從人文視角看物理史話

1、——讀《上帝擲骰子嗎：量子物理史話》有感,從人文視角看物理史話,內(nèi)容框架,一、前言,目前量子力學(xué)可謂是國內(nèi)最熱門的前沿科學(xué)。 納米鞋、納米衣服、納米藥丸，石墨烯電池、石墨烯充電寶、石墨烯陶瓷等產(chǎn)品方興未艾，量子產(chǎn)品開始閃亮登場，量子內(nèi)褲、量子水、量子眼鏡等，應(yīng)有盡用。最牛的還是量子針灸，據(jù)說應(yīng)用了最新量子糾纏技術(shù)，寶寶生病了，只要扎父母就好了！ 這是真的嗎？,這是真的嗎？,量子是什么？,,早在2005年國

2、際物理年，作者曹天元Capo就送給國際物理年一件禮物，這件禮物就是《上帝擲骰（tou）子嗎：量子物理史話》。 作者用他那小說化的寫作手法，向我們娓娓道來關(guān)于量子論的故事。作者從神話時代出發(fā)，沿著量子發(fā)展的道路，親身去經(jīng)歷了科學(xué)史上的烏云和暴雨，直至最后艱難地建立了量子理論為止。 上帝擲骰子嗎？ 本書以此為題，揭示量子物理最鮮明的特點——不確定度。,二、簡介,1.科普性與文學(xué)性并舉

3、,《上帝擲骰子嗎》一書文筆流暢，語言詼諧幽默，閱讀感十足。 作者以一種科學(xué)和人文素養(yǎng)相交織的語調(diào)向我們介紹了量子力學(xué)從發(fā)現(xiàn)，斗爭，批駁，直至最終被廣為接受的整個過程。從電腦到激光，從生物到核能，航天衛(wèi)星理論皆賴以建立。從今天，現(xiàn)代的角度看過去，整個發(fā)展史帶給我的是前所未有的沖擊和震撼。,光的本質(zhì)是什么?是波動還是微粒？過去的400年中兩個派系數(shù)次交鋒。起先，以牛頓為首的微粒說依靠經(jīng)典力學(xué)的奠基，在物理界獲得了普遍的公認(rèn)地位。隨后，后起之

4、秀托馬斯楊悄然間發(fā)現(xiàn)了干涉現(xiàn)象，波動界的干涉條紋撼動了整個微粒世界。麥克斯韋于1856，1861，1865年連發(fā)三篇關(guān)于電磁理論的論文——預(yù)言光是一種電磁波，并于1887年被赫茲證明，使波動說在第二次波粒戰(zhàn)爭中登頂加冕。,整個量子物理的發(fā)展，是基于無數(shù)次試驗和交鋒中蹣跚中前進的。有時，機遇，靈光稍縱即逝，或許他并不起眼，但正是這一個個小的不起眼，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第預(yù)言了磁生電，海森堡在量子物理中引入了晦澀的矩陣……把握靈光

5、，潛心鉆研，即使不一定成功,其中的那些困惑，激動，恐懼和震驚也值得人品味。除此之外，仍要堅持不懈，腳踏實地地觸碰自己想做的事。薛定諤，狄拉克博士大器晚成，依舊努力抓住時光的尾巴，在不確定度和P數(shù)上努力延伸，完成了量子物理學(xué)的部分奠基工作。,同時，作者文風(fēng)犀利，將物理學(xué)界的學(xué)術(shù)之爭描寫得如同武俠小說中的江湖幫派紛爭一般，大大增加了該書的可讀性。 比如“從黃金年代走來的老人，在革命浪潮中成長起來的反叛青年，經(jīng)典體系的

6、莊嚴(yán)守護者，新時代的冒險家，這次終于都要作一個最終了斷。世紀(jì)大辯論的序幕即將拉開，像一場熊熊的大火燃燒不已，而量子論也將在這大火中接受最嚴(yán)苛的洗禮，煅燒出更加璀璨的光芒來?！保ㄕ缘诎苏隆墩搼?zhàn)》）這個片段仿佛《倚天屠龍記》中群雄圍剿光明頂一般，令人緊張不已。而玻爾與愛因斯坦的爭論更是寫得如同兩位絕世高手過招，簡直酣暢淋漓！,,《上帝擲骰子嗎》對科學(xué)家的性格進行了全面地的分析。性格決定命運，性格決定了眾多偉大科學(xué)家最終能在學(xué)術(shù)路上走多遠(yuǎn)，

7、在人們的心中存多久。,2.人格魅力與社會成就同輝,阿拉果一向是光波動說的捍衛(wèi)者，他和菲涅耳在光學(xué)上其實是長期合作的。菲涅耳關(guān)于光是橫波的思想，最初還是來源于托馬斯·楊寫給阿拉果的一封信。而對于相互垂直的兩束偏振光線的相干性的研究，是他和菲涅耳共同作出的，兩人的工作明確了來自同一光源但偏振面相互垂直的兩支光束，不能發(fā)生干涉。,阿拉果：與“物理光學(xué)之父”稱號失之交臂，銅像卻屹立于佩皮尼昂市廣場。,但在雙折射和偏振現(xiàn)象上，菲涅耳顯然

8、更具有勇氣和革命精神，在兩人完成了《關(guān)于偏振光線的相互作用》這篇論文后，菲涅耳指出只有假設(shè)光是一種橫波，才能完滿地解釋這些現(xiàn)象，并給出了推導(dǎo)。然而阿拉果對此抱有懷疑態(tài)度，認(rèn)為菲涅耳走得太遠(yuǎn)了。他坦率地向菲涅耳表示，自己沒有勇氣發(fā)表這個觀點，并拒絕在這部分論文后面署上自己的名字。于是最終菲涅耳以自己一個人的名義提交了這部分內(nèi)容，引起了科學(xué)院的震動，而最終的實驗卻表明他是對的。,其實在光波動說方面，阿拉果做出了許多杰出的貢獻，不在菲涅耳之下

9、，許多還是兩人互相啟發(fā)而致的。在菲涅耳面臨泊松的質(zhì)問時，阿拉果仍然站在了菲涅耳一邊，正是他的實驗證實了泊松光斑的存在，使得波動說取得了最后的勝利。但關(guān)鍵時候的遲疑，卻最終使得他失去了“物理光學(xué)之父”的稱號。這一桂冠如今戴在菲涅耳的頭上。,阿拉果一生清廉，他在從政期間不取厚棒，仍拿他經(jīng)度局那一份工薪；在海軍部長任內(nèi)，他也拒絕一切獎贈。他熱情支持當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)研究和發(fā)明，尤其關(guān)心青年人的創(chuàng)新精神。 為了紀(jì)念這個偉大、

10、富有冒險和創(chuàng)新精神的科學(xué)家，1879年，人們在佩皮尼昂市的廣場上樹立了他的銅像。,盧瑟福那種獨特并且懂得欣賞的藝術(shù)的眼光，使得他成為一名“物理伯樂”。不僅他自己非常出色，他榮獲1908年諾貝爾化學(xué)獎，他的學(xué)生和助手也個個出眾，有11名榮獲諾貝爾獎。,盧瑟福：諾貝爾獎得主的物理伯樂，頭像出現(xiàn)在新西蘭100元貨幣正面。,1921年，盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學(xué)獎；1922年，盧瑟福的學(xué)生阿斯頓獲諾貝爾化學(xué)獎；諾貝爾獎?wù)?922年，盧

11、瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物理獎；1927年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎；1935年，盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎；1948年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎；1951年，盧瑟福的學(xué)生科克拉夫特和瓦耳頓，共同獲得諾貝爾物理獎；1978年，盧瑟福的學(xué)生卡皮茨獲諾貝爾物理獎。有人說，如果世界上設(shè)立培養(yǎng)人才的諾貝爾獎金的話，那么盧瑟福是第一號候選人。,盧瑟福，利用自己獨特的眼光，精湛的教學(xué)技術(shù)，把一塊塊璞玉雕琢成晶瑩剔

12、透閃亮奪目的珍寶。這名伯樂的實驗室甚至被后人稱為“諾貝爾獎得主的幼兒園”，他的頭像出現(xiàn)在新西蘭貨幣最大面值——100元上面，作為國家對他最崇高的敬意和紀(jì)念。,物理學(xué)家波爾，于1975年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。 他和盧瑟福一樣求賢若渴，他出眾的人格魅力使當(dāng)時許多才華橫溢的科學(xué)家都甘愿圍在他的身邊，海森堡、約爾當(dāng)、莫特……人們都想到哥本哈根來，充分地感受這里的自由氣氛和波爾的關(guān)懷，并形成一種富有激情活力、樂觀態(tài)度和進取心的學(xué)術(shù)精神，即為后人所津

13、津樂道的“哥本哈根精神”…… 玻爾去世三周年時，哥本哈根大學(xué)物理研究所被命名為尼爾斯·玻爾研究所。1997年IUPAC正式通過將第107號元素命名為Bohrium，以紀(jì)念玻爾。,波爾：哥本哈根大學(xué)尼爾斯·玻爾研究所，第107號元素命名，頭像印在丹麥500克朗正面。,500丹麥克朗正面印有尼爾斯·玻爾的頭像,性格內(nèi)向沉默、淡泊名利的赫茲和狄拉克都甘愿放棄大學(xué)教授高薪的職位，自愿留在

14、實驗室進行研究，并最終，前者證實了麥克斯韋的“電磁理論”的準(zhǔn)確性，后者掌握了海森堡體系的精髓。,赫茲和狄拉克：忠實的實驗研究員。,三、對教育的啟示,啟示1：教師要塑造學(xué)生健全人格,2016年12月， 習(xí)近平在全國高校思想政治工作會議中強調(diào)，教師做的是傳播知識、傳播思想、傳播真理的工作，是塑造靈魂、塑造生命、塑造人的工作。教師不能只做傳授書本知識的教書匠，而要成為塑造學(xué)生品格、品行、品味的“大先生”。,青春期（12～18歲）：自我同一性和

15、角色混亂的沖突 一方面青少年本能沖動的高漲會帶來問題，另一方面更重要的是青少年面臨新的社會要求和社會的沖突而感到困擾和混亂。所以，青少年期的主要任務(wù)是建立一個新的同一感或自己在別人眼中的形象，以及他在社會集體中所占的情感位置。這一階段的危機是角色混亂。 "這種統(tǒng)一性的感覺也是一種不斷增強的自信心，一種在過去的經(jīng)歷中形成的內(nèi)在持續(xù)性和同一感（一個人心理上的自我）。如果這種自我感覺與一個人在他人心

16、目中的感覺相稱，很明顯這將為一個人的生涯增添絢麗的色彩"。（埃里克森，1963年）,埃里克森把同一性危機理論用于解釋青少年對社會不滿和犯罪等社會問題上，他說：如果一個兒童感到他所處于的環(huán)境剝奪了他在未來發(fā)展中獲得自我同一性的種種可能性，他就將以令人吃驚的力量抵抗社會環(huán)境。在人類社會的叢林中，沒有同一性的感覺，就沒有自身的存在，所以，他寧做一個壞人，或干脆死人般的活著，也不愿做不倫不類的人，他自由地選擇這一切。

17、 隨著自我同一性形成了“忠誠"的品質(zhì)。埃里克森把忠誠定義為："不顧價值系統(tǒng)的必然矛盾，而堅持自己確認(rèn)的同一性的能力。",播種行為，收獲習(xí)慣； 播種習(xí)慣， 收獲性格； 播種性格，收獲成功！,性格塑造從行為習(xí)慣養(yǎng)成開始！,行為習(xí)慣塑造的方法,啟示2：教師要修煉自己的人格,教師人格魅力對學(xué)生有強烈的感召力和凝聚力，可以給學(xué)生

18、以震撼人心的影響和沖擊。正如烏申斯基所說：“教師的人格對學(xué)生的影響是任何教科書、任何道德箴言、任何懲罰和制度不能代替的一種教育力量?！?好老師要有“捧著一顆心來，不帶半根草去”的奉獻精神，自覺堅守精神家園、堅守人格底線，帶頭弘揚社會主義道德和中華傳統(tǒng)美德，以自己的模范行為影響和帶動學(xué)生。 ——2014年9月9日習(xí)近平在同北京師范大學(xué)師生代表座談時強調(diào),啟示3：教師要修煉教學(xué)語言,教師的語言要有邏輯性，表達的內(nèi)

19、容系統(tǒng)化、條理化，學(xué)生也會獲得系統(tǒng)性的知識。 教師的語言要具有感染力，用抑揚頓挫的音調(diào)、生動風(fēng)趣的語句、微笑的臉部表情、情深意濃的句子，將學(xué)生帶進一個又一個引人入勝的學(xué)習(xí)佳境。 教師的語言要文明，避免講粗話、臟話和假話，更不能惡語傷人，不能以諷刺和挖苦性的語言批評學(xué)生，這樣會傷害學(xué)生的自尊心，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，甚至?xí)绊憣W(xué)生一生的發(fā)展。 教師的語

20、言要具有啟發(fā)性。教師一面提出有意義的問題，一面激發(fā)學(xué)生去思考探索，在教師的引導(dǎo)下，一步步地尋求答案，獲得真知。,修煉自己的聲音，讓它引人入勝；修煉自己的語言，讓它妙趣橫生；修煉自己的眼睛，讓它傳神豐富；修煉自己的表情，讓它神采飛揚；修煉自己的行為，讓它規(guī)范專業(yè)；修煉自己的學(xué)識，讓它有如泉涌；修煉自己的脾氣，讓它逗人喜愛；修煉自己的個性，讓它鮮明唯美；修煉自己的心靈，讓它平和美麗；修煉自己的氣質(zhì)，讓它超凡脫俗；修煉自己

21、的靈魂，讓它崇高圣潔；修煉自己的人生，讓它陽光幸福。,教師的12項修煉,四、我國量子研究近況,2019年1月31日，美國科學(xué)促進會（AAAS）宣布，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授領(lǐng)銜的“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星科研團隊被授予2018年度克利夫蘭獎（Newcomb Cleveland Prize），以表彰該團隊通過實現(xiàn)千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā)推動大尺度量子通信實驗研究做出的卓越貢獻。,1.潘建偉教授：“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星,這是美國

22、科學(xué)促進會設(shè)立克利夫蘭獎九十余年來，中國科學(xué)家在本土完成的科研成果首次獲得這一重要榮譽。該獎項將于2月14日在華盛頓舉行的美國科學(xué)促進會年會上正式頒發(fā)。,量子密鑰分發(fā)：無法破譯的安全通信　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長、“墨子號”量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士解釋，所謂“量子密鑰分發(fā)”，是指將量子密鑰分發(fā)通過量子態(tài)的傳輸，在遙遠(yuǎn)兩地的用戶共享無條件安全的密鑰，利用該密鑰對信息進行一次一密的嚴(yán)格加密，“這是目前人類唯一已知的不可竊聽、不可破

23、譯的安全通信方式”。,2.你知道嗎？,地星量子隱形傳態(tài)：實現(xiàn)分布式量子信息處理網(wǎng)絡(luò)的基本單元　　量子隱形傳態(tài)是量子通信要解決的另一個基礎(chǔ)問題。潘建偉介紹，量子隱形傳態(tài)是利用量子糾纏可以將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點的特點，將其攜帶的信息傳遞給對方，而不用傳送物質(zhì)本身。他說：“遠(yuǎn)距離量子隱形傳態(tài)是實現(xiàn)分布式量子信息處理網(wǎng)絡(luò)的基本單元?！?五、寄語,整個量子物理的發(fā)展，是基于無數(shù)次試驗和交鋒中蹣跚中前進的。三年磨一劍，五年磨一劍，甚

24、至是十年磨一劍，在虛無縹緲的理論中，歷史給予了他們最好的褒獎。 最可貴的是在這背后拓荒研究的科學(xué)家，他們是最可貴的財富。 在今天，量子理論主宰著世界，但還有很多問題量子理論無法解釋，正如我們所知，宇宙是無窮無盡的，需要科學(xué)家們不斷去“探險”，找尋其中的奧秘，豐富我們的世界。 百年大計，教育為本，我們教師承擔(dān)著傳承科學(xué)文化知識，培育未來科學(xué)家的使命！盡管任重而道遠(yuǎn)，仍然風(fēng)雨兼程！,流浪地球