从人文视角看物理史话.ppt

读上帝掷骰子吗： 量子物理史话有感,从人文视角看物理史话,内容框架,一、前言,目前量子力学可谓是国内最热门的前沿科学。 纳米鞋、纳米衣服、纳米药丸，石墨烯电池、石墨烯充电宝、石墨烯陶瓷等产品方兴未艾，量子产品开始闪亮登场，量子内裤、量子水、量子眼镜等，应有尽用。最牛的还是量子针灸，据说应用了最新量子纠缠技术，宝宝生病了，只要扎父母就好了！ 这是真的吗？,这是真的吗？,量子是什么？,早在2005年国际物理年，作者曹天元Capo就送给国际物理年一件礼物，这件礼物就是上帝掷骰（tou）子吗：量子物理史话。 作者用他那小说化的写作手法，向我们娓娓道来关于量子论的故事。作者从神话时代出发，沿着量子发展的道路，亲身去经历了科学史上的乌云和暴雨，直至最后艰难地建立了量子理论为止。 上帝掷骰子吗？ 本书以此为题，揭示量子物理最鲜明的特点不确定度。,二、简介,1.科普性与文学性并举,上帝掷骰子吗一书文笔流畅，语言诙谐幽默，阅读感十足。 作者以一种科学和人文素养相交织的语调向我们介绍了量子力学从发现，斗争，批驳，直至最终被广为接受的整个过程。从电脑到激光，从生物到核能，航天卫星理论皆赖以建立。从今天，现代的角度看过去，整个发展史带给我的是前所未有的冲击和震撼。,光的本质是什么?是波动还是微粒？过去的400年中两个派系数次交锋。起先，以牛顿为首的微粒说依靠经典力学的奠基，在物理界获得了普遍的公认地位。随后，后起之秀托马斯杨悄然间发现了干涉现象，波动界的干涉条纹撼动了整个微粒世界。麦克斯韦于1856，1861，1865年连发三篇关于电磁理论的论文预言光是一种电磁波，并于1887年被赫兹证明，使波动说在第二次波粒战争中登顶加冕。,整个量子物理的发展，是基于无数次试验和交锋中蹒跚中前进的。有时，机遇，灵光稍纵即逝，或许他并不起眼，但正是这一个个小的不起眼，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第预言了磁生电，海森堡在量子物理中引入了晦涩的矩阵把握灵光，潜心钻研，即使不一定成功,其中的那些困惑，激动，恐惧和震惊也值得人品味。除此之外，仍要坚持不懈，脚踏实地地触碰自己想做的事。薛定谔，狄拉克博士大器晚成，依旧努力抓住时光的尾巴，在不确定度和P数上努力延伸，完成了量子物理学的部分奠基工作。,同时，作者文风犀利，将物理学界的学术之争描写得如同武侠小说中的江湖帮派纷争一般，大大增加了该书的可读性。 比如“从黄金年代走来的老人，在革命浪潮中成长起来的反叛青年，经典体系的庄严守护者，新时代的冒险家，这次终于都要作一个最终了断。世纪大辩论的序幕即将拉开，像一场熊熊的大火燃烧不已，而量子论也将在这大火中接受最严苛的洗礼，煅烧出更加璀璨的光芒来。”（摘自第八章论战）这个片段仿佛倚天屠龙记中群雄围剿光明顶一般，令人紧张不已。而玻尔与爱因斯坦的争论更是写得如同两位绝世高手过招，简直酣畅淋漓！,上帝掷骰子吗对科学家的性格进行了全面地的分析。性格决定命运，性格决定了众多伟大科学家最终能在学术路上走多远，在人们的心中存多久。,2.人格魅力与社会成就同辉,阿拉果一向是光波动说的捍卫者，他和菲涅耳在光学上其实是长期合作的。菲涅耳关于光是横波的思想，最初还是来源于托马斯杨写给阿拉果的一封信。而对于相互垂直的两束偏振光线的相干性的研究，是他和菲涅耳共同作出的，两人的工作明确了来自同一光源但偏振面相互垂直的两支光束，不能发生干涉。,阿拉果：与“物理光学之父”称号失之交臂，铜像却屹立于佩皮尼昂市广场。,但在双折射和偏振现象上，菲涅耳显然更具有勇气和革命精神，在两人完成了关于偏振光线的相互作用这篇论文后，菲涅耳指出只有假设光是一种横波，才能完满地解释这些现象，并给出了推导。然而阿拉果对此抱有怀疑态度，认为菲涅耳走得太远了。他坦率地向菲涅耳表示，自己没有勇气发表这个观点，并拒绝在这部分论文后面署上自己的名字。于是最终菲涅耳以自己一个人的名义提交了这部分内容，引起了科学院的震动，而最终的实验却表明他是对的。,其实在光波动说方面，阿拉果做出了许多杰出的贡献，不在菲涅耳之下，许多还是两人互相启发而致的。在菲涅耳面临泊松的质问时，阿拉果仍然站在了菲涅耳一边，正是他的实验证实了泊松光斑的存在，使得波动说取得了最后的胜利。但关键时候的迟疑，却最终使得他失去了“物理光学之父”的称号。这一桂冠如今戴在菲涅耳的头上。,阿拉果一生清廉，他在从政期间不取厚棒，仍拿他经度局那一份工薪；在海军部长任内，他也拒绝一切奖赠。他热情支持当时的科学技术研究和发明，尤其关心青年人的创新精神。 为了纪念这个伟大、富有冒险和创新精神的科学家，1879年，人们在佩皮尼昂市的广场上树立了他的铜像。,卢瑟福那种独特并且懂得欣赏的艺术的眼光，使得他成为一名“物理伯乐”。不仅他自己非常出色，他荣获1908年诺贝尔化学奖，他的学生和助手也个个出众，有11名荣获诺贝尔奖。,卢瑟福：诺贝尔奖得主的物理伯乐， 头像出现在新西兰100元货币正面。,1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖； 1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖； 诺贝尔奖章 1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖； 1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖； 1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖； 1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖； 1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获得诺贝尔物理奖； 1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。 有人说，如果世界上设立培养人才的诺贝尔奖金的话，那么卢瑟福是第一号候选人。,卢瑟福，利用自己独特的眼光，精湛的教学技术，把一块块璞玉雕琢成晶莹剔透闪亮夺目的珍宝。这名伯乐的实验室甚至被后人称为“诺贝尔奖得主的幼儿园”，他的头像出现在新西兰货币最大面值100元上面，作为国家对他最崇高的敬意和纪念。,物理学家波尔，于1975年获得诺贝尔物理学奖。 他和卢瑟福一样求贤若渴，他出众的人格魅力使当时许多才华横溢的科学家都甘愿围在他的身边，海森堡、约尔当、莫特人们都想到哥本哈根来，充分地感受这里的自由气氛和波尔的关怀，并形成一种富有激情活力、乐观态度和进取心的学术精神，即为后人所津津乐道的“哥本哈根精神” 玻尔去世三周年时，哥本哈根大学物理研究所被命名为尼尔斯玻尔研究所。1997年IUPAC正式通过将第107号元素命名为Bohrium，以纪念玻尔。,波尔：哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所 ，第107号元素命名，头像印在丹麦500克朗正面。,500丹麦克朗正面印有尼尔斯玻尔的头像,性格内向沉默、淡泊名利的赫兹和狄拉克都甘愿放弃大学教授高薪的职位，自愿留在实验室进行研究，并最终，前者证实了麦克斯韦的“电磁理论”的准确性，后者掌握了海森堡体系的精髓。,赫兹和狄拉克：忠实的实验研究员。,三、对教育的启示,启示1：教师要塑造学生健全人格,2016年12月， 习近平在全国高校思想政治工作会议中强调，教师做的是传播知识、传播思想、传播真理的工作，是塑造灵魂、塑造生命、塑造人的工作。教师不能只做传授书本知识的教书匠，而要成为塑造学生品格、品行、品味的“大先生”。,青春期（1218岁）：自我同一性和角色混乱的冲突 一方面青少年本能冲动的高涨会带来问题，另一方面更重要的是青少年面临新的社会要求和社会的冲突而感到困扰和混乱。所以，青少年期的主要任务是建立一个新的同一感或自己在别人眼中的形象，以及他在社会集体中所占的情感位置。这一阶段的危机是角色混乱。 “这种统一性的感觉也是一种不断增强的自信心，一种在过去的经历中形成的内在持续性和同一感（一个人心理上的自我）。如果这种自我感觉与一个人在他人心目中的感觉相称，很明显这将为一个人的生涯增添绚丽的色彩“。（埃里克森，1963年）,埃里克森把同一性危机理论用于解释青少年对社会不满和犯罪等社会问题上，他说：如果一个儿童感到他所处于的环境剥夺了他在未来发展中获得自我同一性的种种可能性，他就将以令人吃惊的力量抵抗社会环境。在人类社会的丛林中，没有同一性的感觉，就没有自身的存在，所以，他宁做一个坏人，或干脆死人般的活着，也不愿做不伦不类的人，他自由地选择这一切。 随着自我同一性形成了“忠诚“的品质。埃里克森把忠诚定义为：“不顾价值系统的必然矛盾，而坚持自己确认的同一性的能力。“,播种行为，收获习惯； 播种习惯， 收获性格； 播种性格，收获成功！,性格塑造从行为习惯养成开始！,行为习惯塑造的方法,启示2：教师要修炼自己的人格,教师人格魅力对学生有强烈的感召力和凝聚力，可以给学生以震撼人心的影响和冲击。正如乌申斯基所说：“教师的人格对学生的影响是任何教科书、任何道德箴言、任何惩罚和制度不能代替的一种教育力量。”,好老师要有“捧着一颗心来，不带半根草去”的奉献精神，自觉坚守精神家园、坚守人格底线，带头弘扬社会主义道德和中华传统美德，以自己的模范行为影响和带动学生。 2014年9月9日习近平在同北京师范大学师生代表座谈时强调,启示3：教师要修炼教学语言,教师的语言要有逻辑性，表达的内容系统化、条理化，学生也会获得系统性的知识。 教师的语言要具有感染力，用抑扬顿挫的音调、生动风趣的语句、微笑的脸部表情、情深意浓的句子，将学生带进一个又一个引人入胜的学习佳境。 教师的语言要文明，避免讲粗话、脏话和假话，更不能恶语伤人，不能以讽刺和挖苦性的语言批评学生，这样会伤害学生的自尊心，影响学生的学习积极性，甚至会影响学生一生的发展。 教师的语言要具有启发性。教师一面提出有意义的问题，一面激发学生去思考探索，在教师的引导下，一步步地寻求答案，获得真知。,修炼自己的声音，让它引人入胜； 修炼自己的语言，让它妙趣横生； 修炼自己的眼睛，让它传神丰富； 修炼自己的表情，让它神采飞扬； 修炼自己的行为，让它规范专业； 修炼自己的学识，让它有如泉涌； 修炼自己的脾气，让它逗人喜爱； 修炼自己的个性，让它鲜明唯美； 修炼自己的心灵，让它平和美丽； 修炼自己的气质，让它超凡脱俗； 修炼自己的灵魂，让它崇高圣洁； 修炼自己的人生，让它阳光幸福。,教师的12项修炼,四、我国量子研究近况,2019年1月31日，美国科学促进会（AAAS）宣布，中国科学技术大学潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖（Newcomb Cleveland Prize），以表彰该团队通过实现千公里级星地双向量子纠缠分发推动大尺度量子通信实验研究做出的卓越贡献。,1.潘建伟教授：“墨子号”量子科学实验卫星,这是美国科学促进会设立克利夫兰奖九十余年来，中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一重要荣誉。该奖项将于2月14日在华盛顿举行的美国科学促进会年会上正式颁发。,量子密钥分发：无法破译的安全通信 中国科学技术大学常务副校长、“墨子号”量子卫星首席科学家潘建伟院士解释，所谓“量子密钥分发”，是指将量子密钥分发通过量子态的传输，在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密，“这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的安全通信方式”。,2.你知道吗？,地星量子隐形传态：实现分布式量子信息处理网络的基本单元 量子隐形传态是量子通信要解决的另一个基础问题。潘建伟介绍，量子隐形传态是利用量子纠缠可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点的特点，将其携带的信息传递给对方，而不用传送物质本身。他说：“远距离量子隐形传态是实现分布式量子信息处理网络的基本单元