量子力学的发展史精选(九篇)

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第1篇：量子力学的发展史范文

人们通常把爱因斯坦与玻尔之间关于如何理解量子力学的争论，看成是继地心说与日心说之后科学史上最重要的争论之一。就像地心说与日心说之争改变了人们关于世界的整个认知图景一样，爱因斯坦与玻尔之间的争论也蕴含着值得深入探讨的对理论意义与概念变化的全新理解以及关于世界的不同看法。有趣的是，他们俩人虽然都对量子力学的早期发展做出了重要贡献，但是，爱因斯坦在最早基于普朗克的量子概念提出并运用光量子概念成功地解释了光电效应，以及运用能量量子化概念推导出固体比热的量子论公式之后，却从量子论的奠基者，变成了量子力学的最强烈的反对者，甚至是最尖锐的批评家。截然相反的是，玻尔在1913年同样基于普朗克的量子概念提出了半经典半量子的氢原子模型之后，却成为量子力学的哥本哈根解释的奠基人。爱因斯坦对量子力学的反对，不是质疑其数学形式，而是对成为主流的量子力学的哥本哈根解释深感不满。这些不满主要体现在爱因斯坦与玻尔就量子力学的基础性问题展开的三次大论战中。他们的第一次论战是在1927年10月24日至29日在布鲁塞尔召开的第五届索尔未会议上进行的。这次会议由洛伦兹主持，其目的是为讨论量子论的意义提供一个最高级的论坛。在这次会议上，爱因斯坦第一次听到了玻尔的互补性观点，并试图通过分析理想实验来驳倒玻尔—海森堡的解释。这一次论战以玻尔成功地捍卫了互补性诠释的逻辑无矛盾性而结束；第二次大论战是于1930年10月20日至25日在布鲁塞尔召开并由朗子万主持的第六届索尔未会议上进行的。在这次会议上，关于量子力学的基础问题仍然是许多与会代表所共同关心的主要论题。爱因斯坦继续设计了一个“光子箱”的理想实验，试图从相对论来玻尔的解释。但是，在这个理想实验中，爱因斯坦求助于自己创立的相对论来反驳海森堡提出的不确定关系，反倒被玻尔发现他的论证本身包含了驳倒自己推论的关键因素而放弃。

当这两个理想实验都被玻尔驳倒之后，爱因斯坦虽然不再怀疑不确定关系的有效性和量子理论的内在自洽性。但是，他对整个理论的基础是否坚实仍然缺乏信任。1931年之后，爱因斯坦对量子力学的哥本哈根解释的质疑采取了新的态度：不是把理想实验用作正面攻击海森堡的不确定关系的武器，而是试图通过设计思想实验导出一个逻辑悖论，以证明哥本哈根解释把波函数理解成是描述单个系统行为的观点是不完备的，而不再是证明逻辑上的不一致。在这样的思想主导下，第三次论战的焦点就集中于论证量子力学是不完备的观点。1935年发表的EPR论证的文章正是在这种背景下撰写的。从写作风格上来看，EPR论证既不是从实验结果出发，也不再是完全借助于思想实验来进行，而是把概念判据作为讨论的逻辑前提。这样，EPR论证就把讨论量子力学是否完备的问题，转化为讨论量子力学能否满足文章提供的概念判据的问题。由于这些概念判据事实上就是哲学假设，这就进一步把是否满足概念判据的问题，推向了潜在地接受什么样的哲学假设的问题。例如，EPR论证在文章的一开始就开门见山地指出：“对于一种物理理论的任何严肃的考查，都必须考虑到那个独立于任何理论之外的客观实在同理论所使用的物理概念之间的区别。这些概念是用来对应客观实在的，我们利用它们来为自己描绘出实在的图像。为了要判断一种物理理论成功与否，我们不妨提出这样两个问题：（1）“这理论是正确的吗？”（2）“这理论所作的描述是完备的吗？”只有在对这两个问题都具有肯定的答案时，这种理论的一些概念才可说是令人满意的。”〔3〕从哲学意义上来看，这段开场白至少蕴含了两层意思，其一，物理学家之所以能够运用物理概念来描绘客观实在，是因为物理概念是对客观实在的表征，由这些表征描绘出的实在图像，是可想象的。这是真理符合论的最基本的形式，也反映了经典实在论思想的核心内容；其二，如果一个理论是令人满意的，当且仅当，这个理论既正确，又完备。那么，什么是正确的理论与完备的理论呢？EPR论证认为，理论的正确性是由理论的结论同人的经验的符合程度来判断的。只有通过经验，我们才能对实在作出一些推断，而在物理学里，这些经验是采取实验和量度的形式的。〔4〕也就是说，理论正确与否是根据实验结果来判定的，正确的理论就是与实验结果相吻合的理论。但文章接着申明说，就量子力学的情况而言，只讨论完备性问题。言外之意是，量子力学是正确的，即与实验相符合，但不一定是完备的。为了讨论完备性问题，文章首先不加证论地给出了物理理论的完备性条件：如果一个物理理论是完备的，那么，物理实在的每一元素都必须在这个物理理论中有它的对应量。物理实在的元素必须通过实验和量度来得到，而不能由先验的哲学思考来确定。基于这种考虑，他们又进一步提供了关于物理实在的判据：“要是对于一个体系没有任何干扰，我们能够确定地预测（即几率等于1）一个物理量的值，那末对应于这一物理量，必定存在着一个物理实在的元素。”

文章认为，这个实在性判据尽管不可能包括所有认识物理实在的可能方法，但只要具备了所要求的条件，就至少向我们提供了这样的一种方法。只要不把这个判据看成是实在的必要条件，而只看成是一个充足条件，那末这个判据同经典实在观和量子力学的实在观都是符合的。综合起来，这两个判据的意思是说，如果一个物理量能够对应于一个物理实在的元素，那么，这个物理量就是实在的；如果一个物理理论的每一个物理量都能够对应于物理实在的一个元素，那么，这个物理学理论就是完备的。然而，根据现有的量子力学的基本假设，当两个物理量（比如，位置X与动量P）是不可对易的量（即，XP≠PX）时，我们就不可能同时准确地得到它们的值，即得到其中一个物理量的准确值，就会排除得到另一个物理量的准确值的可能，因为对后一个物理量的测量，会改变体系的状态，破坏前者的值。这是海森堡的不确定关系所要求的。于是，他们得出了两种选择：要么，（1）由波动函数所提供的关于实在的量子力学的描述是不完备的；要么，（2）当对应于两个物理量的算符不可对易时，这两个物理量就不能同时是实在的。他们在进行了这样的概念阐述之后，接着设想了曾经相互作用过的两个系统分开之后的量子力学描述，然后，根据他们给定的判据，得出量子力学是不完备的结论。EPR论证发表不久，薛定谔在运用数学观点分折了EPR论证之后，以著名的“薛定谔猫”的理想实验为例，提出了一个不同于EPR论证，但却支持EPR论证观点的新的论证进路。出乎意料的是，爱因斯坦却在1936年6月19日写给薛定谔的一封信中透露说，EPR论文是经过他们三个人的共同讨论之后，由于语言问题，由波多尔斯基执笔完成的，他本人对EPR的论证没有充分表达出他自己的真实观点表示不满。从爱因斯坦在1948年撰写的“量子力学与实在”一文来看，爱因斯坦对量子力学的不完备性的论证主要集中于量子理论的概率特征与非定域性问题。他认为，物理对象在时空中是独立存在的，如果不做出这种区分，就不可能建立与检验物理学定律。因此，量子力学“很可能成为以后一种理论的一部分，就像几何光学现在合并在波动光学里面一样：相互关系仍然保持着，但其基础将被一个包罗得更广泛的基础所加深或代替。”显然，爱因斯坦后来对量子力学的不完备性问题的论证比EPR论证更具体、更明确。EPR论证中的思想实验只是隐含了对非定域性的质疑，但没有明朗化。但就论证问题的哲学前提而言，爱因斯坦与EPR论证基本上没有实质性的区别。因此，本文下面只是从哲学意义上把EPR论证看成是基于经典物理学的概念体系来理解量子力学的一个例证来讨论，而不准备专门阐述爱因斯坦本人的观点。

二、玻尔的反驳与量子整体性

玻尔在EPR论证发表后不久很快就以与EPR论文同样的题目也在《物理学评论》杂志上发表了反驳EPR论证的文章。玻尔在这篇文章中重申并升华了他的互补观念。玻尔认为，EPR论证的实在性判据中所讲的“不受任何方式干扰系统”的说法包含着一种本质上的含混不清，是建立在经典测量观基础上的一种理想的说法。因为在经典测量中，被测量的对象与测量仪器之间的相互作用通常可以被忽略不计，测量结果或现象被无歧义地认为反映了对象的某一特性。但是，在量子测量系统中，不仅曾经相互作用过的两个粒子，在空间上彼此分离开之后，仍然必须被看成是一个整体，而且，被测量的量子系统与测量仪器之间存在着不可避免的相互作用，这种相互作用将会在根本意义上影响量子对象的行为表现，成为获得测量结果或实验现象的一个基本条件，从而使人们不可能像经典测量那样独立于测量手段来谈论原子现象。玻尔把量子现象对测量设置的这种依赖性称为量子整体性（whole-ness）。

在玻尔看来，为了明确描述被测量的对象与测量仪器之间的相互作用，希望把对象与仪器分离开来的任何企图，都会违反这种基本的整体性。这样，在量子测量中，量子对象的行为失去了经典对象具有的那种自主性，即量子测量过程中所观察到的量子对象的行为表现，既属于量子对象，也属于实验设置，是两者相互作用的结果。因此，在量子测量中，“观察”的可能性问题变成了一个突出的认识论问题：我们不仅不能离开观察条件来谈论量子现象，而且，试图明确地区分对象的自主行为以及对象与测量仪器之间的相互作用，不再是一件可能的事情。玻尔指出，“确实，在每一种实验设置中，区分物理系统的测量仪器与研究客体的必要性，成为在对物理现象的经典描述与量子力学的描述之间的原则性区别。”〔8〕海森堡也曾指出，“在原子物理学中，不可能再有像经典物理学意义下的那种感知的客观化可能性。放弃这种客观化可能性的逻辑前提，是由于我们断定，在观察原子现象的时候，不应该忽略观察行动所给予被观察体系的那种干扰。对于我们日常生活中与之打交道的那些重大物体来说，观察它们时所必然与之相连的很小一点干扰，自然起不了重要作用。”

另一方面，作用量子的发现，揭示了量子世界的不连续性。这种不连续性观念的确立，又相应地导致了一系列值得思考的根本问题。首先，就经典概念的运用而言，一旦我们所使用的每一个概念或词语，不再以连续性的观念为基础，它们就会成为意义不明确的概念或词语。如果我们希望仍然使用这些概念来描述量子现象，那么，我们所付出的代价是，限制这些概念的使用范围和精确度。对于完备地反映微观物理实在的特性而言，描述现象所使用的经典概念是既相互排斥又相互补充的。这是玻尔的互补性观念的精神所在。有鉴于此，玻尔认为，EPR论证根本不会影响量子力学描述的可靠性，反而是揭示了按照经典物理学中传统的自然哲学观点或经典实在论来阐述量子测量现象时存在的本质上的不适用性。他指出：“在所有考虑的这些现象中，我们所处理的不是那种以任意挑选物理实在的各种不同要素而同时牺牲其他要素为其特征的一种不完备的描述，而是那种对于本质上不同的一些实验装置和实验步骤的合理区分；……事实上，在每一个实验装置中对于物理实在描述的这一个或那一个方面的放弃（这些方面的结合是经典物理学方法的特征，因而在此意义上它们可以被看作是彼此互补的），本质上取决于量子论领域中精确控制客体对测量仪器反作用的不可能性；这种反作用也就是指位置测量时的动量传递，以及动量测量时的位移。正是在这后一点上，量子力学和普通统计力学之间的任何对比都是在本质上不妥当的———不管这种对比对于理论的形式表示可能多么有用。事实上，在适于用来研究真正的量子现象的每一个实验装置中，我们不但必将涉及对于某些物理量的值的无知，而且还必将涉及无歧义地定义这些量的不可能性。”其次，就量子描述的可能性而言，玻尔认为，我们“位于”世界之中，不可能再像在经典物理学中那样扮演“上帝之眼”的角色，站在世界之外或从“外部”来描述世界，不可能获得作为一个整体的世界的知识。玻尔把这种描述的可能性与心理学和认知科学中对自我认识的可能性进行了类比。在心理学和认知科学中，知觉主体本身是进行自我意识的一部分这一事实，限制了对自我认识的纯客观描述的可能性。用玻尔形象化的比喻来说，在生活的舞台上，我们既是演员，又是观众。因此，量子描述的客观性位于理想化的纯客观描述与纯主观描述之间的某个地方。

为此，玻尔认为，物理学的任务不是发现自然界究竟是怎样的，而是提供对自然界的描述。海森堡也曾指出，在原子物理学领域内，“我们又尖锐地碰到了一个最基本的真理，即在科学方面我们不是在同自然本身而是在同自然科学打交道。”爱因斯坦则坚持认为，在科学中，我们应当关心自然界在干什么，物理学家的工作不是告诉人们关于自然界能说些什么。爱因斯坦的观点是EPR论证所蕴含的。这两种理论观之间的分歧，事实上，不仅是有没有必要考虑和阐述包括概念、仪器等认知中介的作用的分歧，而且是能否把量子力学纳入到经典科学的思维方式当中的分歧。EPR论证以经典科学的方法论与认识论为前提，认为正确的科学理论理应是对自然界的正确反映，认知中介对测量结果不会产生实质性的影响；而玻尔与海森堡则以接受量子测量带来的认识论教益为前提，认为量子力学已经失去了经典科学具有的那种概念与物理实在之间的一一对应关系，认知中介的设定成为人类认识微观世界的基本前提。第三，就主体与客体的关系问题而言，EPR论证认为，认知主体与客体之间存在着明确的分界线。这意味着，所有的主体都能对客体进行同样的描述，并且他们描述现象所用的概念与语言是无歧义的。无歧义意味着对概念或语言的意义的理解是一致的。而对于量子测量而言，对客体的描述包含了主体遵守的作为世界组成部分的描述条件的说明，从而显现了一种新的主客体关系。为此，我们可以把主体与客体之间的关系划分为三类：其一，能够在主体与客体之间划出分界线，所有的主体对客体的描述都是相同的，EPR论证属于此类；其二，能够在主体与客体之间划出分界线，但主体对客体的描述是因人而异的，人们对艺术品的欣赏属于此类；其三，不可能在主体与客体之间划出分界线，主体对客体的描述包括了对测量条件的描述在内，玻尔对EPR论证的反驳属于此类。显然，EPR论证隐含的主客体关系与玻尔所理解的量子测量中的主客体关系之间存在着实质性的差别。EPR论证是沿袭了经典实在论的观点，而玻尔的观点代表了他基于量子力学的形式体系总结出来的某种新的认识。在这里，就像不能用欧几里得几何的时空观来反对非欧几何的时空观一样，我们也不能用经典意义上的理论观反对量子意义上的理论观。因此，可以说，物理学家关于如何理解量子力学问题的争论，在很大程度上，蕴含了他们关于科学研究的哲学假设之间的争论。

三、实验的形而上学

EPR论证不仅引发了量子物理学家关于物理学基础理论问题的哲学讨论，而且还创立了“实验的形而上学”，提供了物理学家如何基于形而上学的观念之争，最终探索出通过实验检验其结论的一个典型案例。这一过程与寻找量子论的隐变量解释的努力联系在一起。量子力学的隐变量解释的最早方案是德布罗意在1927年提出的“导波”理论。1932年，冯•诺意曼在他的《量子力学的数学基础》一书中曾根据量子力学的概念体系提出了四个假设，并且证明，隐变量理论和他的第四个假设（即，可加性假设）相矛盾，认为通过设计隐变量的观念来把量子理论置于决定论体系之中的任何企图都注定是失败的。冯•诺意曼的这一工作在为量子论的隐变量解释判了死刑的同时，也极大地支持了量子力学的哥本哈根解释。有意思的是，曾是量子力学的哥本哈根解释的支持者与传播者的玻姆，在1951年基于量子力学的哥本哈根精神出版了至今仍然有影响的《量子理论》一书，并在书的结尾，以EPR论证为基础，提出了“量子理论同隐变量不相容的一个证明”之后，从1952年开始反而致力于从逻辑上为量子力学提供一种隐变量解释的研究。

玻姆阐述隐变量理论的目标可以大致概括为两个方面，一是试图用能够直觉想象的概念为量子概率和量子测量提供一种可理解的说明，证明为量子论提供一个决定论的基础是可行的；二是希望从逻辑上表明，隐变量理论是有可能的，“不论这种理论是多么抽象和‘玄学’。”玻姆的追求显然是一种信念的支撑，而不是事实之使然。在这种信念的引导下，玻姆在1952年连续发表了两篇阐述隐变量理论的文章，在这些文章中，他用经典方式定义波函数，假定微观粒子像经典粒子一样总是具有精确的位置和精确的动量，阐述了一种可能的量子论的隐变量解释，最后，用一个粒子的两个自旋分量代替EPR论证中的坐标与动量，讨论了EPR论证的思想实验，并运用量子场与量子势概念解释了测量一个粒子的位置影响第二个粒子的动量的原因。

贝尔在读了玻姆的文章之后，认为有必要重新系统地研究量子力学的基本问题。贝尔试图解决的矛盾是：如果冯•诺意曼的证明成立，那么，怎么会有可能建立一个逻辑上无矛盾的隐变量理论呢？为了搞明白问题，贝尔首先重新剖析了冯•诺意曼的关于隐变量的不可能性的证明和EPR论证中设想的思想实验，然后，抓住了隐变量理论的共同本质，于1964年发表了“关于EPR悖论”的文章。在这篇文章中，贝尔引述了用自旋函数来表述EPR论证的玻姆说法，或者说，从EPR—玻姆的思想实验出发，以转动不变的独立波函数描述组合系统的态，推导出一个不同于量子力学预言的、符合定域隐变量理论的关于自旋相关度的不等式，通常称为贝尔不等式或贝尔定理，然后，用归谬法了量子力学的预言和贝尔不等式相符的可能性，说明任何定域的隐变量理论，不论它的变数的本性是什么，都在某些参数上同量子力学相矛盾。贝尔还假设，如果所进行的两个测量在空间上彼此相距甚远，那么，沿着一个磁场方向的测量，将不会影响到另一个测量结果。贝尔把这个假设称为“定域性假设”。从这个假设出发，贝尔指出，如果我们可以从第一个测量结果预言第二个测量结果，测量可以沿着任何一个坐标轴来进行，那么，测量的结果一定是已经预先确定了的。但是，由于波函数不对这种预先确定的量提供任何描述，所以，这种预定的结果一定是通过决定论的隐变量来获得的。贝尔后来申明说，他在“关于EPR悖论”一文中假设的是定域性，而不是决定论，决定论是一种推断，不是一个假设，或者说，贝尔的这篇文章是从定域性推论出决定论，而不是开始于决定论的隐变量。从逻辑前提上来看，贝尔的假设更接近于爱因斯坦的假设，他们都把“定域性条件”看成是比“决定论前提”更基本的概念。因此，贝尔的工作比冯•诺意曼和玻姆的工作更进一步地推进了关于量子力学的根本特征的理解。贝尔的这篇文章具有划时代的意义。它不仅成为20世纪下半叶物理学与哲学研究中引用率最高的文献之一，而且为进一步设计具体的实验来澄清量子力学的内在本性迈出了决定性的一步。粒子物理学家斯塔普（HenryStapp）甚至把贝尔定理的提出说成是“意义最深远的科学发现。”

同EPR论证一样，贝尔的这一发现也不是从实验中总结出来的，而是基于哲学信念的逻辑推理的结果。此后，量子物理学界进一步推广贝尔定理的理论研究与具体实验方案的探索工作并行不悖地开展起来。而这些工作都与EPR论证相关。就实验进展而言，物理学界承认，阿斯佩克特等人于1982年关于“实现EPR-玻姆思想实验”的实验结果，支持了量子力学，针对这样的实验结果，贝尔指出：“依我看，首先，人们必定说，这些结果是所预料到的。因为它们与量子力学预示相一致。量子力学毕竟是科学的一个极有成就的科学分支，很难相信它可能是错误的。尽管如此，人们还是认为，我也认为值得做这种非常具体的实验。这种实验把量子力学最奇特的一个特征分离了出来。原先，我们只是信赖于旁证。量子力学从没有错过。但现在我们知道了，即使在这些非常苛刻的条件下，它也不会错的。”

虽然EPR论证的初衷是希望证明量子力学是不完备的，还没有提出量子测量的非定域性概念，但是，物理学家则通常运用EPR思想实验的术语来讨论非定域性问题。经过40多年的发展，具体的实验结果使EPR论证失去了对量子力学的挑战性。一方面，这些实验证实了非定域性是所有量子论的一个基本属性，要求把在同一个物理过程中生成的两个相关粒子永远当作一个整体来对待，不能分解为两个独立的个体，其中，一个粒子发生任何变化，另一个粒子必定同时发生相应的变化，这种相互影响与它们的空间距离无关；另一方面，这些实验也表明了EPR论证提供的哲学假设不再是判断量子力学是否完备的有效前提，而是反过来提醒我们需要重新思考玻尔在反驳EPR论证的观点中所蕴含的哲学启迪。总而言之，EPR论证尽管是基于哲学假设，运用思想实验，来驳斥量子力学的完备性，但在客观上，物理学家围绕这一论证的讨论，最终在思想实验的基础上出乎意料地发展出可以具体操作的实验方案，并且获得了有效的实验结果。这一段历史发展不仅证明，无论在哲学假设的问题上，还是在物理概念的意义理解的问题上，量子力学都不是对经典物理学的补充和扩展，是一个蕴含有新的哲学假设的理论。正是在这种意义上，物理学家玻恩得出了“理论物理学是真正的哲学”的断言。

四、认识论的思维方式

如前所述，EPR论证—玻姆—贝尔这条发展主线是把对物理学问题镶嵌在哲学信念中进行思考的。这一历史片断揭示出，基于哲学信念的逻辑推理在物理学的理论研究与实验研究中起到了积极的认知作用。一方面，在这些探索方式中，不论是EPR论证的真理符合论假设，玻姆的决定论假设，还是贝尔的定域性假设，它们的初衷都是希望能够把量子力学纳入到经典物理学的概念框架或哲学信念之中。另一方面，检验贝尔不等式的物理学实验结果对量子力学的支持和对贝尔不等式的违背意味着，我们不应该依旧固守经典物理学的哲学假设来质疑量子力学，而是应该颠倒过来，积极主动地揭示量子力学蕴含的哲学思想，以进一步明确经典物理学的哲学假设的适用范围。

但是，这种视域的逆转不是简单地倡导用量子力学的哲学假设取代经典物理学的哲学假设，也不是武断地主张用玻尔的理论观替代EPR论证所蕴含的理论观，而是提倡摆脱习以为常的自然哲学的思维方式，确立认识论的思维方式。自然哲学的思维方式是一种本体论化的思维方式。这种思维方式是从古希腊延续下来的，追求概念与实在之间的直接的一一对应关系，忽视或缺乏对认知过程中不可避免的认知中介和理论框架的考虑。从起源上来讲，这种无视认知中介的本体论化的思维方式，源于常识，是对常识的一种延伸外推与精致化。近代自然科学的发展进一步强化与巩固了这种思维方式。EPR论证也是基于这种思维方式使经典科学蕴含的哲学假设以具体化的判据形式呈现出来。然而，与过去的物理学理论所不同的是。量子力学不再是关于可存在量（beable）的理论，而是关于可观察量（observable）的理论，“是理论决定我们的观察内容”这一句话，既是爱因斯坦创立相对论的感想，也为海森堡提出不确定关系提供了观念启迪。就理论形式而言，量子力学的理论描述用的是数学语言，而不是日常语言。用数学语言描述的微观世界是一个多位空间的世界，而我们作为人类，很难直观地想象这样的世界，更不可能直接“进入”这个世界来“观看”一切。人类感知的这种局限性是原则性的，从而限制了我们对微观世界的知识的全面获得。用玻尔的话来说，我们对一个微观对象的最大限度的知识不可能从单个实验中获得，而只能从既相互排斥又相互补充的实验安排中获得。用玻恩的话来说，在量子测量中，观察与测量并不是指自然现象本身，而是一种投影。

第2篇：量子力学的发展史范文

原子物理学是研究原子结构、运动规律及相互作用的学科，是物理学专业的基础课程，也是核类专业重要的专业基础课程，上承经典物理学，下接量子力学和原子核物理等重要课程。相比经典物理学课程原子物理学有很大差别，首先，原子物理学课程不像普通物理学课程从基本物理概念和物理规律出发进行严密的理论运算推导得到更普遍的基础理论，而是遵循从实践出发―理论模型建立―实践检验的认识过程，应用更多的是总结、归纳的方法；其次，研究对象是微观体系，而学生对微观现象缺乏直观的感性认识。正是由于这些差异，大部分学生在学习中感觉原子物理学知识点凌乱，理不清头绪，导致不能巩固和深化所学知识。因此，在教学中如何激发学生的学习兴趣，引导学生把握课程主线，认识原子运动规律，形成新概念，进而培养学生自学能力、思维能力、研究能力等成为原子物理学教学中需要探讨的问题。本文针对褚圣麟先生教材《原子物理学》的教学浅谈个人教学过程中的认识。

1 学习兴趣的培养

学习兴趣指一个人对学习的一种积极的认识倾向与情绪状态。学生对某一学科有兴趣，就会持续地专心致志地钻研它，从而提高学习效果。学习兴趣既是学习的原因，又是学习的结果。由此，培养学生最初的学习兴趣，促进学生在学习中找到乐趣，由被动的学习转变为主动学习、好学、乐学，在培养学生的自学能力过程中具有重要的意义。如何培养学生对原子物理学学习的兴趣，笔者从教学实践中总结如下几个方面。

1.1 结合物理学史增强学习内容的趣味性

原子物理发展史料丰富，若将史料运用于原子物理教学中，将起到事半功倍的效果。在授课中将原子物理学发展史融入知识的传授可增强学习的趣味性。如电子发现最早进行试验的并不是汤姆逊，试验结果最精确的也不是汤姆逊，但汤姆逊是第一个敢于突破常规认识而提出新粒子是电子的人，这一简介让学生明白科学研究中要尊重科学事实，敢于突破传统认识；讲述量子化概念提出时介绍普朗克为解释黑体辐射提出量子化概念的历程，由于这一崭新理论与经典理论的冲突，普朗克本人也不是特别坚决，此后他曾试图放弃量子论，用经典物理学方法重新解决黑体辐射问题，但均未成功，让学生认识科学发展中开创性革新的不易。可以说原子物理的发展中，充满对已有思想观念的颠覆和新思想的建立，这些都需要科学怀疑和批判精神，充分说明科学无绝对权威，科学怀疑精神和独立思考是科学进步的动力。通过物理学史的介绍，能在课堂上吸引学生的注意，使课堂气氛活跃，激发学生对原子物理学的兴趣，在轻松快乐的氛围中学习，同时学习科学的批判精神，培养学生创新能力。

1.2 结合课程内容介绍原子物理学中的难题激发学生钻研兴趣

好奇心和探索欲望是科学研究的原动力，在教学中通过介绍课本中出现而尚未完全认识明白的物理概念、物理问题，能极大激发学生的认识和探索欲望，教师可引导学生对相关问题的研究现状进行调研并汇报，在这一过程中既能促进学生了解学科的研究前沿，也能使学生加深对基本物理概念、原理的认识，同时有助于培养学生的实践能力和初步的科研能力。在原子物理学教材中有不少世界性的难题，如，在索末菲椭圆轨道理论和相对论效应中提出的精细结构常数所包含的物理含义、数值为什么刚好约为1/137；为解释光谱精细结构产生而引人的电子自旋的概念人们是否已经完全认识清楚等，这些问题在教学中可充分利用，调动学生的探索欲望，激发学生的钻研兴趣。

1.3 结合物理学发展前沿介绍激发学生研究兴趣

原子是从宏观到微观的第一个层次，物质世界各个层次的结构和运动变化相互联系、相互影响，很多其他重要学科和技术的发展以原子物理为基础，在课程教学中结合课程内容穿插原子物理学与相关学科的交叉及原子物理学发展的前沿介绍，可激发学生学习兴趣和钻研热情。如讲述α粒子散射实验时，介绍原子碰撞研究方法已经发展成为一个重要的研究方向，涉及各种基本粒子与原子和分子碰撞的物理过程等；讲述激光原理时，介绍激光技术的发展及其对原子物理学发展的促进，介绍我国激光领域研究的国际地位等。学科前沿的介绍能帮助学生认识学习本学科的社会意义及其与个人的关系，有助于激发学生学习的社会责任感。

2 把握课程主线

原子物理学的内容不像经典物理学具有严密的逻辑体系，因此在教学中拎?课程的主线有助于学生系统的掌握课程的知识内容。对原子结构的认识发展，课程以光谱分析法为主线：从原子光谱规律出发，原子光谱规律的变化可以反映出原子内部能级的特点，进而探究原子内部的作用及其规律。对原子内部作用的认识，课程以量子力学中的角动量概念为主线：从玻尔氢原子理论的角动量量子化假设的提出，到单电子的轨道角动量与自旋角动量的耦合解释精细结构的产生，及两个电子体系的LS耦合和JJ耦合等，并进一步明确角动量与磁矩概念的对应，角动量耦合的本质是粒子间电磁相互作用，自旋和轨道运动的相互作用引起原子能级的分裂和塞曼效应能级分裂在本质上是相同的。

3 讲清基本概念

第3篇：量子力学的发展史范文

1小背景，大作用

如果要评选物理学发展史上最伟大的那些年代，那么有两个时期一定会入选的：17世纪末和20世纪初.前者以牛顿《自然哲学之数学原理》的出版为标志，宣告了近代经典物理学的正式创立；而后者则为我们带来了相对论和量子论，并彻底地和重建了整个物理学体系.所不同的是，今天当我们再次谈论起牛顿的时代，心中更多的已经只是对那段光辉岁月的怀旧和祭奠；而相对论和量子论至今仍然深深地影响和困扰着我们，就像两个青涩的橄榄，咀嚼得越久，反而更加滋味无穷.中学物理中有关量子物理方面的介绍比较简单，尤其是量子的发展过程，每一个理论出现的背景知识的介绍更是少之又少.正是这些背景知识可以让学生身临其境的感受到物理学家们在量子物理世界探索过程中的欢乐、惊奇、困惑，使得量子物理更加有魅力，改变着人们的世界观.所以，物理学史并不是教学中可有可无的“点缀”，单纯的给学生讲故事，激发学习的兴趣，更多的是可以潜移默化的感染和影响学生.

2巧用背景知识，增强科学探索精神

课本上的内容往往是侧重于知识的讲解，学生在学习的过程中，更多的是掌握某一个知识点，会用这个知识去解决题目，提高成绩.常常忽略了这个规律的诞生，有时也是科学家们经历了忐忑和纠结之后的结果.跳过这样的背景的介绍，物理知识就只能是一个冰凉的知识点，并引起学生内心情感的涟漪.

例如，在人教版选修3-5，17.1节的内容其实正是量子力学诞生的过程，如果在教学过程中只是单独的讲解这一节书本上的内容，往往会让学生不知所云，经典力学是如何过渡到量子物理的，那个年代里到底发生了些什么.因而在讲解这部分的内容之前，教师可以补充一些背景知识，让学生置身于当时的环境中.

在19世纪末，物理学家中普遍存在一种乐观的情绪，认为对复杂缤纷的物理世界现象的本质已经完成，物理学征服了世界，它的力量控制着一切人们所知的现象.他们陶醉于17世纪建立起来的力学体系，19世纪建立起来的电动力学和统计物理，形成了物理世界的三大支柱，它们紧紧结合在一块儿，是经典物理的黄金时代.一位著名的科学家说：“物理学的未来，将只有在小数点第六位后面去寻找.”

在经典物理还没有来得及多多体味一下自己的盛世之前，一连串意想不到的事情在19世纪的最后几年连续发生了，仿佛是一个不祥的预兆.1895年，伦琴发现了X射线；1896年，贝克勒尔发现了铀元素的放射现象；1897年，居里夫妇研究了放射性，并发现了更多的放射性元素；1897年，J・J・汤姆孙发现了电子；1899年，卢瑟福发现了元素的嬗变现象.如此多的新发现接连涌现，令人一时眼花缭乱.每一个人都开始感觉到了一种不安，似乎有什么重大的事件即将发生.20世纪伊始，开尔文就指出：“经典力学上空悬浮着两朵乌云，第一朵是指迈克尔逊-莫雷实验令人惊奇的结果，第二朵则是人们在黑体辐射的研究[JP3]中所遇到的困难.”本章的内容都要从令人困惑的“黑体”开始.[JP]

渲染这样的背景知识，可以让学生走进19世纪末20世纪初那个年代，变成科学发展过程中的一员，体会到当时物理世界的辉煌.学生可以更急于理解普朗克提出能量量子化的概念时的不安，他将旧的体系打破，侵犯了牛顿创立的如同圣经般的物理世界.教师补充这部分的知识，让学生了解科学知识是在不断发展的，没有一成不变的定理，质疑和创新精神是科学探索道路中必不可少的精神.

3巧用背景知识，增强科学探索信心

科学的发展是长期而又是曲折的，一个理论的成立要经历几代人，甚至是经历上百年的磨练和推敲.科学的过程不是一帆风顺的，更何况是现在遇到的困难.所以教师在教学过程中引入这样的背景知识，可以帮助学生树立面对困难、质疑时对于自己的信心.

例如，在人教版物理选修3-5，17.2节从光电效应介绍了光的粒子性特征，但是学生并不能理解这是一个漫长而又曲折的探索过程，课本中对于这一过程只是一笔带过.所以教师在讲授这节内容之前适当的补充历史上的“波粒战争”还是有必要的.

古希腊时代的人们总是倾向于把光看成是一种非常小的粒子流.这种观点十分符合当时流行的元素说，并且这种“微粒说”从直观上看来是很有道理的，首先它解释了为什么光总是沿着直线传播，但是也有一些困难：比如人们当时很难说清为什么两道光束相互碰撞的时候不会互相弹开，等等的问题.中世纪过后，人们对于自然界有了进一步的认识，波动说认为，光不是粒子而是由于介质振动而产生的一种波，这样就可以解释投影里的明暗条纹了，但是这种说法也是有困难的，光的传播似乎不需要介质，跟一般的波又不太一样.这是最早的有关光的本质的理解.

历史上“第一次波粒战争”爆发的导火线是波义耳提出的关于颜色的争论，胡克研究了这个问题，提出光是一种脉冲，支持了波动说的理论.1672年，29岁的牛顿做了著名的色散实验，他将光的复合和分解比喻成不同颜色微粒的混合和分开，站在了粒子说的行列.由于牛顿的学术权威，微粒与波动的第一次交锋中，以牛顿为首的微粒说获得了在物理界公认的地位.

托马斯・杨用波动的理论解释了牛顿环的明暗条纹的现象，1807年在他出版的《自然哲学讲义》中描述了他的著名的实验：光的双缝干涉.点燃了物理史上的“第二次波粒战争”.此次战争的决定性时刻是法国的一位年轻的工程师-菲涅耳用波动的观点和严密的数学推导解释的光的衍射和泊松亮斑.这次战争中波动说站上了统治地位.

光电效应引发了“第三次波粒战争”，这次导致了最终的波粒二象性.

第4篇：量子力学的发展史范文

关键词：物理学史 物理教学 功能

中图分类号：G623.23 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）09-0101-02

随着课程改革的深入，学校物理教育必须从应试教育转移到素质教育的轨道上来。人们必需注意到在传授知识的同时，要考虑到培养学生的认知能力，要教会学生如何思考，提高思考能力；要教学生如何做人，即培养正确的价值观和人生观。具体地讲，要培养学生的人文素质、科学素质、创造素质和思想道德素质等。物理学史由于其内容的特点及它所具有的丰富教育因素，在素质教育中发挥出独特的功能，起着重要的作用。

一、有助于激发学生学习物理的兴趣，培养良好的学习习惯，树立勇于探索的献身精神

只有当学生对学习有了兴趣，才能表现出学习的自觉性、主动性，才能在学习中发扬开拓和探索精神，以顽强毅力去克服学习中遇到的困难，这就要求我们在平时的教学中，不仅要把日常生活中的现象、问题和教材紧密相连起来，使学生认识到学习的现实意义，还必须把历史引入教学中。把科学理论的建立、科学发现的过程、科技发明对人类社会发展的贡献用生动的事例展示给学生，并通过了解物理学家的生平、各学派之间的争端以及尚未解开的物理课题来激发学生学习物理的兴趣，让学生从中学习到物理学家严谨的科学态度和科学的思维方法，不断提高自身的科学素质，养成良好的学习习惯，变被动学习为主动获取知识。

二、有助于对物理学知识的理解和把握

物理学发展史不仅有助于学生了解各概念、定理、定律的来龙去脉和科学知识的运动过程，而且有助于学生按形式和体系来理解和把握物理知识，从而逐步掌握正确的科学研究方法。例如，在讲到力的概念时，从古希腊的亚里士多德，到伽利略、牛顿，循着伟人的研究历程，从而加深学生对力的概念的理解；讲“电磁感应”的时候，以奥斯特发现电流的磁效应为线索，向学生介绍人类对磁以及电和磁的关系的认识过程。通过讲解安培、法拉第、楞次和麦克斯韦等人在解释电磁关系工作中的艰辛努力和所取得的成就，使学生在有了对电磁发展总体认识的基础上，加深对教材的理解和对左右手定则、法拉第电磁感应、楞次定律等关键点的把握。

三、有助于对学生进行爱国主义教育，有助于学生树立辩证唯物主义观点

我国是世界四大文明古国之一，在物理学的理论和实践上有着辉煌的成就。例如，在理论著作方面，《墨经》中对力学、光学的论述；《天工开物》中关于简单机械的记述；《论衡》中关于简单电现象的记述；《考工记》中关于工程技术，声音的传播的记载等在当时都遥遥领先于世界各国，就是在今天仍有参考价值。实用技术方法，更是举不胜举，指南针、地球仪、浑天仪、船闸、石拱桥、火箭等，都是我国最早发明的。教学中结合教材内容，介绍我国在物理学方面对世界的杰出贡献，可以使学生了解祖国古代灿烂文化，激发他们的民族自尊心和自豪感。

四、教师在物理学史教学过程中必须遵循的几项原则

1.敢于质疑。20世纪物理学革命和物理学史告诉我们，科学的每一次崭新境界的开辟，都必须要有敢于向旧理论说“不”的勇气。在物理教学过程中，教师要努力培养学生敢于质疑，勇于创新的科学精神。在物理课堂上，教师要鼓励学生敢于向权威挑战，努力营造一个民主、平等的课堂气氛，充分发挥学生探究学习、自主学习、合作学习的能力。随着信息时代的到来，为学生提供了广泛摄取知识与锻炼思维的机会。因而他们也完全可能在某些方面甚至是本学科领域领先于教师，因此我们在教学中应该永远保持谦虚进取的态度。

2.勇于争辩。通过研究物理学史，我们不难得到这样一个启示：科学的每一次重大发现和突破的背后都隐藏着激烈的争论。其中最令世人注目的是爱因斯坦和波尔旷日持久的世界性论战。爱因斯坦拒绝把量子力学接受为终极理论，并对以波尔为代表的哥本哈根学派的正统解释发动了猛烈的攻击，这场争论使世人明白，量子力学的理论是非局域性的理论。它涉及到类空关系，即比光速还快的信号传播，而狭义相对论则是局域性理论。这场世界性的科学争论，无疑是对科学和哲学的发展产生了极为深远的影响。讨论并没有完，现在在牛津和剑桥，科学怪杰霍金和彭罗斯的谈论还在继续着，物理学还将有着重大发展，因为“科学扎根于讨论”。教师要切实把教学活动看成是一个不断面临新问题的过程，是一个知识不断扩展的过程，是一个与学生不断共同学习的过程。从而真正做到教师与学生之间相互学习，相互切磋，相互启发，相互推动，也就是要做到教学相长。

第5篇：量子力学的发展史范文

在高中物理教学中渗透美学教育可以培养学生的审美观，使学生具有良好的审美能力，身心得到健康和谐发展；可以激发学生学习物理的兴趣，减轻学生心理压力和学习负担，提高学习效率；可以促进学生对知识的理解与掌握，促进学生创造性思维的发展，起到“以美启真”的作用。自然界是美的，作为研究自然，涉及人与自然之间关系、揭示自然奥秘的物理科学也是美的。物理的科学美在于它是建立在自然美的基础上，揭示了大自然的隐含真理，在于它发现了大自然的和谐和统一，发现了大自然的对称和守恒，在于它用最简单的语言描述了大自然遵循的规律、更在于人类在物理科学美思想的指导下推动了物理学的发展。

物理学中富含美学思想：简洁、和谐、对称、有序、统一。在物理教学中应有意识地渗透美学思想教育，让学生在学习物理的同时体验科学美、欣赏科学美并能在科学美思想的指导下进行创新活动。

1 物理学史中的美学

物理学发展史是一部美学发展史，许多物理学家在科学美思想指导下，通过不懈的努力，才推动了物理学的发展。

(1)开普勒是带着强烈审美意识探索自然规律的先驱者，他们坚信宇宙是简单的、和谐的、对称和统一的，而且可以用最简单的数学语言描述的。开普勒在科学美的指导下，不懈坚持几十年的观察，积累了大量的天文数字，提出行星运动的三定律来论述天体的运动是如此的简单与和谐。

(2)在对称性思想的指导下，物理学家根据世界的对称性，通过预言、设想来推测未来事物的存在。“电可以生磁、磁可以生电”，法拉第经过十几年的不懈努力实现了由“磁生电”的梦想；从1897年发现电子，狄拉克综合前人的研究成果，根据对称性预言了正电子的存在，1932年美国物理学家安德逊在宇宙射线实验中发现的正电子；许许多多物理学家利用对称性特点，才预言或发现与已有粒子相对称的反粒子，质子与反质子、物质与反物质、宇宙与反宇宙等。

(3)牛顿追求天地之间统一规律的思想，是导致他发现“万有引力定律”的关键，把天上的力学和地上的力学统一起来，实现了物理发展史上的第一次大综合；麦克斯韦追求电与磁的统一创立了麦克斯韦电磁理论方程；卢瑟福在统一性原则指导下，在行星绕恒星运转、卫星绕行星运转模型的启发下，提出了原子的核式结构模型――核外电子绕原子核运转模型实现了宏观世界与微观世界的统一；物理学发展过程中的五次大综合(牛顿运动力学的建立、热力学和统计物理的建立、麦克斯韦电磁理论的建立、相对论的建立、量子力学的建立)以及目前正在酝酿的更大范围内的大综合――统一场论等都是在科学家们追求多样统一美的思想指导下完成或将要完成的。

2 物理规律中美学

自然是美的，描述自然界物质存在、构成、运动及其转化等物理规律也是美的，体现在物理规律的简洁性、不同规律的和谐、统一和对称性。因此在物理规律的教学中，通过挖掘物理规律蕴含的科学美渗透美学教育。

(1)物理规律的对称美。对称现象是辩证法的生动体现，物理学揭示自然界物质的存在、构成、运动及其转化等规律的对称性而产生的美感，称为物理学的对称美。物理学的对称美主要表现为时空对称、数学对称和抽象对称。

(2)物理规律的简洁美。物理学揭示自然界物质的存在、组成、运动及其转化等规律的简单性而产生美感，称为物理学的简洁美。物理学的简洁美主要体现在物理学的理论和方法上。宇宙中纷乱的各种物体通过牛顿引入的质点统为一体，牛顿只用几条简单的定律就概括了物质世界纷繁的运动现象……等，这些都体现了物理学理论整体的简洁美。物理理论的简洁还体现在组成物理理论的物理概念和物理规律表达上的简洁性，如“力是物体间的相互作用”、F=ma概括了牛顿运动第二定律等。还有在物理方法上如：理想化模型、理想化方法本身就是遵循简单性原则。

(3)物理规律的和谐美。和谐是指由于组成整体的各个要素相互间恰到好处而在整体上显出协调。和谐给人以一种恰如其分、浑然一体、轻松自如的美感。物理的和谐美，是物理理论揭示自然界物质存在、运动及其转化等规律整体上的和谐性而产生的美感。如某一种元素的明线光谱与其对应的吸收光谱之间的互补、爱因斯坦相对论对牛顿经典理论的包容、波动性与粒子性的对立统一等无不体现出物理学规律的和谐美。

第6篇：量子力学的发展史范文

关键词： 化学史 中学化学 教学应用

一、问题的提出

近年来，中学化学教学中化学史的应用逐渐被重视，许多高等师范院校开设了化学史课程。对于中学化学教学中需要应用的化学史实，已有研究都以举例形式呈现，未能系统指出中学化学阶段涉及的化学史实。笔者在中学化学课程内容的基础上，将化学史实分四个部分，下面对化学课程内容涉及的化学史实进行论述。

二、化学学科的形成与奠基者

1.化学学科的形成

人类从用火开始，由野蛮进入文明，开始用化学方法认识和改造物质，人类用火烧制熟食、制作陶瓷、冶炼金属，逐渐学会酿造、染色等。早在公元前四世纪，我国有阴阳五行学说，认为万物的构成以金、木、水、火、土为基础，古希腊人提出的火、风、土、水四元素说，二者是古代朴素的元素观。公元前两世纪，炼丹术在古代中国盛行，后来传入欧洲，演化为炼金术，成为近代化学的雏形。

2.波义耳――把化学确立为科学

化学史学家把1661年作为近代化学的开端，因为这年有本对化学发展产生重大影响的著作问世，这本书是《怀疑派化学家》，它的作者是英国化学家波义耳（1627-1691），波义耳最大的贡献是给化学元素下了科学定义，他的科学成就还有对空气性质的研究、燃烧现象本质的研究、酸碱和指示剂的研究，波义耳被誉称“把化学确立为科学”。

3.拉瓦锡――近代化学之父

拉瓦锡（1743-1794），法国化学家，被称为“近代化学之父”，拉瓦锡的科学研究方法开创化学发展的新纪元，他了统治化学理论达百年之久的燃素说，建立了以氧为中心的燃烧理论，他提出规范的化学命名法，倡导并改进定量分析方法，验证了质量守恒定律，撰写了第一部真正意义的化学教科书《化学基本论述》。

三、原子分子论与元素周期律

1.道尔顿――原子学说

道尔顿（1766-1844），英国化学家，1808年道尔顿提出了原子学说，为近代化学的发展奠定了重要基础，在提出原子论的同时，确定原子量的测定工作，从而成为化学史上测定原子量的第一人，成为这一领域的拓荒者，引起当时欧洲科学界的广泛关注，测定各元素的原子量成为当时热门的课题。

2.阿伏伽德罗――分子学说

阿伏伽德罗（1776-1856），意大利物理学家、化学家，1811年阿伏伽德罗提出分子学说，在之后的50年里分子学说没有受到科学界的重视，尽管阿伏伽德罗做了再三努力，直到他1856年逝世，分子学说仍然没有为大多数化学家所承认，为了纪念阿伏伽德罗，把一摩尔某种微粒集体所含微粒数为阿伏伽德罗常数。

3.康尼查罗――原子分子论

康尼查罗（1826-1910），意大利化学家，1860年在德国卡尔斯鲁厄的国际化学家会议上，他用充分的论据证实了分子学说的正确性，康尼查罗的工作使原子分子论得以确立，当时因为不承认分子的存在，化合物的原子组成难以确定，原子量的测定和数据呈现一片混乱，原子分子论的确立使原子量测定工作走出困境。

4.贝采尼乌斯――元素符号

贝采尼乌斯（1779-1848），瑞典化学家，对化学的突出贡献是测定原子量和制定元素符号，他在近二十年的时间里孜孜不倦地从事原子量的测定工作，在化学发展史上写下光辉的一页，他首先倡导以元素符号代表各种化学元素，用化学元素的拉丁文名表示元素，这就是一直沿用至今的化学元素符号系统，他的元素符号系统公开发表在1813年由汤姆逊主编的《哲学年鉴》上。

5.戴维――发现元素最多者

戴维（1778-1829），英国化学家，19世纪初，戴维用电解法和热还原法制得钾、钠、镁、钙、锶、钡、硼和硅，证明了舍勒发现的黄绿色气体不是所谓的“氧化盐酸”，而是一种化学元素的单质。他将这种元素命名为Chlorine，中文译名为氯，使元素的种类增加了九种，是发现元素种类最多的科学家。

6.门捷列夫――元素周期律

门捷列夫（1834-1907），俄国化学家，于1869年发现元素性质随原子量的递增呈周期变化的规律――元素周期律，他根据元素周期律编制了第一个元素周期表，把当时已经发现的63种元素全部列入表里，从而初步完成使元素系统化的任务，此时还有许多元素没有被发现，他在元素周期表里留下空位，对某些未发现元素的性质作了预言，后来他的预言都得到证实。

四、化学重要原理的提出

1.化学热力学与动力学理论

盖斯（1802-1850），俄国化学家，热化学的奠基人，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关，即著名的盖斯定律。吉布斯（1839-1903），美国科学家，他奠定了化学热力学的基础，提出了吉布斯自由能。范特霍夫（1852-1911），荷兰化学家，在化学反应速度、化学平衡和渗透压方面取得了骄人的研究成果，1901年第一个诺贝尔化学奖授予范特霍夫。勒夏特列（1850-1936），法国化学家，1888年他提出了化学平衡移动原理（勒夏特列原理）。哈伯（1868-1934），德国化学家，发明了合成氨的方法，1918年获诺贝尔化学奖。

2.化学酸碱理论

波义耳提出了最初的酸碱理论：能使石蕊试液变红的物质是酸，能使石蕊试液变蓝的物质是碱。阿伦尼乌斯（1859-1927），瑞典科学家，电离理论的创立者，1887年提出了酸碱电离理论（阿伦尼乌斯酸碱理论）：凡在水溶液中电离出的阳离子全部都是H+的物质是酸，电离出的阴离子全部都是OH-的物质是碱，他还研究温度对化学反应速度的影响，得出著名的阿伦尼乌斯公式，提出活化分子理论和盐的水解理论等，获得1903年诺贝尔化学奖。

3.有机化学理论

维勒（1800-1882），德国化学家，1828年他因人工合成了尿素，打破了有机化合物的生命力学说而闻名，使有机化学得到了迅猛发展。李比希（1803-1873），德国化学家，被称为“有机化学之父”，他发明和改进了有机分析的方法，准确地分析了大量有机化合物，提出了化合物基团的概念及多元酸的理论。凯库勒（1829-1896），德国化学家，有机结构理论的奠基人，1857年提出碳原子四价和碳原子间相互成链理论，1890年提出苯分子的结构式，推动了有机化学的发展。

五、化学微观世界的探究

1.原子结构理论

在道尔顿的原子学说基础上，展开了原子结构的研究。汤姆逊（1856-1940），英国物理学家，1903年他在发现电子的基础上提出了原子结构的葡萄干布丁模型。卢瑟福（1871-1937），英国物理学家，他根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型。波尔（1885-1962），丹麦物理学家，于1913年建立起核外电子分层排布的原子结构模型。20世纪20年代建立的量子力学理论，使人们对于原子结构的认识更深刻，从而有了原子结构的量子力学模型。

2.分子间作用力与化学键理论

范德华（1837-1923），荷兰物理学家，范德华首先研究了分子间作用力，分子间作用力又称范德华力。科塞尔（1888-1956），美国化学家，1916年提出离子键理论。路易斯（1875-1946），美国化学家，提出共价键理论。鲍林（1901-1994），美国化学家，他提出共价半径、离子半径、电负性、杂化轨道等概念和理论，他撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一，1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖。

六、结语

上述是中学化学课程内容涉及化学史实的系统总结，由于理论水平和篇幅限制，难免有所遗漏并且未能展开论述。化学史实应用在化学教学中具有极大价值，有利于中学化学和大学化学教学的衔接，对化学课程标准和教科书的编写有启示意义，从学生角度而言，可以激发学生的学习兴趣和探究欲望，使其了解化学学科发展的大致历程，加深学生对科学本质的理解。在实际化学教学中，要依据课程内容要求和学生的认知水平，把握好化学史实涉及知识理论的深度和难度，合理应用化学史进行化学教学。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]周公度.化学是什么[M].北京：北京大学出版社，2011.

[3]邱道骥.化学哲学概论[M].南京：南京师范大学出版社，2007.

第7篇：量子力学的发展史范文

关键词：物理学；力学概念；静电场

类比法是人类认识客观世界的一种基本思维方法，所谓类比法是指根据两个对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的推理方法。物理概念、物理规律以及研究方法等都可以是类比的对象。在《大学物理》课程教学中，恰当运用类比思维，往往能给人以启发，起到由此及彼、融会贯通、化难为易的作用。

一、类比方法在物理学发展过程中的广泛应用

在物理学的发展过程中，类比方法积极地推动了物理学的蓬勃发展，促成了许多重大思想及理论的建立。在物理学发展史上运用类比的例子不胜枚举。例如，荷兰物理学家惠更斯在证明了光现象与声现象都有直线传播、反射、折射等共同属性后，便将光现象与声现象相类比：既然声音的本质是发声物体振动所产生的一种波，那么光的本质可能是由发光体的振动所产生的一种波；既然声速是有限的，那么光速也可能是有限的；既然声是以球面波的方式进行的，那么光也可能是以球面波的方式进行传播等等，经过这样一番类比推理，惠更斯第一个认为光具有波动性，提出了光和声一样是以球形波面传播的，并指出光振动所到达的每一点都可视为次波的振动中心，创立了弹性波动说。再如，爱因斯坦提出光的波粒二象性以后，法国物理学家德布罗意在1923年把实物粒子与光进行类比。德布罗意认为，光具有波粒二象性，实物粒子除了有粒子性外也应具有波动性，其波长为λ=h/p，即称为德布罗意波，式中p是粒子的动量。德布罗意指出：在光学上比起波动的研究方法来说，人们过于忽略了粒子性，而在实物的理论上，则过多地考虑了他的粒子图像，而过分地忽略了它的波动性质。德布罗意的这一类比假设为量子力学的发展提供了思想基础，薛定谔将德布罗意的物质波用数学式子表示出来，才建立了量子力学的波动方程。

纵观物理学史，无论是经典物理学还是现代物理学，物理学家运用类比方法取得的重大成果数不胜数。类比推理是物理研究中应用较为广泛的方法之一。

二、类比法在《大学物理》教学中的具体应用

类比法可以看做是沟通新旧知识的桥梁，物理教学中恰当地运用类比方法，通过对新旧知识的比较、延伸、推广，最后给出新知识，使十分难以理解的物理理论简单、易懂并且易记，同时也能激发学生的学习兴趣和想象力，使学生在学习中能把复杂、抽象的问题简单化、具体化，从而加深对物理问题的理解和掌握。下面通过一些具体例子介绍一下类比法的应用。

1.质点和刚体中一些力学概念与规律的类比

在讲刚体定轴转动动力学的时候，可以把刚体定轴转动中所涉及的概念与规律与质点动力学内容进行类比，比如，刚体定轴转动中的角速度、角加速度、转动惯量受到的合外力矩与质点动力学中的速度、加速度、质量、受到的力进行类比，可以看到，刚体定轴转动时的角动量公式、动能公式与质点运动时的动量公式、动能公式很类似，刚体定轴转动定律与质点中的牛顿第二定律很类似，刚体定轴转动中的角动量定理与质点动力学中的动量定理很类似等等。我们通过用较熟悉的质点中的线量公式去启发学生，根据形式和概念上的类似去理解刚体中的角量公式与规律，能使学生更容易掌握与记忆新知识。

2.重力场与静电场的类比

在讲静电场部分的时候，我们可以把电场中涉及的概念与规律与我们已经熟知的质点力学内容联系起来，进行类比学习与记忆。比如，我们可以将库仑力与万有引力概念进行类比：在质点力学中，万有引力是研究两质点之间的相互作用，而质点是力学中的研究模型，质点是忽略实物的大小和形状，只保留实际物体的质量与位置的理想模型。而在静电学中，库仑力是研究两点电荷之间的相互作用力，点电荷是电学中的理想模型，它是忽略带电体的大小和形状，保留实际带电体的电量和位置的理想模型。也可以将库仑定律与万有引力定律相类比，有库仑定律表达式：万有引力定律表达式，数学形式相似，库仑力和万有引力都是通过场作用的非接触力，二力的方向都是在两质点或两点电荷的连线上，不同的是万有引力都是引力，而库仑力既有引力也有斥力，二者都是保守力，它们所做的功只与起点和终点的位置有关，与路径无关。

在介绍抽象的静电场力做功、电势能等概念时，可以通过对重力势能、重力做功的复习，将电势能类比重力势能，电场力做功类比重力做功，那么从重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加中可以简单地得出电场力做功与电势能变化的关系：电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。还可以将静电场中电势概念和重力场中的高度进行类比理解，在重力场中，物体所具有的重力势能与所受重力的比值与物体所处的位置h有关，与物体的质量m无关，此位置h可理解为地势，在静电场中，当选定零电势能的位置后，则放在电场中P点的电荷具有的电势能与它的电荷量q的比值，也与电荷量q无关，由电场本身的性质决定，这就是电场中P点的电势。可见，通过对电势和高度地势的类比，可以很容易理解电势这个抽象概念。

3.电场与磁场的类比

在电磁学中，我们可以把静电场与稳恒磁场的高斯定理、环路定理进行类比讲解，把静电场、感生电场、两者之和的总电场与稳恒磁场、变化电场产生的磁场、两者之和的总磁场，从产生的原因、性质等方面进行类比，可以对电磁场有全面的认知，从而对漂亮、完美、对称的麦克斯韦方程组有更深刻的理解，可以加深对电磁场性质的内在联系和统一性的认识。从以上例子可以看到，类比法在应用时要把握住其基本思想，即在相异中寻求相似，从中发现其规律性的东西；在相似中寻求相异，从中找出各个事物的个性特征。在进行类比法运用时，要充分掌握两个类比对象的相似性和相关性，全面深入分析两个类比对象的各种属性，注意区别它们之间的差异，抓住事物的本质联系并将其作为推理根据，进行类比思维。

综上所述，物理类比在物理学发展中起到了很重要的作用，正如康德所说：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往能指引我们前进。”在《大学物理》教学中，我们可以恰当地应用物理类比方法，把陌生的对象和熟悉的对象进行对比，把未知的东西和已知的东西进行对比，使抽象的物理概念和规律理解起来变得具体化、简单化，帮助学生有效地把握物理知识。我们可以在教学时加强对类比法的引导，启发学生自己发现类比的特点，使其在今后的学习中能灵活运用类比法，让学生在学习知识的同时，提高获取知识的能力，掌握科学的思维方法。物理类比方法是一种非常重要的科学思维方法，有意识地将这种科学思想方法贯穿于整个物理教学过程中，对培养学生的能力是十分有益的。

参考文献：

[1]王瑞旦，宋善炎.物理方法论[M].长沙：中南大学出版社，2002.

第8篇：量子力学的发展史范文

【关键词】物理学史 物理思想 教育功能

中学物理教学大纲告诉我们，要使学生比较系统地掌握物理基础知识，就必须要结合物理教学对学生进行辩证唯物主义教育、爱国主义教育和品德教育。如果教师能够将物理学史的一些素材有机地结合在教学内容中，对于进行德育教育，激发学生的学习积极性，丰富教学内容，改变教学形式等方面，具有多重意义，并能起到良好的教育教学效果。本文试图阐述一下初中物理学史教育的功能，从而说明适时进行物理学史教育的重要性。

1 物理学史的激趣功能

捷克教育家夸美纽斯认为：“教育者的艺术表现在使学生能够透彻地、迅速地、愉快地学习知识技能。”在物理课教学过程中，适时以史引入新课有关的物理学史，引导学生追寻物理知识的根源以及物理学家们成长的足迹，这样学生对物理会产生亲切感，学生对物理有了兴趣，就会在学习活动中变得有主动性、自主性，体现出学生学习的主体性增强求知欲。如《电磁感应》一课时，介绍英国物理学家法拉第经过10年探索，发现电“磁生电”现象。而法拉第是怎样研究这个问题的呢？最后又得出什么结论？这就是这节课要研究的问题。这节课是通过回顾物理学发展史引入，引领使学生像当年科学家一样，去思考问题，研究问题，发现新知识，这对激发学生学习物理的兴趣，提高物理课堂教学质量将会起到积极作用。

2 物理学史的爱国主义教育功能

爱国主义是千百年来巩固起来的对自己的祖国的一种最深厚的感情。运用物理学史教育，培养学生养成热爱祖国的崇高思想，树立忠于祖国的坚定信念和献身祖国的无畏精神。例如，在介绍能源内容时，向学生详细介绍伟大的爱国物理学家、世界著名火箭专家、中国导弹之父钱学森。为了祖国的荣誉，钱学森冒着政治迫害和生命的危险回国愿望得以实现了。由于钱学森的强烈爱国热情和报效祖国决心，中国导弹、原子弹的发射至少向前推进了20年。通过这段史实的介绍，让每一个学生体会到我国在物理学方面对祖国的杰出贡献，同时激发他们的民族自尊心、培养他们的爱国热情。

3 物理学史的挫折教育功能

现今的中学生大都是决心大行动小，有信心没有恒心，每个人都希望成功。但实际上，在物理学的研究中，当人们带着现有的知识去开拓新的处女地时，由于种种条件的限制，首先遇到的往往是无情的失败，物理学家也是如此。爱迪生为了寻找一种合适的灯丝，试用了一方六千多种材料，在这里能确定某种材料不适合作灯丝，本身不就既是失败也是成功吗？所以爱迪生说：“失败也有我需要的。他和成功对我一样有价值，只有在我知道一切做不好的方法之后，我才能知道做好一件工作的方法是什么。”英国物理学家戴维说：“我的那些主要的发现是受到失败的启示后得出的。”显然，没有对于失败的研究就不会有研究成功。因此我们应该向学生介绍一些科学家研究过程中的失败，在失败面前不气馁，不怕挫折勇于探索，最后走向成功。让学生体会到“失败是成功之母”。

4 物理学史的低碳、环保教育功能

运用物理学史，促进学生环境教育，培养学生形成对环境的转变态度与行为的转变，加强低碳、环保意识。例如，在能源与可持续发展一节的内容时，介绍物理学史中蒸汽机发明，电灯、电报、无线电通信的使用到核能的利用，从某种程度上，是解决了一些生活实际问题，但同时我们看到了蒸汽机的使用使得环境受到污染，无线电通信使得人类生存空间到处都是电磁波，在一定的条件下会引发疾病的产生，核能的开发史，使得战争史更多了血腥，同时人类也面临着更大的挑战。尤其是日本核电站的泄露、哥本哈根的国际气候大会的召开，更让学生对低碳、环保有了深刻的认识。在教学中，教师适当运用这些物理学史实，不仅激发了学生学好物理学的意志，而且增强学生的社会责任感，树立保护生态环境忧患意识。

5 物理学史的团队教育功能

合作学习是指学生在小组或团队中为了完成共同的任务，具有明确的责任分工的互学习。在物理教学中适当应用物理科学史，可培养学生合作探究精神。如英国物理学家卢瑟福领导的卡文迪许实验室，集聚过一大批杰出的研究者，培养出了许多诺贝尔奖金获得者，其中有原子结构理论的提出者、量子力学奠基人之一玻尔，有发现中子的查德威克，有建立相对论最子力学、正电子的预告言论者狄拉克等人。玻尔领导的团队丹麦哥本哈根研究所，不但以出色的科学成就为人所知，而且以其无与伦比的哥本哈根精神在科学史上留下了脍炙人口的佳话，并成了物理学家眼中的“麦加圣地”。使得学生认识到科学家的合作精神和钻研精神。教师把这些物理学史渗透到课堂教学中，利于培养学生团队合作学习精神。

6 物理学史的“桥梁”功能

第9篇：量子力学的发展史范文

一、真理问题症结何在？

真理问题，一直是哲学界最为关心且争论最多的问题。当代西方科学哲学中的科学实在论与反实在论之争，仍是以此为核心的争论。为什么在真理问题上存在如此不休的争论，其症结何在？

概括地说，真理问题包括两个方面的内容：其一，是真理概念的分析，即何谓真理；其二，是真理标准的确定。这两个方面是统一的、不可分割的，两者相互制约、相互规定。每当人们提及真理，势必就会联想到某一标准。西方科学哲学尤为关心真理，主要是由于真理与理论的接受相关。如果人们确定某一理论为真，那么，大家就可以公认这个理论、接受这个理论。否则，这个理论就会遭到摒弃。在科学理论中，常常有一些悬而未决的假说，它们有待于作出真假之鉴别才能获得存在与否的权利。同时，也只有作出真假之鉴别，理论才能获得指导人们实践的资格。

然而，历史的时针虽指向现代，科学哲学在真理概念及其标准的分析上仍是歧见种种，各派哲学观点纷呈，党同伐异。在一片争论声中，人们只共同地承认一点：所谓理论或陈述、命题为真，也就是对理论、陈述、命题作出一种肯定，可以让自己的行为接受它的指导。分歧在于这个“肯定”前面的定语，即“……的肯定”。而这个定语也就是标准问题。由于各人所持的标准不同，以致对真理概念的分析难以统一。

众所周知，在以往的西方科学哲学流行的派别中，真理标准观有符合论（或对应论）、融贯论、实用论以及相对主义的指示论等。符合论代表着各种经验主义哲学的真理观，是一种古老的、较为盛行的观点，它主张观念与事物之间存在着一一对应关系，凡是相对应的、与事物相一致的观念就是真理，否则便不然。进入现代以来，罗素与维特根斯坦的逻辑原子主义使得命题与事物之间的对应关系得到了最严格、明确的阐发。他们一致认为，理论或语言（或思想）与客观世界之间存在着镜式反映的关系，理论是由命题构成的，命题可以分解为简单命题直至基本命题，而世界也可作此分析，直至分析出原子事实。复杂命题对应于复杂事实，基本命题对应于原子事实，“最简单的命题即基本命题，断言原子事实的存在”〔1〕。反过来， 如果我们要知道语言或命题是否为真，那就只要在基本命题基础上进行真值运算就可以了。“命题就是一切从所有基本命题的总和（……）得出来的东西”〔2〕。在他们看 来， 世界与语言同构，“我们语言的界限意味着世界的界限”〔3〕。融贯论则强调，命题的真假取决于该命题与整个命题系统之间是否相一致。实用论认为，真理不但要与经验相一致，而且对于我们来说它是“好的”、“方便的”、“有用的”，是人们的工具。

无论在真理标准上各派哲学观点多么不一，然而概括起来，无非就是一种广义的符合论观点。归根到底，它们都默认了真理必须符合事实、经验、逻辑准则或人的价值等等。不过，由于每种见解都强调了某一预设前提，并试图把这个前提当作统一的模式，把其它理论都纳入自己设定的标准，以致难免在理论上留下裂隙而遭到批评。批评的理由是休谟和康德式的怀疑论，认为我们每个人对自己的信念、情感和知觉经验都可以拥有大量自我中心的知识，我们不可能通过逻辑推理从知觉经验进到对外部世界的真实认识，不可能判定那些关于不可观察物的理论的真理性。具体地说：

第一，科学哲学家们总是以具体实例、历史事实作为否定各种真理标准的理由，从而造成共相与殊相之间的矛盾。各种真理标准都强调真理必须符合某个一般的前提，但是，这样的前提却不可能包摄全部现象，即使能包摄某类现象，也难以排除个别反例。

尽管许多理论经过实验的验证，获得观察的证据，但都免不了某些偶然反例的出现。这是归纳法本身的局限性。从符合论观点看，某一理论得到实验的检验，我们便可断言其为真理。但是，问题在于我们进行了什么样的实验检验，是用归纳法搜集个例作为证据，抑或检验理论的成功率。反面的意见认为，即使我们掌握了很多证据，证据也还可能是假的。如果诉诸成功，那么成功究竟是指什么？成功的理论在历史上也同样可以是假的。相反，真的理论也可以是不成功的。

第二，证据、事实、观察、实验等因素都免不了个人“意见”的介入。人在认识周围世界时是以自我为中心的，证据、事实、观察、实验意义的确定有赖于特定个人的语境。因此，人们在证据、事实、观察、实验等等方面是经常不能取得一致意见的。

第三，如果我们为了避免以上的不确定性而诉诸逻辑的推理，那么，就会产生恶性循环与无穷回归的形而上学问题。因为，演绎逻辑的前提必须为真，我们只有从一个真的前提出发才能推出前后一致的结果为真。但是，我们如何知其前提为真呢？这就陷入了我们前面讨论的初始问题。

由此可见，西方科学哲学中真理问题的症结在于归纳与演绎之间、一般概括与个别反例之间、人与对象世界之间的多重矛盾没有合理地得到解决。

二、科学实在论、反实在论与真理问题

自从逻辑实证主义提出证实原则与逻辑分析方法以来，由于各个科学哲学家都未能对上述矛盾引起足够的重视，从而导致了历史主义。历史主义以科学发展史为依据，否认理论具有固定的、基本的本体论承诺，否认理论本体论承诺的继承性或连续性，主张前后相继的理论是不可通约的，科学发展中的大规模变化即科学革命意味着科学家信仰的改宗，理论的变化意味着术语指称的变化。历史主义对逻辑实证主义的批判，最后导致了费耶阿本德的具有后现代性的哲学消解论。正如在30年代兰姆赛提出“真理多余论”一样，费耶阿本德也认为，理论不分稂与莠、好与坏、真与假，不管何种理论，所起的作用都是共同的，都可以推动科学的发展。费耶阿本德“坚决主张一个实践科学家没有理由请教科学哲学”，“在科学哲学中没有什么能帮助他解决问题，尤其是确证理论不能帮助科学家决定承认哪些理论”〔4〕。这样， 就完全否认了真理的存在，否认了认识论存在的必要性。

历史主义虽然批判了逻辑实证主义，但是，自己却陷入了相对主义，把科学哲学归结为实际的描述性研究，以致遗忘了科学的目的，否认了科学在文化中的自主性与权威性。

70年代兴起的科学实在论则是在“认识论之死”的口号中觉醒的。为了使科学不失去文化自主性和权威性地位，科学实在论就必须捍卫真理概念。于是，他们对逻辑实证主义与历史主义加以改造，用历史主义的合理成分补充和完善逻辑实证主义的基本原则。科学实在论者主张，成熟科学的理论术语是有指称的，它们所指称的实体在真实世界中是存在的，后继的理论较之前驱理论更趋于真理性、更接近真理。

科学实在论对这些原则的主要论证是“日益增长的预见的成功”和“似真性假说”。波依德（R·Boyd ）认为：“我们的方法论是基于近似真的理论之上的，这种方法论应当是发现新成果、改善旧理论的可靠指南”〔5〕。 普特南也认为：“它是唯一不使科学的成功成为奇迹的哲学”〔6〕。

从科学实在论对于理论真理性的辩护可以看出，实在论是一种整体论。它通过一般的理论定律和模型坚持认为，从可观察物的论断之真理性通过归纳推理可以扩展到关于不可观察物的论断之真理性，理论所指称的不可观察的实体也是存在的，预见性假说也可以是真理或近似为真。这在传统的经验论看来，根本就是不可通达的。

显然，科学实在论的论证是不充分的。第一，它没有说服像休谟那样的怀疑论，即没有说明归纳推理是否能够合理地推出真理的问题。第二，用预见的成功或说明的成功作论证，是思辨性的论证，甚至连逻辑实证主义的证实说和逻辑分析的方式都不如。　爱德华·麦金农（E ·Mackinnon）在概括70 年代的实在论时指出：“……实在论者总是引证当时流行的科学，坚持认为在成熟的理论中，基本的范畴术语是用于指称实在的对象和事件的；而理论定律在符合的意义上是真正关于那些对象的，尽管是近似地真。”〔7〕由此可见， 科学实在论把成熟的理论抬高为真理。什么是成熟了的理论或发展了的理论呢？在实在论看来，成熟的理论就是当前流行的理论。如此说来，当前流行的理论就都基本上是真理了。就此而论，科学实在论与历史上的实在论是异曲同工的，其论证方式与历史上实在论的形而上学思辨手段无异。

正是这样，科学实在论的真理观遭到了各种经验论科学哲学（反实在论）的反驳。一些反实在论者认为，科学实在论者是“真理贩子”，是“真理的制造者”，

科学实在论所说的真理是“虚构的真理（manufactured truth）”。

拉里·劳丹与范·弗拉森（van Fraassen）认为，实体的实在论是一种乔装得很不像样的形而上学观点，其基础不是过去与现在的科学或可预见的将来的科学，而是在方法论上依赖于理想的说明形式，通过这种方法论的说明来决定我们对科学理论的取舍，从而错误地引导科学去作出真假的形而上学思辨性分析。劳丹与范·弗拉森对于科学实在论的真理观所作的批判认为：

第一，成功并不能作为真理的标准。在一般的意义上，我们可以说，成功是科学的目的。但是，在科学活动的特定情形中，什么是成功？成功的标准是什么？

第二，经验的证据也不能作为真理的标准。科学虽然提供给我们对现象的描述，但其性质不是唯一地由证据决定的，“科学理论本身是一个开放的文本，是有分歧的解释——即理论把现象描绘成什么，这本身就不是一种硬证据”〔8〕。

在范·弗拉森看来，科学的认识论集中探讨证据如何支持理论的接受问题，这个问题分化为两个方面：（1）接受是信念， 这种信念必须得到该理论的实际证据的证明；（2 ）证据对理论的支持是“客观的”，完全是由作为证据的信息和包容在理论中的信息决定的，而不是主观的或历史参数的函数。科学实在论的观点正是从这里展开，它把科学看作对世界的真实描述，理论与其对象世界因果地相关，理论非真即假，接受一个理论就是确信这个理论为真，因此求真是科学的目的。

由此，范·弗拉森就把科学实在论的论点分类为两个方面：其一是科学的目的，其二是理论的接受。前者涉及理论与世界的关系，后者涉及理论与应用者之间的关系。真理问题只属于前者而不属于后者。在理论与世界之间，是以人的两种能力为中介的：一是观察（知觉），二是思维。观察提供外部世界的信息，思维则建构理论，两者缺一不可。如果我们超出可观察的范围，我们就无法知道理论是否真假，因为“……观察一旦被抛弃，那末离神秘主义就只有短短的一步了”〔9〕。所以，从整体上说，理论是一种建构，它不等于世界。 我们可以相信可观察到的东西，却不能相信不可观察的东西。如果理论是关于可观察物的，那么这个理论就是“经验上适当的”。“科学的目的就是给我们提供经验上适当的理论，理论的接受包含着像理论在经验上适当的信念”〔10〕。不过，范·弗拉森认为，“接受不是信念”〔11〕。在1988年国际维特根斯坦哲学讨论会上，他又发表见解说，把接受描述为信念太粗糙了，“我现在把信念看作是一个非此即彼的概率，它太粗糙，以致难以适当地处理与意见之间的细微差别”〔12〕。

范·弗拉森为什么要以理论的“经验适当性来代替真理概念呢？因为，第一，“理论的经验含义是通过区别科学本身描述的可观察与不可观察的方法来确定的”〔13〕。而可观察与不可观察是人类能力界限的划分，如同自然界的许多动物不可能了解它感觉范围之外的东西一样，人的能力也是有极限的。“科学哲学不是形而上学”，我们要了解世界是什么，首先要了解自己是什么。正因为人的认识能力的局限性，所以，人们不可能完全地把握客观世界，那些人类不可观察物的理论是否具有客观性，这是不可能辨别的。

第二，尽管我们在可观察范围内能获得理论的经验含义，但是人们总是通过某个概念框架来观察世界。这个问题已为许多历史主义科学哲学家所阐述。“但是，我们的概念框架是变化的，因此，我们概念框架的内涵关系也是变化的，而真实世界却是同一个世界。”〔14〕

第三，现在的实验可以为过去的世界图景提供证据，但又不断地发现它不能被容纳在早期的科学中。更进一步，将来的实验也将证明现在我们作为证据的东西是假的。因此，实验证据并不能论证理论的真理性，而仅仅是为其经验上的适当性作论证。

范·弗拉森认为，用经验的适当性替代真理可以降低我们的风险，使科学的发展变得更稳妥、更顺利。因为如此，科学的目的就不再是追求真理，对科学理论的接受也不再是相信其为真，而是认为其在经验上是适当的；接受理论不再是像实在论那样下赌注，而是依赖于对可观察物的知觉，依赖于我们对它的需要，依赖于理论的其它优点。

范·弗拉森的这种真理观，显然有点类似于休谟的怀疑论和康德的不可知论。但又不完全相同，因为范·弗拉森只怀疑一成不变的真理的存在，却不怀疑人们可以得到外部世界的真实知识，他所怀疑的是人们可以通过非经验性认识达到真理。他认为不可知的，只是指超出人类观察能力之外的实体。他并不反对我们可以作出对外部世界的本质性认识。他说：“我只希望成为一个关于存在着科学描述的世界的不可观察部分的不可知论者。”〔15〕他的怀疑论与不可知论只是以可观察与不可观察的区分为界线的。

范·弗拉森的“经验适当性”概念比起其他一些反实在论哲学家来说，是一种较为折衷的做法。劳丹认为，不但真理不可能，而且连高度可能的概率真也是不可能的。“科学过去在解决问题上的成功总是可被视为意外的一段好运气，这段好运气随时都可能完全丧失”，“就我们所知，科学并不提出真的、甚至高度可能的理论”〔16〕。

承认理论具有经验内容，而且理论可分为经验上适当的与不适当的，这确实有点类似科学实在论。但是，两者的标准是不同的。范·弗拉森求之于经验的可观察性标准，而实在论者则诉诸成功、说明力等标准。毫无疑问，范·弗拉森把劳丹等人的反实在论与科学实在论作了辩证的概括，既不使科学成为纯粹的假说，也不使科学成为不变真理。在某种意义上，他似乎还采纳了波普的动力学观点，把科学知识的增长作为科学哲学的一个有效目标。

三、超越传统的真理观：真理类型分析

范·弗拉森否定真理、代之以“经验的适当性”的观点，在当代科学哲学中影响甚大。一般认为，范·弗拉森的反实在论是一种论证严密的、为人们较可接受的观点。在范·弗拉森的“经验适当性”概念提出之后，虽然遭到了像J·富斯（Jeff Foss）、J·F·哈纳（J·F·Hanna ）等人的反对，但却深深地触动了科学实在论的根基。就如同逻辑经验主义在“证实说”上遭到反驳后不断地修正一样，科学实在论的真理观也随着范·弗拉森等人的反驳而逐渐变换基调。爱利斯（B·　 Ellis）和普特南形成了所谓的“内在实在论”，认为真理只存在于理 论内部，真理只是理想化的证实，是内在地、逻辑地被证实了可能性；波依德等人则提出近似真的概念；哈金（Ian Hacking）强调真理的有 条件性， 主张理论实体是实验实体，声称自己是“实验主义者”； 夏佩尔、E ·本西文加（E·Bencivenga）等人则主张语境真理观， 认为真理的理由依赖于语境，或者说真理标准与语境相关；萨普（F·Suppe）则认为，科学实在论与范·弗拉森的反实在论的真理观都有一定的可取之处，他摒弃了科学实在论的形而上学因素和反实在论的怀疑主义，主张理论与实验相结合，理论只要得到实践中的科学家的高度评价，就是“高度可能的”或经验地真的。

概括这些修正的科学实在论的真理观，我们可以发现，传统的真理观正在从证实观向概率观转变。概率主义的真理观之所以能成为一种认识论的主流，完全是因为它比原来的真理观具有更大的安全系数，就如同为真理设立了一个保险公司一样，使人们在面对当前和将来的实验证据时，感到踏实可靠。

然而，一言以蔽之，这却是一种逃避实践检验的做法。真理问题之所以争论不休，根源在于某些被实践检验为真理的理论经不起时间的重复考验而出现错误。概率真理观尽管为错误留有余地，但是，这未免太对不起某些始终能经受检验的那些真理。例如，在宏观世界，只要我们对某物施加一个作用力，就必然会导致一个反作用力。这样的命题无论过去、现在或是将来都能经受检验。概率真理观的弱点是把理论作为一个整体来对待，却没有对不同理论类型作出分析。它仍然是传统真理观的变种。

众所周知，理论是对客观实在世界的反映，理论与世界存在着图象式的对应关系，即使是依赖逻辑手段形成的理论，也同样必须反映客观世界。因此，对理论的理解其关键在于：什么样的理论与什么样的客观现象相一致？显然，对这个问题的回答，不能是“某个理论与客观世界相一致”，而应该是“某类理论与某类客观现象在不同决定论层次上相一致”。只有这样，我们在逻辑上才是一致的。

要对客观现象进行分类，除了依赖于我们现有的认识外，别无良途。毫无疑问，科学是发展的，科学所揭示的世界图景越来越广阔。尽管我们对科学提出种种怀疑，但正如休谟所说，怀疑主义是我们的认识永不能根治的痼疾。从科学发展的角度说，这种痼疾是人类认识的一大优点。不过迄今为止，还没有哪门知识比科学更正确。科学史证明人类是有能力把握世界的。

因此，概括当今的自然科学，结论是它所提供的世界图景是一幅决定论与非充分决定论并存、必然世界与具有统计性质的世界并存、现实世界与可能世界并存、主观世界与客观世界并存的图画。这幅图景反映的现象其决定性程度是不同的，由此所决定的理论类型与真理的类型就有：

1.必然性真理。这类理论或真理反映了客观现象之间的因果必然性关系，所揭示的是客观现象产生、发展、变化的严格的规律性，揭示的是一个严格决定论意义上的世界。其表现形态是一种普遍本质性的规律，涵盖了各种决定论条件下存在、发展的客观现象。这类理论或真理可以通过造成某些相互作用的实际事态而得以检验或证实。在人类历史上，人们最初认识到的就是这类必然真理，用以指导自己的实践，准确地做出未来事件发生发展状况的预见。

必然真理把所反映的客观必然现象统摄于其内容中，涉及一类条件下的一类自然规律，它具有全称判断的形式。

2.概率真理或可几理论。概率真理或可几理论反映了客观世界的或然现象。对于这类现象，人们不可能以全称陈述的形式来概括它们，而只能用统计方法来归纳。这类现象的变化是由统计归纳得出的比率来决定的。尽管我们可以通过分析推断这类现象出现或不出现的理由，但是，我们仍只能得到部分的确定性。尤其是对一些随机现象来说，更是如此。甚至在大量随机现象涌现时，我们不可能做到完全的统计，只能以抽样统计方式测得某一比率。然而，抽样的过程也带有随机性质。所以，这类真理或理论的准确度是有限的。因此，对这类理论的检验是确证这个比率的准确度的高低，却不能枚举个例来证实。概率解释具体事件时，理论不一定要与具体事件相符合，尤其是不一定与个例相吻合。

3.语用真理。从语用学角度理解的理论或真理，是一种与认识主体的背景信念、价值观、时空情景相关的真理或理论。这类理论反映了人的认识与当时特定的个人、特定的场所等因素之间的联系。在西方，自实用主义哲学形成之后，越来越多的哲学家开始注意到了这种关系。指号学（或符号学）的创始人莫里斯曾把理论看作由语义学的、语形学的与语用学的三方面因素所构成的。语义学关心的是理论说些什么，语形学关心心理论的陈述、命题的句法，语用学关心的是使用陈述时的各种主观因素。这种划分是对卡尔纳普等人语义学观点的扩展。从语用学角度观察理论所涉及的是对理论的接受与运用，“‘接受’是语用学的一个基本名词”〔17〕。在当今，发展语用学观点的科学哲学家有库恩、阿钦斯坦（P·Achinstein）、范·弗拉森等人。 在最近，　则有胥拉格尔（R·Schlagel）突出了语境在哲学中的地位，创立了“语境的实在论”。

真理的语用因素主要包括以下方面：一、真理作为一个命题、陈述形式，必须在某个理论的系统阐述中才能有确定的意义。这就是说，不同场合中的同一表达形式有时是不可通约的，A理论中的命题R与B 理论中的命题R是有差异的，命题R究竟具有何意义，必须依赖于A理论或B理论的系统阐述来确定。二、语境的确定性。一个理论如果没有确定的语境，那么我们就不知道该理论是指什么，无确定语境的理论类似于罗素的“摹状词”，在指称上具有多种选择，无法确定或定义对象。一般地说，特定的语境是通过选择术语的指称、谓词的外延、各个要素的作用而形成的。三、个人的认知结构。它包括个人的智、情、意等方面，个人所掌握的背景信息、个人的目的或价值取向、个人的情感等都对理解理论有决定性作用。语境似乎是一个自变量，我们对理论的理解则是因变量。

4.关于非充分决定论世界的可能真理。现代物理学的创立，尤其是量子力学的创立，把人们带进了一个非经典的全新视野，它所揭示的非充分决定论的量子世界呈现了决定论与非充分决定论并存的新图景，从而改变了人们对待世界的一元论态度。经典力学与爱因斯坦的相对论表明，客观世界的全部现象都是决定论的。而量子力学则开拓了一个全新的领域，以玻尔为首的哥本哈根学派在与爱因斯坦的争论中，反复地论证了“测不准定理”的准确性，驳倒了爱因斯坦量子论的决定论观点，对经典物理学提出大胆的挑战。量子领域是一个非常识的世界，它所要求的是非连续性、非充分的决定论。对量子领域的认识依赖于测量，但量子的测量是一种相互作用，是认识者与被认识者之间的相互作用，而不是对量子状态的表象或描绘。

量子现象是一种奇特现象，有学者认为，量子力学的问题“同实在论与反实在论争论的问题不相干”〔18〕。笔者对此不敢苟同，因为，当代科学实在论与反实在论争论的一个最重要方面就是对量子现象的理解问题。可以说，如果没有量子力学问题，也就不至于造成当前科学实在论与反实在论的争论。如前所述，真理问题是科学实在论与反实在论争论的核心问题，如果我们能够证明量子理论的真理性，那么，我们对科学实在论的辩护也就基本上大功告成了。然而，量子领域是一个不能用因果关系来解释的领域，而我们的认识一旦形成则难免会是决定论的。因此，量子领域的非决定性与认识结果的决定论之间形成了一种矛盾。但是，迄今为止，我们对量子领域的几十年认识难道是科学游戏吗？决不是的！只要我们承认某些条件，那么，这些认识同样是可能真的。在这些条件中，最重要的就是“量子力学所给予我们的是在假定进行的某种测量条件下的测量结果的概率”〔19〕。实际上，量子力学是人们与量子现象相互作用的产物。

以上四种真理或理论，可以按照排列的顺序，表示真理的相对性由弱到强的变化，越排在后面的就越具有条件性，就越具有低概率性质。它表明，在人类所认识到的真理中，确定的真理只是一部分，另一些认识成果即使可称为真理，但也是某种程度上的、概率的或高度可能的准确性而已。

由于我们对真理作了以上分类，所以，我们就能够解决检验真理过程中的总体理论和个别实际案例的不相一致问题。只要我们在反复验证中区分出理论的类型，我们就可确定理论的真理性程度了，也可以确定在条件改变了的情况下理论的真理度之变化了。

真理类型论为真理标准开拓了一条切实可行的道路。通过真理分类，我们已明确了一个结论，即理论与科学实践相一致。普里戈津曾说：“如果科学步骤可以被实践，那是因为它表现出在我们的理论假说和实践答案之间存在着明显的一致。”〔20〕实践的条件、语境、认识者与被认识者的相互作用结果等等，都是理论的标准，而且这个标准的检验也是分为类型的，这些类型决定了检验过程的强弱程度。

现代科学已经不像经典科学那样自然，它描绘的是一个被分割的宇宙，存在着各种可能性。现代科学是受控制的实验与人们基于原先认识之上的推理相结合的产物。正是这样，真理从确定向不太确定的转变，是科学认识的进步。但是，这种转变并没有说明怀疑论的胜利，而只是给科学实验提出了更为艰巨的任务，证明了科学认识的开放性质。

四、真理类型论与概率怀疑论

科学的开放性和真理的不同类型的划分，无疑会给怀疑主义以可乘之机。怀疑论者站在一个静止点上宣称动态的科学认识对外部世界的不可及性，甚至我们不能获得概率真的理论。

在科学认识的进程中，概率怀疑论与可知论是并存的，两者之间的相互作用与弛张的统一构成了科学发展的动力基础。概率怀疑论与可知论在论证自己观点时，两者一样充分。因为，两者论证的命题具有类似性，我们说认识外部世界是高度可能的，这也就承认了关于外部世界的知识其正确性是值得怀疑的。概率的怀疑论与可知论一样，具有其存在的根据：

第一，因为理论或真理具有不同类型，在所有这些类型中，我们承认后三种具有概率性质，因而也就承认其中的内容可允许怀疑。特别是作为一种理论其表现形式具有一般性质，人们的语言表述偶有错误或常被误解，以致一般的形式与具体的内容不相一致。怀疑则可以促使理论进一步得到检验或确证，从而更精确化。

第二，人的认识可以分为许多层次，层次越高，主观的成分就越大。从科学知识的构成来说，科学知识包含着：（1）基础层次， 以个人未知为基础的特定场合特定对象的知觉描述，以感觉、知觉、表象为特征。（2）对可观察的事物或事件的单称陈述， 例如这个三角形三个角都小于90度。（3）对可观察物或事件的归类、概括， 形成定律性的认识。（4）实验中总结出的定律。 尽管我们不能观察到自然界的某些事物或事件，但我们可以设计出实验，通过实验设备造成某些事物的相互作用，从而在重复实验基础上总结出精确的实验定律。（5 ）根据理论模型和实验得到的信息推出科学理论或假说，以及在“思想实验”基础上形成的科学假说。从这五个层次来看，前三个较为确定，而第（4 ）（5 ）两个层次尤其第（5）层次是不确定的。 这就为当今的概率怀疑论留有余地。

第三，由于科学在其发展中，理论、假说往往为新的理论、假说所代替，一些原来的理论不断地为后来的实验证明为不完善。同时，由于某些实验资料与证据掺杂着个人的意见，在后来也被证明为假。所以，就造成了当今怀疑论对某些证据分析的怀疑。

概括地说，当今的怀疑论有两个基本结论：其一，否认真理；其二，否认存在一个较好的理论比其它理论具有更多的优点。这种怀疑论从逻辑上说有一定的合理性，从性质上说它不同于皮浪的怀疑论和休谟的怀疑论，而是类似于范·弗拉森那样的主张不可观察物是不可知的观点。

对当今怀疑论的反驳是件不易的事。但是，有一点是可以坚信的，那就是真理的存在。

第一，真理的存在是有条件的。任何真理都是具体的相对真理。即使必然地真的，也是有条件的真。真理是人的智能与客观对象相互作用的成果，因此，任何涉及真理的问题都必须诉诸这一相互作用来解决。我们并不能使真理成为与客观事实完全一致的东西，我们说真理反映了外部世界的本质，只是说它反映了进入我们与事物相互作用过程意义上的事物本质。

第二，真理或理论的标准是实践与实验的综合方面。而非任何单一的诸如证据、成功之类的要素。既然真理是人通过实践或实验与客观对象相互作用的产物，那么这个相互作用的任何一个方面、任何一个要素都是评判理论是否真理的标准的一个方面。如果理论能够经受这个相互作用各个方面的重复检验，并获得从事实践的科学家们的高度评价，那么，这个理论就是有条件地真的，就可以作为我们实践的指南了。

第三，一个依据高度验证了的理论所作出的科学假说，只要逻辑推理正确，也可以说具有概率真。某些“思想实验”只要考虑的条件适当，也同样可以验证科学假说，起着确证假说是否具有概率真的标准之作用。

诚然如此，我们的科学是开放的，理论、方法、标准甚至科学的目标都会发生变化。但是，在任何一个科学时期，人们对于科学假说的接受除了诉诸科学实验、实践的综合考察的标准外，别无它法。人与自然、自然现象与现象之间是相关的，只要我们理解了这种相关性关系，那么，我们也就可以理解有条件的真理的可能性，就可以理解验证真理的标准的相关性。任何成功、完全的证据、理论与自然现象的一致性、理论的解释力、对整个系统的有用性、我们对理论的无可怀疑性、科学家们在实践中对理论的评价等等，都是验证理论是真假的有效依据。

科学的发展不是为了单纯地追求真理，而是为了探索自然界的奥秘，探索和建立自然物之间的相互作用关系、人与自然界之间的相互作用关系。夏佩尔曾经指出：“科学的发展就在于逐渐发现、明了和建立相关性关系”〔21〕。这种观点是完全令人满意的。科学是在人类改造世界的需要中产生的，因而改造世界是科学最原始、最终的目标。要实现这一目标，科学家们就必须一代接一代地去发现、探索、开发自然界的相互作用关系。任何其它关于事物的结构、性质等等的认识，都无非是为了开发（发现与建立）事物的相互作用关系。因此，实验、实践对理论的检验就是要证实理论所描述的那些相互作用能否有效地进行，相互作用的条件是否存在，能否指导人们进行较大规模的实践。

综上所述，以往真理问题的争论之所以未能走出困境，之所以难以解决理论与实践之间的矛盾，是由于对反映不同类型的客观现象的不同类型的理论未能作出具体分析，始终徘徊在对理论总体性质的评价上。然而，无论我们作何分析，我们都不能背离科学的目的。科学是全人类最崇高的事业，因此，任何单一的分析方法与片面的真理标准说都将违背科学的总目标，缺乏实际可行性。科学是一个大舞台，在这个舞台上演出者是科学家，而哲学则是观众，每个哲学家都是观众的一员。如果哲学家们从个人出发，那么，就会意见纷纷、众口难调。只有从人类科学的角度来分析，才能求得某些方面的共同标准。

注：

〔1〕〔2〕〔3〕维特根斯坦：《逻辑哲学论》，郭英译， 商务印书馆1985年版，第50、56、79页。

〔4〕约翰·洛西：《科学哲学历史导论》，邱仁宗等译， 华中工学院出版社1982年版，第227页。

〔5〕R·Boyd，“The Current Status of Scientific Realism”，in Leplin(ed.)：The Scientific Realism，Berkeley，1984，p.59.

〔6〕H·Putnam，Mind，Language and Reality，Cambridge，1975， p.73.

〔7〕E·Mackinnon，"Scientific　Realism: The　New　Debates"，Philosophy of Science 46(1979)，p.502.

〔8〕van Fraassen，"Interpretation in Science and in theArts"(with Jill Sigman)，forthcoming in G·Levine(ed.):Realism and Representation，University of Wisconsin　Press.

〔9〕赖欣巴哈：《科学哲学的兴起》，伯尼译， 商务印书馆1983年版，第30页。

〔10〕van Fraassen，The Scientific Image，Oxford，1980，P.12.

〔11〕van　Fraassen， "Theory　Confirmation : Tension　and Conflict"，in Weigartner(ed.):Epistemology and　Philosophy　of Science:Proceedings of the Seventh International Wittgenstein Symposium，P.327.

〔12〕van Fraassen，"Probabilities in Physics and Effective Strategies"，in Proceedings of 13th.International Wittgenstein Symposium，P.343.

〔13〕van Fraassen，The Scientific Image，Oxford，1980，p.81.

〔14〕van Fraassen，The Scientific Image，Oxford，1980，p.81.

〔15〕van Fraassen，The Scientific Image，Oxford，1980，p.72.

〔16〕劳丹：《进步及其问题》，方在庆译，上海译文出版社1991年版，第243－244页。

〔17〕莫里斯：《意谓与意义》，载《当代美国哲学资料》第三集，商务印书馆1979年版，第242页。

〔18〕参见《中国社会科学》1993年第2期邱仁宗先生的文章。

〔19〕van Fraassen，"The Modal Interpretation of QuantumMechanics"，in P.Lahti and P.Mittelestaedt (eds.):Symposium onthe Foundations of Modern Physics 1990，Singapore:World Publishing Company (1991)，p.447.