量子物理学精选(九篇)

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第1篇：量子物理学范文

【论文摘要】运用量子物理学的“超因果联系”、“能量场”和“全息场”等基本理论，探讨了中医药学的科学性，对“中医理论体系不是科学，与现代科学思想、方法、理论、体系格格不入，应该彻底地否定、抛弃”的言论进行了驳斥。

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1超因果联系给中医药学的启示

以往所理解的因果联系都是很直观的，因果直接对应，甚至一一对应。但量子物理学[2]揭示出来的基本粒子间的相互联系则可以是超系统超时空的。一个几率波能够与宇宙中的任何其他部分发生联系，且不管它们之间相距多远，作用之间都没有时间间隔。这是一个令爱因斯坦都无法接受的结论，约翰•贝尔却在1964年给出了一个数学证明，并把它叫做“贝尔定理”。紧接着，法国物理学家又用实验证明了基本粒子确实受空间和时间中存在的不可见联系的影响。这个结论使得已经摇摇欲坠的牛顿-笛卡儿宇宙模型最终彻底崩塌。

基于贝尔定理-非局部的不可见的因果律，量子物理学给予第四个启示：人所受的影响是无时无处不在的，疾病发生发展所涉及的因果联系复杂到无法测定的程度，并且总有医疗以外的因素在起作用。学者不应该去向建立在已经彻底崩塌了的牛顿-笛卡儿宇宙模型上的“科学”俯首称臣[1]，也没有必要再用这种科学去解释“阴阳、表里、寒热、虚实”，去分离中药的有效成分。应该承认西医通过现代检测手段检测到了某些病因，但同时应该清醒地认识到这些病因也和通过“望、闻、问、切”所发现的病因一样，远不是导致患者生病的全部原因。既不能过于迷信那些没有思维的仪器，也不能在审症求因的缜密思维过程中过于武断和粗疏，因为中医毕竟是非常私人化的经验医学，师承有别，流派各异，或温热，或寒凉……都不乏奇效之例，也都有失误之诊。如何参佐为用，这不仅与医者能否将《内经》、《难经》、《伤寒杂病论》、《医宗金鉴》等中医典籍烂熟于心有关，还与医者是否具有杰出的思维能力和丰富的临床经验密切相关。现在，中医已经按照西医的思维方式和医疗模式走了近一个世纪的“现代化”道路，传统的一对一师承关系“化”成了班级授课制的中医学院，传授了知识，丢掉了意会，遗失了自己的传统和精华，培养了一批会在西医理论指导下运用中药的实际上已经不能再被称作是中医的中医师。如果目前这种情况再持续十年，现有的能够按照中医思路看病的两三万中医大夫都退休，中国也就没有中医，“疗病之功，莫先于药”的中药也就变成了一堆没有用处的垃圾。目前中国中医的状况是何等的危急。

2能量场给中医药学的启示

从量子物理学中涌现出来的最激动人心的概念就是能量场。在原子尺度上，场无处不在。这不是想象中的可视的实体，它们是基本粒子的相互作用。这正象磁铁的磁场不可见，但它能使铁屑产生图案一样。基本粒子跳着永恒之舞[3]，它们之间或吸引，或排斥，互相碰撞，并以光子的形式释放或吸收能量，构筑起一张统一的、连接着整个宇宙的原子关系网。如果说经典物理学的核心隐喻是一台机械钟的话，那么量子物理学的核心则是一张无所不在的原子关系网。

基于能量场的概念，量子物理学给了第五个启示：应该从“场”的角度来理解医药。医药的作用，对于患者来说，本身就是一种能量场的作用。在这个能量场中，对靶点的直接阻断所起的作用往往是不持久的，因为阻断或消灭

的只是一个靶点，对于存在于整个能量场中的导致这个靶点出现的、现在还无法知道的种种因素，是无法将其一一阻断或消灭的[4]。这些因素很有可能又会在其他地方构成新的靶点，这也就是西医常说的病灶转移。

中医虽然也没有从能量场的高度来认识人的生命过程，但它的经络学说是不是与能量场理论有异曲同工之妙，是五千年的经验使然？就目前的科学发展水平而言，别说爱因斯坦的“统一场论”远未建立，丁肇中的“反物质”还只是一种猜想，就连量子物理学的基础理论都还处于完善和发展阶段，现在就要对积五千年经验于一体的中医药学说进行科学阐释，也许是为时太早了。现在不得而知，留待未来的科学去证明吧。当然，也没有必要轻信他人的毁谤而忍痛割爱。中医药学千万不能重蹈旧行为主义心理学的覆辙，闹出“因为笑才高兴，因为哭才伤心”这样的笑话来。

3全息场给中医药学的启示

杰出的物理学家戴维•玻姆把场看作是宇宙之海中的漩涡，提出了用“全息场”来解释量子事件的非局部关联理论。他把不可见的隐藏的现实称作内含或者“折叠”的秩序，而把外部实在称为引申或者“伸展”的秩序[5]。在他看来，正是“感知透镜”在不断地变化，才有折叠秩序中不同的侧面不断地伸展开来。

全息图是用激光在一个全息盘上创建干涉图式而产生的。光盘本身并没有什么可分辨图形，只是当一束激光穿过它，就“好象在池塘中扔了一把小石子”时才出现的一串串同心圆圈罢了。全息盘有一个重要的属性，就是不管这个盘子破成多少片，每一个碎片都包含着所有的完整信息，只是碎片越小，信息就越模糊而已。

基于全息场理论，量子物理学给予了第六个启示：就象“盲人摸象”这个古老寓言所揭示的那样，面对外部世界和人的内在世界那“折叠”的内含秩序，在根本上是“盲”的-无法知道大象的完全的实在，而只能有关于它们的直觉的有限的经验。中医的耳针疗法，在过去看起来，也许近似天方夜谭，现在从全息场理论的角度来看它，也许是一个极好的例证。因为西医只承认可以检测到的“伸展”的秩序，而拒绝承认现在还无法检测到的“折叠”的秩序，所以，它往往比宁愿“舍症从脉”的中医更盲，也更不科学。

一言以蔽之曰，西医是建立在经典物理学基础上的科学，现在量子物理学已经让牛顿-笛卡儿宇宙模型彻底崩塌了，学者没有理由再相信它是严格意义上的科学；中医药学是在几千年经验的基础上通过格物致知而形成的理论体系，20世纪以前从未受过经典物理学的影响，它很可能与量子物理学和未来科学有着更多的相通之处[6]，中医研究者应该坚定不移地自己走自己的路，力求中医药学的卓然自立，而完全没有必要去顾及别人的多嘴多舌。

参考文献

［1］F•卡普拉.物理学之“道”-近代物理学与东方神秘主义.北京出版社，1999.

［2］阿莱斯泰尔•雷.量子物理学：幻象还是真实.江苏人民出版社，2000.

［3］戴维•林德利.命运之神应置何方.吉林人民出版社.

［4］罗杰•S•琼斯.普通人的物理世界.江苏人民出版社，1998.

第2篇：量子物理学范文

关键词：大学生；量子物理；物理学史

作者简介：丁艳丽（1979-），女，回族，辽宁辽阳人，沈阳化工大学数理系，讲师；母继荣（1964-），女，河北乐亭人，沈阳化工大学数理系，副教授。（辽宁　沈阳　110142）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）35-0067-02

量子力学是反映微观粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）运动规律的理论。[1]它是20世纪初在大量实验事实和旧量子论基础上建立起来的，是人们认识和理解微观世界的基础。量子物理和相对论的成就使得物理学从经典物理学发展到现代物理学，奠定了现代自然科学的主要基础。量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步作出了重要贡献。通过量子物理的教学，有利于培养大学生的科学素质、科学思维方法和科研能力，培养学生的探索精神、创新精神、科学思维能力以及辩证唯物主义的科学观。另外，量子物理是处于发展中的理论，怎样将量子论和广义相对论（引力作用）统一起来仍是困扰人们的问题。“弦理论”的提出使人们看到了希望，通过这部分的教学可以培养学生的横、纵向思维和不断追求科学真理的精神。因此，在大学物理的教学中应适当增加量子物理的教学内容。由于量子物理里好多概念、思想和宏观世界里的完全不同，叫人无法理解，以致量子论的奠基人之一玻尔（Niels Bohr）都要说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”[2]那么怎样让学生在轻松愉快的状态下学好量子物理呢？在教学过程中适当引入物理学史有利于学生掌握其核心，既培养了学生的学习兴趣，又有利于实现启发式教学，而非纯粹的概念和公式的教学。下面主要从几个方面阐述物理学史在大学生学习中的重要作用。

一、非物理专业大学生学习量子物理的需要

即使是物理专业的学生，多数人在学习量子物理时一直如在云里雾里，虽然知道微观粒子的波粒二象性，也知道不确定原理，了解原子的轨道理论，但是却不知道为什么这样。这一方面是由于量子物理里好多概念、思想和宏观世界里的完全不同。另一方面，学生没有掌握量子物理的核心，没有从整体上把握量子物理的基石。一些教材对这部分的介绍也较少。如果在教学中能够引入量子物理的发展史，不仅能吸引学生的注意力，调动学生的学习兴趣，还有利于学生理解量子物理的概念和思想，使学生能够身临其境地感受到那场史诗般壮丽的革命，深刻体会量子论的伟大，有利于学生辩证唯物主义观的形成。而非物理专业的学生与物理专业的学生相比，在学习量子物理时难度更大。这是由于物理专业的学生开设了许多物理专业课，如原子分子物理、物理学史等课程，为量子物理的学习奠定了基础。而非物理专业的学生没有前期的知识铺垫，对知识的掌握难度增大。如果能适当加入量子发展史的介绍，不仅降低了学生学习难度，还激发了学生学习兴趣，这就更突显出物理学史在大学物理教学中的重要作用。

从整体上介绍量子物理的发展史可以使学生掌握量子物理的核心，从整体上把握量子物理的基石，即波恩的概率解释、海森堡的不确定性原理和玻尔的互补原理。[2]这三大核心原理中，前两者摧毁了经典世界的因果性理论，互补原理和不确定原理又合力捣毁了世界的客观性和客观实在性理论。一些实验和理论斗争的介绍不仅可以吸引学生的学习兴趣，还可以培养学生的科学思维方法。19世纪末20世纪初，好多物理学家认为物理学大厦已经基本建成，后辈的工作只是做些细枝末节的修补和完善。但当时物理学天空漂浮着两朵小乌云，一朵是“以太的绝对参考系”，另一朵是“黑体辐射的紫外线灾难”。前者导致了相对论的建立，后者导致了量子物理的建立。

对量子物理三大基石的掌握，即波恩的概率解释、海森堡的不确定性和玻尔的“互补原理”是量子物理的三大支柱。大学所学的量子物理学是基于这三个支柱的。这就像数学中的公理一样，对于大学生而言不能去讨论为什么，只能是是什么。

二、大学生素质教育的需要

大学物理的量子部分教学不同于物理专业学生的量子物理教学。大学物理教学的目的主要是增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生科学的思维方法、辩证唯物主义观等素质教育，重在方法而非纯理论教学。因此，大学物理的教学目的与任务是使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为进一步学习打下坚实的基础。更为重要的是，在大学物理课程的各个教学环节中，都应在传授知识的同时注重培养学生分析问题和解决问题能力，注重培养学生科研探索精神和辩证唯物主义世界观的形成。量子物理发展史的介绍和讲解有助于培养学生这方面的能力。

1.辩证唯物主义世界观的培养

在大学物理的教学过程中融入物理学史的内容有利于培养学生的辩证唯物主义世界观。如关于光的本性的争论持续了300年，光的波动理论和微粒理论艰苦卓绝地斗争了300年。量子论就是在这种斗争中逐渐建立起来的。托马斯·杨的双缝干涉实验、菲涅尔的圆盘衍射等实验形象的描述可使学生体会到光的波动性；而光电效应实验、康普顿的X射线散射实验等实验的介绍可使学生深刻体会光的粒子性；德布罗意电子波及实物粒子波理论的介绍及戴维逊和革末关于电子的实验，电子通过镍块时展现了X射线衍射图案，证明了电子具有波动性，由此人们认识到了光及实物粒子的波粒二象性。这部分的教学可使学生领悟到看似毫不相干的量实际上存在着深刻的联系，波动性和粒子性原来是不可分割的一个整体。就像漫画中教皇善与恶的两面，虽然在每个确定的时刻只有一面能够体现出来，但它们确实集中在一个人的身上。从中学生们可以深刻体会到任何事物都存在两面性，人们要辩证地看待问题。这部分历史的简单介绍还可以使学生深刻体会到人们对真理的认识是随着科技的发展而不断完善的过程，也是一个艰苦长期的斗争过程。对光的波粒二象性的认识有利于培养学生辩证唯物主义世界观。

2.分析问题和解决问题能力的培养

在大学物理的教学过程中适当引入一些实验的描述或利用多媒体等手段演示实验过程有利于培养学生的分析能力和解决能力。对康普顿实验的讲解分析可以培养学生的分析问题和解决问题的能力，尤其是康普顿的分析过程，而非纯理论上的推导分析。康普顿在研究X射线被自由电子散射的时候发现一个奇怪的现象：散射出来的X射线分成两个部分，一部分和原来的入射射线波长相同，而另一部分却比原来的射线波长要长，具体的大小和散射角存在着函数关系。如果运用通常的波动理论，散射应该不会改变入射光的波长才对。但是怎么解释多出来的那一部分波长变长的射线呢？康普顿苦苦思索，试图从经典理论中寻找答案，却撞得头破血流。终于有一天，他作了一个破釜沉舟的决定，引入光量子的假设，把X射线看作能量为hν的光子束的集合。这个假定马上让他看到了曙光，眼前豁然开朗：那一部分波长变长的射线是因为光子和电子碰撞所引起的。光子像普通的小球那样，不仅带有能量，还具有动量。当它和电子相撞，便将自己的能量交换一部分给电子。这样一来，光子的能量下降，根据公式E=hν，E下降导致ν下降，频率变小，便是波长变大。这样，X射线被自由电子散射的问题得到完美的解决。然后再进行理论推导，根据动量和能量守恒解决该问题，这样不仅使学生印象深刻，还锻炼了物理思维能力。

3.求实精神的培养

通过大学物理量子史部分的教学，介绍科学家严谨的治学态度、勇于追求真理的精神，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。

4.科学观察和思维能力的培养

在教学的过程中适当融入量子发展史的内容有利于培养学生科学观察和思维能力。如玻尔的互补原理的提出过程。当海森堡完成“不确定原理”后向玻尔请教，两人就“不确定原理”是从粒子性而来还是波动性而来展开了论战，从而提出了互补原理：波和粒子在同一时刻是互斥的，但它们却在一个更高的层次上统一在一起，作为电子的两面性被纳入一个整体概念中。这就是玻尔的“互补原理”。它连同波恩的概率解释、海森堡的不确定性共同构成了量子论“哥本哈根解释”的核心，至今仍然深刻地影响人们对于整个宇宙的终极认识。讲解过程中应形象生动地描述海森堡和玻尔的讨论过程及他的思维过程，使学生有种身临其境的感觉，从而培养科学观察和思维的能力。在教学过程中适当介绍思维实验有利于培养学生的思维能力及科学分析能力。如海森堡不确定性原理的提出过程就借助了思维实验及1935年爱因斯坦提出EPR思维实验等。[3]

5.创新意识的培养

通过学学物理学的研究方法、量子物理的发展史以及物理学家的成长经历等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望以及敢于向旧观念挑战的精神。如普朗克能量子假设的提出体现了敢于向旧观念、权威学家挑战的精神。而创新意识对一个学生来说是非常重要的，对社会生产力的发展也起着重要作用的。

6.科学美感的培养

以麦克斯韦方程组为例，描述麦氏方程所表现出的深刻、对称、优美，使得每一个科学家都陶醉在其中，玻尔兹曼情不自禁地引用歌德的诗句“难道是上帝写的这些吗？”描述麦克斯韦方程组的美。[2]一直到今天，麦氏方程组仍然被公认为科学美的典范。许多伟大的科学家都为它的魅力折服，并受它深深的影响，有着对于科学美的坚定信仰，甚至认为：对于一个科学理论来说，简洁优美要比实验数据的准确来得更为重要。依此引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征，培养学生的科学审美观，使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律，逐步增强认识和掌握自然科学规律的能力。

7.科学探索精神的培养

物理学在追求着大统一。许多科学家献身于这项伟大的事业，比如弦理论的提出。讲述其发展过程可激发学生的科学探索精神。

三、科学发展的需要

科学发展到今天，是建立在前人取得成就的基础上的。牛顿都说：“我站在了巨人的肩上。”以史为鉴，才能少走弯路。物理学发展到今天只剩下了最后一个分歧，但也很可能是最难以调和和统一的分歧，即量子物理和引力理论。只有了解和掌握了前辈所创造的财富，才能找到解决物理大统一的有效道路，才能实现物理学的梦想。这需要几代人的共同努力，可能需要几十年甚至几百年才有可能实现。很多人正在为之不断努力，这也是人们不断追求的科学理想。

大学生量子物理的学习需要适当引入物理学史，这既有利于学生学好大学物理，培养学生的辩证唯物主义世界观、分析问题和解决解决问题的能力、求实精神、科学观察和思维的能力、创新意识及科学探索精神，又有助于启发式教学。

参考文献：

[1]周世勋.量子力学教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2002.

[2]曹天元.上帝掷骰子么：量子物理史话[M].沈阳：辽宁教育出版社，

第3篇：量子物理学范文

一、量子理论的建设性观点

19世纪关于黑体辐射的讨论，在应用Kirchhoff热辐射定律的推导中得出假象绝对黑体的能谱密度函数却与实验曲线有比较大的出入。其中，Rayleigh-Jeans的推导公式在高频区（γ∞）的无穷趋向与曲线极度不符合，称为“紫外灾难”。

在推导的过程中，在将黑体辐射场等效为电磁驻波振子（电磁横波，每一种频率的电磁波又对应不同的偏振方向，等效为一个简谐振子组成的多自由度力学体系）后，Plank和Rayleigh-Jeans处理的不同就在于能量连续性的假设上。由统计力学我们知道：

假设黑体箱长为L则应用边界条件：

e｜=e｜

可以推得单位体积在频率附近单位频率间隔电磁驻波振子数目为：

dγ

在能量的假设上，Rayleigh-Jeans采用经典Maxwell-Boltzmann分布，认为每一个驻波振子能量连续，并由能量均分定理得到=kT，所以：

能谱密度ρ（γ）=kT这就是在低频区比较满足实验规律的Rayleigh-Jeans公式。

对比可以发现，Plank在解释插值法求出的公式时，创造性地应用了能量单元的假设：

?缀=n?缀

同样由Maxwell-Boltzmann分布律可知：

==

同以上处理，ρ（γ）=・

为满足能谱密度通式ρ（γ）~γ，取εhγ后，便是满足黑体辐射曲线的Plank标准式。

问题解决的关键是对Plank常量h的讨论和引入，在h0的极限场合，便是实现了能量间断到连续的变化，从而为我们抽象出一种比经典理论更为普遍的量子理论。

二、创设性思想在高校物理教育中的启迪与思考

传统的高校物理教育特别是理论物理教育课程一般都是由力、热、光、电、原子物理等普通课程和电动力学、量子力学、理论力学、统计力学等四门高等物理组成，针对师范生教育工作，要理解适应“让师范生姓师”的社会需要，这就要求师范生的本科物理学习必须着眼于全局，从物理历史发展的脉络去把握整个课程结构，融会贯通，精益求精。

譬如，在普通物理的教育中要适当联系理论物理中的前沿理论和观点，为学生后续学习埋下伏笔；在理论物理的教学中，课堂不应当沉浸在漫天迷乱的公式推导中，要阐述每书写一行算式的内涵和思想，不能将物理的课堂演变成数学杂技的show场，思路断线往往是大部分学生迷惘、无法深入理解物理学科的第一绊脚石；与此同时，理论物理学科之间的联系也是很绵密的，正所谓“没有孤立的理论去阐述一个绝对封闭的对象”，物理的发展和创设性观点的提出在学科之间都是互通互融的，“一通百通”才能将物理科学学习的深入、透彻。中国古典文学《论语》也讲述：“道不远人。”所有的规律、真理都是朴素温和的，仔细揣度，让学生发现物理豁然开朗的淡然淳朴。

诚然，物理的学习也是需要知识串联的。《基础教育课程改革纲要》也提出：教学相长，教育应当互动，注重内容渗透，避免被动模仿的学习，培养学生独立谨慎的思维习惯。“学然知不足，教然知困”，课堂没有完美的结场，完美的课堂教育依然是show场。在学习过程中教师要时刻提醒学生注重课外相关知识的学习，从而立体地丰富自己的思维和认知水平。

类比于以上量子力学创立的思想假设，我们在教育学习中是否也应该关注这样一条流程：由史入手―说明目的―实验发现―观点假设―理论探究―实验佐证，让同学们明确物理究竟要解决什么问题，要阐述的是什么结论和观点，要启迪我们的是什么见闻。以上的教学互动流程不也正是当下人类科学研究的步骤和方法吗？大学物理这种教学思想为我们进一步培养科研人员和理论工作者奠定基础。

由史入手，把握问题的症结和新的解决思路。未来的教学中，我们要细细品味电动力学中涡旋电场和位移电流的概念；电磁学中安培针对分子电流的假说又是如何验证的；Landau关于作用原理的思考又是怎么拓展成分析力学的；一系列实验磁场的不同，又是如何把Zeeman pachen-back反常Zeeman等效应串联起来的。我认为，能够将体系淋漓尽致贯穿讲述的高校必然是探究发现的著名学府，能够把知识酝酿成智慧的学生必将有所造诣。

参考文献：

［1］曾谨言.量子力学（卷一）.

第4篇：量子物理学范文

一、充分开发和利用学校内的课程资源

学校既是学生学习与生活的主要场所，也是教师进行教学与生活的重要场所，这里的一切资源都是师生非常熟悉的，教师在教学过程中，如果能够充分利用好校内资源，信手拈来，既能使课堂气氛妙趣横生，又可联系生活实际，所以校内资源的开发和利用是最实用的。

1.充分开发和利用学校各种教学设备和图书

学校的硬件设施，不同的学校水平差异很大，特别是农村中学购、添置教学设备、图书存在相当大的困难，从而导致农村中学的老师对这些教学设备和图书的利用观念淡薄，没有真正让这些可利用资源发挥作用。比如经常使用显微镜、解剖镜、解剖器具等常用仪器设备，满足实验、实践教学活动的需要。因地制宜，积极发挥现有设备的作用，提高生物教学质量。还有我校现在也配备电子备课室，购置人教版的生物挂图、幻灯片、标本、生物类书刊杂志等。这些对于一所农村中学来说是难能可贵的，在课堂教学上我们不失时机地把这些整合上去，学生有了新奇感，而直观学习更有兴趣，理解知识就更快了，掌握就更牢固。

2.充分开发和利用校园环境资源

校园环境是学生学习生物的重要场所，对校园环境的利用可以很直接和方便地与教学结合起来。我校是一所农村中学，但是我校的校园绿化规划设计很好，校园里到处都是花花草草，可以说是一所花园式的校园。学生每天走在美丽的校园里这对于培养学生的环保意识很重要，是我们上生物课最好的课程资源。课外我也经常组织他们去观看菜园，让他们观察植物的各种形态结构，比如观察叶脉来区分单双子叶植物，观察植物的各种器官等等，从而更好的理解植物的生长和发育过程。通过开发和利用校园环境这些资源，激发学生学习生物的兴趣，从而提高生物教学质量。

3.充分开发和利用课堂资源

课堂是学生学习、探究的主渠道。在这里会产生很多问题包括出现偏离标准的“错误”，这就是很好的课程资源。比如在学习显微镜的使用过程中，学生在实验中遇到很多问题：目镜内一片漆黑、看不到物像……并及时提出来。

二、积极开发和利用学生身上和学生家庭中的课程资源

教育家苏霍姆林斯基曾反复强调：学生是教育最重要的力量，如果失去了这个力量，教育也就失去了根本。因此，学生不仅是教育的对象，更是教育的重要课程资源。学生资源的开发与利用，在生物教学中起着举足轻重的作用。

1.开发和利用学生的生活经验资源

学生有丰富的生活经验，学生的经验是一种课程资源。学生的经验实际上就是学生已有的知识水平、认知结构、社会阅历和生产实践等，是自己知识生长的基础。农村中学的学生由于生活条件的限制，大多数很早就能帮助父母做家务，甚至参与田间劳作，开始春耕秋收；同时由于自然条件的优越，他们可以在大自然的怀抱自由的嬉戏，下河洗澡、抓鱼，上树捉蝉、逮鸟，在田野里追赶野兔等，所有这些都给他们提供了城市学生无法体验的丰富的生活经验，这就是我们农村生物教学的起点。新知识的获取可以以学生已有的经验为基础，生物学的教学更贴近学生，贴近生活。

2.开发和利用学生的学习兴趣资源

生活中许多问题和现象发生在学生身边，学生迫切解决这些问题的欲望就会转化为课堂学习和探究活动的兴趣。教师在教学过程中可根据课堂的实际情况适时地以适当的方式提出适当的问题创设良好的情景，充分调动学生的学习兴趣，使其探知欲望形成强烈的期待，从而达到事半功倍的效果。如讲到蒸腾作用时我提出这样的问题“人们常说水往低处流，可在植物体中水为什么可以往高处流呢”？通过提问创设情景激发学生学习的兴趣来提高生物教学，所以说学生学习兴趣也是一种生物课程资源我们要充分开发和利用。

3.开发和利用学生的个体差异等资源

学生的个体差异也是一种课程资源。学生之间会因为差异而形成冲突，教室如果引导得好，学生可以共享差异，在差异中丰富和拓展自己。其次像是在学生身上表现出来的学习方式或学习技巧也是重要的课程资源。以学生为对象所开发出来的课程资源其中一个最大的优势就是体现学生的实际，有利于知识的吸收，从而能提高生物教学质量。

4.开发和利用学生家庭中的课程资源

学生家庭中往往也有不少与生物课有关的课程资源可以利用。比如有些学生家庭中往往有生物学方面的书刊，可提供学生做探究试验使用的材料用具等。再如：学生家里买条鱼、买只鸡买只鸭吃的时候，我们也可以好好的去研究它们的各个系统和身体的各个结构。另外，在农村学校、学生家里有田地、果园、家畜等更是普遍现象，家长平时也会谈及作物的栽培、家畜家禽的饲养、病虫害的防治等事宜，学生耳濡目染，会积累不少感性知识。生物教师可以给学生布置一些n外作业让他们在家中练习栽培一些植物或饲养一些小动物，进行观察和记录他们的生长发育过程。并在教室里进行交流最后教室给予评价。通过这样的一些课外活动来激发学生学习的兴趣，从而提高教学质量。

三、充分开发和利用教师课程资源

教师是课程实施的组织者和实施者，也是课程开发的研究者，因此，教师本身就是最为重要的课程资源，教师的素质决定着课程资源开发与利用的程度。教师身上所具有的专业知识，专业能力，教学技巧等都是可以开发和利用的课程资源，我们在进行课程资源开发工作的时候一定要努力把教师身上的这些资源加以开发和利用，以便更好地发挥教师的主观能动性。首先教师要熟悉教材，也就是课本。课本是我们学习生物课程的最重要的课程资源。其次，教师要大胆地改进教材。生物教材中的知识往往都是一些经典的内容，这些都是生物学科最为基础的部分，掌握这些内容对于学生来说至关重要。最后，教师还要善于指导学生自制模型标本和小报等。新课程改革下的生物教材有相当多的活动，教师可以利用这些活动，指导学生进行设计、制作模型和标本等。

四、善于开发和利用社区的课程资源

社区中有着较为丰富的与生物课有关的课程资源：社区图书馆、动物园、植物园、良种站、养殖场、防疫站、医院、园林绿化部门、公园等。我校是农村学校，乡镇中学教学仪器不如城市中学，这是不争的事实。但农村学生接触的生物自然资源十分广泛，这又是城市所不及之处。比如开发和利用农村社区中池塘，河流、农田、菜园、圈舍，养殖厂，农村的风俗文化等自然课程资源。

五、广泛的开发和利用网络课程资源

第5篇：量子物理学范文

【关键词】高中生；提高；物理学习质量；路径

1.影响高中生物理学习的因素

1.1学生自身因素

首先，学习动机直接影响着我们的物理学习，一般来说，我们身边学习动机强的同学，物理学习积极性都比较高，物理成绩也比较好，而缺乏学习动机的同学，物理学习积极性不高，学习成绩相对来说不够理想。这是因为，强烈的学习动机支配着我们去积极克服学习上的困难，获得内在驱动力，进而为了达到学习目的而坚持努力。

其次，学习兴趣会影响我们的物理学习。一些物理学习兴趣浓厚的学生对物理知识和物理现象有着强烈的好奇心，并在物理学习的过程中获得成就感，他们的物理成绩就会越来越好。而对物理缺乏兴趣的学生在物理学习过程中则会产生厌学、走思等现象，跟不上老师的思路，长此以往，他们会越来越跟不上老师的节奏，就会感觉物理知识太难，物理成绩也就越来越差。

再次，学生的学习意志会直接影响学生的物理学习。高中生的学习任务繁重，而物理学科的难度与初中相比要大很多，学生又要将学习时间分配在其他学科上，所以用于学习物理的时间十分有限。包括学生要在有限的时间内复习教师课堂所讲的知识、完成物理作业、预习新知识、做大量的物理习题等。再者，物理知识十分抽象，学生经常遇到一些不会的难题，有部分学生会因为学习难度太大而放弃物理学习，导致物理学习效率不高。

最后，学习态度也会影响我们的物理学习。物理学科是高中阶段的基础学科，也是高考的考试学科之一，因此，物理学习对于我们来说十分重要。大多数学生都能认识到物理学习的重要性，积极对待物理学习，探索物理学习的方法。但是，部分学生的学习态度不够端正，没有充分重视高考对个人发展的重要性，缺乏对物理学习的重视，他们的学习只是为了应付老师和家长，因而学习效率不高。

1.2外部因素

首先，学科因素。因为物理现象的认识比较困难，所以我们需要全面掌握物理概念，只有了解物理规律才能够正确认识物理概念。并且，物理知识与规律之间具有很强的相关性，很多物理现象之间都是相互联系的，我们只有理清物理知识之间的联系才能够掌握物理规律。在这种情况下，当我们学习某种物理现象时会涉及到其他相关的物理知识，致使我们学习任务繁重。

其次，学校教育因素。学校教育因素也会影响高中生的物理学习，很多学校为提高高中生的物理成绩，加强重视物理教学，鼓励教师采用题海战术，增加了学生的学习负担，导致学生疲于应对物理习题。另外，物理教师的教学态度和教学质量也会影响学生的物理学习。在物理学习的过程中，有些同学因为不喜欢物理老师的讲课方式和教学态度而厌恶物理学习。还有部分学生因为跟不上物理教师的讲课速度，被越甩越远，因而物理学习质量也不高。

2.高中生提高自身物理学习质量的路径

2.1端正学习态度

高中生应积极端正学习态度，正视物理学习的重要性，以积极的心态去对待物理学习。为此，学生应充分了解物理学科在高考中的地位，明确物理学习的目的，激发物理学习动机。并且，学生应及时调整心态，积极适应物理教师的教学方法，加强与物理教师的沟通，遇到物理学习问题应及时向物理教师和同学求助，避免与物理教师产生矛盾，充分尊重教师，在和谐的师生关系下开展物理学习。另外，高中生应正确对待物理成绩，不能因为一次考试成绩进步而忘乎所以，也不能因为一次考试成绩不理想而一蹶不振。高中生应将物理考试作为检验自身物理学习的试金石，积极分析物理考试结果的原因，找出自己在上一阶段物理学习过程中的进步和不足之处，不断改进物理学习方法。

2.2培养学习兴趣

高中生应积极培养物理学习的兴趣，重视物理学习对自身能力提高和素质培养的重要性。首先，高中生积极观察生活，养成观察生活的习惯，善于发现并思考生活中的物理现象。并且，高中生应将生活中的物理现象与所学的物理知识相联系，提高物理知识应用能力，在观察生活的基础上，培养物理学习兴趣；其次，高中生应积极了解物理发展历史、著名物理学家、物理学科新动态等内容，从物理学科的宏观内容发展入手，提高物理求知欲，培养物理学习兴趣。

2.3锻炼学习意志

高中生应加强锻炼学习意志，坚持学习物理知识。首先，高中生应正确对待外界诱惑，自觉抵制不良诱惑，将精力集中到学习上，增强学习意志；其次，高中生应以乐观向上的态度去对待物理学习上的困难，合理规划物理学习时间，遇到困难时应积极向学生和老师求助，增强物理学习成就感，不断提高物理学习自信心；最后，高中生应充分发挥自主能动性，针对自己的物理短板知识进行专项复习。为此，高中生可以运用网络上的物理资料和物理课程进行复习，自主解决物理学习困难，加强锻炼学习意志。

2.4运用科学的学习方法

首先，高中生应积极开展课前预习，在物理课堂开始的前一天对要学的物理知识进行预习，从整体上了解物理新知识，找出物理学习的重点和难点，做到有目的地听课和学习；其次，高中生在物理课堂结束之后要及时复习所学的物理知识，采用习题练习的方式，加强对所学知识的运用，实现知识的巩固；最后，高中生应学会作物理笔记，将课堂上老师讲的重点内容和难点内容记下来，便于课后复习。并且，在学完一个章节之后，高中生应对章节知识进行系统的整理，构建起完善的知识系统。另外，高中生应正确使用错题本，将自己容易错的题目整理下来，并按照知识类型进行错题分类，找出自己的知识短板进行针对性复习。

【参考文献】

第6篇：量子物理学范文

【关键词】原子物理学教学；教学内容；教学方法

0 引言

原子物理学是物理学专业的一门重要的专业基础必修课，是继力学、热学、光学和电磁学之后的最后一门普通物理课程。原子物理学是普通物理的重要组成部分，它属于近代物理[1]。原子物理学包括原子物理、原子核物理和粒子物理[2]。原子物理学是20世纪随着量子力学的发展而发展起来的，至今，原子物理学的许多问题仍然是科学研究的前沿问题。原子物理学是现代科学技术的基础，是连接经典物理与现代物理的桥梁。学好原子物理学能为后继的量子力学、固体物理等课程打下坚实的理论基础。因此，学好原子物理学具有十分重要的意义。本文根据近几年原子物理学教学实践，分析了教学现状，在教学内容、教学方法上对原子物理学教学进行了研究和实践。

1 原子物理学教学现状

首先，原子物理学知识抽象、难懂，没有清晰的物理图像。原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的一门科学。其研究的物质结构介于分子和原子核之间，线度约为10-10米，用肉眼是根本无法直接观察的，只能在头脑中想象。学生在学习的过程中普遍反映知识很抽象，摸不着头脑，不像学习力学知识那样，对物体运动有清晰的物理图像。其次，教材内容过于老化。20世纪30年代M.Born写了一本《原子物理学》，H.E.White写了一本《原子光谱导论》，这两本书是原子物理学方面的经典之作。现在的原子物理学教材体系一般遵循Born和White模式，大部分的教材内容都是反映20世纪30年代前后的知识，现代科技知识涉及太少。讲授理论知识若缺乏实际应用的介绍，将会使知识僵化，知识面狭窄，难以激起学生的学习兴趣。

2 原子物理学教学内容的研究与实践

2.1 恰当处理好玻尔理论与量子力学的关系

大部分的教材内容一般都是按照原子物理学的发展历史进行编写的。从原子的光谱实验到玻尔提出的量子化假设理论（基于经典物理基础上的量子化，半经典半量子，称为旧量子理论），再由玻尔理论讲授原子的能级、精细结构、超精细结构等。对于微观领域，正确描述电子运动的是量子力学理论，玻尔理论是有其局限性的。最突出的问题是电子的轨道运动，根据玻尔理论，电子在库仑力的作用下沿着一些特定的轨道绕原子核运动。在量子力学中，电子运动是由波函数来描述的，满足薛定谔方程，电子的运动具有不确定性，只能用概率来表示，没有轨道运动的概念，量子力学中是用“电子云”来形象说明电子的运动。教学中若处理不好玻尔理论与量子力学的关系，会让学生觉得知识有点混乱，莫衷一是。笔者认为在原子物理学教学过程中，能用玻尔理论解决的问题就尽量不要用量子力学，如玻尔理论不能解决，则可定性地用量子力学知识来解释，避免复杂的量子力学推导过程。原子物理学虽属近代物理，但仍是普通物理学的重要组成部分，应该具有普通物理学的特点，要注重基本的物理实验、物理图像、物理思想和物理模型[3]。若用量子力学进行详细的解释，则要涉及波函数、算符、力学量、薛定谔方程、微扰理论等复杂的量子力学知识，会淡化和掩盖了原子物理学的基本的物理实验、物理图像、物理思想和物理模型。恰当处理好玻尔理论与量子力学的关系，既能使学生易于接受原子物理学知识，又能为后继的量子力学等课程打下基础，使原子物理学成为连接经典物理和现代物理的桥梁。

2.2 紧密结合现代科学技术知识

原子物理学是现代科学技术的基础，随着原子物理学的发展，新思想，新知识不断被发现，在此基础上产生了大量的现代科学技术。如与原子受激辐射有关的激光技术；与原子的内层电子激发有关系的X射线的荧光分析技术、计算层析技术；与物质波有关的电子显微镜；与原子能级分裂有关的电子顺磁共振和核磁共振等等，其中X射线影像、核磁共振成像已应用到医学领域[4]。将这些科学技术知识引入到原子物理学教学中，不仅可以加深学生对所学知识的印象，还可以开阔他们的视野，激发学习兴趣，培养创新意识，取得良好的学习效果。

2.3 适当引入物理学史

原子物理学的发展产生了许多重要的创造成果，包括1999年在内共有96项诺贝尔物理学奖，其中就有66项是与原子物理学有关的，占到总获奖数的2/3。这些诺贝尔物理学奖的成果不仅是原子物理学发展的重要里程碑，而且是前辈物理学家创造性研究的典范[5]。在教学过程中，适当地讲解一些有代表性物理学家的工作背景、研究思路、研究方法以及他们在面对困难时的科学创新精神、非凡的胆识，都会对学生留下深刻的印象，引起长久的思考。例如，电子自旋假说是20世纪初最重要的假设之一，电子自旋的提出在原子物理学发展历史中具有里程碑的意义。1925年，荷兰的两位在读大学生乌伦贝克和古德斯密特，在地球运动规律的启发下，经过深入研究，大胆提出了电子自旋假设。但谁能想到这样重要的理论是由两个还没毕业的大学生提出的。对于两个年轻人来说，提出这样的理论不仅需要创造精神，更需要非凡的勇气和胆识。我们在课堂教学中引入这样的事例，在学生中激起了强烈的反响，引发了热烈的讨论，极大地提高了他们的学习热情和学习兴趣，同时也培养了学生的创新意识和创新能力。

3 教学方法的研究与实践

3.1 明确重难点，有的放矢

原子物理学的知识面较广，知识点松散，各知识点间的逻辑性、系统性不强，再加上学时少，一般只有54学时左右，教学任务重。因此，教学方法就显得尤为重要。按照原子物理学教学大纲，明确教学中的重难点。每堂课都要向学生明确哪些知识需要重点掌握，哪些需要理解，哪些需要了解。重难点知识要精讲、细讲，从物理实验、物理图像、物理思想、物理模型到具体的推导过程都要讲清楚，不惜面面俱到。理解性的内容可讲清楚物理思想和物理图像，不必过多涉及细节性内容。了解性的内容可让学生课下自行学习，给出一些参考资料，让学生以读书报告的形式提交作业。明确教学中的重难点，学生明确了学习目标，提高了学习的积极性，促进了学生的自主学习。

3.2 传统板书与多媒体教学的有机结合

传统板书具有讲课思路清晰，留给学生较多的思考时间，易于跟上讲课思路等优点。对重要公式理论的推导，系统知识的梳理具有良好的教学效果。多媒体教学可演示图片、动画、影像资料，具有形象直观的特点，而且幻灯片记载的信息量大，放映时间少。在原子物理学教学中，将传统板书与多媒体教学的有机结合起来，能收到良好的教学效果。例如讲电子的自旋―轨道相互作用时，先用多媒体演示电子自旋运动和轨道运动的动画，学生头脑中有了清晰的物理图像，然后再采用板书的形式详细推导其作用规律，就比较容易理解。一些著名的物理实验现象，现代科学技术应用，著名物理学家生平简介等都可以通过多媒体展示给学生。既能拓宽学生的知识面，还能活跃课程气氛，激发学习兴趣，提高学习积极性。

4 小结

原子物理学虽已有一百多年的历史，但仍是具有生命力的，不断向前发展的科学，原子物理学教学也应不断地向前发展进步。本文根据近几年原子物理学教学实践，在教学内容、教学方法上对原子物理学教学进行了研究和实践。以期能与同行进行讨论，共同提高原子物理学教学水平。

【参考文献】

[1]喀兴林.关于原子物理学课程现代化问题[J].大学物理，1992，11（11）：6-8.

[2]褚圣麟.原子物理学[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]高政祥.原子物理学教学改革的几点探索[J].大学物理，2001（4）：34.

第7篇：量子物理学范文

本世纪以来，物理学哲学研究有了长足的进步，这与现代物理学所具有的一些新特点有很大关系：一是本世纪理论物理学研究在许多方面超前于实验物理学的研究，人们无法对理论物理学的一些结构及时通过观察和实验进行检验，这就使得人们从认识论和方法论角度对物理学思想的合理性和物理学理论自身逻辑结构的自洽性的验前评价变得十分重要；二是当今各种物理学理论（如相对论和量子论）在逐步统一过程中所显现出的整体有机联系的自然图景和对在极端条件下（如宇宙爆炸初期）的物质特性的探索都促使物理学与哲学进一步融合起来，使物理学家感到了从哲学的高度去更深刻地把握物理学前沿提出的种种物理学理论和概念问题的必要性；三是当代物理学所研究的微观和宇观客体的物理性质与规律，由于不能被我们的感官所直接感知，这就必须从认识论的角度说明现代物理学理论描述的微观或宇观世界图景的合理性与真实性，从而在微观或宇观世界与我们日常生活的宏观世界之间建立起一道相互理解的桥梁。

正是现代物理学的这些特点，决定了当代物理学哲学的不同研究途径，即从不同的角度出发，对物理学进行哲学反思，达到丰富和发展哲学认识论与方法论以及加强对物理学理论和概念自身理解的目的。

一

物理学哲学的研究途径之一是从通过对物理学概念，尤其是新物理学概念，物理意义的阐释入手，提高到哲学高度进行分析，进而促进了哲学的发展。这一方面是由于如量子力学创始人之一的海森堡所说：“一部物理学发展的历史，不只是一本单纯的实验发现的流水帐，它同时还伴随着概念的发展，或者概念的引进。……因为正是概念的不确定性迫使物理学家着手研究哲学问题”。（〔（7）〕，第185页），另一方面则是因为物理学是研究最基本的物质运动规律的科学，所以许多最基本的物理学概念，如物质、运动、时间、空间、宇宙等也同时是哲学的基本概念，这些基本概念的变化不仅导致物理学理论的变更，也标志着哲学的重大发展。因此，对这些基本概念的理解，往往是各个哲学流派之间争论的焦点。而对这些概念的哲学争论，又总是围绕着物理学的最新进展而展开，所以从物理学概念入手进行物理学哲学的研究是中外许多哲学家和物理学家最为关注的研究途径。

科学研究从问题开始，而现代物理学的建立则是从概念问题的突破开始的。普朗克1900年为了解决黑体辐射问题提出了作用量子的概念，但他受经典物理学思维框架的约束，当时并没有深刻的理解这个概念实质性的物理意义，只把它当成了一般的工作假说加以运用。只是当爱因斯坦（1905年）运用这个概念建立起光量子假说后，它的实质性的、突破传统经典思维模式的巨大意义才得以凸现出来，并引起物理学界乃至于后来哲学界的广泛关注。玻尔、海森堡等人沿此思路建立了原子结构模型，并最终建立了量子力学理论，对量子概念物理意义的探讨又导致与传统决定论思维模式相悖的非决定论思维模式的产生，这不仅使物理学的理论基础发生了根本的变化，而且使传统的认识论观念也有了重大的转变。

当人们对迈克尔逊—莫雷实验的否定结果迷惑不解时，彭加勒、洛仑兹等人为了维护牛顿的绝对时空不得不提出“虚拟时间”的概念来解释这一奇怪的结果。爱因斯坦则从麦克斯韦电磁学理论与经典力学伽利略变换之间的矛盾中看出了问题的实质所在。他看出了牛顿所谓的绝对时间并非是有物理意义的真实时间，而彭加勒、洛仑兹等人认为是“虚拟时间”的概念却是在实际观测中可以测量到的真实时间，这不仅使迈克尔逊—莫雷实验的难题迎刃而解，而且一举建立了狭义相对论。从这里又引发了一轮重新认识时间和空间这一对古老哲学概念的热潮。

随着广义相对论的提出和现代宇宙学的建立，使人们对时间和空间的研究进入了一个新阶段。哲学家们纷纷依据物理学的最新研究成果对时间空间概念进行新的阐释，乃至于给一些古老的哲学命题，如康德的“二律背反”以新的说明。（参见〔（1）〕原苏联和我国的一些哲学工作者通过对相对论时间和空间概念与物质运动、物质分布状态关系的分析，进一步论证了恩格斯当年对时间和空间这对哲学范畴的正确定义。随着现代宇宙学的兴起和发展，人们对“宇宙”概念也有了新的认识，于是，有关宇宙有限还是无限、哲学的“宇宙”概念与现代宇宙学所说的“宇宙”之间究竟是什么关系等问题的讨论，又成了哲学界和科学界共同关心的热点。可是，当人们正沉浸在广义相对论解决宇宙演化问题所取得的成就时，却不得不沮丧地发现，所有已知的物理学定律在广义相对论时空曲面的奇点处都失效了。从理论上来说，所谓宇宙大爆炸最初的原始火球在数学上的表示就应该是一个奇点，也就是说，如果宇宙起源于奇点，我们难以用现有的任何物理学定律说明宇宙爆炸的原因。于是有的科学家戏称说，既然宇宙是上帝创造的，那么只好把这个问题留给上帝，胆敢问这个问题的人，上帝将使他下地狱。

英国著名物理学家霍金是最早开始研究奇点问题的物理学家之一，近年来也是他提出了试图用量子引力理论来绕开奇点问题的方法。他为了避免当年费因曼处理微观粒子时假设的各态历经的技术困难，并类比他用交换虚粒子来说明粒子间相互作用的方法，提出了“虚时间”的概念。虽然如他自己所说：“虚时间”是一个意义明确的数学概念，“就普遍的量子力学而言，我们可以把我们对虚时和欧几里得时空的运用，仅仅视作一个计算实时空答案的数学方法（或手段）。”（〔（8）〕，第162页）但由于量子引力理论假定宇宙没有任何边界，“宇宙将完全是独立的，不受外界任何事物的影响。它既不会被创造，也不会被消灭，它将只是存在”。（〔（8）〕，第164页）而“虚时间”的应用，则使人们绕开了宇宙起源于奇点和终止于奇点这种用奇点构成时空边界的困难，让物理学定律在任何时空区间都有效。正是有这个意义上霍金认为：“所谓的虚时实际上是实的，而我们所说的实时只是我们想象中虚构的事物”，“也许我们所说的虚时实际上是更基本的东西，而我们称作实时的只是为了帮助我们描述我们想象中的宇宙模样而创造的一种想法。”（〔（8）〕，第168页）

霍金对科学理论的看法持有工具论的立场，但对于“虚时间”的概念是否如他所说是更基本的东西，不在于理论上是否更为合用，而在于它是否能够作出可观察的预言并在实践中得到确证。在此以前，我们至少应当接受本世纪初的教训，不要把我们现有的物理学理论所描述的时空概念又看成是绝对不可改变的，更不应该在没有充分理解一些物理学家所提出的新物理概念的明确物理意义之前，甚至在没有仔细阅读霍金原著的上下文意思之前，就把他们与哲学中的后现代主义思潮拉扯在一起。在这里，重温一下爱因斯坦的一段话，可能对我们会有所启发：“为了科学，就必须反复地批判这些基本概念，以免我们会不自觉地受到它们的支配。在传统的基本概念的贯彻使用碰到难以解决的矛盾而引起了观念发展的那些情况，这就变得特别明显。”（〔（15）〕，第586页）

近期物理学哲学的发展中可能更加值得注意的动向是，随着本世纪许多新兴学科的兴起，使许多新的科学概念越来越渗入到哲学研究之中，如系统、信息、控制、混沌、有序、无序等等概念，早已不再是某些专门学科的专业术语。由于这些概念的普适性，它们已成为各门学科中广泛使用，乃至于在日常生活中经常提到的概念。它们不可避免地会逐步上升为哲学范畴。对这些新概念的产生和普及，物理学有很大的贡献，正是由于本世纪对远离平衡态热力学的研究，才加深了人们对时间方向性，对物质系统的演化，对有序、无序、混沌等等物质状态的认识，从而也极大丰富了哲学的内容。下面我们还将谈到，正是由于这些研究引起了人们思维观念的巨大变化。从而也使得传统的哲学在许多方面发生了革命性的变革。

对概念的更高层次的元理论研究已不局限于物理学哲学的范围，而是在更为广泛的科学哲学层次里展开的，不过，由于物理学相对于其他学科而言更为成熟，更为精确，物理学史的研究也比其他学科史更为细致，所以许多科学哲学家仍利用对某些物理学概念的分析作为阐述自己观点和与他人论争的依据。例如，库恩和费耶阿本德通过对“质量”这个概念在经典力学与相对论中的不同涵义，以及“电子”这个术语在不同时期指称对象意义变化的分析，得出了前后相继的科学理论或不同范式之间不可通约的观点（参见〔（14）〕、〔（22）〕），从而引起了科学哲学界的极大争议。而普特南等人则同样根据对“电子”一词涵义变化的分析，说明了他的有关自然种类名词因果—历史指称理论，并驳斥了库恩和费耶阿本德的不可通约性的观点。

目前，随着物理学和哲学的进展，沿着这个途径的物理学哲学研究正在蓬勃发展。一方面，新的物理学概念不断涌现，人们常常需要从物理学之外对这些概念进行阐释才能理解它们更深刻更普遍的意义，而这些概念的广泛应用也不断充实了哲学的内容；另一方面，哲学自身的发展也需要不断从自然科学，包括物理学概念的变革中吸取养料，提出新的问题、新的观点，拓展新的思路。

二

物理学哲学研究的另一个途径是通过物理学前沿哲学问题的讨论，使一些传统的哲学观点产生根本变革。这条途径在很大程度上离不开对新物理概念的分析。从这个意义上说，它与前面所讨论的途径并无根本的区别，只是这条途径更着重于对物理学前沿所涉及到的一些基本哲学问题，如认识过程中主客体之间的关系，因果性的决定论与非决定论以及与其相关的必然性与偶然性的关系，可知论与不可知论，实在论和工具论等等，进行进入地探讨。

本世纪在物理学界和科学哲学界影响最大的一场争论就是爱因斯坦和以玻尔为首的哥本哈根学派关于量子力学理论基础的争论，这场争论的和至今余波未息的争论焦点集中在对爱因斯坦等人提出的EPR悖论的理解上。这场发生在量子力学创始人之间的争论虽然是从对诸如量子力学中波函数的物理意义、海森堡不确定性原理（或译测不准关系）和玻尔互补原理的理解开始，进而讨论到量子力学是否完备的问题，但这场似乎只是纯物理学，甚至是理论物理学的科学争论，一开始就带上了浓厚的哲学色彩。

这主要是因为微观客体所表现出来的诸如波粒二象性等特征，用描绘宏观现象的日常语言实在难以准确表达其确切含义，再加上对微观客体的实验安排也呈现出与经典物理学实验许多不同的特征。如何正确理解量子力学的数学符号所蕴涵的物理意义？量子力学描述的微观客体的行为特征究竟是不受主体干扰的客观规律所致，还是宏观仪器对微观客体不可避免的干扰下主客体相互作用的结果？微观客体所表现出的随机性究竟是微观客体的本质特征，还是认识主体认识局限性的结果？进而，到对微观客体行为的理论描述究竟应当坚持决定论的思维模式，还是非决定论的思维模式，用爱因斯坦的话来说，就是我们是否相信上帝会掷骰子？物理理论的每个元素是否都必须在实在中有它的对应物，亦或物理理论只是一种对实在的本体论承诺，甚至只是我们为了解释现象或解决问题的方便而使用的一种工具或符号系统？这些问题早已不是物理学本身所能解决的，但又是物理学家们不得不解决的，人类不倦的求知欲促使他们转而寻求哲学的帮助。这就使得本世纪初许多量子力学的创始人都是哲学家，普朗克、爱因斯坦、玻尔、玻恩、海森堡、薛定锷等人在哲学界的影响并不比他们在科学界的影响小。他们的哲学观点往往是本世纪科学哲学讨论问题的出发点，由此而引发的实在论与非实在论之争仍是科学哲学界的热点问题之一。他们的哲学专著又成了许多一流科学家案头必备的读物，以便随时从中得到智慧的启迪。实际上，爱因斯坦与玻尔这场上升到哲学的争论，经过贝尔等人的努力，重又变成了用物理学实验可以进行经验检验的问题，检验的结果虽不足以最终决定谁是谁非（尽管哥本哈根学派明显占了上风），但却明确说明了物理学与哲学的密切关系，物理学哲学绝不是纯思辨的玄学。

当然，一流科学家也是哲学家的现象绝不仅限于量子力学领域。彭加勒、布里奇曼等人不仅在物理学界享有盛誉，甚至还是一些哲学流派（约定主义，操作主义）的创始人。维纳、普里高津等人虽然算不上正统的哲学家，但他们的哲学素养却为世人所公认，他们的科学成就对哲学思维方式的影响应当说有划时代的意义。从康德提出星云假说开始在当时占统治地位的形而上学世界观上打开了第一个缺口，但完成这个星云假说的拉普拉斯却把从牛顿开始的机械决定论思维推向了极端，并且产生了巨大的影响。如果说量子力学哥本哈根学派的非决定论思想是对这种机械决定论思想发起的一场重要挑战的话，那么由于量子力学只涉及到微观领域，还不足以在思想界和科学界抵消拉普拉斯的影响。19世纪德国古典哲学家们总结的辩证法思想虽然曾对19世纪科学的发展产生过影响，但由于其思辨色彩太浓也受到了许多科学家的抵制。但贝塔朗菲、维纳等人创立了系统科学，尤其是普里高津等人从热力学等实证的经验科学本身得出系统演化的思想以后，普遍联系和发展的观点对于科学家们来说，不再是外在的哲学教条，而是在科学中必须严格遵守的思维准则。更重要的是，自组织理论、非线性科学所揭示偶然性与必然性之间的新联接清楚地表明，非决定论的思维方式绝不仅限于微观领域，严格因果决定论在我们日常生活中也不是普遍适用。我们不能再用严格因果决定的观点来作为可知与不可知的界限，我们知道我们认识的某些界限（例如长期准确天气预报的不可能）也是可知，甚至是认识深化的表现。对看似无序的混沌现象的研究，却使我们能够说明许多过去简直无法理解的复杂现象，例如天气变化，中枢神经系统运动等等。物理学哲学在这方面的研究方兴未艾，尽管已有了一些成果，但还只能算是刚刚起步。物理学哲学的发展，已经引起了越来越多在物理学前沿领域工作的第一流科学家们的注意，对他们的研究工作产生了一定的启迪作用。

三

利用当代物理学及其相关学科的最新成果构建新的自然图景，并对此进行哲学反思是物理学哲学的又一研究途径。其实，这个研究传统由来已久，哲学既是一种理论化、系统化的世界观，对世界作一个总体的描绘和系统全面的认识就是它的首要任务。古代自然哲学凭借哲学家自己的直观和猜测来构建整体的世界自然图景，结果是五花八门，莫衷一是。自从近代科学诞生以后，哲学家们（即使是宗教哲学家）或多或少都要依居他们所知的自然科学成果来构建自己的自然图景，但他们对这幅图景的理解或解释却可以由于他们的信仰而有很大的差异，甚至根本对立，尤其是当他们面对最新的科学成果，而这些科学成果表现出了一些与传统哲学不同的思维方式时，更会使哲学家们对这些科学成果的理解上产生更大的差异，由此而引起的争论往往成为哲学界的热点。

现代物理学的发展使古老的涉及到自然图景的争论，如物质是否无限可分和宇宙是否无限等问题又增添了许多新的内容。

上世纪末物理学中关于X射线、电子和放射性现象的三大发现打破了原子不可再分的古老神话，揭开了人类对物质结构探索的新篇章。随着原子结构和基本粒子的大量发现，物质无限可分的观点似乎得到了科学实验的有力证明。但正当人们信心百倍地探索到更深层次的亚基本粒子结构——夸克层次的时候，却碰到了在实验中无法测到自由夸克的所谓“夸克禁闭”现象。那么，这个目前得到量子色动力学理论说明的现象是否意味着物质有不可再分极限的古老原子论观点又有抬头的可能呢？对这个问题的争论正在继续进行。

相对论的建立不仅赋予时间和空间概念以新的含义，而且极大地改变了人们对自然图景的看法，尤其是广义相对论对宇宙时空几何结构的描述，使从牛顿时代建立起来的宇宙图景发生了重大的变革。现代宇宙学的诞生向人们描绘了一幅宇宙演化的生动图景，一方面更充分地说明了宇宙中事物普遍联系和无限发展的辩证唯物主义观点，另一方面也使人们对宇宙时空结构是否无限的问题产生了新的疑惑。显然，过去停留在从纯哲学思辨或纯逻辑学论证（如康德的“二律背反”）上来讨论宇宙有限无限这一古老问题是远远不够了。离开了对现代宇宙学，天体物理学，乃至于非欧几何学的深刻理解来奢谈这一问题，已显得是隔靴搔痒，不得要领了。

实际上，今天我们讨论自然图景的问题还不能仅仅停留在物理学层次上，我们这个时代已经形成了关于自然进化的自组织理论和全球生态学的理论，这些综合性的学科已经大大丰富和更新了我们的自然图景。这迫使我们不仅要立足于当代物理学发展的最新成果，而且还要联系到其他学科发展的最新成果，树立把自然界看成是不断演化的有机体的认识原则，去构筑最新的完整的自然图景。这显然对哲学家提出了更高的要求。当然，即使如此，物理学仍然是各门经验自然科学的基础。任何对自然图景的描述，都不可能脱离这个基础。这一发展趋势只是为物理学哲学的这一研究途径开辟了更为广阔的发展前景。

四

物理学方法论的研究也是物理学哲学的一个重要内容。物理学理论的发展总是与物理学方法的更新与发展紧密相连，相辅相成的。例如，近代物理学的诞生，就得益于伽利略，牛顿等人在研究方法上的大胆创造与革新，他们把观察、实验等经验方法与数学、逻辑等理论方法有机结合起来，还创造了诸如将形象思维和逻辑思维巧妙结合的理想实验方法（伽利略），甚至发明新的数学工具——微积分（牛顿）。这些方法上的成就不仅大大推进了物理学的进展，而且具有重大的方法论意义，为以后物理学的发展起了巨大的示范作用。现代物理学的发展更清楚地表明，物理学每前进一步，都伴随着方法上的重大革新与改进；而物理学作为一门基础科学，它的每一步发展，又为人们创造新的方法、设计新的实验仪器和设备提供了新的理论基础，从而不仅为本学科的发展开辟了新的领域，创造了新的条件，而且还大大影响和促进了其他学科的发展。本世纪物理学借助相对论和量子力学的相继建立取得了重大的进展，而如何将二者更紧密结合起来创造一种统一的物理学似乎是下个世纪物理学发展的一个方向。如何为实现这个目标取得方法上的突破便成了当前物理学方法论研究中的一个热门问题。

美国哲学家蒯因曾经把知识体系比喻成为一个整体场。他说：“整个科学是一个力场，它的边界条件就是经验，在场的周围同经验的冲突引起内部的再调整。”（〔（18）〕，第694页）也就是说科学的理论陈述和与之相应的数学、逻辑和形而上学陈述一起组成了这个整体的知识场，“根据任何单一的相反经验要给哪些陈述的再评价的问题上有很大的选择自由，并无任何特殊的经验是和场内部的任何特殊陈述相联系的”。（同上）为了适应经验的变化，例如说要解释一个新的观察现象，不仅可以改变理论陈述，也可以调整其他的陈述，如改变一种数学方法，调整我们的本体论信念，乃至于修改有关的逻辑规则，“有人曾经提出甚至逻辑的排中律的修正作为简化量子力学的方法”（同上）。蒯因的上述想法并非是纯哲学的思辨。现代物理学的发展已更清楚地表现出了理论与方法之间这种联动的特征。

首先，现代物理学对物质结构和宇宙起源的探索，涉及诸如“夸克禁闭”和真空特性等问题，解决这些问题，一方面依赖于理论的进一步突破，另一方面也依赖于实验手段的改进。

其次，本世纪初，相对论与量子力学的思想一经形成，就可以在19世纪下半叶新兴的数学分支中找到相应的数学工具，如非欧几何学、张量分析、线性代数等等。在有关基本粒子的规范场论中，群论也得到了很好的应用，但随着现代物理学的进一步发展，数学手段已显得不够得力。例如，目前关于大统一理论的研究难以取得有效的突破，症结究竟是在相对论与量子力学自身难以统一，需要建立一种能取代二者的新理论，还是缺乏必要的数学处理方法就是尚待解决的问题。

第三，在量子力学的赖辛巴哈解释中，赖辛巴哈试图建立一种消除形式逻辑排中律的三值逻辑来消除用经典语言描述微观客体行为时与量子力学结论相悖的因果异常。这种新的逻辑形式揭示了用传统形式逻辑描述不确定现象时的困难。（参见〔（5）〕）沿着赖辛巴哈的思路，有人进一步发展出应用抽象代数学中“格演算”的工具，用基本联词“遇”与“接”来取代“与”和“或”用以更好地刻划量子领域中的“亦此亦彼”现象，并使这种最子逻辑可以用一种广义的命题演算工具表述。（参见〔（23）〕）虽然这一设想还没有得到广泛应用，但毕竟给我们一个启示。量子物理的理论具有高度的辩证性质，“非此即彼”的形式逻辑思维已不足以解释量子物理实验中众多的“亦此亦彼”的现象，而一种新的逻辑思维方式可能是现代物理学取得进一步突破的关键。这正如日本物理学家武谷三男所说：“量子力学的情况，如果从我们通常的观念看来，是充满着矛盾和难以克服的困难，但量子力学却是以独特的数学结构卓越而合理地把握了它，要理解这种逻辑结构，唯有依靠辩证逻辑。”（〔（3）〕，第100—101页）形式逻辑产生了古希腊时期，是人类对宏观事件进行思维时对规律的总结。但当我们深入到前人未曾接触过的微观和宇观领域时，由于物质决定意识，我们的思维方式是否也应该发生某种变化呢？现在的问题是，针对现代物理学中出现的一些难以解决的问题，如EPR悖论，我们除了继续在物理学理论上寻求突破之外，是否也可以换一种逻辑思维方式，甚至如本世纪一些杰出物理学家，如玻尔、普里高津等人所说的那样，现代物理学可以从古老的东方文化中吸取有益的营养，来帮助寻求现代物理学的突破口呢？

五

以上我们虽然分别评述了物理学哲学研究的不同途径，但这并不意味着物理学哲学研究途径之间的差别就是泾渭分明的，恰恰相反，正如我们在上面叙述中已经表露出来的那样，这些研究途径之间是紧密相连、相辅相成的，其区别只在于我们研究的问题倾重点不同罢了。任何最新自然图景的构建都要建立在自然科学前沿的研究成果之上，对自然科学前沿问题的正确理解就是构建新自然图景的关键所在。但任何新理论成就的取得又都离不开概念的更新和对这些概念的澄清。上述研究当然也离不开对物理学方法的反思和创造。总之，当代物理学哲学是对物理学的历史与现状进行全面反思的一门哲学分支学科，它的研究既会对物理学的进一步发展有一定的启发作用，也由于涉及到哲学的本体论、认识论和方法论的各个方面，又会对丰富和发展当代哲学做出应有的贡献。

近年来，我国一些物理学家和自然辩证法工作者运用辩证唯物主义思想，从以上各条途径上全面展开了研究，尤其是对物理学前沿科学成果所产生的哲学问题的辩论，例如，涉及到大爆炸宇宙学的有关宇宙有限无限问题，涉及到“夸克禁闭”现象的物质是否无限可分问题，对有关EPR悖论的阿斯佩克特实验结果的理解问题等等，都引起了哲学界和部分物理学家的广泛关注。我们还注意到，国内一些哲学教科书已经根据上述问题的讨论充实和更新了有关的教学内容，这是值得欣慰的。但我们也应当看到，我国目前物理学哲学研究的水平与国外同行相比还有一定差距。其主要表现就是对当代物理学基本思想的理解还不深，还难以提出独到的令物理学界和哲学界都信服的观点，而当年赖辛巴哈、波普尔、邦格等哲学家参与有关量子力学基础问题的争论时，都曾提出过令当时还健在的量子力学创始人和众多诺贝尔物理学奖金得主都不得不重视的观点。（参见〔（3）〕、〔（4）〕、〔（5）〕）这主要是因为我国第一流的物理学家关心物理学哲学的人数还太少，而受过专门物理学训练的哲学工作者（包括自然辩证法工作者）也不多，二者之间交流的机会就更少。我们热情地期待，会有更多的哲学和物理学工作者参加到物理学哲学研究的行列中来。

主要参考文献

（1）Lawrence Sklar: Philosophy of physics， University of Michigan Press， 1992.

（2）J. Earman: The History and Philosophy of Cosmology， Princeton Univesity Press， 1993.

（3）K.Popper: Quantum Theory and the Schism in Physics， Rowman and Littlefield Prb. 1982.

（4）Mario Bnngc: Treatise on Basic Philosophy Vo1.7. Philosophy of science and Technology.D. Reidel Pub. Co. 1993.

（5）H．赖辛巴哈：《量子力学的哲学基础》，商务印书馆，1966年。

（6）N．玻尔：《原子物理学和人类知识》，商务印书馆，1978年。

（7）W．海森堡：《严密自然科学基础近年来的变化》，商务印书馆，1973年。

（8）S．霍金：《时间史之谜》，上海人民出版社，1991年。

（9）S．霍金：《时间简史续编》，湖南科学技术出版社，1995年。

（10）S．霍金：《霍金讲演录》，湖南科学技术出版社，1995年。

（11）戴维斯、布朗合编：《原子中的幽灵》，湖南科学技术出版社，1995年。

（12）彭罗斯：《皇帝新脑》，湖南科学技术出版社，1995年。

（13）武谷三男：《武谷三男物理学方法论论文集》，商务印书馆，1975年。

（14）T．库恩：《科学革命的结构》，上海科学技术出版社，1982年。

（15）《爱因斯坦文集》第1卷，商务印书馆，1976年。

（16）普特南：《理性、真理与历史》，辽宁教育出版社，1988年。

（17）伊·普里戈金、伊·斯唐热：《从混沌到有序》，上海译文出版社，1987年。

（18）洪谦主编：《逻辑经验主义》，商务印书馆，1984年。

（19）吴国盛主编：《自然哲学》，中国社会科学出版社，1995年。

（20）殷正坤等主编：《智慧的撞击》，湖北教育出版社，1992年。

（21）殷正坤、邱仁宗：《科学哲学引论》，华中理工大学出版社，1996年。

第8篇：量子物理学范文

强、弱、电三种相互作用的标准模型的建立与精确检验是20世纪物理学最伟大的成就之一，它把基本粒子的强、弱、电三种相互作用的描述成功地统一起来，成为人类揭示最深层次物质结构的强有力的工具。但是，迄今一直未能把引力统一进来始终是极大憾事。究其原因在于引力的量子化带来一系列长期困扰物理学界，至今仍难以解决的严重问题。积极探寻这些问题的解决办法，近年来成为理论物理学家极为关注的热点。本书正是作者为解决问题而孜孜不倦、努力奋斗的结果。在本书中作者认真地考查了这些研究活动所涉及的物理概念与哲学基础，特别是评论了人们提出的各种建议与模型的前提和自洽性。

作者曾与L.Susskind合作写过一本关于黑洞的书，介绍静态几何的量子物理与相对论以及视界物理的一些信息。然而作者最近研究表明对于一旦纳入动力学描写时，这些结果必须做一些定性的修改。本书是作为以前出版的那部书的进一步详细的阐释和扩充，但是也包含了一些新的材料，其中包括详细考查在相对论框架内纳入量子力学的基本自洽性，包括了动力学空间相关几何学，并扩展了前一本书写作中涉及物理学基础的一些讨论，尝试探讨微观物理学中可以与引力的微观理论自洽的内容。本书特别强调：在寻找最优雅的物理现象的模型时人们必须记住：物理学是一门实验科学。他希望以此激励读者对于新知识，特别是通过实验探索物质性质的兴趣。

全书内容分成两大部分，共包括9章。第一部分 伽利略相对论与狭义相对论，含第1-4章：1.经典狭义相对论；2.量子力学、经典力学和狭义相对论；3.粒子相互作用的微观形式；4.量子力学中的群论。 第二部分 广义相对论，含第5-9章：5.广义相对论基础； 6.弯曲时空背景中的量子力学；7.视界与陷俘区的物理学； 8.宇宙学； 9.相互作用系统的引力。

本书以物理系和自然哲学领域的大学生和研究生以及数学和粒子物理领域的研究人员为主要的读者对象。对于物理模型以及与主流物理学自洽的实验感兴趣的理论物理与自然哲学家也是一部重要的参考书。但阅读本书的读者应当具有量子力学、广义相对论、统计物理学和物理学基础知识。

第9篇：量子物理学范文

一、反常霍尔效应的前世

（一）霍尔效应

霍尔效应是美国物理学家霍尔于1879年发现的一个物理效应。在一个通有电流的导体中，如果施加一个垂直于电流方向的磁场，由于洛伦兹力的作用，电子的运动轨迹将产生偏转，从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压，这一现象就是霍尔效应。

霍尔效应在应用技术中非常重要，特别是在现代汽车上广泛得到应用。

（二）量子霍尔效应

作为微观电子世界的量子行为在宏观尺度上的完美体现，量子霍尔效应（强磁场中，纵向电压和横向电流的比值随着磁场增强而出现的量子化特点）一直在凝聚态物理研究中占据着极其重要的地位。1980年左右，德国科学家冯·克利青发现了整数量子霍尔效应，获得1985年诺贝尔物理学奖。1982年，美国物理学家崔琦和施特默等发现了分数量子霍尔效应，这个效应不久由另一位美国物理学家劳弗林给出理论解释，他们三人荣获1998年诺贝尔物理学奖。

量子霍尔效应在未来电子器件中发挥特殊的作用，可以用于制备低能耗的高速电子器件。例如，如果把量子霍尔效应引入计算机芯片，将会克服电脑的发热和能量耗散问题。然而它需要的强磁场设备不但价格昂贵，而且体积庞大（衣柜大小），也不适合于个人电脑和便携式计算机。

二、反常量子霍尔效应

1880年，霍尔在研究磁性金属的霍尔效应时发现，即使不加外磁场也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，反常霍尔效应是由于材料本身的自发磁化而产生的，因此这是一个全新的量子效应，有可能是量子霍尔效应家族的最后一个重要成员。如果能在实验上实现零磁场中的量子霍尔效应，利用其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件，从而解决电脑发热问题和其它的一些瓶颈问题，推动信息技术的进步。但反常霍尔效应的量子化对材料性质的要求非常苛刻，美国、德国、日本等科学家未取得最后成功。

2009年，清华大学薛其坤院士带领团队向量子反常霍尔效应的实验实现发起冲击。

2010年，中科院物理所的方忠、戴希理论团队与拓扑绝缘体理论的开创者之一、斯坦福大学的张首晟等合作，提出了实现量子反常霍尔效应的最佳体系。由清华大学的薛其坤、王亚愚、陈曦、贾金锋研究组，与中科院物理所的马旭村、何珂、王立莉研究组及吕力研究组组成的实验攻关团队合作，开始向量子反常霍尔效应的实验发起冲击。截止到2013年的四年中，团队生长和测量了1000多个样品，利用分子束外延的方法使之长出一层几纳米厚的薄膜，然后再掺进去铬离子，生长了高质量的磁性掺杂拓扑绝缘体薄膜，将其制备成输运器件并在几毫开的极低温度环境下对其磁电阻和反常霍尔效应进行了精密测量。终于发现在一定的外加栅极电压范围内，此材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e2～25800欧姆，世界难题得以攻克。薛其坤院士说：这是我们团队精诚合作、联合攻关的共同成果，是中国科学家的集体荣誉。

三、量子反常霍尔效应的意义及发展前景

量子反常霍尔效应之所以如此重要，是因为效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用，无需高强磁场，就可以制备低能耗的高速电子器件，例如极低能耗的芯片——这意味着计算机未来可能更新换代。

霍尔效应是诺贝尔奖的富矿。最近一次也是第三次与霍尔效应有关的诺贝尔奖是2010年的诺贝尔物理奖。2005年，英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，在常温下观察到量子霍尔效应。他们于2010年获诺奖。石墨烯这种“超薄的碳膜”厚度只有0.335纳米，是至今发现的厚度最薄和强度最高的材料。

此外，量子自旋霍尔效应于2007年被发现，2010年获得欧洲物理奖，2012年获得美国物理学会巴克利奖。