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[转载]量子态是什么？
quantumchina 2019-12-25 16:34
量子态是什么？ 施郁 量子力学有一套理论框架描述这些性质。 光子的偏振由一个量子态描述。我们可以把它记为 |ψ 。它在数学上是一种矢量。 我们知道， 空间中的矢量，比如位置，由几个坐标(或者叫分量)确定 。任意一个矢量都可以分解为几个互相正交的基本矢量。它们平行或反平行于坐标轴，长度大小就是坐标的绝对值，方向由坐标的符号代表。它们称作 基矢 。 与之类似， 量子态这种矢量也可以分解为几个互相正交的基矢，它们称为基矢态 。这里的矢量不是在我们所生活的空间，而是在一个抽象的数学空间里，称作 矢量空间 。它是 这个量子系统的所有可能的量子态的集合 ，服从一定的运算规则。这些矢量的正交也有它的定义。 在我们生活的空间里，坐标的选择是任意的。与之类似， 对于一个量子态来说，选择哪一套基矢态来展开或者分解也是任意的。 但是为了计算某个测量的概率， 选择与这个测量对应的基矢态比较方便 。光子透过偏振片可以看作一个测量过程，如果偏振方向沿着偏振片的透光轴方向，就会穿透；而如果垂直于透光轴方向，就不能穿透。 为简单起见，我们考虑某个垂直入射偏振片的线偏振光子。 假设在偏振片上定义一个 xy平面 ，光子的线偏振沿着 θ方向 。我们将这个偏振量子态记作： |θ 现在我们先假设偏振片的透光轴沿着x方向。为了计算光子透过偏振片的概率，可以把光子原来的量子态分解如下： 其中 |↔与|↕互相正交 ， |↔ 代表光子偏振方向沿着x方向，即目前偏振片的透光轴， |↕ 代表光子偏振方向沿着y方向，即垂直于偏振片的透光轴。 光子入射偏振片，量子态变得非此基矢态即彼基矢态 ，要么变成 |↔ ，从而透过偏振片；要么变成 |↕ , 从而不能通过偏振片。前者的概率是 (cosθ)^2 ，后者的概率是 (sinθ)^2 。概率等于展开式(1)式右侧各基矢态前面的系数(通常称作展开系数)的模的平方。这是由量子态决定概率的基本规则。这些系数的 模的平方之和等于1 ，因为各种可能的概率之和应该是1。因此， 光子穿透偏振片的概率是(cosθ)^2，穿透后的量子态变为|↔ 。 现在我们改变一下偏振片的方位 ， 将它逆时针转动45° ，然后再将处于同样偏振量子态θ的光子入射。现在将光子的量子态θ作如下分解比较方便： 其中： θ'= θ-45° ， 代表光子偏振方向沿着 45° 方向，即目前偏振片的透光轴。 代表光子偏振方向沿着 135° 方向，即垂直于偏振片目前的透光轴。 可以看出，对于目前的偏振片透光轴方向，光子穿透偏振片的概率是 (cosθ’)^2 , 穿透后的量子态成为： 事实上, 式(1)也适用于 和 分别对应于θ=45°和θ=135°，也就是说， 反过来就是： 后两式也可以分别通过将θ=45°和θ=135°带入(2)式得到。 来源： 施郁. 揭秘量子密码、量子纠缠与量子隐形传态，自然杂志，2016年38卷4期，241-247.
个人分类: 量子信息|6439 次阅读|0 个评论
[转载]量子力学中的概率
quantumchina 2019-12-24 17:53
量子力学中的概率 施郁 量子力学的中心概念是量子态。 而根据量子态，我们可以计算出各种概率分布。下面我们将了解到，量子态比概率分布的涵义还要多。 注意： 量子态不是一个物理量，而是一个描述 ，由此决定出 各相关物理量被测量后的各种取值的概率 ，从而可以计算出每个相关物理量的期望值，或称平均值。而一旦作了某个物理量的测量，就得到这些可能值中的一个。同时，量子态也相应地更新为一个新的量子态， 在这个量子态上，刚测得的物理量取值的概率为1 。 举一个例子。光有个性质叫 偏振 ，代表了电场振动方向，它总是位于与传播方向垂直的平面上。如果偏振方向沿着这个平面上的一个特定方向，这种光就是 线偏振光 。如果偏振方向在这个平面上旋转，这种光就是 圆偏振光 。 不同的光可以混合成非偏振或者部分偏振光。 而非偏振的自然光透过偏振片，可以产生偏振方向沿着透光轴的线偏振光。 如果让线偏振光垂直入射一个偏振片，它透过的强度是原来强度的(cosθ)^2, 即(cosθ)*(cosθ)， 其中θ是光入射前的线偏振方向与偏振片透光轴方向的夹角，^2代表平方，*代表相乘。 偏振光丨experiment.phys.nchu.edu.tw 光是由光子组成的，光子服从量子力学。 那么现在我们来考虑这种沿θ方向线偏振的单个的光子。它透过偏振片的概率就是(cosθ)^2。 这里就要解释 概率的涵义 了。如果有N个(N很大)同样的这种光子分别入射到这个偏振片上，也就是说，重复N次相同的过程，那么有N(cosθ)^2个光子透射过去。 但是， 对于每一个光子来说，我们却无法预测它究竟能否透射过去，完全不能 。所以我说 量子力学的概率是实质性的 。 文章来源： 施郁. 揭秘量子密码、量子纠缠与量子隐形传态，自然杂志，2016年38卷4期，241-247.
个人分类: 量子信息|5730 次阅读|0 个评论
惊人的突破：科学家们在日常电子产品中创造出量子态
zhpd55 2019-12-11 10:23
惊人的突破：科学家们在日常电子产品中创造出量子态 诸平 据芝加哥大学（ University of Chicago ） 2019 年 12 月 9 日（当地时间）提供的消息，该大学的研究人员与美国其他机构的研究人员以及来自瑞典、日本、匈牙利的科研人员合作，在日常电子产品中创造出量子态，这的确是一个惊人的突破。芝加哥大学普利兹克分子工程学院（ Pritzker School of Molecular Engineering ）的研究生苗凯文（ Kevin Miao ）、克里斯·安德森（ Chris Anderson ）和负责量子此实验的亚历山大·布拉萨（ Alexandre Bourassa ）是此项成果的重要研究人员（详见图 1 所示）。 (From left) graduate students Kevin Miao, Chris Anderson, and Alexandre Bourassa monitor quantum experiments at the Pritzker School of Molecular Engineering. Credit: David Awschalom 电子产品经过几十年的小型化，我们赖以生产计算机和现代技术的电子元件现在开始达到基本极限。面对这一挑战，世界各地的工程师和科学家正在转向一种全新的范式 : 量子信息技术。 量子技术利用了原子层面上支配粒子的奇怪规则，通常被认为太弱，与我们每天在手机、笔记本电脑和汽车上使用的电子产品无法共存。然而，美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院的科学家和其他国家的科学家们却宣布了一项重大突破 : 用碳化硅制造的常用电子设备可以集成和控制量子态。 首席研究员 David Awschalom 说 : “在商业电子产品中创造和控制高性能量子比特的能力是一个惊喜。” David Awschalom 是芝加哥大学分子工程学的刘氏家族教授 (Liew Family Professor in Molecular Engineering at Uchicago) ，也是量子技术的先驱。 David Awschalom 教授是美国科学院、美国工程院、美国艺术与科学院“三院”院士，世界知名的自旋电子学和量子信息工程领域的科学家。他在自旋电子学领域的研究包括应用于高级计算、医疗成像、加密和其他技术领域的电子自旋及其控制。他的研究团队于 2004 年首次对半导体中的自旋霍尔效应进行了实验室研究。 David Awschalmom 教授已在相关领域撰写 250 多篇论文，其中 50 多篇发表在世界顶级刊物《自然》（ Nature ）和《科学》（ Science ）等杂志上。 David Awschalom 说 : “这些发现改变了我们对发展量子技术的看法——也许我们可以找到一种利用今天的电子技术来建造量子设备的方法。” David Awschalom 带领的研究团队包括了来自美国、匈牙利、瑞典、日本的研究人员，在发表于《科学》（ Science ）与《科学进展》 ( Science Advances ) 杂志上的两篇论文中， David Awschalom 的团队证明，他们可以用电来控制嵌入碳化硅中的量子态。这一突破可能提供一种更容易设计和制造量子电子产品的方法，而不是使用科学家通常需要用于量子实验的外来材料，如超导金属、悬浮原子或金刚石。 碳化硅中的这些量子态还有一个额外的好处，那就是可以发射出波长接近电信波段的单粒子光。美国阿贡国家实验室（ Argonne National Laboratory ）的高级科学家、芝加哥量子交换所（ Chicago Quantum Exchange ）主任 David Awschalom 说 : “这使得它们非常适合通过光纤网络进行长距离传输，而光纤网络已经传输了全世界 90% 的国际数据。” 此外，当与现有的电子元件结合时，这些光粒子可以获得令人兴奋的新特性。 例如，在《科学进展》 ( Science Advances ) 杂志上的一篇论文中，该团队创造出了 David Awschalom 所称的“量子调频收音机” (quantum FM radio); 用同样的方法，可以将音乐传输到车载收音机里，可以将量子信息发送到非常远的距离。该论文的第一作者、研究生苗凯文（ Kevin Miao 音译）说 : “所有的理论都表明，为了在材料中实现良好的量子控制，材料应该是纯净的，无波动场。”“我们的研究结果表明，通过合理的设计，一种设备不仅可以减少这些杂质，还可以创造出以前不可能实现的额外控制形式。” 在发表于《科学》（ Science ）杂志的论文中，他们描述了解决量子技术中一个非常普遍的问题的第二个突破 : 噪声。 该论文的共同第一作者、研究生克里斯·安德森 (Chris Anderson) 说 : “杂质在所有半导体器件中都很常见，在量子层面，这些杂质可以通过制造一个嘈杂的电子环境来扰乱量子信息，这是量子技术的一个近乎普遍的问题。”但是，通过使用电子的基本元件之一——二极管，一种电子的单向开关——研究小组发现了另一个意想不到的结果 : 量子信号突然变得没有噪声，而且几乎完全稳定。论文的另一位共同第一作者、研究生亚历山大·布拉萨 (Alexandre Bourassa) 说 : “在我们的实验中，我们需要使用激光，不幸的是，它会使周围的电子相互碰撞。这就像电子椅游戏 , 当灯光熄灭时，一切都停止了，但形式不同。”“问题是电子的这种随机配置会影响我们的量子态。但我们发现，施加电场会将电子从系统中移除，使系统更加稳定。” 通过将量子力学的奇异物理与成熟的经典半导体技术相结合， David D. Awschalom 和他的团队正在为即将到来的量子技术革命铺平道路。 David D. Awschalom 说 : “这项工作使我们离实现能够在全球光纤网络中存储和分发量子信息的系统又近了一步。”“这样的量子网络将带来一种新的技术，允许创建不可攻破的通信通道，实现单电子态的隐形传态，实现量子互联网。”更多信息请注意浏览原文或者相关报道。 New method for detecting quantum states of electrons Christopher P. Anderson, Alexandre Bourassa, Kevin C. Miao, Gary Wolfowicz, Peter J. Mintun, Alexander L. Crook, Hiroshi Abe, Jawad Ul Hassan, Nguyen T. Son, Takeshi Ohshima, David D. Awschalom. Electrical and optical control of single spins integrated in scalable semiconductor devices . Science , 06 Dec 2019: Vol. 366, Issue 6470, pp. 1225-1230. DOI: 10.1126/science.aax9406 Kevin C. Miao, Alexandre Bourassa, Christopher P. Anderson, Samuel J. Whiteley, Alexander L. Crook, Sam L. Bayliss, Gary Wolfowicz, Gergo Thiering, Péter Udvarhelyi, Viktor Ivády, Hiroshi Abe, Takeshi Ohshima, Adám Gali, David D. Awschalom. Electrically driven optical interferometry with spins in silicon carbide . Science Advances , 22 Nov 2019: Vol. 5, no. 11, eaay0527. DOI: 10.1126/sciadv.aay0527 .
个人分类: 新科技|5441 次阅读|0 个评论
从上帝视角看，量子态是确定的！
lwg 2018-9-30 10:04
从上帝视角看，量子态是确定的！ 作为量子保密通信经典的 BB84协议，其默认基础是： 爱丽丝对于所发送光子的偏振态是很清楚的（可以说，爱丽丝具有上帝视角），对爱丽丝所发送光子的偏振态，其它参与者（包括接收方鲍勃、或意图窃密者伊芙）是未知的；并且，爱丽丝所发送光子在传输过程中，如果未被干扰，其偏振态是保持不变的。 换言之：在具有上帝视角的爱丽丝看来，明明是已知偏振量子态的光子（爱丽丝想克隆多少都不成问题），仅仅对于爱丽丝以外的其他人，适用 “未知量子态不可克隆原理”。 由此可知：从上帝视角看，量子态是确定的！（从上帝视角看，不存在 “不死不活的猫”！） 推论 1：一对纠缠光子，其各自偏振态是在纠缠光子对诞生时就由物理守恒定律确定的；并不是在对其偏振态进行测量时才各自“踏缩”到一个确定的偏振态。 推论 2：量子计算机仅仅可以处理2^n个数中的一个特定的数，并不能并行处理2^n个数。
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量子力学是对物理实在的直接描述吗？[最新文章，免费下载]
热度 6 gaoshan1900 2015-12-11 21:03
这是我刚刚发表在 《 现代物理学的历史与哲学 》 上的文章 “ An argument for psi-ontology in terms of protective measurements ”。它 改进了三 位英国研究者 2012 年发表在 《 自然 》 上的 PBR 定理 ，或成为量子力学哲学研究中的一个重要结果。
个人分类: 量子物理|5712 次阅读|6 个评论
宏观波粒二象性？（2）
热度 10 zhongwei2284 2015-2-23 23:41
第一章：液珠运动中的统计行为 ----- 几率！ 图 1 ：液珠运动时液珠在圆区域中的出现几率分布图 当首先看到上图的时候，也许敏感些首先会让人想起来这个和量子力学中的几率分布有着某种联系。但是，很显然这里说的不是量子系统，而是宏观系统 ! 说实话我第一次看到这图的时候，略微有点震惊，因为是宏观系统里面的一个实验观察结果！不知道你觉得如何呢？ 还是原来的振动平台，实验中将液珠限制在一个圆形区域运动，也许需要提到一点，液珠表现出某些“类似量子性”就需要小液珠脑袋的记忆力好一点得记住之前走的道路，如果它记不住会怎么样呢？当然，就不会出现上述分布了！因此小液珠需要有 path memory ！具体什么时候小液珠的记忆力会变得更好些呢？这个也是有一个判断标准的！具体的需要有兴趣的读者自己回到原文中寻找哟。 图 2 show 的是小液珠在圆形区域运动时的优美舞姿，当然，光是图 2 还是不够的，舞蹈再美也只能看到表面，没有统计就没有更加深入的思考空间！于是，通过跟踪小液珠的路径绘图，得到了图 3 的路径图，小液珠明着是一个混沌运动，或者这里更像布朗运动，实际上呢，图 3 的右下图展示了经过长时间统计的结果！在杂乱的一堆东西里面挑出来我们想要的，并发现他们的规律不正是物理学的一大乐趣和诱惑嘛！又想起来那句 “ 物含妙理总堪寻 ” ！ 有了上面的基础，便得到了图 1 中的结果，上面的结果还与液珠的速度有关呢！现在再倒回去看看图 1 ，有点愉快，也有点困惑。正如这博文的主题一样，要想一下子道清“宏观波粒运动”是不可能的，对于事物的了解甚至物理学家也不敢说自己多知道多少东西，而且，越往下写自己也觉得越吃力了许多。 记忆效应强的时候旋转系统中轨道 de 量子化 前面一篇博文里面有提到 Couder 他们的文章中得到了在一个旋转系统中，强的记忆效应的小液珠的运动会得到量子化的稳定圆轨道。那记忆效应强就一定会是量子化的稳定圆轨道吗 ? J ． Bush 及其团队对于旋转系统中轨道的量子化进行了更加深入的研究，关于强的记忆效应的强弱（ 的值，即比上法拉第临界）对量子化的稳定圆轨道是否会产生影响这一个问题做了更加深入的研究分析，得到的情形还是很有趣的。因为虽然达到某个阈值之后轨道半径会出现量子化的情况，这个时候之所以出现量子化是因为小液珠和尾迹会有相互作用。随着记忆效应的增强量子化的 level 就一直增加，并且并非一个 的值就对应一个量子数 n ，而是一个 n 对应一个记忆效应值的一个小区域。而随着记忆能力继续增强，轨道开始出现摆动，见图4。 图 4 ：随着记忆力增强，轨道开始出现摆动情况， b 图是轨道摆动情况，中间红色的是轨道中心位置的改变情况。 C 、 d 图反映的是长时间下轨道中心的变化情况 此时的摆动的轨道相对于原来稳定的圆形轨道已经出现了变化，这已经预示了随着记忆力增强，小液珠并非一直处于稳定的圆轨道上，那当记忆力再大一点会是怎么样呢？图5就是更大记忆效应时候的结果。此时出现的不只是轨道的摆动，而是出现了轨道的平移运动，比原来又更加复杂了一些，但是至今为止，轨道的曲率半径还是没有发生什么变化。还是处在原来相同的量子态下面，还是有确定的量子数。 图 5 ：更大的记忆值时的轨道变化情况 但再进一步增大 的值的时候，就出现了轨道的混沌运动，小液珠变得非常让人捉摸不透，不知道它此时的脑袋里面在想些什么事情，一会儿这里走走，一会儿那里走走，看上去已经杂乱无章了没有什么规律。但是呢经过统计，发现轨道的曲率反映出的结果仍然在对应量子态的地方的值比较多，只是不是具体的某个量子态的值，而是具有一定的概率了。量子化也出现了统计行为？ 图 6 ：更高记忆效应的小液珠的量子化轨道形式。 B 图为此时杂乱无章的轨道， d 图为轨道的曲率统计结果对应的量子态数。 显然上面的所有结果都是在还没有达到法拉第临界值的时候得到的，由于要出现量子化的轨道的时候的 比值已经很接近 1 了，因此上述结果研究 的变化范围仅仅相差百分之几，这个就需要实验过程中严格控制好其他各个参数。 有所谓宏观本征态吗？ 之前已经知道了在旋转系统中运动的液珠会出现轨道量子化现象，而且这种量子化必须出现在液珠具有较强的 ” 记忆力 ” 的时候，现在首先需要知道什么时候液珠的 ” 记忆力 ” 较强能够记住更多 ” 过去 ” 曾经走过的路径。此时定义一个参数 M ， 其中 τ 是记忆时间， T F 为小液珠上下振动一次的周期。 M 越大，越接近法拉第临界，则小液珠的记忆力就越好，则出现的量子化就越发的明显。 得到了很好记忆效果的小液珠对实验的更加深入的进行是必要的。之前的旋转系统中只是系统在旋转但是并未加入一些其他外加的力，而借用前面的系统，现在再外加一个磁场，让小液珠能够被限制住，构造一个束缚的情况，但是小液珠本身是没有磁性的，它几乎不受磁力，因此需要对小液珠进行改造，就是通过非常细的针头往小液珠中注入适量的磁流体，适量即量很少不足以对测量的结果产生大的影响但是能够在小液珠中均匀分布，使得小液珠本身带上近乎均匀的磁性，实验平台如图7所示。 小液珠由于受到磁场的作用会有一个磁力 ，并因此构造了一个束缚态，引入一个无量纲的半径，其公式为 ，其中 V 为小液珠的速度，是一个 constant 。 M 为质量， K(d) 与注入小液珠中注入的磁流体的体积和粘性有关。引入的这个无量纲半径也会反映出记忆效应强弱的参量 M 与量子化的关系，具体如图？ 图 9 ：不同参数值 情况下的轨道情况 此时的小液珠运动得到了如上图？中的轨道图，其中左边的是单次运动轨迹，右边的是产生进动方向的视角看到的轨迹。这些轨迹竟然可以用 Cassini 椭圆曲线来描绘，表达式为 ， a/b 决定了曲线的形状，是不是想起来解氢原子的轨道的时候的某些东西呢？此时引入两个参量来表征小液珠的运动，分别是到轨道中心的无量纲距离的平均值： 以及无量纲的角动量的平均值： 其中 r k 是第 K 次 bounce 的位置， N 是 bounces 的总数。当记忆效应强时，即 M 比较大的时候，会得到如下结果 : 图 10 ：平均无量纲距离和平均无量纲角动量随着参数 的变化情况以及两者之间的关系图 此时得到了一个类似于选择定则的关系图，通过进一步的研究表明，此时的小液珠处于自组织的状态，长时间的效应会得到自组织的结果，具体的见图？，这些都是在研究宏观的本征态的过程中得到的一些有用的有趣的结果，里面慢慢在透露出来一些关于宏观向微观进发的讯号，似乎暗示了有从宏观的世界窥视到更多微观世界的发现的可能。 当然，宏观世界中与量子本征态相互对应的东西仍然没能找到。在讨论量子力学和经典或者说是宏观物理规律的接合问题时，也许因为在物质之间起到传递和引导作用的波该是实物波而不是几率波，从而才能导致宏观和量子世界本身具有极大的相似性，而关于物质波和几率波问题的探讨，见 Bohm 和 de Broglie 的文章 。 其实，更重要的是，如果宏观和微观真的有着某种别样的联系，那么是否有办法从宏观中预言微观？或者是否可以将一些在微观中需要做但受限于现有条件而无法进行的实验先在宏观中进行或许会是未来的道路上一个有意思且美妙的风景！ 下一步会是什么？ 对于最近几年的这些实验、理论以及计算机模拟的结果，出现了不少争论，更多的处于观望态度，也有些在赞扬，还有些也是严厉批评之。没有争论就不会有科学的真正发展，之所以争论的存在就是因为里面有些我们还不能完全说清楚的东西。以下是两篇文章，里面褒贬不一，可以看看： 1. 2. 物理学史或者整个科学史都是一个推陈出新的过程，今天总是会在昨天的基础上进步一点点，如果，永远停在昨天，如果不更新血液，物理学就死亡了！一味地只是用昨天前人创立的方法和技术来服务今天是不够的！至少这个不应该是自然科学的目的，我们创造的理论确实是有服务大众的可能，但是这个也不是必须的，对于自然的更深刻的秘密的探索才是真正需要有的目标 ! 又想起来一句话：我们需要工匠，但也需要冒险家！冒险家总是一个褒贬不一的职业，谁也不知道有一天我们会漂去哪里甚至自己也常常在怀疑这条道路到底是不是正确的，但是，迷茫了几日之后仍然会继续轻装上阵，接受风雨的考验！ 冒险和好奇似乎是孩童时候遗留下来的一种天性，还小的时候看着小孩子总是什么都想动，什么都想问为什么，常常要摔倒了才知道会疼，但疼了一会儿之后还是继续去发现去探索！似乎离这章的主题十万八千里远了，但我实在不知道未来或者下一步是什么样子的 ! 知道的太少也是一种很要命的事情，何况我还不敢说自己已经知道了！这两篇博文或许里面介绍的东西什么也不是，但或许里面真的有在宏观世界打开通往微观世界大门的钥匙！谁知道呢？！也许标题只是留给读者思考的而已，我们又怎么能确定未来呢？但我们一直在确定我们的未来！每天的付出和努力一定是一个可靠的未来的保障！当然，还是要偶尔出去看看，偶尔真正的安静会儿，用心思考和感受。 最后，我想，暂时我也只能努力介绍到这样了！读文章的过程中发现还是有很多没有读懂的地方，无奈只能放在那里。如果我介绍过程中出现了一些错误信息还希望得到原谅，学识不够我自己也是挺忐忑的。 参考文献： 1. Daniel M. Harris et al，“Wavelike statistics from pilot wave dynamics in a circular corral”， PHYSICAL REVIEW E 88, 011001(R) (2013) 2. D. M. Harris and J. W. M. Bush,“Droplets walking in a rotating frame: from quantized orbits to multimodalstatistics” J.Fluid Mech. 739, 444–464 (2014). 3. A. U. Oza, D. M. Harris, R. R. Rosales,and J. W. M. Bush, “Pilot wave dynamics in a rotating frame: on the emergence oforbital quantization” J. Fluid Mech. 744, 404–429 (2014). 4. Anand U. Oza et al ，”Pilot wave hydrodynamics in a rotating frame: Exotic orbits”， PHYSICS OF FLUIDS 26, 082101 (2014) 5.E.Fort,A.Eddi,A.Boudaoud,J.Moukhtar,andY.Couder,PNAS,107,41(2010) 6. Ste phane Perrard et al，“Self organization into quantized eigenstates of a classical wave-driven particle” ， NATURECOMMUNICATIONS，（2014）. 7. M Labousse et al,” Build up ofmacroscopic eigenstates in a memorybased constrained system”, New Journal of Physics16 (2014) 113027 8. D. Bohm, Phys. Rev. 85, 166 (1952). ； 9. L. de Broglie, Ann. Fond. Louis deBroglie 12, 1 (1987).
个人分类: 那些贝壳们|14305 次阅读|18 个评论
吴国林主编《自然辩证法概论》前言
热度 1 ssglwu 2014-5-6 06:29
吴国林 吴国林主编的《自然辩证法概论》已由清华大学出版社2014年出版，这里是“前言”部分。写出这本教材的特点。若要引用，请见原教材。 前言 自然辩证法是马克思主义自然辩证法，是马克思主义的重要组成部分。自然辩证法是一门自然科学、社会科学与思维科学相交叉的哲学性质的马克思主义理论学科。自然辩证法不同于各门具体的自然科学和社会科学，它是联系马克思主义与科学、技术、工程的重要纽带。 自近代科学革命以来，在科学技术的推动下，人类的生活方式和生产方式发生了翻天覆地的变化。科学技术不仅改变了天然自然，而且创造了人工自然。人类不仅认识宏观世界，而且不断向微观世界探索；不仅认识物理世界，而且探索人的意识本身。新中国成立以来，特别是改革开放以来，我国取得了举世瞩目的伟大成就，我国的综合国力和竞争优势居于世界先进民族之列，中华民族正在实现伟大的复兴。与此同时，我国在发展的道路也遇到了一些不能回避的问题。 自然辩证法这一门硕士课程，力图面对新时代、探讨当代新问题，寻找或启示新思维，为中华民族实现伟大的中国梦贡献自己的力量。正如恩格斯早就指出：“一个民族想要站在科学的最高峰，就一刻也不能没有理论思维。” 为此， 本教材有以下的突出特点： （1）理论深度。本教材与相同书目的其他教材有一个显著的特点，那就是注重理论深度。没有理论深度的思考，是无用的思考。如果一本教材，一位学生拿着就能读懂，而且很简单，那么，这本教材的意义就不大。如果一本教材的内容，在任何一本同样的教材中能找到，内容没有多大变化，那么这样的教材也没有必要出版。一本教材，只有当有自己的研究，并有自己的特色，并能给读者以启发，那么这样的教材才是有意义的。 一本用于硕士生的教材，不是一本小人书，而必须有理论深度，使人读后能提升理论思维。一个勤于理论思维的民族，并将理论思维与实践相联系，这样的民族就一定会成为一个伟大的民族。如果一位硕士生，还不能进行有深度的哲学思维，这样的民族也不能有多大的前途。如果一位硕士生，仅懂得本国的有关知识，不理解当代世界的优秀文化成果，特别是当代的哲学方法、科学方法和技术方法等。 事实上，自然辩证法（科学技术哲学）是一门学科，这门学科在国外称之为科学哲学、技术哲学、科学技术与社会（STS）等等，都有非常专业的研究，这就是物理学、化学、经济学等自然科学或社会科学一样。也就是说，必须经过一定的专业训练，才能理解这门学科，掌握其思想内核和方法论。为什么要专业训练？因为现代科学技术都需要专业训练。没有专业训练，不可能一代一代地推进现代科学技术，带给人类更加灿烂的未来。 我们要经常问自己这样的问题：为什么中国“近代科技”落后了？还是我们的科技思想在近代之前就已经落后了？只是因为当代经济全球化还相当弱？为什么日本这么一个小国敢于入侵中国？它凭什么，它有什么入侵的手段？为什么新中国成立之后，特别是在改革开放之后，新中国的科学技术取得了巨大的成就，比如“两弹一星”、神舟飞船？当然，还要问，为什么美国是当今“唯一超级大国”？它靠什么？ 在问这些问题的时候，我们还要问：中国的思维方式、文化传统等等，有没有与当代科技主流相一致的东西？我们是否需要反思？阻碍中国掌握和创造核心技术的因素中，有没有思维方式这一因素？等等。 当然，本书不是对所有这些问题以直接回答，可能会从一个侧面给予启示。 本教材还适当采取了一些符号，以使表达更清楚和严格。哲学并不是要将问题说糊涂，而是要把问题搞清楚，探索出常人所不能想象的东西。因此，必须的符号思维是需要的，符号思维让人们能够脱离形象思维，而关注推理或逻辑本身。试想一想，没有符号思维，现代数学是不可能的，也不可能有微积分，也不可能有现代物理学，也就不可能有人造卫星，当然也就不可能有卫星定位系统（如GPS或中国的北斗定位系统等），没有这一卫星定位系统，不可能有现代汽车自由行进在任何一个从来没有去过的地方。因此，我们在科学解释与技术解释中，适当应用了逻辑符号来表达，使问题更清楚明白。我们以为，作为硕士研究生，基本的逻辑推理是需要掌握的知识，因为现代科学技术都需要建立在逻辑推理的基础之上，比如，没有逻辑符号的推理，能将电子计算机创造出来吗？符号思维是理性思维最基础的东西。 （2）学科前沿。华南理工大学科技哲学研究中心的相关教师致力于科学技术哲学研究，我们的教师都有一定的研究特色。本教材除了借鉴国内部科学技术哲学的相关前沿成果之外，还有我们自己的独特研究。本部教材的特点包括：当代自然观部分突出当代的系统自然观和生态自然观，其中包括量子信息；科学观与科学方法论更多地介绍了现代科学哲学的理论；技术观与技术方法论详细介绍了国内外关于技术本质、技术方法、技术演化的观点；科学技术与社会部分，着重探讨了科学的社会运行、科学对文化的影响的问题。 本教材共分四篇，并分为十五章和附录。教材的主要内容如下： 第一章论述自然界的物质性和自然界物质的系统性与层次性。理解“物质”概念必须把握“实在”这一重要而基本的哲学范畴，对“实在”的认识又随着人的认识发展而不断发展。测量就是待测对象、仪器与观察者之间所构成一个相互作用过程。没有测量，就没有自然科学。量子力学的测量不同于经典测量，量子测量也没有主观的介入。 时间、空间与物质之间紧密联系。 量子态就是一种新资源，展示了微观物质存在的新形式。人工自然是人类利用科学技术创造出来的自然界，它促进了自然界的新发展。 系统的组成、结构、环境、功能和边界是完整规定和描述系统的五个基本因素。自然物质系统呈现出层次结构。 第二章论述自然界的系统演化。自然界不仅存在，而且演化。演化是不可逆变化，可导致有序结构的破坏，也会导致更加有序结构的产生。整个自然界是一个从无序到有序演化的过程，这一过程伴随着物质、能量、信息的交换。信息可以分为经典信息和量子信息。信息用以消除事物不确定性。一个系统中的信息量愈大，信息熵减少愈多，系统就愈有序，组织化程度就愈高。 一个系统从无序走向有序的基本条件是：系统必须是开放的，系统处于非平衡态，系统具有非线性相互作用，系统具有随机涨落因素。 自然界的演化具有复杂性的特点。 混沌是非线性系统中存在的一种普遍现象，是自然界演化复杂性的表现。复杂性表现为非线性、内在随机性和开放性等形相，每一形相都反映了复杂性在某一方面的本质性质，这些形相的整合就是复杂性的实质。马克思主义的自然观吸收了历史上多种自然观的积极因素，形成了辩证唯物主义自然观，它将指导我国走可持续发展之路，走生态文明的发展道路。 第三章论述马克思主义科学观。科学具有经验、理性和实践的基本特征。现代西方科学哲学家对科学本质特征从多维视角展开了研究，为我们认知马克思主义的科学观提供了基本素养。逻辑实证主义主张，一切未能受到可观察经验验证或不合乎逻辑的分析命题的其它知识都是空洞无意义的。整体主义 主张被检验对象以理论体系为单位，理论体系是由各种彼此间有某种约束关系的单个陈述所组成，另一方面它又包括了知识整体中的不同成分而相对独立于知识整体。证伪主义认为，如果一个假说要成为科学的一部分，它必须是可证伪的。 历史主义则主张科学的发展就是新旧范式的转换或新纲领替代旧纲领的过程。建构主义认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论 ( 原有知识 ) 来建构科学知识。 第四章论述技术观。技术表现为作为客体的技术、作为知识的技术、作为活动的技术等多个方面。 马克思主义认为， 技术是人类为了满足自身的需要，在实践活动中根据实践经验或科学原理所创造发明的各种手段和方式方法的总和。 技术是人的本质力量的对象化。 技术的演化发展从其动力机制来看可分为社会需要导向型、科学理论导向型、现象发现导向型和日常改进型。技术的演化的直接动力来自技术体系的内在矛盾。现代技术发展并不是线性发展的，而是体现出技术与科学的协同进化。 第五章论述工程观。 工程是现代文明、社会经济运行和社会发展的重要组成部分。 工程是指与生产实践密切联系、运用有关的科学知识和技术手段得以实现的活动。 工程活动具有系统性、复杂性、特定的实现目标，工程是与环境相互影响的，工程是一个动态的过程，包含不确定性与风险性。科学、技术与工程，既相互区别，又密切相关、相互渗透。 第六章论述马克思主义科学方法论。 演绎与归纳是人类认识事物的两种基本的认知方法。 归纳是由个别到一般的推理方法。演绎是由一般到个别的推理方法。二者既相区别又相联系、既对立又统一。唯物辩证法认为，为了正确地实现由感性认识上升到理性认识、由经验上升到理论，然后再由理性回到感性、由理论回到实践，达到正确认识世界和改造世界的目的，就必须自觉地掌握并运用唯物辩证的思维方法和工作方法。 科学研究的一个重要目的，就是认识解释和预见。科学解释与预见，从本质上讲，两者是一致的，仅仅差别一个时间因素。 科学哲学家亨普尔提出了著名的 D-N 解释模型(演绎-律则解释模型)与 I-S 解释模型(归纳-统计解释模型)。 本章还论述了问题猜想的创新思维方法。科学实践的方法则包括科学观察与科学实验。观察和实验涉及到一个基本问题：观察的理论负荷，以及观察的客观性等。 第七章论述技术方法论。讨论了技术方法的一般研究，即技术认识的方法论基础及技术研究的一般过程。技术思维及其特点和技术活动的一般方法。 人们在设计、制造各种人工物及其论证过程中，都贯穿了一系列技术解释问题，技术解释是理解技术及其认识论的一个基本问题 。本章讨论了技术规则的解释与技术客体的解释。 第八章论述工程方法论。 工程方法就是为工程目标的实现提供相关“如何做”的技术，可分成特殊方法和一般方法。工程活动具有物理性和意向性双重属性。工程作为人类活动的产物，是由多个环节相互作用而建构成的一个系统。层次分析法、工程环境分析法、工程评估方法等是主要的工程系统方法。 第九章论述科学、技术与工程的社会关联。论述了作为社会建制的科学、技术与工程。考察了科学共同体、技术共同体和工程共同体。科学、技术和工程既对社会产生了重大的影响，也对自身产生了深刻的作用，三者之间形成了内在的关联，成为有机统一的社会性运作过程或系统。科学、技术和工程又在研究与发展 (RD) 活动中强化了它们之间的一体化运行。 第十章论述了科技进步与社会发展。 科学技术成为决定现代社会特点和走向的决定性力量，成为人类社会变迁的重要根源，也成为国家和民族兴盛的关键。社会推动科技发展，社会评价塑造着科技发展，社会也制约着科技的发展。 科技与社会的良性互动与协调发展，反映在国家与科技的关系上，就是科技兴国与国兴科技的统一。 第十一章论述科技与人文。科学技术是人猿揖别的标志，是人的社会进化的手段，是提高人的能力的基础，是人的生存条件改善的依托。 科学技术的发展关涉人的善与恶、人的尊严与人的自由。 从文化形态上看，科学技术与人文之间形成了“两种文化”的关系。 在两种文化的对话和讨论中广泛地达成了这样一个共识，那就是反对将科学与人文完全分离和绝对对立起来，倡导两种文化之间更加广泛的对话、更加宽容的理解、更加融洽的合作，走向科学与人文的融通，其最高境界就是科学精神与人文精神的融合。 第十二章论述了工程的社会人文向度。 工程的社会性一方面体现为工程所具有的强大的社会功能，另一方面体现为它 是在社会中形成的。 在当代工程中，科学与工程更为紧密地整合， 工程与科技的关系也呈现出一个历史的发展过程。 工程作为人的社会性建造活动，也是为人而进行的建造活动，工程的价值和意义就在于满足人的需要、为人服务，工程从多方面、多维度成为人的一种存在方式，由此形成了工程的人文指向，产生了工程的伦理和人文教育问题。 第十三章论述中国马克思主义的科学技术思想。 毛泽东号召向科学进军、开展群众性的技术革新和技术革命运动，倡导自力更生与学习西方先进科学技术，建立宏大的工人阶级科学技术队伍。 邓小平明确提出科学技术是第一生产力，尊重知识、尊重人才，发展高科技，实现产业化；推进科技体制改革。江泽民提出科学技术是先进生产力的集中体现和主要标志；重视和关心科学技术人才；关注科学技术伦理问题。胡锦涛着力提高自主创新能力，建设创新型国家；加强科学技术人才队伍建设，实施人才强国战略；重视科学技术和环境的和谐发展；选择重点领域实现跨越式发展；大力发展民生科学技术。 第十四章论述中国马克思主义科学技术观的内容与特征。 毛泽东、邓小平、江泽民、胡锦涛的科学技术思想是在各自不同的时代背景下进行社会建设和发展科学技术的实践中形成和发展起来的。毛泽东开创了马克思主义科学技术观中国化的理论先河；邓小平为中国马克思主义科学技术观奠定了坚实的理论基础；江泽民为中国马克思主义科学技术观的发展做出了重大贡献；胡锦涛推进了中国马克思主义科学技术观的系统化建设。中国马克思主义科学技术观 具有时代性、实践性、科学性、创新性、自主性、人本性等基本特征。 第十五章论述创新型国家建设。 创新型国家是指把科技创新作为国家发展基本战略，大幅度提高自主创新能力，形成日益强大的竞争优势，从而在国际社会中保持强大竞争力的国家。创新型国家有4个基本特征：一是科技进步贡献率较高；二是创新投入高；三是自主创新能力强；四是创新产出高 。 产业创新是获得竞争性产业优势的基础。 产业创新需要以技术为基础，在产业发展中起关键作用的核心技术。 建设创新型国家的根本目标 是提高我国的自主创新能力。 建设创新型国家的总体战略方针 是自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来。 建设创新型国家的战略对策是 建设科学、合理的制度和政策体系；深化科学技术体制改革；培养造就富有创新精神的人才队伍；发展创新文化，培育全社会的创新精神。 每一章都有阅读材料和相应的思考题。 最后在附录中， 给出了常见的逻辑符号、真值表与推理。这也是考虑到我国的大部分学校中，不重视现代逻辑教育。逻辑思维不仅是自然科学工作者需要的，而且也是人文社会科学工作者所必需的，当然，作为一位硕士研究生，掌握基本的逻辑思维，也是极为必要的。 事实上，现代西方科学之所以能够兴起，有一个重要的逻辑因素。 我们希望这本教材有特点，真正能成为一本硕士研究生使用的教材，有助于研究生提高哲学理论水平，改进思维方式，塑造科学精神与人文精神。我们知道，尽管做了许多努力，但还会有许多不成熟之处，恳请各位同仁和研究生批评指正，以便不断修订和完善。 吴国林 2013年12月10日 马克思恩格斯选集 . 第 3 卷 , 北京 : 人民出版社 , 1972: 467.
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吴国林主编《自然辩证法概论》出版
热度 7 ssglwu 2014-4-24 16:49
吴国林 由吴国林任主编，肖峰、陶建文任副主编的《自然辩证法概论》已于2014年在清华大学出版社出版。 基于教育部新的大纲要求，本书还有两个特点： 一是理论深度，一是学科前沿 。本著作（教材）是华南理工大学科学技术哲学的有关教师共同完成的。在著作中，讨论了 量子信息、量子态、科学解释、技术解释、核心技术等最前沿的问题 。 在文中，使用了一定程度的 逻辑符号 。 （详见下一篇博文）全书共51万字。 图片来自网上 以下为目录： 前言 10 绪论 15 一、恩格斯的《自然辩证法》的创立及其在中国的传播 15 二、自然辩证法与马克思主义的关系 16 三、自然辩证法的研究内容 17 四、学习自然辩证法的意义 18 阅读材料 19 思考题 20 第一篇 马克思主义自然观 22 第一章 自然界的存在方式 23 第一节 自然界的物质性 23 一、实在的涵义 23 二、量子力学的测量问题 25 三、时间、空间与物质 28 四、量子态：一种新的资源 30 五、人工自然观 31 六、马克思主义的物质观 34 第二节 自然界物质的系统性与层次性 35 一、系统的涵义与描述 35 二、部分、整体与突现 37 三、结构与功能的关系 40 四、层次的涵义与层次的基本规律 42 阅读材料 45 思考题 46 第二章 自然界的系统演化 47 第一节 序、信息与熵 47 一、演化的基本概念 47 二、经典信息、量子信息与实在 49 三、熵与熵增原理 51 第二节 自然界的自组织演化的条件 53 一、贝纳德对流 53 二、自组织演化的条件 54 第三节 自然界演化的复杂性 57 一、混沌及其基本性质 57 二、复杂性的基本特点 60 第四节 历史上的自然观 61 一、朴素唯物主义自然观 61 二、数学自然观 62 三、机械自然观 64 第五节 马克思主义的自然观及其发展 68 一、辩证唯物主义自然观 68 二、生态自然观 70 阅读材料 77 思考题 79 第二篇 马克思主义科学、技术、工程观 80 第三章 马克思主义科学观 81 第一节 科学的本质特征 81 一、经验特征 81 二、理性特征 83 三、实践特征 86 第二节 现代西方科学哲学家对科学本质特征的研究 87 一、逻辑实证主义的科学观 87 二、整体主义科学观 92 三、证伪主义科学观 94 四、历史主义科学观 96 阅读材料 101 思考题 104 第四章 技术观 105 第一节 技术的界定及其本质 105 一、技术的一般定义 105 二、技术与科学 108 三、技术的本质 116 第二节 技术的演化发展 118 一、技术发展的动力机制 119 二、技术演化的过程 123 阅读材料 130 思考题 131 第五章 工程观 133 第一节 工程的内涵 133 第二节 工程的特征 135 一、工程活动具有系统性和复杂性 135 二、工程具有特定的实现目标 136 三、工程与环境相互影响 136 四、工程是一个动态过程 137 五、工程需要最优化 137 六、工程包含不确定性与风险性 138 第三节 科学、技术与工程的关系 139 一、科学、技术与工程之间相互联系、渗透 139 二、工程与科学、技术的区别 142 阅读材料 145 思考题 148 第三篇 马克思主义科学、技术与工程方法论 149 第六章 马克思主义科学方法论 150 第一节 演绎、归纳和辩证思维方法 150 一、演绎法与科学约定论 150 二、归纳法及归纳问题 154 三、演绎与归纳的辩证关系 158 第二节 科学解释的方法 161 一、演绎－律则解释模型 161 二、归纳统计解释模型 162 第三节 问题猜想的创新思维方法 164 一、创新思维方法的起点——怀疑与悬置 164 二、波普尔的问题猜想法 168 三、科学猜想的非逻辑思维方法 171 第四节 科学事实 175 1 、经验事实和科学事实 175 2 、科学事实的特点 176 3 、科学事实的作用 177 第五节 科学实践 178 一、科学观察与科学实验 178 二、科学观察的含义及类型 179 三、科学实验的含义及功能 179 四、基本的科学实验类型 180 五、科学仪器的作用 182 第六节 观察实验中的认识论问题 183 一、观察和实验的理论负荷 183 二、观察的客观性 185 阅读材料 186 思考题 187 第七章 技术方法论 188 第一节 技术方法的一般研究 188 一、技术认识的方法论基础 188 二、技术研究的一般过程 190 第二节 技术活动的方法 193 一、技术思维及其特点 193 二、技术活动的一般方法 195 第三节 技术解释 199 阅读资料 206 思考题 211 第八章 工程方法论 212 第一节 工程方法的内涵和外延 212 一、工程方法的含义 212 二、工程方法的分类 212 第二节 工程的系统方法 213 一、工程活动的两重性 213 二、工程的系统性 213 第三节 工程系统方法论 214 一、工程的系统方法论概述 214 二、工程的系统方法论 215 三、层次分析法 217 四、工程环境分析法 219 五、工程评估方法 222 阅读材料 226 思考题 227 第四篇 马克思主义科学、技术、工程与社会论 228 第九章 科学、技术与工程的社会关联 229 第一节 作为社会建制的科学、技术与工程 229 一、作为社会建制的科学 229 二、作为社会建制的技术 230 第二节 科学、技术和工程的社会共同体 232 一、科学共同体 233 二、技术共同体 234 三、工程共同体 235 第三节 科技和工程的社会运行 237 一、科学、技术、工程在社会中的整体化 237 二、 RD 中的科技与工程的一体化 238 阅读材料 240 思考题 240 第十章 科技进步与社会发展 241 第一节 科技发展的社会效应 241 一、科学技术与现代社会的特点和走向 241 二、科学技术是第一生产力 242 三、科学技术与人类社会的变迁 243 第二节 科技发展的社会建构 244 一、科技发展的社会推动 244 二、科技发展的社会评价 246 三、科技发展的社会选择 247 四、科技发展的社会调节 248 五、科技发展的社会制约 249 第三节 科技与社会的协调发展 250 一、科技与社会的双向互动 250 二、科技与社会协调发展的度量分析 251 三、科技兴国与国兴科技的和谐统一 252 阅读材料 253 思考题 254 第十一章 科技与人文 255 第一节 科学技术的人文价值 255 一、人猿揖别的标志 255 二、人的社会进化的手段 256 三、提高人的能力的基础 257 四、人的生存条件改善的依托 258 第二节 科学技术的人文问题 258 一、科学技术与人的善与恶 259 二、科学技术与人的尊严 260 三、科学技术与人的自由 261 第三节 呼唤两种文化的融合 262 一、从科技与人文到两种文化 262 二、从分裂到融合 263 三、走向融合的路径 264 阅读材料 265 思考题 267 第十二章 工程的社会人文向度 268 第一节 工程与社会 268 一、工程的社会性与“社会史” 268 二、工程与科技的紧密结合 270 第二节 工程与人文 271 一、从工程的人文向度到工程善 271 二、工程伦理与工程的人文教育 273 阅读材料 274 思考题 275 第五篇 中国马克思主义科学技术观与创新型国家 276 第十三章 中国马克思主义的科学技术思想 277 第一节 毛泽东的科学技术思想 277 一、科学技术促进生产力发展 277 二、向科学进军 278 三、开展群众性的技术革新和技术革命运动 278 四、自力更生与学习西方先进科学技术 279 五、建立宏大的工人阶级科学技术队伍 279 第二节 邓小平的科学技术思想 280 一、科学技术是第一生产力 280 二、科学技术为经济建设服务 281 三、尊重知识、尊重人才 281 四、发展高科技，实现产业化 281 五、进行科技体制改革 282 六、学习和引进国外先进科学技术成果 282 第三节 江泽民的科学技术思想 283 一、科学技术是先进生产力的集中体现和主要标志 283 二、实施科教兴国战略 284 三、科学技术创新是经济社会发展的重要决定因素 284 四、重视和关心科学技术人才 285 五、科技体制改革和科技法制建设 286 六、科学技术伦理问题是人类在 21 世纪面临的一个重大问题 287 第四节 胡锦涛的科学技术思想 287 一、提高自主创新能力，建设创新型国家 287 二、加强科学技术人才队伍建设，实施人才强国战略 288 三、深化科学技术体制改革 288 四、重视科学技术和环境的和谐发展 289 五、选择重点领域实现跨越式发展 289 六、大力发展民生科学技术 290 阅读材料 290 思考题 291 第十四章 中国马克思主义科学技术观的内容与特征 292 第一节 中国马克思主义科学技术观的历史形成 292 一、毛泽东、邓小平、江泽民、胡锦涛科学技术思想形成的背景 292 二、毛泽东、邓小平、江泽民、胡锦涛科学技术思想的与时俱进 293 三、中国马克思主义科学技术观的内涵 295 第二节 中国马克思主义科学技术观的基本内容 295 一、科学技术功能观 295 二、科学技术战略观 296 三、科学技术人才观 297 四、科学技术和谐观 298 五、科学技术创新观 299 第三节 中国马克思主义科学技术观的主要特征 299 一、时代性 299 二、实践性 300 三、科学性 300 四、创新性 301 五、自主性 301 六、人本性 302 阅读材料 302 思考题 303 第十五章 创新型国家建设 304 第一节 创新型国家的内涵与特征 304 一、创新型国家的基本内涵 304 二、创新型国家的特征 304 三、社会特征 305 四、共同特征 305 第二节 创新型国家建设的背景 307 一、世界新科学技术革命使传统经济发展模式发生重大变革 307 二、科学技术竞争成为国际综合国力竞争的焦点 308 三、我国已具备建设创新型国家的科学技术基础和条件 309 四、我国科学技术发展同世界先进水平仍有较大差距 310 第三节 核心技术及其与产业创新的关系 313 一、核心技术与产业创新的涵义 313 二、核心技术之源 314 三、核心技术驱动产业创新 315 第四节 中国特色的国家创新体系 316 一、以企业为主体、产学研结合的技术创新体系 317 二、科学研究与高等教育有机结合的知识创新体系 317 三、军民结合、寓军于民的国防科学技术创新体系 317 四、各具特色和优势的区域创新体系 318 五、社会化、网络化的科学技术中介服务体系 318 第五节 增强自主创新能力，建设中国特色的创新型国家 318 一、自主创新的内涵及类型 319 二、建设创新型国家的根本目标 319 三、建设创新型国家的总体战略方针 320 四、建设创新型国家的战略对策 320 阅读材料 322 思考题 322 附录：常见逻辑符号与推理 323 主要参考文献 325 后记 328
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关于量子态实在性的新证明
gaoshan1900 2014-1-6 17:48
Notes on the reality of the quantum state Shan Gao (IHNS, CAS) Based on an analysis of protective measurements, we show that the quantum state represents the physical state of a single quantum system. This result is more definite than the PBR theorem . PBR PM v6.pdf (see also https://www.academia.edu/5611907/Notes_on_the_reality_of_the_quantum_state )
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如何理解量子态
热度 3 wliming 2012-2-25 02:48
很多人用所谓的薛定谔猫的例子说明一个量子叠加态，箱子里面有一个不可控制的毒药瓶子和一只猫，猫可能已经被毒死也可能还活着，它处于半死不活的状态，记为： |猫 = |活猫 + |死猫. 一般的人当然是没法理解这样一只猫的。即使我没有去检查箱子里面猫的死活，猫也无疑是要么活着要么死去，不可能各占50%的可能性。所以，从逻辑上讲，这样的解释是说不通的。 不过，这个例子大家其实不必认真，它只是一个比喻，而且是个不恰当的比喻。我们讲一个量子态，不可能是猫这样一个宏观物体的状态，而是一个微观粒子的状态，比如一个电子的自旋方向，一个光子的偏振方向等等。就拿一个电子的自旋方向来说，那绝不是上述“活猫”“死猫”那么简单。实验表明，一当你选定一个方向，任何一个电子的自旋就要么指向“前”，要么指向“后”。你甚至可以再换个方向，电子的自旋又顺从你的选择，指向前或指向后。量子态“玄”就“玄”在这里，这个意思是“活猫”和“死猫”不能表达的。你可能问，你是怎么影响这个电子的自旋的呢？其实，谁也没有影响这个电子，这个自然界的电子很可能本来就不是真的具有所谓的自旋指向（谁也不知道），这个所谓的指向不过是人对它的一种描述。为什么这样讲呢？ 比如，当你沿着竖直的方向测量一些电子的自旋，你测到有的电子自旋向上有的电子自旋向下。你也可以沿水平方向测电子自旋，你测到电子自旋有的向左有的向右。所以，你是不可以问，电子自旋到底是上下方向还是左右方向的呢？从这里可以看出，这个所谓电子自旋的指向，完全依赖于你从哪个方向去测量它。这可能让一些人产生了巨大的困惑。我用一个经典的例子说明一下，你在地上挖了两个大坑1和2，一个小钢珠滚过来，要么落进坑1，要么落进坑2。无论你把两个坑怎么摆，小钢珠都要进一个坑。虽然小钢珠本身是没有什么坑的概念的，但是，我们总可以给小钢珠贴个虚的“坑”标签，进坑1的小钢珠就贴上“坑1”，进坑2的小钢珠就贴上“坑2”。然后，你把两个坑摸平了，换两个位置，重新挖两个大洞，小钢珠的坑标签就跟两个洞失去了对应关系，所以，“坑1”小钢珠滚过来可能进洞1，也可能进洞2。你现在重新给这个小钢珠做个标签为“洞1”+“洞2”。于是，“坑1”=“洞1”+“洞2”，这就是叠加态。不过，这样一种宏观的比喻都不要当真。从这里可以看出，这个坑和洞其实不是小钢珠的性质，而是我们的测量造成的。但是，我们还是可以用它们给小钢珠分类。你可以大概像这样来理解电子自旋的指向，反正在测量之前，我们其实没法知道电子的自旋到底什么样子。 有了这一层理解，我们就可以给电子的自旋指向做个记号了：|1或|2. 它们标志着相对于某个空间方向的自旋指向。这里的| 是想表达一种有方向的矢量的意思，而1和2是两个自旋指向。它们不过是表示，沿着某个方向，电子的自旋“向前”或“向后”。这就是一种量子态。这两个符号|1 和|2 也不是必须这么写的，只要能表达两种情况就可以了，比如|+ 和 |-, 还有的写成一个上箭头和一个下箭头等等。 有人问，测量电子自旋除了得到“向前”“向后”之外，有没有别的可能呢？ 没可能，实验表明，任何一个电子，无论沿着哪个实际的方向测量，电子自旋也只有这两种情况。有些粒子的自旋也有三种指向的，比如 矢量介子，自旋就可以指前、指后或者哪儿也不指。这样的粒子的自旋量子态就需要三个符号，可以写成 |+,|0,|-。四种指向、五种指向的自旋量子态等等依此类推。 但是测量前，任意一个电子的自旋可以指向空间某一个方向，表示为 |ab = a|+ +b |-，其中 a，b是两个复数，必须满足 |a|^2 + |b|^2 = 1。 这个|a|^2和 |b|^2 分别表示测量这个电子的自旋指向在预设方向上“向前”和“向后”的概率。当我们沿着这个预设方向测量电子的自旋指向的时候，我们就可能有|a|^2这么大的概率测到向前，有|b|^2 这么大的概率测到向后。但是，你只能做一次，一当你测量，这个电子就从原来的|ab 量子态进入你测到的那个量子态。比如，你测到向前，电子就进入 |+。这叫做量子态坍缩。令a = cos(q), b=sin(q)exp(ip),其中 q,p 是方位角，表示测量前电子自旋的指向。 这是关于自旋指向的量子态。还有关于别的物理量的量子态，比如关于能量的，动量的，角动量的等等。所以，量子态可以有很多种。
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Hilbert空间与4维时空有何关系？
热度 3 chenfap 2011-12-15 14:32
Hilbert空间与4维时空有何关系？
Hilbert 空间与 4 维时空有何关系？ （物理学上的时空与物质 6 2 ） 在量子力学或量子场论中，一个物理体系的量子态可用Hilbert空间的向量来表达，并且一个物理体系的动力学量（常称为可观测量）可表示为Hilbert空间的算符。因之使一些物理学者认为，量子力学和量子场论“是Hilbert空间的物理”。 可是，非量子理论所研究的物理学(包括牛顿力学、狭义相对论、广义相对论）不涉及Hilbert空间，非量子理论所研究的物理现象都是发生在4维时-空中的现象。此外，可以证明 ，当Plank常数h可忽略不计时，量子理论便过渡到非量子理论，波函数的描述便过渡到轨道描述，量子理论的动力学量便过渡到非量子理论的动力学量。 牛顿力学、狭义相对论、广义相对论的研究表明，非量子理论所研究的物理现象必定发生在4维时-空之中；既然当Plank常数h可忽略不计时，量子理论要过渡到非量子理论，这就意味着，量子现象也必定发生在4维时-空之中，否则就难以理解，当Plank常数h可忽略不计时，发生在4维时-空之外的量子现象何以能变成发生在4维时-空之中的非量子现象。 用以表达 量子物质 之 状态 、 可视为 Hilbert 空间 之 向量 的 波函数， 较易于说明它必定存在 4维时-空之中，这在上篇博文中，我们已经说明过了。可是，对 量子理论中，用希尔伯特空间的算符来表示 的动力学量而言， 就难以 说明 这些量 也存在 4维时-空之中。本文将尝试用丛空间的概念 来说明这个问题。
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