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第1篇：量子物理學范文

【論文摘要】運用量子物理學的“超因果聯系”、“能量場”和“全息場”等基本理論，探討了中醫藥學的科學性，對“中醫理論體系不是科學，與現代科學思想、方法、理論、體系格格不入，應該徹底地否定、拋棄”的言論進行了駁斥。

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1超因果聯系給中醫藥學的啟示

以往所理解的因果聯系都是很直觀的，因果直接對應，甚至一一對應。但量子物理學[2]揭示出來的基本粒子間的相互聯系則可以是超系統超時空的。一個幾率波能夠與宇宙中的任何其他部分發生聯系，且不管它們之間相距多遠，作用之間都沒有時間間隔。這是一個令愛因斯坦都無法接受的結論，約翰•貝爾卻在1964年給出了一個數學證明，并把它叫做“貝爾定理”。緊接著，法國物理學家又用實驗證明了基本粒子確實受空間和時間中存在的不可見聯系的影響。這個結論使得已經搖搖欲墜的牛頓-笛卡兒宇宙模型最終徹底崩塌。

基于貝爾定理-非局部的不可見的因果律，量子物理學給予第四個啟示：人所受的影響是無時無處不在的，疾病發生發展所涉及的因果聯系復雜到無法測定的程度，并且總有醫療以外的因素在起作用。學者不應該去向建立在已經徹底崩塌了的牛頓-笛卡兒宇宙模型上的“科學”俯首稱臣[1]，也沒有必要再用這種科學去解釋“陰陽、表里、寒熱、虛實”，去分離中藥的有效成分。應該承認西醫通過現代檢測手段檢測到了某些病因，但同時應該清醒地認識到這些病因也和通過“望、聞、問、切”所發現的病因一樣，遠不是導致患者生病的全部原因。既不能過于迷信那些沒有思維的儀器，也不能在審癥求因的縝密思維過程中過于武斷和粗疏，因為中醫畢竟是非常私人化的經驗醫學，師承有別，流派各異，或溫熱，或寒涼……都不乏奇效之例，也都有失誤之診。如何參佐為用，這不僅與醫者能否將《內經》、《難經》、《傷寒雜病論》、《醫宗金鑒》等中醫典籍爛熟于心有關，還與醫者是否具有杰出的思維能力和豐富的臨床經驗密切相關。現在，中醫已經按照西醫的思維方式和醫療模式走了近一個世紀的“現代化”道路，傳統的一對一師承關系“化”成了班級授課制的中醫學院，傳授了知識，丟掉了意會，遺失了自己的傳統和精華，培養了一批會在西醫理論指導下運用中藥的實際上已經不能再被稱作是中醫的中醫師。如果目前這種情況再持續十年，現有的能夠按照中醫思路看病的兩三萬中醫大夫都退休，中國也就沒有中醫，“療病之功，莫先于藥”的中藥也就變成了一堆沒有用處的垃圾。目前中國中醫的狀況是何等的危急。

2能量場給中醫藥學的啟示

從量子物理學中涌現出來的最激動人心的概念就是能量場。在原子尺度上，場無處不在。這不是想象中的可視的實體，它們是基本粒子的相互作用。這正象磁鐵的磁場不可見，但它能使鐵屑產生圖案一樣。基本粒子跳著永恒之舞[3]，它們之間或吸引，或排斥，互相碰撞，并以光子的形式釋放或吸收能量，構筑起一張統一的、連接著整個宇宙的原子關系網。如果說經典物理學的核心隱喻是一臺機械鐘的話，那么量子物理學的核心則是一張無所不在的原子關系網。

基于能量場的概念，量子物理學給了第五個啟示：應該從“場”的角度來理解醫藥。醫藥的作用，對于患者來說，本身就是一種能量場的作用。在這個能量場中，對靶點的直接阻斷所起的作用往往是不持久的，因為阻斷或消滅

的只是一個靶點，對于存在于整個能量場中的導致這個靶點出現的、現在還無法知道的種種因素，是無法將其一一阻斷或消滅的[4]。這些因素很有可能又會在其他地方構成新的靶點，這也就是西醫常說的病灶轉移。

中醫雖然也沒有從能量場的高度來認識人的生命過程，但它的經絡學說是不是與能量場理論有異曲同工之妙，是五千年的經驗使然？就目前的科學發展水平而言，別說愛因斯坦的“統一場論”遠未建立，丁肇中的“反物質”還只是一種猜想，就連量子物理學的基礎理論都還處于完善和發展階段，現在就要對積五千年經驗于一體的中醫藥學說進行科學闡釋，也許是為時太早了。現在不得而知，留待未來的科學去證明吧。當然，也沒有必要輕信他人的毀謗而忍痛割愛。中醫藥學千萬不能重蹈舊行為主義心理學的覆轍，鬧出“因為笑才高興，因為哭才傷心”這樣的笑話來。

3全息場給中醫藥學的啟示

杰出的物理學家戴維•玻姆把場看作是宇宙之海中的漩渦，提出了用“全息場”來解釋量子事件的非局部關聯理論。他把不可見的隱藏的現實稱作內含或者“折疊”的秩序，而把外部實在稱為引申或者“伸展”的秩序[5]。在他看來，正是“感知透鏡”在不斷地變化，才有折疊秩序中不同的側面不斷地伸展開來。

全息圖是用激光在一個全息盤上創建干涉圖式而產生的。光盤本身并沒有什么可分辨圖形，只是當一束激光穿過它，就“好象在池塘中扔了一把小石子”時才出現的一串串同心圓圈罷了。全息盤有一個重要的屬性，就是不管這個盤子破成多少片，每一個碎片都包含著所有的完整信息，只是碎片越小，信息就越模糊而已。

基于全息場理論，量子物理學給予了第六個啟示：就象“盲人摸象”這個古老寓言所揭示的那樣，面對外部世界和人的內在世界那“折疊”的內含秩序，在根本上是“盲”的-無法知道大象的完全的實在，而只能有關于它們的直覺的有限的經驗。中醫的耳針療法，在過去看起來，也許近似天方夜譚，現在從全息場理論的角度來看它，也許是一個極好的例證。因為西醫只承認可以檢測到的“伸展”的秩序，而拒絕承認現在還無法檢測到的“折疊”的秩序，所以，它往往比寧愿“舍癥從脈”的中醫更盲，也更不科學。

一言以蔽之曰，西醫是建立在經典物理學基礎上的科學，現在量子物理學已經讓牛頓-笛卡兒宇宙模型徹底崩塌了，學者沒有理由再相信它是嚴格意義上的科學；中醫藥學是在幾千年經驗的基礎上通過格物致知而形成的理論體系，20世紀以前從未受過經典物理學的影響，它很可能與量子物理學和未來科學有著更多的相通之處[6]，中醫研究者應該堅定不移地自己走自己的路，力求中醫藥學的卓然自立，而完全沒有必要去顧及別人的多嘴多舌。

參考文獻

［1］F•卡普拉.物理學之“道”-近代物理學與東方神秘主義.北京出版社，1999.

［2］阿萊斯泰爾•雷.量子物理學：幻象還是真實.江蘇人民出版社，2000.

［3］戴維•林德利.命運之神應置何方.吉林人民出版社.

［4］羅杰•S•瓊斯.普通人的物理世界.江蘇人民出版社，1998.

第2篇：量子物理學范文

關鍵詞：大學生；量子物理；物理學史

作者簡介：丁艷麗（1979-），女，回族，遼寧遼陽人，沈陽化工大學數理系，講師；母繼榮（1964-），女，河北樂亭人，沈陽化工大學數理系，副教授。（遼寧　沈陽　110142）

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）35-0067-02

量子力學是反映微觀粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）運動規律的理論。[1]它是20世紀初在大量實驗事實和舊量子論基礎上建立起來的，是人們認識和理解微觀世界的基礎。量子物理和相對論的成就使得物理學從經典物理學發展到現代物理學，奠定了現代自然科學的主要基礎。量子力學的發現引發了一系列劃時代的科學發現與技術發明，對人類社會的進步作出了重要貢獻。通過量子物理的教學，有利于培養大學生的科學素質、科學思維方法和科研能力，培養學生的探索精神、創新精神、科學思維能力以及辯證唯物主義的科學觀。另外，量子物理是處于發展中的理論，怎樣將量子論和廣義相對論（引力作用）統一起來仍是困擾人們的問題。“弦理論”的提出使人們看到了希望，通過這部分的教學可以培養學生的橫、縱向思維和不斷追求科學真理的精神。因此，在大學物理的教學中應適當增加量子物理的教學內容。由于量子物理里好多概念、思想和宏觀世界里的完全不同，叫人無法理解，以致量子論的奠基人之一玻爾（Niels Bohr）都要說：“如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論。”[2]那么怎樣讓學生在輕松愉快的狀態下學好量子物理呢？在教學過程中適當引入物理學史有利于學生掌握其核心，既培養了學生的學習興趣，又有利于實現啟發式教學，而非純粹的概念和公式的教學。下面主要從幾個方面闡述物理學史在大學生學習中的重要作用。

一、非物理專業大學生學習量子物理的需要

即使是物理專業的學生，多數人在學習量子物理時一直如在云里霧里，雖然知道微觀粒子的波粒二象性，也知道不確定原理，了解原子的軌道理論，但是卻不知道為什么這樣。這一方面是由于量子物理里好多概念、思想和宏觀世界里的完全不同。另一方面，學生沒有掌握量子物理的核心，沒有從整體上把握量子物理的基石。一些教材對這部分的介紹也較少。如果在教學中能夠引入量子物理的發展史，不僅能吸引學生的注意力，調動學生的學習興趣，還有利于學生理解量子物理的概念和思想，使學生能夠身臨其境地感受到那場史詩般壯麗的革命，深刻體會量子論的偉大，有利于學生辯證唯物主義觀的形成。而非物理專業的學生與物理專業的學生相比，在學習量子物理時難度更大。這是由于物理專業的學生開設了許多物理專業課，如原子分子物理、物理學史等課程，為量子物理的學習奠定了基礎。而非物理專業的學生沒有前期的知識鋪墊，對知識的掌握難度增大。如果能適當加入量子發展史的介紹，不僅降低了學生學習難度，還激發了學生學習興趣，這就更突顯出物理學史在大學物理教學中的重要作用。

從整體上介紹量子物理的發展史可以使學生掌握量子物理的核心，從整體上把握量子物理的基石，即波恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補原理。[2]這三大核心原理中，前兩者摧毀了經典世界的因果性理論，互補原理和不確定原理又合力搗毀了世界的客觀性和客觀實在性理論。一些實驗和理論斗爭的介紹不僅可以吸引學生的學習興趣，還可以培養學生的科學思維方法。19世紀末20世紀初，好多物理學家認為物理學大廈已經基本建成，后輩的工作只是做些細枝末節的修補和完善。但當時物理學天空漂浮著兩朵小烏云，一朵是“以太的絕對參考系”，另一朵是“黑體輻射的紫外線災難”。前者導致了相對論的建立，后者導致了量子物理的建立。

對量子物理三大基石的掌握，即波恩的概率解釋、海森堡的不確定性和玻爾的“互補原理”是量子物理的三大支柱。大學所學的量子物理學是基于這三個支柱的。這就像數學中的公理一樣，對于大學生而言不能去討論為什么，只能是是什么。

二、大學生素質教育的需要

大學物理的量子部分教學不同于物理專業學生的量子物理教學。大學物理教學的目的主要是增強學生分析問題和解決問題的能力，培養學生科學的思維方法、辯證唯物主義觀等素質教育，重在方法而非純理論教學。因此，大學物理的教學目的與任務是使學生對物理學的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統的認識和正確的理解，為進一步學習打下堅實的基礎。更為重要的是，在大學物理課程的各個教學環節中，都應在傳授知識的同時注重培養學生分析問題和解決問題能力，注重培養學生科研探索精神和辯證唯物主義世界觀的形成。量子物理發展史的介紹和講解有助于培養學生這方面的能力。

1.辯證唯物主義世界觀的培養

在大學物理的教學過程中融入物理學史的內容有利于培養學生的辯證唯物主義世界觀。如關于光的本性的爭論持續了300年，光的波動理論和微粒理論艱苦卓絕地斗爭了300年。量子論就是在這種斗爭中逐漸建立起來的。托馬斯·楊的雙縫干涉實驗、菲涅爾的圓盤衍射等實驗形象的描述可使學生體會到光的波動性；而光電效應實驗、康普頓的X射線散射實驗等實驗的介紹可使學生深刻體會光的粒子性；德布羅意電子波及實物粒子波理論的介紹及戴維遜和革末關于電子的實驗，電子通過鎳塊時展現了X射線衍射圖案，證明了電子具有波動性，由此人們認識到了光及實物粒子的波粒二象性。這部分的教學可使學生領悟到看似毫不相干的量實際上存在著深刻的聯系，波動性和粒子性原來是不可分割的一個整體。就像漫畫中教皇善與惡的兩面，雖然在每個確定的時刻只有一面能夠體現出來，但它們確實集中在一個人的身上。從中學生們可以深刻體會到任何事物都存在兩面性，人們要辯證地看待問題。這部分歷史的簡單介紹還可以使學生深刻體會到人們對真理的認識是隨著科技的發展而不斷完善的過程，也是一個艱苦長期的斗爭過程。對光的波粒二象性的認識有利于培養學生辯證唯物主義世界觀。

2.分析問題和解決問題能力的培養

在大學物理的教學過程中適當引入一些實驗的描述或利用多媒體等手段演示實驗過程有利于培養學生的分析能力和解決能力。對康普頓實驗的講解分析可以培養學生的分析問題和解決問題的能力，尤其是康普頓的分析過程，而非純理論上的推導分析。康普頓在研究X射線被自由電子散射的時候發現一個奇怪的現象：散射出來的X射線分成兩個部分，一部分和原來的入射射線波長相同，而另一部分卻比原來的射線波長要長，具體的大小和散射角存在著函數關系。如果運用通常的波動理論，散射應該不會改變入射光的波長才對。但是怎么解釋多出來的那一部分波長變長的射線呢？康普頓苦苦思索，試圖從經典理論中尋找答案，卻撞得頭破血流。終于有一天，他作了一個破釜沉舟的決定，引入光量子的假設，把X射線看作能量為hν的光子束的集合。這個假定馬上讓他看到了曙光，眼前豁然開朗：那一部分波長變長的射線是因為光子和電子碰撞所引起的。光子像普通的小球那樣，不僅帶有能量，還具有動量。當它和電子相撞，便將自己的能量交換一部分給電子。這樣一來，光子的能量下降，根據公式E=hν，E下降導致ν下降，頻率變小，便是波長變大。這樣，X射線被自由電子散射的問題得到完美的解決。然后再進行理論推導，根據動量和能量守恒解決該問題，這樣不僅使學生印象深刻，還鍛煉了物理思維能力。

3.求實精神的培養

通過大學物理量子史部分的教學，介紹科學家嚴謹的治學態度、勇于追求真理的精神，培養學生追求真理的勇氣、嚴謹求實的科學態度和刻苦鉆研的作風。

4.科學觀察和思維能力的培養

在教學的過程中適當融入量子發展史的內容有利于培養學生科學觀察和思維能力。如玻爾的互補原理的提出過程。當海森堡完成“不確定原理”后向玻爾請教，兩人就“不確定原理”是從粒子性而來還是波動性而來展開了論戰，從而提出了互補原理：波和粒子在同一時刻是互斥的，但它們卻在一個更高的層次上統一在一起，作為電子的兩面性被納入一個整體概念中。這就是玻爾的“互補原理”。它連同波恩的概率解釋、海森堡的不確定性共同構成了量子論“哥本哈根解釋”的核心，至今仍然深刻地影響人們對于整個宇宙的終極認識。講解過程中應形象生動地描述海森堡和玻爾的討論過程及他的思維過程，使學生有種身臨其境的感覺，從而培養科學觀察和思維的能力。在教學過程中適當介紹思維實驗有利于培養學生的思維能力及科學分析能力。如海森堡不確定性原理的提出過程就借助了思維實驗及1935年愛因斯坦提出EPR思維實驗等。[3]

5.創新意識的培養

通過學學物理學的研究方法、量子物理的發展史以及物理學家的成長經歷等，引導學生樹立科學的世界觀，激發學生的求知熱情、探索精神、創新欲望以及敢于向舊觀念挑戰的精神。如普朗克能量子假設的提出體現了敢于向舊觀念、權威學家挑戰的精神。而創新意識對一個學生來說是非常重要的，對社會生產力的發展也起著重要作用的。

6.科學美感的培養

以麥克斯韋方程組為例，描述麥氏方程所表現出的深刻、對稱、優美，使得每一個科學家都陶醉在其中，玻爾茲曼情不自禁地引用歌德的詩句“難道是上帝寫的這些嗎？”描述麥克斯韋方程組的美。[2]一直到今天，麥氏方程組仍然被公認為科學美的典范。許多偉大的科學家都為它的魅力折服，并受它深深的影響，有著對于科學美的堅定信仰，甚至認為：對于一個科學理論來說，簡潔優美要比實驗數據的準確來得更為重要。依此引導學生認識物理學所具有的明快簡潔、均衡對稱、奇異相對、和諧統一等美學特征，培養學生的科學審美觀，使學生學會用美學的觀點欣賞和發掘科學的內在規律，逐步增強認識和掌握自然科學規律的能力。

7.科學探索精神的培養

物理學在追求著大統一。許多科學家獻身于這項偉大的事業，比如弦理論的提出。講述其發展過程可激發學生的科學探索精神。

三、科學發展的需要

科學發展到今天，是建立在前人取得成就的基礎上的。牛頓都說：“我站在了巨人的肩上。”以史為鑒，才能少走彎路。物理學發展到今天只剩下了最后一個分歧，但也很可能是最難以調和和統一的分歧，即量子物理和引力理論。只有了解和掌握了前輩所創造的財富，才能找到解決物理大統一的有效道路，才能實現物理學的夢想。這需要幾代人的共同努力，可能需要幾十年甚至幾百年才有可能實現。很多人正在為之不斷努力，這也是人們不斷追求的科學理想。

大學生量子物理的學習需要適當引入物理學史，這既有利于學生學好大學物理，培養學生的辯證唯物主義世界觀、分析問題和解決解決問題的能力、求實精神、科學觀察和思維的能力、創新意識及科學探索精神，又有助于啟發式教學。

參考文獻：

[1]周世勛.量子力學教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2002.

[2]曹天元.上帝擲骰子么：量子物理史話[M].沈陽：遼寧教育出版社，

第3篇：量子物理學范文

一、量子理論的建設性觀點

19世紀關于黑體輻射的討論，在應用Kirchhoff熱輻射定律的推導中得出假象絕對黑體的能譜密度函數卻與實驗曲線有比較大的出入。其中，Rayleigh-Jeans的推導公式在高頻區（γ∞）的無窮趨向與曲線極度不符合，稱為“紫外災難”。

在推導的過程中，在將黑體輻射場等效為電磁駐波振子（電磁橫波，每一種頻率的電磁波又對應不同的偏振方向，等效為一個簡諧振子組成的多自由度力學體系）后，Plank和Rayleigh-Jeans處理的不同就在于能量連續性的假設上。由統計力學我們知道：

假設黑體箱長為L則應用邊界條件：

e｜=e｜

可以推得單位體積在頻率附近單位頻率間隔電磁駐波振子數目為：

dγ

在能量的假設上，Rayleigh-Jeans采用經典Maxwell-Boltzmann分布，認為每一個駐波振子能量連續，并由能量均分定理得到=kT，所以：

能譜密度ρ（γ）=kT這就是在低頻區比較滿足實驗規律的Rayleigh-Jeans公式。

對比可以發現，Plank在解釋插值法求出的公式時，創造性地應用了能量單元的假設：

?綴=n?綴

同樣由Maxwell-Boltzmann分布律可知：

==

同以上處理，ρ（γ）=?

為滿足能譜密度通式ρ（γ）~γ，取εhγ后，便是滿足黑體輻射曲線的Plank標準式。

問題解決的關鍵是對Plank常量h的討論和引入，在h0的極限場合，便是實現了能量間斷到連續的變化，從而為我們抽象出一種比經典理論更為普遍的量子理論。

二、創設性思想在高校物理教育中的啟迪與思考

傳統的高校物理教育特別是理論物理教育課程一般都是由力、熱、光、電、原子物理等普通課程和電動力學、量子力學、理論力學、統計力學等四門高等物理組成，針對師范生教育工作，要理解適應“讓師范生姓師”的社會需要，這就要求師范生的本科物理學習必須著眼于全局，從物理歷史發展的脈絡去把握整個課程結構，融會貫通，精益求精。

譬如，在普通物理的教育中要適當聯系理論物理中的前沿理論和觀點，為學生后續學習埋下伏筆；在理論物理的教學中，課堂不應當沉浸在漫天迷亂的公式推導中，要闡述每書寫一行算式的內涵和思想，不能將物理的課堂演變成數學雜技的show場，思路斷線往往是大部分學生迷惘、無法深入理解物理學科的第一絆腳石；與此同時，理論物理學科之間的聯系也是很綿密的，正所謂“沒有孤立的理論去闡述一個絕對封閉的對象”，物理的發展和創設性觀點的提出在學科之間都是互通互融的，“一通百通”才能將物理科學學習的深入、透徹。中國古典文學《論語》也講述：“道不遠人。”所有的規律、真理都是樸素溫和的，仔細揣度，讓學生發現物理豁然開朗的淡然淳樸。

誠然，物理的學習也是需要知識串聯的。《基礎教育課程改革綱要》也提出：教學相長，教育應當互動，注重內容滲透，避免被動模仿的學習，培養學生獨立謹慎的思維習慣。“學然知不足，教然知困”，課堂沒有完美的結場，完美的課堂教育依然是show場。在學習過程中教師要時刻提醒學生注重課外相關知識的學習，從而立體地豐富自己的思維和認知水平。

類比于以上量子力學創立的思想假設，我們在教育學習中是否也應該關注這樣一條流程：由史入手―說明目的―實驗發現―觀點假設―理論探究―實驗佐證，讓同學們明確物理究竟要解決什么問題，要闡述的是什么結論和觀點，要啟迪我們的是什么見聞。以上的教學互動流程不也正是當下人類科學研究的步驟和方法嗎？大學物理這種教學思想為我們進一步培養科研人員和理論工作者奠定基礎。

由史入手，把握問題的癥結和新的解決思路。未來的教學中，我們要細細品味電動力學中渦旋電場和位移電流的概念；電磁學中安培針對分子電流的假說又是如何驗證的；Landau關于作用原理的思考又是怎么拓展成分析力學的；一系列實驗磁場的不同，又是如何把Zeeman pachen-back反常Zeeman等效應串聯起來的。我認為，能夠將體系淋漓盡致貫穿講述的高校必然是探究發現的著名學府，能夠把知識醞釀成智慧的學生必將有所造詣。

參考文獻：

［1］曾謹言.量子力學（卷一）.

第4篇：量子物理學范文

一、充分開發和利用學校內的課程資源

學校既是學生學習與生活的主要場所，也是教師進行教學與生活的重要場所，這里的一切資源都是師生非常熟悉的，教師在教學過程中，如果能夠充分利用好校內資源，信手拈來，既能使課堂氣氛妙趣橫生，又可聯系生活實際，所以校內資源的開發和利用是最實用的。

1.充分開發和利用學校各種教學設備和圖書

學校的硬件設施，不同的學校水平差異很大，特別是農村中學購、添置教學設備、圖書存在相當大的困難，從而導致農村中學的老師對這些教學設備和圖書的利用觀念淡薄，沒有真正讓這些可利用資源發揮作用。比如經常使用顯微鏡、解剖鏡、解剖器具等常用儀器設備，滿足實驗、實踐教學活動的需要。因地制宜，積極發揮現有設備的作用，提高生物教學質量。還有我校現在也配備電子備課室，購置人教版的生物掛圖、幻燈片、標本、生物類書刊雜志等。這些對于一所農村中學來說是難能可貴的，在課堂教學上我們不失時機地把這些整合上去，學生有了新奇感，而直觀學習更有興趣，理解知識就更快了，掌握就更牢固。

2.充分開發和利用校園環境資源

校園環境是學生學習生物的重要場所，對校園環境的利用可以很直接和方便地與教學結合起來。我校是一所農村中學，但是我校的校園綠化規劃設計很好，校園里到處都是花花草草，可以說是一所花園式的校園。學生每天走在美麗的校園里這對于培養學生的環保意識很重要，是我們上生物課最好的課程資源。課外我也經常組織他們去觀看菜園，讓他們觀察植物的各種形態結構，比如觀察葉脈來區分單雙子葉植物，觀察植物的各種器官等等，從而更好的理解植物的生長和發育過程。通過開發和利用校園環境這些資源，激發學生學習生物的興趣，從而提高生物教學質量。

3.充分開發和利用課堂資源

課堂是學生學習、探究的主渠道。在這里會產生很多問題包括出現偏離標準的“錯誤”，這就是很好的課程資源。比如在學習顯微鏡的使用過程中，學生在實驗中遇到很多問題：目鏡內一片漆黑、看不到物像……并及時提出來。

二、積極開發和利用學生身上和學生家庭中的課程資源

教育家蘇霍姆林斯基曾反復強調：學生是教育最重要的力量，如果失去了這個力量，教育也就失去了根本。因此，學生不僅是教育的對象，更是教育的重要課程資源。學生資源的開發與利用，在生物教學中起著舉足輕重的作用。

1.開發和利用學生的生活經驗資源

學生有豐富的生活經驗，學生的經驗是一種課程資源。學生的經驗實際上就是學生已有的知識水平、認知結構、社會閱歷和生產實踐等，是自己知識生長的基礎。農村中學的學生由于生活條件的限制，大多數很早就能幫助父母做家務，甚至參與田間勞作，開始春耕秋收；同時由于自然條件的優越，他們可以在大自然的懷抱自由的嬉戲，下河洗澡、抓魚，上樹捉蟬、逮鳥，在田野里追趕野兔等，所有這些都給他們提供了城市學生無法體驗的豐富的生活經驗，這就是我們農村生物教學的起點。新知識的獲取可以以學生已有的經驗為基礎，生物學的教學更貼近學生，貼近生活。

2.開發和利用學生的學習興趣資源

生活中許多問題和現象發生在學生身邊，學生迫切解決這些問題的欲望就會轉化為課堂學習和探究活動的興趣。教師在教學過程中可根據課堂的實際情況適時地以適當的方式提出適當的問題創設良好的情景，充分調動學生的學習興趣，使其探知欲望形成強烈的期待，從而達到事半功倍的效果。如講到蒸騰作用時我提出這樣的問題“人們常說水往低處流，可在植物體中水為什么可以往高處流呢”？通過提問創設情景激發學生學習的興趣來提高生物教學，所以說學生學習興趣也是一種生物課程資源我們要充分開發和利用。

3.開發和利用學生的個體差異等資源

學生的個體差異也是一種課程資源。學生之間會因為差異而形成沖突，教室如果引導得好，學生可以共享差異，在差異中豐富和拓展自己。其次像是在學生身上表現出來的學習方式或學習技巧也是重要的課程資源。以學生為對象所開發出來的課程資源其中一個最大的優勢就是體現學生的實際，有利于知識的吸收，從而能提高生物教學質量。

4.開發和利用學生家庭中的課程資源

學生家庭中往往也有不少與生物課有關的課程資源可以利用。比如有些學生家庭中往往有生物學方面的書刊，可提供學生做探究試驗使用的材料用具等。再如：學生家里買條魚、買只雞買只鴨吃的時候，我們也可以好好的去研究它們的各個系統和身體的各個結構。另外，在農村學校、學生家里有田地、果園、家畜等更是普遍現象，家長平時也會談及作物的栽培、家畜家禽的飼養、病蟲害的防治等事宜，學生耳濡目染，會積累不少感性知識。生物教師可以給學生布置一些n外作業讓他們在家中練習栽培一些植物或飼養一些小動物，進行觀察和記錄他們的生長發育過程。并在教室里進行交流最后教室給予評價。通過這樣的一些課外活動來激發學生學習的興趣，從而提高教學質量。

三、充分開發和利用教師課程資源

教師是課程實施的組織者和實施者，也是課程開發的研究者，因此，教師本身就是最為重要的課程資源，教師的素質決定著課程資源開發與利用的程度。教師身上所具有的專業知識，專業能力，教學技巧等都是可以開發和利用的課程資源，我們在進行課程資源開發工作的時候一定要努力把教師身上的這些資源加以開發和利用，以便更好地發揮教師的主觀能動性。首先教師要熟悉教材，也就是課本。課本是我們學習生物課程的最重要的課程資源。其次，教師要大膽地改進教材。生物教材中的知識往往都是一些經典的內容，這些都是生物學科最為基礎的部分，掌握這些內容對于學生來說至關重要。最后，教師還要善于指導學生自制模型標本和小報等。新課程改革下的生物教材有相當多的活動，教師可以利用這些活動，指導學生進行設計、制作模型和標本等。

四、善于開發和利用社區的課程資源

社區中有著較為豐富的與生物課有關的課程資源：社區圖書館、動物園、植物園、良種站、養殖場、防疫站、醫院、園林綠化部門、公園等。我校是農村學校，鄉鎮中學教學儀器不如城市中學，這是不爭的事實。但農村學生接觸的生物自然資源十分廣泛，這又是城市所不及之處。比如開發和利用農村社區中池塘，河流、農田、菜園、圈舍，養殖廠，農村的風俗文化等自然課程資源。

五、廣泛的開發和利用網絡課程資源

第5篇：量子物理學范文

【關鍵詞】高中生；提高；物理學習質量；路徑

1.影響高中生物理學習的因素

1.1學生自身因素

首先，學習動機直接影響著我們的物理學習，一般來說，我們身邊學習動機強的同學，物理學習積極性都比較高，物理成績也比較好，而缺乏學習動機的同學，物理學習積極性不高，學習成績相對來說不夠理想。這是因為，強烈的學習動機支配著我們去積極克服學習上的困難，獲得內在驅動力，進而為了達到學習目的而堅持努力。

其次，學習興趣會影響我們的物理學習。一些物理學習興趣濃厚的學生對物理知識和物理現象有著強烈的好奇心，并在物理學習的過程中獲得成就感，他們的物理成績就會越來越好。而對物理缺乏興趣的學生在物理學習過程中則會產生厭學、走思等現象，跟不上老師的思路，長此以往，他們會越來越跟不上老師的節奏，就會感覺物理知識太難，物理成績也就越來越差。

再次，學生的學習意志會直接影響學生的物理學習。高中生的學習任務繁重，而物理學科的難度與初中相比要大很多，學生又要將學習時間分配在其他學科上，所以用于學習物理的時間十分有限。包括學生要在有限的時間內復習教師課堂所講的知識、完成物理作業、預習新知識、做大量的物理習題等。再者，物理知識十分抽象，學生經常遇到一些不會的難題，有部分學生會因為學習難度太大而放棄物理學習，導致物理學習效率不高。

最后，學習態度也會影響我們的物理學習。物理學科是高中階段的基礎學科，也是高考的考試學科之一，因此，物理學習對于我們來說十分重要。大多數學生都能認識到物理學習的重要性，積極對待物理學習，探索物理學習的方法。但是，部分學生的學習態度不夠端正，沒有充分重視高考對個人發展的重要性，缺乏對物理學習的重視，他們的學習只是為了應付老師和家長，因而學習效率不高。

1.2外部因素

首先，學科因素。因為物理現象的認識比較困難，所以我們需要全面掌握物理概念，只有了解物理規律才能夠正確認識物理概念。并且，物理知識與規律之間具有很強的相關性，很多物理現象之間都是相互聯系的，我們只有理清物理知識之間的聯系才能夠掌握物理規律。在這種情況下，當我們學習某種物理現象時會涉及到其他相關的物理知識，致使我們學習任務繁重。

其次，學校教育因素。學校教育因素也會影響高中生的物理學習，很多學校為提高高中生的物理成績，加強重視物理教學，鼓勵教師采用題海戰術，增加了學生的學習負擔，導致學生疲于應對物理習題。另外，物理教師的教學態度和教學質量也會影響學生的物理學習。在物理學習的過程中，有些同學因為不喜歡物理老師的講課方式和教學態度而厭惡物理學習。還有部分學生因為跟不上物理教師的講課速度，被越甩越遠，因而物理學習質量也不高。

2.高中生提高自身物理學習質量的路徑

2.1端正學習態度

高中生應積極端正學習態度，正視物理學習的重要性，以積極的心態去對待物理學習。為此，學生應充分了解物理學科在高考中的地位，明確物理學習的目的，激發物理學習動機。并且，學生應及時調整心態，積極適應物理教師的教學方法，加強與物理教師的溝通，遇到物理學習問題應及時向物理教師和同學求助，避免與物理教師產生矛盾，充分尊重教師，在和諧的師生關系下開展物理學習。另外，高中生應正確對待物理成績，不能因為一次考試成績進步而忘乎所以，也不能因為一次考試成績不理想而一蹶不振。高中生應將物理考試作為檢驗自身物理學習的試金石，積極分析物理考試結果的原因，找出自己在上一階段物理學習過程中的進步和不足之處，不斷改進物理學習方法。

2.2培養學習興趣

高中生應積極培養物理學習的興趣，重視物理學習對自身能力提高和素質培養的重要性。首先，高中生積極觀察生活，養成觀察生活的習慣，善于發現并思考生活中的物理現象。并且，高中生應將生活中的物理現象與所學的物理知識相聯系，提高物理知識應用能力，在觀察生活的基礎上，培養物理學習興趣；其次，高中生應積極了解物理發展歷史、著名物理學家、物理學科新動態等內容，從物理學科的宏觀內容發展入手，提高物理求知欲，培養物理學習興趣。

2.3鍛煉學習意志

高中生應加強鍛煉學習意志，堅持學習物理知識。首先，高中生應正確對待外界誘惑，自覺抵制不良誘惑，將精力集中到學習上，增強學習意志；其次，高中生應以樂觀向上的態度去對待物理學習上的困難，合理規劃物理學習時間，遇到困難時應積極向學生和老師求助，增強物理學習成就感，不斷提高物理學習自信心；最后，高中生應充分發揮自主能動性，針對自己的物理短板知識進行專項復習。為此，高中生可以運用網絡上的物理資料和物理課程進行復習，自主解決物理學習困難，加強鍛煉學習意志。

2.4運用科學的學習方法

首先，高中生應積極開展課前預習，在物理課堂開始的前一天對要學的物理知識進行預習，從整體上了解物理新知識，找出物理學習的重點和難點，做到有目的地聽課和學習；其次，高中生在物理課堂結束之后要及時復習所學的物理知識，采用習題練習的方式，加強對所學知識的運用，實現知識的鞏固；最后，高中生應學會作物理筆記，將課堂上老師講的重點內容和難點內容記下來，便于課后復習。并且，在學完一個章節之后，高中生應對章節知識進行系統的整理，構建起完善的知識系統。另外，高中生應正確使用錯題本，將自己容易錯的題目整理下來，并按照知識類型進行錯題分類，找出自己的知識短板進行針對性復習。

【參考文獻】

第6篇：量子物理學范文

【關鍵詞】原子物理學教學；教學內容；教學方法

0 引言

原子物理學是物理學專業的一門重要的專業基礎必修課，是繼力學、熱學、光學和電磁學之后的最后一門普通物理課程。原子物理學是普通物理的重要組成部分，它屬于近代物理[1]。原子物理學包括原子物理、原子核物理和粒子物理[2]。原子物理學是20世紀隨著量子力學的發展而發展起來的，至今，原子物理學的許多問題仍然是科學研究的前沿問題。原子物理學是現代科學技術的基礎，是連接經典物理與現代物理的橋梁。學好原子物理學能為后繼的量子力學、固體物理等課程打下堅實的理論基礎。因此，學好原子物理學具有十分重要的意義。本文根據近幾年原子物理學教學實踐，分析了教學現狀，在教學內容、教學方法上對原子物理學教學進行了研究和實踐。

1 原子物理學教學現狀

首先，原子物理學知識抽象、難懂，沒有清晰的物理圖像。原子物理學是研究原子的結構、運動規律及相互作用的一門科學。其研究的物質結構介于分子和原子核之間，線度約為10-10米，用肉眼是根本無法直接觀察的，只能在頭腦中想象。學生在學習的過程中普遍反映知識很抽象，摸不著頭腦，不像學習力學知識那樣，對物體運動有清晰的物理圖像。其次，教材內容過于老化。20世紀30年代M.Born寫了一本《原子物理學》，H.E.White寫了一本《原子光譜導論》，這兩本書是原子物理學方面的經典之作。現在的原子物理學教材體系一般遵循Born和White模式，大部分的教材內容都是反映20世紀30年代前后的知識，現代科技知識涉及太少。講授理論知識若缺乏實際應用的介紹，將會使知識僵化，知識面狹窄，難以激起學生的學習興趣。

2 原子物理學教學內容的研究與實踐

2.1 恰當處理好玻爾理論與量子力學的關系

大部分的教材內容一般都是按照原子物理學的發展歷史進行編寫的。從原子的光譜實驗到玻爾提出的量子化假設理論（基于經典物理基礎上的量子化，半經典半量子，稱為舊量子理論），再由玻爾理論講授原子的能級、精細結構、超精細結構等。對于微觀領域，正確描述電子運動的是量子力學理論，玻爾理論是有其局限性的。最突出的問題是電子的軌道運動，根據玻爾理論，電子在庫侖力的作用下沿著一些特定的軌道繞原子核運動。在量子力學中，電子運動是由波函數來描述的，滿足薛定諤方程，電子的運動具有不確定性，只能用概率來表示，沒有軌道運動的概念，量子力學中是用“電子云”來形象說明電子的運動。教學中若處理不好玻爾理論與量子力學的關系，會讓學生覺得知識有點混亂，莫衷一是。筆者認為在原子物理學教學過程中，能用玻爾理論解決的問題就盡量不要用量子力學，如玻爾理論不能解決，則可定性地用量子力學知識來解釋，避免復雜的量子力學推導過程。原子物理學雖屬近代物理，但仍是普通物理學的重要組成部分，應該具有普通物理學的特點，要注重基本的物理實驗、物理圖像、物理思想和物理模型[3]。若用量子力學進行詳細的解釋，則要涉及波函數、算符、力學量、薛定諤方程、微擾理論等復雜的量子力學知識，會淡化和掩蓋了原子物理學的基本的物理實驗、物理圖像、物理思想和物理模型。恰當處理好玻爾理論與量子力學的關系，既能使學生易于接受原子物理學知識，又能為后繼的量子力學等課程打下基礎，使原子物理學成為連接經典物理和現代物理的橋梁。

2.2 緊密結合現代科學技術知識

原子物理學是現代科學技術的基礎，隨著原子物理學的發展，新思想，新知識不斷被發現，在此基礎上產生了大量的現代科學技術。如與原子受激輻射有關的激光技術；與原子的內層電子激發有關系的X射線的熒光分析技術、計算層析技術；與物質波有關的電子顯微鏡；與原子能級分裂有關的電子順磁共振和核磁共振等等，其中X射線影像、核磁共振成像已應用到醫學領域[4]。將這些科學技術知識引入到原子物理學教學中，不僅可以加深學生對所學知識的印象，還可以開闊他們的視野，激發學習興趣，培養創新意識，取得良好的學習效果。

2.3 適當引入物理學史

原子物理學的發展產生了許多重要的創造成果，包括1999年在內共有96項諾貝爾物理學獎，其中就有66項是與原子物理學有關的，占到總獲獎數的2/3。這些諾貝爾物理學獎的成果不僅是原子物理學發展的重要里程碑，而且是前輩物理學家創造性研究的典范[5]。在教學過程中，適當地講解一些有代表性物理學家的工作背景、研究思路、研究方法以及他們在面對困難時的科學創新精神、非凡的膽識，都會對學生留下深刻的印象，引起長久的思考。例如，電子自旋假說是20世紀初最重要的假設之一，電子自旋的提出在原子物理學發展歷史中具有里程碑的意義。1925年，荷蘭的兩位在讀大學生烏倫貝克和古德斯密特，在地球運動規律的啟發下，經過深入研究，大膽提出了電子自旋假設。但誰能想到這樣重要的理論是由兩個還沒畢業的大學生提出的。對于兩個年輕人來說，提出這樣的理論不僅需要創造精神，更需要非凡的勇氣和膽識。我們在課堂教學中引入這樣的事例，在學生中激起了強烈的反響，引發了熱烈的討論，極大地提高了他們的學習熱情和學習興趣，同時也培養了學生的創新意識和創新能力。

3 教學方法的研究與實踐

3.1 明確重難點，有的放矢

原子物理學的知識面較廣，知識點松散，各知識點間的邏輯性、系統性不強，再加上學時少，一般只有54學時左右，教學任務重。因此，教學方法就顯得尤為重要。按照原子物理學教學大綱，明確教學中的重難點。每堂課都要向學生明確哪些知識需要重點掌握，哪些需要理解，哪些需要了解。重難點知識要精講、細講，從物理實驗、物理圖像、物理思想、物理模型到具體的推導過程都要講清楚，不惜面面俱到。理解性的內容可講清楚物理思想和物理圖像，不必過多涉及細節性內容。了解性的內容可讓學生課下自行學習，給出一些參考資料，讓學生以讀書報告的形式提交作業。明確教學中的重難點，學生明確了學習目標，提高了學習的積極性，促進了學生的自主學習。

3.2 傳統板書與多媒體教學的有機結合

傳統板書具有講課思路清晰，留給學生較多的思考時間，易于跟上講課思路等優點。對重要公式理論的推導，系統知識的梳理具有良好的教學效果。多媒體教學可演示圖片、動畫、影像資料，具有形象直觀的特點，而且幻燈片記載的信息量大，放映時間少。在原子物理學教學中，將傳統板書與多媒體教學的有機結合起來，能收到良好的教學效果。例如講電子的自旋―軌道相互作用時，先用多媒體演示電子自旋運動和軌道運動的動畫，學生頭腦中有了清晰的物理圖像，然后再采用板書的形式詳細推導其作用規律，就比較容易理解。一些著名的物理實驗現象，現代科學技術應用，著名物理學家生平簡介等都可以通過多媒體展示給學生。既能拓寬學生的知識面，還能活躍課程氣氛，激發學習興趣，提高學習積極性。

4 小結

原子物理學雖已有一百多年的歷史，但仍是具有生命力的，不斷向前發展的科學，原子物理學教學也應不斷地向前發展進步。本文根據近幾年原子物理學教學實踐，在教學內容、教學方法上對原子物理學教學進行了研究和實踐。以期能與同行進行討論，共同提高原子物理學教學水平。

【參考文獻】

[1]喀興林.關于原子物理學課程現代化問題[J].大學物理，1992，11（11）：6-8.

[2]褚圣麟.原子物理學[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]高政祥.原子物理學教學改革的幾點探索[J].大學物理，2001（4）：34.

第7篇：量子物理學范文

本世紀以來，物理學哲學研究有了長足的進步，這與現代物理學所具有的一些新特點有很大關系：一是本世紀理論物理學研究在許多方面超前于實驗物理學的研究，人們無法對理論物理學的一些結構及時通過觀察和實驗進行檢驗，這就使得人們從認識論和方法論角度對物理學思想的合理性和物理學理論自身邏輯結構的自洽性的驗前評價變得十分重要；二是當今各種物理學理論（如相對論和量子論）在逐步統一過程中所顯現出的整體有機聯系的自然圖景和對在極端條件下（如宇宙爆炸初期）的物質特性的探索都促使物理學與哲學進一步融合起來，使物理學家感到了從哲學的高度去更深刻地把握物理學前沿提出的種種物理學理論和概念問題的必要性；三是當代物理學所研究的微觀和宇觀客體的物理性質與規律，由于不能被我們的感官所直接感知，這就必須從認識論的角度說明現代物理學理論描述的微觀或宇觀世界圖景的合理性與真實性，從而在微觀或宇觀世界與我們日常生活的宏觀世界之間建立起一道相互理解的橋梁。

正是現代物理學的這些特點，決定了當代物理學哲學的不同研究途徑，即從不同的角度出發，對物理學進行哲學反思，達到豐富和發展哲學認識論與方法論以及加強對物理學理論和概念自身理解的目的。

一

物理學哲學的研究途徑之一是從通過對物理學概念，尤其是新物理學概念，物理意義的闡釋入手，提高到哲學高度進行分析，進而促進了哲學的發展。這一方面是由于如量子力學創始人之一的海森堡所說：“一部物理學發展的歷史，不只是一本單純的實驗發現的流水帳，它同時還伴隨著概念的發展，或者概念的引進。……因為正是概念的不確定性迫使物理學家著手研究哲學問題”。（〔（7）〕，第185頁），另一方面則是因為物理學是研究最基本的物質運動規律的科學，所以許多最基本的物理學概念，如物質、運動、時間、空間、宇宙等也同時是哲學的基本概念，這些基本概念的變化不僅導致物理學理論的變更，也標志著哲學的重大發展。因此，對這些基本概念的理解，往往是各個哲學流派之間爭論的焦點。而對這些概念的哲學爭論，又總是圍繞著物理學的最新進展而展開，所以從物理學概念入手進行物理學哲學的研究是中外許多哲學家和物理學家最為關注的研究途徑。

科學研究從問題開始，而現代物理學的建立則是從概念問題的突破開始的。普朗克1900年為了解決黑體輻射問題提出了作用量子的概念，但他受經典物理學思維框架的約束，當時并沒有深刻的理解這個概念實質性的物理意義，只把它當成了一般的工作假說加以運用。只是當愛因斯坦（1905年）運用這個概念建立起光量子假說后，它的實質性的、突破傳統經典思維模式的巨大意義才得以凸現出來，并引起物理學界乃至于后來哲學界的廣泛關注。玻爾、海森堡等人沿此思路建立了原子結構模型，并最終建立了量子力學理論，對量子概念物理意義的探討又導致與傳統決定論思維模式相悖的非決定論思維模式的產生，這不僅使物理學的理論基礎發生了根本的變化，而且使傳統的認識論觀念也有了重大的轉變。

當人們對邁克爾遜—莫雷實驗的否定結果迷惑不解時，彭加勒、洛侖茲等人為了維護牛頓的絕對時空不得不提出“虛擬時間”的概念來解釋這一奇怪的結果。愛因斯坦則從麥克斯韋電磁學理論與經典力學伽利略變換之間的矛盾中看出了問題的實質所在。他看出了牛頓所謂的絕對時間并非是有物理意義的真實時間，而彭加勒、洛侖茲等人認為是“虛擬時間”的概念卻是在實際觀測中可以測量到的真實時間，這不僅使邁克爾遜—莫雷實驗的難題迎刃而解，而且一舉建立了狹義相對論。從這里又引發了一輪重新認識時間和空間這一對古老哲學概念的熱潮。

隨著廣義相對論的提出和現代宇宙學的建立，使人們對時間和空間的研究進入了一個新階段。哲學家們紛紛依據物理學的最新研究成果對時間空間概念進行新的闡釋，乃至于給一些古老的哲學命題，如康德的“二律背反”以新的說明。（參見〔（1）〕原蘇聯和我國的一些哲學工作者通過對相對論時間和空間概念與物質運動、物質分布狀態關系的分析，進一步論證了恩格斯當年對時間和空間這對哲學范疇的正確定義。隨著現代宇宙學的興起和發展，人們對“宇宙”概念也有了新的認識，于是，有關宇宙有限還是無限、哲學的“宇宙”概念與現代宇宙學所說的“宇宙”之間究竟是什么關系等問題的討論，又成了哲學界和科學界共同關心的熱點。可是，當人們正沉浸在廣義相對論解決宇宙演化問題所取得的成就時，卻不得不沮喪地發現，所有已知的物理學定律在廣義相對論時空曲面的奇點處都失效了。從理論上來說，所謂宇宙大爆炸最初的原始火球在數學上的表示就應該是一個奇點，也就是說，如果宇宙起源于奇點，我們難以用現有的任何物理學定律說明宇宙爆炸的原因。于是有的科學家戲稱說，既然宇宙是上帝創造的，那么只好把這個問題留給上帝，膽敢問這個問題的人，上帝將使他下地獄。

英國著名物理學家霍金是最早開始研究奇點問題的物理學家之一，近年來也是他提出了試圖用量子引力理論來繞開奇點問題的方法。他為了避免當年費因曼處理微觀粒子時假設的各態歷經的技術困難，并類比他用交換虛粒子來說明粒子間相互作用的方法，提出了“虛時間”的概念。雖然如他自己所說：“虛時間”是一個意義明確的數學概念，“就普遍的量子力學而言，我們可以把我們對虛時和歐幾里得時空的運用，僅僅視作一個計算實時空答案的數學方法（或手段）。”（〔（8）〕，第162頁）但由于量子引力理論假定宇宙沒有任何邊界，“宇宙將完全是獨立的，不受外界任何事物的影響。它既不會被創造，也不會被消滅，它將只是存在”。（〔（8）〕，第164頁）而“虛時間”的應用，則使人們繞開了宇宙起源于奇點和終止于奇點這種用奇點構成時空邊界的困難，讓物理學定律在任何時空區間都有效。正是有這個意義上霍金認為：“所謂的虛時實際上是實的，而我們所說的實時只是我們想象中虛構的事物”，“也許我們所說的虛時實際上是更基本的東西，而我們稱作實時的只是為了幫助我們描述我們想象中的宇宙模樣而創造的一種想法。”（〔（8）〕，第168頁）

霍金對科學理論的看法持有工具論的立場，但對于“虛時間”的概念是否如他所說是更基本的東西，不在于理論上是否更為合用，而在于它是否能夠作出可觀察的預言并在實踐中得到確證。在此以前，我們至少應當接受本世紀初的教訓，不要把我們現有的物理學理論所描述的時空概念又看成是絕對不可改變的，更不應該在沒有充分理解一些物理學家所提出的新物理概念的明確物理意義之前，甚至在沒有仔細閱讀霍金原著的上下文意思之前，就把他們與哲學中的后現代主義思潮拉扯在一起。在這里，重溫一下愛因斯坦的一段話，可能對我們會有所啟發：“為了科學，就必須反復地批判這些基本概念，以免我們會不自覺地受到它們的支配。在傳統的基本概念的貫徹使用碰到難以解決的矛盾而引起了觀念發展的那些情況，這就變得特別明顯。”（〔（15）〕，第586頁）

近期物理學哲學的發展中可能更加值得注意的動向是，隨著本世紀許多新興學科的興起，使許多新的科學概念越來越滲入到哲學研究之中，如系統、信息、控制、混沌、有序、無序等等概念，早已不再是某些專門學科的專業術語。由于這些概念的普適性，它們已成為各門學科中廣泛使用，乃至于在日常生活中經常提到的概念。它們不可避免地會逐步上升為哲學范疇。對這些新概念的產生和普及，物理學有很大的貢獻，正是由于本世紀對遠離平衡態熱力學的研究，才加深了人們對時間方向性，對物質系統的演化，對有序、無序、混沌等等物質狀態的認識，從而也極大豐富了哲學的內容。下面我們還將談到，正是由于這些研究引起了人們思維觀念的巨大變化。從而也使得傳統的哲學在許多方面發生了革命性的變革。

對概念的更高層次的元理論研究已不局限于物理學哲學的范圍，而是在更為廣泛的科學哲學層次里展開的，不過，由于物理學相對于其他學科而言更為成熟，更為精確，物理學史的研究也比其他學科史更為細致，所以許多科學哲學家仍利用對某些物理學概念的分析作為闡述自己觀點和與他人論爭的依據。例如，庫恩和費耶阿本德通過對“質量”這個概念在經典力學與相對論中的不同涵義，以及“電子”這個術語在不同時期指稱對象意義變化的分析，得出了前后相繼的科學理論或不同范式之間不可通約的觀點（參見〔（14）〕、〔（22）〕），從而引起了科學哲學界的極大爭議。而普特南等人則同樣根據對“電子”一詞涵義變化的分析，說明了他的有關自然種類名詞因果—歷史指稱理論，并駁斥了庫恩和費耶阿本德的不可通約性的觀點。

目前，隨著物理學和哲學的進展，沿著這個途徑的物理學哲學研究正在蓬勃發展。一方面，新的物理學概念不斷涌現，人們常常需要從物理學之外對這些概念進行闡釋才能理解它們更深刻更普遍的意義，而這些概念的廣泛應用也不斷充實了哲學的內容；另一方面，哲學自身的發展也需要不斷從自然科學，包括物理學概念的變革中吸取養料，提出新的問題、新的觀點，拓展新的思路。

二

物理學哲學研究的另一個途徑是通過物理學前沿哲學問題的討論，使一些傳統的哲學觀點產生根本變革。這條途徑在很大程度上離不開對新物理概念的分析。從這個意義上說，它與前面所討論的途徑并無根本的區別，只是這條途徑更著重于對物理學前沿所涉及到的一些基本哲學問題，如認識過程中主客體之間的關系，因果性的決定論與非決定論以及與其相關的必然性與偶然性的關系，可知論與不可知論，實在論和工具論等等，進行進入地探討。

本世紀在物理學界和科學哲學界影響最大的一場爭論就是愛因斯坦和以玻爾為首的哥本哈根學派關于量子力學理論基礎的爭論，這場爭論的和至今余波未息的爭論焦點集中在對愛因斯坦等人提出的EPR悖論的理解上。這場發生在量子力學創始人之間的爭論雖然是從對諸如量子力學中波函數的物理意義、海森堡不確定性原理（或譯測不準關系）和玻爾互補原理的理解開始，進而討論到量子力學是否完備的問題，但這場似乎只是純物理學，甚至是理論物理學的科學爭論，一開始就帶上了濃厚的哲學色彩。

這主要是因為微觀客體所表現出來的諸如波粒二象性等特征，用描繪宏觀現象的日常語言實在難以準確表達其確切含義，再加上對微觀客體的實驗安排也呈現出與經典物理學實驗許多不同的特征。如何正確理解量子力學的數學符號所蘊涵的物理意義？量子力學描述的微觀客體的行為特征究竟是不受主體干擾的客觀規律所致，還是宏觀儀器對微觀客體不可避免的干擾下主客體相互作用的結果？微觀客體所表現出的隨機性究竟是微觀客體的本質特征，還是認識主體認識局限性的結果？進而，到對微觀客體行為的理論描述究竟應當堅持決定論的思維模式，還是非決定論的思維模式，用愛因斯坦的話來說，就是我們是否相信上帝會擲骰子？物理理論的每個元素是否都必須在實在中有它的對應物，亦或物理理論只是一種對實在的本體論承諾，甚至只是我們為了解釋現象或解決問題的方便而使用的一種工具或符號系統？這些問題早已不是物理學本身所能解決的，但又是物理學家們不得不解決的，人類不倦的求知欲促使他們轉而尋求哲學的幫助。這就使得本世紀初許多量子力學的創始人都是哲學家，普朗克、愛因斯坦、玻爾、玻恩、海森堡、薛定鍔等人在哲學界的影響并不比他們在科學界的影響小。他們的哲學觀點往往是本世紀科學哲學討論問題的出發點，由此而引發的實在論與非實在論之爭仍是科學哲學界的熱點問題之一。他們的哲學專著又成了許多一流科學家案頭必備的讀物，以便隨時從中得到智慧的啟迪。實際上，愛因斯坦與玻爾這場上升到哲學的爭論，經過貝爾等人的努力，重又變成了用物理學實驗可以進行經驗檢驗的問題，檢驗的結果雖不足以最終決定誰是誰非（盡管哥本哈根學派明顯占了上風），但卻明確說明了物理學與哲學的密切關系，物理學哲學絕不是純思辨的玄學。

當然，一流科學家也是哲學家的現象絕不僅限于量子力學領域。彭加勒、布里奇曼等人不僅在物理學界享有盛譽，甚至還是一些哲學流派（約定主義，操作主義）的創始人。維納、普里高津等人雖然算不上正統的哲學家，但他們的哲學素養卻為世人所公認，他們的科學成就對哲學思維方式的影響應當說有劃時代的意義。從康德提出星云假說開始在當時占統治地位的形而上學世界觀上打開了第一個缺口，但完成這個星云假說的拉普拉斯卻把從牛頓開始的機械決定論思維推向了極端，并且產生了巨大的影響。如果說量子力學哥本哈根學派的非決定論思想是對這種機械決定論思想發起的一場重要挑戰的話，那么由于量子力學只涉及到微觀領域，還不足以在思想界和科學界抵消拉普拉斯的影響。19世紀德國古典哲學家們總結的辯證法思想雖然曾對19世紀科學的發展產生過影響，但由于其思辨色彩太濃也受到了許多科學家的抵制。但貝塔朗菲、維納等人創立了系統科學，尤其是普里高津等人從熱力學等實證的經驗科學本身得出系統演化的思想以后，普遍聯系和發展的觀點對于科學家們來說，不再是外在的哲學教條，而是在科學中必須嚴格遵守的思維準則。更重要的是，自組織理論、非線性科學所揭示偶然性與必然性之間的新聯接清楚地表明，非決定論的思維方式絕不僅限于微觀領域，嚴格因果決定論在我們日常生活中也不是普遍適用。我們不能再用嚴格因果決定的觀點來作為可知與不可知的界限，我們知道我們認識的某些界限（例如長期準確天氣預報的不可能）也是可知，甚至是認識深化的表現。對看似無序的混沌現象的研究，卻使我們能夠說明許多過去簡直無法理解的復雜現象，例如天氣變化，中樞神經系統運動等等。物理學哲學在這方面的研究方興未艾，盡管已有了一些成果，但還只能算是剛剛起步。物理學哲學的發展，已經引起了越來越多在物理學前沿領域工作的第一流科學家們的注意，對他們的研究工作產生了一定的啟迪作用。

三

利用當代物理學及其相關學科的最新成果構建新的自然圖景，并對此進行哲學反思是物理學哲學的又一研究途徑。其實，這個研究傳統由來已久，哲學既是一種理論化、系統化的世界觀，對世界作一個總體的描繪和系統全面的認識就是它的首要任務。古代自然哲學憑借哲學家自己的直觀和猜測來構建整體的世界自然圖景，結果是五花八門，莫衷一是。自從近代科學誕生以后，哲學家們（即使是宗教哲學家）或多或少都要依居他們所知的自然科學成果來構建自己的自然圖景，但他們對這幅圖景的理解或解釋卻可以由于他們的信仰而有很大的差異，甚至根本對立，尤其是當他們面對最新的科學成果，而這些科學成果表現出了一些與傳統哲學不同的思維方式時，更會使哲學家們對這些科學成果的理解上產生更大的差異，由此而引起的爭論往往成為哲學界的熱點。

現代物理學的發展使古老的涉及到自然圖景的爭論，如物質是否無限可分和宇宙是否無限等問題又增添了許多新的內容。

上世紀末物理學中關于X射線、電子和放射性現象的三大發現打破了原子不可再分的古老神話，揭開了人類對物質結構探索的新篇章。隨著原子結構和基本粒子的大量發現，物質無限可分的觀點似乎得到了科學實驗的有力證明。但正當人們信心百倍地探索到更深層次的亞基本粒子結構——夸克層次的時候，卻碰到了在實驗中無法測到自由夸克的所謂“夸克禁閉”現象。那么，這個目前得到量子色動力學理論說明的現象是否意味著物質有不可再分極限的古老原子論觀點又有抬頭的可能呢？對這個問題的爭論正在繼續進行。

相對論的建立不僅賦予時間和空間概念以新的含義，而且極大地改變了人們對自然圖景的看法，尤其是廣義相對論對宇宙時空幾何結構的描述，使從牛頓時代建立起來的宇宙圖景發生了重大的變革。現代宇宙學的誕生向人們描繪了一幅宇宙演化的生動圖景，一方面更充分地說明了宇宙中事物普遍聯系和無限發展的辯證唯物主義觀點，另一方面也使人們對宇宙時空結構是否無限的問題產生了新的疑惑。顯然，過去停留在從純哲學思辨或純邏輯學論證（如康德的“二律背反”）上來討論宇宙有限無限這一古老問題是遠遠不夠了。離開了對現代宇宙學，天體物理學，乃至于非歐幾何學的深刻理解來奢談這一問題，已顯得是隔靴搔癢，不得要領了。

實際上，今天我們討論自然圖景的問題還不能僅僅停留在物理學層次上，我們這個時代已經形成了關于自然進化的自組織理論和全球生態學的理論，這些綜合性的學科已經大大豐富和更新了我們的自然圖景。這迫使我們不僅要立足于當代物理學發展的最新成果，而且還要聯系到其他學科發展的最新成果，樹立把自然界看成是不斷演化的有機體的認識原則，去構筑最新的完整的自然圖景。這顯然對哲學家提出了更高的要求。當然，即使如此，物理學仍然是各門經驗自然科學的基礎。任何對自然圖景的描述，都不可能脫離這個基礎。這一發展趨勢只是為物理學哲學的這一研究途徑開辟了更為廣闊的發展前景。

四

物理學方法論的研究也是物理學哲學的一個重要內容。物理學理論的發展總是與物理學方法的更新與發展緊密相連，相輔相成的。例如，近代物理學的誕生，就得益于伽利略，牛頓等人在研究方法上的大膽創造與革新，他們把觀察、實驗等經驗方法與數學、邏輯等理論方法有機結合起來，還創造了諸如將形象思維和邏輯思維巧妙結合的理想實驗方法（伽利略），甚至發明新的數學工具——微積分（牛頓）。這些方法上的成就不僅大大推進了物理學的進展，而且具有重大的方法論意義，為以后物理學的發展起了巨大的示范作用。現代物理學的發展更清楚地表明，物理學每前進一步，都伴隨著方法上的重大革新與改進；而物理學作為一門基礎科學，它的每一步發展，又為人們創造新的方法、設計新的實驗儀器和設備提供了新的理論基礎，從而不僅為本學科的發展開辟了新的領域，創造了新的條件，而且還大大影響和促進了其他學科的發展。本世紀物理學借助相對論和量子力學的相繼建立取得了重大的進展，而如何將二者更緊密結合起來創造一種統一的物理學似乎是下個世紀物理學發展的一個方向。如何為實現這個目標取得方法上的突破便成了當前物理學方法論研究中的一個熱門問題。

美國哲學家蒯因曾經把知識體系比喻成為一個整體場。他說：“整個科學是一個力場，它的邊界條件就是經驗，在場的周圍同經驗的沖突引起內部的再調整。”（〔（18）〕，第694頁）也就是說科學的理論陳述和與之相應的數學、邏輯和形而上學陳述一起組成了這個整體的知識場，“根據任何單一的相反經驗要給哪些陳述的再評價的問題上有很大的選擇自由，并無任何特殊的經驗是和場內部的任何特殊陳述相聯系的”。（同上）為了適應經驗的變化，例如說要解釋一個新的觀察現象，不僅可以改變理論陳述，也可以調整其他的陳述，如改變一種數學方法，調整我們的本體論信念，乃至于修改有關的邏輯規則，“有人曾經提出甚至邏輯的排中律的修正作為簡化量子力學的方法”（同上）。蒯因的上述想法并非是純哲學的思辨。現代物理學的發展已更清楚地表現出了理論與方法之間這種聯動的特征。

首先，現代物理學對物質結構和宇宙起源的探索，涉及諸如“夸克禁閉”和真空特性等問題，解決這些問題，一方面依賴于理論的進一步突破，另一方面也依賴于實驗手段的改進。

其次，本世紀初，相對論與量子力學的思想一經形成，就可以在19世紀下半葉新興的數學分支中找到相應的數學工具，如非歐幾何學、張量分析、線性代數等等。在有關基本粒子的規范場論中，群論也得到了很好的應用，但隨著現代物理學的進一步發展，數學手段已顯得不夠得力。例如，目前關于大統一理論的研究難以取得有效的突破，癥結究竟是在相對論與量子力學自身難以統一，需要建立一種能取代二者的新理論，還是缺乏必要的數學處理方法就是尚待解決的問題。

第三，在量子力學的賴辛巴哈解釋中，賴辛巴哈試圖建立一種消除形式邏輯排中律的三值邏輯來消除用經典語言描述微觀客體行為時與量子力學結論相悖的因果異常。這種新的邏輯形式揭示了用傳統形式邏輯描述不確定現象時的困難。（參見〔（5）〕）沿著賴辛巴哈的思路，有人進一步發展出應用抽象代數學中“格演算”的工具，用基本聯詞“遇”與“接”來取代“與”和“或”用以更好地刻劃量子領域中的“亦此亦彼”現象，并使這種最子邏輯可以用一種廣義的命題演算工具表述。（參見〔（23）〕）雖然這一設想還沒有得到廣泛應用，但畢竟給我們一個啟示。量子物理的理論具有高度的辯證性質，“非此即彼”的形式邏輯思維已不足以解釋量子物理實驗中眾多的“亦此亦彼”的現象，而一種新的邏輯思維方式可能是現代物理學取得進一步突破的關鍵。這正如日本物理學家武谷三男所說：“量子力學的情況，如果從我們通常的觀念看來，是充滿著矛盾和難以克服的困難，但量子力學卻是以獨特的數學結構卓越而合理地把握了它，要理解這種邏輯結構，唯有依靠辯證邏輯。”（〔（3）〕，第100—101頁）形式邏輯產生了古希臘時期，是人類對宏觀事件進行思維時對規律的總結。但當我們深入到前人未曾接觸過的微觀和宇觀領域時，由于物質決定意識，我們的思維方式是否也應該發生某種變化呢？現在的問題是，針對現代物理學中出現的一些難以解決的問題，如EPR悖論，我們除了繼續在物理學理論上尋求突破之外，是否也可以換一種邏輯思維方式，甚至如本世紀一些杰出物理學家，如玻爾、普里高津等人所說的那樣，現代物理學可以從古老的東方文化中吸取有益的營養，來幫助尋求現代物理學的突破口呢？

五

以上我們雖然分別評述了物理學哲學研究的不同途徑，但這并不意味著物理學哲學研究途徑之間的差別就是涇渭分明的，恰恰相反，正如我們在上面敘述中已經表露出來的那樣，這些研究途徑之間是緊密相連、相輔相成的，其區別只在于我們研究的問題傾重點不同罷了。任何最新自然圖景的構建都要建立在自然科學前沿的研究成果之上，對自然科學前沿問題的正確理解就是構建新自然圖景的關鍵所在。但任何新理論成就的取得又都離不開概念的更新和對這些概念的澄清。上述研究當然也離不開對物理學方法的反思和創造。總之，當代物理學哲學是對物理學的歷史與現狀進行全面反思的一門哲學分支學科，它的研究既會對物理學的進一步發展有一定的啟發作用，也由于涉及到哲學的本體論、認識論和方法論的各個方面，又會對豐富和發展當代哲學做出應有的貢獻。

近年來，我國一些物理學家和自然辯證法工作者運用辯證唯物主義思想，從以上各條途徑上全面展開了研究，尤其是對物理學前沿科學成果所產生的哲學問題的辯論，例如，涉及到大爆炸宇宙學的有關宇宙有限無限問題，涉及到“夸克禁閉”現象的物質是否無限可分問題，對有關EPR悖論的阿斯佩克特實驗結果的理解問題等等，都引起了哲學界和部分物理學家的廣泛關注。我們還注意到，國內一些哲學教科書已經根據上述問題的討論充實和更新了有關的教學內容，這是值得欣慰的。但我們也應當看到，我國目前物理學哲學研究的水平與國外同行相比還有一定差距。其主要表現就是對當代物理學基本思想的理解還不深，還難以提出獨到的令物理學界和哲學界都信服的觀點，而當年賴辛巴哈、波普爾、邦格等哲學家參與有關量子力學基礎問題的爭論時，都曾提出過令當時還健在的量子力學創始人和眾多諾貝爾物理學獎金得主都不得不重視的觀點。（參見〔（3）〕、〔（4）〕、〔（5）〕）這主要是因為我國第一流的物理學家關心物理學哲學的人數還太少，而受過專門物理學訓練的哲學工作者（包括自然辯證法工作者）也不多，二者之間交流的機會就更少。我們熱情地期待，會有更多的哲學和物理學工作者參加到物理學哲學研究的行列中來。

主要參考文獻

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（17）伊·普里戈金、伊·斯唐熱：《從混沌到有序》，上海譯文出版社，1987年。

（18）洪謙主編：《邏輯經驗主義》，商務印書館，1984年。

（19）吳國盛主編：《自然哲學》，中國社會科學出版社，1995年。

（20）殷正坤等主編：《智慧的撞擊》，湖北教育出版社，1992年。

（21）殷正坤、邱仁宗：《科學哲學引論》，華中理工大學出版社，1996年。

第8篇：量子物理學范文

強、弱、電三種相互作用的標準模型的建立與精確檢驗是20世紀物理學最偉大的成就之一，它把基本粒子的強、弱、電三種相互作用的描述成功地統一起來，成為人類揭示最深層次物質結構的強有力的工具。但是，迄今一直未能把引力統一進來始終是極大憾事。究其原因在于引力的量子化帶來一系列長期困擾物理學界，至今仍難以解決的嚴重問題。積極探尋這些問題的解決辦法，近年來成為理論物理學家極為關注的熱點。本書正是作者為解決問題而孜孜不倦、努力奮斗的結果。在本書中作者認真地考查了這些研究活動所涉及的物理概念與哲學基礎，特別是評論了人們提出的各種建議與模型的前提和自洽性。

作者曾與L.Susskind合作寫過一本關于黑洞的書，介紹靜態幾何的量子物理與相對論以及視界物理的一些信息。然而作者最近研究表明對于一旦納入動力學描寫時，這些結果必須做一些定性的修改。本書是作為以前出版的那部書的進一步詳細的闡釋和擴充，但是也包含了一些新的材料，其中包括詳細考查在相對論框架內納入量子力學的基本自洽性，包括了動力學空間相關幾何學，并擴展了前一本書寫作中涉及物理學基礎的一些討論，嘗試探討微觀物理學中可以與引力的微觀理論自洽的內容。本書特別強調：在尋找最優雅的物理現象的模型時人們必須記住：物理學是一門實驗科學。他希望以此激勵讀者對于新知識，特別是通過實驗探索物質性質的興趣。

全書內容分成兩大部分，共包括9章。第一部分 伽利略相對論與狹義相對論，含第1-4章：1.經典狹義相對論；2.量子力學、經典力學和狹義相對論；3.粒子相互作用的微觀形式；4.量子力學中的群論。 第二部分 廣義相對論，含第5-9章：5.廣義相對論基礎； 6.彎曲時空背景中的量子力學；7.視界與陷俘區的物理學； 8.宇宙學； 9.相互作用系統的引力。

本書以物理系和自然哲學領域的大學生和研究生以及數學和粒子物理領域的研究人員為主要的讀者對象。對于物理模型以及與主流物理學自洽的實驗感興趣的理論物理與自然哲學家也是一部重要的參考書。但閱讀本書的讀者應當具有量子力學、廣義相對論、統計物理學和物理學基礎知識。

第9篇：量子物理學范文

一、反常霍爾效應的前世

（一）霍爾效應

霍爾效應是美國物理學家霍爾于1879年發現的一個物理效應。在一個通有電流的導體中，如果施加一個垂直于電流方向的磁場，由于洛倫茲力的作用，電子的運動軌跡將產生偏轉，從而在垂直于電流和磁場方向的導體兩端產生電壓，這一現象就是霍爾效應。

霍爾效應在應用技術中非常重要，特別是在現代汽車上廣泛得到應用。

（二）量子霍爾效應

作為微觀電子世界的量子行為在宏觀尺度上的完美體現，量子霍爾效應（強磁場中，縱向電壓和橫向電流的比值隨著磁場增強而出現的量子化特點）一直在凝聚態物理研究中占據著極其重要的地位。1980年左右，德國科學家馮·克利青發現了整數量子霍爾效應，獲得1985年諾貝爾物理學獎。1982年，美國物理學家崔琦和施特默等發現了分數量子霍爾效應，這個效應不久由另一位美國物理學家勞弗林給出理論解釋，他們三人榮獲1998年諾貝爾物理學獎。

量子霍爾效應在未來電子器件中發揮特殊的作用，可以用于制備低能耗的高速電子器件。例如，如果把量子霍爾效應引入計算機芯片，將會克服電腦的發熱和能量耗散問題。然而它需要的強磁場設備不但價格昂貴，而且體積龐大（衣柜大小），也不適合于個人電腦和便攜式計算機。

二、反常量子霍爾效應

1880年，霍爾在研究磁性金屬的霍爾效應時發現，即使不加外磁場也可以觀測到霍爾效應，這種零磁場中的霍爾效應就是反常霍爾效應。反常霍爾效應與普通的霍爾效應在本質上完全不同，反常霍爾效應是由于材料本身的自發磁化而產生的，因此這是一個全新的量子效應，有可能是量子霍爾效應家族的最后一個重要成員。如果能在實驗上實現零磁場中的量子霍爾效應，利用其無耗散的邊緣態發展新一代的低能耗晶體管和電子學器件，從而解決電腦發熱問題和其它的一些瓶頸問題，推動信息技術的進步。但反常霍爾效應的量子化對材料性質的要求非常苛刻，美國、德國、日本等科學家未取得最后成功。

2009年，清華大學薛其坤院士帶領團隊向量子反常霍爾效應的實驗實現發起沖擊。

2010年，中科院物理所的方忠、戴希理論團隊與拓撲絕緣體理論的開創者之一、斯坦福大學的張首晟等合作，提出了實現量子反常霍爾效應的最佳體系。由清華大學的薛其坤、王亞愚、陳曦、賈金鋒研究組，與中科院物理所的馬旭村、何珂、王立莉研究組及呂力研究組組成的實驗攻關團隊合作，開始向量子反常霍爾效應的實驗發起沖擊。截止到2013年的四年中，團隊生長和測量了1000多個樣品，利用分子束外延的方法使之長出一層幾納米厚的薄膜，然后再摻進去鉻離子，生長了高質量的磁性摻雜拓撲絕緣體薄膜，將其制備成輸運器件并在幾毫開的極低溫度環境下對其磁電阻和反常霍爾效應進行了精密測量。終于發現在一定的外加柵極電壓范圍內，此材料在零磁場中的反常霍爾電阻達到了量子霍爾效應的特征值h/e2～25800歐姆，世界難題得以攻克。薛其坤院士說：這是我們團隊精誠合作、聯合攻關的共同成果，是中國科學家的集體榮譽。

三、量子反常霍爾效應的意義及發展前景

量子反常霍爾效應之所以如此重要，是因為效應可能在未來電子器件中發揮特殊作用，無需高強磁場，就可以制備低能耗的高速電子器件，例如極低能耗的芯片——這意味著計算機未來可能更新換代。

霍爾效應是諾貝爾獎的富礦。最近一次也是第三次與霍爾效應有關的諾貝爾獎是2010年的諾貝爾物理獎。2005年，英國科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，在常溫下觀察到量子霍爾效應。他們于2010年獲諾獎。石墨烯這種“超薄的碳膜”厚度只有0.335納米，是至今發現的厚度最薄和強度最高的材料。

此外，量子自旋霍爾效應于2007年被發現，2010年獲得歐洲物理獎，2012年獲得美國物理學會巴克利獎。