相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾精選(九篇)

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第1篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

關(guān)鍵詞：因果論；經(jīng)典物理學(xué)；愛(ài)因斯坦；近代物理學(xué)

Abstract： the classical causal theory is a kind of experience， but the causal theory has a more far-reaching influence on most of the people. In the process of the development of physics， also left a deep mark has a causal theory. In this paper， from the development of physics to talk about in the process of causal theory.

Keywords： Causal theory， Classical physics， Modern physics， Einstein

因果論也稱(chēng)因果定律或因果法則，是指任何事物的產(chǎn)生和發(fā)展都有一個(gè)原因和結(jié)果。一種事物產(chǎn)生的原因，必定是另一種事物發(fā)展的結(jié)果；一種事物發(fā)展的結(jié)果，也必定是另一種事物產(chǎn)生的原因。原因和結(jié)果是不斷循環(huán)，永無(wú)休止的。

而因果論該詞則是由著名哲學(xué)家蘇格拉底提出的，但是在西方哲學(xué)中很少講因果，往往喜歡將因果割裂開(kāi)進(jìn)行研究，早期西方哲學(xué)中，亞里士多德的四因說(shuō)詳細(xì)分析了事物存在以及發(fā)生的原因。講因果在佛教中卻是普遍的。

相信一提及因果論，對(duì)于我們大家來(lái)說(shuō)也一定不是陌生的。幾乎每個(gè)人從小就在自己生長(zhǎng)的環(huán)境中去了解因果性，甚至已經(jīng)在潛意識(shí)中成為了因果論堅(jiān)定的支持者。

而早期許多的物理學(xué)家們的看法，和我們大家是一致的，都不曾對(duì)因果論產(chǎn)生過(guò)懷疑。特別是當(dāng)牛頓發(fā)表了力學(xué)三大定律，確立了經(jīng)典力學(xué)后，物理學(xué)家們就對(duì)因果論更加深信不疑。因?yàn)樵谶@時(shí)，只要你為他們提供一顆炮彈的發(fā)射速度，風(fēng)阻等一些所需數(shù)據(jù)，他們就能足夠精準(zhǔn)地計(jì)算出炮彈會(huì)擊中哪里。多么地神奇！多么地偉大！仿佛他們自己已經(jīng)成為了上帝。因?yàn)橛兄蚬?，這個(gè)世界在物理學(xué)家面前仿佛變得有規(guī)律可循。

這個(gè)時(shí)期的物理可謂發(fā)展到了巔峰；憑借著偉大的牛頓三大定律和麥克斯韋的電磁理論，這座物理學(xué)大廈拔地而起并且堅(jiān)不可摧，它發(fā)出的光芒是那么地耀眼，那么地令人神往至今記得，當(dāng)拿破侖問(wèn)拉普拉斯為什么在你的演算中為什么看不到上帝時(shí)，他回答到：“我不需要上帝這個(gè)假設(shè)。”

然而，這么一個(gè)令人無(wú)限向往的“黃金時(shí)代”，終究隨著那著名的“兩朵烏云”而一去不返。

第一朵烏云，主要是指邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果和以太漂移說(shuō)相矛盾；他所說(shuō)的第二朵烏云，主要是指熱學(xué)中的能量均分定則在氣體比熱以及勢(shì)輻射能譜的理論解釋中得出與實(shí)驗(yàn)不等的結(jié)果，其中尤以黑體輻射理論出現(xiàn)的“紫外災(zāi)難”最為突出。第一朵烏云后來(lái)導(dǎo)致了相對(duì)論的產(chǎn)生，第二朵烏云后來(lái)則導(dǎo)致了量子力學(xué)的產(chǎn)生。

一提到這兩個(gè)近代物理學(xué)上最偉大的發(fā)明，相對(duì)論和量子力學(xué)，就不得不提及一位偉人-阿爾伯特?愛(ài)因斯坦。就只在1905年，他就在三個(gè)領(lǐng)域做出了四個(gè)有劃時(shí)代意義的貢獻(xiàn)，發(fā)表了關(guān)于光量子說(shuō)、分子大小測(cè)定法、布朗運(yùn)動(dòng)理論和狹義相對(duì)論這四篇重要論文。

就是這么一位偉人，最終卻站在了反對(duì)量子力學(xué)的對(duì)立面。 愛(ài)因斯坦的摯友埃倫菲斯特都直言不諱地當(dāng)著愛(ài)因斯坦的面發(fā)牢騷：“愛(ài)因斯坦，我真為你感到羞恥！想不到你居然也扮演了那些反對(duì)相對(duì)論的人的角色！”

到底是什么原因使得思想開(kāi)明的愛(ài)因斯坦要反對(duì)量子力學(xué)？是他對(duì)于因果論的堅(jiān)持。

對(duì)于因果性，愛(ài)因斯坦的理解是這樣的：“我們必須把作為指向理論的一個(gè)公設(shè)的因果性和指向可觀察量的一個(gè)公設(shè)的因果性區(qū)別開(kāi)來(lái)。后者這一要求始終得不到滿(mǎn)足――經(jīng)驗(yàn)的因果性并不存在――而且以后還將仍然如此。把因果性看成現(xiàn)在和將來(lái)之間時(shí)間上必然的序列，這樣一種公式是太狹窄了。那只是因果律的一種形式――而不是惟一的形式?！谒木S空間的世界里， 因果性只是兩個(gè)間斷（breaks）之間的一種聯(lián)系?！彼赋觯骸拔乙蝗缂韧貓?jiān)信，把自然規(guī)律加以幾率化，從更深邃的觀點(diǎn)看來(lái)，是個(gè)歧途，盡管統(tǒng)計(jì)法獲得了實(shí)際上的成功?！?/p>

然而，直到現(xiàn)在卻有許多的事實(shí)在證明，他，愛(ài)因斯坦，確實(shí)錯(cuò)了。因果論真的在微觀上是不存在的！ 上帝真的就是在擲骰子！

按動(dòng)力學(xué)意義上的因果論說(shuō)，量子力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程也是因果律方程，當(dāng)體系的某一時(shí)刻的狀態(tài)被知道時(shí)，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程預(yù)言它的未來(lái)和過(guò)去任意時(shí)刻的狀態(tài)。但是量子力學(xué)對(duì)決定狀態(tài)的物理量不能給出確定的預(yù)言，只能給出物理量取值的幾率。在這個(gè)意義上，經(jīng)典物理學(xué)因果律在微觀領(lǐng)域失效了。

其實(shí)有許多的物理學(xué)家都在對(duì)量子力學(xué)進(jìn)行爭(zhēng)辯。爭(zhēng)論的本質(zhì)是哲學(xué)的爭(zhēng)論，即微觀世界到底是否遵守因果律的問(wèn)題，放棄因果律，本質(zhì)上等同于承認(rèn)這個(gè)世界的本質(zhì)是不可知的，而經(jīng)典物理學(xué)家因?yàn)樯钚盼镔|(zhì)世界是可知的，才作出不斷探索的努力。

對(duì)于愛(ài)因斯坦在此的失敗，我們真的只能感到非常的惋惜。他的失敗不是因?yàn)樽约旱哪芰?，而更大的程度上是因?yàn)榱孔恿W(xué)本身過(guò)于光怪陸離。量子力學(xué)真的非常神奇與讓人很難理解，就像哥本哈根學(xué)派創(chuàng)始人， 量子力學(xué)的創(chuàng)始人玻爾說(shuō)的：“ 誰(shuí)如果在量子面前不感到震驚，他就不懂得現(xiàn)代物理學(xué)；同樣如果誰(shuí)不為此理論感到困惑，他也不是一個(gè)好的物理學(xué)家。 ”以至于讓許許多多曾為量子力學(xué)做出過(guò)偉大貢獻(xiàn)的人，在后來(lái)又站在了它的對(duì)立面。像愛(ài)因斯坦，像薛定諤等。

因果論，這個(gè)我們大多數(shù)人一直以來(lái)都深信不疑的觀點(diǎn)，在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中開(kāi)始受到了懷疑，甚至要變得“生”“死”難測(cè)了。近代物理學(xué)在發(fā)展的過(guò)程中變得越來(lái)越玄妙，越來(lái)越深?yuàn)W，在哲學(xué)意味上的聯(lián)系也更加密切。但這，卻也給了我們更多機(jī)遇和挑戰(zhàn)，給了我們更多思考的必要；也使得我們對(duì)于物理學(xué)的未來(lái)有了更加美好的憧憬。

參考文獻(xiàn)

第2篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

圖景。

一、量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，遵循因果加統(tǒng)計(jì)的非機(jī)械決定論

經(jīng)典力學(xué)是關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界最簡(jiǎn)單也是最普遍的運(yùn)動(dòng)。說(shuō)它最簡(jiǎn)單，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)比較容易認(rèn)識(shí)，牛頓等人又采取高度簡(jiǎn)化的方法研究力學(xué)，獲得了空前成功；說(shuō)它最普遍，因?yàn)闄C(jī)械力學(xué)有廣泛的用途，容易把它絕對(duì)化。[2]機(jī)械決定論是建立在經(jīng)典力學(xué)的因果觀之上，解釋原因和結(jié)果的存在方式和聯(lián)系方式的理論。機(jī)械決定論認(rèn)為因和果之間的聯(lián)系具有確定性，無(wú)論從因到果的軌跡多么復(fù)雜，沿著軌跡尋找總能確定出原因或結(jié)果；機(jī)械決定論的核心在于只要初始狀態(tài)一定，則未來(lái)狀態(tài)可以由因果法則進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。[3]其實(shí)，機(jī)械決定論僅僅適用于宏觀物體，而對(duì)于微觀領(lǐng)域以及客觀世界中大量存在的偶然現(xiàn)象的研究就產(chǎn)生了統(tǒng)計(jì)決定論。[4]

量子力學(xué)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)域的一次革命。量子力學(xué)所揭示的微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派對(duì)量子力學(xué)的理解，同物理學(xué)機(jī)械決定論是根本相悖的。[5]按照量子理論，微觀粒子運(yùn)動(dòng)遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，我們不能說(shuō)某個(gè)電子一定在什么地方出現(xiàn)，而只能說(shuō)它在某處出現(xiàn)的幾率有多大。

玻恩的統(tǒng)計(jì)解釋指出，因果性是表示事件關(guān)系之中一種必然性觀念，而機(jī)遇則恰恰相反地意味著完全不確定性，自然界同時(shí)受到因果律和機(jī)遇律的某種混合方式的支配。在量子力學(xué)中，幾率性是基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律是基本規(guī)律。物理學(xué)原理的方向發(fā)生了質(zhì)的改變：統(tǒng)計(jì)描述代替了嚴(yán)格的因果描述，非機(jī)械決定論代替了機(jī)械決定論的統(tǒng)治。

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)雖然也提出了幾率的概念，但未能從根本上動(dòng)搖嚴(yán)格決定論，量子力學(xué)的沖擊則使機(jī)械決定論的大廈坍塌了。量子力學(xué)揭示并論證了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)具有不可避免的隨機(jī)性，它不遵循嚴(yán)格的因果律。任何微觀事件的測(cè)定都要受到測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的限定，不可能確切地知道它們的位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量，只能描述和預(yù)言微觀對(duì)象的可能的行為。因此，量子力學(xué)必須是幾率的、統(tǒng)計(jì)的。而且，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)量子統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)性，不是由于我們知識(shí)和手段的不完備性造成的，而是由微觀世界本身的必然性（主客體相互作用）所注定。

二、量子力學(xué)使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論

還原論作為一種認(rèn)識(shí)方法，是指把高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式歸結(jié)為低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，用研究低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式所得出的結(jié)論代替對(duì)高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式的本質(zhì)認(rèn)識(shí)的觀點(diǎn)。它用已分析得出的客觀世界中的主要的、穩(wěn)定的觀點(diǎn)和規(guī)律去解釋、說(shuō)明要研究的對(duì)象。其目的是簡(jiǎn)化、縮小客體的多樣性。這種方法在人類(lèi)認(rèn)識(shí)處于初級(jí)水平上無(wú)疑是有效的。如牛頓將開(kāi)普勒和伽利略的定律成功地還原為他的重力定律。但是還原論形而上學(xué)的本質(zhì)，以及完全還原是不可能的，決定了還原論不能揭示世界的全貌。

量子力學(xué)認(rèn)為整體與部分的劃分只有相對(duì)意義，整體的特征絕非部分的疊加，而是部分包含著整體。部分作為一個(gè)單元，具有與整體同等甚至還要大的復(fù)雜性。部分不僅與周?chē)h(huán)境發(fā)生一定的外在聯(lián)系，同時(shí)還要表現(xiàn)出“主體性”，可將自身的內(nèi)在聯(lián)系傳遞到周邊，并直接參與整體的變化。因而，部分與整體呈現(xiàn)了有機(jī)的自覺(jué)因果關(guān)系。在特定的臨界狀態(tài)，部分的少許變化將引起整體的突變。[6]

波粒二象性是微觀世界的本質(zhì)特征，也是量子論、量子力學(xué)理論思想的靈魂。用經(jīng)典觀點(diǎn)來(lái)看，也就是按照還原論的思想，粒子與波毫無(wú)共同之處，二者難以形成直觀的統(tǒng)一圖案，這是經(jīng)典物理學(xué)通過(guò)部分還原認(rèn)識(shí)整體的方法，是“向上的原因”?？墒俏⒂^粒子在某些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)波動(dòng)性；而在另一些實(shí)驗(yàn)條件下，只表現(xiàn)粒子性。這兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能同時(shí)在一次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。于是，玻爾的互補(bǔ)原理就在客觀上揭示了微觀世界的矛盾和我們關(guān)于微觀世界認(rèn)識(shí)的矛盾，并試圖尋找一種解決矛盾的方法，這就是微觀粒子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，即波粒二象性。這就是整體論觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的“向下的原因”，即從整體到部分。同樣，海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理說(shuō)明不能同時(shí)測(cè)量微觀粒子的動(dòng)量和位置，這也說(shuō)明絕不能把宏觀物體的可觀測(cè)量簡(jiǎn)單盲目地還原到微觀。由此我們可以看出，造成經(jīng)典科學(xué)觀與現(xiàn)代科學(xué)觀認(rèn)識(shí)論和方法論不同的根本在于思考和觀察問(wèn)題的層面不同。經(jīng)典科學(xué)一味地強(qiáng)調(diào)外在聯(lián)系觀，而量子力學(xué)則更強(qiáng)調(diào)關(guān)注事物內(nèi)部的有機(jī)聯(lián)系。所以，量子力學(xué)把內(nèi)在聯(lián)系作為原因從根本上動(dòng)搖了還原論觀點(diǎn)。

三、量子力學(xué)使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性發(fā)展到探索復(fù)雜性

從經(jīng)典科學(xué)思維方式來(lái)看，世界在本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的。牛頓就說(shuō)過(guò)，自然界喜歡簡(jiǎn)單化，而不喜歡用什么多余的原因以夸耀自己。追求簡(jiǎn)單性是經(jīng)典科學(xué)奮斗的目標(biāo)，也是推動(dòng)它獲取成功的動(dòng)力。開(kāi)普勒以三條簡(jiǎn)明的定律揭示了看似復(fù)雜的太陽(yáng)系行星運(yùn)動(dòng)，牛頓更是用單一的萬(wàn)有引力說(shuō)明了千變?nèi)f化的天體行為。因而現(xiàn)代科學(xué)是用簡(jiǎn)單性解釋復(fù)雜性，這就隱去了自然界的豐富多樣性。

量子力學(xué)初步揭示了客觀世界的復(fù)雜性。經(jīng)典科學(xué)的簡(jiǎn)單性是與把物理世界理想化相聯(lián)系的。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是理想的物質(zhì)客體。它不但用理想化的“質(zhì)點(diǎn)”、“剛體”、“理想氣體”來(lái)描述物體，而且把研究對(duì)象的條件理想化，使研究的視野僅僅局限于人們自己制定的范圍之內(nèi)。而客觀世界并不是如此，特別是進(jìn)入微觀領(lǐng)域，微觀粒子運(yùn)動(dòng)的幾率性、隨機(jī)性；觀測(cè)對(duì)象和觀測(cè)主體不可分割性等都足以說(shuō)明自然界本身并不是我們想象的那么簡(jiǎn)單。

在現(xiàn)代科學(xué)中，牛頓的經(jīng)典力學(xué)成了相對(duì)論的低速現(xiàn)象的特例，成為非線(xiàn)性科學(xué)中交互作用近似為零的情況，在量子力學(xué)中是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系可以忽略時(shí)的理論表述。復(fù)雜性的提出并不是要消滅簡(jiǎn)單性，而是為了打破簡(jiǎn)單性獨(dú)占的一統(tǒng)地位。復(fù)雜性是把簡(jiǎn)單性作為一個(gè)特例包含其中，正如莫蘭所說(shuō)的，復(fù)雜性是簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一。復(fù)雜性比簡(jiǎn)單性更基本，可能性比現(xiàn)實(shí)性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科學(xué)思維方式，不是以現(xiàn)實(shí)來(lái)限制可能，而是從可能中選擇現(xiàn)實(shí)；不是以既存的實(shí)體來(lái)確定演化，而是在演化中認(rèn)識(shí)和把握實(shí)體。復(fù)雜性主張考察被研究對(duì)象的復(fù)雜性，在對(duì)其作出層次與類(lèi)別上的區(qū)分之后再進(jìn)行溝通，而不是僅僅限于孤立和分離，它強(qiáng)調(diào)的是一種整體的協(xié)同。

四、量子力學(xué)使科學(xué)活動(dòng)中主客體分離邁向主客互動(dòng)

經(jīng)典科學(xué)思維方式的一個(gè)指導(dǎo)觀念就是，認(rèn)為科學(xué)應(yīng)該客觀地、不附加任何主觀成分地獲取“照本來(lái)樣子的”世界知識(shí)。玻爾告訴人們，根本不存在所謂的“真實(shí)”，除非你首先描述測(cè)量物理量的方式，否則談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦](méi)有意義的！測(cè)量，這一不被經(jīng)典物理學(xué)考慮的問(wèn)題，在面對(duì)量子世界如此微小的測(cè)量對(duì)象時(shí)，成為一個(gè)難以把握的手段。因?yàn)檠芯空叩慕槿雽?duì)量子世界產(chǎn)生了致命的干擾，使得測(cè)量中充滿(mǎn)了不確定性。在海森伯看來(lái)，在我們的研究工作由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí)，我們就會(huì)遇到一個(gè)矛盾：我們的觀測(cè)儀器是宏觀的，可是研究對(duì)象卻是微觀的；宏觀儀器必然要對(duì)微觀粒子產(chǎn)生干擾，這種干擾本身又對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了干擾；人只能用反映宏觀世界的經(jīng)典概念來(lái)描述宏觀儀器所觀測(cè)到的結(jié)果，可是這種經(jīng)典概念在描述微觀客體時(shí)又不能不加以限制。這突破了經(jīng)典科學(xué)完全可以在不影響客體自然存在的狀態(tài)下進(jìn)行觀測(cè)的假定，從而建立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)的關(guān)系。

例如，關(guān)于光到底是粒子還是波，辯論了三百多年。玻爾認(rèn)為這完全取決于我們?nèi)绾稳ビ^察它。一種實(shí)驗(yàn)安排，人們可以看到光的波現(xiàn)象；另一種實(shí)驗(yàn)安排，人們又可以看到光的粒子現(xiàn)象。但就光子這個(gè)整體概念而言，它卻表現(xiàn)出波粒二象性。因此，海森伯就說(shuō)，我們觀測(cè)的不是自然本身，而是由我們用來(lái)探索問(wèn)題的方法所揭示的自然。[8]

量子力學(xué)的發(fā)展表明，不存在一個(gè)客觀的、絕對(duì)的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測(cè)到的世界。物理學(xué)的全部意義，不在于它能夠描述出自然“是什么”，而在于它能夠明確，關(guān)于自然我們能夠“說(shuō)什么”。

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[摘要]20世紀(jì)三次物理學(xué)革命之一的量子力學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械決定論，使之轉(zhuǎn)化為非機(jī)械決定論；使得科學(xué)認(rèn)識(shí)方法由還原論轉(zhuǎn)化為整體論；使得科學(xué)思維方式由追求簡(jiǎn)單性到探索復(fù)雜性；確立了科學(xué)活動(dòng)中主客體互動(dòng)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；經(jīng)典科學(xué)世界圖景；

參考文獻(xiàn)：

[1]林德宏.科學(xué)思想史[M].第2版.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2004：270-271.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].第2版.北京：清華大學(xué)出版社，1993：1-2.

[3]劉敏，董華.從經(jīng)典科學(xué)到系統(tǒng)科學(xué)[J].科學(xué)管理研究，2006，24(2)：44-47.

[4]宋偉.因果性、決定論與科學(xué)規(guī)律[J].自然辯證法研究，1995,11(9)：25-30.

[5]彭桓武.量子力學(xué)80壽誕[J].大學(xué)物理，2006，25(8)：1-2.

[6]疏禮兵，姜巍.近現(xiàn)代科學(xué)觀的演進(jìn)及其啟示[J].科學(xué)管理研究，2004,22(5)：56-58.

第3篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

摘?要：基本物理常數(shù)是物理學(xué)中的一些普適常數(shù)。這些常數(shù)與自然科學(xué)的各個(gè)分支有著密切的聯(lián)系，物理學(xué)中許多劃時(shí)論的創(chuàng)立和新研究領(lǐng)域的開(kāi)辟，往往與某個(gè)基本物理常數(shù)的發(fā)現(xiàn)或準(zhǔn)確測(cè)定密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：物理常數(shù)；光速；普朗克常數(shù)

基本物理常數(shù)是物理學(xué)中的一些普適常數(shù)。這些常數(shù)與自然科學(xué)的各個(gè)分支有著密切的關(guān)系，在科學(xué)理論的提出和科學(xué)試驗(yàn)的發(fā)展中起著很重要的作用。

物理學(xué)中許多新領(lǐng)域的開(kāi)辟以及重大物理理論的創(chuàng)立，往往與相關(guān)基本物理常數(shù)的發(fā)現(xiàn)或準(zhǔn)確測(cè)定密切相關(guān)?；疚锢沓?shù)的測(cè)定及其精度的不斷提高，生動(dòng)地反映了實(shí)驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法的發(fā)展與更新，現(xiàn)在，許多基本物理常數(shù)的精度已達(dá)10-6量級(jí)，有的甚至達(dá)到10-8~10-10量級(jí)。本文僅以光速C和普朗克常數(shù)h為例來(lái)說(shuō)明。

光速是光波的傳播速度，原與聲波、水波等的傳播速度類(lèi)似，并不具有任何“特殊的”的地位。但細(xì)分析起來(lái)，光速也似乎確有一些特殊之處。其一是光速的數(shù)值非常大，遠(yuǎn)非其他各種波動(dòng)速度所能比擬；其二是光波可以在真空中傳播，而其他波動(dòng)則離開(kāi)了相應(yīng)的彈性介質(zhì)便不復(fù)存在，由此引來(lái)了關(guān)于以太（假想的彈性介質(zhì)）的種種爭(zhēng)論。

1865年麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)方程組，證明了電磁波的存在，并推導(dǎo)出了電磁波的速度C等于電流的電磁單位與靜電單位之比。1849年斐索用實(shí)驗(yàn)測(cè)出光在空氣中的傳播速度為C =3.14858×108米/秒。分屬光學(xué)和電磁學(xué)的不相及的兩個(gè)傳播速度C電磁波與C光波之間出乎意料的驚人相符，使麥克斯韋立即意識(shí)到光波就是電磁波。于是，以C為橋梁把以前認(rèn)為彼此無(wú)關(guān)的光學(xué)與電磁學(xué)統(tǒng)一了起來(lái)。同時(shí)，由于電磁波傳播依賴(lài)的是電磁場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系，無(wú)需任何彈性介質(zhì)，使得“以太”的存在和不存在沒(méi)有什么差別，不需要強(qiáng)加在它身上種種性質(zhì)。至此，光速C的地位陡然升高。

麥克斯韋電磁場(chǎng)理論揭示了電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，統(tǒng)一了光學(xué)與電磁學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新時(shí)代。但同時(shí)它也提出了新的更深刻的問(wèn)題：麥克斯韋方程組只適用于某個(gè)特殊的慣性系還是適用于一切慣性系。如果麥克斯韋方程組只適用于某個(gè)特殊的慣性系，則不僅違背相對(duì)性原理，且該慣性系就是牛頓的絕對(duì)空間，地球相對(duì)它運(yùn)動(dòng)將受到以太風(fēng)的吹拂，然而試圖探測(cè)其影響的Michelson-Mor1ey實(shí)驗(yàn)卻得出了否定的結(jié)果。如果麥克斯韋方程組適用于一切慣性系，則根據(jù)伽利略變換得出的經(jīng)典速度合成規(guī)律，在不同慣性系中的光速應(yīng)不同，甚至?xí)霈F(xiàn)違背因果關(guān)系的超光速現(xiàn)象，也難以解釋?？傊?，對(duì)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，伽利略變換和相對(duì)性原理之間存在著不可調(diào)和的深刻矛盾。直至1905年Einstein以相對(duì)性原理和光速不變?cè)頌榍疤幔⒔柚鍌惼澴儞Q方程建立起狹義相對(duì)論之后，這一切矛盾和困惑才最終得以解決。

由此可見(jiàn)，真空中的光速C從光波的速度上升為一切電磁波的傳播速度之后，又進(jìn)一步成為一切實(shí)際物體和信號(hào)速度的上限，并且在任何慣性系中C的取值都相同。C作為基本物理常數(shù)，提供了不可逾越的速度界限，從根本上否定了一切超距作用，成為相對(duì)論和新時(shí)空觀的鮮明標(biāo)志。

1900年普朗克為解釋黑體輻射，提出諧振子能量不連續(xù)的大膽假設(shè)。1905年Einstein為解釋光電效應(yīng)，把能量子假設(shè)推廣到電磁波，提出“光量子”。1924年德布羅意通過(guò)粒子與波的對(duì)比，假設(shè)微觀粒子也具有波動(dòng)性，也就是波粒二象性，設(shè)其動(dòng)量為p，則其德布洛依波長(zhǎng)由下式絕定：pλ=h，這里h是一常量，叫普朗克常數(shù)，h幾乎處處出現(xiàn)，它宣告物理學(xué)新的研究領(lǐng)域――量子物理學(xué)誕生了。

量子物理學(xué)的進(jìn)展表明，普朗克常數(shù)h是量子物理學(xué)的重要常數(shù)， h不僅必然成為微觀粒子運(yùn)動(dòng)特征的定量標(biāo)準(zhǔn)，而且成為劃分量子物理與經(jīng)典物理的定量界限（正如C是劃分相對(duì)論與非相對(duì)論的定量界限一樣）。如果物理體系具有作用量綱的物理量與h可相比擬，則該體系的行為必須在量子力學(xué)的框架內(nèi)描述；反之，如果物理體系具有作用量綱的物理量遠(yuǎn)大于h，則經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)律就在足夠的精確度對(duì)該體系有效。普朗克常數(shù)h的深刻含義和重要地位，使之得以躋身基本物理常數(shù)之列。

普朗克常數(shù)h的一個(gè)意外而有趣的含義在于，它是一個(gè)直接關(guān)系到宇宙存在形式的基本常數(shù)。宇宙中廣泛存在著有形的物質(zhì)與輻射，其間的能量交換（如物體發(fā)光或吸收光）遵從一條物理原理，即能量按自由度均分。如果不存在普朗克常數(shù)，即若h=0，則表明輻射與有形物質(zhì)之間的能量交換可任意進(jìn)行。由于輻射的自由度與頻率的平方成正比，隨著頻率增高，輻射自由度在數(shù)量上是沒(méi)有上限的。因此，輻射通過(guò)與有形物質(zhì)的能量交換，將不斷地從有形物質(zhì)中吸取能量，最終導(dǎo)致有形物質(zhì)的毀滅。于是，整個(gè)宇宙只剩下輻射，沒(méi)有原子、分子，沒(méi)有氣體、液體、固體等，生命與人類(lèi)當(dāng)然無(wú)從談及。幸而普朗克常數(shù)h不為零，輻射的能量是不連續(xù)的，存在著ε=hv的能量臺(tái)階，波長(zhǎng)越短頻率越高的輻射其能量臺(tái)階越高，在與有形物質(zhì)的能量交換中越不起作用，相應(yīng)的輻射自由度凍結(jié)，從而使有形物質(zhì)與幅射的能量交換受到限制，兩者才能達(dá)到平衡，我們這個(gè)宇宙才能以當(dāng)今豐富多采的形式存在下去。

下面介紹一下近代精確測(cè)量C和h的方法。

測(cè)量真空中光速的精確方法是，直接測(cè)量激光的頻率ν和真空波長(zhǎng)λ，由兩者乘積得出真空光C。1972年，通過(guò)測(cè)量甲烷譜線(xiàn)的頻率與真空波長(zhǎng)，得出真空中光速為c＝299792458±1.2米/秒。1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)規(guī)定新的米定義為：“米是1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)光在真空中行程的長(zhǎng)度。”由于光速是定義，不確定度為零，從此不再需要任何測(cè)量，結(jié)束了300多年精密測(cè)量C的歷史。

h首先由普朗克給出，他利用黑體輻射位移定律中的Wien常數(shù)b與k（Boltzmann常數(shù)）、C、h的關(guān)系，由b、k、C算出h，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定h則始于Millikan，他利用光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)得出h，近代精確測(cè)定h的方法是利用Josephson效應(yīng)，這是超導(dǎo)體的一種量子效應(yīng)。

1900年，Thomson在總結(jié)以往幾百年的物理學(xué)時(shí)指出：“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家似乎只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了；但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云?！边@兩朵烏云就是當(dāng)時(shí)無(wú)法解釋的黑體輻射和Michel-son―MOrley實(shí)驗(yàn)，正是它們引起了物理學(xué)的深刻變革，導(dǎo)致量子力學(xué)和相對(duì)論的誕生，與此同時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)基本物理常數(shù)h和C。

參考文獻(xiàn)：

[1] [美]威切曼著，復(fù)旦大學(xué)物理系譯，《量子物理學(xué)》，科學(xué)出版社，1978年

第4篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來(lái)臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)類(lèi)社會(huì)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)。在這一百年中發(fā)生了物理學(xué)革命，建立了相對(duì)信紙和量子力學(xué)，完成了從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的轉(zhuǎn)變。在二十世紀(jì)二、三十年代以后，現(xiàn)代物理學(xué)在深度和廣度上有了進(jìn)一步的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的新學(xué)科的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識(shí)，物理學(xué)理論達(dá)到了一個(gè)新高度，現(xiàn)代物理學(xué)達(dá)到了成熟的階段。

在此世紀(jì)之交的時(shí)候，人們自然想展望一下二十一世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展前景，探索今后物理學(xué)發(fā)展的方向。我想談一談我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的一些看法和觀點(diǎn)。首先，我們來(lái)回顧一下上一個(gè)世紀(jì)之交物理學(xué)發(fā)展的情況，把當(dāng)前的情況與一百年前的情況作比較對(duì)于探索二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向是很有幫助的。

一、歷史的回顧

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物物學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了它的頂峰，當(dāng)時(shí)人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫(huà)，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對(duì)物理世界的解釋已經(jīng)達(dá)到了終點(diǎn)。物理學(xué)的一些基本的、原則的問(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下來(lái)的只是進(jìn)一步精確化的問(wèn)題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補(bǔ)充和修正，使已知公式中的各個(gè)常數(shù)測(cè)得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的事實(shí)。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線(xiàn)和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬(wàn)里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。[1]這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，經(jīng)典物理發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”。由此引起了物理學(xué)的一場(chǎng)偉大的革命。愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

把物理學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之外，也有不同之處。

在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來(lái)以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過(guò)七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點(diǎn)上，目前有情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為今后物理學(xué)不會(huì)有革命性的進(jìn)展了，物理學(xué)的根本性的問(wèn)題、原則問(wèn)題都已經(jīng)解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學(xué)，對(duì)現(xiàn)有的理論作一些補(bǔ)充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點(diǎn)，他們相信物理學(xué)遲早會(huì)有突破性的發(fā)展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟?？陀^物質(zhì)世界是分層次的。一般說(shuō)來(lái)，每個(gè)層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個(gè)層次）構(gòu)成。從一定意義上說(shuō)，宏觀與微觀是相對(duì)的，宏觀體系由大量的微觀系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學(xué)研究的目的包括：探索各層次的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，是在三個(gè)方向上前進(jìn)的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展。

1）在微觀方向上深入下去。在這個(gè)方向上，我們已經(jīng)了解了原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運(yùn)規(guī)律，建立了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識(shí)到強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會(huì)有新的進(jìn)展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強(qiáng)大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為近期內(nèi)在這個(gè)方向上難以有突破性的進(jìn)展。

2）在宏觀方向上拓展開(kāi)去。1948年美國(guó)的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當(dāng)時(shí)并未引起重視。1965年美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測(cè)結(jié)果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據(jù)，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝?gòu)┖兔绹?guó)的古斯同時(shí)提出暴脹理論。八十年代以后，英國(guó)的霍金[2,3]等人開(kāi)始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無(wú)”誕生，今后在這個(gè)方向上將會(huì)繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴(lài)于向廣漠的宇宙更遙遠(yuǎn)處觀測(cè)的新結(jié)果，這需要人類(lèi)制造出比哈勃望遠(yuǎn)鏡性能更優(yōu)越得多的、各個(gè)波段的太空天文望遠(yuǎn)鏡，這是很艱巨的任務(wù)。

我個(gè)人對(duì)于近年來(lái)提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說(shuō)是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對(duì)宇宙的一個(gè)近似的描述。因?yàn)楝F(xiàn)在的宇宙學(xué)研究的只是我們能觀測(cè)到的范圍以?xún)?nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無(wú)限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無(wú)數(shù)個(gè)“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的。現(xiàn)代宇宙學(xué)只研究我們這個(gè)“宇宙”，當(dāng)然只能得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生了初及遙遠(yuǎn)的未來(lái)，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯(lián)系。

這正是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究的主要內(nèi)容。二十世紀(jì)在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)有了得大的發(fā)展，然后建立了“耗散結(jié)構(gòu)”理論、協(xié)同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發(fā)展起來(lái)了。近年來(lái)把這些分支學(xué)科都納入非線(xiàn)性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線(xiàn)性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學(xué)的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學(xué)現(xiàn)有的基本理論的框架內(nèi)。在下個(gè)世紀(jì)，物理學(xué)的基本理論應(yīng)該怎樣發(fā)展呢？有一些物理學(xué)家在追求“超統(tǒng)一理論”。在這方面，起初是愛(ài)因斯坦、海森堡等天才科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”；直到1967、1968年，美國(guó)的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統(tǒng)一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學(xué)家正在探索加上強(qiáng)力的“大統(tǒng)一理論”以及再加上引力把四種力都統(tǒng)一起來(lái)的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛(ài)因斯坦當(dāng)初探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”是基于他的“物理世界統(tǒng)一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒(méi)有成功。我對(duì)此有不同的觀點(diǎn)，根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，我認(rèn)為“物質(zhì)世界是既統(tǒng)一，又多樣化的”。且莫論追求“超統(tǒng)一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學(xué)發(fā)展的終點(diǎn)。因?yàn)椤霸诮^對(duì)的總的宇宙發(fā)展過(guò)程中，各個(gè)具體過(guò)程的發(fā)展都是相對(duì)的，因而在絕對(duì)真理的長(zhǎng)河中，人們對(duì)于在各個(gè)一定發(fā)展階段上的具體過(guò)程的認(rèn)識(shí)只具有相對(duì)的真理性。無(wú)數(shù)相對(duì)的真理之總和，就是絕對(duì)的真理。”“人們?cè)趯?shí)踐中對(duì)于真理的認(rèn)識(shí)也就永遠(yuǎn)沒(méi)有完結(jié)?！盵5]

現(xiàn)代物理學(xué)的革命將怎樣發(fā)生呢？我認(rèn)為可能有兩個(gè)方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現(xiàn)在我們不知道。我的直覺(jué)是：將來(lái)最早發(fā)現(xiàn)的第五種力可能存在于生命現(xiàn)象中。物質(zhì)構(gòu)成了生命體之后，其運(yùn)動(dòng)和變化實(shí)在太奧妙了，我們沒(méi)有認(rèn)識(shí)的問(wèn)題實(shí)在太多了，我們今天對(duì)于生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)猶如亞里斯多德時(shí)代的人們對(duì)于物理學(xué)的認(rèn)識(shí)，因此在這方面取得突破性的進(jìn)展是很可能的。我認(rèn)為，物理學(xué)業(yè)與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向之一，與此有關(guān)的最關(guān)于復(fù)雜性研究的非線(xiàn)性科學(xué)的發(fā)展。

2）現(xiàn)代物理學(xué)理論也只是相對(duì)真理，而不是絕對(duì)真理。應(yīng)該通過(guò)審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來(lái)探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，在下一節(jié)中將介紹我的觀點(diǎn)。

三、現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是完美的嗎？

相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎(chǔ)是否十全十美的

呢？我們來(lái)審思一下這個(gè)問(wèn)題。

1）對(duì)相對(duì)論的審思

當(dāng)年愛(ài)因斯坦就是從關(guān)于光速和關(guān)于時(shí)間要領(lǐng)的思考開(kāi)始，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論[1]。我們今天探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，也應(yīng)該從重新審思時(shí)空的概念入手。愛(ài)因勞動(dòng)保護(hù)坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論是從講座慣性系中不同地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的同時(shí)性開(kāi)始的[4]，他規(guī)定用光信號(hào)校正不同地點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)鐘來(lái)定義“同時(shí)”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進(jìn)一步導(dǎo)致一個(gè)四維時(shí)空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛(ài)因勞動(dòng)保護(hù)擔(dān)提出用光信號(hào)來(lái)校正時(shí)鐘，而不用別的信號(hào)呢？在他的論文中沒(méi)有說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)這是有深刻含意的。

時(shí)間、空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運(yùn)動(dòng)談?wù)摃r(shí)間、空間，在定義時(shí)空時(shí)應(yīng)該說(shuō)明是關(guān)于什么運(yùn)動(dòng)的時(shí)空?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過(guò)一定的場(chǎng)傳遞過(guò)去，傳遞需要一定的時(shí)間，時(shí)間、空間的定義與這個(gè)傳遞速度是密切相關(guān)的。如果這種場(chǎng)是電磁場(chǎng)，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛(ài)因斯坦定義的時(shí)空實(shí)際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，適用于描述這種運(yùn)動(dòng)。

愛(ài)因斯坦把他定義的時(shí)間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上就暗含了這樣的假設(shè)：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c＇。至今為止，并無(wú)實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明c＇等于c。愛(ài)因斯坦因他的“物質(zhì)世界統(tǒng)一性”的世界觀而在實(shí)際上假定了c=c＇。我持有“物質(zhì)世界既統(tǒng)一，又多樣化的”以觀點(diǎn)，再加之電磁力和引力的強(qiáng)度在數(shù)量級(jí)上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工樣，關(guān)于由電磁力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的四維時(shí)空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問(wèn)題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來(lái)的運(yùn)動(dòng)方程的形式不變。例如，愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c＇。如果研究的問(wèn)題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過(guò)，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)判斷c＇和c是否相等；如果不相等，需要導(dǎo)出c＇的數(shù)值。

我在二十多年前開(kāi)始形成上述觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)測(cè)量引力波是眾所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，我曾對(duì)那些實(shí)驗(yàn)寄予厚望，希望能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)斯的努力引引力波實(shí)驗(yàn)沒(méi)有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項(xiàng)工作冷下去了。根據(jù)愛(ài)國(guó)斯坦理論預(yù)言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠達(dá)到的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度之下，這樣弱的引力波應(yīng)該能夠探測(cè)到的話(huà)，長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點(diǎn)。應(yīng)該從c＇可能不等于c這個(gè)角度來(lái)考慮問(wèn)題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強(qiáng)度比根據(jù)愛(ài)因勞動(dòng)保護(hù)坦理論預(yù)言的強(qiáng)度弱得多的結(jié)果。

弱力、強(qiáng)力與引力、電磁力有本質(zhì)的不同，前兩者是短程力，后兩者是長(zhǎng)程力。不同的相互作用是通過(guò)傳遞不同的媒介粒子而實(shí)現(xiàn)的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規(guī)范粒子（光子除外）；強(qiáng)相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質(zhì)量為零，按照愛(ài)因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質(zhì)量和能量有關(guān)，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強(qiáng)相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義慣性系中不同的地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的“同時(shí)”，是否應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)呢？我對(duì)核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個(gè)問(wèn)題。如果應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)，那么關(guān)于由弱力或強(qiáng)力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設(shè)弱或強(qiáng)相互作用的傳遞速度為c＇＇，c＇＇不是常數(shù)，而是可變的，則關(guān)于由弱或強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時(shí)間t＇＇和空間（x＇＇，y＇＇，z＇＇）將是c＇的函數(shù)。然而，很可能應(yīng)該這樣來(lái)考慮問(wèn)題：關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時(shí)的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統(tǒng)一起來(lái)了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以介子的靜質(zhì)量取作零（在理論上取作零，在實(shí)際上沒(méi)有靜質(zhì)量為零的介子）時(shí)的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無(wú)論上述兩種考慮中哪一種是對(duì)的，整個(gè)物質(zhì)世界的時(shí)空將是高于四維的多維時(shí)空。對(duì)于由短程力（或只是強(qiáng)力）引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如果時(shí)空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說(shuō)需要建立新的量子場(chǎng)論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問(wèn)題既清及長(zhǎng)程力，又涉及短程力（尤其是強(qiáng)力），則更需要建立新的理論。

1）對(duì)量子力學(xué)的審思

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場(chǎng)論的時(shí)候，遇到了“發(fā)散困難”[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國(guó)的費(fèi)曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒(méi)有徹底克服這一困難?！鞍l(fā)散困難”的一個(gè)基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運(yùn)動(dòng)能量、相互作用能量合在一起計(jì)算[6]，這與德布羅意波在υ=0時(shí)的異性。

現(xiàn)在我陷入一個(gè)兩難的處境：如果采用傳統(tǒng)的德布羅意關(guān)系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關(guān)系，就必須面對(duì)使新的理論滿(mǎn)足相對(duì)論協(xié)變性的難題。是否有解決問(wèn)題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)?，F(xiàn)在的量子力學(xué)理論中時(shí)寬人的定義實(shí)質(zhì)上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規(guī)律，所以時(shí)間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時(shí)空要領(lǐng)不再適用。在時(shí)間或空間的間隔非常小的時(shí)候，描寫(xiě)事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時(shí)空時(shí)還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的類(lèi)別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個(gè)數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時(shí)空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀(jì)物理學(xué)將在三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開(kāi)去；（3）深入探索各層次間的聯(lián)系，進(jìn)一步發(fā)展非線(xiàn)性科學(xué)。

2）可能應(yīng)該從兩方面去控尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口。（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過(guò)審思相對(duì)論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論

第5篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

關(guān)鍵詞:物理常數(shù);光速;普朗克常數(shù)

基本物理常數(shù)是物理學(xué)中的一些普適常數(shù)，是人類(lèi)在探索客觀世界基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過(guò)程中提出和確定的基本物理常量。這些常數(shù)與自然科學(xué)的各個(gè)分支有著密切的關(guān)系，在科學(xué)理論的提出和科學(xué)試驗(yàn)的發(fā)展中起著很重要的作用?；疚锢沓?shù)包括牛頓引力常數(shù)G、真空中的光速C、普朗克常數(shù)h、基本電荷e、電子靜止質(zhì)量Me、阿伏伽德羅常數(shù)Na等。

物理學(xué)中許多新領(lǐng)域的開(kāi)辟以及重大物理理論的創(chuàng)立，往往與相關(guān)基本物理常數(shù)的發(fā)現(xiàn)或準(zhǔn)確測(cè)定密切相關(guān)?；疚锢沓?shù)描繪和反映了物理世界的基本性質(zhì)和特征，它們?yōu)椴煌I(lǐng)域的區(qū)分提供了定量的標(biāo)準(zhǔn)?；疚锢沓?shù)的測(cè)定及其精度的不斷提高，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，生動(dòng)地反映了實(shí)驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法的發(fā)展與更新，現(xiàn)在，許多基本物理常數(shù)的精度已達(dá)10-6量級(jí)，有的甚至達(dá)到10-8～10-10量級(jí)。本文限于篇幅，僅以光速C和普朗克常數(shù)h為例來(lái)說(shuō)明。

光速是光波的傳播速度，原與聲波、水波等的傳播速度類(lèi)似，并不具有任何“特殊的”的地位。但細(xì)分析起來(lái)，光速也似乎確有一些特殊之處。其一是光速的數(shù)值非常大，遠(yuǎn)非其他各種波動(dòng)速度所能比擬；其二是光波可以在真空中傳播，而其他波動(dòng)則離開(kāi)了相應(yīng)的彈性介質(zhì)便不復(fù)存在，由此引來(lái)了關(guān)于以太（假想的彈性介質(zhì)）的種種爭(zhēng)論。

1865年麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)方程組，證明了電磁波的存在，并推導(dǎo)出了電磁波的速度C等于電流的電磁單位與靜電單位之比。1849年斐索用實(shí)驗(yàn)測(cè)出光在空氣中的傳播速度為C=3.14858×108米/秒。分屬光學(xué)和電磁學(xué)的不相及的兩個(gè)傳播速度C電磁波與C光波之間出乎意料的驚人相符，使麥克斯韋立即意識(shí)到光波就是電磁波。于是，以C為橋梁把以前認(rèn)為彼此無(wú)關(guān)的光學(xué)與電磁學(xué)統(tǒng)一了起來(lái)。同時(shí)，由于電磁波傳播依賴(lài)的是電磁場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系，無(wú)需任何彈性介質(zhì)，使得“以太”的存在和不存在沒(méi)有什么差別，不需要強(qiáng)加在它身上種種性質(zhì)。至此，光速C的地位陡然升高。

麥克斯韋電磁場(chǎng)理論揭示了電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，統(tǒng)一了光學(xué)與電磁學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新時(shí)代。但同時(shí)它也提出了新的更深刻的問(wèn)題：麥克斯韋方程組只適用于某個(gè)特殊的慣性系還是適用于一切慣性系。如果麥克斯韋方程組只適用于某個(gè)特殊的慣性系，則不僅違背相對(duì)性原理，且該慣性系就是牛頓的絕對(duì)空間，地球相對(duì)它運(yùn)動(dòng)將受到以太風(fēng)的吹拂，然而試圖探測(cè)其影響的Michelson-Mor1ey實(shí)驗(yàn)卻得出了否定的結(jié)果。如果麥克斯韋方程組適用于一切慣性系，則根據(jù)伽利略變換得出的經(jīng)典速度合成規(guī)律，在不同慣性系中的光速應(yīng)不同，甚至?xí)霈F(xiàn)違背因果關(guān)系的超光速現(xiàn)象，也難以解釋?？傊?，對(duì)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，伽利略變換和相對(duì)性原理之間存在著不可調(diào)和的深刻矛盾。直至1905年Einstein以相對(duì)性原理和光速不變?cè)頌榍疤?，并借助洛倫茲變換方程建立起狹義相對(duì)論之后，這一切矛盾和困惑才最終得以解決。

由此可見(jiàn)，真空中的光速C從光波的速度上升為一切電磁波的傳播速度之后，又進(jìn)一步成為一切實(shí)際物體和信號(hào)速度的上限，并且在任何慣性系中C的取值都相同。C作為基本物理常數(shù)，提供了不可逾越的速度界限，從根本上否定了一切超距作用，成為相對(duì)論和新時(shí)空觀的鮮明標(biāo)志，同時(shí)又成為是否需要考慮相對(duì)論效應(yīng)的定量判斷標(biāo)準(zhǔn)。

1900年普朗克為解釋黑體輻射，提出諧振子能量不連續(xù)的大膽假設(shè)。1905年Einstein為解釋光電效應(yīng)，把能量子假設(shè)推廣到電磁波，提出“光量子”。1924年德布羅意通過(guò)粒子與波的對(duì)比，假設(shè)微觀粒子也具有波動(dòng)性，也就是波粒二象性，設(shè)其動(dòng)量為p，則其德布洛依波長(zhǎng)由下式絕定：pλ=h，這里h是一常量，叫普朗克常數(shù)，h幾乎處處出現(xiàn)，它宣告物理學(xué)新的研究領(lǐng)域——量子物理學(xué)誕生了。

量子物理學(xué)的進(jìn)展表明，普朗克常數(shù)h是量子物理學(xué)的重要常數(shù)，凡是涉及量子效應(yīng)的一切物理量都與它有關(guān)，h不僅必然成為微觀粒子運(yùn)動(dòng)特征的定量標(biāo)準(zhǔn)，而且成為劃分量子物理與經(jīng)典物理的定量界限（正如C是劃分相對(duì)論與非相對(duì)論的定量界限一樣）。如果物理體系具有作用量綱的物理量與h可相比擬，則該體系的行為必須在量子力學(xué)的框架內(nèi)描述；反之，如果物理體系具有作用量綱的物理量遠(yuǎn)大于h，則經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)律就在足夠的精確度對(duì)該體系有效。普朗克常數(shù)h的深刻含義和重要地位，使之得以躋身基本物理常數(shù)之列。

普朗克常數(shù)h的一個(gè)意外而有趣的含義在于，它是一個(gè)直接關(guān)系到宇宙存在形式的基本常數(shù)。宇宙中廣泛存在著有形的物質(zhì)與輻射，其間的能量交換（如物體發(fā)光或吸收光）遵從一條物理原理，即能量按自由度均分。如果不存在普朗克常數(shù)，即若h=0，則表明輻射與有形物質(zhì)之間的能量交換可任意進(jìn)行。由于輻射的自由度與頻率的平方成正比，隨著頻率增高，輻射自由度在數(shù)量上是沒(méi)有上限的。因此，輻射通過(guò)與有形物質(zhì)的能量交換，將不斷地從有形物質(zhì)中吸取能量，最終導(dǎo)致有形物質(zhì)的毀滅。于是，整個(gè)宇宙只剩下輻射，沒(méi)有原子、分子，沒(méi)有氣體、液體、固體等，生命與人類(lèi)當(dāng)然無(wú)從談及。幸而普朗克常數(shù)h不為零，輻射的能量是不連續(xù)的，存在著ε=hv的能量臺(tái)階，波長(zhǎng)越短頻率越高的輻射其能量臺(tái)階越高，在與有形物質(zhì)的能量交換中越不起作用，相應(yīng)的輻射自由度凍結(jié)，從而使有形物質(zhì)與幅射的能量交換受到限制，兩者才能達(dá)到平衡，我們這個(gè)宇宙才能以當(dāng)今豐富多采的形式存在下去。

下面介紹一下近代精確測(cè)量C和h的方法。

測(cè)量真空中光速的精確方法是，直接測(cè)量激光的頻率ν和真空波長(zhǎng)λ，由兩者乘積得出真空光C。1972年，通過(guò)測(cè)量甲烷譜線(xiàn)的頻率與真空波長(zhǎng)，得出真空中光速為c＝299792458±1.2米/秒。1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)規(guī)定新的米定義為：“米是1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)光在真空中行程的長(zhǎng)度?！庇捎诠馑偈嵌x，不確定度為零，從此不再需要任何測(cè)量，結(jié)束了300多年精密測(cè)量C的歷史。

h首先由普朗克給出，普朗克利用黑體輻射位移定律中的Wien常數(shù)b與k（Boltzmann常數(shù)）、C、h的關(guān)系，由b、k、C算出h，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定h則始于Millikan，他利用光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)得出h，近代精確測(cè)定h的方法是利用Josephson效應(yīng)，這是超導(dǎo)體的一種量子效應(yīng)。

1900年，Thomson在總結(jié)以往幾百年的物理學(xué)時(shí)指出：“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家似乎只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了；但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云?！边@兩朵烏云就是當(dāng)時(shí)無(wú)法解釋的黑體輻射和Michel-son—MOrley實(shí)驗(yàn)，正是它們引起了物理學(xué)的深刻變革，導(dǎo)致量子力學(xué)和相對(duì)論的誕生，與此同時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)基本物理常數(shù)h和C。

參考文獻(xiàn)

[1][美]威切曼著，復(fù)旦大學(xué)物理系譯，《量子物理學(xué)》，科學(xué)出版社，1978年

第6篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

正電子，又稱(chēng)陽(yáng)電子、反電子、正子，基本粒子的一種，帶正電荷，質(zhì)量和電子相等，是電子的反粒子。最早是由狄拉克從理論上語(yǔ)言的。1932年8月2日，美國(guó)加州理工學(xué)院的安德森等人向全世界莊嚴(yán)宣告，他們發(fā)現(xiàn)了正電子。正負(fù)電子一旦相遇，則發(fā)生湮滅，是正電子的最基本性質(zhì)。在這之前是不具有我們理解的正電子的最基本性質(zhì)。那么對(duì)于大學(xué)生在學(xué)學(xué)物理中該如何理解正電子，本人在文章簡(jiǎn)單介紹了正電子的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，讓大學(xué)生對(duì)正電子的概念有一個(gè)基本的了解。

【關(guān)鍵詞】

正電子；狄拉克方程；湮滅；空穴

1.引言

正電子的理論預(yù)言和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了反粒子的發(fā)現(xiàn)之幕，這也無(wú)疑是近代物理界的極為重要的和極其有意義的發(fā)現(xiàn)，它的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著我們對(duì)物質(zhì)的內(nèi)涵有了更進(jìn)一步的理解，尤其是對(duì)基本粒子的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深。構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子是既不能產(chǎn)生，也不會(huì)湮滅，如電子，我們通常的電子都是指帶負(fù)電，而且規(guī)定電子所帶的電量大小為單位電量，直到正電子的發(fā)現(xiàn)，對(duì)基本粒子的認(rèn)識(shí)翻開(kāi)了新的一頁(yè)?，F(xiàn)如今，我們發(fā)現(xiàn)在一定條件下，正、負(fù)電子可以相互轉(zhuǎn)化，成對(duì)的產(chǎn)生或者湮滅。我們?cè)谡J(rèn)識(shí)世界的過(guò)程中，總是從感性上升到理性，通過(guò)概括和整理，使之成為概念。本文簡(jiǎn)單介紹我們?cè)撊绾稳ダ斫庹娮拥母拍?，這就是本文探索的目的。

2.正電子的理論來(lái)源

1928年，英國(guó)物理學(xué)家提出了著名的狄拉克方程，該方程式描述自旋為12粒子的波函數(shù)方程，是對(duì)薛定諤方程進(jìn)行洛倫茲變換得到的，它同時(shí)遵循狹義相對(duì)論與量子力學(xué)的原理，是相對(duì)論量子力學(xué)重要基礎(chǔ)。狄拉克1928年提出了合理真空理論假說(shuō)———狄拉克之海，認(rèn)為這些粒子是電子的反物質(zhì)，很好的解釋了方程中反常的負(fù)能量問(wèn)題，對(duì)反粒子的存在做出了合理的預(yù)言。此外，根據(jù)狄拉克方程求解得到的結(jié)果，電子不僅有能量取正值的情況，還有負(fù)值的情況，而且正負(fù)態(tài)關(guān)于能量為零的點(diǎn)完全對(duì)稱(chēng)。雖然這個(gè)結(jié)果很有意思，但解釋起來(lái)遇到了“永動(dòng)機(jī)”的問(wèn)題，這與物理基本規(guī)律是肯定矛盾的。針對(duì)這個(gè)矛盾，狄拉克于1930年提出了空穴理論。該理論考慮了電子是費(fèi)米子，那就必須滿(mǎn)足泡利不相容原理，負(fù)電子填滿(mǎn)了所有的真空狀態(tài)，這樣電子就不能找到能量更低的態(tài)，而且正能量態(tài)中也就沒(méi)有電子，所以任何一個(gè)電子都不能找到能量更低的狀態(tài)，也就是說(shuō)整個(gè)系統(tǒng)非常穩(wěn)定，電子不可能跳到能量更低的狀態(tài)，對(duì)外輻射能量。此外，我們至少需要兩倍于電子靜止質(zhì)量的能量，才能把某個(gè)電子從原來(lái)的負(fù)能態(tài)激發(fā)到正能態(tài)，可以看作一個(gè)正能態(tài)對(duì)應(yīng)著一個(gè)負(fù)能態(tài)空穴。正能態(tài)電子所帶電荷為-e，而且所具有的能量大于或等于一個(gè)電子靜止能量，因?yàn)樗鼈儽仨殱M(mǎn)足電荷守恒定律和能量守恒定律，所以負(fù)能態(tài)的電子的帶電量應(yīng)該就是+e，能量也應(yīng)該大于或等于一個(gè)電子靜止能量。這個(gè)粒子就是狄拉克所預(yù)言的“正電子”。

3.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

狄拉克本人雖然對(duì)理論作出了完美的解釋?zhuān)昭ɡ碚摻o出了反粒子概念，但實(shí)驗(yàn)上還并沒(méi)有觀測(cè)到正電子，正電子理論并沒(méi)有得到學(xué)術(shù)界的承認(rèn)，包括狄拉克本人，當(dāng)時(shí)也不是完全確認(rèn)理論自身的正確性。不過(guò)，狄拉克的預(yù)言因?yàn)檎业綄?shí)驗(yàn)上的證據(jù)被證實(shí)了。1932年，美國(guó)物理學(xué)家安德森等人在研究宇宙射線(xiàn)是電磁輻射還是單純的粒子問(wèn)題，觀察到高能光子穿過(guò)重原子核附近時(shí)在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況，這一細(xì)節(jié)引起了他的注意，雖然當(dāng)時(shí)著名的物理學(xué)家康普頓做出了解釋?zhuān)](méi)有使安德森及其合作者信服，隨著后來(lái)的觀測(cè)，在云室中拍攝了一張照片，發(fā)現(xiàn)宇宙射線(xiàn)進(jìn)入云室穿過(guò)鉛板后，軌跡確實(shí)發(fā)生了彎曲，而且，在高能宇宙射線(xiàn)穿過(guò)鉛板時(shí)，有一個(gè)粒子的軌跡和電子的軌跡完全一樣，但是彎曲的方向卻“錯(cuò)”了。第二年，安德森又用γ射線(xiàn)轟擊方法產(chǎn)生了正電子，從而從實(shí)驗(yàn)上完全證實(shí)了正電子的存在，正電子得到學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可。

4.結(jié)束語(yǔ)

第7篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

首先我們承認(rèn)，每個(gè)科學(xué)理論都必須接受人們對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和人為實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)。到了自然科學(xué)或科學(xué)以后，要經(jīng)過(guò)自然現(xiàn)象和人工設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。具體的發(fā)現(xiàn)過(guò)程在哪里呢？從原來(lái)的科學(xué)理論推出的邏輯結(jié)論與我們現(xiàn)在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有矛盾的時(shí)候，才會(huì)有科學(xué)發(fā)現(xiàn)――這點(diǎn)大家都承認(rèn)。比如哥白尼、愛(ài)因斯坦的發(fā)現(xiàn)都是這樣的。在這種情況下，創(chuàng)新思維是什么？是以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，分析原來(lái)的理論中哪些是與現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和觀察記錄有矛盾，找到這些矛盾并刪除，提出符合新實(shí)驗(yàn)結(jié)果的東西――這是從哲學(xué)的角度看。還可以往下走，把它變成科學(xué)。

要研究這些，我們要用到專(zhuān)有的對(duì)象語(yǔ)言。如物理學(xué)中有專(zhuān)用的語(yǔ)言，有專(zhuān)有的概念、定律，質(zhì)量、能量、加速度、速度、勢(shì)能、動(dòng)能等。生物學(xué)中有物種等。每個(gè)學(xué)科都不一樣。計(jì)算機(jī)也一樣。研究發(fā)現(xiàn)的邏輯語(yǔ)言最早是由弗雷格和羅素建立的一階語(yǔ)言。一階語(yǔ)言定義了兩類(lèi)對(duì)象，一類(lèi)對(duì)象叫做項(xiàng)。項(xiàng)是遞歸定義的，要么是一個(gè)常元符號(hào)，要么是個(gè)變?cè)?hào)，如果f是函數(shù)符號(hào)，t1,t2,t3都是項(xiàng)，f(t1)也是一個(gè)項(xiàng)。項(xiàng)描述常量、變量、函數(shù)關(guān)系。一階語(yǔ)言另外一類(lèi)對(duì)象叫做邏輯公式，就是在所有知識(shí)里出現(xiàn)的各種命題、句子、描述知識(shí)的句子。句子可以是一個(gè)等式，描述函數(shù)之間的關(guān)系，如t1=t2，但在一階語(yǔ)言里是符號(hào)，另外可以描述一個(gè)集合的關(guān)系，關(guān)系可以是一個(gè)集合，用P表示謂詞。剩下的是，如果B是一個(gè)句子，在一階語(yǔ)言里是邏輯公式，那么它的否定也是一個(gè)邏輯公式，如果A和B都是邏輯公式(邏輯公式描述的是一個(gè)命題)，那么A∧B、A∨B、AB，∀xA、∃xA都是句子，每一個(gè)句子描述一個(gè)命題，命題反映了我們認(rèn)識(shí)到的一個(gè)知識(shí)，很簡(jiǎn)單，比程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言還簡(jiǎn)單。這樣我們可以把注意力集中到研究邏輯關(guān)系。比如舉例：

物理學(xué)中的伽利略變換：

如果x是一物體， 和 為彼此做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的參考系， 相對(duì)于 的速度為 ，并且x相對(duì)于 的速度為 ，那么x相對(duì)于 的速度為 + 。

如果用一階語(yǔ)言來(lái)表示伽利略變換，就是：

B(x)代表：“x是一物體”；

A(x)代表： 和 為彼此做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的參考系， 相對(duì)于 的速度為 ，并且x相對(duì)于 的速度為 ，那么x相對(duì)于 的速度為 + 。

則伽利略變化可以寫(xiě)成：

∀x(B(x)A(x))。

又比如：達(dá)爾文的自然選擇原理：

由于每一個(gè)物種所產(chǎn)生的個(gè)體數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其可能生存的數(shù)量，所以反復(fù)引起生存斗爭(zhēng)，而且任何生物所發(fā)生的變異，無(wú)論多么微小，只要在復(fù)雜而時(shí)常變化的生活條件下，以任何方式有利于自身，就會(huì)有較好的生存機(jī)會(huì)。

如果用E代表“每一個(gè)物種所產(chǎn)生的個(gè)體數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其可能生存的數(shù)量”，F(xiàn)代表“反復(fù)引起生存斗爭(zhēng)，而且任何生物所發(fā)生的變異，無(wú)論多么微小，只要在復(fù)雜而時(shí)常變化的生活條件下，以任何方式有利于自身，就會(huì)有較好的生存機(jī)會(huì)”，那么自然選擇原理就可以用EF來(lái)描述。

一階語(yǔ)言和C語(yǔ)言的不同之處在于，C語(yǔ)言可以描述任何一個(gè)計(jì)算現(xiàn)象，而一階語(yǔ)言因?yàn)殛P(guān)注邏輯推理，因此每一個(gè)問(wèn)題可以有多個(gè)一階語(yǔ)言，取決于研究中邏輯分析的深入程度。比如用E代表“每一個(gè)物種所產(chǎn)生的個(gè)體數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其可能生存的數(shù)量”，P代表“反復(fù)引起生存斗爭(zhēng)”，B代表“物種的特征是不變的”，F(xiàn)代表“任何生物所發(fā)生的變異，無(wú)論多么微小，只要在復(fù)雜而時(shí)常變化的生活條件下，以任何方式有利于自身，就會(huì)有較好的生存機(jī)會(huì)”。在這種情況下，自然選擇原理可以用以下公式更準(zhǔn)確地描述：

E(P(BF))。

有了一階語(yǔ)言，任何一個(gè)自然科學(xué)理論在一階語(yǔ)言里就變成了形式理論。形式理論是由有窮的邏輯公式組成的集合，它們彼此不矛盾。比如用一階語(yǔ)言分析經(jīng)典力學(xué)，用R代表相對(duì)性原理，N1、N2、N3代表牛頓三定律，E代表萬(wàn)有引力定律，B(x)表示x是一剛體，A(x)表示相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么伽利略變換就可以用∀x(B(x)A(x))來(lái)描述，經(jīng)典力學(xué)的公理系統(tǒng)就可以用下述形式理論來(lái)描述：

｛∀x(B(x)A(x))，R，N1，N2，N3，E｝。

有了一階語(yǔ)言后，我們要研究發(fā)現(xiàn)過(guò)程的邏輯思維方式是什么，它和平常的數(shù)理邏輯推理有何區(qū)別？數(shù)理邏輯中的各種證明是描述數(shù)學(xué)證明的，數(shù)學(xué)證明的特點(diǎn)是有一個(gè)前提，即形式理論，如幾何的二十條公理，量子力學(xué)的六條公理等，再根據(jù)公理進(jìn)行證明，所有的證明都是對(duì)每個(gè)句子中的邏輯連接詞的分析。所以一階邏輯中的系統(tǒng)都是為了分析和描述證明用的。而科學(xué)發(fā)現(xiàn)與證明的不同在于，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與原來(lái)的理論有矛盾時(shí)，分析哪些原來(lái)的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有矛盾。是以實(shí)驗(yàn)和觀察的結(jié)果作為出發(fā)點(diǎn)，分析和尋找原來(lái)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有矛盾的東西。如果數(shù)學(xué)推理是正向的，科學(xué)發(fā)現(xiàn)就是反向的?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)也是可以形式化的。

要做科學(xué)發(fā)現(xiàn)，第一，首先要描述科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，從這里出發(fā)尋找科學(xué)理論哪里有錯(cuò)誤。剛才談到，傳感器技術(shù)的發(fā)展，使我們所觀察到的自然現(xiàn)象和所有現(xiàn)象都可以變成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在一階語(yǔ)言中就是常元符號(hào)，數(shù)據(jù)間的關(guān)系可以列表，就是函數(shù)符號(hào)。數(shù)據(jù)間的集合和分類(lèi)就是謂詞。(謂詞就是描述一套數(shù)據(jù)的集合)數(shù)據(jù)間的關(guān)系就是方程式(等式)。所以t1=t2這個(gè)等式是一個(gè)最簡(jiǎn)單的謂詞。然后還可以定義其他謂詞，每個(gè)謂詞代表一個(gè)集合。所以傳感器技術(shù)的發(fā)展，使我們把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果變成了用一階語(yǔ)言的原子語(yǔ)句和原子語(yǔ)句的否定來(lái)描述。(原子語(yǔ)句要么是個(gè)等式，要么是個(gè)謂詞)

一邊是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，一邊是原有理論，所以邏輯推理兩邊都不可少，如果用Γ表示原有理論(經(jīng)典力學(xué)、進(jìn)化論)，Δ表示用原子語(yǔ)句和原子語(yǔ)句否定所描述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這一對(duì)Γ和Δ就形成了對(duì)立統(tǒng)一，這是科學(xué)發(fā)現(xiàn)必須具有的兩個(gè)東西。用表達(dá)式表示就是Δ┃Γ。如果Δ和Γ有矛盾，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)有理論有矛盾，此時(shí)理論是必須要修改的，如果Δ和Γ沒(méi)有矛盾，說(shuō)明現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了理論的正確性，不用再進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)了。

科學(xué)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)是什么？根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原子語(yǔ)句和原子語(yǔ)句非消滅右邊原有理論中和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有矛盾的東西，一直刪到?jīng)]有矛盾，拋棄了舊的，保持新的，再增加新的和沒(méi)有矛盾的原理。因此它的演算變得很簡(jiǎn)單，每一步邏輯推理是一個(gè) ，表示從現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果刪掉一個(gè)原有理論里的有矛盾的東西，一直刪下去，刪到?jīng)]有矛盾，然后再加入新的東西，這就是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的抽象過(guò)程。用表達(dá)式表示就是Δ┃Γ Δ′┃?！?。而表達(dá)式Δ┃A,Γ Δ┃Γ表示現(xiàn)在的狀況經(jīng)過(guò)一次科學(xué)發(fā)現(xiàn)的推理，變成新的東西，即把其中和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有矛盾的A定律刪掉。

整個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯由七個(gè)公式組成，既是完全的且是可靠的。

第一個(gè)是公理，公理很簡(jiǎn)單，即A,Δ┃A,Γ A,Δ┃Γ，如果左邊的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是原子語(yǔ)句A，右邊出現(xiàn)A，那么它與左邊的A有矛盾，則右邊的A必須被刪除。不用任何邏輯前提。

第二，什么情況下刪除A B？

從邏輯上發(fā)現(xiàn)，如果A(前提)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果Δ不矛盾，B(結(jié)論)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果Δ矛盾，那么A B形式的知識(shí)應(yīng)該去掉。用表達(dá)式表示即：

Δ┃A,Γ Δ┃Γ

Δ┃B,Γ Δ┃Γ

那么：Δ┃A B,Γ Δ┃Γ。

第三，什么情況下刪除∀xA(x)？

如果存在一個(gè)項(xiàng)t，使得A[t/x]與Δ有矛盾，則∀xA(x)也與Δ有矛盾，必須被刪除。用表達(dá)式表示即：

Δ┃A[t/x] ,Γ Δ┃Γ

那么Δ┃∀xA(x) ,Γ Δ┃Γ。

第四，R刪除規(guī)則。

如果C是理論Γ1、A、Γ2的邏輯結(jié)論，而C與實(shí)驗(yàn)結(jié)果Δ有矛盾，則C必須被刪除。但C并沒(méi)有出現(xiàn)在公理系統(tǒng)中，則導(dǎo)致C的必要前提A應(yīng)該被刪除。用表達(dá)式表示即：

Γ1,A,Γ2┝C A T C

Δ┃C,Γ2 Δ┃Γ2

那么：Δ┃Γ1,A,Γ2 Δ┃Γ1,Γ2。

總的結(jié)果一共是七條規(guī)則。理論上講對(duì)描述發(fā)現(xiàn)邏輯足夠用了。它們是：

1. R公理：

2. R-∧規(guī)則：

3. R-∨規(guī)則：

4. R-規(guī)則：

5. R-∀規(guī)則：

6. R-∃規(guī)則：

7. R-刪除規(guī)則：

舉例說(shuō)明，愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論：愛(ài)因斯坦說(shuō)，按伽利略變換，經(jīng)典物理學(xué)預(yù)言：光速在不同坐標(biāo)系下測(cè)出的光速是不一樣的，這是經(jīng)典力學(xué)中的邏輯結(jié)論。而邁克爾遜和莫雷反復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，光速不依賴(lài)于發(fā)光體的運(yùn)動(dòng)速度。因此愛(ài)因斯坦的結(jié)論是：刪除伽利略原理，增加光速在任何坐標(biāo)系下測(cè)量速度不變(30萬(wàn)公里/秒)原理，在不同坐標(biāo)系下計(jì)算速度選擇洛倫茨變換，與光速不變不矛盾?，F(xiàn)在就可以用這套規(guī)則分析愛(ài)因斯坦相對(duì)論。Γ代表經(jīng)典物理學(xué)，用R代表相對(duì)性原理，N1、N2、N3代表牛頓三定律，E代表萬(wàn)有引力定律，B[c]光量子具有固體的特性，則：

Γ：=｛R,N1,N2,N3,E,B[c]，∀x(B(x)A(x))｝

?！洌?｛R,N1,N2,N3,E,B[c]｝

Δ：=｛B[c] ,A [c]｝(實(shí)驗(yàn)結(jié)果)

根據(jù)R公理，由于A [c]和A [c]互為否定，說(shuō)明A [c]與實(shí)驗(yàn)結(jié)果矛盾，因此要?jiǎng)h除A [c]，即B[c] ,A [c]┃A [c] ,?！銪[c] ,A [c]┃?！?；

根據(jù)R公理，B[c]和B[c]互為否定，因此右邊的B[c]應(yīng)該被刪除。即B[c],A[c]┃B[c] ,?！銪[c] ,A [c]┃?！?。

以上兩點(diǎn)合在一起，根據(jù)蘊(yùn)含公式，前提與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不矛盾，結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果矛盾，則B[c]A [c]應(yīng)該刪除，即B[c],A [c]┃B[c]A [c],?！?B[c],A [c]┃?！?。

再根據(jù)全程量詞規(guī)則，光速與實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)矛盾，則∀x(B(x)A(x)應(yīng)該刪除。即：B[c]，A [c]┃∀x(B(x)A(x)，?！?B[c],A [c]┃?！?。

這就是愛(ài)因斯坦選擇去掉伽利略定律的邏輯驗(yàn)證。原來(lái)人們認(rèn)為愛(ài)因斯坦是天才，一旦我們把發(fā)現(xiàn)的規(guī)則找到，這個(gè)結(jié)論就可以演算出來(lái)，也就是說(shuō)，可以用計(jì)算機(jī)來(lái)證明。

本例是最簡(jiǎn)單的例子。下面再看達(dá)爾文的學(xué)說(shuō)，他的貢獻(xiàn)不簡(jiǎn)單。

先考慮一個(gè)形式理論Γ：{ A,AB,BC,EF}，讓A、B、C、F都取真，結(jié)果就是真，說(shuō)明這是一個(gè)協(xié)調(diào)的形式理論。進(jìn)一步分析，C是這個(gè)理論的邏輯結(jié)論。如果C遇到了事實(shí)反駁，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明C不對(duì)，那么我們的目標(biāo)最大限度地保留原有理論，只刪除必須引起C的必要前提。那么從邏輯上有三種可能：

第一，{ A,AB,EF}

第二，{ A,BC,EF}

第三，{ AB,BC,EF}

如果使用R刪除規(guī)則，則以上三條規(guī)則都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)演算出來(lái)。

現(xiàn)在給A、B、C解釋?zhuān)?/p>

A：代表“每一物種都是獨(dú)立被創(chuàng)造出來(lái)的”；

B：代表“每一物種的基本特征是不變的”；

C：代表“同屬物種都不是另一個(gè)普通物種的直系后裔”。

達(dá)爾文之前流行的“物種不變理論”用：Ω：{ A,AB,BC }來(lái)描述。

達(dá)爾文經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，在他的《貝格爾艦上的航行》和《物種起源》兩部著作中列舉了大量經(jīng)過(guò)他的觀察和實(shí)驗(yàn)所獲得的事實(shí)用以支持下述命題：

C：“同屬物種可以是另一個(gè)普通物種的直系后裔”；

EF：自然選擇原理。

達(dá)爾科學(xué)研究從這兩個(gè)觀察得來(lái)的事實(shí)出發(fā)，又加上自己的猜想，即“經(jīng)過(guò)我能做到的精密研究和冷靜判斷，我毫無(wú)疑慮地相信，許多博物學(xué)家最近還保持著的和我以前所保持過(guò)的觀點(diǎn)”，這就是“物種是被獨(dú)立創(chuàng)造出來(lái)的論點(diǎn)是錯(cuò)誤的”，即A。因此，達(dá)爾文的進(jìn)化論的核心內(nèi)容就是：Ξ：{ EF,C,A}。

整理一下下述五個(gè)語(yǔ)句：

Ξ*：{ AB,BC,EF}∪{C,A}

它們是不矛盾的，且Ξ*的前三個(gè)語(yǔ)句恰好是Γ關(guān)于C的第三個(gè)R縮減，是使用R演算推導(dǎo)出來(lái)的。

實(shí)際上，A是達(dá)爾文的一個(gè)“信念”，更為重要的是：從邏輯的角度看，A與{ EF，C}并不矛盾，如果放棄A，可以使前面使用R演算推導(dǎo)出的Γ的第二個(gè)R縮減，即{ A，BC，EF}成為另一種合理的選擇，由此可以得到：

Ξ+：{ A，BC，EF}∪{C}

這可以視為進(jìn)化論的另一個(gè)版本。這樣的結(jié)論更具有開(kāi)放性，與達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不矛盾，不會(huì)引起很多爭(zhēng)論，與現(xiàn)在基因論理論的矛盾更小。這說(shuō)明科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯并不是大家所想象的發(fā)散的思維、猜想，也是一種邏輯推理。不同的是，第一，要把實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為前提，第二，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為前提，對(duì)原有的結(jié)論進(jìn)行邏輯演算，把所有的結(jié)論分析出來(lái)，客觀地選擇一種會(huì)更好。

再引申，科學(xué)中最復(fù)雜的公理系統(tǒng)平面幾何有20條公理，數(shù)學(xué)中策梅羅-弗倫克爾公理系統(tǒng)有10條公理，算數(shù)9條，量子力學(xué)6條，牛頓力學(xué)7條。發(fā)現(xiàn)邏輯在軟件中使用，因?yàn)槿魏我粋€(gè)軟件成為一個(gè)實(shí)用的軟件，至少有幾萬(wàn)條。如Windows XP有三千萬(wàn)條，也是形式理論，誰(shuí)也不敢保證前面沒(méi)有錯(cuò)誤。我們現(xiàn)在的公司里100人做開(kāi)發(fā)，250人做測(cè)試，就是沒(méi)有充分使用這套邏輯系統(tǒng)，實(shí)際上是可以進(jìn)行邏輯分析的。任何一個(gè)人找錯(cuò)兒都不是盲目的，實(shí)際走的規(guī)律就是以錯(cuò)誤為依據(jù)，進(jìn)行邏輯分析，任何邏輯分析都沒(méi)有離開(kāi)這7條規(guī)則。

第8篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；思想；科學(xué)方法；課堂討論

在為培養(yǎng)創(chuàng)新人才而實(shí)施的研究性教學(xué)中，課堂教學(xué)仍然占有主導(dǎo)地位，而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)則應(yīng)成為課堂教學(xué)的主旋律。在理科的課堂教學(xué)中怎樣培養(yǎng)大學(xué)本科生的創(chuàng)新能力呢?筆者通過(guò)自己多年的教學(xué)與教學(xué)督導(dǎo)實(shí)踐，提出以下幾點(diǎn)思考供各位同仁參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)批評(píng)指正。

一、思想是課堂教學(xué)的主線(xiàn)

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂。創(chuàng)新人才的基本素質(zhì)是具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。因此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是教學(xué)的首要任務(wù)。任何一門(mén)學(xué)科都是人類(lèi)數(shù)千年文化思想發(fā)展與繼承的結(jié)晶，現(xiàn)代科學(xué)特點(diǎn)之一是發(fā)展神速，呈現(xiàn)了知識(shí)量激增和知識(shí)更新，新陳代謝加速的形勢(shì)。以此出發(fā)，知識(shí)的學(xué)習(xí)是無(wú)窮盡的，學(xué)習(xí)并掌握一門(mén)學(xué)科或一堂課的基本內(nèi)容只是走了一個(gè)臺(tái)階，而形成這些內(nèi)容或問(wèn)題(定義、定律、規(guī)律、原理……)的歷史背景，提出或解決問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)、觀點(diǎn)和方法則是教學(xué)中的精髓所在，這些東西能使學(xué)生進(jìn)入一個(gè)更新、更高的境界，這也就是我們的先輩早就說(shuō)過(guò)的“與其給人以魚(yú)，不如授人以漁”。正是在此意義上，我們說(shuō)思想是課堂教學(xué)的主線(xiàn)，或者說(shuō)，思想是課堂教學(xué)的龍骨。為此，在課堂中教師要帶領(lǐng)學(xué)生一道去分析、研究、探索、發(fā)現(xiàn)，一道跟隨歷史發(fā)展的足跡去類(lèi)比、歸納、演繹、綜合、假定……在引入新課時(shí)，也要從歷史發(fā)展的角度提出所要討論問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)材料、各種矛盾或困難，可以這樣向?qū)W生表述：“這就是當(dāng)時(shí)擺在科學(xué)大師面前的難題，也是現(xiàn)在呈現(xiàn)在我們面前的問(wèn)題，請(qǐng)大家和我一道思考。”例如，在物理和化學(xué)專(zhuān)業(yè)的量子物理(或量子力學(xué))、結(jié)構(gòu)化學(xué)課中，電子自旋的本質(zhì)是一個(gè)尚待解決的問(wèn)題，我們?cè)谡n堂上對(duì)學(xué)生說(shuō)：“自旋的本質(zhì)至今仍是一個(gè)謎，諾貝爾獎(jiǎng)的桂冠正等待著勇于攀登者去探索!”正是這種誘導(dǎo)與啟發(fā)，讓學(xué)生自己去“發(fā)現(xiàn)”與研究問(wèn)題，能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的興奮感與探本求源的積極性，這種親歷探究，是讓學(xué)生真正體驗(yàn)科學(xué)魅力的最佳途徑。

任何科學(xué)的發(fā)展都離不開(kāi)人，任何科學(xué)的內(nèi)涵都有不少有關(guān)人的豐富的內(nèi)容。每一個(gè)科學(xué)規(guī)律，每一個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)不僅伴隨著這些智者長(zhǎng)年累月的艱苦探索，也幾乎都伴隨著無(wú)數(shù)次失敗或失誤，從成功與失誤的對(duì)比中，更能使學(xué)生得到啟迪，更利于培育他們的創(chuàng)新精神。英國(guó)著名化學(xué)家戴維就曾感觸至深地說(shuō)：“我的那些最重要的發(fā)現(xiàn)是受到失敗的啟發(fā)而獲得的?！睘榇?，要求教師能有機(jī)地、恰如其分、不喧賓奪主地結(jié)合課程內(nèi)容闡述科學(xué)史。已故北大化學(xué)家付鷹教授說(shuō)得好：“一門(mén)科學(xué)的歷史，是那門(mén)科學(xué)中最寶貴的一部分，科學(xué)只能給我們知識(shí)，而歷史卻能給我們智慧?！币虼嗽诶砜平虒W(xué)中，我們可以選擇一些典型事例(如物理學(xué)中熱的本質(zhì)、光的本性、化學(xué)中的電離學(xué)說(shuō)……)進(jìn)行分析，從成功與失誤，正確與錯(cuò)誤，一個(gè)觀點(diǎn)或另一個(gè)觀點(diǎn)的對(duì)比中傳授知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生跟蹤歷史的步伐去探索與判斷。在“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課量子力學(xué)基礎(chǔ)中講愛(ài)因斯坦關(guān)于光量子假設(shè)時(shí)，我們用幾分鐘講了普朗克的悲?。旱?9世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)已發(fā)展到了很完善的地步，以至不少物理學(xué)家公開(kāi)聲稱(chēng)，物理學(xué)的基本定律已被發(fā)現(xiàn)完了，剩下的事僅僅是解方程，“玩弄”數(shù)字符號(hào)罷了?？墒请S著人們實(shí)踐的不斷發(fā)展，經(jīng)典物理學(xué)的天空出現(xiàn)了兩朵烏云。其一就是黑體輻射的規(guī)律，維恩和瑞利?金斯的理論都只能解釋部分現(xiàn)象，如果按照瑞利?金斯公式，在紫外波段能量將發(fā)散，這就是艾倫費(fèi)思特所說(shuō)的紫外災(zāi)難。1900年當(dāng)時(shí)已年過(guò)40的普朗克運(yùn)用內(nèi)插法將維恩與瑞利?金斯的兩個(gè)公式結(jié)合成一個(gè)新的公式，能完全與實(shí)驗(yàn)吻合，這就是大名鼎鼎的普朗克公式。在這個(gè)公式中他不得不提出一個(gè)假設(shè)：E=hv――“能量子”，普朗克也因此獲1918年諾貝爾物理獎(jiǎng)。但是由于傳統(tǒng)觀念的束縛，他日夜操勞：或者把能量子假設(shè)納入經(jīng)典理論的軌道，或者尋找回避這一假設(shè)的途徑。就這樣整整花了十五年，力圖放棄這一革命的假設(shè)。他有一次和兒子散步時(shí)，甚至說(shuō)：“我現(xiàn)在做的事或者毫無(wú)貢獻(xiàn)，或者可能成為牛頓以后物理學(xué)上最大的發(fā)現(xiàn)?！本驮谂f的傳統(tǒng)觀念禁錮普朗克思想的時(shí)候，1905年當(dāng)時(shí)年僅26歲的愛(ài)因斯坦，接過(guò)并推廣了由普朗克提出幾乎又被他扼殺的能量子假設(shè)，提出了新的“光量子”假設(shè)，建立了愛(ài)因斯坦的光量子說(shuō)，同年，愛(ài)因斯坦還用能量子假設(shè)探討了固體的比熱?？墒蔷驮诖藭r(shí)，普朗克還認(rèn)為愛(ài)因斯坦“在其思辨中有時(shí)可能走得太遠(yuǎn)了”。普朗克的這個(gè)悲劇是發(fā)人深省的。

在自然科學(xué)的發(fā)展史中，人類(lèi)對(duì)真、善、美的追求，文化藝術(shù)的熏陶也是激發(fā)科學(xué)家創(chuàng)新思維的原動(dòng)力。數(shù)學(xué)中的一個(gè)重要分支――群論，在物理和化學(xué)中占有重要的地位，它源于“對(duì)稱(chēng)性”這一基本概念，而對(duì)稱(chēng)性又源于人類(lèi)對(duì)美的追求。在古希臘、古埃及、我國(guó)殷商時(shí)期出土的大量文物中，從花鳥(niǎo)蟲(chóng)魚(yú)、飛禽走獸到飛天的，無(wú)不呈現(xiàn)為各種各樣的對(duì)稱(chēng)圖案。正是這種對(duì)稱(chēng)性，導(dǎo)致了一系列守恒定律，其中由左右對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致的宇稱(chēng)守恒律，它們都被認(rèn)為是永恒的顛不可破的絕對(duì)真理。至20世紀(jì)50年代，在亞原子領(lǐng)域，種種實(shí)驗(yàn)表明：θ介子與τ介子具有相同的質(zhì)量、電荷與壽命，應(yīng)為同一種κ介子，但在衰變中卻顯示它們的宇稱(chēng)不相同，與其他實(shí)驗(yàn)矛盾，這就是著名的之θ～τ謎。堅(jiān)信宇稱(chēng)守恒的絕大多數(shù)物理學(xué)家對(duì)此迷惑不解，而深受中國(guó)古老文化熏陶的兩位年輕的中國(guó)科學(xué)家李政道、楊振寧，也許受了陰陽(yáng)太極圖的啟示，敢于“冒天下之大不韙”，提出在弱相互作用中宇稱(chēng)不守恒及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的建議?？墒钱?dāng)時(shí)另一位很著名的以理論思維極強(qiáng)、發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤見(jiàn)長(zhǎng)的物理學(xué)家泡利卻揚(yáng)言：“我不相信上帝是一個(gè)軟弱的左撇子，我可以跟任何人打賭，做出來(lái)的結(jié)果一定是左右對(duì)稱(chēng)的?！币灾袊?guó)女科學(xué)家吳健雄為首的實(shí)驗(yàn)小組證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。李、楊因此獲1957年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?？梢?jiàn)，具有一定的文化藝術(shù)素養(yǎng)對(duì)于理科生也是有益的。事實(shí)上，許多著名的科學(xué)家都有很好的文化素養(yǎng)，有的甚至可以說(shuō)是多才多藝。如：愛(ài)因斯坦不僅是一位大物理學(xué)家，也是一個(gè)造詣很深的哲學(xué)家，一個(gè)很優(yōu)秀的小提琴手。相對(duì)論量子力學(xué)的奠基人著名物理學(xué)家狄拉克的文學(xué)水平很高，楊振寧稱(chēng)贊他的文章是“秋水文章不染塵”，沒(méi)有一點(diǎn)渣子，他的筆是神來(lái)之筆。我國(guó)科學(xué)家楊振寧、李政道、錢(qián)學(xué)森、蘇步青的文采都令人稱(chēng)羨。因此，在課堂中，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容花3～5分鐘，用三言?xún)烧Z(yǔ)“打侃”，對(duì)學(xué)生的啟迪與激勵(lì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)知識(shí)的傳授。

在科學(xué)發(fā)展的漫長(zhǎng)歷程中，人們對(duì)于自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)是逐漸深化的，絕對(duì)真理少之又少，現(xiàn)今廣泛呈現(xiàn)在各學(xué)科中的定理、定律或理論都只是相對(duì)真理。隨著生產(chǎn)力水平與科技水平的提高，這些相對(duì)真理或則被，或則會(huì)被修改、被完善。因此，在教學(xué)中一定要以辯證

的發(fā)展的觀點(diǎn)講解這些內(nèi)容，要講它們的局限和不足。要使學(xué)生不僅對(duì)定理、定律不迷信、不僵化，反而有敢于挑刺、敢于質(zhì)疑的叛逆精神。教師還可結(jié)合自己的科研向?qū)W生簡(jiǎn)介自己的構(gòu)思，引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)造。例如，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)化學(xué)中，對(duì)闡釋分子結(jié)構(gòu)中的兩種理論分子軌道理論與價(jià)鍵理論進(jìn)行了對(duì)比分析，指出其不足與發(fā)展前景，也簡(jiǎn)介我們自己的工作。這樣不僅破除了大二學(xué)生對(duì)科研的神秘感，也激起了學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的熱情。

二、科學(xué)方法――培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基本途徑

科學(xué)方法是人們發(fā)現(xiàn)真理和改造自然的橋梁與手段。一般地說(shuō)，科學(xué)方法包括歸納、演繹、觀察、實(shí)驗(yàn)、假定、類(lèi)比、推斷、分類(lèi)、理想模型、思想實(shí)驗(yàn)等方法。在課堂中結(jié)合科學(xué)史進(jìn)行科學(xué)方法的教育，就不僅可以讓學(xué)生學(xué)到作為知識(shí)活動(dòng)結(jié)果的結(jié)論，還可以學(xué)到如何運(yùn)用這些科學(xué)方法來(lái)進(jìn)行創(chuàng)造，發(fā)展科學(xué)。

在科學(xué)發(fā)展史中，運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)造，取得重大成果的例子比比皆是。眾所周知，抽象的邏輯思維與演繹是數(shù)學(xué)家發(fā)展數(shù)學(xué)的最基本方法，數(shù)學(xué)領(lǐng)域的絕大部分輝煌成果都由此而得。類(lèi)比法是古今中外物理學(xué)家最常運(yùn)用的思維方法，類(lèi)比使物理學(xué)家取得重大突破的例子不勝枚舉：庫(kù)侖定律把靜電相互作用與萬(wàn)有引力類(lèi)比；盧瑟福將原子結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)系進(jìn)行類(lèi)比；德布羅意將微觀粒子與光子類(lèi)比；薛定諤將物質(zhì)波與機(jī)械波類(lèi)比……歸納法是使化學(xué)家取得重大發(fā)現(xiàn)的主要方法之一，人們熟知的元素周期律就是門(mén)捷列夫在分析當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的六十余種化學(xué)元素的性質(zhì)與原子量的關(guān)系后歸納得出的。在當(dāng)代，對(duì)有機(jī)合成具有重要指導(dǎo)意義的“分子軌道對(duì)稱(chēng)守恒原理”也是以大量有機(jī)化學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)，正確運(yùn)用歸納、類(lèi)比、綜合等方法而得出的，這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者之霍夫曼因此獲1981年諾貝爾獎(jiǎng)。在天文學(xué)、地學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科中也可舉出許多類(lèi)似的例子。

在教學(xué)中，教師不僅要通曉本學(xué)科的科學(xué)發(fā)展史，更要善于精心組織教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。尤為重要的是教師若能在講授中邏輯思維縝密、推理演繹嚴(yán)格、講授語(yǔ)言簡(jiǎn)練準(zhǔn)確，娓娓道來(lái)、滔滔不絕，這種示范作用將使學(xué)生折服，受益終身。我國(guó)著名科學(xué)家吳有訓(xùn)兩支粉筆講完一堂課的完美形象，使同樣是著名科學(xué)家的錢(qián)偉長(zhǎng)在進(jìn)入耄耋之年后仍念念不忘。

三、課堂討論――激發(fā)創(chuàng)新火花的催化劑

在以學(xué)生為主、學(xué)習(xí)為主的開(kāi)放式、研究性教學(xué)實(shí)施時(shí)，由教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容精心組織適量的課堂討論，是激發(fā)創(chuàng)新火花的催化劑。上世紀(jì)中葉以著名物理學(xué)家玻爾為首的哥本哈根學(xué)派培養(yǎng)了一大批諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，他們以各種形式進(jìn)行的學(xué)術(shù)討論會(huì)對(duì)科學(xué)創(chuàng)造或發(fā)現(xiàn)所帶來(lái)的推動(dòng)作用是舉世聞名的。

第9篇：相對(duì)論與量子力學(xué)的矛盾范文

當(dāng)然，我們不可能預(yù)知未來(lái)。除非真正遇到我們?cè)噲D跨越的障礙，否則我們永遠(yuǎn)無(wú)法知道，人類(lèi)的認(rèn)知是否有極限。就目前而言，沒(méi)有任何跡象表明，我們面臨著這一認(rèn)知極限。也許，我們正面臨著某些障礙，但是，所有的跡象無(wú)不顯示出這些障礙都只是暫時(shí)的。因?yàn)?，就我從事的領(lǐng)域――宇宙學(xué)――而言，就算在50年前，也沒(méi)有人能夠預(yù)見(jiàn)我們對(duì)宇宙的認(rèn)知會(huì)以這種方式增長(zhǎng)。

即便在最晴朗的天氣，我們也不可能看到無(wú)窮遠(yuǎn)：理論上，你最遠(yuǎn)只能看到453億光年遠(yuǎn)的地方。雖然這表示我們的認(rèn)知有一個(gè)直接的限制，但這無(wú)法阻擋我們掌握自然界的基本運(yùn)行規(guī)律。

這并不是說(shuō)大自然對(duì)我們所能觀察的事物以及我們觀察事物的方式?jīng)]有任何限制，海森堡提出的不確定性原理就對(duì)我們觀察一個(gè)粒子在任意時(shí)間的運(yùn)動(dòng)做出了限制，光速則限定了我們?cè)谝粋€(gè)給定的時(shí)間間隔內(nèi)能看多遠(yuǎn)或者能走多遠(yuǎn)。但是這些限制只不過(guò)是告訴我們哪些是我們無(wú)法觀測(cè)到的，并非說(shuō)這些事物是我們最終無(wú)法知曉的。不確定性原理并沒(méi)有妨礙我們獲悉量子力學(xué)的

規(guī)則，也沒(méi)有妨礙我們了解原子的行為，更沒(méi)有妨礙我們發(fā)現(xiàn)那些我們永遠(yuǎn)也無(wú)法直接看到，但確實(shí)存在的粒子。

人們觀測(cè)到的宇宙正在膨脹，的確意味著一個(gè)開(kāi)端。這是因?yàn)?，如果我們反推過(guò)去，那么在遙遠(yuǎn)的過(guò)去的某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，我們可觀測(cè)宇宙中的任何事物都將回到一個(gè)點(diǎn)――奇點(diǎn)。在那一瞬間，也就是現(xiàn)在被稱(chēng)為大爆炸的時(shí)間點(diǎn)上，我們目前所知的所有物理學(xué)定律都土崩瓦解了，因?yàn)槊枋鋈f(wàn)有引力的廣義相對(duì)論，無(wú)法與描述微觀尺度物理學(xué)的量子力學(xué)成功地整合在一起。但是大多數(shù)科學(xué)家并不認(rèn)為這就是認(rèn)知的根本邊界，因?yàn)樗麄冋噲D通過(guò)對(duì)廣義相對(duì)論進(jìn)行必要的修正，使其成為相容量子理論的一部分。而弦理論，正是人們?nèi)〉玫闹饕晒弧?/p>

如果我們?cè)谝粋€(gè)方向上看得足夠遠(yuǎn)，就能看見(jiàn)自己的后腦勺。

鑒于這樣一個(gè)理論，我們也許能夠回答大爆炸之前都發(fā)生了些什么――如果有的話(huà)。這種最簡(jiǎn)單的、可能的回答，或許也是最不令人滿(mǎn)意的回答。無(wú)論是狹義相對(duì)論還是廣義相對(duì)論，都將時(shí)間與空間捆綁在一起，成為一個(gè)單一的實(shí)體――時(shí)空。如果空間是在大爆炸中產(chǎn)生的，那么時(shí)間可能也是。如果是這樣的話(huà)，那就沒(méi)有“之前”了，“大爆炸之前有什么”這個(gè)問(wèn)題也就不是一個(gè)問(wèn)題了。不過(guò)，這并不是唯一可能的解答。我們需要等到一個(gè)能夠解釋萬(wàn)有引力的量子理論

的出現(xiàn)，并且在它被實(shí)驗(yàn)證實(shí)之后，才能對(duì)我們的回答有一定的信心。

接下來(lái)的問(wèn)題是：從空間的角度來(lái)說(shuō)，我們是否能夠知道在我們的宇宙之外都有些什么？我們宇宙的邊界在哪里？讓我們?cè)僖淮未竽懠僭O(shè)。如果我們的時(shí)空是自然而然地產(chǎn)生的，那么，正如我在我的新書(shū)《從虛無(wú)中誕生的宇宙》中長(zhǎng)篇大論地討論過(guò)的那樣，看似最有可能的場(chǎng)景是宇宙的總能量為零――物質(zhì)表現(xiàn)出的能量正好與引力場(chǎng)表現(xiàn)的能量相互抵消。簡(jiǎn)言之，如果某些事物總計(jì)為零，那么這些事物就能夠從虛無(wú)中誕生?，F(xiàn)在，我們能夠查證的唯一的宇宙，其總能量為零，這是一個(gè)閉宇宙。這樣的一個(gè)宇宙是有限而無(wú)邊際的。正如你可以沿著一個(gè)球體的表面一直走下去而不會(huì)遇到任何邊界一樣，對(duì)我們的宇宙來(lái)說(shuō)，如果我們?cè)谝粋€(gè)方向上看得足夠遠(yuǎn)，就能看見(jiàn)自己的后腦勺。

而在實(shí)踐中，我們是做不到這一點(diǎn)的，這也許是因?yàn)閷?duì)我們來(lái)說(shuō)可見(jiàn)的宇宙，僅僅是更大尺度宇宙的一部分而已。其原因與被人們稱(chēng)為暴脹的現(xiàn)象有關(guān)。微觀尺度上自發(fā)出現(xiàn)的大多數(shù)宇宙會(huì)在瞬間塌陷，而不會(huì)持續(xù)存在數(shù)十億年。但是，在其中的某些宇宙中，空白空間會(huì)被賦予能量，而在這種情況下，該宇宙將呈指數(shù)級(jí)快速膨脹。這一現(xiàn)象至少會(huì)維持一個(gè)較短的時(shí)間。我們認(rèn)為，在我們的宇宙大爆炸擴(kuò)張的最初瞬間，出現(xiàn)過(guò)這樣一個(gè)暴脹期，從而使我們的宇宙免于立刻塌陷。在這一過(guò)程中，宇宙的尺度極度膨脹，以至于無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，它似乎都是平坦且無(wú)限的。這就是即使我們的宇宙在其最大尺度上可能是封閉的，但當(dāng)我們極目太空時(shí)仍無(wú)法看到自己后腦勺的原因。雖然從理論上來(lái)講，如果我們等的時(shí)間足夠長(zhǎng)就能看見(jiàn)全部的事物，但這里有個(gè)前提，即暴脹沒(méi)有在我們的宇宙中發(fā)生。 正在發(fā)生碰撞的星系，這種宇宙暴亂終有一天會(huì)偃旗息鼓，而在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，觀測(cè)者可能永遠(yuǎn)也不會(huì)意識(shí)到，我們的宇宙曾經(jīng)是多么轟轟烈烈。

宇宙中我們至今仍無(wú)法觀測(cè)的區(qū)域或許是我們永遠(yuǎn)也無(wú)法觀測(cè)到的區(qū)域，那里可能正在暴脹。事實(shí)上，就我們目前的理論來(lái)看，這一情況是極有可能的。如果我們認(rèn)為“我們的宇宙”這個(gè)詞指的是我們已經(jīng)能夠或者是終有一天能夠與之溝通的區(qū)域，那么，一般來(lái)說(shuō)，暴脹還會(huì)在我們的宇宙之外創(chuàng)造出別的宇宙。在我們身邊的空間體量?jī)?nèi)，暴脹可能不那么明顯，但是在此之外的空間，則在永不止息地以指數(shù)級(jí)膨脹，偶爾會(huì)有像我們的宇宙一樣的孤立區(qū)域與膨脹脫鉤。正如當(dāng)溫度低于冰點(diǎn)時(shí)，冰塊能夠在快速流動(dòng)的水面上形成一樣。每一個(gè)這樣的宇宙都有一個(gè)起點(diǎn)，這個(gè)起點(diǎn)是與暴脹在其空間中結(jié)束的時(shí)間掛鉤的。在這種情況下，我們宇宙的起點(diǎn)就不一定是時(shí)間的起點(diǎn)了。這讓我們更有理由懷疑大爆炸是否真的代表著我們認(rèn)知的終極限制了。

我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將推理與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)相結(jié)合，我們的認(rèn)知就不會(huì)有任何局限。

每個(gè)宇宙從背景空間中脫離而出的過(guò)程不同，它們的物理學(xué)定律可能也不相同。我們把可能存在的宇宙形成的這一集合稱(chēng)為“多元宇宙”?！岸嘣钪妗钡母拍钤诳茖W(xué)界廣受關(guān)注，不僅僅是因?yàn)樵摳拍钍窃谟钪姹┟浿?lèi)現(xiàn)象的推動(dòng)下產(chǎn)生的，還因?yàn)樵摳拍钐岢龅膿碛衅渥陨愍?dú)特物理定律的多個(gè)不同宇宙存在的可能性，可以解釋我們的宇宙中存在的各種看似莫名其妙的基本參數(shù)。這些參數(shù)只不過(guò)是在我們的宇宙誕生時(shí)隨機(jī)產(chǎn)生的。

如果除了我們的宇宙之外還有其他宇宙存在，那么它們與我們之間的距離將是非常遙遠(yuǎn)的，而且它們還會(huì)以超越光速的相對(duì)速度遠(yuǎn)離我們而去，因此，我們也許永遠(yuǎn)也無(wú)法直接探測(cè)到它們。那么，“多元宇宙”理論僅僅是一種空頭理論嗎？對(duì)“多元宇宙”存在可能性的驗(yàn)證代表著我們認(rèn)知上的一個(gè)根本極限嗎？答案是：這可不一定。雖然我們可能永遠(yuǎn)也無(wú)法直接看到另一個(gè)宇宙，但是我們依然能夠以經(jīng)驗(yàn)主義的方式來(lái)檢驗(yàn)該理論，比如說(shuō)，觀測(cè)暴脹產(chǎn)生的引力波。理論

上，這一舉措可使我們檢測(cè)出導(dǎo)致我們宇宙產(chǎn)生的暴脹過(guò)程的詳盡細(xì)節(jié)。這些引力波與被激光干涉引力波天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)的引力波相似，但是它們的起源不同。后者產(chǎn)生于諸如遙遠(yuǎn)星系中巨型黑洞之間發(fā)生碰撞一類(lèi)的大事件，而前者產(chǎn)生于宇宙大爆炸的早期，也就是人們認(rèn)定的暴脹時(shí)期。如果我們能夠直接探測(cè)到這些引力波（就像現(xiàn)在我們可以通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)，來(lái)尋找宇宙大爆炸遺留下的宇宙微波背景輻射中的蛛絲馬跡一樣），我們就可以探究暴脹過(guò)程中都發(fā)生了哪些物理變化，從而斷定這永不止息的暴脹是否正是這一物理變化的結(jié)果。因此，即便我們不能直接探測(cè)到其他宇宙，但是我們?nèi)钥梢蚤g接檢驗(yàn)其他宇宙是否必然存在。

簡(jiǎn)言之，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將推理與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)相結(jié)合，我們的認(rèn)知就不會(huì)有任何局限。無(wú)限的宇宙引人入勝，并且激勵(lì)著我們不斷進(jìn)行探索。但是，我們可以自信地說(shuō)，我們的認(rèn)知永遠(yuǎn)也沒(méi)有局限嗎？這可就不一定啦。

暴脹確實(shí)給我們的認(rèn)知設(shè)置了一個(gè)根本性的限制，特別是對(duì)過(guò)去的認(rèn)知。暴脹在本質(zhì)上重置了宇宙，在這一過(guò)程中，就很可能摧毀了暴脹之前所有有關(guān)動(dòng)態(tài)過(guò)程的信息。在暴脹期間，由于空間的快速膨脹大大降低了所有區(qū)域的物質(zhì)密度，因此，可能抹去了諸如磁單極子等的蹤跡。理論表明，磁單極子應(yīng)該是一種在宇宙很早時(shí)期大量產(chǎn)生過(guò)的粒子。這是暴脹獨(dú)有的特點(diǎn)之一，它很好地解釋了這樣一個(gè)矛盾：為什么諸如磁單極子一類(lèi)的粒子理論上會(huì)產(chǎn)生，而在現(xiàn)實(shí)中我們至今也未觀測(cè)到過(guò)。

但在化解矛盾時(shí)，暴脹抹去了我們的過(guò)去。更糟糕的是，暴脹抹去信息的行為也許仍未停止。很顯然，現(xiàn)在的我們?nèi)蕴幵谶@一暴脹過(guò)程的另一個(gè)階段。通過(guò)對(duì)那些正在離我們遠(yuǎn)去的遙遠(yuǎn)星系與我們之間距離的測(cè)量，表明我們的宇宙正在加速膨脹，絲毫沒(méi)有慢下來(lái)。這是否說(shuō)明占主導(dǎo)地位的引力僅僅存在于物質(zhì)或輻射內(nèi)，在虛空中不存在呢？（譯者注： 在這里，筆者的意思是，如果宇宙是由引力主導(dǎo)的，那么宇宙應(yīng)該是塌縮的。而現(xiàn)實(shí)并非如此，好像引力被限制在了物質(zhì)和輻射內(nèi)。而在宇宙的虛空中，應(yīng)該存在另外一種能量，它抵消了引力的作用，使得宇宙加速膨脹。）我們現(xiàn)在對(duì)這一能量的起源一無(wú)所知，每種潛在的解釋都是對(duì)認(rèn)知發(fā)展，甚至是對(duì)我們自身存在的根本限制。