導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)對科技的影響，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞:量子力學(xué) 量子計算機

中圖分類號:TP39 文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1007-3973 (2010) 02-106-01

1量子力學(xué)對計算機技術(shù)發(fā)展的影響

自1646年第一臺電子計算機問世以來,其芯片發(fā)展速度日益加快。按照芯片的摩爾定律 ,其集成度在不久的將來有望達到原子分子量級。在享受計算機飛速發(fā)展帶來的種種便利的同時,我們也不得不面臨一個瓶頸問題,即根據(jù)量子力學(xué)理論,在芯片發(fā)展到微觀集成的時候,量子效應(yīng)會影響甚至完全破壞芯片功能。因此,量子力學(xué)對計算機技術(shù)發(fā)展具有決定性作用。

1.1量子力學(xué)簡介

量子力學(xué)是近代自然科學(xué)的最重要的成就之一. 在量子力學(xué)的世界里,一個量子微觀體系的狀態(tài)是由一個波函數(shù)來描述的,而非由粒子的位置和動量描述,這就是它與經(jīng)典力學(xué)最根本的區(qū)別。

1.2量子力學(xué)與量子計算機

量子力學(xué)的海森堡測不準(zhǔn)原理決定了粒子的位置和動量是不能同時確定的()。當(dāng)計算機芯片的密度很大時(即很小)將導(dǎo)致很大,電子不再被束縛,產(chǎn)生量子干涉效應(yīng),而這種干涉效應(yīng)會完全破壞芯片的功能。為了克服量子力學(xué)對計算機發(fā)展的限制,計算機的發(fā)展方向必然和量子力學(xué)相結(jié)合,這樣不僅可以越過量子力學(xué)的障礙,而且可以開辟新的方向。

量子計算機就是以量子力學(xué)原理直接進行計算的計算機.保羅•貝尼奧夫在1981年第一次提出了制造量子計算機的理論。量子計算機的存儲和讀寫頭都以量子態(tài)存在的,這意味著存儲符號可以是0、1以及它們的疊加。

2量子計算機的優(yōu)點

近年來的種種試驗表明,量子計算機的計算和分析能力都超越了經(jīng)典計算機。它具有如此優(yōu)越的性質(zhì)正在于它的存儲讀取方式量子化。對量子計算機的原理分析可知,以下兩個個特性是令量子計算機優(yōu)越性的根源所在。

2.1存儲量大、速度高

經(jīng)典計算機由0或1的二進制數(shù)據(jù)位存儲數(shù)據(jù),而量子計算機可以用自旋或者二能級態(tài)構(gòu)造量子計算機中的數(shù)據(jù)位,即量子位。不同于經(jīng)典計算機的在0與1之間必取其一,量子位可以是0 或者1,也可以是0和l的迭加態(tài)。

因此,量子計算機的n個量子位可以同時存儲2n個數(shù)據(jù),遠高于經(jīng)典計算機的單個存儲能力; 另一方面量子計算機可以同時進行多個讀取和計算,遠優(yōu)于經(jīng)典計算機的單次計算能力。量子計算機的存儲讀取特性使其具有存儲量大、讀取計算速度高的優(yōu)點。

2.2可以實現(xiàn)量子平行態(tài)

由量子力學(xué)原理可知,如果體系的波函數(shù)不能是構(gòu)成該體系的粒子的波函數(shù)的乘積,則該體系的狀態(tài)就處在一個糾纏態(tài),即體系的粒子的狀態(tài)是相互糾纏在一起的。而量子糾纏態(tài)之間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)不受任何局域性假設(shè)限制,這使兩個處在糾纏態(tài)的粒子而言,不管它們離開有多么遙遠,對其中一個粒子進行作用,必然會同時影響到另外一個粒子.正是由于量子糾纏態(tài)之間的神奇的關(guān)聯(lián)效應(yīng), 使得量子計算機可以利用糾纏機制,實現(xiàn)量子平行算法,從而可以大大減少操作次數(shù)。

3量子計算機發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢

3.1量子計算機實現(xiàn)的技術(shù)障礙

到目前為止,世界上還沒有真正意義上的量子計算機,它的實現(xiàn)還有許多技術(shù)上的問題。

量子計算機的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在量子迭加態(tài)的關(guān)聯(lián)效應(yīng). 然而,環(huán)境對迭加態(tài)的影響以及迭加態(tài)之間的相互作用會使這種關(guān)聯(lián)效應(yīng)減弱甚至喪失,即量子力學(xué)去相干效應(yīng).因此應(yīng)盡量減少環(huán)境對量子態(tài)的作用。同時,萬一由于相干效應(yīng)引入了錯誤信息,必需能及時改正,這需要進一步的研究和實驗。

另一方面,量子態(tài)不能復(fù)制,使得不能把經(jīng)典計算機中很完善的糾錯方法直接移植到量子計算機中來.由于量子計算機在計算過程中不能對量子態(tài)測量, 因為這種測量會改變量子態(tài), 而且這種改變是不可恢復(fù)的,因此在糾錯方面存在很多問題。

3.2量子計算機的現(xiàn)狀

由于上述兩種原因,現(xiàn)在還無法確定未來的量子計算機究竟是什么樣的, 目前科學(xué)家門提出了幾種方案.

第一種方案是核磁共振計算機. 其原理是用自旋向上或向下表示量子位的0 和1 兩種狀態(tài),重點在于實現(xiàn)自旋狀態(tài)的控制非操作,優(yōu)點在于盡可能保證了量子態(tài)和環(huán)境的較好隔離。

第二種方案是離子阱計算機. 其原理是將一系列自旋為1/2 的冷離子被禁錮在線性量子勢阱里, 組成一個相對穩(wěn)定的絕熱系統(tǒng),重點在于由激光來實現(xiàn)自旋翻轉(zhuǎn)的控制非操作其優(yōu)點在于極度減弱了去相干效應(yīng), 而且很容易在任意離子之間實現(xiàn)n 位量子門。

第三種方案是硅基半導(dǎo)體量子計算機. 其原理是在高純度硅中摻雜自旋為1/2的離子實現(xiàn)存儲信息的量子位,重點在于用絕緣物質(zhì)實現(xiàn)量子態(tài)的隔絕,其優(yōu)點在于可以利用現(xiàn)代高效的半導(dǎo)體技術(shù)。

此外還有線性光學(xué)方案, 腔量子動力學(xué)方案等.

3.3量子計算機的未來

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,量子計算機也會逐漸走向現(xiàn)實研制和現(xiàn)實運用。量子計算機不但于未來的計算機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān),更重要的是它與國家的保密、電子銀行、軍事和通訊等重要領(lǐng)域密切相關(guān)。實現(xiàn)量子計算機是21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的最重要的目標(biāo)之一。

參考文獻:

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[2]付剛.“量子計算機”解密[N].中安在線-安徽日報

[3]譚華海.量子計算機研究的最新進展[J].教育部科技發(fā)展中心內(nèi)刊.

篇2

這項計劃將由谷歌的量子人工智能（Quantum Artificial Intelligence）研究小組來實施。谷歌在博客中透露，美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的一個研究小組也加入了這項計劃。

谷歌去年的研發(fā)開支達到80億美元。為了在互聯(lián)網(wǎng)搜索和在線廣告等市場保持領(lǐng)先地位，谷歌目前正在開發(fā)一些新的計算機技術(shù)。在科技行業(yè)中的一些人看來，量子技術(shù)是計算機進行海量數(shù)據(jù)分析的一種革命性方式。這種新技術(shù)對谷歌的主要業(yè)務(wù)尤其有幫助，對它的新項目――如聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和聯(lián)網(wǎng)汽車――也是有用的。

“在一個硬件研發(fā)團隊的協(xié)助下，量子人工智能研究小組現(xiàn)在能夠落實新的設(shè)計并測試新的產(chǎn)品?！惫雀柙诓┛椭袑懙?。

在整理和分析海量數(shù)據(jù)方面，量子計算機將具有比傳統(tǒng)計算機更快的解決速度。谷歌量子人工智能小組成員馬蘇德?莫森（Masoud Mohseni）曾經(jīng)與人合作撰寫過具有領(lǐng)先學(xué)術(shù)水平的量子技術(shù)論文。谷歌也一直被視為這一新技術(shù)革命的領(lǐng)導(dǎo)力量之一。

此外，谷歌的競爭對手微軟也在進軍這個新領(lǐng)域，并建立了一個名為“量子架構(gòu)和計算（Quantum Architectures and Computation Group）”的研究小組。

探秘量子計算機

量子計算機，早先由理查德?費曼提出，一開始是從物理現(xiàn)象的模擬而來的。可他發(fā)現(xiàn)當(dāng)模擬量子現(xiàn)象時，因為龐大的希爾伯特空間使資料量也變得龐大，一個完好的模擬所需的運算時間變得相當(dāng)可觀，甚至是不切實際的天文數(shù)字。理查德?費曼當(dāng)時就想到，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計算機來模擬量子現(xiàn)象，則運算時間可大幅度減少。量子計算機的概念從此誕生。

從物理層面上來看，量子計算機不是基于普通的晶體管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如質(zhì)子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（學(xué)校實驗大多用這個）等等作為載體。當(dāng)然從理論上來看任何一個多能級系統(tǒng)都可以作為量子比特的載體。

從計算原理上來看，量子計算機的輸入態(tài)既可以是離散的本征態(tài)（如傳統(tǒng)的計算機一樣），也可以是疊加態(tài)（幾種不同狀態(tài)的幾率疊加），對信息的操作從傳統(tǒng)的“和”，“或”，“與”等邏輯運算擴展到任何幺正變換，輸出也可以是疊加態(tài)或某個本征態(tài)。所以量子計算機會更加靈活，并能實現(xiàn)并行計算。

量子計算機或不再遙遠

據(jù)外媒報道，美國普林斯頓大學(xué)研究人員近日設(shè)計出一種裝置，可以讓光子遵循實物粒子的運動規(guī)律。現(xiàn)存的計算機是基于經(jīng)典力學(xué)研發(fā)而成的，在解釋量子力學(xué)方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。

研究人員制作出一種超導(dǎo)體，里面有1000億個原子，在聚集起來之后，眾多原子如同一個大的“人工原子”。科學(xué)家把“人工原子”放在載有光子的超導(dǎo)電線上，結(jié)果顯示，光子在“人工原子”的影響下改變了原有的運動軌跡，開始呈現(xiàn)實物粒子的性質(zhì)。例如，在正常情況下，光子之間是互不干涉的，但是在這一裝置里，光子開始相互影響，呈現(xiàn)出液體和固體粒子的運動特性，光子的這種運動“前所未有”。

現(xiàn)存的計算機是基于經(jīng)典力學(xué)研發(fā)而成的，在解釋量子力學(xué)方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。研究人員稱，在改變光子的運動規(guī)律之后，量子計算機的發(fā)明也許不再遙遠。

就我國量子計算機而言，相關(guān)研究也一直處于世界領(lǐng)先水平。早在2013年12月30日，美國物理學(xué)會《物理》雜志就公布了2013年度國際物理學(xué)領(lǐng)域的十一項重大進展，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事張強、馬雄峰和陳騰云等“利用測量器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)解決量子黑客隱患”的研究成果位列其中。

《物理》雜志以“量子勝利的一年――但還沒有量子計算機”為題報道了中國科學(xué)家成功解決量子黑客隱患這一重要成果。

盡管量子計算機仍然是遙遠的未來，但2013年科學(xué)家們卻報道了一系列量子信息和量子通信領(lǐng)域的勝利。在量子密碼方面，兩個獨立的研究組報道了一種新的加密手段，可以提供絕對的安全性，以解決量子黑客隱患。

篇3

經(jīng)典物理的產(chǎn)生一般認為從文藝復(fù)興時期開始，前期經(jīng)過許多科學(xué)家，特別是伽利略、笛卡爾、惠更斯等先賢的努力，建立起力學(xué)的實驗基礎(chǔ)。牛頓總結(jié)前人的成果，確立了經(jīng)典力學(xué)的基本理論體系，麥克斯韋、玻爾茲曼等確立了經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)和電磁場理論。經(jīng)典物理經(jīng)過幾百年的不斷發(fā)展和完善，形成了自然科學(xué)中唯一有完整的理論、思想、數(shù)學(xué)推理和研究方法體系的學(xué)科。牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動力學(xué)號稱經(jīng)典物理的兩大支柱，牛頓和麥克斯韋在物理學(xué)界的位置，可以相比于中醫(yī)學(xué)的先圣張仲景。

現(xiàn)代物理從20世紀(jì)初始興起，由愛因斯坦、玻爾為代表的眾多科學(xué)家的杰出工作，創(chuàng)立了相對論和量子力學(xué)，開創(chuàng)了物理學(xué)的新局面。以相對論和量子力學(xué)標(biāo)志的、研究微觀、高速物理現(xiàn)象的新的理論和方法體系，統(tǒng)稱現(xiàn)代物理學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)在原子、分子、固體、原子核、天體力學(xué)和宇宙學(xué)、等離子體、激光技術(shù)、基本粒子、半導(dǎo)體、超導(dǎo)的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。

有人稱相對論和量子力學(xué)的創(chuàng)立是“物理學(xué)上的一次革命”。更多的局外人則認為現(xiàn)代物理是一種全新的理論，完全推翻和取代了經(jīng)典物理學(xué)，經(jīng)典物理已經(jīng)完成了自己的歷史使命，現(xiàn)代社會已經(jīng)不再需要她。這其實是一種誤解。如果我們從歷史和現(xiàn)實的的角度重新審視事實，就會發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理沒有被拋棄，她不僅是現(xiàn)代物理產(chǎn)生的溫床、理論與方法的啟示、研究的工具，更是現(xiàn)代社會的頂梁柱，仍在現(xiàn)今眾多高科技領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。下面，我從以下三個方面討論現(xiàn)代物理與經(jīng)典物理的關(guān)系，從而說明重視經(jīng)典是物理發(fā)展的需要，是現(xiàn)代科學(xué)、社會發(fā)展的需要。

1 現(xiàn)代是經(jīng)典恰當(dāng)?shù)臄U展

愛因斯坦在創(chuàng)立狹義相對論時，提出了兩個基本假定：相對性原理和光速不變原理[1]。首先我們注意到，愛因斯坦的相對性原理與伽利略相對性原理驚人地相似，比較一下就可以看到：

伽利略相對本文由收集整理性原理（由伽利略等人經(jīng)過反復(fù)多次的實驗檢驗而提出）：一個相對于慣性參照系做勻速直線運動的系統(tǒng)，其內(nèi)部所發(fā)生的一切力學(xué)過程，都不受系統(tǒng)運動的影響，或一切慣性系統(tǒng)都是等價的。

愛因斯坦假定，不僅力學(xué)過程，所有的物理過程都不受系統(tǒng)運動的影響，即：

物理學(xué)的基本規(guī)律在相互作勻速運動的一切參照系中都是相同的；或：一切慣性系統(tǒng)都是等價的。

從中我們不僅看出，愛因斯坦對伽利略的相對原理有著非常深刻的、超出常人的理解，已經(jīng)達到了熟能生巧的地步，自然會有如此隨手拈來、為我所用的“上工”境界；也看出創(chuàng)造經(jīng)典的先賢們的超前意識和睿智之魅力所在。

再看光速不變原理，只要對經(jīng)典電磁理論稍有了解的人都會發(fā)現(xiàn)，麥克斯韋的電磁理論完全可以給出明確的關(guān)于光速不變的預(yù)言。這是因為，只要從著名的麥克斯韋方程組出發(fā)，利用簡單的數(shù)學(xué)推演，可以毫不困難地導(dǎo)出電磁場波動方程，不僅預(yù)言了電磁波的存在，還給出了電磁波在真空中的傳播速度。用c表示電磁波在真空中的速度，c的大小是：

c=■≈3.0×10■米秒

其中μ■為真空磁導(dǎo)率，ε■為真空介電常數(shù)，由于μ■和ε■數(shù)值的大小固定，與參照系的選擇無關(guān)，換句話說，與系統(tǒng)的運動狀態(tài)無關(guān)，這正是光速（光屬于電磁波）不變原理。

愛因斯坦在創(chuàng)立狹義相對論時，對當(dāng)時著名的、能夠證明光速不變的邁克耳孫光干涉實驗并不知曉，他能參考的資料只有經(jīng)典電動力學(xué)，麥克斯韋方程組和電磁場波動方程表達的深刻內(nèi)涵才是他提出光速不變假設(shè)的根據(jù)。

2 現(xiàn)代是對經(jīng)典的包容而非否定

無論是相對論和量子力學(xué)，都無法否定經(jīng)典物理，也沒有否定經(jīng)典的企圖。相反，所有的新理論都試圖找到和經(jīng)典的聯(lián)系，如果找不到應(yīng)有的聯(lián)系，這樣的新理論有可能破產(chǎn)。所以，相對論和量子力學(xué)實際都包含了經(jīng)典。這與所有的后世中醫(yī)大家，在發(fā)表自己的新見解時，都要證明自己的觀點與《內(nèi)經(jīng)》、《傷寒論》有內(nèi)在聯(lián)系如出一轍。

相對性原理最著名的數(shù)學(xué)表示即洛侖茲變換，具體表述如下：設(shè)兩個相對有勻速運動，速度為v參照系統(tǒng)，它們沿v方向各自建立的直角的坐標(biāo)系分別為x，y，z，t和x’，y’，x’，z’，t’，若初始時，兩坐標(biāo)原點重合，兩坐標(biāo)系由以下變換公式[1]聯(lián)系：

x′=■ y′=y z′=z t′=■

式中 c 是前面提到的光速，具體數(shù)值為30萬公里每秒。我們通常能見到的物體運動速度，如汽車、火車、飛機，能達到1公里每秒的速度并不多見，宇宙飛船的速度，也最多達到10幾公里每秒，即使將來提高100倍，與光速相比仍顯得微不足道。而上式表明，當(dāng)系統(tǒng)的相對速度v遠遠達不到光速的時候，（日常中大量事實正是如此）上面的公式就變成伽利略變換：

x′=x-vt y′=y z′=z t′=t

說明洛侖茲變換與經(jīng)典的伽利略變換并沒有矛盾，前者包含了后者，后者用更加廣泛。

再看量子力學(xué)，量子力學(xué)的基本原理是測不準(zhǔn)關(guān)系[2]。其典型的表述是：粒子的位置和動量不能同時確定。它們在某一方向上不確定量的乘積大于或等于h/2。即

δx？誗δpx≥■， h=6.62×10-32焦耳秒

可以看出，h是一個很小的量，小到什么程度呢？小數(shù)點后面有34個0！是6的百億億億億分之一。一般氣體分子夠小

轉(zhuǎn)貼于

的了，如氧氣分子質(zhì)量為10-23的數(shù)量級，常溫下速度大約為102的數(shù)量級，則動量為10-21的數(shù)量級，和h相比大了10萬億倍，完全可以不考慮測不準(zhǔn)關(guān)系的影響。所以，當(dāng)我們研究的對象系統(tǒng)中物理量的數(shù)量級遠遠大于普朗克常數(shù)時，不確定度數(shù)值相對來講，必然微不足道，量子力學(xué)很自然地回歸到經(jīng)典力學(xué)。也可以說，測不準(zhǔn)關(guān)系包容了經(jīng)典力學(xué)，后者應(yīng)用更為廣泛。

3 現(xiàn)代對經(jīng)典的接收和繼承

現(xiàn)代物理不是空中樓閣，它是采用經(jīng)典的材料和藝術(shù)，一磚一瓦構(gòu)建的絕美珍品。在現(xiàn)代物理學(xué)中，經(jīng)典的概念、定義、研究方法無處不在，發(fā)揮著主導(dǎo)的、關(guān)鍵的作用。在相對論力學(xué)中，我們可以看到力、加速度和動量以及它們的矢量形式，能量、拉格朗日量、哈密頓量等在經(jīng)典中熟知的力學(xué)量。這些力學(xué)量全部統(tǒng)一到了滿足洛侖茲協(xié)變的四維形式中去。至于經(jīng)典電磁理論中所有規(guī)律，由于自然地滿足相對性協(xié)變，幾乎很少更改地進入相對論，成為相對論的重要的組成部分。

在量子力學(xué)中，同樣采用了經(jīng)典力學(xué)的所有量，只是為了描述測不準(zhǔn)關(guān)系、描述系統(tǒng)的狀態(tài)需要，力學(xué)量在不同的表象中可以有不同的形式，可以是標(biāo)量、矢量、張量算符。如在坐標(biāo)表象中，動量具有梯度矢量的算符形式，哈密頓量則包含了拉普拉斯算符。量子力學(xué)的創(chuàng)立者之一海森堡更是心有靈犀，他把測不準(zhǔn)關(guān)系表示成為力學(xué)量的對易關(guān)系[2]：

q■p■δ■■i■

這很容易想到經(jīng)典力學(xué)中的泊松括號

q■p■δ■■

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關(guān)鍵詞：凝聚態(tài)物理；關(guān)聯(lián)區(qū)；量子態(tài)；理論方法

中圖分類號：O469 文獻標(biāo)識碼：A

凝聚態(tài)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)中最大也是最重要的分支學(xué)科之一，它是從微觀角度出發(fā)，研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系，因此建立起既深刻又普遍的理論體系，是當(dāng)前物理學(xué)中最重要、最豐富和最活躍的學(xué)科，在許多學(xué)科領(lǐng)域中的重大成就已在當(dāng)今高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中起了關(guān)鍵性作用，為發(fā)展新材料、新器件和新工藝提供了科學(xué)基礎(chǔ)。凝聚態(tài)物理一方面與粒子物理學(xué)在概念上的發(fā)展相互滲透，對一些最基本的問題給出啟示；另一方面為新型材料的研發(fā)和制備提供理論上和實驗上的支持，與工科的技術(shù)學(xué)科銜接構(gòu)成科學(xué)上最有實用性的拓新領(lǐng)域。那么，當(dāng)今凝聚態(tài)物理主要研究哪些分支內(nèi)容？使用什么樣的理論方法？這些研究在哪些方面有所成就？

一、凝聚態(tài)物理當(dāng)今主要研究的一些分支內(nèi)容

凝聚態(tài)指的是由大量粒子組成且粒子間有很強相互作用的系統(tǒng)。固態(tài)和液態(tài)是最常見的凝聚態(tài)，低溫下的超流態(tài)、超導(dǎo)態(tài)、玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)、磁介質(zhì)中的鐵磁態(tài)、反鐵磁態(tài)等，也都是凝聚態(tài)。凝聚態(tài)物理是屬于偏應(yīng)用的交叉學(xué)科，研究方向和分支很多，基本任務(wù)是闡明微觀結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的關(guān)系。傳統(tǒng)的凝聚態(tài)物理主要研究半導(dǎo)體、磁學(xué)、超導(dǎo)體等，現(xiàn)今凝聚態(tài)物理學(xué)研究的理論內(nèi)容十分廣泛，以下是其中較活躍的幾個分支：

1.固體電子論中的關(guān)聯(lián)區(qū)

研究固體中的電子行為，是凝聚態(tài)物理的前身固體物理學(xué)的核心問題。按電子間相互作用的大小，固體中電子的行為分成3個區(qū)域，它們分別是弱關(guān)聯(lián)區(qū)、中等關(guān)聯(lián)區(qū)和強關(guān)聯(lián)區(qū)。弱關(guān)聯(lián)區(qū)的研究基于電子受晶格上離子散射的能帶理論，應(yīng)用于半導(dǎo)體和簡單金屬，構(gòu)成了半導(dǎo)體物理學(xué)的理論基礎(chǔ)；中等關(guān)聯(lián)區(qū)的研究包括一般金屬和強磁性物質(zhì)，是構(gòu)成鐵磁學(xué)的物理基礎(chǔ)；強關(guān)聯(lián)區(qū)則涉及電子濃度很低的不良金屬，諸如莫脫絕緣體、近藤效應(yīng)、巨磁電阻效應(yīng)等，它們的物理性質(zhì)問題尚未得到很好地解決。

現(xiàn)今對固體電子論的研究比較注重的是強關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。

2.宏觀量子態(tài)

用量子力學(xué)描述宏觀體系的狀態(tài)稱為宏觀量子態(tài)，如超導(dǎo)中電子的庫珀對。超導(dǎo)現(xiàn)象是電阻在臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc以下突然降為零，磁通全部被斥，成為完全抗磁體，超流現(xiàn)象是當(dāng)液氦（4He）的溫度降到2.17K時，由正常流體突然轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸幌盗袠O不尋常的性質(zhì)的“超流體”。宏觀量子態(tài)具有典型的量子力學(xué)性質(zhì)，如勢壘隧道穿越和位相相干等。當(dāng)前量子力學(xué)研究的重要課題是退相干現(xiàn)象和耗散現(xiàn)象。

3.介觀物理與納米結(jié)構(gòu)

介觀是介于宏觀與微觀之間的一種體系，處于介觀的物體的尺寸可以說是宏觀的，因而具有宏觀體系的特點；但是由于其中電子運動的相干性，會出現(xiàn)一系列新的與量子力學(xué)相位相聯(lián)系的干涉現(xiàn)象，這又與微觀體系相似，故稱“介觀”。介觀物理學(xué)所研究的物質(zhì)尺度和納米科技的研究尺度有很大重合，所以這一領(lǐng)域的研究常被稱為“介觀物理和納米科技”。

為獲取更優(yōu)異的物理性能，凝聚態(tài)物理界從20世紀(jì)中期開始注重將材料按特定的結(jié)構(gòu)尺度組織成復(fù)合體，若結(jié)構(gòu)尺度在1nm～100nm范圍內(nèi)，即為納米結(jié)構(gòu)，它在基礎(chǔ)研究中發(fā)揮的重要的作用是：在兩維電子氣中發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、分數(shù)量子霍耳效應(yīng)和維格納晶格，在一維導(dǎo)體中驗證了盧廷格液體的理論，在一些人工的納米結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了介觀量子輸運現(xiàn)象。在未來的一段時期內(nèi)，納米電子學(xué)和自旋電子學(xué)將成為固體電子學(xué)和光子學(xué)的發(fā)展主流。

4.軟物質(zhì)物理學(xué)

1991年被提出的軟物質(zhì)也被稱為復(fù)雜液體，它是介于固體與液體之間的物相，一般由大分子或基團組成，諸如液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質(zhì)、生命體系物質(zhì)諸如DNA、細胞、體液、蛋白質(zhì)等都屬于這類物質(zhì)，它們中大多數(shù)都是有機物質(zhì)，在原子的尺度上是無序的，在介觀的尺度上則可能出現(xiàn)某種規(guī)則而有序的結(jié)構(gòu)。軟物質(zhì)在變化過程中內(nèi)能的變化很微小，熵的變化卻很大，因而其組織結(jié)構(gòu)的變化主要是由熵來驅(qū)動，和內(nèi)能驅(qū)動的硬物質(zhì)不同。有機物質(zhì)中的小分子和聚合物的電子結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)現(xiàn)在正受到重視，因此有機發(fā)光器件和電子器件正在研制開發(fā)中。

二、當(dāng)今凝聚態(tài)物理研究的一些現(xiàn)象及其理論方法

固體物理學(xué)的一個重要的理論基石為能帶理論，它是建立在單電子近似的基礎(chǔ)上的。而凝聚態(tài)物理學(xué)的概念體系則淵源于相變與臨界現(xiàn)象的理論，植根于相互作用的多粒子理論。凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，基本上已經(jīng)完備且成熟。

當(dāng)前常用的一些理論方法：第一性原理（特指密度泛函理論計算），蒙特-卡洛方法，玻爾茲曼模型，分子動力學(xué)模擬，伊辛模型，有效場，平均場等等。

當(dāng)前被研究的一些現(xiàn)象：光譜，超導(dǎo)，霍爾效應(yīng)，弱相互作用，電阻（巨磁電阻，龐磁電阻），磁性研究（磁阻，微磁學(xué)，鐵磁性，巨磁阻抗效應(yīng)，相圖），多向異性，子晶格，態(tài)密度，能隙，強關(guān)聯(lián)、激發(fā)態(tài)，量子通信，冷原子、物理進展等等。

第一性原理方法是根據(jù)原子核與電子相互作用及其基本運動的規(guī)律，運用量子力學(xué)原理從哈密頓量出發(fā)，近似處理后進行求解薛定諤方程的方法，它能給出體系的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)等相關(guān)信息，能描述化學(xué)鍵的斷裂、重組，以及電子的重排而被很多人多熱衷。

蒙特-卡羅方法也被稱統(tǒng)計模擬方法，是以概率統(tǒng)計理論為基礎(chǔ)的使用隨機數(shù)來進行數(shù)值計算的方法一類數(shù)值計算方法，它是以事件出現(xiàn)的頻率估算隨機事件的概率，并將這個結(jié)果作為問題的解。

伊辛模型是描述分子之間有較強相互作用的系統(tǒng)發(fā)生相變情況的模型。通常使用有效場理論、平均場理論和蒙特?卡羅方法來研究它。

三、當(dāng)今凝聚態(tài)物理研究的一些成就

凝聚態(tài)物理當(dāng)今在器件方面取得的兩方面主要成就是太陽能電池和納米器件。在材料方面取得的一些成就有：納米材料，電子陶瓷材料，拓撲絕緣材料，碳材料（石墨烯，石墨炔，碳化鍺薄膜等），復(fù)合熱電材料，自旋液體、超導(dǎo)體，超材料，薄膜材料。

上邊所列的這些成就中，拓撲絕緣體的邊界或表面總是存在導(dǎo)電的邊緣態(tài)，這有望于制造未來新型電腦芯片等元器件。自旋液體描述物質(zhì)中的一種特殊自旋排布狀態(tài)，材料的作用能支持某些奇異的超導(dǎo)性或?qū)⒁恍┫窳Ｗ右粯訐碛须姾傻膶嶓w組織起來。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機，而且它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。當(dāng)今對石墨炔衍生物的研究逐漸成為研究熱點，研究者們積極地設(shè)計可能的石墨炔衍生物并預(yù)測其物理性質(zhì)。如研究BN摻雜的石墨炔系列結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它的性質(zhì)與硼氮元素摻雜的濃度和位置緊密相關(guān)；N摻雜石墨炔可充當(dāng)氧還原反應(yīng)的無金屬電催化劑；氟化作用可調(diào)節(jié)石墨炔帶隙寬度，這使得石墨炔在納米電子設(shè)備的使用上使其有靈活性；分別在石墨二炔和α-石墨炔中摻入硅和鍺的結(jié)果是碳硅元素以及碳鍺元素之間可以形成穩(wěn)定的炔鍵結(jié)構(gòu)，并且其帶隙值明顯加寬?？傊?，設(shè)計實現(xiàn)這些新的碳鍺材料，不僅可以豐富碳相關(guān)材料的數(shù)據(jù)庫，而且可以為電子設(shè)備、氣體分離薄膜、儲能材料、鋰離子電池電極材料等方面提供可選的對象。

還有，利用粒子的隧道效應(yīng)可制備隧道結(jié)這類夾層結(jié)構(gòu)，諸如半導(dǎo)體隧道二極管、單電子超導(dǎo)隧道結(jié)、庫珀對超導(dǎo)隧道結(jié)。利用與自旋相關(guān)的隧道效應(yīng)，則已制出具有隧道磁電阻的磁存儲器。半導(dǎo)體量子阱已用來制備快速晶體管和高效激光器。量子點可用以制備微腔激光器和單電子晶體管。利用鐵磁金屬與非磁金屬可制成磁量子阱，呈現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)，可用作存儲器的讀出磁頭等等。

結(jié)論

有人說：“沒有量子力學(xué)就沒有手機和電腦，就沒有現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)的普及。”從這句話中可以看出更確鑿的事實：基礎(chǔ)科學(xué)一直是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和推手，凝聚態(tài)物理在理論上的發(fā)展一方面詮釋客觀物質(zhì)世界存在的現(xiàn)象，一方面又能預(yù)測人類將能解決的客觀問題；而它在實驗上的發(fā)展則是根據(jù)其理論上建立的模型給予驗證并因此揭示客觀事物的實質(zhì)與規(guī)律，且據(jù)此來建立并整合理論結(jié)果和實驗結(jié)果與實用技術(shù)之間的聯(lián)系，使得這些客觀事物及其規(guī)律最終為人類所利用。

參考文獻

篇5

關(guān)鍵詞：微電子；半導(dǎo)體物理；教學(xué)質(zhì)量；教學(xué)方法

作者簡介：湯乃云（1976-），女，江蘇鹽城人，上海電力學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，副教授。（上海200090）

基金項目：本文系上海自然科學(xué)基金（編號：B10ZR1412400）、上海市科技創(chuàng)新行動計劃地方院校能力建設(shè)項目（編號：10110502200）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標(biāo)識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）13-0059-02

隨著半導(dǎo)體和集成電路的迅猛發(fā)展，微電子技術(shù)已經(jīng)滲透到電子信息學(xué)科的各個領(lǐng)域，電子、通信、控制等諸多學(xué)科都融合了微電子科學(xué)的基礎(chǔ)知識。[1]作為微電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)，半導(dǎo)體物理研究、半導(dǎo)體材料和器件的基本性能和內(nèi)在機理是研究集成電路工藝、設(shè)計及應(yīng)用的重要理論基礎(chǔ)；作為微電子學(xué)相關(guān)專業(yè)的特色課程及后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)，“半導(dǎo)體物理”的教學(xué)直接影響了后續(xù)專業(yè)理論及實踐的教學(xué)。目前，對以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的微電子類相關(guān)專業(yè)，如電子科學(xué)與技術(shù)、微電子、集成電路設(shè)計等，均強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力，注重學(xué)生的工程實踐能力的培養(yǎng)，在課程設(shè)置及教學(xué)上輕視基礎(chǔ)理論課程。由于“半導(dǎo)體物理”的理論較為深奧，知識點多，涉及范圍廣，理論推導(dǎo)復(fù)雜，學(xué)科性很強，對于學(xué)生的數(shù)學(xué)物理的基礎(chǔ)要求較高。對于沒有固體物理、量子力學(xué)、統(tǒng)計物理等基礎(chǔ)知識背景的微電子學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，在半導(dǎo)體物理的學(xué)習(xí)和理解上都存在一定的難度。因此需要針對目前教學(xué)過程中存在的問題與不足，優(yōu)化和整合教學(xué)內(nèi)容，探索形象化教學(xué)手段，結(jié)合科技發(fā)展熱點問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高半導(dǎo)體物理課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、循序漸進，有增有減，構(gòu)建合理的教學(xué)內(nèi)容

目前，國內(nèi)微電子專業(yè)大部分選用了電子工業(yè)出版社劉恩科等編寫的《半導(dǎo)體物理學(xué)》，[2]教材知識內(nèi)容體系完善，涉及內(nèi)容范圍廣、知識點多、理論推導(dǎo)復(fù)雜、學(xué)科交叉性強。該教材的學(xué)習(xí)需要學(xué)生有扎實的固體物理、量子力學(xué)、統(tǒng)計物理以及數(shù)學(xué)物理方法等多門前置學(xué)科的基礎(chǔ)知識。但是在以培養(yǎng)工程技術(shù)人員為目標(biāo)的微電子學(xué)類專業(yè)中，國內(nèi)大部分高校均未開設(shè)量子力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)及固體物理學(xué)等相應(yīng)的前置課程。學(xué)生缺少相應(yīng)固體物理、統(tǒng)計物理與量子力學(xué)等背景知識，沒有掌握相關(guān)理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體物理的學(xué)習(xí)感到頭緒繁多，難以理解，容易產(chǎn)生畏學(xué)和厭學(xué)情緒。

在課程教學(xué)中教師必須根據(jù)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)，把握好課程的內(nèi)容安排，抓住重點和難點，對原有的教材進行補充更新，注意將部分量子力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)、固體物理學(xué)等相關(guān)知識融合貫穿在教學(xué)中，避免學(xué)生在認識上產(chǎn)生跳躍。例如在講解導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)容前，可以增加2-3個學(xué)時的量子力學(xué)和固體物理學(xué)中基礎(chǔ)知識，讓學(xué)生在課程開展前熟悉晶體的結(jié)構(gòu)，了解晶格、晶胞、晶向、晶面、晶格常數(shù)等基本概念，掌握晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的求法，了解微觀粒子的基本運動規(guī)律。在講解半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)前，增加兩個學(xué)時量子力學(xué)知識，使學(xué)生了解粒子的波粒二象性，掌握晶體中薛定諤方程及其求解的基本方法。在進行一些復(fù)雜的公式推導(dǎo)時，隨時復(fù)習(xí)或補充一些重要的高等數(shù)學(xué)定理及公式，如泰勒級數(shù)展開等。這些都是學(xué)習(xí)“半導(dǎo)體物理學(xué)”必備的知識，只有在透徹理解這些基本概念的前提下，才能對半導(dǎo)體課程知識進行深入地學(xué)習(xí)和掌握。

另一方面，對于微電子學(xué)專業(yè)來講，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，“半導(dǎo)體物理”課程中的部分教學(xué)內(nèi)容對于工科本科學(xué)生來說過于艱深，因此在滿足本學(xué)科知識的連貫性、系統(tǒng)性與后續(xù)專業(yè)課需要的前提下，大量刪減了涉及艱深物理理論及復(fù)雜數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)的內(nèi)容，如在講述載流子在電場中的加速以及散射時，可忽略載流子熱運動速度的區(qū)別及各向異性散射效應(yīng)，即玻耳茲曼方程的引入，推導(dǎo)及應(yīng)用可省略不講。

二、豐富教學(xué)手段，施行多樣化教學(xué)方法，使教學(xué)形象化

半導(dǎo)體物理的特點是概念多、理論多、物理模型抽象，不易理解，如非平衡載流子的一維飄移和擴散，載流子的各種復(fù)合機理，金屬和半導(dǎo)體接觸的能帶圖等。這些物理概念和理論模型單一從課本上學(xué)習(xí)，學(xué)生會感覺內(nèi)容枯燥，缺少直觀性和形象性，學(xué)習(xí)起來比較困難。為了讓學(xué)生能較好地掌握這些模型和理論，需要采用多樣化的教學(xué)方法，充分利用PPT、Flash等多媒體軟件、實物模型、生產(chǎn)錄像等多種信息化教學(xué)手段，模擬微觀過程，使教學(xué)信息具體化，邏輯思維形象化，增強教學(xué)的直觀性和主動性。同時，教師除開展啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性外，[3，4]還可以應(yīng)用類比方法幫助他們理解物理概念或模型。如講半導(dǎo)體材料中的缺陷及躍遷機制時，為了幫助學(xué)生理解，可以做一個類比：將階梯教師里單位面積的座位數(shù)比做晶格各能級上的電子能態(tài)密度，把學(xué)生當(dāng)作電子，一個學(xué)生坐在某一排的某個座位上，即認為這個電子被晶格束縛。當(dāng)有外來學(xué)生進入教室，在教室過道上走動時，可類比為間隙式缺陷；而當(dāng)外來學(xué)生取代現(xiàn)有學(xué)生的座位時，可類比為填隙式缺陷等等。通過類比，學(xué)生對半導(dǎo)體內(nèi)部的點缺陷的概念的理解就清楚形象多了。

三、結(jié)合微電子行業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，以市場為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生興趣

微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實際上就是固體物理與半導(dǎo)體物理不斷發(fā)展和創(chuàng)新的過程，[5]1947年發(fā)明點接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機存儲器、CPU、非揮發(fā)存儲器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明，都與一系列的固體物理、[6]半導(dǎo)體物理及材料科學(xué)的重大突破有關(guān)?？v觀微電子工業(yè)的發(fā)展，究竟是哪些半導(dǎo)體理論推動了微電子技術(shù)的發(fā)展，哪些科學(xué)家推導(dǎo)并得出了這些理論？他們在理論推導(dǎo)的同時遇到了哪些困難？這些理論規(guī)律又起源于哪些實驗？到了21世紀(jì)，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域，[5，6]即以硅基CMOS電路為主流工藝，系統(tǒng)芯片SOC（System On A Chip）為發(fā)展重點，量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；[7]與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長點，如MEMS，DNA Chip等，也都于半導(dǎo)體科學(xué)相關(guān)。這些新的微電子發(fā)展趨勢主要涉及半導(dǎo)體物理中的哪些知識？涉及哪些領(lǐng)域等？

針對以上問題，教師在講授半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)上，對教材進行補充更新。在保持基礎(chǔ)知識體系完整性的同時，避免面面俱到，刪減課本中一些不必要的內(nèi)容，大量加入近幾十年來發(fā)展成熟的新理論、新知識，突出研究熱點問題，力求做到基礎(chǔ)性和前瞻性的緊密結(jié)合，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識的同時對微電子發(fā)展歷史中半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展趨勢有一個清晰地認識，讓學(xué)生能從中掌握事物的本質(zhì)，促進思維的發(fā)展，形成技能；同時注重與信息化技術(shù)相結(jié)合，將近幾年半導(dǎo)體技術(shù)的最新研究成果，如太陽能電池等半導(dǎo)體光伏發(fā)電技術(shù)在國家綠色能源戰(zhàn)略上的地位，半導(dǎo)體光電探測器在國家航天戰(zhàn)略上的應(yīng)用等，使學(xué)生能及時掌握半導(dǎo)體技術(shù)前沿發(fā)展趨勢。將這些問題分成若干個相關(guān)的專題分派給學(xué)生，學(xué)生自行查閱和搜集資料，他們在課堂上講述該專題，教師加以引導(dǎo)和幫助。這種方式不僅充分調(diào)動課堂氣氛，加深他們對所學(xué)知識的理解，同時也讓學(xué)生學(xué)習(xí)了半導(dǎo)體物理課程在微電子專業(yè)中課程體系的作用，在科學(xué)意識上加深了半導(dǎo)體物理課程的重要性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和欲望。

同時，為幫助學(xué)生了解學(xué)術(shù)前沿，培養(yǎng)專業(yè)興趣，還可邀請校內(nèi)外的專家做講座，學(xué)生可以利用課余時間，根據(jù)自己的興趣選擇聽取，加深對半導(dǎo)體物理課程的了解，培養(yǎng)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

四、總結(jié)

總之，“半導(dǎo)體物理學(xué)”是微電子技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。在“半導(dǎo)體物理”教學(xué)過程中，應(yīng)積極采用現(xiàn)代化教學(xué)手段提高學(xué)生積極性，在教學(xué)過程中合理安排教學(xué)內(nèi)容，與時俱進引入科技熱點，削弱傳統(tǒng)的課本知識與市場需求的鴻溝，培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的微電子人才。

參考文獻：

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篇6

2015年度國家自然科學(xué)一等獎

2016年1月8日，潘建偉院士、彭承志教授、陳宇翱教授、陸朝陽教授、陳增兵教授組成的5人團隊獲得了2015年度國家自然科學(xué)一等獎，并在人民大會堂接受頒獎。5位老師均來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，他們是該獎項歷史上最年輕的獲獎團隊，其中潘建偉、彭承志、陳增兵3位老師為70后，而陳宇翱和陸朝陽兩位老師為80后。

國家自然科學(xué)一等獎是中國自然科學(xué)領(lǐng)域的最高獎項，很多耳熟能詳?shù)睦弦惠吙茖W(xué)家都名列其中。但是因2014年獲獎的“透明計算”存在較大爭議，2015年急需一個眾望所歸的團隊來重新樹立該獎項的聲譽。恰好2015年初潘院士團隊作為最大熱門參加了該獎項的評選，并最終毫無懸念地獲獎。

這次潘建偉院士團隊獲獎的項目名稱為“多光子糾纏和干涉度量學(xué)”?！岸喙庾蛹m纏”顧名思義就是讓多個光子產(chǎn)生糾纏，這是利用光子做量子比特傳送和量子計算的必要前提;而“干涉”就是實驗上實現(xiàn)多光子糾纏的手段。潘建偉院士團隊在量子通信和量子計算等多個方向上都取得了世界領(lǐng)先的科研成果，“多光子糾纏和干涉度量學(xué)”就作為其核心研究內(nèi)容之一，貫穿始終。

潘建偉院士的團隊是世界上量子信息研究的領(lǐng)軍者之一，在量子通信領(lǐng)域更是世界最強。與以往的歷屆國家自然科學(xué)一等獎相比，潘建偉團隊在頂級論文數(shù)量和國際影響力上都更為出類拔萃。截止到2015年，該團隊成果3次入選美國物理學(xué)會評選的“年度物理學(xué)重大事件”，2次入選英國物理學(xué)會評選的“年度物理學(xué)重大進展”。2015年年末更是被物理世界網(wǎng)站（Physics world）評選為“2015年世界物理學(xué)十大進展”第一名，這在中國物理學(xué)界史無前例。

量子糾纏

介紹“多光子糾纏和干涉度量學(xué)”，首先需要介紹一下什么是量子糾纏。量子力學(xué)中最神秘的就是疊加態(tài)，而量子糾纏就是多粒子的一種疊加態(tài)。以雙粒子為例，一個粒子A可以處于某個物理量的疊加態(tài)，同時另一個粒子B也可以處于疊加態(tài)，當(dāng)兩個粒子發(fā)生糾纏，就會形成一個雙粒子的疊加態(tài)，即糾纏態(tài)：無論兩個粒子相隔多遠，只要沒有外界干擾，當(dāng)A粒子處于0態(tài)時，B粒子一定處于1態(tài);反之，當(dāng)A粒子處于1態(tài)時，B粒子一定處于0態(tài)。

隨著量子信息學(xué)的誕生，量子糾纏已經(jīng)不僅僅是一個基礎(chǔ)研究，它已經(jīng)成為量子信息科技的核心：例如，利用量子糾纏可以完成量子通信中的量子隱形傳態(tài)，可以完成一次性操作多個量子比特的量子計算。讓更多的粒子糾纏起來是量子信息科技不斷追尋的目標(biāo)。

多光子糾纏和干涉度量學(xué)

“多光子糾纏和干涉度量學(xué)”就是通過干涉度量的方法實現(xiàn)多光子的量子糾纏。如果這種把雙光子干涉產(chǎn)生糾纏的方法層層累加，擴展到更多的光子，就可以形成更多光子的糾纏。針對量子信息處理尤其是光量子計算的需求，糾纏的光子數(shù)自然是越多越好。但是隨著產(chǎn)生糾纏的光子數(shù)越多，干涉和測量的系統(tǒng)也就越復(fù)雜，實驗難度也就越大。

潘建偉團隊從2004年開始，通過在國際上原創(chuàng)的多光子干涉和測量技術(shù)，一直保持著糾纏光子數(shù)的世界紀(jì)錄。2004年在世界上第一個實現(xiàn)了5光子糾纏，2007年在世界上第一個實現(xiàn)了6光子糾纏，2012年在世界上第一個實現(xiàn)了8光子糾纏，并且保持該紀(jì)錄至今。

每增加一個糾纏光子，光學(xué)干涉系統(tǒng)就要復(fù)雜一倍，糾纏產(chǎn)生的難度會隨著光子數(shù)呈指數(shù)上升。這個8光子糾纏光路就像“潘神的迷宮”一樣復(fù)雜，精巧，困難重重，但又引人入勝。

量子計算的應(yīng)用

1. 量子疊加態(tài)的計算魅力。在經(jīng)典物理學(xué)中，物質(zhì)在確定的時刻僅有確定的一個狀態(tài)。量子力學(xué)則不同，物質(zhì)會同時處于不同的量子態(tài)上。因為處于疊加態(tài)，這就意味著，量子計算一次運算就可以處理210=1024個數(shù)（從0到1023被同時處理一遍）。以此類推，量子計算的速度與量子比特數(shù)是2的指數(shù)增長關(guān)系。一個64位的量子計算機一次運算就可以同時處理264=18446744073709551616個數(shù)。如果單次運算速度達到目前民用電腦CPU的級別（1GHz），那么這個64位量子計算機的數(shù)據(jù)處理速度將是世界上最快的“天河二號”超級計算機（每秒33.86千萬億次）的545萬億倍。

量子力學(xué)疊加態(tài)賦予了量子計算機真正意義上的“并行計算”，而不像經(jīng)典計算機一樣只能并列更多的CPU來并行。因此在大數(shù)據(jù)處理技術(shù)需求強烈的今天，量子計算機越來越獲得互聯(lián)網(wǎng)巨頭們的重視。

2. 肖爾算法――RSA加密技術(shù)的終結(jié)者。1985年，牛津大學(xué)的物理學(xué)家戴維?德意志提出了量子圖靈機模型的概念。隨后貝爾實驗室的彼得?肖爾于1995年提出了量子計算的第一個解決具體問題的思路，即肖爾因子分解算法。

我們今天在互聯(lián)網(wǎng)上輸入的各種密碼，都會用到RSA算法加密。這種技術(shù)用一個很大的數(shù)的兩個質(zhì)數(shù)因子生成密鑰，給密碼加密，從而安全地傳輸密碼。由于這個數(shù)很大，用目前經(jīng)典計算機的速度算出它的質(zhì)數(shù)因子幾乎是不可能的任務(wù)。但利用量子計算的并行性，肖爾算法可以在很短的時間內(nèi)通過遍歷算法來獲得質(zhì)數(shù)因子，從而破解掉密鑰，使RSA加密技術(shù)不堪一擊。

量子計算機會終結(jié)任何依靠計算復(fù)雜度的加密技術(shù)，但這不意味著從此我們會失去信息安全的保護。量子計算的孿生兄弟――量子通信，會從根本上解決信息傳輸?shù)陌踩[患。

3. 格羅弗算法――未來的搜索引擎。肖爾算法提出一年后的1996年，同在貝爾實驗室的洛夫?格羅弗提出了格羅弗算法，即通過量子計算的并行能力，同時給整個數(shù)據(jù)庫做變換，用最快的步驟顯示出需要的數(shù)據(jù)。

量子計算的格羅弗搜索算法遠遠超出了經(jīng)典計算機的數(shù)據(jù)搜索速度，這也是互聯(lián)網(wǎng)巨頭們對量子計算最大的關(guān)注點之一。量子信息時代的搜索引擎將植根于格羅弗算法，讓我們更快捷地獲取信息。

4. 量子計算機與人工智能。英國物理學(xué)家羅杰?彭羅斯把依靠經(jīng)典計算機的人工智能稱為“皇帝新腦”（即像皇帝的新衣一樣）。他認為人腦不會像經(jīng)典計算機那樣以確定的方式處理信息，但量子測量會賦予人腦隨機性，同時量子疊加態(tài)還會賦予人腦全局觀（一個一個像素處理的經(jīng)典計算做不到全局觀）。因此彭羅斯等人認為，人腦可能是一臺量子計算機。也許量子計算機的研究能在某個量子和經(jīng)典的交匯點上給出答案，解答人類意識和智慧的起源。那樣，量子計算機就會成為實現(xiàn)真正的人工智能的關(guān)鍵。

篇7

關(guān)鍵詞 物理學(xué) 分析 前景

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：A

Physics Professional Analysis

ZENG Daimin[1], LI Yong[2]

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

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

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

Key wordsPhysics; analyse; prospects

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

1 專業(yè)方向設(shè)置

1.1 理論物理方向

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

1.2 凝聚態(tài)物理方向

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

2 主干課程設(shè)置

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

3 培養(yǎng)規(guī)格及要求

通過四年的物理學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握數(shù)學(xué)的基本理論和基本方法，具有較高的數(shù)學(xué)修養(yǎng)；掌握堅實的、系統(tǒng)的物理學(xué)基礎(chǔ)理論及較廣泛的物理學(xué)基本知識和基本實驗方法，具有一定的基礎(chǔ)科學(xué)研究能力和應(yīng)用開發(fā)能力；了解相近專業(yè)的一般原理和知識；了解物理學(xué)發(fā)展的前沿和科學(xué)發(fā)展的總體趨勢；了解國家科學(xué)技術(shù)、知識產(chǎn)權(quán)等有關(guān)政策和法規(guī)；掌握資料查詢、文獻檢索及運用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；具有一定的實驗設(shè)計，創(chuàng)造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結(jié)果，撰寫論文，參與學(xué)術(shù)交流的能力。具有計算機應(yīng)用的基本技能。較熟練地掌握一門外國語言，具有良好的聽、讀、寫作和會話能力，能夠較順利地閱讀本專業(yè)的外文資料。

4 學(xué)生就業(yè)前景分析

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

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

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

基金項目：重慶大學(xué)人才引進科研啟動基金（0903005104675）資助

篇8

【關(guān)鍵詞】思想實驗科學(xué)素養(yǎng)

利用科學(xué)發(fā)展史知識對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義，如何利用科學(xué)史中的有關(guān)思想實驗史料來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是個值得研究的問題，對于思想實驗，有些老師往往只重視了思想實驗的知識功能，對于其豐富的思想內(nèi)涵則較少進行挖掘，特別是它對于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的意義。本文試圖對此進行探討。

1什么是思想實驗

根據(jù)中國大百科全書可知，思想實驗 （thought experiment）是一種按照實驗程序設(shè)計的并在思維中進行的特殊論證方法。它既不同于真實實驗，也有別于形式邏輯的推理。是按照假想的實驗手段和步驟，進行思維推理，得出合乎邏輯的結(jié)果。在物理學(xué)發(fā)展的歷史過程中伽利略、愛因斯坦等許多科學(xué)大師都曾經(jīng)借助思想實驗延伸其理論的觸角。

從科學(xué)思想實驗發(fā)展的歷史，我們可以看到思想實驗主要特點。

1.1 可操作性。思想實驗不是實際進行的實驗，但是它是按照實驗的格式展開的，是可操作的。

1.2 嚴密的邏輯性。思想實驗的操作過程，既是想象自由展開的過程，又是邏輯運動的過程。在這中間，邏輯起著主導(dǎo)作用，它引導(dǎo)、控制著想象，保證想象既是豐富的．又不是胡思亂想。

1.3 高度的創(chuàng)造性。科學(xué)家做思想實驗的目的，是為了揭示事物內(nèi)部的規(guī)律性。因此其探索是前無先例的，帶有高度的創(chuàng)造性。

2什么是科學(xué)素養(yǎng)

科學(xué)素養(yǎng)（scientific literacy）概念的形成與發(fā)展經(jīng)歷了長期的演進過程，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和變革，概念的含義也將不斷變化。本文采用以下觀點。科學(xué)素養(yǎng)的基本要素包括以下幾個方面。

一是科學(xué)知識與技能，是人們在科學(xué)實踐中獲得的關(guān)于客觀世界的各種事物的本質(zhì)及規(guī)律性的認識程度和實際操作本領(lǐng)。

二是科學(xué)方法與能力，是人們在認識和改造客觀世界的實踐中總結(jié)出來的，并能在實踐中正確運用的思維和行為方式，以及把握事物本質(zhì)的策略與熟練程度。

三是科學(xué)行為與習(xí)慣?？茖W(xué)習(xí)慣是長期積累和科學(xué)行為的定型。

四是科學(xué)精神、態(tài)度與價值觀?？茖W(xué)精神是指人所具有的科學(xué)的意識、思維活動和一般心理狀態(tài)，其中以推動并指引一個人采取決定和行動的科學(xué)的原則、信念和標(biāo)準(zhǔn)組成的科學(xué)價值觀為核心。科學(xué)態(tài)度則指個體在科學(xué)價值觀的支配下，對某一對象所持的評論和行為傾向。

我國在制定中學(xué)"科學(xué)"標(biāo)準(zhǔn)時，認為科學(xué)素養(yǎng)還應(yīng)該涉及科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系方面。這些都是科學(xué)素養(yǎng)所包含的重要內(nèi)容。

3利用思想實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的途徑

思想實驗可以對所研究的過程設(shè)想出真實實驗暫時不可能或原則上不可能達到的實驗條件，進行邏輯論證。在這個過程中，不僅包含有豐富的科學(xué)知識與技能，體現(xiàn)了物理學(xué)研究事物的方式與方法，而且也蘊含著人類認識事物，研究事物時所伴隨的豐富的科學(xué)精神和人文精神。這些對于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)都是具有重要意義的，都是值得挖掘與充分利用的。

3.1 挖掘科學(xué)史中思想實驗提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

伽利略是第一位思想實驗大師，他重視實驗對理論的檢驗作用，但由于外部環(huán)境的惡劣、實驗條件的簡陋以及哲學(xué)思想的影響，因此思想實驗是一個常用的方法，并依此獲得許多重要的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論。

重力作用下的落體運動在伽利略的力學(xué)中占據(jù)著中心位置，他在關(guān)于落體運動的討論中仍然運用了他早先提出的"落體佯謬"，對亞里士多德的落體定律提出詰難，然后逐步顯示出他的研究的全部豐富內(nèi)容，在這個思想實驗中，他已把早先所說的密度相同而大小不同的物體改變成重量不同的物體。對話是這樣進行的：

"如果讓兩塊石頭（其中之一的重量十倍于另一塊的重量）同時從比如說100腕尺高處落下，那么這兩塊石頭下落的速率便會不同，那較重的石塊落到地面時，另一塊石頭只不過下落了10腕尺。"

"如果我們?nèi)√烊凰俾什煌膬蓚€物體，顯而易見，如果把那兩個物體連接在一起，速率較大的那個物體將會因受到速率較小物體的影響其速率要減慢一些，而速率較小的物體將因受到速率較大的物體的影響其速率要快一些?！?，如果這是對的話，并假定一塊大石頭以8的速率運動，而一塊較小的石塊以4的速率運動，那么把二者連在一起，這兩塊石頭將以小于8的速率運動；但兩塊連在一起的石頭當(dāng)然比先前以8的速率運動的更重?？梢姡^重的物體反而比較輕的物體運動的慢，而這個效應(yīng)同你的設(shè)想是相反的。"

這個佯謬不僅揭示了亞里士多德理論的破綻和邏輯混亂，同時也表明了，運用這種思想實驗的推理法，比起永遠可能被人挑剔的真實實驗，有時會更有說服力的一個包含著錯誤的理論。

在這個過程中，不僅說明了重力作用下的落體運動規(guī)律，而且體現(xiàn)了物理學(xué)研究問題的方法，如認真觀察現(xiàn)象，提出要研究的問題，并對問題提出猜想與假設(shè)，然后進行論證。更蘊含了豐富的科學(xué)精神與科學(xué)態(tài)度，對于前人的觀點不是盲目的接受，而是具有懷疑精神，敢于提出問題，實事求是地面對科學(xué)并勇于堅持。這些都是科學(xué)素養(yǎng)的范疇，因此，從物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)中吸取營養(yǎng)，對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是大有裨益的。

3.2利用物理學(xué)方法中的思想實驗提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

如果所設(shè)想的條件是完全理想化的，如絕對真空、絕對光滑等，在這種條件下所進行的論證稱為理想實驗法，它是思想實驗的一種重要形式。

這一部分在中學(xué)的物理教學(xué)中涉及的知識很多。如牛頓運動定律等。真正代表近代科學(xué)方法論精神的伽利略與牛頓。伽利略最先倡導(dǎo)并實踐了實驗加數(shù)學(xué)的方法，但是他所謂的實驗并不是培根意義上的觀察實驗，而是理想化實驗。地球上的任何力學(xué)實驗都不能避免摩擦力的影響，但是認識基本的力學(xué)規(guī)律，又要從觀念上排除這種摩擦力，這就需要全新的概念體系來支撐將做得實驗，包括設(shè)計、實施和解釋實驗結(jié)果，只有這種理想化的實驗才可能與數(shù)學(xué)處理相配套。伽利略的研究程序可以分為三個階段：直觀分解、數(shù)學(xué)演繹、實驗證明。牛頓在吸收前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上做了進一步完善，牛頓的方法可以稱之為"歸納-演繹"法，并且認為演繹的結(jié)果必須重新訴諸實驗確證。牛頓運動定律就是這些過程的直接結(jié)果。

牛頓運動定律不僅內(nèi)容上說明了自然界的重要定律，他的研究方法、研究思想同樣也具有重要的價值。它是以觀察和實驗中了解到的資料作為出發(fā)點，把自然現(xiàn)象合理簡化并建立起恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?；運用思想實驗，即在絕對簡化理想條件下，運用思維中的邏輯演繹推理導(dǎo)出某種科學(xué)結(jié)論，再去接受科學(xué)實踐的檢驗的過程。

從這個研究的過程本身我們可以發(fā)現(xiàn)其中不僅包括科學(xué)知識，而且還涉及一種比較完善的物理學(xué)的研究方法，這對后人進行進一步的研究具有重要的借鑒意義。發(fā)現(xiàn)過程本身也暗含了牛頓對于科學(xué)的濃厚興趣和科學(xué)探究的整個過程。這些都是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的重要素材，應(yīng)該給予充分利用。

3.3利用現(xiàn)代物理學(xué)研究中的思想實驗部分提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

新課程強調(diào)科學(xué)與社會，技術(shù)的聯(lián)系，必須看到，現(xiàn)代科技已經(jīng)逐漸滲透到了我們生活的方方面面，因此需要學(xué)生對于現(xiàn)代物理學(xué)有些初步的認識。如中學(xué)物理課本加入了關(guān)于愛因斯坦的相對論和一些量子力學(xué)的簡單介紹。但是現(xiàn)代物理學(xué)的研究，無論在微觀還是宏觀上越來越多地進入了不能完全直接靠實驗證實或證偽的領(lǐng)域。相對論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，其中都包含有豐富思想實驗的部分。

1961年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者美國物理學(xué)家霍夫斯塔斯曾說過："我相信任何一個喜歡自然的人都應(yīng)該學(xué)習(xí)量子力學(xué)，并不是他的數(shù)學(xué)而是他的思想"。進入21世紀(jì)，無論是中學(xué)生或者是全體公民都應(yīng)該不同程度的知道一點什么是量子力學(xué)，量子力學(xué)的基本概念，基本思想，量子力學(xué)有什么作用，已經(jīng)起到了什么作用，這些都是很必要的。

使學(xué)生能了解科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別與聯(lián)系，初步認識科學(xué)推動技術(shù)進步、技術(shù)又促進科學(xué)發(fā)展的相互關(guān)系，初步認識社會需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的強大動力等科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系。同時能使學(xué)生增長見識，激起學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)科學(xué)精神。這也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一個重要方面。

4進行思想實驗教學(xué)時的注意事項

4．1 處理好思想實驗與真實實驗的關(guān)系

思想實驗是一種理性的思維活動。但不是脫離實際的主觀臆想，而是以實踐為基礎(chǔ)．按照實驗的格式操作展開，對實際過程做出更深入一層的抽象分析，其推理過程是以一定的邏輯法則為根據(jù)的。而這些邏輯法則，都是從長期的社會實踐中總結(jié)出來且為實踐所證實了的。

思想實驗和真實實驗又是緊密聯(lián)系和互補的?？茖W(xué)中的理論、規(guī)律是從大量實驗事實中總結(jié)概括出來的，科學(xué)中的假設(shè)、爭論也有賴于真實實驗的驗證。

有時兩者往往密不可分地穿插在一起，真實實驗為思想實驗提供經(jīng)驗材料，思想實驗對經(jīng)驗材料進行理性加工，并為真實實驗提供理論指導(dǎo)。從伽利略發(fā)現(xiàn)落體定律和慣性定律的活動中，可以明顯地看到這一點。

4．2不能忽略物理學(xué)史中被證實為錯誤的思想實驗

在科學(xué)研究中，通過再多的科學(xué)實驗都不能完全證實一個理論，這是歸納法的本質(zhì)所決定的，但是一個否定例證就足以證偽一個理論。在物理學(xué)的思想實驗中，有的已被否定，但不能因此就貶低它的作用，那些被證偽的思想實驗往往是一個新理論產(chǎn)生的重要基石，如伽利略在給出著名的"落體佯謬"的最初說法時，他所說的是同樣材料而不同大小的物體，并非指所有的物體，其前提是錯誤的，結(jié)論也是有局限性的，但是他的過程本身是非常有意義的，為他后來得出普遍的結(jié)論提供了重要的基礎(chǔ)。這些過程都是需要進一步挖掘的，這樣才能讓學(xué)生明白科學(xué)研究的真實過程，對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是具有豐富的教育意義的。

4．3 思想實驗是一種相對獨立的科學(xué)方法

在科學(xué)研究中，思想實驗?zāi)軌虺蔀橐环N不替代的科學(xué)方法，是由于思想實驗以其科學(xué)思維的嚴密性、精確性補充了真實實驗的不足。比如，驗證廣義相對論的某些實驗條件，或者某些條件在任何時代都不能被滿足，比如，驗證牛頓第一定律所需要的無摩擦力的平面。但是，這些條件在邏輯上是可以實現(xiàn)的，這樣，人們可以避開實際的技術(shù)困難。在思維中把這些條件制作出來，或者對現(xiàn)在條件進行理想化抽象，在想象中實現(xiàn)這些條件。進而在頭腦中展開類似于真實實驗的"仿真"過程，推斷被研究事物的內(nèi)部規(guī)律。

必須看到，思想實驗中包含有豐富的思想內(nèi)涵，有利于進行積極的科學(xué)文化教育，而且思想實驗作為一種科學(xué)方法將在更廣闊的領(lǐng)域中應(yīng)用。

參考文獻

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［2］楊仲耆 申先甲．物理學(xué)思想史［M］長沙：湖南教育出版社，1993

［3］潘傳增等．簡明物理學(xué)史教程［M］濟南：山東科學(xué)技術(shù)出版杜,1999．

［4］李艷平、申先甲．物理學(xué)史教程［M］北京：科學(xué)出版社，2003

［5］查有梁等．物理教學(xué)論［M］廣西：廣西教育出版社，1997

篇9

關(guān)鍵詞：時間之矢；演化；熵

從古至今，關(guān)于時間方向問題的探討一直困擾著哲學(xué)家和物理學(xué)家。在傳統(tǒng)物理學(xué)中，時間沒有方向，它僅僅是作為運動的一個外部參量存在的，用可逆的物理方程描述客觀世界，忽略了不可逆性的真實過程的理論近似，這就在本質(zhì)上否定了自然界的演化與歷史性，因此受到了恩格斯與波普爾等人的深刻批判。20世紀(jì)80年代普利高津提出了“時間之矢”的概念，并科學(xué)論證了時間是有方向的，“熵”概念的引入使時間之矢開始從外部走向內(nèi)部，把自然界的各種規(guī)律統(tǒng)一了起來，使自然界的演化獲得較好的解釋，為科學(xué)的發(fā)展提供了方法論支持，因此， “時間之矢”概念的探討具有了非常深刻的理論與現(xiàn)實意義。

一、時間之矢的概念及內(nèi)涵

唯物辯證法認為一切事物都是發(fā)展變化的。同樣，人們對時間問題的認識也是在不斷發(fā)展變化的。在科學(xué)史上，牛頓是第一個給時間以科學(xué)定義的人。但在他的物理學(xué)中時間是均勻恒定的流逝的，它僅僅是描述物質(zhì)運動的一個外部參量，與物質(zhì)運動的性質(zhì)沒有任何內(nèi)在的必然的聯(lián)系；堅信時間具有同時性，是對稱的可逆的，過去、現(xiàn)在和未來是完全相同的，這在本質(zhì)上就否定了自然界的演化或歷史性——時間失去了方向。20世紀(jì)初，相對論的誕生超越了牛頓的絕對時空觀，引入了時間、空間等概念，強調(diào)了事物的整體性、時空與物質(zhì)的不可分性，指出時間和空間隨物體運動的速度變化而變化。但此時由于牛頓“絕對時空觀”長期對人們思想的禁錮，使人們難以走出“時間反演對稱性”的桎梏，正如愛因斯坦所說“過去、現(xiàn)在與未來之間的分別只不過有一種幻覺的意義而已”（1）。顯然，愛因斯坦的相對論時間雖然在時間觀念上引起了一次偉大的革命，但它對人們理解時間的方向、演化的不可逆性卻毫無幫助——時間仍然沒有方向。20世紀(jì)70年代英國宇宙學(xué)家霍金提出了“虛時間”的概念，拓寬了時間的含義，但此時時間仍是可逆的沒有方向，80年代普利高津提出了“時間之矢”的概念，并科學(xué)論證了時間是有方向的；自然界中發(fā)生的所有過程都是不可逆的，并且指出時間的不可逆性是無條件的絕對的而時間的可逆性是相對的。由此，時間有了方向。人們最終在一定層面達成了共識：時間之矢是指時間的流逝，是指時間的單向性或不可逆性，亦即時間對稱的破缺，或世界演化的不可逆性。到目前為止人們已經(jīng)在熱力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)、生物學(xué)、電磁學(xué)、量子力學(xué)、宇宙學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域證實了時間之矢的存在。

熱力學(xué)的時間之矢即熵增加的時間方向，它來自熱力學(xué)第二定律，指向無序；生物學(xué)中的時間之矢是生物進化的時間方向，是一個從簡單到復(fù)雜從低級到高級的不可逆過程，它指向有序；電磁學(xué)以時間之矢是振動電磁產(chǎn)生的電磁波的傳導(dǎo)方向；量子力學(xué)時間之矢是原子的自發(fā)輻射的時間方向；宇宙學(xué)時間之矢指向宇宙膨脹的方向；心理學(xué)時間之矢在我們?nèi)祟惖慕?jīng)驗中是最顯著的，我們覺察到的并記住的總是過去而不是將來。當(dāng)然它們之間亦存在著千絲萬縷的聯(lián)系，史蒂芬?霍金在《時間簡史》中曾做過詳盡的闡述?？傊?，許多學(xué)者都認為自然界所有過程的不可逆性都來自宇宙的原始爆炸和隨后發(fā)生的宇宙膨脹。他們認為，宇宙中最根本的方程是可逆的引力場方程，加上大爆炸的初始條件就選擇了宇宙膨脹這個解，從而產(chǎn)生了宇宙學(xué)之矢。以后在宇宙膨脹的不同階段，相繼產(chǎn)生了電磁學(xué)之矢、熱力學(xué)之矢、生物學(xué)之矢等，而心理學(xué)時間之矢是在我們頭腦中由熱力學(xué)時間之矢所決定的。

二、時間之矢與自然演化

在傳統(tǒng)物理學(xué)與經(jīng)典力學(xué)中沒有進化與歷史，時間僅僅是一個描述運動的幾何參量，世界演化的方向僅由經(jīng)驗決定而不是由理論來描述的。正如柏格森在《創(chuàng)造進化論》中指出，經(jīng)典力學(xué)中“變化不是別的，而是對演化的一種否認”。對此普利高津認為，盡管相對論與量子力學(xué)自身相當(dāng)革命，卻仍因襲了牛頓物理學(xué)的思想：一個靜止的宇宙，即一個存在著的、沒有演化的宇宙。然而把時間之矢同自然演化聯(lián)系在一起時就突現(xiàn)了時間的質(zhì)的規(guī)定性，使時間同方向真正地、內(nèi)在地統(tǒng)一起來，進而使自然演化的程度可以用時間來度量。當(dāng)然在演化的基礎(chǔ)上對時間之矢加以科學(xué)的系統(tǒng)的闡述則是在非平衡系統(tǒng)自組織理論提出“內(nèi)部時間”之后。

自然演化有兩個特定的方向：進化與退化，進化與退化從哲學(xué)上講同有序與無序、可逆與不可逆、對稱與破缺等范疇有十分密切的聯(lián)系。自然界的變化表現(xiàn)為過程，其有可逆與不可逆之分?？赡媾c不可逆是自然科學(xué)在研究變化過程中遇到的一種普遍現(xiàn)象?？茖W(xué)家用“熵”的增減來說明演化過程的方向。英國物理學(xué)家愛丁頓就把熵看作“時間之矢”，并堅信時間之矢的方向就是物質(zhì)系統(tǒng)的演化過程的方向。熵增就意味著系統(tǒng)從有序向無序演化。

“熵”的提出是19世紀(jì)的重大成就之一，它出自于熱力學(xué)，并經(jīng)過玻爾茲曼的統(tǒng)計解釋被移植到其它多門學(xué)科。愛因斯坦在與里茲的爭論中曾說過：熱力學(xué)箭頭是由熵增原理定義的，時間箭頭是完全同熱力學(xué)關(guān)系聯(lián)系在一起的。自然界里絕大多數(shù)是開放的系統(tǒng)，與外界有能量和物質(zhì)的交換，即外界與系統(tǒng)之間有熵流，因此也就有熵流與負熵流之分。事實也說明生命過程與負熵聯(lián)系著，負熵是導(dǎo)致生物進化的一個必要條件。薛定諤在《生命是什么》一書中提到，生命似乎是物質(zhì)的有秩序和有規(guī)律的行為，它不是完全以其從有序轉(zhuǎn)向無序的傾向為基礎(chǔ)的，而是部分地基于那種被保持著的現(xiàn)存秩序，即生命有機體是依賴負熵為生的，負熵是開放系統(tǒng)從無序向有序的進化過程的“時間之矢”。雖然熵并非能夠完美的對時間進行標(biāo)度——在與平衡態(tài)相距很遠的非平衡態(tài)中，熵的概念不再存在，——但它已足夠說明時間的方向性。 轉(zhuǎn)貼于

在熱力學(xué)第二定律提出后，達爾文提出了生物進化論學(xué)說，將演化的觀點帶入科學(xué)界，但人們很快發(fā)現(xiàn)經(jīng)典熱力學(xué)與達爾文生物學(xué)發(fā)現(xiàn)的單向過程并不一致。經(jīng)典熱力學(xué)中“時間之矢”朝下，趨向于無序狀態(tài)和隨機性；而在生物進化論中“時間之矢”朝上，趨向于在一定結(jié)構(gòu)和功能方面的組織性更高層次。對此不同的科學(xué)家們有不同的價值取向，并據(jù)此提出了不同的理論與觀點，為自然演化的進程做出了巨大的理論貢獻。1969年普利高津發(fā)現(xiàn)，在不違反熱力學(xué)第二定律的前提下，自然系統(tǒng)可以經(jīng)過自組織過程從無序演化為有序。從而使人們明白進化與退化的兩種時間之矢的沖突僅僅是一種表面現(xiàn)象，進化的系統(tǒng)是一開放系統(tǒng)，宇宙過程并不將時間之矢指向宇宙熱寂狀態(tài)。但不可否認的是在生物的進化中也有退化——局部的退化。

三、時間之矢的現(xiàn)實意義

首先，正確理解“時間之矢”有利于人們樹立正確的世界觀和方法論，防止偽科學(xué)的產(chǎn)生?！皶r間之矢”實質(zhì)就是對經(jīng)典物理學(xué)中對稱性的突破，對決定論的否定，它促進人們的思維發(fā)生了一場徹底的革命。非決定論代替了決定論使其描述的自然圖景更負有科學(xué)性與時代性。這是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果，是我們在認識世界的過程中追求新的平衡新的對稱性的必然結(jié)果，是人類認識史上的一次巨大飛躍。但我們并不否認對其的誤用亦使世界文化充斥著濃厚的相對主義與多元主義色彩，為偽科學(xué)的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)。

其次，把時間之矢納入科學(xué)描述之中，有利于對科技的正負效用產(chǎn)生正確的認識，防止對待科學(xué)技術(shù)的極端化傾向，有利于更加合理的使用科技造福人類，做到防患于未然。長期以來，由于受確定性的影響人們堅信科學(xué)規(guī)律是永恒不變的絕對真理，人們對科技關(guān)注的焦點也在于科技為人們所帶來的福利，而對于科技所附有的負面作用要么視而不見，要么認為科學(xué)能解決一切。然而事實證明了如果將時間之矢排除在科學(xué)的描述之外，表面上我們是獲得了確定的知識，但實際上他并不符合自然法則。當(dāng)然不確定性并不意味我們完全無知，科學(xué)規(guī)律顯示了它的相對真理性與內(nèi)在的不確定性，是確定性與不確定性的辨證統(tǒng)一。所以對待科技我們既不能盲目的樂觀也不能盲目的悲觀。時間之矢觀念的加強可以使我們正確認識科學(xué)規(guī)律的不確定性是實質(zhì)，從而防止對科技作用的無限夸大，認為科技能包攬和解決一切。當(dāng)然時間之矢意識的加強也有助于防止因科學(xué)規(guī)律本身的隨機性而陷入徹底的相對主義，進而盲目悲觀。

再者，時間之矢的確立能促進自然科學(xué)反省由近代科學(xué)所造成的人與自然相分離的關(guān)系格局。時間之矢的遺忘使人們把整個未來與整個過去都包含在現(xiàn)在之中，人的主體性地位被空前提高，人與自然嚴重分離，從而帶來了哲學(xué)上主體與客體的分離，也導(dǎo)致了科技文化與人文文化的不相容，所有這些都是與我們當(dāng)今所倡導(dǎo)的和諧、可持續(xù)發(fā)展的道路相違背的，所以科技與人文的融通已迫在眉睫。

總之，人類的發(fā)展與自然的演化是不可能脫離時間之矢而獨自進行的，任何否定時間之矢的行為其實質(zhì)都是企圖將世界演化的歷史性、生命的根源等排除于科學(xué)之外；都是要否定不確定性與隨機性的存在，而一味的追求單純，追求單一性。事實上“大自然喜愛單純，不愛過多因素的繁華。”（2）這僅僅是科學(xué)家們的一相情愿。而要真正走出科學(xué)確定性的迷霧，正確認識時間的真諦與世界的演化，并在認識自然與改造自然的科技活動中能自覺保持人與自然的動態(tài)平衡與和諧，牢牢樹立時間之矢的觀念是必不可少的。

注釋：

[1] 許良英等譯：《愛因斯坦文集》第三卷，商務(wù)印書館，1979年版，第507頁

[2] 彼得、

參考文獻：

[1] 陳其榮.自然哲學(xué).復(fù)旦大學(xué)出版社，2005(2).

篇10

【關(guān)鍵詞】后現(xiàn)代科學(xué)/現(xiàn)代科學(xué)范式/后現(xiàn)代知識

【正文】

近年以來，后現(xiàn)代主義沸沸揚揚，“后現(xiàn)代科學(xué)”也成為一個時髦的名詞。似有“忽如一夜春風(fēng)來”，后現(xiàn)代科學(xué)也如“梨花”盛開。問題是，后現(xiàn)代科學(xué)真能如此“盛開”嗎？本文首先考察現(xiàn)代科學(xué)具有什么樣的范式；其次，考察后現(xiàn)代科學(xué)有什么樣的特征，它的依據(jù)是什么，這些依據(jù)是否使現(xiàn)代科學(xué)范式漸趨式微？科學(xué)還要“返魅”嗎？如若不然，后現(xiàn)代科學(xué)又是在何種意義上有其價值？

1現(xiàn)代科學(xué)范式

1.1自近代以來，科學(xué)與哲學(xué)發(fā)生分離，科學(xué)與宗教神學(xué)發(fā)生決裂。經(jīng)過以伽利略、牛頓為代表的第一次科學(xué)革命和以能量守恒與轉(zhuǎn)化定律、電磁學(xué)理論為標(biāo)志的第二次科學(xué)革命，到19世紀(jì)末，確立了近代科學(xué)的基本范式。與兩次科學(xué)革命相對應(yīng)，發(fā)生了兩次工業(yè)革命，推動了科學(xué)制度、經(jīng)濟制度和社會制度的創(chuàng)新，到19世紀(jì)末，歐洲、北美基本上實現(xiàn)了現(xiàn)代化，它們?yōu)槭澜绮话l(fā)達國家展示出嶄新的未來前景。

正是在這樣一種氛圍中，值19—20世紀(jì)之交的時刻，許多著名科學(xué)家認為經(jīng)典物理學(xué)的大廈業(yè)已建立，只需對大廈作一些修補工作，晴朗的天空僅有兩朵烏云，殊不知，這兩朵烏云卻引發(fā)了20世紀(jì)初相對論、量子力學(xué)的誕生。在世紀(jì)之交早就為科學(xué)家彭加勒注意到的初始條件的敏感性，也引發(fā)了60—80年代的混沌學(xué)的誕生。相對論、量子力學(xué)和混沌學(xué)是同一水平的革命，同屬于第三次科學(xué)革命，它們從三個方面給牛頓力學(xué)施加了限制。如一位物理學(xué)家說：相對論排除了絕對空間和時間的牛頓幻覺；量子論排除了對可控測量過程的牛頓迷夢；混沌則排除了拉普拉斯決定論的可預(yù)見性的狂想?！?〕可見，第三次科學(xué)革命否定了機械自然觀。但是，第三次科學(xué)革命并沒有摧毀由第一、二次科學(xué)革命確立的科學(xué)范式，而且，它們共同構(gòu)建了現(xiàn)代科學(xué)范式。

需要指出的是，在我國一般把20世紀(jì)之前的科學(xué)稱為近代科學(xué)，20世紀(jì)之后的科學(xué)稱之為現(xiàn)代科學(xué)。但是，在西方，則通稱為現(xiàn)代科學(xué)。西方?jīng)]有近、現(xiàn)代之分，只有現(xiàn)代（modern）一詞。正如現(xiàn)代化研究專家羅榮渠指出：“在英文里（法文、西班牙文、德文、俄文等也同樣），‘現(xiàn)代’一詞至少有兩層含義：一層是作為時間尺度，它泛指從中世紀(jì)結(jié)束以來一直延續(xù)到今天的一個‘長過程’；一層是作為價值尺度，它指區(qū)別于中世紀(jì)的新時代精神與特征”。〔2〕

1.2我們首先看一下“范式”這一概念。范式（paradigm）是由科學(xué)哲學(xué)家?guī)於鳎═.Kuhn）在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》一書提出來的。庫恩沒有給范式下一個明確的定義，解釋不一。大體上是指科學(xué)共同體成員共有的研究傳統(tǒng)、理論框架、理論上和方法上的信念、科學(xué)的模型和具體運用的范例等，還包括指導(dǎo)和聯(lián)系理論體系與心理認識的自然觀或世界觀，后來他又稱之為專業(yè)基質(zhì)（disciplinarymatrix）。在庫恩看來：“‘范式’一詞，無論實際上還是邏輯上都很接近于科學(xué)共同體這個詞；反過來說，也正是由于他們掌握了共有的范式才組成了這個科學(xué)共同體”。〔3〕“科學(xué)共同體”指的是在科學(xué)發(fā)展的某一歷史時期該學(xué)科領(lǐng)域中持有共同的基本觀點、基本理論和基本方法的科學(xué)家集團。大體講，庫恩所指的“范式”包含兩方面的涵義：（1）從心理上講，它是指科學(xué)共同體所共有的信念；（2）從理論與方法上講，它是指科學(xué)共同體所共同具有的模型或框架?？茖W(xué)共同體還可分為許多級。全體自然科學(xué)家成為一個最大的科學(xué)共同體。

1.3我們認為，現(xiàn)代科學(xué)范式由以下部分組成：（1）近、現(xiàn)代自然科學(xué)家所共同擁有的信念（如科學(xué)目標(biāo)、科學(xué)的社會規(guī)范、自然觀等）；（2）建構(gòu)科學(xué)理論所必須遵從的規(guī)范和方法論原則；（3）還包括科學(xué)與技術(shù)、經(jīng)濟、社會、文化、宗教神學(xué)等的關(guān)系規(guī)范。大體講，現(xiàn)代科學(xué)范式的具體內(nèi)容主要有：

1.3.1關(guān)于科學(xué)的目標(biāo)。到18—19世紀(jì)，人們普遍形成了無誤論的觀點，即認為科學(xué)是由真命題構(gòu)成的系統(tǒng)?？茖W(xué)無誤論認為科學(xué)目標(biāo)是追求真知識，即絕對確定的可證明的知識。到20世紀(jì)，邏輯實證主義認為，科學(xué)是具有一定預(yù)言值的命題系統(tǒng)，科學(xué)的目標(biāo)旨在追求高概率的理論（命題）。波普爾則認為科學(xué)的目標(biāo)旨在提高理論的逼真度，追求逼真度更大的理論。而在者看來，科學(xué)目標(biāo)是與真理問題相聯(lián)系的。科學(xué)是一項理性的事業(yè)，其目標(biāo)是科學(xué)真理，而且科學(xué)真理是相對真理與絕對真理的統(tǒng)一。科學(xué)的目標(biāo)是不斷向絕對真理逼近。

1.3.2關(guān)于建構(gòu)科學(xué)理論所必須遵從的規(guī)范或原則。這一規(guī)范凸顯了科學(xué)理論與其它理論（或知識）相區(qū)別的根本性特征。就科學(xué)理論所遵從的規(guī)范而言，大致有預(yù)設(shè)主義和相對主義兩類觀點。預(yù)設(shè)主義是合理性的傳統(tǒng)模式，它以邏輯推理作為合理性的形式，其次以經(jīng)驗檢驗作為合理性的最終標(biāo)準(zhǔn)。譬如，邏輯經(jīng)驗主義認為，理論的評價或選擇與這個理論的形式結(jié)構(gòu)和它引出的經(jīng)驗證據(jù)有關(guān)。相對主義認為預(yù)設(shè)主義觀點極為片面。歷史主義者庫恩就說，邏輯形式與觀察實驗不能決定相對立的理論或范式，因為范式各方面的支持者都有一套彼此相異的評判標(biāo)準(zhǔn)。

盡管預(yù)設(shè)主義與相對主義相對立，但是或多或少可以接受的共同評價規(guī)范還是有的。至少，狹義地講，科學(xué)是一個陳述系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足一些基本規(guī)范。這些規(guī)范構(gòu)建了科學(xué)不同于其它人類知識的典型特征，可以稱之為建構(gòu)科學(xué)理論體系的基本原則。這些原則具體包括：內(nèi)在一致性（理論的邏輯無矛盾），可檢驗性（經(jīng)驗實證性），解釋性（預(yù)見性，特別是能預(yù)見新的不同類的科學(xué)事實），邏輯簡單性等。這些原則實際上反映了科學(xué)理性的基本內(nèi)核。

1.3.3關(guān)于構(gòu)建科學(xué)理論的方法論原則。為什么要選擇這樣一種方法或規(guī)則，而不選擇別的？這關(guān)涉到科學(xué)方法的根據(jù)。預(yù)設(shè)主義堅持方法論的一元論，認為科學(xué)方法論作為科學(xué)的邏輯是一套對科學(xué)進行邏輯分析的元科學(xué)，它給出一切理論都應(yīng)具有的永恒不變的公理結(jié)構(gòu)，即注重邏輯形式而不關(guān)注內(nèi)容。與此相反，相對主義堅持方法論的多元論。歷史主義認為，重要的不是科學(xué)形式，而是科學(xué)的內(nèi)容，其原因在于科學(xué)的一切隨社會文化條件而轉(zhuǎn)移。我們認為，科學(xué)方法論應(yīng)當(dāng)在一元與多元、變與不變之間保持適當(dāng)?shù)膹埩?。雖然科學(xué)方法隨科學(xué)的發(fā)展而變化，但是一些基本的科學(xué)方法卻沒有多大的變化，只是在科學(xué)發(fā)展的不同時期凸現(xiàn)了不同的科學(xué)方法?？茖W(xué)愈向高級階段發(fā)展，其抽象性愈高，假設(shè)一演繹法愈受到重視。

1.3.4關(guān)于科學(xué)的社會規(guī)范?？茖W(xué)的社會規(guī)范支配著所有從事科學(xué)活動的人，同時成為科學(xué)活動的行為規(guī)范。倘若沒有這些規(guī)范，就無法產(chǎn)生重要的科學(xué)問題，無法評價科學(xué)活動的成果，獎勵卓有成效的科學(xué)家。科學(xué)的社會規(guī)范主要有：普遍性、競爭性、公有性、誠實性和合理的懷疑性?？茖W(xué)的社會規(guī)范被默頓（R·Merton）稱之為科學(xué)的精神氣質(zhì)。他指出：“科學(xué)的精神氣質(zhì)是有感情情調(diào)的一套約束科學(xué)家的價值和規(guī)范的綜合。這些規(guī)范用命令、禁止、偏愛、贊同的形式來表示。它們借助于習(xí)俗的價值而獲得其合法地位。這些通過格言和例證來傳達、通過法令而增強的規(guī)則在不同程度上被科學(xué)家內(nèi)在化了，于是形成了他的科學(xué)良心”。〔4〕科學(xué)的社會規(guī)范構(gòu)成了科學(xué)區(qū)別于人類其它活動的基本特征。

1.3.5關(guān)于科學(xué)與宗教神學(xué)之間的關(guān)系。盡管科學(xué)與宗教神學(xué)之間的關(guān)系較為復(fù)雜，但是科學(xué)體系與上帝、神毫無關(guān)系?，F(xiàn)代科學(xué)是與“自然的祛魅”（disenchantment）相聯(lián)系的。所謂“自然的祛魅”，按后現(xiàn)代主義者格里芬（D·R·Griffin）的說法，“它意味著否認自然具有任何的主體性、經(jīng)驗和感覺”。〔5〕雖然人類文明初期的許多知識被宗教神學(xué)家篡改，為其神學(xué)目的服務(wù)，但是，具體的宗教教義是和相關(guān)科學(xué)的結(jié)論或原理相沖突的。羅素指出：“神學(xué)與科學(xué)的沖突，也就是權(quán)威與觀察的沖突”。〔6〕科學(xué)與宗教的本質(zhì)區(qū)別在于科學(xué)的實證性與宗教的信仰性，二者是難以簡單調(diào)和的。

1.3.6關(guān)于科學(xué)與政府之間的關(guān)系。自近代科學(xué)以來，科學(xué)與政府的關(guān)系日趨緊密。特別是20世紀(jì)以來，科學(xué)已向人類社會的各個領(lǐng)域全面滲透，知識經(jīng)濟的來臨，科學(xué)技術(shù)成為第一生產(chǎn)力，科學(xué)與政府權(quán)力日益整合。科學(xué)的問題在很大程度上已是一個政府的問題。沒有政府的贊助，科學(xué)難以發(fā)展。政府的不正當(dāng)要求也會使科學(xué)迷失方向，甚至墮落。因此，科學(xué)的合法發(fā)展要由合法性的政府來規(guī)范。但是，當(dāng)代合法的政府卻存在合法性危機（如政治危機、經(jīng)濟危機和文化危機等等），為此，需要各國政府和國際社會一道制定合理的規(guī)范制約政府的行為，保證科學(xué)的合理合法的發(fā)展，保證科學(xué)指向人類進步的向度。

以上我們僅論及了現(xiàn)代科學(xué)規(guī)范的幾個主要方面，其中1.3.1、1.3.2、1.3.3三節(jié)構(gòu)成了科學(xué)的內(nèi)在規(guī)范，1.3.4、1.3.5、1.3.6三節(jié)構(gòu)成了科學(xué)的外在規(guī)范。內(nèi)在規(guī)范中1.3.2，即“建構(gòu)科學(xué)理論所必須遵從的規(guī)范或原則”凸顯了科學(xué)理論與其它人文知識的本質(zhì)區(qū)別，界定了科學(xué)理論的本質(zhì)規(guī)定性，換言之，它是現(xiàn)代科學(xué)范式的核心，是硬核，難以改變?？茖W(xué)的內(nèi)在規(guī)范是科學(xué)范式的主要方面，對科學(xué)的發(fā)展起決定性作用；外在規(guī)范是次要方面，非本質(zhì)的。但是，在一定條件下，外在規(guī)范也可能對科學(xué)的發(fā)展起決定性作用。

2后現(xiàn)代科學(xué)可以成立嗎？

2.1西方發(fā)達資本主義國家自50年代向后工業(yè)社會過渡，60年代出現(xiàn)了后現(xiàn)代主義思潮。90年代在我國，后現(xiàn)代主義也大行其道。當(dāng)代主要后現(xiàn)代主義哲學(xué)家的理論各有特點，雖有沖突，但是，他們主要從哲學(xué)層面出發(fā)，其共同點體現(xiàn)在：反對（否定、超越）傳統(tǒng)形而上學(xué)、體系哲學(xué)、心物二元論、基礎(chǔ)主義、本質(zhì)主義、理性主義、人類中心主義、一元論和決定論等，可稱為否定性或解構(gòu)性的后現(xiàn)代主義。與此相反，格里芬等人則從人與世界、人與自然的關(guān)系問題，在很大程度上是從科學(xué)的層面出發(fā)，探討更為廣泛的問題，倡導(dǎo)建設(shè)性的后現(xiàn)代主義，主張人與世界、物質(zhì)與意識、價值與事實、真與善與美的統(tǒng)一，主張科學(xué)應(yīng)當(dāng)“返魅”（reenchantment）。這些觀點較為集中地反映在由格里芬主編的《后現(xiàn)代科學(xué)—科學(xué)魅力的再現(xiàn)》一書中。參加此書撰寫的學(xué)者既有科學(xué)家，也有從事神學(xué)、靈學(xué)研究的學(xué)者。其中包括著名物理學(xué)家大衛(wèi)·玻姆（DavidBohm）。凡了解量子力學(xué)的讀者一定會知道玻姆，他的思想極為深刻。比如，在著名物理學(xué)家愛因斯坦與玻爾關(guān)于量子力學(xué)是否完備的論戰(zhàn)中，愛因斯坦等人于1937年提出了一個關(guān)于坐標(biāo)與動量關(guān)聯(lián)的理想的EPR實驗來反駁玻爾。50年代玻姆則從自旋的三個分量著手提出了具有可操作性的自旋EPR實驗方案。目前EPR的檢驗仍然是物理學(xué)的前沿之一，直接涉及到量子力學(xué)是否完備這一重大問題。（參見吳國林《從微觀物質(zhì)開放性角度審視ERP佯謬》，《科學(xué)技術(shù)與辯證法》，1997年第1期）。

2.2近年來后現(xiàn)代主義之所以能夠迅速傳播，就在于人們對現(xiàn)代性愈來愈不滿足。譬如，當(dāng)代有人口問題、資源問題、環(huán)境問題、兩次世界大戰(zhàn)帶來的巨大災(zāi)難等等。就中國而言，自1978年改革開放以來，一方面，經(jīng)濟高速增長，經(jīng)濟“軟著陸”成功；另一方面，中國的生態(tài)環(huán)境迅速惡化。隨著計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，人們的思想觀念也發(fā)生了相當(dāng)大的變化。對外開放使外域之風(fēng)也迅速吹向國內(nèi)?？傊?，種種因素使后現(xiàn)代主義在我國迅速傳播，這也表明了國人對我國正在進行的現(xiàn)代化運動的急切關(guān)注和深思。

無疑，外域之風(fēng)并非都是清新馨香的，保持謹慎的批判態(tài)度是必要的，只有如此，我們才能更好地建設(shè)我國的現(xiàn)代化與信息化。實際上，許多西方學(xué)者早就注意到，晚期資本主義文化領(lǐng)域完全滲透了資本和資本的邏輯，滲透了商品的邏輯，而且，晚期資本主義文化正向全球蔓延，對于經(jīng)濟落后的第三世界國家極為不利。西方者杰姆遜（F·Jameson）就指出：“中國讀者也應(yīng)該抵制后現(xiàn)代社會的某些特征，其實也就是晚期（資本主義），但同樣是徹頭徹尾的資本主義文化邏輯的一部分，這些特征從內(nèi)容到形式完全溶入到商品生產(chǎn)和消費中，盡管具有新的類型”。〔7〕

2.3在當(dāng)代，科學(xué)或知識或信息的作用日益凸顯。80年代經(jīng)濟學(xué)家羅默（P·Romer）、盧卡斯（R·Lucas）等人提出了新經(jīng)濟增長理論，知識成為內(nèi)生變量，知識內(nèi)在地推動經(jīng)濟發(fā)展。1996年經(jīng)合組織第一次明確提出了知識經(jīng)濟是以知識為基礎(chǔ)的經(jīng)濟，人類將步入一個以知識資源的占有、配置、生產(chǎn)、分配和消費為最重要因素的經(jīng)濟時代。我國業(yè)已制定的《技術(shù)創(chuàng)新工程》、《211工程》，《知識創(chuàng)新工程》正處于試點階段。無疑，推動經(jīng)濟增長最重要的知識是科學(xué)知識，其根源是科學(xué)。所謂科學(xué)，就是系統(tǒng)化的知識；反過來，知識則不一定是系統(tǒng)化的。知識包括人文知識與科學(xué)知識。一般所指的科學(xué)，是指自然科學(xué)。自然科學(xué)具有實證性?？茖W(xué)與知識的區(qū)別在于，科學(xué)是系統(tǒng)化的實證性的知識，而且如前所述現(xiàn)代科學(xué)已形成了自身的范式，這一范式也沒有因為后現(xiàn)代主義思潮發(fā)生突變。

2.4雖然，早在19世紀(jì)之前就發(fā)生過反現(xiàn)代運動，如始于19世紀(jì)初的浪漫主義者和盧德派的反現(xiàn)代運動。1755年盧梭在其專著《論人類不平等的起源和基礎(chǔ)》一書中對科學(xué)和藝術(shù)，進而對整個人類的文明進步，都持否定態(tài)度。本世紀(jì)法蘭克福學(xué)派也對科學(xué)技術(shù)進行過批判。他們把科學(xué)技術(shù)看作新的意識形態(tài)，認為科學(xué)技術(shù)具有壓抑人、統(tǒng)治人的功能。馬爾庫塞主張要徹底否定科學(xué)技術(shù)成果。但是，當(dāng)前后現(xiàn)代主義的反現(xiàn)代情緒比以往任何時候都要普遍和強烈。如果說后現(xiàn)代主義可以概括為格里芬所言：“它指的是一種廣泛的情緒而不是任何共同的教條——即一種認為人類可以而且必須超越現(xiàn)代的情緒”。“后現(xiàn)代世界是一種新的科學(xué)、一種新的精神和一種新的社會”。〔8〕那么，具有嚴格規(guī)范要求的“科學(xué)”如何可能與后現(xiàn)代主義“情緒”相調(diào)適呢？

2.4.1在格里芬等人看來，后現(xiàn)代科學(xué)應(yīng)當(dāng)有什么特征呢？他們反對科學(xué)必然和一種“祛魅”的世界觀相聯(lián)盟，其中沒有宗教意義和道德價值，即頑固的自然主義。主張靈活的自然主義，即認為“自由、價值的客觀實在性，神在世界中作用（通過它的作用，價值才得以在我們生活中產(chǎn)生影響）、生態(tài)倫理以及對泛心理學(xué)，如超感觀視覺、心靈感應(yīng)以及中國氣功師的外氣發(fā)放等問題的研究，甚至死后生命問題等等，都占有一席之地”?！?〕一言以蔽之，后現(xiàn)代科學(xué)的特征大致可概括為：整體論和有機論。

2.4.2在格里芬看來，后現(xiàn)代科學(xué)背離了與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的機械論和還原論的世界觀，根源于科學(xué)本身實質(zhì)性的進展。的確，玻姆發(fā)展了一種隱變量的量子理論，提出了一個包含環(huán)境信息的量子勢概念，由此他認為：“世界不能真正分解成彼此分離的部分，而必須把它看成一個不可分的統(tǒng)一體，其分離部分的出現(xiàn)，只是作為一種僅僅在經(jīng)典極限下才有效的近似”。“從量子尺度看，宇宙是一個不可分的整體，它不能真正看成是由彼此分離的獨立部分構(gòu)成的?！薄?0〕從物理上講，這是正確的。后來，他又提出了顯序和隱序概念，他認為，整體包含于每一部分之中，部分被展開成為整體。無疑，這已是物理哲學(xué)的概括了。在玻姆看來，“后現(xiàn)代物理學(xué)，廣而言之，后現(xiàn)代科學(xué)”，“不應(yīng)將物質(zhì)與意識割裂開來，因而也不應(yīng)將事實、意義及價值割裂開來”。〔11〕這只能是更有哲學(xué)意味了。誠然，近代科學(xué)以機械論、還原論為特征，現(xiàn)代科學(xué)以整體論為特征。且不說，在西文意義上，近代科學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)是同一概念，僅以科學(xué)史來看，是先有科學(xué)實驗、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科學(xué)理論，后有科學(xué)世界觀。換言之，還原論、整體論都是從近現(xiàn)代科學(xué)中抽象出來的，它只能看作科學(xué)理論的次級意義或社會意義。事實上，還原論、整體論也只能算作科學(xué)的外在規(guī)范，是非本質(zhì)的，并不能構(gòu)成對科學(xué)內(nèi)在規(guī)范（核心）的重大沖擊。而且整體論也不是拋棄還原論的整體論，而是建立在還原論基礎(chǔ)上的整體論。當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的客觀事實是，實踐中的科學(xué)家在某種意義上都是還原論者，進行還原嘗試的方法仍然極富成果。〔12〕

2.4.3后現(xiàn)代的有機論認為，所有原初的個體都是有機體，都具有哪怕是些許的目的因。原初的有機體可以被組織成兩種形式：（1）一個是復(fù)合的個體，它產(chǎn)生于一個無所不包的主體，（2）一個是非個體化的客體，它不存在統(tǒng)一的主體性。動物屬第一類。石頭屬第二類。后現(xiàn)代的有機論認為，不存在什么本體論的二元論，但存在著一種組織的二元論?！?3〕我們認為這一觀點是站不住腳的。按后現(xiàn)代的有機論看來，宇宙的原初總應(yīng)當(dāng)看作一個有機體吧！總應(yīng)包含些許的目的因吧！但是，描述宇宙原初的物質(zhì)狀態(tài)，是用宇宙波函數(shù)表達的。宇宙波函數(shù)僅有引力場和物質(zhì)場。當(dāng)代著名的理論物理學(xué)家、宇宙學(xué)家霍金（S·W·Hawking）發(fā)展的“無邊界”量子宇宙學(xué)已粗略地給出了宇宙的創(chuàng)生與演化過程。實質(zhì)上，它否定了任何目的論、否定了上帝或神秘力量的存在。正如卡爾·薩根在為霍金的名著《時間史之謎》一書中所做的“導(dǎo)言”中指出：“這還是一本關(guān)于上帝……或許關(guān)于上帝不存在的書”?！罢缁艚鹈鞔_指出的，他試圖理解上帝的思想。這使他的努力所得的結(jié)論越加出人意料之外，至少到目前為止是如此：一個沒有空間邊緣、沒有時間起點或終點，以及沒有上帝可做事情的宇宙”?！?4〕

2.4.4克里普納（S·Krippner）在《靈學(xué)與后現(xiàn)代科學(xué)》一文中說：“不僅量子論指出無法區(qū)分一個‘觀察者’和一個‘被觀察者’，而且它還可以通過將意識完全并入科學(xué)研究的主流中來而得到解釋”。雖然在量子力學(xué)的觀察者與被觀察者關(guān)系上有許多爭論，但是，觀察者也沒有將自己的意識并入量子過程中。事實上，觀察者是宏觀物體，量子過程是微觀過程，兩者之間有本質(zhì)區(qū)別。量子現(xiàn)象是微觀客體與宏觀外界共同作用的結(jié)果。物理學(xué)家玻姆曾明確指出：“我不認為精神對原子有重要的效應(yīng)，至少人類精神對原子沒有影響”?！?5〕與玻姆長期合作的海利（B·Hiley）教授認為：“我不明白為何在現(xiàn)階段需要把精神引入到物理學(xué)中來”?，F(xiàn)在用量子勢來表達，就不會陷入量子理論的多宇宙解釋所造成的精神介入困境?！?6〕

2.4.5格里芬認為，自然的祛魅的一個深刻而主要的特征是否認“遠距離作用”。韋伯在形容祛魅一詞時，含有“驅(qū)除魅力”的含義。機械論的中心內(nèi)容就是否定自然事物有任何吸引其它事物的隱匿（神秘）的力量?！?7〕事實上，從已有的關(guān)于EPR實驗的結(jié)果來看，絕大多數(shù)支持量子力學(xué)是完備的，這也意味著量子力學(xué)中波函數(shù)之間的聯(lián)系是瞬時的，也即是遠距離作用；玻姆倡導(dǎo)的非定域的量子勢概念也是遠距離作用的?？梢姡瑥奈锢砩现v，微觀客體可以存在“遠距作用”，盡管現(xiàn)代物理學(xué)（如粒子物理學(xué)）仍然建立在近距作用基礎(chǔ)上?？茖W(xué)的一個基本原則是用自然說明自然，否認任何神秘作用。由EPR實驗所表征的“遠距作用”與靈學(xué)中的超心理現(xiàn)象、心靈致動、“中國大氣功師”所宣稱的“他心通”、“遙視”等“特異功能”的“遠距作用”具有本質(zhì)區(qū)別?？茖W(xué)堅持重復(fù)檢驗原則，一個科學(xué)事實是可以在相同的實驗條件和實驗程式下重復(fù)出現(xiàn)，至少存在相當(dāng)高的概率。一個事實不能得到較高概率或重復(fù)出現(xiàn)就不能被證認為科學(xué)事實?！?8〕靈學(xué)中宣稱的心靈感應(yīng)、氣功中的“特異功能”幾乎沒有在科學(xué)的嚴格規(guī)范下重復(fù)出現(xiàn)，“大師”們也沒有顯出比常人有更大的本領(lǐng)。然而靈學(xué)家、大氣功師們卻把結(jié)果的不可重復(fù)歸因于：心不誠則不靈，有人干擾氣場，沒有進入氣功狀態(tài)等，無疑這是遁詞。可見，科學(xué)不是簡單肯定或否定遠距作用，科學(xué)必須建立在具有可重復(fù)性檢驗的科學(xué)事實上。不可重復(fù)的事實，其真?zhèn)涡詿o法判定，由此彰顯了科學(xué)與靈學(xué)的區(qū)別。

2.5如果說后現(xiàn)代科學(xué)是可能的，那么后現(xiàn)代科學(xué)的范式是什么呢？格里芬在《論心與分子：心身相關(guān)宇宙中的后現(xiàn)代醫(yī)學(xué)》一文中有所表達。在他看來，二元論和唯物論是17世紀(jì)以來統(tǒng)治現(xiàn)代社會的兩種范式，可具體歸納為：客觀論、現(xiàn)象論、移動論、機械決定論、還原論和感覺論，這樣一來，世界的基本構(gòu)成要素是“空洞的實在”，全然不存在內(nèi)在的實在、感知或經(jīng)驗、主觀性、目的以及一切的內(nèi)在的生成。但是，這種論點是可疑的。由此，格里芬提出了后現(xiàn)代范式的依據(jù)——泛經(jīng)驗論，用以表述后現(xiàn)代科學(xué)的基本性格和方向。

2.5.1格里芬的泛經(jīng)驗論建立在懷特海和哈茨霍恩哲學(xué)的基礎(chǔ)之上，是一種后現(xiàn)代的有機選擇論。泛經(jīng)驗論的具體要點可概括為：（1）每一實際存在都是一個實際活動，亦被稱為一個經(jīng)驗活動。（2）自為的經(jīng)驗是一個作為主體的事件。事件作為主體，它被涉入一個簡短的生成過程中。作為主體的經(jīng)驗活動將感受（肉體性）與自決（精神性）結(jié)合在一起。（3）一個客體就是一個原本實質(zhì)上的主體事件，主體與客體的不同僅表現(xiàn)在時間上。（4）“心”與“分子”是一系列先主體后客體的事件。它們之間的差異只是程度上的差異，而不是是否具有經(jīng)驗這種絕對的差異。（5）每一種永恒的事物都是一個由一系列迅速發(fā)生的事件所組成的時間上的“群集”。事件是最基本的個體。一個事件的“運動”不是移動，而是內(nèi)部生成。（6）內(nèi)部生成是第一性的，移動是派生的。（7）每一新的經(jīng)驗都是產(chǎn)生于許多經(jīng)驗之上的集合體。合眾為一是經(jīng)驗的終極實質(zhì)。實際上，它就是宇宙的終極原因。（8）實在是完完全全群集的，不存在只保持其本來面目的永恒的實在，存在的僅是事件和事件的群集。（9）每一層次的個體都是有機體的一個層次。心理學(xué)和生物學(xué)研究較高層次的有機體。人類是具有等級結(jié)構(gòu)的有機體：是有機體的有機體的有機體?！?9〕據(jù)此，格里芬斷言，心會受到身體內(nèi)一切活動的影響，同時，身體內(nèi)的一切活動也會受到心的影響——這是與現(xiàn)代范式截然不同的看法。

2.5.2不難看出，泛經(jīng)驗論是有一定啟發(fā)意義的，是一種后現(xiàn)代性質(zhì)的本體論。正如格里芬自己承認：“當(dāng)然，泛經(jīng)驗論是有一種未被證實的假設(shè)”。但是他又認為：“低級存在不具有任何形式的經(jīng)驗的觀點亦未被證實。驗證每一假設(shè)的途徑只能是考察這一假設(shè)所導(dǎo)致的結(jié)論”?！?0〕中國幾千年的氣功實踐，無疑證明了心和身是相關(guān)的，但是，要把人類具有的經(jīng)驗內(nèi)涵泛化到分子也具有經(jīng)驗，顯然是外延太大了。不僅在邏輯上是不成立的，而且在科學(xué)實踐中也沒有被證實。我們知道，一個科學(xué)理論除了滿足邏輯一致、經(jīng)驗實證性和解釋性之外，還有一個重要的標(biāo)志：科學(xué)理論必須能夠預(yù)見新的不同類的科學(xué)事實，而且愈多愈好。比如，愛因斯坦的廣義相對論，首先預(yù)言了光線彎曲，這與“光線為直線”的日常經(jīng)驗不一致，是一類新的經(jīng)驗。后來，廣義相對論還預(yù)見了雷達回波延遲、黑洞等新的物理現(xiàn)象。那么，泛經(jīng)驗論的推論又預(yù)見了什么新的事實呢？用泛經(jīng)驗論可以解釋醫(yī)學(xué)中業(yè)已存在的心身相關(guān)問題，并沒有什么特別之處，它能否在物理、化學(xué)等無生命物質(zhì)世界邏輯地預(yù)見一個新的事實呢？顯然，目前沒有這樣的事例。我相信，今后也不會出現(xiàn)。因此，泛經(jīng)驗論也只能是一種哲學(xué)思辨式的無根的假設(shè)，而不是一個具有可檢驗性的科學(xué)假設(shè)。可見，企圖建立于泛經(jīng)驗論這一基礎(chǔ)之上的后現(xiàn)代科學(xué)，無異于空中樓閣。不僅結(jié)不了果，甚至連花也開放不了。

2.6后現(xiàn)代科學(xué)空疏的根本原因在于，現(xiàn)代科學(xué)范式?jīng)]有突變，現(xiàn)代科學(xué)沒有發(fā)生危機。

2.6.1牛頓的第一次科學(xué)革命確立了機械論自然觀思想，第二次科學(xué)革命確立了世界是聯(lián)系的發(fā)展的辯證的自然觀，第三次科學(xué)革命否定了機械論自然觀、否定了自然的不變性和預(yù)成性，否定了決定論和確定性，代之以世界的生成性和不確定性，凸顯了不確定性的重要地位。雖然從第一次、第二次到第三次科學(xué)革命，自然觀上有較大的變化，也就是說，現(xiàn)代科學(xué)的某些外在規(guī)范發(fā)生了變化，但是，科學(xué)的內(nèi)在規(guī)范——現(xiàn)代科學(xué)范式的核心部分（如建構(gòu)科學(xué)理論的規(guī)范或原則等）——卻沒有受到?jīng)_擊，經(jīng)受住了科學(xué)發(fā)展的檢驗。

2.6.2就現(xiàn)代科學(xué)自身而言，特別是帶頭科學(xué)——物理學(xué)與生物學(xué)，它們不僅沒有危機發(fā)生，反而生機一片，有力地促進了信息社會、知識經(jīng)濟時代的來臨。按照庫恩的科學(xué)發(fā)展模式：常規(guī)科學(xué)危機科學(xué)革命新的常規(guī)科學(xué)……。只有現(xiàn)代科學(xué)發(fā)生危機，科學(xué)革命才能發(fā)生。如果說現(xiàn)代科學(xué)有危機發(fā)生，至多只能說有危機的征兆（主要是指外在規(guī)范問題），而沒有沖擊現(xiàn)代科學(xué)范式的內(nèi)在規(guī)范。既然現(xiàn)代科學(xué)范式?jīng)]有本質(zhì)的危機，那么科學(xué)革命就不可能發(fā)生，亦即不可能發(fā)生從舊范式向新范式的過渡。

2.6.3僅僅依持科學(xué)規(guī)范發(fā)生的某些變化，僅僅停留在“祛魅”、“返魅”、“物質(zhì)有痛苦”、“磁石有靈魂”等詞語的編排上，顯然是不可能符咒般地呼喚出后現(xiàn)代科學(xué)。既然如此，又為何極力呼喊后現(xiàn)代科學(xué)呢？難道我們還不能洞見到文化中滲透了商品的邏輯嗎？

2.7我們認為，在后現(xiàn)代主義思潮中，后現(xiàn)代科學(xué)更多的是一種哲學(xué)觀念。例如，玻姆在《后現(xiàn)代科學(xué)和后現(xiàn)代世界》一文中，提出了后現(xiàn)代物理學(xué)。他說，相對論與量子力學(xué)的共同點是同意宇宙是一個完整的整體，量子論的數(shù)學(xué)定律可以被理解為對整體運動的描述，在這一整體運動中，部分被展開為整體。后現(xiàn)代物理學(xué)應(yīng)從整體出發(fā)?！?1〕可見，玻姆的后現(xiàn)代物理學(xué)也只是一個思路，沒有具體的操作意義，對量子力學(xué)的重新理解也不過是變換了一個視角。法國哲學(xué)家利奧塔（J·F·Lyotard）在《后現(xiàn)代狀態(tài)——關(guān)于知識的報告》一書中也談到后現(xiàn)代科學(xué)，他說：“后現(xiàn)代科學(xué)本身發(fā)展為如下的理論化表述：不連續(xù)性、突變性、非矯正性以及佯謬。后現(xiàn)代科學(xué)對以下事物關(guān)切備至：不可決定的、精確控制的極限、以不完全信息表征的沖突、破碎的、突變和語用學(xué)悖論等”?！?2〕這些特征是與量子力學(xué)、突變論、混沌學(xué)、耗散結(jié)構(gòu)論等有明顯的聯(lián)系，但是，這些學(xué)科卻都是屬于現(xiàn)代科學(xué)，而不是后現(xiàn)代科學(xué)。因此，我寧愿把現(xiàn)在所謂的“后現(xiàn)代科學(xué)”稱之為“后現(xiàn)代知識”，即在現(xiàn)代科學(xué)范式下可以合理存在著后現(xiàn)代知識，后現(xiàn)代知識以不確定性為標(biāo)志。其原因在于：科學(xué)是一種嚴格的體系，有一定的穩(wěn)定性和確定性，而知識則不一定，可以沒有體系要求。目前所稱的“后現(xiàn)代科學(xué)”更沒有什么體系可言，只是一種哲學(xué)式的假設(shè)罷了。從科學(xué)的角度看，后現(xiàn)代知識可以從1927年量子力學(xué)不確定性原理的提出作為肇始的標(biāo)志。到50年達資本主義國家向后工業(yè)社會過渡之時，后現(xiàn)代知識才成為浩浩江河，特別是90年代知識經(jīng)濟的出現(xiàn)，后現(xiàn)代知識已勢不可擋。〔23〕

3結(jié)語

盡管后現(xiàn)代科學(xué)難以成立，但是，后現(xiàn)代科學(xué)力圖克服現(xiàn)代科學(xué)種種弊端，以達澄明之境；后現(xiàn)代科學(xué)對人類發(fā)展所表現(xiàn)出的深切關(guān)懷和焦慮，因此，它是有意義的。然而，有意義的東西不一定要冠之以“科學(xué)”稱謂，不如稱之為“后現(xiàn)代知識”。要使后現(xiàn)代科學(xué)真正成為可能，不僅需要哲學(xué)家、宗教學(xué)家等人文學(xué)者的努力，而且更重要的是，現(xiàn)代科學(xué)自身已發(fā)生了危機、發(fā)生了范式嬗變；不僅要有概念變革的先行，而且要有實踐運作的科學(xué)具體操作層面的突變，要有科學(xué)方法的變革。目前看來，后現(xiàn)代科學(xué)所具有的意義，或許從觀念逐漸浸潤的視角加以評價更為恰當(dāng)些，而操作意義上的工作還遠沒有展開。而這種展開目前看不見明顯的征兆。

在我看來，在現(xiàn)代科學(xué)范式下，人類仍有現(xiàn)實的可行策略，即通過“立法”——制度創(chuàng)新——來化解現(xiàn)代科學(xué)帶來的弊端，減少現(xiàn)代科學(xué)帶來的不確定性。在科學(xué)如此發(fā)達的今天，人類可以通過各國政府及政府間的合作達成某些共識，利用人類文化（包括宗教、倫理等）的精粹，構(gòu)建若干科學(xué)規(guī)范——“科學(xué)法”——規(guī)導(dǎo)現(xiàn)代科學(xué)，使科學(xué)更好地為人類社會的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)?！?4〕從某種意義上講，這或許是一種現(xiàn)代科學(xué)范式下的“后現(xiàn)代知識”狀態(tài)。也正是中國當(dāng)前所需要的有益的“后現(xiàn)代”策略。

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