“现代物理学”资料汇编

“现代物理学”资料汇编目录普朗克常数_现代物理学常数之一从现代物理学理论发展探讨孙思邈修道养生观现代物理学_物理学中的新型学科量子论_现代物理学的两大基石之一现代物理学普朗克常数_现代物理学常数之一普朗克常数记为h，是一个基本物理常数，用以描述量子大小，在量子力学中占有重要角色。德国物理学家马克斯·普朗克（MaxPlanck）在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算的结果才能和试验结果是相符。这样的一份能量叫作能量子，每一份能量子等于hν，ν为辐射电磁波的频率，h为一常量，叫为普朗克常数。这一理论被称为量子理论，它改变了传统的经典物理学观念，解释了黑体辐射光谱中的不连续性，因此为量子力学的发展奠定了基础。

在物理学的基本常数中，有些是通过实验观测发现的，如真空中的光速c、基本电荷e、磁常数（真空中的磁导率）μ0、电常数（真空电容率）ε0等。也有一些是在建立相关定律、定理时被引入或间接导出的，如牛顿引力常数G、阿伏伽德罗常数NA、玻耳兹曼常数kB等。而普朗克常数h则是完全凭借普朗克的创造性智慧发现的。然而，它却是物理学中一个实实在在的、具有重要意义的、神奇的自然常数。

h=62607015×10-34J·s（自第26届国际计量大会(CGPM)表决通过为精确数。）

若以eV·s（电子伏特·秒）为能量单位则为

h=62607015×10-34/602176634×10-19eV·s=1356676969×10-15eV·s

普朗克常数的物理单位为能量×时间，也可视为动量×位移量：

由于计算角动量时要常用到h/2π这个数，为避免反复写2π这个数，因此引用另一个常用的量为约化普朗克常数（reducedPlanckconstant），有时称为狄拉克常数（Diracconstant），纪念保罗·狄拉克：

约化普朗克常量（又称合理化普朗克常量）是角动量的最小衡量单位，约化普克朗常数是一个量子的内禀角动量。

其中π为圆周率常数，约等于14，ћ（这个h上有一条斜杠）念为"h拔"。

普朗克常数用以描述量子化、微观下的粒子，例如电子及光子，在一确定的物理性质下具有一连续范围内的可能数值。例如，一束具有固定频率ν的光，其能量Ei可表示为：Ei=hv。

许多物理量可以量子化。譬如角动量量子化。J为一个具有旋转不变量的系统全部的角动量，Jz为沿某特定方向上所测得的角动量。其值：J2=j(j+1)ћ2=mћ，j=0,1/2,1,3/2,2,...;m=-j,-j+1,...,j

普朗克常数也使用于海森堡不确定原理。在位移测量上的不确定量（标准差）Δx，和同方向在动量测量上的不确定量Δp有如下关系：ΔxΔp≥ћ。还有其他组物理测量量依循这样的关系，例如能量和时间。

光电效应，光逐出每个电子的动能Ek，Ek可表示为：Ek=hv-Φ；Φ示功函数，就是从物质表面逐出电子需要的最小能量。

物理学中的一个常量数值，常用于计算：ε=hν.Ek=hν-W

计量学中千克的定义。移动质量1千克物体所需机械力换算成可用普朗克常数表达的电磁力，再通过质能转换公式算出质量。

普朗克常数的引入不仅解释了黑体辐射现象，同时也为量子力学的发展和量子理论的形成作出了贡献。这个理论变革不仅影响了物理学领域，还对整个科学和技术领域产生了深远的影响，包括发展出了现代的量子力学、量子电子学、固态物理学以及量子力学在化学、电子学和计算机科学等领域的应用。

波粒二象性是微观粒子的基本属性。h是联系微观粒子波粒二象性的桥梁，微观粒子的行为是以波动性为主要特征还是以粒子性为主要特征，是以普朗克常数h为基准来判定的。将微观粒子的波动性与粒子性联系起来的公式是E=hν，P=h/λ。能量E与动量P是典型的描述粒子行为的物理量，频率ν与波长λ是典型的描述波动行为的物理量。将描述粒子行为的物理量与描述波动行为的物理量用同一个公式相联系，这正寓意了波粒二象性，而将二者联系起来的恰恰是普朗克常数h。根据上述公式可以了解能量为E、动量为P的粒子的频率与波长，结合相应的物理过程自然可以判断是粒子性呈主要特征还是波动性呈主要特征。

不确定度原理，有时又称为测不准关系，是海森伯在1927年首先提出来的。它反映了微观粒子运动的基本规律，是物理学中一个极为重要的关系。它包括多种表示式，其中有两个是：∆x·∆Px≥h，∆t·∆E≥h。前一式子表明，当粒子被局限在x方向的一个有限范围∆x内时，它所对应的动量分量Px必然有一个不确定的数值范围∆Px，两者的乘积满足∆x·∆Px≥h。换言之，假如x的位置完全确定(∆x→0)，那么粒子可以具有的动量Px的数值就完全不确定(∆Px→∞)；当粒子处于一个Px数值完全确定的状态时(∆Px→0)，我们就无法在x方向把粒子固定住，即粒子在x方向的位置是完全不确定的。后一式子表明，若一粒子在能量状态E只能停留∆t时间，那么，在这段时间内粒子的能量状态并非完全确定，它有一个弥散∆E≥h∆t；只有当粒子的停留时间为无限长时(稳态)，它的能量状态才是完全确定的(∆E=0)。不确定度原理是量子力学的一条基本原理。应用量子力学的理论可以证明，凡是乘积具有h量纲的成对物理量都不能以任意高的精确度同时确定。正如上述动量与坐标、能量与时间的乘积均具有h量纲，所以这两对量不能同时具有确定值。

在一次物理学会议上，普朗克演讲的内容是关于物体热辐射的规律，即关于一定温度的物体发出的热辐射在不同频率上的能量分布规律。普朗克对于这一问题的研究已有6个年头了，他将公布自己关于热辐射规律的最新研究结果。普朗克首先报告了他在两个月前发现的辐射定律，这一定律与最新的实验结果精确符合（后来人们称此定律为普朗克定律）。然后，普朗克指出，为了推导出这一定律，必须假设在光波的发射和吸收过程中，物体的能量变化是不连续的，或者说，物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量，能量值只能取某个最小能量元的整数倍。为此，普朗克还引入了一个新的自然常数h=626196×10-34J·s（即626196×10-27erg·s，因为1erg=10-7J）。这一假设后来被称为能量量子化假设，其中最小能量元被称为能量量子，而常数h被称为普朗克常数。

于是，在这次普通的物理学会议上，在与会者们的不经意间，普朗克首次指出了热辐射过程中能量变化的非连续性。今天我们知道，普朗克所提出的能量量子化假设是一个划时代的发现，能量子的存在打破了一切自然过程都是连续的经典定论，第一次向人们揭示了自然的非连续本性。普朗克的发现使神秘的量子从此出现在人们的面前，它让物理学家们既兴奋，又烦恼，直到今天。

物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量，但是，怎么会这样呢？物体能量的变化怎么会是非连续的呢？根据我们熟悉的经典理论，任何过程的能量变化都是连续的，而且光从光源中也是连续地、不间断地发射出来的。

没有人愿意接受一个解释不通的假设，尤其是严肃的科学家们。因此，即使普朗克为了说明物体热辐射的规律被迫假设能量量子的存在，但他内心却无法容忍这样一个近乎荒谬的假设。他需要理解它！就像人们理解牛顿力学那样。于是，在能量量子化假设提出之后的十余年里，普朗克本人一直试图利用经典的连续概念来解释辐射能量的不连续性，但最终归于失败。1931年，普朗克在给好友伍德（WilliasWood）的信中真实地回顾了他发现量子的不情愿历程，他写道，“简单地说，我可以把这整个的步骤描述成一种孤注一掷的行动，因为我在天性上是平和的、反对可疑的冒险的，然而我已经和辐射与物质之间的平衡问题斗争了六年（从1894年开始）而没有得到任何成功的结果。我明白，这个问题在物理学中是有根本重要性的，而且我也知道了描述正常谱（即黑体辐射谱）中的能量分布的公式，因此就必须不惜任何代价来找出它的一种理论诠释，不管那代价有多高。”

1919年，索末菲在他的《原子构造和光谱线》一书中最早将1900年12月14日称为“量子理论的诞辰”，后来的科学史家们将这一天定为了量子的诞生日。

普朗克曾经说过一句关于科学真理的真理，它可以叙述为“一个新的科学真理取得胜利并不是通过让它的反对者们信服并看到真理的光明，而是通过这些反对者们最终死去，熟悉它的新一代成长起来。”这一断言被称为普朗克科学定律，并广为流传。

物质世界能产生普朗克常数，这一定有所原因。有新的观点认为带电粒子做圆周运动时，只要向心力是与到圆心的距离的三次方成反比，就能产生一个常数，这个常数乘以圆周运动频率等于带电粒子动能。如果电子受到这种向心力，那么这个常数就是普朗克常数。通过对电荷群的研究证实电子是受到这种向心力的。

马克斯·普朗克1845年8月1日生于德国的一座小城基尔，普朗克的个性中蕴藏着文静的力量，性格中内含着腼腆的坚强，这使他赢得了教师和同学的喜爱。

在普朗克生活的时代，自然科学并不像人文科学那样受到重视，人们把自然科学家戏称为森林管理员，但普朗克毅然选择了物理学作为终生的研究目标，他并不追逐名利和成功，而是以一种内在的动力驱使他踏实地工作。

中学毕业后，普朗克先后在慕尼黑大学和柏林大学就读，当时的物理学大师赫姆霍兹、基尔霍夫和数学家魏尔斯特拉斯都是他的导师。这些大师的深邃思想，使普朗克大开眼界。同时他还精读了著名热力学家克劳修斯的著作，从而开始热衷于对“熵“的研究。年仅21岁的普朗克就以题为《论热力学第二定律》的论文获得博士学位。1880年，他为取得大学授课资格而写的关于“各向同性物体的平衡态”的论文，是他取得的第一项首创性的科学工作。1885年，普朗克被聘为德国基尔大学“特命”副教授；1889年，他又接替了柏林大学他的导师基尔霍夫的位置。在柏林，他取得了有关电解质方面的最新成果，使他对基础性问题作出了一项决定性的贡献。1892年，他晋升为正教授，1894年，由于得到导师赫姆霍兹的竭力推荐，成为了柏林科学院的正式成员。就这样，普朗克顺利地登上了科学的最高峰，他成了世界上经典热力学的权威，并一直保持了这种权威地位。就在这一年，普朗克转回了当时物理学的研究热点：黑体辐射问题。

《关于正常光谱的能量分布定律的理论》1900年从现代物理学理论发展探讨孙思邈修道养生观随着现代物理学理论的不断发展，人们对于生命和健康的理解也越来越深入。然而，在这个科技高度发达的时代，如何实现身心健康却仍然是一个未解之谜。本文将从现代物理学理论发展的角度，探讨孙思邈修道养生观，以期为现代社会的人们提供一些启示。

在孙思邈的修道养生观中，身体与心灵是两个不可分割的生命要素。他认为，要达到身心健康的目的，必须调和这两个要素。现代物理学也认为，身体与心灵是相互关联的，这种关联性体现在许多方面。例如，心理压力会对身体健康产生影响，而身体健康也会影响心理健康。因此，调和身体与心灵的关系对于修道养生具有重要的意义。

孙思邈在修道养生过程中，强调对自然环境的尊重和利用。他认为，自然界中的阴阳五行、四时八节等规律都与人的身心健康密切相关。他提倡顺应自然，按照自然规律来调养身体，以达到天人合一的境界。这与现代物理学中的自然宇宙观有着异曲同工之妙。现代物理学也认为，自然界中存在着各种规律，人类应该尊重并利用这些规律，以实现与自然环境的和谐共处。

孙思邈在修道养生过程中，还注重运用中医药学和针灸疗法。他认为，中药和针灸可以调和阴阳平衡，从而达到治病养生的目的。在他的著作中，孙思邈详细阐述了中药和针灸的理论和实践方法。现代物理学对于中药和针灸的作用机制也有了更加深入的理解。例如，量子物理学对于中药和针灸的疗效机制提供了新的解释。

总之孙思邈的修道养生观是一种融合了身体与心灵、自然与道、药物与针灸的综合养生方法。这种方法不仅强调内在的修养和调理，还注重外在的环境和条件对于身心健康的影响。从现代物理学的角度来看，孙思邈的修道养生观具有以下几个方面的启示：

首先孙思邈修道养生观启示我们身心的和谐至关重要。在面对现代社会的压力和挑战时我们要学会通过调养身心来保持健康。孙思邈所提倡的注重内心修养和调理的方法对现代社会有着重要的借鉴意义。

其次孙思邈修道养生观中的顺应自然的思想提醒我们要自然环境对身心健康的影响。在现代社会中我们应该学会尊重自然规律并利用自然环境来促进身心健康的发展。

最后孙思邈所提倡的运用中药和针灸来调理身心的做法对现代医学具有一定的启示作用。现代物理学对于中药和针灸的作用机制的研究为这些古老方法在现代社会中的应用提供了新的理论基础和实践指导。

综上所述孙思邈的修道养生观对现代社会具有积极的启示作用。通过借鉴他的思想和方法我们可以更好地应对现代社会的挑战促进身心健康和谐发展。现代物理学_物理学中的新型学科物理学是人们对于生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。这种运动和转变应有两种。一是早期人们通过感官视觉的延伸，二是近代人们通过发明创造供观察测量用的科学仪器，实验得出的结果。

物理学从研究角度及观点不同，可分为微观与宏观两部分，宏观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的，微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。物理又是一种智能。

诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。

大量事实表明，物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；——这意味着他们从物理学中汲取了智慧，转而在非物理领域里获得了成功。

总之物理学是概括规律性的总结，是概括经验科学性的理论认识。

对于物理学理论和实验来说，物理量的定义和测量的假设选择，理论的数学展开，理论与实验的比较是与实验定律一致，是物理学理论的唯一目标。

人们能通过这样的结合解决问题，就是预言指导科学实践这不是大唯物主义思想，其实是物理学理论的目的和结构。

在不断反思形而上学而产生的非经验主义的客观原理的基础上，物理学理论可以用它自身的科学术语来判断。而不用依赖于它们可能从属于哲学学派的主张。在着手描述的物理性质中选择简单的性质，其它性质则是群聚的想象和组合。通过恰当的测量方法和数学技巧从而进一步认知事物的本来性质。实验选择后的数量存在某种对应关系。一种关系可以有多数实验与其对应，但一个实验不能对应多种关系。也就是说，一个规律可以体现在多个实验中，但多个实验不一定只反映一个规律。

对于物理学来说理论预言与现实一致与否是真理的唯一判断标准。

摘要：回顾了物理学发展的历史，讨论了二十一世纪物理学发展的方向。可能应该从两方面去探寻现代物理学革命的突破口：（1）发现客观世界中已知的四种力以外的其他力；（2）通过审思相对论和量子力学的理论基础的不完善性，重新定义时间、空间，建立新的理论。

二十世纪即将结，二十一世纪即将来临，二十世纪是光辉灿烂的一个世纪，是个令社会发展最迅速的一个世纪，是科学技术发展最迅速的一个世纪，也是物理学发展最迅速的一个世纪。在这一百年中发生了物理学革命，建立了相对性质和量子力学，完成了从经典物理学到现代物理学的转变。在二十世纪三十年代以后，现代物理学在深度和广度上有了进一步的蓬勃发展，产生了一系列的新学科的交叉学科、边缘学科，人类对物质世界的规律有了更深刻的认识，物理学理论达到了一个新高度，现代物理学达到了成熟的阶段。

在此世纪之交的时候，人们自然想展望一下二十一世纪物理学的发展前景，探索今后物理学发展的方向。我想谈一谈我对这个问题的一些看法和观点。我们来回顾一下上一个世纪之交物理学发展的情况，把当前的情况与一百年前的情况作比较对于探索二十一世纪物理学发展的方向是很有帮助的。

十九世纪末二十世纪初，经典物理学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的只是进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。

然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到冲击，经典物理发生“危机”。由此引起物理学的一场革命。普朗克在德国物理学会上报告结果，成为革命开始的时刻。爱因斯坦创立相对论；海森堡、薛定谔等一群科学家创立量子力学。现代物理学诞生。

把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较，可以看到两者之间有相似之外，也有不同之处。

在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，已经达到成熟的阶段。弦论的发展对物质的看法进步。组成物质世界的砖块的基本粒子都是宇宙弦上的各种音符。不断在产生,不断在湮灭。多种多样的物质世界成一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观。物理学步入缘起性空的禅境。使人类对物质世界规律的认识达到空前的高度，理论能解释已知的一切物理现象。现代物理学的大厦已经建成。在这一点上，目前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。因此，有少数物理学家认为今后物理学不会再有革命性的进展了，物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了，今后能做到的只是在现有理论的基础上，在深度和广度两方面发展现代物理学，对现有的理论作一些补充和修正。然而，由于有一百年前的历史经验，多数物理学家并不赞成这种观点，他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面，虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能解释的，但是这些矛盾并不是严重到非要彻底改造现有理论认可的程度。在这方面，经典物理学发生“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，发生现代物理学革命的条件尚不成熟。

客观物质世界是分层次的。一般说来，每个层次中的体系都由大量的小体系（属于下一个层次）构成。从一定意义上说，宏观与微观是相对的，宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括：探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。

回顾二十世纪物理学的发展，是在三个方向上前进的。在二十一世纪，物理学也将在这三个方向上继续向前发展。

（1）在微观方向上深入下去，牛顿创立的经典力学的局限性就显现出来。在这个方向上，人们已经了解原子核的结构，发现大量的基本粒子及其运规律，建立核物理学和粒子物理学，认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象，必须有更强大得多的加速器，而这是非常艰巨的任务，所以我认为在这个方向上难以有突破性的进展。

（2）在宏观方向上拓展开去。1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论，当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射，再加上其他的观测结果，为“大爆炸”理论提供有力的证据，从此“大爆炸”理论得到广泛的支持，1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后，英国的霍金等人开始论述宇宙的创生，认为宇宙从“无”诞生，今后在这个方向上将会继续有所发展。从根本上来说，现代宇宙学的继续发展有赖于向广漠的宇宙更遥远处观测的新结果，这需要人类制造出比哈勃望远镜性能优越得多的、各个波段的太空天文望远镜，这是很艰巨的任务。

宇宙创生学说，认为“大爆炸”理论只是对宇宙的一个近似的描述。因为宇宙学研究的只是人们能观测到的范围以内的“宇宙”，宇宙是无限的，在我们这个“宇宙”以外还有无数个“宇宙”，这些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影响、有作用的。现代宇宙学只研究我们这个“宇宙”，只得到近似的结果，把他们的延伸到“宇宙”创生初及遥远的未来，则失误更大。

这正是统计物理学研究的主要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就，先是非平衡态统计物理学有大发展，然后建立“耗散结构”理论、协同论和突变论，接着混沌论和分形论相继发展起来。把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。

上述的物理学的发展依然现代物理学现有的基本理论的框架内。在下个世纪，物理学的基本理论应该怎样发展？有一些物理学家在追求“超统一理论”。在这方面，起初是爱因斯坦、海森堡等科学家努力探索“统一场论”；直到11968年，美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆提出统一电磁力和弱力的“电弱理论”；目前有一些物理学家正在探索加上强力的“大统一理论”及再加上引力把四种力都统一起来的“超统一理论”，他们的探索能否成功尚未定论。

爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想，但是他努力探索三十年，最终没有成功。根据辩证唯物主义的基本原理，“物质世界是既统一，又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功，即便此理论完成，它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中，各个具体过程的发展都是相对的，因而在绝对真理的长河中，人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相对的真理之总和，就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”

现代物理学的革命会怎样发生？有两个方面值得重试：

（1）客观世界不是只有四种力。第第六……种力究竟何在呢？人们并不知道。将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成生命体之后，其运动和变化实在奥妙，人们没有认识的问题实在多，人们今天对于生命科学的认识跟亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识一样，因此在这方面取得突破性的进展是很可能的。物理学与生命科学的交叉点是二十一世纪物理学发展的一个方向，与此有关的是关于复杂性研究的非线性科学的发展。

（2）现代物理学理论也只是相对真理，而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口，在下一节中将介绍我的观点。

相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，这两大支柱的理论基础是否十全十美的

当年爱因斯坦是从关于光速和关于时间要领的思考开始，创立狭义相对论。人们今天探寻现代物理学革命的突破口，也应该从重新审思时空的概念入手。爱因斯坦创立狭义相对论是从讲座惯性系中不同地点的两个“事件”的同时性开始的，他规定用光信号校正不同地点的两个时钟来定义“同时”，这样就自然导出洛仑兹变换，导致一个四维时空（x，y，z，ict）（c是光速）。为什么爱因斯坦提出用光信号来校正时钟，而不用别的信号呢？在他的论文中没有说明这个问题，其实这是有深刻含意的。

时间、空间是物质运动的表现形式，不能脱离物理质运动谈论时间、空间，在定义时空时应该说明是关于什么运动的时空。现代物理学认为超距作用是不存在的，A处发生的“事件”影响B处的“事件”必须通过一定的场传递过去，传递需要一定的时间，时间、空间的定义与这个传递速度是密切相关的。如果这种场是电磁场，则电磁相互作用传递的速度就是光速。因此，爱因斯坦定义的时空实际上是关于由电磁相互作用引起的物质运动的时空，适用于描述这种运动。

爱因斯坦把他定义的时间应用于所有的物质运动，实际上就暗含了这样的假设：引力相互作用的传递速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速传递的呢？令引力相互作用的传递速度为c’。至今为止，并无实验事实证明c’等于c。爱因斯坦因他的“物质世界统一性”的世界观而在实际上假定了c=c’。我持有“物质世界既统一，又多样化的”以观点，再加之电磁力和引力的强度在数量级上相差太多，因此我相信c’可能不等于c。工样，关于由电磁力引起的物质运动的四维时空（x，y，z，ict）和关于由引力引起的运动的时空（x’，y’，z’，ic’t’）是不同的。如果研究的问题只涉及一种相互作用，则按照理论建立起来的运动方程的形式不变。例如，爱因斯坦引力场方程的形式不变，只需把常数c改为c’。如果研究的问题涉及两种相互作用，则需要建立新的理论。不过，首要的事情是由实验事实来判断c’和c是否相等；如果不相等，需要导出c’的数值。

我在二十多年前开始形成上述观点，当时测量引力波是众所瞩目的一个热点，我曾对那些实验寄予厚望，希望能从实验结果推算出c’是否等于c。令人遗憾的是，经过长期的努力引引力波实验没有获得肯定的结果，随后这项工作冷下去了。根据爱因斯坦理论预言的引力波是微弱的，如果在现代实验技术能够达到的测量灵敏度和准确度之下，这样弱的引力波应该能够探测到的话，长期的实验得不到肯定的结果似乎暗示了爱因斯坦理论的缺点。应该从c’可能不等于c这个角度来考虑问题，如果c’和c有较大的差异，则可能导出引力波的强度比根据爱因劳动保护坦理论预言的强度弱得多的结果。

弱力、强力与引力、电磁力有本质的不同，前两者是短程力，后两者是长程力。不同的相互作用是通过传递不同的媒介粒子而实现的。引力相互作用的传递者是引力子；电磁相互作用的传递者是光子；弱相互作用的传递者是规范粒子（光子除外）；强相互作用的传递者是介子。引力子和光子的静质量为零，按照爱因斯坦的理论，引力相互作用和电磁相互作用的传递速度都是光速。并且与传递粒子的静质量和能量有关，因而其传递速度是多种多样的。

在研究由弱或强相互作用引起的物质运动时，定义惯性系中不同的地点的两个“事件”的“同时”，是否应该用弱力或强力信号取代光信号呢？我对核物理学和粒子物理学是外行，不想贸然回答这个问题。如果应该用弱力或强力信号取代光信号，那么关于由弱力或强力引起的物质运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空（x，y，z，ict）及关于由引力引起的运动的时空（x’，y’，z’，ic’t’）

有很大的不同。设弱或强相互作用的传递速度为c’’，c’’不是常数，而是可变的，则关于由弱或强力引起的运动的时空为（x’’，y’’，z’’，Ic’’t’’），时间t’’和空间（x’’，y’’，z’’）将是c’的函数。然而，很可能应该这样来考虑问题：关于由弱力引起的运动的时空，在定义中应该以规范粒子的静质量取作零时的速度c1取代光速c。由于“电弱理论”把弱力和电磁力统一起来了，因此有可能c1=c，则关于由弱力引起的运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空是相同的，同为（x，y，z，ict）。关于由强力引起的运动的时空，在定义中应该以介子的静质量取作零（在理论上取作零，在实际上没有静质量为零的介子）时的速度c’’取代光速c，c’’可能不等于c。则关于由强力引起的运动的时空（x’’，y’’，z’’，Ic’’t’’）不同于（x，y，z，ict）或（x’，y’，z’，ic’t’）。无论上述两种考虑中哪一种是对的，整个物质世界的时空将是高于四维的多维时空。对于由短程力（或只是强力）引起的物质运动，如果时空有了新的一义，就需要建立新的理论，也就是说需要建立新的量子场论、新的核物理学和新的粒子物理学等。如果研究的问题既清及长程力，又涉及短程力（尤其是强力），则更需要建立新的理论。

从量子力学发展到量子场论的时候，遇到了“发散困难”。1946——1949年间，日本的朝永振一郎、美国的费曼和施温格提出“重整化”方法，克服了“发散困难”。但是“重整化”理论仍然存在着逻辑上的缺陷，并没有彻底克服这一困难。“发散困难”的一个基本原因是粒子的“固有”能量（静止能量）与运动能量、相互作用能量合在一起计算，这与德布罗意波在υ=0时的异性。

我陷入一个两难的处境：如果采用传统的德布罗意关系，就只得接受不合理的德布罗意波奇异性；如果采纳修正的德布罗意关系，就必须面对使新的理论满足相对论协变性的难题。是否有解决问题的其他途径呢？我认为这个问题或许还与时间、空间的定义有关。量子力学理论中时宽人的定义实质上依然是决定论的定义，而不确定原理是微观世界的一条基本规律，所以时间、空间都不是严格确定的，决定论的时空要领不再适用。在时间或空间的间隔非常小的时候，描写事情顺序的“前”、“后”概念将失去意义。在重新定义时空时还应考虑相关的物质运动的类别。模糊数学已经发展得相当成熟了，把这个数学工具用到微观世界时空的定义中去可能是很值得一试的。量子论_现代物理学的两大基石之一量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论提供了新的关于自然界的观察、思考和表述方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学、粒子物理学以及现代信息技术奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射，粒子的无限可分和信息携带等。尤其它的开放性和不确定性，启发人类更多的发现和创造。

大家都熟悉光是有波粒二象性的，也都知道光双缝的干涉实验是证明了光存在波的属性的，实验结果是在光线通过双缝后在后面的荧幕上产生了干涉条纹。

改变一下实验条件：每一次只发射一个光粒子，结果将是如何？荧幕上是否会产生如同波干涉一样的条纹么（如果是粒子没有其他粒子影响，按经典理论该粒子应当重复之前路径）？结果是即便一次只发射一个光粒子，这个粒子依旧会产生干涉（显像位置按概率出现，无法使用经典理论解释）。

由此引出了量子论的关键观点：“微观世界里，上帝也在玩骰子”（不确定性原理）。

1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量子概念，为量子理论奠定了基石。

随后，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子假说，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，为量子理论的发展打开了局面。

1913年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，提出玻尔的原子理论，对氢光谱作出了满意的解释，使量子论取得了初步胜利。随后，玻尔、索末菲和其他物理学家为发展量子理论花了很大力气，却遇到了严重困难，旧量子论陷入困境。

1923年，德布罗意提出了物质波假说，将波粒二象性运用于电子之类的粒子束，把量子论发展到一个新的高度。

1925年-1926年薛定谔率先沿着物质波概念成功地确立了电子的波动方程，为量子理论找到了一个基本公式，并由此创建了波动力学。

几乎与薛定谔同时，海森伯写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文，创立了解决量子波动理论的矩阵方法。

1925年9月，玻恩与另一位物理学家约丹合作，将海森伯的思想发展成为系统的矩阵力学理论。不久，狄拉克改进了矩阵力学的数学形式，使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。

1926年薛定谔发现波动力学和矩阵力学从数学上是完全等价的，由此统称为量子力学，而薛定谔的波动方程由于比海森伯的矩阵更易理解，成为量子力学的基本方程。

1928年狄拉克将相对论运用于量子力学，又经海森堡、泡利等人的发展，形成了量子电动力学，量子电动力学研究的是电磁场与带电粒子的相互作用。

1948-1949年，里查德·费因曼（RichardPhillipsFeynman）、施温格（J.S.Schwinger）和朝永振一郎用重正化概念发展了量子电动力学，从而获得1965年诺贝尔物理学奖。

海森伯不确定原则是量子论中最重要的原则之一。最初的不确定性原理指出，不可能同时精确地测量出粒子的动量和位置，因为在测量过程中仪器会对测量过程产生干扰，测量其动量就会改变其位置，反之亦然。量子理论跨越了牛顿力学中的死角，在解释事物的宏观行为时，只有量子理论能处理原子和分子现象中的细节。但是，这一新理论所产生的似是而非的矛盾说法比光的波粒二重性还要多。牛顿力学以确定性和决定性来回答问题，量子理论则用可能性和统计数据来回答。传统物理学精确地告诉我们火星在哪里，而量子理论让我们就原子中电子的位置进行一场赌博。海森伯不确定性使人类对微观世界的认识受到了绝对的限制，并告诉我们要想丝毫不影响结果，就无法进行测量。量子力学的奠基人之一薛定谔在1935年就意识到了量子力学中不确定性的问题，并假设了一个著名的猫思维实验：“一只猫关在一钢盒内，盒中有下述极残忍的装置（必须保证此装置不受猫的直接干扰）：在盖革计数器中有一小块辐射物质，它非常小，或许在1小时中只有一个原子衰变。在相同的几率下或许没有一个原子衰变。如果发生衰变，计数管便放电并通过继电器释放一个锤，击碎一个小小的氰化物瓶。如果人们使这整个系统自在1个小时，那么人们会说，如果在此期间没有原子衰变，这猫就是活的。第一次原子衰变必定会毒杀了这只猫。”

常识告诉我们那只猫非死即活，两者必居其一。可是按照量子力学的规则，盒内整个系统处于两种态的叠加之中，一态中有活猫，另一态中有死猫。但是有谁在现实生活中见过一个又活又死的猫呢？猫应该知道自己是活还是死，然而量子理论告诉我们，这个不幸的动物处于一种悬而未决的死活状态中，直到某人窥视盒内看个究竟为止。此时，它要么变得生气勃勃，要么立刻死亡。如果把猫换成一个人，那么详谬变得更尖锐了，因为这样一来，监禁在盒内的那位朋友会自始至终地意识到他是健康与否。如果实验员打开盒子，发现他仍然是活的，那时他可以问他的朋友，在此观察前他感觉如何，显然这位朋友会回答在所有的时间中他绝对活着。可这跟量子力学是相矛盾的，因为量子理论认为在盒内的东西被观察之前那位朋友仍处在活－死叠加状态中。

玻尔敏锐地意识到它正表征了经典概念的局限性，因此以此为基础提出“互补原则”（并协原理），认为在量子领域总是存在互相排斥的两种经典特征，正是它们的互补构成了量子力学的基本特征。玻尔的互补原则被称为正统的哥本哈根解释，但爱因斯坦一直不同意。他始终认为统计性的量子力学是不完备的，而互补原理是一种绥靖哲学，因而一再提出假说和实验责难量子论，但玻尔总能给出自洽的回答，为量子论辩护。爱因斯坦与玻尔的论战持续了半个世纪，直到他们两人去世也没有完结。

薛定谔猫实验告诉我们，在原子领域中实在的佯谬性质与日常生活和经验是不相关的，量子幽灵以某种方式局限于原子的阴影似的微观世界之中。如果遵循量子理论的逻辑到达其最终结论，则大部分的物理宇宙似乎要消失于阴影似的幻想之中。爱因斯坦决不愿意接受这种逻辑结论。他反问：没有人注视时月亮是否实在？科学是一项不带个人色彩的客观的事业，将观察者作为物理实在的一个关键要素的思想看来与整个科学精神相矛盾。如果没有一个“外在的”具体世界供我们实验与测量，全部科学不就退化为追逐想象的一个游戏了吗？

量子理论革命性的特点，一开始就引起了关于它的正确性及其解释内容的激烈争论，在20世纪中这个争论一直进行着。自然法则从根本上将是否具有随机性？在我们的观察中是否存在实体？我们又是否受到了观察现象的影响？爱因斯坦率先从几个方面对量子理论提出质疑。他不承认自然法则是随机的。他不相信“上帝在和世界玩骰子”。在和玻尔的一系列著名的论战中，爱因斯坦又一次提出了批判，试图解释量子理论潜在的漏洞、错误和缺点。玻尔则巧妙地挫败了爱因斯坦的所有攻击。在1935年的一篇论文中，爱因斯坦提出了一个新证据：断言量子理论无法对自然界进行完全的描述。根据爱因斯坦的说法，一些无法被量子理论预见的物理现象应该能被观测到。这一挑战最终导致阿斯派特做了一系列著名的试验，准备用这些试验解决这一争论。阿斯派特的实验详尽地证明了量子理论的正确性。阿斯派特认为，量子理论能够预见但无法解释一些奇妙的现象，爱因斯坦断言这一点是不可能的。由此似乎信息传播比光速还快——很明显地违背了相对论和因果律。阿斯派特的实验结论仍有争议，但它们已促成了关于量子论的更多的奇谈怪论。

由玻尔和海森伯发展起来的理论和哥本哈根派的观点，尽管仍有争论，却逐渐在大多数物理学家中得到认可。按照该学派的观点，自然规律既非客观的，也非确定的。观察者无法描述独立于他们之外的现实。就象不确定律和测不准定律告诉我们的一样，观察者只能受到观察结果的影响。按自然规律得出的实验性预见总是统计性的而非确定性的。没有定规可寻，它仅仅是一种可能性的分布。

电子在不同的两个实验中表现出的波动性和粒子性这一表面上的矛盾是互补性原理的有关例子。量子理论能够正确地、连续地预测电子的波动性或粒子性，却不能同时对两者进行预测。按照玻尔的观点，这一矛盾是我们在对电子性质的不断探索中，在我们的大脑中产生的，它不是量子理论的一部分。而且，从自然界中只能得到量子理论提供的有限的、统计性的信息。量子理论是完备的：该理论未能告诉我们的东西或许是有趣的猜想或隐喻。但这些东西既不可观测，也不可测量，因而与科学无关。哥本哈根解释未能满足爱因斯坦关于一个完全客观的和决定性的物理定律应该是什么样的要求。几年后，他通过一系列思维推理实验向玻尔发起挑战。这些实验计划用来证明在量子理论中的预测中存在着不一致和错误。爱因斯坦用两难论或量子理论中的矛盾向玻尔发难。玻尔把问题稍微思考几天，然后就能提出解决办法。爱因斯坦难免过分地看重了一些东西或者忽略了某些效应。有一次，具有讽刺意味的是爱因斯坦忘记了考虑他自己提出的广义相对论。最终，爱因斯坦承认了量子理论的主观一致性，但他仍固执地坚持一个致命的批判：EPR思维实验。

1935年，爱因斯坦和两个同事普多斯基和罗森合作写了一篇驳斥量子理论完备性的论文，在物理学家和科学思想家中间广为流传。该论文以三个人姓氏的第一个字母合称EPR论文。他们假设有两个电子：电子1和电子2发生碰撞。由于它们带有相同的电荷，这种碰撞是弹性的，符合能量守恒定律，碰撞后两电子的动量和运动方向是相关的。因而，如果测出了电子1的位置，就能推知电子2的位置。假设在碰撞发生后精确测量电子1的位置，然后测量其动量。由于每次只测量了一个量，测量的结果应该是准确的。由于电子2之间的相关性，虽然我们没有测量电子2，即没有干扰过它，但仍然可以精确推测电子2的位置和动量。换句话说，我们经过一次测量得知了电子的位置和动量，而量子理论说这是不可能的，关于这一点量子理论没有预见到，爱因斯坦及其同事由此证明：量子理论是不完备的。

玻尔经过一段时间的思考，反驳说EPR实验非但没有证否量子理论，而且还证明了量子理论的互补性原理。他指出，测量仪器、电子1和电子2共同组成了一个系统，这是一个不可分割的整体。在测量电子1的位置的过程中会影响电子2的动量。因此对电子1的测量不能说明电子2的位置和动量，一次测量不能代替两次测量。这两个结果是互补的和不兼容的，我们既不能说系统中一个部分受到另一个部分的影响，也不能试图把两个不同实验结果互相联系起来。EPR实验假定了客观性和因果关系的存在而得出结论认为量子理论是不完备的，事实上这种客观性和因果性只是一种推想和臆测。

尽管人们对量子理论的含义还不太清楚，但它在实践中获得的成就却是令人吃惊的。尤其在凝聚态物质——固态和液态的科学研究中更为明显。用量子理论来解释原子如何键合成分子，以此来理解物质的这些状态是再基本不过的。键合不仅是形成石墨和氮气等一般化合物的主要原因，而且也是形成许多金属和宝石的对称性晶体结构的主要原因。用量子理论来研究这些晶体，可以解释很多现象，例如为什么银是电和热的良导体却不透光，金刚石不是电和热的良导体却透光？而实际中更为重要的是量子理论很好地解释了处于导体和绝缘体之间的半导体的原理，为晶体管的出现奠定了基础。1948年，美国科学家约翰·巴丁、威廉·肖克利和瓦尔特·布拉顿根据量子理论发明了晶体管。它用很小的电流和功率就能有效地工作，而且可以将尺寸做得很小，从而迅速取代了笨重、昂贵的真空管，开创了全新的信息时代，这三位科学家也因此获得了1956年的诺贝尔物理学奖。另外，量子理论在宏观上还应用于激光器的发明以及对超导电性的解释。

而且量子论在工业领域的应用前景也十分美好。科学家认为，量子力学理论将对电子工业产生重大影响，是物理学一个尚未开发而又具有广阔前景的新领域。时下半导体的微型化已接近极限，如果再小下去，微电子技术的理论就会显得无能为力，必须依靠量子结构理论。科学家们预言，利用量子力学理论，到2010年左右，人们能够使蚀刻在半导体上的线条的宽度小到十分之一微米（一微米等于千分之一毫米）以下。在这样窄小的电路中穿行的电信号将只是少数几个电子，增加一个或减少一个电子都会造成很大的差异。

美国威斯康星大学材料科学家马克斯·拉加利等人根据量子力学理论已制造了一些可容纳单个电子的被称为“量子点”的微小结构。这种量子点非常微小，一个针尖上可容纳几十亿个。研究人员用量子点制造可由单个电子的运动来控制开和关状态的晶体管。他们还通过对量子点进行巧妙的排列，使这种排列有可能用作微小而功率强大的计算机的心脏。美国得克萨斯仪器公司、国际商用机器公司、惠普公司和摩托罗拉公司等都对这种由一个个分子组成的微小结构感兴趣，支持对这一领域的研究，并认为这一领域所取得的进展“必定会获得极大的回报”。

科学家对量子结构的研究的主要目标是要控制非常小的电子群的运动即通过“量子约束”以使其不与量子效应冲突。量子点就有可能实现这个目标。量子点由直径小于20纳米的一团团物质构成，或者约相当于60个硅原子排成一串的长度。利用这种量子约束的方法，人们有可能制造用于很多光盘播放机中的小而高效的激光器。这种量子阱激光器由两层其他材料夹着一层超薄的半导体材料制成。处在中间的电子被圈在一个量子平原上，电子只能在两维空间中移动。这样向电子注入能量就变得容易些，结果就是用较少的能量就能使电子产生较多的激光。

美国电话电报公司贝尔实验室的研究人员正在对量子进行更深入的研究。他们设法把量子平原减少一维，制造以量子线为基础的激光器，这种激光器可以大大减少通信线路上所需要的中继器。

美国南卡罗来纳大学詹姆斯·图尔斯的化学实验室用单个有机分子已制成量子结构。采用他们的方法可使人们将数以十亿计分子大小的装置挤在一平方毫米的面积上。一平方毫米可容纳的晶体管数可能是时下的个人计算机晶体管数的1万倍。纽约州立大学的物理学家康斯坦丁·利哈廖夫已用量子存储点制成了一个存储芯片模型。从理论上讲，他的设计可把1万亿比特的数据存储在大约与现今使用的芯片大小相当的芯片上，而容量是时下芯片储量的1·5万倍。有很多研究小组已制出了利哈廖夫模型装置所必需的单电子晶体管，有的还制成了在室温条件下工作的单电子晶体管。科学家们认为，电子工业在应用量子力学理论方面还有很多问题有待解决。因此大多数科学家正在努力研究全新的方法，而不是仿照时下的计算机设计量子装置。

量子理论提供了精确一致地解决关于原子、激光、射线、超导性以及其他无数事情的能力，几乎完全使古老的经典物理理论失去了光彩。但我们仍旧在日常的地面运动甚至空间运动中运用牛顿力学，在这个古老而熟悉的观点和这个新的革命性的观点之间一直存在着冲突。

宏观世界的定律保持着顽固的可验证性，而微观世界的定律具有随机性。我们对抛射物和彗星的动态描述具有明显的视觉特征，而对原子的描述不具有这种特征，桌子、凳子、房屋这样的世界似乎一直处于我们的观察之中，而电子和原子的实际的或物理性状态没有缓解这一矛盾。如果说这些解释起了些作用的话，那就是他们加大了这两个世界之间的差距。

对大多数物理学家来说，这一矛盾解决与否并无大碍，他们仅仅关心他们自己的工作，过分忽视了哲学上的争议和存在的冲突。毕竟，物理工作是精确地预测自然现象并使我们控制这些现象，哲学是不相关的东西。

广义相对论在大尺度空间、量子理论在微观世界中各自取得了辉煌的成功。基本粒子遵循量子论的法则，而宇宙学遵循广义相对论的法则，很难想象它们之间会出现大的分歧。很多科学家希望能将这两者结合起来，开创一门将从宏观到微观的所有物理学法则统一在一起的新理论。但迄今为止所有谋求统一的努力都遭到失败，原因是这两门20世纪物理学的重大学科完全矛盾。是否能找到一种比现有的这两种理论都好的新理论，使这两种理论都变得过时，正如它们流行之前的种种理论遇到的情况那样呢？

先了解一下古希腊有名的“芝诺悖论”——“阿基里斯追不上乌龟”：

阿基里斯（《荷马史诗》中的善跑英雄）永远也无法超过在他前面慢慢爬行的乌龟。因为他必须首先到达乌龟的出发点，而当他到达那一点时，乌龟已向前爬到了一个新位置；当他到达乌龟的新位置时，乌龟又向前爬了……这样，乌龟总是跑在前头，阿基里斯只能离乌龟越来越近,却永远追不上乌龟。

按照直觉和常识，那怕阿基里斯跟乌龟离得再远，追上乌龟也不成问题，因为他比乌龟跑得快；但按照芝诺给我们设下的思维圈套，却又分明追不上。其实，这里面就隐含了量子论。其实，量子论的一些基本论点显得并不“玄乎”，如：空间不是连续的（事实上“量子”这个词也就是来源于“不连续”，普朗克将能量量子化，被认为是量子论的诞生，普郎克本人也就成为量子论的创始人），也就是说空间不可能无限地被分割。联系上述悖论，当阿基里斯跟乌龟的距离近到所允许的最小距离（即一个“量子”距离。这个值非常小，这里假定为s了）便无穷趋于0。那么，基于无限分割空间的芝诺悖论也就站不住脚。其实，如果多想一下，问题就来了：假设这最小距离的两个端点是A和B，按照量子论，物体从A不经过A和B中的任何一个点而直接到达B，打个比方说，这个物体就象一个魔术演员，从舞台的左边上场，接着突然出现在舞台的右边。物体的运动轨迹不再是连续的一条线，而是一个个点。物体在A点突然消失，与此同时在B点出现了。你会问，这“期间”（其实没有这“期间”，而是同一时间）除了神话和社会上的种种“伪科学”、“特异功能”，你无法在现实的宏观世界上找到一个这样的例子。这样，我们已经可以领会到量子论的“神秘”和“怪诞”之处，并从中窥到量子论“反直觉”的特性。

哲学是社会科学的范畴，量子论是自然科学的范畴。以前无论教科书上怎么强调哲学与自然科学的关系，我都不甚以为然，甚至觉得它们风牛马不相及。随着对量子论了解的增多，发现量子论跟哲学居然那么紧密联系在一起。爱因斯坦创造奇迹就源于深刻的哲学思考。他本人就曾说过，与其说他是个物理学家，不如说他是个哲学家。相对论是革命的，但量子论显得更革命，它需要有更大的勇气，更超越的思维。量子论的发展，也必然引发对哲学的思考。量子论给传统的时空观、物质观等带来了革命性的冲击，一个旧的世界在它的冲击下分崩离析，一个新的世界在逐渐形成。它跟人们的直觉和常识那么地格格不入。如：电子不是粒子，而是波函数。根据目前较为流行的弦理论，（组成质子的）微观粒子实际上是震动的弦，弦的大小和方向的不同就形成了不同的“粒子”。粒子变得像音符一样。原来我还认为电子、质子就是粒子，就象我们看到的桌子、椅子那样客观存在，不容置疑，如今，电子、质子都失却了形体，成了什么波、什么弦！尤其是这个“波函数”弥漫整个空间，甚至整个宇宙，两个纠缠态既便相距千里，仍然可以以一种不可思议的方式进行超距合作！更有一个听起来胜似“天方夜潭”的宇宙创造论：整个宇宙是由一个奇点开始的，这个奇点瞬间爆炸，产生了巨大的能量，于是有了时间，有了空间，进而演变成宇宙。宇宙竟能无中生有！那个奇点没有质量也没有大小，跟数学上的点能有什么不同？而那些波、那些弦，也无法将它们看做具有实形的东西。“除了几何关系之外一无所有。空间不再是一个客体(如粒子)振动和相互碰撞的场所,而变成了一个永远在变换样式和过程的万花筒。”数学似乎成了宇宙唯一通用的语言。道教的“一生二，二生三，三生万物”，似乎在自然界也找到了诠释。所罗门在《传道书》中说，“虚空的虚空，虚空的虚空，凡事都是虚空”，他的本意当然不是指什么“宇宙的本质”，但按照上述的宇宙创造论，对于宇宙倒是“一语道的”了。既然量子论都这么说，那么哲学出现什么“形而上”，还有什么好奇怪的呢？宇宙可以从“无”中创造出来，甚至超出唯心主义和唯物主义的想象（要知道那可是一无所有的“空”，没有时间和空间，更没有物质和意识，什么都没有）！

提到这个，至少我本人有一些误解，把一些量子论的东西当成了相对论（毕竟我对广义相对论也几乎是一无所知）。目前，尽管量子论已经得到了巨大的应用，但相对于赫赫声名的相对论，量子论似乎还是显得“默默无闻”。量子论是凭着它神奇的力量和越来越多、越来越神奇的应用赢得人们的“青睐”的。尽管如此，我们还是对量子论知之甚少。而相对论就不同了，什么时空扭曲，时间变慢，质量和能量可以相互转换，火车速度加快会变短，诸如此类，虽说到不了妇儒皆知的地步，恐怕稍有科普知识的人均有所了解吧，也常常是我们津津乐道的话题。其实，我们把量子论的一些“功劳”加到了相对论上，甚至把量子论的一些东西当成了相对论的东西。针对量子论中的“不确性原理”，爱因斯坦设计了一个被称为EPR的佯谬，并有句广为人知的名言：“上帝不会掷骰子”。最近几天才知道(真是惭愧)，“上帝会不会掷骰子”这个问题早在在1997年的试验中就已经棺成定论。实验结果与量子论的预言相符，爱因斯坦输了！赫赫有名的霍金在谈到“黑洞”吞噬一切的特性时，还拿这句话开涮:“上帝不仅掷骰子，还会把骰子投到人看不到的地方。”相对论带给我们奇异的结论确实不少，但相比量子论却还是显得逊色多了（当然，并不是指相对论比量子论逊色），量子传输，一台量子计算机甚至可以相当于多少万台普通计算机并行运算……这样的例子会越来越多。相对论与量子论看起来“水火不相容”，但物理学家们正试图将这两种理论统一起来，形成一个“大统一”，据说已取得较大进展。

量子论如今已经经过了百年的风风雨雨，但它的发展还远没有终结，路途如此坎坷，甚至让人觉得到了一种“山重水复疑无路”的地步。量子论的发展也不象牛顿力学、相对论那样，很快就得到了认可，并成为一个相对完善的理论。而量子论，在发展的道路上虽然奇景不断，但从它曲折的发展历史上看，量子论的每一个分支总是越走越艰难。至今，新的流派和分支还在不断地出现。也许“上帝”为人类设置了最后一道不可逾越的机关，这是人类认识的极限，是认识中的“量子”，最终人类无法超越它，人类也就最终不能穷尽大自然的奥秘，永远无法看到“上帝”他老人家的真实面孔。

量子力学虽然建立了，但关于它的物理解释却总是很抽象，大家的说法也不一致。波动方程中的所谓波究竟是什么？

玻恩认为，量子力学中的波实际上是一种几率，波函数表示的是电子在某时某地出现的几率。1927年，海森伯提出了微观领域里的不确定性关系，他认为任何一个粒子的位置和动量不可能同时准确测量，要准确测量其中的一个，另一个就将是不确定的，这就是所谓的“不确定性原理”。它和玻恩的波函数几率解释一起，奠定了量子力学诠释的物理基础。玻尔敏锐地意识到不确定性原理正表征了经典概念的局限性，因此在此基础上提出了“互补原理”（并协原理）。玻尔的互补原理被人们看成是正统的哥本哈根解释，但爱因斯坦不同意不确定性原理，认为自然界各种事物都应有其确定的因果关系，而量子力学是统计性的，因此是不完备的，而互补原理更是一种权宜之计。于是在爱因斯坦与玻尔之间进行了长达三四十年的争论，直到他们去世也没有作出定论。

如果说光在空间的传播是相对论的关键，那么光的发射和吸收则带来了量子论的革命。我们知道物体加热时会放出辐射，科学家们想知道这是为什么。为了研究的方便，他们假设了一种本身不发光、能吸收所有照射其上的光线的完美辐射体，称为“黑体”。研究过程中，科学家发现按麦克斯韦电磁波理论计算出的黑体光谱紫外部分的能量是无限的，显然发生了谬误，这为“紫外线灾难”提供了依据。1900年，德国物理学家普朗克提出了物质中振动原子的新模型。他从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。关于量子论中的不连续性，可以这样理解：如温度的增加或降低是连续的，从一度升到二度中间必须经过1度，1度之前必定有01度。但是量子论认为在某两个数值之间例如1度和3度之间可以没有2度。他认为各种频率的电磁波，包括光只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒（能量基本单位）称为量子，光的量子称为光量子，简称光子。根据这个模型计算出的黑体光谱与实际观测到的相一致。这揭开了物理学上崭新的一页。量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不仅给光学，也给整个物理学提供了新的概念，故通常把它的诞生视为近代物理学的起点。

维恩（WilhelmWien）瑞利（LordRayleigh）

普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck）

狄拉克（PaulAdrienMauriceDirac）

路易·德布罗意（PrinceLouis-victordeBroglie）

薛定谔（ErwinSchrödinger）

海森伯（WernerKarlHeisenberg）

沃尔夫冈·泡利（WolfgangErnstPauli）

理查德·费曼（RichardPhillipsFeynman）

海因里希·赫兹（HeinrichRudolfHertz）

密立根（RobertAndrewsMillikan）

阿尔伯特·爱因斯坦（AlbertEinstein）

量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”直接矛盾，因此量子理论出现后，许多物理学家不予接受。普朗克本人也十分动摇，后悔当初的大胆举动，甚至放弃了量子论，继续用能量的连续变化来解决辐射的问题。但是，历史已经将量子论推上了物理学新纪元的开路先锋的位置，量子论的发展已是锐不可当。

第一个意识到量子概念的普遍意义并将其运用到其它问题上的是爱因斯坦。他建立了光量子理论解释光电效应中出现的新现象。光量子论的提出使光的性质的历史争论进入了一个新的阶段。自牛顿以来，光的微粒说和波动说此起彼伏，爱因斯坦的理论重新肯定了微粒说和波动说对于描述光的行为的意义，它们均反映了光的本质的一个侧面：光有时表现出波动性，有时表现出粒子性，但它既非经典的粒子也非经典的波，这就是光的波粒二象性。主要由于爱因斯坦的工作，使量子论在提出之后的最初十年里得以进一步发展。

在1911年，卢瑟福提出了原子的行星模型，即电子围绕一个位于原子中心的微小但质量很大的核，即原子核的周围运动。在此后的20年中，物理学的大量研究集中在原子的外围电子结构上。这项工作创立了微观世界的新理论——量子物理，并为量子理论应用于宏观物体奠定了基础。但是原子中心微小的原子核仍然是个谜。

原子核是微观世界中的重要层次，量子力学是研究微观粒子运动规律的理论，是现代物理学的理论基础之一，是探索原子核奥秘所不可缺少的工具。在原子量子理论被提出后不久，物理学家开始探讨原子中微小的质量核——原子核。在原子中，正电原子核在静态条件下吸引负电子。但是什么使原子核本身能聚合在一起呢？原子核包含带正电质子和不带电的中子，两者之间存在巨大的排斥力，而且质子彼此排斥（不带电的中子没有这种排斥力）。使原子核聚合在一起，并且克服质子间排斥力的是一种新的强大的力，它只在原子核内部起作用。原子弹的巨大能量就来自这种强大的核力。原子核和核力性质的研究对20世纪产生了巨大的影响，放射现象、同位素、核反应、裂变、聚变、原子能、核武器和核药物都是核物理学的副产品。

丹麦物理学家玻尔首次将量子假设应用到原子中，并对原子光谱的不连续性作出了解释。他认为，电子只在一些特定的圆轨道上绕核运行。在这些轨道上运行时并不发射能量，只当它从一个较高能量的轨道向一个较低轨道跃迁时才发射辐射，反之吸收辐射。这个理论不仅在卢瑟福模型的基础上解决了原子的稳定性问题，而且用于氢原子时与光谱分析所得的实验结果完全符合，因此引起了物理学界的震动。玻尔指导了20世纪20年代的物理学家理解量子理论听起来自相矛盾的基本结构，他实际上既是这种理论的“助产师”又是护士。

玻尔的量子化原子结构明显违背古典理论，同样招致了许多科学家的不满。但它在解释光谱分布的经验规律方面意外地成功，使它获得了很高的声誉。不过玻尔的理论只能用于解决氢原子这样比较简单的情形，对于多电子的原子光谱便无法解释。旧量子论面临着危机，但不久就被突破。在这方面首先取得突破的是法国物理学家德布罗意，他与兄长一起研究射线的波动性和粒子性的问题。经过长期思考，德布罗意突然意识到爱因斯坦的光量子理论应该推广到一切物质粒子，特别是电子。1923年9月到10月，他连续发表了三篇论文，提出了电子也是一种波的理论，并引入了“驻波”的概念描述电子在原子中呈非辐射的静止状态。驻波与在湖面上或线上移动的行波相对，吉它琴弦上的振动就是一种驻波。这样就可以用波函数的形式描绘出电子的位置。不过它给出的不是我们熟悉的确定的量，而是统计上的“分布概率”，它很好地反映了电子在空间的分布和运行状况。德布罗意还预言电子束在穿过小孔时也会发生衍射现象。1924年，他写出博士论文“关于量子理论的研究”，更系统地阐述了物质波理论，爱因斯坦对此十分赞赏。不出几年，实验物理学家真的观测到了电子的衍射现象，证实了德布罗意的物质波的存在。

沿着物质波概念继续前进并创立了波动力学的是奥地利物理学家薛定谔。他从爱因斯坦的一篇论文中得知了德布罗意的物质波概念后立刻接受了这个观点。他提出，粒子不过是波动辐射上的泡沫。1925年，他推出了一个相对论的波动方程，但与实验结果不完全吻合。1926年，他改而处理非相对论的电子问题，得出的波动方程在实验中得到了证实。

1925年，德国青年物理学家海森伯写出了一篇名为《关于运动学和力学关系的量子论重新解释》的论文，创立了解决量子波动理论的矩阵方法。玻尔理论中的电子轨道、运行周期这样古典的然而是不可测量的概念被辐射频率和强度所代替。经过海森伯和英国一位年轻的科学家狄喇克的共同努力，矩阵力学逐渐成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。

波动力学与矩阵力学各自的支持者们一度争论不休，指责对方的理论有缺陷。到了1926年，薛定谔发现这两种理论在数学上是等价的，双方才消除了敌意。从此这两大理论合称量子力学，而薛定谔的波动方程由于更易于掌握而成为量子力学的基本方程。

量子通信是指运用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，是最近三十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信由于其高效安全的信息传输已受到人们的广泛关注，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。

利用量子论实现光量子通信的过程如下：首先先构建一对相互纠缠的粒子，将这两个粒子分别放在通信的地点，然后将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量（一种操作），那么接收方的粒子瞬间将会发生坍塌（变化），坍塌（变化为某种状态，但是这个状态与发送方的粒子坍塌（变化）后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换（相当于逆转变换），即可得到与发送方完全相同的未知量子态。量子通信就是运用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，通俗而言，就是两个相距遥远的陌生人能不约而同地去想做同一件事，好像有一根无形的线牵着他们，这种神奇现象被人们称为“心灵感应”。量子隐形传态不仅对物理学领域人们认识与揭示自然界的神秘规律有重要意义，而且用量子态作为信息载体，通过量子态的传送可以完成超快的大容量信息的传输。

由于量子通信对国家信息和国防安全有着战略性的重要性，世界主要发达国家如美国、欧盟、日本等都在大力发展，它有可能会使得未来信息产业发展的格局发生改变，尤其在军事应用方面量子通信有着无与伦比的广阔前景。各种侦察预警系统、各类作战指挥控制体系和主要作战平台之间，以及量子微空间武器系统之中构建出量子隐形通信系统，建立量子信息化的通信网络。量子通信将以其信道容量极大、通信速率超高等特性，在未来的信息化战争中有着至关重要的作用。也正因为如此，美国国防部已将“量子信息与控制技术”列为未来重点关注的六大颠覆性研究领域之一。中国在量子通信这场国际化竞争中属于后来者，但是起点高，进展快，在应用领域的多个方面已经达到世界先进水平，特别在城域量子通信关键技术方面，甚至达到了产业化要求。现代物理学物理学是人们对于生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。这种运动和转变应有两种。一是早期人们通过感官视觉的延伸，二是近代人们通过发明创造供观察测量用的科学仪器，实验得出的结果。

物理学从研究角度及观点不同，可分为微观与宏观两部分，宏观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的，微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。物理又是一种智能。

诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。

大量事实表明，物理思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；——这意味着他们从物理学中汲取了智慧，转而在非物理领域里获得了成功。

总之物理学是概括规律性的总结，是概括经验科学性的理论认识。

对于物理学理论和实验来说，物理量的定义和测量的假设选择，理论的数学展开，理论与实验的比较是与实验定律一致，是物理学理论的唯一目标。

人们能通过这样的结合解决问题，就是预言指导科学实践这不是大唯物主义思想，其实是物理学理论的目的和结构。

在不断反思形而上学而产生的非经验主义的客观原理的基础上，物理学理论可以用它自身的科学术语来判断。而不用依赖于它们可能从属于哲学学派的主张。在着手描述的物理性质中选择简单的性质，其它性质则是群聚的想象和组合。通过恰当的测量方法和数学技巧从而进一步认知事物的本来性质。实验选择后的数量存在某种对应关系。一种关系可以有多数实验与其对应，但一个实验不能对应多种关系。也就是说，一个规律可以体现在多个实验中，但多个实验不一定只反映一个规律。

对于物理学来说理论预言与现实一致与否是真理的唯一判断标准。

摘要：回顾了物理学发展的历史，讨论了二十一世纪物理学发展的方向。可能应该从两方面去探寻现代物理学革命的突破口：（1）发现客观世界中已知的四种力以外的其他力；（2）通过审思相对论和量子力学的理论基础的不完善性，重新定义时间、空间，建立新的理论。

二十世纪即将结，二十一世纪即将来临，二十世纪是光辉灿烂的一个世纪，是个令社会发展最迅速的一个世纪，是科学技术发展最迅速的一个世纪，也是物理学发展最迅速的一个世纪。在这一百年中发生了物理学革命，建立了相对性质和量子力学，完成了从经典物理学到现代物理学的转变。在二十世纪三十年代以后，现代物理学在深度和广度上有了进一步的蓬勃发展，产生了一系列的新学科的交叉学科、边缘学科，人类对物质世界的规律有了更深刻的认识，物理学理论达到了一个新高度，现代物理学达到了成熟的阶段。

在此世纪之交的时候，人们自然想展望一下二十一世纪物理学的发展前景，探索今后物理学发展的方向。我想谈一谈我对这个问题的一些看法和观点。我们来回顾一下上一个世纪之交物理学发展的情况，把当前的情况与一百年前的情况作比较对于探索二十一世纪物理学发展的方向是很有帮助的。

十九世纪末二十世纪初，经典物理学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的只是进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。

然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到冲击，经典物理发生“危机”。由此引起物理学的一场革命。普朗克在德国物理学会上报告结果，成为革命开始的时刻。爱因斯坦创立相对论；海森堡、薛定谔