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量子力学的发展史范文1
关键词：波粒二象性 理解 认识 量子力学
在近代物理学中，波粒二象性是一个具有极高知名度的词汇。但许多人对其的了解仅限于表面，对其本质概念、意义、诞生、发展的了解程度都不高，本文将于此对这些进行一定程度的介绍说明。
一、波粒二象性的概念
波粒二象性是一种量子力学概念，用于描述一种特殊的物质特征，即物质同时具有波动性和粒子性。最初，这种概念只被用来诠释光的特性，但随着相关研究的不断发展，人们认为所有的微观粒子都具备波粒二象性，该概念的应用和研究领域都得到了极大的拓展。
根据量子力学理论，微观粒子均具有波粒二象性，但在通常情况下往往体现为单一性质。因为当微观粒子体现出波动性时，粒子性会变得不显著，相对的，当微观粒子体现出粒子性时，波动性会变得不显著，两种性质何者体现出来取决于不同的条件。因此，从本质上来看，波粒二象性这种概念也可以看作是在描述微观粒子的这种特殊行为。
如前文所述，波粒二象性最初是爱因斯坦为诠释光的性质问题所提出的，属于光量子学说的一部分。根据该理论，光的构成基础是光子，这是一种光能量子，拥有动能与动量，因此光虽然在宏观上会体现出明显的波动性，但在微观上则是粒子性更为显著，即光具有波粒二象性。这种说法完美地解释了光电效应，因为光电效应中的电子是被光子撞击出去的，而光子带有能量，能量值为光频率与普朗克常数之积（光电效应方程），光子想要击出电子，携带的能量必须达到一定值。根据量子化效应，电子在接受光子能量时只能整份接受，所以光子能否把电子击出取决于每个光子的单份能量，而不是总能量。虽然光强越高，光子数量也就越多，但光强对单份光子的能量并无影响。因此，最终决定光子能否击飞电子的是决定单份光子能量的光子频率，而光子频率同时决定了光的颜色。因为蓝光比红光的频率要高，所以蓝光的单份光子能量更高，这能量会在与电子撞击时整份转移给电子，将电子击飞，由此就引发了光电效应。红光的频率比蓝光低，单份光子能量也低，虽然光强高、光子数量多，但光子均不足以击飞电子，所以无法产生光电效应。
二、波粒二象性的研究发展
1.波粒二象性提出前的相关研究
光是自然界中非常特殊的一种物质，在传统物理的研究中，人们尝试通过光所引发的现象来解析光的本质，但却遭遇了很大的困难与分歧。光既能引发一些只有波才能引发的现象比如折射、反射、散射等，也能引发部分只有粒子才能引发的现象，比如偏振现象、光电效应等。直到爱因斯坦在1905年提出光具有波粒二象性之前，两派物理学家已经为此争论了数百年。在这两派观点中，波动说的理论体系比较完善，能解释绝大多数宏观现象，而且随着横波理论与合成波理论的提出，原本波动性无法解释的偏振现象也得到了解释，因此波动说在历史上相当长的一段时期里都是解释光的性质的主流学说。但该派理论始终无法找到光波载体这种波的最基本要素，所以一直不够完善，光电效应发现后，波动说的根基更是直接被动摇。粒子说的理论体系则相对缺乏完善性，对光的多种宏观波动性现象都缺乏有力的解释，但在波动性理论无法解释的多种现象上，粒子说都可以做出相当完美的诠释。在这种互有优劣的情况下，两派理论被长期争论可以说是理所当然的。
2.波粒二象性的提出
1887年，光电效应被德国物理学家赫兹发现，这种特殊的光效应令波动说与粒子说都陷入了一种尴尬的境地。首先，虽然光的波动说在当时已经成为主流，但波动说完全无法解释光电效应现象。另一方面，一直以来都能解释波动说无法解释的光学现象的粒子说也只能对光电效应做出部分解释，虽然根据粒子说理论，可以认为光电效应中的电子是被光的粒子撞击出去的，但为什么蓝光可以引发光电效应而红光不能，这点连粒子说也无法解释。可以说，光电效应令两派学说同时面临瓶颈。
在这种情况下，普朗克的能量子理论给了爱因斯坦极大的启发，他以此为基础提出了光量子的概念，认为光能量并非连续分布，而是分作无数份彼此集中的，这样一来光就会同时具备波动性和粒子性，即光具有波粒二象性。该理论几乎完美地解释了包括光电效应在内的所有宏观与微观光学现象，引起了物理学界的极大震动，爱因斯坦也凭该理论获得了1921年的诺贝尔奖。
需要注意的是，爱因斯坦虽然提出了光的波粒二象性，但在该理论中，无论是波动性还是粒子性都与经典物理学中的概念有一定的差异。换言之，光作为波的性质不属于经典波，作为粒子的性质也不属于经典粒子。因此，爱因斯坦所提出的波粒二象性更近似于一种概念上的统一，这也是其在量子力学中的应用基础。
3.波粒二象性的研究拓展
光的波粒二象性提出后，作为其基础之一的光电效应方程在1916年得到了实证，此后该概念开始在物理学界得到了广泛的认可，针对其进行的深化和拓展研究也越来越多。在诸多研究成果中，以德布罗意的研究成果最为显赫，他针对波粒二象性理论进行逆向思考，对传统的实物微观粒子进行了重诠释，提出实物微观粒子与光一样具有波粒二象性，这将波粒二象性从光学的理论概念拓展到整个量子力学领域的理论概念，极大地促进了量子力学的发展。
结语：
总体来说，波粒二象性理论为物理学界的发展做出了极大贡献，不仅解释了光的本质，而且奠定了量子力学的基础。但近年来，随着相对论量子力学的进一步发展，该理论也受到了一定的质疑，这会是未来的物理学界极为关注的一个问题。
参考文献：
[1] 黄志洵. 波粒二象性理论的成就与存留问题[J]. 北京广播学院学报（自然科学版），2000（04）
[2] 孔令文. 论述光的波粒二象性[J]. 邯郸师专学报， 2000（03）
量子力学的发展史范文2
关键词：创新能力；思想；科学方法；课堂讨论
在为培养创新人才而实施的研究性教学中，课堂教学仍然占有主导地位，而创新能力的培养则应成为课堂教学的主旋律。在理科的课堂教学中怎样培养大学本科生的创新能力呢?笔者通过自己多年的教学与教学督导实践，提出以下几点思考供各位同仁参考，不当之处，请批评指正。
一、思想是课堂教学的主线
创新是一个民族进步的灵魂。创新人才的基本素质是具有创新意识、创新精神和创新能力。因此培养学生的创新意识、创新精神和创新能力是教学的首要任务。任何一门学科都是人类数千年文化思想发展与继承的结晶，现代科学特点之一是发展神速，呈现了知识量激增和知识更新，新陈代谢加速的形势。以此出发，知识的学习是无穷尽的，学习并掌握一门学科或一堂课的基本内容只是走了一个台阶，而形成这些内容或问题(定义、定律、规律、原理……)的历史背景，提出或解决问题的出发点、观点和方法则是教学中的精髓所在，这些东西能使学生进入一个更新、更高的境界，这也就是我们的先辈早就说过的“与其给人以鱼，不如授人以渔”。正是在此意义上，我们说思想是课堂教学的主线，或者说，思想是课堂教学的龙骨。为此，在课堂中教师要带领学生一道去分析、研究、探索、发现，一道跟随历史发展的足迹去类比、归纳、演绎、综合、假定……在引入新课时，也要从历史发展的角度提出所要讨论问题的实验材料、各种矛盾或困难，可以这样向学生表述：“这就是当时摆在科学大师面前的难题，也是现在呈现在我们面前的问题，请大家和我一道思考。”例如，在物理和化学专业的量子物理(或量子力学)、结构化学课中，电子自旋的本质是一个尚待解决的问题，我们在课堂上对学生说：“自旋的本质至今仍是一个谜，诺贝尔奖的桂冠正等待着勇于攀登者去探索!”正是这种诱导与启发，让学生自己去“发现”与研究问题，能激发学生强烈的兴奋感与探本求源的积极性，这种亲历探究，是让学生真正体验科学魅力的最佳途径。
任何科学的发展都离不开人，任何科学的内涵都有不少有关人的丰富的内容。每一个科学规律，每一个科学发现不仅伴随着这些智者长年累月的艰苦探索，也几乎都伴随着无数次失败或失误，从成功与失误的对比中，更能使学生得到启迪，更利于培育他们的创新精神。英国著名化学家戴维就曾感触至深地说：“我的那些最重要的发现是受到失败的启发而获得的。”为此，要求教师能有机地、恰如其分、不喧宾夺主地结合课程内容阐述科学史。已故北大化学家付鹰教授说得好：“一门科学的历史，是那门科学中最宝贵的一部分，科学只能给我们知识，而历史却能给我们智慧。”因此在理科教学中，我们可以选择一些典型事例(如物理学中热的本质、光的本性、化学中的电离学说……)进行分析，从成功与失误，正确与错误，一个观点或另一个观点的对比中传授知识，引导学生跟踪历史的步伐去探索与判断。在“结构化学”课量子力学基础中讲爱因斯坦关于光量子假设时，我们用几分钟讲了普朗克的悲剧：到19世纪末，经典物理学已发展到了很完善的地步，以至不少物理学家公开声称，物理学的基本定律已被发现完了，剩下的事仅仅是解方程，“玩弄”数字符号罢了。可是随着人们实践的不断发展，经典物理学的天空出现了两朵乌云。其一就是黑体辐射的规律，维恩和瑞利・金斯的理论都只能解释部分现象，如果按照瑞利・金斯公式，在紫外波段能量将发散，这就是艾伦费思特所说的紫外灾难。1900年当时已年过40的普朗克运用内插法将维恩与瑞利・金斯的两个公式结合成一个新的公式，能完全与实验吻合，这就是大名鼎鼎的普朗克公式。在这个公式中他不得不提出一个假设：E=hv――“能量子”，普朗克也因此获1918年诺贝尔物理奖。但是由于传统观念的束缚，他日夜操劳：或者把能量子假设纳入经典理论的轨道，或者寻找回避这一假设的途径。就这样整整花了十五年，力图放弃这一革命的假设。他有一次和儿子散步时，甚至说：“我现在做的事或者毫无贡献，或者可能成为牛顿以后物理学上最大的发现。”就在旧的传统观念禁锢普朗克思想的时候，1905年当时年仅26岁的爱因斯坦，接过并推广了由普朗克提出几乎又被他扼杀的能量子假设，提出了新的“光量子”假设，建立了爱因斯坦的光量子说，同年，爱因斯坦还用能量子假设探讨了固体的比热。可是就在此时，普朗克还认为爱因斯坦“在其思辨中有时可能走得太远了”。普朗克的这个悲剧是发人深省的。
在自然科学的发展史中，人类对真、善、美的追求，文化艺术的熏陶也是激发科学家创新思维的原动力。数学中的一个重要分支――群论，在物理和化学中占有重要的地位，它源于“对称性”这一基本概念，而对称性又源于人类对美的追求。在古希腊、古埃及、我国殷商时期出土的大量文物中，从花鸟虫鱼、飞禽走兽到飞天的，无不呈现为各种各样的对称图案。正是这种对称性，导致了一系列守恒定律，其中由左右对称导致的宇称守恒律，它们都被认为是永恒的颠不可破的绝对真理。至20世纪50年代，在亚原子领域，种种实验表明：θ介子与τ介子具有相同的质量、电荷与寿命，应为同一种κ介子，但在衰变中却显示它们的宇称不相同，与其他实验矛盾，这就是著名的之θ～τ谜。坚信宇称守恒的绝大多数物理学家对此迷惑不解，而深受中国古老文化熏陶的两位年轻的中国科学家李政道、杨振宁，也许受了阴阳太极图的启示，敢于“冒天下之大不韪”，提出在弱相互作用中宇称不守恒及实验验证的建议。可是当时另一位很著名的以理论思维极强、发现错误见长的物理学家泡利却扬言：“我不相信上帝是一个软弱的左撇子，我可以跟任何人打赌，做出来的结果一定是左右对称的。”以中国女科学家吴健雄为首的实验小组证实了这一发现。李、杨因此获1957年度诺贝尔物理学奖。可见，具有一定的文化艺术素养对于理科生也是有益的。事实上，许多著名的科学家都有很好的文化素养，有的甚至可以说是多才多艺。如：爱因斯坦不仅是一位大物理学家，也是一个造诣很深的哲学家，一个很优秀的小提琴手。相对论量子力学的奠基人著名物理学家狄拉克的文学水平很高，杨振宁称赞他的文章是“秋水文章不染尘”，没有一点渣子，他的笔是神来之笔。我国科学家杨振宁、李政道、钱学森、苏步青的文采都令人称羡。因此，在课堂中，结合教学内容花3～5分钟，用三言两语“打侃”，对学生的启迪与激励远远超过知识的传授。
在科学发展的漫长历程中，人们对于自然规律的认识是逐渐深化的，绝对真理少之又少，现今广泛呈现在各学科中的定理、定律或理论都只是相对真理。随着生产力水平与科技水平的提高，这些相对真理或则被，或则会被修改、被完善。因此，在教学中一定要以辩证
的发展的观点讲解这些内容，要讲它们的局限和不足。要使学生不仅对定理、定律不迷信、不僵化，反而有敢于挑刺、敢于质疑的叛逆精神。教师还可结合自己的科研向学生简介自己的构思，引导学生去创造。例如，我们在结构化学中，对阐释分子结构中的两种理论分子轨道理论与价键理论进行了对比分析，指出其不足与发展前景，也简介我们自己的工作。这样不仅破除了大二学生对科研的神秘感，也激起了学生对科学研究的热情。
二、科学方法――培养创新能力的基本途径
科学方法是人们发现真理和改造自然的桥梁与手段。一般地说，科学方法包括归纳、演绎、观察、实验、假定、类比、推断、分类、理想模型、思想实验等方法。在课堂中结合科学史进行科学方法的教育，就不仅可以让学生学到作为知识活动结果的结论，还可以学到如何运用这些科学方法来进行创造，发展科学。
在科学发展史中，运用科学方法进行科学创造，取得重大成果的例子比比皆是。众所周知，抽象的逻辑思维与演绎是数学家发展数学的最基本方法，数学领域的绝大部分辉煌成果都由此而得。类比法是古今中外物理学家最常运用的思维方法，类比使物理学家取得重大突破的例子不胜枚举：库仑定律把静电相互作用与万有引力类比；卢瑟福将原子结构与太阳系进行类比；德布罗意将微观粒子与光子类比；薛定谔将物质波与机械波类比……归纳法是使化学家取得重大发现的主要方法之一，人们熟知的元素周期律就是门捷列夫在分析当时已发现的六十余种化学元素的性质与原子量的关系后归纳得出的。在当代，对有机合成具有重要指导意义的“分子轨道对称守恒原理”也是以大量有机化学实践为基础，正确运用归纳、类比、综合等方法而得出的，这一规律的发现者之霍夫曼因此获1981年诺贝尔奖。在天文学、地学、生命科学等学科中也可举出许多类似的例子。
在教学中，教师不仅要通晓本学科的科学发展史，更要善于精心组织教学内容，运用科学方法进行教学活动。尤为重要的是教师若能在讲授中逻辑思维缜密、推理演绎严格、讲授语言简练准确，娓娓道来、滔滔不绝，这种示范作用将使学生折服，受益终身。我国著名科学家吴有训两支粉笔讲完一堂课的完美形象，使同样是著名科学家的钱伟长在进入耄耋之年后仍念念不忘。
三、课堂讨论――激发创新火花的催化剂
在以学生为主、学习为主的开放式、研究性教学实施时，由教师根据教学内容精心组织适量的课堂讨论，是激发创新火花的催化剂。上世纪中叶以著名物理学家玻尔为首的哥本哈根学派培养了一大批诺贝尔奖获得者，他们以各种形式进行的学术讨论会对科学创造或发现所带来的推动作用是举世闻名的。
量子力学的发展史范文3
【关键词】思想实验科学素养
利用科学发展史知识对于培养学生的科学素养具有重要的意义，如何利用科学史中的有关思想实验史料来培养学生的科学素养是个值得研究的问题，对于思想实验，有些老师往往只重视了思想实验的知识功能，对于其丰富的思想内涵则较少进行挖掘，特别是它对于培养学生科学素养的意义。本文试图对此进行探讨。
1什么是思想实验
根据中国大百科全书可知，思想实验 （thought experiment）是一种按照实验程序设计的并在思维中进行的特殊论证方法。它既不同于真实实验，也有别于形式逻辑的推理。是按照假想的实验手段和步骤，进行思维推理，得出合乎逻辑的结果。在物理学发展的历史过程中伽利略、爱因斯坦等许多科学大师都曾经借助思想实验延伸其理论的触角。
从科学思想实验发展的历史，我们可以看到思想实验主要特点。
1.1 可操作性。思想实验不是实际进行的实验，但是它是按照实验的格式展开的，是可操作的。
1.2 严密的逻辑性。思想实验的操作过程，既是想象自由展开的过程，又是逻辑运动的过程。在这中间，逻辑起着主导作用，它引导、控制着想象，保证想象既是丰富的．又不是胡思乱想。
1.3 高度的创造性。科学家做思想实验的目的，是为了揭示事物内部的规律性。因此其探索是前无先例的，带有高度的创造性。
2什么是科学素养
科学素养（scientific literacy）概念的形成与发展经历了长期的演进过程，并且随着科学技术的发展和变革，概念的含义也将不断变化。本文采用以下观点。科学素养的基本要素包括以下几个方面。
一是科学知识与技能，是人们在科学实践中获得的关于客观世界的各种事物的本质及规律性的认识程度和实际操作本领。
二是科学方法与能力，是人们在认识和改造客观世界的实践中总结出来的，并能在实践中正确运用的思维和行为方式，以及把握事物本质的策略与熟练程度。
三是科学行为与习惯。科学习惯是长期积累和科学行为的定型。
四是科学精神、态度与价值观。科学精神是指人所具有的科学的意识、思维活动和一般心理状态，其中以推动并指引一个人采取决定和行动的科学的原则、信念和标准组成的科学价值观为核心。科学态度则指个体在科学价值观的支配下，对某一对象所持的评论和行为倾向。
我国在制定中学"科学"标准时，认为科学素养还应该涉及科学、技术与社会的关系方面。这些都是科学素养所包含的重要内容。
3利用思想实验培养学生的科学素养的途径
思想实验可以对所研究的过程设想出真实实验暂时不可能或原则上不可能达到的实验条件，进行逻辑论证。在这个过程中，不仅包含有丰富的科学知识与技能，体现了物理学研究事物的方式与方法，而且也蕴含着人类认识事物，研究事物时所伴随的丰富的科学精神和人文精神。这些对于提高学生的科学素养都是具有重要意义的，都是值得挖掘与充分利用的。
3.1 挖掘科学史中思想实验提高学生科学素养
伽利略是第一位思想实验大师，他重视实验对理论的检验作用，但由于外部环境的恶劣、实验条件的简陋以及哲学思想的影响，因此思想实验是一个常用的方法，并依此获得许多重要的发现与结论。
重力作用下的落体运动在伽利略的力学中占据着中心位置，他在关于落体运动的讨论中仍然运用了他早先提出的"落体佯谬"，对亚里士多德的落体定律提出诘难，然后逐步显示出他的研究的全部丰富内容，在这个思想实验中，他已把早先所说的密度相同而大小不同的物体改变成重量不同的物体。对话是这样进行的：
"如果让两块石头（其中之一的重量十倍于另一块的重量）同时从比如说100腕尺高处落下，那么这两块石头下落的速率便会不同，那较重的石块落到地面时，另一块石头只不过下落了10腕尺。"
"如果我们取天然速率不同的两个物体，显而易见，如果把那两个物体连接在一起，速率较大的那个物体将会因受到速率较小物体的影响其速率要减慢一些，而速率较小的物体将因受到速率较大的物体的影响其速率要快一些。……但是，如果这是对的话，并假定一块大石头以8的速率运动，而一块较小的石块以4的速率运动，那么把二者连在一起，这两块石头将以小于8的速率运动；但两块连在一起的石头当然比先前以8的速率运动的更重。可见，较重的物体反而比较轻的物体运动的慢，而这个效应同你的设想是相反的。"
这个佯谬不仅揭示了亚里士多德理论的破绽和逻辑混乱，同时也表明了，运用这种思想实验的推理法，比起永远可能被人挑剔的真实实验，有时会更有说服力的一个包含着错误的理论。
在这个过程中，不仅说明了重力作用下的落体运动规律，而且体现了物理学研究问题的方法，如认真观察现象，提出要研究的问题，并对问题提出猜想与假设，然后进行论证。更蕴含了丰富的科学精神与科学态度，对于前人的观点不是盲目的接受，而是具有怀疑精神，敢于提出问题，实事求是地面对科学并勇于坚持。这些都是科学素养的范畴，因此，从物理学的重大发现中吸取营养，对提高学生的科学素养是大有裨益的。
3.2利用物理学方法中的思想实验提高学生科学素养
如果所设想的条件是完全理想化的，如绝对真空、绝对光滑等，在这种条件下所进行的论证称为理想实验法，它是思想实验的一种重要形式。
这一部分在中学的物理教学中涉及的知识很多。如牛顿运动定律等。真正代表近代科学方法论精神的伽利略与牛顿。伽利略最先倡导并实践了实验加数学的方法，但是他所谓的实验并不是培根意义上的观察实验，而是理想化实验。地球上的任何力学实验都不能避免摩擦力的影响，但是认识基本的力学规律，又要从观念上排除这种摩擦力，这就需要全新的概念体系来支撑将做得实验，包括设计、实施和解释实验结果，只有这种理想化的实验才可能与数学处理相配套。伽利略的研究程序可以分为三个阶段：直观分解、数学演绎、实验证明。牛顿在吸收前人经验的基础上做了进一步完善，牛顿的方法可以称之为"归纳-演绎"法，并且认为演绎的结果必须重新诉诸实验确证。牛顿运动定律就是这些过程的直接结果。
牛顿运动定律不仅内容上说明了自然界的重要定律，他的研究方法、研究思想同样也具有重要的价值。它是以观察和实验中了解到的资料作为出发点，把自然现象合理简化并建立起恰当的物理模型；运用思想实验，即在绝对简化理想条件下，运用思维中的逻辑演绎推理导出某种科学结论，再去接受科学实践的检验的过程。
从这个研究的过程本身我们可以发现其中不仅包括科学知识，而且还涉及一种比较完善的物理学的研究方法，这对后人进行进一步的研究具有重要的借鉴意义。发现过程本身也暗含了牛顿对于科学的浓厚兴趣和科学探究的整个过程。这些都是培养科学素养的重要素材，应该给予充分利用。
3.3利用现代物理学研究中的思想实验部分提高学生科学素养
新课程强调科学与社会，技术的联系，必须看到，现代科技已经逐渐渗透到了我们生活的方方面面，因此需要学生对于现代物理学有些初步的认识。如中学物理课本加入了关于爱因斯坦的相对论和一些量子力学的简单介绍。但是现代物理学的研究，无论在微观还是宏观上越来越多地进入了不能完全直接靠实验证实或证伪的领域。相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，其中都包含有丰富思想实验的部分。
1961年诺贝尔物理学奖获得者美国物理学家霍夫斯塔斯曾说过："我相信任何一个喜欢自然的人都应该学习量子力学，并不是他的数学而是他的思想"。进入21世纪，无论是中学生或者是全体公民都应该不同程度的知道一点什么是量子力学，量子力学的基本概念，基本思想，量子力学有什么作用，已经起到了什么作用，这些都是很必要的。
使学生能了解科学与技术的区别与联系，初步认识科学推动技术进步、技术又促进科学发展的相互关系，初步认识社会需求是科学技术发展的强大动力等科学、技术与社会的关系。同时能使学生增长见识，激起学生的好奇心，培养科学精神。这也是培养学生科学素养的一个重要方面。
4进行思想实验教学时的注意事项
4．1 处理好思想实验与真实实验的关系
思想实验是一种理性的思维活动。但不是脱离实际的主观臆想，而是以实践为基础．按照实验的格式操作展开，对实际过程做出更深入一层的抽象分析，其推理过程是以一定的逻辑法则为根据的。而这些逻辑法则，都是从长期的社会实践中总结出来且为实践所证实了的。
思想实验和真实实验又是紧密联系和互补的。科学中的理论、规律是从大量实验事实中总结概括出来的，科学中的假设、争论也有赖于真实实验的验证。
有时两者往往密不可分地穿插在一起，真实实验为思想实验提供经验材料，思想实验对经验材料进行理性加工，并为真实实验提供理论指导。从伽利略发现落体定律和惯性定律的活动中，可以明显地看到这一点。
4．2不能忽略物理学史中被证实为错误的思想实验
在科学研究中，通过再多的科学实验都不能完全证实一个理论，这是归纳法的本质所决定的，但是一个否定例证就足以证伪一个理论。在物理学的思想实验中，有的已被否定，但不能因此就贬低它的作用，那些被证伪的思想实验往往是一个新理论产生的重要基石，如伽利略在给出著名的"落体佯谬"的最初说法时，他所说的是同样材料而不同大小的物体，并非指所有的物体，其前提是错误的，结论也是有局限性的，但是他的过程本身是非常有意义的，为他后来得出普遍的结论提供了重要的基础。这些过程都是需要进一步挖掘的，这样才能让学生明白科学研究的真实过程，对于培养学生的科学素养是具有丰富的教育意义的。
4．3 思想实验是一种相对独立的科学方法
在科学研究中，思想实验能够成为一种不替代的科学方法，是由于思想实验以其科学思维的严密性、精确性补充了真实实验的不足。比如，验证广义相对论的某些实验条件，或者某些条件在任何时代都不能被满足，比如，验证牛顿第一定律所需要的无摩擦力的平面。但是，这些条件在逻辑上是可以实现的，这样，人们可以避开实际的技术困难。在思维中把这些条件制作出来，或者对现在条件进行理想化抽象，在想象中实现这些条件。进而在头脑中展开类似于真实实验的"仿真"过程，推断被研究事物的内部规律。
必须看到，思想实验中包含有丰富的思想内涵，有利于进行积极的科学文化教育，而且思想实验作为一种科学方法将在更广阔的领域中应用。
参考文献
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［5］查有梁等．物理教学论［M］广西：广西教育出版社，1997
量子力学的发展史范文4
浩瀚的宇宙，神秘的地球，在《时间简史》之后，一个个揭开了神秘的面纱。
斯蒂芬·霍金，《时间简史》的作者。他面对困难，没有恐惧，战胜疾病，创造奇迹。他让我们知道缺陷不是成功的障碍，他用他的一生来实现他的诺言，他为热爱着的科奋斗一生。我们可以说，霍金是20世纪最伟大的物理学家。
拿着这个沉重的，装满了知识的书，我仔细地看着它。首先映入眼帘的，是一个大钟表，椭圆形的表盘，中间凹得很深，无尽的时间应该是它的代表。我原以为这本世界闻名的科普书会枯燥乏味，也许还会有点费力，但现在我不得不改变自己的想法了。
霍金先生把复杂难懂的句子变成幽默的语言，帮助你快速理解宇宙的知识和奥秘。
我深深地记得霍金先生的名言，那就是“人如果没有梦想，无异于死掉”。是的，霍金先生被限制在轮椅上多年，但他的思想仍然活跃。它飞出地球，飞出太阳系，飞出银河系，甚至飞进上百亿光年之外的宇宙深处。
霍金先生以各种各样的原因来避免外界的干扰，经常在自己的房间里独自思考宇宙的命运。他可以为他的梦想和事业做出任何牺牲和放弃，他现在所享有的辉煌成就，不是用汗水和心血换来的吗？
读完这本书，让我开阔了视野，我现在发现我只有一些知识是多么的渺小。它让我爱上了神秘的宇宙，感受到了科学的魅力。科学就是力量，进入21世纪，我们将如何加强国力，发展经济，使中国在东方站稳脚跟？答案是科学。
关于霍金《时间简史》读书笔记范文
其实初读《时光简史》只是因为它是霍金的著作，只是为了在闲暇之余与朋友之间有一点谈资罢了，不得不说这样的科学著作实在难懂，相比我的张爱玲，三毛，刘墉来说却是枯燥了一些，但它仍深深的吸引了我。将我引向了充满幻想的未来。
说它单调是因为它没有平平仄仄的语调，没有风花雪月的场景，没有催人泪写的辞藻，但他，却拥有极严谨的的探索科学的态度，以一种严谨的口吻向我们叙述着蔚蓝的宇宙，神秘的黑洞。爸爸不止一次的提醒我说我再也看不懂这么深奥的著作，开始我还不以为然，渐渐的我发现我只能读懂其中一点，而绝大部分仍是懵懵懂懂。
斯蒂芬·威廉·霍金，一个极平凡的人，他因为在21岁时不幸患上了会使肌肉萎缩的卢伽雷氏症，所以被禁锢在轮椅上，只有三根手指可以活动。1985年，因患肺炎做了穿气管手术，彻底被剥夺了说话的功能，演讲和问答只能通过语音合成器来完成。但他的智慧弥补了先天的不足，轮椅上的他还是可爱的，值得我敬佩的。30岁，他考查黑洞附近的量子效应，发现黑洞会像黑体一样发出辐射，其辐射的温度和黑洞质量成反比，这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小，而温度却越变越高，最后以爆炸而告终。黑洞辐射的发现具有极其基本的意义，它将引力、量子力学和统计力学统一在一起。
霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才，也因为他是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。患有肌肉萎缩性侧索硬化症的他，几乎全身瘫痪，不能发音。但他仍出版了《时间简史》，成为全球最畅销的科普著作之一。对于这本书我实在做不出自己的评价，因为，可能在之后的几年，我才能读懂这本书，可是我能感受到这字里行间的一份坚持，一份严谨，甚至一份心酸。
其实更多的我将这本书当作科幻小说来看，书里就是一个未知的世界，《时间简史》中，霍金念念不忘的就是大统一理论，这是爱因斯坦未尽的梦想。霍金在本书中坦言，不能用单独的美妙的公式描述和预测宇宙的每一件事情，因为量子理论的测不准原理决定了宇宙是不确定性和确定性统一的。在本书中，霍金通过地图模型来说明宇宙的多样性可能需要一组理论来进行描述。
《时间简史》是为想更多了解霍金教授生命及其学说的读者而编的。该书以睿智真挚的私人访谈形式，叙述了霍金教授的生平历程和研究工作，展现了在巨大的理论架构后面真实的人性。该书本来就不是一部寻常的口述历史，而是对二十世纪人类最伟大的头脑之一的极为感人又迷人的画像和描述。对于非专业读者，本书无疑是他们绞尽脑汁都无法真正理解的，只能当科幻小说看。《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》，是由霍金所写文章和演讲稿共13篇结集而成。讨论了虚拟空间、有黑洞引起的婴儿宇宙的诞生以及科学家寻求完全统一理论的努力，并对自由意志、生活价值和人的生存方式及进化原理作出了独到的见解。
读读它吧探索一个未知的世界！
这个暑假，读完了《时间简史》，我才知道自己在这个物理学大师面前是有多么的渺小，斯蒂芬霍金。大师带给我们的，是物理学的精华，根据他的文字，我有一些自己的想法。
首先是书里面提到的思想，这种思想对于现代物理学的进步有重大的意义，既将经典广义相对论与量子理论的结合。现代物理学近百年的发展史来看，许多人都在做类似的尝试，包括爱因斯坦他自己也在做与量子理论相和谐的相对论的延伸理论，不过他知难而退了，最后他把目光又放在了宇宙常数上，这是这个天才的失败之处。不少人为了量子理论和相对论的和谐，做了许多边缘学科，但我个人认为，都不如霍金大师做的那么彻底——量子引力论，量子是物质粒子的非连续运动，而所有的量子困惑都起源于这种非连续运动。量子理论与引力的结合，即量子引力理论，目前还处于研究阶段。这种理论的历史说来话长，著名的广义相对论家彭罗斯在昌德拉塞卡解出Dirac方程后，和霍金一道证明了黑洞的面积定理，随后霍金做出了黑洞热辐射定理，既从黑洞面积的非减性能让人自然而然的想起叫做熵的物理量，黑洞处也具有熵的特性。
从数学角度来看，不管量子引力论是不是大统一理论，但它有它的意义，对物理学有很好的影响。
霍金对于时间箭头的描述十分有趣，让我不禁想起曾经寻根究底的哲学与科学理论齐头并进的时代，但是现在科学对于哲学家来说，太具有数学化了，使得维特根斯坦都说：哲学只剩下了分析语言了。
这几天看了一本书，但说实话确实没看懂多少，不过我还是努力地把每一段话一遍又一遍地读，还算有一点点收获，当我把《时间简史》看了两章后，感触最深的有两点：一、现代物理学似乎比古希腊神话、比宙斯、耶和华、盘古更具有传奇色彩，它颠覆了许多所谓的常识，我终于明白了一点：物理学家似乎比神更伟大，因为他告诉我们许多不可能的事都是真的。
量子力学的发展史范文5
关键词 相对论；经典物理学；影响
中图分类号 O2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0044-01
在人类物理学发展的进程中，有一群巨星照耀着我们前进的方向，他们或是坚毅不屈，或是执着不悔，或是以自己不可磨灭的热情来创建人类进程中不可预料的辉煌，而在这一群闪亮的星星中，两颗耀眼的巨星始终让人无法忽视他们的存在。熠熠生辉的群星是我们前进路上的明灯，这其中就有两颗巨星始终闪耀着自己的光芒，他们就是牛顿和爱因斯坦。
1 牛顿对于经典物理学的影响
牛顿在经典物理学的多个领域都做出过不可估量的贡献，他曾提出相对所谓经典力学，也就是指研究在低速情况下宏观物体的机械运动所遵循的规律的力学。经典力学的重要部分是什么呢？根据经典物理学发展史来说，其重要的组成部分是牛顿运动定律，也可以说是与牛顿定律有关的并且与其等价的其他力学原理，这些原理同样也是经典力学的基本定律。除此之外，他的一生中对于物理学的发展还做出了无数的、后人无法企及的贡献。牛顿可谓是经典物理学发展史中的中流砥柱。
2 爱因斯坦的成就
无独有偶，爱因斯坦对于近代科学发展进程的推进作用也是里程碑式的。1905年，爱因斯坦提出了三项都具有划时代意义的理论――光量子假说，因此而获得1921年诺贝尔奖，并且提出了狭义相对论、布朗运动的统计性解释，并由此引出的验证性实验的结果使得当时并不相信原子是真实的几位大科学家都转而相
信了。
他最大的成就有三点：1）从物理学发展的意义上说的，提出了以相对论为代表的新的物理哲学体系，以及由此引发的两大理论物理学派的论战；2）他发现的光电效应方程；3）他在维护世界和平方面做出的贡献.爱因斯坦为了反对核武器，他还主动退出核物理研究领域。
其中，相对论对于经典物理学产生了不可忽视的影响。那么，相对论究竟是什么呢？它主要应用于哪些方面呢？相对论又是怎样对于经典物理学产生不可忽视的影响了呢？笔者认为，以上的问题可以从相对论对于经典力学的利与弊的角度来阐述。
3 相对论对经典力学的利与弊
相对论是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，相对论根据本身的研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了近代物理学的基础。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”“四维时空”“弯曲时空”等全新的概念。不过近年来，人们对于物理理论的分类有了一种新的认识――以其理论是否决定论的来划分经典与非经典的物理学，即“非经典的=量子的”。在这个意义下，相对论仍然是一种经典的理论。
经典物理学与相对论之间的关系主要是任何两者或者多者的关系中，很难存在一拍即合或者配合的天衣无缝的情r，大多都是各个元素或者成员之间经过长时间的相互磨合才会使得一个团队或者一断关系能够长时间的保持顺畅的、和谐的相处方式。与此对应的，相对论和经典物理学的关系也未能幸免，经典物理学与相对论的关系中，矛盾性是不可忽视的一个重要的特点。
需要说明的是，经典物理学与相对论之间的矛盾是多方面的。比如，如果以经典物理学的视角来分析时间与空间的话，那么时间与空间是绝对的。但是矛盾恰恰就在此，如果以相对论的视角来看待两者的话，那么时间与空间就是相对的。除此之外，还有很多的情况是经典物理学无法解释的，那么，在这种情况下，就需要运用相对论来解决问题了，比如物体高速运动时的情况。由此可见，相对论对于经典物理学起到了辅助补充的作用，大大地弥补了经典物理学中存在的缺陷，完成了经典物理学无法解析的问题。但是，在此需要特别的说明的是，相对论并不会经典物理学，正如上述例子一样，对于经典物理学来说，相对论更多的是起到了补充开拓的作用，明确了经典物理学的适用范围，即低俗、宏观的物理世界，在高速围观的世界里对于经典物理学所不能达到的领域进行补充与加强。
牛顿经典力学认为质量和能量各自独立存在，并且提出了牛顿定律，但是，这一定律却使得狭义相对论面临巨大的挑战，即任何空间位置的任何物体都要受到力的作用。就在这个时候，为了解决这个问题，爱因斯坦提出了广义相对论。
爱因斯坦广义相对论认为，质量和能量各自独立存在，且各自守恒，它只适用于物体运动速度远小于光速的范围。
经典力学也是有其局限性的。1543年，波兰的哥白尼发表了《天体运行论》，提出了“日心说”，指出“地心说”是错误的，认识到了地球和其它行星都围绕太阳运动。经典力学以严格的数学方法和逻辑体系统一了宇宙间的运动，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。经典力学又经历了17、18、19世纪的进一步完善。在逻辑上和形式上都进一步优美，日臻完善。
众多的实验结果表明：不存在以太，光速不受地球运动影响，是一个常量。这使得经典力学的预言失败，有力地证明了麦克斯韦的电磁学理论。看似百家争鸣的学术繁华现象并没有解决实际的额问题，相对的，反而使得物理学陷入了混乱之中。众所周知，狭义相对论与经典力学是极其相似的，两者均是低速情况下物体运动的适用理论，而在高速（特别是接近光速）的情况下，经典力学的不足之处也就体现出来了，他就不再适用，取而代之的是狭义相对论；第二是光速不变原理。在任意一个惯性系中，光速都为c，这就引出了关于同时性的相对性。由于光速是有限的，光从A地传播到B地需要一定时间，因此，在一个参考系中是同时发生的两件事件，在另一个参考系看来就不再是同时的了。每个参考系都有自己的时间，这一观点改变了千百年来人们头脑中的时间观念。相对论与经典力学是存在区别与联系的。具体的可以这样总结来看：经典力学是狭义相对论在低速（v
纵观人类科学发展史，任何一种理论，只要它能符合严密的逻辑，并且能合理地解释已发现的实验现象，还能够成功地预言尚未发现的现象并最终被实验所证实。那么，这个理论就不可能是完全错误的。但是它也绝不可能是完美的。因为它永远只是自然界的客观规律在某些特定条件、特定适用范围内的近似形式。也正因此，自然界是可以被认识的，但认识是永无止境的。
由此可见，相对论对于经典物理学的影响并不是但看一方面就能下结论的，相对论对于经典物理学的利弊，笔者看来，两者都是科学发展的产物，二者相辅相成，对于人类科学发展都是不可或缺的。
量子力学的发展史范文6
关于最新实用时间简史读后感范文 人生观、价值观、世界观是一个成熟的人需要建立的三观，人生观是让人知道这辈子怎么活，价值观是认为什么才是珍贵的，世界观是知道这个世界是怎样的。宇宙观就是这个宇宙是怎么样的，是世界观中很重要的一部分。身处琐碎繁杂的日常，不断奔赴生活目标，我们中有的人也许建立的世界观是“我们的人类社会是什么样的”、“我们的星球和可看见的天空是怎么样的”……但是我们目力可见范围之外的宇宙是怎么样的、我们感知不到的时间的本质是什么、我们身处的宇宙的来龙去脉是什么等等问题，是我们日常很少去思考的，因为不可触及，然而这些是真实的存在。
最近我读了斯蒂芬·霍金的著作《时间简史》，作者是一个在科学和医学上的奇迹人物，是宇宙创生理论的创立者和集大成者。而这是一本让包括青少年在内的所有人都能理解的宇宙学著作，其主题是人类时空观和宇宙观的变革。本书按照科学理论中有关宇宙的认识从古到今的发展顺序，对主要的宇宙认识论变革理论进行重点阐述，如牛顿的力学理论、空间相对性、爱因斯坦狭义相对论、广义相对论、时间和空间的弯曲性质、宇宙大爆炸的发生、黑洞的性质、时间旅行的可能性、量子力学、弦理论、宇宙统一理论等。全书没有纯物理理论公式和数学上的技术性强的论证细节，但是其所带来的人类对时空和宇宙观念的变革却让我对我们身处的这个世界有了崭新的认识。
《时间简史》是一部论述当代物理学一些最艰深问题的成功著作，而普及版汲取其精髓，焦点论述了《时间简史》中的重大基本问题：关于宇宙我们究竟知道了什么？我们如何知道这一切？宇宙从何处来、向何处去？宇宙运行的规则是什么？这些看起来像是哲学所研究的问题。诚然，包括霍金在内的整个人类还没有找到终极答案，但通过梳理几千年来的科学理论，讲述了人类在这些终极问题上不倦追求答案的历史，读起来感觉就像是读了一本物理科学和哲学不断融合、发展、相互促成、走向统一的著作。
很久以前的人，因交通和通讯的不发达，对于外部世界的问题是“山那边是什么？”，梦想翻过阻碍眼前的大山去探索山那边未知的世界。今天我们这个时代已经可以翻过地球上所有的山，每个人的故乡和这个地球上最远的地方皆能朝发夕至，全人类新的问题是“我看不见的星空之外是什么、有没有与我们一样或者不一样的生命存在？我如何能够去到那遥远的星球？”这个时代的“山”就是我们看不见、去不到的外太空，了解今时今日所处宇宙的前沿发展理论所带来的宇宙观变革有利于我们知道“山那边是什么”，发现未知是我们人类孜孜不倦追逐的永恒话题。
读《时间简史》，填补了我原来空白的宇宙观，把我的视野从可见可触及的现实世界抽象到了遥远的外太空，让我对身处的时空有了新的理解——空间是相对的，时间也不是绝对的，每个个体都有属于自己的时间测度，我们的宇宙来源于一个无限小的时空奇点，产生于一个大爆炸时刻，还不断在膨胀中并将有一个终点，宇宙中存在着为数众多能量巨大的黑洞，允许时间旅行的虫洞也许真的存在，因为不确定性原理人类理解和预言宇宙的能力仍然有限，宇宙统一理论有待人类进一步探索，等等。霍金曾说他的目标很简单，就是完全的理解周围的世界和我们的存在。说起来很简单，却是一件举全人类之力仍然没能完全解答的一个问题。
有人说“科学对于公众来说，确实犯下了过于深奥的罪孽。”为此，很多人因为对物理学和宇宙学的晦涩艰深、并于生活日常毫无用处而不肯落力去读这类书，更因其是学界大“著作”而敬而远之，听到谁读《时间简史》就视其为难以企及的物理怪咖学霸，读不懂这本书的物理学博士也大有人在。
但是科学技术的真正意义在于帮助我们理解世界、改造世界，而《时间简史（普及版）》这本书读起来如此易于理解，它使得“几乎所有识字的人都可以谈论黑洞、大爆炸、平行宇宙和暴涨。”这本书全书只有一个公式，没有复杂的推理演算，没有听不懂的假设证明，用贴近生活的事物举例讲解遥远抽象的宇宙运行哲学。作为一个文科生、中学上物理课听不懂的人来说，今天能读懂这本书，皆因为科学技术的发展普及让我们更能理解今时今日的世界，同时感叹霍金先生深入浅出的理论讲述水平。
如今，霍金先生已逝，社会各界都痛惜这位伟大科学家的离去，肯定霍金对科学对人类的贡献。很多人知道他如何与身体疾病战斗一生，如何身残志坚、性格幽默，但我想我们更应该知道霍金先生的理论是什么、对人类的贡献如何，当我们谈论霍金，应该明确的知道我们在谈论什么。因为，爱科学的唯一途径就是真正地理解并学习它。学习、传播和探索他为之奋斗终生的科学理论，才是新时代青年谈论和崇拜科学家、热爱科学的正确打开方式。
关于最新实用时间简史读后感范文 浩瀚的宇宙、神秘的地球，一切都在《时间简史》后，一一揭开神秘的面纱。
史蒂芬·霍金——《时间简史》的作者，他面对困难，毫不畏惧，战胜疾病，创造出奇迹，是他让我们知道了残疾并非是成功的障碍，他用他的生命践行了他的诺言，为他热爱的科学事业而奋斗终生，我们可以毫不夸张的说，他是20世纪最为伟大的物理学家！
捧着这本沉甸甸，装载着千千万万知识的书，我细细的端详着它。首先映入眼帘的，是一只大大的钟表，椭圆形的表盘，中间深深地凹下去，永无止境的时间应该就是它的代表吧。我曾猜测，这本闻名于世的科普巨著，应枯乏无味，可能还会有些吃力，但现在，我不得不改变自己的想法了。
霍金先生将复杂到令人难以理解的句子转化为幽默的语言来助你快速理解宇宙的知识与奥秘，读起来生动有趣，有种急于想满足自己的好奇心与知识的渴求。
霍金先生的一句名言，我深深的记在心中：“人如果没有梦想，无异于死掉。”是呀，虽然霍金先生长年被禁锢在轮椅上，但是他的思维却还是活跃的，它飞出了地球，飞出了太阳系，飞出了银河系，甚至飞到了上百亿光年外的宇宙深处。与其被众星捧月，他经常以各种原因避免外界的干扰而自己独自在房间里思考着宇宙的命运。他可以为了自己的梦想、自己的事业，做出任何的牺牲与放弃。他现在享有的辉煌成就，岂不是用汗水与心血换来的？
这本书读了之后，让我开拓了视眼，我现在才发现我仅有的一些知识是多么的渺小。它让我爱上了神秘的宇宙，感受到了科学的魅力。而科学就是力量。21世纪的今天，我们靠什么来增强国力、发展经济、让中国巍然屹立在世界东方？答案只有科学。
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霍金，一个思想上的巨人，用他的两个手指为人类，为这个世界描绘了一个美丽的新天地，一个与众不同的、亦真亦幻的新世界——宇宙。
虽然霍金也是站在巨人的肩膀上，但霍金用他独特的视角以及超乎常人的智慧和想象在科学界创造着一个又一个奇迹，以至他做出的成就与前人的理论可以相提并论，甚至是青出于蓝而胜于蓝。如著名的“大爆炸宇宙论”为人类诠释了一个全新的宇宙形成说，即宇宙始于大爆炸，在那之后的宇宙在不断的膨胀，所有的恒星都在离我们远去，亦猜想了宇宙膨胀到一定程度后会坍缩，最后走向终结。“黑洞学说”也为科学界、人类文明的发展做出了巨大的贡献。神秘的黑洞更使科学家们产生了极大的兴趣。黑洞是个可怕的“洞”，是由质量极大的星体坍缩而成的密度极大的的“洞”，它的密度大到连恒星都会被它吞噬，足可令人毛骨悚然了;也有人说黑洞是前往另一个世界的通道，但是可没有人敢以身试法呢。
相比于大爆炸宇宙论、黑洞学说等，人类对于时空穿梭的兴趣则更为浓厚。无论中外，各种影视作品中穿越时空的片段都体现了人类对此的奇思妙想，而“虫洞”(爱因斯坦—罗森桥)的提出更是为时空穿梭提供了可能。“虫洞”在《时间简史》中的定义为连接宇宙的遥远区域的时空细管，“虫洞”还可以联结到平行或婴儿宇宙，并且能够提供时间旅行的可能性。虽然人类现在还无法在时空中自由穿梭，但就算仅凭着好奇，人类对时空穿梭的想象还是会一直延续下去。
在看这本书时不知为什么，我总会产生一种莫名的，类似恐惧的感觉。是被广袤无垠的宇宙所震撼，还是对未知世界、能量的迷茫，亦或是宇宙对人类探索的威慑，我自己也不知其缘由。但这本书的魅力是无可抵挡的，我相信，任何人只要能完整的看一次这本书，一定不会再认为物理学、宇宙学是空洞无聊的了。这本书给我的感觉是：严谨、清晰、丰富，而且包罗万象。并且常用通俗简单的方式解释一些深奥难懂的定义或理论，使读者不会被大量的专业术语或词汇弄昏头脑，反而更有阅读的热情，而且还时不时出现一些幽默的句子，使原本严肃、刻板的文字顿时生动起来。我认为，这本书不只是介绍了一大堆物理学定义、理论，更是系统的叙述了整个人类的科学发展史、认识史，体现了无数科研人员不懈探索的执着精神，以及追寻真理的艰辛历程。
