用量子力学的知识阐述一个物理现象或一个自然现象或一个神话或传说的物理原理和你的观点.,这是我们量子力学课要做的论文,哪位能帮下忙啊,
来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/12/26 08:42:02
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量子力学(Quantum Mechanics)是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科,它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础.量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用.
像拉一根铁丝很难拉断,就是因为铁分子之间有引力!
“烟消云散”跟分子的热运动有关!
塞曼效应,斯塔克效应,斯特恩-盖拉赫实验。
晕,课题成果咋会随便给呢?四百元一份,买吗?
量子力学是当代科学发展中最成功、也是最神秘的理论之一。其成功之处在于,它以独特的形式体系与特有的算法规则,对原子物理学、化学、固体物理学等学科中的许多物理效应和物理现象作出了说明与预言,已经成为科学家认识与描述微观现象的一种普遍有效的概念与语言工具,同时也是日新月异的信息技术革命的理论基础;其神秘之处在于,与其形式体系的这种普遍应用的有效性恰好相反,量子物理学家在表述、传播和交流他们对量子理论的基...
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量子力学是当代科学发展中最成功、也是最神秘的理论之一。其成功之处在于,它以独特的形式体系与特有的算法规则,对原子物理学、化学、固体物理学等学科中的许多物理效应和物理现象作出了说明与预言,已经成为科学家认识与描述微观现象的一种普遍有效的概念与语言工具,同时也是日新月异的信息技术革命的理论基础;其神秘之处在于,与其形式体系的这种普遍应用的有效性恰好相反,量子物理学家在表述、传播和交流他们对量子理论的基本概念的意义的理解时,至今仍未达成共识。量子物理学家在理解和解释量子力学的基本概念的过程中所存在的分歧,不是关于原子世界是否具有本体论地位的分歧,而是能否仍然像经典物理学理论那样,把量子理论理解成是对客观存在的原子世界的正确描述之间的分歧。
以玻尔为代表的传统量子物理学家在创立了量子力学的形式体系之后,并不追求从量子测量现象到量子本体论的超越中提供一种本体论的理解。而是在认识论和现象学的意义上做文章。玻尔认为,观察的“客观性”概念的含义,在原子物理学的领域内已经发生了语义上的变化。在这里,客观性不再是指对客体在观察之前的内在特性的揭示,而是具有了“在主体间性的意义上是有效的”这一新的含义。这种把“客观性”理解成是“主体间性”的观点,在认识论意义上,所隐藏的直接后果是,使“客观性”概念失去了与“主观性”概念相对立的基本含义,从而使量子力学成为支持科学的反实在论解释的一个重要的立论依据。与此相反,近几十年发展起来的多世界解释,试图以多元本体论的假设为前提,恢复对客观性概念的传统理解;玻姆的本体论解释则是以粒子轨道与真实波的二元论假设为代价,把测量过程中的整体性特征归结为是量子势的性质。这两种解释虽然在理解量子测量现象时坚持了传统实在论的立场。但是,这些立场的坚持是以在量子力学中增加某些额外的假设为代价的。这正是为什么近几十年来,反思与研究量子力学与量子测量的概念基础问题,成为不计其数的论著和论文所讨论的中心论题的主要原因所在。
到目前为止,在量子物理学家的心目中,微观客体的非定域性特征和量子测量的非分离性特征已经成为不争的事实。如果我们站在科学哲学的立场上,像当初接受量子统计性一样,也接受量子力学描述的微观系统的这种整体性特征。那么,量子测量过程中被测量的系统与测量仪器(包括观察者在内)之间的整体性关系将会意味着,在微观领域内,我们所得到的知识,事实上,总是与观察者密切相关的知识。这个结论显然与长期以来我们所坚持的真理符合论的客观标准不相容。因此,接受量子力学的整体性特征,就意味着放弃真理符合论的标准,需要对传统实在论的核心概念——理论和真理的性质与意义——进行重新理解。这样,现在的问题就变成是,能否在接受量子力学的统计性和整体性特征的前提下,阐述一种新的实在论观点呢?如果答案是否定的,那么,科学实在论将永远不可能得到辩护;如果答案是肯定的,那么,与理论的整体性特征相协调的实在论是一种什么样的实在论呢?这正是本文所关注的主要问题所在。
然而,这种以真命题的多少来衡量理论的逼真度的方法,似乎没有办法回答诸如下面的那些问题:如果一个理论最后被证明是与事实不相符,那么,这个理论怎么可能接近真理呢?比如说,在当前的情况下,量子场论还是一个不成熟的理论,它在未来一定会被加以修改,那么,我们能够说,量子场论不如牛顿力学与事实更相符吗?此外,“符合事实”这个概念也会遇到同样的问题:如果某个理论根本就是错误的,我们又怎能说,它与事实符合的更好或更糟呢?也许有些在表面上曾经显示出具有某种逼真性的理论,实际上,它却在根本意义上就是错的。例如,化学中的“燃素说”、物理学中的“地心说”,等等,这些理论都曾经在科学家的实际工作中,起到过积极的作用。但是,后来的发展证明,它们都是错误的假说。另一方面,这种方法还无法解释为什么在前后相继的理论中使用的同一个概念,却具有不同的内涵这样的问题。例如,经典物理学中的质量概念不同于相对论力学中的质量概念;量子力学的中微观粒子概念也比经典物理学中的粒子概念拥有更丰富的内涵。库恩在阐述他的科学进步的范式论模式时,为了避免上述问题的出现,走向了彻底的相对主义。
如果我们用强调理论描述的物理模型与世界之间的相似性比较,取代理论中包含的真命题的比较来理解理论的逼真性,那么,上述问题就很容易得到解决。在特定的语境中,并存着的相互竞争的理论,分别描绘出几个相互竞争的可能世界,这些可能世界与真实世界之间的相似程度决定理论的逼真性。逼真度越高的理论,将会越客观、越接近于真理。真理是理论的逼真度等于1时的一种极限情况。例如,牛顿力学比伽里略的力学更接近真理的真正理由是,因为牛顿物理学所描绘的世界模型比伽里略物理学所描绘的世界模型与真实世界更相似。而不应该把这个结论替换成是,在每一个方法中通过真命题的计数来使它们与精确地说明真实世界的真命题的总数进行比较后作出的选择。前后相继的理论中所使用的共同概念的意义也是依赖于可能世界的。不同层次的可能世界虽然赋予同一个概念以不同的内涵。但是,由于更深层的可能世界更接近真实世界的内在结构,所以,对为什么同一个概念会有不同内涵的问题就容易理解了。
我们把由理论描绘的可能世界逼近真实世界的过程,以及前后相继的理论之间的更替关系总结为:
前语境阶段——→语境确立阶段——→语境扩张阶段——→语境转换阶段
——→新的语境确立阶段……
在科学进步的这个模式中,前语境阶段是指,当科学进入一个新的研究领域时,面对不可能被旧理论所解释的有限数量的实验证据和存在的重要问题,科学家首先是进行大胆的创新和积极地猜测,提出可能与证据相一致的相互竞争的理论或假说。这些理论或假说分别描绘出了相互竞争的各种可能世界的图象。这个时期,科学家在建构理论时,通过模型与现象的比较来约束他们的想象。或者说,他们的富有创造性的想象力是一种意向性的想象,而不是完全随意的想象。这种意向性的信息直接来自不可能被直接观察到的对象本身。科学家在相互竞争的理论中作出选择时,依赖于两个主要的归纳根据:其一,相信任何一个理论模型的建构都是为了尽可能准确地模拟真实世界的结构和机理;其二,依据模型所产生的信念能够作为成为设计新的实验方案的基础,这个实验方案的设计是为了探索世界,和检验模型与它所表征的世界之间的类似程度。在特定领域内和一定的历史条件下,根据一个理论的信念所设计的实验越新颖,在得到应用之后,越能够证明理论的成功性。同时,理论的调整总是向着与新的实验结果相一致的方向进行的。而新的实验结果是由自然界中某种未知的因果机理引起的。
然而,说明的成功(explanatory success)只是理论逼近真理的一个象征或一个结果,或者说,说明的成功只是理论逼近真理的一个必要条件。凡是逼真的理论都必定能够对实验现象作出成功的说明。但是,并不是每一个拥有成功说明的理论都是逼真的理论。在理论的说明中,理论的逼真性与不断增加的成功之间的联系应该是一个认识论问题,而不是一个语义学问题。一个完整的科学理论从产生到成熟通常要经过三个阶段:其一,对现象的描述阶段,这个阶段得到了在经验上恰当的模型。例如,在量子力学之前,玻尔等人提出的各种原子模型;第二个阶段是建立一个理论的说明模型。例如,现有的量子力学的数学形式体系。第三个阶段是为成功的说明模型寻找一种可理解的机理,或者说,对说明模型提供语义学的基础。相对于一个成熟的科学理论而言,现象——模型——机理三者之间的相互关系具有内在的不可分割的整体性。这也就是为什么原子物理学家在理解量子力学的内在机理的问题上没有达成共识时,产生了量子力学的解释问题的原因所在。
在这里,我们所说的模型是指物理模型而不是仅仅指数学模型。物理模型除了包括数学模型之外,还包括理解世界的构成机理的模型。物理模型是为数学模型提供一个语义学基础。例如,分子运动论模型是解释压强公式的语义学基础;场的观点是理解引力理论的语义学基础。所以,物理学中的模型是指真实物理系统的替代物,它既具有解释的作用,也能够把抽象的数学系统翻译为一个可理解的论述。正是在这个意义上,物理学模型是指一个模型簇。由这些模型簇所描绘的可能世界的结构与真实世界的结构之间的相似关系,在选择理论时是很重要的。一方面,它能够使理论在科学实践中被不断地修改和扩展以适应新的现象,而不是静止的和孤立的;另一方面,它使相互竞争的理论之间的选择在科学实践的规则与活动之内自然地得到了求解。这时,被淘汰掉的理论并非必须要被证伪(尽管证伪也是因素之一),而是如同生物进化那样是自然选择的结果。
在这里,把逼真度作为选择理论的标准,与要么强调经验证实,要么强调经验证伪的标准不同,它永远是动态的和依赖于研究语境的概念。它既有助于把淘汰掉的理论中的某些合理化因素进行再语境化,也能够确保科学描述和与此相关的实验技巧与独立于人心的世界之间建立起一种物理联结,从而坚持了存在着一个不可能被观察到的独立于人心的世界的本体论的实在论观点。大体上,衡量可能世界与真实世界之间的结构或机理的相似程度可以通过它们之间的共有属性(或共同特征)来进行。如果用S(A ,B)表示两个世界之间的基本特征的相似关系,用 A∩B表示共有属性,A – B和 B - A表示它们之间的差异,那么,在定性的意义上,这些量之间的关系可以定性地表示为:[1]
S(A ,B)= C1F(A∩B)- C2F(A - B)- C3F(B - A)
这个公式说明,两个世界之间的相似关系是它们的共性与差异的函数。当C1远远大于C2和C3时,两个系统之间的共性将比差异处于更重要的支配地位。其中,三个系数C1、C2和C3 的值是通过实验来确定的。这样,我们就有可能在经验的意义上来研究相似关系。在经验的意义上,如果相互竞争的理论中的某个理论的描述和说明模型能够完全依据当前的实验结果和本体论概念被加以校准,那么,我们就可以认为,这个理论是似真的(plausible)。理论越拟真,它就越逼真。
在一个特定的语境中,当一个理论的说明与理解模型能够完全经得起经验的考验时,科学共同体将认为理论描绘的可能世界与真实世界之间达到了某种一致性。这时,科学的发展进入了语境确立的阶段。这个阶段相当于库恩的常规科学时期或范式形成时期。这时,科学家不仅拥有共同的信念和共同的语言,而且拥有对真实世界的共同图象。他们相信,理论描绘的可能世界代表了真实世界的内在机理;理论描绘的图象就是不可观察的真实世界的图象。为了进一步探索真实世界的精细结构,科学家常常会根据现有理论提供的信念和约定,设计新的实验规划,预言新的实验现象,特别是运用成熟理论中的理论实体进行实验操作,从而形成了一个相对稳定的语境阶段。但是,这个相对稳定的语境边界是非常不确定的。
当科学家把成熟理论所揭示的世界机理作为一个范式和信念的基础,延伸推广到解释其它相关领域的现象时,科学的发展进入到语境的扩张阶段。其中,既包括理论研究的信念与方法的扩张,也包括以它的基本原理为基础的技术与实验的扩张。例如,在牛顿理论确立之后,不论是物理学还是化学家,他们都用牛顿力学的基本思想解释他们所面临的其它领域内的新的实验现象,并且成功地制造出了许多测量仪器;同样,现代技术的崛起和分子生物学、量子化学等学科的产生都是量子力学的基本原理成功应用的结果。所以,语境扩张的过程实际上是已有语境膨胀的过程。当科学共同体在语境扩张的过程中,遇到了与理论信念相矛盾的而且是他们料想不到的实验事实时,他们才有可能开始对理论的信念产生怀疑,这时,理论的应用边界,或者说,语境扩张的边界逐渐地变得明确起来,科学的发展开始进入语境转换阶段。在这个阶段,旧语境的扩张受到了限制,新的语境处于形成与培育当中。新的理论竞争也就随之开始了。随着新理论竞争的开始,科学共同体的信念也在不断地发生着改变,直到一个全新的语境形成为止。
当新的语境确立之后,不仅科学家确立了新的信念,而且他们对问题的求解值域也随之发生了改变。这时,原来前语境中的一些不合理的偏见,在新语境中得到了纠正。在前语境中是真理的理论,在后语境中失去了它的真理性。后语境的形成是伴随着新理论的确立而完成的。由于新语境比旧语境揭示出了更深层次的世界结构或机理。所以,它在理论信念、方法和技术层次的扩张与渗透力将会比旧语境更强、更彻底。这也就是,为什么量子力学的产生所带来的理论、方法与技术革命会比牛顿力学更深刻、更广泛的原因所在。但是,前后语境之间的界线是连续的。这时,就像新理论是对旧理论的一种超越一样,新语境也是对旧语境的一种超越。由于语境的变迁和运动是不断地向着揭示世界的真实机理的方向发展的。因此,在语境中生成的理论也使得科学的发展与进步向着不断地逼近真理的方向进行。本文把科学发展的这种模式称为“语境生成论模式”。
这里包括两个层次的生成,其一,理论的形成与完善是在特定的语境中进行的;其二,科学进步也是在语境的变更中完成的。但是,值得注意的是,强调语境化并不意味着使科学进步成为无规则的游戏。把理论系统放置于特定的语境当中,强调了系统的开放性和连续性。在这个意义上,语境论的事实也是一种客观事实。运用语境论的隐喻思考与模型化方法,不仅能够使科学进步过程中的微观的逻辑结构与宏观的历史背景有机地结合起来,而且能够使基本的内在逻辑的东西在历史的发展中内化到新的语境当中,从而使得语境在自然更替的同时,一方面,完成了理论知识的积累与继承的任务;另一方面,揭示出更深层次的世界机理。所以,语境生成论的科学进步模式既不会像库恩的范式论那样,走向相对主义,也不会像普特南那样,走向多元真理论。科学进步的语境生成论模式,既能够包容相对主义的某些合理成份,又能够坚持实在论的立场。
5.结语
从量子力学的认识论教益中抽象出的语境实在论的观点,是一种具有更广泛的解释力,并且有可能把许多观点有机地融合在一起的实在论观点。它不仅能够赋予量子力学以实在论的解释,而且为解决科学实在论面临的许多责难,理清上世纪末围绕“索卡尔事件”所发生的一场震惊西方学坛的科学大战,[1] 提供了一条可能的思路。法因曾经在《掷骰子游戏:爱因斯坦与量子论》一书中断言“实在论已经死了”。[2] 然而,我们通过对量子力学与实在论的分析,在放弃了传统的真理符合论之后,运用隐喻思考与模型化方法所得出的结论则是,“实在论还活着,而且活的很好”。
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