導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

量子力學(xué)課程是工科電類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握量子力學(xué)的基本原理和基本方法，認(rèn)識微觀世界的物理圖像以及微觀粒子的運(yùn)動規(guī)律，了解宏觀世界與微觀世界的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)的區(qū)別。量子力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)的如“固體物理學(xué)”、“半導(dǎo)體物理學(xué)”、“集成電路工藝原理”、“量子電子學(xué)”、“納米電子學(xué)”、“微電子技術(shù)”等課程的學(xué)習(xí)。

量子力學(xué)課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)，對學(xué)生的邏輯思維能力和空間想象能力等要求較高，因此要學(xué)好量子力學(xué)，在我們教學(xué)的過程中，需要充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。同時(shí)，隨著科學(xué)日新月異的發(fā)展，對量子力學(xué)課程的教學(xué)也不斷提出新的要求。如何充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和能動性，切實(shí)提高量子力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和教師的教學(xué)水平，已經(jīng)成為擺在高校教師目前的一項(xiàng)重要課題。

該課程組在近幾年的教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐中，本著高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求，強(qiáng)調(diào)量子力學(xué)基本原理、基本思維方法的訓(xùn)練，結(jié)合物理學(xué)史，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；充分利用熟知軟件，理解物理圖像，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性；結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)知識，強(qiáng)調(diào)理論在實(shí)踐中的應(yīng)用，取得了良好的教學(xué)效果。

1 當(dāng)前的現(xiàn)狀及存在的主要問題

目前工科電類專業(yè)普遍感覺量子力學(xué)課程難學(xué)，其主要原因在于：第一，量子力學(xué)它是一門全新的課程理論體系，其基本理論思想與解決問題的方法都沒有經(jīng)典的對應(yīng)，而學(xué)習(xí)量子力學(xué)必須完全脫離以前在頭腦中根深蒂固的“經(jīng)典”的觀念；第二，量子力學(xué)的概念與規(guī)律抽象，應(yīng)用的數(shù)學(xué)知識比較多，公式推導(dǎo)復(fù)雜，計(jì)算困難；第三，雖然量子力學(xué)問題接近實(shí)際，但要學(xué)生理解和解決問題，還需要一個過程；由于上述問題的存在，使初學(xué)者都感到量子力學(xué)課程枯燥無味、晦澀難懂，而且隨著學(xué)科知識的飛速發(fā)展，知識的更新周期空前縮短，在有限的課時(shí)情況下，如何使學(xué)生在掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識的同時(shí)，跟上時(shí)代的步伐，了解科學(xué)的前沿，以適應(yīng)新世紀(jì)人才培養(yǎng)的需求，是擺在我們教育工作者面前的巨大挑戰(zhàn)。

2 結(jié)合物理學(xué)史激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，在大學(xué)物理中，談到了19世紀(jì)末物理學(xué)所遇到的“兩朵烏云”，光電效應(yīng)和紫外災(zāi)難，1900年，普朗克提出了能量子的概念，解決了黑體輻射的問題；后來，愛因斯坦在普朗克的啟發(fā)下，提出了光量子的概念，解釋了光電效應(yīng)，并提出了光的波粒二象性；德布羅意又在愛因斯坦的啟發(fā)下，大膽的提出實(shí)物粒子也具有波粒二象性；對于物理學(xué)的第三朵烏云“原子的線狀光譜，”玻爾提出了關(guān)于氫原子的量子假設(shè)，解釋了氫原子的結(jié)構(gòu)以及線狀光譜的實(shí)驗(yàn)。后來還有薛定諤、海森堡、狄拉克等偉大的物理學(xué)家的努力，建立了一套嶄新的理論體系-量子力學(xué)。在教學(xué)的過程中，適當(dāng)穿插量子力學(xué)的發(fā)展歷史以及偉大科學(xué)家的傳記故事，避免了量子力學(xué)課程“全是數(shù)學(xué)的推導(dǎo)”的現(xiàn)狀，這樣激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，通過對偉大科學(xué)家的介紹，培養(yǎng)刻苦鉆研的精神。實(shí)踐表明，這樣的教學(xué)模式大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

3 結(jié)合熟知軟件化抽象為形象

量子力學(xué)內(nèi)容抽象，對一些典型的結(jié)論，可以用軟件模擬的方式實(shí)現(xiàn)物理圖像的重現(xiàn)。很多軟件如matlab、c語言等很多學(xué)生不是很熟練，而且編程較難，結(jié)合物理結(jié)論作圖較為困難；Excell是學(xué)生常用的軟件之一，簡單易學(xué)卻功能強(qiáng)大，幾乎每位同學(xué)都非常熟練，我們充分利用這一點(diǎn)，將Excell軟件應(yīng)用到量子力學(xué)的教學(xué)過程中，取得了良好的效果。

如在一維無限深勢阱中，我們用解析法嚴(yán)格求解得到了波函數(shù)和能級的方程。而波函數(shù)的模方表示幾率密度。我們要求學(xué)生用Excell作圖，這樣得到粒子阱中的幾率分布，通過與經(jīng)典幾率的比較（經(jīng)典粒子在阱中各處出現(xiàn)的幾率應(yīng)該相等）和經(jīng)典能級的比較（經(jīng)典的能量分布應(yīng)該是連續(xù)的函數(shù)），通過學(xué)生的自我參與，充分激發(fā)了學(xué)生的求知欲望；從簡單的作圖，學(xué)生深刻理解了微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)的波函數(shù)；微觀粒子的能量不再是連續(xù)的，而是量子化了的能級，當(dāng)n趨于無窮大時(shí)微觀趨向于經(jīng)典的結(jié)果，即經(jīng)典是量子的極限情況；通過學(xué)生熟知的軟件，直觀的再現(xiàn)了物理圖像，學(xué)生會進(jìn)一步來深刻思考這個結(jié)論的由來，傳統(tǒng)的教學(xué)中，我們先講薛定諤方程，然后再解這個方程，再利用邊界條件和波函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)條件，一步一步推導(dǎo)下來，這樣的教學(xué)模式有很多學(xué)生由于數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)較為薄弱，推導(dǎo)過程又比較繁瑣，因此會逐步對課程失去了興趣，這也直接影響了后面章節(jié)的學(xué)習(xí)，而通過學(xué)生親自作圖實(shí)現(xiàn)的物理圖像，改變了傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，最大限度的使學(xué)生參與到課程中，這樣的效果也將事半功倍了，大大提高了教學(xué)的效果。

4 結(jié)合科學(xué)發(fā)展前沿拓寬學(xué)生視野

在課程的教學(xué)中，除了注重理論基礎(chǔ)知識的講解和基礎(chǔ)知識的應(yīng)用以外，還需介紹量子力學(xué)學(xué)科前沿發(fā)展的一些動態(tài)。結(jié)合教師的教學(xué)科研工作，將國內(nèi)外反映量子力學(xué)方面的一些最新的成果融入到課程的教學(xué)之中，推薦和鼓勵學(xué)生閱讀反映這類問題的優(yōu)秀網(wǎng)站、科研文章，使學(xué)生了解量子力學(xué)學(xué)科的發(fā)展前沿，從而達(dá)到拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。例如近年興起并迅速發(fā)展起來的量子信息、量子通訊、量子計(jì)算機(jī)等學(xué)科，其基礎(chǔ)理論就是量子力學(xué)的應(yīng)用，了解了這些發(fā)展，學(xué)生會反過來進(jìn)一步理解課程中如量子態(tài)、自旋等概念，量子態(tài)和自旋本身就是非常抽象的物理概念，他們沒有經(jīng)典的對應(yīng)，通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解，學(xué)生會進(jìn)一步理解用態(tài)矢來表示一個量子態(tài)，由于電子的自旋只有兩個取向，正好與計(jì)算機(jī)存儲中二進(jìn)制0和1相對應(yīng)，這也正是量子計(jì)算機(jī)的基本原理，通過學(xué)生的主動學(xué)習(xí)，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。另外我們還要介紹量子力學(xué)在近代物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生命學(xué)等交叉學(xué)科中的應(yīng)用，拓寬學(xué)生的視野。

篇2

1、量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。

2、量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等，近來這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展。高效安全的信息傳輸日益受到人們的關(guān)注?；诹孔恿W(xué)的基本原理，并因此成為國際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇3

量子力學(xué)是當(dāng)代科學(xué)發(fā)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(dú)特的形式體系與特有的算法規(guī)則，對原子物理學(xué)、化學(xué)、固體物理學(xué)等學(xué)科中的許多物理效應(yīng)和物理現(xiàn)象作出了說明與預(yù)言，已經(jīng)成為科學(xué)家認(rèn)識與描述微觀現(xiàn)象的一種普遍有效的概念與語言工具，同時(shí)也是日新月異的信息技術(shù)革命的理論基礎(chǔ)；其神秘之處在于，與其形式體系的這種普遍應(yīng)用的有效性恰好相反，量子物理學(xué)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(shí)，至今仍未達(dá)成共識。量子物理學(xué)家在理解和解釋量子力學(xué)的基本概念的過程中所存在的分歧，不是關(guān)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(jīng)典物理學(xué)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(xué)誕生的早期歲月里，這些分歧的產(chǎn)生主要源于對量子理論中的波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的理解。因?yàn)榱孔恿W(xué)的創(chuàng)始人把量子力學(xué)理解成是一種完備的理論，把量子統(tǒng)計(jì)理解成是不同于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)，在根本意義上，帶來了量子力學(xué)描述中的統(tǒng)計(jì)決定性特征。而理論描述的統(tǒng)計(jì)決定性與物理學(xué)家長期信奉的因果決定論的實(shí)在論研究傳統(tǒng)相沖突。在當(dāng)時(shí)的背景下，對于那些在經(jīng)典物理學(xué)的熏陶下成長起來的許多傳統(tǒng)物理學(xué)家而言，對量子力學(xué)的這種理解是難以容忍的。這些物理學(xué)家仍然堅(jiān)持以經(jīng)典實(shí)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(diǎn)認(rèn)為，現(xiàn)有的量子力學(xué)只是臨時(shí)的現(xiàn)象學(xué)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(xué)家普遍地把這種實(shí)在論稱之為定域?qū)嵲谡?，或者稱為非語境論的實(shí)在論。從EPR悖論到貝爾定理的提出正是沿著這一思路發(fā)展的。這種觀點(diǎn)把量子論中的統(tǒng)計(jì)決定論與經(jīng)典實(shí)在論之間的矛盾，理解成是量子論與傳統(tǒng)實(shí)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(shí)驗(yàn)，沒有支持定域隱變量理論的預(yù)言，而是給出了與量子力學(xué)的預(yù)言相一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以來，量子論與傳統(tǒng)實(shí)在論之間的矛盾焦點(diǎn)，由對量子理論中的統(tǒng)計(jì)決定性特征的質(zhì)疑，轉(zhuǎn)向了對更加基本的量子測量過程中的“波包塌縮”現(xiàn)象的理解。因?yàn)榱孔訙y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(tài)的概念來表征量子實(shí)在的作法，直接導(dǎo)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(tǒng)實(shí)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(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性特征，把量子世界看成是由客觀的不確定性、隨機(jī)性和量子糾纏所支配的世界的前提下，通過假設(shè)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(xué)家把這種實(shí)在論稱為非定域的實(shí)在論。[1] 多世界解釋在承認(rèn)現(xiàn)有的量子力學(xué)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(shè)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(xué)家把這種實(shí)在論稱為非分離的實(shí)在論。[1]

量子測量現(xiàn)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(xué)哲學(xué)研究而言，如果把量子測量系統(tǒng)理解成是一個包括觀察者在內(nèi)的整體，我們將永遠(yuǎn)不可能在觀察者與被觀察系統(tǒng)之間作出任何形式的分割。而觀察者與被觀察系統(tǒng)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(shí)在進(jìn)行客觀描述的夢想徹底地破滅。這是因?yàn)椋环矫?，如果我們認(rèn)為量子力學(xué)的形式體系是正確而完備的理論，那么，就能夠用量子力學(xué)的術(shù)語描述包括觀察者在內(nèi)的整個測量過程。這時(shí)，觀察者成為整個測量系統(tǒng)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?nèi)匀豢释褚钥煞蛛x性假設(shè)為基礎(chǔ)的經(jīng)典測量那樣，在以整體性假設(shè)為基礎(chǔ)的量子測量系統(tǒng)中，也能夠得到確定而純客觀的測量結(jié)果，那么，他們必須要在觀察者與被觀察的量子系統(tǒng)之間作出某種分割，觀察者才有可能站在整個測量系統(tǒng)之外進(jìn)行觀察。然而，在量子測量的具體實(shí)踐中，這個重要的“阿基米德點(diǎn)”是永遠(yuǎn)不可能得到的。因?yàn)閷α孔訙y量系統(tǒng)進(jìn)行的任何一種形式的分割，都必然會導(dǎo)致像“薛定諤貓”那樣的悖論。這樣，關(guān)于量子論與實(shí)在論之間的矛盾事實(shí)上轉(zhuǎn)化為，在承認(rèn)量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性特征的前提下，如何解決量子測量的整體性與傳統(tǒng)實(shí)在論之間的矛盾。

以玻爾為代表的傳統(tǒng)量子物理學(xué)家在創(chuàng)立了量子力學(xué)的形式體系之后，并不追求從量子測量現(xiàn)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(rèn)識論和現(xiàn)象學(xué)的意義上做文章。玻爾認(rèn)為，觀察的“客觀性”概念的含義，在原子物理學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)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(nèi)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(diǎn)，在認(rèn)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(xué)成為支持科學(xué)的反實(shí)在論解釋的一個重要的立論依據(jù)。與此相反，近幾十年發(fā)展起來的多世界解釋，試圖以多元本體論的假設(shè)為前提，恢復(fù)對客觀性概念的傳統(tǒng)理解；玻姆的本體論解釋則是以粒子軌道與真實(shí)波的二元論假設(shè)為代價(jià)，把測量過程中的整體性特征歸結(jié)為是量子勢的性質(zhì)。這兩種解釋雖然在理解量子測量現(xiàn)象時(shí)堅(jiān)持了傳統(tǒng)實(shí)在論的立場。但是，這些立場的堅(jiān)持是以在量子力學(xué)中增加某些額外的假設(shè)為代價(jià)的。這正是為什么近幾十年來，反思與研究量子力學(xué)與量子測量的概念基礎(chǔ)問題，成為不計(jì)其數(shù)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(xué)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(jīng)成為不爭的事實(shí)。如果我們站在科學(xué)哲學(xué)的立場上，像當(dāng)初接受量子統(tǒng)計(jì)性一樣，也接受量子力學(xué)描述的微觀系統(tǒng)的這種整體性特征。那么，量子測量過程中被測量的系統(tǒng)與測量儀器（包括觀察者在內(nèi)）之間的整體性關(guān)系將會意味著，在微觀領(lǐng)域內(nèi)，我們所得到的知識，事實(shí)上，總是與觀察者密切相關(guān)的知識。這個結(jié)論顯然與長期以來我們所堅(jiān)持的真理符合論的客觀標(biāo)準(zhǔn)不相容。因此，接受量子力學(xué)的整體性特征，就意味著放棄真理符合論的標(biāo)準(zhǔn)，需要對傳統(tǒng)實(shí)在論的核心概念——理論和真理的性質(zhì)與意義——進(jìn)行重新理解。這樣，現(xiàn)在的問題就變成是，能否在接受量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性和整體性特征的前提下，闡述一種新的實(shí)在論觀點(diǎn)呢？如果答案是否定的，那么，科學(xué)實(shí)在論將永遠(yuǎn)不可能得到辯護(hù)；如果答案是肯定的，那么，與理論的整體性特征相協(xié)調(diào)的實(shí)在論是一種什么樣的實(shí)在論呢？這正是本文所關(guān)注的主要問題所在。

2．認(rèn)識論教益：隱喻思考與模型化方法的突現(xiàn)

自近代自然科學(xué)產(chǎn)生以來，公認(rèn)的傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)是建立在宏觀科學(xué)知識基礎(chǔ)之上的一種鏡像實(shí)在論。在宏觀科學(xué)的研究領(lǐng)域內(nèi)，觀察者總是能夠站在整個測量系統(tǒng)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(jié)果的干擾通?？梢院雎圆挥?jì)。測量結(jié)果為理論命題的真假提供了直接的評判標(biāo)準(zhǔn)，使命題和概念擁有字面表達(dá)的意義（literal meaning）或非隱喻的意義和指稱。因此，鏡像實(shí)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(shí)質(zhì)性的內(nèi)容是，堅(jiān)持命題與概念同實(shí)際的事實(shí)相符合。長期以來，科學(xué)家一直把這種觀點(diǎn)視為是科學(xué)研究活動的價(jià)值基礎(chǔ)。

維特根斯坦在其著名的《邏輯哲學(xué)導(dǎo)論》一書中，把真理的這種符合論觀點(diǎn)表述為：就像唱片是聲音的畫像并具有聲音的某些結(jié)構(gòu)一樣，命題所描述是事實(shí)的畫像，并具有與事實(shí)一致的結(jié)構(gòu)。因?yàn)橛谜Z言來思考和說話，就是用語言來對事實(shí)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(shí)際圖象之間具有同構(gòu)性。1933年，塔爾斯基對這種真理觀進(jìn)行了定義。在當(dāng)前科學(xué)哲學(xué)的文獻(xiàn)中，人們習(xí)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(dāng)且僅當(dāng)，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(rèn)為，要想使“‘雪是白的’是真的”，這個句子本身成真，當(dāng)且僅當(dāng)，“雪是白的”這個事實(shí)是真實(shí)的，即我們能夠得到“雪是白的”這一經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。這個看似簡單的句子隱含著兩層與常識相一致的符合關(guān)系：第一層的相符合關(guān)系是，語言表達(dá)的命題與實(shí)際事實(shí)相符合；第二層的相符合關(guān)系是，觀察得到的事實(shí)與真實(shí)世界相符合。在日常生活中，像“雪是白的”這樣的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)是非常直觀的，只要是一個正常的人，都有可能看到“雪確實(shí)是白色的”這個實(shí)際存在的事實(shí)。因此，人們對它的客觀性不會產(chǎn)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(xué)揭示出的微觀測量系統(tǒng)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(tǒng)的客觀真理標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)值觀提出了挑戰(zhàn)。這是因?yàn)椋诹孔訙y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(jīng)不再可能。以玻爾為代表的許多物理學(xué)家雖然在量子力學(xué)誕生的早期就已經(jīng)意識到這一點(diǎn)。但是，在科學(xué)哲學(xué)的意義上，他們在拋棄了真理符合論之后，卻走向了認(rèn)識論的反實(shí)在論；馮諾意曼的測量理論以真理符合論為基礎(chǔ)，要求在觀察者與測量儀器之間進(jìn)行分割的做法，直接導(dǎo)致了量子測量中的“觀察者悖論”；現(xiàn)存的非分離與非定域的實(shí)在論解釋，也是以真理符合論為基礎(chǔ)，在量子力學(xué)的形式體系中增加了某些難以令人接受的額外假設(shè)，來解決量子測量難題。從哲學(xué)意義上看，這種借助于額外假設(shè)來使量子力學(xué)與實(shí)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(xué)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(chǎn)生，實(shí)際上是以真理符合論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)，來理解量子測量過程的整體性特征所導(dǎo)致的?，F(xiàn)在，如果我們像放棄經(jīng)典的絕對時(shí)空觀，接受相對論一樣，也放棄真理符合論的實(shí)在論，接受現(xiàn)有的量子力學(xué)。那么，在當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)的研究中，我們需要以成功的量子力學(xué)帶給我們的認(rèn)識論教益為出發(fā)點(diǎn)，對理論、概念和真理的性質(zhì)與意義作出新的闡述。量子力學(xué)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(nèi)在結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，不可能像對宏觀世界的認(rèn)知那樣，使觀察者能夠站在整個測量語境的外面來進(jìn)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(rèn)識是不相同的，因?yàn)槊總€人根據(jù)自己的觸摸活動都只能說出大象的某一個部分。只有當(dāng)他們摸完了整個大象時(shí)，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(diǎn)的，并建立在個人理解的基礎(chǔ)之上。但是，不可否認(rèn)的是，他們的觸摸活動總是以真實(shí)的大象為本體的。在微觀領(lǐng)域內(nèi)，量子世界如同是一頭大象，物理學(xué)家如同是一群盲人，有所區(qū)別的是，物理學(xué)家對微觀世界的認(rèn)識不可能是直接的觸摸活動，而只能借助于自己設(shè)計(jì)的測量儀器與對象進(jìn)行相互作用來進(jìn)行。在這個相互作用的過程中，包括觀察者在內(nèi)的測量語境成為聯(lián)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(xué)的這種整體性思想延伸外推到一般的科學(xué)哲學(xué)研究中，那么，可以認(rèn)為，科學(xué)家所闡述的理論事實(shí)上是一個產(chǎn)生信念的系統(tǒng)?？茖W(xué)家借助于模型化的理論，把他們對世界的認(rèn)知模擬出來。理論模型所描述出的世界與真實(shí)世界之間的關(guān)系是一種內(nèi)在的、整體性的相似關(guān)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(xiàn)象學(xué)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(guān)系把現(xiàn)象描述出來，但是，對現(xiàn)象之所以發(fā)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(rèn)識論意義上的高級相似。這種相似是指，理論模型達(dá)到了與真實(shí)世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與關(guān)系之間的相似。所以，現(xiàn)象學(xué)意義上的相似最后會被成熟理論所描述的認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似所包容或修正。

這兩個層次之間的相似關(guān)系是建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，而不是建立在邏輯或先驗(yàn)的基礎(chǔ)之上。這樣，雖然科學(xué)家在建構(gòu)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(gòu)活動是以最終達(dá)到使理論描述的可能世界與真實(shí)世界之間的結(jié)構(gòu)與關(guān)系相似為目的的。因此，測量語境的存在成為科學(xué)家建構(gòu)活動的一個最基本的制約前提。建構(gòu)理論模型的活動是一種對世界的認(rèn)知活動。建構(gòu)活動中的虛構(gòu)性將會在與公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的比較中不斷地得到矯正，直至達(dá)到與真實(shí)世界完全一致為止?；蛘哒f，在一定的語境中，當(dāng)從理論模型作出的預(yù)言在經(jīng)驗(yàn)意義上不斷地得到了證實(shí)的時(shí)候，類比的相似性程度將隨之不斷地得以提高；當(dāng)科學(xué)共同體能夠依據(jù)理論模型所描述的可能世界的結(jié)構(gòu)來理解真實(shí)世界時(shí)，相似性關(guān)系將逐漸地趨向模型與世界之間的一致性關(guān)系。

在這種理解方式中，真理是物理模型與真實(shí)世界之間的相似關(guān)系的一種極限，是在一定的語境中完善與發(fā)展理論的一個最終結(jié)果。這樣，在科學(xué)研究中，真理成為科學(xué)研究追求的一個最終目標(biāo)，而不是科學(xué)研究的邏輯起點(diǎn)?；蛘哒f，把真理理解成是在科學(xué)的探索過程中，成熟的物理模型與世界結(jié)構(gòu)之間達(dá)成的一致性關(guān)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(guān)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(jià)值。這樣，與玻爾把理論的客觀性理解成是主體間性的觀點(diǎn)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(xué)活動理解成是對世界的模擬活動，那么，在理論的建構(gòu)活動中，科學(xué)理論的概念與術(shù)語所描述出的可能世界，只在一定的語境中與真實(shí)世界具有相似性。所以，相對于不可能被觀察到的真實(shí)世界而言，科學(xué)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(dāng)理論與世界之間的關(guān)系趨向于一致性關(guān)系時(shí)，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(xué)研究的活動中，研究對象越遠(yuǎn)離日常經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)話語中的隱喻成份就越多。這也許是為什么在量子理論產(chǎn)生的早期年代，物理學(xué)家在理解微觀現(xiàn)象時(shí)，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(shí)際上，微觀粒子的波——粒二象性概念只是在現(xiàn)象學(xué)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(shí)世界的基本結(jié)構(gòu)的實(shí)際描述。正如惠勒的“延遲實(shí)驗(yàn)”所揭示的那樣，物理學(xué)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(dāng)關(guān)于微觀世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)在可能世界的模型中得到全部模擬時(shí)，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(tài)概念所取代。

如果科學(xué)語言只具有隱喻的意義，科學(xué)理論所描述的是可能世界，那么，物理學(xué)家對測量現(xiàn)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(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展的水平。就像格式塔心理學(xué)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(jié)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(xiàn)活動，而是觀察者與對象發(fā)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(xiàn)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(nèi)的測量系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生相互作用時(shí)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(xiàn)出的波——粒二象性只是一種現(xiàn)象學(xué)意義上的相似，而不是微觀粒子的真實(shí)存在。在大多數(shù)情況下，現(xiàn)象還不等于是證據(jù)，把現(xiàn)象作為一種證據(jù)表述出來，還要受到物理學(xué)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(xiàn)象所反映的問題，就變成了提醒物理學(xué)家有必要對過去所忽視的物理測量過程的各個細(xì)節(jié)，對宏觀與微觀之間的過渡環(huán)節(jié)，進(jìn)行更細(xì)致的理論研究的一個信號，成為進(jìn)一步推動物理學(xué)發(fā)展的一個技術(shù)性的物理學(xué)問題，而不再是觀念性的與實(shí)在論相矛盾的哲學(xué)問題。

玻姆的量子論是試圖用非隱喻的字面語言對真實(shí)的量子世界進(jìn)行描述，而現(xiàn)有的量子力學(xué)在它的產(chǎn)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(xué)與海森堡等人的矩陣力學(xué)能夠得出完全相同的結(jié)果，并最終證明兩者在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的。在量子力學(xué)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(xiàn)象學(xué)意義上的初級相似。在以后的發(fā)展中，量子力學(xué)所描述的可能世界的預(yù)言與真實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相一致的事實(shí)說明，當(dāng)馮諾意曼在希爾伯特空間以量子態(tài)為基本概念建立了量子力學(xué)的公理化體系之后，這些現(xiàn)象學(xué)意義上的相似已經(jīng)上升到認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似，說明量子力學(xué)描述的可能世界與真實(shí)世界在微觀領(lǐng)域內(nèi)是一致的。這時(shí)，以波——粒二象性為基礎(chǔ)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(xué)家可以在拋開哲學(xué)爭論的前提下，只注重量子物理學(xué)的技術(shù)性發(fā)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(tǒng)意義上的非隱喻的字面圖象和傳統(tǒng)哲學(xué)觀念的一種理想產(chǎn)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(guān)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(shí)世界之間從現(xiàn)象學(xué)意義上的初級相似到認(rèn)識論意義上的結(jié)構(gòu)相似的基礎(chǔ)之上的。測量語境的本體性，成為我們在認(rèn)識論意義上承認(rèn)科學(xué)理論是一個信念系統(tǒng)的同時(shí)，拒絕后現(xiàn)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(diǎn)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(shí)世界之間的這種一致性關(guān)系在一定程度上是依賴于社會技術(shù)條件的動態(tài)關(guān)系。因此，以一致性為基礎(chǔ)的真理是依賴于語境的真理，它永遠(yuǎn)是一個動態(tài)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(xué)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(shí)在論的基本原理

當(dāng)我們把對理論、真理和意義的這種理解方式應(yīng)用于對真實(shí)世界的認(rèn)識時(shí)，也可以在測量語境的基礎(chǔ)上，對理論進(jìn)行實(shí)在論的解釋。所不同的是，這種實(shí)在論不再是把科學(xué)理論理解成是提供關(guān)于世界的某種鏡象圖景的、以強(qiáng)調(diào)語言與命題的真理符合論為基礎(chǔ)的那種實(shí)在論，而是把科學(xué)理論理解成是通過先對世界的模擬，然后，與真實(shí)世界趨于一致的、依賴于測量語境的實(shí)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(jìn)一步的觀察或?qū)嶒?yàn)，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(guān)系是一種相似關(guān)系，而不再是相符合的關(guān)系；測量結(jié)果與對象之間的關(guān)系是在特定條件下的一種境遇性關(guān)系，而不再是一種純粹的再現(xiàn)關(guān)系。我們把這種與量子力學(xué)的整體性特征相一致的量子實(shí)在論稱為“語境實(shí)在論”。用語境實(shí)在論的觀點(diǎn)取代傳統(tǒng)實(shí)在論的觀點(diǎn)，必然帶來思維方式的根本轉(zhuǎn)變。需要以整體性的語境論的思維觀取代傳統(tǒng)思維觀。這種思維方式的逆轉(zhuǎn)主要通過下列幾個方面體現(xiàn)出來：

首先，在本體論意義上，用普遍的本體論的關(guān)系論（global-ontological relationalism）的觀點(diǎn)取代傳統(tǒng)的本體論的原子論（ontological atomism）的觀點(diǎn)。承認(rèn)關(guān)系屬性或傾向性屬性的存在，承認(rèn)概率的實(shí)在性，承認(rèn)世界中的實(shí)體、屬性與關(guān)系之間的整體性。傳統(tǒng)的原子本體論總是把世界理解成是由可以進(jìn)行任意分割的部分所組成，整體等于部分之和，牛頓力學(xué)是這種本體論的一個典型范例；關(guān)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(xué)是這種本體論的一個典型范例。與原子本體論中認(rèn)為實(shí)體可以獨(dú)立地?fù)碛凶陨淼膶傩运煌?，在關(guān)系本體論中，實(shí)體及其屬性總是在一定的關(guān)系中體現(xiàn)出來。這里存在著兩層關(guān)系：一層是實(shí)體之間的內(nèi)在關(guān)系屬性；另一層是實(shí)體固有屬性表現(xiàn)的外在關(guān)系條件。前者具有潛存性，后者為潛存性向現(xiàn)實(shí)性的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了有利條件。其次，在認(rèn)識論意義上，用理論模型的隱喻論的觀點(diǎn)取論模型的鏡象論的觀點(diǎn)。傳統(tǒng)的模型鏡象論觀點(diǎn)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(gòu)成了對對象的完備描述；而模型隱喻論的觀點(diǎn)雖然也認(rèn)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(nèi)在機(jī)理的模型集合。理論與世界之間的關(guān)系不是傳統(tǒng)的相符合關(guān)系，而是在一定的語境中，理論描述的可能世界與真實(shí)世界之間以相似為基礎(chǔ)的一致性關(guān)系。理論系統(tǒng)的模型與真實(shí)系統(tǒng)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?；蛘哒f，當(dāng)理論所描述的可能世界與真實(shí)世界相一致的時(shí)候，理論的真理才能出現(xiàn)。這是對基本的認(rèn)識論概念的倒轉(zhuǎn)：傳統(tǒng)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(xiàn)在正好反過來，是通過對逼真性概念的理解來達(dá)到對真理的理解。

第三，在方法論意義上，用語義學(xué)方法取代傳統(tǒng)的認(rèn)識論方法。在傳統(tǒng)的認(rèn)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(shù)語來表達(dá)科學(xué)實(shí)在論的一般論點(diǎn)。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(lǐng)域內(nèi)，我們?yōu)槭裁茨軌蛘f，一個理論比與它相競爭的另一個理論更逼近真理或更遠(yuǎn)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(hù)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(jié)果，對理論的逼真性的論證反而成為對“認(rèn)識的謬誤（epistemic fallacy）”的證明，并在某程度上支持了認(rèn)識論的懷疑論觀點(diǎn)。但是，如果我們在語義學(xué)的語境中，通過對逼真性概念的分析與辯護(hù)，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(rèn)識論困境。并且從認(rèn)識論的懷疑論也不會推論出語義學(xué)的懷疑論。

第四，在經(jīng)驗(yàn)的意義上，用現(xiàn)象生成論的測量觀取代現(xiàn)象再現(xiàn)論的測量觀。所謂現(xiàn)象再現(xiàn)論的測量觀是指，把物理測量結(jié)果理解成是對對象固有屬性的一種再現(xiàn)，測量儀器的使用不會對對象屬性的揭示產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的干擾，它扮演著一個單純意義上的工具角色。理論術(shù)語能夠?qū)@些觀察證據(jù)進(jìn)行精確的表述。觀察證據(jù)的這種純粹客觀性成為建構(gòu)與判別理論的邏輯起點(diǎn)；而現(xiàn)象生成論的測量觀則認(rèn)為，測量是對世界的一種透視，測量結(jié)果是在對象與測量環(huán)境相互作用的過程中生成的。測量結(jié)果所表達(dá)的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，不是純粹對世界狀態(tài)的反映，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)事實(shí)存在于我們的信念系統(tǒng)之中，而不是獨(dú)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(xiàn)，是相互作用的結(jié)果?；蛘哒f，測量語境構(gòu)成了對象屬性有可能被認(rèn)識的必要條件。

所以，理論的逼真度與科學(xué)進(jìn)步之間的聯(lián)系，應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)的意義上來確立。科學(xué)進(jìn)步的記錄并不是真命題的積累，而是從模型系統(tǒng)與真實(shí)系統(tǒng)之間的相似性出發(fā)，用逼真度的概念衡量科學(xué)研究綱領(lǐng)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(guān)系，而是依賴于語境的一個程度性的概念。它的內(nèi)容將會隨著我們對世界的不斷深入的理解而發(fā)生變化。所以，科學(xué)進(jìn)步不是真命題積累的問題，而是理論的成功預(yù)言與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的函數(shù)。

第五，在語義學(xué)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(jì)開始，非隱喻的字面真理的范式就已經(jīng)被科學(xué)家廣泛地接受為是理想的語言。其動機(jī)是期望把理論模型的言語和論證，建立在優(yōu)美而簡潔的數(shù)學(xué)和幾何的基礎(chǔ)之上。當(dāng)時(shí)的理性論者和經(jīng)驗(yàn)論者把科學(xué)語言當(dāng)成是理想的合乎理性的語言，或者說，把科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和知識看成是人類經(jīng)驗(yàn)和知識的典范。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，所有的知識與真實(shí)世界之間的關(guān)系是根據(jù)表征知識的命題方式來討論的，科學(xué)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)。語言的意義不僅與語言的用法無關(guān)，而被認(rèn)為是客觀地對應(yīng)于世界的各個方面?？茖W(xué)的話語總是關(guān)于自然界的現(xiàn)象、內(nèi)在結(jié)構(gòu)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(xué)共同體提出的關(guān)于世界的因果結(jié)構(gòu)的信念，知識與真實(shí)世界之間的關(guān)系是根據(jù)可能世界與真實(shí)世界之間的相似關(guān)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(shù)。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(dá)通常并不直接對應(yīng)于世界中的實(shí)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(xiàn)象時(shí)，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，或者強(qiáng)調(diào)使用粒子語言，或者強(qiáng)調(diào)波動語言都是失敗的。這也是玻爾的互補(bǔ)性原理在量子力學(xué)的時(shí)期歲月里容易被人們所接受的高明之處。從本文的觀點(diǎn)來看，關(guān)于微觀世界的粒子圖象或波動圖象只不過是傳統(tǒng)思維慣性的一種最顯著的表現(xiàn)而已。事實(shí)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(shí)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(chǔ)上，我們可以把語境實(shí)在論的主要觀點(diǎn)，總結(jié)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(xué)家所觀察到的現(xiàn)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(dú)立于人心而自在自為地存在著的。

方法論原理：對一個真實(shí)過程的理論模型的建構(gòu)，是對不可能被觀察到的真實(shí)世界的機(jī)理和結(jié)構(gòu)的模擬。對于真實(shí)世界而言，它在現(xiàn)象學(xué)意義上的表現(xiàn)與它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)或機(jī)理在定性的意義上具有一致性。即，理論模型具有經(jīng)驗(yàn)的適當(dāng)性。

認(rèn)識論原理：理論描述的可能世界與真實(shí)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(shù)。這些共性是在實(shí)驗(yàn)與測量語境中找到的。

語義學(xué)原理：在一定的語境中，理論模型與真實(shí)系統(tǒng)之間的相似關(guān)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(shí)世界的一種極限。

價(jià)值論原理：科學(xué)理論的建構(gòu)在最終意義上總要受到實(shí)驗(yàn)證據(jù)的制約，科學(xué)理論的發(fā)展總是向著越來越接近真實(shí)世界機(jī)理的方向發(fā)展的。

倫理學(xué)原理：包括人類在內(nèi)的自然界具有不可分割的整體性，關(guān)于人類行為的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該建立在人與自然的整體性關(guān)系上。

4．科學(xué)進(jìn)步的語境生成論模式

探討科學(xué)進(jìn)步的模式問題一直是科學(xué)哲學(xué)研究中的重大理論問題之一。不同的學(xué)派提出了不同的觀點(diǎn)。邏輯實(shí)證主義者繼承了自培根以來的哲學(xué)傳統(tǒng)，認(rèn)為科學(xué)的發(fā)展在于對經(jīng)驗(yàn)證實(shí)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(zhì)稱為“逼真性”，逼真性的程度稱為“逼真度”。他認(rèn)為，理論是真內(nèi)容與假內(nèi)容的統(tǒng)一，理論的逼真度等于理論中的真內(nèi)容與假內(nèi)容之差。而真內(nèi)容由理論中那些得到經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)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(diǎn)中，逼真性的主要特性是用命題與事實(shí)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(shù)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(guān)系是部分與整體之間的關(guān)系。這種“符合”或“與事實(shí)相符”包含著四個方面的關(guān)系：其一，句子的主語與謂詞之間處于相互聯(lián)系的狀態(tài)；其二，事態(tài)（the state of affairs）與主語之間的指稱關(guān)系；其三，謂詞表達(dá)與被選擇的事態(tài)之間的指稱關(guān)系；其四，說話者所選擇的對象與事態(tài)之間的相適合關(guān)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(shí)不相符，那么，這個理論怎么可能接近真理呢？比如說，在當(dāng)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(xué)與事實(shí)更相符嗎？此外，“符合事實(shí)”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(shí)符合的更好或更糟呢？也許有些在表面上曾經(jīng)顯示出具有某種逼真性的理論，實(shí)際上，它卻在根本意義上就是錯的。例如，化學(xué)中的“燃素說”、物理學(xué)中的“地心說”，等等，這些理論都曾經(jīng)在科學(xué)家的實(shí)際工作中，起到過積極的作用。但是，后來的發(fā)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(nèi)涵這樣的問題。例如，經(jīng)典物理學(xué)中的質(zhì)量概念不同于相對論力學(xué)中的質(zhì)量概念；量子力學(xué)的中微觀粒子概念也比經(jīng)典物理學(xué)中的粒子概念擁有更豐富的內(nèi)涵。庫恩在闡述他的科學(xué)進(jìn)步的范式論模式時(shí)，為了避免上述問題的出現(xiàn)，走向了徹底的相對主義。

如果我們用強(qiáng)調(diào)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(shí)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(shí)的一種極限情況。例如，牛頓力學(xué)比伽里略的力學(xué)更接近真理的真正理由是，因?yàn)榕ｎD物理學(xué)所描繪的世界模型比伽里略物理學(xué)所描繪的世界模型與真實(shí)世界更相似。而不應(yīng)該把這個結(jié)論替換成是，在每一個方法中通過真命題的計(jì)數(shù)來使它們與精確地說明真實(shí)世界的真命題的總數(shù)進(jìn)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(nèi)涵。但是，由于更深層的可能世界更接近真實(shí)世界的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，所以，對為什么同一個概念會有不同內(nèi)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(shí)世界的過程，以及前后相繼的理論之間的更替關(guān)系總結(jié)為：

前語境階段——語境確立階段——語境擴(kuò)張階段——語境轉(zhuǎn)換階段

——新的語境確立階段……

在科學(xué)進(jìn)步的這個模式中，前語境階段是指，當(dāng)科學(xué)進(jìn)入一個新的研究領(lǐng)域時(shí)，面對不可能被舊理論所解釋的有限數(shù)量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)和存在的重要問題，科學(xué)家首先是進(jìn)行大膽的創(chuàng)新和積極地猜測，提出可能與證據(jù)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(shí)期，科學(xué)家在建構(gòu)理論時(shí)，通過模型與現(xiàn)象的比較來約束他們的想象。或者說，他們的富有創(chuàng)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(xué)家在相互競爭的理論中作出選擇時(shí)，依賴于兩個主要的歸納根據(jù)：其一，相信任何一個理論模型的建構(gòu)都是為了盡可能準(zhǔn)確地模擬真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)和機(jī)理；其二，依據(jù)模型所產(chǎn)生的信念能夠作為成為設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)，這個實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)是為了探索世界，和檢驗(yàn)?zāi)Ｐ团c它所表征的世界之間的類似程度。在特定領(lǐng)域內(nèi)和一定的歷史條件下，根據(jù)一個理論的信念所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)越新穎，在得到應(yīng)用之后，越能夠證明理論的成功性。同時(shí)，理論的調(diào)整總是向著與新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的方向進(jìn)行的。而新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由自然界中某種未知的因果機(jī)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(jié)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?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)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(lián)系應(yīng)該是一個認(rèn)識論問題，而不是一個語義學(xué)問題。一個完整的科學(xué)理論從產(chǎn)生到成熟通常要經(jīng)過三個階段：其一，對現(xiàn)象的描述階段，這個階段得到了在經(jīng)驗(yàn)上恰當(dāng)?shù)哪Ｐ?。例如，在量子力學(xué)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(xiàn)有的量子力學(xué)的數(shù)學(xué)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(jī)理，或者說，對說明模型提供語義學(xué)的基礎(chǔ)。相對于一個成熟的科學(xué)理論而言，現(xiàn)象——模型——機(jī)理三者之間的相互關(guān)系具有內(nèi)在的不可分割的整體性。這也就是為什么原子物理學(xué)家在理解量子力學(xué)的內(nèi)在機(jī)理的問題上沒有達(dá)成共識時(shí)，產(chǎn)生了量子力學(xué)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(shù)學(xué)模型。物理模型除了包括數(shù)學(xué)模型之外，還包括理解世界的構(gòu)成機(jī)理的模型。物理模型是為數(shù)學(xué)模型提供一個語義學(xué)基礎(chǔ)。例如，分子運(yùn)動論模型是解釋壓強(qiáng)公式的語義學(xué)基礎(chǔ)；場的觀點(diǎn)是理解引力理論的語義學(xué)基礎(chǔ)。所以，物理學(xué)中的模型是指真實(shí)物理系統(tǒng)的替代物，它既具有解釋的作用，也能夠把抽象的數(shù)學(xué)系統(tǒng)翻譯為一個可理解的論述。正是在這個意義上，物理學(xué)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(jié)構(gòu)與真實(shí)世界的結(jié)構(gòu)之間的相似關(guān)系，在選擇理論時(shí)是很重要的。一方面，它能夠使理論在科學(xué)實(shí)踐中被不斷地修改和擴(kuò)展以適應(yīng)新的現(xiàn)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(xué)實(shí)踐的規(guī)則與活動之內(nèi)自然地得到了求解。這時(shí)，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(jìn)化那樣是自然選擇的結(jié)果。

在這里，把逼真度作為選擇理論的標(biāo)準(zhǔn)，與要么強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，要么強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)證偽的標(biāo)準(zhǔn)不同，它永遠(yuǎn)是動態(tài)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(jìn)行再語境化，也能夠確保科學(xué)描述和與此相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技巧與獨(dú)立于人心的世界之間建立起一種物理聯(lián)結(jié)，從而堅(jiān)持了存在著一個不可能被觀察到的獨(dú)立于人心的世界的本體論的實(shí)在論觀點(diǎn)。大體上，衡量可能世界與真實(shí)世界之間的結(jié)構(gòu)或機(jī)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(jìn)行。如果用S（A ，B）表示兩個世界之間的基本特征的相似關(guān)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(guān)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(guān)系是它們的共性與差異的函數(shù)。當(dāng)C1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2和C3時(shí)，兩個系統(tǒng)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(shù)C1、C2和C3 的值是通過實(shí)驗(yàn)來確定的。這樣，我們就有可能在經(jīng)驗(yàn)的意義上來研究相似關(guān)系。在經(jīng)驗(yàn)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(jù)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和本體論概念被加以校準(zhǔn)，那么，我們就可以認(rèn)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(dāng)一個理論的說明與理解模型能夠完全經(jīng)得起經(jīng)驗(yàn)的考驗(yàn)時(shí)，科學(xué)共同體將認(rèn)為理論描繪的可能世界與真實(shí)世界之間達(dá)到了某種一致性。這時(shí)，科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了語境確立的階段。這個階段相當(dāng)于庫恩的常規(guī)科學(xué)時(shí)期或范式形成時(shí)期。這時(shí)，科學(xué)家不僅擁有共同的信念和共同的語言，而且擁有對真實(shí)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(shí)世界的內(nèi)在機(jī)理；理論描繪的圖象就是不可觀察的真實(shí)世界的圖象。為了進(jìn)一步探索真實(shí)世界的精細(xì)結(jié)構(gòu)，科學(xué)家常常會根據(jù)現(xiàn)有理論提供的信念和約定，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃，預(yù)言新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，特別是運(yùn)用成熟理論中的理論實(shí)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而形成了一個相對穩(wěn)定的語境階段。但是，這個相對穩(wěn)定的語境邊界是非常不確定的。

當(dāng)科學(xué)家把成熟理論所揭示的世界機(jī)理作為一個范式和信念的基礎(chǔ)，延伸推廣到解釋其它相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)象時(shí)，科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入到語境的擴(kuò)張階段。其中，既包括理論研究的信念與方法的擴(kuò)張，也包括以它的基本原理為基礎(chǔ)的技術(shù)與實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)張。例如，在牛頓理論確立之后，不論是物理學(xué)還是化學(xué)家，他們都用牛頓力學(xué)的基本思想解釋他們所面臨的其它領(lǐng)域內(nèi)的新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且成功地制造出了許多測量儀器；同樣，現(xiàn)代技術(shù)的崛起和分子生物學(xué)、量子化學(xué)等學(xué)科的產(chǎn)生都是量子力學(xué)的基本原理成功應(yīng)用的結(jié)果。所以，語境擴(kuò)張的過程實(shí)際上是已有語境膨脹的過程。當(dāng)科學(xué)共同體在語境擴(kuò)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(shí)驗(yàn)事實(shí)時(shí)，他們才有可能開始對理論的信念產(chǎn)生懷疑，這時(shí)，理論的應(yīng)用邊界，或者說，語境擴(kuò)張的邊界逐漸地變得明確起來，科學(xué)的發(fā)展開始進(jìn)入語境轉(zhuǎn)換階段。在這個階段，舊語境的擴(kuò)張受到了限制，新的語境處于形成與培育當(dāng)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(xué)共同體的信念也在不斷地發(fā)生著改變，直到一個全新的語境形成為止。

當(dāng)新的語境確立之后，不僅科學(xué)家確立了新的信念，而且他們對問題的求解值域也隨之發(fā)生了改變。這時(shí)，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(jié)構(gòu)或機(jī)理。所以，它在理論信念、方法和技術(shù)層次的擴(kuò)張與滲透力將會比舊語境更強(qiáng)、更徹底。這也就是，為什么量子力學(xué)的產(chǎn)生所帶來的理論、方法與技術(shù)革命會比牛頓力學(xué)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(xù)的。這時(shí)，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(yùn)動是不斷地向著揭示世界的真實(shí)機(jī)理的方向發(fā)展的。因此，在語境中生成的理論也使得科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步向著不斷地逼近真理的方向進(jìn)行。本文把科學(xué)發(fā)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(jìn)行的；其二，科學(xué)進(jìn)步也是在語境的變更中完成的。但是，值得注意的是，強(qiáng)調(diào)語境化并不意味著使科學(xué)進(jìn)步成為無規(guī)則的游戲。把理論系統(tǒng)放置于特定的語境當(dāng)中，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的開放性和連續(xù)性。在這個意義上，語境論的事實(shí)也是一種客觀事實(shí)。運(yùn)用語境論的隱喻思考與模型化方法，不僅能夠使科學(xué)進(jìn)步過程中的微觀的邏輯結(jié)構(gòu)與宏觀的歷史背景有機(jī)地結(jié)合起來，而且能夠使基本的內(nèi)在邏輯的東西在歷史的發(fā)展中內(nèi)化到新的語境當(dāng)中，從而使得語境在自然更替的同時(shí)，一方面，完成了理論知識的積累與繼承的任務(wù)；另一方面，揭示出更深層次的世界機(jī)理。所以，語境生成論的科學(xué)進(jìn)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(xué)進(jìn)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(jiān)持實(shí)在論的立場。

5．結(jié)語

從量子力學(xué)的認(rèn)識論教益中抽象出的語境實(shí)在論的觀點(diǎn)，是一種具有更廣泛的解釋力，并且有可能把許多觀點(diǎn)有機(jī)地融合在一起的實(shí)在論觀點(diǎn)。它不僅能夠賦予量子力學(xué)以實(shí)在論的解釋，而且為解決科學(xué)實(shí)在論面臨的許多責(zé)難，理清上世紀(jì)末圍繞“索卡爾事件”所發(fā)生的一場震驚西方學(xué)壇的科學(xué)大戰(zhàn)，[1] 提供了一條可能的思路。法因曾經(jīng)在《擲骰子游戲：愛因斯坦與量子論》一書中斷言“實(shí)在論已經(jīng)死了”。[2] 然而，我們通過對量子力學(xué)與實(shí)在論的分析，在放棄了傳統(tǒng)的真理符合論之后，運(yùn)用隱喻思考與模型化方法所得出的結(jié)論則是，“實(shí)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.

篇4

[關(guān)鍵詞] 地方院校；量子力學(xué)；精品課程建設(shè)

[中圖分類號] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）01-0057-04

0 引言

我國本科高校按隸屬對象不同，分為部委屬和省屬兩大類別，省屬高校又分為省屬國家“211”重點(diǎn)高校、省部共建高校、地方性直屬高校三類，本文“地方院?！敝甘俑咝Ｖ械牡胤叫灾睂俦究聘咝＃@些院校大多采取省市共建、以市為主的管理體制，多數(shù)建校時(shí)間短或由專科升格。

隨著我國高等教育大眾化進(jìn)程的不斷深入，生源質(zhì)量降低，教學(xué)資源日趨緊張，高等院校的教學(xué)壓力逐漸加大，引發(fā)了社會對高等教育質(zhì)量的擔(dān)憂。2003年4月《教育部關(guān)于啟動高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程精品課程建設(shè)工作的通知》（教高[2003]1號），引起了全國范圍內(nèi)建設(shè)國家、省、校三級精品課程的熱潮。量子力學(xué)精品課程也同其他課程一樣，經(jīng)歷了精品課程建設(shè)的熱潮，截至2013年9月，共有四校建成國家精品課程，分別是蘭州大學(xué)（2004年）、復(fù)旦大學(xué)（2004年）、清華大學(xué)（2007年）、北京大學(xué)（2008年）；兩校建成湖北省精品課程，分別是華中師范大學(xué)（2003年）和湖北大學(xué)（2003年）；兩校建成湖北省地方院校校級精品課程，分別是黃岡師范學(xué)院（2007年）、湖北師范學(xué)院（2011年）?？梢姡孔恿W(xué)國家精品課程全部由985重點(diǎn)大學(xué)建設(shè)，湖北省精品課程也由211重點(diǎn)大學(xué)和省屬重點(diǎn)大學(xué)建設(shè)，地方院校只有兩校建成校級精品課程，只占湖北省27所地方院校的7.4%，大多數(shù)地方院校并未開展量子力學(xué)精品課程建設(shè)，這與量子力學(xué)課程的重要地位極不相稱。量子力學(xué)是近代物理學(xué)的兩大支柱之一，也是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，其教學(xué)質(zhì)量的重要性不言而喻，但量子力學(xué)又是一門高度抽象的理論物理課程，遠(yuǎn)離日常經(jīng)驗(yàn)，教與學(xué)都有一定的難度。地方院校由于師資力量薄弱，學(xué)術(shù)資源匱乏，生源素質(zhì)不理想，教學(xué)與科研脫節(jié)，導(dǎo)致這些院校的量子力學(xué)精品課程大多處于有心無力、舉步維艱的狀態(tài)。

地方院校占我國高校總數(shù)的90%左右，擔(dān)負(fù)著服務(wù)地方社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)、培養(yǎng)千百萬專門人才的重任。地方院校是我國高等教育金字塔的塔基，塔基不穩(wěn)，必然影響我國高等教育的健康發(fā)展，因此研究地方院校量子力學(xué)精品課程建設(shè)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量是迫在眉睫的重要問題，令人惋惜的是這方面的研究成果太少，難以指導(dǎo)地方院校量子力學(xué)精品課程的建設(shè)。

1 地方院校視角下量子力學(xué)精品課程建設(shè) 的內(nèi)涵

精品課程的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是“五個一流”，即一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理。精品課程建設(shè)研究大多圍繞“五個一流”展開，但精品課程建設(shè)應(yīng)該是分層次的，不同類型的高校應(yīng)有不同的標(biāo)準(zhǔn)。每個學(xué)校都是在自己的層次上、自己的類型上來辦出最高水平的課程，各個學(xué)校是不一樣的，精品課定位不一樣，尋找精品課群體也不一樣[1]。地方高校應(yīng)從自己的辦學(xué)定位、培養(yǎng)規(guī)格和生源情況來考慮量子力學(xué)精品課程建設(shè)，基于地方院校視角來理解“五個一流”，揚(yáng)長避短，不盲目攀比，也不妄自菲薄。

1.1 一流教師隊(duì)伍

地方院校普遍存在教師整體水平不高的問題，教師的學(xué)歷、職稱、學(xué)術(shù)水平和重點(diǎn)大學(xué)相比有較大差距，教學(xué)任務(wù)重，技術(shù)應(yīng)用能力不強(qiáng)。重點(diǎn)大學(xué)承擔(dān)培養(yǎng)拔尖人才的任務(wù)，必然要求教師具有較高的學(xué)術(shù)水平和科研能力，地方院校承擔(dān)培養(yǎng)千百萬專門人才，即應(yīng)用型技能型人才的任務(wù)，對教師的學(xué)術(shù)水平要求不是太高，但要求教師具有較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用能力。地方院校教師不宜與重點(diǎn)大學(xué)的教師比學(xué)術(shù)水平，但要關(guān)注學(xué)科前沿，盡快掌握與本學(xué)科相關(guān)的最新技術(shù)，提高重點(diǎn)大學(xué)教師并不擅長的技術(shù)應(yīng)用能力，體現(xiàn)地方院?！半p師”型師資的鮮明特色。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教師隊(duì)伍，就是要建設(shè)一支與應(yīng)用型人才培養(yǎng)相適應(yīng)的，具有一定的學(xué)術(shù)水平、較高的教學(xué)水平、較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用能力的“雙師型”教師隊(duì)伍。

1.2 一流教學(xué)內(nèi)容

應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位，決定了量子力學(xué)精品課程的教學(xué)內(nèi)容有別于重點(diǎn)大學(xué)，教學(xué)內(nèi)容的核心是量子力學(xué)的基本理論、基本知識、基本技能，不求教學(xué)內(nèi)容的高度完整性，適當(dāng)降低內(nèi)容的深度和應(yīng)用數(shù)學(xué)解題的難度，保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性和時(shí)代性，滿足學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展前沿及其技術(shù)應(yīng)用的強(qiáng)烈愿望。前沿知識不僅可以開闊學(xué)生的眼界，而且能夠潛移默化地影響學(xué)生未來的發(fā)展。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教學(xué)內(nèi)容可以理解為，量子力學(xué)基本理論、基本知識、基本技能等學(xué)科有效知識與專業(yè)發(fā)展密切相關(guān)的前沿知識及其技術(shù)應(yīng)用的有機(jī)整合。有效知識，就是今后能對在該領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)、繼續(xù)研究、開辟新的領(lǐng)域、學(xué)習(xí)新的知識發(fā)揮作用的、最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)性的東西[1]。

1.3 一流教學(xué)方法

重點(diǎn)大學(xué)普遍重視討論式、研究式教學(xué)方法，基于量子力學(xué)學(xué)科特點(diǎn)和地方院校學(xué)生水平，討論式和研究式的教學(xué)方法要慎重使用，如果準(zhǔn)備不充分，極有可能出現(xiàn)學(xué)生討論時(shí)言之無物和研究時(shí)無從著手的難堪局面，反而挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。采用討論式和研究式教學(xué)方法，一要內(nèi)容難度適宜，二要前期準(zhǔn)備充分，三要教師循循善誘。量子力學(xué)內(nèi)容高度抽象，學(xué)生自學(xué)困難較大，因此對教學(xué)方法和手段的要求較高。無論選擇什么樣的教學(xué)方法，采用什么樣的教學(xué)手段，都是為了學(xué)生能夠更好地理解和掌握知識，都要適合學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平，不能為了討論而討論，為了研究而研究，應(yīng)以實(shí)際教學(xué)效果來評價(jià)教學(xué)方法的優(yōu)劣。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教學(xué)方法，即以啟發(fā)式講授為主，結(jié)合課程內(nèi)容適當(dāng)采取討論式和研究式教學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)手段與多媒體技術(shù)手段有機(jī)結(jié)合，集多種方法與手段于一體的教學(xué)方法體系。

1.4 一流教材

量子力學(xué)教材的選用，國內(nèi)一般主要選用曾謹(jǐn)言版（重點(diǎn)大學(xué)）和周世勛版（地方院校），另有蘇汝鏗版、張永德版、錢伯初版、關(guān)洪版等多種教材，也有多種國外優(yōu)秀教材。鑒于量子力學(xué)的某些基本問題至今仍有爭議，甚至國內(nèi)權(quán)威教材中的部分內(nèi)容仍受質(zhì)疑，地方院校不宜盲目自編教材，避免對某些問題的不當(dāng)闡述誤導(dǎo)學(xué)生，宜選用國內(nèi)經(jīng)典的簡明教材，輔以優(yōu)秀教材作為參考書，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，通過立體化、一體化教材建設(shè)，補(bǔ)充量子力學(xué)的最新進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用，更好地為地方院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才服務(wù)。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教材，即在選用國內(nèi)經(jīng)典簡明教材的基礎(chǔ)上，選擇國內(nèi)外優(yōu)秀教材作參考書，著力打造包括電子教案、PPT、習(xí)題答案、試題庫、仿真實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)課堂等資源在內(nèi)的立體化、一體化教材。

1.5 一流教學(xué)管理

精品課程需要通過科學(xué)的管理為其提供制度保證。科學(xué)的教學(xué)管理和規(guī)范的管理機(jī)制，是精品課程的重要條件。精品課程的教學(xué)管理既包括對課堂教學(xué)的組織、實(shí)踐教學(xué)的安排、學(xué)習(xí)成績的評定等教學(xué)環(huán)節(jié)的管理，還包括師資隊(duì)伍的配備、課程建設(shè)過程的管理、教學(xué)保證條件的建設(shè)等[2]。

地方院校作為教學(xué)型大學(xué)，科研上處于劣勢，教學(xué)管理上更應(yīng)加強(qiáng)，應(yīng)將一流教學(xué)管理作為量子力學(xué)精品課程的重要特色來建設(shè)。

地方院校量子力學(xué)精品課程的一流教學(xué)管理，即建立健全與應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)的教學(xué)管理制度，包括編、備、教、輔、改、考各教學(xué)環(huán)節(jié)的管理制度，以及經(jīng)費(fèi)投入、師資配備、用人機(jī)制和激勵機(jī)制、課程評價(jià)等教學(xué)質(zhì)量保障制度，認(rèn)真落實(shí)各項(xiàng)教學(xué)管理制度并切實(shí)做好教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控，保證課程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 地方院校視角下量子力學(xué)精品課程建設(shè) 的對策

2.1 建設(shè)一支與應(yīng)用型人才培養(yǎng)適應(yīng)的師資隊(duì)伍

地方院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的定位，客觀上要求教師應(yīng)具有教師和工程師（或技能師）的雙重身份。量子力學(xué)精品課程的師資隊(duì)伍建設(shè)，除引進(jìn)高層次人才、抓好現(xiàn)有教師的轉(zhuǎn)型提升、開展與課程相關(guān)的教研和科研等常規(guī)措施之外，尤其要重視師資隊(duì)伍的技術(shù)水平和能力的培養(yǎng)，通過產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合切實(shí)提高教師的技術(shù)操作能力、應(yīng)用能力和轉(zhuǎn)化能力。加強(qiáng)學(xué)校與科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)的合作，聘請經(jīng)驗(yàn)豐富的科研人員和工程師作為兼職教師，提高教師隊(duì)伍整體的科研水平和技術(shù)實(shí)力。

2.2 精選課程有效知識構(gòu)建學(xué)科基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)理論與應(yīng)用、基礎(chǔ)與前沿的完美結(jié)合

夯實(shí)基礎(chǔ)、關(guān)注前沿、了解應(yīng)用、激發(fā)興趣是一流教學(xué)內(nèi)容的必然要求。在教學(xué)內(nèi)容的選擇和安排上，要注意與知識的實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，找準(zhǔn)最佳結(jié)合點(diǎn)，融入學(xué)科前沿的理論知識和學(xué)科發(fā)展的最新成果。

量子力學(xué)的有效知識包括量子力學(xué)的發(fā)展歷史、量子力學(xué)的五大公設(shè)、定態(tài)問題求解、表象變換理論、微擾理論、電子自旋等，有效知識構(gòu)成課程的核心知識；學(xué)科前沿知識、量子力學(xué)在現(xiàn)代科技和其它學(xué)科中的應(yīng)用等內(nèi)容構(gòu)成課程的補(bǔ)充知識；散射等相對困難的內(nèi)容構(gòu)成課程的知識。核心知識具有相對穩(wěn)定性，要求熟練掌握；補(bǔ)充知識具有時(shí)代性，要求學(xué)生了解而不求掌握；知識具有可選性，建議有能力的學(xué)生選學(xué)。核心知識和補(bǔ)充知識屬于第一層次的教學(xué)內(nèi)容，面向全體學(xué)生；知識屬第二層次的教學(xué)內(nèi)容，面向部分學(xué)生。教學(xué)內(nèi)容的分類既有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)的層次化，又有利于實(shí)現(xiàn)理論與應(yīng)用、基礎(chǔ)與前沿的有機(jī)結(jié)合。

2.3 構(gòu)建教學(xué)理念先進(jìn)、與學(xué)生水平相適應(yīng)的教學(xué)方法體系

以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體。變單一教學(xué)方式為多樣化教學(xué)方式構(gòu)成的有機(jī)體系，變以教為主為以學(xué)為主或?qū)W教并重，變傳統(tǒng)課堂教學(xué)為傳統(tǒng)課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)相結(jié)合?；诹孔恿W(xué)的抽象性，講授仍是主要的教學(xué)方法，但應(yīng)注重啟發(fā)學(xué)生積極思考，采取課內(nèi)、課外、網(wǎng)絡(luò)等多種形式增強(qiáng)師生互動，結(jié)合適當(dāng)?shù)膬?nèi)容開展討論和研究。

可以組織學(xué)生討論如量子力學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的解釋、量子力學(xué)基本原理的各種理解、一維定態(tài)問題的求解方法等；也可討論量子力學(xué)的某些新進(jìn)展和新的技術(shù)應(yīng)用，要求學(xué)生就“量子糾纏”、“EPR佯謬”、“量子計(jì)算機(jī)原理”等內(nèi)容展開調(diào)研，撰寫文獻(xiàn)綜述報(bào)告，將討論和初步的研究結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的基本素質(zhì)；也可建議能力較強(qiáng)的學(xué)生對“密度矩陣表示量子態(tài)”、“路徑積分量子化”、“自由粒子的狄拉克方程”等較新的內(nèi)容進(jìn)行一些初級的理論探討，通過寫小論文的方式總結(jié)研究結(jié)果等。

討論和探究的關(guān)鍵在于培養(yǎng)學(xué)生的參與意識、問題意識和批判意識，不奢望畢其功于一役，長期堅(jiān)持一定會有收獲。

2.4 選擇適宜的教材和教學(xué)參考書，建設(shè)立體化、一體化教材

選擇周世勛版《量子力學(xué)教程》作為教材，因?yàn)樗容^簡明，適合初學(xué)者和地方院校生源的實(shí)際水平；選擇曾謹(jǐn)言版《量子力學(xué)教程》作為主要參考書，因?yàn)樗侨珖蠖鄶?shù)高校指定的考研參考用書，要照顧部分考研學(xué)生的需要；還可選擇其他國內(nèi)外優(yōu)秀教材作為參考書，以兼收并蓄、博采眾長。

教材是教學(xué)內(nèi)容的載體，一流教材必然要展現(xiàn)一流教學(xué)內(nèi)容。立體化、一體化教材不是簡單的教材和教參搬家，應(yīng)將學(xué)科最新的研究成果、成功的教改經(jīng)驗(yàn)和教師自己的教科研成果及時(shí)地反映出來。一流教材除電子教案、PPT、全程教學(xué)錄像、習(xí)題解答、試題庫、網(wǎng)絡(luò)互動答疑、在線測試等內(nèi)容外，還要自編學(xué)習(xí)輔導(dǎo)用書，內(nèi)容大致可包括學(xué)習(xí)內(nèi)容輔導(dǎo)、考研輔導(dǎo)、閱讀材料三大部分。學(xué)習(xí)內(nèi)容輔導(dǎo)應(yīng)梳理各章知識點(diǎn)及聯(lián)系、重點(diǎn)難點(diǎn)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)充典型習(xí)題；考研輔導(dǎo)可提供各類院校近年來的量子力學(xué)考研試卷，分析考試內(nèi)容涵蓋的知識點(diǎn)和相關(guān)的考核要求；閱讀材料可介紹量子力學(xué)的最新進(jìn)展、與量子力學(xué)有關(guān)的各交叉學(xué)科、量子力學(xué)的發(fā)展歷史以及逸聞趣事等。

2.5 抓緊抓實(shí)全方位全過程的教學(xué)管理

精品課程建設(shè)是一個綜合系統(tǒng)工程，只有扎扎實(shí)實(shí)、認(rèn)認(rèn)真真、持之以恒地努力工作，才能把事情做好[3]。一流教學(xué)管理是精品課程建設(shè)的重要方面，建章立制是基礎(chǔ)，教學(xué)各環(huán)節(jié)的過程管理是縱線，教學(xué)保障條件建設(shè)管理是橫線，教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控、反饋和改進(jìn)是保障。教學(xué)管理不必標(biāo)新立異，抓緊、抓實(shí)、抓細(xì)、抓出成效，就是教學(xué)管理的最大特色。

教學(xué)各環(huán)節(jié)的管理制度中，重點(diǎn)要改變學(xué)業(yè)成績評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，變結(jié)果評價(jià)為過程評價(jià)，正確把握考試導(dǎo)向，降低期末考試比重，加大平時(shí)考核比重，將考勤、作業(yè)、提問、小論文、課程設(shè)計(jì)納入平時(shí)考核。

教學(xué)質(zhì)量保障制度的建設(shè)和落實(shí)要抓好以下幾個方面：學(xué)校要加大對精品課程建設(shè)的經(jīng)費(fèi)投入；選擇學(xué)術(shù)水平較高、教學(xué)效果得到師生公認(rèn)的優(yōu)秀教師擔(dān)任課程負(fù)責(zé)人，組建由課程負(fù)責(zé)人負(fù)總責(zé)、主講教師分工與合作的教學(xué)隊(duì)伍；對參與精品課程建設(shè)的教師，在評優(yōu)評先、晉升職稱等方面優(yōu)先考慮；抓實(shí)教學(xué)過程的質(zhì)量監(jiān)控，完善同行評教、學(xué)生評教、畢業(yè)生評教和評教意見的及時(shí)反饋及改進(jìn)制度；抓住一切校內(nèi)外的交流機(jī)會，博采眾長，不斷更新充實(shí)網(wǎng)上資源，確保精品課程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 地方院校視角下量子力學(xué)精品課程建設(shè) 的初步成果

2011年起，荊楚理工學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)開設(shè)量子力學(xué)課程。三年來，量子力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以建設(shè)校級精品課程為目標(biāo)，始終追求精品境界，目前量子力學(xué)精品課程的基本資料已準(zhǔn)備就緒，擬申報(bào)校級精品課程，并計(jì)劃在校級精品課程基礎(chǔ)上，力爭申報(bào)省級及以上精品課程，最終轉(zhuǎn)型升級成為精品資源共享課。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持教學(xué)和科研相結(jié)合，重視研究解決教學(xué)過程中存在的突出問題，以教科研水平的提高帶動教學(xué)水平的提高。三年共主持完成湖北省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃課題“理工類本科生物理學(xué)習(xí)障礙歸因及對策研究”一項(xiàng)，此課題于2013年5月被湖北省教科規(guī)劃辦批準(zhǔn)結(jié)題，鑒定結(jié)論為：課題研究整體設(shè)計(jì)規(guī)范，研究路線科學(xué)，課題組成員分工合理，研究成果豐富且有實(shí)效；正主持湖北省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題一項(xiàng)：“地方院校應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究”。在學(xué)術(shù)研究方面，教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞量子糾纏態(tài)、量子點(diǎn)、反應(yīng)微分截面等方向進(jìn)行了比較深入地研究，取得了一些成果，近幾年在國外英文期刊和國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表了6篇英文學(xué)術(shù)論文，其中4篇被EI收錄，2篇被INSPECT收錄，并在原子與分子物理學(xué)報(bào)、重慶大學(xué)學(xué)報(bào)、量子光學(xué)學(xué)報(bào)等中文核心期刊上發(fā)表了8篇學(xué)術(shù)論文。

科學(xué)研究提高了教師的學(xué)術(shù)水平，加深了對量子力學(xué)課程內(nèi)容的深刻理解，促進(jìn)了教學(xué)的深入淺出，實(shí)現(xiàn)了理論與應(yīng)用、基礎(chǔ)與前沿的有機(jī)結(jié)合，量子力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量逐年穩(wěn)步提高：三年來師生評教均分都在95分以上，教學(xué)效果得到師生認(rèn)可；學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)的積極性明顯提高，學(xué)業(yè)成績的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，大部分學(xué)生較好地掌握了量子力學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能，并對量子力學(xué)知識的有關(guān)應(yīng)用和學(xué)科發(fā)展前沿產(chǎn)生了濃厚興趣，越來越多的學(xué)生開始選擇以量子力學(xué)的有關(guān)研究作為畢業(yè)論文選題，其中2009級兩名學(xué)生的畢業(yè)論文榮獲學(xué)校優(yōu)秀畢業(yè)論文；不少學(xué)生考研時(shí)量子力學(xué)科目也取得了135分以上的較好成績。荊楚理工學(xué)院量子力學(xué)精品課程建設(shè)取得的初步成效，從理論和實(shí)踐兩方面證明了建設(shè)具有地方院校特色的量子力學(xué)精品課程是可行的。

4 結(jié)束語

精品課程不應(yīng)千課一面，不同類型的院校應(yīng)該有不同類型的精品課程，量子力學(xué)精品課程建設(shè)也不應(yīng)該成為重點(diǎn)大學(xué)的專利，地方院校完全可以根據(jù)自己的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格、生源狀況，正確地理解“一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理”，建設(shè)具有應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色的量子力學(xué)精品課程，在精品課程建設(shè)上實(shí)現(xiàn)與重點(diǎn)大學(xué)的錯位發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]袁德寧.精品課建設(shè)及課程支撐理念的轉(zhuǎn)變[J].清華大學(xué)教育研究，2004，25（3）：53-57.

篇5

打開自然科學(xué)教科書，映入眼簾的是哥白尼、牛頓、達(dá)爾文、法拉第、愛因斯坦等一連串外國科學(xué)家閃光的名字。歷史將會牢記、人類也將會牢記他們！細(xì)心的讀者也許會沮喪地發(fā)現(xiàn)：在這一串閃光的名字中很難找到中國科學(xué)家！

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近一百多年來因?yàn)榭茖W(xué)貢獻(xiàn)而被寫進(jìn)自然科學(xué)教科書的中國科學(xué)家也就100名左右，除去那些驗(yàn)證性、修正性工作而自己沒有重大原始創(chuàng)新的科學(xué)家，剩下的可能不足50名，而有正式數(shù)學(xué)公式傳世（被寫進(jìn)教科書）的中國科學(xué)家更是不足30名。甘永超，憑借“波粒二象關(guān)系式（Gan矩陣與Gan變換）”成為了最新加入這一群體的中國學(xué)者。

與卡門-錢學(xué)森公式、錢偉長方程、吳文俊公式……相比，甘永超可謂名不見經(jīng)傳，然而他提出的“波粒二象關(guān)系式”卻能把量子力學(xué)的兩大開山之作（德國物理學(xué)家普朗克1900年提出的能量子假說：ε=hv，獲1918年諾貝爾物理學(xué)獎；法國物理學(xué)家德布羅意1923年提出的物質(zhì)波假說：λ=h/p，獲1929年諾貝爾物理學(xué)獎）完美地統(tǒng)一起來，并且還可以揭示“波”與“粒子”之間的直接、線性關(guān)系并給出精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表達(dá)（那可是物理學(xué)所面臨的尚未征服的山峰中的最高峰），就像愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式揭示“質(zhì)量”與“能量”的直接、線性關(guān)系并給出精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表達(dá)一樣！此外，該公式還揭示了“物質(zhì)”與“空間”之間的必然聯(lián)系，就像愛因斯坦的相對論揭示“時(shí)間”與“空間”、“質(zhì)量”與“能量”之間的必然聯(lián)系一樣。

早在大學(xué)時(shí)代，甘永超就對物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，尤其是波粒二象性產(chǎn)生了濃厚興趣。后經(jīng)我國科學(xué)界泰斗王淦昌院士推薦而成為上海大學(xué)物理系主任沈文達(dá)教授（沈先生早年曾師從諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、量子光學(xué)之父、哈佛大學(xué)教授羅伊·格勞伯）的研究生。經(jīng)過20多年錘煉，甘永超創(chuàng)立的一個物理公式（波粒二象關(guān)系式）、兩個物理模型（“π型三重波粒二象性”與“太極粒子波”）已經(jīng)被寫進(jìn)“21世紀(jì)高等院校教材”《自然科學(xué)概論》（婁兆文等編、科學(xué)出版社、2012年版44-48頁）。這是一百多年以來很少見到的事情。當(dāng)然，其間的曲折可能一言難盡。這里僅就甘永超所提出的一個物理公式、兩個物理模型稍作介紹。

“波粒二象關(guān)系式（Gan矩陣與Gan變換）”不僅數(shù)學(xué)形式對稱、優(yōu)美，而且還可以作為量子力學(xué)的基本原理而直接導(dǎo)出量子力學(xué)的兩大開山之作（普朗克的能量子假設(shè)和德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)），精辟地揭示“波”與“粒子”、“物質(zhì)”與“空間”之間的緊密聯(lián)系。我們知道，實(shí)物（粒子）與場（波）之間的關(guān)系被前蘇聯(lián)科學(xué)家瑞德尼克在《量子力學(xué)史話》中稱之為“物理學(xué)所面臨的尚未征服的山峰中的最高峰”，所以，對“波粒二象關(guān)系式（Gan矩陣與Gan變換）”的研究，將會打開一座巨大的寶藏，只是這座寶藏（波粒二象關(guān)系式的物理內(nèi)涵）神秘莫測，我們現(xiàn)在還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有弄清楚。

作為初步推斷，“波粒二象關(guān)系式”至少是對“π型三重波粒二象性”這一物理模型的數(shù)學(xué)抽象，而“太極粒子波”則又是對“π型三重波粒二象性”（當(dāng)然也包括“波粒二象關(guān)系式”）的進(jìn)一步解讀和發(fā)展。事實(shí)上，這一個物理公式、兩個物理模型，首尾呼應(yīng)，渾然天成，開辟了繼“分子物理”、“原子物理”、“原子核物理”、“粒子物理”之后的又一個新學(xué)科與新領(lǐng)域“波與粒子的統(tǒng)一——‘太極粒子波物理’”并預(yù)言了一種新式武器——“巨粒子炮”的存在。

我們知道，“第一種波粒二象性（光的波粒二象性）”由愛因斯坦1905年揭示、密立根1916年驗(yàn)證，“第二種波粒二象性（實(shí)物粒子的波粒二象性）”由德布羅意1923年揭示、戴維森和小湯姆孫1927年驗(yàn)證，兩者的揭示與驗(yàn)證曾四次頒發(fā)諾貝爾物理學(xué)獎。然而，盡管前兩種波粒二象性的揭示與驗(yàn)證四獲諾貝爾物理學(xué)獎，但“波粒二象性之謎”卻并沒有完全揭開，它與“光的本性之謎”、“粒子與場的關(guān)系之謎”、“物質(zhì)世界的最基本結(jié)構(gòu)單元之謎”依然是物理學(xué)前沿的四大疑難問題。對此，甘永超基于他“經(jīng)典電磁場按光子對應(yīng)分解”亦即“第三種波粒二象性”的揭示，完成了“三種波粒二象性的和諧統(tǒng)一”并揭示了微觀客體的“π型三重波粒二象性”——這是比“光的波粒二象性”、“實(shí)物粒子的波粒二象性”更高層次的理論，蘊(yùn)含著物質(zhì)世界的更深刻本質(zhì)。在這里，“光的波粒二象性”與“實(shí)物粒子的波粒二象性”雖然四獲諾貝爾獎，卻不過是“π型三重波粒二象性”的兩個分支或者推論，屬于管中窺豹、瞎子摸象，只有“π型三重波粒二象性”才是揭示微觀客體深刻本質(zhì)的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。換言之，我們司空見慣的“電磁波”與“光量子”不過是“太極光子波”的兩種變化形式，就像“白骨精”變化而成的“村姑”與“老媼”一樣。

篇6

關(guān)鍵詞：量子定位量子糾纏 Hong-Ou-Mandel干涉

中圖分類號：TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0007-02

Abstract：For the traditional satellite navigation and global positioning system， the positioning accuracy is limited by the energy and bandwidth of electromagnetic pulses. With the development of quantum mechanics， laser pulses are used to replace the electromagnetic pulse signal and realize a high positioning precision approximating the physical limits because of their quantum entanglement properties， which is named as“quantum positioning system”. To describe the basic principle and characteristics of the quantum positioning advantages， while its key technologies and the broad application prospect in the future are analyzed as well.

Key Words：Quantum Positioning；quantum entanglement；Hong-Ou-Mandel interference

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)以天基人造衛(wèi)星為基本平臺，能夠?yàn)槿蚝?、陸、空、天各類軍民用載體提供全天候、二十四小時(shí)連續(xù)不間斷的高精度三維位置、速度和時(shí)間信息。目前技術(shù)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括美國的全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS），歐洲導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)，我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于交通導(dǎo)航、衛(wèi)星授時(shí)應(yīng)用、應(yīng)急指揮、民用水情測報(bào)服務(wù)等，發(fā)揮了非常重要的作用。

雖然GPS在導(dǎo)航定位領(lǐng)域獲得了前所未有的成功，但仍然存在以下幾個方面的問題。

（1）定位精度仍然不夠高，系統(tǒng)體制仍存在著物理極限。因?yàn)镚PS定位的原理是通過重復(fù)地向空間發(fā)射電磁波信號，檢測電磁波到達(dá)待測點(diǎn)的時(shí)間延遲來實(shí)現(xiàn)的，這種以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)的方法受到所能實(shí)現(xiàn)的可利用功率及帶寬的限制，其測量精度很難獲得進(jìn)一步的提高。此外，電磁波信號受到電離層和對流層的干擾，特別在城市、山區(qū)等復(fù)雜自然環(huán)境下，由于高層建筑、樹木等對信號的影響，會導(dǎo)致信號的非直線傳播，從而使得不同環(huán)境下的導(dǎo)航效果具有比較大的差異。

（2）保密性較差，美國斯坦福大學(xué)設(shè)立有一個專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，主要截獲并分析全球所有的衛(wèi)星信號，華裔學(xué)者Grace Xingxin Gao在2008年的博士論文《Towards navigation based on 120 satellites： analyzing the new signals》，較為詳細(xì)地闡述了衛(wèi)星信號的跟蹤與破譯方法，雖然不能確信是否能夠破譯所有的偽隨機(jī)碼，但至少是可以部分破譯的。

（3）抗干擾能力差，與其他傳感器系統(tǒng)相比，GPS信號強(qiáng)度很弱，因此更加容易受到電磁干擾，使基于GPS的導(dǎo)航系統(tǒng)存在穩(wěn)定性漏洞。

由于存在著這些缺陷，美國投入巨資完善并發(fā)展GPS系統(tǒng)。基于量子技術(shù)的量子定位系統(tǒng)（Quantum Positioning System， QPS）作為一種定位精度高、保密性能強(qiáng)的導(dǎo)航定位技術(shù)，就是其發(fā)展重點(diǎn)之一。量子定位的概念最先是由美國麻省理工學(xué)院研究人員于2001年提出，其與傳統(tǒng)定位系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于所采用信號的不同。傳統(tǒng)定位如GPS系統(tǒng)采用的是基于重復(fù)發(fā)送電磁波脈沖測量信號達(dá)到時(shí)間，通過計(jì)算得到距離信息，而量子定位系統(tǒng)采用的是具有量子特性的光子脈沖。利用光子的微觀量子特性，如量子糾纏和量子壓縮態(tài)，量子定位系統(tǒng)就能夠超越經(jīng)典測量中能量、帶寬和精度的限制，精度可接近海森堡測不準(zhǔn)原理所限定的物理極限。

1 量子定位技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 量子定位系統(tǒng)的原理

量子定位技術(shù)利用具有量子特性的激光脈沖，取代傳統(tǒng)GPS的微波信號來實(shí)現(xiàn)精確定位。區(qū)別于微波信號的長波長波束覆蓋寬，激光的波長很短指向性很高，衛(wèi)星與用戶間的傳統(tǒng)同步方法不再適用。因此量子定位系統(tǒng)的定位不應(yīng)是取代現(xiàn)有GPS，而是與GPS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)安全高精度的定位目的。通過對量子定位技術(shù)原理的研究與優(yōu)選，提出具有實(shí)用性的量子定位系統(tǒng)體系架構(gòu)以及面向用戶的應(yīng)用模式，才能將量子定位系統(tǒng)推廣應(yīng)用。

量子定位系統(tǒng)由量子糾纏態(tài)光源、HOM干涉測量部分以及系統(tǒng)控制部分組成，其基本原理與關(guān)鍵特性如下。

（1）高性能量子糾纏態(tài)光源。在光與非線性晶體相互作用的過程中，能夠產(chǎn)生一種非線性光學(xué)效應(yīng)，這種效應(yīng)一對低頻率光子具有很強(qiáng)的量子糾纏、關(guān)聯(lián)和非定域特性，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間上的高精度測量。作為光源，光子糾纏態(tài)的糾纏純度、退相干時(shí)間對系統(tǒng)性能將產(chǎn)生巨大的影響。

（2）高穩(wěn)定HOM干涉測量與處理。在量子力學(xué)的Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉中，由于雙光子的糾纏特性，干涉是不可區(qū)分的雙光子整體態(tài)。當(dāng)兩個光子在時(shí)域上同時(shí)到達(dá)分束片上時(shí)，雙光子態(tài)不可區(qū)分，此時(shí)干涉出現(xiàn)，兩個探測器的計(jì)數(shù)出現(xiàn)強(qiáng)的反關(guān)聯(lián)。反之，當(dāng)我們改變一條鏈路中的延時(shí)，致使復(fù)合計(jì)數(shù)出現(xiàn)強(qiáng)的反關(guān)聯(lián)時(shí)，即可知道此時(shí)兩個光子在時(shí)域上不可區(qū)分。這正是利用HOM干涉實(shí)現(xiàn)量子定位系統(tǒng)的基本原理。

（3）高精度ATP與時(shí)間同步技術(shù)：在單組基線的系統(tǒng)中，需通過改變可控反射模塊來實(shí)現(xiàn)基線與待測點(diǎn)r0之間建立穩(wěn)定的光鏈路。二者的精確指向?qū)⒂绊懙阶罱K定位的精度，因此對反射模塊的反射角度需要進(jìn)行反饋控制。在利用參考光實(shí)現(xiàn)對于待測點(diǎn)ATP（獲取、跟蹤、瞄準(zhǔn)）之后，定位過程將通過精密調(diào)整延時(shí)并觀測探測器的復(fù)合計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

1.2 量子定位系統(tǒng)與量子保密通信的結(jié)合技術(shù)

原理上，量子定位系統(tǒng)與量子保密通信都是基于量子糾纏態(tài)的分發(fā)與后處理。因此，在同一套系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)兩種功能具有可行性。研究在量子定位過程中引入量子保密通信的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對交互信息的保密處理，提高量子定位系統(tǒng)的安全性。兩者相結(jié)合，能夠充分發(fā)揮量子定位系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢的方法，能有效提升量子定位的使用程度，是未來量子定位系統(tǒng)的一個應(yīng)用方向。

1.3 大氣、重力場環(huán)境的干擾校正技術(shù)

與GPS類似，為了實(shí)現(xiàn)寬覆蓋、全天候工作，星載平臺將是未來量子定位系統(tǒng)走向?qū)嵱没淖罴哑脚_。對于LEO低軌衛(wèi)星等自由空間傳輸?shù)男堑劓溌范裕髿獾膿p耗、湍流、散射，重力場對于授時(shí)的影響都是系統(tǒng)中必須考慮的因素，必須通過對環(huán)境的建模與仿真，分析對信息傳輸鏈路的影響，以實(shí)現(xiàn)量子定位系統(tǒng)的校正。

2 量子定位技術(shù)的發(fā)展前景

量子定位技術(shù)作為一種不同于傳統(tǒng)GPS的新型精確定位技術(shù)，是量子光學(xué)和通信導(dǎo)航技術(shù)相融合的典范。這項(xiàng)技術(shù)的深入研究，能為下一代高精度導(dǎo)航系統(tǒng)提供量子水平的定位精度。特別是在以下兩個方面。

（1）量子定位系統(tǒng)技術(shù)理論和工程實(shí)現(xiàn)將促進(jìn)電子信息系統(tǒng)進(jìn)入量子時(shí)代。

隨著信息化社會的發(fā)展，未來將逐步進(jìn)入量子的時(shí)代。在量子領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程中，高性能、大規(guī)模的量子設(shè)備（如星地量子保密通信、量子計(jì)算處理芯片、高性能糾纏源）已逐步面世。這也為量子定位技術(shù)逐步實(shí)用化提供了良好的基礎(chǔ)。

（2）量子定位系統(tǒng)與量子密碼技術(shù)的結(jié)合是未來實(shí)用化的最佳途徑。

目前量子密碼是目前最具有實(shí)用性的量子技術(shù)。將量子定位系統(tǒng)與量子密碼技術(shù)相結(jié)合，擴(kuò)展研發(fā)系統(tǒng)的功能，改善系統(tǒng)的安全性與抗干擾性。這對于軍用安全電子以及電子對抗裝備意味著創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)作為一種全新的交叉領(lǐng)域的產(chǎn)物，針對量子定位系統(tǒng)技術(shù)的深入研究和實(shí)際系統(tǒng)研制，將大力促進(jìn)我國在量子領(lǐng)域、激光通信等相關(guān)學(xué)科的快速發(fā)展。

篇7

在信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)安全是一個嚴(yán)峻的問題。信息安全已經(jīng)得到了各國政府的高度重視，一方面要保護(hù)自己的安全，另一方面要攻擊對方，信息保護(hù)的升級刻不容緩。

1 現(xiàn)代密碼學(xué)

現(xiàn)代密碼學(xué)的基本思想是發(fā)送方使用加密算法和密鑰，將要保密的信息變成數(shù)字發(fā)送給接收方。密鑰是隨機(jī)數(shù)0、1，將其與要傳送的數(shù)字明文放在一起，用加密算法把它們變成密文，密文就是傳送的信息。接收方使用事先定好的相應(yīng)的解密算法，反變換將明文提取出。

密碼體制分為兩類：一類叫對稱密鑰(非公開密鑰)，它的加密密鑰和解密密鑰相同，通信雙方需要事先共享相同的密鑰，關(guān)鍵在于如何安全地傳遞密鑰。其中有一種一次一密(one time pad)的密碼，用與明文等長的二進(jìn)制密鑰與明文異或得密文，并且每個密鑰使用一次就銷毀，根據(jù)香農(nóng)的證明一次一密是無法破譯的。

另一類叫非對稱密鑰(公開密鑰)，加密密鑰和解密密鑰不相同，加密密鑰公開，發(fā)送者發(fā)送密鑰與明文混合之后的密文，接受者使用不相同的密鑰解出密文。從公開的加密密鑰推導(dǎo)出解密密鑰需要耗費(fèi)極巨大的資源，雖然原則上可破解，但實(shí)際做不到，所以，在當(dāng)今社會受到廣泛使用。

一旦量子計(jì)算機(jī)研制成功，它可以更快速的破解數(shù)學(xué)難題，公開密鑰就面臨了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2 量子密碼

無論采用哪種方法，都無法避免“截取-重發(fā)”的威脅。為了應(yīng)對強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)，需要無條件安全的一次一密的加密方案;但必須解決密鑰分配的安全性，可以借助于量子信息作為密鑰傳輸?shù)墓ぞ?。一次一密不可破譯加上密鑰傳輸不可以竊聽，從理論上就可以做一個“絕對安全”的量子保密通信。

量子密碼是利用信息載體(例如光子等粒子)的量子特性，以量子態(tài)作為符號描述的密碼，它的安全性是由量子力學(xué)的物理原理保障的。

①測量塌縮理論：除非該量子態(tài)本身即為測量算符的本征態(tài)，否則對量子態(tài)進(jìn)行測量會導(dǎo)致“波包塌縮”，即測量將會改變最初的量子態(tài)。②不確定原理：不能同時(shí)精準(zhǔn)測量兩個非對易物理量。③不可克隆原理：無法對一個未知的量子態(tài)進(jìn)行精確的復(fù)制。④單個光子不可再分：不存在半個光子。

3 量子通信

量子通信，廣義是指量子態(tài)從一個地方傳送到另一個地方，內(nèi)容包括量子隱形傳態(tài)、量子糾纏交換、量子密鑰分配;狹義上是指量子密鑰分配或基于量子密鑰分配的密碼通信。本文講述的是狹義的量子通信。

3.1 單光子的偏振態(tài)

本文介紹采用BB84協(xié)議實(shí)現(xiàn)的量子通信，在發(fā)送者和接收者之間用單光子的偏振態(tài)作為信息的載體。有兩種模式：一個是直線模式，光子偏振態(tài)的偏振方向是垂直或者水平，如圖1所示;一個是斜線(對角)模式，光子偏振態(tài)的偏振方向與垂直線稱45 ?觷角，如圖2所示。

3.2 基于BB84協(xié)議下的“制備-測量”

依照慣例，密碼學(xué)家稱發(fā)送者為Alice，接收者為Bob。Alice隨機(jī)用直線模式或?qū)悄Ｊ桨l(fā)出光子，并記錄下不同的指向。Bob也隨機(jī)決定用兩種模式之一測量接收到的光子，同時(shí)記下采用檢偏器的模式和測量結(jié)果值。傳送結(jié)束后，Alice與Bob聯(lián)絡(luò)，Bob告訴Alice他分別采用哪種模式測量，然后Alice會告訴Bob哪些模式是錯誤的，這一過程無須保密。之后他們會刪除使用錯誤模式測量的光子，而正確模式測量出的光子按照統(tǒng)一規(guī)定變成0、1碼后，就成為量子密鑰。

3.3 發(fā)生竊聽

根據(jù)“海森堡測不準(zhǔn)原理”，任何測量都無法窮盡量子的所有信息。因此，竊聽者想要復(fù)制一個完全相同的光子是根本不可能的事情。同時(shí)，任何截獲或測量量子密鑰的操作都會改變量子狀態(tài)，竊聽者只得到無意義的信息，而信息合法接受者也可以從量子態(tài)的改變，知道存在竊聽者。

密碼學(xué)家通常稱竊聽者為Eve，同Bob一樣只能隨機(jī)選擇一種測量模式，當(dāng)她采用錯誤的測量方式對某一光子測量時(shí)，由于波包塌縮，光子的偏振態(tài)會改變。比如，Eve使用對角模式測量直線模式下的光子態(tài)，光子態(tài)會塌縮為對角模式。之后即使Bob選擇了正確的測量模式測量該光子，Bob可能會得到不符合編碼信息的測量結(jié)果，這就產(chǎn)生了誤差，具體通信過程如圖3所示。

Eve竊聽一個光子采用錯誤測量模式的概率是50%;采用錯誤模式時(shí)，信息可能變成0，也可能變成1，他有25%的概率被發(fā)現(xiàn)。但密鑰并非一個光子組成，光子數(shù)越多被發(fā)現(xiàn)的概率就會越高。當(dāng)誤碼率低于閾值，就可以稱這個密碼是安全的;當(dāng)誤碼率超過閾值，就稱密碼被竊聽，重新再制備新的密鑰，一直檢查到密鑰在建立過程中沒有竊聽者存在，接下來進(jìn)行一次一密的傳送。通過這種方式能保證密鑰本身安全，并且加密密文不可破譯，這就是量子通信的安全性所在。

3.4 量子信道與經(jīng)典信道

發(fā)送方通過量子信道傳送量子態(tài)光子，接收方用兩種不同類型的檢偏器測量，檢測出0、1組成的量子密鑰，還需要一個經(jīng)典信道。因?yàn)槭遣捎靡淮我幻芊绞?，所以?jīng)典信道需要定時(shí)傳送同步信號。

4 量子通信現(xiàn)狀

由于量子通信技術(shù)的各種優(yōu)勢，國際上的一些國家，特別是美國、日本、歐盟都投入了大量的人力物力，進(jìn)行量子通信的理論與實(shí)驗(yàn)研究。2002年美國BBN公司，哈佛大學(xué)和波士頓大學(xué)開始聯(lián)合建造DARPA網(wǎng)絡(luò)。2010年日本在三個政府機(jī)構(gòu)之間使用量子密鑰分配技術(shù)，并與2010年10月在東京演示了一個城域量子保密通信網(wǎng)。2010年西班牙馬德里建成歐盟第一個城域QKD網(wǎng)絡(luò)。我國也在量子通信技術(shù)的道路上不斷發(fā)展。2012年“金融信息量子通信驗(yàn)證網(wǎng)”是世界首次利用量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)金融信息的傳輸。2012年黨的“十”期間在部分核心部位部署量子通信系統(tǒng)。2013年量子保密通信“京滬干線”正式立項(xiàng)，打造廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié) 語

量子通信還有一些技術(shù)難題未攻破，例如信道的干擾，設(shè)備的非理想特性，身份驗(yàn)證、密鑰存儲等技術(shù)需要進(jìn)一步改良等等。雖然理想情況量子密碼不可破，但在實(shí)際中還有一些漏洞需要考慮。在未來幾年，相信我國在中央、地方政府及相關(guān)部門大力支持下，通過相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)的努力，量子通信技術(shù)會不斷完善，量子通信產(chǎn)業(yè)也必將取得飛速發(fā)展。