量子化学论文范文

量子化学论文篇1

【关键词】量子场论 还原性 问题

物理中的突现主要是指很多因素，对于系统组成要素具有性质问题，不是在于任何单个要素，因素系统的低层次形成时期才会出现，所以说才成为涌现。系统功能之所以表现是整体会大于部分，是因为系统会涌现出新质因素。人们对于这一个现象的研究是从生物学开始的，后来应用于人工智能和复杂物理理论中，随着社会现代科学即使发展，出现了很多问题，在整体性为主题中，量子场论的建立都针对很多问题进行发展和研究，也引发了很多原论和反原论问题深入研究。从重整化操作参数中选取任意性理论问题都是没相关性，场论知识具有自主性理论体系，各个理论之间没有关系，所以说量子场论涉及当今物理学和哲学领域很多问题。

1 有效场论思想的提出分析

一般意义的有效场论指的是某一个研究领域事物内在机制理论问题，也就是用粒子物理学家话来说就是有效理论对于物理参数空间物理实体描述，从物理学看，很多物理学理论都是随着不断变化而形成了多样性，也就是同一物理实体中的粗放型和精致形理论，这就构成了物理学参数空间唯像学理论研究。不需要费心去寻找一个物理终极理论，只要能够恰当的描述一切现象就可以了，从本质上讲也就是说对于物理具有本身局限性，是反映物理世界信息模型问题。

为了能够很好协调量子力学和相对论之间量子场论，就应该考虑到二次量子化，也就是一种包含粒子生产的基本粒子问题，在数学中量子场论系统拥有无穷自由度，数学中对于理论有很多新的要求，对于重整化问题解释争论也是突出表现了场论思想提出，从历史发展来看，重整化理论是具有一定场论理论依据的。对于有效场论思想提出都有一定追溯作用。

从重整化方法发展历史看，有效思想在建立量子场论中是非常富有启发作用的，量子场论语言的作用是非常恰当描述依赖作用的，本质就是能够超级力量。有效理论思想可以很好推动量子场论深入发展，也就是说基础物理学家说的基础物理学问题，本质上就是高能物理学和低能物理学之间相互隔离和各个击破研究问题。如何划分物理现象标准能否跨度，形式随着精度分化不断变化，也就是在重整化基础上能够实现对于理论重整。能够就会出现很多处理重整化物理学理论发展的初始阶段是处理量子电动力学发散引进方法，对于物理学家首先应该引起截至作用，将发散部分吸收，然后再进行重新定义理论参数问题，在这个过程就会出现很多处理方法问题，重整方法从此就会成功开始。随着测试现象尺度变化物理学作用和结构也会发生变化，接着人们就会缓慢减小截至思想指导，运用重整化参数变化情况进行更深度分析和研究，有效的将参数和分数关系用数学方式描述出来。能够在群方程参数变化中，降低重整化的有限维子丛。有效的低能理论有别于高能的情形，不同的高能日量可能 会产生相同低能日量，事实上在数众多不同质量粒子共存体系中，系统能量远会小于粒子质量，这时质量扮演截至就可以近似重整化有效场论，质量的影响也会相互作用不可重整化，一种新的可重整化量子场论理论广泛应用自然会导致人们对于基础物理学看法，这种观点的转变结果是量子场论的标准模型问题。

2有效场论引发的争论问题

人们认为基础物理学研究宇宙物质基础结构和物质运动规律的学科，所以说近代自然科学追求的确定性和必然性，根据这个观点对于高能物理学享有的基础地位和粒子物理学的终极理论都是有一定领地的。从弱点理论到量子色动力学发展起来的标准模型，在基础物理研究中都具有里程碑意义和作用，根据标准模型可以看出，物质有夸克和轻子组成，他们之间相互作用可以用一个统一规场论来完成，量子场论这种进展就是重整化方法更加深入人心。

重整化概念对于标准模型哲学基础构成需要更加深入分析和研究，在理论早起时候，重整化的概念在处理微饶问题时，物理学家对于突现驾驶主要是纠缠于两种备选方案，就是前面提及到的还原论和反还原论述，分别指的是高能物理学和凝聚态物理学问题。粒子高能物理学的科学家以高能物理学基础来辩护，就是粒子物理学提升了人们对于物理世界的认识，引领人们一步步走到宇宙绝对性结构面前，在还原论中也有很多关键性词语，所以说凝聚物理学家工作和粒子物理学家工作是一样的基础性。

还原重整化概念建立的历史进行实证分析，确实是可以提供理论之间相关性依据问题，但是这种论证本身没有坚实基础。理论之间联系建立只是局限于特定语境，另外理论之间是否存在基础性问题，也只是局限于各种文化层次之间，理论是否具有一定基础性争论，将是未来人类文明发展的重要问题。也就是理论之间存在内在很多联系，反还原阶段基于突现事实理论之间联系，量子场确实恰当又方面的描述了特定精度物理现象问题。根本上依赖于特定语境中和物理相对应的世界，其中包括主观意向、理论背景和实验测量问题等，所以要不断结合各种综合要素进行分析和科学解释人类现象。

3结语

粒子物理中物理场论等多个理论之间相互竞争并存在很多现象，有效的微观世界信息，可以反映客观理论语境，这样就会避免工具主义无法解释参量问题，和实在主义经验数据问题，总之就是客观事物本身是非常丰富多彩和复杂多变的，一种语言描述复杂事物行不通，对于还原论和反还原论争论，问题不是一方压倒另一方，而是要相互之间能够互补，全面客观的把两者进行相互结合起来，做到最大限度的兼收并蓄、取长补短和综合统一。

参考文献：

[1] 王博涛，舒华英.基于自组织理论的信息系统演化研究[J]；北京邮电大学学报（社会科学版），2006年01期.

[2] 林祯祺.从量子论到玻色-爱因斯坦统计[J]；重庆师范大学学报（自然科学版），2006年04期.

[3] 聂耀东，彭新武.复杂性思维・中国传统哲学・深层生态学[J]；思想理论教育导刊；2005年04期.

[4] 陈嘉映.论近代科学的数学化[J]；华东师范大学学报（哲学社会科学版），2005年06期.

量子化学论文篇2

关键词:经典相对论;宇宙学;量子引力;概念解释;形而上学

正如巴特菲尔德和厄尔曼编撰的《物理学哲学》一书所言，近半个世纪以来，物理学哲学充满活力有两个重要的原因，第一是与所分析的科学哲学的形成期相关，第二则是近半个世纪以来物理学自身的研究有关。也正因此，在物理学哲学发展的进程中，其研究的论题和研究方法也随着科学哲学和物理学自身的论题和方法进行着改变。在很长一个历史时期内，物理学哲学曾经关注经验物理学领域，物理学哲学的探讨与对客观性、真理性以及科学合理性的辩护分不开。而在当前宇宙学、量子引力发展的前沿时刻，《物理学哲学》一书体现了当代物理学哲学研究的新特点。本书与以往物理学哲学书籍最大的不同之处就在于，在以往物理学哲学著作往往重点讨论统计物理学、相对论和量子力学的哲学问题的基础上，增加了新的领域:“这些支柱的结合”———量子引力，并运用决定论和对称性这两个“能架起联结物理学理论间(甚至三大支柱间)鸿沟的桥梁”的主题，把最终的讨论由具体引向一般，从而让我们看到两个结论:第一，物理学哲学和物理学之间并不存在清晰的界限。第二，物理学概念的复杂化，想要借由物理学去丰富哲学，并非容易。本文主要就书中的“经典相对论”、“宇宙学中的哲学问题”和“量子引力”等内容进行分析，指出它们所揭示的物理学概念解释的新特征以及物理学理论理解的新特征。

一相对论、宇宙学和量子引力哲学概要

巴特菲尔德在引言中指出，数学的相对论者在不断深化我们对广义相对论基础的理解。大卫•马拉蒙特的“经典相对论”［1］一文就明显具有这样的特点，并不讨论经典相对论的历史发展及其实验依据，而是以微分几何的语言，从概念和形式化的角度对相对论的结构以及相对论引发的一些基础问题进行了分析和讨论。首先从描述相对时空的结构开始，相对论的弯曲时空是一类几何模型(M，gab)表示的相对时空，其中M为一个平滑的连续的四维流形，gab是M中的一个平滑的半黎曼度规。其中每个模型都代表一个与理论的约束条件相容的可能世界。M可以解释为世界中点事件的流形，而gab的解释则关乎四个物理学解释性原理，由点粒子和光线的行为决定，由此把引力和时空几何效应等同起来。当粒子只受到引力作用时，它的轨迹为弯曲时空的测地线。而任何质量粒子的加速度即偏离测地线的轨迹，由引力以外的力决定。马拉蒙特详细地描述了gab的解释性原理和限定条件。在此基础上分析了本征时间、某一点的空间时间分解及粒子动力学、物质场、爱因斯坦方程、类时曲线的汇与“公共空间”、基灵场与守恒量等内容。经典相对论中所有发生的事件都可以用物质场F表示，为时空流形M中的一个或者多个平滑张量或旋量，满足包含gab的场方程。Tab为与F相关的能量－动量场，时空的弯曲受物质分布的影响，任意区域的时空度规和物质场会发生动力学相互作用，遵循爱因斯坦方程。在专题讨论部分，关于闵可夫斯基时空中的相对同时性的地位，试图还原爱因斯坦定义同时性对标准关系选择的特定背景;关于牛顿引力理论的几何化，将引力化的牛顿理论与爱因斯坦相对论进行了结构上的对比;关于时空的整体“因果结构”，关注了什么程度上时空的整体几何结构能够从其“因果结构”中得到。“宇宙哲学中的问题”［2］的作者是乔治•F．R．埃利斯。宇宙学哲学的部分在书中起着承上启下的作用，因为一方面，宇宙学哲学的研究基于爱因斯坦广义相对论引力理论时空曲率和宇宙的演化由物质决定的思想，用广义相对论描述宇宙远古时期之后的演化;另一方面，由于在黑洞以及宇宙大爆炸初期物质高密度状态下无法忽略引力问题，因而无法避免引力理论。总的来说，整篇文章把当代宇宙学看作是观测宇宙学、物理宇宙学、天文宇宙学与各种形式的量子宇宙学共生共长、互惠互补的综合理论系统，想要给出一个“描绘真实宇宙起源和演化的理论”。主要内容分为两大部分，第一部分为宇宙学概论，包括基本理论、热大爆炸、宇宙观测、因果和可视世界、理论的发展、暴胀、极早期宇宙、一致性模型等内容，并澄清了关于宇宙暴胀和超光速等问题的一些误解。在埃利斯看来，“宇宙学正在由一种猜测性的事业向真正的科学转变，这不仅带来了与科学革命相近的多种哲学问题，也使得其他哲学问题更加紧迫，例如关于宇宙学中的说明和方法等问题。”因此文章第二部分进行的问题讨论围绕这些说明和方法问题展开，讨论了宇宙的唯一性、宇宙在空间和时间上的巨大尺度、早期宇宙中的无约束能量、宇宙起源的解释问题、作为背景存在的宇宙、宇宙学明确的哲学基础、有关人类的问题:生命的精细调节、多元宇宙存在的可能性和存在的本质等九大问题。在此过程中，埃利斯提出了34个论点，关涉到这9个问题的方方面面，包括人择原理和多重宇宙存在的可能性等。这些论述关乎几何学、物理学和哲学，它们构成了宇宙学面面临的哲学问题的环境及其与局域物理学之间的关系。埃利斯期望通过这一系列讨论改变人们认为宇宙学只不过是确定一些物理参数的简单看法。“量子引力”［3］一文的作者是卡罗尔•罗韦利，内容大致可分为四个方面。第一，量子引力的研究方法，包括早期的历史和方向、目前的主要尝试性理论等。量子引力的早期思想可以概括为“用一个理论来描述引力的量子特性”。期间出现的第一种方法是罗森菲尔德等人的“协变化”方法，通过引入一个虚构的“平坦空间”来考虑周围度规的微小涨落，并且运用电磁场中的方法来对这些波进行量子化;第二种是伯格曼等人的“正则化”方法，研究和量子化整个广义相对论的哈密顿函数，而不只是量子化其围绕平坦空间的线性化函数;第三种是米斯纳等人的路径积分方法。目前主要的尝试性理论主要介绍了基于协变化方法发展起来的弦理论和基于正则化方法发展起来的圈量子引力理论以及它们之间的争论。第二，关于量子引力研究方法论问题。指出量子引力研究的理由包括经验数据的缺乏和对引力是否应当量子化的思索。分析了当前量子引力研究中的各种态度以及科学知识的累积性和科学哲学的影响。第三，空间和时间的本质，包括广义相对论的物理意义、背景无关性、时间的本质等。第四，与其他未决问题之间的关系，包括统一、量子引力学的解释宇宙学常数、量子宇宙学等等。这些章节的详细内容不是本文的重点，我们想要做的，是分析作者的研究方式所代表的当代物理学哲学研究的视野和方法的转变。本书的研究方式明显地具有两个特征:第一个特征关乎物理学概念的解释:物理学的概念解释脱离不开数学形式化下的整体系统;第二个特征关乎新的物理学理论的理解:在理论的发展中处处显示物理学和形而上学的交织统一。这两个特征与这些物理学研究领域实验检验的缺乏以及理论构造的特征密切相关。

二物理学概念解释的新特征:数学形式化整体系统中的关联解释

巴特菲尔德相信当前基本物理学中的基础问题会为物理学哲学提供从最为有趣且最为重要的问题，而我们关注的是本书处理这些基础问题的方式。虽然从章节上来看，物理哲学的论题被划分为若干个领域，但从内容上，完全可以看到作者的用心，站在当代数学物理学发展的高度用整体微分几何等数学语言对物理学系统进行重新形式化和解释，每一章节的紧密联系使得物理学作为一个整体系统得以呈现。其中对每一个物理概念解释的细节，正是物理学哲学追求的基础问题的答案。可以说，概念解释居于本书的核心地位，物理学哲学解释问题的最重要的方式就是处理当代物理学中的概念和解释问题。

(一)物理学概念的解释:我们理解世界的基础

物理学的发展时时刻刻影响着人们对世界的理解方式，其途径就是物理学概念的解释。经典物理学、相对论和量子力学曾极大地改变我们对世界的看法，它们在经验上的有效性曾经强化过我们对科学理论客观性和真理性的观点，也曾让很多物理学家追求理论的实用性而认为有些基础性的问题毫无意义。但当前宇宙学和量子引力理论的提出，使人们重新注视广义相对论和量子力学的不相容性的时候，从广义相对论以来的一些基础性问题和哲学问题得以重新复兴。相对论为我们宇宙的时空结构确定了一类几何模型，其中每个模型都代表了一个与理论的约束条件相融的可能世界或区域。而我们对时空的理解涉及整体时空结构和爱因斯坦方程的约束条件等等。宇宙学和量子引力的研究则让我们明白，改变我们对空间和时间的理解的广义相对论是在可以忽略引力的量子特性时对引力进行描述的场理论，那么真正的空间和时间的本质又是如何呢?我们对宇宙起源的理解绕不开量子引力方法的尝试，但这种尝试要受到很多约束，比如成熟量子引力理论的缺乏、量子力学基础问题，比如测量问题、波函数的塌缩问题等。现在人们期望得到的成功量子引力的路径基于目前理论的发展，比如惠勒－德维特方程和宇宙波函数思想、来自弦论思想的高维时空方法，或者圈量子引力的应用等。但这些问题是否能真正解决宇宙起源的问题却并没有确切的答案，比如维兰金的创生虚无的真理论的理解要依赖于量子场论的精致框架和粒子物理学标准模型等很多结构，而这些基础本身也是需要解释的。可以说，我们理解世界的基础就在于我们用于理解它的那些概念的意义。

(二)概念解释的新特点:数学形式化下整体系统中的关联解释

巴特菲尔德在经典力学的辛约化中指出，经典力学的核心理论原理已经被欧拉、拉格朗日、哈密顿和雅可比等改写，“我们已经认不出来了，因此对它们的哲学反思也发生了变化。”因此引入辛几何、李代数等语言对理论进行形式化，旨在利用辛约化理论使连续对称和守恒量之间产生联系的特征，从理论结构上显现经典力学与量子物理学的联系，这是运用数学形式化系统展现物理学理论的对称性本质。相对论、宇宙学和量子引力哲学部分，情况也是如此。整本书是站在当代数学发展的高度，运用拓扑学、群理论和微分几何等重新形式化物理学的整个体系，并对其概念进行剖析的一个过程。而对基本问题的理解，则建立在概念剖析的基础之上。在这些文章中，理论发展的历史状况和实验成果，只是系统阐释整个理论概念和解释的背景而已。作者们的重点则放在用数学领域的发展和物理学理论形式化的诉求，促进对物理学理论结构的探索，进而把论题转化为对其哲学问题的探讨。理论的形式化体系、概念结构和物理学解释是有机地结合在一起的。在牛顿引力的几何化中，也是站在当代物理学和数学发展的高度，重新形式化作为相对论弱场近似的牛顿理论，得到与广义相对论类似的数学结构，正是在这个意义上，才能够好地发现两个理论在何种条件和何种程度上是相符的，又在何种条件和何种程度上是区别的。在这个形式化的整体系统中，对于物理概念的解释不再是孤立的解释，而是站在理论的数学结构的高度，成为一个整体系统中的关联解释。这在很大程度上突出了物理学哲学中语义分析方法的重要性，因为没有完全独立的概念，物理学的概念定义之间互相依赖，只有在一个系统的语义结构中才能理解概念的意义。如普斯洛斯在这套爱思唯尔哲学手册的《一般科学哲学》一书中所言:“理论解释的唯一方式就是把它嵌入到同类概念的框架中，并尝试着解开它们的相互关联。”［4］

(三)旧概念重新解释的意义:还原理论创立过

程中概念选择的特定背景在物理学的发展中，每一次理论创新和进步都伴随着新概念的提出或旧概念的重新解释，站在理论发展的角度考虑，这样的解释会让我们更好地理解物理学理论的提出、发展和变迁的合理性。比如蒙特在经典相对论一文中对闵可夫斯基时空环境下相对同时性关系的重新考虑。蒙特指出，当相对于一个四维速度矢量将一点上的矢量分解为“时间”和“空间”分量进行讨论时，我们理所当然地相信包含正交性的相对同时性的标准认同。在解释这种认同的理由时，根据方便在闵可夫斯基时空结构即狭义相对论体系下进行分析。他援引霍华德•斯坦的论述，指出采用相对同时性的标准(ε=1/2)的惯例是需要特定背景的。在他们看来，爱因斯坦是为了解决我们无法检测到地球相对于以太的运动而采取的解决方案，以一种特定的方式(ε=1/2)来思考同时性，但如果并非从爱因斯坦最初的思路来考虑，而是从一个成功理论的高度来理解它，把相对论视为是针对时空结构不变性的论述时，其意义就完全不同了。这在很大程度上还原了爱因斯坦对同时性做出的“定义”中挑选出来的这种标准关系的实质，它可能并非一种自然的存在，而是理论选择的特定需要，还原这个过程，对我们更好地理解理论和概念的本质有着重要的意义。

(四)新理论的概念澄清:科学进步的必然现象

物理学史上每一个新理论的诞生都会引起旧的概念的澄清，量子引力就是个很典型的例子。量子引力是对空间和时间本质的探索，它引导我们重新思考关于时间、空间、“在某处”、运动和因果观测者的地位等很多问题。作为试图把广义相对论和量子理论结合的理论，我们需要以历史的眼光重新追问。我们都知道，广义相对论改变了我们对牛顿独立于物质运动的绝对空间和时间的理解。量子力学则用我们关于运动的一般性理论替代了经典力学，并改变了物质、场和因果性的观念。但量子力学的外在时间变量和量子场论静止的背景时空都是和广义相对论不相容的。而广义相对论中引力场被假设为一个经典决定论的动力学场，无法处理小尺度引力的量子特性。因此，想要把二者进行结合的量子引力就遇到了困难。正因为如此，罗韦利直言尽管基础物理学在经验上有效，但它正处于一种深刻的概念混乱的状态。虽然20世纪后半叶，物理学注重实用而忽略了这些基本问题，但量子引力告诉我们这些基本问题必须得到新的答案。但问题的澄清并没有一条唯一明确的路可以走，超弦理论和圈量子引力在假设、成就、具体结果以及概念框架上都有着显著的不同，但它们都有自己的代价，弦理论的思想基础是为了消除广义相对论的微扰量子化的困难，保留了量子场论的基本概念结构，其代价之一是放弃广义相对论的广义协变性。圈量子引力植根于描述广义相对论的协变性，但它的代价是忽略了理论的不完备性，放弃了幺正性、时间演化、基本层次上的庞加莱不变性以及物理学对象是在空间中局域化的且在时空中演化的概念。可以看出的是，新理论澄清概念的过程是科学理论进步的必然现象，而这一过程是通过分析在描述世界结构时所产生的概念上的困难来对以往科学的研究框架予以质疑或辩护，这涉及的是对世界本质更深刻的哲学和形而上的思考。

三物理学理解的新特征:物理学和形而上学的交织统一

在本文提到的三个作者中，埃利斯和罗韦利都是从事数学物理学研究的科学家，这也很典型地反映了物理科学家在理论发展中针对基本概念及理论做出哲学思考的传统，在新理论出现和科学革命的时候，这种现象尤其明显，因为新的科学理论往往是形而上学思考和物理学思考交织特别紧密的时候。从各位作者对理论的分析过程我们也可以看出，物理学中的理论方法在解释中实现什么是有限度的，我们需要尊重这个限度，并且承认在很多时候物理学争论的结论是基于某种哲学立场而不是纯粹地给予可检验的科学论据的。事实上这个问题非常值得探讨。从古希腊开始，哲学的中心问题就归属于我们尝试了解自然的形而上学背景，虽然物理学分化以后具有了数学和理论的具体化的形式，这个统一的形而上学思想与本体论的还原论，对于现代物理学来说还是有着显著的重要性，因为物理学理论本身就内含着认识论和形而上学的结论。正如迈克尔•雷特黑德所说的:“物理学和形而上学融合为一个无缝的整体，各自丰富着对方，并且事实上它们谁离开对方也无法进步。”［5］以宇宙学的研究为例。宇宙学的独特性在于它的研究对象是整个宇宙，并且是其他物理和科学的背景。宇宙学的研究本身就具有哲学的性质，因为宇宙形成的条件和远古时期的物理关系是我们无法复制的，并且它已经超越了纯粹的描述解释性作用。我们会面临一系列问题，比如观测范围限制了我们用观测决定宇宙极大尺度几何的能力，物理学视界限制了我们关于及早期宇宙的物理学知识，暴胀的未知性意味着暴胀宇宙的方案是不完备的，初始奇点可能发生也可能没有发生过，可检验的物理学解释不了初始态，因此也解释不了宇宙的特殊性质……太多的问题存在，决定了哲学的选择必然是宇宙学理论的基础。不可避免的形而上学问题必然出现在观测宇宙学和物理宇宙学中。为了在理论中得到明确的几何模型，为了确定早期的物理宇宙学应当是什么形式的，在从已知物理学推测未知物理学过程中决定采用哪一种物理学原理作为核心原理的时候，需要明确的哲学。在理论竞争的过程中，哲学的选择有助于决定在形成理论时应当关注哪一方面的特征。如埃利斯所言，特别重要的是我们的宇宙学理论范围的选择，还有好理论的标准的选择，是一个哲学决定，它将会决定其余的分析。另外宇宙学的研究还包括宇宙如何提供我们赖以存在的生存环境问题。涉及宇宙学定律和边界条件、其他可替代的物理学、宇宙复杂性演变以及生命的精细调节等与人类有关的问题，这又涉及物理学定律和生态系统复杂性、物理学定律和生命适宜环境、宇宙学边界或初始条件与生命适宜条件以及弱人择原理和强人择原理等总体精细调节，另外还要考虑这些原理与基本物理学理论的关系、作为科学和存在的基础形而上学选择。作者强调，宇宙学中探讨的形而上学看似离开了科学的地盘，但它却是科学和存在的基础。再者，在宇宙学范围的理解上，物理学无法解决，多重宇宙学理论的存在就是形而上学不确定性的结果。量子引力的研究也是如此。理论的发展过程中处处充满着对形而上学问题的考虑。比如本节站在广义相对论立场上对时空“实体论和关系论”的形而上学之争的分析。这是老问题新回答的典型例子。牛顿时代对于时空的实体论和关系论的形而上学争论无法解决，但是作者认为站在当代场理论的基础上，如果把空间作为场来理解，实体论和关系论就仅仅是字面意义上的不同而已，但这并不是最终的答案，目前基于量子引力的实体论和关系论争论仍是物理学哲学的热门话题之一。量子引力方案在技术目标、动机和概念框架上的不同不仅仅是方法论的问题，它们代表的是对基本的形而上学问题的理解严重破碎的状况。也正因为如此，新理论的意义建构与解释对物理学哲学的研究有着非常重要的基础性作用。库恩所提到过的理论选择的四种标准意义在此凸显:令人满意的结构、内在解释力、外在解释力以及观测和实验(预言)的支持。对量子引力研究的影响的展望也许会像巴特菲尔德所言，虽然现在量子理论和广义相对论如此成功，但以后看来它们也可能和当年伽利略和开普勒的研究一样，是真知和谬误的大杂烩!物理学的发展也表明，观测和理论模型无论如何发展，都没能做到完全地反映实在。因为我们的理论是认识论意义上的，是关于知识的理论，而关于存在的本质的理论属于形而上学领域，二者之间并不等同。我们作为理解的基础所使用的实在理论和模型必然是实在的真正本质的部分和不完备的反映，随着理论的进步必然会有所更新，而我们对世界的认识，则一直处于物理学和形而上学交织统一的进步之中。

量子化学论文篇3

量子力学是二十世纪物理学的重要进展，从它对近代物理学和人类的物质文明来说，它具有举足轻重的作用，没有它，就没有人类近代的物质文明。

量子力学的建成是一批物理学家集体工作和共同创造的结晶。在这个理论体系中闪烁着：普朗克、爱因斯坦、卢瑟福、波尔、海森堡、薛定谔、迪拉克等人的光辉名字。在这一批量子物理学家中公认的领袖就是波尔，他对量子力学的建成和理论体系的完成给予了深刻的影响。

从波尔开始，通过索末菲直到海森堡所给出量子力学的形式，以及德布洛意波概念所导致薛定锷方程，就意味着终于可能建立起普遍的量子力学。

二、量子力学的发展是部分机遇、部分必然性的历史

1、经典物理的困难

十九世纪后期，物理学的理论体系似乎已发展到了非常严谨与完善的程度，所以在当时物理学界非常流行的观点是：物理学已经发展到了顶峰，今后的任务，只是在小数点后求精确化而已。然而就在大家庆祝物理学的理论大厦完成的时候，一系列问题摆在物理学家前面，令人困惑，冲击着传统物理学的基础，造成了传统物理学的危机：从1875年开始，韦伯发现固体比热随温度变化问题，巴尔末发现氢光谱的公式，赫兹发现了光电效应，里兹则发现了光谱线的合并原理，瑞利的黑体辐射问题，以及勒纳德光电效应中发现光电子的能量与光强无关等等问题中都出现了理论与实践之间一直不完全吻合的现象，令传统物理难以回答，这引起了许多人的注意，暴露了经典物理学的严重“危机”。

2、量子概念物产生

在经典物理的“危机”中，黑体辐射问题占据着突出的地位。当时许多著名的物理学家都被吸引到这个重要的研究课题中来，在众多研究者中，普朗克的工作占有独特的地位。他偿试把麦克斯韦电磁场理论与自己在热力学方面的研究成果结合起来，对维恩公式做了大量的修正，于1900年得到了一个在整个波段与实验相符的辐射公式。并从理论上做了严格的论证，在论证的过程中提出了作用量子，即能量量子化的概念，这标志量子论的诞生。对于认识作用量子的意义，瑞利-金斯的工作又从反面起了推动作用。爱因斯坦在 “关于光产生和转化的一个启发性观点”一文中，提出了光量子假说，完满地解释了光与实物相互作用的一些现象，使作用量子的概念扩大了应用范围。后来，爱因斯坦用量子的概念来解释固体比热取得了成功，这样更显出了量子概念的威力。在第一届索尔末国际物理会议上还专门讨论了量子理论问题，从此量子的概念得到了普遍的承认。

3、从波尔理论到量子力学

在普朗克、爱因斯坦的光量子以及实物粒子能量不连续的概念提出时，正逢卢瑟福的原子模型提出，从经典物理学处理卢瑟福的原子模型，既不能给出原子的一个特征长度，也无法解释原子的稳定性，在此发生尖锐矛盾的时刻，波尔把普朗克、爱因斯坦的概念创造性的运用，提出了原子量子论这个预言。后来，埃文斯做实验证明了波尔的看法是完全正确的。虽然波尔的理论取得了很大成功，首次打开了人们认识原子结构的大门，但也存在问题和局限性，后来科学家们在克服这些困难和局限性的过程中，量子理论有了进一步发展，波尔的量子论逐渐发展为量子力学。粗略地说，量子力学是在二十世纪的头三十年中发展起来的，相继出现了四种等价形式，其中，建立在可信赖的数学分析方法基础上的薛定锷方程，为解决量子力学问题开辟了一条平坦的大道，这标志着量子力学的诞生。

三、量子力学对科学技术的影响

量子力学的发现在物理学史上是一件划时代的大事，“它把牛顿发明微积分以来，我们在假设一切因果关系都是连续的这个基础上所建立起来的物理学思想方法，加以彻底改造。”并由此开创了物理学的新时代。量子力学的建立，不是对经典物理的全部否定，而是限制了它的适应范围。因为，量子代表了人类认识微观世界的核心观念，它不仅是微观实物粒子存在的基本形式，而且描述了波与场所具有的粒子特征。以量子力学为中心的现代量子理论，完整地描述了微观世界的量子行为，一旦进入微观世界必须计及量子效应。而量子力学则是描述微观现象的有利工具，是人们研究物质微观现象的必然结果，它更接近认识事物的本质。这就促进了哲学思维方式趋于一体化观念的形成，给哲学理论的建立和发展提供了物理学的思想基础，为科学技术提供了新的原理和方法。

量子力学的建立，为有关学科提供了理论的基础，并促进了其发展，深刻地影响了当代人类社会的生产力。例如，利用量子力学解决元素的物理性质的周期性、化学键的本质、分子之间电子运动的规律等各种化学课题，使化学的面貌发生了根本的变革，化学已经从一门经验科学逐渐向系统的理论科学过渡，产生了有着广阔的发展前途的量子化学。又如，利用微观粒子作为信息载体，在量子力学的基础上研究信息行为，将量子理论与信息科学结合起来，直接导致信息科学观念和模式的重大变革，促成了量子信息科学的诞生，使信息系统的可靠性、有效性、保密性和认证性得到了提高。另外，量子力学还渗透到天文、地理、能源、通信、医疗、制造等多种学科，并得到了一定的发展。

量子力学的理论虽未完全成熟，尚有待今后的研究，但量子力学在科学技术上的广泛应用，从根本上改变了整个世界的文明。

量子化学论文篇4

[关键词] 化学 萌芽 发展 学科分类

化学是研究物质的组成、结构、性质、变化和应用的科学。世界是由物质组成的,化学则是人类用以认识和改造世界的主要方法和手段之一,它是一门历史悠久而又富有活力的学科,它的发展是人类社会文明的重要标志。人类生活水平的不断提高,化学所起的作用功不可没。

一、化学的萌芽

原始人类从用火之时便开始了用化学方法认识和改造天然物质。燃烧就是一种化学现象。人类开始吃熟食;并逐步学会了制陶、冶炼、酿造、染色等工艺。这些由天然物质加工改造而成的制品,成为古文明的标志。并因此萌发了古代实用化学。

古人曾据物质的某些性质对物质进行分类,并提出了阴阳五行学说,认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的,而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力,认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。此说法是朴素的唯物主义自然观。希腊也提出了火、风、土、水四元素说和古代原子论。后来在中国出现了炼丹术,也因此创造了各种实验方法,如研磨、混合、溶解、结晶、灼烧、熔融、升华、萃取、密封等,并逐步演化为近代化学。

二、化学的中兴

16世纪开始,欧洲工业生产蓬勃兴起,推动了医药化学和冶金化学的创立和发展,继而更加注重了物质化学变化本身的研究,进而建立了科学的氧化理论和质量守恒定律,为化学进一步科学化的发展奠定了基础。

19世纪初,近代原子理论突出强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征,其中量的概念的引入,是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释。分子假说的提出,原子分子学说的建立,为物质结构的研究奠定了基础。门捷列夫发现元素周期律后,不仅初步形成了无机化学的体系,并且与原子分子学说一起形成了化学理论体系。

草酸和尿素的合成、苯的六元环状结构和碳原子四价学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体,以及分子的不对称性等的发现,使得有机化学结构理论得以建立19世纪下半叶,热力学等物理学理论介入化学之后,不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念,还定量的判断了化学反应中物质转化的方向和程度。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学理论。物理化学的诞生,把化学从理论上提高到一个新的水平。

三、化学的升华

由于受自然科学和其他学科发展的影响,在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科。在结构化学方面,由于电子的发现确立了现代的有核原子模型,不仅丰富和深化了对元素周期表的认识,而且还发展了分子理论。应用量子力学研究分子结构,从而产生了量子化学。从氢分子结构的研究开始,逐步揭示了化学键的本质,先后创立了价键理论、分子轨道理论和配位场理论。研究物质结构的谱学方法也由可见光谱、紫外光谱、红外光谱扩展到核磁共振谱、电子自选共振谱、光电子能谱、射线共振光谱、穆斯堡尔谱等。

在化学反应理论方面,由于对分子结构和化学键认识的提高,经典的、统计的反应理论进一步深化,在过渡态理论建立后,逐渐向微观的反应理论发展,用分子轨道理论研究微观的反应机理,并逐渐建立了分子轨道对称守恒定律和前线轨道理论。分子束、激光和等离子技术的应用,使得对不稳定化学物种的检测和研究成为现实,从而实现了化学动力学从经典的、统计的宏观动力学到单个分子或原子水平的微观反应动力学的升华。

分析方法和手段是化学研究中经常使用的。一方面,分析方法的灵敏度不断提高,从常量组分分析发展到微量、痕量组分分析;另一方面,许多新的分析方法,可深入到结构分析、构象测定、同位素测定、各种活泼中间体(如自由基、离子基、卡宾、氮宾、卡拜等)的直接测定,甚至到对短寿命亚稳态分子的检测。分离技术也在不断革新,如离子交换、膜技术、色谱法等。

物质合成是化学研究的目的之一。在无机合成方面,首先是氨的合成。氨的合成不仅开创了无机合成工业,而且带动了催化化学,发展了化学热力学和反应动力学。后来相继合成的有红宝石、人造水晶、硼氢化合物、金刚石、半导体、超导材料和二茂铁等配位化合物。

在电子技术、核工业、航天技术等现代工业技术的推动下,各种超纯物质、新型化合物和特殊需要的材料的生产技术都得到了较快发展。稀有气体化合物的成功合成又向化学家提出了新的挑战,需要对零族元素的化学性质重新加以研究和认识。无机化学在与有机化学、生物化学、物理化学等学科的相互渗透中产生了有机金属化学、生物无机化学、无机固体化学等新兴学科。

酚醛树脂的合成,开辟了高分子科学领域。20世纪30年代聚酰胺纤维的合成,使得高分子的概念得到广泛的确认。各种高分子材料合成和应用,为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术,以及人们的衣食住用行各方面,提供了多种性能优异而成本较低的重要材料,成为现代物质文明的重要标志。20世纪是有机合成的黄金时代。化学的分离手段和结构分析方法已经有了很大发展,许多天然有机化合物的结构问题纷纷获得圆满解决,同时还发现了许多新的重要的有机反应和专一性有机试剂,在此基础上,精细有机合成,特别是在不对称合成方面取得了很大进展。一方面,合成了各种有特种结构和特种性能的有机化合物;另一方面,合成了从不稳定的自由基到有生物活性的蛋白质、核糖核酸等生命基础物质。有机化学家还合成了结构复杂的天然有机物和特效药物。所有这些成就对促进高分子学科的发展起到了巨大的推动作用,为合成有高度生物活性的物质,解决有生命物质的合成问题,提供了有利条件。

20世纪以来,化学发展的趋势可以归纳为:由宏观向微观、由定性向定量、由稳定态向亚稳定态发展,由经验上升到理论并应用于实践。

四、化学学科的分类

化学在发展过程中,依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同,从传统的无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四个基础分支过渡到无机化学、有机化学、物理化学、生物化学、高分子化学、应用化学和化学工程学等七大分支学科。还有与化学有关的边缘学科,如地球化学、海洋化学、大气化学、环境化学、宇宙化学、星际化学等。

化学的发展体现在两方面:一方面,为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料;另一方面,在与其它自然科学相互渗透的进程中不断产生新学科,并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展。

参考文献:

[1]徐景达.有机化学.人民卫生出版社,1997.

[2]谢协忠.水分析化学.河海大学出版社,2003.

[3]董敬芳.无机化学.化学工业出版社,2002.

量子化学论文篇5

关键词：抽象理论；类比教学；生活化策略

曾有一句话这样说到：“文科是将简单的问题复杂化，理科是将复杂的问题简单化。”然而在整个高中化学教学过程中，往往碰到很多的化学理论和化学概念，这些抽象的知识让教师教的辛苦，学生学得困难。比如“物质的量、化学平衡、原子结构”等知识点是学生高中阶段普遍感觉是难学的部分，尤其在刚开始接触时是一头雾水，难于理解和掌握。教师采用“告诉式”教学，显得单一、枯燥，空洞。面对这一现状，怎样解决这个困扰教师和学生的问题，笔者对此作了一些思考和探索与同仁交流，恳请批评指正。

一、教与学的双困原因

1.教师的困扰：对于理论教学，教师绝大部分就理论讲理论，没有其他的教学资源。不像物质性质部分的教学丰富，可以采用实验证实、实物或模型展示、图表对比、动画模拟等方式便于学生理解，加深印象。只能依靠大量的练习题去加深、巩固所学知识，采用题海战术，费时又费力。在新课程背景下，这样的教学从某种程度上已经背离了新课改理念，又回到了传统教学模式。

2.学生的困扰：对于理论和概念的学习，首先比较抽象，高中生已经具备科学的抽象思维能力，但还没有成熟，形象思维和迁移思维能力欠缺，导致理论部分学习找不到落脚点，感觉是飘在半空中，理论理解和掌握有相当大的难度。其次，学生知识储备不够，在西南部地区，大部分学生基础知识偏弱。对化学的理解更多的是从课堂，书本中来。学科素养相对中东部沿海教育发达省市，学科素养偏低。最后，在纯理论讲解与纯理论学习的环境下，显得枯燥无味，学习兴趣不大，积极性不高。

二、抽象理论教学对策—生活化策略

要想让教师教的轻松，学生学得愉快，就要让这些抽象的理论以某种方式呈现，使之变得通俗易懂，简单明白。在理论呈现采取直观化，形象化，生活化的策略。以类比的方式将生活中经验或实例与抽象理论对接，帮助学生建立直观化的感性形象，形象比喻，将抽象理论的理解和掌握化难为简。举例如下：

1.物质的量

学习内容：物质的量是七个国际基本物理量之一，符号：n；单位：mol。用于表示微观粒子数目，将12克12C所含有的C数目规定为1 mol，约为6.02×1023。于是把含有约6.02×1023个微粒数目规定为1 mol。

学情分析：此部分内容为必修1第一章第二节内容，学生刚由初中升入高中，很多概念陌生。怎样区分微观与宏观？基本物理量与常规物理量？1mol与6.02×1023之间的关系？为什么要引入物质的量？只有把这些疑问解决，才能让学生清晰的理解和掌握。

类比对策：分别称取1克与500克小米让学生数其米粒数目。介绍一滴水约0.05ml，却含有1.67×1021个水分子，50亿人一秒数100个，一直数100年还数不完。感受微观与宏观区别。生活中1打12个，一刀纸500张。1打与12、1刀与500、1nol与6.02×1023是相似的道理。在最初计算时学生往往找不着头绪，容易计算错误。如：

2.原子结构

学习内容：原子由原子核及核外电子构成，原子核由质子和中子构成，核电荷数=质子数=核外电子数，A=Z+N。原子核在原子中所占比例很小，核外电子在原子周围运动。核外电子排布规律为：①核外电子总是尽可能先排布在能量较低的电子层里，然后由里向外，依次排布在能量逐渐升高的电子层里。②原子核外各电子层最多容纳2n2个电子③最外层电子不超过8个，次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。

学情分析：怎样区分微观粒子体积大小关系？电子排布规律的先后次序？

类比对策：将原子核比作乒乓球，原子就相当于地球。周杰伦在鸟巢体育馆举办一场演唱会，中心舞台比喻原子核，核外电子比喻观众，电子层比作每一排观众席，为了更好的视听效果观众均会由里向外依次坐满。这样比喻每层电子数以及排布次序就会有更深刻的理解了。

3.化学平衡

学习内容：平衡概念——在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率等于逆反应速率时，反应物与生成物浓度保持不变的状态。特征：逆、等、懂、定、变。判断平衡标志：①从本质判断，V正=V逆。②从表面特征判断，各物质浓度保持不变，从而衍生至各物质m、n、v、w%、n%、v%等保持不变。③其他，压强、温度、体系颜色、体系密度、平均相对分子质量。

学情分析：初步介绍可逆反应后就开始进入化学平衡内容，对可逆反应还不是彻底理解，对它存在化学平衡现象就比较迷茫。当V正=V逆时，各物质浓度保持不变这两者之间的因果关系不清晰。以致后面平衡状态判断标志就模糊了，各物质m、n、v、w%、n%、v%等保持不变，为什么能达到平衡状态？压强、体系密度、平均相对分子质量还要根据计量数大小关系分情况考虑，就更难掌握了。只能靠背，大量练习巩固。

将收入比作正反应速率，支出比作逆反应速率，当收入与支出相等，那么公司刚好保本，维持平衡状态。这时员工数量，工资福利待遇，产品年产量等均会保持不变。当外界条件如金融危机，或厂房火灾等外界因素导致支出大于收入时，公司亏本，于是裁员，工资福利待遇下降，产品年产量减少。当市场环境转好，或国家政策扶持，于是收入大于支出，公司盈利，规模扩大，员工增多，工资福利待遇提高，产品年产量增加。因此，员工数量，工资福利待遇，产品年产量就能作为这家公司发展的评价指标。类似于可逆反应中各物质m、n、v、w%、n%、v%等。而公司文化，男女比例等则与公司发展无关，不能作为评价指标。

三、小结

从上面的分析发现，事物之间均有联系，而且原理异曲同工。如：事物发展只要存在相反过程就会产生平衡，如经济学里的收支平衡，国家进出口贸易平衡，物理学的受力平衡：动力和阻力、重力和支持力，化学有化学平衡，水解平衡，溶解平衡，电离平衡，道家哲学思想的阴阳平衡，万事万物，相生相克。因此，在教学中用一个比较通俗易懂道理去类比解释另一个相似但抽象难懂的原理有何不可？这些比喻生动、形象，有助于概念和理论的建立，也有助于概念和理论的掌握。使抽象理论由无形变有形、由枯燥变生动、由复杂变简单。美国教育学家杜威说过：“思维起源于直接经验的情景。”我国教育家陶行知也说过：“教育要通过生活才能发出力量，成为真正的教育。”能够实现课堂教学与教育、科学、人文统一，才能使课堂教学得到升华，才能真正体现教育人、培养人和发展人的教育意义。（作者单位：六盘水市第三中学）

参考文献

[1]吴超，邓善银.让化学概念教学与新课程同行[J].中学化学教学参考，2012，（12）：15-16.

[2]潘国良.高中化学“生问”课堂策略初探[J].中学化学教学参考，2012，（12）：19.

量子化学论文篇6

[关键词]物理学理论 计算机技术 量子计算机

中图分类号：O4-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0198-01

一、近代物理学理论的发展与现代物理学理论

现代物理学的发展即为19世纪至今，是现代物理学理论发展不断壮大的时期。

当力学，热力学，统计学，电磁学都发展的很完善时，有“两个不稳定因素”打破了物理界的当时的境况，推动了物理学的变革。第一个是迈克尔逊-莫雷实验，即在实验中没测到“以太风”，也就是说不存在真正的参考系，光速与光源运动无关，光速各向同性。第二个是黑体辐射实验，用经典物理学理论无法解释实验结果。

20世纪初，爱因斯坦打破了传统的物理学理论，提出了侠义相对论，彻底了之前牛顿提出的绝对时空观的理论。十年后又创立了广义相对论，阐述了万有引力的实质。

物理学界的第二个稳定因素――黑体辐射实验，通过普朗克，爱因斯坦，玻尔等一大批物理学家的努力下，量子力学应时诞生了。随着薛定谔波动方程解释物质与波的关系，量子力学愈来愈趋于完善。

量子力学与相对论力学在现代物理学理论发展中是不可忽略的伟大成就。这两个的研究的对象也发生了改变，由低速到高速，宏观到微观等，物理学理论也日趋成熟。

二物理学理论是计算机诞生的基础

物理学作为理论基础：随着微积分、力学三大定律、万有引力定律，经典光学理论的建立，总所周知的一位伟大的物理学家――牛顿的整个力学的体系也完美的呈现于人们眼中。一对天才数学家布尔和德莫根历经无数次的推演证明，挖掘出了数理逻辑中那闪耀着最亮的光辉――布尔代数：电磁理论则是伟大的物理学家法拉第和麦克斯文创立的！而微观领域上的量子力学经由多位物理学家――德布罗意、玻尔、爱因斯坦、海森伯、薛定谔建立;还有电子三极管经过无数次实验也被德弗雷斯发明出来了。

上世纪40年代，200多位的专家研制小组由美国国防部任命的莫奇利和埃克特领导着并且克服了无数困难，两年中坚持的开发创新，人类第一台计算机――ENIAC（1946）在宾夕法尼亚大学研制成功！这不仅是第一台电子管数字积分计算机更是人类文明进步的一大步。

随着第一台计算机的成功研制的第二年，一种不仅小而且安全可靠，又不会变热，结构也什么简单的晶体管在美国的科学家巴丁等人研制出来。德克萨斯一器和仙童公司也紧跟着飞速发展的科技的步伐，在1953年成功的生产出了首个集成电路。次年，得克萨斯仪器公司首先的宣布他们拥有了集成电路的生产线，这意味着集成电路可以大量的投入生产和使用，然后TRADIC――首台晶体管计算机诞生了，这个在体积上要小很多的计算机就诞生了。

伴随着集成电路的出现，第三代计算机则是诞生在60年代中期。同样是由IBM公司生产出的IBN600系列计算机成为了第三代计算机的代表产品。早一些的INTEL8080CPU的晶体管集成度超过5000管/片，1977年在一个小小的硅片上就可包含几万个管子。

随着时间的推移，以大比例的集成电路当作逻辑元件和存储器的第四代计算机也向着微型或巨型改。计算机的处理器也由8086不停地在转化，到了我们熟知的奔腾系列。

不管是计算机的理论基础还是硬件设施，其实都是以物理学理论为根本的。物理学理论与计算机技术在未来的日子里互相补益，会不断的推动科学向前飞速发展的。

三、计算机零件应用的物理学理论

液晶屏，一听名字就可以想象得到它是以液晶材料为基本组件的。实际上液晶屏就是把液晶材料填充于两块平行板之间，并且利用电压来改变其材料内部的分子排列情况，控制遮光与透光以显示明暗不同，鳞次栉比的图案。如果想要显示彩色的图案时，只要把带着三元色的滤光层加入到两块平行板之间就可以了。液晶屏的广泛应用还因为其功耗十分的低，应用电池的电子产品都可以配置液晶屏。由于液晶介于固态与液态之间，那么就可以既体现固态晶体所有的光学特性，还可以表现出液态的流动特性。总结液晶的物理特性可归纳为：粘性、弹性和其极化性。

目前的CPU一般就是包括三个部分：基板、核心、针脚。大家都知道有一种电脑的硬件的组成的基本单位十分的重要，就是晶体管，而CPU的主要的组成也是晶体管。AMD主流CPU内核在早期的Palomino核心和Thoroughbred-B核心的配备，通常采用3750万个晶体管，而Barton核心使用了5400万个晶体管，核心Opteron处理器使用多达1.06亿个晶体管;。因此，实际上说的CPU核心构成的最基本单位就是晶体管的的芯数，针脚。所说的基板通常是印刷电路板，它承载着核心与针脚。然后该晶体管通过电路连接，成为一个不可或缺的整体，然后可以去分成不同的执行单元，每个单元又可以去处理不同的数据，这样有秩序的完成每个任务，才会准确而快速，这也是CPU为何拥有如此强大的处理能力的原因。

其实还有很多的零件都运用了大量的物理学理论。下面向大家介绍一下比较先进的计算机――量子计算机。

四、简介量子计算机

从物理观点看，计算机是一个物理系统.计算过程是一个物理过程。量子计算机是一个量子力学系统，量子计算过程就是这个量子力学系统内量子态的演化过程。

量子计算机以量子力学建立逻辑体系，与量子计算机有关的量子力学的原理，即量子状态的主要性质包括：状态叠加、干涉性、状态变化、纠缠、不可复制性与不确定性。

量子计算机具有学术价值和产业价值不可估量。对人类的文明，它实际上是一个很大的进步，我认为最主要的方面则是它的工业价值。最直接的应用各种各样的量子算法，他就可以用于商用化。

可以回想机器在20年前的悲惨境况和现在的春分得意，利用机器学习是很难在工业部门查找数值，因为计算能力的时候真的很烂。然后还要测试几个月，谁还有时间来调整参数啊。而这两十年间，计算机体系结构不断的优化下，机器学习强大了好多倍。想想看，如果我们比今天的计算能力更强大，我们无法想象一个强大的AI强量子任务不是指日可待？而当每家每户都有一个量子计算机，互联网将演变成什么形式？总之，商业量子计算机将是未来科技的发动机，就像蒸汽机是工业文明的象征，量子计算机的前景值得我们期待！

我国科技飞速发展的今天，我们不难发现现代生活已经步入了一个电子的天堂，计算机将会发挥它不可估量的价值，而作文计算机技术的支架――物理学理论也在不断的发展着，这就要求我们在紧跟着的脚步，努力研究，发现问题、认识问题、解决问题，逐渐的将我们国力壮大，2020年全面建成小康社会。

参考文献

[1] 王炳根.百年物理学发展的回顾与未来的展望[J].南平师专学报. 1997，04：11-14.

[2] 龙姝明，尹继武.物理学中的臻美思想[J].汉中师范学院学报（自然科学）. 2002，03：：12-18.

量子化学论文篇7

【关键词】中学 化学教学 量子空间论

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）10-0154-01

（小叙）：课篇第一章节细读、研读、探透性知识点。

1.寻找研究方法 2.课题的研究内容

3.课题研究的一些成果 4.巩固建筑语录

【序言】

化学是在分子、原子层次上研究物质性质、组成、结构与变化规律的科学。化学不断地发展着，目前，人们发现和合成的物质已有几千万种，其中很多是自然界中原本不存在的；这极大地改善了人类的生存和发展条件，丰富了人们的生活。

例如：

1.纳米铜（1nm=10?9m ）具有超塑延展性，在室温下可拉长50多倍而不出现裂纹。

2.用隔水透气的高分子薄膜做的鸟笼。

3.单晶硅为信息技术和新能源开发提供了基础材料。

4.用玻璃钢制成的船体。

总之，作为实用的、富于创造性的中心学科，化学在能源、材料、医药、信息、环境和生命科学等研究领域以及工农业生产中发挥着其他学科所不能替代的重要潜质作用。近年来，“绿色化学”的提出，使更多的化学生产工艺和产品向着环境友好的方向发展，化学必将使世界变得更加绚丽光彩。

【寻找研究方法】

第一单元 走进化学世界；

1.物质的变化和性质

2.化学是一门以实验为基础的科学

3.走进化学实验室

第二、三单元 我们周围的空气与自然界的水；空气、氧气（氧气的制取）、水的组成、分子和原子、水的净化。“爱护水资源”。

第四、五单元 物质构成的奥妙、简单统计应用；原子的构成、元素、离子、化学式与化合价 ：

如何正确书写化学方程式”？利用化学方程式的简单计算？

第六、七单元 C与C的氧化物燃料及其利用；

分析：金刚石、石墨和C60 （1.CO2 的制取？ 2.CO2 与CO的区别、联系？）

应用：燃烧和灭火？燃料和热量？

环保问题：“燃料对环境的影响”

自留田地：“石油和煤的综合利用？”

第八、九单元 金属与溶液的问题；

熟记、认识：金属、金属材料、金属的化学性质；

金属资源的利用和保护、溶液的形成；

溶解度、溶质的质量分数。

第十、十一、十二单元 酸与碱 、盐与化肥 、“化学与生活”。

生活中常见的：1.酸与碱

2.酸与碱之间会发生什么反应

3.盐

4.化学肥料

人体：1.人类重要的营养物质

2.化学元素与人体健康

3.有机合成材料

学生自认化学常用仪器。学习“附录”相关记录 。

【课题的研究内容】

无机化学中量子（分子、原子）力学论

量子化学（Quantum chemistry）是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基础原理和方法研究化学问题的一门基础科学。研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系；分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。

量子化学是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基本原理和方法，研究化学问题的一门基础科学。

1927年海特勒和伦敦用量子力学基础原理讨论氢分子结构问题，说明了两个氢原子能够结合成一个稳定的氢分子的原因，并且利用相当近似的计算方法，算出其结合能。由此，使人们认识到可以用量子力学原理讨论分子结构问题，从而逐渐形成了量子化学这一分支学科。

【课题研究的一些成果】

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用，甚至可以有目的地修饰酶的结构，设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥妙，进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

【巩固建筑语录】

化学中常见“离子反应”包括：“酸、碱、盐在水溶液中的电离”和“离子反应及其发生的条件”两部分。

无机化学中最关键的是要有实观性：基础高层次的“化学方程式”们。

其次，稀土元素中的各种化学量变、质变及各种物理、化学性反应。

再次，金属的利用、及高等积存用途。

还有，就是气体的大力层存在行式。如同：水、陆、空，人类的生活方式。

参考文献：

[1]初中九年级化学上、下册课本，人民出版社出版，2011年版。

[2]高中中一、中二、中三化学教参，人民出版社出版。

量子化学论文篇8

【关键词】经典思维方式 量子思维方式 牛顿——笛卡尔世界观

一、经典思维方式的形成

近代科学开始于16世纪，当时，尼古拉斯·哥白尼提出了“太阳中心说”，开始向盛行一时的“地心说”发起挑战，他的观点被开普勒、伽利略以及后来17世纪的牛顿等人加以发展和完善。在1687年出版的在科学史中具有里程碑意义的《自然 哲学 之数学原理》著作中，牛顿以数学公式为依据，解开了古老的天体运动之谜，形成了全新的“世界体系”的图景。牛顿的运动定律，第一次以数学化的、量化的形式把自然 规律 表现出来。

由于经典物 理学 获得的巨大成功，它逐渐泛化为一种统治西方思想的哲学世界观。我们可以称之为牛顿——笛卡尔世界观。这种世界观的哲学隐喻为整个世界是一台座钟，世界被描绘成了像一台座钟那样精确运行的巨大机器——匀速、线性地运动，部件(部分)之间相互分立，只有机械联系，运动不存在任何不确定性，运动与意识无关。

这个“世界体系”的思想核心，是客观、精确、机械的数学模式，它在伽利略、笛卡尔等人那里，已经得到了相当明确的论述。笛卡尔甚至把全部自然知识等同于数学知识。这种倚仗客观的、数学的方式去了解自然现象的方法，在许多科学领域中得到采用，并且在19世纪麦克斯韦的研究理论中达到了巅峰。到19世纪末，经典物理学似乎已经发展到了相当完善的阶段，所有的物理学现象都可以通过牛顿力学和麦克斯韦电磁波理论加以描述。科学家们甚至认为，绝大多数自然界的基本规律都已经被发现，并且几乎所有的自然现象都遵循这些规律。

二、量子思维方式的产生及特点

最后终结“牛顿——笛卡尔”世界观独占鳖头地位的，是爱因斯坦的相对论和由一大批杰出的科学家共同提出、创建的量子理论。量子理论作为在经典物理学城堡中发生的“科学爆破”，石破天惊般地带来了一场科学革命，进而引发人们关于世界图景的崭新理解。

丹麦的玻尔，德国的海森伯，英国的狄拉克，奥地利的薛定锷，法国的德布罗意等一批科学巨匠，通过对“波粒二象性”，“测不准原理”、“几率波”，“ 电子 自旋”、“非局部作用”，以及关于“能量场”、“全息场”等方面的研究，使与牛顿经典物理学相对立的量子物理学，从个别人的奇思怪想变成了深刻影响人们的思想并且广为人们接受的科学体系。

量子物理学打破了牛顿经典物理学唯我独尊的地位。但是，这并不意味着它可以完全替代或者“覆盖”后者，它们在许多方面应该是互补的。如果不讨论物质最终极的特性，经典物理学相对适合宏观物质世界的运动，而量子物理学则揭示了微观物质世界运动的本质与规律。

由于量子物理学所涵盖的研究对象和内容，远远超出了物理学这门学科的范围，它实际上已经成为一种带有世界观性质的更普遍的理论和思维方式。

“测不准原理”的提出者，德国科学家海森堡这样说：在人类思想发展史中，最富成果的发展，几乎总是发生在两种不同思维方法的交汇点上。正是由于牛顿——笛卡儿世界观与量子理论在20世纪的“交汇”，才有今天我们所拾得的思想牙慧。

量子理论，或者说量子思维的特点是：

——认为世界在基本结构上是相互联结的，应该从整体着眼看待世界，整体产生并决定了部分，同时部分也包含了整体的信息。

——认为世界是“复数”的，存在多样性、多种选择性，在我们决定之前，选择是无限的和变化的，直到我们最终选择了，其他所有的可能性才崩塌。同时，这个选择为我们下一次选择又提供了无穷多的选项。

——认为微观世界的发展存在跳跃性、不连续性和不确定性。

——认为事物之间的因果联系像“蝴蝶效应”所显示的那样，是异常复杂的。

——认为事物发展的前景是不可精确预测的。

——认为微观物理现象不可能在未被干扰的情况下被测量和观察到，在弄清楚任何物理过程的活动中，人作为参与者总是处于决定性的地位。

三、量子思维方式对当今社会的启发

量子思维方式对于我们今天所处的以人为主体的信息社会有重大启发。在 工业 文明时代，人类要征服和研究的对象，主要是 自然 界，特别是宏观的物质对象。在这个文明时期，人类运用劳动对象（土地、植物、矿产、钢铁、机器等）自身的 规律 来开发和改造大自然，取得了足以自豪的成就。相对来说，经典物 理学 比较适应这个时期的实践目标。

而在信息文明时代，我们面对新的研究对象——信息技术与人的思维，是不同于传统研究对象的新对象。人的思维也好，信息传递过程也好，都是看不见、摸不着、没有形状、没有重量的东西，它的物质性极弱，运动速度极快。由于物质性极弱，其最大的特征就是波动、跳跃、快速变化、不可预测。在这个时候，量子思维方式就必然发挥更大的作用。其实，量子物理学的一系列结果，恰恰是人类近一百年文明的前提。如果没有量子物理学，我们根本谈不上拥有 计算 机，因为计算机芯片的产生就是由量子物理学决定的。我们可以说，量子物理学正是信息文明的 科学 基础，而量子思维方式是适合信息社会的思维方式。

我们认为，在21世纪信息文明时代，人类思维方式要发生一次根本性的变化，要从“牛顿——笛卡尔”的思维方式转为量子思维方式，才能从根本上适应新时代。

在这样两种思维方式中，人的位置是不同的。在“牛顿——笛卡儿”世界观里，人基本是被动的，有着根本上的宿命性，只能听命于、适应于自然界的规律。但是在信息化时代，按照量子理论，你的测量，你的操作，你的生命活动本身，就在改变着结果。人在起主导作用、在一定的意义上起决定作用。

当然，我们毕竟生活在工业文明与信息文明并存的世界里，这里有纵横交错、极其复杂的情况发生。运用何种思维方式，要看对象和问题的性质。尼尔斯·玻尔在用他的“互补”理论解释波粒二象性悖论的时候这样说过：粒子图景和波动图景是同一实在的两个互补的描述，每一个都只是部分正确，也只能应用于受限的范围。这对我们有重要的启发。也许，新文明应该建立一个能够包容宏观、微观对象运动规律的“广义量子论”(或称“系统量子论”)体系。这也正是量子思想家们的追求，也是我们应该给予高度关注的。

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[m]。北京：北京出版社，1999.

[2]阿莱斯泰尔·雷·量子物理学：幻想还是真实[m].南京：江苏人民出版社，2000.

[3]戴维·林德利.命运之神应置何方[m].长春：吉林人民出版社.

[4]罗杰·s·琼斯.普通人的物理世界[m].南京：江苏人民出版社.