量子力學的意義第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四物理學的近代發展20世紀初普朗克的量子論愛因斯坦的相對論開辟了近代科學的新紀元，物理學成了自然科學的先驅。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四20世紀物理學的革命是建立了相對論和量子力學，從根本上改變了人們關于時間、空間、物質和運動的觀念。第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四量子力學、相對論和基因雙螺旋結構是20世紀最重要的三大科學發現。量子力學在其中又占有特殊的位置。第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四沒有量子力學，就沒有當代物理學，就沒有與當代物理學聯系在一起的當代技術，也就不會形成今天的全球化的經濟結構調整和信息革命。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四量子力學直到今天仍有豐富的生命力，基于它的發展始終層出不窮。在今后相當一段時間內，它仍然居于物理學創新的中心。第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四從量子力學誕生的時刻開始，盡管其數學結構嚴謹，但許多科學家懷疑它并不是一個完備的物理理論。關于如何理解它的基本概念、基本圖象和基本規律，一直存在著深刻的、劇烈的爭論。第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四近20年來，物理學和實驗技術的進展，使得這種爭論發展成為直接依靠實驗的實證研究了，已成為當代物理學中一個非常活躍的領域。第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四這類實證研究的重要性結合當代電子學、光學、信息科學、材料科學以及當代工藝技術的成就，它們還有可能導致發展出直接基于量子力學原則的全新的技術部門。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四量子信息學信息科學與量子力學相結合發展起來的新興交叉學科。量子世界的奇妙特性在信息過程中發揮重要的作用，使量子信息系統的信息功能突破現有經典信息系統的極限。第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四新理論的探索方向一個方向圍繞宇宙的起源和發展，及標準模型的拓展和相互作用力的統一。實驗困難，耗資巨大，進展緩慢。第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四另一個方向圍繞量子力學測量和解釋問題進行。第二個方向費錢不多，有重要的應用背景，會有較快的發展。第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四由于人類對單個原子的操縱能力的增強，應用量子力學將設計出越來越多的按照人的要求，具有特殊功能的人造微結構和具有新奇性質的宏觀量子態，21世紀繼續對經濟、軍事、科技和社會進程產生重大的影響。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四甘子釗院士指出：“整個當代物理學教學的關鍵就在于量子力學的教學，這不僅僅是對物理系的教學，而且對化學、材料科學、生命科學、工程科學、地球科學等系科的教學，也是同樣的。”第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四“怎樣充分利用人們在認識量子力學的基本概念、基本規律和基本物理圖象上取得的成就，特別是最近20年來取得的成就，使學生能比較準確、迅速而且有一定深度地學習量子力學，這無疑是教學改革的一個帶根本性的問題。”第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四美國導論性大學物理規劃IUPP的參加者盡管在許多問題上各持己見，然而他們卻一致認為，在物理課程中，量子物理必須自然地并且強化地引入，為量子物理的引入找出一個最好的、能促進學生學習的途徑，已成為最重要的一件事了。第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四楊振寧(1999年11月)真正驅使物理學家在20世紀里頭致力于一些革命性發展的，是對一些基本原理性的深入的了解。通過了這些深入的了解，人類對于自然界許許多多的原始的現象，原始的觀念(包括時間的觀念、空間的觀念、運動的觀念、能量的觀念、力的觀念)——所有這許多最基本的人類對于自然界認識的原始的觀念，在20世紀都有了革命性的、新的了解。……這就是20世紀物理學真正的最重要的精神。第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四周光召(2000年12月)在歷史的長河中，任何理論都是相對真理，都有其適用范圍，都有在新的條件下改進的可能。量子力學與相對論的結合已經創造了量子場論，量子場論本身也在繼續發展。但是任何想改進量子力學基本觀點的嘗試都必須建立在實驗的基礎上。現代數學無疑在發展量子力學和量子場論中發揮了重要的作用。我認為，單純從數學和邏輯出發，有可能找到若干有用的關系，但不經過實驗的檢驗、指導和修正，不可能創造出新的理論。第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四“20世紀物理學發展的回顧及

21世紀物理學的展望”

(周光召

2002年8月29日-31日，北京大學)相對論和量子力學為人類認識世界奠定了堅實基礎，原子能、半導體、超導、激光等都依賴于這一基礎，它不僅深刻影響到其他相關學科，而且直接導致了半導體、計算機、光通訊等一系列高新技術產業的產生和發展。

第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四P.W.Anderson(諾貝爾獎獲得者)將一切事物還原成簡單的基本規律的能力，并不意味著我們有能力從這些規律來重建宇宙，……。大量的基本粒子構成了復雜聚集體，其行為并不能由幾個粒子性質作簡單外推就能理解。取而代之的是，在每一復雜性的層次上出現了全新的性質，而理解這種新性質需要極其基本的基礎研究。第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四馮端院士“凝聚態物理與量子力學”量子力學的多體問題似乎含有層出不窮的新花樣。……當今的凝聚態物理無疑將是21世紀高新技術的科學基礎。……計算機芯片的集成密度是隨年代而呈指數式的增長，服從一經驗規律，被稱為摩爾(Moore)定律。……到了2015年左右，集成電路的尺寸將達到其物理極限，芯片廠的投資量也會超出了社會的承擔能力。必須改弦易轍，另覓途徑，這也對凝聚態物理學研究提出了重大的挑戰和無上的機遇。光纖通信的容量，磁存儲器的容量也都隨年代作指數上升，……”第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四芯片發展年代曲線第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四跨學科的滲透化學家Herschbach指出：“典型的化學家高于一切的愿望是想理解為何一種物質和其他物質的行為不同；而物理學家通常冀望找出超出特定物質的規律。”

(物理學與化學在對物質世界的研究上正好是互補的)第25頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四跨學科的滲透生物學家S.W.