量子力学结论篇1
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
13 al 5.986 2299.3799 2305.3569 2304
14 Si 8.151 2666.7364 2674.8874 2673
15 p 10.486 3061.3046 3071.7906 3070
16 S 10.360 3483.0843 3493.4443 3494
17 Cl 12.967 3932.0756 3945.0426 3946
18 ar 15.759 4408.2786 4424.0376 4426
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。
量子力学结论篇2
人们通常把爱因斯坦与玻尔之间关于如何理解量子力学的争论，看成是继地心说与日心说之后科学史上最重要的争论之一。就像地心说与日心说之争改变了人们关于世界的整个认知图景一样，爱因斯坦与玻尔之间的争论也蕴含着值得深入探讨的对理论意义与概念变化的全新理解以及关于世界的不同看法。有趣的是，他们俩人虽然都对量子力学的早期发展做出了重要贡献，但是，爱因斯坦在最早基于普朗克的量子概念提出并运用光量子概念成功地解释了光电效应，以及运用能量量子化概念推导出固体比热的量子论公式之后，却从量子论的奠基者，变成了量子力学的最强烈的反对者，甚至是最尖锐的批评家。截然相反的是，玻尔在1913年同样基于普朗克的量子概念提出了半经典半量子的氢原子模型之后，却成为量子力学的哥本哈根解释的奠基人。爱因斯坦对量子力学的反对，不是质疑其数学形式，而是对成为主流的量子力学的哥本哈根解释深感不满。这些不满主要体现在爱因斯坦与玻尔就量子力学的基础性问题展开的三次大论战中。他们的第一次论战是在1927年10月24日至29日在布鲁塞尔召开的第五届索尔未会议上进行的。这次会议由洛伦兹主持，其目的是为讨论量子论的意义提供一个最高级的论坛。在这次会议上，爱因斯坦第一次听到了玻尔的互补性观点，并试图通过分析理想实验来驳倒玻尔—海森堡的解释。这一次论战以玻尔成功地捍卫了互补性诠释的逻辑无矛盾性而结束；第二次大论战是于1930年10月20日至25日在布鲁塞尔召开并由朗子万主持的第六届索尔未会议上进行的。在这次会议上，关于量子力学的基础问题仍然是许多与会代表所共同关心的主要论题。爱因斯坦继续设计了一个“光子箱”的理想实验，试图从相对论来玻尔的解释。但是，在这个理想实验中，爱因斯坦求助于自己创立的相对论来反驳海森堡提出的不确定关系，反倒被玻尔发现他的论证本身包含了驳倒自己推论的关键因素而放弃。
当这两个理想实验都被玻尔驳倒之后，爱因斯坦虽然不再怀疑不确定关系的有效性和量子理论的内在自洽性。但是，他对整个理论的基础是否坚实仍然缺乏信任。1931年之后，爱因斯坦对量子力学的哥本哈根解释的质疑采取了新的态度：不是把理想实验用作正面攻击海森堡的不确定关系的武器，而是试图通过设计思想实验导出一个逻辑悖论，以证明哥本哈根解释把波函数理解成是描述单个系统行为的观点是不完备的，而不再是证明逻辑上的不一致。在这样的思想主导下，第三次论战的焦点就集中于论证量子力学是不完备的观点。1935年发表的epR论证的文章正是在这种背景下撰写的。从写作风格上来看，epR论证既不是从实验结果出发，也不再是完全借助于思想实验来进行，而是把概念判据作为讨论的逻辑前提。这样，epR论证就把讨论量子力学是否完备的问题，转化为讨论量子力学能否满足文章提供的概念判据的问题。由于这些概念判据事实上就是哲学假设，这就进一步把是否满足概念判据的问题，推向了潜在地接受什么样的哲学假设的问题。例如，epR论证在文章的一开始就开门见山地指出：“对于一种物理理论的任何严肃的考查，都必须考虑到那个独立于任何理论之外的客观实在同理论所使用的物理概念之间的区别。这些概念是用来对应客观实在的，我们利用它们来为自己描绘出实在的图像。为了要判断一种物理理论成功与否，我们不妨提出这样两个问题：（1）“这理论是正确的吗？”（2）“这理论所作的描述是完备的吗？”只有在对这两个问题都具有肯定的答案时，这种理论的一些概念才可说是令人满意的。”〔3〕从哲学意义上来看，这段开场白至少蕴含了两层意思，其一，物理学家之所以能够运用物理概念来描绘客观实在，是因为物理概念是对客观实在的表征，由这些表征描绘出的实在图像，是可想象的。这是真理符合论的最基本的形式，也反映了经典实在论思想的核心内容；其二，如果一个理论是令人满意的，当且仅当，这个理论既正确，又完备。那么，什么是正确的理论与完备的理论呢？epR论证认为，理论的正确性是由理论的结论同人的经验的符合程度来判断的。只有通过经验，我们才能对实在作出一些推断，而在物理学里，这些经验是采取实验和量度的形式的。〔4〕也就是说，理论正确与否是根据实验结果来判定的，正确的理论就是与实验结果相吻合的理论。但文章接着申明说，就量子力学的情况而言，只讨论完备性问题。言外之意是，量子力学是正确的，即与实验相符合，但不一定是完备的。为了讨论完备性问题，文章首先不加证论地给出了物理理论的完备性条件：如果一个物理理论是完备的，那么，物理实在的每一元素都必须在这个物理理论中有它的对应量。物理实在的元素必须通过实验和量度来得到，而不能由先验的哲学思考来确定。基于这种考虑，他们又进一步提供了关于物理实在的判据：“要是对于一个体系没有任何干扰，我们能够确定地预测（即几率等于1）一个物理量的值，那末对应于这一物理量，必定存在着一个物理实在的元素。”
文章认为，这个实在性判据尽管不可能包括所有认识物理实在的可能方法，但只要具备了所要求的条件，就至少向我们提供了这样的一种方法。只要不把这个判据看成是实在的必要条件，而只看成是一个充足条件，那末这个判据同经典实在观和量子力学的实在观都是符合的。综合起来，这两个判据的意思是说，如果一个物理量能够对应于一个物理实在的元素，那么，这个物理量就是实在的；如果一个物理理论的每一个物理量都能够对应于物理实在的一个元素，那么，这个物理学理论就是完备的。然而，根据现有的量子力学的基本假设，当两个物理量（比如，位置X与动量p）是不可对易的量（即，Xp≠pX）时，我们就不可能同时准确地得到它们的值，即得到其中一个物理量的准确值，就会排除得到另一个物理量的准确值的可能，因为对后一个物理量的测量，会改变体系的状态，破坏前者的值。这是海森堡的不确定关系所要求的。于是，他们得出了两种选择：要么，（1）由波动函数所提供的关于实在的量子力学的描述是不完备的；要么，（2）当对应于两个物理量的算符不可对易时，这两个物理量就不能同时是实在的。他们在进行了这样的概念阐述之后，接着设想了曾经相互作用过的两个系统分开之后的量子力学描述，然后，根据他们给定的判据，得出量子力学是不完备的结论。epR论证发表不久，薛定谔在运用数学观点分折了epR论证之后，以著名的“薛定谔猫”的理想实验为例，提出了一个不同于epR论证，但却支持epR论证观点的新的论证进路。出乎意料的是，爱因斯坦却在1936年6月19日写给薛定谔的一封信中透露说，epR论文是经过他们三个人的共同讨论之后，由于语言问题，由波多尔斯基执笔完成的，他本人对epR的论证没有充分表达出他自己的真实观点表示不满。从爱因斯坦在1948年撰写的“量子力学与实在”一文来看，爱因斯坦对量子力学的不完备性的论证主要集中于量子理论的概率特征与非定域性问题。他认为，物理对象在时空中是独立存在的，如果不做出这种区分，就不可能建立与检验物理学定律。因此，量子力学“很可能成为以后一种理论的一部分，就像几何光学现在合并在波动光学里面一样：相互关系仍然保持着，但其基础将被一个包罗得更广泛的基础所加深或代替。”显然，爱因斯坦后来对量子力学的不完备性问题的论证比epR论证更具体、更明确。epR论证中的思想实验只是隐含了对非定域性的质疑，但没有明朗化。但就论证问题的哲学前提而言，爱因斯坦与epR论证基本上没有实质性的区别。因此，本文下面只是从哲学意义上把epR论证看成是基于经典物理学的概念体系来理解量子力学的一个例证来讨论，而不准备专门阐述爱因斯坦本人的观点。
二、玻尔的反驳与量子整体性
玻尔在epR论证发表后不久很快就以与epR论文同样的题目也在《物理学评论》杂志上发表了反驳epR论证的文章。玻尔在这篇文章中重申并升华了他的互补观念。玻尔认为，epR论证的实在性判据中所讲的“不受任何方式干扰系统”的说法包含着一种本质上的含混不清，是建立在经典测量观基础上的一种理想的说法。因为在经典测量中，被测量的对象与测量仪器之间的相互作用通常可以被忽略不计，测量结果或现象被无歧义地认为反映了对象的某一特性。但是，在量子测量系统中，不仅曾经相互作用过的两个粒子，在空间上彼此分离开之后，仍然必须被看成是一个整体，而且，被测量的量子系统与测量仪器之间存在着不可避免的相互作用，这种相互作用将会在根本意义上影响量子对象的行为表现，成为获得测量结果或实验现象的一个基本条件，从而使人们不可能像经典测量那样独立于测量手段来谈论原子现象。玻尔把量子现象对测量设置的这种依赖性称为量子整体性（whole-ness）。
在玻尔看来，为了明确描述被测量的对象与测量仪器之间的相互作用，希望把对象与仪器分离开来的任何企图，都会违反这种基本的整体性。这样，在量子测量中，量子对象的行为失去了经典对象具有的那种自主性，即量子测量过程中所观察到的量子对象的行为表现，既属于量子对象，也属于实验设置，是两者相互作用的结果。因此，在量子测量中，“观察”的可能性问题变成了一个突出的认识论问题：我们不仅不能离开观察条件来谈论量子现象，而且，试图明确地区分对象的自主行为以及对象与测量仪器之间的相互作用，不再是一件可能的事情。玻尔指出，“确实，在每一种实验设置中，区分物理系统的测量仪器与研究客体的必要性，成为在对物理现象的经典描述与量子力学的描述之间的原则性区别。”〔8〕海森堡也曾指出，“在原子物理学中，不可能再有像经典物理学意义下的那种感知的客观化可能性。放弃这种客观化可能性的逻辑前提，是由于我们断定，在观察原子现象的时候，不应该忽略观察行动所给予被观察体系的那种干扰。对于我们日常生活中与之打交道的那些重大物体来说，观察它们时所必然与之相连的很小一点干扰，自然起不了重要作用。”
另一方面，作用量子的发现，揭示了量子世界的不连续性。这种不连续性观念的确立，又相应地导致了一系列值得思考的根本问题。首先，就经典概念的运用而言，一旦我们所使用的每一个概念或词语，不再以连续性的观念为基础，它们就会成为意义不明确的概念或词语。如果我们希望仍然使用这些概念来描述量子现象，那么，我们所付出的代价是，限制这些概念的使用范围和精确度。对于完备地反映微观物理实在的特性而言，描述现象所使用的经典概念是既相互排斥又相互补充的。这是玻尔的互补性观念的精神所在。有鉴于此，玻尔认为，epR论证根本不会影响量子力学描述的可靠性，反而是揭示了按照经典物理学中传统的自然哲学观点或经典实在论来阐述量子测量现象时存在的本质上的不适用性。他指出：“在所有考虑的这些现象中，我们所处理的不是那种以任意挑选物理实在的各种不同要素而同时牺牲其他要素为其特征的一种不完备的描述，而是那种对于本质上不同的一些实验装置和实验步骤的合理区分；……事实上，在每一个实验装置中对于物理实在描述的这一个或那一个方面的放弃（这些方面的结合是经典物理学方法的特征，因而在此意义上它们可以被看作是彼此互补的），本质上取决于量子论领域中精确控制客体对测量仪器反作用的不可能性；这种反作用也就是指位置测量时的动量传递，以及动量测量时的位移。正是在这后一点上，量子力学和普通统计力学之间的任何对比都是在本质上不妥当的———不管这种对比对于理论的形式表示可能多么有用。事实上，在适于用来研究真正的量子现象的每一个实验装置中，我们不但必将涉及对于某些物理量的值的无知，而且还必将涉及无歧义地定义这些量的不可能性。”其次，就量子描述的可能性而言，玻尔认为，我们“位于”世界之中，不可能再像在经典物理学中那样扮演“上帝之眼”的角色，站在世界之外或从“外部”来描述世界，不可能获得作为一个整体的世界的知识。玻尔把这种描述的可能性与心理学和认知科学中对自我认识的可能性进行了类比。在心理学和认知科学中，知觉主体本身是进行自我意识的一部分这一事实，限制了对自我认识的纯客观描述的可能性。用玻尔形象化的比喻来说，在生活的舞台上，我们既是演员，又是观众。因此，量子描述的客观性位于理想化的纯客观描述与纯主观描述之间的某个地方。
为此，玻尔认为，物理学的任务不是发现自然界究竟是怎样的，而是提供对自然界的描述。海森堡也曾指出，在原子物理学领域内，“我们又尖锐地碰到了一个最基本的真理，即在科学方面我们不是在同自然本身而是在同自然科学打交道。”爱因斯坦则坚持认为，在科学中，我们应当关心自然界在干什么，物理学家的工作不是告诉人们关于自然界能说些什么。爱因斯坦的观点是epR论证所蕴含的。这两种理论观之间的分歧，事实上，不仅是有没有必要考虑和阐述包括概念、仪器等认知中介的作用的分歧，而且是能否把量子力学纳入到经典科学的思维方式当中的分歧。epR论证以经典科学的方法论与认识论为前提，认为正确的科学理论理应是对自然界的正确反映，认知中介对测量结果不会产生实质性的影响；而玻尔与海森堡则以接受量子测量带来的认识论教益为前提，认为量子力学已经失去了经典科学具有的那种概念与物理实在之间的一一对应关系，认知中介的设定成为人类认识微观世界的基本前提。第三，就主体与客体的关系问题而言，epR论证认为，认知主体与客体之间存在着明确的分界线。这意味着，所有的主体都能对客体进行同样的描述，并且他们描述现象所用的概念与语言是无歧义的。无歧义意味着对概念或语言的意义的理解是一致的。而对于量子测量而言，对客体的描述包含了主体遵守的作为世界组成部分的描述条件的说明，从而显现了一种新的主客体关系。为此，我们可以把主体与客体之间的关系划分为三类：其一，能够在主体与客体之间划出分界线，所有的主体对客体的描述都是相同的，epR论证属于此类；其二，能够在主体与客体之间划出分界线，但主体对客体的描述是因人而异的，人们对艺术品的欣赏属于此类；其三，不可能在主体与客体之间划出分界线，主体对客体的描述包括了对测量条件的描述在内，玻尔对epR论证的反驳属于此类。显然，epR论证隐含的主客体关系与玻尔所理解的量子测量中的主客体关系之间存在着实质性的差别。epR论证是沿袭了经典实在论的观点，而玻尔的观点代表了他基于量子力学的形式体系总结出来的某种新的认识。在这里，就像不能用欧几里得几何的时空观来反对非欧几何的时空观一样，我们也不能用经典意义上的理论观反对量子意义上的理论观。因此，可以说，物理学家关于如何理解量子力学问题的争论，在很大程度上，蕴含了他们关于科学研究的哲学假设之间的争论。
三、实验的形而上学
epR论证不仅引发了量子物理学家关于物理学基础理论问题的哲学讨论，而且还创立了“实验的形而上学”，提供了物理学家如何基于形而上学的观念之争，最终探索出通过实验检验其结论的一个典型案例。这一过程与寻找量子论的隐变量解释的努力联系在一起。量子力学的隐变量解释的最早方案是德布罗意在1927年提出的“导波”理论。1932年，冯•诺意曼在他的《量子力学的数学基础》一书中曾根据量子力学的概念体系提出了四个假设，并且证明，隐变量理论和他的第四个假设（即，可加性假设）相矛盾，认为通过设计隐变量的观念来把量子理论置于决定论体系之中的任何企图都注定是失败的。冯•诺意曼的这一工作在为量子论的隐变量解释判了死刑的同时，也极大地支持了量子力学的哥本哈根解释。有意思的是，曾是量子力学的哥本哈根解释的支持者与传播者的玻姆，在1951年基于量子力学的哥本哈根精神出版了至今仍然有影响的《量子理论》一书，并在书的结尾，以epR论证为基础，提出了“量子理论同隐变量不相容的一个证明”之后，从1952年开始反而致力于从逻辑上为量子力学提供一种隐变量解释的研究。
玻姆阐述隐变量理论的目标可以大致概括为两个方面，一是试图用能够直觉想象的概念为量子概率和量子测量提供一种可理解的说明，证明为量子论提供一个决定论的基础是可行的；二是希望从逻辑上表明，隐变量理论是有可能的，“不论这种理论是多么抽象和‘玄学’。”玻姆的追求显然是一种信念的支撑，而不是事实之使然。在这种信念的引导下，玻姆在1952年连续发表了两篇阐述隐变量理论的文章，在这些文章中，他用经典方式定义波函数，假定微观粒子像经典粒子一样总是具有精确的位置和精确的动量，阐述了一种可能的量子论的隐变量解释，最后，用一个粒子的两个自旋分量代替epR论证中的坐标与动量，讨论了epR论证的思想实验，并运用量子场与量子势概念解释了测量一个粒子的位置影响第二个粒子的动量的原因。
贝尔在读了玻姆的文章之后，认为有必要重新系统地研究量子力学的基本问题。贝尔试图解决的矛盾是：如果冯•诺意曼的证明成立，那么，怎么会有可能建立一个逻辑上无矛盾的隐变量理论呢？为了搞明白问题，贝尔首先重新剖析了冯•诺意曼的关于隐变量的不可能性的证明和epR论证中设想的思想实验，然后，抓住了隐变量理论的共同本质，于1964年发表了“关于epR悖论”的文章。在这篇文章中，贝尔引述了用自旋函数来表述epR论证的玻姆说法，或者说，从epR—玻姆的思想实验出发，以转动不变的独立波函数描述组合系统的态，推导出一个不同于量子力学预言的、符合定域隐变量理论的关于自旋相关度的不等式，通常称为贝尔不等式或贝尔定理，然后，用归谬法了量子力学的预言和贝尔不等式相符的可能性，说明任何定域的隐变量理论，不论它的变数的本性是什么，都在某些参数上同量子力学相矛盾。贝尔还假设，如果所进行的两个测量在空间上彼此相距甚远，那么，沿着一个磁场方向的测量，将不会影响到另一个测量结果。贝尔把这个假设称为“定域性假设”。从这个假设出发，贝尔指出，如果我们可以从第一个测量结果预言第二个测量结果，测量可以沿着任何一个坐标轴来进行，那么，测量的结果一定是已经预先确定了的。但是，由于波函数不对这种预先确定的量提供任何描述，所以，这种预定的结果一定是通过决定论的隐变量来获得的。贝尔后来申明说，他在“关于epR悖论”一文中假设的是定域性，而不是决定论，决定论是一种推断，不是一个假设，或者说，贝尔的这篇文章是从定域性推论出决定论，而不是开始于决定论的隐变量。从逻辑前提上来看，贝尔的假设更接近于爱因斯坦的假设，他们都把“定域性条件”看成是比“决定论前提”更基本的概念。因此，贝尔的工作比冯•诺意曼和玻姆的工作更进一步地推进了关于量子力学的根本特征的理解。贝尔的这篇文章具有划时代的意义。它不仅成为20世纪下半叶物理学与哲学研究中引用率最高的文献之一，而且为进一步设计具体的实验来澄清量子力学的内在本性迈出了决定性的一步。粒子物理学家斯塔普（HenryStapp）甚至把贝尔定理的提出说成是“意义最深远的科学发现。”
同epR论证一样，贝尔的这一发现也不是从实验中总结出来的，而是基于哲学信念的逻辑推理的结果。此后，量子物理学界进一步推广贝尔定理的理论研究与具体实验方案的探索工作并行不悖地开展起来。而这些工作都与epR论证相关。就实验进展而言，物理学界承认，阿斯佩克特等人于1982年关于“实现epR-玻姆思想实验”的实验结果，支持了量子力学，针对这样的实验结果，贝尔指出：“依我看，首先，人们必定说，这些结果是所预料到的。因为它们与量子力学预示相一致。量子力学毕竟是科学的一个极有成就的科学分支，很难相信它可能是错误的。尽管如此，人们还是认为，我也认为值得做这种非常具体的实验。这种实验把量子力学最奇特的一个特征分离了出来。原先，我们只是信赖于旁证。量子力学从没有错过。但现在我们知道了，即使在这些非常苛刻的条件下，它也不会错的。”
虽然epR论证的初衷是希望证明量子力学是不完备的，还没有提出量子测量的非定域性概念，但是，物理学家则通常运用epR思想实验的术语来讨论非定域性问题。经过40多年的发展，具体的实验结果使epR论证失去了对量子力学的挑战性。一方面，这些实验证实了非定域性是所有量子论的一个基本属性，要求把在同一个物理过程中生成的两个相关粒子永远当作一个整体来对待，不能分解为两个独立的个体，其中，一个粒子发生任何变化，另一个粒子必定同时发生相应的变化，这种相互影响与它们的空间距离无关；另一方面，这些实验也表明了epR论证提供的哲学假设不再是判断量子力学是否完备的有效前提，而是反过来提醒我们需要重新思考玻尔在反驳epR论证的观点中所蕴含的哲学启迪。总而言之，epR论证尽管是基于哲学假设，运用思想实验，来驳斥量子力学的完备性，但在客观上，物理学家围绕这一论证的讨论，最终在思想实验的基础上出乎意料地发展出可以具体操作的实验方案，并且获得了有效的实验结果。这一段历史发展不仅证明，无论在哲学假设的问题上，还是在物理概念的意义理解的问题上，量子力学都不是对经典物理学的补充和扩展，是一个蕴含有新的哲学假设的理论。正是在这种意义上，物理学家玻恩得出了“理论物理学是真正的哲学”的断言。
四、认识论的思维方式
如前所述，epR论证—玻姆—贝尔这条发展主线是把对物理学问题镶嵌在哲学信念中进行思考的。这一历史片断揭示出，基于哲学信念的逻辑推理在物理学的理论研究与实验研究中起到了积极的认知作用。一方面，在这些探索方式中，不论是epR论证的真理符合论假设，玻姆的决定论假设，还是贝尔的定域性假设，它们的初衷都是希望能够把量子力学纳入到经典物理学的概念框架或哲学信念之中。另一方面，检验贝尔不等式的物理学实验结果对量子力学的支持和对贝尔不等式的违背意味着，我们不应该依旧固守经典物理学的哲学假设来质疑量子力学，而是应该颠倒过来，积极主动地揭示量子力学蕴含的哲学思想，以进一步明确经典物理学的哲学假设的适用范围。
但是，这种视域的逆转不是简单地倡导用量子力学的哲学假设取代经典物理学的哲学假设，也不是武断地主张用玻尔的理论观替代epR论证所蕴含的理论观，而是提倡摆脱习以为常的自然哲学的思维方式，确立认识论的思维方式。自然哲学的思维方式是一种本体论化的思维方式。这种思维方式是从古希腊延续下来的，追求概念与实在之间的直接的一一对应关系，忽视或缺乏对认知过程中不可避免的认知中介和理论框架的考虑。从起源上来讲，这种无视认知中介的本体论化的思维方式，源于常识，是对常识的一种延伸外推与精致化。近代自然科学的发展进一步强化与巩固了这种思维方式。epR论证也是基于这种思维方式使经典科学蕴含的哲学假设以具体化的判据形式呈现出来。然而，与过去的物理学理论所不同的是。量子力学不再是关于可存在量（beable）的理论，而是关于可观察量（observable）的理论，“是理论决定我们的观察内容”这一句话，既是爱因斯坦创立相对论的感想，也为海森堡提出不确定关系提供了观念启迪。就理论形式而言，量子力学的理论描述用的是数学语言，而不是日常语言。用数学语言描述的微观世界是一个多位空间的世界，而我们作为人类，很难直观地想象这样的世界，更不可能直接“进入”这个世界来“观看”一切。人类感知的这种局限性是原则性的，从而限制了我们对微观世界的知识的全面获得。用玻尔的话来说，我们对一个微观对象的最大限度的知识不可能从单个实验中获得，而只能从既相互排斥又相互补充的实验安排中获得。用玻恩的话来说，在量子测量中，观察与测量并不是指自然现象本身，而是一种投影。
量子力学结论篇3
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！
1991.01.01原作
2000.11.25修改
作者：可雪
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
13
al
5.986
2299.3799
2305.3569
2304
14
Si
8.151
2666.7364
2674.8874
2673
15
p
10.486
3061.3046
3071.7906
3070
16
S
10.360
3483.0843
3493.4443
3494
17
Cl
12.967
3932.0756
3945.0426
3946
18
ar
15.759
4408.2786
4424.0376
4426
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?＝(h，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
大量研究，现总结普朗克常数已经揭示的大自然内在本质规律。对这些规律，量子力学完全科盲！
4.1大自然内在本质规律之一——辐射能场客观存在
注意教材书（文献［9］）已有“辐射场”及“能量场”的物理学概念。但囿于理论局限，使得教材书对这种场的描述是静止的（机械的）、孤立的（与物质世界无必然联系的）、无源的（原因不清），因而也是抽象的（没有物理意义的）。
上已证明，原子中能量量子化的根源是原子核，量子化是原子核自身性质。值得物理学注意的是，原子核这种性质并不孤立存在，它同时还严格地规定着所有外部世界。因而使得电子、原子、分子、物体、天体、宇宙都只能有唯一稳态位置和结构。这就是大自然最基本的内在本质规律。也就是普适方程即（20）式所揭示的规律。
那末，具体规律是什么呢？请看：
4.2辐射能场（存在）定理
研究表明，辐射能场准确存在可用定理表述。
〖辐射能场定理〗:任何粒子（含场粒子及天体，无例外，下同）在其周围都形成（存在）一种辐射能场，这种辐射能场可用普朗克常数?和量子数n＝0，1，2，3…准确具体描述。在微观辐射能场表现为量子化，在宏观则表现为大量粒子的简并统计结果。
4.3辐射能场实质
辐射能场实质系以粒子为中心，向周围空间抛射场粒子流（这里主旨中性场粒子流，对于电磁场当有别论），这种场粒子流经电子集约化就成了光子。研究也表明，任何光子包括X射线都准确如此。参见（15）式，据此不难描述任何光子的自身结构。并且可以证明任何光子的静止（如可能）质量均不为零。认为光子静止质量为零，还是量子力学根据“相对论”瞎子摸象猜测结果。
这已表明光子的真实粒子性。并可准确具体证明，所谓波动性实际上是普朗克常数与量子数相互作用的一种客观表象，任何光子都不存在任何物理意义上的波动属性。
4.4辐射能场形象
研究表明，辐射能场形象与点光源的光通量完全一致。对于原子核，其辐射能场可用图（3）准确表示：
图中箭头方向表示辐射能流方向，其线密度表示能流密度，n为量子数。
4.5辐射能场性质
研究表明，辐射能场实质系以光速抛射场粒子流（粒子上限为中微子），故，辐射能场具有排它性。原子核的辐射能场首先排斥核外所有电子，任何电子也因此未能落到核上，这是事实。所以，电子未能落到核上量子力学的任何解释都只能是自欺欺人的胡言乱语！也所以，玻尔对电子的担心完全多余。
需要指出，辐射能场这种排斥作用，通常主要表现为能量形式。相形之下排斥力效应很小，一般可忽略。这与太阳光辐射的能量效应十分明显，而太阳光的压力效应十分微小，完全相似。不过在研究宇宙膨胀时，完全不可忽略天体辐射的斥力效应。就是说，“宇宙斥力”存在。然，囿于历史和理论局限，爱因斯坦在提出宇宙斥力概念后，又不得不自我否定。
4.6原子核辐射能场数学表达式
大量研究表明，原子核（质子）的辐射能场数学表达式准确为：
e＝n2·h2／2mp·r2――――――――(21)
式中h为普朗克常数，n为量子数，mp为质子质量，距离为r＝0∞，需指出，辐射能场场强e具有能量量纲（这是因为使用因子h结果），其数值则为r处单位面积上的能量。
注意：该式与（64）式有必然联系，但物理意义微妙不同，且具有丰富物理内容（略）。
研究还表明，由此电子所得到的原子核辐射能场能量准确地为：e＝n2·?2／2me·r2―――――――(22)
注意：这也就是玻尔量子化条件。
式中me为电子质量，不难看出普朗克常数h＝2π?紧密地联系着质子和电子。
已很明显，量子力学与玻尔相比，玻尔正确，量子力学谬误！
并且由（21）、（22）式不难看出，当量子数n＝0时，e＝0。需指出，这是物质结构非常状态。参见图（3），在n＝0时，原子核没有了辐射能场，原子核不再有排斥电子的能力。于是，电子必然落到核上。研究表明，这就是宇宙到达最低温度——宇宙奇点的情况。于是，原子中发生比核反应还强烈的变化，结果原子爆炸——物质爆炸——宇宙爆炸！这就是宇宙爆炸原因，由此也不难了解宇宙过去。
可悲的是，量子力学竟将量子数n＝0也定义为原子的一种稳定状态。可歌呼？可泣乎？灾难，罪过！阿们——
4.7辐射能场的实验验证
4.7.1太阳的辐射本领已足够大
目前世界公认太阳发射本领（文献[2]）为3.8×1033（尔格/秒），这相当于太阳每秒抛射出质量为m＝4.2×109(千克)物质。但如上可知，太阳实际发射本领远大于此。因为太阳光仅是辐射能流的一部分，这种能流粒子上限为中微子。
4.7.2宇宙正在膨胀
宇宙正在膨胀，表明“宇宙斥力”存在，这是宇宙中心辐射能场性质。宇宙正在膨胀恰系宇宙中心辐射能场的客观真实写照（或曰照片）。4.7.3“太阳风”的存在
文献［10］介绍的“太阳风”正是本文定义的太阳辐射能场，太阳风就是太阳辐射能场的客观真实写照。该文献给出了对太阳风考察的卫星实际探测结果（文献图示略）。这可谓太阳辐射能场的真实实验验证。
4.7.4第四个验证是，任何原子中任何电子均未能落到核上，这是事实
不仅如此，人为方法：高能阴极射线、X射线或高能加速器也很难将电子打到原子核上。这绝非因碰撞截面太小，总会有几率。实际上正是由于原子核具有排它性的辐射能场排斥效应所致。由（22）式可见，电子得到的原子核排斥能与距离平方成反比例。在核半径处排斥能十分巨大，以致可忽略静电引力能。简单计算表明，电子必须具有200倍C(光速)才可能到达核半径处。也因此，玻尔对电子的担心完全多余！
需要指出，对此类问题，量子力学仍会故伎重演——狡辩。但经如上及以下分析论证，量子力学纯系主观臆造，对物理学实质问题全然无知，已经使得量子力学的狡辩不再有任何效力。
4.7.5第五个验证是人们熟悉的，然而又不熟悉的，这就是气体压力
量子力学会立即反驳说：“气体压力来自分子热运动和碰撞”（文献[8]）。需指出，这种解释充其量只能算作表面化非本质解释，作为哲学或市民语言尚可，但不能作为物理学家语言。在严格物理意义上说这种解释是自欺欺人的。这种解释实际上并不清楚分子热运动的实质和根源，更不知温度对单个分子的意义是什么。量子力学（文献[8]）以公开宣称：“对单个分子温度没有任何意义”。
这是因为量子力学有一剂灵丹妙药——波函数Ψ——量子力学家主观意识，就可以包治百病。温度与这灵丹妙药无任何联系，在灵丹妙药中没任何位置，所以温度没有用处。也所以量子力学结论：对于单个分子，温度没有意义。
但是，只要神经不错乱，人人都懂得，既然宏观温度是大量分子集体贡献，怎么能说单个分子没有贡献？单个分子又怎能摆脱温度环境？这与人对社会贡献完全一致，能说个人对社会的贡献没有意义吗？！
大量研究已经表明，温度概念同样也有极为丰富的物理内容。温度问题同样也贯穿全部物理世界全部内容。并对此可做如下结论：
普朗克常数h＝2π?与量子数n＝0，1，2，3…好比一对孪生兄弟，他们共同贯穿全部物理世界全部内容，并且，宏观温度t就是量子数n＝0，1，2，3…的照片。
注意，此结论在确切物理意义上正确。
研究还表明：分子热运动及分子间斥力的实际根源正在于原子（核）间排斥能场相互作用的结果。并可得以下具体结果：pV＝∑ei――――――――――――――――(23)
式中pV为气体压力势能，ei为单个气体分子的辐射能场能量（推导略）。这种严格关系唯一证明分子（原子）辐射能场客观存在。此时并唯有此时辐射能场的排斥力效应也十分明显，这就是气体压力。
第五章大自然内在本质规律二
5.1大自然内在本质规律之二——潜动能客观存在
研究还表明，这种规律正确存在也可用定理表述：
5.2潜动能定理
〖潜动能定理〗：任何质量为m的物体（含场粒子及天体）当以速度V运动时，必有潜动能存在。若以符号t2表示则为：
t2＝（1/2）mV2―――――――――――（24）
可见，潜动能在数值上与物体经典动能（机械动能）相等。现将经典动能定义为显动能，并以符号t1表示之：
t1＝t2＝（1/2）mV2――――――――（25）
那么，可以定义物体运动全动能，以符号tm表示则为：
tm＝t1＋t2＝mV2―――――――――（26）
如果，质量m以光速C运动，其全动能必为：
tm＝mC2＝e―――――――――――（27）
看！这就是遐迩闻名的爱因斯坦质能关系。这已表明，爱因斯坦质能关系只不过是物体（粒子）运动全动能之特例！然而，不仅爱因斯坦本人，而且后人至今都不清楚质能关系的物理意义。可（27）式中e＝mC2的物理意义是再清楚不过了！
5.3潜动能的物理意义
研究表明，潜动能普遍客观存在，实际上它是物体（粒子）运动时的伴随能量。由于潜在性，低速时或直观上人们难以发觉。只有在高速时才明显表现出来，所以人们至今尚不知晓。
研究表明，潜动能实质也是一种辐射能场，这种场粒子上限亦为中微子，对中微子目前尚不能检测，这也是人们尚未发现潜动能的直接原因。
需指出，温度为t的物体当以速度V运动时，同时存在辐射能场及潜动能能场，两种能场分别可测并须分别描述。但是，以下将完全证明原子核的辐射能场实际上就是原子核自旋潜动能。由此也证明潜动能普遍客观存在。
也所以潜动能的能量效应较其压力（即动量）效应明显，尤其当速度V＜＜C时，人们无法观测到这种动量效应。然而当物体速度接近光速（VC）时，潜动能的能量效应与动量效应均不可忽略。这时潜动能的能量效应形成爱因斯坦的质能关系事实；而其动量效应则形成“物质波”的事实。这就是“物质波”的本来面目和真实内容。
5.4潜动能的实验验证
5.4.1回旋加速器的验证
文献[10]介绍：“电子在回旋加速器中，任何瞬间，轨道平均磁场的增量必须是轨道上磁场增量的2倍”。即：
dBave＝2dB―――――――――――――-（28）
这无疑表明本文如上全动能成立，亦即表明潜动能客观存在。
5.4.2电子在加速器中同步辐射光
电子在加速器中同步辐射光能正是电子运动的潜动能，并且，电子同步辐射光的波长λ为：
λ＝h·c／e――――――――――――――（29）
注意：式中能量e是电子同步辐射光能量，也就是电子的潜动能。
5.4.3地球的潜动能
量子力学结论篇4
关键词：氢原子光谱能级结构量子化
氢原子能级结构属于高中新课标选修模块，这一部分的内容是现代科学理论的开端和基础，体现了人类认识自然规律的科学思想、科学方法。学生学习这一部分的知识，难点在于观念的局限，从连续性到量子化的观念更替。如果仅仅是为了学习氢原子能级结构知识，推知原子结构，那么可以从氢原子的薛定谔方程解出能级公式，由此描述氢原子的结构和运动情况，解释氢原子光谱。这更直接，但学生无法接受，难以理解。学生在生活实践中、在经典物理的学习中形成了根深蒂固的连续性观念，在这个观念的基础上建立了一套因果律的思维方式，习惯于形象直观的物理图像描述，又没有统计物理学的知识，能级结构反映的量子化观念显得突兀，难以一下子理解原子内部的结构和运动情况。因而课标要求，通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构，重视物理研究的过程，在探究和学习过程中逐步建立起量子化的新观念和新思想。
1.由氢原子光谱推测能级结构
氢原子光谱有连续谱和线状谱，线状谱由经验公式描述
=R［-］（1）
此式称为广义巴尔末公式，是氢原子发光的波数。光量子论是确定的理论，爱因斯坦的光电效应理论解释，提出光能量总是一个单元的整数倍，这个能量单元为hv或hc，称为光量子。如果把广义巴尔末公式两边乘以hc，得
hc=hv=-（2）
（2）式左边是光子能量，右边必然也是能量［1］。右边是两项之差，两项的形式相同，可以理解为能量在两个状态的差值。这样（2）式的物理意义就清楚了，氢原子发出光子的能量等于其内部能量的减少量，就是能量的转化与守恒定律。氢原子内部能量为动能与势能之和，是负值，（2）式表示成
hc=hv=--（-）（3）
这样，氢原子的内部能量
e=-（4）
n称为主量子数，取1以上的正整数。可见，氢原子的内部能量取分立值，称为能级。
2.物理思想和方法
物理思想是指物质的结构、运动和相互作用的客观存在反映在人们的意识中经过思维活动产生的结果。这种思维活动来源于社会实践，尊重客观规律，尊重实践经验又不囿于经验，是符合辩证法的思维活动，思维活动的结果必须经得起实践的检验。物理学的每一个进展都包含着科学家们思维活动的精髓，闪耀着他们物理思想的火花，而氢原子结构和运动的研究拉开了物理学由经典理论到量子论变革的序幕，批判性、创新性的物理思不想断熠熠生辉。
氢原子内部能量是量子化的，这与我们过去的观念格格不入。在经典物理学及生活实践中，有一个根深蒂固的观念——连续性，在这个观念下建立起来的运动方程，只要给定初值条件，就可以由运动方程预知将来的结果。经典物理是经过实践检验了的，有大量实验证明，但由经典力学和经典电磁辐射理论来描述氢原子内部结构、运动和发光情况，得出的结论是不符合实验事实的。经典辐射理论认为带电粒子做周期运动就要发出辐射即电磁能，电子会沿着螺旋线运动坍缩到原子核上，光谱也只有连续谱，不会有线状谱。因此经典理论在描述氢原子结构和运动的时候出现了矛盾，波尔认真思考、分析了这个问题后，他的看法是：在经典物理理论框架中用卢瑟福模型解释原子的稳定性是不可能的［2］。波尔认为，原子的稳定性问题必须用另外一种观点来看待，即电子绕原子核旋转而不辐射能量，这种能量不变的状态称为定态，这与经典辐射理论格格不入的，但必须这么看待，以解决电子坍缩问题，也就是说经典辐射理论在原子内部是不适用的。电子不会坍缩到原子核上，则表明电子必然有一个最小的轨道限制电子的坍缩，也是电子能量最小的轨道，电子在这个轨道上运动是稳定的，不会再发出能量，这个定态称为基态。
氢原子怎么发光的问题，则由广义巴尔末公式（1）式给出线索，并由此推出氢原子内部能量（4）式，该式表明氢原子可以处在一系列的定态，这些定态由正整数n表示。但要注意，前面由（1）式到（4）式的推导不能算作数理逻辑的论证，因为（1）式是由实验数据凑出的一个表示形式，它的右边不是可控制的已知物理量，只是一个经验公式。（1）式两边乘以hc，从而得到（4）式，没有物理依据，包含人为因素，因此把（4）式看成氢原子内部能量，不是实验的结果，也不数理逻辑推导的结果，而且此式的形式和内涵都与已知的理论不相容。因此，（4）式作为氢原子内部能量的依据是不充分的，它只是一个线索，由这个线索出发可以解释氢原子发光的问题，（3）表明了氢原子发光的物理含义，即氢原子每发出或吸收一个光子都是氢原子从一个定态到另一个定态的跃迁，其能量等于这两个定态能级的差。
这里，玻尔提出了一个新的概念——跃迁。氢原子从一个定态到另一个定态，亦即电子从一个轨道到另一个轨道是跃迁，不能理解成在空间划过一条轨迹到达另一个轨道，这与卫星变轨是完全不同的物理图像，否则光谱又只能是连续谱。跃迁这个概念，玻尔提出时也无法定义、无法解释，暂时理解成在一个轨道上消失了一个电子，而在另一个轨道上出现了一个电子。后来人们把这幅物理图像比喻成原子中的幽灵，是不能直观想象的，跃迁的概念是在量子力学建立后由统计物理的理论来解释。
氢原子的这一系列定态必须要有理论论证，玻尔归纳了以上的分析，提出了关于原子结构的普遍理论，称为玻尔理论：定态假设、频率条件和轨道角动量量子化条件。其中定态假设和频率条件在前面已经表述，轨道角动量量子化条件则是由对应原理推出。玻尔提出这个理论的依据是：核式模型、光量子论和氢光谱实验资料。由这个理论结合牛顿力学可以推出氢原子内部能量公式，和（4）式一样。
讨论最简单的情况，电子做圆轨道运动，氢原子内部能量包括电子的动能、电子和原子核的库仑吸引能，把原子核看成静止不动的。
氢原子能量e=mv-=-z
将轨道角动量量子化条件2πrmv＝nhn＝1，2，3，…
代入上式可得e＝-=-z（5）
对氢原子，z=1，（5）式与（4）完全一样。
由氢原子光谱推测能级结构，从而描述氢原子结构和运动，这就是物理学常用的从表象到机理的方法。玻尔在依据不充分的情况下通过假设提出了原子内部的量子化规律，部分地描述了氢原子内部的结构和运动，也为量子力学的建立打下了思想基础。假设是现代物理重要的物理方法之一，它不是凭空猜想，是把欠缺的依据补充完整，由此建立的理论必须是符合逻辑的，并且能够通过实践检验。这就需要物理学家的直觉和想象，不崇拜经验和权威，大胆想象、敢于创新。教师在关于氢原子能级的教学中，不仅要教给学生量子理论的知识，而且要引导学生的思维，让学生了解物理学的研究方法，使学生建立起物理思想，培养学生的创新思维。
参考文献：
［1］褚圣麟.原子物理学［m］.高等教育出版社，1979：29.
量子力学结论篇5
量子力学的统计解释的提出是在量子力学的统计解释的研究基础之上提出的，而量子力学的系统解释的最初阶段则是在上世纪三十年代爱因斯坦提出的，爱因斯坦在一次国际学术会议上，提出了对量子力学的传统解释的强烈反对，爱因斯坦的观点主要集中在波函数的平方数值的计算过程之中，爱因斯坦认为，量子力学最终得出的数值结果应当是和大量实验结果所测定出来的数值的大小接近一致的。随着爱因斯坦在其论文《物理学与实验》之中对于量子力学的系统解释进行了详细的阐释。但是，在量子力学的系统解释出现的最初阶段，并没有得到物理研究领域的足够重视，量子力学的统计解释直到上世纪五十年代才取得了实质性的研究进展，在这一阶段，量子力学的统计解释研究工作主要集中在对于量子力学的哥本哈根解释相抗衡之上，所建立起来了一套基于统计的量子力学统计解释，这也是目前的量子力学统计解释所研究的重点所在。量子力学的统计解释和量子力学的传统解释的区别所在量子力学的统计解释、量子力学的其他解释(主要包括量子力学的传统解释、量子力学的相关态解释以及量子力学的随机解释等解释方案)以及量子力学的传统解释。在这些量子力学的解释之中，只有量子力学的统计解释和量子力学的传统解释是建立在对量子力学的结构的研究上的，也只有量子力学的统计解释和量子力学的传统解释可以给出量子力学运动的下一步行为的实验预言，也只有量子力学的统计解释和量子力学的传统解释承认量子力学诗具有统计学意义的。量子力学的统计解释和量子力学的传统解释的根本不同就在于两种解释理论关于冲函数及不确定关系的分析探讨之上。顾名思义，量子力学的统计解释是建立在整个量子力学系统上进行对于冲函数及不确定关系的研究之上的，而量子力学的传统解释是建立在单个的量子力学系统的事件之上进行对于冲函数及不确定关系的研究之上的。虽然在利用量子力学的统计解释和量子力学的传统解释在进行实验研究的过程之中，并不会产生太大的不同，并都可以在一定的程度上给出接近于合理的评价和答案，但是，由于量子力学的统计解释和量子力学的传统解释对于量子的基本概念的认识存在偏差，就势必会对整个量子系统的研究过程产生影响。
2量子力学的统计解释的作用
在利用量子力学的统计解释的过程之中，可以有效的将量子力学之中的一些具体的概念进行分类整理，并对一些经典的物理学基本原理进行分析处理，并将这些物理学原理结合进入量子力学的基础理论之中来。具体的来说，量子力学的统计解释主要应用在以下几个方面：首先，利用量子力学的统计解释，并不需要基于量子力学体系外的哲学原理来进行理论研究，而是从目前就已经具有的量子力学数据为出发点，进而推演出来的量子力学的基本关系。总体上来说，就是量子力学的统计解释受到来自外部的哲学观念的影响较小(虽然哲学意义在量子力学的发展初期曾经发挥过重要的作用，但是，哲学思想毕竟不能够取代科学的地位。)，还可以通过对相应的数据建立一套具有着普遍性意义的量子力学指导公式，避免量子力学之中出现概念的混淆情况；其次，利用量子力学的统计解释，可以有效的总结出相应的数学理论公式，进行对量子力学遇到的具体的问题的分析。具体的来说，在量子力学统计解释的发展过程之中，曾经出现过许多总结出来的数学理论公式来代表量子力学的基本概念。在这些数学表达共识之中，所采用的基本假定环境、计算公式、公式设定目的都各不相同，但是，这些量子力学的基本数学公式(例如，海森堡的矩阵力学公式、薛定谔的波粒二象性学说等)，都具备着一定的参考价值。对于这一方面的例证，近几年来，在我国的《物理化学》、《量子力学基础》等课本之中，已经具备了这些基本的量子力学公式，这也就从侧面证明，量子力学的统计解释所列出的数学公式具有着一定的价值。
3关于量子力学的统计解释的哲学思考
在量子力学的统计解释的应用过程之中，主要使用的哲学思考就是频度思考，但是，哲学思考之中的频度思考并不是唯一的思考方式之一，也不是尽善尽美的解释方式。一般情况下，在使用频度思考额方式进行解决量子数目无限多的问题的时候，还不能够确定在这样的背景下，所得出的量子力学统计结果能够符合实际的情况(因为，无穷是一个虚无飘渺的概念，无论数值有多大，在面对无穷的时候，就显的很渺小)。在这样的哲学思考背景下，量子力学的统计解释还只是一个一般的信念。虽然量子力学不可能做到对无穷的数值的处理，但是，在利用量子力学的统计解释的过程之中，在频度思考的应用下，可以满足在限定条件下的量子力学的唯一可操作性问题的解决过程。对于物理专业领域的专家学者来说，在他们解决实际的物理问题的过程之中，最关注的问题就是使用一种方案是否能够解决他们所要解决的问题，因此，在这些物理学家进行方法选择的过程之中，基本上都会选择可以操作的方法来进行问题的解决，在这样的背景下，应用量子力学的统计解释就显得有一定的普及价值和意义。
4结语
量子力学结论篇6
一、易学自然观
《周易》包括《易经》和《易传》两部分，实际上是上古巫文化化出的符号、周初时期占筮验词集锦和战国末年理性诠释的统合。作为《易传》的十篇释文已经完全脱离卜筮，建立起一套以阴阳为纲阐释变化的理论体系。汉兴，《周易》作为官学传习和研究的对象，被尊称为“五经”之首；汉易已经纳入阴阳五行学说，隋唐时期易学即以其理性向科学领域渗透；进而逐渐形成以符号系统与以阴阳为纲纪相结合的范畴体系和理论结构。
易学对宇宙的基本观点是：阴阳相涵相因、流变会通，构成一个合谐互补的有机整体。
张立文教授在《王船山易学思想略论》〔1-191〕中指出：船山的本体哲学，统体会通于和合。所谓和合者，就是“阴阳未分，二气合一，氤氲太和之真体”。《易传》有言“形而上者谓之道，形而下者谓之器”，作者认定道器是虚实范畴，虚与实的主要差异在于隐与显。“形而上者是隐也”，隐不是无，而是潜在，是形而下所以存在的根据。“形而下者是显也”，指有形质的东西，“即形之成乎物而可见可循者也”。即此可知，显指可见可循的事物和现象，隐指寓于“器”而起作用的现象背后更本质的东西；而隐又不是虚无，“道不虚生，则凡道皆实也”。从而推定道乃实存之体，得出道器交与为体、相涵相因、流变会通的两系统结构论。
道和器的关系究竟如何？就逻辑上讲，“形上者乃形之所自生”，因为凡器皆有形，由“形”逻辑上得出对应于“形下”必然存在着“形上”。就二者的主从关系讲，“当其未形而隐然有不可喻之天则，天以之化”，依此概括二者的关系为：道是器存在的依据；道通过器而表现自己，一切显性的运动变化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度讲，是“理不先而气不后”，二者既不存在先后、本末之别，也就从根本上排除了天理、神创的观念。
张教授立足于人文（兼及自然）阐述问题，认为“王船山道器、气关系，充分体现和贯彻了《周易》和合人文的精神”，本文专门讨论自然而不涉及人文。依据形上学本体哲学，自然界的物理客体应该分两类，即“形之已成乎物”和“未形”，二者的本质区别在于形下之“显”和形上之“隐”。
小结：易学自然观是两系统结构论。从静态角度讲，“万物（包括宇宙自身）负阴而抱阳，冲气以为和”；从动态角度讲，“阴变阳，阳变阴，其变无穷”。所谓的易，就是讲阴阳变化之理的学问，即“易以道阴阳”。
二、两种物理学理论
物理学作为一门学术的名称，是从亚里士多德的希腊文著作延续下来的，这个希腊词的意思是探讨自然的秩序和原理的“自然学”，亚氏又称其为自然哲学。大约到18世纪中叶，由于学科内容的分化，自然史和化学从物理学中独立出来，18世纪后半叶法国讨论过留下的物理学意味着什么，结果是把物理学分为一般物理学和特殊物理学。前者指牛顿力学或由《自然哲学的数学原理》导出的以数学描述质点运动的传统，后者包括声、光、电、磁等广泛领域。通常都把这种划分说成是数学科学传统和实验物理学的分离。
1829年，泊松把当时法国物理学的思想倾向归为两类：物理力学和解析力学。他把前者的特征描述为“它的唯一的原理是把一切还原为分子运动，而这些分子是把力的效果从一点传到另一点并保持这些力之平衡作用的核心”，即期望用天体运动的牛顿平方反比定律数学格式，精密地描述宇宙一切现象，称牛顿范式；而后者则强调现象的解析格式，轻视对物理原因进行讨论，称非牛顿范式。1840年以后，牛顿范式的地位被非牛顿范式所取代；与之同时，拉格朗日原理被泊松和哈密顿予以发展，使力学成为完全分析的形式，并且以能量取代力的概念体系。本应该由之意识到“根本不存在纯粹的力学现象，实际上运动总是结合着热和电磁的变化，它们也规定运动”〔2-9〕，从而结束牛顿的“力学神话”，可惜的是西方哲学没有能够为物理学提供合适的自然观，以后的物理学就在迷茫中走了许多弯路。对两种范式的本质差异，一般都视为用几何法还是用解析法的数学问题。
19世纪30年代之后，随着实验物理学的成熟，出现了实验物理学和理论物理学之区分；物理学的理论又分原理理论和构造理论两类。前者是先使用分析法在经验中发现自然过程的普遍特征（即原理），然后给出各种过程必须满足的数学形式的判据，比如牛顿力学；后者又叫“假说—演绎”法，即先确立“想象的原理”（即“假说”），然后采用反证法通过由原理导出的结论对原理进行证明，给出的内容与经验所显示的现象吻合得愈多愈一致，特别是能够从假说来预言现象并得到证实，这种构造理论就愈成功。依据这种分类方法，一般都承认17世纪牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》就分别代表了原理理论和构造理论。对这两种理论划分的依据主要在于思维方式，即前者采用分析法而后者采用综合法。
三、两类物理客体
牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》，从近代物理学奠基开始，两种截然不同的理论分别传承为两种体系，即牛顿范式——原理理论，惠更斯范式——构造理论，其本质差异不在思维方式和数学形式之不同，也不在是采用数学方法还是实验方法之别，而在于研究的客体分属于根本不同的两类。
以质量对物体进行计量，并假定质量都集中在一个质点，以相互传递力的作用描述运动，是牛顿范式的核心观念；非牛顿范式研究的光、热、电、磁等现象，都不能以质量进行计量，最终认识到了这种现象都与“能量”直接相关，并且以能量取代了力学概念体系。
而今首当其冲应该明确的是物理学根本就不直觉研究“物质”，正象无法品尝水果一样，因为二者都是抽象的类概念。物理学只研究质量、能量、电量、时间和空间之间的关系，两种理论的适用范围不同，前者是关于质量系统的理论，后者则适用于能量系统。以往不适当地把能量说成是物质运动的形式（如“能即运动”）〔3-526〕，是产生混乱的肇端。现代物理学已经确认物理客体分两类：宇观上有分立的天球和连续辐射，微观上分粒子和场，粒子物理学分费米子和玻色子，理论物理学称其为物质粒子和相互作用；物理学理论也分用质量计量和时空描述、用能量计量和位形描述两个系统。“我们首先把宇宙的物质内容分成两个部分：“物质”即诸如夸克、电子和缪介子等粒子，以及“相互作用”诸如引力和电磁力等等”〔4-38〕。当代著名物理学家霍金居然会说出如此不合逻辑的荒唐话，不难看出“物质”这个误用概念带来的混乱是何等严重。
物理客体不能用“物质”这个概念进行抽象和概括，而应该分为质量和能量两个系统，二者的本质差异有3：1、分立和连续；2、有无静质量；3、量传递时物理客体仅只振动而不发生运动方向的位移。确认能量系统存在的依据有5：1、德西特从广义相对论场方程得出没有物质的宇宙时空解；2、无限的（负能电子）海的发现；3、爱因斯坦说：“依据广义相对论没有以太的空间是不可思议的”；4、3K微波背景辐射证明“空间”不空；5、粒子物理学的实验发现，绝大多数粒子为瞬息亿变的动态网络。
“全〖ZZ(〗空间〖ZZ)〗充满着相互作用着的各种不同的场”〔2-387〕，这种分布着某种物理量的空间，不同于经典物理学中作为参量的空间。“场从数学上表述了能量局域性概念”，“是一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。即此可知，一切自然现象虽表现为质量系统单元个体的运动和变化，动变之因却源于能量系统的作用；而能量系统本身不通过作用于质量系统的效应也根本就无法观测。物理学早已将物理客体分为弥散态粒子和凝聚态物体，3K微波辐射发现之后，就应该从分类学的角度再增添一种连续态网络；进而将弥散态粒子分为质量子和能量子，如此一来，物理世界图象就会变得非常清晰。
物理客体分物体、粒子、网络三类，分别用质量、电量（或荷质比）、能量计量；人类生活的现实世界属于质量系统（从天球到原子乃至质子、电子），能量系统则是一切运动变化的动力之源；所有的共振态、复合态粒子均属于能量系统的动态网络，只有那些稳定的能量子才有现实意义；不同能量子的有序组合构成信息（从质量系统讲，传递信息必须有载体，而对能量系统，信息和载体则合而为一，于此无暇展开讨论），可以用于操作质量系统的变化和存储一切自然现象。
小结：物理客体分两个系统三种态。质量系统和能量系统确实属于“负阴而抱阳，冲气以为和”的状态；作为两系统“中介”的弥散态，是演绎世间万象的“大舞台”；何以产生质量和电量，是现实世界存在的最根本机制。
四、时间和空间
无论哲学还是物理学，时间和空间都是一对非常重要的范畴，同时又是亘古至今争论最多直到今天还没有取得共识的两个概念。16世纪之前，基本上没有留下多少值得关注的重要论点；牛顿为了创立完整的力学体系，不得不提出人类历史上第一个时空构架。他认为物质是在绝对空间中运动，时间不跟任何物质对象相关、自身等速地在那里流；时间和空间各自独立互不相关。亦即是说时间和空间仅只是描述运动的参量。
现代物理学的发现则是：“广义相对论用空时结构的几何性质来表示引力场”〔2-328〕，场不但“是某种物理量的空间分布”，还是“一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。很显然，时空结构应该被理解为改变物体或带电粒子运动状态的作用量。
依据质能两系统结构论看待，即使在牛顿力学体系中，时空结构也是作用量而不是描述运动的参量。比如牛顿力学的第一号自然力——重力G=mg，如果没有g作用于m，物体就不会自由下落，很显然g是使m自由下落的作用量。如果用电磁作用相类比，g可以被称为引力场强，其作用效应跟电场作用于电量没什么两样。自从发现了动量和能量守恒之后，牛顿力学方程基本上已经不再使用，足以说明牛顿力学非常片面，能够沟通三个领域最基本的物理量只有动量和动能，根本就不需要力这个概念。
时间和空间究竟指什么？答曰：二者分别是对能量系统单元个体持续性和广延性的计量，恰如用质量计量物体、用电量计量带电粒子那样。
“空间一时间未必是一种可以认为离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中，而是这些客体有着空间的广延性”〔5-112〕。爱因斯坦如果对中国古典哲学稍有理解，就会再说一句：这些客体还有着时间的持续性。这种“物理实在的实际客体”即指能量系统而言。
能量系统虽是连续态，探究其具体作用时却需要量子化。假定其最小单元为h，由ε＝hν＝h/t可知，只要测出周期t，即可以知道具体的能量值，同理测出波长即可知动量。故而可以说时间和空间是对能量系统两种属性的计量。
董光璧教授猜想对于不同的相互作用，应该“各有其时空结构”，是有道理的。用于电动力学的时空结构已经非常成功，“对于电磁相互作用，相对论提供的时空结构和量子论提供的能量结构，既在逻辑上自洽又与经验相符”〔2-429〕；而对于质量，发挥作用的时空结构有ι2t-2和ιt-1两种，对行星的运行则有R3/t2＝K。
小结：时空不是独立的存在，而是用于计量能量系统属性的概念构架。对于物体或带电粒子，不同的时空结构作用于质量和电量可得能量和动量；对于能量系统，只需要用t和λ对基本单元个体计量，即是能量和动量。
五、两种运动
讨论过物理学不应该使用“物质”这个哲学范畴，明确了物理客体分质量、能量两个系统，确立了质量、电量、能量和时空是基本的物理量，并且弄清了时（t）空（λ）可以直接作为计量能量和动量的基本量，不同时空结构又分别是驱动质量或电量的基本作用量之后，还应该讨论一下运动形式问题。
亚里士多德很早就提出自然运动和强迫运动区分之必要，物理学界至今都没有认真对待。所谓自然运动，应该是不受人的干预，不准附加任何人为条件的运动，比如自由落体、自组织系统的变化和行星运转等（下文称绝对运动）；所谓的强迫运动当指人为增添了特设条件的运动，比如将物体抬高、摆钟和日常生活中经常发生的许多运动。
牛顿力学除自由落体之外，几乎都有附加条件，将运动定义为一个物体对另一个物体的位移，运动的基点建立在物体对物体的作用（即力）之上，并将物体看作一个质点等，基本上都属于质量系统的相对运动。现代物理学发现的因果关系被破坏，基本上都产生于对绝对运动和相对运动的作用机制之混淆。
“一个钟所处的引力势越低（深），它走得越慢，而那里发出的光在引力势较高处去接收就会发生红移”〔5-92〕，亦即是说原子钟在那里发出的光频率较小，周期变大。如果是摆钟，依据t＝2πL/g，由于g变大，周期就必然变小。两种钟的结果居然完全相反，基于什么原因呢？这就恰好能够说明相对运动和绝对运动的作用机制不同，显示的结果就必然会适得其反。由于原子钟的频率直接决定于能量子的频率，属于绝对运动；而摆钟的周期则由作用量g与弹性势的平衡决定，属于相对运动，g变大时相对而言等于固定不变的弹性势变小，故而钟的周期亦随之变小。“量子理论和每一种合理的真实世界观念都冲突”〔6-127〕；“量子力学改变了古典物理学的因果观和实在论”〔2-328〕。这些观念产生于发现了绝对运动和相对运动效果迥异，感到困惑的原因是没有树立起时间和空间“不再是事件在其中发生的被动的背景”，“相反的，它们现在成为动力学的量”〔4-53〕，根源在于没有突破“物质”一元论的樊篱。
问起广义相对论场方程的意义，通常的回答是：“物质和能量要使时空向其自身弯曲”〔4-60〕，反过来弯曲时空的曲率又决定着物体运动的路径。这种表述本来存在一个因果互易的逻辑循环，只需要将误用概念“物质”去掉，就变成了非常明晰的单因（能量）决定单果（质量运动路径）的关系。再如“势函数V表示质量系统对空间任意点的引力作用”〔2-361〕，实质上则是势函数表示任意时空点对质量的趋动作用。作用和被作用的因果关系弄颠倒的原因，许多都出在用相对运动的观念去解释绝对运动；产生这种观念的根源又非常久远和牢固，先是哲学上把物质说成第一性，继而近代科学一开始就决定只研究属于第一性的质量和重量，外加担心宗教神学找麻烦，所有物理学理论就都必须把物质或质量说成是运动变化的起因。依据两系统结构论，动因仅来源于能量系统。
宇观上的星体都是绝对运动，很早很早之前就受到许多哲人的关注，他们的不少观点由于跟相对运动的理论不合，都受到了冷遇。欧拉认为“一切物理过程都是以太与物质相互作用的结果”〔2-180〕，欧多克斯认为“日、月和行星分别固定在想象的匀速转动的天球上，星体本身不动，它们随着天球运动”〔2-51〕，笛卡尔的观点更明确：“宇宙空间充满媒质的旋涡运动，天体被媒质的旋涡推动”〔2-145〕；最直观形象的描述莫过于那个阴阳互动的太极图，那是华夏先民无数代人仰观俯察智慧的结晶。天空中所有星系或星系团无不都是一个涡旋，其中不少涡旋的中心根本就找不到质量（被称为质量丢失的暗物质）。很显然这些涡旋都是能量积累形成的畸变时空，那些特定的R3/2＝K的不同旋线上，都可能会有星体在做自然运动，根本就不需要什么引力作为向心力，自然也就没有必要去找切线力的源。
易学中虽说没有“自组织”这个词，王船山却早就讲清了自组织的作用机制。“阳变阴合，乘机而为动静”，“二气之动，交感而生，凝滞而成物我之万象”，如果将质量子和能量子类比为阴阳，这种说法还满有道理的。
小结：运动有相对和绝对之别。因果关系被破坏的原因大都生之于用相对运动的理论去解释绝对运动，根源在于物质一元论不能作为物理学的哲学基础。
六、唯物宇宙观
科学思想作为文化的一部分，在相当长的时间内世界各地都是沿着自己的传统在发展；从16世纪开始，随着西方殖民主义的掠夺，希腊传统的科学逐渐传播到世界各地。如今所说的近代科学，主要指希腊科学传统的扩展，其间也不乏阿拉伯、中国和印度等地科学成果的积累。物理学思想的发展在很大程度上跟古希腊哲学有着非常密切的关系，古希腊哲学的自然观主张人与自然分离。
在古希腊文化传统中，从公元1世纪基督教创立开始，就出现了理性和信仰、哲学和神学的纷争，科学思想的发展亦被打上深深的烙印。基督教成为国教之后，“知识服从信仰”成为教会的基本准则之一，于是就有人提出“学问来源于经验”与之抗衡。
基督教创立不太久，某些护教派发现那些愚昧贫乏的教义抵抗不住古希腊、罗马文化，特别是哲学，就开始从古希腊、罗马哲学中寻找为教义辩护的依据，从而发展出貌似科学的神学，进而宣布真正的哲学和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原则。中世纪的欧洲几乎一切学术都在宗教神学的桎梏之下，自然科学也不例外，布鲁诺被活活烧死，伽利略遭受终生监禁，都因为他们的理论对神学不利。
唯物主义宇宙观针对信仰先于理性提出物质第一性、意识第二性，自然科学总算找到了哲学基础。由于近代科学确定只研究属于第一性的质量和重量，而不研究与感觉有关的第二性，即把意识范畴留给宗教，总算争得了一席之地。当我们立足于现代科学的成果和困惑，去反思物理学发展的历史时发现，把物质和意识的关系视为全部、特别是近代哲学重大基本问题的唯物主义哲学，根本就不能作为物理学的理论基础。为了从神学桎梏下挣脱出来，选择第一性、第二性之分的哲学虽说必要，终归总逃不掉为临时应付而“举债”付出更高的代价。
物质和意识对立，对立的双方是自然和人，这是古希腊自然与人分离自然观的延续。这种哲学适用的范围应该是人天系统，即探讨的中心课题是人与自然的关系；而物理学则属于纯客观地探讨自然界的秩序和原理的学问，亦即是说它只研究物质和物质之间的联系、相互作用和运动变化规律等问题，丝毫不涉及物质与意识关系的内容。故而我们认为，唯物主义宇宙观虽说使物理学摆脱了宗教神学的束缚，而成为一门独立的学科，却不能做为物理学的哲学基础。
自然界是一个有机整体，要探讨其运动变化的规律，就不应该将所有的物理客体用“物质”一个概念概括。因为变化只能发生在至少两种客体之间，如mn和nm；而mm则是永远无法观测的。
“科学史界越来越多的学者认识到，站在现代科学的立场寻找历史来龙去脉的做法有误入歧途的危险，转而采取从原来的境况中重新阐释科学思想”〔7-2〕，不少人发现了《周易》中保留着自然学的原初形式，可以为科学发展提供有益的哲学启迪。本人沿着这条进路摸索多年，学习探寻的心得是，物理学只有依据两系统结构论的自然观，才可以讨论变与不变。
易以道阴阳；万物负阴而抱阳，冲气以为和；阴变阳，阳变阴，其变无穷；阳变阴合，乘机而为动静；二气之动，交感而生，凝滞而成物我之万象——仅依据上述五句富涵哲理的格言，对物质、时间、空间、运动和因果关系等重要概念做一些简要的剖析，就可以理出一条新的思路。如果依据两系统结构论，对物理学的概念和理论进行一次新的整合与梳理，极有可能会将物理学带出当前的困境。不当之处，敬请各位师长、同仁指正。
参考书目：
1、朱伯昆主编《国际易学研究》第三辑，华夏出版社1997年版
2、董光璧等著《世界物理学史》吉林教育出版社1994年版
3、《马克思恩格斯选集》第三卷人民出版社1972年版
4、(英)霍金著《霍金讲演录》湖南科技出版社1995年版
量子力学结论篇7
关键词:《量子力学》物理图像创新思维培养
《量子力学》是物理学专业重要的专业基础课程,其教学质量的高低不仅影响到其他后续课程的学习,而且直接影响到物理学专业人才培养目标的实现。衡量物理教学的质量标准应该有三个维度,一是知识与技能维度,二是物理思想和方法论维度,三是物理品格维度。过去的教学,我们往往过多地重视第一维度,而忽视第二、第三个维度。在量子力学教学中,我们结合量子力学及其发展历史所涵含的丰富的物理思想与方法,开展了学生创新思维能力培养的教学实践研究。
一、创新型、应用型人才培养目标的要求
考虑到培养21世纪需要的应用型人才目标的要求,而且结合新建本科院校的课程设置的特点,《量子力学》课程的教学方法和教学体系建设应从以下两方面着手:一方面,着重量子力学概念、规律和物理思想的展现,使学生在知识层面上够用并且能用,并注意科学人文精神的阐发,为进行物理素质教育与物理教学研究提供量子力学方面的科学素养,如勇于创新、科学、严谨等。另一方面,培养学生建立正确的量子力学概念和物理图像,掌握基本规律,广泛了解量子力学在推动技术进步方面的作用,开拓思路,培养学生应用物理规律解决应用技术问题的能力。
二、《量子力学》教学中创新意识及创新能力的培养
根据应用型人才培养的目标,我们一直致力于探索一套合适的物理学专业量子力学课程教学的共享数字化教学体系,创建完整的教学资源,力求使学生在学习这门课程的同时受到实践能力和创新能力的培养。相应措施主要体现在以下三个方面。
(一)创造实验情景,以实验和实践为基础深化量子力学的原理。
由于量子力学主要研究微观粒子的运动规律,理论太抽象,许多量子现象和日常的生活经验不符合甚至相违背,因此在教学中教师必须强调量子力学首先是一门试验性的科学,应从实验事实去推理分析,不直接与主观经验联系,并时时将新的概念和结论与经典物理学的结果作比较,使学生能正确理解量子力学的基本概念,从而学会处理具体问题的方法,掌握量子力学的精髓。在讲述量子力学基本内容的时候,寻找合适的接口与量子力学原理在实际生产中的应用相联系。通过这两方面的着重讨论,学生能感受到量子力学的抽象原理是实实在在的、来源于实践又回到实践中得到检验的、正确的理论。
量子力学实验从可操作的层面上可大致分为三类,一类是仅存在于人们想象中或目前还不能实现的理想实验,一类是在高水平的实验室中可以实现的科学研究实验,一类是我们让学生自己动手做的有关教学的基础性实验。但无论何种实验,我们都可以利用多媒体技术在课堂上将其生动形象的展现出来,让学生不仅深刻认识到实验在量子力学发展中的重要作用,而且培养用实验发现问题和验证假说的能力。例如在讲解物质粒子的波粒二象性时,我们用多媒体课件演示单电子衍射实验。单电子发射时,在荧屏上出现一个亮点,说明电子的粒子性;再发射大量电子,屏幕上出衍射条纹,说明了电子的波动性。这样,难以讲解清楚的知识变得生动活泼,使学生能更快地理解所学的知识,且加深了学生的认知印象,大大提高了学习效率。
(二)充分利用现代媒体的作用,激发学生的创造兴趣。
以电脑和互联网为代表的信息技术已演变为继传统媒体后的“现代媒体”。现代媒体将为教学过程提供新的教学手段,并为培养创新人才奠定了技术基础。通过网络技术,学生可以突破传统教学的时空限制,不但可以享受本校教学资源,而且可以享受到全国高水平的教学资源,从而实现优质教学资源的共享,也为各学校的师生讨论交流提供了一个很好的平台。
对于《量子力学》这样一门抽象的理论课,多媒体技术将图、文、声、像等各种教学信息有机的组合在一起,直观、形象、生动,即使对那些比较抽象,难以理解的理论和日常看不到或拍摄不到的情景,也可以通过三维动画虚拟实现。多媒体丰富的表现力不仅能打破人类视觉上的樊篱,使得学生从科学与艺术相融的视觉信息中感知抽象、复杂的理论,而且能引发学生无限的遐想,极大地激发了他们的想象力。学生的思维高度活跃从而激发创新火花。
(三)密切结合当前的科技前沿和高新技术,将量子力学知识应用于实践。
量子力学在各学科中已经有很多成功的应用并催生了许多交叉学科及现代高新技术的产生。在教学中,教师应尽可能进行知识的渗透和迁移,及时将当前与量子力学相关的科技前沿和高新技术引入到教学中,一些知识可以作为简单的介绍,也可以就某个方面详细分析,阐明其量子力学原理。例如量子力学与非线性科学的关系,量子理论在耗散系统、纳米技术、分子生物学中的应用,量子力学与正在研究的量子计算机、量子保密通信的关系,等等。在教学中教师适当地穿插这些知识,既不会花费太多的时间,又能使教学更生动、易于理解,而且可使学生开拓视野,活跃思维,激发兴趣。这样学生不仅可以学到运用基础理论指导科学研究的方法,而且可以克服原有的“量子力学就是一种纯理论的学科”的片面认识。如我们在讲解一维无限深势阱时,将其与半导体量子阱和超晶格这一现代科学的前沿相联系;在讲解隧道效应时,将其与扫描隧道显微镜相联系,进而可以介绍扫描探针操纵单个原子的实验。我们通过这种方式使学生对这一部分的知识有了直观的认识,从而不再感到量子力学的学习枯燥无味。
参考文献:
[1]曾谨言.量子力学教学与创新人才培养[J].物理,2000,(7).
[2]钱伯初.我的教学生涯[C].2003.
[3]谢希德.创造学习的新思路[n].人民日报,1998-12-25,(10).
量子力学结论篇8
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]。
（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：
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量子力学结论篇9
关键词：经典理论量子力学联系
中图分类号：o413.1文献标识码：a文章编号：1672-3791（2016）08（a）-0143-02
量子力学于20世纪早期建立以来，经过飞速的发展，逐渐成为现代物理学科中不可分割的一部分。量子力学是现代量子理论的核心，它的发展不仅关乎人类的物质文明，还使人们对量子世界的认识有了革命性的进展[1]。
但是，量子力学并不是一个完备的理论，其体系中还存在许多问题，特别是微观与宏观，即经典理论与量子力学的联系。为解决这些迷惑，历史上相关科学家提出了很多实验与理论。该文旨在以量子力学发展史上提出的几个实验为例，对其进行简单分析，以展示经典理论与量子力学的联系。
1问题的提出
1935年3月，爱因斯坦等人在epR论文中提出了“量子纠缠态”的概念，所谓的“量子纠缠态”是以两个及以上粒子为对象的。在某种意义上，“量子纠缠态”可以理解为是把迭加态应用于两个及以上的粒子。若存在两个处于“量子纠缠态”的粒子，那这两个粒子一定是相互关联的，用量子力学的知识去理解，只要人们不去探测，那么每个粒子的状态都不能够确定。但是，假如同时使这两个粒子保持某一时刻的状态不变，也就是说，使两个粒子的迭加态在一瞬间坍缩，粒子1这时会保持一个状态不再发生变化，根据守恒定律，粒子2将会处于一个与粒子1状态相对应的状态。如果二者相距非常遥远，又不存在超距作用的话，是不可能在一瞬间实现两个粒子的相互通信的。但超距作用与当今很多理论是相悖的，于是，这里就形成了佯谬，即“epR佯谬”。
同年，薛定谔提出了一个实验，后人称之为“薛定谔的猫”。设想把一只猫关在盒子里，盒中有一个不受猫直接干扰的装置，这套装置是由其中的原子衰变进行触发，若原子衰变，装置会被触发，猫会立即死去。于是，量子力学中的原子核衰变间接决定了经典理论中猫的生死。由量子力学可知，原子核应该处于一种迭加态，这种迭加态是由“衰变”和“不衰变”两个状态形成的，那么猫应该也是处在一种迭加态，这种迭加态应该是由“死”与“生”两个状态形成的，猫的生死不再是一个客观存在，而是依赖于观察者的观测。显然，这与常理是相悖的[2]。
这两个佯谬的根源是相同的，都是经典理论与量子理论之间的关系。
2近代研究进展
2.1验证量子纠缠的存在
华裔物理学家YanhuaShih[3]曾做过一个被称为“幽灵成像”的实验，其实验过程及现象大致可以描述为：假设存在一个纠缠光源，这个光源可以发出两种互为纠缠的光子，通过偏振器使两种光子相互分离，令第一束光子通过一个狭缝，第二束不处理，然后观察两束光的投影，结果发现第二束光的投影形状与第一束光通过的狭缝形状完全相同。
人们发现，如果仅仅使用经典理论，实验现象是无法解释的，必须应用量子理论，才能解释“幽灵成像”的现象。这个实验也恰好验证了“量子纠缠”现象的存在。
2.2量子世界中的欧姆定律
欧姆定律是由德国物理学家ohm于19世纪早期提出来的，它是一种基于观察材料的电学传输性质得到的经验定律，其内容是：在同一电路中，导体中的电流跟导体两端所加的电压成正比，跟导体自身电阻成反比，即（U指导体两端电压；R指导体电阻；i指通过导体的电流）。
18世纪二、三十年代，人们认为经典方法在宏观领域是正确的，但是在微观领域将会被打破。Landauer公式给出了纳米线电阻的计算方法，即（h为普朗克常量；e为电子电量；n为横波模式数量）；而在宏观中，（为材料的密度；l为样品的长度；s为样品的横截面积）。由此发现，在宏观领域，样品的电阻是随着样品的长度增加而增加的，而在微观领域，样品的电阻与样品的长度没有关系。
weber[4]等人制备了原子尺度的纳米线并进行观察，实验发现，在微观领域，欧姆定律也是满足的。Ferry[5]认为样品的电阻是由多种机理所导致的，而他最后得到的结果正是由于多种机理的相互叠加。经过分析，他认为欧姆定律何时开始生效取决于纳米线中电子耗散的力度，力度越大说明开始生效时的尺度越小。但这也同时引发了另一个问题的思考：低温条件下，欧姆定律是仍然成立的，也就是说经典理论仍然成立，但往往是希望在低温下研究比较纯粹的量子效应。低温条件下欧姆定律的成立要求在进行实验研究时，必须花费更多的精力来使得经典理论与量子理论分离开。
2.3生活中的量子力学――光合作用与量子力学
Scholes等[6]从两种不同的海藻中提取出了一种名为捕光色素复合体的化学物质，并在其正常的生活条件下，通过二维电子光谱术对其作用机理进行了分析研究。他们首先使用了飞秒激光脉冲模拟太阳光来激发这些蛋白，发现了会长时间存在的量子状态。也就是说，这些蛋白吸收的光能能够在同一时刻存在于不同地点，而这实际上是一种量子迭加态。由此可见，量子力学与光合作用是有很大联系的。
3结语
从近几年来量子力学的基本问题和相关的实验研究可以看出，虽然经典理论与量子理论的联系仍然是一个悬而未决的问题，但是当代科学家已经能够通过各种精妙的实验逐步解决历史遗留的一个个谜团，使得微观领域的单个量子的测量与控制成为可能，并且积极研究宏观现象的微观本质，将生活与量子力学逐渐的联系起来。对于“经典理论与量子力学的联系”这一专题还需要进行不断研究，使量子力学得到进一步完善与发展。
参考文献
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量子力学结论篇10
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关键词：2013年诺贝尔化学奖；理论与计算化学；计算机辅助；模型化学
文章编号：1005?6629（2014）3?0011?04中图分类号：G633.8文献标识码：B
2013年的诺贝尔化学奖被授予了martinKarplus、michaelLevitt以及ariehwarshel三位美国科学家，以表彰他们在发展复杂化学体系多尺度模型方面所做出的杰出贡献。我们知道，长久以来，化学学科的奠基和发展始终离不开化学家在实验室中的辛勤劳动，但与此同时，随着实践知识的不断丰富和完善，以及运算能力的突飞猛进，理论和计算化学有可能也应当在新世纪在化学学科的传统领域发挥更大的作用。当前，解开每个人生命背后的谜团也是人们的兴趣所在。Karplus，Levitt和warshel三位科学家将经典力学模拟方法结合最新发展的量子物理计算方法，为建立和发展多尺度复杂模型的理论模拟研究做出了基础性的贡献。那么，到底什么是理论模拟方法？它有什么重要的科学意义？对我们又有什么启迪？
1理论与计算化学的建立和发展历程
20世纪初量子力学的发现为科学家们打开了深层次研究分子和原子的大门。量子力学中著名的薛定谔方程以其优美简洁的形式描述了原子和分子的重要组成部分――电子的行为[1]。1927年，walterHeitler以及FritzLondon两位科学家利用薛定谔方程解开了氢气分子电子结构[2]，理论化学从此悄然兴起。随后，价键理论[3]、Hartree-Fock理论[4]、分子轨道理论[5]等的建立极大地丰富了理论化学的内容。从此，化学学科可以说与物理学一样，开始了真正的两条腿走路，而不再只是依靠实验知识的获取跛足而行。
早在20世纪50年代，科学家利用半经验的方法对原子轨道进行了计算。50至60年代期间，各种各样基于现代量子理论的计算已经被用来计算一些简单分子的电子结构和相互作用。20世纪70年代，例如Gaussian？、atmoL？、iBmoL？等量子化学计算软件的开发也扩充了计算化学的内涵。
与此同时，新的化学合成与表征技术的开发使得越来越多新颖的分子被制造出来，人们不仅需要认识这些新分子，而且也需要借助一定手段来指导新分子的合成。在这样的前提下，就需要借助计算机对分子进行模拟。
1990年，密度泛函理论（DensityFunctionaltheory）的提出将理论和计算化学带到了一个新纪元。和以往的方法相比，密度泛函理论解决了以往的分子模型中电子交换和相关作用的近似，由其得出的分子几何结构和电子结构的预测与实验数据吻合得非常好。直至目前，密度泛函理论依然是分子和化学反应模拟中最重要也是最为常用的方法，两位科学家walterKohn[6]和Johnpople[7]因为分别发展了密度泛函理论以及将这种量子力学计算方法融入到计算化学中去而获得了1998年的诺贝尔化学奖，这是诺贝尔化学奖第一次被授予理论和计算化学领域的科学家。获奖者之一的pople也是著名量子化学计算软件Gaussian[8]的开发者之一，该软件在2009年又进行了一次更新，是当今功能最完善、计算最有效、生命力最长的量子化学计算软件。
目前，专门刊登量子化学理论、模型化学和计算化学的学术期刊也纷纷涌现，如，美国化学会（americanChemistrySociety）下已有JournalofChemicalinformationandmodeling，JournalofChemicaltheoryandComputation，JournalofphysicalChemistrya三本期刊出版，而著名学术出版集团elsevier也有JournalofmolecularGraphicsandmodeling，Journalofmolecularmodeling，internationalJournalofQuantumChemistry和ComputationalandtheoreticalChemistry等专刊，国内也有例如《物理化学学报》和《计算机及应用化学》等期刊。
2复杂化学体系多尺度模型的建模以及应用
1976年，michaelLevitt和ariehwarshel二人提出了酶催化生物化学反应的通用理论研究方法[10]。这个方法将生物酶-底物间的复合物和溶剂作用一起考虑在整个体系之内，并且用量子力学和经典力学两种方法探讨了所有可能影响催化路径的因素。其中，量子力学包含了酶-底物键的断裂，底物与酶结合时电荷的重新分布；而经典力学部分则考虑了酶和底物之间的立体作用能和静电作用能。综合考虑以上两点，两位作者以一种水解酶裂解糖苷键为实例，首次进行了水解酶-糖苷这个复杂化学体系多尺度模型的理论计算（图1）。如今复杂化学体系的Qm/mm方法已经被广泛应用到酶-底物催化反应，有机反应以及Dna/Rna的相关研究中去。
那么，如何建立一个合理的多尺度复杂模型？科学家们和软件工程师们通力合作开发出了各种功能强大的分子建模和可视化软件。对于小分子的构建，最为常用的为perkinelmer公司下属的剑桥软件公司开发的ChemBiooffice？系列软件，包括了ChemBioDraw？和ChemBio3D？两个模块（图2）。当在软件窗口的右侧ChemDraw？面板画出感兴趣的分子后，左边的窗口就会立即显示出分子的3D模型。本软件还包括了其他很多内容，例如对分子进行简单的几何结构优化操作或者分子动力学计算，根据计算结果画出分子的部分电荷、分子轨道等信息。
GaussView？是Gaussian公司开发的用于分子建模的软件包，目前已经更新到GaussView5.0b版本。此软件包的功能类似于ChemBiooffice？，该软件并不如ChemBiooffice？那样还具有计算功能，而只是作为量子化学计算软件Gaussian？的图形输入接口，图3是利用GaussView？创建了联苯分子，当利用Gaussian？软件对分子进行计算完毕之后，也能够展示分子轨道的图形。
以上两种软件不仅可以在各自的软件内部进行计算，而且ChemBiooffice？软件还提供了Gaussian？计算软件的接口。我们可以在ChemBiooffice？中构建完小分子，并设置运行参数之后在Gaussian？中进行对应的计算。
在一个复杂化学体系中，往往还要涉及到生物大分子的构建。现在科学家们已经构建起了大分子结构库，最著名就是由美国布鲁克海文（Brookhaven）国家实验室建立的蛋白质数据库（proteinDataBank，http：//rcsb.org）。库内包含了蛋白质、多肽、Dna、Rna等95644个晶体结构数据。我们可以通过下载数据来得到生物大分子的晶体结构。
accelrys公司开发的DiscoveryStudioClient？软件能够读取从proteinDataBank下载的pdb文件，如图4展示的是DiscoveryStudioClient？的界面，展示了人体血清白蛋白和一种Dna的结构。
此外，DiscoveryStudioClient？还具有将小分子和大分子组装结合在一起的功能，如图5分别是将一种长链的污染物分子结合到了脂肪酸结合酶和人体血清白蛋白中，这就完成了一个复杂化学体系的模型构建。
VmD？软件也是一种常用的可视化软件，相对于DiscoveryStudioClient？，其功能更侧重于动态展现动力学情况下分子的运动和形变情况。图6则是VmD？软件的界面以及其展示的人体血清白蛋白分子和Dna分子。
在分子建模完成之后，就可以对一个建立完成的化学体系进行理论的计算，预测这个复杂化学体系的物理化学性质。对于一个多尺度模型的计算，计算方法的选择也是多尺度的。首先，对需要模拟的化学反应的区域要进行界定。在界定了这个区域之后，必须对这个区域内的分子进行高精度的量子化学计算，模拟或预测该区域内可能存在的化学键以及键的断裂。在界定的反应区域之外，由于不牵涉到化学反应，所以不需要高精度的量子化学计算方法，而只需要相对简单的半经验的计算方法或者更简单的分子力学方法进行计算。总而言之，这就是复杂化学体系多尺度模型的计算，即Qm/mm计算。涉及量子化学部分的Qm计算，需要用到包含量子化学计算的软件，例如最著名的Gaussian？，GameSS？等。在这些软件中，也可以采用oniom方法[12]进行计算。
3复杂化学体系多尺度模型建立的科学意义及其展望
结合理论以及计算化学发展本身的历程来看，复杂化学体系多尺度模型具有十分重要的科学意义。首先，此模型的建立使我们从简单分子的化学反应进入到了生物大分子体系的理论计算研究。利用理论计算这个强有力的工具，生命科学的奥秘将很快被解开，人们对生命科学背后的化学机制的认识将会上升到分子层面，对带动化学，乃至生命科学学科具有举足轻重的作用。其次，多尺度模型的建立也能够促进理论和计算化学本身的发展，丰富理论和计算化学本身的内涵，并且随着研究体系的进一步复杂化，将在现有的多尺度基础上提出新的超尺度模型的可能。
此外，作为一门交叉学科，理论和计算化学的发展也势必会带动其他相关学科的进一步发展。90年代开始，纳米学科蓬勃发展，各种新材料如雨后春笋般出现，得益于理论化学中平面波和赝势（即将离子实的内部势能用假想的势能取代真实的势能，但在求解波动方程时，不改变能量本征值和离子实之间区域的波函数）的发展，对具有周期性结构的晶体材料性质的模拟和预测也成为可能。目前，已经有materialStudio？、VaSp？等多种模拟软件。在药物合成方面，计算机辅助药物合成的概念已经深入人心（Computer-aidedDrugDesign）。顾名思义，计算机辅助药物设计利用计算化学这个强有力的工具来发现或者研究具有生物活性的药物分子的行为，其最基本的目标就是通过计算化学来预测一个分子与靶生物分子是否会结合，并且其结合能力有多强，能够实现这一功能的软件则包括了GoLD？、SYBYL？等等。
可以说，理论和计算化学已经成为辅助化学家们探索世界的重要工具，也成为了指引科学家探索未知世界的新罗盘。
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