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(guó)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(kāi)始閃亮登場(chǎng)，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(shuō)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(guó)

2、際物理年，作者曹天元Capo就送給國(guó)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(shuō)化的寫作手法，向我們娓娓道來(lái)關(guān)于量子論的故事。作者從神話時(shí)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(diǎn)——不確定度。,二、簡(jiǎn)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(yǔ)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(yǔ)調(diào)向我們介紹了量子力學(xué)從發(fā)現(xiàn)，斗爭(zhēng)，批駁，直至最終被廣為接受的整個(gè)過(guò)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(guò)去，整個(gè)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(dòng)還是微粒？過(guò)去的400年中兩個(gè)派系數(shù)次交鋒。起先，以牛頓為首的微粒說(shuō)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(dòng)界的干涉條紋撼動(dòng)了整個(gè)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(dòng)說(shuō)在第二次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)中登頂加冕。,整個(gè)量子物理的發(fā)展，是基于無(wú)數(shù)次試驗(yàn)和交鋒中蹣跚中前進(jìn)的。有時(shí)，機(jī)遇，靈光稍縱即逝，或許他并不起眼，但正是這一個(gè)個(gè)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(dòng)，恐懼和震驚也值得人品味。除此之外，仍要堅(jiān)持不懈，腳踏實(shí)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(shí)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(shí)，作者文風(fēng)犀利，將物理學(xué)界的學(xué)術(shù)之爭(zhēng)描寫得如同武俠小說(shuō)中的江湖幫派紛爭(zhēng)一般，大大增加了該書的可讀性。 比如“從黃金年代走來(lái)的老人，在革命浪潮中成長(zhǎng)起來(lái)的反叛青年，經(jīng)典體系的

6、莊嚴(yán)守護(hù)者，新時(shí)代的冒險(xiǎn)家，這次終于都要作一個(gè)最終了斷。世紀(jì)大辯論的序幕即將拉開(kāi)，像一場(chǎng)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(lái)?！保ㄕ缘诎苏隆墩搼?zhàn)》）這個(gè)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(ài)因斯坦的爭(zhēng)論更是寫得如同兩位絕世高手過(guò)招，簡(jiǎn)直酣暢淋漓！,,《上帝擲骰子嗎》對(duì)科學(xué)家的性格進(jìn)行了全面地的分析。性格決定命運(yùn)，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(huì)成就同輝,阿拉果一向是光波動(dòng)說(shuō)的捍衛(wèi)者，他和菲涅耳在光學(xué)上其實(shí)是長(zhǎng)期合作的。菲涅耳關(guān)于光是橫波的思想，最初還是來(lái)源于托馬斯·楊寫給阿拉果的一封信。而對(duì)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(lái)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(hào)失之交臂，銅像卻屹立于佩皮尼昂市廣場(chǎng)。,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(duì)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(méi)有勇氣發(fā)表這個(gè)觀點(diǎn)，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(gè)人的名義提交了這部分內(nèi)容，引起了科學(xué)院的震動(dòng)，而最終的實(shí)驗(yàn)卻表明他是對(duì)的。,其實(shí)在光波動(dòng)說(shuō)方面，阿拉果做出了許多杰出的貢獻(xiàn)，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(wèn)時(shí)，阿拉果仍然站在了菲涅耳一邊，正是他的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了泊松光斑的存在，使得波動(dòng)說(shuō)取得了最后的勝利。但關(guān)鍵時(shí)候的遲疑，卻最終使得他失去了“物理光學(xué)之父”的稱號(hào)。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(zhǎng)任內(nèi)，他也拒絕一切獎(jiǎng)贈(zèng)。他熱情支持當(dāng)時(shí)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(gè)偉大、

10、富有冒險(xiǎn)和創(chuàng)新精神的科學(xué)家，1879年，人們?cè)谂迤つ岚菏械膹V場(chǎng)上樹(shù)立了他的銅像。,盧瑟福那種獨(dú)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(lè)”。不僅他自己非常出色，他榮獲1908年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他的學(xué)生和助手也個(gè)個(gè)出眾，有11名榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。,盧瑟福：諾貝爾獎(jiǎng)得主的物理伯樂(lè)，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(jiǎng)；1922年，盧瑟福的學(xué)生阿斯頓獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；諾貝爾獎(jiǎng)?wù)?922年，盧

11、瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1927年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1935年，盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；1948年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；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(jiǎng)；1978年，盧瑟福的學(xué)生卡皮茨獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。有人說(shuō)，如果世界上設(shè)立培養(yǎng)人才的諾貝爾獎(jiǎng)金的話，那么盧瑟福是第一號(hào)候選人。,盧瑟福，利用自己獨(dú)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(lè)的實(shí)驗(yàn)室甚至被后人稱為“諾貝爾獎(jiǎng)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(guó)家對(duì)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(jiǎng)。 他和盧瑟福一樣求賢若渴，他出眾的人格魅力使當(dāng)時(shí)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(lái)，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(lè)觀態(tài)度和進(jìn)取心的學(xué)術(shù)精神，即為后人所津

13、津樂(lè)道的“哥本哈根精神”…… 玻爾去世三周年時(shí)，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(guò)將第107號(hào)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(hào)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，并最終，前者證實(shí)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(shí)的實(shí)驗(yàn)研究員。,三、對(duì)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(guó)高校思想政治工作會(huì)議中強(qiáng)調(diào)，教師做的是傳播知識(shí)、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(shí)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(dòng)的高漲會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，另一方面更重要的是青少年面臨新的社會(huì)要求和社會(huì)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(gè)新的同一感或自己在別人眼中的形象，以及他在社會(huì)集體中所占的情感位置。這一階段的危機(jī)是角色混亂。 "這種統(tǒng)一性的感覺(jué)也是一種不斷增強(qiáng)的自信心，一種在過(guò)去的經(jīng)歷中形成的內(nèi)在持續(xù)性和同一感（一個(gè)人心理上的自我）。如果這種自我感覺(jué)與一個(gè)人在他人心

16、目中的感覺(jué)相稱，很明顯這將為一個(gè)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(jī)理論用于解釋青少年對(duì)社會(huì)不滿和犯罪等社會(huì)問(wèn)題上，他說(shuō)：如果一個(gè)兒童感到他所處于的環(huán)境剝奪了他在未來(lái)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(huì)環(huán)境。在人類社會(huì)的叢林中，沒(méi)有同一性的感覺(jué)，就沒(méi)有自身的存在，所以，他寧做一個(gè)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(chéng)"的品質(zhì)。埃里克森把忠誠(chéng)定義為："不顧價(jià)值系統(tǒng)的必然矛盾，而堅(jiān)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(kāi)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(duì)學(xué)生有強(qiáng)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(shuō)：“教師的人格對(duì)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(lái)，不帶半根草去”的奉獻(xiàn)精神，自覺(jué)堅(jiān)守精神家園、堅(jiān)守人格底線，帶頭弘揚(yáng)社會(huì)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(dòng)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(shí)強(qiáng)調(diào),啟示3：教師要修煉教學(xué)語(yǔ)言,教師的語(yǔ)言要有邏輯性，表達(dá)的內(nèi)

19、容系統(tǒng)化、條理化，學(xué)生也會(huì)獲得系統(tǒng)性的知識(shí)。 教師的語(yǔ)言要具有感染力，用抑揚(yáng)頓挫的音調(diào)、生動(dòng)風(fēng)趣的語(yǔ)句、微笑的臉部表情、情深意濃的句子，將學(xué)生帶進(jìn)一個(gè)又一個(gè)引人入勝的學(xué)習(xí)佳境。 教師的語(yǔ)言要文明，避免講粗話、臟話和假話，更不能惡語(yǔ)傷人，不能以諷刺和挖苦性的語(yǔ)言批評(píng)學(xué)生，這樣會(huì)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(yǔ)

20、言要具有啟發(fā)性。教師一面提出有意義的問(wèn)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(yǔ)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(yáng)；修煉自己的行為，讓它規(guī)范專業(yè)；修煉自己的學(xué)識(shí)，讓它有如泉涌；修煉自己的脾氣，讓它逗人喜愛(ài)；修煉自己的個(gè)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(yáng)光幸福。,教師的12項(xiàng)修煉,四、我國(guó)量子研究近況,2019年1月31日，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）宣布，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授領(lǐng)銜的“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星科研團(tuán)隊(duì)被授予2018年度克利夫蘭獎(jiǎng)（Newcomb Cleveland Prize），以表彰該團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)星地雙向量子糾纏分發(fā)推動(dòng)大尺度量子通信實(shí)驗(yàn)研究做出的卓越貢獻(xiàn)。,1.潘建偉教授：“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,這是美國(guó)

22、科學(xué)促進(jìn)會(huì)設(shè)立克利夫蘭獎(jiǎng)九十余年來(lái)，中國(guó)科學(xué)家在本土完成的科研成果首次獲得這一重要榮譽(yù)。該獎(jiǎng)項(xiàng)將于2月14日在華盛頓舉行的美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年會(huì)上正式頒發(fā)。,量子密鑰分發(fā)：無(wú)法破譯的安全通信　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)、“墨子號(hào)”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(guò)量子態(tài)的傳輸，在遙遠(yuǎn)兩地的用戶共享無(wú)條件安全的密鑰，利用該密鑰對(duì)信息進(jìn)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(tīng)、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(shí)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(gè)基礎(chǔ)問(wèn)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(diǎn)的特點(diǎn)，將其攜帶的信息傳遞給對(duì)方，而不用傳送物質(zhì)本身。他說(shuō)：“遠(yuǎn)距離量子隱形傳態(tài)是實(shí)現(xiàn)分布式量子信息處理網(wǎng)絡(luò)的基本單元?！?五、寄語(yǔ),整個(gè)量子物理的發(fā)展，是基于無(wú)數(shù)次試驗(yàn)和交鋒中蹣跚中前進(jìn)的。三年磨一劍，五年磨一劍，甚

24、至是十年磨一劍，在虛無(wú)縹緲的理論中，歷史給予了他們最好的褒獎(jiǎng)。 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(cái)富。 在今天，量子理論主宰著世界，但還有很多問(wèn)題量子理論無(wú)法解釋，正如我們所知，宇宙是無(wú)窮無(wú)盡的，需要科學(xué)家們不斷去“探險(xiǎn)”，找尋其中的奧秘，豐富我們的世界。 百年大計(jì)，教育為本，我們教師承擔(dān)著傳承科學(xué)文化知識(shí)，培育未來(lái)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