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量子力学的定义范文1
乍看,题目好象哲学的。不屑哲学,只谈物理。
大量研究表明,目前为止的实验已经给出物质世界准确信息,物理学重要任务之一就在于找出这信息并揭示其内在规律。遗憾的是,目前为止的理论(无例外)均未能如此。然而国内外学界却一致认为理论物理大厦框架——《量子力学》已经建成,剩下只是装修和美化了。
但经本文研究表明,《量子力学》对一些基本物理学问题的实质并不清楚,往往似是而非。然而《量子力学》却娓娓动听、夸夸其谈,实则以其昏昏使人昭昭!请看事实:
1.1 关于“量子化”根源问题。
微观世界“量子化”已被证实,人们已经公认。但接踵而来的就是“量子化”根源问题,又机制怎样?这本是物理学根本任务之一。已有的理论包括爱因斯坦、玻尔、量子力学都未能回答。然而量子力学家们却置这本职任务于不顾,翩翩起舞与数学喧宾夺主、相互玩弄!
就是说,《量子力学》是在未有弄清量子化根源前提下侈谈“量子”的“科学”。其结果只能使原子结构凭空量子化,量子化则成为无源之水,无本之木。这就是目前物理科学之现状!
可有人,例如一位量子力学教授辩论时说:“量子化是电子自身固有属性,阴极射线中的电子能量也是量子化的”。
虽然,这量子力学家利用了“微小量子”数学“极限”概念进行诡辩,显得很聪明,但却误了人类物理学前程!
不可否认的事实是:阴极射线中的电子、X射线韧致辐射电子、高能加速器中电子或其它自由电子能量都连续可变,决不表现量子化!这无疑表明量子化不是电子自身固有属性。那末,原子结构中能量量子化必有其它原因。显然这是基本物理学问题,作为理论物理又是非弄清不可的问题。其它科学例如数学,由于任务不同尚可不必关心量子化根源问题。然,作为理论物理决不可以!本文如下将准确具体讨论量子化根源问题以及物质世界又怎样量子化的,并给出8位数字有效精度与实验完全相符的计算结果。 1.2 理论与实践关系问题
既然凭空将电子能量量子化,就难免臆造之嫌,所以《量子力学》就下意识往实验上靠――“符合”试验。然而,既下意识就难免拙劣,请看事实:
世界着名理论物理第六册——《量子力学》(文献 [1]) 中着:“量子力学,可建立于数个基本假定上,大体上这些基本假定分属两大项……,两项的假定便构成一量子力学完整系统”。
这明确表明,量子力学就是建立在基本假定上的(种种猜测)。“科学学”研究还表明:任何建立在基本假定上的东西都不可能是科学!然而量子力学家们却娓娓动听说:“量子力学是建立在实验基础上的科学”。这不是弥天大谎么?!
文献 [1] 在建立对易关系:
pq -qp = (?/i)E ――――――――― (1)
时说:“这是一基本假定”。并告诫人们:“不可懂”!就是说(1)式不能用任何数学——物理方法导出,即:不否认这是一种猜测。然而,(1)式就是昭着世界的“波动方程”的基础,也就是量子力学的理论基础。
所以确切地说,量子力学就是建立在基本假定上的种种猜测。这分明表现的是量子力学家们主观意识!
研究表明,量子力学所谓实验基础,首先在于德布罗意“物质波”理论。认真研究表明,物质波究竟是什么?德布罗意本人未有弄清,后人至今仍未弄清,又怎能说“建立在实验基础上”呢?!
研究表明,量子力学的实际过程是:德布罗意对自然现象进行一次连他自己也弄不清的抽象(猜测)(以下证明),提出“物质波”概念。量子力学对这不清的概念又进行一次抽象(猜测)(以下证明),提出“波函数”(Ψ)概念,并且通过一种算符将其作用到一个基本假定即(1)式上,便铸成了着名的“波动方程” ——量子力学的理论基础:
(h2/2m)2Ψ + (E-V)Ψ = 0 ――――― (2)
由于量子力学凭空引进“波函数Ψ”,实际上就赋予了电子神奇性质。正是这种神奇性质使得量子力学具备了非凡诡辩能力。
1.3 量子力学诡辩伦理
1.3.1 关于理论基础诡辩
以上及以下讨论都证明,量子力学是,由于缺乏了解,错误地估计了试验(以下严格证明),用了错误的基本假定(不能由任何合理方法导出)而形成的,错误理论。然而量子力学家们却口口声声:“量子力学是建立在实验基础上地科学”。这分明是在诡辩,再加上社会意识,量子力学又具备了狡辩能力。 1.3.2 关于物质波的狡辩
对于“物质波”概念,量子力学 [1] 应用了三个基本假定:其一假定“对易关系”即(1)式,由此构成量子力学骨架;其二假定“测不准原理”,由此编造了电子“几率云”图像;其三假定“波粒互补原理”,这种原理本身就是一种诡辩,因为“波粒二象性”问题目前仍属困难不解的世界性难题。于是量子力学精心泡制出“波函数Ψ”并强加给电子。经如此之假定,电子便具备了神奇性质——量子力学家们的主观意识。
然而“波函数”的物理意义究竟是什么?量子力学家们着实应向人们交代清楚,遗憾的是任何学家都未能如愿。实际上对波函数Ψ的真实物理意义,量子力学家们也只是:你知、我知、天知、地知,凡人不可知。这分明是狡辩理论!
如果需要,量子力学(文献 [1])首先拿出:
2πa=n ―――――――――――――― (3)
很明显式中 2πa是粒子中心轨迹。于是说,物质波是粒子轨迹波动。此说极易征服初学者,但此说问题也易败露。量子力学立即改变说法,言(3) 式系近代物理概念,对此不能用经典概念理解。于是又出现:
1.3.3 关于“经典”与“近代”狡辩
量子力学经常炫耀是近代科学理论,已经超脱经典,又不时贬低经典理论。
然而,以下讨论完全证明:量子力学除了主观臆造因素外,完全没有离开经典物理一步,也未超出经典物理一点,就连波函数 Ψ 的表达式(无例外)也完全是经典数学和经典力学关系式,并且以下用不可否认的事实——量子力学所犯经典错误,表明量子力学连经典理论也不通。所以,量子力学所谓超脱经典,正在于一些基本假定连同主观臆造。在此种意义上说,量子力学不仅超脱经典,而且也超脱科学! 1.3.4 量子力学方法论狡辩
确切说,量子力学不能给波函数 Ψ 做出完整的真实物理学定义,但在理论中却轮番使用: ①波函数 Ψ 表示粒子中心轨迹波动;②波函数 Ψ 表示粒子出现几率;③波函数 Ψ 表示弥撒物质波包三种概念。有了三种概念,又可各取所需,自然一切物理问题都“迎刃而解”了。
然而,量子力学同时又“有权”轮番否定这三种概念。但却不是自我否定,而是另一种需要——否定其它理论,其中包括真理。要指出的是,量子力学轮番使用三种概念,又轮番否定这三种概念,并不是在同一时间同一地点进行的。因为应用一种概念的同时又否定这种概念,这是卖矛又卖盾的故事,连儿童都知道是蠢事。显然量子力学家比儿童高明得多,这叫认识方法狡辩。
似这样,在哲学面前,用“建立在实验基础上”量子力学可以蒙混过关;其它科学由于研究任务不同,不会关心“量子化”根源,又由“领地”限制也无权过问波函数的真实意义;量子力学又可各取所需轮番应用和轮番否定①、②、③三种概念。于是,量子力学便以狡辩赢得了世界理论权威!
1.4 关于“符合”试验问题
以下将证明,量子力学所谓符合实验,实际上系对实验的猜测。量子力学很善于做貌似合理实则谬误的猜测(以下揭示),并美其名曰“符合”试验。其实,对实验的真实物理过程并不清楚,又何谈相符呢?请看事实:
基于玻尔理论的成功,量子力学作两项重要推广。 心理学原因,人们对这种推广又愿意接受。然而却出现本质性原则错误,请看:
1.4.1 量子力学推广(一)
由于氢原子的试验电离能与玻尔理论真实能级相近,于是量子力学推广为:
试验电离能 = 原子真实能级 ―――――――――― (4)
将该式推广到多电子原子中显然很省力气,但这是严重错误。请看氦原子事实:
试验(文献[1])测得氦原子两个电离能,这里分别用 E1,E2 表示为:
E1= 1.80(Rhc) = 24.58(ev) ―――――――― (5)
E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――――― (6)
量子力学[1]认为这就是氦原子的两个真实能级。
若用 E玻 表示类氢氦离子基态能玻尔理论值,则
E玻 = 54.42(ev) ――――――――――――― (7)
显然下式成立:
E2 = E1+ E玻 ―――――――――――――― (8)
该式明确表明 E2 不是氦原子的真实能级,因为其中包含有 E1 ,即第一电离能。
那么,实验值 E2 即(8)式表示什么物理内容呢?
研究表明:要使氦原子第二电子电离,仪器必先付出能量 E1=24.58(ev) 先使第一电子电离,这好比代价,氦原子于是变成类氢氦离子,其基态能为 E玻=54.42(ev)。要使它电离,仪器必须再付出与 E玻 相等的能量,才能使第2电子电离。那么仪器付出总能量必为 E2=E1+E玻,这就是氦原子电离实验真实过程,由此不难结论:
1.4.2 据电离实验本文结论
电离实验结论一:氢原子及类氢氦离子玻尔理论值正确。
电离实验结论二:目前电离能实验值 ≠ 原子真实能级。
电离实验结论三:所有元素最低能级皆为其类氢离子能级,不存在比这更低的能级。 然而量子力学(文献[1]、[3])却竞相用“微扰法”、“变分法”乃至用修正核电荷方法逼近计算这氦原子的“能级”E2 :
E2= 5.80(Rhc) = 79.01(ev) ―――――― (9)
量子力学的定义范文2
量子力学是当代科学发展中最成功、也是最神秘的理论之一。其成功之处在于，它以独特的形式体系与特有的算法规则，对原子物理学、化学、固体物理学等学科中的许多物理效应和物理现象作出了说明与预言，已经成为科学家认识与描述微观现象的一种普遍有效的概念与语言工具，同时也是日新月异的信息技术革命的理论基础；其神秘之处在于，与其形式体系的这种普遍应用的有效性恰好相反，量子物理学家在表述、传播和交流他们对量子理论的基本概念的意义的理解时，至今仍未达成共识。量子物理学家在理解和解释量子力学的基本概念的过程中所存在的分歧，不是关于原子世界是否具有本体论地位的分歧，而是能否仍然像经典物理学理论那样，把量子理论理解成是对客观存在的原子世界的正确描述之间的分歧。
在量子力学诞生的早期岁月里，这些分歧的产生主要源于对量子理论中的波函数的统计性质的理解。因为量子力学的创始人把量子力学理解成是一种完备的理论，把量子统计理解成是不同于经典统计的观点，在根本意义上，带来了量子力学描述中的统计决定性特征。而理论描述的统计决定性与物理学家长期信奉的因果决定论的实在论研究传统相冲突。在当时的背景下，对于那些在经典物理学的熏陶下成长起来的许多传统物理学家而言，对量子力学的这种理解是难以容忍的。这些物理学家仍然坚持以经典实在观为前提，希望重建对原子对象的因果决定论的描述。这种观点认为，现有的量子力学只是临时的现象学的理论，是不完备的，将来总会被一个拥有确定值的能够解决量子悖论的新理论所取代。量子哲学家普遍地把这种实在论称之为定域实在论，或者称为非语境论的实在论。从EPR悖论到贝尔定理的提出正是沿着这一思路发展的。这种观点把量子论中的统计决定论与经典实在论之间的矛盾，理解成是量子论与传统实在论之间的矛盾。
但是，自从1982年阿斯佩克特等到人完成的一系列实验，没有支持定域隐变量理论的预言，而是给出了与量子力学的预言相一致的实验结果以来，量子论与传统实在论之间的矛盾焦点，由对量子理论中的统计决定性特征的质疑，转向了对更加基本的量子测量过程中的“波包塌缩”现象的理解。因为量子测量问题是量子理论中最深层次的概念问题。冯诺意曼在本体论意义上引入量子态的概念来表征量子实在的作法，直接导致了至今难以解决的量子测量难题。到目前为止，所有的量子测量理论都是试图站在传统实在论的立场上，对量子测量过程作出新的解释。玻姆的本体论解释在承认量子力学的统计性特征，把量子世界看成是由客观的不确定性、随机性和量子纠缠所支配的世界的前提下，通过假设非定域的隐变量的存在，寻找对量子测量过程的因果性解释。量子哲学家把这种实在论称为非定域的实在论。[1] 多世界解释在承认现有的量子力学的形式体系和基本特征是完全正确的前提下，通过多元本体论的假设来对具有整体性特征的量子测量过程作出整体论的解释。量子哲学家把这种实在论称为非分离的实在论。[1]
量子测量现象的非定域性和非分离性所反映的是量子测量过程的整体性特征。问题是，相对于科学哲学研究而言，如果把量子测量系统理解成是一个包括观察者在内的整体，我们将永远不可能在观察者与被观察系统之间作出任何形式的分割。而观察者与被观察系统之间的分界线的消失，将会使我们在不考虑观察者的情况下，对物理实在进行客观描述的梦想彻底地破灭。这是因为，一方面，如果我们认为量子力学的形式体系是正确而完备的理论，那么，就能够用量子力学的术语描述包括观察者在内的整个测量过程。这时，观察者成为整个测量系统中的一个组成部分参与了测量中的相互作用；另一方面，如果我们仍然渴望像以可分离性假设为基础的经典测量那样，在以整体性假设为基础的量子测量系统中，也能够得到确定而纯客观的测量结果，那么，他们必须要在观察者与被观察的量子系统之间作出某种分割，观察者才有可能站在整个测量系统之外进行观察。然而，在量子测量的具体实践中，这个重要的“阿基米德点”是永远不可能得到的。因为对量子测量系统进行的任何一种形式的分割，都必然会导致像“薛定谔猫”那样的悖论。这样，关于量子论与实在论之间的矛盾事实上转化为，在承认量子力学的统计性特征的前提下，如何解决量子测量的整体性与传统实在论之间的矛盾。
以玻尔为代表的传统量子物理学家在创立了量子力学的形式体系之后，并不追求从量子测量现象到量子本体论的超越中提供一种本体论的理解。而是在认识论和现象学的意义上做文章。玻尔认为，观察的“客观性”概念的含义，在原子物理学的领域内已经发生了语义上的变化。在这里，客观性不再是指对客体在观察之前的内在特性的揭示，而是具有了“在主体间性的意义上是有效的”这一新的含义。这种把“客观性”理解成是“主体间性”的观点，在认识论意义上，所隐藏的直接后果是，使“客观性”概念失去了与“主观性”概念相对立的基本含义，从而使量子力学成为支持科学的反实在论解释的一个重要的立论依据。与此相反，近几十年发展起来的多世界解释，试图以多元本体论的假设为前提，恢复对客观性概念的传统理解；玻姆的本体论解释则是以粒子轨道与真实波的二元论假设为代价，把测量过程中的整体性特征归结为是量子势的性质。这两种解释虽然在理解量子测量现象时坚持了传统实在论的立场。但是，这些立场的坚持是以在量子力学中增加某些额外的假设为代价的。这正是为什么近几十年来，反思与研究量子力学与量子测量的概念基础问题，成为不计其数的论著和论文所讨论的中心论题的主要原因所在。
到目前为止，在量子物理学家的心目中，微观客体的非定域性特征和量子测量的非分离性特征已经成为不争的事实。如果我们站在科学哲学的立场上，像当初接受量子统计性一样，也接受量子力学描述的微观系统的这种整体性特征。那么，量子测量过程中被测量的系统与测量仪器（包括观察者在内）之间的整体性关系将会意味着，在微观领域内，我们所得到的知识，事实上，总是与观察者密切相关的知识。这个结论显然与长期以来我们所坚持的真理符合论的客观标准不相容。因此，接受量子力学的整体性特征，就意味着放弃真理符合论的标准，需要对传统实在论的核心概念——理论和真理的性质与意义——进行重新理解。这样，现在的问题就变成是，能否在接受量子力学的统计性和整体性特征的前提下，阐述一种新的实在论观点呢？如果答案是否定的，那么，科学实在论将永远不可能得到辩护；如果答案是肯定的，那么，与理论的整体性特征相协调的实在论是一种什么样的实在论呢？这正是本文所关注的主要问题所在。
2．认识论教益：隐喻思考与模型化方法的突现
自近代自然科学产生以来，公认的传统实在论的观点是建立在宏观科学知识基础之上的一种镜像实在论。在宏观科学的研究领域内，观察者总是能够站在整个测量系统之外，客观地获得测量信息。在有效的测量过程中，测量仪器对测量结果的干扰通常可以忽略不计。测量结果为理论命题的真假提供了直接的评判标准，使命题和概念拥有字面表达的意义（literal meaning）或非隐喻的意义和指称。因此，镜像实在论是以观察命题的真理符合论为前提的。
真理符合论的最实质性的内容是，坚持命题与概念同实际的事实相符合。长期以来，科学家一直把这种观点视为是科学研究活动的价值基础。
维特根斯坦在其著名的《逻辑哲学导论》一书中，把真理的这种符合论观点表述为：就像唱片是声音的画像并具有声音的某些结构一样，命题所描述是事实的画像，并具有与事实一致的结构。因为用语言来思考和说话，就是用语言来对事实作逻辑的模写，它类似于画家用线条、色彩、图案来描绘世界上的事物。所以，用语言描述的图象与世界的实际图象之间具有同构性。1933年，塔尔斯基对这种真理观进行了定义。在当前科学哲学的文献中，人们习惯于用“雪是白的”这一命题为例，把塔尔斯基对真理的定义形象地表述为：“雪是白的”是真的，当且仅当，雪是白的。
普特南把塔尔斯基对真理的这种定义概括为“去掉引号的真理论”。塔尔斯基认为，要想使“‘雪是白的’是真的”，这个句子本身成真，当且仅当，“雪是白的”这个事实是真实的，即我们能够得到“雪是白的”这一经验事实。这个看似简单的句子隐含着两层与常识相一致的符合关系：第一层的相符合关系是，语言表达的命题与实际事实相符合；第二层的相符合关系是，观察得到的事实与真实世界相符合。在日常生活中，像“雪是白的”这样的经验事实是非常直观的，只要是一个正常的人，都有可能看到“雪确实是白色的”这个实际存在的事实。因此，人们对它的客观性不会产生任何怀疑，能够作为“‘雪是白的’是真的”这个句子的成真条件。
然而，量子力学揭示出的微观测量系统中的整体性特征，既限制了我们对这种理想知识的追求，也向传统的客观真理标准的价值观提出了挑战。这是因为，在量子测量的过程中，对命题的这种理想的描述方式和对对象的如此单纯的观察活动，已经不再可能。以玻尔为代表的许多物理学家虽然在量子力学诞生的早期就已经意识到这一点。但是，在科学哲学的意义上，他们在抛弃了真理符合论之后，却走向了认识论的反实在论；冯诺意曼的测量理论以真理符合论为基础，要求在观察者与测量仪器之间进行分割的做法，直接导致了量子测量中的“观察者悖论”；现存的非分离与非定域的实在论解释，也是以真理符合论为基础，在量子力学的形式体系中增加了某些难以令人接受的额外假设，来解决量子测量难题。从哲学意义上看，这种借助于额外假设来使量子力学与实在论相一致的作法并没有唯一性。它不过是借助于各种哲学的想象力来解决量子测量难题而已。
由此可见，量子测量难题的产生，实际上是以真理符合论为基础的传统实在论的观点，来理解量子测量过程的整体性特征所导致的。现在，如果我们像放弃经典的绝对时空观，接受相对论一样，也放弃真理符合论的实在论，接受现有的量子力学。那么，在当代科学哲学的研究中，我们需要以成功的量子力学带给我们的认识论教益为出发点，对理论、概念和真理的性质与意义作出新的阐述。量子力学所揭示的微观世界与宏观世界之间的最大差异在于，我们对微观世界的内在结构的认知，不可能像对宏观世界的认知那样，使观察者能够站在整个测量语境的外面来进行。
这就像盲人摸象的故事一样，不同的盲人从大象的不同部位开始摸起，最初，他们所得到的对大象的认识是不相同的，因为每个人根据自己的触摸活动都只能说出大象的某一个部分。只有当他们摸完了整个大象时，他们才有可能对大象的形状作出客观的描述。然而，虽然他们对大象的描述始终是从自己的视角为起点的，并建立在个人理解的基础之上。但是，不可否认的是，他们的触摸活动总是以真实的大象为本体的。在微观领域内，量子世界如同是一头大象，物理学家如同是一群盲人，有所区别的是，物理学家对微观世界的认识不可能是直接的触摸活动，而只能借助于自己设计的测量仪器与对象进行相互作用来进行。在这个相互作用的过程中，包括观察者在内的测量语境成为联系微观世界与理论描述之间的一个不可分割的纽带。
如果把这种量子力学的这种整体性思想延伸外推到一般的科学哲学研究中，那么，可以认为，科学家所阐述的理论事实上是一个产生信念的系统。科学家借助于模型化的理论，把他们对世界的认知模拟出来。理论模型所描述出的世界与真实世界之间的关系是一种内在的、整体性的相似关系。这种相似分为两个不同的层次：其一，在特定的语境中，模型与被模拟的世界在现象学意义上的初级相似。这种相似是指，在这个层次上，我们只是能够通过某些关系把现象描述出来，但是，对现象之所以发生的原因给不出明确的说明；其二，在特定的语境中，模型与被模拟的世界在认识论意义上的高级相似。这种相似是指，理论模型达到了与真实世界的内在结构与关系之间的相似。所以，现象学意义上的相似最后会被成熟理论所描述的认识论意义上的结构相似所包容或修正。
这两个层次之间的相似关系是建立在经验基础之上的，而不是建立在逻辑或先验的基础之上。这样，虽然科学家在建构理论模型的过程中，总是不可避免地存在着许多非理性的因素。但是，在根本的意义上，他们的建构活动是以最终达到使理论描述的可能世界与真实世界之间的结构与关系相似为目的的。因此，测量语境的存在成为科学家建构活动的一个最基本的制约前提。建构理论模型的活动是一种对世界的认知活动。建构活动中的虚构性将会在与公认的实验事实的比较中不断地得到矫正，直至达到与真实世界完全一致为止。或者说，在一定的语境中，当从理论模型作出的预言在经验意义上不断地得到了证实的时候，类比的相似性程度将随之不断地得以提高；当科学共同体能够依据理论模型所描述的可能世界的结构来理解真实世界时，相似性关系将逐渐地趋向模型与世界之间的一致性关系。
在这种理解方式中，真理是物理模型与真实世界之间的相似关系的一种极限，是在一定的语境中完善与发展理论的一个最终结果。这样，在科学研究中，真理成为科学研究追求的一个最终目标，而不是科学研究的逻辑起点。或者说，把真理理解成是在科学的探索过程中，成熟的物理模型与世界结构之间达成的一致性关系。对真理的这种理解，使过去追求的客观真理变成了与语境密切相关的一个概念。超出理论成真的语境范围，真理也就失去了存在的前提和价值。这样，与玻尔把理论的客观性理解成是主体间性的观点所不同，本文是通过改变对真理意义的理解方式，挽救了理论的客观性。
如果把科学活动理解成是对世界的模拟活动，那么，在理论的建构活动中，科学理论的概念与术语所描述出的可能世界，只在一定的语境中与真实世界具有相似性。所以，相对于不可能被观察到的真实世界而言，科学的话语（scientific discourses）将不再具有按字面所理解的意义，而是只具有隐喻的意义。只有当理论与世界之间的关系趋向于一致性关系时，对某些概念的隐喻性理解才有可能变成字面语言的理解。所以，在科学研究的活动中，研究对象越远离日常经验，科学话语中的隐喻成份就越多。这也许是为什么在量子理论产生的早期年代，物理学家在理解微观现象时，不可能在微观对象的粒子性和波动性之间作出任何选择的原因所在。实际上，微观粒子的波——粒二象性概念只是在现象学意义上的一种典型的隐喻概念，它们并不拥有概念的字面意义，而只具有隐喻的意义。因此，它们不是对真实世界的基本结构的实际描述。正如惠勒的“延迟实验”所揭示的那样，物理学家不可能选择用其中的一类图象来解释另一类图象。只有当关于微观世界的内在结构在可能世界的模型中得到全部模拟时，原来的波——粒二象性的概念才被一个更具有普遍意义的新的量子态概念所取代。
如果科学语言只具有隐喻的意义，科学理论所描述的是可能世界，那么，物理学家对测量现象的描述，也只是一种隐喻描述，而不是非隐喻的按照字义所理解的描述。这种描述既依赖于观察者的背景知识，也依赖于当时的技术发展的水平。就像格式塔心理学所阐述的那样，同样的图形、同一个对象，不同的观察者会得出不同的结论。在这个意义上，测量与观察不再是纯粹地揭示对象属性的一种再现活动，而是观察者与对象发生相互作用之后，受到测量语境约束的一种生成活动。在这个活动中，就现象本身而言，至少包含有两类信息：一是来自对象自身的信息；二是包括观察者在内的测量系统内部发生相互作用时新生成的信息。
从这个意义上看，微观粒子在测量过程中表现出的波——粒二象性只是一种现象学意义上的相似，而不是微观粒子的真实存在。在大多数情况下，现象还不等于是证据，把现象作为一种证据表述出来，还要受到物理学家的背景知识和社会条件的制约，甚至受到已接受的可能世界的基本理念的制约。按照对理论、真理和测量的这种理解方式，由“波包塌缩”现象所反映的问题，就变成了提醒物理学家有必要对过去所忽视的物理测量过程的各个细节，对宏观与微观之间的过渡环节，进行更细致的理论研究的一个信号，成为进一步推动物理学发展的一个技术性的物理学问题，而不再是观念性的与实在论相矛盾的哲学问题。
玻姆的量子论是试图用非隐喻的字面语言对真实的量子世界进行描述，而现有的量子力学在它的产生初期则是用隐喻的语言对量子世界的一种模拟描述。正是由于理论模型具有的相似性，才使得薛定谔的波动力学与海森堡等人的矩阵力学能够得出完全相同的结果，并最终证明两者在数学上是等价的。在量子力学的语境中，不论是波动图象，还是粒子图象都只是理论与世界之间的现象学意义上的初级相似。在以后的发展中，量子力学所描述的可能世界的预言与真实世界的实验现象相一致的事实说明，当冯诺意曼在希尔伯特空间以量子态为基本概念建立了量子力学的公理化体系之后，这些现象学意义上的相似已经上升到认识论意义上的结构相似，说明量子力学描述的可能世界与真实世界在微观领域内是一致的。这时，以波——粒二象性为基础的隐喻图象被整体论的世界图象所取代。这也许正是物理学家可以在抛开哲学争论的前提下，只注重量子物理学的技术性发展的一个原因所在。而相比之下，玻姆的理论不过是追求传统意义上的非隐喻的字面图象和传统哲学观念的一种理想产物。
在对理论、概念和真理的意义的这种理解方式中，理论与世界之间的一致性关系不是建立在命题与概念的层次上，而是以测量语境为本体，建立在物理模型与真实世界之间从现象学意义上的初级相似到认识论意义上的结构相似的基础之上的。测量语境的本体性，成为我们在认识论意义上承认科学理论是一个信念系统的同时，拒绝后现代主义者把理论理解成是可以随意解读的社会文本的极端观点的根本保证。所以，真理的意义不是取决于词、概念和命题与世界之间的直接符合，而是在于理论整体与世界整体之间在逼真意义上的一致性。由于可能世界与真实世界之间的这种一致性关系在一定程度上是依赖于社会技术条件的动态关系。因此，以一致性为基础的真理是依赖于语境的真理，它永远是一个动态的和可变的概念，而不是静止的和不变的概念。这显然是对“把科学研究的目的理解为是追求真理”这句话的最好解答。
3．从思维方式的变革到语境实在论的基本原理
当我们把对理论、真理和意义的这种理解方式应用于对真实世界的认识时，也可以在测量语境的基础上，对理论进行实在论的解释。所不同的是，这种实在论不再是把科学理论理解成是提供关于世界的某种镜象图景的、以强调语言与命题的真理符合论为基础的那种实在论，而是把科学理论理解成是通过先对世界的模拟，然后，与真实世界趋于一致的、依赖于测量语境的实在论。不同的理论模型和测量语境可以提供对世界的不同描述。但是，通过进一步的观察或实验，我们可以判断哪一个模型能够更好地与世界相一致。在这里，理论模型与世界之间的关系是一种相似关系，而不再是相符合的关系；测量结果与对象之间的关系是在特定条件下的一种境遇性关系，而不再是一种纯粹的再现关系。我们把这种与量子力学的整体性特征相一致的量子实在论称为“语境实在论”。用语境实在论的观点取代传统实在论的观点，必然带来思维方式的根本转变。需要以整体性的语境论的思维观取代传统思维观。这种思维方式的逆转主要通过下列几个方面体现出来：
首先，在本体论意义上，用普遍的本体论的关系论（global-ontological relationalism）的观点取代传统的本体论的原子论（ontological atomism）的观点。承认关系属性或倾向性属性的存在，承认概率的实在性，承认世界中的实体、属性与关系之间的整体性。传统的原子本体论总是把世界理解成是由可以进行任意分割的部分所组成，整体等于部分之和，牛顿力学是这种本体论的一个典型范例；关系本体论则把世界理解成是一个不可分割的整体，整体大于部分之和，量子力学是这种本体论的一个典型范例。与原子本体论中认为实体可以独立地拥有自身的属性所不同，在关系本体论中，实体及其属性总是在一定的关系中体现出来。这里存在着两层关系：一层是实体之间的内在关系属性；另一层是实体固有属性表现的外在关系条件。前者具有潜存性，后者为潜存性向现实性的转变创造了有利条件。 其次，在认识论意义上，用理论模型的隐喻论的观点取论模型的镜象论的观点。传统的模型镜象论观点把理论理解成是命题的集合，命题与概念的指称和意义是由对象决定的，它们的集合构成了对对象的完备描述；而模型隐喻论的观点虽然也认为理论能够以命题的形式表示出来，但是，理论不是命题的集合，而是包含有模仿世界的内在机理的模型集合。理论与世界之间的关系不是传统的相符合关系，而是在一定的语境中，理论描述的可能世界与真实世界之间以相似为基础的一致性关系。理论系统的模型与真实系统之间的相似程度决定理论的逼真性。这样，真理不再是命题与世界之间的符合，而是成为理论的逼真性的一种极限情况。或者说，当理论所描述的可能世界与真实世界相一致的时候，理论的真理才能出现。这是对基本的认识论概念的倒转：传统的逼真性理论是用命题或命题集合的真理作为基本单元，来衡量理论距真理的距离，即理论的逼真度；而现在正好反过来，是通过对逼真性概念的理解来达到对真理的理解。
第三，在方法论意义上，用语义学方法取代传统的认识论方法。在传统的认识论方法中，是用命题的真理或图象与世界之间的逼真度的术语来表达科学实在论的一般论点。然而，这种方法使我们从开始就需要清楚地辨别对一些解释性描述的理解。例如，在相同的研究领域内，我们为什么能够说，一个理论比与它相竞争的另一个理论更逼近真理或更远离真理？对于诸如此类的问题，如果没有一个明确的和可辩护的回答方式，那么，逼真性概念要么是空洞的；要么就是不一致的。结果，对理论的逼真性的论证反而成为对“认识的谬误（epistemic fallacy）”的证明，并在某程度上支持了认识论的怀疑论观点。但是，如果我们在语义学的语境中，通过对逼真性概念的分析与辩护，然后，衍生出理论的真理，对上述问题的理解方式将不会陷入如此的认识论困境。并且从认识论的怀疑论也不会推论出语义学的怀疑论。
第四，在经验的意义上，用现象生成论的测量观取代现象再现论的测量观。所谓现象再现论的测量观是指，把物理测量结果理解成是对对象固有属性的一种再现，测量仪器的使用不会对对象属性的揭示产生实质性的干扰，它扮演着一个单纯意义上的工具角色。理论术语能够对这些观察证据进行精确的表述。观察证据的这种纯粹客观性成为建构与判别理论的逻辑起点；而现象生成论的测量观则认为，测量是对世界的一种透视，测量结果是在对象与测量环境相互作用的过程中生成的。测量结果所表达的经验事实，不是纯粹对世界状态的反映，因为经验事实存在于我们的信念系统之中，而不是独立于观察者的意识或论述之外与世界的纯粹符合，只是在特定的测量语境中的一种相对表现，是相互作用的结果。或者说，测量语境构成了对象属性有可能被认识的必要条件。
所以，理论的逼真度与科学进步之间的联系，应该在经验的意义上来确立。科学进步的记录并不是真命题的积累，而是从模型系统与真实系统之间的相似性出发，用逼真度的概念衡量科学研究纲领接近真理的程度。在这里，相似性不是一个命题，也不是两个世界之间的一种固定不变的关系，而是依赖于语境的一个程度性的概念。它的内容将会随着我们对世界的不断深入的理解而发生变化。所以，科学进步不是真命题积累的问题，而是理论的成功预言与经验事实的函数。
第五，在语义学的意义上，用整体论或依赖于语境的隐喻语言范式取代非隐喻的字面真理范式（literal-truth paradigm）。从17世纪开始，非隐喻的字面真理的范式就已经被科学家广泛地接受为是理想的语言。其动机是期望把理论模型的言语和论证，建立在优美而简洁的数学和几何的基础之上。当时的理性论者和经验论者把科学语言当成是理想的合乎理性的语言，或者说，把科学的经验和知识看成是人类经验和知识的典范。这种观点认为，所有的知识与真实世界之间的关系是根据表征知识的命题方式来讨论的，科学语言与概念的意义由它所表征的世界来确定，它们不仅在本质上具有固有的字义，而且语言本身的字面意义就是使用词语的标准。语言的意义不仅与语言的用法无关，而被认为是客观地对应于世界的各个方面。科学的话语总是关于自然界的现象、内在结构和原因的话语。
然而，在整体论的隐喻语言范式中，理论所讨论的是由科学共同体提出的关于世界的因果结构的信念，知识与真实世界之间的关系是根据可能世界与真实世界之间的相似关系来讨论的。在这里，两个世界之间的相似程度的提高是它们共有属性的函数。在隐喻的意义上，语言与概念的意义是极其模糊的和语境化的，隐喻的表达通常并不直接对应于世界中的实体或事件：即，按照字面的意义理解隐喻的陈述常常是错误的。例如，在理解量子测量现象时，实验已经证明，或者强调使用粒子语言，或者强调波动语言都是失败的。这也是玻尔的互补性原理在量子力学的时期岁月里容易被人们所接受的高明之处。从本文的观点来看，关于微观世界的粒子图象或波动图象只不过是传统思维惯性的一种最显著的表现而已。事实上，这两种图象都只是一种隐喻意义上的图象，而不代表微观世界的真实图象。隐喻与其它非字面的言词是依赖于语境的。正如后期维特根斯所言，语言与概念的意义依赖于活动，使用一个符号的充分必要条件必须包括对活动的描述。
在这种整体论的思维方式的基础上，我们可以把语境实在论的主要观点，总结为下列六个基本原理：
本体论原理：在物理测量的过程中，物理学家所观察到的现象是由不可能被直接观察到的过程因果性地引起的。这些不可能被直接观察到的过程是独立于人心而自在自为地存在着的。
方法论原理：对一个真实过程的理论模型的建构，是对不可能被观察到的真实世界的机理和结构的模拟。对于真实世界而言，它在现象学意义上的表现与它的内在结构或机理在定性的意义上具有一致性。即，理论模型具有经验的适当性。
认识论原理：理论描述的可能世界与真实世界只具有的相似性，它们之间的相似程度是它们具有的共同特性的函数。这些共性是在实验与测量语境中找到的。
语义学原理：在一定的语境中，理论模型与真实系统之间的相似关系决定理论的逼真性。在理想的情况下，真理是理论描述的可能世界逼近真实世界的一种极限。
价值论原理：科学理论的建构在最终意义上总要受到实验证据的制约，科学理论的发展总是向着越来越接近真实世界机理的方向发展的。
伦理学原理：包括人类在内的自然界具有不可分割的整体性，关于人类行为的评价标准应该建立在人与自然的整体性关系上。
4．科学进步的语境生成论模式
探讨科学进步的模式问题一直是科学哲学研究中的重大理论问题之一。不同的学派提出了不同的观点。逻辑实证主义者继承了自培根以来的哲学传统，认为科学的发展在于对经验证实的真命题的积累。理论所包括的真命题越多，它就越逼近真理。波普尔把理论逼近真理的这种性质称为“逼真性”，逼真性的程度称为“逼真度”。他认为，理论是真内容与假内容的统一，理论的逼真度等于理论中的真内容与假内容之差。而真内容由理论中那些得到经验确认的真命题所组成。真命题越多，理论的逼真度就越高。在所有这些观点中，逼真性的主要特性是用命题与事实的符合作为近似真理的基本单元。换言之，是用命题真理的术语来理解理论的逼真性。在这里“符合”没有程度上的差别；逼真性与真理之间的关系是部分与整体之间的关系。这种“符合”或“与事实相符”包含着四个方面的关系：其一，句子的主语与谓词之间处于相互联系的状态；其二，事态（the state of affairs）与主语之间的指称关系；其三，谓词表达与被选择的事态之间的指称关系；其四，说话者所选择的对象与事态之间的相适合关系。[1]
然而，这种以真命题的多少来衡量理论的逼真度的方法，似乎没有办法回答诸如下面的那些问题：如果一个理论最后被证明是与事实不相符，那么，这个理论怎么可能接近真理呢？比如说，在当前的情况下，量子场论还是一个不成熟的理论，它在未来一定会被加以修改，那么，我们能够说，量子场论不如牛顿力学与事实更相符吗？此外，“符合事实”这个概念也会遇到同样的问题：如果某个理论根本就是错误的，我们又怎能说，它与事实符合的更好或更糟呢？也许有些在表面上曾经显示出具有某种逼真性的理论，实际上，它却在根本意义上就是错的。例如，化学中的“燃素说”、物理学中的“地心说”，等等，这些理论都曾经在科学家的实际工作中，起到过积极的作用。但是，后来的发展证明，它们都是错误的假说。另一方面，这种方法还无法解释为什么在前后相继的理论中使用的同一个概念，却具有不同的内涵这样的问题。例如，经典物理学中的质量概念不同于相对论力学中的质量概念；量子力学的中微观粒子概念也比经典物理学中的粒子概念拥有更丰富的内涵。库恩在阐述他的科学进步的范式论模式时，为了避免上述问题的出现，走向了彻底的相对主义。
如果我们用强调理论描述的物理模型与世界之间的相似性比较，取论中包含的真命题的比较来理解理论的逼真性，那么，上述问题就很容易得到解决。在特定的语境中，并存着的相互竞争的理论，分别描绘出几个相互竞争的可能世界，这些可能世界与真实世界之间的相似程度决定理论的逼真性。逼真度越高的理论，将会越客观、越接近于真理。真理是理论的逼真度等于1时的一种极限情况。例如，牛顿力学比伽里略的力学更接近真理的真正理由是，因为牛顿物理学所描绘的世界模型比伽里略物理学所描绘的世界模型与真实世界更相似。而不应该把这个结论替换成是，在每一个方法中通过真命题的计数来使它们与精确地说明真实世界的真命题的总数进行比较后作出的选择。前后相继的理论中所使用的共同概念的意义也是依赖于可能世界的。不同层次的可能世界虽然赋予同一个概念以不同的内涵。但是，由于更深层的可能世界更接近真实世界的内在结构，所以，对为什么同一个概念会有不同内涵的问题就容易理解了。
我们把由理论描绘的可能世界逼近真实世界的过程，以及前后相继的理论之间的更替关系总结为：
前语境阶段——语境确立阶段——语境扩张阶段——语境转换阶段
——新的语境确立阶段……
在科学进步的这个模式中，前语境阶段是指，当科学进入一个新的研究领域时，面对不可能被旧理论所解释的有限数量的实验证据和存在的重要问题，科学家首先是进行大胆的创新和积极地猜测，提出可能与证据相一致的相互竞争的理论或假说。这些理论或假说分别描绘出了相互竞争的各种可能世界的图象。这个时期，科学家在建构理论时，通过模型与现象的比较来约束他们的想象。或者说，他们的富有创造性的想象力是一种意向性的想象，而不是完全随意的想象。这种意向性的信息直接来自不可能被直接观察到的对象本身。科学家在相互竞争的理论中作出选择时，依赖于两个主要的归纳根据：其一，相信任何一个理论模型的建构都是为了尽可能准确地模拟真实世界的结构和机理；其二，依据模型所产生的信念能够作为成为设计新的实验方案的基础，这个实验方案的设计是为了探索世界，和检验模型与它所表征的世界之间的类似程度。在特定领域内和一定的历史条件下，根据一个理论的信念所设计的实验越新颖，在得到应用之后，越能够证明理论的成功性。同时，理论的调整总是向着与新的实验结果相一致的方向进行的。而新的实验结果是由自然界中某种未知的因果机理引起的。
然而，说明的成功（explanatory success）只是理论逼近真理的一个象征或一个结果，或者说，说明的成功只是理论逼近真理的一个必要条件。凡是逼真的理论都必定能够对实验现象作出成功的说明。但是，并不是每一个拥有成功说明的理论都是逼真的理论。在理论的说明中，理论的逼真性与不断增加的成功之间的联系应该是一个认识论问题，而不是一个语义学问题。一个完整的科学理论从产生到成熟通常要经过三个阶段：其一，对现象的描述阶段，这个阶段得到了在经验上恰当的模型。例如，在量子力学之前，玻尔等人提出的各种原子模型；第二个阶段是建立一个理论的说明模型。例如，现有的量子力学的数学形式体系。第三个阶段是为成功的说明模型寻找一种可理解的机理，或者说，对说明模型提供语义学的基础。相对于一个成熟的科学理论而言，现象——模型——机理三者之间的相互关系具有内在的不可分割的整体性。这也就是为什么原子物理学家在理解量子力学的内在机理的问题上没有达成共识时，产生了量子力学的解释问题的原因所在。
在这里，我们所说的模型是指物理模型而不是仅仅指数学模型。物理模型除了包括数学模型之外，还包括理解世界的构成机理的模型。物理模型是为数学模型提供一个语义学基础。例如，分子运动论模型是解释压强公式的语义学基础；场的观点是理解引力理论的语义学基础。所以，物理学中的模型是指真实物理系统的替代物，它既具有解释的作用，也能够把抽象的数学系统翻译为一个可理解的论述。正是在这个意义上，物理学模型是指一个模型簇。由这些模型簇所描绘的可能世界的结构与真实世界的结构之间的相似关系，在选择理论时是很重要的。一方面，它能够使理论在科学实践中被不断地修改和扩展以适应新的现象，而不是静止的和孤立的；另一方面，它使相互竞争的理论之间的选择在科学实践的规则与活动之内自然地得到了求解。这时，被淘汰掉的理论并非必须要被证伪（尽管证伪也是因素之一），而是如同生物进化那样是自然选择的结果。
在这里，把逼真度作为选择理论的标准，与要么强调经验证实，要么强调经验证伪的标准不同，它永远是动态的和依赖于研究语境的概念。它既有助于把淘汰掉的理论中的某些合理化因素进行再语境化，也能够确保科学描述和与此相关的实验技巧与独立于人心的世界之间建立起一种物理联结，从而坚持了存在着一个不可能被观察到的独立于人心的世界的本体论的实在论观点。大体上，衡量可能世界与真实世界之间的结构或机理的相似程度可以通过它们之间的共有属性（或共同特征）来进行。如果用S（A ，B）表示两个世界之间的基本特征的相似关系，用 A∩B表示共有属性，A – B和 B - A表示它们之间的差异，那么，在定性的意义上，这些量之间的关系可以定性地表示为：[1]
S（A ，B）= C1F（A∩B）- C2F（A - B）- C3F（B - A）
这个公式说明，两个世界之间的相似关系是它们的共性与差异的函数。当C1远远大于C2和C3时，两个系统之间的共性将比差异处于更重要的支配地位。其中，三个系数C1、C2和C3 的值是通过实验来确定的。这样，我们就有可能在经验的意义上来研究相似关系。在经验的意义上，如果相互竞争的理论中的某个理论的描述和说明模型能够完全依据当前的实验结果和本体论概念被加以校准，那么，我们就可以认为，这个理论是似真的（plausible）。理论越拟真，它就越逼真。
在一个特定的语境中，当一个理论的说明与理解模型能够完全经得起经验的考验时，科学共同体将认为理论描绘的可能世界与真实世界之间达到了某种一致性。这时，科学的发展进入了语境确立的阶段。这个阶段相当于库恩的常规科学时期或范式形成时期。这时，科学家不仅拥有共同的信念和共同的语言，而且拥有对真实世界的共同图象。他们相信，理论描绘的可能世界代表了真实世界的内在机理；理论描绘的图象就是不可观察的真实世界的图象。为了进一步探索真实世界的精细结构，科学家常常会根据现有理论提供的信念和约定，设计新的实验规划，预言新的实验现象，特别是运用成熟理论中的理论实体进行实验操作，从而形成了一个相对稳定的语境阶段。但是，这个相对稳定的语境边界是非常不确定的。
当科学家把成熟理论所揭示的世界机理作为一个范式和信念的基础，延伸推广到解释其它相关领域的现象时，科学的发展进入到语境的扩张阶段。其中，既包括理论研究的信念与方法的扩张，也包括以它的基本原理为基础的技术与实验的扩张。例如，在牛顿理论确立之后，不论是物理学还是化学家，他们都用牛顿力学的基本思想解释他们所面临的其它领域内的新的实验现象，并且成功地制造出了许多测量仪器；同样，现代技术的崛起和分子生物学、量子化学等学科的产生都是量子力学的基本原理成功应用的结果。所以，语境扩张的过程实际上是已有语境膨胀的过程。当科学共同体在语境扩张的过程中，遇到了与理论信念相矛盾的而且是他们料想不到的实验事实时，他们才有可能开始对理论的信念产生怀疑，这时，理论的应用边界，或者说，语境扩张的边界逐渐地变得明确起来，科学的发展开始进入语境转换阶段。在这个阶段，旧语境的扩张受到了限制，新的语境处于形成与培育当中。新的理论竞争也就随之开始了。随着新理论竞争的开始，科学共同体的信念也在不断地发生着改变，直到一个全新的语境形成为止。
当新的语境确立之后，不仅科学家确立了新的信念，而且他们对问题的求解值域也随之发生了改变。这时，原来前语境中的一些不合理的偏见，在新语境中得到了纠正。在前语境中是真理的理论，在后语境中失去了它的真理性。后语境的形成是伴随着新理论的确立而完成的。由于新语境比旧语境揭示出了更深层次的世界结构或机理。所以，它在理论信念、方法和技术层次的扩张与渗透力将会比旧语境更强、更彻底。这也就是，为什么量子力学的产生所带来的理论、方法与技术革命会比牛顿力学更深刻、更广泛的原因所在。但是，前后语境之间的界线是连续的。这时，就像新理论是对旧理论的一种超越一样，新语境也是对旧语境的一种超越。由于语境的变迁和运动是不断地向着揭示世界的真实机理的方向发展的。因此，在语境中生成的理论也使得科学的发展与进步向着不断地逼近真理的方向进行。本文把科学发展的这种模式称为“语境生成论模式”。
这里包括两个层次的生成，其一，理论的形成与完善是在特定的语境中进行的；其二，科学进步也是在语境的变更中完成的。但是，值得注意的是，强调语境化并不意味着使科学进步成为无规则的游戏。把理论系统放置于特定的语境当中，强调了系统的开放性和连续性。在这个意义上，语境论的事实也是一种客观事实。运用语境论的隐喻思考与模型化方法，不仅能够使科学进步过程中的微观的逻辑结构与宏观的历史背景有机地结合起来，而且能够使基本的内在逻辑的东西在历史的发展中内化到新的语境当中，从而使得语境在自然更替的同时，一方面，完成了理论知识的积累与继承的任务；另一方面，揭示出更深层次的世界机理。所以，语境生成论的科学进步模式既不会像库恩的范式论那样，走向相对主义，也不会像普特南那样，走向多元真理论。科学进步的语境生成论模式，既能够包容相对主义的某些合理成份，又能够坚持实在论的立场。
5．结语
从量子力学的认识论教益中抽象出的语境实在论的观点，是一种具有更广泛的解释力，并且有可能把许多观点有机地融合在一起的实在论观点。它不仅能够赋予量子力学以实在论的解释，而且为解决科学实在论面临的许多责难，理清上世纪末围绕“索卡尔事件”所发生的一场震惊西方学坛的科学大战，[1] 提供了一条可能的思路。法因曾经在《掷骰子游戏：爱因斯坦与量子论》一书中断言“实在论已经死了”。[2] 然而，我们通过对量子力学与实在论的分析，在放弃了传统的真理符合论之后，运用隐喻思考与模型化方法所得出的结论则是，“实在论还活着，而且活的很好”。
[1] D.Bohm and B.J.Hiley， The Unpided Universe: An ontological interpretation of quantum theory， Routledge and Kegan Paul， London (1993).
[1] Jeffrey Alan Barrett， The Quantum Mechanics of Minds and Worlds， Oxford University Press (1999).
[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 136-137.
[1] Jerrold L. Aronson， Rom Harré & Eileen Cornell Way， Realism Rescued: How Scientific progress of possible， Gerald Duckworth & Co.Ltd (1994): 133.
量子力学的定义范文3
关键词： 微磁学 交换作用 经典交换作用
1.引言
在真实的磁化过程中，交换作用能、磁各向异性能和静磁能中任何一项都不能忽略。如果这些能量项作为微扰加入海森堡哈密顿量中，然后用量子力学的方法求解，那就是最为理想的了。但是，实际上即使不附加其他能量项，也必须做粗略的近似才能求解。所以，微磁学应运而生，它没有顾及量子力学，忽略了物质的原子本性，而采用介质的经典物理方法处理问题，这种经典理论是与M（T）的量子理论（忽略了静磁作用）并行发展起来的，它起源于1935年Landau和Lishitz关于两个反方向磁畴间畴壁结构的论文及1940―1941年W.F.Jr.Brwon的几篇论文。Brwon将此经典理论命名为“微磁学”，此理论忽略了原子理论的微观性质，用宏观的观点讨论问题并认为材料是连续的。因而，采用了经典矢量来代替自旋，并且在“连续介质”的极限下，为了使其能与麦克斯韦方程组一起使用，采用了一项经典的能量项来代替量子力学中的交换作用能。本文主要考虑交换作用能经典的代替项，并通过分析，讨论它的适用性与局限性。
2.何为“交换作用”
在顺磁体中，其原子磁矩只与外磁场相互这样。而在铁磁体中情况却不相同，其原子的自旋之间存在着相互作用，每个自旋都力图使其他自旋沿着它的方向取向，自旋间的相互作用来源于自旋的量子力学性质，交换作用没有经典的对应物，是量子力学中电子波函数的重叠引起的。这些自旋之间存在着一种力，这种力试图使所有的自旋平行排列，这就是所谓的交换作用，可以用自旋和自旋之间的交换作用能表示，交换作用能正比于•
ε=-′J
其中，求和符号旁边的分号表示求和时排除i=j，因为能与自旋发生作用，除此之外，此式遍及材料中所有的原子自旋。系数J称为交换积分。系数的正负是这样定义的，如果J为正，则自旋平行取向，如果J为负，则自旋反平行取向，分别意味着铁磁性耦合与反铁磁耦合。
对于交换积分J，目前尚不能根据基本原理计算出，只能假设给出哈密顿量，而J作为一个参量，其数值由理论与某些实验（通常是居里温度）值的比较来确定。
3.“经典”的交换作用
“交换作用”是一种非常“短程”的作用力，它只能在邻，也可能在次近邻自旋之间产生作用，而对较远的自旋没有作用，将自旋算符近似地用经典矢量表示，则交换作用能有〈1〉式给出，如果只能是最邻近自旋之间的J不等于零，则：
ε=-′J•=-JScosφ
其中，φ为自旋和之间的夹角。
可以预期，相邻自旋之间的夹角“总”是很小的，因为交换作用是极短程的作用力，不允许产生大的夹角。当φ很小时。可以假设每个平面上有几个自旋，这些平面相互平行，此时则有：
ε=JSφ
在计算中将所有自旋相互平行的状态作为参考状态，减去参考状态的能量即得到上述表示式。这意味着重新定义了交换作用能的零点。但是，不必担心，只要互相一致，重新定义是合理的。
如图1所示，设为平行于局域自旋方程的单位矢量，在小角度的场合，|φ|≈|-|。需指出，这一定义也意味着平行于磁化强度矢量的局部方向。不仅定义在格点上，而且是一个连续变量，其泰勒级数展开的一级近似为：
|-|=|（•）|
其中，是从格点i到格点j的位置矢径
将〈4〉式代入〈3〉式，则得：
ε=JS•［（•）］
上式中的第二个求和遍及格点i到所有邻近的位置矢径，例如对晶格常数为a的简单立方晶格，需要六个位置矢径S=a（±1，±1，±）求和。对于三种立方晶格很容易求和，计算表明三种立方晶格的表达式相同，只是系数因子不同。
将对i的求和变换为对整个铁磁体求积分，则立方晶体交换作用能的表达式为：
ε=?蘩wd?，w=1/2C［（m）+（m）+（m）］
其中C=c
上式中，a为晶胞棱边的长度，c为常数，其数值对于简单立方，体心立方，面心立方分别为1，2和4。
4.交换作用与“经典”的交换作用
前面已经提到，交换作用没有经典的对应物，是量子力学中电子波函数的重叠引起的。实际的交换能量论即〈1〉式来源于库仑作用，因为它应用了反映pauli不相容原理的行列式。根据pauli不相容原理，两个相同自旋的电子不能处于同一个位置，因此，它们的重叠就比经典电子的重叠小（详情参见文献1），因为交换能量项的主要特征是其积分中包含了对自旋波函数的求和，因自旋波函数是彼此正交的，如果自旋不平行取向，则积分为零。所以，这一项能量实际上表征了两个自旋爬行取向，以及反爬行取向的两个姿态的能量“岔值”，其作用在于力图使自旋彼此平行取向（或者反平行取向，这取决于交换积分的正负）。
但是，在“经典”的交换作用中，恰恰忽略了交换作用最为重要的一点，即电子的自旋波函数，而是以经典的矢量来代替自旋。而这一变化，促使了经典的能量论代替了量子力学的交换作用能，这一变化，使得交换能量的计算显得更加简捷方便，也便于解决目前考虑到量子力学性质时难以解决的问题，比如，对三种立方晶格即（简单立方，体心立方，面心立方）交换作用能的积分，以及对两个反方向磁畴间畴壁结构的求解问题等。
可是，既然经典交换作用已经忽略了物质的原子本性，不以经典矢量来代替自旋。那么，我们在利用经典交换作用解决问题时，就必须忽略它带来的局限性和一些限制。
5.经典交换作用的应用和限制
在上一节中已经提到，经典交换能量式为：
ε=JS•［（•）］
其对三种立方晶格交换作用能的表达式为：
ε=?蘩wd?，w=1/2C［（m）+（m）+（m）］
其中C=c
a为晶胞棱边的长度，c为常数，而对六角密堆晶体，譬如能对Si的体积同样给出〈6〉式，只是系数C不同，其值为：
C=
其中a为最邻近原子间的距离。
对于低对称性的晶体，〈6〉式需做某种修改。不多对于大多数有实际意义的情况，可以认为这一表达式仍然是交换作用的很好近似，比如连续介质的假设是物理真实的很好近似一样。将常数C看作是材料的一个物理参数，其数值可以通过理论计算结果及测量数据的拟合而求得。当然，如果已知交换积分J，那么从理论表达式〈7〉和〈8〉也可求出常数C。
不过，J与温度有关。靠近居里温度T的J值不再适用于微磁学计算，因为微磁学往往适用于室温附近。通常用铁磁共振实验可以较准确地测出交换常数C，对于铁和镍，其数量级C≈2×10erg/cm。
对于解决晶体中磁化强度矢量的方向随空间位置变化的问题〈6〉式给出的交换作用能量是非常有用的工具。假设磁化强度矢量的数值在晶体内处处相同，且等于M（T），再均匀磁化，即晶体各点的磁化强度矢量均平行取向时，磁化强度的微商为零。交换作用能随磁化强度矢量的空间变化率的增大而增加，正如所预期的，交换作用能力图避免磁化强度矢量随位置的急剧变化。
但是，交换作用能的使用是有其限制的，我们绝不能在超出其有效的近似范围去应用它。它主要有以下限制。
5.1与材料是连续的基本假设有关
如果所涉及的任何特征长度都远大于晶胞的尺寸，则材料是连续的，这个假设是合理的。但是，事先并不能完全保证这一点，不过，必须牢记，如果某个微磁学计算中涉及以长度为量纲的参数，只有在这些参数的数值远大于晶格常数是结果才是可信的。
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5.2温度不能太高
将格点上的自旋变为连续变量时，的数值在整个晶体内便自动的变为一个常数。同时实验证实，磁畴中的数值是材料常数M（T），只与温度有关，格点上具有固定自旋的图像对于实际材料并不是一种很好的近似（参见文献1）。下式给出的实验事实
||=M（T）
只有在较大的体积中求平均时才正确，而当涨落足以使从一点到另一点有差别时，在每个点上（9）式就不满足了。因为缺乏更好的模型，微磁学理论仍假设〈6〉式到处成立。因此，这个理论不能应用于居里点附近，因为居里点附近很小的“局部”场都会改变的数值。
同时对此理论来做必要的修改前，不能应用于高温。如果假设尚不清楚，不过已有一些推行此理论的尝试，其中取得重大步骤的是Minnaja（参见文献2），他证明在存在热涨落的情况下，应该用下列交换作用能密度的表达式代替〈6〉式。
w=［（m）+（m）+（m）］
其中，M为矢量的数值，是位置的函数。但是，这一理论仍存在问题，没有用确定值的另一关系式代替（9）式，因而这部分工作尚未完成。另外在“成核问题”（Nucleation）的研究中（9）式是可以忽略的。
5.3这些近似只适用于相邻自旋间“小夹角的情况”
不过，由于交换作用力是极短程的作用力，一般地讲：相邻自旋间的夹角预期是很小的。但是，这一普遍的规则并不排除一些非寻常情况下的例外，譬如在材料拐角处，由于其他能量项的制约磁化强度必须翻转方向，如果以为〈6〉式是严格正确的，那么，形式上自旋夹角的不连续跃变会使交换作用能变为无穷大。因此，不能认为〈6〉式是严格成立的，因为它毕竟是〈2〉式的近似表达式。而自旋跃变时，〈2〉式并不趋于无穷大。〈3〉式总是有限的，而取近似的结果导致无穷大。这意味着这种近似方法不适用此特殊情况，应该采用别的方法进行研究。
6．结语
虽然经典的交换作用的使用存在诸多限制，在应对一些特殊情况时，问题也的确存在。但不可否认的是，对于大多数的问题，目前来说，别无选择，只能采用〈6〉式。对于特殊的问题，我们就需采用一些特殊的技术。因而，在没有找到更好的办法之前，经典的交换作用不失为一种很好的方法。
参考文献：
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［3］钟文定.铁磁学（中）［M］.北京：科学出版社，1998.
量子力学的定义范文4
关键词：量子纠缠；特征关联；认识论；波函数
量子信息研究领域在近几年发展迅速，并获得了诸多突破，推动着计算机和信息通信领域的发展，有非常乐观的应用前景。不同于经典的信息处理方式，量子信息处理利用了粒子的量子力学特性。而量子纠缠理论被认为量子信息处理的重要理论，是区别于经典力学的本质特性[1]。深入认识和理解量子纠缠的构建机制，能够为量子信息领域的理论和技术研究提供全新的思路，为科技哲学的认识论带来深层次的理论依据，为信息思维、能力思维、物质思维和客观世界的复杂性思维提供系统的认识方法。
一、量子纠缠的构建
按照量子纠缠的定义[2]，如果复合系统的纯态不能写成子系统纯态的直积，即，那么这个态为纠缠态，即
式中，表示子系统的基本属性簇；由n个微观粒子子系统组成复合纯态系统
，
其中，为希尔伯特空间的直积态或非纠缠，假设存在
，，…，
使得不成立，那么就称这n个微观粒子之间纠缠。
如果存在n个不同的态，当tt0时，假设这些态之间发生相互作用，形成更大的复合系统Hi，Hi =H1H2×…Hn，这一系统的状态特征可用波函数表征。若无法将独立的状态特征分立出来，那么该表征仅仅是描述复合系统的特征概率。这意味着，若发生纠缠态，则至少存在不少于两个的量子态的叠加，构成一个复合的整体。这种量子纠缠理论说明，发生相互纠缠的量子态之间存在特定的关联作用，当对某一实在进行操作时，与其发生纠缠的其他实在的特征也会发生变化[3]。这种纠缠关联关系不仅呈现某一实在的固有属性，并且描述了纠缠关联的复合系统的整体特征。
物质实在的本体具有特殊性的物理属性，物质本体固有属性的认知过程与物理本体有一定区别。对于微观物质来说，它除了拥有宏观物质的基本特性以外，还具有波动性特征，构成微观物质的双重属性。量子力学中的波函数公设认为：“一个微观粒子的状态可以用波函数来完全描述”[4]。从认识论来看，微观粒子的波函数具有两个维度的涵义：第一，波函数包含了微观粒子的全部状态特征信息，操作波函数的过程就是对微观粒子的现有状态和固有属性的认识过程；第二，操作波函数时，不同波函数所表征出来的特性有所区别，只有对波函数进行多次操作，才能得到微观粒子的全部特征。
大量的实验研究表明，任何实在本体都具备两种基本属性：本体客观存在的直接属性和基于或然存在的间接属性[5]。这两种基本属性共同构成实在本体的特征，可通过波函数进行表述。同样地，复合系统通过纠缠关联建立系统的整体特征，用复合系统的波函数来描述。对于完全独立的多个实在本体所组成的复合系统，可以通过波函数来表征每个实在的属性。当对复合系统进行某种操作后，系统不能将每个实在的属性孤立地表征出来，此时复合系统的整体特征通过纠缠的实在间的关联作用来表征。对纠缠系统某个子系统的操作会使得其他子系统的特征发生变化，表明量子纠缠是一个由本体属性过渡到整体特征的认识过程。
二、量子纠缠的特征关联
量子信息理论的本质属于哲学范畴[6]，对量子纠缠的认识，不光要对实在本体产生全新的认识，也要对实在个体到整体关联运用新的研究思路。
量子纠缠的关联特性凸显了复合系统中原独立实在之间的相互作用关系。狄拉克曾在1931年断言存在理论上的“磁单极子”[7]，但至今仍未找到足够的实证。由单极子组成的磁体所体现的实在，对“磁单极子”本体的认识远远少于由单极子组成的磁体实在的整体特征的认识。也就是说，量子纠缠在整体表象与特征关联的关系上，一方面揭示了实在本体的关联与内在的依存关系，另一方面体现了本体的固有属性。
为了量测相互纠缠的实在之间的关联程度，由此出现了纠缠度的概念[8]。从认识论来看，它界定了局域空间的有限性，不同的实在本体在多个空间形成纠缠关联，从而构建我们的世界观。相互纠缠的实在之间的纠缠度越大，则边界越模糊，局域越稀疏，实在特征属性的描绘就越复杂；反之，纠缠度越小，则边界越明确，局域越紧促，实在特征描绘越简单。量子纠缠是非局域的，是客观实在之间主体介入的间接存在。每个实在本体包含特征信息，利用纠缠操作实现信息的传递。所以说，量子纠缠拥有识别和存储实在本体的特性，体现了对整体关联的认识，代表了统一认识论观点的形成过程，是哲学理论在量子信息科技领域的拓展和延伸。
量子纠缠关联是客观实体最本质的特征，通过这种关联，搭建了实在本体与主观存在之间的关系。从理论技术的角度来说，如果缺少了量子纠缠关联的研究，那么量子通信只会是现代信息理论技术的简单发展。量子纠缠的构建机制与特征关联的研究，向人们展现了经典力学无法描绘的图景，表明微观粒子不存在孤立的特征[9]。深入探究量子纠缠的认识论，挖掘新的认知方法，对人类认知思维的进步具有深刻的意义。
参考文献：
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量子力学的定义范文5
[关键词]量子体系、对称性、守恒定律
一、关于对称性和守恒定律的研究
对称性是自然界最普遍、最重要的特性。近代科学表明，自然界的所有重要的规律均与某种对称性有关，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某种特殊的对称性——所谓“规范对称性”。实际上，对称性的研究日趋深入，已越来越广泛的应用到物理学的各个分支：量子论、高能物理、相对论、原子分子物理、晶体物理、原子核物理，以及化学（分子轨道理论、配位场理论等）、生物（DNA的构型对称性等）和工程技术。
何谓对称性？按照英国《韦氏国际辞典》中的定义：“对称性乃是分界线或中央平面两侧各部分在大小、形状和相对位置的对应性”。这里讲的是人们观察客观事物形体上的最直观特征而形成的认识，也就是所谓的几何对称性。
关于对称性和守恒定律的研究一直是物理学中的一个重要领域，对称性与守恒定律的本质和它们之间的关系一直是人们研究的重要内容。在经典力学中，从牛顿方程出发，在一定条件下可以导出力学量的守恒定律，粗看起来，守恒定律似乎是运动方程的结果．但从本质上来看，守恒定律比运动方程更为基本，因为它表述了自然界的一些普遍法则，支配着自然界的所有过程，制约着不同领域的运动方程．物理学关于对称性探索的一个重要进展是诺特定理的建立，定理指出，如果运动定律在某一变换下具有不变性，必相应地存在一条守恒定律．简言之，物理定律的一种对称性，对应地存在一条守恒定律．经典物理范围内的对称性和守恒定律相联系的诺特定理后来经过推广，在量子力学范围内也成立．在量子力学和粒子物理学中，又引入了一些新的内部自由度,认识了一些新的抽象空间的对称性以及与之相应的守恒定律，这就给解决复杂的微观问题带来好处，尤其现在根据量子体系对称性用群论的方法处理问题，更显优越。
在物理学中，尤其是在理论物理学中，我们所说的对称性指的是体系的拉格朗日量或者哈密顿量在某种变换下的不变性。这些变换一般可分为连续变换、分立变换和对于内禀参量的变换。每一种变换下的不变性，都对应一种守恒律，意味着存在某种不可观测量。例如，时间平移不变性，对应能量守恒，意味着时间的原点不可观测；空间平移评议不变性，对应动量守恒，意味着空间的绝对位置不可观测；空间旋转不变性，对应角动量守恒，意味着空间的绝对方向不可观测，等等。在物理学中对称性与守恒定律占着重要地位,特别是三个普遍的守恒定律——动量、能量、角动量守恒，其重要性是众所周知，并且在工程技术上也得到广泛的应用。因此，为了对守恒定律的物理实质有较深刻的理解，必须研究体系的时空对称性与守恒定律之间的关系。
本文将着重讨论非相对论情形下讨论量子体系的时空对称性与三个守恒定律的关系，并在最后给出一些我们常见的对称变换与守恒定律的简单介绍。
二、对称变换及其性质
一个力学系统的对称性就是它的运动规律的不变性，在经典力学里，运动规律由拉格朗日函数决定，因而时空对称性表现为拉格朗日函数在时空变换下的不变性．在量子力学里，运动规律是薛定谔方程，它决定于系统的哈密顿算符，因此，量子力学系统的对称性表现为哈密顿算符的不变性。
对称变换就是保持体系的哈密顿算符不变的变换．在变换S（例如空间平移、空间转动等）下，体系的任何状态ψ变为ψ（s）。
三、对称变换与守恒量的关系
经典力学中守恒量就是在运动过程中不随时间变化的量，从此考虑过渡到量子力学，当是厄米算符，则表示某个力学量，而
然而,当不是厄米算符,则就不表示力学量.但是，若为连续变换时，我们就很方便的找到了力学量守恒。
设是连续变换，于是可写成为=1+IλF,λ为一无穷小参量，当λ0时，为恒等变换。考虑到除时间反演外，时空对称变换都是幺正变换，所以
（8）式中忽略λ的高阶小量，由上式看到
即F是厄米算符，F称为变换算符的生成元。由此可见，当不是厄米算符时，与某个力学量F相对应。再根据可得
（10）可见F是体系的一个守恒量。
从上面的讨论说明，量子体系的对称性，对应着力学量的守恒，下面具体讨论时空对称性与动量、能量、角动量守恒。
1.空间平移不变性（空间均匀性）与动量守恒。
空间平移不变性就是指体系整体移动δr时，体系的哈密顿算符保持不变．当没有外场时，体系就是具有空间平移不变性。
设体系的坐标自r平移到，那么波函数ψ(r)变换到ψ(s)(r)
2.空间旋转不变性（空间各向同性）与角动量守恒
空间旋转不变性就是指体系整体绕任意轴n旋δφ时，体系的哈密顿算符不变。当体系处于中心对称场或无外场时，体系具有空间旋转不变性。
3.时间平移不变性与能量守恒
时间平移不变性就是指体系作时间平移时，其哈密顿算符不变。当体系处于不变外场或没有外场时，体系的哈密顿算符与时间无关（），体系具有时间平移不变性。
和空间平移讨论类似，时间平移算符δt对波函数的作用就是使体系从态变为时间平移态：
同样，将（27）式的右端在T的领域展开为泰勒级数
量子力学的定义范文6
关键词：应用物理；课程体系；教学内容；优化整合
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0040-02
一、前言
物理学的基本原理渗透在自然科学的各个领域，被称为自然哲学，已成为相关应用技术领域的基础和源泉。应用物理专业是一个以物理学为基础，以“应用物理”为核心和特点，强调将物理学知识与实际应用相结合的专业，以培养既有一定物理理论知识，又有一定实验技能与工程技术的理工复合型人才为目标的专业[1]。可是目前许多高校的应用物理专业的培养目标无法实现，其培养质量令人堪忧，其中最迫切最重要的是应该对应用物理专业课程体系进行大力合理改革，对其传统教学内容进行优化重整。
二、应用物理专业课程体系改革和教学内容的优化重整的必要性和紧迫性
2007年2月17日教育部下发了《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》。其中强调要深化教学内容改革，建立与经济社会发展相适应的课程体系，要根据经济社会发展和科技进步的需要，及时更新教学内容，将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容。要采取各种措施，通过推进学分制、降低必修课比例、加选修课比例、减少课堂讲授时数等，增加学生自主学习的时间和空间，拓宽学生的知识面，提高学生的学习兴趣，完善学生的知识结构，促进学生个性发展。
目前的应用物理课程体系仍然主要由普通物理课程（包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理学）、理论物理课程（包括理论力学、热力学与统计物理学、电动力学、量子力学）以及固体物理学构成。应用物理专业的学生经过高中物理、普通物理和理论物理的学习，发现许多课程内容重复出现，以至于相当一部分人认为没有多大差别，只是所用数学工具不同罢了，“高中用，普物用d，理物用”，这充分反映了应用物理专业主干课程体系和教学内容存在的严重问题[2]。即当今的应用物理专业课程体系和教学内容仍没有跳出传统物理学专业和物理教育专业的框架，课程体系僵化，过分强调“系统化”、“逻辑化”，传统的基础和理论物理课程内容重复而陈旧、占用课时过多。没有体现物理世界的发展性，现代性、统一性以及各学科之间的内在联系、相互交叉、相互渗透。普遍存在“重经典、轻现代、重理论、轻应用”的弊端，反映现代科学和高新技术发展成果的课程和教学内容太少，应用物理专业的“应用”特色体现不明显，学生的科学素养、理论和实际相结合的能力较差，无法实现应用物理专业培养目标[3，4]。
“知识爆炸”时代，科学技术的发展日新月异，其在经济发展进程中的作用越来越大，同时也产生了许多新兴学科。教学内容和课程体系是人才培养目标、培养模式的载体，是教育思想和教育观念的直接体现，是提高人才培养效率和质量的决定性因素[5]。因此培养应用物理专业人才的教学内容和课程体系理应满足新时期科技、经济飞速发展对人才培养的需求，所以改革现有课程体系，优化整合教学内容，提高教学效益已势在必行，刻不容缓。
三、课程体系改革和教学内容优化整合原则
课程体系的设置和教学内容的选取要符合教学规律，符合学生的认知规律，由现象到本质，由简单到复杂，同时注意到自然界是普遍联系的，不人为割裂自然科学的内在联系，理论和原理是经典的，但应用要是现代的，按照“少而精”的原则，对传统教学内容实行量的精选、压缩与质的提高。对现有的普通物理（包括力学、热学、电磁学、原子物理学）和理论物理（包括理论力学、热力学与统计物理学、电动力学、量子力学）进行优化整合，绝不搞简单缩减，重新设置课程体系，并对课程开设顺序和时间做出科学合理的安排，同时注入现代化的教学内容，将近代物理和科技发展的最新成果纳入新的课程体系和教学内容，及时反映科学技术研究的新成果，使学生及时了解学科发展前沿的新成就、新观点、新动向。缩减传统课程门数及学时数，以便增开其它应用物理课程及学时数。
四、课程体系改革思路和优化整合的教学内容
1.力学和理论力学优化整合成力学理论。如今许多应用物理专业第一学期就开设普通物理课程力学，到第五或第六学期再开设理论力学，而理论力学前面相当大一部分是和力学内容重复的，如质点运动学、质点动力学、质点组运动学、质点组力学、刚体力学等内容重复量大，这不仅降低了学生学习新知识的兴趣，且浪费了很大一部分教学课时。同时力学课程要求采用微积分、矢量分析、微分方程等高等数学知识研究处理“变”的物理问题，这和学生刚开始接触高等数学知识相矛盾，教师在授课时不得不降低要求讲解，造成学生后续学习理论性强的理论力学的难度增大，教学效果降低。因此打破原有力学和理论力学界限，将它们优化重组成力学理论课程，删除牛顿力学重复部分，去除相对论部分，将这部分移到电磁理论中讲解，力学理论安排到大学第二学期开设，这时学生们的高等数学工具应用较为熟练，已具备了处理“变”问题的科学思维方法和能力，有利于教学质量的提高。精简、优化整合后的力学理论包括：质点力学、刚体力学、非惯性系力学、振动与波、连续体力学、虚功原理、拉格朗日方程、哈密顿正则方程、哈密顿原理、泊松括号与泊松定理、正则变换、哈密顿-雅可比理论、非线性力学简介。力学理论课程既包括牛顿力学，又包括分析力学，将研究力学问题的方法有机辩证地联系起来，物理概念清晰准确，理论体系简洁明了，兼顾了经典与现代、基础与前沿内容，为后续理论课程的学习构筑了桥梁和基础。
2.热学和热力学与统计物理学优化整合成热物理学。据统计，热力学与统计物理学中的热力学部分和统计物理学部分分别占总内容的46%和54%。热学课程中的热力学定律部分和热力学与统计物理学中热力学部分内容（温度与平衡态、物态方程、热力学第一定律、功、热容量与焓、理想气体、热力学第二定律、熵、卡诺定理等）重复率高达1/3[6]。在分子动理论和经典统计部分也有重复，如麦克斯韦速率分布律和速度分布律、玻耳兹曼分布律、能量按自由度均分定理、气体内的输运过程，所以将热力学部分与热学中的重复部分删除，将这两门课程进行优化整合，可以缩减约1/3的课时。优化整合的主要思想是贯穿从宏观到微观，从单个质点到大数量粒子构成的系统这一线索。在热学部分介绍经典热学、热学最新动态、热学在新科技中的应用，统计物理学部分以系综理论为主线，融宏观与微观理论于一体，立足于微观量子理论，从等几率原理出发，循序渐进地阐明统计物理学理论，运用统计物理学理论导出热力学基本定律，将统计物理学概念与宏观热现象相联系和对应，实现热现象的宏观理论与微观理论的有机融合。优化整合后的热物理学内容包括：热力学第零定律与温度、状态方程、气体分子运动论的基本概念、气体分子热运动速率和能量的统计分布率、气体输运过程、功、热量、热力学第一定律与内能、热力学第二定律与熵、固体和液体、相变、统计物理学基本原理、孤立系统、封闭系统、热力学函数及其应用、气体性质、开放系统、量子统计理论、涨落理论、非平衡态统计物理。
3.电磁学和电动力学优化整合为电磁理论。电磁学和电动力学都是研究电磁场基本性质、运动规律及其与带电物质之间的相互作用。电磁学侧重于电磁现象的实验研究，从对电磁现象的研究中归纳出电磁学的基本规律，而电动力学侧重于理论研究，以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，研究静态、时变态条件下电磁场的空间分布和运动变化规律，以及带电粒子与电磁场的相互作用等问题。考虑到电磁学与电动力学在内容上是相互统一，相互渗透的，可以将它们优化整合成电磁理论课程，将电磁学与电动力学的内容适当贯通，既分层次，又平滑过渡，避免不必要的重复。具体如下：由库仑定律引出电场、电场强度的定义，电通量、高斯定理及场强的计算，由电场力作功的特点引出环路定理、电势、电势的计算；由毕奥-萨伐尔定律引出稳恒磁场的计算、环流和旋度、散度；由电场强度与电势的关系引出真空中的泊松方程与拉普拉斯方程；介绍介质的电磁性质、场与介质的相互作用、静电场边值关系与唯一性定理，运用泊松方程与拉普拉斯方程计算真空与介质中的场强与电荷分布，介绍静电场分离变量法、镜像法；由稳恒电流导出静磁场，由电场中的标势引出矢势、磁标势；对电磁感应、麦克斯韦方程组、电磁波辐射与传播、狭义相对论均单独设章节介绍。对超导、等离子体、巨磁电阻等做简要介绍，丰富理论与实际应用的联系，电路和交流电内容放电工学课程中讲解。
4.原子物理学和量子力学优化整合为近代物理学。原子物理学侧重于原子光谱实验现象的解释、物理思想和物理模型的建立，量子力学是在对原子光谱研究的基础上发展建立起来的理论体系，侧重于微观本质，理论性强。原子物理学的实验研究促进量子力学的不断发展，它们联系紧密，相互促进，其研究对象存在重复，导致目前许多原子物理学教材中的量子力学导论部分内容和量子力学教材存在大量重复，如玻尔氢原子理论、波粒二象性、不确定性原理、波函数及其统计解释、薛定谔方程、平均值计算、氢原子薛定谔方程解、康普顿散射效应、碱金属原子光谱精细结构、塞曼效应等。因此必须对这两门课程进行优化整合，形成新的知识结构体系，其思路是：通过对原子现象的发掘，引出其量子力学的理论本质，同时通过量子力学理论的建立和运用，来研究原子等微观体系的特性。优化整合后的基本内容为：经典物理遇到的困难、玻尔氢原子理论、状态与薛定谔方程、力学量与算符、中心力场、电磁场中粒子的运动、矩阵力学、微扰理论、电子自旋、多电子原子、外场中的原子、多体问题、分子结构和能谱、散射。这样优化整合后课程所需学时会比优化整合前大大减少。
五、整合后专业课程的开设时间安排
根据学生的认知特点和规律、应用物理专业课程之间的关联，优化整合后的课程开设顺序可以这样安排：大学一年级注重增加高等数学教学课时，将高等数学进度尽量前推，大学第二学期开设力学理论、第三学期开设光学和电磁理论，同时开设数学物理方法为后续课程做好准备，第四学期开设近代物理学，第五（或四）学期开设热物理。这样的调整安排能留出更多时间来开设其他应用物理专业课程，有利于学生的就业或继续深造。
六、教学改革的预期效果
1.重构应用物理主干课程体系，避免了基础课程和理论课程教学内容的重复，优化教学内容，缩减课程科目，节省大量课时，将会大大提高教学效率。为应用物理课程的开设、选修课的开设及学生的个性化发展提供了时间条件，突出了应用物理、技术课程的地位和专业特色。
2.为应用物理培养目标的实现，培养合格的应用物理人才提供了可靠保障，课程体系的改革和教学内容的优化重整适应和满足社会发展和科技前沿的需求。教学内容富有现代性，开放性，渗透新的教学内容和思想，使应用物理专业学生在理论与实践技术方面具有复合型的知识结构，为他们今后的创新发展提供坚实基础。
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