量子力學的性質范文

導語：如何才能寫好一篇量子力學的性質，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

對中學生的心理素質培養。歷來為教育部門所重視。在我國正在推進素質教育的今天，要完成教育觀念的根本轉變，在教育教學中研究和運用心理學，提高學生的心理素質。已經是刻不容緩。良好的心理素質對鍛煉學生記憶力，消除學生心理阻礙，增強學生學習主動性是非常有益的。

從心理學角度講，記憶就是人們對過去生活實踐中認識過的事物或做過的事情在人們頭腦中留下印跡的過程。現代科學研究表明，人腦記憶容量非常之大，可達10比特信息，是目前電腦容量的10～10倍，只是我們人類在認識自我，利用自我方面的能力尚有很大的局限。如此豐富的寶藏，作為人類文明的傳播者，我們應該很好地去發掘，而發掘的最好方式莫過于鍛煉學生的記憶力。記憶與時間發生著密切的聯系。如恩格斯所言：“一切存在的基本形式是空間和時間。”因此，時間記憶法是學生必須掌握的一種記憶方法，在教學工作中注意鍛煉學生的這種記憶能力。具體說來，時間記憶法又有以下幾種具體形式：

第一，及時記憶法。根據艾賓法斯的遺忘曲線所揭示的遺忘規律，就要求學生及時復習。現代科學研究也表明：遺忘最快的時候是在記住材料的頭一兩天之內。因此，我們就應要求學生在記住材料之后，在頭兩天內復習一次，然后隔一段時間復習一次，間隔時間可以先密后疏。隨著記憶得到鞏固，間隔的時間逐漸延長，復習次數逐漸減少。

第二，擇時記憶法。擇時記憶就是選擇最佳時刻進行記憶活動，可以花較少的氣力去完成較多的記憶任務，達到事半功倍的效果。生理學研究成果表明：人的大腦皮質細胞對外界刺激的反應能力，在不同時間里是不相同的。一天二十四小時中，人們一般認為早晨和晚上是讀書學習最好時刻，因為這這兩個時間里，前攝抑制和倒攝抑制相對減少，神經活動活躍，注意力集中，精力充沛。在白天，一般人大腦機能狀況有兩個最好時間，一是上午九點到中午一點，二是下午四點到六點。學生掌握了這些規律后，按照規律辦事。增強了學習的自覺性和條理性。

第三，間時記憶法。由于大腦活動本身的特點，當它工作一定時間之后，就會出現疲倦、頭暈、注意力不集中等現象，再學下去，效率就會大大降低。這時，作為教師，我們要提醒他“休息一下”，讓學生懂得如何按規律去學習。另外，間時記憶法還表現為變換學習的內容，如學習甲內容累了，就學習乙內容，這也是大腦的一種休息方式。

第四，限時記憶法。所謂限時記憶法，就是在限定的時間內完成一定量的記憶任務。這是提高了單位時間的利用率。限時記憶表面上看具有強迫性，但處理得好，能調動記憶的積極性。由于中學生的可塑性很大，通過這種自我加壓，自我強制，對學習成績的提高是極有好處的。

從情緒心理學角度，中學生的心理障礙通常是指：焦慮、抑郁、失助。這些心理障礙的存在，對學生自信心的樹立，對學習成績的原因又是多方面的。有家庭、學校、社會的，但更多的還是來自學生自身。患有這種心理障礙的學生，就其學習成績而言，大多是我們所說的“差生”，也有一些是有嚴重跛腿學科的學生。

這種現象的存在，是與素質教育的要求相悖的，作為素質教育的一個特征，就是“全面發展”、“全員發展”，不能讓一個學生掉隊。要真正做到“兩全”發展，就必須消除學生的心理障礙，可通過以下方法來實現：

首先，要對學生進行必要的心理知識講座。

目前，中學課程中，心理學還未能作為一門獨立的學科在學校教育中占一席之地。學生對自身心理方面的認識是極膚淺的。作為學習的主體，他對自身如果毫無所知，那怎么能搞好學習呢?因此，我們要對學生進行必要的心理學知識講座，通過心理學知識講座。讓學生了解自身的心理特點，并以此指導自己的學習。

其次。要在學生中開展“心理咨詢”活動。

素質教育對教育者的素質提出了更高的要求，要求我們教育者成為“學者型”的教育者，要有淵博的知識，包括心理學知識。每一個教育者，不僅在“傳道授業解惑”，還要做學生的“心理醫生”。

對中學中存在的種種心理障礙。我們要開展“心理咨詢”活動。借鑒中醫的“望、聞、問、切”方法。對學生進行“治療”。“望”，指平時對學生進行仔細觀察；“聞”，是指從側面了解其情況：“問”就是找個別學生談心，從師生問答中幫助學生找到“病根”；“切”，就是針對“病根”，得出“治療”的方案，根據學生的心理個別差異，具體分析對待，或鼓勵以進之，或斷喝以醒之，這也可稱為“因人施教”。

再次，對學生說“你準行”!

篇2

本書是由兩位在此領域中有頗多成果的意大利著名專家根據這方面的最新進展所寫的一本新的教科書性質的專著，它包括了熱動力學，統計力學和多體問題的經典課題和這方面的最新進展。

19世紀末，開爾文公爵發表著名的演說，其中提到以經典力學、經典熱力學和經典電磁理論為基礎的物理學大廈已經建成，后人只需要做些小修小補的工作。然而在明亮的物理學天空中飄著兩朵烏云，其中之一便是黑體輻射問題。實驗發現黑體輻射無法用連續能量的觀點來處理，這對經典的物理學提出了巨大的挑戰。為解決這一問題，一個嶄新的學科――量子力學應運而生。它是由普朗克最先提出，由愛因斯坦、波爾、薛定諤、狄拉克等天才的物理學家們發展完善，是公認的20世紀物理學最偉大的突破之一。本書回顧了量子力學的發展歷史，介紹了量子力學的基本知識，是一本優秀的量子力學教材。

全書共12章，分4個部分。第一部分 量子力學的提出與建立，包括第1章。分析了經典物理學對處理黑體輻射、光電效應和康普頓散射的困難，介紹海森堡不確定性原理、波爾對應原理、含時的與定態的薛定諤方程、物理實際對薛定諤方程解的限制、本征波函數與本征值、波函數的完備性與正交性、疊加原理、互補原理以及相位的概念。最后明_了量子力學的幾個基本假設，強調了薛定諤方程本質上是一種假設。第二部分 使用薛定諤波動方程處理量子力學問題，包括2-7章：2.求解一維無限深勢阱；3.自由粒子；4.線性諧振子；5.一維半無限有限高勢壘；6.勢壘隧穿處理α粒子衰變；7.一維有限深勢阱等模型的薛定諤方程的解。介紹球坐標空間，引入分離變量法，求解了氫原子的薛定諤方程。第三部分 使用海森堡矩陣力學處理量子力學問題，包括第8-10章：8.介紹角動量理論和自旋算符理論；9.介紹微擾理論；10.定態一級微擾和二級微擾，并成功應用于解釋Stark效應。最后介紹含時微擾，給出了費米黃金規則公式。第四部分 彈性散射理論，含第11-12章：11.并以剛球散射和方勢阱散射模型為例，求解散射振幅與微分截面；12.介紹狄拉克發展的酉算子和酉變換。

本書內容簡單，利于理解，適合作為物理系本科生的專業教材。與常見的量子力學教材相比，本書有兩個優勢，一是求解的數學過程完整且準確，可以幫助讀者建立堅實的數學基礎；二是在每一章的前言部分，都有對量子力學發展歷史的介紹，其中對當時的物理學家們的言行描寫尤為生動，妙趣橫生。如果讀者閱讀英文有困難，也可以參考北大曾謹言教授編寫的《量子力學》，兩本書內容相近，可以互為輔助。

本書內容涉及2個領域：熱力學和經典統計力學，其中包括平均場近似，波動和對于臨界現象的重整化群方法。作者將上述理論應用于量子統計力學方面的主要課題，如正規的Feimi和Luttinger液體，超流和超導。最后，他們探索了經典的動力學和量子動力學，Anderson局部化，量子干涉和無序的Feimi液體。

全書共包括21章和14個附錄，每章后都附有習題，內容為：1.熱動力學：簡要概述；2.動力學；3.從Boltzmann到BoltzmannGibbs；4.更多的系統；5.熱動力極限及其穩定性；6.密度矩陣和量子統計力學；7.量子氣體；8.平均場理論和臨界現象；9.第二量子化和HartreeFock逼近；10. 量子系統中的線性反應和波動耗散定理：平衡態和小擾動；11.無序系統中的布朗運動和遷移；12.Feimi液體；13.二階相變的Landau理論；14.臨界現象的LandauWilson模型；15.超流和超導；16.尺度理論；17.重整化群方法；18.熱Dreen函數；19.Feini液體的微觀基礎；20.Luttinger液體；21.無序的電子系統中的量子干涉；附錄A.中心極限定理；附錄B.Euler 伽馬函數的一些有用的性質；附錄C.Yang和Lee的第二定理的證明；附錄D.量子氣體的最可能的分布；附錄E.FeimiDirac和BoseEinstein積分；附錄F.均勻磁場中的Feimi氣體：Landau抗磁性；附錄G.Ising模型和氣體-格子模型；附錄H.離散的Matsubara頻率的和；附錄I.兩種液流的流體動力學：一些提示；附錄J.超導理論中的Cooper問題；附錄K..超導波動現象；附錄L.TomonagaLuttinger模型確切解的抗磁性方面；附錄M.無序的Fermi液體理論的細節；附錄N.習題解答。

本書適于理工科大學物理系的大學生、研究生、教師和理論物理、材料物理、超流和超導以及相變問題的研究者參考。

篇3

[關鍵詞] 利妥昔單抗；難治性血小板減少性紫癜；免疫球蛋白

[中圖分類號] R554.6 [文獻標識碼] B[文章編號] 1673-9701（2011）19-64-03

Clinical Observation of Small Dose Mabthera Therapy for Intractable Idiopathic Thrombocytopenic Purpura

CHEN DongPEI RenzhiZHANG PishengMA Junxia

Department of Hematology, Yinzhou People’s Hospital of Ningbo City in Zhejiang Province, Ningbo 315040, China

[Abstract] Objective To observe the clinical effect of intractable idiopathic thrombocytopenic purpura treated by small dose mabthera. Methods Retrospective analysis of the patients from Jan. 2008 to Dec. 2010 in our hospital. A total of 34 patients with intractable idiopathic thrombocytopenic purpura were randomly divided into small dose group and large dose group. The patients of small dose group were treated by mabthera 100mg/m2 for 4 weeks and the patients of large dose group were treated by mabthera 375mg/m2. Blood routine was detected before and after medication for once a week. To compare the change of serum immune globulin and platelet count. Results The change of platelet count for before and after treatment was significantly different (P＜0.05). The sagittal diameter of spinal canal for before compared to the length after laminectomy was statistical significantly different (P＜0.05). The sagittal diameter of edge or degenerative cervical body for before compared to the length after laminectomy was not significantly different (P＞0.05). The clinical effects for small dose group and large dose group were significantly different (P＜0.05). The overall response rate of the small dose group was 94.12% and large dose group was 58.82%. The overall response rates of two groups were statistically different significantly (P＜0.05). Conclusion The clinical effect of small dose mabthera therapy for intractable idiopathic thrombocytopenic purpura is significant and it is worthy of clinical popularizing and application.

[Key words] Mabthera; Intractable idiopathic thrombocytopenic purpura; Immunoglobulin

難治性血小板減少性紫癜（idiopathic thrombocytopenic purpura，ITP）是一種好發于兒童與婦女的自身免疫性出血性疾病，其主要原因為機體免疫系統功能紊亂引起的血小板破壞增加而導致血小板數目減少，血小板破壞主要是由自身抗體介導的破壞。大部分激素治療對特發性血小板減少性紫癜患者治療有效，但難治性的血小板減少性紫癜對激素治療不甚敏感，其他傳統的大劑量丙種球蛋白、長春新堿、免疫抑制劑等效果也不佳。因此，近年來新型免疫治療方法增多，國內多項研究提示了利妥昔單抗（美羅華）治療常規治療無效ITP患者的有效性[1]。我院2008年1月～2010年12月使用利妥昔單抗治療難治性血小板減少性紫癜患者34例，現將治療結果報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

入選病例來自我院2008年1月～2010年12月收治的血小板減少性紫癜患者34例，所有入選患者均符合ITP的診斷標準，所有患者血小板≤20×109/L，患者年齡17～51歲，平均年齡（34.2±7.5）歲。入選的34例患者均為難治性ITP，患者既往都曾使用激素治療無效或者效用不能持久，其中30例患者曾應用大劑量靜脈丙種球蛋白或長春新堿等免疫抑制劑治療無效。所有患者均出現不同程度的皮膚出血點、瘀斑等表現。少數患者有鼻腔、牙齦出血或者消化道出血，部分女性患者表現有月經量多。所有患者根據美國東部腫瘤協作組制定的評分標準中一般狀況評分≤2，患者入組前均未接受抗凝血治療、化療等干擾性治療。

1.2 治療方法

所有患者均分為小劑量組及常規劑量組，其中小劑量組選擇使用利妥昔單抗（美羅華，Rituximab，羅氏公司，批號20080044）100mg/m2溶于生理鹽水中，靜脈滴注，連續使用4周，治療前30～60min分別給予患者異丙嗪（江蘇林海藥業，批號：0812021）50mg以及地塞米松（武漢銀河化工，批號080827）15mg。利妥昔單抗首針速度為50mg/h，如果患者無異常的情況下每30分鐘增加50mg/h，如患者輸注過程出現不良反應則進行對癥處理。常規劑量組使用375mg/m2的劑量，其他治療方法同小劑量組，入組患者均進行相關支持治療。兩組患者其余基本資料對比無統計學差異。

1.3 療效評估

患者治療前后每周均檢測血常規2次，治療前后測定患者血清免疫球蛋白量，另外血小板數量回復的療效標準包括：完全有效（CR）血小板數≥100×109/L，部分有效（PR）血小板數（50～100）×109/L，微效（MR）血小板數（30～50）×109/L，無效（NR）血小板數＜30×109/L，并觀察患者可能出現的藥物不良反應以及出血狀況。

1.4 統計學處理

應用SPSS13.0統計軟件進行分析處理，數據以均數±標準差（χ±s）表示，組間比較采用t檢驗，計數資料采用χ2檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 血液常規變化指標比較

34例患者治療前兩組患者均有出血表現。治療后兩組患者均有部分患者止血且無再出血，兩組出血情況與術前比較，差異有統計學意義（t＝8.562，P＜0.05）。治療前小劑量組患者血紅蛋白、白細胞計數與治療后比較，差異無統計學意義（t＝2.912，P＞0.05）；血小板計數比較，差異有統計學意義（t＝8.241，P＜0.05）。常規劑量組患者治療前血紅蛋白和白細胞計數與治療后比較，差異無統計學意義（t＝2.342，P＞0.05）；血小板計數比較，差異有統計學意義（t＝7.112，P＜0.05）。見表1。

2.2 治療效果比較

小劑量組患者治療后有效率為94.12%，常規劑量組患者治療后有效率為58.82%；兩組有效率比較，差異有統計學意義（χ2＝5.88，P＜0.05）。見表2。

2.3 免疫學指標變化比較

兩組治療前后，IgG（t＝0.912，P＞0.05）、IgM（t＝1.411，P＞0.05）、IgA（t＝1.001，P＞0.05）均無明顯變化，差異無統計學意義。見表3。

2.4 不良反應

小劑量組患者治療過程中有1例患者在首次輸注時出現輕度皮疹，常規劑量組患者中1例患者首次應用利妥昔單抗后出現全身肌肉酸痛、發熱、多發等癥狀，患者給予異丙嗪后癥狀消失。術后小劑量組及常規劑量組各繼發感染1例，均為繼發帶狀皰疹病毒感染。

3 討論

特發性血小板減少性紫癜亦稱原發性或免疫性血小板減少性紫癜，其特點是骨髓巨核細胞發育成熟障礙，外周血小板顯著減少，臨床上多以皮膚黏膜或內臟出血為主，嚴重者可有鼻出血、牙齦滲血、婦女月經量過多等癥狀，少數患者將并發顱內出血從而導致患者死亡。疾病的病因及發病機制到目前為止仍不甚清楚，急性型多發生于急性病毒性上呼吸道感染痊愈之后，提示血小板減少與對原發感染的免疫反應間有關。慢性型患者中約半數可測出血清中有抗血小板抗體。傳統治療中多使用激素治療、大劑量丙種球蛋白、長春新堿、免疫抑制劑等，但對于一些難治性ITP的話此類治療方法效果均不佳。由于血小板減少性紫癜中抗體均較正常人升高且治療有效患者抗體滴度會降低[2]。因此針對抗體的治療作為一種新的選擇而被運用。抗體是由漿細胞產生的，而漿細胞是由成熟的B淋巴細胞轉變而來的，因此降低B淋巴細胞的數量和活性可使病情得以部分控制[3]。

利妥昔單抗是一種采用基因工程研制的人鼠嵌合型抗人CD20的單克隆抗體（IgG1），一般由鼠抗人CD20單克隆抗體的可變區Fab和人IgG1抗體恒定區Fc片段構成。其含有1328個氨基酸，分子量大約為144kD，利妥昔單抗通過人IgG1恒定區與效應細胞的Fc受體結合從而介導補體依賴性細胞毒和抗體依賴性細胞毒作用溶解CD20+細胞從而介導B細胞減少的體液免疫反應。從而最終導致B細胞降低而最終控制病情[4]。文獻研究[5]發現利妥昔單抗通過抗體依賴細胞介導的細胞毒作用及補體依賴的細胞毒作用從而發揮作用，其可以直接抑制細胞生長或誘導B細胞凋亡甚至引起疫苗反應從而對特發性血小板減少性紫癜起到治療的作用。本研究中發現，在使用利妥昔單抗治療的難治血小板減少性紫癜的患者用藥后血小板計數均得到顯著的提高，通過臨床研究我們發現，患者血小板升高有兩個階段：一個發生在治療早期，患者在給藥1～2次后血小板隨即逐漸提高，持續到6～10周后達到一個峰值；另外一個階段發生于治療開始后6～8周時間血小板出現升高。本研究34例患者中，25例為治療早期血小板升高，另外9例在治療中后期血小板逐漸升高。此種起效模式到目前為止仍然不甚清楚，早期起效的可能與B淋巴細胞封閉了單核巨噬細胞系統有關，而中后期與B細胞克隆的清除有關[6]。王文等[7]對利妥昔單抗治療糖皮質激素無效的特發性血小板減少性紫癜療效觀察的治愈率與我們使用常規劑量的利妥昔單抗治療后有效率58.82%基本一致。其患者中有21例在治療后平均20.2個月內血小板計數＞50×109/L，卡普蘭曲線分析顯示第一次輸注美羅華后36個月內無復發生存率為60%。孫善芳等[8]治療的ITP患者中患者全部達到CR水平，平均反應時間為2周（1～12周），其中有2人在48和68周后復發，藥物治療后所有的患者B細胞均減少。我們治療中小劑量組患者達到CR水平的較高，而常規劑量組患者達到CR水平相對不如前者，而且具體機制尚有待進一步的研究論證，此外我們使用的檢測指標中仍然以血小板指標等為主，迄今為止，大多數研究并未發現可以預測利妥昔單抗療效的常規實驗指標，但臨床普遍認為早期接受利妥昔單抗治療的患者預后要好于先接受其他治療無效后再轉用此藥。

綜上所述，我們研究認為小劑量的利妥昔單抗在治療難治性血小板減少性紫癜效果明顯，值得臨床進一步推廣。

[參考文獻]

[1] 徐昕，徐茂忠，趙鈺，等. 美羅華治療難治性免疫性血小板減少性紫癜8例療效觀察[J].山東醫藥，2010，50（33）：6.

[2] 張愛梅，張喜，孫鴻霞. 免疫抑制劑聯合丙種球蛋白治療難治性血小板減少性紫癜臨床研究[J]. 醫藥論壇雜志，2008，29（19）：76-77.

[3] 羅曼，張克儉. 美羅華在成人難治性特發性血小板減少性紫癜中的臨床應用[J]. 臨床血液學雜志，2010，23（6）：701-704.

[4] 楊菊妃，李娟，莫義玲，等. 美羅華治療難治性特發性血小板減少性紫癜的護理[J].護理學雜志，2010，25（15）：89-90.

[5] 龐東梅，陳潔，逯秀玲，等. 小劑量利妥昔單抗在特發性血小板減少性紫癜病人治療中的觀察及護理[J]. 護士進修雜志，2010，25（21）：1965-1966.

[6] 曹銘華，熊福水. 利妥昔單抗治療難治性特發性血小板減少性紫癜二例報告[J]. 實用臨床醫學，2009，10（1）：26.

[7] 王文，俞慶宏，張海燕，等. 利妥昔單抗治療糖皮質激素無效的特發性血小板減少性紫癜療效觀察[J]. 中華內科雜志，2008，47（3）：225-227.

[8] 孫善芳，潘懷富. 小劑量美羅華治療難治ITP的臨床療效觀察[J]. 實用臨床醫藥雜志，2010，14（23）：105-106.

篇4

分子與梨子間有個邊界，在那兒量子力學的奇特行為消失，出現我們熟悉的古典物理行為。量子力學只適用于微小世界的這種印象，普遍存在于人們的科學知識里。例如，在暢銷名著《優雅的宇宙》的第一頁，美國哥倫比亞大學的物理學家布賴恩·格林提到，量子力學“提供一個理論架構，讓我們理解最小尺度下的宇宙”。古典物理（涵蓋量子以外的所有理論，包括愛因斯坦的相對論）則負責最大尺度的世界。

然而，對世界做這種方便的切割，其實是種迷思。很少有現代物理學家會認為古典物理和量子力學具有同等的地位，古典物理應該只是具有量子本質的世界（不論大小）的一種有用近似。雖然在宏觀世界可能比較難看到量子效應，但原因基本上跟大小無關，而是跟量子系統彼此作用的方式有關。

一直到十幾年前，實驗學者仍未證實量子行為可以出現在大尺度系統，如今這已是家常便飯。這些效應比任何人所想的都還要普遍，甚至可能出現在我們身體的細胞里。

即使是我們這些靠研究這類效應吃飯的人，也還沒完全理解它所教給我們的、關于自然運作的方式。量子行為很難可視化，也不容易以常識理解。它迫使我們重新思考觀察這宇宙的方式，并接受一個新穎又陌生的世界圖像。

纏結難解的故事

對量子物理學家而言，古典物理是全彩世界的一個黑白影像，無法完整呈現這個豐富的世界。在舊教科書的觀點里，當尺度一變大，色調就不再豐富。個別粒子具量子性質，一堆粒子則變為古典。

然而，關于尺寸并非決定性因素的第一個線索，可以追溯到物理學歷史上最有名的思想實驗之一：薛定諤的貓。

1935年，薛定諤想出一個病態的情節來說明微觀與宏觀世界是連在一起的，我們無法畫出界線。量子力學說，放射性原子可以同時處于衰變及未衰變的狀態；若將原子與一瓶可以殺死貓的毒藥扯上關系，使得原子衰變會導致貓死亡，則貓會如同原子般處于模棱兩可的量子態。怪異性質由一個感染到另一個，大小在此并不重要，問題是為何貓的主人都只會看到他們的寵物非死即活？

以現代的觀點，世界看起來像古典的，是因為物體與環境間復雜的交互作用將量子效應掩藏了起來。例如，貓的生死信息通過光子和熱交換，迅速滲漏到環境里。量子現象會牽涉到不同古典狀態的組合（例如同時死與活），而這種組合會很快散逸掉。這種信息的滲漏便是“去同調”過程的基礎。

大的東西比小的容易去同調，這就是為什么物理學家通常可以只把量子力學當成微觀世界的理論。但在許多例子里，這種信息滲漏可被減緩或停止，如此一來，量子世界就會全然顯露。

纏結是典型的量子現象，是薛定諤于1935年在那篇將他的貓介紹給全世界的論文里發明的名詞。纏結將幾個獨立粒子捆綁為不可分割的整體。一個古典系統總是可被分割的，至少原則上是如此；由個別組件集合而得的性質，在個別組件里也會有。但是纏結的系統無法如此分割，并且會導致奇怪的結果：纏結的粒子即使互相遠離，仍會表現為單一整體，這就是愛因斯坦所稱的、著名的“幽靈般的超距作用”。

物理學家通常講的是電子等基本粒子的纏結。這些粒子可粗略想象為旋轉的小陀螺，以順時針或逆時針方向旋轉，轉軸指向任意給定的方向：水平、垂直、45°角等。測量其自旋時，必須選定一個方向，觀測粒子是否沿著那個方向轉動。

為了方便說明，假設粒子表現的是古典行為。你可以讓一個粒子沿水平軸順時針方向旋轉，另一個沿水平軸逆時針方向旋轉；如此一來，二者的總自旋為零。它們的轉動軸在空間中是固定的，測量結果取決于你選的方向是否沿著粒子的轉動軸。如果對二者都做水平軸的測量，則會看到兩個粒子的轉動方向相反；如果都做垂直軸的測量，則完全不會偵測到這兩個粒子的轉動。

然而，如果是具有量子性質的電子，則情況會驚人的不同。你可以讓粒子的總自旋為零，即使你沒有給定個別粒子的轉動方向。測量其中一個粒子時，你會看到它隨機以順時針或逆時針方向轉動，就好像粒子是自己決定要朝哪個方向轉。而且，不管你選擇測量哪個方向，只要對這兩個粒子測量同一方向，則測得的轉動方向永遠相反，一個順時針，一個逆時針。它們怎么知道要這樣做？這仍然是個極其神秘的性質。不僅如此，如果你對一個粒子做水平軸測量，對另一個做垂直軸測量，則仍可測量到部分自旋，這就好像粒子沒有固定的轉動軸。因此，測量結果是古典物理無法解釋的。

誰在幫助原子排列？

大部分的纏結實驗都只用到幾個粒子，因為一大群粒子不容易隔絕環境的影響，其中的粒子很容易跟無關的粒子纏結，破壞原始的內在聯結。以去同調的說法，就是有太多信息滲漏到環境里，造成系統有古典的行為。對我們這些尋找纏結的實際用途（例如量子計算機）的研究人員來說，保持纏結是一項重要的挑戰。

2003年，有一個巧妙的實驗證實，如果能夠減少滲漏或加以抵消，則大的系統也可以保持纏結。

英國倫敦大學的加布里埃爾·阿普爾等人將一塊氟化鋰鹽放在外加的磁場里，鹽里的原子就像旋轉的小磁棒，會盡量與外加磁場同向，這種反應表現為磁化率。原子間的作用力就像同儕壓力般，會讓它們更快排列整齊。研究人員改變磁場強度，然后測量原子排得多快。他們發現，原子的反應速度比彼此作用力的強度所能提供的還快。很顯然，在這個實驗中有額外的效應幫助原子排列整齊，而研究人員認為這是纏結造成的。若真如此，則鹽塊里的1020個原子形成了巨大的纏結態。

為了避免熱能所造成的無序運動，阿普爾的團隊是在極低的溫度下做實驗（僅千分之幾K）。不過，在那之后，巴西物理研究中心的亞歷山大·馬丁斯·德·蘇薩等人以室溫或更高的溫度，在銅羧酸鹽之類的材料里發現了宏觀纏結，自旋粒子間的交互作用強到可以抗拒熱能所造成的無序。在其他例子里，則必須用外力抵擋熱效應。物理學家在越來越大、越來越高溫的系統里看到纏結：從以電磁場捕獲的離子到晶格里的超冷原子，再到超導量子位。

篇5

量子力學的成功和困惑

用宏觀物理學的方法研究原子的性質及其相互作用時，只能通過測量微觀量的平均值，大平均過程掩蓋了原子水平上的重要效應。操控單個微觀粒子，研究單個粒子的行為和性質以及少數粒子的相互作用，一直是就是物理學家夢寐以求的事。隨著實驗技術的發展，控制單個微觀粒子的愿望成為可能。特別是1960年激光的發明和在這以后激光技術的發展，可以隨我們所需改變激光的頻率，控制激光束的延續時間并使激光束聚焦到一個原子大小的范圍。從這以后，實驗技術和實驗方法有了極大的發展，利用激光可以使原子或離子冷卻到接近絕對零度，就是使它們的運動速度減到非常小，直至幾乎停止。還實現了利用特殊的電磁場來陷俘單個原子或離子。物理實驗技術的進展使研究單個或少數幾個粒子的性質、深入研究光子和物質粒子的相互作用有了可能。這不僅打開了高科技應用的廣闊前景，還為證實和發展量子物理學的基本原理提供了實驗基礎。

量子力學已有100多年歷史，量子力學理論取得了輝煌的成功。現代的高科技產品，如計算機芯片、激光、醫用磁共振等等無不是在量子力學理論基礎上發展起來的。量子力學被認為是最精確、最成功的物理理論，可是人們對量子力學的基本原理始終存在著疑問，那些創立量子力學的物理大師們自己都不滿意量子力學的基本假設。在這些大師之間以及他們的后繼者中，關于量子力學的理論基礎是否完善的問題爭論不休，新的解釋層出不窮，至今還沒有得出令人滿意的結論。

量子力學描寫微觀世界的規律，但人類的直接經驗都是關于宏觀世界的。我們的測量儀器以及人類感官本身都是宏觀物體，儀器測量到的和我們直接感知的都是大量原子組成的宏觀物體。在經典物理學中，觀察不影響被觀察對象的運動狀態，例如，我們能夠觀察一個行星的運動，追隨它的運動軌跡，行星的狀態變化與觀察者無關，不受我們觀察的影響。可是，對微觀世界的觀察就完全不是這樣，當我們研究一個量子體系時，經過測量后的量子體系原來的狀態總是被破壞了。例如，光子進入光電探測器后，光子就被吸收；電子被探測器件接收后，該電子原來的狀態就改變了。宏觀儀器對量子系統測量的結果，都必須轉換為經典物理學的語言。要直接觀察并且非破壞性（non-demolition）地測量量子體系的量子性質是難以做到的事情，所以，量子力學所預言的量子世界的奇特性質一直令物理學家和公眾感到神秘難解。

2012年諾貝爾物理獎獲得者和他們的同事們的工作，突破了經典物理學實驗和人類直接經驗的限制，他們直接觀察到了個別粒子的量子行為。瓦因蘭德小組做的是在電場中陷俘離子，用光子對它做非破壞性的操控。阿羅什小組是在空腔中陷俘單個光子，用原子進行非破壞性的測量。他們異曲同工，都對單個量子粒子進行實驗測量，研究量子力學的基本原理。這些研究不僅對量子理論的基本原理的進一步闡明有重要意義，并且有廣闊的應用前景。

阿羅什：把光子囚禁起來

阿羅什畢業于法國高等師范學校。1971年他在巴黎第六大學獲得博士學位，導師是柯亨-塔諾季（Claude Cohen-Tannoudji），1997年諾貝爾物理學獎得主。從20世紀60年代開始阿羅什就在法國高等師范學校物理系的卡斯特勒-布羅塞爾實驗室（Kastler-Brossel Laboratory）工作。該實驗室是以獲諾貝爾物理學獎的阿爾夫萊德?卡斯特勒（Alfred Kastler）的名字命名的。1972～1973年，阿羅什曾到美國斯坦福大學，在諾貝爾物理學獎獲得者肖洛的實驗室中工作。

阿羅什說，他們的成功主要得益于卡斯特勒-布羅塞爾實驗室特有的學術環境和物質條件。他們組成了極其出色的研究小組，并且將共同積累的知識和技能傳授給一代又一代的學生。阿羅什還說，他給研究生和本科生的講課也有助于研究工作，在準備新課的過程中他注意到了光和物質相互作用的不同方面。阿羅什認為，國際交流學者參加研究不僅帶來專門的知識和技能，也帶來不同的科學文化以補充他們自身的不足。他覺得幸運的是，在長期的微觀世界探索中，他和他的同事們能夠自由地選擇他們的研究方向，而不必勉強地提出可能的應用前景作為依據。

阿羅什小組的主要成就是發展了非破壞性的方法檢測單個光子。用通常的方法檢測光子，都是吸收光子并把它轉換為電流（光電探測器）或轉化為化學能量（照相底片）（動物的眼睛是將光子轉化為神經的電脈沖的）。總之，光子被測量到后立即消失。近半個世紀以來，雖然人類發展出了量子非破壞性測量，但這些測量只能用于大量光子的情況。而阿羅什和同事們做到了反復測量記錄同一個光子。

光的速度非常快，達每秒30萬公里，所以要控制、測量單個光子，必須將光子關閉在一個小的區域內，并使其在足夠長的時間內不逃逸或被吸收。阿羅什小組實驗成功的關鍵是制成反射率極高的凹面鏡。反射鏡是在金屬底板上鍍以超導材料鈮，鏡面拋光到不平整度只有幾個納米（1納米=100萬分之一毫米），光子因鏡面不平而散射逃逸的機會非常小。空腔由兩個凹面鏡相對安放組成，鏡間距離27毫米。整個設備安置在絕對溫度1度以下的環境中。一個微波光子在腔中停留時間可達十分之一秒，即在兩面鏡子之間來回反射10 億次以上，差不多相當于繞地球一周。可以說阿羅什小組創造了限制在很小的有限體積內的光子壽命的世界紀錄。

阿羅什小組的另一項創造性貢獻是利用利用里德伯原子作為探測器，實現非破壞性測量單個光子。所謂里德伯原子，是激發到很高的能量軌道上的原子，這種原子的體積比正常原子大許多。他們用銣（原子序數37）原子，把它的價電子激發到第50層的圓形軌道上（主量子數n=50）。這種情況下，外層電子從n=50 的軌道躍遷到相鄰的軌道n=49和n=51，發射或吸收微波光子頻率分別為54.3GHz（千兆赫茲）和51.1GHz。正常的原子半徑在0.1納米以下，銣原子中電子占據的最外層軌道為n=5；當它的最外面的電子跑到n=50的圓形軌道上時，原子的半徑達到100多納米，原子半徑增大了1000倍以上。這樣的原子好比一個很大的無線電天線，容易和電磁場相互作用。

瓦因蘭德：讓離子停下來

瓦因蘭德和阿羅什同年，都生于1944年。1965年，瓦因蘭德畢業于美國加利福尼亞大學伯克利分校；1970年在哈佛大學獲博士學位，博士論文題目是“氘原子微波激射器”，導師是拉姆齊（Norman Ramsey）。以后他到華盛頓大學，在德默爾特（Hans Dehmelt）的實驗室做博士后研究。德默爾特是1989年諾貝爾物理獎獲得者。1975年，瓦因蘭德和德默爾同發表了討論激光冷卻離子的論文，這是有關激光致冷的開創性論文，被學術界同仁廣泛引用，其中包括獲1977年諾貝爾物理學獎的朱棣文、菲利普斯和柯亨-塔諾季等。

1975年，瓦因蘭德到隸屬于美國商業部的美國國家標準與技術研究所工作。在那里，他創建了儲存離子研究小組。在過去多年的工作中，他做出了多項世界第一的研究成果，終于獲得了諾貝爾物理學獎。他是15年來美國國家標準與技術研究所第四位獲諾貝爾物理獎的研究人員之一，研究激光致冷的菲利普斯也是其中之一。

制造量子計算機的建議方法有多種，許多科學家正在對不同的方案進行實驗研究。瓦因蘭德小組從事的陷俘離子的方法是最成功的方法之一。他們利用特殊排列的幾個電極組合產生特定的電場，形成陷阱，將汞的一價離子限制在三個電極組成的空間中。三個電極包括兩端各有一個相對的電極和一個環形電極，離子由激光束控制。

在常溫下，原子運動的平均速度為每秒數百米，以這種速度運動的離子會立即逃逸出陷阱。要將離子陷俘在電場陷阱中，離子的運動速度必須非常小。只有在極低的溫度下，離子或原子的運動速度才能變得很小。可以利用激光使離子冷卻，使離子的速度減小到幾乎停止的狀態。將特定頻率的激光束對著原子或離子射來的方向照射時，原子在迎面射來的光子的一次次沖擊下，速度就慢了下來。當然，原子或離子吸收了光子又要再把它發射出去，發射光子時原子也要受到反沖。但原子或離子發射光子的方向是隨機的，各種方向都有，結果反沖效應平均為零，只有迎面射來的光子被吸收后起到了減速的作用。但僅僅用這種方法還不能使原子速度降低到近乎停止，還要加上其他方法。速度已經很小的離子在陷阱中受電場的作用，還在以一定的頻率振動，這種振動的能量和離子內部的能量狀態耦合起來，形成復雜的能級。在適當頻率的激光束照射下，離子吸收光子后又重新放出光子，落回原來內部能量最低的狀態，同時帶動離子振動能量的變化。在適當控制的條件下，重復這樣的過程，就可以使離子振動能量逐步減少，直到振動能量達到最低的量子狀態，離子近于完全停止。這時，離子就可以隨意操控了。

瓦因蘭德小組利用利用陷俘離子做成一個量子可控非門（Controlled NOT）。當然可控非門只是最簡單的量子計算機的元件，一臺能工作的計算機需要多得多的元件，離制成實用的量子計算機還非常遙遠。然而前景是光明的，包括瓦因蘭德在內的許多科學家正積極研究，攻克難關，希望在本世紀內將量子計算機研制成功。

瓦因蘭德和同事們還利用陷俘的離子制造出了當今世界上最精確的原子鐘。他的研究工作也可以檢驗量子力學基本原理，如進行“薛定諤貓”的實驗。

不為盛名所惑

阿羅什和瓦因蘭德有許多相同的地方。他們都在世界第一流的實驗室中工作；巧的是，他們每人各有兩位獲諾貝爾物理學獎的老師；他們都有合作30年以上的同事組成的穩定的研究小組，還有許多優秀的學生和合作者，其中包括外國的訪問學者。在他們的諾貝爾獎報告中，他們的老師、同事以及和他們的工作有密切關系的、前人的研究都一一提到。兩人都還提到有100多位學生、博士后和訪問學者也做出了貢獻，強調成績是大家努力的結果。

瓦因蘭德和阿羅什也有一點很大的不同。阿羅什的研究目的偏重于探索自然界的奧秘，沒有非常明確的應用目標，雖然他知道自己的研究成果肯定有長遠的應用前景。他所屬的卡斯特勒-布羅塞爾實驗室也沒有要求其研究一開始就必須有明確的應用目的。不過，即使在法國高等師范學校，這種待遇也只有像阿羅什這樣的資深科學家才能得到。而瓦因蘭德所在的美國國家標準與技術研究所本身就具有明確的實用目標：促進美國的創新和產業競爭能力，開創新的測量科學，推進美國的技術水平。該研究所的研究都是目標長遠，技術含量高，能在世界上領先的項目。這些項目實際上都是結合遠期應用的基礎性研究。

瓦因蘭德和阿羅什還有一個共同點，就是除了做研究以外，都在大學教課。阿羅什認為備課的過程促使他從多方面考慮基本原理，也有助于研究工作。而從學生的角度來看，能聽到優秀的科學家講課，和他們直接交流，不僅能學到當今前沿的科學知識，還可以學習到優秀科學家的治學精神和思想方法。

榮摘諾獎桂冠是否改變了科學家本人的生活呢？據英國廣播公司（BBC）在線版消息稱，阿羅什本人僅僅提前了20分鐘被組委會告知自己獲獎的消息。

“我很幸運，”阿羅什說，但他指的并不是自己得獎這回事，“（接到來電時）我正在一條街上，旁邊就有個長椅，所以我第一時間就坐了下來。”他形容那一刻的心情，“當我看到是瑞典的來電區號，我意識到這是真實的，那種感覺，你知道，真是勢不可擋。”

不過據諾獎官網的推特稱，阿羅什接到獲獎的確切消息后，打了個電話給自己的孩子，然后開了瓶香檳慶祝。再然后，他又回實驗室工作去了。

（作者單位：復旦大學物理系）

阿羅什小組設備示意圖

篇6

[關鍵詞]量子體系對稱性守恒定律

一、引言

對稱性是自然界最普遍、最重要的特性。近代科學表明，自然界的所有重要的規律均與某種對稱性有關，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某種特殊的對稱性——所謂“規范對稱性”。實際上，對稱性的研究日趨深入，已越來越廣泛的應用到物理學的各個分支：量子論、高能物理、相對論、原子分子物理、晶體物理、原子核物理，以及化學（分子軌道理論、配位場理論等）、生物（DNA的構型對稱性等）和工程技術。

何謂對稱性？按照英國《韋氏國際辭典》中的定義：“對稱性乃是分界線或中央平面兩側各部分在大小、形狀和相對位置的對應性”。這里講的是人們觀察客觀事物形體上的最直觀特征而形成的認識，也就是所謂的幾何對稱性。

關于對稱性和守恒定律的研究一直是物理學中的一個重要領域，對稱性與守恒定律的本質和它們之間的關系一直是人們研究的重要內容。在經典力學中，從牛頓方程出發，在一定條件下可以導出力學量的守恒定律，粗看起來，守恒定律似乎是運動方程的結果．但從本質上來看，守恒定律比運動方程更為基本，因為它表述了自然界的一些普遍法則，支配著自然界的所有過程，制約著不同領域的運動方程．物理學關于對稱性探索的一個重要進展是諾特定理的建立，定理指出，如果運動定律在某一變換下具有不變性，必相應地存在一條守恒定律．簡言之，物理定律的一種對稱性，對應地存在一條守恒定律．經典物理范圍內的對稱性和守恒定律相聯系的諾特定理后來經過推廣，在量子力學范圍內也成立．在量子力學和粒子物理學中，又引入了一些新的內部自由度,認識了一些新的抽象空間的對稱性以及與之相應的守恒定律，這就給解決復雜的微觀問題帶來好處，尤其現在根據量子體系對稱性用群論的方法處理問題，更顯優越。

在物理學中，尤其是在理論物理學中，我們所說的對稱性指的是體系的拉格朗日量或者哈密頓量在某種變換下的不變性。這些變換一般可分為連續變換、分立變換和對于內稟參量的變換。每一種變換下的不變性，都對應一種守恒律，意味著存在某種不可觀測量。例如，時間平移不變性，對應能量守恒，意味著時間的原點不可觀測；空間平移評議不變性，對應動量守恒，意味著空間的絕對位置不可觀測；空間旋轉不變性，對應角動量守恒，意味著空間的絕對方向不可觀測，等等。在物理學中對稱性與守恒定律占著重要地位,特別是三個普遍的守恒定律——動量、能量、角動量守恒，其重要性是眾所周知，并且在工程技術上也得到廣泛的應用。因此，為了對守恒定律的物理實質有較深刻的理解，必須研究體系的時空對稱性與守恒定律之間的關系。

本文將著重討論非相對論情形下討論量子體系的時空對稱性與三個守恒定律的關系，并在最后給出一些我們常見的對稱變換與守恒定律的簡單介紹。

二、對稱變換及其性質

一個力學系統的對稱性就是它的運動規律的不變性，在經典力學里，運動規律由拉格朗日函數決定，因而時空對稱性表現為拉格朗日函數在時空變換下的不變性．在量子力學里，運動規律是薛定諤方程，它決定于系統的哈密頓算符，因此，量子力學系統的對稱性表現為哈密頓算符的不變性。

對稱變換就是保持體系的哈密頓算符不變的變換．在變換S（例如空間平移、空間轉動等）下，體系的任何狀態ψ變為ψ（s）。

三、對稱變換與守恒量的關系

經典力學中守恒量就是在運動過程中不隨時間變化的量，從此考慮過渡到量子力學，當是厄米算符，則表示某個力學量，而

然而,當不是厄米算符,則就不表示力學量.但是，若為連續變換時，我們就很方便的找到了力學量守恒。

設是連續變換，于是可寫成為=1+IλF,λ為一無窮小參量，當λ0時，為恒等變換。考慮到除時間反演外，時空對稱變換都是幺正變換，所以

（8）式中忽略λ的高階小量，由上式看到

即F是厄米算符，F稱為變換算符的生成元。由此可見，當不是厄米算符時，與某個力學量F相對應。再根據可得

可見F是體系的一個守恒量。

從上面的討論說明，量子體系的對稱性，對應著力學量的守恒，下面具體討論時空對稱性與動量、能量、角動量守恒。

1.空間平移不變性（空間均勻性）與動量守恒。

空間平移不變性就是指體系整體移動δr時，體系的哈密頓算符保持不變．當沒有外場時，體系就是具有空間平移不變性。

設體系的坐標自r平移到，那么波函數ψ(r)變換到ψ(s)(r)

2.空間旋轉不變性（空間各向同性）與角動量守恒

空間旋轉不變性就是指體系整體繞任意軸n旋δφ時，體系的哈密頓算符不變。當體系處于中心對稱場或無外場時，體系具有空間旋轉不變性。

3.時間平移不變性與能量守恒

時間平移不變性就是指體系作時間平移時，其哈密頓算符不變。當體系處于不變外場或沒有外場時，體系的哈密頓算符與時間無關（），體系具有時間平移不變性。

和空間平移討論類似，時間平移算符δt對波函數的作用就是使體系從態變為時間平移態：

同樣，將（27）式的右端在T的領域展開為泰勒級數

四、結語

從上面的討論我們可以看到，三個守恒定律都是由于體系的時空對稱性引起的，這說明物質運動與時間空間的對稱性有著密切的聯系，并且這三個守恒定律的確立為后來認識普遍運動規律提供了線索和啟示，曾加了我們對對稱性和守恒定律的認識．對稱性和守恒定律之間的聯系，使我們認識到，任何一種對稱性，或者說一種拉格朗日或哈密頓的變換不變性，都對應著一種守恒定律和一種不可觀測量，這一結論在我們的物理研究中具有極其重要的意義，尤其是在粒子物理學和物理學中，重子數守恒、輕子數守恒和同位旋守恒等內稟參量的守恒在我們的研究中起著重要的作用．下表中我們簡要給出一些對稱性和守恒律之間的關系。

參考文獻

［1］戴元本.相互作用的規范理論，科學出版社，2005.

［2］張瑞明,鐘志成.應用群倫導引.華中理工大學出版社，2001.

［3］A.W.約什.物理學中的群倫基礎.科學出版社，1982.

［4］W.顧萊納，B.繆勒.量子力學：對稱性.北京大學出版社，2002.

［5］于祖榮.核物理中的群論方法.原子能出版社，1993.

［6］卓崇培，劉文杰.時空對稱性與守恒定律.人民教育出版社，1982.

［7］曾謹言，錢伯初.量子力學專題分析（上冊）.高等教育出版社，1990.207-208.

［8］李政道.場論與粒子物理（上冊）.科學出版社，1980.112-119.

篇7

論文摘要：人類的認識既不是完全客體性的也不是完全主體性的，它源于主體和客體的相互作用、交互規定，在不同方面、不同層次上體現著主體性或客體性。20世紀的 科學 從相對論、量子力學到混沌學、分形理論都體現了這一精神實質，本文在簡單論述相對論、量子力學所體現的主體性與客體性后，著重分析了混沌學與分形理論中的主體性與客體性問題。  

人類對客觀世界的認識，是主體(人類)與客體(客觀世界)相互作用的結果，所以對認識的理解必須從主體、客體及其相互作用方式三方面著眼。認識既不是完全客體的，也不是完全主體的，具體的認識是主客體在相互作用中交互規定的結果。 自然 現象在變化中有不變的東西，科學所研究的就是變化中的不變及潛在可能性的現實化。現實性不能超越潛在可能性的范圍，它不是任意的、無 規律 的，其中存在著不依賴于主體的客觀特征；有意義的、具體的事件即潛在可能性的具體實現，卻是依賴于具體的環境條件，依賴于主體、測量工具或碼尺的。認識中的主體規定體現了認識的主體性方面，客體規定體現了客體性方面，任何知識體系都同時包括這兩個方面。20世紀物 理學 的重大成果相對論、量子力學、混沌學、分形理論雖然研究對象不同，所揭示的具體自然規律不同，但是在“認識源于主客體相互作用，兼有主體性與客體性”這一點上卻是相同的。  

一   相對論、量子力學中認識的主體性與客體性    

(一)相對論中認識的主體性與客體性

相對論效應顯著的是宇觀的、高速運動的自然。相對論表明：對于同時性、時間間隔、空間間隔等一些物理現象，不同參照系觀測結果不同，觀測結果依賴于主體對參照系的選擇，它反映了認識的主體性一面；對于四維時空間隔、物理定律的形式等，不同參照系觀測結果相同，觀測結果不依賴于主體對參照系的選擇，而決定于觀測對象自身的客觀性質，它反映了認識的客體性一面。

根據狹義相對性原理，不同慣性系對同一物理過程進行的時、空描述，所得到的時間、空間坐標不同，時間間隔和空間間隔也不同，即所謂的“同時性的相對性”和“鐘慢”、“尺縮”現象，不同慣性系對同一物理過程的時、空間隔測量值之間的對應關系，是由洛侖茲變換確定的[1]，相對論因子(1-v2／c2)1/2具體體現了對時間間隔和空間間隔的測量依賴于主體(觀測者)的程度和方式。狹義相對論中包含的這些“同時性的相對性”、“時間間隔和空間間隔的相對性”等，明確地表明了主體(觀測者)對客體(被測過程)的認識并非與主體毫無關系，而是在一定程度上決定于主體與客體的相互關系，決定于主體對參照系的選擇，這是對認識的主體性的體現。

狹義相對論中不同的慣性系對同一物理過程進行的時、空測量，所得到的時空坐標、時間間隔和空間間隔盡管不同，即時、空測量值依賴于觀測者所選用的參照系，但是洛侖茲協變保持了原時“dt”(即minkowski四維時一空間隔dt 2＝dx2+dy2+dz2-dτ2)不變[2]，也就是說，不同參照系中的dt對于一個確定的物理過程來說是相等的，是不依賴于觀測者對參照系的選擇的。進一步地，廣義相對性原理說明了，客體(被測過程)的真實的物理規律應該在任意坐標變換下形式不變[3]，不存在優越的參照系，這是認識的客體性的體現。

可見，相對論中對同一物理過程的認識既有依賴于主體的部分也有不依賴于主體的部分。筆者要強調的是，由于對主體的任何有意義的作用，其發生方式與主體對客體的測量本質上是相同的，都是兩者的相互作用，因而這種認識的主體性不是虛幻的、無意義的，而是真實的、有意義的，所以認為相對論反映的是完全的主體性或完全的客體性都是不正確的，任何具體的認識都是主客體相互作用、交互規定的結果，它既具有主體性又具有客體性。

(二)量子力學中認識的主體性與客體性

量子力學的研究對象是微觀自然。以哥本哈根學派為代表的對量子力學的物理詮釋，充分地說明了認識的主體性和客體性的雙重規定。量子力學的測量理論表明“在所有場合，我們關于一切現象的知識都是通過對有關系統與測量儀器之間的相互作用的研究獲得的”[4]，在這一相互作用過程中，涉及到對象與儀器的一種非無限小的相互作用，這時儀器對觀測對象的影響是無法補償的、不可控制的，因而對體系態的描述不能只涉及到所考慮的對象，而且要涉及到對象與觀測條件之間的一種關系[5]。客體以客觀的潛在的可能性制約、規定了主體，主體(測量儀器)以具體的現實的環境條件規定著客體，具體的實現了的測量結果則是這種交互規定的結果，進而使其不可避免地打上了主客體雙方的烙印。

一方面，量子力學突出地表明了認識對主體的依賴，由波函數所描述的一個微觀客體的態，只是一些潛在的可能性，這些可能性實現的方式依賴于與客體相互作用的系統。明顯地體現認識的主體性的是大家熟悉的微觀客體的波粒二象性，以 電子 為例，它具有顯示其粒子形象或波動形象的潛在可能性，至于究竟 發展 其中哪一種可能性，就要看它與何種系統相互作用，即要看主體是用晶體來測量它的衍射圖樣，還是用計數器測量它的光電效應。

另一方面，量子力學中認識的客體性體現在波函數能提供微觀客體可能的最完備描述，[6]它所表示的系統的狀態是一種混合態，是所有可能狀態的疊加，它是客觀的。具體的測量結果雖然部分地依賴于相應的操作算符，但其現實結果只能是基于唯一的波函數所提供的所有潛在可能性中的現實性，任何現實性只是潛在可能性中的一個，具體測量過程中潛在可能性實現的幾率由波函數確定地給出。例如，電子在一個具體的測量中，究竟表現出波動性還是粒子性，具體的本征值是什么，雖然依賴于主體(測量裝置)，但是具體的、可變的現實背后有一般的、不變的客觀根據——波函數。

由波函數表示的微觀客體的潛在可能性和由具體測量過程提供的微觀客體的現實性(實現了的可能性)相互補充才提供了對客體的真正的完備的描述，單純強調認識的客體性或主體性都是偏面的，都不能說是對客體的真正的完備的描述，主客體在交互規定中才能產生真實的、具體的認識。所以說，量子力學中關于微觀客體的完備的認識，既具有主體性又具有客體性。

綜上所述，相對論、量子力學都表明了“人類的認識兼有主體性和客體性”這一原則，60年代后發展起來的混沌學、分形理論被認為是本世紀繼相對論、量子力學之后的第三次物理學革命，它們的基本思想也體現了“人類的認識兼有主體性和客體性”這一原則，而且進一步深化、拓寬了這一原則的適用范圍，更加明確了不存在完全排除觀測者的純粹的客觀自然這一事實，說明以主客體相互作用為基礎來考察人類認識的性質，具有重要的認識論和方法論意義。  

二   混沌學中認識的主體性與客體性  

混沌學的研究對象是非線性的、不穩定的自然。它發現了確定論系統的內在隨機性，說明產生混沌現象的因素可歸納為兩個方面：一定的非線性機制(不是所有的非線性機制)和非絕對精確的初始條件，即“一定的非線性機制”+“非絕對精確的初始條件”一混沌。體現主客體相互作用對認識的雙重規定特征的是：一方面，客體對主體表現出的混沌特性即不可預測程度(預測精度隨時間增長而減小)依賴于主體對客體初始條件的確定程度(在多大精度上知道其初始條件)，所以它是不確定的、相對的、可變的，依賴于具體的主體對客體的相互作用行為，體現了認識的主體性。另一方面，一個確定的混沌系統，它的非線性機制是確定的、客觀的，并且導致了其演化過程在整體層次上呈現出一些客觀規律，如奇異吸引子具有一定的分數維，通向混沌的倍周期分叉過程中存在普適的費根鮑姆常數等，這些都反映了混沌的不依賴于主體的客觀本質特征，體現了認識的客體性。

(一)混沌學中認識的主體性

初始條件是在起始時刻主體對客體所作測量的結果，測量越精確，主體(觀測者)所獲得的關于客體(被測系統) 系統)的知識越多。如果系統對初始條件不敏感，那么初始條件所包含的知識、信息(也就是主客體間的確定性關系)將保留下來，初始條件的不確定程度不會明顯地擴大，因而可以依賴客體系統的動力學演化規律對系統的動態過程做出預測。相對而言，如果系統對初始條件是敏感的，這是由系統的非線性機制造成的，初始條件包含的主體對客體的知識就會由于非線性機制造成的指數型發散而喪失，即初始信息將以非線性機制確定的速率隨著時間的流逝而逐漸喪失，這時依據客體系統的動力學方程就不能在穩定的精度內預測客體系統的長時間演化行為，客體對主體來說成為混沌的[7]。初始條件的確定是主體(觀測者)與客體(被測系統)相互作用的結果，所以主體的性質、特征對初始條件有相應的規定，進而影響著客體系統相對于主體的混沌演化特征(可預測程度)。那么初始條件是怎樣體現認識的主體性的呢?這是由初始條件總有非無限小的與主體相關的不確定域來體現的，這種不確定域的存在是因為：

一是物質本身所固有的。物質的存在都有一定的非局域性，都要占據一定的空間、時間、能量范圍等，即事物在其測度空間中有非零體積。如微觀客體的能級都是有一定寬度的，量子力學中的不可對易量有其本身固有的存在域，以動量和坐標為例，其中一個量可以用提高測量精度來減小其不確定度，而同時另一個量就會有由測不準關系制約的相應的不確定程度的增大，這種增大了的不確定度就不是能夠再通過提高測量精度所能減小的，它是客體所固有的，換言之，測不準關系所表示的是由于存在最小作用量從而使得不可對易量間有不可消除的物質本身固有的不確定域。具體的是什么量不確定和不確定的程度依賴于主體對客體的作用方式，依賴于是測量客體的位置還是測量客體的動量，是傾向于表現客體的粒子性還是傾向于表現客體的波動性。這種認識的主體性與量子力學中的原則上是相同的。

二是測量過程本身的限制。任何測量都是精度有限的測量，不存在無限精確的測量，因為“測量”是主客體(測量者與被測系統)間的一種相互作用，這種相互作用必須通過測量工具來進行，所以測量結果的精確度不可能高于測量工具的精確度。雖然可以通過提高測量工具的精確度來提高測量結果的精確性，但原則上這種不精確性是不可能根本消除的，它是永遠伴隨著測量過程而存在的。這種不精確性直接產生于測量工具，也就直接受測量者(主體)的規定，在這種情況下初始條件的不確定程度決定于主體選擇什么測量工具，選擇什么精度的測量工具，在主體也是測量工具的意義上，還依賴于主體自身的特征。所以說，測量本身的限制也是測量過程中主體(測量者)的限制，這是一種重要的認識的主體規定。

三是由模糊性導致的。系統的模糊性導致分辨率降低，進而使精確的相軌道描述成為不可能的和不必要的，這時以相軌道可以重合但系統不會陷入其周期之中的非周期性來描述這種混沌行為將是方便的。對于某些宏觀現象，如社會 經濟 系統中的一些量，即使數值上是確定的，其實質上也是有較大模糊性的，這種模糊性使過高的精確度成為不必要的、沒有意義的。經濟系統中的產值、增長率等都具有模糊性，一千億產值和 1千零50億產值可能代表基本相同的經濟狀況，10％和9％的增長率所反映的經濟狀況可能沒有什么不同。在這種情況下，對系統初始條件不確定域的考察，在相當大程度上依賴于主體的信息占有量、判斷力和對考察過程的成本的考慮，這時認識的主體性將更強一些。

(二)混沌學中認識的客體性

混沌學中，對初始條件的確定體現著認識的主體性一面。而確定的非線性機制則是認識的客體性的基礎，也是客體性的最集中體現。混沌并不是完全不確定的，混沌中有秩序，混沌中存在著不依賴于主體的反映客體系統固有性質的客觀確定性。混沌學表明混沌現象產生于確定論系統，典型的有一維非線性映射方程 xn+1＝f(α，xn)，產生洛侖茲吸引子的非線性微分方程組[8]

這些方程本身是確定論的，反映著系統的不依賴于主體的客觀性質。在此基礎上，標志認識的客體性的還有適用于不同迭代過程的費根鮑姆普適常量δ、奇異吸引子確定的分數維(洛侖茲吸引子維數為2.06)等等呈現規律性的性質。

可見，在一個具體的能產生混沌的非線性系統中，同時包含了體現著主體性的初始條件和體現著客體性的非線性機制，兩者的結合即主客體的相互規定、相互制約，決定了具體的主體與客體的關系，也就是具有主體性與客體性雙重規定的“混沌”。

三   分形理論中認識的主體性與客體性

分形理論的研究對象是自相似的、無特征尺度的 自然 。在分形理論中實現了從歐氏測度到豪斯道夫測度的測度觀的轉變，分形理論的基本思想是對于沒有特征尺度的客體，研究其標度變換下的不變性。標度的變換也即碼尺的變換，用不同的碼尺所測得的客體的結果，有隨碼尺的變化而變化的，也有隨碼尺的變化而保持不變的。分形理論中的這種標度變換思想具有重要的方法論意義，說明了主客體相互作用是一切測量及理論的基礎，更是一切認識的基礎。

(一)分形理論中認識的主體性

分形理論是以豪斯道夫測度理論為基礎的，它的主體性集中地體現在兩個方面：

首先，hausdroff測度及維數是分形理論的核心概念，也是整個分形理論的基礎，hausdroff測度的定義為：

其中，是歐氏直徑[9]，它是構造一個集合x的hausdroff測度的基礎。可見hausdroff測度是基于對被測集合的歐氏直徑的定義，而這種直徑其實就是主體對客體進行測量的媒介，的歐氏性質本身就反映了主體的特征，是人類習慣于歐氏方式的結果，它深深地打上了認識主體——人類的印記，深刻地說明了一切認識、一切 科學 規律 都是“人”的認識、“人”認識的規律，都必須使人能夠理解，以人為出發點、為目的。因而可以說，分形理論雖然實現了從歐氏測度到hausdroff測度的測度觀的轉變，但它仍然未能擺脫以歐氏測度為表現形式的主體的規定。

其次，正是因為認識的主體——人是生活在歐氏空間中的，是以歐氏測度為基礎的，人們所用的碼尺(測量工具)是歐氏的，人們需要的測量結果即對人有意義的結果也都是歐氏的，所以可以說在人們對分形的研究中，具體結果是依賴于碼尺的。以分形曲線為例，曼德布羅特(mandelbrot)給出的一般分形曲線的長度公式為，[10]對于此式可以有不同的理解，一種可被人們接受的理解是，即l是分形曲線的歐氏長度，是分形曲線的hausdroff長度，是碼尺[11]，此式是聯系與的定量關系式，該式不僅對于實驗測量較方便，而且明確地體現了以主客體相互作用、交互規定為基礎的認識的主體性與客體性。

在式中，下面將談到對于一個分形客體(這里為分形曲線)它的hausdroff測度(長度)及分維d是一定的，即存在且唯—，在這個前提下，主體(觀測者)對客體(分形曲線)測量其長度時(人們需要的是歐氏長度)，所得的曲線長度就只依賴于所選擇的碼尺的大小，選擇—個碼尺就是一個相應的曲線長度。大家熟悉的海岸線的長度和國家間邊界的長度就是這種情況，不同國家對于其間的共同邊界長度有不同的測量結果[12]，就是由于他們測量時采用的是不同的碼尺。

對分形客體的歐氏測量結果依賴于所選碼尺，其原因在于“分形是在其無標度區間內整體與部分相似的形”，其在不同的尺度上都有相似的細節存在。而作為主體與分形客體間的測量媒介的碼尺，其本身就是一個具體的、個別的“特征尺度”，那些小于其“特征尺度”的客體細節，將被它平滑掉，那些大于其“特征尺度”的客體特征將被保留下來。所以變換觀測尺度時，縮小 的變換會在測量過程中把更多的細節記入觀測結果，導致結果增大；擴大的變換會在測量過程中平滑掉小于碼尺的細節，從而導致最后的結果縮小。因而在對分形的測量中，具體的測量結果依賴于所選擇的碼尺，主體選擇什么樣的碼尺就會有與碼尺相應的測量結果，這是分形中認識的主體性的集中反映。

(二)分形理論中認識的客體性

前文所述，分形的歐氏測度依賴于主體所選碼尺的大小，它不是唯一確定的，這正說明了歐氏測度不能反映分形的本質特征。分形理論告訴我們，一個分形客體的hausdroff測度和維數是反映其本質特征的量，是認識的客體性的體現。

對于一個分形來說，其hausdroff維數dimx滿足：  

顯然，對應于的d是唯一的，且d=dimx。也就是說，如果用dimx表示任意非空集合x的hausdroff維數，則用小于hausdroff維數的d值構造的hausdroff測度，而用大于hausdroff維數的d值構造的hausdroff測度，只有用dimx=d的值構造的hausdroff測度才會是有限值，且是唯一的有限值[13]。可見，對于一個特定的分形（簡單分形）客體來說，它的hausdroff維數的d與hausdroff測度都是唯一的，它們是對分形的不依賴于主體的本質特征的反映，體現著認識的客體性方面。

四   結   語

以上概略地談了相對論、量子力學和混沌學、分形理論中認識的主體性與客體性問題，這四個理論作為20世紀重要的科學理論，它們共同反映的自然觀告訴我們：人所認識的自然不是具有獨立實在性的自然，而是基于主客體相互作用的自然，是認識源于實踐的自然。“排除觀測者及其影響作用的是牛頓力學體系的理想情況，這個理想情況在現實中是不存在的”。[14]

當相互作用中主體對客體的干擾（原則上不可排除）在某些方面與客體的客觀極限接近時，即干擾不可忽略、不可作為零來處理時，對客體的認識就不能排除主體的影響。如：相對論中，當v與c可比時，相對論因子 (1-v2/c2)1/2就與1有較大的偏離，這時那些具有相對速度v的不同參照系就會有明顯不同的認識；量子力學中，當作用量與h可比時（接近最小作用量），主客體間的關系就要明顯地受到測不準關系的制約；混沌學中，非線性機制使得系統對初始條件敏感，導致任何小的擾動都會對系統產生不可忽略的影響，所以產生混沌的非線性系統中，主體的干擾是不可忽略的；分形理論中，分形客體的無標度性使主體所用的碼尺與分形客體的細節在不同尺度上都是可比的，所以導致了測量的歐氏結果隨碼尺的不同而變化。

可以說任何科學知識都是人對客觀世界在現實的有限范圍內通過主體與客體的相互作用得來的結果，所以它們沒有例外地都具有主體性與客體性的雙重性質。數學中的羅素悖論、哥德爾定理，物 理學 對熵與不可逆性的詮釋，天文學中的人擇原理， 哲學 中取代本體論的認識論與方法論等等都莫不如此。 

參考 文獻

[1]吳大猷.相對論.北京：科學出版社，1983.32

[2][美]s.溫伯格.引力論和宇宙論. 北京：科學出版社，1980.28

[3]劉療.廣義相對論.北京：高等 教育 出版社，1987.16

[4][美]玻姆.量子理論.北京：商務印書館，1982.706

[5]王貴友.實踐辯證法解析.自然辯證法研究，1994；（1）：21

[6]蔡建華.量子力學. 北京：高等教育出版社，1980.77

[7]趙松年.非線性：它的內容、方法和意義.復雜性研究. 北京：科學出版社，1993.383

[8，14] hao bailin. elementary symbolic dynamics and chaos in dissipative systems. world scientific. 1989．13,403

[9，11，13]董連科.分形理論及其應用.沈陽：遼寧科學技術出版社，1991.17，65，18

篇8

【關鍵詞】量子計算；量子計算機；量子算法；量子信息處理

1、引言

在人類剛剛跨入21山_紀的時刻，！日_界科技的重大突破之一就是量子計算機的誕生。德國科學家已在實驗室研制成功5個量子位的量子計算機，而美國LosAlamos國家實驗室正在進行7個量子位的量子計算機的試驗。它預示著人類的信息處理技術將會再一次發生巨大的飛躍，而研究面向量子計算機以量子計算為基礎的量子信息處理技術已成為一項十分緊迫的任務。

2、子計算的物理背景

任何計算裝置都是一個物理系統。量子計算機足根據物理系統的量子力學性質和規律執行計算任務的裝置。量子計算足以量子計算目L為背景的計算。是在量了力。4個公設（postulate）下做出的代數抽象。Feylllilitn認為，量子足一種既不具有經典耗子性，亦不具有經典渡動性的物理客體（例如光子）。亦有人將量子解釋為一種量，它反映了一些物理量（如軌道能級）的取值的離散性。其離散值之問的差值（未必為定值）定義為量子。按照量子力學原理，某些粒子存在若干離散的能量分布。稱為能級。而某個物理客體（如電子）在另一個客體（姻原子棱）的離散能級之間躍遷（transition。粒子在不同能量級分布中的能級轉移過程）時將會吸收或發出另一種物理客體（如光子），該物理客體所攜帶的能量的值恰好是發生躍遷的兩個能級的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問產生了一個相互溝通和轉化的橋梁；愛因斯坦的質能轉換關系也提示了物質和能量在一定條件下是可以相互轉化的因此。量子的這兩種定義方式是對市統并可以相互轉化的。量子的某些獨特的性質為量了計算的優越性提供了基礎。

3、量子計算機的特征

量子計算機，首先是能實現量子計算的機器，是以原子量子態為記憶單元、開關電路和信息儲存形式，以量子動力學演化為信息傳遞與加工基礎的量子通訊與量子計算，是指組成計算機硬件的各種元件達到原子級尺寸，其體積不到現在同類元件的1%。量子計算機是一物理系統，它能存儲和處理關于量子力學變量的信息。量子計算機遵從的基本原理是量子力學原理：量子力學變量的分立特性、態迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力學變量的分立特性使它們可以記錄信息：即能存儲、寫入、讀出信息，信息的一個量子位是一個二能級（或二態）系統，所以一個量子位可用一自旋為1/2的粒子來表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的兩個極化方向來表示0和1；或用一原子的基態代表0第一激發態代表1。就是說在量子計算機中，量子信息是存儲在單個的自旋’、光子或原子上的。對光子來說，可以利用Kerr非線性作用來轉動一光束使之線性極化，以獲取寫入、讀出；對自旋來說，則是把電子（或核）置于磁場中，通過磁共振技術來獲取量子信息的讀出、寫入；而寫入和讀出一個原子存儲的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來完成的。量子計算機使用兩個量子寄存器，第一個為輸入寄存器，第二個為輸出寄存器。函數的演化由幺正演化算符通過量子邏輯門的操作來實現。單量子位算符實現一個量子位的翻轉。兩量子位算符，其中一個是控制位，它確定在什么情況下目標位才發生改變；另一個是目標位，它確定目標位如何改變；翻轉或相位移動。還有多位量子邏輯門，種類很多。要說清楚量子計算，首先看經典計算。經典計算機從物理上可以被描述為對輸入信號序列按一定算法進行交換的機器，其算法由計算機的內部邏輯電路來實現。經典計算機具有如下特點：

a）其輸入態和輸出態都是經典信號，用量子力學的語言來描述，也即是：其輸入態和輸出態都是某一力學量的本征態。如輸入二進制序列0110110，用量子記號，即10110110>。所有的輸入態均相互正交。對經典計算機不可能輸入如下疊加Cl10110110>+C2I1001001>。

b）經典計算機內部的每一步變換都將正交態演化為正交態，而一般的量子變換沒有這個性質，因此，經典計算機中的變換（或計算）只對應一類特殊集。

相應于經典計算機的以上兩個限制，量子計算機分別作了推廣。量子計算機的輸入用一個具有有限能級的量子系統來描述，如二能級系統（稱為量子比特），量子計算機的變換（即量子計算）包括所有可能的幺正變換。因此量子計算機的特點為：

a）量子計算機的輸入態和輸出態為一般的疊加態，其相互之間通常不正交；

b）量子計算機中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態之后，量子計算機對輸出態進行一定的測量，給出計算結果。由此可見，量子計算對經典計算作了極大的擴充，經典計算是一類特殊的量子計算。量子計算最本質的特征為量子疊加性和相干性。量子計算機對每一個疊加分量實現的變換相當于一種經典計算，所有這些經典計算同時完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計算的輸出結果。這種計算稱為量子并行計算，量子并行處理大大提高了量子計算機的效率，使得其可以完成經典計算機無法完成的工作，這是量子計算機的優越性之一。

4、量子計算機的應用

量子計算機驚人的運算能使其能夠應用于電子、航空、航人、人文、地質、生物、材料等幾乎各個學科領域，尤其是信息領域更是迫切需要量子計算機來完成大量數據處理的工作。信息技術與量子計算必然走向結合，形成新興的量子信息處理技術。目前，在信息技術領域有許多理論上非常有效的信息處理方法和技術，由于運算量龐大，導致實時性差，不能滿足實際需要，因此制約了信息技術的發展。量子計算機自然成為繼續推動計算速度提高，進而引導各個學科全面進步的有效途徑之一。在目前量子計算機還未進入實際應用的情況下，深入地研究量子算法是量子信息處理領域中的主要發展方向，其研究重點有以下三個方面；

（1）深刻領悟現有量子算法的木質，從中提取能夠完成特定功能的量子算法模塊，用其代替經典算法中的相應部分，以便盡可能地減少現有算法的運算量；

（2）以現有的量子算法為基礎，著手研究新型的應用面更廣的信息處理量子算法；

（3）利用現有的計算條件，盡量模擬量子計算機的真實運算環境，用來驗證和開發新的算法。

5、量子計算機的應用前景

目前經典的計算機可以進行復雜計算，解決很多難題。但依然存在一些難解問題，它們的計算需要耗費大量的時間和資源，以致在宇宙時間內無法完成。量子計算研究的一個重要方向就是致力于這類問題的量子算法研究。量子計算機首先可用于因子分解。因子分解對于經典計算機而言是難解問題，以至于它成為共鑰加密算法的理論基礎。按照Shor的量子算法，量子計算機能夠以多項式時間完成大數質因子的分解。量子計算機還可用于數據庫的搜索。1996年，Grover發現了未加整理數據庫搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算法，在量子計算機上可以實現對未加整理數據庫Ⅳ的平方根量級加速搜索，而且用這種加速搜索有可能解決經典上所謂的NP問題。量子計算機另一個重要的應用是計算機視覺，計算機視覺是一種通過二維圖像理解三維世界的結構和特性的人工智能。計算機視覺的一個重要領域是圖像處理和模式識別。由于圖像包含的數據量很大，以致不得不對圖像數據進行壓縮。這種壓縮必然會損失一部分原始信息。

作者簡介：

篇9

科院長春應用化學研究所王宏達研究員研究組與echnical university of enmark的池其金副教授、張敬東副教授、ens ulstrup教授研究組，以及瑞典的halmers university of echnology合作，應用am力譜在單分子水平本文由收集整理研究了過渡金屬配位化合物中金屬原子與配位分子osmium terpyridine）之間的相互作用。其成果發表在《自然通訊》nature ommunications， 2 oi： 8ncomms2）。

自從89年，werner提出配位化學理論以來，配位化學就成為了化學學科的一個重要分支，被用于過渡金屬配合物的研究。然而，如何在單分子水平操控和測量配位化學物中金屬元素與配體之間的相互作用是一個極大的挑戰。單分子技術的發展，尤其是單分子力譜的發展使得在單分子水平上研究分子間和分子內的相互作用提供了可能，獲得一些傳統的集群方法不能得到的重要信息。研究人員應用多學科的研究方法，以erpyridine與osmium模板，結合am力譜 、

電化學、掃描隧道顯微鏡（m）以及理論模擬等多種方法，系統地研究化學環境中的過渡金屬配合物的作用力。本項研究不僅獲得了單個配位力的大小（約 pn），而且發現金屬原子的氧化還原態對金屬配體之間的相互作用力有顯著影響，從還原態到氧化態，配位力逐漸增大（還原態～8 pn，平衡態～ pn，氧化態～ pn）；應用密度泛函理論（ensity functional theory，）模擬也為實驗數據提供了理論基礎。

電化學控制下，高精密的單分子水平測定金屬配位鍵斷裂力是配位化學的重大突破。電化學與am力譜結合的方法將推動配位化學的發展，成為研究金屬配合物相互作用的新手段，從一個全新的角度理解配位鍵的物理化學本質。該工作得到國家自然科學基金、國家97項目、中科院“百人計劃以及丹麥大學聯盟等多項資助。

dna甲基化（methylcytosine，m）修飾是表觀遺傳學的重要組成部分，它在胚胎發育、基因印記以及人類腫瘤發生中起著重要作用。na甲基化能引起na構象、na穩定性及na與蛋白質相互作用方式的改變，對基因的時空表達具有調控作用。na甲基化狀態異常是引起腫瘤發生的重要因素。近幾年在哺乳動物中新發現的羥

甲基胞嘧啶（hydroxymethylcytosine ，hm）除了作為na去甲基過程中的中間產物，還被認為具有調控細胞生理功能的

作用。但是由于hm在一般細胞中含量低且檢測手段有限，目前對于hm的研究主要還是集中在hm含量較高的干細胞和神經細胞。液相色譜質譜聯用技術具有靈敏度高、特異性好等優點，但由于核酸中還存在大量的其它正常核苷，在質譜分析中，這些經常共洗脫的正常核苷會抑制hm的離子信號，降低其檢測靈敏度。

篇10

本文的主要內容就是20世紀是如何完成科學的社會化和社會的科學化的。20世紀整個的一百年里，理論科學的發展基本上可以概括為兩次科技革命和四大理論模型；應用科學也可以概括為兩大超級能量和兩大生活技術。

兩次科技革命的第一次指的是在19世紀20世紀之交物理學領域發生的科技革命，包括相對論和量子力學的出現。第二次科技革命，在我看來還是一個正在進行中的、尚未完成的革命。這場革命發生在20世紀后半期，就是非線性科學的革命。四大理論模型是在20世紀快結束的時候基本形成的。這個四個模型包括宇宙學中的大爆炸模型、粒子物理學中的夸克模型、分子生物學當中的DNA雙螺旋模型、地學中的大地板塊模型。也有人說還可以再加一個計算機領域的馮？諾伊曼模型。這四個模型或者五個模型大體可以表達20世紀最重要的一些理論成就。當然不是說其他的成就就不重要，而是說這幾個成就格外的重要，因為它們構成了20世紀理論科學發展的一個平臺。

應用科學的兩大超級能量，第一個能量就是核能量的釋放，包括核武器的研制、核能量的釋放和利用等。這個可以稱之為超級能量的釋放。第二個是登月工程。登月工程之所以能夠稱為一種超級能量，是因為它代表了人類對地球引力的征服，代表了人類走向太空。這是一個人類自古以來從未想象過的一種現實，可以稱它為一種超級能量的開發。

那么什么是兩大生活技術呢？這指的是20世紀后期發生在我們眼前的兩種技術。第一個就是生物技術，第二個是信息技術。人有兩方面的存在，一個是社會學存在，一個是生物學存在。人類的生物學存在正在遭受生物技術的改造和改變，這是一種生活技術。人作為社會學意義上的存在，是一種交往性的存在。人是通過交往來認同自己的，每個人都要跟人家交往，把一個人關在一個屋子里老不讓他交往，他最后不是發瘋就是變成非人。但是交往是要依靠技術的，基本的交往技術就是信息技術。所以今天的信息技術就是我們第二大生活技術。

一、世界圖景的重建

我們先來看物理學革命。物理學革命分為相對論革命和量子力學革命。相對論基本上是家喻戶曉的了，因為愛因斯坦是20世紀最大的科學明星。愛因斯坦曾經跟卓別林說，為什么所有人都喜歡你，是因為他們都理解你；為什么所有人都喜歡我，是因為他們都不理解我。這就反映了愛因斯坦的相對論非常難理解，不要說一般大眾，就是學物理的要真正地理解相對論也是很不容易的，所以愛因斯坦就開了這么一個玩笑。

大家知道相對論分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論主要是在時間空間問題上的一場革命。關鍵是引出了同時性的相對性。比如說現在我們正在王府井搞講座，此刻天安門那兒有一場隆重的儀式，那么在什么意義上說，此刻天安門和王府井的兩個事件是同時的呢？你可以說我們看表看到是同時的，都是10點鐘開始，那邊也10點，我們這兒也10點。可是這畢竟是兩塊表，如何才能知道它們是一致的呢？的確，我們不能肯定現在這塊表定的時間和天安門廣場那塊表的時間完全一樣，因此講同時性就需要對鐘。愛因斯坦說，你必須告訴我你是怎么對鐘的，他要求同時性要有一個操作的定義。由于要對鐘，所以需要信號。最快的信號是光，可以用光來對鐘。但是光的速度仍然是有限的，這就意味著在對鐘的過程中光信號從天安門傳到王府井是需要時間的，這就會遭遇一種相對性效應。在一個靜止的人看你對鐘和一個運動的人看你對鐘，對出來的是不一樣的。愛因斯坦借此提出同時性的相對性，也就是說，對于一個參照系中的觀察者來說是同時的，對另一個參照系的觀察者就不是同時的。根據這個同時性的相對性，愛因斯坦就推出了他所謂的狹義相對論。同時性的相對性還比較好理解，但由此出發得出了很多很古怪的結果。

第一個古怪的效果叫尺縮鐘慢。在不同的參照系里的人看來，尺子的長度是不一樣的。一個運動的尺子會比在靜止時短，這個叫尺縮；運動的鐘要慢一點，這是鐘慢。這個尺縮鐘慢效應不是任何外力作用造成的，就是參照系本身造成的，是運動學效應不是動力學效應。由于運動是相對的，你看見我的鐘慢了，我看見你的鐘也慢了，那么到底是誰慢了呢？由于處在不同的參照系，這個問題是沒有意義的。但是，要是讓一對雙生子派一個人先出去跑一圈再回來，由于他們都會發現對方時鐘慢了，生命的生長也慢了，于是對方都比自己年輕了，這樣再次碰面就會出現悖論：到底是哪一個更年輕？這就是著名的雙生子悖論。這個悖論在狹義相對論里解決不了，只有在廣義相對論才能解決。大家知道，一個宇宙飛船飛出去又飛回來，它必然要經歷一個加速運動才能飛出去，飛出去之后要想再回來，它又要經歷一個減速運動。一加速一減速就不符合狹義相對論的條件，就是廣義相對論處理的問題了。經歷了加速場的人，按照廣義相對論來說，他應該是絕對地變年輕了。因此按照廣義相對論，這個雙生子悖論是可以解決的，答案是坐宇宙飛船出去轉一圈的那個人變年輕了。這是我們要說的尺縮鐘慢效應。

還有一個很重要的推論，就是很多人都知道的質能轉化公式，E等于MC2，E是能量，M是質量，C是光速。根據這個公式，稍微有一點點質量的損失，可以變成巨大的能量。過去分別有質量守恒和能量守恒，現在兩者是一回事，合起來叫質能守恒，這個也是狹義相對論所得出的結論。

接著我們說一說廣義相對論。廣義相對論處理的是加速問題。牛頓力學里面有兩個質量，一個是牛頓第二定律規定的那個質量，我們稱為慣性質量；另外一個是萬有引力定律里面的，叫引力質量。在牛頓時代，引力質量和慣性質量被認為當然是同樣一個質量，但是這個并沒有予以說明。愛因斯坦認為，這兩個質量的同一性實際上表明了引力場和加速場的等效性。說白了就是，引力場和加速場本質上是一回事。愛因斯坦最喜歡用電梯做思想實驗，歷史上稱為愛因斯坦電梯。比如說你坐在封閉的電梯里，并且用臺秤秤自己的重量，現在你發現臺秤上顯示你的重量大于你的體重，那么愛因斯坦說，你不能肯定究竟是你所在的電梯正在向上加速運動，還是地球的引力突然增大了。這就是加速場和引力場兩者不可分的意思。根據這個等效原理，他推出了廣義相對論。

廣義相對論也有很多重要的預言。其中最有意思的一個推論就是，他認為物質和空間之間不能夠像過去那樣看成相互外在的兩個東西，比如說空間是一個籃子，物質就像籃子里的菜；空間是那個書架子，物質就是書架上的書。愛因斯坦說這不對的，實際情況是，空間變成了物質的某種幾何性質。廣義相對論主張，有什么樣的物質，就會有什么樣的空間。就好比籃子裝了菜，籃子就發生變化；書架裝了書，書架會發生變化。任何有質量的物質都會引起周圍空間的彎曲，質量越大、引力場越大，空間彎曲得越厲害。過去我們認為月亮繞地球轉，是因為有地球的引力在拉著它，現在，按照廣義相對論的說法，好是因為地球的引力場讓地球周邊的空間變彎了。月亮某種意義上是在走一個直路，只不過空間彎了，它走的直路在我們看來也是一個彎路。

空間彎了，一向走直路的光線當然也會彎曲。這個說法當然是非常奇特的，一般人覺得不可思議。愛因斯坦說只有在特別強大的引力場之中，光才能發生彎曲。我們地球周圍最大的引力場就是太陽，太陽質量最大，可是白天太陽很亮，沒有辦法用它來判定光線是否在經過它是否發生了彎曲。但也有辦法，就是等日全食的時候，月亮正好把太陽全部遮住的時候，我們再來看一看處在太陽背后的那個恒星的光，能不能繞過太陽被我們看見，如果能的話就證明愛因斯坦說得是對的。這件事情正好發生在第一次世界大戰之后，英國的愛丁頓率領一個考察隊專門去考察日全食的時候光線是不是發生彎曲，考察的結果居然是真的發生了彎曲。當時就一下子轟動了，愛因斯坦從此成為家喻戶曉的科學家。

我們講這些基本的東西，是要想說明愛因斯坦的相對論，對人類關于時間、空間、宇宙的基本觀念產生了一場革命性的轉變，因此我們說愛因斯坦是20世紀的一個科學革命家。下面我們再來講講量子力學。量子力學從某種意義上說，比愛因斯坦的相對論還要深刻，它里面所包含著的革命性因素還要多，主要表現在幾個方面。

第一個是微觀領域里物質的波粒二象性。微觀粒子既表現出波的特性，又表現出粒子的特性。粒子的一個特點是它有個定義明確的界限，有自己獨一無二的位置。波則是一個彌散的東西，不能說波在什么位置，波是處在整個空間之中。這本來是兩種完全不一樣的物質形態，但量子力學發現，微觀粒子既像是粒子也像波。比如說這個屋子有兩個門，我們每個人進來的時候總只能從一個門進來，你不能說我同時從兩個門進來的。可是量子力學發現，微觀領域的粒子就是從兩個門進來的。同樣，它也是從兩個門出去的，因此，你就不好說它出去之后究竟在什么地方。

第二個叫做測不準原理。一個粒子的能量和時間、質量和動量不能夠同時精確測定，也稱為不確定性原理。為什么量子領域會發生這個事情呢？主要的一個原因是我們對量子領域的現象必須通過實驗才能了解，可是實驗總是會對對象有干預。比如說我們這個黑屋子里面有一個球，現在我們來問這個球在什么位置，當然我們不知道在什么位置，因為屋子太黑了我們看不見。為了知道它在什么位置我必須把燈打開。可是把燈一打開之后，那個燈的光線就對那個球產生作用。對一個宏觀的球來說，光線不大可能對它產生什么明顯的影響，可是在量子微觀領域，這個光子跟這個球差不多，它就完全有可能把球打到不知道什么地方去了。即使你打開燈之后看見那個球在某個位置，你也不能說沒打開燈之前那個球在什么位置。如果你不開燈你看不見，一開燈球又變了位置了，所以這就是為什么量子力學說搞不清楚它在什么位置的一個根本原因。

量子力學還有很多這類稀奇古怪的現象。經常有物理學家自嘲說，如果你在學過了量子力學之后沒有意識到自己根本不懂量子力學，那么你就真是不懂量子力學。只有當你知道自己不懂量子力學之后，你才能說自己稍微懂得一點量子力學。量子力學在20世紀初產生后，與實驗符合得非常好，成了整個20世紀科學的一個基本的平臺。今天諸位都用了手機，用了電子設備，其實里面都包含著量子力學的理論成就。量子力學我們就講到這里。

下面我們講講四大理論模型。

四個理論模型里面宇宙學和相對論聯系最深。牛頓以來的宇宙學基本上就沒了，因為宇宙被認為是無限的，無限的宇宙沒法研究。愛因斯坦相對論提出來之后，他發現可以把宇宙整體作為一個研究對象，建立方程。這個宇宙方程導出的解都表明宇宙不是穩定的，但他當時覺得宇宙總體上應該是一個穩定的東西，所以他加了一個宇宙學項，強行把從相對論宇宙學中導出了一個靜止的宇宙模型。也有一些數學家試解愛因斯坦的宇宙方程，提出了好多次數學方案，這些方案都表明宇宙是不穩定的。由于沒有觀測證據，數學家自己算著玩，也沒有人當真。

有意思的是，大概在2 0年代末，美國的一位天文學家叫哈勃（哈勃望遠鏡就是以他的名字命名的），他發現銀河系外面的星系都有紅移現象。紅移就是光譜向紅端移動，向低頻段移動，人們馬上聯想到多普勒效應。多普勒效應很簡單，說的是一個運動的振動源在觀察者看來，振動的波長和頻率都是要發生改變的。我們都有這個經驗，一列火車鳴著汽笛向我們開來的時候聲音越來越尖銳，離我們而去的時候聲音越來越低沉。這不是因為它這個汽笛聲調發生了變化，而是因為我們和火車之間的運動關系發生了變化。它向著我們來的時候是越來越尖銳，聲音的頻率發生了藍移；離我們而去的時候聲音越來越低沉，發生了紅移。河外星系都有這樣的紅移現象，這就意味著所有的星系實際上都在離我們遠去。如果所有的星系都離我們遠去，這就意味著整個宇宙都在膨脹。

這個觀察證據發現之后，立即就被人聯想到那些數學家所給出的宇宙膨脹模型。理論與觀測相遇了，現代宇宙學就這樣成長起來了。如果說宇宙是膨脹的話，那么往回追溯它應該越來越小，小到一定地步應該就變成一個點。從點狀如何膨脹出一個宇宙？點之前又是什么東西？這就是一個大問題。宇宙學家提出一個理論說，宇宙是從起點處高溫、高壓、高密度的奇點狀態爆炸過來的，爆炸瞬間之后，是一團宇宙霧，或者說一鍋宇宙湯，隨著溫度慢慢變低，依次產生現在我們看到的這些物質，核子啊、電子啊這些東西，后來慢慢再出現星系、星云，出現行星，整個宇宙就出來了。在冷卻的過程中實際上還有點霧沒有徹底冷卻，這個很稀薄的一層霧始終還在，大概相當于絕對溫度三度這樣子的輻射，是早期宇宙湯的一個遺跡。這個遺跡后來居然也被發現了，這個發現也是非常巧的。幾個搞射電天文的人做了一個射電望遠鏡調試，怎么調試也不能復零，老有一點本底噪音。這個本底噪音當時被認為是望遠鏡沒做好的一種表現，他們很苦惱。但是他們在普林斯頓大學吃飯的時候跟同事們談起來，說我們造了一個望遠鏡，怎么調也調不到零，本底噪音不知道怎么來的。說者無心聽者有意，旁邊的理論宇宙學家一聽，這個本底噪音不就是宇宙背景輻射嗎？他們于是結合起來研究，證明那個本底噪音就是宇宙湯在冷卻過程中留下的那一點點霧，稱為微波背景輻射。這個輻射的發現就成了對熱大爆炸宇宙模型的一個有力的支持，這個模型從此就有力地確立下來了。這個模型也很受理論物理學家喜愛，因為很多高能物理實驗在地面上不好做，做不出來，但有了這個模型，我們就可以虛擬地在宇宙早期去做。因為宇宙早期溫度高，密度大，成了理論物理學家很鐘愛的一個模型，他們可以在這個模型的基礎上做思想試驗。

第二個模型就是所謂的夸克模型。大家知道一分為二的思想。所有的物質都是由分子構成，所有的分子都是由原子構成，所有的原子都是原子核和電子構成，原子核由質子和中子構成，質子和中子由基本粒子構成，還能不能接著分下去呢？過去我們說一尺之捶，日取其半，萬世不竭。可是問題是，你想是可以這么想，但能不能真的分得下去得靠科學來說話，得做實驗。實驗結果卻表明，這個夸克模型分不下去了。因為到了量子領域之后，質能轉換關系開始起作用了。打個比方說，你用刀去切蘋果，在宏觀領域里，蘋果是蘋果刀是刀，是兩個不同的東西。可是到了微觀領域，代表著分解方的刀和代表著被分解方的蘋果是可以互相轉換的，相當于說，你切著切著，刀切沒了，變成蘋果了。本來應該是蘋果越切越小，由于刀切沒了，轉化成了蘋果，因此蘋果被切之后有可能變成兩個更大的蘋果。由于質量和能量可以相互轉化，高能粒子在切割的過程中并不是越變越小，這樣一來，所謂的無限可分就變得沒有意義了。夸克模型認為夸克實際上根本打不開，一個很重要的原因是道高一尺魔高一丈，你敲擊的能量越大，它禁閉的能量也越大，所以根本就打不開。這是夸克模型。

大家都很熟悉了。今天我們處在一個生物技術的時代，基因的時代。基因時代之所以能夠到來，與DNA雙螺旋模型的發現是有關系的。過去我們只知道有基因，基因在染色體上，那么具體來說基因是什么樣，有什么樣的內在結構，過去都不知道，現在都搞清楚了。20世紀50年代有兩位英國的年輕人，在前人的工作的基礎上最終發現了DNA實際上是兩個鏈纏在一起，纏成一個雙螺旋，有了這個雙鏈條模型后人們才能精細地對基因進行研究和加工。今天我們知道的基因復制、基因修補、基因重組，都是建立在這個DNA雙螺旋模型的基礎之上。所以這個模型對于今天生物科學的發展，對于我們生物技術的發展都是功莫大焉。但是大家也要注意到，DNA雙螺旋模型的發現是與微觀物理學的發現有直接關系的，剛才我們講的量子論和相對論都是有貢獻的。因為DNA這個東西很小，必須用電子顯微鏡來看。電子顯微技術實際上是建立在當時量子力學這樣一些物理學基礎之上的。所以某種意義上說，這個DNA雙螺旋模型的發現，理論物理學也是有很大功勞的。

大地我們過去只知道有縱向的運動，地震就是典型的縱向運動，上下動。人們從來沒想到大地還有水平的運動，地那么大的東西怎么會水平運動呢。但是有些人就注意到了，我們的世界地圖幾大塊之間的關系，實際上暗示了它過去可能是一個整體。有一位地質學家叫魏格納，有一天他躺在床上看世界地圖就發現，非洲大陸跟美洲大陸邊界好像能接上，他就想是不是早期它們是一整塊的，后來才分開的。這個思想當然過于大膽了，人們很難設想地球那么大的玩意兒還能夠水平運動。他有了這個設想之后，就想去驗證它，而且寫了書，但是得不到大多數人的認同。所以這個大地水平運動理論，一直經歷了大概半個世紀的爭論，反復地研討，最終在20世紀60年代終于得到了地質學界的認同，被認為是地質學中的一場革命。這場革命確立了大地的板塊模型，以及這個板塊的漂移運動。有了這個板塊模型，所有的關于地質、地球物理的研究就有了一個嶄新的面貌。所以板塊模型也被認為是20世紀最重要的一個模型。

第五個模型我們講的是馮？諾伊曼模型。馮？諾伊曼模型是計算機領域的一個模型，今天我們用的電腦基本上都屬于馮？諾伊曼機。馮？諾伊曼機的一個基本原理就是把操作程序代碼化，把數據和程序儲存在一起。大家知道我們今天的硬盤里既存數據，也存軟件。軟件就是操作程序，數據是我們用的，比如說文字、圖象等。馮？諾伊曼機發現把它混在一起可以提高效率，過去這兩個部分是分開的，操作是操作、數據是數據，但是運算速度很慢。馮？諾伊曼提出來把兩者混在一起，統一編碼，這樣就大大地提高計算機的運算的速度。今天我們用的電腦依然屬于這個范疇。因此有人認為馮？諾伊曼模型也是20世紀最重要的理論模型之一。

20世紀60年代以來，不斷出現了一批橫斷學科、新興學科，被有人稱為第二次科學革命。在我看來，這場科學革命是比相對論、量子力學更加深遠的一場思想變革，它要打破近代自牛頓以來的一些對世界的看法，參與這場科學革命的學科很多，非線性科學、復雜性科學、系統科學、生態科學都卷入其中。

這些新的科學都想破除傳統科學里面的機械決定論思想。牛頓力學世界觀的一個理想是，給定全部的初始條件我就能告訴你世界的過去、現在和未來。法國科學家拉普拉斯對此有一個形象的表述。他說只要有一個萬能的計算者，你告訴他這個宇宙的初始條件，他就能算出宇宙的過去、現在、未來。在他看來，難題只在于有沒有這樣一個萬能的計算者，世界的決定論特征是沒有問題的。拉普拉斯的這個形象的說法，現在看來是有問題的。決定論的信奉者也是征服自然、改造自然的信奉者。我們因為能掐會算，能夠精確地預言、預測，因此我們什么都不怕，我們可以無所顧忌地改天換地。因為我能夠精確地知道，我對自然界的改造會造成什么樣的后果。如果你不能夠知道后果，那么人類對自然會有所敬畏。新的科學認為人類對自然的研究，并不能夠獲取完全的確定性。我們只能或然地了解世界，我們對于世界長遠的后果是沒法了解。這就是所謂的非線性效應、復雜性效應、生態效應。過去有一個箴言說人算不如天算，包括這個意思。歷史上的許多原始文化、傳統文化都強調要敬畏自然，主張自然的很多后果我們是難以預料的。但是，這個論調是近代科學所不理會的，近代數理科學傳統認為自然界是一個確定的體系，現在看來這個信念過于理想。新的科學發現了路徑依賴和初始條件敏感，就是說初始條件微小的變化將會非線性放大，放大到不成樣子。通俗的講法就是所謂的蝴蝶效應，說的是北京的一個蝴蝶扇一下翅膀，結果在紐約造成一場風暴。一個玩笑說，壞了一只馬蹄鐵，損失一匹戰馬，損失一匹戰馬帶來一場小小戰役的失敗，小小戰役的失敗帶來一場大戰役的失敗，大戰役的失敗帶來戰略性的失敗，戰略性失敗帶來國家的滅亡。這每一步都是非線性放大，結果是一只馬蹄鐵壞了導致一個國家滅了。非線性效應在現在看來不是個別的、孤立的，而是普遍的，處處都存在。過去認為整個宇宙尺度上，還是牛頓力學說了算，現在看來牛頓力學只能是小范圍說了算，大范圍反而都是非線性系統。我想這是一個很重要的觀念革命。

第二個方面是整體論的出現。過去的科學都主張對世界進行分割、切割，把宏觀的東西還原為微觀的東西，把整塊的東西切割成小的東西。我們先對小的、簡單的東西進行研究，研究了小的東西，那么大的東西自然就可以拼出來了。方程都是微分方程，微分方程算出來之后進行積分。微積分的過程就是一個原子化的過程，積分的過程就是一個拼裝的過程。所以近代以牛頓力學為代表的世界觀，基本上是一個拼裝、拆拼的世界觀。我們做什么事、看什么問題，都先是把這個事情把它拆開了、分解了，模塊、板塊化。現在我們管理學里面經常搞模塊化、板塊化，其實就是來自經典科學里面的原子論思維。流水線生產也是，把汽車都拆散了。過去造東西是一個工匠從頭造到尾，現在是一個人造一點點，造完以后拼起來就行了，又快又好。這是現代性思維的一個很重要的部分，也是古典科學的拼裝世界觀的反映。這種拆拼世界觀、原子論世界觀有個問題，就是忽視了世界、事物本身是個有機的整體，拆和拼的過程中肯定會損壞或者忽略掉有機的部分。我們都知道有許多東西是拆不出來也拼不出來的，這就是整體的東西。比如我們說一個和尚挑水吃，兩個和尚抬水吃，三個和尚沒水吃，這就是一個整體論效應。如果按照線性相加的原則，一個和尚挑水，兩個和尚就挑兩擔水，三個和尚挑三擔水。但這是原子論的思維，實際上并不是這么回事，和尚越多越沒有水吃。也有人說，一個中國人是一條龍，三個中國人成了一條蟲，這也是整體論效應，搞在一起反而內訌、相互拆臺。這個效應你通過拆分拆不出來，拆出來之后的東西就像我們剛才講的量子效應那樣，有可能越拆越大，越拼越小，這就不是線性效應。

還有一個方面是，新科學確認了世界的不可逆性。牛頓力學根本上認為，一個物理系統是可以反演的。時間變成負的無所謂，反正牛頓方程里面的時間都是以平方的方式出現的。不可逆性早在19世紀后期熱力學第二定律出現的時候就已經認識到了。人們發現一杯熱水放在空氣里面，它只會越來越涼，一直涼到和空氣溫度一樣為止。從來沒有一杯冷水放在桌上，能從空氣中吸熱把自個兒燒開了。從來只聽說過破鏡難圓，沒聽說過一個破碎的鏡子最后自己能重回圓滿，打碎的瓷器難復原、覆水難收都是這個意思。可是按照牛頓力學，這種逆轉原則上是可以的。宏觀上看一個物理系統總是按照一個不可逆的方向發展，一杯水總是慢慢地變冷或者變熱和室溫保持平衡，從來沒有越來越偏離室溫的情況出現。這種不可逆現象出來以后，很多科學家很苦惱。因為所謂的熱力學定律不過就是微觀定律的一個宏觀表現而已，微觀領域的粒子肯定都是符合牛頓定律的，因而是可逆的，可是為什么微觀里面是可逆的，宏觀就不可逆呢？當時有一位奧地利的物理學家叫玻耳茲曼，一直在試圖解決這個問題，結果到死也沒有解決問題。最后他是自殺的，沒解決這個問題很苦惱，自殺了。這個問題到現在也沒有完全解決，但是新科學，就是非線性科學、系統科學、復雜性科學、生態科學都試圖把這個不可逆性作為一個基本的現象來處理，而讓牛頓力學的東西作為一個次級的現象。這是新科學的一個嶄新的變化，這個變化將更加符合我們的日常生活經驗。

科學與人文在現代之所以分裂有一個重要的原因就是古典的物理學、古典科學不再關注價值問題，只關注事實，造成了事實和價值的二分。事實和價值之所以二分，是因為古典力學、古典物理學、古典科學所面對的對象是一個機械。機械本身是沒有目的的，沒有目的就沒有價值。有機體都是有目的的，機械沒有目的。如果你把世界本身看成個機械，那么這個世界本身就談不上什么價值，價值只屬于人。于是，人和自然、事實和價值、科學與人文之間就發生了分裂。可是新的科學認為世界本質上不是一個機械，而是一個有機體。這個有機體有自身的目的、有自身整體的效應。機械論理想局部是合理的，但是它是有限度的。因為特定的目的、特定的目標我們可以把世界看成個機械，但是根本上來看，世界并不是一個機械，而是一個有機體。這個有機體有整體效應，有非線性效應，它的變化過程是不可逆的。一個人只能由小孩長成青年，青年長成中年，中年變成老年，老年最后死掉，不可能倒著長，倒著長不是有機體的模式。想倒著長恰恰是機械自然觀的一個必然后果。從這個意義上說愛因斯坦的相對論，特別是狹義相對論總體上看也還屬于機械自然觀的范圍。愛因斯坦相對論是允許時間倒流的，邏輯上它允許時間倒流。好萊塢電影里面特別喜歡借用這個東西，來幻想時間倒流，從而產生一些非常異樣的場景疊加，那就有戲可看了。電影總是要有戲可看，所以他們特別喜歡援引相對論這些東西。其實可逆性思想已經遭到了新科學的質疑。