量子力学概念总结

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量子力学概念总结范文第1篇

关键词 量子力学 教学内容 教学方法

中图分类号：G420 文献标识码：A

Teaching Methods and Practice of Quantum Mechanics of

Materials Physics Professional

FU Ping

(College of Materials Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan, Hubei 430073)

Abstract For the difficulties faced by students in Materials professional to learn quantum mechanics physics course, by a summary of teaching practice in recent years, from the teaching content, teaching methods and means of exploration and practice, students mobilize the enthusiasm and initiative, and achieved good teaching results.

Key words quantum mechanics; teaching content; teaching methods

0 引言

量子力学是研究微观粒子（如原子、分子、原子核和基本粒子等）运动规律的物理学分支学科，它和相对论是矗立在20世纪之初的两座科学丰碑，一起构成了现代物理学的两块理论基石。相对论和量子力学彻底改变了经典物理学的世界观，并且深化了人类对自然界的认识，改造了人类的宇宙观和思想方法，它使人们对物质存在的方式及其运动形态等的认识产生了一个质的飞跃。

量子力学是材料物理专业一门承前启后的专业基础必修课：量子力学的教学必须以数学为基础，包括线性代数、概率论、高等数学、数理方法等，其又是后续课程材料科学基础、固体物理、材料物理、纳米材料等的理论基础。可见，量子力学课程在材料物理专业的课程体系中占有非常重要的地位，学生掌握的程度直接影响后续专业课程的学习。作者近年来一直从事量子力学的教学工作，针对量子力学课程教学过程中存在的现象和问题，进行了较深入细致的思考与探讨，在实际教学过程中对本课程的教学方法进行了探索与实践，收到了较好的教学效果。

1 量子力学教学面临的难点

量子力学研究的是微观粒子的运动规律，微观粒子同宏观粒子不同，看不见，摸不着，只有借助于探测器才能察觉它的存在和属性。材料物理专业学生之前学习的基本上是经典物理，而量子力学理论无法用经典理论进行解释，学生对此感到难于理解。因此，经典物理的传统观念对学生思想的束缚，构成了学生学习量子力学的思想障碍；量子力学可以说无处不“数学”， 由于材料物理专业学生在数学基础方面与物理专业学生相比较为薄弱，在学习过程中普遍感到数学计算繁难，对大段的数学推导表现出畏难情绪。可见，量子力学对数学的精彩诠释却构成了学生学习量子力学的心理障碍。这两大障碍势必会影响量子力学和后续课程的学习。在这种情况下，我们应当怎样开展量子力学教学从而使学生重视并努力学好该课程就成了一个严峻的挑战。

2 明确教学重点和难点、有的放矢

要讲授一门课程，首先应该对课程内容有一个清晰的认识。量子力学的内容可以包括三个方面：一是介绍产生新概念的历史背景及一些重要实验；二是提出一系列不同于经典物理学的基本概念与原理，如波函数、算符等概念和相关原理，是该课程的核心；三是给出解决具体实际问题的方法。三部分内容相互联系，层层推进，形成完整的知识体系。作为引导者，教师应在这三部分内容的教学过程中帮助学生成功地突破两大束缚。第一部分内容教师应考虑如何引导学生入门，从习惯古典概念转而接受量子概念。在讲授这部分内容时要将重点放在“经典”向“量子”的过渡上，引出量子力学与经典力学在研究方法上的显著不同：经典力学是将其研究对象作为连续的不间断的整体对待，而量子力学将其研究对象看成的间断的、不连续的。学生在学习这部分时应仔细“品尝”其中的“滋味”，以便启发自己的思维自然地产生一个飞跃，完成思想的突破。第二、三部分是量子力学学习的重点与难点，并且涉及大量的数学推导，教师应采取适当的教学手段，突出重点，强调难点。在物理学研究中，数学只是用来表达物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，不能将物理内容淹没在复杂的数学形式当中。通过数学推导才能得到的结论，只需告诉学生，从数学上可以得到这样的结果就可以了，无需将重点放在繁难的数学推导上，否则会使学生本末倒置，忽略了对量子力学思想的理解。这样的教学可以帮助学生突破心理障碍，不会一提量子力学就想到复杂的数学推导，从而产生抵触情绪。成功地突破这两大障碍，是学习量子力学的关键。

3 教学方法的改革

3.1 利用现代技术改进教学手段

传统的板书教学能够形成系统性的知识框架，教师在板书推导的过程中，学生有时间反应和思考，紧跟教师的思路，从而可以详细、循序渐进地吸收所学知识，并培养了良好的思维习惯。但全程板书会导致上课节奏慢，授课内容有限。目前随着高校教学改革的推进，授课学时相继减少，对于传统教学方式来讲，要完成教学任务比较困难。这就要借助现代科技手段进行教学改革，包括多媒体课件的使用和网络教学。但是在量子力学教学中，一些繁杂公式的推导，如果使用多媒体课件，节奏会较快，导致学生目不暇接，来不及做笔记，更来不及思考，不利于讲授内容的消化吸收。鉴于此，对于量子力学课程，教学过程应采用板书和多媒体技术相结合的方式，充分发挥二者的优势，调动学生的学习积极性。

3.2 建设习题库

量子力学课程理论抽象，要深入理解这些理论，在熟练掌握教材基本知识的基础上，需要通过大量习题的演练，循序渐近，才能检验自己理解的程度，真正学好这门课程。因此在教学过程中，强调做习题的重要性。有针对性地根据材料物理专业量子力学的教学大纲和教学内容，参考多本量子力学教材和习题集，利用计算机技术建设量子力学习题库，题型包括选择、填空、证明、简答和计算题等，内容涵盖各知识点，从简到繁、由浅至深。题库操作方便，学生可自行操作，并对所做结果进行实时检查，从而清楚自己掌握本课程的程度。这一方式在近几年的教学中取得了良好的教学效果。

3.3 加强与学生互动，调动学生的学习积极性

教学是一个师生互动的过程，应让学生始终处于主动学习的位置而不是被动的接受。量子力学课程的学习更应积极调动学生的积极性，因此教师应在教学过程中加强与学生的互动。增设课前提问、课后讨论环节，认真批改作业，积极发现学生学习过程中存在的问题，并及时对问题进行深入讲解，解决问题。另外，由于量子力学是建立在一系列基本假定基础之上的，抽象难懂，鉴于学生难接受的情况，在授课时注意理论联系实际，尽可能进行知识的渗透和迁移，将量子力学在实际中的应用穿插于教学之中，丰富教学内容，开拓学生视野，从而调动学生的学习兴趣和积极性。

4 结语

通过近年来教学经验的总结和探索，形成了一套适合材料物理专业量子力学课程教学的方法，该方法教学效果良好。在近几年的研究生入学考试中，学生量子力学课程的成绩优秀，说明采用这样的教学方法是成功的。

资助项目：武汉工程大学2010年校级教学研究项目（X201037）

量子力学概念总结范文第2篇

【关键词】中医；形神关系；量子力学；精神

【Abstract】Relationship between body and spirit of traditional Chinese Medicine and quantum mechanics are all concerned with the study of mental activity， both the theory research can promote each other.Relationship between body and spirit of traditional Chinese Medicine think "the body is the residence of spirit， the spirit is the monarch of body" ，think the unity of spirit and substance， consistent with quantum mechanics Copenhagen interpretation spirit.The Chinese medicine develops than the quantum mechanics to the research of spirit of the consciousness theory have stronger vitality.The Chinese medicine theory thinks that the of cosmos has a kind of ego coordination and the ability of the automatic balance.This ability produced spirit， The spirit further strengthens the ability of self-control.This text thinks this ability to at the beginning make the quantum world head for a classic world，and Is the source of all things.

【Key words】Chinese medicine； Relationship between body and spirit； Quantum mechanics； Matter

形神关系是中医研究物质和精神关系的理论总称。中医对精神的形成有明确的认识，并广泛运用于中医实践中。本文主要结合中医和量子力学进一步探讨物质和精神的关系，希望对传统世界的认知有新的突破。

1 量子力学简介

量子力学是现代物理学的基础和核心，主要有单个电子双缝干涉实验、活猫死猫问题和量子纠缠等非常规现象。《宇宙的琴弦》第二篇第四章总结单个电子双缝干涉实验时指出：电子从两条缝都通过了，并产生了干涉现象。“一旦确定了电子从哪条缝经过，两缝间的干涉现象也就消失了”，电子像小球一样只产生两道竖纹。唐先一、张志林在《量子力学诠释综论》中全面分析了现有的类量子诠释理论，认为传统的哥本哈根解释最为合理，观测者有不可或缺的作用，即观测者的观测让干涉现象消失了。现在普遍认为是观测者的意识使得量子波坍缩的。所以，认知、意识等精神活动是理解量子力学的关键。

2 神的概念和形成

中医将精神活动总称为神，认为形为神之宅，神者形之用，统一了唯心主义和唯物主义。

2.1 神的概念

《中医基础理论》认为“狭义之神指人的意识、思维、情感等精神活动”，它是中医研究的重点。刘富林在《形神合一理论的研究》中认为“神，指人体的生命活动，包括精神、思维、意识、情感、心理等变化”。中医研究的神主要指精神活动，也包括意识，和量子力学中的意识息息相关，两者结合定能熠熠生辉。本文的意识、情志和思维等都是指精神活动，是研究量子力学的重要基础。

刘富林在《形神合一理论的研究》中总结指出中医形神合一理论“体现在中医基础理论与临床诊治、养生防病的全过程中”。陈向群在《量子力学视角下的三种意识解释》中对量子力学衍生出来的三种主要意识理论进行介绍，说明了量子力学视角下的意识处于假设阶段，毫无应用价值。所以，中医形神关系比量子力学产生的意识理论有更强大的生命力。

2.2 神的形成

《中医基础理论》认为“无形则神无以附，无神则形无以活；形为神之宅，神为形之主。形神统一是生命存在的根本保C”。 这里的形“指人体的形体，包括脏腑、经络、气血、津液等构成形体的物质”（ 刘富林《形神合一理论的研究》）。中医的形神观告诉我们：精神离不开物质，物质是精神生成的基础。

《中医基础理论》将狭义之神分为五神、情志及思维活动。《中医基础理论》认为：“五神，即神、魂、魄、意、志，是对人的感觉、意识等精神活动的概括。”五神分属五脏，即“心藏神，肺藏魄，肝藏魂，脾藏意，肾藏志”（《素问・宣明五气》）。七情指喜、怒、忧、思、悲、恐、惊，七情中的五志分属五脏，心在志为喜，肝在志为怒，肺在志为忧，脾在志为思，肾在志为恐。《中医基础理论》认为“脏腑精气对自然环境与社会环境的各种刺激作出应答，便产生了意识、思维、情感等精神活动”，这里的脏腑指五脏六腑。《中医基础理论》认为“脏腑之精，指脏腑所藏的具有濡养、滋润本脏腑及其所属的形体、官窍等作用的液态精华物质。”《中医基础理论》认为“气是人体内活力很强运动不息的极细微物质，是构成人体和维持人体生命活动的基本物质之一。”综上所述，精神是由五脏六腑中属于精和气的物质共同作用产生的。五脏分属五行，分别与六腑相表里。《中医基础理论》认为“五行，即木、火、土、金、水五类物质及其运动变化”。五脏六腑的精气各不相同，分属木火土金水的五类物质。五行之气的太过不及都会影响精神活动，如“肝气虚则恐，实则怒”，“心气虚则悲，实则笑不休” （《灵枢・本神》肝气即木气，心气即火气）。五行平衡是正常精神活动的保证，精神的产生离不开水火金木土五类物质的协调运作。

量子世界存在着不确定性，物质可以同时存在多个地方，这决定了物质之间的相互作用也存在着不确定性，那么生成的精神也将变化无常。中医形神观告诉我们：日常的精神世界和量子世界是相互排斥的，这符合物理实验。

2.3 心在精神活动中的作用

中医认为在所有的精神活动中，心起到了控制和调节作用，而西医认为这一功能是脑。杨涛、赵明镜等在《“心主神明”的内涵及现代科学依据》从心脏的内分泌功能与脑的功能密切相关、心血管疾病与精神状态、心血管疾病与认知功能障碍等5个方面对心主神明进行了验证。朴顺天在《心神为体，脑神为用》中总结认为“心就是神明所出之根，脑不主神明，而是神明流注的地方”。简而言之，心就是中央处理器，脑就是存储器。从目前研究进展看，心在精神活动中确实发挥了控制和调节作用，这进一步说明了中医形神关系并非无根之木。

《灵枢・本神》对思维的过程进行了概括“所以任物者谓之心；心有所忆谓之意；意之所存谓之志；因志存变谓之思；因思而远慕谓之虑；因虑而处物谓之智”。这句话说明了心是认识事物的关键，而今所有理论都忽视了认识事物这一能力。量子世界的不确定性决定了由它构成的世界也将不确定，这样的世界是无法认识的。所以，认识事物涉及到量子世界向经典世界的过渡，是一项非常重要的能力，希望理论界能够重视。

3 形神关系的重要意义

《素问・六微旨大论》中有“相火之下，水气承之；水位之下，土气承之；土位之下，风气承之；风位之下，金气承之；金位之下，火气承之；君火之下，承之”的亢害承制现象，即本气亢盛，相克之气就会承接克制。《素问・至真要大论》中有“有胜则复，无胜则否。”这些都说明了五行之气根据相克规律有自我协调、自动平衡的能力。这种自我协调、自动平衡的能力可以作为宇宙初期从量子世界向经典世界过渡的原动力，也应该是精神活动的开始《中医基础理论》认为“神既由精、气、血、津液等作为物质基础而产生，又能反作用于这些物质。神具有统领、调控这些物质在体内进行正常代谢的作用”；“脏腑精气产生神，神通过对脏腑精气的主宰来调节其生理机能”；“神的盛衰是生命力盛衰的综合体现，因此神是人体生理活动和心理活动的主宰”。物质的协调运作生成精神，精神又控制促进物质的协调运作，精神与物质的关系比形神统一更加复杂。这种协调平衡能力在人体中变得更加强大，过犹不及，人的情志反应太过又会扰乱气机的正常运行，这一情况《黄帝内经》也多有描述，本文不做进一步讨论。

杨涛、赵明镜等在《“心主神明”的内涵及现代科W依据》认为，“‘神’指事物的本质属性，是主宰事物运动变化、兴衰存亡的根本因素”。精神生于物质，高于物质，是物质间的固有属性。《宇宙的琴弦》描述了弦理论中的宇宙有10个维度，9个空间维和1个时间维。神可能是宇宙中更高的维度，它将万物联系起来，产生了天人合一理论，存在着非定域性，比量子纠缠现象更加复杂。

中医形神关系支持意识对物质作用的这种观点，符合哥本哈根解释精神。那么在人类进化史、宇宙生成史和时空概念中都必须加入意识。本人能力有限，到此已是黔驴技穷，能引起大家的重视也就心满意足了。

【参考文献】

[1]B・格林，宇宙的琴弦[M].湖南：湖南科学技术出版社 ，2007，109-202.

[2]唐先一，张志林.量子力学诠释综论[J/OL].自然辩证法通迅，2016（11）.

[3]孙广仁，郑洪新.中医基础理论[M].北京：中国中医药出版社，2017（07）.

[4]刘富林.《黄帝内经》形神合一理论的研究[D/OL].湖南：湖南中医药学院，2005.

[5]陈向群.量子力学视角下的三种意识解释[J/OL].哲学动态，2016（10）.

[6]黄帝内经[M].北京：中国画报出版社，2008.

量子力学概念总结范文第3篇

关键词：布朗运动 量子力学 物质场 波动函数

引子：这篇论文是洗衣服时出现的一些现象，让我很好奇，所以我开始了对布朗运动的研究。

布朗运动：悬浮微粒永不停息地做无规则运动的现象（说明一下：永不停息是不存在的，长时间或较长时间，人们是可以接受的），很对不起大家，刚开始就要括号说明，只是现在的定义，真是永不停息。布朗运动的例子特别多，大家很容易见到，如把一把泥土扔到水里搅合搅合，或在无风的情况下对着阳光观察空气中的尘粒等等，现在这些类似运动都称为布朗运动。

1827年，植物学家R·布朗首先提出发现这种运动。在他之后的很长时间，人们对布朗运动进行了大量的实验、观察。最后古伊在1888-1895期间对布朗运动提出自己的认识：

布朗运动并不是分子运动，而是从分子运动导出的一些结果能向我们提供直接和可见的证据，说明对热本质假设的正确性。按照这样的观点，这一现象的研究承担了对分子物理学的重要作用。

古伊的文献产生过重要的影响，后来贝兰（我们第一个实验测量原子大小的人）把布朗运动正确解释的来源归于古伊。实话实说，古伊的文献太重要了，在我看来：一语中的。太对了，古伊是归纳总结的天才，也是真正从实验的角度来解释布朗运动的第一人。

古伊的话有三个重点：

一、布朗运动不是分子运动。

二、说明热本质假设的正确性(下面会专门论述热的本质问题）。

三、利用分子布朗运动的结果来承担对分子物理学的研究。

1905年爱因斯坦根据分子运动论的原理提出布朗运动理论，同时期的斯莫罗霍夫斯基作出同样的成果。

爱因斯坦在论文中指出：按照热的分子运动论，由于热的分子运动大小可以用显微镜看见的物体悬浮在液体中，必定会发生大小可以用显微镜观测到的运动，可能这里所讨论的运动就是布朗运动，观测这种运动和预期的规律性，就可能精确测量原子的大小，反之证明热分子运动的预言就不正确。这些是爱因斯坦的研究成果。

现在人们认为这是对布朗运动的根源及其规律性的最终解释，我认为不是。这是爱因斯坦成功的利用布朗运动的原则创造性提出热分子运动论，利用这一理论可以测量分子原子的大小，把布朗运动近似为热分子运动论。或许是天意，爱因斯坦的论文我怎么看都有绝对论的意思。“有大小可以用显微镜看见的物体悬浮在液体，必定会发生大小可以用显微镜观测到的运动”。运动的绝对性，不过这里他说的是发生相对于物质本身的运动，可能这是相对论的名称来源吧。我的评价：初级的绝对论。在绝对论中只要有物质存在就有物质运动，运动是绝对的。爱因斯坦的热分子运动论：舍本取末，换句话说他把布朗运动等同于分子运动了，认为热分子运动引起了的不规则运动，就是观察到的布朗运动。既然相对论是初级的绝对论，我今天提出绝对论，那么所有爱因斯坦做过的事情，我可能都要去做一遍。布朗运动不是热分子运动，但是可以引起热分子运动，爱因斯坦的成果只是利用了布朗运动引起的热分子运动，他没有分析布朗运动的根源：物质为什么会存在布朗运动。当显微镜越来越清晰的时候，爱因斯坦的扩散统计方程就不能适用了。

现在随着科学的不断进步，量子理论对真空涨落的认识不断加深，量子理论也对布朗运动的根源给出自己的看法，同样今天绝对论也给出自己对布朗运动的认识：

一、布朗运动不是分子运动，或者说不是单个粒子间的运动。

二、布朗运动是一个由点到面，再由面到点的运动形式。

三、布朗运动是与波动函数有关的物质运动的一个特性。

布朗运动不是分子的运动或者说不是单个粒子之间的运动，为什么这么说呢：一滴水融入大海永不干涸（永字应为长时间，不过人们习惯认识，所以没有改为长时间）大海汹涌澎湃，一盘水很容易平静。相比之下，为什么有如此巨大反差：物质场运动的叠加效应，滴水穿石的道理也是如此。

简单的一滴水为什么能够融入大海呢？正像洗衣服为什么能把衣服洗干净，洗不干净会在衣服干后留下许多渍迹一样。液体的形态对物质运动产生了如何的影响呢？这是我们应该思考的问题，这里我引入二个概念：物质场与波动函数。

说一下自己的看法：一滴水的运动比如一个粒子的运动，大海是一个物质场，一盆水也是一个物质场，同样一滴水也可是一个物质场，那么一个电子也可是一个物质场，也就是说一个量子可以看作是一个物质场，量子的运动可以当成物质场在运动。

其实为了研究布朗运动，引入物质场这个概念，把物质现实中的存在状态看成是一个物质场的存在，相信大家能够理解。把物质形态存在的状态不去看它把当成一个独立的物质场存在，比如一块铁、一块钢、一块砖，我们都把它当成一个独立的物质场存在，那么这个物质场中的电子、原子、质子等粒子都是这物质场的一部分，那么这物质场中的一切物质都应是这物质场的一部分。

一个统一的物质场。对于运动而言，物质场有整体的运动，也有物质场的内部运动：质子、电子、中子等微粒之间的运动，比如我用力去拿一件东西，我的全部身体都在运动，手的运动和身体内部的运动时截然不同的，但作为一个整体，我把东西拿了起来，而东西作为一个完整的物质场表现是被我拿了起来，整个的分子、原子、电子构成的物质场共同被我拿了起来。

诸如这些运动是整体的完整的物质场，对另一个完整的物质场的作用，牛顿力学已经很好的应用到多个方面，宏观物理研究的物体很明确，运动也很明显，都可以准确测量计算。为什么这里一定要强调完整的物质场呢？一滴水进入了大海之后，这一滴水的完整物质场依然存在，而变成大海的物质场一部分，这一滴水所有的运动，所有的信息都变成了大海物质场的一部分，大海的每一滴水都是一个完整的物质场，但都是大海物质场的一部分，大海有每一滴水的信息 ，但当空气蒸发水蒸气时，大海不会单独让哪一个完整的小水滴去蒸发，而是大海整个的一个物质场在做蒸发这件事，与个体的物质场的状态关系不大。

可能从小水滴到大海大家觉得不直观，在量子力学把电子看成小水滴，把一个物质粒子看成大海，或者几公斤的金属板看成大海，相信这样我们的科学人士都能够理解。

光电效应的原理：把光子看成一个物质场，把金属板看成一个物质场，光照到金属板上，放出电子（当然需要一个极限频率）是一个物质场对另一个物质场的反应，那么释放的电子是物质场的整体行为，不是单个电子吸收能量而释放出来。极限频率，用水吸收80卡的热量才能变成水蒸气来说明吧，80米的水位永远流不出100米的大坝。每个物质场都有自己的固有频率，超过这个频率的东西来破坏它，这个物质场就发生变化用大锤去打东西，物质会反应不同的。

另一个问题：固体微粒之间结合很好，但是一个个的原子又是相互隔开，可是这一个个原子又构成统一的物体。为什么？：波动函数，物质的特性是一个个小的原子共同表现出的特性，两块铁融化后能够形成一块铁，人类有无数的合金材料以及其它合成物质，为什么这些材料表现出了原来不同的特性呢，物质场的特性为什么变化呢？

物质的特性变化了，那么每一个小的物质场的特性也会变化。一般情况下原子不可能变，合金状态的原子也未变，那么什么变化了呢？量子的运动方式变化了，也就是电子和质子以及其它的微粒运动形式变化了，整个的物质场的量子波动函数变化了。

波动函数是为了形象说明布郎运动的本质引入的一个物质特征，一个物质场的波动函数体现物质作布郎运动的能力，也体现了物质场内部物质运动能力。波动函数是物质场与物质场之间结合（叠加）能力的一种体现。一个物质场中会有很多不同的波动函数如：分子之间，原子之间，电子之间，质子之间，原子于分子之间，电子与原子核之间，质子与中子之间等等许许多多的量子之间。波动函数是物质运动的一种能力的体现。

当然这个概念也很符合量子力学的波动方程的需要，那就是所有的物质场都有自己的波动函数，而且不止一个。当波动函数达到一定数值，物质场之间既可融合。这样虽然原子之间的距离是分开的，但是电子之间的物质场却可以是融合在一起的（当然还有比电子更小物质，那它们的物质场更会融在一起）

波动函数越高，物质融合的越快，反之越慢，诸如扩散现象，渗透等等，固体之间的波动函数低，所以最好融化或锻打成液态式的结合，需要外部的力量加大它的波动函数。波动函数是物质作布郎运动的一种能力，我更愿意认为波动函数是物质运动的一种能力（在绝对论中运动是物质的生命）。与物质本身的温度有关，与外界的干涉有关。例如：加热气体，溶液或用力搅拌溶液等等会增波动函数值。（下面我们还要专门研究热的本质问题）

用一个方程式来表达吧。

H值=H℃温度+Hoi外部干涉，H：波动函数。其实我的波动函数和量子力学中的的物质波不是完全相同。

波动函数是物质场的特性，是物质生命能力的一种体现。表现在粒子上，粒子就具有波动性，同时物质运动一定需要能量的，也一定出现物质的波动。所以不是粒子具有波粒二象性，而是物质场具有波动函数。就象一整铁的内部具有轻微的布郎运动，也就是说这块铁的所有原子、分子、电子等等一切粒子都在做一定的布郎运动。所有的粒子都具有这块铁的物质特性。也就是所有的粒子都有自己相应的波动函数。这与这块铁的运动和外界条件都有关系。就比如大海是所有的水滴和水中的悬浮物体构成一个统一的物质场，是所有的物质场的叠加效应，如果你取出一滴水，那么这一滴水就不属于大海了，它和大海就毫不相干了，完全是不同的物质场了。

说到这些，大家可能会乐了，我也很乐的：这就是我们量子力学上著名的不确定原理和测不准原理，因为你要对这一个量子测量，那你就要破坏这个粒子在物质场的状态，你永远不能无法精确测量一个量子系统。因为你测量一滴水的结果就会脱离大海这个物质场。这一滴水在大海里就和大海一样大，除非有测大海一样大的仪器，否则无法测量这一滴水在大海中运行状态。但是我们可以运用统计学对整个的物质场的运动进行统计。我们可以计算大海每天蒸发了多少吨的水，但不可以说是那一吨水。

其实量子力学碰到的最大问题，不是实验不能证明。而是无法说明粒子为什么不可测，而且无法确定位置，因为任何一个物质场都是一个面，一个量子只是一个点，而运动和变化是物质场与物质场之间发生的，与单个的粒子运动关系不大。当然也不能说一点没有，就象人与人打架一样，是两个物质场在运动，打在手上，而全身都难受，手痛得最厉害。是整个物质场在对外界的物质场共同的感受。可不是只是手不舒服，所以我们能够精确地确认各个量子运动叠加之后统计结果（宏观物理），但我们不能很精确一个物质场内部的那一小点起作用。物质是整体运行的，当外部的物质变化时内部的物质也会有相应变化的，量子运行方式会发生一些改变。

量子力学从来没有从一个面去研究物体，只注重了一个点，而经典物理只注意宏观物理现象的规律性，也就是注意面了。

量子力学注重研究了物质场的内部运动：单个粒子的运动（点）。经典物理学：牛顿力学，相对论只注重了物质场与物质场的外部运动（面）。

而布郎运动是把物质场的内部和外部运动结合一起的表现运动，是点到面，再面到点全过程，所以对布郎运动的研究也是一个科学研究物质运动史的一个缩影。

人对事物的认识总是渐近的，按照绝对论的原则，弧立的事情是不存在的，所有的系统都是宇宙整体的一部分，所有的运动都是宇宙生命的一种体现。

现在用量子理论中的概念说明热的本质问题：热量只是能量的一种表现形式。热的来源一般是：化学反应，物理作用（包括核反应），能量转化。等等的这一切源于：量子运行方式的改变。量子运行只会一个场，一个场的变化，也就是说量子运动只可123456 不会连续不断 没有0.1，0.2，0.3，0.4等等。量子的运行方式改变只可这个场直接到那个场，要么吸收一定能量，要么释放一定能量。水分子或者是固态，或是气态，液态，没有中间的状态。能量有许多表现形式，而热量是能量的一种表现形式，所以我们可以测定温度等等现象。量子运行方式改变了，物质的特性也就改变了。烧火做饭，木柴变成灰烬，原子一个不少，电子一个不少，可是它们之间的运行方式改变了，能量或释放了或吸收了，物质也就变化了。

量子力学概念总结范文第4篇

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申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 许多研究者认为，只有当物理学不仅能够解释空间和时间的表现，还能解释其起源时，它才算是完整的。

“想象一下，有一天你醒来后，突然意识到自己生活在一个电脑游戏中—”加拿大物理学家马克·范拉姆斯东克说。这听起来像是科幻电影，但对他来说，这个场景是思考现实的一种方式。如果这是真实的，“我们周围的所有东西—整个三维物理世界，就是别处一个二维芯片的编码信息所产生的幻觉。”也就是说，我们的宇宙及其三维空间，只是低维度基质所投射出的全息图（hologram）。即使从理论物理学的一般标准来看，这种“全息原理”也是很奇特的。

不过有一小部分研究人员认为这还不够奇特，范拉姆斯东克就是其中之一。他们认为，如果现代物理的两大支柱，广义相对论（把引力描述为空间和时间的弯曲）以及统领原子世界的量子力学，都不能解释空间和时间的存在，其他现有理论就更不可能了。

范拉姆斯东克和同事确信，只有解释出空间和时间的起源，物理学才是完整的。而这样的构想将需要大胆的设想，例如“全息图”概念。只有对现实进行激烈的概念重建，才能够解释，当黑洞中心无限致密的“奇点”将时空结构扭曲得超越了我们所有认知时，到底发生了什么；这也是研究者统一原子尺度的量子理论与星际尺度的广义相对论的唯一途径。已经有几论物理学家在为这个大统一理论而奋斗。“所有的经验告诉我们，不应该存在两个关于现实的截然不同的基本观念—必然存在一个可以包罗万象的宏大理论，”美国物理学家阿布依·阿希提卡如是说。找寻这样的宏大理论是一个艰巨的挑战。

本文介绍了一些有前景的研究理论以及一些用于检验这些理论的新观点。 热力学引力

有哪些证据显示，存在比空间和时间更基本的东西？

20世纪70年代初，当量子力学和引力与热力学之间的联系越来越清晰时，一系列惊人的发现给出了一个令人兴奋的线索。

1974年英国剑桥大学的斯蒂芬·霍金证明，黑洞周围空间的量子效应使得黑洞向外释放热辐射。其他物理学家很快验证了这种现象的普遍性。

1995 年，美国物理学家特德·雅各布森把这两个发现合并为一，假设空间中的每一点都处在一个微小的“黑洞视界面上”，每一点都满足“熵—面积”的关系。在这样的假设下，他发现只需利用热力学中的概念，通过数学方法就可以得到广义相对论的爱因斯坦方程，而不需要时空弯曲的观点。

2010年，这个观点又被荷兰弦理论学家埃里克·韦尔兰德推进了一步。他证明了无论时空的组分是什么，它们的统计热力学都能自动地生成牛顿万有引力定律。印度宇宙学家他努·帕德马纳班也发现，爱因斯坦方程可以写成一种与热力学定律一致的形式，引力的许多其他理论也可以做这样的改写。帕德马纳班正在尝试用热力学的方法来解释暗能量的起源和大小。 因果集

加拿大物理学家拉斐尔·索尔金是因果集理论的先驱，这个理论假设时空的基石只是简单的数学点，通过一条条链连接起来，每条链都从过去指向未来。每一条这样的链都是因果关系的简要表示，意味着较早的点会影响较晚的点，但反之不成立。这样形成的网络就像一棵不断长大的树，逐渐长成了时空。“你可以想象空间从许多点中产生，与温度从许多原子中出现是类似的。”索尔金说，“问‘一个原子的温度是什么？’这个问题是没有意义的，只有对于一大堆原子，温度的概念才有意义。”

上世纪80年代末，索尔金利用这个理论框架来估算可观测的宇宙所包含的点的数目，他还推测出，这些点应该都会产生一种微弱的内在能量，最终导致了宇宙的加速膨胀。几年后，暗能量的发现证实了他的推测。“人们通常认为量子引力的预言是无法检验的，但这就是一个可检验的例子。”英国量子引力学家乔·亨森说，“如果暗能量的值更大或者为零，因果集理论就被排除了。” 全息

范拉姆斯东克根据全息原理，提出了一个完全不同的关于时空起源的观点。黑洞以类似全息图的方式将全部熵储存在表面，受此现象启发，美国弦理论学家胡安·马尔达塞纳，首先给出了黑洞全息原理的准确数学表达式。这一极有影响力的全息宇宙模型发表于1998年。在这个模型中，宇宙的三维内部包含着仅由引力控制的弦和黑洞，而宇宙的二维边界包含的粒子和基本场，则满足没有引力的普通量子定律。三维空间中，假想居民看不到二维边界，因为它是无限远的。但这并不影响数学推导：在三维宇宙中发生的任何事情，都可以等价地用二维边界中的方程很好地描述出来，反之亦然。

2010年，范拉姆斯东克研究了边界中的量子粒子相互“纠缠”（这意味着测量一个粒子会不可避免地影响到另一个）的情形。范拉姆斯东克总结说，三维宇宙实际上是被边界上的量子纠缠扯到一起的。在某种程度上，这意味着量子纠缠和时空是同样的东西。或者就像马尔达塞纳指出的那样，“这说明量子是最基础的，时空是由其衍生出来的。”

更多内容，详见《科学美国人》中文版《环球科学》2013年12月号 新知科技改变生活

【上月球种菜】人类未来能否在月球上生活？科学家打算先尝试在月球上种菜。按照计划，NASA将在2015年，通过一艘商业太空船，向月球运输一些植物种子以及适合这些植物生长5至10天的材料。植物的生长过程将被全程记录并传送回地球，以对比植物在地球与月球上的生长差异。

—中国青年报

【捕获幽灵粒子】 “冰立方” 研究项目的科学家在《科学》发文称，位于南极冰层一英里下的“冰立方”巨型中微子探测器，已发现28个来自太阳系外的高能中微子。中微子是一种中性粒子，可不受干扰地笔直划过宇宙，通过反向查找这些粒子的源头，科学家将可以得到各种宇宙事件的第一手资料。

—环球科学杂志社

量子力学概念总结范文第5篇

化学的学科发展，可以提到许多方面，如飞秒化学。化学向生物学和医学、材料设计、能源、大气和环境化学、国家安全与个人安全等领域的拓展等。在本文中，要着重说的是：化学与化学工程的重新融合。

20世纪初，化学工程从应用化学中脱胎而出，经历了单元操作和三传一反，形成了化学工程学，从以经验为主过渡到有一定预测功能的较完整的理论，从而导致化学与化学工程的分离。这种情况在20世纪90年生了变化，基础化学研究与化学工程之间发生了空前的交叠和渗透。化学家越来越多地介入复杂系统的构造、分析和使用中，这些自然而然与工程学中的系统方法有关。化学工程师正日益进入越来越多的化学基础领域，在一些情况下甚至处于领导地位。在2003年美国出版的《超越分子前沿――化学与化学工程面临的挑战》一书中，开始使用化学科学来代表所有化学家和化学工程师的工作范围。

化学是一个多尺度的科学。微观尺度是从电子和原子核到分子，例如分子设计。宏观尺度，例如实验室合成、生产装置、化学和物理操作、产品包装和运输。现在大家更关注介观尺度。从化学方面来说，人们关注超越分子的层次，进入超分子、分子集团、大分子、活性中心、器件的作用域，可以说从微观跨越到介观以至宏观层次。从化学工程来说。人们也不再满足于宏观的三传一反，而是逐步深入到颗粒、液滴、气泡、微孔、界面等介观行为，并对微观的机理也表现了浓厚的兴趣。化学由底向上，化学工程由顶向下，在介观层次相遇，互相借鉴，对于化学科学及其理论的发展，形成了巨大的推动。

二、介观尺度的研究

通常化学以量子力学或量子化学为理论基础，用以研究物质的微观结构、化学键和对称等，现在正逐步重视随时间发展的动态演变。在唯象地说明宏观现象时，则应用热力学。进入介观层次后，要采用平衡态和非平衡态的统计力学，后者需要综合应用流体力学的原理。

化学工程通常以流体力学和热力学为理论基础，特别重视湍流理论、多相流和不可逆过程的热力学。计算流体力学有很大的发展。在研究湍流的强相关机理以及涉及介观层次时，统计力学原理起着重要的作用。而在为特征参数找出规律时，则需要量子力学的帮助。

化学科学理论的发展，进入到综合运用量子力学、统计力学、热力学和流体力学的时代，目标是解决多尺度时空结构与宏观平衡和速率的关系。

进行多尺度时空结构研究，有两个重要方面：一是由下向上的预测。从分子结构逐级预测介观层次的各种结构及其随时间的演变，并进而预测宏观层次的结构、反应和分离的特性，以至在反应器和分离装置中的行为，目标是形成无缝的从微观到宏观的链接。要做到这一点，先要搞清楚各个相邻层次的时空结构是如何相互关联的。研究这种关联，首先要有实验的观察，总结经验的规律，然后是理论的建立和推导，作为过渡步骤，也常常是采用模型的半经验方法。二是由上向下的控制。用宏观的手段，逐级控制各级时空结构的形成。这两个方面有着紧密的联系，有相辅相成的关系。

三、对化学教学的启示

为了适应不断变化的新形势，化学教学要做好以下几点：

第一要打好基础。最重要的是，对于本学科的框架结构，通过教学，应使学生有一个系统的完整的初步认识。新的现象、规律和方法不断出现，要善于在学科的框架结构中找到它的位置。

对于物理化学，我们认识到的学科框架包括：

两大类研究对象：平衡和速率。

三个层次：宏观层次，由微观到宏观的过渡层次，微观层次。

两个方面：普遍规律和物质特性。两者结合，可以解决实际问题。

三种方法：研究物质特性，有实验方法、半经验方法和理论方法。从理论上研究物质特性，将进入下一个更深的层次。

例如生物膜中的促进传递和耦合传递。属于宏观层次的速率过程，具体来说是界面中的速率过程。对于普遍规律，要学教材中“传递过程”的内容(当然还有些特殊的地方)。为得到某一个生物膜的传递特性，要采用实验测定，或半经验方法。而要从理论上得到这种特性，必须应用统计力学。

又如耗散颗粒动态学DPD，它是一种介观层次的模拟，实质上它就是分子动态学模拟MD，属于从微观到宏观的过渡层次的普遍规律范畴。特殊之处是应用了粗粒化，引入更低的介观层次，相应还采用了耗散力和随机力。

第二要强调开放。框架是开放的，可以不断更新和充实。内容是开放的，可以经常介绍新的进展。

对于如此丰富的介观层次，上述框架的精神依旧。微观和宏观之间，可以加入各种由低到高的介观层次之间的过渡层次。研究某一介观层次的特性，仍然有实验、半经验、理论这三种方法。理论方法主要采用平衡态和非平衡态的统计力学，相应进入了下一个层次，即从更低的介观层次到该介观层次的过渡层次。

第三要善用类比。类比永远不会完美，却几乎常常有用。物理学是一个由于类比而兴旺的领域，例如，基于借自超导的概念，我们可以至少部分理解超流的氦。物理化学中类比于由理想气体到实际气体，在研究混合物时，我们由理想混合物到实际混合物。

上面提到的耦合传递，可以和耦合反应进行类比。又如密度泛函理论DFT，则是以密度分布p(r)代替传统的位能函数ε(r)为基本变量构筑泛函。变分原理则等价于最概然分布原理或熵最大原理。

当前的薄弱环节是：从微观到宏观的过渡层次；传递速率；进展。

要加强教学资源建设，包括教材、系列参考书、电子教材、网站建设等。

四、教学方法