量子力学有多可怕揭示 量子力学创立的建设性思想及其在高校物理教育中的思考
时间：2019-01-06 03:26:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
伴随着新世纪的曙光，回望20世纪人类科学史上伟大的物理理论发现，我们认识到量子力学在奠定近现代物理发展中的启蒙作用，量子理论的蓬勃发展在能源、材料、信息产业中可谓中流砥柱。然而，人类从对完善理论物理大厦的喟叹到“紫外灾难”中踟躇与迷惘的眼神，逻辑推演的矛盾促使我们需要有创新性的视角和观点来阐释“两朵乌云”，这其中就展现了创造性思想无与伦比的巨大作用。在当代的高校物理理论教育中，提倡“导思、导学、实践应用”的教学管理论充分体现了高校新课程改革的理念和发展要求，能够积极促进知识结构的完善和学生对整体脉络的把握，使师生交流不再狭隘于题目问题的求解而是转向对思路、方法、原理过程的掌握上来，使物理规律的每一个算式都生动灵活起来。
一、量子理论的建设性观点
19世纪关于黑体辐射的讨论，在应用Kirchhoff热辐射定律的推导中得出假象绝对黑体的能谱密度函数却与实验曲线有比较大的出入。其中，Rayleigh-Jeans的推导公式在高频区（γ→∞）的无穷趋向与曲线极度不符合，称为“紫外灾难”。
在推导的过程中，在将黑体辐射场等效为电磁驻波振子（电磁横波，每一种频率的电磁波又对应不同的偏振方向，等效为一个简谐振子组成的多自由度力学体系）后，Plank和Rayleigh-Jeans处理的不同就在于能量连续性的假设上。由统计力学我们知道：
假设黑体箱长为L则应用边界条件：
e｜=e｜
可以推得单位体积在频率附近单位频率间隔电磁驻波振子数目为：
dγ
在能量的假设上，Rayleigh-Jeans采用经典Maxwell-Boltzmann分布，认为每一个驻波振子能量连续，并由能量均分定理得到=kT，所以：
能谱密度ρ（γ）=kT这就是在低频区比较满足实验规律的Rayleigh-Jeans公式。
对比可以发现，Plank在解释插值法求出的公式时，创造性地应用了能量单元的假设：
?缀=n?缀
同样由Maxwell-Boltzmann分布律可知：
==
同以上处理，ρ（γ）=・
为满足能谱密度通式ρ（γ）~γ，取εhγ后，便是满足黑体辐射曲线的Plank标准式。
问题解决的关键是对Plank常量h的讨论和引入，在h→0的极限场合，便是实现了能量间断到连续的变化，从而为我们抽象出一种比经典理论更为普遍的量子理论。
二、创设性思想在高校物理教育中的启迪与思考
传统的高校物理教育特别是理论物理教育课程一般都是由力、热、光、电、原子物理等普通课程和电动力学、量子力学、理论力学、统计力学等四门高等物理组成，针对师范生教育工作，要理解适应“让师范生姓师”的社会需要，这就要求师范生的本科物理学习必须着眼于全局，从物理历史发展的脉络去把握整个课程结构，融会贯通，精益求精。
譬如，在普通物理的教育中要适当联系理论物理中的前沿理论和观点，为学生后续学习埋下伏笔；在理论物理的教学中，课堂不应当沉浸在漫天迷乱的公式推导中，要阐述每书写一行算式的内涵和思想，不能将物理的课堂演变成数学杂技的show场，思路断线往往是大部分学生迷惘、无法深入理解物理学科的第一绊脚石；与此同时，理论物理学科之间的联系也是很绵密的，正所谓“没有孤立的理论去阐述一个绝对封闭的对象”，物理的发展和创设性观点的提出在学科之间都是互通互融的，“一通百通”才能将物理科学学习的深入、透彻。中国古典文学《论语》也讲述：“道不远人。”所有的规律、真理都是朴素温和的，仔细揣度，让学生发现物理豁然开朗的淡然淳朴。
诚然，物理的学习也是需要知识串联的。《基础教育课程改革纲要》也提出：教学相长，教育应当互动，注重内容渗透，避免被动模仿的学习，培养学生独立谨慎的思维习惯。“学然知不足，教然知困”，课堂没有完美的结场，完美的课堂教育依然是show场。在学习过程中教师要时刻提醒学生注重课外相关知识的学习，从而立体地丰富自己的思维和认知水平。
类比于以上量子力学创立的思想假设，我们在教育学习中是否也应该关注这样一条流程：由史入手―说明目的―实验发现―观点假设―理论探究―实验佐证，让同学们明确物理究竟要解决什么问题，要阐述的是什么结论和观点，要启迪我们的是什么见闻。以上的教学互动流程不也正是当下人类科学研究的步骤和方法吗？大学物理这种教学思想为我们进一步培养科研人员和理论工作者奠定基础。
由史入手，把握问题的症结和新的解决思路。未来的教学中，我们要细细品味电动力学中涡旋电场和位移电流的概念；电磁学中安培针对分子电流的假说又是如何验证的；Landau关于作用原理的思考又是怎么拓展成分析力学的；一系列实验磁场的不同，又是如何把Zeeman pachen-back反常Zeeman等效应串联起来的。我认为，能够将体系淋漓尽致贯穿讲述的高校必然是探究发现的著名学府，能够把知识酝酿成智慧的学生必将有所造诣。
参考文献：
［１］曾谨言.量子力学（卷一）.
［２］基础教育课程改革纲要.教基［2001］17号.
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