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關(guān)鍵詞：氣體閃爍體 光學(xué)方法 能譜測(cè)量 Geant4

中圖分類號(hào)：TL816 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（a）-0100-04

Abstract：The optical method for measuring the energy spectrum of charged particle beam is a kind of measurement method based on the acquisition luminous image of the charged particles in the gaseous scintillation. It has many advantages such as direct-viewing， high energy resolution， suit to various charged particle， wide range and easy to adjust. In this paper， the basic principles， key techniques and main processes involved in measuring the energy spectrum of charged particles by optical method are briefly introduced.

Key Words：Gaseous scintillator；Optical method；Energy spectrum measurement；Geant4

為了解決現(xiàn)有的帶電粒子束能量測(cè)量方法及裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用時(shí)受輻射場(chǎng)強(qiáng)度限制等技術(shù)問題[1]，測(cè)量帶電粒子能譜的光學(xué)方法將徑跡探測(cè)器直觀的、能應(yīng)用于脈沖輻射場(chǎng)的特點(diǎn)與現(xiàn)代成像組件實(shí)時(shí)方便的圖像信息采集和處理的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，發(fā)展了一種新的基于閃爍圖像直接讀出的探測(cè)器，并用于粒子能量測(cè)量。

帶電粒子束入射到氣體閃爍體中，粒子沿徑跡沉積能量并激發(fā)氣體閃爍體發(fā)光，采用CCD相機(jī)獲取氣體閃爍發(fā)光圖像，入射帶電粒子能量與收集到的閃爍發(fā)光圖像一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)圖像反演可求解得到入射粒子束的能譜。這種成像測(cè)量的方法本質(zhì)是依據(jù)帶電粒子束徑跡長(zhǎng)度確定能量，粒子徑跡分布只取決于氣體閃爍體和粒子本身，而不受源脈沖狀態(tài)的限制。光學(xué)成像的測(cè)量方法既可應(yīng)用于脈沖輻射場(chǎng)，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)流穩(wěn)態(tài)輻射場(chǎng)帶電粒子束能譜的測(cè)量。

該文概述了氣體閃爍體的發(fā)光機(jī)理、閃爍圖像光學(xué)方法測(cè)量原理，并對(duì)如何求解帶電粒子能譜的方法進(jìn)行了介紹。

1 氣體閃爍發(fā)光原理

氣體作為閃爍體的發(fā)光材料，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)[2]：發(fā)光衰減時(shí)間快、通過氣壓調(diào)節(jié)便于控制阻止本領(lǐng)、發(fā)光強(qiáng)度與粒子能量沉積在很廣的能量范圍內(nèi)線性很好，閃爍圖像強(qiáng)度能夠準(zhǔn)確反映粒子的能量沉積分布、氣體密度比固體（液體）材料的密度低3～4量級(jí)，同樣能量差的質(zhì)子束的徑跡長(zhǎng)度在氣體中區(qū)分明顯便于實(shí)現(xiàn)精細(xì)的能量分辨。此外，制備簡(jiǎn)單、性能可靠、氣體價(jià)格便宜、使用方便、擴(kuò)展性強(qiáng)，可以做成多種合適的形狀以用于具體需求。

帶電粒子能量通過2種方式轉(zhuǎn)移到氣體原子：電離和激發(fā)。電離過程：入射粒子與氣體原子的核外電子之間存在庫侖力作用，傳遞給電子的能量足以克服原子束縛而成為自由電子，氣體分子分離成為一個(gè)自由電子和一個(gè)正離子。激發(fā)過程：入射粒子與氣體原子的核外電子之間的庫侖力作用，傳遞給電子的能量使它從低能級(jí)狀態(tài)躍遷到較高能級(jí)狀態(tài)，激發(fā)態(tài)原子不穩(wěn)定，隨后原子從激發(fā)態(tài)躍遷回到基態(tài)而退激，退激時(shí)釋放出來的能量以光的形式發(fā)射出來，釋放出的光子具有特定能量特征。在電離過程中，產(chǎn)生的自由電子如果具有足夠能量會(huì)產(chǎn)生更多的電子-離子對(duì)或者引起原子激發(fā)?？傮w過程可表示為：

R+Ae+A++R'

R+AA*+R'

e+A+A* （1）

其中，R為入射帶電粒子，A為閃爍氣體原子，它電離和激發(fā)產(chǎn)生電子e和離子A+，A*為激發(fā)態(tài)的原子。激發(fā)態(tài)的原子通過發(fā)出光子釋放能量（輻射過程），如下：

A*A+hνa （2）

或者轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔ǚ禽椛溥^程）。氣體原子發(fā)出的光hνa具有特定的能量特征，在光譜中表現(xiàn)為線狀譜。

在氣體較稠密狀態(tài)下（n～1019 cm-3），三體碰撞的概率增加而形成激發(fā)態(tài)的分子或二聚物：

A*+2AA2*+A （3）

處于激發(fā)態(tài)的氣體分子的退激是另一N形式，發(fā)出的光子在光譜中表現(xiàn)為連續(xù)譜分布。

A2*2A+hνm （4）

線狀譜hνa和連續(xù)譜hνm構(gòu)成了閃爍光譜的主要成分，一個(gè)典型的氣體閃爍體閃爍發(fā)光的光譜圖如圖1所示。

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【關(guān)鍵詞】量子通信；量子信息學(xué)；量子信道；光子探測(cè)

1.引言

量子通信是量子力學(xué)和通信科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)典信息論不能完成的信息處理任務(wù)。量子通信以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，其研究包括：量子隱形傳態(tài)、量子安全直接通信等研究方向，對(duì)現(xiàn)有信息技術(shù)帶來了重大突破，引起了學(xué)術(shù)界高度重視。近年來，有關(guān)量子計(jì)算機(jī)、量子相干性、量子通信、量子密碼等理論和研究大熱，其中，量子通信作為量子信息研究的內(nèi)容之一，成為物理學(xué)等領(lǐng)域最活躍的研究熱點(diǎn)。量子通信理論上可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的通信過程，最初是利用光纖完成的，但由于光纖受地理和自身限制，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信，不利于全球化量子通信。1993年，6位來自不同國(guó)家的科學(xué)提出了利用量子隱形傳送方案，構(gòu)建了一種脫離實(shí)物的量子通信系統(tǒng)，以量子態(tài)作為信息載體，通過量子態(tài)的傳送完成了大容量信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)原則上不可被破譯的通信技術(shù)。由于存在不可避免的環(huán)境噪聲，量子的糾纏態(tài)品質(zhì)會(huì)隨著傳送距離的增加而變得越來越差。因此，量子通信不可避免地首先要解決傳輸距離的限制才能具有良好的應(yīng)用前景?？臻g量子通信技術(shù)利用分發(fā)糾纏光子的方法為遠(yuǎn)程量子通信的研究提供了一種途徑。

2.空間量子通信技術(shù)原理

量子通信具有“容量大、速度快、保密性好”的優(yōu)點(diǎn)，其過程遵從量子力學(xué)原理。典型的量子通信系統(tǒng)包括：量子態(tài)發(fā)生器、通道和量子測(cè)量裝置。具有量子效應(yīng)的粒子如：光子、電子、原子等，都可以作為實(shí)現(xiàn)量子通信的量子信號(hào)[1]。由于光信號(hào)具有良好的傳輸特性，我們現(xiàn)在通常所說的量子通信系統(tǒng)均為量子光通信系統(tǒng)。單光子（糾纏光子對(duì)）的分發(fā)是實(shí)現(xiàn)空間量子通信的前提，空間量子通信技術(shù)可以通過空間技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球化的量子通信，克服自由空間鏈路帶來的距離限制，圖1給出了典型量子通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成。

使用糾纏量子信號(hào)的量子態(tài)隱形傳輸技術(shù)是未來量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)[2]，其原理如下：根據(jù)量子力學(xué)理論，由兩個(gè)光子組成的糾纏光子對(duì)（薛定諤將多體量子狀態(tài)的不可分的相互關(guān)聯(lián)稱為量子糾纏），無論其在宇宙中相隔多遠(yuǎn)，其狀態(tài)均不可分割。單獨(dú)測(cè)量其中一個(gè)光子狀態(tài)，會(huì)得到完全隨機(jī)的結(jié)果，根據(jù)海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理，一旦測(cè)量了其中一個(gè)光子的狀態(tài)，即使其發(fā)生了變化，那么另一個(gè)光子也會(huì)發(fā)生同樣的變化，即“塌縮”到相同的狀態(tài)。利用這一特性，通信者Alice隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)比特，再隨機(jī)改變自己的基來制備傳輸量子態(tài)，并重復(fù)多次，接收者Bob通過量子信道進(jìn)行接收，他測(cè)量每個(gè)光子，也隨機(jī)改變自己的基，當(dāng)兩人的基相同時(shí)，就得到了一組互補(bǔ)的隨機(jī)數(shù)。一旦竊聽者Eve進(jìn)行竊聽，糾纏光子對(duì)的特性就被破壞，Alice和Bob就會(huì)發(fā)覺，因此利用這種方式的通信是絕對(duì)安全的。

3.量子通信的研究進(jìn)展和趨勢(shì)

人們最初對(duì)量子的研究是基于對(duì)光的研究進(jìn)行的，由于量子通信可以建立無法被破譯的通信系統(tǒng)，因此受到美國(guó)、歐盟、日本等國(guó)在內(nèi)有關(guān)科研機(jī)構(gòu)的大力研究和發(fā)展，我國(guó)在這方面的研究成果也受到了國(guó)際上的廣泛關(guān)注。特別是在量子通信的演示驗(yàn)證試驗(yàn)方面，學(xué)術(shù)界已經(jīng)由地面自由空間傳輸試驗(yàn)向空間傳輸試驗(yàn)發(fā)展[1][3]。

（1）分發(fā)協(xié)議的發(fā)展

1984年，IBM公司的Chales H.Bennet和加拿大蒙特利爾大學(xué)的Gilles Brassard提出了第一個(gè)分發(fā)協(xié)議——BB84協(xié)議[4]。在1992年，他們又提出了EPR協(xié)議，又稱E91協(xié)議，將糾纏態(tài)首次與量子通信聯(lián)系起來[5]。2002年，Bostrom和Felbinger提出了Ping-pong協(xié)議[6]，這是一個(gè)十分重要的協(xié)議，其信息可以被確定性的直接傳輸，明顯提高了傳輸相率，受到人們的重視。目前所有實(shí)驗(yàn)基本上基于上述協(xié)議進(jìn)行的[7]。

（2）地面自由空間量子通信實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

1993年，美國(guó)IBM公司基于糾纏態(tài)交換的實(shí)驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)量子信息傳輸實(shí)驗(yàn)，傳輸距離32cm，傳輸速率10bps，從此拉開了量子通信實(shí)驗(yàn)研究的序幕[1]。表1給出了現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外較著名的地面自由空間量子通信實(shí)驗(yàn)及成果[2][8-10]。

其中，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授、清華大學(xué)彭承志教授等人于2005年至2009年間一系列的研究成果表明量子隱態(tài)傳輸穿越大氣層是可行的，糾纏光子在穿透等效于整個(gè)大氣厚度的地面大氣后，其糾纏特性仍可以保持，這為未來空間量子通信技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[7]。2007年，Zeilinger領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在奧地利兩海島間實(shí)現(xiàn)了跨越144km距離的基于誘騙態(tài)和糾纏態(tài)量子通信，是目前為止自由空間量子通信實(shí)驗(yàn)距離的世界紀(jì)錄[7]。該實(shí)驗(yàn)的單光子源采用弱相干脈沖[10]，鏈路采用雙向主動(dòng)望遠(yuǎn)鏡跟蹤系統(tǒng)，包括一臺(tái)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（可發(fā)送單光子同時(shí)接收信標(biāo)激光信號(hào)）及一架CCD相機(jī)等部件，如圖2所示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的成功被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)空間量子通信的重要基石。

由于量子通信的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，許多國(guó)家都把其列入重點(diǎn)研究范圍，縱觀各國(guó)研究現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)，美國(guó)側(cè)重研究量子理論，正在大力研究和發(fā)展量子計(jì)算機(jī)和量子通信的理論和技術(shù)，希望在十年內(nèi)有所突破。歐洲則對(duì)星地量子通信等空間應(yīng)用較感興趣，善于聯(lián)合各國(guó)力量推動(dòng)量子通信技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)已開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。日本則重點(diǎn)致力于提高量子通信傳輸速率，并致力于量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的搭建和研究。我國(guó)目前已經(jīng)在自由空間量子通信上取得了一系列世界領(lǐng)先的科研成果，需要廣大科研人員繼續(xù)努力，保持我國(guó)在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

（3）量子通信在空間的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

歐空局（ESA）自2002年以來資助了一系列空間量子通信研究，如QSpace項(xiàng)目（2002年-2003年），ACCOM項(xiàng)目（2004年），QIPS（2005年-2007年）。QSpace項(xiàng)目一來是為了驗(yàn)證基于量子物理學(xué)的空間通信技術(shù)的可行性，二來是為了驗(yàn)證空間量子通信較地面量子通信的優(yōu)勢(shì)，如可避免大氣擾動(dòng)和吸收的影響等[11]。為此該項(xiàng)目進(jìn)行了一些列的試驗(yàn)，獲得了空間量子通信四項(xiàng)主要應(yīng)用方向，對(duì)空間量子通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了歸納總結(jié)。ACCOM項(xiàng)目主要包括一個(gè)空-地單向通信實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)基于當(dāng)時(shí)的星間光通信技術(shù)，利用一個(gè)空基發(fā)射機(jī)對(duì)多個(gè)分布式地基接收機(jī)間進(jìn)行自由空間量子通信實(shí)驗(yàn)，首次研發(fā)出了一種可重復(fù)使用光學(xué)收發(fā)終端。該項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是在經(jīng)典光學(xué)通信系統(tǒng)上進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)后改建的。QIPS項(xiàng)目即為上面描述的Zeilinger領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的144km量子通信實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，144km地面水平傳輸實(shí)驗(yàn)量子信道傳輸損耗約為25-30dB，這一數(shù)值與低軌衛(wèi)星與地面間傳輸損耗大致相當(dāng)，由此可見，同樣的技術(shù)應(yīng)用于空-地系統(tǒng)更具發(fā)展?jié)摿蛢?yōu)勢(shì)。

基于上述研究成果，維也納大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)于2004年提出了Space-QUEST計(jì)劃。審核該計(jì)劃的ELIPS-2項(xiàng)目組認(rèn)為該計(jì)劃具有非常巨大的優(yōu)勢(shì)并強(qiáng)烈推薦ESA進(jìn)行資助并實(shí)施。Space-QUEST實(shí)驗(yàn)旨在首次驗(yàn)證如下內(nèi)容[11]：

1）基于新型量子通信技術(shù)（QKD）的全球無條件安全空間信息傳輸技術(shù)。

2）利用空間環(huán)境優(yōu)勢(shì)，突破地基量子通信瓶頸，實(shí)現(xiàn)空間量子通信。

如圖4所示，該計(jì)劃擬采用國(guó)際空間站（ISS）上搭載的量子通信終端設(shè)備向地面發(fā)送糾纏態(tài)光子來進(jìn)行，搭載的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡口徑僅10-15cm，載荷總重小于100kg，峰值功率小于250W，收發(fā)終端間距離大于1000km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有地基實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)傳輸距離。該計(jì)劃最終將于2015年實(shí)施完成。

（4）空間量子通信技術(shù)存在的主要問題

一是空間量子通信噪聲干擾消除問題。由于現(xiàn)實(shí)通訊狀況的不完美和噪聲干擾，所有的量子密碼協(xié)議的噪聲干擾如果跟有竊聽者存在所帶來的噪聲沒有差別[1]，通信連路是無法建立起來的；二是自由空間量子信道的傳輸特性問題。不同地面環(huán)境對(duì)光子傳播的影響，包括大氣衰減和退極化效應(yīng)。4.總結(jié)

如上所述，近年來量子通信由于其安全性引起了研究人員廣泛地興趣，目前在實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域取得了一系列進(jìn)展，其中量子態(tài)的隱形傳輸，量子網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)正逐步走向?qū)嵱谩Ｕ且驗(yàn)榱孔訐碛袕V袤的實(shí)用前景，各國(guó)均在量子通信技術(shù)方面加大科研投入。但是在降低單光子源成本、加大通信傳輸距離、增強(qiáng)檢測(cè)概率等一些關(guān)鍵性問題上還需要進(jìn)一步研究。本文主要闡述了空間量子通信技術(shù)的產(chǎn)生、基本原理、發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，并對(duì)空間量子通信技術(shù)存在的問題和難點(diǎn)進(jìn)行了介紹。筆者相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，量子通信技術(shù)實(shí)用化、商用化指日可待。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：原子結(jié)構(gòu);科學(xué)觀;歷史觀;美國(guó)高中;化學(xué)教材

文章編號(hào)：1008-0546（2014）12-0059-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.023

一、概述

原子是構(gòu)成自然界萬物的基本粒子，是化學(xué)反應(yīng)中的最小微粒，是化學(xué)這座大樓的基礎(chǔ)。原子結(jié)構(gòu)在化學(xué)和物理課程的教學(xué)中具有極其重要的地位，可以解釋物質(zhì)狀態(tài)、電離能、化學(xué)鍵和元素周期律等基本概念和原理。國(guó)內(nèi)很多化學(xué)教材對(duì)原子結(jié)構(gòu)和各種原子模型的介紹比較簡(jiǎn)略，而美國(guó)同類教材使用了很長(zhǎng)的篇幅來介紹原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程，如《化學(xué)――物質(zhì)與變化》這本教材用25頁的篇幅詳盡介紹了各種原子模型如何相繼提出，科學(xué)家們?nèi)绾瓮ㄟ^實(shí)驗(yàn)的觀察和分析一步步走近微小的原子世界，探索其中的精密結(jié)構(gòu)。這樣的教材編排更加有利于學(xué)生了解科學(xué)研究和發(fā)展的真實(shí)歷程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法和培養(yǎng)科學(xué)合作精神，對(duì)知識(shí)能力的提升和人文素質(zhì)的培養(yǎng)會(huì)起到積極作用，對(duì)我們教材的編寫和教學(xué)研究也有諸多借鑒之處。

二、美國(guó)教材原子結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1. 引入部分深入淺出，體現(xiàn)了歷史觀

Glencoe Science出版的《物質(zhì)本性》教材開篇把讀者帶回了2500年前的古希臘，在這個(gè)古代先哲輩出的國(guó)度很多哲學(xué)家已經(jīng)開始熱烈討論一個(gè)問題：自然界萬物形態(tài)各異，它們到底是由什么物質(zhì)組成的，如果把任何宏觀物體無限分割，最后會(huì)得到什么。以一串珍珠為例引導(dǎo)學(xué)生們思考倘若把珍珠切成兩半，每一半再切成兩小半，這種分割是否能夠一直進(jìn)行下去?！痘瘜W(xué)――物質(zhì)與變化》開篇就指出人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過程包含了很多思想家和科學(xué)家的有趣故事，早期的希臘哲學(xué)家認(rèn)為任何物質(zhì)由土、水、空氣和火四種基本元素組成，物質(zhì)可以無止境地不斷分割下去。雖然這些觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)看來很有創(chuàng)造性，但卻無法用實(shí)驗(yàn)來證明其正確性。古希臘哲學(xué)家德謨克里特斯（Democritus）第一個(gè)提出物質(zhì)不可以無限分割，而是由很多基本粒子組成，這些粒子被稱為“原子（atomos）”，在希臘語中意思就是“無法繼續(xù)分割”。雖然他的很多觀點(diǎn)并非完全正確，但他提出的“原子觀”相對(duì)于他所處的時(shí)代仍舊非常超前。后來亞里士多德對(duì)“原子論”進(jìn)行了反駁，由于他個(gè)人在西方世界的巨大影響力，接下來兩千多年人們對(duì)于原子的認(rèn)識(shí)仍舊停留于此，并未取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。教材引入部分的介紹使學(xué)生感受到在科學(xué)研究的道路上有時(shí)取得一點(diǎn)進(jìn)步都是十分艱難的，我們更多了解的是科學(xué)爆發(fā)期所產(chǎn)生的各種科學(xué)成果，但科學(xué)的“沉寂期”往往被人們所忽視，而教材呈現(xiàn)出科學(xué)發(fā)展進(jìn)步的真實(shí)歷程。

2. 科學(xué)實(shí)驗(yàn)介紹詳實(shí)，體現(xiàn)了實(shí)踐觀

電子的發(fā)現(xiàn)是原子結(jié)構(gòu)研究的重要成果，證明了原子是可以再分的。教材《物質(zhì)本性》詳細(xì)介紹了電子發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置和過程。1870年英國(guó)科學(xué)家克魯克斯在一間暗室做實(shí)驗(yàn)時(shí)無意中觀察到從陰極發(fā)出的射線，雖然當(dāng)時(shí)對(duì)于陰極射線到底是微粒還是電磁波無法做出定論，但足以在科學(xué)界引起不小的震動(dòng)。很多科學(xué)家重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中湯姆生的工作尤其引人注目。他使用了不同材料做成陰極管，通電后發(fā)現(xiàn)都會(huì)產(chǎn)生陰極射線。為了研究陰極射線的本質(zhì)，湯姆生用磁鐵靠近陰極管，若陰極射線是帶電粒子則在磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但電磁波不會(huì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明陰極射線是帶負(fù)電的粒子流（電子）。由于多種陰極材料通電后都會(huì)產(chǎn)生電子，從而證明電子是組成物質(zhì)的基本粒子之一。教材中對(duì)陰極射線管的結(jié)構(gòu)以圖文并茂的方式進(jìn)行了詳細(xì)介紹，幫助學(xué)生更好地了解陰極射線的本質(zhì)和電子的發(fā)現(xiàn)過程。教材同樣詳盡介紹了α粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置，實(shí)驗(yàn)前盧瑟福預(yù)測(cè)的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)實(shí)際觀察到的現(xiàn)象和盧瑟福如何通過推理分析提出新的原子核模型，論述具體而又精辟。電子和原子核的發(fā)現(xiàn)都是科學(xué)史上的重要事件，但從教材的敘述可以看出電子和原子核發(fā)現(xiàn)過程具有一定偶然性，但一個(gè)杰出的科學(xué)家不會(huì)輕易放過實(shí)驗(yàn)過程中的任何細(xì)節(jié)，能對(duì)一些易于忽略的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，從而發(fā)現(xiàn)了背后的科學(xué)秘密。

3.以近代物理理論研究作鋪墊引出量子力學(xué)模型，體現(xiàn)了教材的前沿性

《化學(xué)―物質(zhì)與變化》在介紹電子排布規(guī)律之前首先介紹了很多近代物理學(xué)重要研究進(jìn)展，如電磁波譜、光的波動(dòng)性和粒子性，并通過光電效應(yīng)和原子發(fā)射光譜來闡述量子效應(yīng)。在介紹波爾提出的電子能級(jí)理論時(shí)指出這個(gè)理論雖然可以成功解釋氫原子的線狀光譜，但對(duì)其它原子卻都不適用，具有很大的局限性。在介紹原子的量子力學(xué)模型時(shí)，教材首先提到法國(guó)著名理論物理學(xué)家德布羅意的貢獻(xiàn)，他從光波的粒子性受到啟發(fā)，推測(cè)像電子這樣的粒子應(yīng)該也具有波動(dòng)性，通過研究他提出了德布羅意方程，從方程可以看出宏觀物體的德布羅意波長(zhǎng)很短，可以忽略其波動(dòng)性，但像電子這樣微粒的德布羅意波長(zhǎng)相對(duì)于其尺寸則不可以忽略，因此電子具有的波動(dòng)性可以被觀察到。教材還介紹了海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理，即不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量出粒子的運(yùn)動(dòng)速率和所處的位置。通過計(jì)算得到高速運(yùn)動(dòng)電子位置的不確定性達(dá)到10-9米，大于原子直徑的10倍，因此不能忽略。教材最后介紹了薛定諤的量子力學(xué)模型，這個(gè)模型充分考慮了電子的波動(dòng)性，薛定諤方程賦予電子不同的能量，計(jì)算出電子在原子核周圍空間出現(xiàn)的概率。這些理論知識(shí)本身非常深?yuàn)W抽象，為了便于高中學(xué)生更好理解這些理論知識(shí)，教材使用類比舉例的方式進(jìn)行了細(xì)致介紹，明顯降低了理解的難度。通過對(duì)量子力學(xué)模型的介紹非常清晰地展示了其與波爾模型的差別。在高中化學(xué)教材中介紹很多大學(xué)物理學(xué)教材的內(nèi)容似乎增加了學(xué)生的理解難度，其實(shí)這些并不會(huì)成為考試內(nèi)容，只是為了系統(tǒng)全面展示科學(xué)研究的真實(shí)歷程，更好地解釋電子在核外運(yùn)動(dòng)方式。這些富有挑戰(zhàn)性的理論可以激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的探索欲望，特別是那些對(duì)科學(xué)有濃厚興趣的學(xué)生，引導(dǎo)他們進(jìn)一步思考這些復(fù)雜抽象的科學(xué)問題。

三、美國(guó)教材設(shè)計(jì)和編排對(duì)原子結(jié)構(gòu)教學(xué)的啟示

1. 重視科學(xué)發(fā)展史實(shí)

人類對(duì)于原子結(jié)構(gòu)的探索和研究經(jīng)歷了幾千年時(shí)間，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、縝密分析和科學(xué)推理，對(duì)原子的認(rèn)識(shí)才能不斷走向深入，不斷接近真實(shí)。這是一個(gè)極其漫長(zhǎng)、艱辛而又充滿不確定性的探索之路。如果僅僅把原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單地介紹給學(xué)生可能會(huì)忽略科學(xué)探索的真實(shí)歷程，其中涉及到的很多科學(xué)家的研究經(jīng)歷，設(shè)計(jì)的各種實(shí)驗(yàn)，分析推理的過程會(huì)被掩蓋。在傳統(tǒng)的理科教學(xué)中教師往往把教學(xué)重點(diǎn)放在科學(xué)結(jié)論本身，而對(duì)科學(xué)結(jié)論產(chǎn)生和發(fā)展的過程往往介紹比較簡(jiǎn)略，這樣的處理一方面受到學(xué)時(shí)的限制，但也反映了一些教師對(duì)科學(xué)探究過程的重視程度不夠。以原子結(jié)構(gòu)教學(xué)為例，若學(xué)生能夠系統(tǒng)了解各種理論模型的發(fā)展過程，他們最終形成的原子模型必然更加立體化。原子結(jié)構(gòu)的研究過程體現(xiàn)了人類發(fā)現(xiàn)和掌握科學(xué)規(guī)律的一般過程，也符合學(xué)生對(duì)科學(xué)原理的認(rèn)知過程。

2. 突出系統(tǒng)的科學(xué)研究方法論

西方科學(xué)在近代的迅猛發(fā)展得益于一套科學(xué)研究方法論的支撐，這套方法論體系是西方科學(xué)的精髓，在原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程中得到了淋漓盡致的展現(xiàn)?？茖W(xué)方法論示意圖如圖1所示：首先提出問題，如“原子是否是最小的微粒，原子還可以再分么？”，然后提出假設(shè)，并通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)其正確性。陰極射線的發(fā)現(xiàn)證明了電子的存在，從而否定了道爾頓的原子不可分割論。湯姆生提出的棗糕模型難以解釋少量α粒子通過金箔時(shí)出現(xiàn)大角度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，因此模型本身也存在問題，需要新的理論模型來解釋，這就催生了盧瑟福的原子核模型。同樣這個(gè)模型還是不能解釋原子質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量?jī)杀兜膯栴}，于是又引發(fā)了科學(xué)家對(duì)于其它基本粒子的探索，這個(gè)過程不斷反復(fù)，直到最后電子云模型的提出。原子結(jié)構(gòu)的研究中正因?yàn)橛辛丝茖W(xué)方法論的引領(lǐng)才能不斷進(jìn)步，達(dá)到新的高度。電子云模型同樣要接受各種實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)才能證明其正確性。隨著科學(xué)研究的不斷深入，原子結(jié)構(gòu)模型還會(huì)不斷完善，但科學(xué)方法論仍舊是重要的指導(dǎo)原則。雖然高中生對(duì)于科學(xué)的認(rèn)識(shí)理解還處于初級(jí)階段，但在早期的科學(xué)教育中若能注重對(duì)學(xué)生科學(xué)方法和科學(xué)思維的培養(yǎng)，必定會(huì)使他們將來受益良多。

3. 彰顯科學(xué)研究的傳承性和合作精神

對(duì)原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)做出突出貢獻(xiàn)的幾位科學(xué)家曾在一起工作，如湯姆生、盧瑟福、玻爾和查德威克等科學(xué)家還有師徒關(guān)系。湯姆生因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)電子而獲得1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。盧瑟福曾在英國(guó)劍橋的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作，在導(dǎo)師湯姆生的指導(dǎo)下做出很多重要的成績(jī)并于1908年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。波爾在英國(guó)曼徹斯特攻讀博士后時(shí)曾得到盧瑟福的指導(dǎo)，并對(duì)盧瑟福的模型進(jìn)行了進(jìn)一步修正，于1922年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。查德威克由于在物理研究方面嶄露的超群才華被盧瑟福留在英國(guó)劍橋的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作，他于1932年證明了中子的存在，1935年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。從這些事實(shí)可以看出世界上眾多著名科學(xué)家都參與了原子結(jié)構(gòu)的研究，他們?cè)谇叭搜芯康幕A(chǔ)上大膽假設(shè)并反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于完成了原子這樣一個(gè)極其精密的原件的進(jìn)一步解剖?？茖W(xué)的發(fā)展既需要傳承，也需要?jiǎng)?chuàng)新，還需要合作?？ㄎ牡鲜沧鳛槭澜缰膶?shí)驗(yàn)室能夠把世界上很多優(yōu)秀的科學(xué)家集中起來開展研究，這些杰出的科學(xué)家通過相互幫助、合作和啟發(fā)才會(huì)做出很多劃時(shí)代的科學(xué)成就。筆者曾在原子結(jié)構(gòu)的教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生搜集這些科學(xué)家的個(gè)人資料，通過課堂討論交流讓學(xué)生從多維度認(rèn)識(shí)這些科學(xué)家，了解科學(xué)研究的真實(shí)過程，而不僅僅是記住知識(shí)本身，希望對(duì)學(xué)生科學(xué)和人文素質(zhì)的培養(yǎng)有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] Patricia Horton et al.. The Nature of Matter[M]. US：Glencoe McGraw-Hill，2002

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【關(guān)鍵詞】ASON光網(wǎng)絡(luò) 管理系統(tǒng)安全性 安全對(duì)策

一、ASON光網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)概述

（一）ASON網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ASON的網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由控制平面，傳送平面和管理平面組成。（1）控制平面：ASON的核心層面，它負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)連接的動(dòng)態(tài)建立和網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)分配。（2）傳送平面：目前傳送平面都是基于SDH技術(shù)的，能夠提供大容量且無阻塞的交叉連接的硬件平臺(tái)。（3）管理平面：不僅要支持傳統(tǒng)的管理功能，還要支持具有ASON特色的新功能。

（二）ASON網(wǎng)管系統(tǒng)接口說明

ASON節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)的主要接口包括用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI）、連接控制接口（CCI）、網(wǎng)管接口（NMI）等。UNI指ASON節(jié)點(diǎn)和客戶設(shè)備之間的接口；NNI是指ASON節(jié)點(diǎn)之間的接口，又分為域內(nèi)接口（I-NNI）和域間接口（E-NNI）；CCI是控制平面和傳送平面之間的接口；NMI是管理平面接口，分為管理平面與控制平面間的接口（NMI-A），管理平面和傳送平面間的接口（NMI-T）。

（三）ASON網(wǎng)管通信協(xié)議

控制平面有資源和服務(wù)發(fā)現(xiàn)，路由選擇，LSP建立/刪除等多項(xiàng)功能及UNI，NNI等多種接口，因此無法用單一協(xié)議規(guī)范?，F(xiàn)在普遍采用MPLS在光域擴(kuò)展后的GMPLS（通用多協(xié)議標(biāo)記交換）協(xié)議集作為控制平面協(xié)議。

光網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常需要雙向傳輸業(yè)務(wù)，在傳統(tǒng)MPLS中，要建立雙向LSP就必須分別建立兩個(gè)單向LSP，這種方式存在LSP建立時(shí)延過長(zhǎng)、開銷過多、可靠性差、管理復(fù)雜等缺點(diǎn)。GMPLS定義了建立雙向LSP的方法。雙向LSP規(guī)定兩個(gè)方向的LSP具有相同的流量工程參數(shù)，包括LSP資源要求，保護(hù)和恢復(fù)方式等。

GMPLS協(xié)議在ASON控制平面中的應(yīng)用有以下幾種：

（1）GMPLS協(xié)議在ASON中的應(yīng)用主要集中在ASON控制平面。ASON控制平面的三種最基本的功能是：?資源發(fā)現(xiàn)功能：提供一種能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可使用資源的能力；?路由控制功能：提供路由能力、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)能力和流量工程能力；

（2）GMPLS協(xié)議族中包括多種協(xié)議，有信令協(xié)議、路由協(xié)議和鏈路資源管理協(xié)議，這些協(xié)議經(jīng)過修改或者擴(kuò)展后都可以運(yùn)用于ASON之中，它們分別為：?鏈路資源管理協(xié)議：LMP（GMPLS協(xié)議首次提出）；

二、ASON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)脆弱性分析

（一）網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的安全漏洞

截至到現(xiàn)在，ASON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)模式在各個(gè)廠商的產(chǎn)品中都是相同的，但由于各個(gè)廠商在建立網(wǎng)管信息模型中，設(shè)計(jì)的接口，通信協(xié)議的差異性，各個(gè)廠商所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)備并不能參與到管理中來。

1.ASON網(wǎng)管系統(tǒng)在開放性上存在的脆弱性分析。所謂網(wǎng)管系統(tǒng)的開放性，其實(shí)質(zhì)即為能夠在各廠商，各網(wǎng)管系統(tǒng)之間可以靈活進(jìn)行自適應(yīng)的兼容性。目前市場(chǎng)上在各業(yè)務(wù)和各廠商設(shè)備間存在的不兼容性，最主要的壁壘，便是各廠商在自由競(jìng)爭(zhēng)、研發(fā)保密等條件下人為造成的。

2.ASON網(wǎng)管系統(tǒng)在安全可信性上存在的脆弱性分析。為確保ASON網(wǎng)絡(luò)健康運(yùn)轉(zhuǎn)，光網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)層都把相應(yīng)的網(wǎng)管系統(tǒng)和網(wǎng)管網(wǎng)元配置在一起。所以，一旦有外界環(huán)境（如自然災(zāi)害）和黑客的攻擊，或網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)同時(shí)損壞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)配置的恢復(fù)非常復(fù)雜。

3.ASON網(wǎng)管系統(tǒng)在可控可管性上存在的脆弱性分析。當(dāng)下，在市場(chǎng)上應(yīng)用的ASON光網(wǎng)絡(luò)基本是由多個(gè)設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)備拼湊成的，但由于網(wǎng)絡(luò)管理的不開放性，不同廠商的設(shè)備只能使用自己的管理系統(tǒng)。所以不同廠家設(shè)備間產(chǎn)生的沖突不可避免，這就造成了ASON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在可控可管性方面存在一定的隱患。

（二）ASON光網(wǎng)絡(luò)攻擊分析

對(duì)ASON光網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的攻擊，將從光層和電層兩個(gè)層面來進(jìn)行分析。

1.光纖微彎注入攻擊。若使光纖微彎，其中的高階導(dǎo)模就可轉(zhuǎn)換為泄漏模，進(jìn)而讓光纖中的光輻射出來，由此，便可用于對(duì)ASON光網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的信息進(jìn)行分析和竊聽。

2.電信號(hào)層中間人攻擊。電信號(hào)層中間人攻擊是一種網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的傳統(tǒng)的攻擊方式，在這種未授權(quán)的情況下，侵入者可以非法進(jìn)入控制平面，能夠?qū)I(yè)務(wù)平面和管理平面中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞。

三、ASON網(wǎng)絡(luò)的安全措施

（一）電信號(hào)保護(hù)

維護(hù)ASON網(wǎng)絡(luò)管理信息的安全，需要從電信號(hào)與光信號(hào)的層面上進(jìn)行考慮。在電信號(hào)層，本文極力建議在ASON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，能夠設(shè)立統(tǒng)一的認(rèn)證中心。用此方法，可以在合理給予管理者合法權(quán)限的同時(shí)，完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的集中管理。

在這里，我們舉例，當(dāng)控制層面A或業(yè)務(wù)層面B需要向管理層面C發(fā)送管理命令時(shí)，首先要產(chǎn)生若干認(rèn)證碼。通過這些認(rèn)證碼的排列組合，生成認(rèn)證向量。認(rèn)證向量由一個(gè)隨機(jī)數(shù)，一個(gè)期望應(yīng)答，加密密鑰，完整性密鑰以及認(rèn)證令牌組成，將認(rèn)證向量發(fā)送給認(rèn)證中心，通過加密，解密的運(yùn)算，將結(jié)果與恢復(fù)序列號(hào)進(jìn)行比較，若計(jì)算結(jié)果在恢復(fù)序列號(hào)的正確范圍內(nèi)，且該序列號(hào)在二元列表中，則驗(yàn)證成功，便將驗(yàn)證成功的消息原路返回，開始兩端點(diǎn)之間的通信。

認(rèn)證中心的出現(xiàn)，在電信號(hào)保護(hù)上為網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理提供了解決方案。

（二）光信號(hào)保護(hù)

鑒于光信號(hào)較高的傳播速度，其加密技術(shù)則一定要應(yīng)用于高速的光邏輯器件之上。所以能夠采用量子技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述光邏輯器件的功能，對(duì)光信號(hào)加密。量子編碼技術(shù)是基于量子力學(xué)之上的，在ASON中量子編碼技術(shù)能夠參考光子的相關(guān)定律進(jìn)行推演及實(shí)現(xiàn)。

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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)應(yīng)用； 現(xiàn)狀； 發(fā)展

中圖分類號(hào)：G718 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-1578（2015）10-0390-01

1計(jì)算機(jī)應(yīng)用概述

計(jì)算機(jī)應(yīng)用屬于一門邊緣學(xué)科，是研究計(jì)算機(jī)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的理論、方法、技術(shù)和系統(tǒng)等，使計(jì)算機(jī)學(xué)科與其他學(xué)科進(jìn)行了有效的融合，是計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要組成部分。如果把計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)行分類，可以分為數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域和非數(shù)值應(yīng)用領(lǐng)域。這兩大領(lǐng)域都有其自身的特點(diǎn)，但都對(duì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步起到了非常重要的作用。

40年代中期至50年代末這是計(jì)算機(jī)的初始階段，在這個(gè)階段對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用主要是對(duì)數(shù)值的應(yīng)用，主要應(yīng)用于國(guó)防尖端武器的研制及生產(chǎn)方面。50年代末至60年代末開始向非數(shù)值應(yīng)用方面發(fā)展，主要用于數(shù)據(jù)處理、工商業(yè)事務(wù)處理、企業(yè)信息管理。70年代計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及到社會(huì)經(jīng)濟(jì)更多的領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)越來越先進(jìn)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)不僅應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、文化教育及服務(wù)行業(yè)，還深入到家庭生活及娛樂之中。近幾年來計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相互融合，使計(jì)算機(jī)應(yīng)用得到了更大程度的發(fā)展，帶動(dòng)了信息化社會(huì)的快速發(fā)展。

2計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用廣泛。計(jì)算機(jī)技術(shù)己廣泛應(yīng)用于社會(huì)各行各業(yè)，筆者對(duì)計(jì)算機(jī)的用途進(jìn)行了簡(jiǎn)單的總結(jié)，認(rèn)為大致可以分為以下幾個(gè)方面數(shù)值計(jì)算。由于計(jì)算機(jī)具有準(zhǔn)確快速的計(jì)算能力和判斷能力，所以廣泛用于高精度的各類數(shù)值計(jì)算中。

2.1.1 數(shù)據(jù)處理。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，目前己廣泛用于我國(guó)許多企事業(yè)單位。通過使用計(jì)算機(jī)，可以快速有效的處理、加工、操作任何形式的數(shù)據(jù)資料，減少了以前人工操作的弊端，在使用過程中收到了良好的效果。所以，一些信息管理系統(tǒng)、資源規(guī)劃軟件如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，

這些成果的誕生，更方便了企事業(yè)各級(jí)單位的管理。

2.1.2 電子商務(wù)。我國(guó)電子商務(wù)始于上個(gè)世紀(jì)時(shí)代，它是計(jì)算機(jī)應(yīng)用和銷售結(jié)合的產(chǎn)物。目前，電子商務(wù)對(duì)我國(guó)的銷售模式產(chǎn)生了巨大影響。比如大家所熟悉的阿里巴巴、淘寶，都是我國(guó)著名的電子商務(wù)網(wǎng)站。

2.1.3 網(wǎng)上銀行。當(dāng)今社會(huì)，大家對(duì)網(wǎng)上銀行己經(jīng)不陌生，通過網(wǎng)上銀行辦理業(yè)務(wù)，可以節(jié)約時(shí)間和金錢，殊不知，這項(xiàng)技術(shù)也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的產(chǎn)物。雖然網(wǎng)上銀行的出現(xiàn)僅僅有幾年的時(shí)間，但是己經(jīng)逐步被大眾所接受。

2.1.4 輔助教學(xué)。在當(dāng)今教學(xué)過程中，多媒體教學(xué)己經(jīng)成為了一種重要手段。多媒體教學(xué)憑借其圖文聲并茂、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)今課堂教學(xué)中扮演越來越重要的角色。

2.1.5 輔助生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)己廣泛應(yīng)用于輔助設(shè)計(jì)工程中，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不僅可以縮短設(shè)計(jì)周期，提高工作效率，節(jié)約成本，并且還可以為產(chǎn)品的創(chuàng)新及發(fā)展提供一定的幫助。

3計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

未來計(jì)算機(jī)技術(shù)會(huì)朝著超高速、超小型、平行處理、智能化的方向發(fā)展。盡管受到一些物理極限條件的制約，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和科技手段的不斷壯大，計(jì)算機(jī)的核心部分 CPU 的性能也將會(huì)保持持續(xù)的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。平行處理技術(shù)將會(huì)得到重點(diǎn)發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行多命令，同時(shí)對(duì)多數(shù)據(jù)進(jìn)行處理方面將會(huì)不斷完善，這是改進(jìn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、提高計(jì)算機(jī)越算技術(shù)的關(guān)鍵所在。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)將會(huì)包含更多的智能成分，單單只是具有運(yùn)算能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的要求，多種感知能力、思考能力、判斷能力以及一定的自然語言能力才是人們所希望能夠達(dá)到的境界。當(dāng)然一些傳統(tǒng)的提供自然的輸入手段，比如手寫輸入，也已經(jīng)滿足不了人們的胃口，讓大家能夠產(chǎn)生身臨其境的體感設(shè)備已經(jīng)逐漸成為主流，一些虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是這一領(lǐng)域發(fā)展的幾種體現(xiàn)。在儲(chǔ)存方面，傳動(dòng)的磁儲(chǔ)存和光驅(qū)儲(chǔ)存在技術(shù)上還會(huì)得到發(fā)展，主要體現(xiàn)在容量方面。截至到目前，新的海量?jī)?chǔ)存技術(shù)已經(jīng)處于收官階段，新型儲(chǔ)存器每立方厘米的儲(chǔ)存量可以達(dá)到10 TB。在信息儲(chǔ)存的時(shí)限當(dāng)面，永久性的儲(chǔ)存也不再是天方夜譚，千年存儲(chǔ)器的研發(fā)正在緊鑼密鼓的進(jìn)行當(dāng)中，這項(xiàng)技術(shù)主要致力于儲(chǔ)存器在抗干擾、抗高溫、防震防水防腐蝕等方面的缺陷進(jìn)行改良，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)信息的流芳百世。硅芯技術(shù)的迅猛發(fā)展帶來的影響就是硅技術(shù)在物理方面逐漸接近于極限，因此，在計(jì)算機(jī)的研發(fā)上，世界各國(guó)正在考慮采用新型計(jì)算機(jī)，把計(jì)算機(jī)從結(jié)構(gòu)的改革到技術(shù)的革命一同產(chǎn)生一次質(zhì)的飛躍。

目前開發(fā)出來的新型計(jì)算機(jī)主要有以下幾類：

（1）量子計(jì)算機(jī)。此類型計(jì)算機(jī)遵循量子力學(xué)規(guī)律，該物理裝置完成邏輯運(yùn)算，并且可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)及處理量子信息。如果計(jì)算機(jī)的某個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算和處理量子信息，使用的是量子算法時(shí)，那么該計(jì)算機(jī)屬于量子計(jì)算機(jī)。該類型計(jì)算機(jī)的來源是對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究，其目的是降低計(jì)算機(jī)中的能耗。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)主要通過模仿人判斷、適應(yīng)能力，可以實(shí)現(xiàn)并行處理多種數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)不僅可以判斷用戶對(duì)象的狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的行動(dòng)，還可以完成對(duì)實(shí)時(shí)變化海量信息進(jìn)行處理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)除有許多CPU外，還有類似人的神經(jīng)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會(huì)連接多個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)。如果將每一步運(yùn)算處理分配給微處理器，在同一時(shí)刻進(jìn)行運(yùn)算，這樣計(jì)算機(jī)的處理速度會(huì)得到大大提高。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的信息儲(chǔ)存在神經(jīng)元之間的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)中，并非存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。如果計(jì)算機(jī)中有節(jié)點(diǎn)發(fā)生斷裂，電腦仍有恢復(fù)資料重建的能力，這是因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)具有聲音識(shí)別、聯(lián)想記憶等功能。（3）化學(xué)計(jì)算機(jī)。對(duì)于計(jì)算應(yīng)用，重要的是化學(xué)信號(hào)抵達(dá)后啟動(dòng)計(jì)算過程。在進(jìn)一步的化學(xué)信號(hào)無法影響反應(yīng)時(shí)，細(xì)胞進(jìn)入一個(gè)不起反應(yīng)期，阻止信號(hào)未經(jīng)檢驗(yàn)便穿過任何相互連接的細(xì)胞。類似這樣的獨(dú)立系統(tǒng)在受到閾值以上水平的刺激時(shí)能夠利用自身化學(xué)能量進(jìn)行反應(yīng)，表現(xiàn)出與神經(jīng)元類似的特性。（4）光計(jì)算機(jī)。它主要借助納米電漿子原件為核心進(jìn)行生產(chǎn)，利用光信號(hào)可以完成巨量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，光計(jì)算機(jī)技術(shù)將光信號(hào)作為載體完成計(jì)算機(jī)的信息處理工作稱為光腦。它的特色在于將光代替電流，達(dá)到處理巨量數(shù)據(jù)的高速化。光計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)部件主要包括是空間光調(diào)制器，該調(diào)制器使用光內(nèi)連技術(shù)，將運(yùn)算與存儲(chǔ)這兩個(gè)模塊進(jìn)行連接，運(yùn)算模塊能夠直接存取存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)。光計(jì)算機(jī)突破了傳統(tǒng)的限制，不再是單純的使用總線將CPU、存儲(chǔ)器等相連接。該計(jì)算機(jī)具有用電量小、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)。

4 結(jié)束語

在未來的發(fā)展中，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)必將會(huì)成為大數(shù)據(jù)時(shí)代人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾?。?jì)算機(jī)技術(shù)在人們的工作和生活中所發(fā)揮的作用已經(jīng)越來越明顯，它大大加快了我國(guó)社會(huì)信息化的發(fā)展，其應(yīng)用頻率也會(huì)越來越普遍。因此，不斷地進(jìn)行計(jì)算機(jī)技術(shù)的探究與發(fā)展是我國(guó)在未來科技經(jīng)濟(jì)建設(shè)中所必須注重的前提。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何曄華. 淺析計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 電子制作，2015，04：229.

篇6

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢(shì)。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評(píng)估。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進(jìn)一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發(fā)中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對(duì)更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物計(jì)算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點(diǎn)。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點(diǎn)；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長(zhǎng)的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動(dòng)通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國(guó)莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。

（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。

（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯(cuò)。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測(cè)器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級(jí)大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極?。ā?.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時(shí)間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長(zhǎng)為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級(jí)聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級(jí)聯(lián)激光器，使我國(guó)成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)年生產(chǎn)能力可高達(dá)3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國(guó)卡迪夫的MOCVD中心，法國(guó)的PicogigaMBE基地，美國(guó)的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個(gè)亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材料，Si／SiC量子點(diǎn)材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報(bào)道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動(dòng)通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達(dá)200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯(cuò)而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。

目前低維半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長(zhǎng)lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國(guó)上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點(diǎn)激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯(cuò)的產(chǎn)生，提高了量子點(diǎn)激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時(shí)工作壽命超過5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國(guó)外報(bào)道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展，1994年日本NTT就研制成功溝道長(zhǎng)度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長(zhǎng)模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無催化劑、控制生長(zhǎng)條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對(duì)稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯(cuò)；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個(gè)理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料生長(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢(shì)是尋找原子級(jí)無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國(guó)防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測(cè)器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測(cè)器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動(dòng)藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國(guó)3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時(shí)，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷密度和進(jìn)一步降低失配位錯(cuò)和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對(duì)稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯(cuò)和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個(gè)問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長(zhǎng)與N型摻雜，II－VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問題，國(guó)內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長(zhǎng)相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個(gè)光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會(huì)引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個(gè)理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對(duì)更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有更快的運(yùn)算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來完成，計(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲(chǔ)過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國(guó)半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國(guó)目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國(guó)力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位

至少到本世紀(jì)中葉都不會(huì)改變，至今國(guó)內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國(guó)內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國(guó)家集中人力和財(cái)力，首先開展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國(guó)產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國(guó)應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時(shí)布點(diǎn)研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國(guó)微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國(guó)不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國(guó)國(guó)力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個(gè)基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭(zhēng)取在“十五”末，能滿足國(guó)內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國(guó)際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開發(fā)工作。

（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長(zhǎng)和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國(guó)自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個(gè)重要研究方向接近當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在國(guó)際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防實(shí)力。

篇7

（西南科技大學(xué)，四川621000）

［摘要］現(xiàn)代設(shè)計(jì)只有充分融入本土文化的精髓，才能真正永葆青春。而如何融入，這是設(shè)計(jì)師們考慮的核心問題。本文基于中國(guó)傳統(tǒng)文化視角，闡述了現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)文化的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)將文化元素融入設(shè)計(jì)，以提升設(shè)計(jì)品質(zhì)與內(nèi)涵?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)中需要融合本土文化的精髓，這樣的設(shè)計(jì)才能永葆青春。

［

關(guān)鍵詞 ］中國(guó)文化；現(xiàn)代設(shè)計(jì)；融入

［DOI］10.13939/j.cnki.zgsc.2015.22.197

標(biāo)志設(shè)計(jì)過程，實(shí)質(zhì)上是文化傳承與發(fā)展過程，能反映出文化結(jié)構(gòu)及其價(jià)值。它不僅呈現(xiàn)了現(xiàn)代標(biāo)志設(shè)計(jì)觀念，同時(shí)也折射出中華民族的歷史特征。設(shè)計(jì)源自文化，有中華文化為依托，現(xiàn)代設(shè)計(jì)前景十分明朗；反過來，設(shè)計(jì)也能作用于文化?，F(xiàn)代標(biāo)志設(shè)計(jì)中的文化元素，應(yīng)為精神文明與文化情感。通過將設(shè)計(jì)對(duì)象作為表現(xiàn)載體，能有效傳達(dá)產(chǎn)品背后的文化內(nèi)涵?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)要真正融入中國(guó)文化，要求設(shè)計(jì)師對(duì)中國(guó)文化有較深的了解與感悟，能合理把握中國(guó)審美傳統(tǒng)，以提交滿意作品。

1概述

人創(chuàng)造了文化，文化孕育著人。不管是古代還是現(xiàn)代文明，文化始終貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程。不同時(shí)期的國(guó)家或地區(qū)，有著不同的思想文化，這也影響著某個(gè)歷史階段的設(shè)計(jì)理念與動(dòng)向?？傮w來看，民族性東西可謂根深蒂固，現(xiàn)代人有先進(jìn)的文明，單純繼承與發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)文明顯然很不夠。有關(guān)文化的定義，不同時(shí)期的學(xué)者所給界定也不同。弗朗茲·博阿茲（美國(guó)）曾將文化分成三種：一是物質(zhì)文化，獲取食物、加工、保存等過程，以及物產(chǎn)和運(yùn)輸方式等。二是社會(huì)關(guān)系，如經(jīng)濟(jì)狀態(tài)、戰(zhàn)爭(zhēng)、通信形式等。三是藝術(shù)、倫理，如裝飾、雕刻等［1］。從某種程度上看，現(xiàn)代設(shè)計(jì)既可作為產(chǎn)品價(jià)值的提升手段，也能用作延續(xù)民族文化、促進(jìn)國(guó)家發(fā)展的有力武器。所以，將中國(guó)文化融入現(xiàn)代設(shè)計(jì)，有著深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

2中國(guó)文化與現(xiàn)代設(shè)計(jì)的關(guān)系

（1）取其“形”，重塑傳統(tǒng)造型。取其“形”，并非簡(jiǎn)單搬抄，而是對(duì)傳統(tǒng)造型進(jìn)行重塑與再創(chuàng)造。具體說來，是運(yùn)用現(xiàn)代審美觀念來改造和提煉傳統(tǒng)造型中某些元素，以豐富其時(shí)代特色；或?qū)鹘y(tǒng)造型方法與表現(xiàn)形式充分運(yùn)用到現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，以傳達(dá)設(shè)計(jì)理念，彰顯民族個(gè)性?！靶巍毖由旆矫妫延兄T多優(yōu)秀例子。

（2）延其“意”，增添文化氣息。中國(guó)傳統(tǒng)造型中的“意”，是人們迷戀的核心。不管在古代還是現(xiàn)代，人們對(duì)美好事物都心存憧憬，傳統(tǒng)造型身后的吉祥對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)同樣適用，能充分傳達(dá)他們的設(shè)計(jì)理念。例如，中國(guó)聯(lián)通，采用了佛教八寶中“八吉祥”的“盤長(zhǎng)”造型，意為“源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，生生不息”。該種吉祥寓意的傳達(dá)，豐富了現(xiàn)代設(shè)計(jì)的文化氣息，提升了親和力［2］。設(shè)計(jì)，是賦予所有人造物目的，良好的設(shè)計(jì)能體現(xiàn)出真善美?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)，從過去的功能滿足提升到對(duì)精神關(guān)懷，這是設(shè)計(jì)與文化融合，提升產(chǎn)品文化附加值的表現(xiàn)，也是設(shè)計(jì)師責(zé)任所在。

（3）傳其“神”，提升文化價(jià)值。針對(duì)“形”與“意”，可謂對(duì)傳統(tǒng)造型淺層面上的提升。只有充分領(lǐng)悟藝術(shù)精神，緊隨西方設(shè)計(jì)思潮，做到融會(huì)貫通，才能真正創(chuàng)造出現(xiàn)代民族形式與設(shè)計(jì)。2008年，中國(guó)申奧標(biāo)志可謂最佳范例，整個(gè)標(biāo)志采用中國(guó)特有的寫意手法，傳遞出“中國(guó)結(jié)”與“運(yùn)動(dòng)員”，真正體現(xiàn)出中國(guó)特有的風(fēng)采。設(shè)計(jì)中，可借助現(xiàn)代傳媒來宣揚(yáng)現(xiàn)代產(chǎn)品與本土文化的融合，傳遞文化觀念、提升文化價(jià)值。該類傳媒手段分為廣告、網(wǎng)絡(luò)、報(bào)紙等。拿廣告來說，作為經(jīng)濟(jì)與文化的融合物，它既能推銷產(chǎn)品，也可傳播文化。戈公振于1927年表示，“廣告是商業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物，也是文化進(jìn)步的表現(xiàn)”［3］。顯然，在實(shí)現(xiàn)追求商業(yè)價(jià)值的同時(shí)，廣告還蘊(yùn)含能對(duì)人類造成影響的某種文化價(jià)值。

3如何將中國(guó)文化融入現(xiàn)代設(shè)計(jì)

（1）借鑒思維模式，生成新的設(shè)計(jì)創(chuàng)意。中國(guó)傳統(tǒng)文化體現(xiàn)辯證的思維模式，認(rèn)為事物間存在辯證統(tǒng)一的關(guān)系，其思維強(qiáng)調(diào)綜合與歸納。中國(guó)獨(dú)特的思維方式，為現(xiàn)代科技識(shí)密提供了有力武器。量子力學(xué)、混沌論等現(xiàn)代科學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)中包含的概念與思維，大體符合我國(guó)民族文化注重和諧、整體的傳統(tǒng)思想方式。意向思維，對(duì)我國(guó)文化藝術(shù)創(chuàng)作有很大影響。我國(guó)意象思維倡導(dǎo)從特殊、具體的直觀領(lǐng)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)真理。作為創(chuàng)造性思維，它呈現(xiàn)出長(zhǎng)于悟性、活潑不滯的特征。將該種思維方式融入設(shè)計(jì)中，有助于生成人類公知的潛在創(chuàng)意。思維意念的產(chǎn)生，不受任何交流因素限制，屬于高層次交流。設(shè)計(jì)過程中，若將作品的創(chuàng)作思維運(yùn)用到傳統(tǒng)自然觀、思維中，獲得意想不到的效果。

（2）將傳統(tǒng)符號(hào)用作裝飾元素。我國(guó)民族文化經(jīng)歷史凝練后，形成了各種內(nèi)涵豐富的圖形與紋飾。該類傳統(tǒng)符號(hào)，不僅有著傳統(tǒng)內(nèi)涵的紋樣，也有古代圖騰紋飾和宗教符號(hào)。經(jīng)過歷史的沉淀，這些文化符號(hào)滲出深厚的凝重感與生命力，成為形式與內(nèi)涵的結(jié)合體。當(dāng)代，該類符號(hào)仍很實(shí)用。通常，我們采用下列手法：一是抽象簡(jiǎn)約。它是對(duì)傳統(tǒng)形式（整體/局部）進(jìn)行藝術(shù)加工與抽象簡(jiǎn)化，在保證傳統(tǒng)形式的基礎(chǔ)上，維持傳統(tǒng)之韻。二是符號(hào)拼貼。具體是將我們熟悉的傳統(tǒng)構(gòu)件進(jìn)行抽象或變形，讓其變成典型意義較大的符號(hào)，并用于室內(nèi)元素拼貼，營(yíng)造新與舊、古代與現(xiàn)代間的某種聯(lián)系。三是移植與嫁接。也就是移植儒、禪或道文化，讓它成為新的藝術(shù)形象?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)，既應(yīng)綜合運(yùn)用傳統(tǒng)藝術(shù)與文化，同時(shí)也應(yīng)借助先進(jìn)技術(shù)與工藝，全面拓展和延伸傳統(tǒng)裝飾藝術(shù)。

（3）適時(shí)彰顯傳統(tǒng)的文化精神。我國(guó)傳統(tǒng)文化強(qiáng)調(diào)含蓄、曲折與隱晦，倡導(dǎo)“象外之象”、“韻外之致”的美好境界。例如，中國(guó)園林藝術(shù)提倡“露則淺”，而“藏則深”。園林設(shè)計(jì)中，習(xí)慣采用“欲顯而隱”、“欲露而藏”的設(shè)計(jì)手法，將精彩的建筑景觀或空間隱藏在幽深地帶或山石林梢間，營(yíng)造出一種若隱若現(xiàn)、似有似無的意境；而避免開門見山、一覽無余。上述含蓄的表現(xiàn)手法，我們?cè)谑覂?nèi)設(shè)計(jì)中也可適用。另外，應(yīng)突出傳統(tǒng)室內(nèi)空間內(nèi)詩文書畫的應(yīng)用。例如，室內(nèi)該如何懸掛楹聯(lián)、書畫或匾額等，這些都需要設(shè)計(jì)師去認(rèn)真推敲，在正確表達(dá)主題和渲染氣氛的同時(shí)，營(yíng)造出含蓄、書卷氣的文化境界。我國(guó)設(shè)計(jì)起步時(shí)間較晚，設(shè)計(jì)理論方面相對(duì)薄弱，設(shè)計(jì)作品仍停留在模仿外國(guó)設(shè)計(jì)的淺層面上。為此，我們應(yīng)充分意識(shí)到挖掘中國(guó)文化內(nèi)質(zhì)及精神的重要性。不管社會(huì)怎樣發(fā)展，國(guó)家對(duì)文化的重視程度只會(huì)越來越高，在設(shè)計(jì)中融入文化烙印有助于人們獲取強(qiáng)烈的歸屬感。

4結(jié)論

中華文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，是人類不可多得的財(cái)富，蘊(yùn)含著無窮的力量。因此，設(shè)計(jì)師必須傳承和利用中華文化的精髓，緊跟世界的前沿設(shè)計(jì)意念，在現(xiàn)代標(biāo)志設(shè)計(jì)中融入中國(guó)文化，推動(dòng)中國(guó)設(shè)計(jì)事業(yè)走上新的高峰。

參考文獻(xiàn)：

［1］馮建永.論現(xiàn)代標(biāo)志設(shè)計(jì)中的傳統(tǒng)文化與企業(yè)理念［J］.河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（1）.

［2］劉彬.現(xiàn)代標(biāo)志設(shè)計(jì)中的“形”與“神”［J］.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（2）.

篇8

陳新亮（1970.3-），男，漢族，河北懷來人，河北北方學(xué)院藝術(shù)學(xué)院黨委書記，公共管理碩士，社會(huì)科學(xué)副研究員，主要研究方向大學(xué)生思想政治教育管理。

摘要：時(shí)空觀是關(guān)于時(shí)間和空間的根本看法和根本觀點(diǎn)，是自然觀的重要組成部分。在科學(xué)史上，每一次重大理論的變革往往伴隨著新時(shí)空觀的誕生。在牛頓力學(xué)體系中產(chǎn)生的絕對(duì)時(shí)空觀使人們的思維機(jī)械化，世間一切皆在做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。20世紀(jì)初，相對(duì)論誕生于世，從而賦予了時(shí)間和空間以嶄新的概念，改變了傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀。相對(duì)論從根本上改變了人們對(duì)時(shí)間和空間的看法：時(shí)間和空間是緊密聯(lián)系的，時(shí)間、空間和物質(zhì)密不可分，時(shí)空告訴物質(zhì)怎樣運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)告訴時(shí)空怎樣彎曲。相對(duì)論革新了舊的牛頓時(shí)空觀，對(duì)科學(xué)和哲學(xué)產(chǎn)生了巨大的影響。本文先論述前愛因斯坦的牛頓絕對(duì)時(shí)空觀，再闡述愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的變革，進(jìn)而說明愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀對(duì)科學(xué)和哲學(xué)的意義。

關(guān)鍵詞：時(shí)空觀；牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀；相對(duì)論

時(shí)空觀，顧名思義，就是對(duì)時(shí)間和空間的根本看法和根本觀點(diǎn)，它構(gòu)成了哲學(xué)上自然觀的重要內(nèi)容和組成部分。隨著科學(xué)與社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于時(shí)間和空間的認(rèn)識(shí)也在不斷地加深。20世紀(jì)初發(fā)生了現(xiàn)代物理學(xué)革命，在這個(gè)激動(dòng)人心的年代里，愛因斯坦相對(duì)論的誕生徹底否定了牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的絕對(duì)時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間所具有的本質(zhì)屬性和它們與物質(zhì)以及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，引起了時(shí)空學(xué)說的一次重大變革，形成了新的時(shí)空觀并產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。目前學(xué)者們對(duì)于愛因斯坦相對(duì)論引起時(shí)空觀變革這一問題的研究已經(jīng)取得了重大成果，但是對(duì)此問題應(yīng)當(dāng)有個(gè)簡(jiǎn)明、清晰的系統(tǒng)闡述。本文預(yù)從介紹前愛因斯坦的時(shí)空觀，重點(diǎn)介紹牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀入手，進(jìn)而闡明愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀的內(nèi)容和意義。

一、對(duì)愛因斯坦時(shí)空觀的概述

從古至今，無論在中國(guó)還是在西方，科學(xué)上和哲學(xué)上的一個(gè)大的課題就是關(guān)于時(shí)間和空間的問題，人們總是在問時(shí)間和空間究竟是什么。中國(guó)古代就有這樣的說法，古往今來為宙，上下四方為宇。顯而易見，在這里，“宙”指的是時(shí)間，即過去、當(dāng)今和未來以及白天與黑夜的更替、春夏秋冬的更迭，而這種時(shí)間的觀念來自于平日里對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和經(jīng)驗(yàn)的直覺?！坝睢眲t指的是空間，即上下左右前后、東南西北。時(shí)間是無始無終的，空間是無邊無際的。在西方，許多先哲也思考了時(shí)間和空間的問題。

（一）時(shí)空觀概述

古希臘哲學(xué)家德謨克利特認(rèn)為空間和時(shí)間是沒有物質(zhì)的時(shí)空，柏拉圖則認(rèn)為時(shí)間是在存在之外的。對(duì)時(shí)間和空間形成系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的人，最早是古希臘的亞里士多德，關(guān)于時(shí)間的問題，亞里士多德提出時(shí)間是描述“運(yùn)動(dòng)”的“數(shù)”，他指出：“變化總是或快或慢，而時(shí)間沒有快慢。因?yàn)榭炻怯脮r(shí)間確定的：所謂快就是時(shí)間短而變化大，所謂慢就是時(shí)間長(zhǎng)而變化??；而時(shí)間不能用時(shí)間確定，也不用運(yùn)動(dòng)變化中已達(dá)到的量或已達(dá)到的質(zhì)來確定。”[1] 由此可見時(shí)間不是運(yùn)動(dòng)，而是描述運(yùn)動(dòng)的數(shù)。亞里士多德認(rèn)為大地是球形的，地球是宇宙的中心。物體在宇宙中的位置具有關(guān)鍵的作用，每個(gè)物體都有各自的天然位置，只要沒有阻擋，它們都會(huì)到達(dá)各自的天然位置。[2] 在當(dāng)時(shí)教會(huì)統(tǒng)治人們思想的社會(huì)背景下以及當(dāng)時(shí)的社會(huì)和科學(xué)發(fā)展水平，加之亞里士多德的時(shí)空觀符合人們當(dāng)時(shí)對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，以至于亞里士多德的時(shí)空觀對(duì)人們的思維造成了很長(zhǎng)時(shí)間的影響。但是，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，哥白尼提出了日心說，徹底否定了地球是宇宙中心的說法。到17世紀(jì)，伽利略提出了力學(xué)相對(duì)性原理，亞里士多德的時(shí)空觀才被伽利略用明確的語言和簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象所批駁。緊隨其后，牛頓提出了絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀。之后，康德認(rèn)為時(shí)間和空間意識(shí)是人類的先天直觀形式，而不是從感覺經(jīng)驗(yàn)中得來的。當(dāng)然，人們對(duì)于時(shí)間和空間性質(zhì)的認(rèn)識(shí)不僅僅停留在哲學(xué)層次上，關(guān)于時(shí)間和空間問題的思考也不只是哲學(xué)家所專有的事情。在科學(xué)層次上，科學(xué)家們也在不斷地探索時(shí)間和空間的屬性，法國(guó)科學(xué)家彭加勒認(rèn)為時(shí)間和空間都不是先天的，而是為了某種目的約定的。愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀主要革新了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，因此重點(diǎn)介紹一下牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀。

（二）牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀

牛頓站在巨人的肩膀上，綜合了哥白尼和伽利略等人的科學(xué)成就，建立了牛頓經(jīng)典力學(xué)體系，并且給他的經(jīng)典力學(xué)理論引入了絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念，創(chuàng)立了絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀。

牛頓為何要引入絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念？我們又該如何理解牛頓所定義的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間，想要弄清這些問題就要從牛頓所建立的經(jīng)典力學(xué)說起了。物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其改變是經(jīng)典力學(xué)討論的主要對(duì)象，而萬事萬物的運(yùn)動(dòng)又都離不開時(shí)間和空間，都要在一定的時(shí)間和空間中進(jìn)行。[3] 一切運(yùn)動(dòng)都是物體本身位置的變化，這樣看來位置就用到了空間的含義，變化則用到了速度，也就是用到了時(shí)間的含義，所以牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系必定要與一定的時(shí)間和空間相聯(lián)系。然而，描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)又必然不能離開參照系，但是并不是所有的參照系都適用于牛頓定律，我們常常把適用于牛頓定律的參照系稱之為慣性參照系。那么慣性參照系到底是什么呢，牛頓經(jīng)典力學(xué)本身的理論框架也不能對(duì)此給出確切的說明。因此，為了解決這個(gè)問題，牛頓便引入了絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念。牛頓在其著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中寫道：“絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間，就其本身和本性來說，均勻地流逝而與任何外在的情況無關(guān)。”“絕對(duì)空間，就其本性來說，與任何外在的情況無關(guān)，始終保持著相似和不變?！盵4] 這里的時(shí)間，我們可以形象地把它比擬成永遠(yuǎn)流逝著的水，也可以把它想象成一根無限延長(zhǎng)的線，無論哪樣，它都與周圍的任何環(huán)境無關(guān)；而這里的空間，我們也可以把它形象地比擬成一個(gè)與任何特殊物質(zhì)無關(guān)的、能夠容納萬事萬物的、靜止的大容器。

牛頓把自己定義的這樣的時(shí)間和空間稱為絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間，由此便形成了牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀。對(duì)于牛頓絕對(duì)時(shí)空觀的基本思想，主要有下列三個(gè)方面。

1.同時(shí)性是絕對(duì)的

在牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀中，同時(shí)性是絕對(duì)的、無條件的，也就是說，在不同地方發(fā)生的兩件事情，如果對(duì)一個(gè)慣性參照系來說是同時(shí)發(fā)生的，那么無論對(duì)其它任何慣性參照系來說必定都是同時(shí)發(fā)生的。所以，對(duì)準(zhǔn)過的兩個(gè)鐘表，不管把它們放在任何不同的地方，無論它們是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，鐘表總是同步的。在這個(gè)方面上，牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀似乎是符合我們的生活經(jīng)驗(yàn)的。

2.時(shí)間是絕對(duì)的，空間也是絕對(duì)的

在這里，時(shí)間是絕對(duì)的指的是時(shí)間間隔的絕對(duì)性。也就是說，如果一個(gè)房間的時(shí)鐘走了十分鐘，那么世界上任何時(shí)鐘都走了十分鐘，無論它們?cè)诤畏N運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下。而空間也是絕對(duì)的指的是空間距離的絕對(duì)性。比如說，一根筆的長(zhǎng)度，當(dāng)以某一個(gè)參照系測(cè)量它是十厘米時(shí)，那么從別的參照系測(cè)量它時(shí)，它也是十厘米，而與參照系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。

3.時(shí)間和空間是各自獨(dú)立，互不相關(guān)的并且與物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)無關(guān)

按照牛頓絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的觀點(diǎn)，時(shí)間和空間各不相關(guān)，而且時(shí)間和空間是脫離物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而存在的，時(shí)間和空間具有絕對(duì)性，這也就是說，時(shí)間和空間只是單獨(dú)的存在，這種存在不受周圍任何事物的影響。

牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀是符合我們的生活經(jīng)驗(yàn)的，并且適用于當(dāng)時(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，因而人們很容易理解和接受這種觀點(diǎn)。隨著科學(xué)的進(jìn)步，到19世紀(jì)末，麥克斯韋電磁理論發(fā)展起來，牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀顯現(xiàn)出它自身的局限性，牛頓絕對(duì)時(shí)空觀只適用于物體在宏觀低速下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而對(duì)于在微觀高速下的運(yùn)動(dòng)則無能為力。正是在這種背景下，發(fā)生了現(xiàn)代物理學(xué)革命，相對(duì)論出現(xiàn)在人們眼前。愛因斯坦相對(duì)論革新了牛頓的時(shí)空理論，創(chuàng)建了新的時(shí)空學(xué)說。

二、愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀的變革

歷史上每一次新的時(shí)空理論的產(chǎn)生總是離不開科學(xué)的發(fā)展。19世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)界普遍認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)落成，正在他們展望物理學(xué)的美好前景時(shí)，物理學(xué)晴朗的天空上卻被兩朵烏云所籠罩，即“以太漂移的零結(jié)果”和“黑體輻射”。由此爆發(fā)了現(xiàn)代物理學(xué)革命，誕生了相對(duì)論和量子力學(xué)。愛因斯坦曾說“相對(duì)論同時(shí)間和空間的理論有密切的關(guān)系”[5]。愛因斯坦相對(duì)論研究的是關(guān)于時(shí)間、空間和物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，由狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論組成。而新的時(shí)空觀正是以相對(duì)論為理論依據(jù)的，它認(rèn)為時(shí)間和空間相互影響，彼此不可分離，形成一個(gè)四維時(shí)空統(tǒng)一體，時(shí)間和空間受物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的影響。從某些方面來說，新的時(shí)空理論也就是愛因斯坦的相對(duì)論，正是狹義相對(duì)論告訴了人們時(shí)間和空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的密切關(guān)系，而廣義相對(duì)論又進(jìn)一步告訴了人們時(shí)間和空間的性質(zhì)與物質(zhì)本身的存在及其分布密不可分。[6]

（一） 狹義相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的革新

自從光的波動(dòng)說復(fù)活以來，物理學(xué)家們開始對(duì)“以太”問題進(jìn)行激烈的探討，后來著名的邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果徹底否定了“以太”的存在，但是這種結(jié)果卻使更多的物理學(xué)家困惑不解。為了更好的解決邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的困惑，1905年，愛因斯坦發(fā)表《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》一文，放棄了牛頓的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間概念，提出了光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理這兩個(gè)基本前提假設(shè)，宣告了狹義相對(duì)論的誕生，從而形成了新的愛因斯坦時(shí)空觀。

為了更好的理解愛因斯坦狹義相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀作了哪些方面的革新，也就是愛因斯坦新的時(shí)空觀是怎樣的，我們首先要來說明一下光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理，因?yàn)檫@兩個(gè)原理是狹義相對(duì)論得以成立的基本前提假設(shè)。光速不變?cè)?，指的是不論光的觀察者運(yùn)動(dòng)與否，光速在真空中都是一樣的、不變的，即都是一個(gè)常數(shù)c；相對(duì)性原理，指的是自然規(guī)律在所有慣性參照系中，都是一樣的、不變的。[7] 只要拋棄牛頓絕對(duì)時(shí)間的概念，這兩條基本原理就能夠彼此相容，這樣兩個(gè)慣性參照系之間的時(shí)間和空間變換就滿足洛侖茲變換。愛因斯坦狹義相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的革新以及愛因斯坦時(shí)空的重要性質(zhì)就包含在這個(gè)變換中，主要有下列三個(gè)方面。

1.同時(shí)性是相對(duì)的

依照光速不變?cè)?，狹義相對(duì)論認(rèn)為不同地方的兩件事情，在某一慣性參照系中來看，它們是同時(shí)發(fā)生的，然而相對(duì)于這一慣性參照系運(yùn)動(dòng)的其它任一慣性參照系來看，它們就不是同時(shí)發(fā)生的。因而同時(shí)性是相對(duì)的，時(shí)間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。這里需要注意的是，如果發(fā)生在同一個(gè)地點(diǎn)或者說是同一個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)事件，其同時(shí)性就是絕對(duì)的，與參照系的運(yùn)動(dòng)和選擇無關(guān)。

2. 時(shí)間是相對(duì)的，空間也是相對(duì)的

與牛頓的時(shí)空理論不同，愛因斯坦狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間間隔是相對(duì)的，也就是說，某一個(gè)過程中延續(xù)的時(shí)間在不同的慣性參照系中所測(cè)量的結(jié)果是不一樣的，這是由同時(shí)性是相對(duì)的自然而然推導(dǎo)出的結(jié)果。最能說明這一點(diǎn)的便是大家熟知的運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘會(huì)變慢，即時(shí)間延緩效應(yīng)，它主要說的是對(duì)于每一位觀察者來說，都有他們自己的時(shí)間測(cè)度，如果在天空中有一個(gè)高速飛馳的時(shí)鐘，那么它對(duì)于地面上靜止不動(dòng)的觀察者而言，鐘的時(shí)間走的慢了，并且時(shí)鐘飛馳運(yùn)動(dòng)得速度越快，鐘的時(shí)間走得就越慢，這就反映了時(shí)間是相對(duì)的。

空間也不是牛頓時(shí)空理論中所認(rèn)為的那樣是絕對(duì)的，空間也是相對(duì)的，長(zhǎng)度的相對(duì)性就證明了空間是相對(duì)的。也就是說，同樣的一把尺子，根據(jù)所選擇的慣性參照系，它們的長(zhǎng)度是不一樣的。假如A尺子是運(yùn)動(dòng)的，速度近于光速時(shí)，那么B尺子就會(huì)看到A尺子縮短了。[8] 這就是著名的運(yùn)動(dòng)的尺子要縮短，即空間收縮效應(yīng)。這個(gè)效應(yīng)表示空間的大小是相對(duì)的。

這兩個(gè)時(shí)間和空間效應(yīng)都是相對(duì)論的一種效應(yīng)，它主要?dú)w結(jié)于時(shí)間和空間所具有的基本屬性，這與牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀是不同的。但是這些效應(yīng)又是很難被日常生活中的我們所理解的，因?yàn)檫@些效應(yīng)都是在速度接近光速的高速運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的，而我們通常生活在低速運(yùn)動(dòng)中。

3. 時(shí)間和空間是緊密相聯(lián)的，并且與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)密不可分

在牛頓絕對(duì)時(shí)空觀中，時(shí)間均勻流逝，不受任何外在環(huán)境影響，空間則是個(gè)與任何事物無關(guān)的、靜止不動(dòng)的容器。而愛因斯坦狹義相對(duì)論的時(shí)空學(xué)說認(rèn)為時(shí)間和空間不能各自獨(dú)立存在，時(shí)間與空間是緊密聯(lián)系的。一個(gè)物體的長(zhǎng)寬高表明它的空間，可卻是以時(shí)間為尺度的；太陽所在位置的不同則表明時(shí)間的不同。時(shí)間和空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)更是不可分開的，時(shí)間和空間的性質(zhì)要通過物質(zhì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來。時(shí)間和空間是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的存在方式，時(shí)間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)，空間則是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的延伸。離開物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而獨(dú)立存在的時(shí)間和空間是毫無意義的。

（二）廣義相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的革新

愛因斯坦狹義相對(duì)論的創(chuàng)建，引發(fā)了時(shí)空理論的變革，但他隨之發(fā)現(xiàn)這種狹義相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓的萬有引力定律是不相容的，于是，他又開始研究引力問題。1916年，愛因斯坦以慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等為基礎(chǔ)，提出了著名的等效原理和廣義協(xié)變?cè)?，?chuàng)立了廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論把引力看成一個(gè)彎曲的時(shí)空，而不再把引力看成是一種力。等效原理和廣義協(xié)變?cè)順?gòu)成了廣義相對(duì)論的主要內(nèi)容，等效原理說的是，一個(gè)運(yùn)動(dòng)在含有引力場(chǎng)的慣性系中和在加速度系統(tǒng)中是完全相同的，即存在引力場(chǎng)的慣性系等效于加速度的非慣性系；廣義協(xié)變?cè)硎前严鄬?duì)性原理從慣性系推廣到了非慣性系，即在任何參照系中，自然界的規(guī)律都是相同的，與我們所選擇的參照系無關(guān)。

依據(jù)廣義相對(duì)論，空間是一個(gè)服從黎曼幾何的彎曲空間，空間彎曲的程度取決于物質(zhì)本身在空間的分布。物質(zhì)分布越密集的地方，引力場(chǎng)的強(qiáng)度就越大，時(shí)空彎曲得也就越厲害。因而，廣義相對(duì)論告訴人們，時(shí)間和空間的性質(zhì)與物質(zhì)本身的分布也是緊密相關(guān)的?！拔镔|(zhì)告訴時(shí)空怎樣彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)怎樣運(yùn)動(dòng)”[9]。時(shí)間和空間與物質(zhì)息息相關(guān)，時(shí)間、空間和物質(zhì)構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)整體。這就是廣義相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論所作的進(jìn)一步變革。

總之，愛因斯坦相對(duì)論革新了舊的牛頓力學(xué)的時(shí)空觀，建立起了愛因斯坦相對(duì)論的時(shí)空觀，是時(shí)空理論上的一次史無前例的巨大變革。正是愛因斯坦相對(duì)論改變了人們以往對(duì)時(shí)間和空間的理解。狹義相對(duì)論只適用于慣性系，它的時(shí)空背景是歐幾里得的平直時(shí)空，狹義相對(duì)論的時(shí)空觀使人們認(rèn)識(shí)到時(shí)空都不是絕對(duì)的而是相對(duì)的，時(shí)空不能脫離彼此而獨(dú)立存在，時(shí)空和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)也是密不可分的；而廣義相對(duì)論則適用于一切參考系，它的時(shí)空背景是黎曼幾何的彎曲空間，廣義相對(duì)論的時(shí)空觀使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到時(shí)間和空間的性質(zhì)還與物質(zhì)本身的分布有關(guān)，物質(zhì)告訴時(shí)空怎樣彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)怎樣運(yùn)動(dòng)，從而說明了時(shí)間—空間與物質(zhì)的統(tǒng)一性。無論怎樣，愛因斯坦相對(duì)論所引起的時(shí)空觀變革都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，都具有無可比擬的意義。

三、愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀的意義

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，在物理學(xué)史上，那是一個(gè)既光明又黑暗的時(shí)期，但就是這樣的一個(gè)時(shí)期，卻發(fā)生了一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的現(xiàn)代物理學(xué)革命，誕生了相對(duì)論和量子力學(xué)，使之成為了一個(gè)激動(dòng)人心的年代。[10] 愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論所作的變革無論是在當(dāng)時(shí)還是在日后，都對(duì)科學(xué)和哲學(xué)產(chǎn)生了不可磨滅的影響，意義巨大。

（一）在科學(xué)上，推動(dòng)了物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

時(shí)空觀的變革與科學(xué)尤其是物理學(xué)的發(fā)展是相輔相成的，物理學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了人們對(duì)時(shí)間和空間性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，而每一次時(shí)空理論的新變革又都是物理學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的基本前提和主要標(biāo)志。愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀所作的變革無疑是巨大的，它推進(jìn)了現(xiàn)代物理學(xué)革命，為現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展奠定了理論基石，從而推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。[11] 可以說，愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀的出現(xiàn)是世紀(jì)之交中的創(chuàng)舉之一。

在愛因斯坦狹義相對(duì)論時(shí)空觀中，不僅否定了牛頓經(jīng)典力學(xué)體系中關(guān)于時(shí)間和空間的概念及其之間的關(guān)系，還賦予了質(zhì)量和能量及其之間的關(guān)系以全新的含義。質(zhì)量并不是絕對(duì)不變的，物體在運(yùn)動(dòng)速度近于光速時(shí)，質(zhì)量就會(huì)接近無窮大；質(zhì)能關(guān)系式則告訴人們質(zhì)量和能量也不是單獨(dú)存在的，而是一個(gè)質(zhì)能統(tǒng)一體，質(zhì)量守恒定律與能量守恒定律是融合在一起的，這就為原子核物理學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用開辟了新天地。愛因斯坦廣義相對(duì)論時(shí)空觀使人們開始對(duì)宇宙時(shí)空產(chǎn)生了濃厚的興趣，是人們關(guān)于天文學(xué)中時(shí)空理論的一次大變革。所有這些變革都毫無疑問的促進(jìn)了自然科學(xué)的發(fā)展。

（二）在哲學(xué)上，豐富和發(fā)展了辯證唯物主義時(shí)空觀

愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的變革不只是對(duì)物理學(xué)和科學(xué)有重大意義，并且在哲學(xué)方面也具有無法比擬的影響，可以說，愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀本身就具有哲學(xué)的意味。

愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間之間是互相關(guān)聯(lián)的，時(shí)間和空間作為客觀存在是絕對(duì)的，但同時(shí)又是相對(duì)的。物質(zhì)本身以及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)間和空間是不可分割的，離開任意一方談?wù)摫舜硕际菦]有意義的。這就說明了時(shí)間、空間和物質(zhì)三者之間存在的聯(lián)系，揭示了時(shí)空是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的存在方式，改變了人們以往對(duì)時(shí)空與物質(zhì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，從而有力的批判了機(jī)械唯物主義中把時(shí)間和空間與物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)割裂開來的形而上學(xué)時(shí)空觀。[12] 愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀的變革進(jìn)一步豐富和發(fā)展了辯證唯物主義時(shí)空觀。

愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀的變革還提高了人們的認(rèn)識(shí)能力，使人們的思維方式發(fā)生了深刻的變化。愛因斯坦曾說：“世界上可能只有12個(gè)人能夠看懂相對(duì)論，但是世界上卻有幾十億人借此明白沒有什么是絕對(duì)的”[13]。從此人們開始認(rèn)識(shí)到：對(duì)于同樣的一個(gè)事物，如果不同的人從不同的角度來看，就會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，任何事物都不是絕對(duì)的。所以我們要用相對(duì)的眼光來看問題，而不能用絕對(duì)的眼光來看問題。世界上任何事物都不是絕對(duì)存在的，它們都是相對(duì)存在的?！伴L(zhǎng)”相對(duì)于“短”而存在，“大”則是相對(duì)于“小”而言的。因此，我們不能再用牛頓絕對(duì)時(shí)空觀中的機(jī)械思維來思考問題，而要以愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀所揭示的哲學(xué)思維來思考問題。

綜上所述，通過對(duì)愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀的思考，我們不難發(fā)現(xiàn)，無論是在科學(xué)上，還是在哲學(xué)上，愛因斯坦相對(duì)時(shí)空觀都有巨大的推動(dòng)作用，它對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。正是愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀的變革將我們帶入了一個(gè)不一樣的時(shí)空世界，這個(gè)世界不再是牛頓所描述的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的世界，在這里我們要學(xué)會(huì)用更加開放的思維和眼光來看待它。愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀取代舊的牛頓時(shí)空觀，不管是在科學(xué)上還是哲學(xué)上都是時(shí)空理論的一次巨大的變革。然而，任何事物都不是絕對(duì)的，當(dāng)然也就不存在絕對(duì)真理，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展進(jìn)步，不久的將來一定會(huì)產(chǎn)生新的時(shí)空觀，使時(shí)空世界更加絢麗多彩。（作者單位：1. 天津大學(xué)；2. 河北北方學(xué)院藝術(shù)學(xué)院）

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篇9

關(guān)鍵詞：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)；考核；測(cè)量不確定度

Abstract: Based on the uncertainty of measurement for the understanding, analysis of the experimental data of each link in the examination of measurement standard requirements, specify the measurement uncertainty of a practical application of this theory in the examination of measurement standard of.

Key words: standards of measurement; evaluation; uncertainty of measurement

中圖分類號(hào)：TB9

1、測(cè)量不確定度

1.1測(cè)量不確定的概念

一切測(cè)量結(jié)果都存在不確定度──這是科學(xué)公理。量子力學(xué)早在20世紀(jì)20年代就已以證明：基本粒子的運(yùn)動(dòng)速度和位置不能在同一時(shí)刻同時(shí)測(cè)量，這就是著名的不確定性原理?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)雖然對(duì)單一事件不能測(cè)準(zhǔn)，但可以用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法確定一個(gè)樣本集合的變動(dòng)性范圍及其概率，這一發(fā)現(xiàn)及隨后用于測(cè)量領(lǐng)域的確究，逐步形成現(xiàn)代不確定度理論體系。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國(guó)際計(jì)量局等7個(gè)國(guó)際組織聯(lián)合制定的對(duì)不確定度的定義以及國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1059.1－2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的有關(guān)規(guī)定，測(cè)量不確定度就是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測(cè)量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。所以，測(cè)量結(jié)果必須附有不確定度說明才是完整并有意義的。測(cè)量不確定度的含義是：表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。

我們不可能給出一個(gè)確切的值──真值，但我們可以給出一個(gè)范圍，使真值的可能值的大部分含于其中，這個(gè)范圍的半寬就是測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度的數(shù)值U,通常用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)表示。

1.2測(cè)量中可能導(dǎo)致不確定度的來源

測(cè)量中可能導(dǎo)致不確定度的來源一般有：

（1）被測(cè)量的定義不完整；

（2）復(fù)現(xiàn)被測(cè)量的測(cè)量方法不理想；

（3） 取樣的代表性不夠，即被測(cè)樣本不能代表所定義的被測(cè)量；

（4）對(duì)測(cè)量過程受環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)不恰如其分或?qū)Νh(huán)境的測(cè)量與控制不完善；

（5）對(duì)模擬式儀器的讀數(shù)存在人為偏移；

（6）測(cè)量?jī)x器的分辨力或鑒別力不夠；

（7）賦予計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的值或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的值不準(zhǔn)；

（8）引用于數(shù)據(jù)計(jì)算的常量和其他參量不準(zhǔn)；

（9）測(cè)量方法和測(cè)量程序的近似性和假定性；

（10）在表面上看來完全相同的條件下，被測(cè)量重復(fù)觀測(cè)質(zhì)的變化。

1.3測(cè)量不確定度的評(píng)定步驟

評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度或提供測(cè)量不確定度評(píng)定報(bào)告的一般步驟如下：

（1）建立數(shù)學(xué)模型；

（2）不確定度來源分析；

（3）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定；

（4） 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定；

（5）擴(kuò)展不確定度評(píng)定；

（6）測(cè)量不確定度報(bào)告。

2、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)

《JJF1033-2008計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》要求，新建計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)更換時(shí)，應(yīng)填寫“建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告”，報(bào)告中所涉及的內(nèi)容要準(zhǔn)確、可靠，對(duì)所測(cè)的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果要實(shí)事求是。撰寫建標(biāo)技術(shù)報(bào)告的目的一方面是加深對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置性能的理解和掌握及對(duì)相關(guān)條件、數(shù)據(jù)的正確應(yīng)用，更主要的是應(yīng)根據(jù)分析結(jié)果——計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量重復(fù)性、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度，通過驗(yàn)證這三個(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)，直接判斷該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是否符合國(guó)家鑒定系統(tǒng)標(biāo)和國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程的要求做出計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是否可以開展所申請(qǐng)項(xiàng)目的檢定標(biāo)準(zhǔn)工作的結(jié)論。

下面通過一個(gè)實(shí)例進(jìn)行說明。本單位于2012年11月購(gòu)進(jìn)一臺(tái)0.1級(jí)YC-1891單相電能表檢定裝置，在試運(yùn)行期間進(jìn)行了計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量重復(fù)性考核、穩(wěn)定性考核和測(cè)量不確定的評(píng)定。

2.1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量重復(fù)性考核

用YC-1891D型單相電能表檢定裝置 0.1級(jí)出廠編號(hào)：0112027，在實(shí)驗(yàn)室工作環(huán)境（溫度：20℃，相對(duì)濕度70%）條件下，選定一臺(tái)常規(guī)的被檢電能表（型號(hào)：DDS102，出廠編號(hào)：2011080017，等級(jí)2.0級(jí)，規(guī)格220V， 5(20)A, 該表經(jīng)上級(jí)部門檢定，證書編號(hào)：電能字第110401180號(hào)）。參照J(rèn)JF1033-2008《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》中規(guī)定的重復(fù)性試驗(yàn)方法，選擇典型測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試：

1、在參比電壓220V，參比電流=1.0時(shí)和=0.5L時(shí)情況下，進(jìn)行測(cè)試。

2、在重復(fù)性條件下，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性采用單次測(cè)量結(jié)果測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差來表示。次數(shù) =10次，每次測(cè)量對(duì)電流（電壓）重新從零升至選定的示值，讀取被檢電能表的測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)得10個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)如下表1（%）：

表1 被檢電能表測(cè)量結(jié)果

所測(cè)得功率因數(shù)為=1.0時(shí)和=0.5L時(shí),實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差的測(cè)量重復(fù)性小于測(cè)量不確定度所采用的數(shù)，符合要求。

2.2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性考核

在實(shí)驗(yàn)室工作環(huán)境（溫度：20℃，相對(duì)濕度：70%）條件下，選定一臺(tái)穩(wěn)定的被檢電能表（型號(hào)：DDSI102，出廠編號(hào)為ABC201106018、準(zhǔn)確度等級(jí)1.0級(jí)、規(guī)格220V、10(60)A，該表經(jīng)上級(jí)部門檢定，證書編號(hào)為電能字第110401180號(hào)），在下述條件下進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試：

1、在參比電壓220V，參比電流10ACOS=1.0時(shí)和COS=0.5（L）情況下，進(jìn)行測(cè)試。

2、每隔一段時(shí)間（大于一個(gè)月），用該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（進(jìn)行一組n（n≥10）次測(cè)試，取其算術(shù)平均值作為該組的測(cè)量結(jié)果。

3、共觀測(cè)m組（m≥4），并進(jìn)行記錄。

4、取m組測(cè)量結(jié)果中的最大值和最小值之差，作為該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在該時(shí)間段內(nèi)的穩(wěn)定性。

根據(jù)上述要求在半年時(shí)間內(nèi)對(duì)上述試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了四組實(shí)際測(cè)試，每組測(cè)量的間隔均大于一個(gè)月，測(cè)量日期和測(cè)試數(shù)據(jù)分別如下表2（%）：

表2 測(cè)試結(jié)果

本電能表檢定裝置的穩(wěn)定性遠(yuǎn)小于最大允許誤差的絕對(duì)值，符合要求。

2.3測(cè)量不確度評(píng)定

1、概述

（1）檢定依據(jù)：JJG596—2012《電子式交流電能表檢定規(guī)程》

（2）環(huán)境條件：溫度20℃，相對(duì)溫度70%

（3） 檢定標(biāo)準(zhǔn)：0.1級(jí)電能表檢定裝置，型號(hào)YC—1891D規(guī)格：（0～220）V（0～100）A

（4） 被測(cè)對(duì)象：型號(hào)：DDSI102，出廠編號(hào)為ABC201106018、準(zhǔn)確度等級(jí)2.0級(jí)、規(guī)格220V、10(60)A。

（5） 檢定過程：裝置輸出一定功率給被檢表，并對(duì)被檢表進(jìn)行光電采樣，得到的電能值與裝置輸出的標(biāo)準(zhǔn)電能值比較，得到被檢表在該功率時(shí)的相對(duì)誤差。

（6）評(píng)定結(jié)果的使用：符合上述條件的測(cè)量結(jié)果，一般可直接使用本不確定度的評(píng)定方法。

2、數(shù)學(xué)模型：

裝置輸出一定功率給被檢表，并對(duì)被檢表進(jìn)行光電采樣，將得到的電能值與裝置輸出的標(biāo)準(zhǔn)電能值比較，得到被檢表在該測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)誤差。被檢電能表的誤差表達(dá)式為：

γ=γ0 (1)

式中：γ—被檢電能表的相對(duì)誤差；

γ0—電能表檢定裝置上測(cè)得的相對(duì)誤差。

靈敏系數(shù)

C=аγ/аγ0=1 （2）

3、單相電子式電能表示值誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

輸入量γ0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源主要有：①在重復(fù)性條件下由被測(cè)電能表示值重復(fù)性引起的不確定度,采用A類評(píng)定方法評(píng)定；②電能表檢定裝置的示值誤差引起的不確定度，采用B類評(píng)定方法評(píng)定；③數(shù)據(jù)修約引入的不確定度，采用B類評(píng)定方法評(píng)定。

（1）標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

該不確定度分項(xiàng)主要是由于被檢測(cè)電能表的示值誤差重復(fù)性引起的，可以通過連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。

對(duì)一臺(tái)2.0級(jí)單相費(fèi)控智能電能表，在220V10（60）A條件下，功率因數(shù)為1.0和0.5L時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)取兩次測(cè)量平均值，分別得到一組測(cè)量值,測(cè)得數(shù)據(jù)如下表3、表4所示。

表3 （=1.0時(shí)）％

表4 （=0.5L 時(shí)）％

在實(shí)際工作中取2次讀數(shù)的平均值作為測(cè)量結(jié)果，所以：

當(dāng)=1.0 時(shí)：= 0.0139%==0.0098%

當(dāng)=0.5L時(shí)：= 0.0116% == 0.0082%

（2）標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

該不確定度的評(píng)定主要是電能表檢定裝置示值誤差引起的。該0.1級(jí)單相電能表檢定裝置經(jīng)廣西計(jì)量測(cè)試研究所檢定合格，檢定證書號(hào)為電能字第電能字第130400201號(hào)。

根據(jù)JJG597—2005《交流電能表檢定裝置》檢定規(guī)程可知，該裝置的最大允許誤差=1.0 時(shí)，MPE=±0.10%，則其變化半寬為a=0.10%，在此區(qū)間內(nèi)屬矩形(均勻)分布，包含因子k= 。=0.5L時(shí)，MPE=±0.15%，則其變化半寬為a=0.15%，在此區(qū)間內(nèi)屬矩形(均勻)分布，包含因子k= =1.73。

當(dāng)=1.0時(shí):== 0.0577%

當(dāng)=0.5L時(shí):== 0.0866%

（3）數(shù)據(jù)修約引入的不確定度的評(píng)定

由于2.0級(jí)電能表的化整間距為0.2，所以其變化半寬a=0.2

= = 0.1155%

（4）合成不確定度的評(píng)定

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的估算

當(dāng)=1.0時(shí):==

≈ 0.1295%

當(dāng)=0.5L時(shí): ==

≈0.1459%

（5）擴(kuò)展不確定度U計(jì)算如下

當(dāng)=1.0時(shí): =.= 1.96×0.1295 % =0.26%

當(dāng)=0.5L時(shí): =.= 1.96×0.1459% =0.29%

（6）擴(kuò)展不確定度報(bào)告

2.0級(jí)單相電子式電能表，在220V，10（60）A功率因數(shù)為1.0和0.5L時(shí)，其示值相對(duì)誤差分別為：

= -0.3% （=1.0時(shí))）

= -0.2% （=0.5L時(shí)）

測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度：

=0.26% ＝ 2 （=1.0時(shí)）；

=0.29 % ＝ 2（=0.5L時(shí)）

4、測(cè)量不確定驗(yàn)證

對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量不確定度驗(yàn)證，采用傳遞比較法，具體方法如下：

采用一臺(tái)經(jīng)上級(jí)單位檢定的單相電能表（型號(hào)：DDSI102，編號(hào)：0201106018，等級(jí)：2.0級(jí)校準(zhǔn)證書號(hào)：電能字第120400612號(hào)），在試驗(yàn)室工作環(huán)境（溫度20℃，65%）的條件下，選定兩個(gè)典型測(cè)試點(diǎn)用本裝置進(jìn)行測(cè)試：

（1）在電壓為220V，電流為10A，功率因數(shù)COS=1.0和COS=0.5L的情況下，進(jìn)行測(cè)試。其測(cè)試數(shù)據(jù)ylab為-0.1038%和-0.0892% 。

（2）在上級(jí)單位檢定的證書中找出，電壓為220V，電流為10A，功率因數(shù)COS=1.0和COS=0.5L時(shí)，單相電能表的測(cè)試數(shù)據(jù)yref為0.0066%和-0.0558% 。

（3）單相電能表進(jìn)行測(cè)量時(shí)的擴(kuò)展不確定度分別為：

COS=1.0時(shí) Ulab=0.26 % ；Uref=0.13%

COS=0.5L時(shí)U lab=0.29% ；Uref=0.12%

（4）上述數(shù)據(jù)代入如下公式應(yīng)滿足要求

│ylab－yref│≤

（5）上述數(shù)據(jù)代入下表5

表5

（6）故通過驗(yàn)證結(jié)果可知，符合JJF1033－2008計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范中 │ylab－yref│≤要求，檢定結(jié)果的測(cè)量不確定度的評(píng)定是合理的。

2.4 結(jié)論

綜上所述，建標(biāo)技術(shù)報(bào)告中計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性、穩(wěn)定性和測(cè)量不確定評(píng)定這三個(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)互為支持、互有聯(lián)系、相互約束、相互應(yīng)證，并可得到三個(gè)相應(yīng)的結(jié)論，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析計(jì)算的正確性和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的可靠性，保證了量值測(cè)量的準(zhǔn)確一致性。由此可見，只有這三個(gè)方面都得到了證明，方可得出計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)滿足相應(yīng)要求的最終結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

1、《現(xiàn)代計(jì)量學(xué)概論》

2、JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》

篇10

關(guān)鍵詞：懷疑論；知識(shí)；分析/綜合的區(qū)分

作者簡(jiǎn)介：劉玉軍，華中科技大學(xué)學(xué)院博士研究生（湖北 武漢 430074）

陳明益，華中科技大學(xué)哲學(xué)系博士研究生（湖北 武漢 430074）

一、懷疑論的基本觀點(diǎn)

從哲學(xué)史來看，懷疑論是一種十分重要的哲學(xué)立場(chǎng)，并始終伴隨著認(rèn)識(shí)論的發(fā)展。古希臘時(shí)期，懷疑論哲學(xué)以皮羅（Pyrrhon）學(xué)說為代表，這種懷疑論主要是針對(duì)獨(dú)斷論而言的。獨(dú)斷論者相信自己發(fā)現(xiàn)真理，懷疑論者則認(rèn)為真理是不可知的。按照塞克斯都·恩披里可的概述，懷疑論起因于獲得“靈魂的安寧”，懷疑論者為事物中的各種矛盾所困惑，對(duì)二者擇一加以接受產(chǎn)生懷疑，因而對(duì)事物的真假不做判斷。皮羅說，“萬物一致而不可分別。因此，我既不能從我們的感覺也不能從我們的意見來說事物是真的或假的。所以我們不應(yīng)當(dāng)相信它們，而應(yīng)當(dāng)毫不動(dòng)搖地堅(jiān)持不發(fā)表任何意見，不作任何判斷，對(duì)任何一件事物都說，它既不不存在，也不存在，或者說，它既不存在也存在，或者說，它既不存在，也不不不存在” [1 ] （177）。因此，皮羅主義的懷疑哲學(xué)可以稱作一種過度的懷疑論或激進(jìn)的懷疑論（radical scepticism），它主張我們無法獲得關(guān)于外在世界的可靠知識(shí)，因?yàn)槲覀兒屯庠谑澜绲慕佑|只有感官這個(gè)唯一通道。如果知覺系統(tǒng)性地誤導(dǎo)我們，我們對(duì)真實(shí)世界的認(rèn)知就都是假的。顯然，如果我們接受這種激進(jìn)的懷疑論，也就意味著感官所提供的“資訊”是不可靠的，我們就無法過一種正常的生活。

近代哲學(xué)家笛卡爾提倡一種普遍的懷疑，他要求我們懷疑我們先前的一切意見和原則，還要求我們懷疑自己的各種官能。如果我們想要確信官能以及由這些官能得出的知識(shí)是真實(shí)的，那么我們必須根據(jù)一種沒有錯(cuò)誤和不受欺騙的原始原則來一絲不紊地推論出來。因此，笛卡爾實(shí)際上排除了激進(jìn)的懷疑論立場(chǎng)，他相信有一種絕對(duì)確定的東西，基于這種絕對(duì)確定的基礎(chǔ)，我們可以建立我們的知識(shí)，包括外在世界的可靠知識(shí)。這種確定的基點(diǎn)就是“我思”，或者說“懷疑”本身。換言之，“我思”或“我懷疑”本身是不能懷疑的。休謨區(qū)分了古希臘皮羅的激進(jìn)懷疑論（Pyrrhonian scepticism）與溫和的懷疑論（mitigated scepticism），以及前件懷疑論（anticedent scepticism）與后件懷疑論（consequent scepticism），但是他并沒有給他自己的懷疑論觀點(diǎn)提供任何明確暗示或論述。正如大衛(wèi)·諾頓（David Norton）所言，“懷疑論這個(gè)術(shù)語，似乎意味著不同的事物。盡管休謨已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的討論，但還是很難說已經(jīng)有多少種懷疑論被鑒別出來，其困難在于許多的范疇相互重疊” [2 ]。自休謨以后，懷疑論的種類不斷增加。盡管如此，一般的觀點(diǎn)都認(rèn)為，懷疑論通常意味著否定我們?nèi)祟悡碛兄R(shí)。例如，皮特·克萊恩（Peter Klein）將懷疑論概括為這樣一種觀點(diǎn)：我們?nèi)鄙僦R(shí)。因此，我們可以同樣認(rèn)為休謨的懷疑論與知識(shí)有關(guān)。例如，摩爾（G. E. Moore）通過對(duì)休謨的懷疑論的細(xì)致研究發(fā)現(xiàn)休謨的懷疑論正是基于對(duì)“知識(shí)”概念的特定理解，這種理解“對(duì)什么成其為知識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)限制過緊”才產(chǎn)生懷疑論 [3 ]。也許，休謨主要不是在“我們?nèi)狈χR(shí)”這個(gè)意義上來考慮懷疑論的，但是我們姑且認(rèn)為休謨的懷疑論也可以被理解“我們?nèi)狈χR(shí)”這樣一種觀點(diǎn)。因?yàn)樵谛葜兡莻€(gè)時(shí)代，懷疑論至少在部分程度上是與知識(shí)的否定相聯(lián)系的，而且休謨似乎也有某種知識(shí)的概念，他的論證意味著如果按照他所認(rèn)為的知識(shí)的概念，那么我們是沒有任何知識(shí)的，也許在這種規(guī)定的意義上，我們可以更好地理解休謨被看作為一位懷疑論者。

二、休謨的懷疑論與確定性的知識(shí)

后世對(duì)休謨通常持兩種對(duì)立的觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為休謨主要是一位消極的思想家，因?yàn)樗槿×私?jīng)驗(yàn)論的含義而發(fā)展了一種激進(jìn)的、整體的（global）懷疑論；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為休謨是一位積極的自然主義理論家，因?yàn)樗噲D將自然科學(xué)的方法應(yīng)用到解決哲學(xué)問題當(dāng)中去 [4 ]。后一種觀點(diǎn)，即將休謨看作一位積極的自然主義理論家的人們卻面臨著一個(gè)難題：休謨?cè)谄渌兄髦械膽岩烧撟C是顯而易見的，那么該如何對(duì)休謨的這種懷疑論證作一番合適的定位？正如帕斯莫爾（Passmore）所言，“休謨的體系準(zhǔn)確地說，就是一個(gè)建立在懷疑論基礎(chǔ)上的科學(xué)” [2 ]。因此，不管任何人如何來解釋休謨，他都不可避免地要面對(duì)懷疑論這種令人驚恐不安的立場(chǎng)。

既然懷疑論總是與知識(shí)相關(guān)，因此，如果我們要理解休謨的懷疑論，我們必須理解休謨的知識(shí)觀，也即在休謨看來，知識(shí)是什么，有什么樣的特性。休謨?cè)凇度诵哉摗返谝痪淼谌糠值谝还?jié)“論知識(shí)”中談到七種不同的哲學(xué)關(guān)系，分別是類似、同一、時(shí)空關(guān)系、數(shù)量或數(shù)的比例、任何性質(zhì)的程度、相反和因果關(guān)系。這些關(guān)系可以分為兩類，一類“完全決定于我們所比較的各個(gè)觀念”，比如三角形的三個(gè)角等于兩直角和的關(guān)系取決于我們的三角形觀念（在歐幾里得幾何學(xué)范式內(nèi)）；另一類“可以不經(jīng)過觀念的任何變化而變化”，比如兩物體間的接近和遠(yuǎn)隔關(guān)系可以依位置改變而變化，無需經(jīng)過它們觀念的變化。然而，休謨似乎將知識(shí)嚴(yán)格地限制于觀念的關(guān)系。他說，“這七種關(guān)系中，只有四種完全決定于觀念，能夠成為知識(shí)和確實(shí)性（certainty）的對(duì)象。這四種是類似、相反、性質(zhì)的程度和數(shù)量或數(shù)的比例?！?[5 ] （86）由此可見，休謨將知識(shí)與確實(shí)性緊密聯(lián)系在一起。在《人類理解研究》中，休謨表達(dá)了類似觀點(diǎn)：

人類理性或研究的一切對(duì)象可以自然分為兩種：觀念的關(guān)系（Relations of Ideas）和實(shí)際的事情（Matters of Fact）。屬于第一類的，有幾何、代數(shù)、三角諸科學(xué)；總而言之，任何斷言凡有直覺的確定性或解證的確定性的，都屬于前一種?！苯侨切蜗抑降扔趦蛇呏健@個(gè)命題，乃是表示這些形象間關(guān)系的一種命題。又如‘三乘五等于三十之一半’，也是表示這些數(shù)目間的一種關(guān)系。這類命題，我們之憑思想作用，就可以把它們發(fā)現(xiàn)出來，并不依據(jù)于在宇宙中任何地方存在的東西。自然中縱然沒有一個(gè)圓或三角形，而歐幾里得所解證出的真理也會(huì)永久保持其確實(shí)性和明白性。 [6 ] （26）

從休謨的有關(guān)知識(shí)論述我們可以看到，休謨像他的前輩或同時(shí)代人那樣堅(jiān)持認(rèn)為知識(shí)要求確實(shí)性或確定性（certainty），因?yàn)榇_定性是局限于觀念的關(guān)系范圍內(nèi)。在休謨看來，知識(shí)是產(chǎn)生于觀念的比較（comparison of ideas）而獲得的信據(jù)（assurance），而確定性則是一種排除懷疑的確信。在《人性論》中，“懷疑”和“不確定性”被交替使用，所以懷疑和不確定性是同義的。換言之，一個(gè)人能夠確定p當(dāng)且僅當(dāng)他不能懷疑p。但是，盡管知識(shí)與確定性緊密相連，免于懷疑的確定性對(duì)于知識(shí)而言卻是不足夠的，因?yàn)榇_定性僅僅源于觀念的比較，而S知道P當(dāng)且僅當(dāng)（1）S贊同P來源于觀念的比較（a comparison of ideas）；（2）S確信（is certain that）P。因此，要理解休謨的“知識(shí)”概念，我們必須理解他所談?wù)摰摹按_定性”概念。實(shí)際上，確定性在休謨那里有兩層意義。如我們剛才所言，一層意義是與懷疑相對(duì)立，也即真實(shí)的確定性是完全排除懷疑的確信，因?yàn)閼岩膳懦魏畏N類的確定性。另一層意義的確定性包含合理的懷疑度。休謨認(rèn)為，一位公正的理性者（reasoner）在進(jìn)行任何判斷的過程中必須擁有一個(gè)人應(yīng)當(dāng)有的懷疑水準(zhǔn)。具言之，在決定如何獲取適當(dāng)?shù)拇_定性時(shí)，我們應(yīng)該使我們的信念與所獲得的證據(jù)相稱，因?yàn)樾拍畹淖C據(jù)有助于決定適當(dāng)?shù)膽岩伤疁?zhǔn)。例如，哥德巴赫猜想必定為真或假。假定我證明了（affirm）哥德巴赫猜想，并進(jìn)一步假設(shè)它為真，那么我可以說我肯定它為真，但理由不是由于我占有任何證據(jù)，而只是由于我的固執(zhí)，我有一個(gè)不愿意放棄的肯定信念：它必定為真。然而，我不應(yīng)該確信（be certain of）哥德巴赫猜想，或?qū)ζ洳扇∪魏蚊鞔_的立場(chǎng)，因?yàn)槲覍?duì)它的肯定或否定沒有任何充足的理由或證據(jù)，一個(gè)公正的理性者對(duì)于哥德巴赫猜想至少應(yīng)該保持某種程度的懷疑或不完全的確信。因此，我們應(yīng)該明確某人提出一種知識(shí)理論與斷言他擁有知識(shí)是不同的。依據(jù)休謨的理論，知識(shí)是限定于觀念的關(guān)系，并要求一種確定性，而且這種確定性是不受公正的理性人所應(yīng)具有的合理懷疑的影響。但是，當(dāng)我們根據(jù)休謨的知識(shí)理論斷言人們是否擁有知識(shí)或獲得某種知識(shí)時(shí)，盡管我們也是在確定性的意義上來斷定，這種確定性卻是基于人們具有的信念與證據(jù)的相稱性，因?yàn)槔硇缘娜藗儽仨毐３忠环N合理的懷疑度。

那么從真實(shí)的確定性的意義上講，我們是否擁有知識(shí)呢？在《人性論》第一卷第四部分中，休謨談到理性的懷疑主義：

一切理證性的科學(xué)（demonstrative sciences）中的規(guī)則都是確實(shí)的（certain）和無誤的（infallible）。但是當(dāng)我們應(yīng)用它們的時(shí)候，我們那些易誤的、不準(zhǔn)確的官能（faculties）便很容易違背這些規(guī)則，而陷入錯(cuò)誤當(dāng)中。因此，我們?cè)诿恳欢瓮评碇卸急仨毿纬梢粋€(gè)新的判斷，作為最初的判斷或信念的檢查或?qū)徍?；而且我們必須擴(kuò)大視野去檢視我們的知性曾經(jīng)欺騙過我們的一切例子的經(jīng)過，并把這些例子和知性的證據(jù)是正確而真實(shí)的那些例子進(jìn)行比較。我們的理性必須被視為一個(gè)原因，而真理為其自然的結(jié)果；但是理性是那樣一個(gè)原因，它可以由于其他原因的侵入，由于我們心理能力的浮動(dòng)不定，而往往可以遭到阻礙。這樣，全部知識(shí)就降落為概然推斷（probability）。隨著我們所經(jīng)驗(yàn)到的知性的真實(shí)或虛妄，隨著問題的單純或復(fù)雜，這種概然性也就有大有小。 [5 ] （206）

休謨認(rèn)為，數(shù)學(xué)家無論進(jìn)行多少次計(jì)算來核對(duì)結(jié)果，他們對(duì)結(jié)果的信心的增加不過是概然推斷或概率（probability）的增加，這些計(jì)算過程并沒有產(chǎn)生確定性的知識(shí)。因此，休謨將這種不確定性主張擴(kuò)展至所有理證性的科學(xué)。由于這些理證性科學(xué)為知識(shí)提供唯一來源，所以人類研究所得出的一切結(jié)果都沒有達(dá)到可靠知識(shí)的完美狀態(tài)。換言之，由于知識(shí)是一種產(chǎn)生于觀念的比較而得出的確定性，然而現(xiàn)在沒有這樣的確定性，所以我們無論如何都沒有知識(shí)。那么為什么沒有這樣的確定性呢？在休謨看來，確定性與不可錯(cuò)性或絕對(duì)可靠性相聯(lián)系，也即絕對(duì)可靠性是確定性的標(biāo)志，而可錯(cuò)性則是不確定性和懷疑的標(biāo)志，所以說絕對(duì)可靠性暗含錯(cuò)誤的不可能性。但是，這種不可能性既非邏輯的不可能性也非心理的不可能性，因?yàn)樾葜冋撟C所有判斷（包括數(shù)學(xué)判斷）都是不確定的，而他并非意味著1+1≠2在邏輯上是可能的，也非意味著人們對(duì)數(shù)學(xué)陳述的掌握是不可錯(cuò)的僅僅由于人們?cè)谛睦砩喜豢赡懿幌嘈胚@個(gè)數(shù)學(xué)陳述。具體說來，如果知識(shí)p要求確定性，那么休謨要求的既不是非p的邏輯不可能性，也不是一個(gè)認(rèn)知者拋棄p的心理不可能性，而是要求任何真實(shí)的或可靠的知識(shí)主張能夠超越合理的懷疑，例如，我們能夠合理堅(jiān)持認(rèn)為不可能理性地懷疑這種主張，因?yàn)椴豢慑e(cuò)的或絕對(duì)可靠的知識(shí)是不容置疑的。但是休謨也認(rèn)為我們應(yīng)該在某種程度上理性地懷疑每一個(gè)主張，所以沒有任何主張是確定的，我們?nèi)鄙僦R(shí)。正是從他否認(rèn)我們擁有任何可靠知識(shí)的意義上說，休謨是一位整體懷疑論者。

休謨的懷疑論立場(chǎng)表明，有關(guān)觀念的關(guān)系的任何陳述都要經(jīng)受懷疑，一切思想或論證（包括經(jīng)驗(yàn)證據(jù)）都要經(jīng)受懷疑，所以“全部知識(shí)只是概然推斷”，我們沒有可靠知識(shí)。正如休謨所言，“知識(shí)與概然推斷是極其相反而分歧的兩種東西，它們不能在不知不覺中互相滲入，這是因?yàn)樗鼈兪峭暾荒芊指?，而必然是完全存在，或是完全不存在的?[5 ] （207）。也即是說，盡管我們有關(guān)于必然真理或觀念的關(guān)系等信念，但是這些信念都是可錯(cuò)的。因此，知識(shí)與信念的本性完全不同。然而，如果兩者有著完全不同的本性，那么我們?cè)撊绾卫斫庑葜兯缘摹爸R(shí)降落為概然推斷”呢？畢竟，知識(shí)轉(zhuǎn)變成概率如同“鱷魚變成金子”那樣不可能，休謨的這種論證似乎與他自己的認(rèn)識(shí)論相沖突。對(duì)此，大衛(wèi)·歐文（David Owen）的解釋是我們可以用某人有p的知識(shí)的可能信念來代替他有p的知識(shí)的主張，所以知識(shí)的主張嵌入到信念的主張（如概率判斷）當(dāng)中。但是，假如知識(shí)主張仍然體現(xiàn)在信念主張當(dāng)中并保留知識(shí)的地位，那么就不是一種“降落”或“退化”（degeneration）。即便如此，由于休謨認(rèn)為知識(shí)和概率是本性如此相反的東西，我們就很難理解知識(shí)主張如何體現(xiàn)于信念主張當(dāng)中。 [2 ]第三，休謨明確地說到“全部知識(shí)既然都?xì)w結(jié)為概然推斷，而且最后變成和我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫淖C據(jù)一樣” [5 ] （207），因此假若知識(shí)體現(xiàn)于信念主張中，那就破壞了知識(shí)主張以致它的本性發(fā)生改變。如此看來，休謨的本意應(yīng)該是真的知識(shí)不可能“退化”為信念，然而我們當(dāng)作知識(shí)的東西卻能夠“退化”為信念。根據(jù)休謨的標(biāo)準(zhǔn)，真的知識(shí)要求確定性，由于沒有任何東西是確定的，所以沒有什么東西是知識(shí)。人們所認(rèn)為確定的知識(shí)主張實(shí)際上是概率或信念，休謨檢驗(yàn)所有這些聲稱是知識(shí)的例子（例如簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)判斷），發(fā)現(xiàn)它們都不能滿足知識(shí)所要求的嚴(yán)格確定性標(biāo)準(zhǔn)。真的知識(shí)不能被懷疑，并就其本性而言與信念不相容，但所有聲稱為知識(shí)的主張都退化為信念，因?yàn)閬碜匀菀追稿e(cuò)的人類所聲稱的任何知識(shí)主張能夠被懷疑，所以它們都不能滿足知識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，我們可以將休謨的論證解釋為一種歸謬論證。這種歸謬論證如下：假定我們擁有知識(shí)，而知識(shí)要求確定性。如果我們能夠知道任何事物，那么可以肯定我們能夠知道簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)真理，由此就可以得出這些所聲稱的（purported）的事例應(yīng)該免于懷疑。但是休謨認(rèn)為甚至所有這些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)判斷也要經(jīng)受某種懷疑。如果它們免于懷疑，那么我們就不需要由于以上所討論的理由重新核對(duì)計(jì)算。因此，這些所聲稱為知識(shí)的范例既應(yīng)該免于懷疑，也不應(yīng)該免于懷疑。因此，我們有知識(shí)的這種假定就導(dǎo)致矛盾。

三、知識(shí)的二重性論題與分析—綜合的二分

我們已經(jīng)看到，休謨是一位知識(shí)的懷疑論者，正如他的先輩和他的同時(shí)代人那樣理解知識(shí)，譬如唯理論者認(rèn)為從自明的天賦觀念出發(fā)經(jīng)過理性演繹可以獲得可靠知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)論者則強(qiáng)調(diào)從客觀的感覺經(jīng)驗(yàn)出發(fā)借助歸納推理才能獲得可靠知識(shí)，這樣的知識(shí)才具有普遍必然性和絕對(duì)確定性。休謨堅(jiān)持認(rèn)為沒有任何信念（即使是關(guān)于簡(jiǎn)單計(jì)算的信念）是如此神圣而可以超越懷疑。因?yàn)檎娴闹R(shí)排除懷疑，所以沒有知識(shí)。然而，休謨似乎并不否認(rèn)我們擁有知識(shí)，這就要從休謨所談?wù)摰摹按_定性”意義上來看。從真實(shí)的確定性意義上說，我們沒有知識(shí)。但是，正如我們已經(jīng)談到，“確定性”還包含另外一層意義，也即合理的懷疑度。比如數(shù)學(xué)家們通過計(jì)算來核對(duì)他們的結(jié)果，他們可以增加計(jì)算次數(shù)，從而絕對(duì)地肯定他們的結(jié)果是正確的，這樣看來，他們還是獲得了一種確定性。這兩種不同層次的確定性的確出現(xiàn)于休謨的論述當(dāng)中，如果我們不加區(qū)分，就會(huì)誤解休謨。休謨說過：“雖然在自然中從來沒有一個(gè)圓或三角形，但是歐幾里德證明的真理將永遠(yuǎn)保留它們的確定性”。這難道不與我們所讀到的休謨否認(rèn)一切事物（包括數(shù)學(xué)和幾何學(xué)）的確定性相沖突嗎？因此，我們認(rèn)為這里存在兩種可能的解釋：其一是休謨使用這個(gè)術(shù)語由于歐幾里德幾何學(xué)的“當(dāng)前觀點(diǎn)”，并且他當(dāng)然不是意味著它們?cè)谒鼈兪谴_定知識(shí)的對(duì)象的意義上是“確定的”；其二，對(duì)于休謨來說，“確定性”和我們所理解的“概率”一樣有相同的模糊性。他可能用另外的語言說，歐幾里德的真理是“確定的”（例如，有1的客觀概率）。在休謨談?wù)摗瓣P(guān)于理性的懷疑主義”中，我們看到：“在所有證明性科學(xué)中規(guī)則是確定的和絕對(duì)可靠的，但是當(dāng)我們應(yīng)用這些規(guī)則時(shí)，我們易錯(cuò)的和不確定的官能（uncertain faculties）非常容易背離它們，并陷入錯(cuò)誤當(dāng)中” [7 ] （98）。我們注意到“確定的”的第一次使用是應(yīng)用到規(guī)則自身。通過這種方式我們可以說歐幾里德證明的真理是確定的（必然為真），即使我們不應(yīng)該說這些公理和定理都免于所有可能的懷疑。休謨?cè)凇度诵哉摗返谝痪淼慕Y(jié)尾處說道：

我們不但容易忘掉我們的懷疑主義，甚至也容易忘掉我們的謙遜，而應(yīng)用這一類的詞語，如顯然、確實(shí)、不可否認(rèn)的；我們對(duì)于公眾如果存著適當(dāng)?shù)木匆?，或許就應(yīng)當(dāng)避免這類詞語。我也可能曾經(jīng)照著別人的榜樣陷入這種錯(cuò)誤之中；不過在這里，我要申請(qǐng)大家不要再提出在這一方面所可以提出的任何駁斥，我在這里聲明，這一類詞語是由我對(duì)于對(duì)象的現(xiàn)前觀點(diǎn)所逼出來的，并不意味著獨(dú)斷的精神，也不意味著對(duì)于我自己的判斷的自負(fù)的看法；我非常清楚，這一類意見是不適合于任何人的，而對(duì)于一個(gè)懷疑主義者則更不合適。 [5 ] （305）

由此，我們可以說，休謨雖然在知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)的意義上否認(rèn)知識(shí)，卻暗示了現(xiàn)在流行的“知識(shí)”定義：知識(shí)就是得到辯護(hù)的真實(shí)信念。正如杰塞菲·皮特（Joseph Pitt）所言，“看待邏輯實(shí)證主義對(duì)科學(xué)知識(shí)的解釋的發(fā)展的一種方式就是將其看做從一種更古老的、非常漫長(zhǎng)的傳統(tǒng)演化而來的（在這種傳統(tǒng)中知識(shí)意味著確定性），并朝向一種更新的觀點(diǎn)，這種觀點(diǎn)與休謨的經(jīng)驗(yàn)論相聯(lián)系，即知識(shí)是得到辯護(hù)的真實(shí)的信念” [2 ]?；诖耍覀兛梢哉J(rèn)為休謨的懷疑論其實(shí)蘊(yùn)含了一種知識(shí)二重性論題，也即知識(shí)包含確定性與或然性兩個(gè)方面：我們沒有確定性的知識(shí)，但是我們擁有或然性知識(shí)（概率或信念）。這種知識(shí)的二重性正如有的學(xué)者所言是休謨依據(jù)確定性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)知識(shí)的區(qū)分，“如果我們把確定性分層或弱化，原來不是知識(shí)而只是信念的命題就可能成為另一層次上的知識(shí)，這就直接影響我們對(duì)歸納結(jié)論的接受” [8 ]。因此，確定性的分層預(yù)示著知識(shí)的分層，休謨對(duì)歸納推理的質(zhì)疑可以理解為歸納結(jié)論的確定性問題。換言之，歸納結(jié)論是否能夠接受為知識(shí)，休謨問題因而可理解為知識(shí)接受問題，他的懷疑論也可進(jìn)行知識(shí)論的解讀。約翰·洛西認(rèn)為，休謨將知識(shí)細(xì)分為關(guān)于觀念關(guān)系的陳述與事實(shí)的陳述，這兩種知識(shí)存在兩個(gè)方面的不同。一方面，“對(duì)這兩類陳述提出的真理要求的類型不同”：關(guān)于觀念關(guān)系的陳述是必然真理，關(guān)于事實(shí)的陳述是偶然地真；另一方面，“用以確定兩類陳述真假的方法不同”：觀念關(guān)系陳述的真假無需訴諸經(jīng)驗(yàn)證據(jù)，而關(guān)于事實(shí)陳述的真假必須訴諸經(jīng)驗(yàn)證據(jù)。由此，“休謨達(dá)到了數(shù)學(xué)的必然陳述與經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的認(rèn)識(shí)陳述的分界，從而加深了牛頓的形式演繹系統(tǒng)及其應(yīng)用于經(jīng)驗(yàn)之間的區(qū)別” [9 ] （106-107）。然而，知識(shí)二重性論題并不意味著兩種知識(shí)之間有著絕對(duì)明晰的分界。相反在休謨看來，知識(shí)與信念之間或者說關(guān)于觀念關(guān)系的必然真理與關(guān)于事實(shí)陳述的偶然真理之間并不存在清晰甚或模糊的界線。休謨所言的“所有知識(shí)都退化為概率”（all knowledge degenerates into probability）正暗含了這一點(diǎn)。因此，即使休謨關(guān)于觀念關(guān)系的知識(shí)與事實(shí)的知識(shí)的區(qū)分預(yù)示了后來的分析與綜合的二分，它同樣暗含著這種二分的消解。蒯因?qū)Ψ治?綜合的區(qū)分的攻擊是20世紀(jì)哲學(xué)史上的最著名事件之一。蒯因雖然贊成流行的邏輯實(shí)證主義綱領(lǐng)，但是他使用這個(gè)綱領(lǐng)中的一些經(jīng)驗(yàn)論資源來破壞這個(gè)綱領(lǐng)的一個(gè)核心區(qū)分。按照凱文·米克爾（Kevin Meeker）的觀點(diǎn)，根據(jù)蒯因自己對(duì)分析/綜合的區(qū)分的理解，他明確承認(rèn)他的攻擊是從邏輯實(shí)證主義者的“圣人”（patron saint）大衛(wèi)·休謨那里繼承了這種“同質(zhì)性的破壞精神”（a kindred subversive spirit）。 [10 ]休謨看到“知識(shí)退化為概率”的方式與蒯因看待“分析陳述退化為綜合陳述”有很大相似性。當(dāng)然我們不是在暗示休謨和蒯因都支持所有相同的論題。在《經(jīng)驗(yàn)論的兩個(gè)教條》中，蒯因總結(jié)了現(xiàn)代經(jīng)驗(yàn)論的兩個(gè)教條：一是“相信在分析的或以意義為根據(jù)而不依賴于事實(shí)的真理與綜合的或以事實(shí)為根據(jù)的真理之間有根本的區(qū)別”；二是“相信每一個(gè)有意義的陳述都等值于某種以指稱直接經(jīng)驗(yàn)的名詞為基礎(chǔ)的邏輯構(gòu)造”的還原論。蒯因認(rèn)為“這兩個(gè)教條都是沒有根據(jù)的”，由此提出他的整體論思想。根據(jù)蒯因的整體論，“我們所謂的知識(shí)或信念的整體”是“一個(gè)人工的織造物”，“沒有任何陳述是免受修改的。有人甚至曾經(jīng)提出把修正邏輯的排中律作為簡(jiǎn)化量子力學(xué)的方法，這樣一種改變和開普勒之代替托勒密，愛因斯坦之代替牛頓，或者達(dá)爾文之代替亞里士多德的那種改變?cè)谠瓌t上有什么不同呢？” [11 ] （40-41）蒯因的整體觀是說在分析陳述（定義性陳述或根據(jù)成分的意義為真的陳述）與綜合陳述（根據(jù)事實(shí)為真的陳述）之間沒有精確的劃分線。這種區(qū)分崩潰的一個(gè)重要后果是我們不能排除綜合陳述可能轉(zhuǎn)變?yōu)椋╫verturn）分析陳述。具體而言，在蒯因看來，來自科學(xué)（物理學(xué)）的經(jīng)驗(yàn)考量與一些分析陳述（諸如邏輯的排中律）的可接受性有關(guān)。休謨的觀點(diǎn)很相似：觀念的關(guān)系與事實(shí)之間沒有明顯的區(qū)分。當(dāng)然休謨可能保留了一種類似于分析/綜合的區(qū)分。他可能在判斷的“對(duì)象”的基礎(chǔ)上作出了一種區(qū)分：關(guān)于觀念關(guān)系的判斷是關(guān)于必然真理，而關(guān)于事實(shí)的判斷則是關(guān)于偶然真理 [12 ]。因此，我們不能排除這種可能性，即事實(shí)可能使我們贊同觀念的關(guān)系（甚至是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)真理）的可接受性產(chǎn)生問題。簡(jiǎn)言之，休謨和蒯因都允許經(jīng)驗(yàn)證據(jù)能夠影響非經(jīng)驗(yàn)的事實(shí)（如邏輯和數(shù)學(xué)）的可接受性。當(dāng)然，蒯因并沒有將他反對(duì)分析/綜合區(qū)分的大多數(shù)例子建立在可錯(cuò)性問題上，相反他更多地依賴迪昂的考慮以及迪昂用來攻擊這種區(qū)分的不確定性教條。但是，蒯因關(guān)于物理學(xué)修改邏輯的評(píng)論揭示出他的整個(gè)理論包括了允許經(jīng)驗(yàn)考量能夠影響分析陳述的可接受性，這是一種非常類似于休謨的結(jié)果。

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