究，并成功研制成世界上第一顆原子彈。二戰后極力反對發展核武器。玻爾與海森堡的關系既是師生，又情同父子，由于二戰期間分別身處兩大敵對陣營，于1941年的“哥本哈根會談”之后友誼逐漸冷淡。
而話劇“哥本哈根”描述的是1941年海森堡和玻爾之間的談話，當時海森堡乘火車去哥本哈根找到了玻爾。兩人在晚餐后為了避開竊聽，選擇了在室外談話，當然談話的內容至今是個謎。海森堡到底向玻爾談了什么，有沒有向玻爾透漏德國的原子彈計劃，有沒有向玻爾透漏自己核裂變的進展，有沒有向玻爾打聽盟軍原子彈計劃的進展等等。當然，今天這些都無從得知，但不可否認的是“哥本哈根之謎”不僅是科學史，也是“二戰”史上的一個謎團，至今仍令科學家們撲朔迷離。
課堂上介紹到這里，學生已經有了足夠的好奇心，這個時候再給學生強調，如果想看懂話劇“哥本哈根”，如果想了解這段歷史，你就必須要懂普朗克的能量子假說、愛因斯坦的光的波粒二象性、玻爾的定態假設、德布羅意的物質波、薛定鄂的波動力學、玻恩的波函數的統計假設、海森堡的矩陣力學、狄拉克的相對論量子力學、泡利的不相容原理等等[2]。你還要理解量子力學中的基本概念，比如薛定諤方程、算符、波函數、展開假定及全同性原理等等。而所有的這些將在我們隨后的課堂中學到。只有懂了這些，將來有機會你看話劇“哥本哈根”的時候，你才會發現那是一種享受，而不是一種煎熬。
通過這樣的辦法，讓學生對要學的內容感興趣，讓學生帶著好奇心去學習，往往能夠起到事半功倍的效果。
三、結語
工科大學物理的教學，歷來是比較難的地方，通過在課堂教學中引入具體的典故、事例，往往可以激發學生的學習興趣，讓學生帶著疑問、帶著好奇心去學習，逐步把學生的學習興趣提高上來，經常可以起到事半功倍的效果。
參考文獻：
