量子化学和量子力学的关系篇1
关键词:经典相对论;宇宙学;量子引力;概念解释;形而上学
正如巴特菲尔德和厄尔曼编撰的《物理学哲学》一书所言，近半个世纪以来，物理学哲学充满活力有两个重要的原因，第一是与所分析的科学哲学的形成期相关，第二则是近半个世纪以来物理学自身的研究有关。也正因此，在物理学哲学发展的进程中，其研究的论题和研究方法也随着科学哲学和物理学自身的论题和方法进行着改变。在很长一个历史时期内，物理学哲学曾经关注经验物理学领域，物理学哲学的探讨与对客观性、真理性以及科学合理性的辩护分不开。而在当前宇宙学、量子引力发展的前沿时刻，《物理学哲学》一书体现了当代物理学哲学研究的新特点。本书与以往物理学哲学书籍最大的不同之处就在于，在以往物理学哲学著作往往重点讨论统计物理学、相对论和量子力学的哲学问题的基础上，增加了新的领域:“这些支柱的结合”———量子引力，并运用决定论和对称性这两个“能架起联结物理学理论间(甚至三大支柱间)鸿沟的桥梁”的主题，把最终的讨论由具体引向一般，从而让我们看到两个结论:第一，物理学哲学和物理学之间并不存在清晰的界限。第二，物理学概念的复杂化，想要借由物理学去丰富哲学，并非容易。本文主要就书中的“经典相对论”、“宇宙学中的哲学问题”和“量子引力”等内容进行分析，指出它们所揭示的物理学概念解释的新特征以及物理学理论理解的新特征。
一相对论、宇宙学和量子引力哲学概要
巴特菲尔德在引言中指出，数学的相对论者在不断深化我们对广义相对论基础的理解。大卫•马拉蒙特的“经典相对论”［1］一文就明显具有这样的特点，并不讨论经典相对论的历史发展及其实验依据，而是以微分几何的语言，从概念和形式化的角度对相对论的结构以及相对论引发的一些基础问题进行了分析和讨论。首先从描述相对时空的结构开始，相对论的弯曲时空是一类几何模型(m，gab)表示的相对时空，其中m为一个平滑的连续的四维流形，gab是m中的一个平滑的半黎曼度规。其中每个模型都代表一个与理论的约束条件相容的可能世界。m可以解释为世界中点事件的流形，而gab的解释则关乎四个物理学解释性原理，由点粒子和光线的行为决定，由此把引力和时空几何效应等同起来。当粒子只受到引力作用时，它的轨迹为弯曲时空的测地线。而任何质量粒子的加速度即偏离测地线的轨迹，由引力以外的力决定。马拉蒙特详细地描述了gab的解释性原理和限定条件。在此基础上分析了本征时间、某一点的空间时间分解及粒子动力学、物质场、爱因斯坦方程、类时曲线的汇与“公共空间”、基灵场与守恒量等内容。经典相对论中所有发生的事件都可以用物质场F表示，为时空流形m中的一个或者多个平滑张量或旋量，满足包含gab的场方程。tab为与F相关的能量－动量场，时空的弯曲受物质分布的影响，任意区域的时空度规和物质场会发生动力学相互作用，遵循爱因斯坦方程。在专题讨论部分，关于闵可夫斯基时空中的相对同时性的地位，试图还原爱因斯坦定义同时性对标准关系选择的特定背景;关于牛顿引力理论的几何化，将引力化的牛顿理论与爱因斯坦相对论进行了结构上的对比;关于时空的整体“因果结构”，关注了什么程度上时空的整体几何结构能够从其“因果结构”中得到。“宇宙哲学中的问题”［2］的作者是乔治•F．R．埃利斯。宇宙学哲学的部分在书中起着承上启下的作用，因为一方面，宇宙学哲学的研究基于爱因斯坦广义相对论引力理论时空曲率和宇宙的演化由物质决定的思想，用广义相对论描述宇宙远古时期之后的演化;另一方面，由于在黑洞以及宇宙大爆炸初期物质高密度状态下无法忽略引力问题，因而无法避免引力理论。总的来说，整篇文章把当代宇宙学看作是观测宇宙学、物理宇宙学、天文宇宙学与各种形式的量子宇宙学共生共长、互惠互补的综合理论系统，想要给出一个“描绘真实宇宙起源和演化的理论”。主要内容分为两大部分，第一部分为宇宙学概论，包括基本理论、热大爆炸、宇宙观测、因果和可视世界、理论的发展、暴胀、极早期宇宙、一致性模型等内容，并澄清了关于宇宙暴胀和超光速等问题的一些误解。在埃利斯看来，“宇宙学正在由一种猜测性的事业向真正的科学转变，这不仅带来了与科学革命相近的多种哲学问题，也使得其他哲学问题更加紧迫，例如关于宇宙学中的说明和方法等问题。”因此文章第二部分进行的问题讨论围绕这些说明和方法问题展开，讨论了宇宙的唯一性、宇宙在空间和时间上的巨大尺度、早期宇宙中的无约束能量、宇宙起源的解释问题、作为背景存在的宇宙、宇宙学明确的哲学基础、有关人类的问题:生命的精细调节、多元宇宙存在的可能性和存在的本质等九大问题。在此过程中，埃利斯提出了34个论点，关涉到这9个问题的方方面面，包括人择原理和多重宇宙存在的可能性等。这些论述关乎几何学、物理学和哲学，它们构成了宇宙学面面临的哲学问题的环境及其与局域物理学之间的关系。埃利斯期望通过这一系列讨论改变人们认为宇宙学只不过是确定一些物理参数的简单看法。“量子引力”［3］一文的作者是卡罗尔•罗韦利，内容大致可分为四个方面。第一，量子引力的研究方法，包括早期的历史和方向、目前的主要尝试性理论等。量子引力的早期思想可以概括为“用一个理论来描述引力的量子特性”。期间出现的第一种方法是罗森菲尔德等人的“协变化”方法，通过引入一个虚构的“平坦空间”来考虑周围度规的微小涨落，并且运用电磁场中的方法来对这些波进行量子化;第二种是伯格曼等人的“正则化”方法，研究和量子化整个广义相对论的哈密顿函数，而不只是量子化其围绕平坦空间的线性化函数;第三种是米斯纳等人的路径积分方法。目前主要的尝试性理论主要介绍了基于协变化方法发展起来的弦理论和基于正则化方法发展起来的圈量子引力理论以及它们之间的争论。第二，关于量子引力研究方法论问题。指出量子引力研究的理由包括经验数据的缺乏和对引力是否应当量子化的思索。分析了当前量子引力研究中的各种态度以及科学知识的累积性和科学哲学的影响。第三，空间和时间的本质，包括广义相对论的物理意义、背景无关性、时间的本质等。第四，与其他未决问题之间的关系，包括统一、量子引力学的解释宇宙学常数、量子宇宙学等等。这些章节的详细内容不是本文的重点，我们想要做的，是分析作者的研究方式所代表的当代物理学哲学研究的视野和方法的转变。本书的研究方式明显地具有两个特征:第一个特征关乎物理学概念的解释:物理学的概念解释脱离不开数学形式化下的整体系统;第二个特征关乎新的物理学理论的理解:在理论的发展中处处显示物理学和形而上学的交织统一。这两个特征与这些物理学研究领域实验检验的缺乏以及理论构造的特征密切相关。
二物理学概念解释的新特征:数学形式化整体系统中的关联解释
巴特菲尔德相信当前基本物理学中的基础问题会为物理学哲学提供从最为有趣且最为重要的问题，而我们关注的是本书处理这些基础问题的方式。虽然从章节上来看，物理哲学的论题被划分为若干个领域，但从内容上，完全可以看到作者的用心，站在当代数学物理学发展的高度用整体微分几何等数学语言对物理学系统进行重新形式化和解释，每一章节的紧密联系使得物理学作为一个整体系统得以呈现。其中对每一个物理概念解释的细节，正是物理学哲学追求的基础问题的答案。可以说，概念解释居于本书的核心地位，物理学哲学解释问题的最重要的方式就是处理当代物理学中的概念和解释问题。
(一)物理学概念的解释:我们理解世界的基础
物理学的发展时时刻刻影响着人们对世界的理解方式，其途径就是物理学概念的解释。经典物理学、相对论和量子力学曾极大地改变我们对世界的看法，它们在经验上的有效性曾经强化过我们对科学理论客观性和真理性的观点，也曾让很多物理学家追求理论的实用性而认为有些基础性的问题毫无意义。但当前宇宙学和量子引力理论的提出，使人们重新注视广义相对论和量子力学的不相容性的时候，从广义相对论以来的一些基础性问题和哲学问题得以重新复兴。相对论为我们宇宙的时空结构确定了一类几何模型，其中每个模型都代表了一个与理论的约束条件相融的可能世界或区域。而我们对时空的理解涉及整体时空结构和爱因斯坦方程的约束条件等等。宇宙学和量子引力的研究则让我们明白，改变我们对空间和时间的理解的广义相对论是在可以忽略引力的量子特性时对引力进行描述的场理论，那么真正的空间和时间的本质又是如何呢?我们对宇宙起源的理解绕不开量子引力方法的尝试，但这种尝试要受到很多约束，比如成熟量子引力理论的缺乏、量子力学基础问题，比如测量问题、波函数的塌缩问题等。现在人们期望得到的成功量子引力的路径基于目前理论的发展，比如惠勒－德维特方程和宇宙波函数思想、来自弦论思想的高维时空方法，或者圈量子引力的应用等。但这些问题是否能真正解决宇宙起源的问题却并没有确切的答案，比如维兰金的创生虚无的真理论的理解要依赖于量子场论的精致框架和粒子物理学标准模型等很多结构，而这些基础本身也是需要解释的。可以说，我们理解世界的基础就在于我们用于理解它的那些概念的意义。
(二)概念解释的新特点:数学形式化下整体系统中的关联解释
巴特菲尔德在经典力学的辛约化中指出，经典力学的核心理论原理已经被欧拉、拉格朗日、哈密顿和雅可比等改写，“我们已经认不出来了，因此对它们的哲学反思也发生了变化。”因此引入辛几何、李代数等语言对理论进行形式化，旨在利用辛约化理论使连续对称和守恒量之间产生联系的特征，从理论结构上显现经典力学与量子物理学的联系，这是运用数学形式化系统展现物理学理论的对称性本质。相对论、宇宙学和量子引力哲学部分，情况也是如此。整本书是站在当代数学发展的高度，运用拓扑学、群理论和微分几何等重新形式化物理学的整个体系，并对其概念进行剖析的一个过程。而对基本问题的理解，则建立在概念剖析的基础之上。在这些文章中，理论发展的历史状况和实验成果，只是系统阐释整个理论概念和解释的背景而已。作者们的重点则放在用数学领域的发展和物理学理论形式化的诉求，促进对物理学理论结构的探索，进而把论题转化为对其哲学问题的探讨。理论的形式化体系、概念结构和物理学解释是有机地结合在一起的。在牛顿引力的几何化中，也是站在当代物理学和数学发展的高度，重新形式化作为相对论弱场近似的牛顿理论，得到与广义相对论类似的数学结构，正是在这个意义上，才能够好地发现两个理论在何种条件和何种程度上是相符的，又在何种条件和何种程度上是区别的。在这个形式化的整体系统中，对于物理概念的解释不再是孤立的解释，而是站在理论的数学结构的高度，成为一个整体系统中的关联解释。这在很大程度上突出了物理学哲学中语义分析方法的重要性，因为没有完全独立的概念，物理学的概念定义之间互相依赖，只有在一个系统的语义结构中才能理解概念的意义。如普斯洛斯在这套爱思唯尔哲学手册的《一般科学哲学》一书中所言:“理论解释的唯一方式就是把它嵌入到同类概念的框架中，并尝试着解开它们的相互关联。”［4］
(三)旧概念重新解释的意义:还原理论创立过
程中概念选择的特定背景在物理学的发展中，每一次理论创新和进步都伴随着新概念的提出或旧概念的重新解释，站在理论发展的角度考虑，这样的解释会让我们更好地理解物理学理论的提出、发展和变迁的合理性。比如蒙特在经典相对论一文中对闵可夫斯基时空环境下相对同时性关系的重新考虑。蒙特指出，当相对于一个四维速度矢量将一点上的矢量分解为“时间”和“空间”分量进行讨论时，我们理所当然地相信包含正交性的相对同时性的标准认同。在解释这种认同的理由时，根据方便在闵可夫斯基时空结构即狭义相对论体系下进行分析。他援引霍华德•斯坦的论述，指出采用相对同时性的标准(ε=1/2)的惯例是需要特定背景的。在他们看来，爱因斯坦是为了解决我们无法检测到地球相对于以太的运动而采取的解决方案，以一种特定的方式(ε=1/2)来思考同时性，但如果并非从爱因斯坦最初的思路来考虑，而是从一个成功理论的高度来理解它，把相对论视为是针对时空结构不变性的论述时，其意义就完全不同了。这在很大程度上还原了爱因斯坦对同时性做出的“定义”中挑选出来的这种标准关系的实质，它可能并非一种自然的存在，而是理论选择的特定需要，还原这个过程，对我们更好地理解理论和概念的本质有着重要的意义。
(四)新理论的概念澄清:科学进步的必然现象
物理学史上每一个新理论的诞生都会引起旧的概念的澄清，量子引力就是个很典型的例子。量子引力是对空间和时间本质的探索，它引导我们重新思考关于时间、空间、“在某处”、运动和因果观测者的地位等很多问题。作为试图把广义相对论和量子理论结合的理论，我们需要以历史的眼光重新追问。我们都知道，广义相对论改变了我们对牛顿独立于物质运动的绝对空间和时间的理解。量子力学则用我们关于运动的一般性理论替代了经典力学，并改变了物质、场和因果性的观念。但量子力学的外在时间变量和量子场论静止的背景时空都是和广义相对论不相容的。而广义相对论中引力场被假设为一个经典决定论的动力学场，无法处理小尺度引力的量子特性。因此，想要把二者进行结合的量子引力就遇到了困难。正因为如此，罗韦利直言尽管基础物理学在经验上有效，但它正处于一种深刻的概念混乱的状态。虽然20世纪后半叶，物理学注重实用而忽略了这些基本问题，但量子引力告诉我们这些基本问题必须得到新的答案。但问题的澄清并没有一条唯一明确的路可以走，超弦理论和圈量子引力在假设、成就、具体结果以及概念框架上都有着显著的不同，但它们都有自己的代价，弦理论的思想基础是为了消除广义相对论的微扰量子化的困难，保留了量子场论的基本概念结构，其代价之一是放弃广义相对论的广义协变性。圈量子引力植根于描述广义相对论的协变性，但它的代价是忽略了理论的不完备性，放弃了幺正性、时间演化、基本层次上的庞加莱不变性以及物理学对象是在空间中局域化的且在时空中演化的概念。可以看出的是，新理论澄清概念的过程是科学理论进步的必然现象，而这一过程是通过分析在描述世界结构时所产生的概念上的困难来对以往科学的研究框架予以质疑或辩护，这涉及的是对世界本质更深刻的哲学和形而上的思考。
三物理学理解的新特征:物理学和形而上学的交织统一
量子化学和量子力学的关系篇2
论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。
量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、在材料科学中的应用
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1，2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的al-o键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-o，Ba-o共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-o共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
（二）在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe、Co、ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，nbo2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的nbo2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温nbo2及其等电子化合物Vo2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子，如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法Uam1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYp/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。转贴于
（二）在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用，甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘，进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献：
[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院，1994
[2]程新，冯修吉.武汉工业大学学报，1995，17(4):12
[3]李北星，程新.建筑材料学报，1999，2(2):147
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[7]王宝俊，张玉贵，秦育红等.煤炭转化，2003，26(1):1
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[9]agoH，Katom，YaharaaK.etal.JournaloftheelectrochemicalSociety，1999，146(4):1262
量子化学和量子力学的关系篇3
【关键词】超弦/m理论/圈量子引力/哲学反思
【正文】
本文分四部分。首先明确什么是量子引力？其次给出当代量子引力发展简史，更次概述当代量子引力研究主要成果，最后探讨量子引力的一些哲学反思。
一、什么是量子引力？
当代基础物理学中最大的挑战性课题，就是把广义相对论与量子力学协调起来[1]。这个问题的研究，将会引起我们关于空间、时间、相互作用（运动）和物质结构诸观念的深刻变革，从而实现20世纪基础物理学所提出的空间时间观念的量子革命。
广义相对论是经典的相对论性引力场理论，量子力学是量子物理学的核心。凡是研究广义相对论和量子力学相互结合的理论，就称为量子引力理论，简称量子引力。探讨量子引力卓有成效的理论，主要有两种形式。第一，是把广义相对论进行量子化，正则量子引力属于此种。第二，是对一个不同于广义相对论的经典理论进行量子化，而广义相对论则作为它的低能极限，超弦／m理论则属于这种。
圈(loop)量子引力[2]是当前正则量子引力的流行形式。正则量子引力是只有引力作用时的量子引力，和超弦／m理论相比，它不包括其它不同作用。它的基本概念是应用标准量子化手续于广义相对论，而广义相对论则写成正则的即hamiltonian形式。正则量子引力根据历史发展大体上可分为朴素量子引力和圈量子引力。粗略来说，前者发生于1986年前，后者发生于1986年后。朴素量子引力由于存在着紫外发散的重正化困难，从而圈量子引力发展成为当前正则量子引力的代表。
超弦／m理论的目的，在于提供己知四种作用即引力和强、弱、电作用统一的量子理论。理论的基本实体不是点粒子，而是1维弦、2维简单膜和多维brane（广义膜）的延展性物质客体。超弦是具有超对称性的弦，它不意味着表示单个粒子或单种作用，而是通过弦的不同振动模式表示整个粒子谱系列。
圈量子引力和超弦／m理论之外，当代量子引力还有其它不同方案。例如，euclidean量子引力、拓扑场论、扭量理论、非对易几何等。
二、当代量子引力研究进展
我们主要给出超弦／m理论和圈量子引力研究的重大进展。
1.超弦／m理论方面[3]
弦理论简称弦论，虽然在20纪70年代中期，已经知道其中自动包含引力现象，但因存在一些困难，只是到80年代中期才取得突破性进展。
1)80年代超弦理论
弦论发展可粗略分为早期弦理论（70年代）、超弦理论（80年代）和m理论（90年代）三个时期。我们从80年代超弦理论开始，简述其研究进展。
1981年，m·green和j.schwarz提出一种崭新的超对称弦理论，简称超弦理论，认为弦具有超对称性质，弦的特征长度已不再是强子的尺度（～10[-13]厘米），而是planck尺度（～10[-33]厘米）。
1984年，green和schwarz证明[4]，当规范群取为so(32)时，超弦i型的杨－mills反常消失，4粒子开弦圈图是有限的。
1985年，d.gross,j.harvey[5]等4人提出10维杂化弦概念，这种弦是由d=26的玻色弦和d=10超弦混合而成。杂化弦有e[,8]×e[,8]和so(32)两种。
同年，p.candlas,g.horowitz,a.strominger和e.witten[6]对10维杂化弦e[,8]×e[,8]的额外空间6维进行紧致化，最重要的一类为calabi－丘流形。但是这类流形总数多到数百万个，应该根据什么原则来选取作为我们世界的c－丘流形，至今还不清楚，虽然近10多年来，这方面的努力从来未中断过。
1986年，提出建立超弦协变场论问题，促进了对非微扰超弦理论的探讨。在诸种探讨方案中，以e.witten的非对易几何最为突出[7]。
同年，人们详细地研究了超弦唯象学，例如e[,6]以下如何破缺及相应的物理学，对紧致空间已不限于c－丘流形，还包括轨形(orbifold)、倍集空间等。
人们常把1984-86年期间对超弦研究的突破，称为第一次超弦革命。在此期间建立了超弦的五种相互独立的10维理论，而且是微扰的。它们是i型、iia型、iib型、杂化e[,8]×e[,8]型和so(32)型。
2)90年代m理论
经过80年代末期和90年代初期，对超弦理论的对偶性、镜对称及拓扑改变等的研究，到1995年五种超弦微扰理论的统一性问题获得重大突破，从此第二次超弦革命开始出现。
1995年，witten在南加州大学举行的95年度弦会议上发表演讲，点燃起第二次超弦革命。witten根据诸种超弦间的对偶性及其在不同弦真空中的关联，猜测存在某一个根本理论能够把它们统一起来，这个根本理论witten取名为m理论。这一年内witten、p.horava、a.dabhulkar等人，给出ⅱa型弦和m理论间的关系[8]、i型弦和杂化so(32)型弦间的关系、杂化弦e[,8]×e[,8]型和m理论间的关系等。
1996年，j.polchinski、p.townscend、c.baches等人认识到d-branes的重要性。积极进行d-branes动力学研究[9]，取得一定成果。同年，a.strominger、c.vafe应用d-brane思想，计算了黑洞这种极端情形的熵和面积关系[10]，得到了和bekenstein-hawking的熵－面积的相同表示式。g.callon、j.maldacena对具有不同角动量与电荷的黑洞所计算的结果指出，黑洞遵从量子力学的一般原理。g.collins探讨了量子黑洞信息损失问题。
1997年，t.banks、j.susskind等人提出矩阵弦理论，研究了m理论和矩阵模型间的联系和区别。
同年，maldacena提出ads/cft对偶性[11]，即一种anti-desitter空间中的iib型超弦及其边界上的共形场论之间的对偶性假设，人们称为maldacena猜测。这个猜测对于我们世界的randall-sundrum膜模型的提出及hawking确立果壳中宇宙的思想，都有不少的启示。
2.圈量子引力方面[12]
1)二十世纪80年代
1982年，印度物理学家a.sen在phys.rev.和phys.lett.上相继发表两篇文章，把广义相对论引力场方程表述成简单而精致的形式。
1986年，a.ashtekar研究了sen提出的方程，认为该方程已经表述了广义相对论的核心内容。一年后，他给出了广义相对论新的流行形式，从而对于在planck标度的空间时间几何量，可以进行具体计算，并作出精确的数量性预言。这种表述是此后正则量子引力进一步发展的关键。
同年，t.jacobson和l.smolin求出wilson圈解。在引进经典ashtekar变量后，他们在圈为光滑且非自相交情形下，求出了正则量子引力的wdw方程解。此后，他们又找到了即使在圈相交情况下的更多解。
1987年，由于hamiltonian约束的wilson圈解的发现，c.revolli和smolin引进观测量的经典possion代数的圈表示，并使微分同胚约束用纽结(knot)态完全解出。
1988年，v.husain等人用纽结理论(knottheory)，研究了量子约束方程的精确解及诸解间的关系，从而认为纽结理论支配引力场的物理量子态。同年，witten引进拓朴量子场论(tqft)的概念。
2)二十世纪90年代
1990年，rovelli和smolin指出，对于在大尺度几何近似变为平直时态的研究，可以预言planck尺度空间具有几何断续性。对于编织的这些态，在微观很小尺度上具有“聚合物”的类似结构，可以看作为j.wheeler时空泡沫的形式化。
1993年，j.iwasaki和rovelli探讨了量子引力中引力子的表示，引力子显示为时空编织纤维的拓朴修正。
1994年，rovelli和smolin第一次计算了面积算子和体积算子的本征值[13]，得出它们的本征谱为断续的重大结论。此后不久，物理学者曾用多种不同方法证明和推广这个结论，指出在planck标度，空间面积和体积的本征谱，确实具有分立性。
1995年，rovelli和smolin利用自旋网络基[14]，解决了关于用圈基所长期存在的不完备性困难。此后不久，自旋网络形式体系，便由j.baez彻底阐明。
1996年，rovelli应用k.krasnov观念，从圈量子引力基本上导出了黑洞熵的bekenstein-hawking公式[15]。
1998年，smolin研究圈和弦间的相似性，开始探讨圈量子引力和弦论的统一问题。
三、当代量子引力理论主要成就
1.超弦／m理论方面
1)弦及brane概念的提出
广义相对论中的奇性困难、量子场论中的紫外发散本质、朴素量子引力中的重正化问题，看来都起源于理论的纯粹几何的点模型。超弦理论提出轻子、夸克、规范粒子等微观粒子都是延伸在空间的一个区域中，它们都是1维的广延性物质，类似于弦状，其特征长度为planck长度。m理论更推广了弦的概念，认为粒子类似于多维的brane，其线度大小为planck长度。为简单起见，我们把brane也称作膜。超弦／m理论中，用有限大小的微观粒子替代粒子物理标准模型中纯粹几何的点粒子，这是极为重要且富有成效的革命性观念。
2)五种微扰超弦理论
这五种超弦的不同在于未破缺的超对称荷的数目和所具有的规范群。i型有n=1超对称性，含有开弦和闭弦，开弦零模描述杨－mills场，闭弦零模描述超引力。ⅱa型有n=2超对称性，旋量为majorana-weyl旋量，不具有手征性，自动无反常，只含有闭弦，零模描述n=2超引力。iib型同样有n=2超对称性，具有手征性。杂化弦是由左旋d=10超弦和左旋d=26玻色弦杂化而成，只包含可定向闭弦，有手征性和n=1超对称性，可以描述引力及杨－mills作用。
3)超弦唯象学
从唯象学角度来看，杂化弦型是重要的，e[,8]×e[,8]是由紧致16维右旋坐标场(26-10=16)而产生的，即由16维内部空间紧致化而得到，也就是说在紧致化后得到d=10，n=1，e[,8]×e[,8]的超弦理论。
但是迄今为止，物理学根据实验认定我们的现实空间是三维的，时间是一维的，把四维时空(d=4)作为我们的现实时空。因此我们必须把10维时空紧致化得到低能有效四维理论，为此人们认为从d=10维理论出发，通过紧致化有
m[10]m[4]×k
此中k为c－丘流形，此内部紧致空间维数为10-4=6，m[4]为minkowski空间，从而得到4维minkowski空间低能有效理论。其重要结论有：
(1)由d=10,e[,8]×e[,8]超弦理论（m[10]中规范群为e[,8]×e[,8]）紧致化为d=4，e[,6]×e[,8]、n=1超对称理论。
(2)夸克和轻子的代数ng完全由k流形的拓朴性质决定：为euler示性数χ，系拓朴不变量。
(3)对称破缺问题。已知超弦四维有效理论为n=1，规范群为e[,6]×e[,8]的超对称杨—mills理论，现实模型要求破缺。首先由第二个e[,8]进行超对称破缺，然后对大统一群e[,6]已进行破缺，从而引力作用在e[,8]中，弱、电、强作用在e[,6]中，实现了四种作用的统一。
4)t和s′对偶性
尽管五种超弦理论在广义相对论和量子力学统合上，取得了不少进展，但是五种超弦理论则是相互独立的，理论却是微扰的。尽管在超弦唯象学中，原则上－丘流形k一旦固定下来，在d=4时空中所有零质量费米子和玻色子（包括higgs粒子）就会被确定下来，但是－丘真空态总数则可多到数百万个，应该根据什么原则来选取－丘真空态，目前还不清楚。t对偶性和s对偶性的提出，正是五种超弦理论融通的主要桥梁。
在m理论的孕育过程中，对偶性起了重要作用。弦论中存在着一种在大小紧致空间之间的对偶性。例如ⅱa型弦在某一半径为r[,a]的圆周上紧致化和ⅱb型在另一半径为r[,8]的圆周上紧致化，两者是等效的，则有关系r[,b]=(m[2,s]r[,a])[-1]。于是当r[,a]从无穷大变到零时，r[,b]从零变到无穷大。这给出了ⅱa弦和ⅱb弦之间的联系。两种杂化弦e[,8]×e[,8]和so(32)也存在类似联系，尽管在技术性细节上有些差别，但本质上却是同样的。
a.sen证明，在超对称理论中，必然存在着既带电荷又带磁荷的粒子。当这一猜测推广到弦论后，它被称作为s对偶性。s对偶性是强耦合与弱耦合间的对称性，由于耦合强度对应于膨胀子场，杂化弦so(32)和i型弦可通过各自的膨胀子连系起来。
5)m理论和五种超弦、11维超引力间的联系
m理论作为10维超弦理论的11维扩展，包含了各种各样维数的brane，弦和二维膜只是它的两种特殊情况。m理论的最终目标，是用一个单一理论来描述已知的四种作用。m理论成功的标志，在于把量子力学和广义相对论的新理论框架中相容起来。
附图
上面给出五种超弦理论、11维超引力和m理论相容的一个框架示意图[16]，即m理论网络。此网络揭示了五种超弦理论、11维超引力都是单一m理论的特殊情形。当然至今m理论的具体形式仍未给出，它还处于初级阶段。
6)推导量子黑洞的熵－面积公式。
在某些情形下，d-branes可以解释成黑洞，或者说是黑branes，其经典意义是任何物质（包括光在内）都不能从中逃逸出的客体。于是开弦可以看成是具有一部分隐藏在黑branes之内的闭弦。hawking认为黑洞并不完全是黑的，它可以辐射出能量。黑洞有熵，熵是用量子态来衡量一个系统的无序程度。在m理论之前，如何计算黑洞量子态数目是没有能力的。strominger和vafa利用d-brane方法，计算了黑－branes中的量子态数目，发现计算所得的的熵－面积公式，和hawking预言的精确一致，即bekenstein-hawking公式，这无疑是m理论的一个卓越成就。
对于具有不同角动量和电荷的黑洞所计算结果指出，黑洞遵从量子力学的一般原理，这说明黑洞和量子力学是十分融洽的。
2.圈量子引力方面
1)hamiltonian约束的精确解。
圈量子引力惊人结果之一，是可以求出hamiltonian约束的精确解。其关键在于hamiltonian约束的作用量，只是在s－纽结的结点处不等于零。所以不具有结点的s－纽结，才是量子einstein动力学求出的物理态。但是这些解的物理诠释，至今还是模糊不清的。
其它的多种解也已求得，特别是联系连络表示的陈－simons项和圈表示中的jones多项式解，j.pullin已经详细研究过。witten用圈变换把这两种解联系起来。
2)时间演化问题
人们试图通过求解hamiltonian约束，获得在概念上是很好定义的、并排除冻结时间形式来描述量子引力场的时间演化。一种选择是研究和某些物质变量相耦合的引力自由度随时间演化，这种探讨会导致物理hamiltonian的试探性定义的建立，并在强耦合微扰展开中，对s纽结态间的跃迁振幅逐级进行考查。
3)杨－mills理论的重正化问题
t.thiemann把含有费米子圈的量子引力，探索性地推广到杨－mills理论进行研究。他指出在量子hamiltonian约束中，杨－mills项可以严格形式给出定义。在这个探索中，紫外发散看来不再出现，从而强烈支持在量子引力中引进自然切割，即可摆脱传统量子场论的紫外发散困难。
4)面积和体积量度的断续性
圈量子引力最著名的物理成果，是给出了在planck标度的空间几何量具有分立性的论断。例如面积
此中lp是planck长度，j[,i]是第i个半整数。体积也有类似的量子化公式。
这个结论表明对应于测量的几何量算子，特别是面积算子和体积算子具有分立的本征值谱。根据量子力学，这意味着理论所预言的面积和体积的物理测量必定产生量子化的结果。由于最小的本征值数量级是planck标度，这说明没有任何途径可以观测到比planck标度更小的面积（～10[-66]厘米[2]）和体积（～10[-99]厘米[3]）。从此可见，空间由类似于谐振子振动能量的量子所构成，其几何量本征谱具有复杂结构。
5)推导量子黑洞的熵－面积公式
已知schwarzchild黑洞熵s和面积a的关系，是bekenstein和hawking所给出，其公式为：
附图
这里k是boltzman常量，是planck常量，g[,n]为牛顿引力常量，c为光速。对这个关系式的深层理解和由物理本质上加以推导，m理论已经作过，现在我们看下圈量子引力的结果。
应用圈量子引力，通过统计力学加以计算，krasnov和rovelli导出
附图
此处γ为任意常数，β是实数(～1/4π)，显然如果取γ＝β，则由式(3)即可得到式(2)。这就是说，从圈量子引力所得出的黑洞熵－面积关系式，在相差一个常数值因子上和bekenstein-hawking熵－面积公式是相容的。
bekenstein-hawking熵公式的推导，对圈量子引力理论是一个重大成功，尽管这个事实的精确含义目前还在议论，而且γ的意义也还不够清楚。
四、量子引力理论的哲学反思
我们从空间和时间的断续性、运动（相互作用）基本规律的统一性、物质结构基本单元的存在性三个方面进行哲学探讨。
1.空间和时间的断续性
当代基础物理学的核心问题，是在planck标度破除空间时间连续性的经典观念，而代之以断续性的量子绘景。量子引力理论对空间分立性的揭示和论证，看来是最为成功的。
超弦／m理论认为，我们世界是由弦和brane构成的。根据弦论中给出的新的不确定性关系，弦必然有位置的模糊性，其线度存在一有限小值，弦、膜、或brane的线度是planck长度，从而一维空间是量子化的。由此推知，面积和体积也应该是量子化的。二维面积量子的数量级为10[-66]厘米[2]，三维体积量子的数量级为10[-99]厘米[3]等。
对于圈量子引力，其最突出的物理成果是具体导出了计算面积和体积的量子化公式。粗略说来，面积的数量级是planck长度lp的二次方，体积的数量级是lp的三次方。这就令人信服地论证了在planck标度，面积和体积具有断续性或分立性，从而根本上否定了空间在微观上为连续性的经典观念。
依据空间和时间量度的量子性，芝诺悖论就是不成立的，阿基里斯在理论上也完全可以追上在他前面的乌龟。类似的，《庄子·天下》篇中的“一尺之捶，日取其半，万世不竭”这个论断在很小尺度上显然也是不成立的。古代哲学中这两个难题的困人之处，从空间时间断续性来看，是由于预先设定了空间和时间的度量，始终是连续变化的经典性质。实际上在微观领域，空间和时间存在着不可分的基本单元。
2.运动（相互作用）基本规律的统一性
20世纪基础物理学巨大成功之一，就是建立了粒子物理学的标准模型，理论上它是筑基于量子规范场论的。这个模型给出了夸克、轻子层次强、弱、电作用的su(3)×su(2)×u(1)规范群结构，在一定程度上统一了强、弱、电三种相互作用的规律。但是它不含有引力作用。
超弦／m理论的探讨，在于构建包含引力在内的四种作用统一的物理理论。传递不同相互作用的粒子如光子（电磁作用）、弱玻色子（弱作用）、胶子（强作用）和引力子（引力作用），对应于弦的各种不同振动模式，夸克、轻子层次粒子间的作用，就是弦间的相互作用。在planck标度，超弦／m理论是四种基本作用统一理论的最佳侯选者，也就是所说的万物理论(theoryofeverything)的最佳侯选者。
在planck时期，物质运动或四种作用基本规律的统一性，正是反映了我们宇宙在众多复杂性中所显现的一种基本简单性。
3.物质微观结构的基本单元的存在性[17]
世界是由物质构成的，物质通常是有结构的，但是物质结构在层次上是否具有基本单元，即德谟克利特式的“原子”是否存在？这是一个长期反复争论而又常新的课题。当代几种不同的量子引力，尽管对某些问题存在着不同的见解，但是关于这个问题从实质上来看，却给出了一致肯定的回答。
超弦／m理论认为，构成我们世界的物质微观基本单元是具有广延性的弦和brane，并非所谓的只有位置没有大小的数学抽象点粒子。粒子物理学标准模型中的粒子，都是弦或brane的激发。弦和brane的线度是有限短的planck长度，它们正是构成我们世界的物质基本单元，即德谟克利特式的“原子”，这是超弦／m理论为现今所有粒子提供的本体性统一。
圈量子引力给出了在planck标度面积和体积的量子化性质，即断续的本征值谱，面积和体积分别存在着最小值。由于在圈量子引力中，脱离引力场的背景空间是不存在的，而引子场是物质的一种形态，因此脱离物质的纯粹空间也就是不存在的。空间体积和面积的不连续性和基本单元的存在，正是物质微观结构的断续性和基本单元的存在性的最有力论据。
总之，超弦／m理论和圈量子引力从不同的侧面，对量子引力的本质和规律作出了一定的揭示，它们在planck标度领域一致地得出了空间量子化和物质微观结构基本单元存在的结论。这无疑是人们在20世纪末期对我们世界空间时间经典观念的重大突破，也是广义相对论和量子力学统合的成果；同时更是哲学上关于空间和时间是物质存在的客观形式，没有无物质的空间和时间，也没有无空间和时间的物质学说的一曲凯歌！
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量子化学和量子力学的关系篇4
关键词：量子力学；经典科学世界图景；非机械决定论；整体论；复杂性；主客体互动?
abstract:asoneofthreerevolutionsofphysicsin20thcentury,quantummechanicshasgreatlytransformedtheworldviewofclassicalscienceinmanyaspects.quantummechanicsbreaksthoughthemechanical?determinism?inclassicalscience,transformingitintonon?mechanicaldeterminism;itchangesscientific?cognitive?processfromthetheoryofreductionismtothetheoryofwholism;itshiftsthewayofthinkingfrompursuingsimplicitytoexploringthecomplexity;italsoestablishestheinteractionbetweensubjectandobjectinscientificresearches.?
keywords:quantummechanics;worldviewofclassicalscience;non?mechanicaldeterminism;wholism;?complexity;?interactionbetweensubjectandobject
经典科学基本上是指由培根、牛顿、笛卡儿等开创的，近三百年内发展起来的一整套观点、方法、学说。经典科学世界图景的最大特征是机械论和还原论，片面强调分解而忽视综合。以玻尔、海森伯、玻恩、泡利、诺伊曼等为代表的哥本哈根学派的量子力学理论三部曲：统计解释—测不准原理—互补原理所反映的主要观点是：微观粒子的各种力学量（位置、动量、能量等）的出现都是几率性的；量子力学对微观粒子运动的几率性描述是完备的，对几率性的原因不需要也不可能有更深的解释；决定论不适用于量子力学领域；仪器的作用同观察对象具有不可分割性，确立了科学活动中主客体互动关系。[1]量子力学的发展从根本上改变了经典科学世界
图景。
一、量子力学突破了经典科学的机械决定论，遵循因果加统计的非机械决定论
经典力学是关于机械运动的科学，机械运动是自然界最简单也是最普遍的运动。说它最简单，因为机械运动比较容易认识，牛顿等人又采取高度简化的方法研究力学，获得了空前成功；说它最普遍，因为机械力学有广泛的用途，容易把它绝对化。[2]机械决定论是建立在经典力学的因果观之上，解释原因和结果的存在方式和联系方式的理论。机械决定论认为因和果之间的联系具有确定性，无论从因到果的轨迹多么复杂，沿着轨迹寻找总能确定出原因或结果；机械决定论的核心在于只要初始状态一定，则未来状态可以由因果法则进行准确预测。[3]其实，机械决定论仅仅适用于宏观物体，而对于微观领域以及客观世界中大量存在的偶然现象的研究就产生了统计决定论。[4]?
量子力学是对经典物理学在微观领域的一次革命。量子力学所揭示的微观世界的运动规律以及以玻尔为代表的哥本哈根学派对量子力学的理解，同物理学机械决定论是根本相悖的。[5]按照量子理论，微观粒子运动遵守统计规律，我们不能说某个电子一定在什么地方出现，而只能说它在某处出现的几率有多大。?
玻恩的统计解释指出，因果性是表示事件关系之中一种必然性观念，而机遇则恰恰相反地意味着完全不确定性，自然界同时受到因果律和机遇律的某种混合方式的支配。在量子力学中，几率性是基本概念，统计规律是基本规律。物理学原理的方向发生了质的改变：统计描述代替了严格的因果描述，非机械决定论代替了机械决定论的统治。?
经典统计力学虽然也提出了几率的概念，但未能从根本上动摇严格决定论，量子力学的冲击则使机械决定论的大厦坍塌了。量子力学揭示并论证了人们对微观世界的认识具有不可避免的随机性，它不遵循严格的因果律。任何微观事件的测定都要受到测不准关系的限定，不可能确切地知道它们的位置和动量、时间和能量，只能描述和预言微观对象的可能的行为。因此，量子力学必须是几率的、统计的。而且，随着认识的发展，人们发现量子统计的随机性，不是由于我们知识和手段的不完备性造成的，而是由微观世界本身的必然性（主客体相互作用）所注定。
二、量子力学使得科学认识方法由还原论转化为整体论
还原论作为一种认识方法，是指把高级运动形式归结为低级运动形式，用研究低级运动形式所得出的结论代替对高级运动形式的本质认识的观点。它用已分析得出的客观世界中的主要的、稳定的观点和规律去解释、说明要研究的对象。其目的是简化、缩小客体的多样性。这种方法在人类认识处于初级水平上无疑是有效的。如牛顿将开普勒和伽利略的定律成功地还原为他的重力定律。但是还原论形而上学的本质，以及完全还原是不可能的，决定了还原论不能揭示世界的全貌。?
量子力学认为整体与部分的划分只有相对意义，整体的特征绝非部分的叠加，而是部分包含着整体。部分作为一个单元，具有与整体同等甚至还要大的复杂性。部分不仅与周围环境发生一定的外在联系，同时还要表现出“主体性”，可将自身的内在联系传递到周边，并直接参与整体的变化。因而，部分与整体呈现了有机的自觉因果关系。在特定的临界状态，部分的少许变化将引起整体的突变。[6]?
波粒二象性是微观世界的本质特征，也是量子论、量子力学理论思想的灵魂。用经典观点来看，也就是按照还原论的思想，粒子与波毫无共同之处，二者难以形成直观的统一图案，这是经典物理学通过部分还原认识整体的方法，是“向上的原因”。可是微观粒子在某些实验条件下，只表现波动性；而在另一些实验条件下，只表现粒子性。这两种实验结果不能同时在一次实验中出现。于是，玻尔的互补原理就在客观上揭示了微观世界的矛盾和我们关于微观世界认识的矛盾，并试图寻找一种解决矛盾的方法，这就是微观粒子既具有粒子性又具有波动性，即波粒二象性。这就是整体论观点强调的“向下的原因”，即从整体到部分。同样，海森伯的测不准原理说明不能同时测量微观粒子的动量和位置，这也说明绝不能把宏观物体的可观测量简单盲目地还原到微观。由此我们可以看出，造成经典科学观与现代科学观认识论和方法论不同的根本在于思考和观察问题的层面不同。经典科学一味地强调外在联系观，而量子力学则更强调关注事物内部的有机联系。所以，量子力学把内在联系作为原因从根本上动摇了还原论观点。
三、量子力学使得科学思维方式由追求简单性发展到探索复杂性
从经典科学思维方式来看，世界在本质上是简单的。牛顿就说过，自然界喜欢简单化，而不喜欢用什么多余的原因以夸耀自己。追求简单性是经典科学奋斗的目标，也是推动它获取成功的动力。开普勒以三条简明的定律揭示了看似复杂的太阳系行星运动，牛顿更是用单一的万有引力说明了千变万化的天体行为。因而现代科学是用简单性解释复杂性，这就隐去了自然界的丰富多样性。?
量子力学初步揭示了客观世界的复杂性。经典科学的简单性是与把物理世界理想化相联系的。经典物理学所研究的是理想的物质客体。它不但用理想化的“质点”、“刚体”、“理想气体”来描述物体，而且把研究对象的条件理想化，使研究的视野仅仅局限于人们自己制定的范围之内。而客观世界并不是如此，特别是进入微观领域，微观粒子运动的几率性、随机性；观测对象和观测主体不可分割性等都足以说明自然界本身并不是我们想象的那么简单。?
在现代科学中，牛顿的经典力学成了相对论的低速现象的特例，成为非线性科学中交互作用近似为零的情况，在量子力学中是测不准关系可以忽略时的理论表述。复杂性的提出并不是要消灭简单性，而是为了打破简单性独占的一统地位。复杂性是把简单性作为一个特例包含其中，正如莫兰所说的，复杂性是简单性和复杂性的统一。复杂性比简单性更基本，可能性比现实性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科学思维方式，不是以现实来限制可能，而是从可能中选择现实；不是以既存的实体来确定演化，而是在演化中认识和把握实体。复杂性主张考察被研究对象的复杂性，在对其作出层次与类别上的区分之后再进行沟通，而不是仅仅限于孤立和分离，它强调的是一种整体的协同。
四、量子力学使科学活动中主客体分离迈向主客互动
经典科学思维方式的一个指导观念就是，认为科学应该客观地、不附加任何主观成分地获取“照本来样子的”世界知识。玻尔告诉人们，根本不存在所谓的“真实”，除非你首先描述测量物理量的方式，否则谈论任何物理量都是没有意义的！测量，这一不被经典物理学考虑的问题，在面对量子世界如此微小的测量对象时，成为一个难以把握的手段。因为研究者的介入对量子世界产生了致命的干扰，使得测量中充满了不确定性。在海森伯看来，在我们的研究工作由宏观领域进入微观领域时，我们就会遇到一个矛盾：我们的观测仪器是宏观的，可是研究对象却是微观的；宏观仪器必然要对微观粒子产生干扰，这种干扰本身又对我们的认识产生了干扰；人只能用反映宏观世界的经典概念来描述宏观仪器所观测到的结果，可是这种经典概念在描述微观客体时又不能不加以限制。这突破了经典科学完全可以在不影响客体自然存在的状态下进行观测的假定，从而建立了科学活动中主客体互动的关系。?
例如，关于光到底是粒子还是波，辩论了三百多年。玻尔认为这完全取决于我们如何去观察它。一种实验安排，人们可以看到光的波现象；另一种实验安排，人们又可以看到光的粒子现象。但就光子这个整体概念而言，它却表现出波粒二象性。因此，海森伯就说，我们观测的不是自然本身，而是由我们用来探索问题的方法所揭示的自然。[8]?
量子力学的发展表明，不存在一个客观的、绝对的世界。唯一存在的，就是我们能够观测到的世界。物理学的全部意义，不在于它能够描述出自然“是什么”，而在于它能够明确，关于自然我们能够“说什么”。?
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量子化学和量子力学的关系篇5
化学反应微分截面的实验测量能够最细致地反映一个化学反应的本质特征，而通过求解在势能面上运动的原子核的薛定谔方程来得到基元化学反应的微分截面则是量子动力学理论计算的终极目标。 在过去的几十年间，经过包括中科院大连化学物理研究所杨学明、张东辉等研究组在内的科学家们的不懈努力，人们已经基本解决了三原子化学体系的量子动力学难题，能够定量地计算三原子体系的微分散射截面。然而，从三原子体系发展到更多更复杂的反应体系，则是一个巨大的挑战。作为向前发展第一步的四原子体系相对于三原子体系，体系的自由度从3增加到6，这意味着无论是势能面的构造还是散射动力学的计算，从难度到计算量都有巨大的增加。譬如，对于势能面的计算，如果每个维度计算100个位点，那么四原子体系的6个自由度相对于三原子体系的3个自由度，所需计算的位点数量就增加了一百万倍！而每个位点的能量计算、势能面的拟合等的难度和计算量都因为原子核和电子数量增加而急剧增大，由此可知量子动力学理论计算从3原子体系发展到4原子体系，困难之大超乎想像。 H2+oH→H2o+H反应体系是四原子反应体系的基本范例，是燃烧化学和星际化学中的重要反应，其逆反应则是选模化学的研究样板。在过去的几年间，大连化物所杨学明、张东辉研究组对该反应的同位素替代反应HD+oH→H2o+D进行了反应动力学研究。理论上，他们发展出一套非常有效的含时波包方法，能够对六个自由度的四原子反应进行精确的计算，同时用更精确的方法构造了该反应体系的势能面，从而完成了该体系的第一个全维量子态分辨的动力学计算。实验上，他们采用高分辨的交叉分子束—里德堡氘原子飞行时间谱方法测量了HD+oH→H2o+D在不同反应能下的微分截面及其随碰撞能的变化关系。实验结果和理论计算结果高度吻合。 这是首次对一个四原子反应体系的态-态微分截面取得理论和实验高度吻合的研究结果，是分子反应动力学研究的一个重要突破，也意味着大连化物所在分子反应动力学领域继续牢固占据着国际领先地位。 该项研究得到了科技部和国家自然科学基金委的资助，研究成果发表在7月22日出版的美国《科学》杂志上（Science 333，440(2011)）。（来源：中科院大连化学物理研究）
硕士论文、职称论文、医学职称毕业论文、、、，更多详细信息请关注。 原文链接：《科学》摘要（英文） 英文摘要： Quantumdynamicaltheorieshaveprogressedtothestageinwhichstate-to-statedifferentialcrosssectionscannowberoutinelycomputedwithhighaccuracyforthree-atomsystemssincethefirstsuchcalculationwascarriedoutmorethan30yearsagofortheH+H2 system.Forreactionsbeyondthreeatoms,however,highlyaccuratequantumdynamicalcalculationsofdifferentialcrosssectionshavenotbeenfeasible.wehaverecentlydevelopedaquantumwavepacketmethodtocomputefull-dimensionaldifferentialcrosssectionsforfour-atomreactions.Here,wereportbenchmarkcalculationscarriedoutfortheprototypicalHD+oH→H2o+Dreactiononanaccuratepotentialenergysurfacethatyielddifferentialcrosssectionsinexcellentagreementwiththosefromahigh-resolution,crossed–molecularbeamexperiment.
量子化学和量子力学的关系篇6
关键词：热力学与统计物理学；国家精品课程；统计热力学体系
“热力学与统计物理学”（简称“热统”）是我国高等院校本科物理专业的一门必修课程，是研究物质有关热现象（即宏观过程）规律的理论物理课，也是普通物理“热学”的后续课。内蒙古大学“热统”教学组在20多年教学实践中，不断更新教育观念，探索课程教学体系的改革，逐步建立了以微观理论为主线的教学体系，建设了首门“热统”国家精品课程（2004年）——“统计热力学”，陆续出版了配套教材[1]和学习辅导书[2]。
一、关于“热统”教学体系的思考
关于热现象的理论包括两部分，即宏观理论——“热力学”和微观理论——“统计物理学”。我国目前的“热统”课程由早年设置的“热力学”和“统计物理学”两门课程合并而成，一直沿袭“热”、“统”相对独立的“一分为二”教学体系[3-5]。教学内容安排大体以学科发展历史和认识层次为序，由唯象到唯理，由宏观到微观。这种体系十分成熟，在多年教学实践中获得很大成功。随着科学技术和人类现代文明的飞速发展，人们认识世界的条件、增长知识的方式和获取信息的渠道发生了质的变化：昔日深奥难解的名词，今天已可闻之于街巷；诸多科学概念的理解，逐渐变得不很困难。在这种知识氛围和学习环境下，从中学到大学的物理教学内容均在不断地改革和深化。同时，现代科学成就在高新技术中的广泛应用向21世纪人才培养提出更高的要求。这一切，催动着大学物理课程改革的进程，也激发起我们对传统体系的思考。
从“热物理”系列课程改革现状来看，一方面，普通物理“热学”课程的内容已进行了必要的深化和后延，原有“热统”课程与现行“热学”课程内容出现较多重复。仅以汪志诚著《热力学·统计物理》[5]和秦允豪著《热学》[6]为例，二者内容重叠约为1/3。过多重复造成学习时间与精力的浪费，甚至引发学生的厌学情绪，使学习效益降低。另一方面，飞速发展的高新技术拉近了基础理论与应用技术的距离，就热物理而言，无论实际工作中的应用，还是继续深造时的基础，都对“热统”课程教学提出更高的要求。增加课程的统计物理比重，深化微观理论的系统理解势在必然。此外，改革开放以来，我国高等教育从学制到专业及课程设置均有较大幅度的变动，“热统”课教学时数多次削减（1208672、64），课堂教学的信息量和效益问题变得更加突出。面对这种形势，各校对“热统”课程的内容进行了不断的改革，逐步增加统计物理比重，努力减少和避免与“热学”的重复。然而，由于没有触动“一分为二”的体系，大量的简单重复难以避免，“热力学”内容仍然偏多，实际教学中统计物理的系统性难以保证。
针对上述问题，我们从体系结构着眼，对“热统”课程进行了较大力度的改革[1]。我们的改革思路是：打通“热物理”宏观与微观理论的壁垒，融二者为一体，削减学时、充实内容，有效地避免与普通物理的简单重复，提高教学效益；以微观理论为主导，确保统计物理体系的完整性与系统性，增加课程的先进性与适用性。在上述思想指导下，构建了“热统”课程的“统计热力学”体系。新体系从根本上解决了热物理课程中理论物理与普通物理之间层次交叠、内容重复的问题；大幅增加统计物理比重，使其理论及应用内容在总学时中占到3/4以上。
二、统计热力学体系的特色
统计热力学教学体系的主要特色是：热物理学以微观理论为框架；微观理论以系综理论为主线；系综理论以量子论为基础。体系知识结构框如上图所示。
1．以微观理论为框架，融微观与宏观一体
“统计热力学”以微观理论——统计物理为主导，建立了从微观到宏观、完整自恰的理论体系。
在传统的“一分为二”体系下，学生往往将过多精力用于热力学计算，不能很好地理解统计物理的理论体系，容易将热现象的宏观和微观理论割裂开来。本体系从微观理论出发，用统计物理理论导出热力学基本定律，讨论体系热力学性质，给出统计物理概念与宏观现象的对应，融热现象的微观、宏观理论于一体，结束了两种理论割裂的传统教学格局，提高了认识层次。同时，使理论物理与普通物理的分工更趋合理，便于解决传统体系难以避免的“热统”与“热学”过多重复问题。
本体系按照统计物理学的知识框架，将主要知识点划分为孤立系、封闭系和开放系等三个模块（参见上图）。各块均首先给出相应的统计分布，进而引入热力学势（特性函数），导出热力学基本定律，再用微观和宏观理论相结合的方法研究具体系统的热力学性质。例如：在孤立系一章，从等概率基本假设出发，引入统计物理的熵，导出热力学第一、第二定律，进而研究理想气体的平衡性质。在讨论封闭系时，从正则分布出发，引入热力学势——自由能，给出均匀系热力学基本微分式，进而导出麦克斯韦关系，介绍用热力学理论研究均匀物质宏观性质的方法，再具体讨论电、磁介质热力学、焦-汤效应等典型实例。同时用正则分布研究近独立子系构成的体系，导出麦-玻分布，介绍最概然法；进一步导出能均分定理，介绍运用统计理论研究半导体缺陷、负温度、理想和非理想气体等问题的方法。对于开放系，首先导出巨正则分布，再引入巨势，给出描述开放系的热力学微分式，研究多元复相系的平衡性质，讨论相变和化学热力学问题；用量子统计理论导出热力学第三定律，讨论低温化学反应的性质。另一方面，考虑全同性原理，用巨正则分布导出玻色、费密两种量子统计分布，给出它们的准经典极限——麦-玻统计分布，并运用获得的量子统计分布分别讨论电子气、半导体载流子、光子系的统计性质和玻色—爱因斯坦凝聚等应用实例。
2．以系综理论为主线，完善统计物理体系
与国内现流行体系不同，“统计热力学”的统计物理以“系综理论”为基础，具有更强的系统性。
现流行体系为便于学生理解，大多先避开系综理论，讲解统计物理中常用的分布和计算方法，如近独立粒子的最概然分布、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计及其应用等，而在课程的最后介绍系综理论有关知识[5]。这种体系除内容不可避免地出现重复外，还在一定程度上牺牲了统计物理的系统性。在实际教学中，为了阐明有关分布和统计法，往往不可避免地运用如等概率假设、配分函数、巨配分函数等系综理论的基本概念，难免出现生吞活剥、“消化不良”的弊端。从体系实施现状来看，不少院校因学时有限，在热力学和基本统计方法的教学之后，对系综理论的介绍只能一带而过，学生难以完整掌握统计物理理论。
我们多年采用系综理论为主线的教学实践表明，“统计分布”与“系综”的“分割”是不必要的。本体系首先引入“系综”概念，将整个“统计热力学”的基础建立在系综理论之上，从一个基本假设——等概率假设（微正则系综）入手，渐次导出各种宏观条件下的系综分布，建立配分函数、巨配分函数等基本概念，给出相应的热力学势和热力学基本微分公式；同时，顺畅地导出如最概然分布、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计法等常用分布和计算方法，并用于实际问题。在教学过程中，力求循序渐进地阐明统计物理的基本理论，使学生准确、清晰地掌握统计物理的基本概念，对热物理理论有完整系统的理解，能够全面、灵活地运用，为进一步学习更高深的知识和了解物理学的最新成果奠定扎实的基础。
3.以量子理论为基础，认识微观运动本质
为使学生准确认识微观运动本质，“统计热力学”将系综理论建立在量子论的基础上，而经典统计则作为量子统计的极限给出。
传统体系多从经典统计入手，然后进入量子统计。我们教学实践的体会是，物理学历史上由经典论到量子论的认识过程没有必要在统计物理教学中重演。通过现设“普通物理学”课程的学习，学生已理解微观运动遵从量子力学规律，并具备了一定的量子论知识基础，在量子论基础上建立统计物理理论顺理成章。事实上，微观运动的正确描述须用量子理论，而量子统计与经典统计就统计规律性而言并无本质区别，经典统计只是量子统计的极限情形而已。以量子论为基础构建统计物理体系，更有利于学生尽快认识事物的本质，迅速进入对前沿科学的学习。
三、关于体系的兼容性——几个共同关注的问题
“统计热力学”以系综理论为主线，以量子论为基础,大幅提高统计物理比重，适当地增加了课程深度。在课时缩减，招生规模扩大的形势下,实施上述改革更有一定风险和难度。另一方面，新体系能否与流行体系兼容，也是国内同行普遍关注，需要在优化改革方案过程中解决的问题。为化解难度，提高兼容性，在体系建立和教学实践中，我们着力解决了以下几个问题：
问题之一：量子理论与系综理论理解困难问题。如前所述，学习本体系前应具备一定的量子论知识。目前国内物理专业的“热统”课程多排在“量子力学”之前。这就不可避免地出现了“前量子力学”困难。为解决这一问题，我们在课程引论中安排了量子论基本知识的讲授，介绍量子态、能级、简并、全同性、对应关系等概念。如此处理，再结合普通物理“原子物理学”中学到的量子力学初步知识，学生就能够较好地接受“量子统计”有关概念。此外，我们将“量子态”和“量子统计法”两个初学者较难理解的概念做分散处理：分别在第1章引入“系综”概念之前和第6章巨正则系综概念之后讲授，既分散了难点，又使概念和运用衔接紧密，有利于及时消化。
系综理论是统计物理中最核心、最抽象的内容，也是统计物理教学的难点。国内流行体系将系综理论与常用统计分布及计算方法分离，安排在课程最后集中单独介绍。我们实践的体会是，这种处理将多个难点（三种系综及相应热力学关系）集中，增加了学生的理解困难；加之系综概念孤立于基本统计方法和应用之外，更显抽象枯燥。学生学后或觉不知所云，或难纵观全局，终致应用乏力。鉴于此，我们遵循由表及里、由浅入深、循序渐进、层层推进的认识规律，将系综的基本概念和三个系综分散在七章中穿插讲授、逐步深入，并及时运用理论对相应系统的性质加以讨论。这样做，可分散认知难点，并及时结合应用，实现宏观微观的交错，避免枯燥无味的困惑，既保证了热物理理论的系统性和完整性，又解决了系综理论为主线的教学困难。
问题之二：关于最概然法与麦-玻统计问题。最概然（可几）法与麦克斯韦-玻尔兹曼（麦-玻）统计法，是统计物理中应用较广的两个方法。采用系综理论为主线的教学体系，是否会影响这两种方法的学习和运用？这也是国内同仁关注的问题之一。在新体系课程改革和教材编写中，对这两部分内容均给予充分的注意。在第三章（封闭系）导出正则分布和相应热力学公式之后，用两种方法导出麦-玻分布：一是作为近独立子系的平均分布，由正则分布导出；二是从微正则系综出发，用最概然法导出。同时还由麦-玻分布给出热力学公式，并讨论几种分布之间的关系，给出分布的应用实例。实践表明，这种处理模式能全面深化学生对最概然法与麦-玻分布的理解，以致在应用中得心应手；还能强化对系综理论和统计物理体系的理解。
问题之三：热力学基本方法掌握问题。热力学作为一种可靠的宏观理论，从基本定律出发，通过严格的数学推演，系统地给出热力学函数之间的有机联系，将其用于实际问题。深入理解热力学定律的主要推论和热力学关系，熟悉它们的应用，掌握热力学演绎推理方法，是“热统”课程不可或缺的内容。“统计热力学”体系以微观理论为框架组织教学，是否会削弱学生在热力学理论的理解和应用方面的训练？对这个问题，国内同行关注有加，各见仁智，也是我们在课程改革中始终注意的问题。我们的处理模式是：打通热物理宏观与微观理论的壁垒，针对不同宏观条件，在相应章节给出各种系综分布，然后导出热力学公式，并插入相应的热力学理论训练内容，确保足够篇幅讨论平衡态的热力学性质。例如：在建立封闭系的正则系综理论后，插入“均匀物质热力学性质”一章，集中讲授麦克斯韦关系、基本热力学函数和关系、特性函数等概念，介绍热力学基本方法和对典型实例的应用。建立开放系的巨正则系综理论后，又集中介绍与之相关的相平衡、化学平衡等问题的宏观理论。事实上，热物理的微观和宏观理论相得益彰、不可分割。在学习运用统计物理研究宏观过程的规律时，势必也会反复地运用热力学函数、公式和相应方法，使学习者得到相应训练。此外，再提供一定数量的习题，辅之以课外练习，以达到“学而时习之”的效果。这样，新体系虽然大量削减纯粹“热力学”内容，并未削弱对热力学理论的理解和方法的训练，相反可使其得到加强和升华。
内蒙古大学“热统”教学组近20年的课程改革和教学实践证明，用“统计热力学”体系组织本科物理专业“热统”课教学是可行的。采用同样的体系和教材，适当取舍内容，在应用物理和电子科学技术专业组织2学分“统计物理”教学，亦取得一定的经验，其效果令人欣慰。毋庸置疑，笔者主张统计热力学体系，丝毫无意否定“热统分治”的传统教学体系。两种体系，各有千秋，互补互鉴。究竟采用何种体系组织教学，还应视培养目标、师资力量、学生状况等，因地制宜地选择。
参考文献：
[1]梁希侠，班士良.统计热力学[m].呼和浩特：内蒙古大学出版社，2000.
梁希侠，班士良.统计热力学(第二版)[m].北京：科学出版社，2008.
[2]梁希侠，班士良，宫箭，崔鑫.统计热力学（第二版）学习辅导[m].北京：科学出版社，2010.
[3]王竹溪.热力学简程[m].北京：高等教育出版社，1964.
[4]王竹溪.统计物理学导论[m].北京：高等教育出版社，1965.
量子化学和量子力学的关系篇7
近年来，许多人著书立说，认为当代物理学与东方哲学(包括中国与印度)之间存在着某种相似性。在本文中，作者将着重讨论它与中国哲学，特别是易哲学的共同点。易哲学主要源出于《易传》，该书是约在公元前3世纪编成的，传统的看法是由儒家编纂的，但从它的内容来看应该推测是由道家编纂的。
简单地把量子力学与易哲学做直接的类比，只能给出它们之间相同性的肤浅描述。为了把这种无定形的直觉变成为一种有价值的、具有透彻性的思想，必须要在本体论的层面上对二者进行深入的分析比较。本文作者试图在这一工作的基础上，融合量子力学与易哲学这两方面的思想成果，建立起一个崭新的哲学观，这一哲学观将会较好地对量子力学做出哲学上的诠释，同时也包含对易经哲学中的主要哲学思想进行科学化与形式化的转变。
2量子力学的本体论表述
2.1玻尔的哲学观
从经典物理学到量子力学，这一过渡对物理学观念产生了深远的影响。现在人们已清楚地认识到，经典物理学的原理仅适用于有限的范围，而且只是一种近似。经典力学的标准哲学诠释混淆了物理的现象与本体论的概念，并且与量子力学是不相容的。
尼尔斯·玻尔是在量子论出现时期的一位偏好哲学的著名物理学家。他对量子理论引起的哲学问题进行过深刻思考。玻尔关于量子力学的哲学观既深刻又有局限性，这源于他的方法学。他的方法学的中心部分是关于物理学概念体系的分析。他尖锐地指出，西方本体论的概念是对经验现象产生的概念体系的不适当的外推。玻尔的哲学观的局限在于，他的方法学过份强调了物理学中的经验基础而忽视了他分析中暴露出的量子力学含有的思想体系的内涵。
在他著名的科莫演讲中，玻尔陈述了量子论的基础：或许可以用所谓“量子假设”来表述，即一个基本的不连续性或更确切地说是分立性，存在于任何原子过程中。这对经典理论来说是完全陌生的，这一分界以普朗克的量子运动为标志。据此，他做出以下结论：量子假设表明，有关原子现象的任何观察，都不可避免地包含观察者与观察媒介的相互作用。
2．2相互作用原理
当然，玻尔自己很小心地避开了本体论的话题，也拒绝提出任何本体的假设，因为这样的假设违背了他的方法论的原则。虽然如此，因为上面说过量子力学包涵着新的思想材料，我们可以看见他的立场很含蓄地赞成了本体实体的存在。这是因为他的立场既要把观察描述成一种相互作用又要把在不同实验条件下对同一被观察物得出的现象的描述，作为对这一被观察物的互补性的信息。
需要一种新的本体论的原则，来描述本体与现象之间的关系。这个原则可取之于两个来源，一个是玻尔对观察与相互作用的观念；另一个是假设现象是本体与观测仪器相互作用的结果。这导致了相互作用原理：
现象是由于本体与观测媒介相互作用的结果。
相互作用原理将全面的现实分为两个领域：一个领域是本体现实，它与实验媒介相互作用，这一现实是独立存在于相互作用之外的；另一领域是指相互作用的结果，这是被称为现象的现实，相互作用使得这一现实可以被实验所感觉到。从这一理解出发，本体论的中心问题是探索这一本体现实的性质。
2．3通向本体论的三个步骤
建立量子力学的本体论哲学体系可以分为三个步骤。第一个步骤是给出这一概念的形式化的数学结构。薛定谔方程中的波函数概念是量子力学的中心形式化概念。玻恩的几率诠释符合了使波包与实验统一起来的需求，但是创造一个本体论的独立实在的概念需要完全不同的方法。由于薛定谔方程可以用来描述观测之间的真实变化过程，而符合薛氏方程的波包的量子力学的干涉有物质的结果，所以本文作者认为，薛氏方程所描述的波包概念是一个比较合适的用以建立本体论概念的形式化概念。
第二步，我们必须考虑，假如有实体满足该描述，为了真正的存在，它们还要满足什么样的其他条件。在目前情形下，我们必须考虑波包应具有怎样的本体性的性质才能得以存在，这即是说一个单独的波包不能做一个本体实体，我们必须考虑要加上怎样更多的性质去构成一个完备的本体实体。这一考虑的结果将会给波包一个实在性的诠释。具有波包的数学结构的真实存在，将与我们通常所认为的自然实体有着截然的不同。这一诠释需要一个全新的概念体系的框架。因此，诠释的问题，便是在波包的数学结构基础上，创造一个全新的范畴体系，来表达一个合适的本体实体概念。这一概念必须承认，实体在孤立时是非局域性的，而当与一个实验媒介发生系列相互作用后，便会成为局域的。根据这一要求，本文作者提出一个新的概念就是“双波包”的概念。双波包由正弦元波包与相调节子波包构成。这些概念将在下一章节里加以阐明。
第三步，是要建立一个普遍的哲学体系，使我们能够理解现实的一切，它将包含而又超出我们一开始所讨论的所有科学问题。这将导致对精神一类性质的问题的哲学探索，以及对双波包体系的哲学上的思考。后一问题是本文的主要重点，并将在“3”讨论，出于适当的动机，将在“2．5”对精神和意识问题做出一个粗略的描述。
2．4双波包
本体实体必须是某种真实波包，从而波包的形式体系可以用来描述它。构成这一波包的波可以认为是一组单色正弦元波。这样的波包是量子力学的群包的本体论的诠释。它所组成的各个单色正弦波不是真正的本体实体，但是为了构成真实的波包，它们必须具有一种似实非实的存在性质。它们没有现象上的存在，是因为它们自己本身不能有量子力学的干涉从而产生局域化而被观测到。可以说本体实体的原料不是正弦波而是正弦波之间的量子力学的干涉。
构成这波包的波，必然有很复杂的相互关联，这样波与波之间的干涉才能建立并保持下来。进一步，它们还必须具有一些特别的性质来造成它们的粒子现象。如果粒子现象是由于波包里的波之间的干涉被重新调节而形成的一个极限小结构，那么，这就可以用相关联的重新调节来解释群包的塌缩，就是粒子的出现。所以，在波包形成与塌缩时，便会通过相关联来建立或调节构成波之间的干涉。
在量子力学中，没有任何力可以在波包中调节一个单独的元波。所有的量子力学的力都表现于不可分割的基本粒子之间，不表现于一个基本粒子之内。因此，本文作者认为本体性的干涉实际上是通过一种比量子力学的力更复杂精巧的调节来实现。借鉴电磁相互作用与强相互作用中的光子与胶子概念，可以把这些干涉相应地解释为一种本体性的实体，即所谓的相调节子，因为它调节正弦元波的相位。
为构成一个波包，一大群的相调节子必须一齐配合起作用。所以，我们提出这大群调制子构成一个调节波包。没有相调节子来调节一群正弦元波，这群正弦元波就不能构成一个波包。因此正弦波包的存在依靠着相调节子波包的作用。所以本文作者认为，一个基本的本体实体，是由一对双波包构成的，它包含密切相关的正弦元波包与相调节子波包。双波包概念是建立在形式化量子理论基础上的本体论的中心概念。
2．5精神与意识
相互作用原理和双波包的本体论提供了一个基础，可以用来建立一个关于意识的解释性体系，而这一点用其他的量子论诠释是无法达到的。首先，我们利用相互作用原理把意识经验解释为本体现实与经验媒介、我们的感官相互作用的结果。这样的相互作用的概念是由相调制波包的相互作用的概念扩展而来的。其次，双波包的本体论让我们可以假定相互作用是相调节子波包，而非量子力学的群波包。因此，意识是本体实体的相调节子与人类的器官的相互作用结果。意识现象与它的相应本体现实分子的关系，与物质实体与它的相应本体现实分子的关系类似。当然，在进入相互作用中的本体现实分子的性质必须被诠释为如下两种不同的情形：进入物理作用的是正弦元波包，它是量子力学的群波包，可用薛定谔方程描述；有意识现象做结果的是相调节子波包，它不能用量子力学来描述。但是只是通过量子力学概念体系就能够发挥这个概念。在这两个范围内相互作用必然有性质上的不同。在物质的方面相互作用是波包的塌缩。在意识的方面，可以类似地称之为相调节子波包的塌缩。可是由于我们没有一个关于相调节子波包的决定性概念，这样说必然依旧相对地不明朗。无论怎样，这种概念在区分相互作用的来源与结果上有着重要的用处，正像在量子力学中一样。正如物质实体是现象，意识也是现象。它是本体实体与人类的器官的相互作用的结果，就像量子力学的粒子是本体实体与观察媒介的相互作用的结果一样。
现在，我们有了一个关于精神哲学的全新的概念体系。我们可以称其最高范畴为相调节子领域中的“心”或“灵”，它相应于传统上西方哲学对心与灵的理解。但我们必须注意，传统的解释有严重缺陷，因为人们把关于心和灵的本体的因素与意识的现象的因素混淆在一块了。现象的因素必须从本体论概念中抽出来，归到现象性的自我，即意识。心或灵概念中剩下的本体论的内容应该被诠释为一个相调节子波包系统。进一步地，相调节子除在解释量子力学的现实诠释上有重要作用外，它既给心以自然诠释也使心的概念自然化，并将它扩大到整个自然界。
总之，量子力学的双波包本体论使本体实体与现象实体之间有了本质上的区分。现象实体是本体实体与经验媒介相互作用的结果。本体实体与现象实体，都各有两个领域。现象实体的两个领域是意识和物质实体。本体实体的两个领域是物质的正弦元波包和非物质的相调节子波包。
3中国的本体论与量子力学
3．1双波包的本体论与西方本体论概念
现在我们必须把我们的注意力转向建立一个解释现实的普遍的哲学概念体系。纵观西方哲学概念，没有类似双波包理论的。西方哲学有二元论的传统，其中以笛卡尔为最。但是二元论与这里提到的双波包的二元性有根本上的不同。在二元论中，物质与精神两个领域是截然隔离的。这就是说，物质与精神这两个领域中的每一个别的实体，都有着独立的本体的存在。但是在双波包理论中，正弦元波包与相调节子波包只能互相关联地存在以构成独立存在的真实波包。在这里要强调，由逻辑观点来说正弦元波包与调节子波包是先于存在的，但它们本身不是这一本体论的真实存在，仅仅是构成真实存在的某种前提性的东西。
3．2双波包本体论与阴阳
笛卡尔的二元论深刻地影响了现代西方哲学和科学，但双波包本体论与它在结构上是完全不相同的。与双波包类似的本体论却主导了中国哲学近2000年，这就是易哲学。这种哲学根源于阴阳的原理；阴阳是《易经》中有关变化过程的东西。在阴阳及其变化的观念基础上形成了《易传》的宇宙论体系，这是此后所有哲学的基础，也是此后大多数儒家的本体论的基础。
阴阳的概念，来源于对自然现象中呈现的对立两方面的观察，并认为这是自然界存在与运行的基本动力。例如，男人与女人的对立被认为是产生生命与维系自然物种的力量。光与暗、热与冷代表循环变化的动力。当《易经》演变成为一个哲学体系时，阴与阳便成为本体论上的二元性的宇宙的原则。
这就是双波包与阴阳之间的类同之处。纯的阴与阳可以被认为是正弦元波与相调节子波。正弦元波与相调节子波单独地并不构成真实的存在，只有它们的混合交织才能构成波包，波包又构成双波包，就是构成真实实体。这十分近似于对阴阳的本体论解释的原理。阴和阳并不单独构成真实世界。自然中没有任何东西是纯阴或纯阳的。所有存在之物都是阴与阳相互交织的杂交体。本体现实是由两个不同的似实非实的领域组成，这两个领域的成分本身又不是真实的实体。这一命题是两者比拟的核心；但这抽象命题在两种不同的体系中却有着两种不同的具体内容。
3．3复杂性的两个层次
在《易经》体系里，八卦(经卦)有三爻，六十四卦(别卦)有六爻，别卦由两经卦组成，这是另外一项类比的根据。在双波包本体论与《易经》哲学中，真实存在的基本成分都是由两个部分组成：一个双波包包含了正弦元波包和相调节子波包，而一个有六爻的别卦是由二个有三爻的经卦组成的。这便产生了两个层次上的现象的复杂性，在《易经》中这一点被十分清楚地阐明了。把这一点应用到双波包情形上，对于一个深刻的哲学问题会产生十分有趣的观点。
《易经》把现实组成描述为两个阶段，其中基本的具体物象是由有三爻的经卦结构揭示出的，而事件以及关于变化运动的规律是由有六爻的别卦的结构揭示出的。《易传·系辞传(下)》说：“八卦成列，象在其中矣。因而重之，爻在其中矣。”
从双波包实在论的观点看，不同程度的复杂性的区分是十分有意义的。但是把这种区分看成是现象与变化之间的不同是错误的。最好是区分两个不同层次的复杂性的现象的领域，每一个层次又包含了相应的变化规则。
在20世纪，好多西方哲学家试图将意识现象归并到物质现象，两个层次的复杂性对这个归并方案导致了一个既新颖又深刻的观点。这一方案对西方的唯物论哲学家们一直是一个难于应付的问题。“现象”这个概念，在普通语言中，比在经典物理学中，是丰富多了。现象的本质在物理上处理为位置与动量这些东西，但是对某种层次的现象的彻底性的分析，并不适合去解释有目的的行为与主观经验这类现象。
使复杂性的层次性原理适应双波包理论的概念体系便会产生以下的解释。正弦元波包与物理中的物质联系在一起，相调节子波包与意识联系在一起。物理学的原理仅仅是作用在整个现象范围的一部分；而作用在这个有限的物理范围的原理比之作用在整个现象现实的原理要有限得多。任何包含人在内的变化必须包含相调节子对正弦元波的影响。这表明，物理只是现象现实的一部分的描述，在目的性可以被概括进描述之前需要引伸到相调节子范围。
双波包理论与易哲学的两种复杂性的二层次的原理有两个重要不同的地方。第一，组成《易经》的六爻别卦与两个三爻的经卦的性质是一样的，但是，组成双波包的两个成分是不同的，互补性的。第二，在《易经》的体系中阴阳的互相交织组成三爻经卦，经卦是独立的真正的现象，阴阳是现象界的原始原料，可是，在双波包理论中，正弦元波包与相调节子波包不是真正现象，只是现象界的原始原料，现象界是由它们的交织构成的。
3.4关于自然概念的含义
自然的含义在西方科学中与在易哲学中是不同的，在西方物理学中，自然是与能测量的自然属性联系在一起的，例如位置与动量，所以意识与目的的范畴被完全排斥在外。西方方法学的优点在于分离测量过程，这使得科学得以诞生。它的缺点是丢弃了现实中的一个十分重要的部分。
孕育了科学的哲学背景现在却成了它的绊脚石，因为它使科学与一个包括意识在内的全面世界不能相容。量子力学把经典物理的物质的本体论粉碎了。我们应当更进一步，希望能在量子力学的体系中发掘出能包含目的性在内的关于自然的观念。《易经》的一种方法做到了这一点，难以为西方的想象力所接受。双波包的本体论也做到了这一点，它是以科学哲学的理论方式来叙述的。
基于这一观点，可以得出结论：自然的概念应该包含目的性。物理学不包含它的原因在于它是限制于双波包的正弦波包的范围。双波包的哲学体系的相调节子波包却潜在的蕴涵了目的性的因素。这样自然化目的性的结果相似于《易经》的自然概念。可是在易经的体系中，三爻的经卦跟六爻的别卦都有目的性，不过是两个层次的。物理学的伟大成就证明自然界有一个非目的性的层次。这表明，在这个方面双波包理论的二层次的结构比《易经》优越。
3．5道的三个层面
关于自然的广义概念中，易经哲学强调一种整体性的原理，其中一个抽象的单一的自然的规则“道”可以在自然界中不同的实体与结构中有不同的表现。《易传·说卦》中说：“是以立天之道，曰阴与阳。立地之道，曰柔与刚。立人之道，曰仁与义。”道的三个自然层面可以解释为，一个统一的规则概括了物理、生命和目的性过程。这一点与西方的观念截然不同。西方哲学家对此进退两难：要么把目的性现象看成是物理过程(唯物主义)；要么把物理过程看成是目的性现象(唯心主义)；要么认为二者是完全地不相容(二元论)。为了把这一统一的原理引进现代的西方科学框架中，需要对非决定论与目的性做出新的解释，这将给予它们一个共同的基础核心。
3.6非决定论
双波包的本体理论既可以把自然的概念由物质现象扩大到意识现象，也可以对非决定论提出新的解释。在量子力学中，从决定论转换到非决定论，不会给出更深的哲学意义。
这是因为，量子力学不过是简单的而已。如果能给出一个物理上的解释，一个选择可以怎样从一些可能性中做出，那么在量子力学观念上这将不是非决定论了。可是相调节子的假设提出选择过程在量子力学描述的领域之外受到影响。
在双波包中，正弦元波包领域与相调节子波包领域在本体论上是截然分开的。相调节子波包对一个事件的影响，从本体论上而言，是在量子力学描述范围之外的。所以，这样讲并不矛盾：在物理上是非决定论的，但在更广的整个现实范围里却遵从某一选择。在这一意义上，物理现实只是本体的现实的一个部分而量子力学是它的完全性描述。这意味着，量子力学在玻尔与爱因斯坦争论的意义上是完全的，因为在它的范围内它是完整的；但在一个本体论的意义上说，它又是不完全的，因为它只是描述了本体现实的一个部分而已。
在单个粒子的量子体系中，选择由相调节子波包所决定，它从由波函数塌缩而致的可能性中做出选择，而这一塌缩过程在标准的量子力学看来是纯随机的。在两个粒子的情形中，例如在贝尔实验中所描述的那样，两个粒子的量子力学的干涉纠缠在一起以至两个事件的结果是相干的。这两个粒子的相调节波包也纠缠在一起了，这是一些相调节波包构成复杂组织的根据。在更复杂的系统中，相调节子波包之间的相互关联变得更强，逐渐地导致了生命、行为、意识和目的性。在更复杂的系统中，选择变得更复杂，更有效。量子力学的可能的观察结果的选择变为完全目的性的自由意志过程。这需要建立一系列的新概念，量子力学的选择是其中一个极端，自由意志是另一极端。这一系列新生的概念可以延伸至
包括意识与目的性，覆盖所有层次，而且必须在双波包的基础上给它们自然的诠释。
3．7目的性概念的广义化
在这一诠释下，相调节子在十分复杂的物理体系中于不同层次上发生作用。第一，它们有着纯物理的功能，用以调节正弦元波构成真实实在，也作为最基本的选择。第二，在包含生命在内的十分复杂的物理体系中，从无生命物质到生物体的构成过程，是一个更高级的规则；这是由相互关联的相调节子所构成的(关于所有的有关的物理粒子)。最后，考虑到人类行为的适应性和意识以及目的性的出现，更高级的相调节子过程必须构造出来。
在现代科学思想体系中，关于现象过程的三个层面的特性可以概括为一个单一的普遍的规则，它实现并应用在不同的形式中：物质实体的存在与稳定；生命从物质中演化出来；目的性行为从生命中产生出来。除了语言上的不同外，这一规则与道的三个层面的特性有共同之处，它们都给出了自然的一个图景，并且都强调一个单一的规则作用在不同的体系中，体现出不同的特性。
量子化学和量子力学的关系篇8
一、物理化学课程在课程体系中的地位
物理化学在两阶段工科化学(化工类)课程体系中处于枢纽地位。第一阶段由化学原理(基础物理化学)、无机化学、有机化学、分析化学等课程组成。化学原理作为理论教学内容,在对中学化学知识总结提炼上升到理性认识高度的基础上,对后继无机化学、有机化学作为应用教学内容提供理论基础。第二阶段由物理化学加后继专业或专业基础课程、选修课程组成。物理化学作为理论教学内容,既将先前所学无机化学、有机化学等知识从理性上加以认识提高,又为后继课程提供理论基础。[2]在专业教育的范畴内,物理化学是工科,尤其是化工、冶金、轻工等各专业必备的化学理论基础,它衔接基础理论和相关的专业课程,是一门专业基础课程。
二、物理化学课程的教学内容
物理化学提供应用于所有化学以及相关领域的基本概念和原理,严格和详细地阐释化学中普适的核心概念,以数学模型提供定量的预测。因此,物理化学是分析化学、无机化学、有机化学和生物化学课程,以及其他相关前沿课题的概念的理论基础。总体而言,物理化学理论课程可能涉及的教学内容如下:[3]
1.热力学与平衡
标准热力学函数(焓、熵、吉氏函数等)及其应用。熵的微观解释。化学势在化学和相平衡中的应用。非理想系统、标准状态、活度、德拜-休克尔极限公式。吉布斯相律、相平衡、相图。电化学池的热力学。
2.气体分子运动学说
麦克斯韦-玻耳兹曼分布。碰撞频率、隙流速度。能量均分定律、热容。传递过程、扩散系数、黏度。
3.化学动力学
反应速率的微分和积分表达式。弛豫过程。微观可逆性。反应机理与速率方程。稳定态近似。碰撞理论、绝对速率理论、过渡状态理论。同位素效应。分子反应动力学含分子束、反应轨迹和激光。
4.量子力学
薛定谔方程的假定和导出。算符和矩阵元素。势箱中的粒子。简谐振子。刚性转子、角动量。氢原子、类氢离子波函数。自旋、保里原理。近似方法。氦原子。氢分子离子、氢分子、双原子分子。LCao方法。计算化学。量子化学应用。
5.光谱
光-物质相互作用、偶极选律。线型分子的转动光谱。振动光谱。光谱项。原子和分子的电子光谱。磁共振谱。拉曼光谱、多光子选律。激光。
6.统计热力学
系综。配分函数表示的标准热力学函数。原子、刚性转子、谐振子的配分函数。爱因斯坦晶体、德拜晶体。
7.跨学科的应用
生物物理化学、材料化学、环境化学、药学、大气化学等。物理化学实验课程培养学生用物理化学原理联系定量模型与观察到的化学现象的能力,深化学生对模型定性假设和局限的理解,锻炼他们采用模型定量预测化学现象的基本技能。
学生应能记录正确的测量值,估算原始数据的误差。学生需要理解电子仪器的原理和使用方法,操作现代仪器测量物理性质和化学变化,积累用这些仪器解决实验问题的经验。物理化学实验应含有结合若干实验方法和理论概念的综合实验教学内容。适用于工科化学(化工类)课程体系的物理化学实验教学内容大体如下:
1.热化学实验
计算机联用测定无机盐溶解热。计算机联用测定有机物燃烧热。温度滴定法测定弱酸离解热。差热分析。
2.相平衡化学平衡实验
不同外压下液体沸点的测定。环己烷-乙醇恒压气液平衡相图绘制。液-固平衡相图绘制。凝固点下降法测定物质摩尔质量。沸点升高法测定物质摩尔质量。热重分析。氨基甲酸铵分解平衡常数的测定。
3.表面化学实验
溶液表面张力测定。沉降法测定粒度分布。Bet容量法测定固体比表面积。
4.化学动力学实验
量气法测定过氧化氢催化分解反应速率系数。蔗糖转化反应速率系数测定。酯皂化反应动力学。一氧化碳催化氧化反应动力学。甲酸液相氧化反应动力学方程式的建立。可燃气-氧气-氮气三元系爆炸极限的测定。计算机联用研究BZ化学振荡反应。
5.电化学实验
强电解质溶液无限稀释摩尔电导的测定。离子迁移数测定。原电池反应电动势及其温度系数的测定。金属钝化曲线测定。
6.结构化学实验
磁化率测定。分子介电常数和偶极矩的测定。
三、面向专业的物理化学教学内容建设
当然,一个工科类专业的物理化学教学不可能也不必要包含上列的所有内容。因此,各学科专业教学指导委员会根据专业的培养目标和规格,在已经或即将公布的各学科专业的指导性专业规范中,制订了包括物理化学在内的化学课程教学基本内容作为最低要求。如化学工程与工艺专业的规范(研究型)中规定:物理化学可分为两部分,物理化学(i)主要内容为化学热力学和反应动力学等,作为化工主干课的基础,应注意与化工热力学课程和化学反应工程课程的衔接和分界(一些内容可在化工热力学课程和化学反应工程课程中展开,以加强工程背景);物理化学(ii)主要内容为溶液理论、统计力学、量子力学等方面的概要以及近展等。各专业的物理化学教学基本内容充分体现了本专业的学科特点,是在保障人才培养质量的前提下,兼顾国内各相关学校的教学条件提出的基本要求。因此,它体现的是该专业人才的知识体系的共性。由于各校的学科背景和教学条件的优势不同,要培养具有特色的专业人才,需要在教学中研究如何在满足各专业的教学基本内容要求的基础上开展物理化学教学。我们认为在教学内容建设中应坚持贯彻下列原则,才能切实发挥物理化学这一门专业基础课程的作用。[4]
1.承前启后,发挥枢纽作用。了解授课对象的先修和后继课程与物理化学的联系,深化化学原理课程中的物理化学理论,介绍其在后继专业课程中的应用,以开阔视野并兼顾系统性和趣味性。
2.少而精和博而通。传统的基础内容要突出重点,讲深讲透,体现学科框架;选择介绍相关前沿的内容以扩大知识面。
3.提倡内容侧重的多样化。针对不同专业时要不拘一格,倡导内容侧重的多样化;即便面对同一专业,内容侧重亦应有宽松的选择余地。
4.体现工科特色,强调应用性和实践性。引入研究型实践项目,使学生加深对理论的理解,提高应用水平。
四、建设物理化学教学内容的措施
华东理工大学物理化学教研室在国家精品课程和部级教学团队建设过程中,以提高专业人才的教育质量为目标,采取了一系列措施,提高物理化学课程的教学水平和质量,促进相关专业的课程体系建设。
1.根据授课专业的先修、后继课程,研读相关教材,如化学工程与工艺专业的现代基础化学、化工热力学、化工原理、化学反应工程、化工过程分析与合成教材,了解其改革动向和内容变革,并且请有关学科的学术带头人做物理化学在学科领域应用介绍的报告,提出教学内容改革建议。这样做的结果一方面可以避免教学内容上不必要的重复,另一方面可以合理地选择教学内容侧重,实现化学基础课程与专业课程的合理衔接。
2.编写教材和教学参考书,保障教学基本内容的教学质量,介绍物理化学学科发展、在交叉领域的应用;介绍溶液模型、线性自由能关系等半经验方法,以衔接后继课程。近年来编写或修订出版了《物理化学参考》、《物理化学》(第五版)、《物理化学导读》、《物理化学释疑》、《物理化学教学与学习指南》。开展教学研讨,提高教师队伍的学识水平和在教学中贯彻少而精、博而通教学思想的能力。
3.制作相关前沿课题和理论应用实例,如“正、负离子混合表面活性剂双水相系统及其微观结构”、“温室气体Co2的捕集和封存(CCS)技术”、“复杂材料的微相平衡和结构演化的数学模拟”、“离子液体的合成、性质和应用”等教学素材,进行教学资源的储备。
4.由科学研究项目提炼研究型教学实验,如“界面上聚乳酸pLa膜的结构特性研究”、“生物柴油中脂肪酸甲酯的GC-mS测定”、“mCm-41介孔氧化硅材料的合成和表征”等;形成各类研究性课题,如“生物柴油的制备及性能检测”、“Gem-ini表面活性剂连接基团对合成硅基介孔材料结构的影响”等。
量子化学和量子力学的关系篇9
关键词：动量定理守恒定律高中物理
中图分类号：G633.7文献标识码：a文章编号：1673-9795（2013）08（c）-0097-01
课本上动量定理的内容是：物体在一个过程中始末动量的变化等于它在这个过程中所受力的冲量。力、冲量、动量的变化，它们之间存在一个什么样的关系呢？力是一个瞬时量、冲量是一个过程量、动量的变化是一个过程量，力在时间上的累积就是冲量，冲量是动量变化的原因，力描述的便是动量变化的快慢了。
例如：用一个质量为m的铁锤，将钉子a沿竖直方向打入木板B中，打击钉子前的瞬间锤子速度是向下的Vo，打击时锤子和钉子一块向下运动，直到速度变成零，锤子与钉子的作用时间为t，如图1所示，计算锤子对钉子的平均打击力F。
解析：因为锤子在每一次打击中动量变化比较明显，所以此题选择以锤子为研究对象，来计算钉子对锤子的平均打击力。规定向下为正方向，由动量定理有：
解上式，得
由牛顿第三定律知：锤子对钉子的平均作用力F=mg方向：竖直向下
上题是一道比较常见的动量问题，解决方法也比较传统，如果将系统理论融入动量定理中，又可以得到以下两条结论。
1如果合外力冲量为0，则系统动量守恒
例如：分析下列情况中系统的动量是否守恒（）
a.如图2所示，小车停在光滑水平面上，车上的人在车上走动时，对人与车组成的系统
B.子弹射入放在光滑水平面上的木块中，对子弹与木块组成的系统（如图3）
C.子弹射入紧靠墙角的木块中，对子弹与木块组成的系统
D.斜向上抛出的手榴弹在空中炸开时
解析：对于a、B，因为系统所受合外力为0，所以动量守恒；对于C，墙对系统所施加力的冲量不为0，动量不守恒；对于D，手榴弹爆炸时虽然受到外力，但外力远小于内力，加之作用时间极短，因而所产生的冲量对系统内成员物体动量的影响可忽略。当然，对整个系统动量的影响便可忽略，此过程可认为系统动量守恒。
选择：aBD。
2合外力冲量不为0，系统动量会发生变化，变化量与合外力的冲量在数值上相等
例如：木块和铁块的质量分别为m和m，用线连接起来放在水中，木块的密度小于水的密度。放手后一起以加速度a加速下降，经时间后线断了，再经时间，木块速度为零，当木块速度为零时，铁块速度为多少？
解析：以木块和铁块所组成的系统为研究对象，系统所受合外力为，作用时间；系统初态动量为，末态动量为。所以由动量定理有：
解得：
物理学中每一条理论告诉我们的是物质世界的某种规律，在这种规律指导下所产生的公式便是解决问题的规则，只有准确把握规律才能理解规则，进而创造出解决实际问题的具体方式，这样一来，沉闷的物理问题便活泼起来，有了生命、有了味道。
参考文献
[1]代娟娟.力学中三个能量守恒定律的应用[J].湖南中学物理，2009（10）.
[2]“动量守恒、能量转化”问题[J].高考：理科版，2008（Z3）：109-117.
[3]吴群兴.解决碰撞问题应注意的两个定律――机械能守恒定律和动量守恒定律[J].当代电大，1995（2）：95-96.
量子化学和量子力学的关系篇10
此乃特殊重要文稿,几乎涉及物理世界全部问题。文中全部用8位数字有效精度并与实验完全相符的计算结果表明下述原理成立：
〖测得准原理〗：世间万物，无例外，都是测得准的（准确程度最终都将取决于普朗克常数h＝2π?的准确度），绝非测不准的；世间只存在测不准的学者，并不存在【测不准原理】--《量子力学》的基本原理。
文中用大量无可否认的事实，全面、系统、严格地证明了量子力学--世界权威理论，纯系伪科学。其基本原理--【测不准原理】系反科学的理论，由此量子力学已把科学引入歧途，并使之陷于恶性循环不解之中！
由于量子力学已修成了诡辩内禀属性，任何单方面对其论说全然无效，必须给量子力学以全面充分曝光，所以篇幅显得较长。实乃：
有道僧是愚氓忧可训，
奈何量子愚氓胜和尚！
第一章．世界是测得准的，并非测不准的
乍看，题目好象哲学的。不屑哲学，只谈物理。
大量研究表明，目前为止的实验已经给出物质世界准确信息，物理学重要任务之一就在于找出这信息并揭示其内在规律。遗憾的是，目前为止的理论(无例外)均未能如此。然而国内外学界却一致认为理论物理大厦框架--《量子力学》已经建成，剩下只是装修和美化了。
但经本文研究表明，《量子力学》对一些基本物理学问题的实质并不清楚，往往似是而非。然而《量子力学》却娓娓动听、夸夸其谈，实则以其昏昏使人昭昭！请看事实：
1.1关于"量子化"根源问题。
微观世界"量子化"已被证实，人们已经公认。但接踵而来的就是"量子化"根源问题，又机制怎样？这本是物理学根本任务之一。已有的理论包括爱因斯坦、玻尔、量子力学都未能回答。然而量子力学家们却置这本职任务于不顾，翩翩起舞与数学喧宾夺主、相互玩弄！
就是说，《量子力学》是在未有弄清量子化根源前提下侈谈"量子"的"科学"。其结果只能使原子结构凭空量子化，量子化则成为无源之水，无本之木。这就是目前物理科学之现状！
可有人，例如一位量子力学教授辩论时说："量子化是电子自身固有属性，阴极射线中的电子能量也是量子化的"。
虽然，这量子力学家利用了"微小量子"数学"极限"概念进行诡辩，显得很聪明，但却误了人类物理学前程！
不可否认的事实是：阴极射线中的电子、x射线韧致辐射电子、高能加速器中电子或其它自由电子能量都连续可变，决不表现量子化！这无疑表明量子化不是电子自身固有属性。那末，原子结构中能量量子化必有其它原因。显然这是基本物理学问题，作为理论物理又是非弄清不可的问题。其它科学例如数学，由于任务不同尚可不必关心量子化根源问题。然，作为理论物理决不可以！本文如下将准确具体讨论量子化根源问题以及物质世界又怎样量子化的，并给出8位数字有效精度与实验完全相符的计算结果。
1.2理论与实践关系问题
既然凭空将电子能量量子化，就难免臆造之嫌，所以《量子力学》就下意识往实验上靠??"符合"试验。然而，既下意识就难免拙劣，请看事实：
世界著名理论物理第六册--《量子力学》（文献[1]）中著："量子力学，可建立于数个基本假定上，大体上这些基本假定分属两大项……，两项的假定便构成一量子力学完整系统"。
这明确表明，量子力学就是建立在基本假定上的（种种猜测）。"科学学"研究还表明：任何建立在基本假定上的东西都不可能是科学！然而量子力学家们却娓娓动听说："量子力学是建立在实验基础上的科学"。这不是弥天大谎么？！
文献[1]在建立对易关系：
pq－qp＝（?／i）e?????????（1）
时说："这是一基本假定"。并告诫人们："不可懂"！就是说（1）式不能用任何数学--物理方法导出，即：不否认这是一种猜测。然而，（1）式就是昭著世界的"波动方程"的基础，也就是量子力学的理论基础。
所以确切地说，量子力学就是建立在基本假定上的种种猜测。这分明表现的是量子力学家们主观意识！
研究表明，量子力学所谓实验基础，首先在于德布罗意"物质波"理论。认真研究表明，物质波究竟是什么？德布罗意本人未有弄清，后人至今仍未弄清，又怎能说"建立在实验基础上"呢？！
研究表明，量子力学的实际过程是：德布罗意对自然现象进行一次连他自己也弄不清的抽象（猜测）（以下证明），提出"物质波"概念。量子力学对这不清的概念又进行一次抽象（猜测）（以下证明），提出"波函数"（ψ）概念，并且通过一种算符将其作用到一个基本假定即（1）式上，便铸成了著名的"波动方程"--量子力学的理论基础：
（h2/2m）?2ψ+(e－v)ψ＝0?????（2）
由于量子力学凭空引进"波函数ψ"，实际上就赋予了电子神奇性质。正是这种神奇性质使得量子力学具备了非凡诡辩能力。
1.3量子力学诡辩伦理
1.3.1关于理论基础诡辩
以上及以下讨论都证明，量子力学是，由于缺乏了解，错误地估计了试验（以下严格证明），用了错误的基本假定（不能由任何合理方法导出）而形成的，错误理论。然而量子力学家们却口口声声："量子力学是建立在实验基础上地科学"。这分明是在诡辩，再加上社会意识，量子力学又具备了狡辩能力。
1.3.2关于物质波的狡辩
对于"物质波"概念，量子力学[1]应用了三个基本假定：其一假定"对易关系"即（1）式，由此构成量子力学骨架；其二假定"测不准原理"，由此编造了电子"几率云"图像；其三假定"波粒互补原理"，这种原理本身就是一种诡辩，因为"波粒二象性"问题目前仍属困难不解的世界性难题。于是量子力学精心泡制出"波函数ψ"并强加给电子。经如此之假定，电子便具备了神奇性质--量子力学家们的主观意识。
然而"波函数"的物理意义究竟是什么？量子力学家们着实应向人们交代清楚，遗憾的是任何学家都未能如愿。实际上对波函数ψ的真实物理意义，量子力学家们也只是：你知、我知、天知、地知，凡人不可知。这分明是狡辩理论！
如果需要，量子力学（文献[1]）首先拿出：
2πa＝n??????????????（3）
很明显式中2πa是粒子中心轨迹。于是说，物质波是粒子轨迹波动。此说极易征服初学者，但此说问题也易败露。量子力学立即改变说法，言（3）式系近代物理概念，对此不能用经典概念理解。于是又出现：
1.3.3关于"经典"与"近代"狡辩
量子力学经常炫耀是近代科学理论，已经超脱经典，又不时贬低经典理论。
然而，以下讨论完全证明：量子力学除了主观臆造因素外，完全没有离开经典物理一步，也未超出经典物理一点，就连波函数ψ的表达式（无例外）也完全是经典数学和经典力学关系式，并且以下用不可否认的事实--量子力学所犯经典错误，表明量子力学连经典理论也不通。所以，量子力学所谓超脱经典，正在于一些基本假定连同主观臆造。在此种意义上说，量子力学不仅超脱经典，而且也超脱科学！1.3.4量子力学方法论狡辩
确切说，量子力学不能给波函数ψ做出完整的真实物理学定义，但在理论中却轮番使用:①波函数ψ表示粒子中心轨迹波动；②波函数ψ表示粒子出现几率；③波函数ψ表示弥撒物质波包三种概念。有了三种概念，又可各取所需，自然一切物理问题都"迎刃而解"了。
然而，量子力学同时又"有权"轮番否定这三种概念。但却不是自我否定，而是另一种需要--否定其它理论，其中包括真理。要指出的是，量子力学轮番使用三种概念，又轮番否定这三种概念，并不是在同一时间同一地点进行的。因为应用一种概念的同时又否定这种概念，这是卖矛又卖盾的故事，连儿童都知道是蠢事。显然量子力学家比儿童高明得多，这叫认识方法狡辩。
似这样，在哲学面前，用"建立在实验基础上"量子力学可以蒙混过关；其它科学由于研究任务不同，不会关心"量子化"根源，又由"领地"限制也无权过问波函数的真实意义；量子力学又可各取所需轮番应用和轮番否定①、②、③三种概念。于是，量子力学便以狡辩赢得了世界理论权威！
1.4关于"符合"试验问题
以下将证明，量子力学所谓符合实验，实际上系对实验的猜测。量子力学很善于做貌似合理实则谬误的猜测（以下揭示），并美其名曰"符合"试验。其实，对实验的真实物理过程并不清楚，又何谈相符呢？请看事实：
基于玻尔理论的成功，量子力学作两项重要推广。心理学原因，人们对这种推广又愿意接受。然而却出现本质性原则错误，请看：
1.4.1量子力学推广（一）
由于氢原子的试验电离能与玻尔理论真实能级相近，于是量子力学推广为：
试验电离能＝原子真实能级??????????（4）
将该式推广到多电子原子中显然很省力气，但这是严重错误。请看氦原子事实：
试验（文献［1］）测得氦原子两个电离能，这里分别用e1，e2表示为：
e1＝1.80(rhc)＝24.58(ev)????????（5）
e2＝5.80(rhc)＝79.01(ev)????????（6）
量子力学［1］认为这就是氦原子的两个真实能级。
若用e玻表示类氢氦离子基态能玻尔理论值，则
e玻＝54.42(ev)?????????????（7）
显然下式成立：
e2＝e1＋e玻??????????????（8）
该式明确表明e2不是氦原子的真实能级，因为其中包含有e1，即第一电离能。
那么，实验值e2即（8）式表示什么物理内容呢？
研究表明：要使氦原子第二电子电离，仪器必先付出能量e1＝24.58(ev)先使第一电子电离，这好比代价，氦原子于是变成类氢氦离子，其基态能为e玻＝54.42(ev)。要使它电离，仪器必须再付出与e玻相等的能量，才能使第2电子电离。那么仪器付出总能量必为e2＝e1＋e玻，这就是氦原子电离实验真实过程，由此不难结论：
1.4.2据电离实验本文结论
电离实验结论一：氢原子及类氢氦离子玻尔理论值正确。
电离实验结论二：目前电离能实验值≠原子真实能级。
电离实验结论三：所有元素最低能级皆为其类氢离子能级，不存在比这更低的能级。
然而量子力学（文献［1］、［3］）却竞相用"微扰法"、"变分法"乃至用修正核电荷方法逼近计算这氦原子的"能级"e2：
e2＝5.80(rhc)＝79.01(ev)??????（9）
显然，量子力学这种下意识"符合"实验，拙劣以极，形同瞎子摸象！
这是由于量子力学对原子结构缺乏了解，又没有搞清电离实验真实物理过程所致。
对此，进一步证明如下，参见表（一）：
表（一）几个元素的类氢离子能级
原子序元素e1（ev）e玻（ev）e1＋e玻e实（ev）注
13al5.9862299.37992305.35692304
14si8.1512666.73642674.88742673
15p10.4863061.30463071.79063070
16s10.3603483.08433493.44433494
17cl12.9673932.07563945.04263946
18ar15.7594408.27864424.03764426
表中e1为元素第一电离能实验值，e玻为类氢离子基态能玻尔理论值，e实表示类氢离子电离能实验值，可见下式成立：
e实＝e1＋e玻?????????????（10）
该式明确表明类氢离子电离能实验值e实不能直接代表其真实能级，因为e实中包含有e1（第一电离能）。有说这是巧合。然而表中六个元素都完全巧合必有规律，这种规律就是以上三条结论。实际上（9）、（10）二式等价，但（10）式只对表中几个元素成立。对于其它元素或其它情况问题变得更为复杂，不可一日而语。
这进一步证明了上述三条结论，再做如下推论：
1.4.3据电离试验本文推论
电离实验推论一：任何电离实验过程都是电子几经碰撞交换能量综合结果。注意氢原子的电离能与真实能级相近但并不相等的事实，因此
电离实验推论二：任何元素任何电离能目前实验值均不能直接代表原子的真实能级。
电离实验推论三：随着理论与技术进步将来完全可以试验直接测得原子的真实能级。
以上证明（4）式完全错误，然而量子力学对此未经证明却实际应用。可见，量子力学逻辑上粗糙、理论荒诞！
1.4.4量子力学推广（二）
根据玻尔理论的成功，量子力学（文献[4]）又作一项重要推广:认为多电子原子结构不同壳层k，l，m，n…中电子的量子数分别为n＝1,2,3,4…
显然，这种推广也很省力，然而也是严重错误！
参见图（1）氢原子的能级，这代表玻尔理论的成功。可是量子力学毫不思索原封不动将图（1）推广到多电子原子中。量子力学很善于做这种貌似合理实则谬之千里的推广。从中可见量子力学理论思维完全不具物理学素质。
稍经分析不难发现，图（1）所示物理意义可用图（2）类比。谁都知道图（2）表示的内容是三个人在同一时刻的官位（级），或者表示一个人在三个不同时期的官位。但决不表示一个人在同一时刻具有三种官位(级)。
那么图（1）也如此：或者表示在同一时刻三个氢原子的能级（画在一起），或者表示一个氢原子在三个不同时刻的能级。但图（1）决不表示在同一时刻氢原子有三个能级（注意氢原子只有唯一电子）。
要知道，这种认识上的差异将产生完全不同乃至相反的结论。同样，量子力学这种推广也未经证明而普遍应用。
研究表明，原子结构这种性质是由量子化根源决定的。量子力学对此一无所知，严彦却夸夸其谈什么"量子"、什么"力学"，实在误人不浅！
经量子力学如此推广，其结果必然使得原子结构--物质世界变得一塌糊涂。因之，物质结构必然由测得准变为测不准的了。这就是量子力学的【测不准原理】。稍经分析也不难发现【测不准原理】的哲学错误。
所以如上述，量子力学所谓符合实验，实际上是对实验进行貌似合理（但谬之千里）的猜测并作勇敢推广而已。
1.5关于【测不准原理】问题
如果人们要问，量子力学就会说：【测不准原理】是根据实验的总结。
根据什么实验？
还是根据"物质波"。
但须知，与其说世界公认量子力学是理论物理权威，毋宁说世界公认"波粒二象"性问题仍是世界性遗难问题。在此问题尚未彻底解决之前怎么可以总结呢？！
所以，在问题循环不解情况下，由于量子力学诡辩性及其狡辩能力，方才成为世界理论权威！以致人们对量子力学【测不准原理】的哲学错误丧失分辨能力。又由于这种错误原理隐藏在高深难懂的量子力学之中，常人不可涉才得以免遭非难。现在有必要给这错误原理充分揭露！
大量研究可以结论，目前为止的实验已经给出大部物理世界准确信息，这就是普朗克常数h
＝2π?给出的信息。根据这种信息，本文已经给出目前大部物理学问题以准确具体描述，其中包括目前困难问题，也包括"波粒二象"性问题。并且这种描述全部具有8位数字有效精度与并实验完全相符的结果，以下将做这种描述。这表明〖测得准原理〗成立（参见提要）。这就在事实上完全打了破了量子力学【测不准原理】的神话--鬼话！
然而量子力学由于缺乏了解又理论贫乏，却完全错误地应用了大自然给出的准确信息：
δp·δx≥（1/2）????????????（11）
这就是量子力学【测不准原理】的数学表达式。显然竟将大自然给出的准确信息--普朗克常数?作为测不准的量度，是乃天大谬误。
第二章普朗克常数给出物质世界准确信息
本文大量研究，现总结普朗克常数：
h＝2π???????????????????（12）
给出的物质世界准确信息：
2.1?已经给出所有元素原子结构的准确信息
据此可以准确具体描述任何原子的真实结构，并都将与实验符合很好。文献[5]、[6]、[7]已经做了这种描述，这在事实上已经打破了量子力学【测不准原理】的神话--鬼话。
2.2?已经给出任何微观粒子（质子、中子、电子、光子以及场粒子等）自身结构准确信息
例如，可以算得质子自身结构理论半径，以rp表示，准确为：
rp＝1.3214100×10-13(cm)?????（13）
并可从能量、电荷、自旋、磁矩、元素周期率五方面算得完全相同的这一结果，已无可否认地证明这结果唯一正确。这是目前任何理论都办不到的！
又例如，可以算得电子自身结构理论半径，以re表示，准确为：
re＝2.9742175×10-14（cm）----------(14)
同样可证明此结果唯一正确（繁琐，略），量子力学对此望尘莫及。
2.3?已经给出普适常数φ的准确信息
普适常数定义：任何光子的波长λ与发射该光子的电子在原子中的轨道半径r之比为常数，以φ表示之，那么有：
φ＝λ／r＝常量＝1／（ε。·α）
＝4π×137.03600＝1722.0451--------(15)
（说明：当电子跃迁为r∞时，轨道半径直接用r；当电子跃迁为rarb时，式中要用当量轨道半径，略。）
研究表明这是一个斩新的物理常数，虽无量纲，但具有丰富重要物理意义。由（15）式已经看出，普适常数φ严格规定着光子和电子；以下还将看到，普适常数还严格规定着质子和中子以及粒子的磁矩及其"反常"。相形之下，量子力学竟将光速c称作"普适常数"，不知多么无聊！
此外，根据普适方程（见下）和普适常数φ还可算得任何光子的形成机制、光子的尺寸、质量、能量、性质以及光子的自身内部结构。此类问题，由于量子力学【测不准原理】的限制，人们连想都不敢想。可见量子力学荒谬已极！并且，这种计算完全表明光子的粒子实在性，而所谓波动性只不过是粒子实在性的客观反映。
2.4?已经给出分子结构、晶体结构、固体性质、液体性质、气体性质等物质结构准确信息
本文如下普适方程可以变为：
v＝n2?2／mr2????????????（16）
式中v为引力势能，它将准确决定晶体晶格能；而r则决定晶体晶格常数（略）。
2.5?已经给出量子数n＝0,1,2,3…真实物理意义的准确信息
但在量子力学中，量子数n＝0,1,2,3…只表示自然数，除此之外无任何物理意义。大量研究可以结论：宏观温度t就是量子数n在统计意义上的单值函数，即：
t＝f（n）??????????????（17）
研究还表明，对单个粒子（原子、分子）该式也严格成立，只不过对单个粒子（原子、分子）则无需统计。这已表明，微观粒子的温度也是"量子化"的，不能连续取值。此外还表明，任何微观粒子的温度都有真实物理意义和丰富物理内容。然而量子力学（文献［8］）却说："对于个别分子，温度这个概念是毫无意义的"。这表明量子力学先天不足后天亏损，由理论贫乏导致理论错误！
2.6?已经给出宇宙最低温度准确信息
周知，由气体状态方程可以导出绝对零度。那么，由普适方程即（20）式可以推出宇宙最低温度。并且，不难证明宇宙最低温度就是宇宙奇点。以下证明奇点宇宙必然爆炸，那么宇宙的历程就是循环爆发过程。由此可以准确具体了解宇宙的过去、现在和未来。
2.7?已经给出天体结构准确信息
据此可以准确描述任何天体的天文结构。
研究表明，任何天体天文结构与原子一样，都只能有唯一稳态解，他们遵循完全相似的基本规律，也就是普适方程即(20)式所揭示的规律。
也周知，据万有引力定律或开普勒定律也可描述天体的天文结构（位置、动能），但却实际上无穷多解，不能得到唯一稳态解。
这恰表明目前理论困难所在，量子力学对此无能为力，只能缺省"上帝一次推动"说！。
宇宙正在膨胀，没有稳态解呀！有人说。
不管你膨胀（例如银河系）还是稳态（例如太阳系），哪怕你收缩，都逃不脱普适方程严格支配！也所以这叫：普适方程！
2.7.1太阳系唯一稳态解
太阳系的唯一稳态解的意义在于：若用强大火箭推动，改变任意行星（例如地球）轨道（黄道面内）半经大小，待火箭动力消失后，该行星（例如地球）将慢慢回复到原来既定轨道位置。这由太阳性质决定，也由普适方程所规定。
通过对太阳系天文结构唯一稳态解的计算，可以得到太阳系的三个重要天文结构常数：k1、k2、k3，其中k1、k2是基本的，k3是导出的（略）。可惜，量子力学半个也不知！
2.7.2太阳系第一天文结构常数k1：
k1＝vi2·ri＝常数
＝1.327×1026(达因·cm2／克)????（18）
式中vi为各行星轨道速度，ri为各行星轨道半径。并且，由此可直接推出开普勒定律（略）。
2.7.3太阳系第二天文结构常数k2：
k2＝mi2·vi2·ri2/ri5＝常数
＝9.747×1049（克2／cm·秒2）???(19)
式中mi为各行星质量，ri为各行星携带半径（定义：包括大气尺寸在内的行星自身半径叫做携带半径）。
研究表明，太阳用这两个常数严格地规定着系内所有天体的质量、尺寸（包括大气）、轨道、速度以及轨道曲线性质，无一例外。这些都是普朗克常数给出准确信息的结果，并由普适方程所确定。（说明：①普适方程计算天文结构要经过变换；本文对太阳系天文结构的计算都与天文观测符合很好。②《太阳系天文结构计算》一文已送南京大学。）
2.8?已经给出大自然内在本质规律准确信息
见以下，物理学的首要和本职任务就在于寻找这些规律。
第三章普朗克常数的真实物理意义
上述可见，普朗克常数具有极为丰富的物理意义和内容，量子力学所知无几。不仅如此，由于缺乏了解，量子力学还经常混淆并滥用普朗克常数的物理意义。【测不准原理】正是量子力学滥用普朗克常数典型例证[参见（11）式]。
现初步总结普朗克常数h＝2π?真实物理意义如下：
3.1?对宏观，谓最小能量单位。
这就是：e＝ω?＝nh，这由普朗克首先发现，并由此人们公认能量"量子化"。
3.2?表征微观能量交换的最大单位。
研究表明，?是微观能量交换的最大单位。研究表明，还有更小级别的量子化能量单位：（1/φn）?，其中，n＝0,1,2,3…为量子数；而φ＝1722.0451为普适常数即（15）式。
3.3?表征原子结构中电子轨道运动角动量的单位。
电子在原子结构中的轨道角动量若用符号le表示，那么有：le＝n·?，其中n＝0，1,2,3…为量子数。
3.4?表征微观粒子自旋角动量的单位。
实验已经表明微观粒子自旋也是量子化的。但对微观粒子自旋的描述量子力学明显力不从心，狄拉克用量子力学算得费米子（电子、质子）的自旋量皆为（1/2）?是完全错误的结果。
3.5?表征粒子自身能量量子化的单位。
实验已经表明人们也已公认，原子核自身能量也是量子化的，其量子化的单位为?。
需要指出，原子核这种量子化状态并不是孤立的，然而量子力学却完全孤立看待。研究还表明，原子核这种量子化状态必然以某种方式作用于外界，尤其首先作用于核外电子。物理学重要任务就在于找出这种作用内在联系，遗憾的是所有理论均未能如此。并且，量子力学家们皆置此本职任务于不顾（可谓不务正业），而竞相与数学喧宾夺主。有目共睹！
3.6?表征原子核与周围电子相互作用的能量单位。
研究表明，原子核的量子能量状态首先作用到核外电子，而周围电子必同时感受这种作用。于是核外所有电子都同时感受两种相互作用支配：
第一，核外所有电子同时受静电（库仑）引力能（场）支配，这种作用是经典的。在这种作用下，电子有落向原子核的趋势。
第二，原子中所有电子又同时受原子核量子化能量场的支配。因此，原子中所有核外电子必同时感受原子核这种量子化能量作用。并且，这就是原子结构中电子能量量子化的真实原因！也因此，核外所有电子的量子状态必与原子核一致，同一原子中核外所有电子的量子数必都相同，且都等与原子核的量子数。
也所以，量子力学认为原子不同壳层k，l，m，n…中电子的量子数分别为：n＝0,1,2,3…是完全错误的。纯系闭着眼睛摸大象！量子力学很善于这种猜测，又美其名曰"符合"试验。多么荒唐！
若用数学关系表达原子核这两种场量相互作用，这就是文献[5]、[6]、[7]推出的普适方程：
t＝（1/2）v??????①
t＝e????????②???（20）
e＝n2·?2／2m·r2????③
该方程因具有普遍意义，故称普适方程。研究表明，普适方程适于所有元素的原子结构，还适用于天体的结构，并且计算与实验真正符合很好（普适方程物理意义见下）。
3.7?表征任何粒子（含天体）间相互作用能量的最大量子化单位（还有更小单位）。
这不是简单推广，而有极为丰富的物理内容。例如，?将准确决定晶体结构，还准确决定天体天文结构。
3.8?表征物质与场、场与场间相互作用常数。
它直接与普适常数相关，还将决定粒子的"反常磁矩"，附录中具体讨论。
3.9物质波与波粒二象性问题恰系普朗克常数?表演的内容（准确具体证明待续）。
3.10?（普朗克常数）将贯穿于全部物理世界全部内容，其中包括宇宙的爆炸和膨胀，光的干涉和衍射问题以及波粒二象性问题，核力与弱力问题等无一例外。
然而量此外还表明，任何微观粒子的温度都有真实物理意义和丰富物理内容。然而量子力学（文献［8］）却说："对于个别分子，温度这个概念是毫无意义的"。这表明量子力学先天不足后天亏损，由理论贫乏导致理论错误！
2.6?已经给出宇宙最低温度准确信息
周知，由气体状态方程可以导出绝对零度。那么，由普适方程即（20）式可以推出宇宙最低温度。并且，不难证明宇宙最低温度就是宇宙奇点。以下证明奇点宇宙必然爆炸，那么宇宙的历程就是循环爆发过程。由此可以准确具体了解宇宙的过去、现在和未来。
2.7?已经给出天体结构准确信息
据此可以准确描述任何天体的天文结构。
研究表明，任何天体天文结构与原子一样，都只能有唯一稳态解，他们遵循完全相似的基本规律，也就是普适方程即(20)式所揭示的规律。
也周知，据万有引力定律或开普勒定律也可描述天体的天文结构（位置、动能），但却实际上无穷多解，不能得到唯一稳态解。
这恰表明目前理论困难所在，量子力学对此无能为力，只能缺省"上帝一次推动"说！。
宇宙正在膨胀，没有稳态解呀！有人说。
不管你膨胀（例如银河系）还是稳态（例如太阳系），哪怕你收缩，都逃不脱普适方程严格支配！也所以这叫：普适方程！
2.7.1太阳系唯一稳态解
太阳系的唯一稳态解的意义在于：若用强大火箭推动，改变任意行星（例如地球）轨道（黄道面内）半经大小，待火箭动力消失后，该行星（例如地球）将慢慢回复到原来既定轨道位置。这由太阳性质决定，也由普适方程所规定。
通过对太阳系天文结构唯一稳态解的计算，可以得到太阳系的三个重要天文结构常数：k1、k2、k3，其中k1、k2是基本的，k3是导出的（略）。可惜，量子力学半个也不知！
2.7.2太阳系第一天文结构常数k1：
k1＝vi2·ri＝常数
＝1.327×1026(达因·cm2／克)????（18）
式中vi为各行星轨道速度，ri为各行星轨道半径。并且，由此可直接推出开普勒定律（略）。
2.7.3太阳系第二天文结构常数k2：
k2＝mi2·vi2·ri2/ri5＝常数
＝9.747×1049（克2／cm·秒2）???(19)
式中mi为各行星质量，ri为各行星携带半径（定义：包括大气尺寸在内的行星自身半径叫做携带半径）。
研究表明，太阳用这两个常数严格地规定着系内所有天体的质量、尺寸（包括大气）、轨道、速度以及轨道曲线性质，无一例外。这些都是普朗克常数给出准确信息的结果，并由普适方程所确定。（说明：①普适方程计算天文结构要经过变换；本文对太阳系天文结构的计算都与天文观测符合很好。②《太阳系天文结构计算》一文已送南京大学。）
2.8?已经给出大自然内在本质规律准确信息
见以下，物理学的首要和本职任务就在于寻找这些规律。
第三章普朗克常数的真实物理意义
上述可见，普朗克常数具有极为丰富的物理意义和内容，量子力学所知无几。不仅如此，由于缺乏了解，量子力学还经常混淆并滥用普朗克常数的物理意义。【测不准原理】正是量子力学滥用普朗克常数典型例证[参见（11）式]。
现初步总结普朗克常数h＝2π?真实物理意义如下：
3.1?对宏观，谓最小能量单位。
这就是：e＝ω?＝nh，这由普朗克首先发现，并由此人们公认能量"量子化"。
3.2?表征微观能量交换的最大单位。
研究表明，?是微观能量交换的最大单位。研究表明，还有更小级别的量子化能量单位：（1/φn）?，其中，n＝0,1,2,3…为量子数；而φ＝1722.0451为普适常数即（15）式。
3.3?表征原子结构中电子轨道运动角动量的单位。
电子在原子结构中的轨道角动量若用符号le表示，那么有：le＝n·?，其中n＝0，1,2,3…为量子数。
3.4?表征微观粒子自旋角动量的单位。
实验已经表明微观粒子自旋也是量子化的。但对微观粒子自旋的描述量子力学明显力不从心，狄拉克用量子力学算得费米子（电子、质子）的自旋量皆为（1/2）?是完全错误的结果。
3.5?表征粒子自身能量量子化的单位。
实验已经表明人们也已公认，原子核自身能量也是量子化的，其量子化的单位为?。
需要指出，原子核这种量子化状态并不是孤立的，然而量子力学却完全孤立看待。研究还表明，原子核这种量子化状态必然以某种方式作用于外界，尤其首先作用于核外电子。物理学重要任务就在于找出这种作用内在联系，遗憾的是所有理论均未能如此。并且，量子力学家们皆置此本职任务于不顾（可谓不务正业），而竞相与数学喧宾夺主。有目共睹！
3.6?表征原子核与周围电子相互作用的能量单位。
研究表明，原子核的量子能量状态首先作用到核外电子，而周围电子必同时感受这种作用。于是核外所有电子都同时感受两种相互作用支配：
第一，核外所有电子同时受静电（库仑）引力能（场）支配，这种作用是经典的。在这种作用下，电子有落向原子核的趋势。
第二，原子中所有电子又同时受原子核量子化能量场的支配。因此，原子中所有核外电子必同时感受原子核这种量子化能量作用。并且，这就是原子结构中电子能量量子化的真实原因！也因此，核外所有电子的量子状态必与原子核一致，同一原子中核外所有电子的量子数必都相同，且都等与原子核的量子数。
也所以，量子力学认为原子不同壳层k，l，m，n…中电子的量子数分别为：n＝0,1,2,3…是完全错误的。纯系闭着眼睛摸大象！量子力学很善于这种猜测，又美其名曰"符合"试验。多么荒唐！
若用数学关系表达原子核这两种场量相互作用，这就是文献[5]、[6]、[7]推出的普适方程：
t＝（1/2）v??????①
t＝e????????②???（20）
e＝n2·?2／2m·r2????③
该方程因具有普遍意义，故称普适方程。研究表明，普适方程适于所有元素的原子结构，还适用于天体的结构，并且计算与实验真正符合很好（普适方程物理意义见下）。
3.7?表征任何粒子（含天体）间相互作用能量的最大量子化单位（还有更小单位）。
这不是简单推广，而有极为丰富的物理内容。例如，?将准确决定晶体结构，还准确决定天体天文结构。
3.8?表征物质与场、场与场间相互作用常数。
它直接与普适常数相关，还将决定粒子的"反常磁矩"，附录中具体讨论。
3.9物质波与波粒二象性问题恰系普朗克常数?表演的内容（准确具体证明待续）。
3.10?（普朗克常数）将贯穿于全部物理世界全部内容，其中包括宇宙的爆炸和膨胀，光的干涉和衍射问题以及波粒二象性问题，核力与弱力问题等无一例外。
然而量此外还表明，任何微观粒子的温度都有真实物理意义和丰富物理内容。然而量子力学（文献［8］）却说："对于个别分子，温度这个概念是毫无意义的"。这表明量子力学先天不足后天亏损，由理论贫乏导致理论错误！
2.6?已经给出宇宙最低温度准确信息
周知，由气体状态方程可以导出绝对零度。那么，由普适方程即（20）式可以推出宇宙最低温度。并且，不难证明宇宙最低温度就是宇宙奇点。以下证明奇点宇宙必然爆炸，那么宇宙的历程就是循环爆发过程。由此可以准确具体了解宇宙的过去、现在和未来。
2.7?已经给出天体结构准确信息
据此可以准确描述任何天体的天文结构。
研究表明，任何天体天文结构与原子一样，都只能有唯一稳态解，他们遵循完全相似的基本规律，也就是普适方程即(20)式所揭示的规律。
也周知，据万有引力定律或开普勒定律也可描述天体的天文结构（位置、动能），但却实际上无穷多解，不能得到唯一稳态解。
这恰表明目前理论困难所在，量子力学对此无能为力，只能缺省"上帝一次推动"说！。
宇宙正在膨胀，没有稳态解呀！有人说。
不管你膨胀（例如银河系）还是稳态（例如太阳系），哪怕你收缩，都逃不脱普适方程严格支配！也所以这叫：普适方程！
2.7.1太阳系唯一稳态解
太阳系的唯一稳态解的意义在于：若用强大火箭推动，改变任意行星（例如地球）轨道（黄道面内）半经大小，待火箭动力消失后，该行星（例如地球）将慢慢回复到原来既定轨道位置。这由太阳性质决定，也由普适方程所规定。
通过对太阳系天文结构唯一稳态解的计算，可以得到太阳系的三个重要天文结构常数：k1、k2、k3，其中k1、k2是基本的，k3是导出的（略）。可惜，量子力学半个也不知！
2.7.2太阳系第一天文结构常数k1：
k1＝vi2·ri＝常数
＝1.327×1026(达因·cm2／克)????（18）
式中vi为各行星轨道速度，ri为各行星轨道半径。并且，由此可直接推出开普勒定律（略）。
2.7.3太阳系第二天文结构常数k2：
k2＝mi2·vi2·ri2/ri5＝常数
＝9.747×1049（克2／cm·秒2）???(19)
式中mi为各行星质量，ri为各行星携带半径（定义：包括大气尺寸在内的行星自身半径叫做携带半径）。
研究表明，太阳用这两个常数严格地规定着系内所有天体的质量、尺寸（包括大气）、轨道、速度以及轨道曲线性质，无一例外。这些都是普朗克常数给出准确信息的结果，并由普适方程所确定。（说明：①普适方程计算天文结构要经过变换；本文对太阳系天文结构的计算都与天文观测符合很好。②《太阳系天文结构计算》一文已送南京大学。）
2.8?已经给出大自然内在本质规律准确信息
见以下，物理学的首要和本职任务就在于寻找这些规律。
第三章普朗克常数的真实物理意义
上述可见，普朗克常数具有极为丰富的物理意义和内容，量子力学所知无几。不仅如此，由于缺乏了解，量子力学还经常混淆并滥用普朗克常数的物理意义。【测不准原理】正是量子力学滥用普朗克常数典型例证[参见（11）式]。
现初步总结普朗克常数h＝2π?真实物理意义如下：
3.1?对宏观，谓最小能量单位。
这就是：e＝ω?＝nh，这由普朗克首先发现，并由此人们公认能量"量子化"。
3.2?表征微观能量交换的最大单位。
研究表明，?是微观能量交换的最大单位。研究表明，还有更小级别的量子化能量单位：（1/φn）?，其中，n＝0,1,2,3…为量子数；而φ＝1722.0451为普适常数即（15）式。
3.3?表征原子结构中电子轨道运动角动量的单位。
电子在原子结构中的轨道角动量若用符号le表示，那么有：le＝n·?，其中n＝0，1,2,3…为量子数。
3.4?表征微观粒子自旋角动量的单位。
实验已经表明微观粒子自旋也是量子化的。但对微观粒子自旋的描述量子力学明显力不从心，狄拉克用量子力学算得费米子（电子、质子）的自旋量皆为（1/2）?是完全错误的结果。
3.5?表征粒子自身能量量子化的单位。
实验已经表明人们也已公认，原子核自身能量也是量子化的，其量子化的单位为?。
需要指出，原子核这种量子化状态并不是孤立的，然而量子力学却完全孤立看待。研究还表明，原子核这种量子化状态必然以某种方式作用于外界，尤其首先作用于核外电子。物理学重要任务就在于找出这种作用内在联系，遗憾的是所有理论均未能如此。并且，量子力学家们皆置此本职任务于不顾（可谓不务正业），而竞相与数学喧宾夺主。有目共睹！
3.6?表征原子核与周围电子相互作用的能量单位。
研究表明，原子核的量子能量状态首先作用到核外电子，而周围电子必同时感受这种作用。于是核外所有电子都同时感受两种相互作用支配：
第一，核外所有电子同时受静电（库仑）引力能（场）支配，这种作用是经典的。在这种作用下，电子有落向原子核的趋势。
第二，原子中所有电子又同时受原子核量子化能量场的支配。因此，原子中所有核外电子必同时感受原子核这种量子化能量作用。并且，这就是原子结构中电子能量量子化的真实原因！也因此，核外所有电子的量子状态必与原子核一致，同一原子中核外所有电子的量子数必都相同，且都等与原子核的量子数。
也所以，量子力学认为原子不同壳层k，l，m，n…中电子的量子数分别为：n＝0,1,2,3…是完全错误的。纯系闭着眼睛摸大象！量子力学很善于这种猜测，又美其名曰"符合"试验。多么荒唐！
若用数学关系表达原子核这两种场量相互作用，这就是文献[5]、[6]、[7]推出的普适方程：
t＝（1/2）v??????①
t＝e????????②???（20）
e＝n2·?2／2m·r2????③
该方程因具有普遍意义，故称普适方程。研究表明，普适方程适于所有元素的原子结构，还适用于天体的结构，并且计算与实验真正符合很好（普适方程物理意义见下）。
3.7?表征任何粒子（含天体）间相互作用能量的最大量子化单位（还有更小单位）。
这不是简单推广，而有极为丰富的物理内容。例如，?将准确决定晶体结构，还准确决定天体天文结构。
3.8?表征物质与场、场与场间相互作用常数。
它直接与普适常数相关，还将决定粒子的"反常磁矩"，附录中具体讨论。
3.9物质波与波粒二象性问题恰系普朗克常数?表演的内容（准确具体证明待续）。
3.10?（普朗克常数）将贯穿于全部物理世界全部内容，其中包括宇宙的爆炸和膨胀，光的干涉和衍射问题以及波粒二象性问题，核力与弱力问题等无一例外。
然而量子力学一无所知，严彦却夸夸其谈，自欺欺人又听不得不同意见。认真地研究表明，量子力学并未解决任何实质性物理学问题。量自力学的贡献主要在于在人类文明史上建立一个永久性纪念碑--【测不准原理】--科学史上奇耻大辱！历史将证明这是对量子力学恰如其分的评价。
上述可见，普朗克常数h＝2π?已经揭示并将揭示大自然内在本质规律…
第四章大自然（物质世界）内在本质规律一