量子计算含义范文
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第1篇
关键词：计算机网络路由选择；改进量子进化算法；研究
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0033-02
随着计算机网络的不断发展与广泛应用，其已经成为了我国人民在日常生活中及工作中不可缺少的技术，它为人们的衣食住行提供了方面，也为我国社会经济的发展提供了基础。目前我国计算机网络正在朝着更大规模范围发展，在此过程中也暴露了计算机网络路由选择中的一系列问题。现如今的计算机网络路由选择已经满足不了人们及社会的发展需求，也对计算机网络的正常运行造成了一定的影响，所以对其的优化改进是目前最重要的内容。
1 浅析计算机网络路由选择
计算机网络路由选择中有多种方法，包括梯度法、列表寻优法、爬山法及模拟退算法等。由于这些方式具有局限性，收到多种条件的限制，导致本身的作用都得不到很好的发挥。计算机网络路由选择主要是在能够满足计算机网络通信容量、网络拓扑及网络节点需求的基础上，对计算机网络中的各节点路由进行选择，使计算机网络可以缩短到最小时延。一般计算机网络路由选择可以使用优化工作，比如：其一，如果计算机网络中节点内部具有较大容量的缓冲器，那么就不会溢出或者丢失其数据包；其二，如果能够以实际的指数分布为基础设置报文长度，就可以按照泊松到达；其三忽略计算机网络中节点处理报文的时延；计算机网络中报文传输服务都是一个等级。【1】
2 探析改进量子进化算法
实际上量子进化算法就是进化算法和量子计划相结合产生的，此事以态矢量为基础，以量子比特编码为染色体，其更新染色体要以量子旋转门和非门进行实现，从而才能优化计算机网络路由。量子进化算法中的染色体排列矩阵为：
一个量子染色体表示问题解的特性，其原理就是对量子染色体进行随机测量，以此得出结果和概率，使用二进制实现坍塌，在此过程中可以了解到量子染色体可以有效地解决问题。另外改进量子进化算法的实现是根据量子旋转门，通过搜索法使公式的解得到最佳，增加或者减少概率，以此保留或者删除结果，以此来改进量子进化算法。
上表中的xi表示第i个量子染色体的二进制解，bi表示第i个最优解。
量子进化算法的流程主要包括三个部分：其一，要对种群进行初始化，在此基础上对初始种种群进行测量，以此得到与个体相依状态的相关记录表；其二，在合适的状态下对记录进行针对性的评估，并且对最佳个体和个体的适应值进行相关记录；其三，在还没有完全结束的时候，进行其他操作。
对于量子进化算法来说，此过程是非常复杂的，用相关的符号表示事务，之后进行计算。比如可以使用M表示染色体长度，染色体可以维护解的多样性。这样才能使算法简单的表述。【2】
3计算机网络路由选择的改进量子进化算法研究
在计算机网络中，量子进化算法是非常值得热议的话题，在计算机网络路由选择中的量子进化算法，其主要问题就是量子进化算法是针对性对表格进行参照，以此来找出相应的解法。这种方法会造成旋转角之间没有较好的关联性，另外在搜索问题的时候会有跳跃性，对于计算机在日常运行工作的时候是非常不利的。为了能够通过量子进化算法解决计算机路由选择中的问题，就要对其进行创新和改进。首先优化其中的旋转角，使其值能够满足路由选择。优化后的旋转表式子可以写为：
?θi=0.001π*50fb-fx/fx
根据此式子可以了解到旋转角在不同的情况下会有不同的结果，简单来说就是不同的旋转角值具有不同的含义。如果旋转角的值越小，那么就说明个体与最优个体之间的距离就越小，就缩小了搜索网络。在此状况下搜索就可以达到最优；如果旋转角的值越大，就说明个体与最优个体之间的距离越大，就逐渐扩大了搜索网络。在此状况下就要使所搜速度加快，这样才能够使计算机网络路由选择更多方面。
另外就是优化调整其中的函数，可以使用组合优化的方式进行，要求函数达到最佳状态，这样才能够得出最优解。通过此方式可以了解到，个体基因之间并没有较强的关联性。所以就可以通过计算机网络路由选择，对量子进化算法中的函数调整并优化。如果处于归一化的基础上，实现对应的实属对，并且使他们与量子位一一对应。基于此就可以做量子进化算法的仿真实验，并且对其进行对比，是否有优势。实验结果表示，计算机网络路由选择中的性能能够了解量子进化算法优化后比传统更优秀，此结果可以见图1。
从图1可以了解到，在计算机网络路由选择中的改进量子进化算法中，不断是收敛速度、寻优能力还是其中的性能，都优于传统量子进化算法。在进行仿真测试时，能够使改进量子进化算法之后发挥自身的作用，也能够在计算机网络路由选择中完善自身的应用。在此情况下计算机路由选择面对问题能够很好地解决，并且能够及时发现其中的问题，有效地提高了工作人员的工作质量和效率，还使计算机在正常运行和工作的过程中保持一个良好的状态。【3】
4结束语
在目前计算机网络技术被广泛应用的基础上，要重视计算机网络路由的选择。同时，改进量子进化算法也是非常重要的，通过优化旋转角，以此提高搜索速率及范围。计算机网络技术自发展应用以来，量子进化算法都有着较好的应用和前景，那么优化量子进化算法有效地促进了计算机网络技术的进一步发展，使计算机网络技术可以为我国各行各业提供更好的服务，也有效促进我国经济的可持续发展。
参考文献：
[1] 宋明红，俞华锋，陈海燕.改进量子进化算法在计算机网络路由选择中的应用研究[J].科技通报，2014（1）：170-173.
第2篇
关键词： 量子概率； 量子三叉树；量子B-S模型；量子期权敏感性
中图分类号：F830； O413 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0014-03
0 引言
量子金融是量子概率应用于金融市场的研究，体现了期权定价[1]思想上的创新。目前，国内外学者在这方面已做了一定的工作。陈泽乾[2]提出二项式期权定价量子模型。E.Sega[3]用量子效应解释在金融市场期权价格的不规则变化。Emmanuel和E.Have[4]描述了在量子系统中，Black-Scholes模型的具体含义。Belal.E.Baaquie[5]研究了基于量子理论的有息债券欧式期权利率模型。Liviu-Adrian Cotfas[6]借助Fourier变换和量子算符模型分析股票信息与价格的关系。本文建立了量子三叉树模型。根据期权折现流在量子概率下是一个鞅过程，给出了量子概率在金融问题中的作用。同时根据Tailor公式，用量子力学过程代替经典随机过程描述股票价格，在股票价格St遵循量子Brown运动的情形下，得到连续量子B-S模型。实例应用和Matlab仿真都证实了量子B-S的有效性。一方面简化了期权计算，另一方面更好地揭示了金融市场的量子特征。
1 量子三叉树模型
2 连续量子Black-Scholes模型
定理2. 量子期权平价公式
在任意一个时刻t
证明：在t=0时刻，由文献[9]可以构造两个量子投资组合φ1=c+Ke-rT，φ2=p+S。
设Vt（φ）是投资组合φ在时刻t的财富值，考虑上面两个量子投资组合，在t=T时刻的值
VT（φ1）=VT（c）+VT（Ke-rT）=（ST-K）++K=max{K，ST}
VT（φ2）=VT（p）+VT（S）=（K-ST）++ST=max{K，ST}
故VT（φ1）=VT（φ2），从而得到Vt（φ1）=Vt（φ2），即ct+Ke-r（T-t）=pt+St成立。
有了量子期权平价公式，由量子B-S算出看涨期权的价格，就可以得出看跌期权的价格。
4 实例应用
5 量子欧式期权敏感性[10]应用
以下是用MATLA对欧式期权敏感性做的仿真：
图1和图2表示期权标的物的价格波动性变动对期权价格的影响程度，数学表达式■，f为Black-Scholes期权定价公式中期权价格函数C。颜色反映灵敏度，下面是量子图，它比上面的经典图更能体现细微的波动值的变动。
6 结论
本文以量子概率的角度，利用量子力学理论建立了量子三叉树和量子Black-Scholes模型，处理了复杂期权定价问题。实例应用和敏感性分析都证实了量子B-S模型的有效性，量子期权图对金融市场标的物的价格细微波动变化反应更敏感，更能体现金融市场的量子特征。
参考文献：
[1]J.C. Hull. Options， Futures and Other Derivatives[M]. Prentice Hall， Inc， 2009.
[2]Zeqian Chen. Quantum theory for the binomial model in finance theory [J].Journal of systems science and complexity， 2004， 17：567-573.
[3]Segal W， Segal I E. The Black-Scholes pricing formula in the quantum context[J].Economic Sciences， 1998， 95（3）：4072-4075.
[4]E.Haven. Pilot-wave theory and financial option pricing[J].International Journal of theoretical Physica，2005，44（11）：1957-1962.
[5]Belal.E.Baaquie. The minimal length uncertainty and the quantum model for the stock market [J].Physica A， 2012， 391：2100-2105.
[6]Liviu-Adrian Cotfas. A finite dimensional quantum model for the stock market[J].Physica A， 2013，392：371-380.
[7]P.A.M.Dirac. The Principles of Quantum Mechanics.[M]. Science Press，2011.
[8]姜礼尚.期权定价的数学模型和方法[M].北京：高等教育出版社，2010：10-13.
第3篇
难以观测的粒子
两千多年前，古希腊哲学家德谟克利特就认为，物质是由原子组成的。“原子”一词的英文就来自希腊文，含义为“不可分割的”。
但是，直到18世纪才开始有现代意义上的原子理论，而原子的真正奥秘则直到20世纪才开始被揭示。这究竟是为什么呢？因为原子实在太小了，看不见、摸不着。如今我们知道，原子并非是“不可分割的”，它是由更小的粒子所组成的。
所谓粒子，是指构成物质的比原子核更简单的物质，包括电子、质子、中子、光子、介子和超子等。科学家最早发现的粒子是电子和质子，1932年又发现了中子，确认原子由电子、质子和中子组成。以后发现的粒子越来越多，累计已超过几百种，且还有不断增多的趋势。
后来，科学家还发现，微观世界的粒子所遵循的物理规律和宏观世界有所差异。宏观世界的能量是连续的，而微观世界的能量是按照最小的单元跳跃式增长。这种能量的最小单元称为量子。在此基础上建立起来的物理学称为量子物理学，原子、电子、光子等粒子的活动则遵循量子物理学的相关定律。
有意思的是，量子物理学虽然表述的是微观粒子的活动规律，却是在宏观观测的基础上建立起来的。也就是说，物理学家观测粒子的宏观活动，然后推测出这些粒子的微观量子特征。
我们知道，在传统物理学领域，我们要了解某个物体的特征，可以直接观测单个的物体。比如，我们要总结滚动摩擦的特性，可以用一辆带轮子的小车来做实验。那么，为什么量子物理学家不直接观测单个粒子呢？这是因为单个粒子实在太小，且太活泼了，要找到单个的粒子就已经很不容易了，即使找到它们，它们也不会按照某种规律停留在某个地方或某个轨迹上。
捕捉光子的陷阱
由于粒子太小太活泼，于是科学家自然就想到设置个“陷阱”去困住这些粒子。这个思路听起来很简单，似乎常人都能想到。但是，设置这个陷阱却是个高难度的事情，一度被科学界认为是不可能的事情。法国物理学家赛日尔・阿罗什却率先完成了这个似乎不可能的任务。 阿罗什（右）在进行光子阱实验 瓦恩兰在设计原子钟
从1990年开始，阿罗什就在设法完成这个任务。最终，他在接近绝对零度（零下273摄氏度）的温度条件下，用两个高性能超导体充当的反光镜组成了一个光学陷阱。这种陷阱的科学术语为“高反射光学微腔”，或“光子阱”。
接下来，阿罗什成功地把一些光子引入到光子阱中。这些光子被困在反光镜陷阱中的时间仅仅为0.1秒。这个时间对我们普通人来说实在太短了，也不过一眨眼的时间。但是，对于量子物理学家来说，这个时间已经足够长了。
在这短短0.1秒的时间内，光子不断反弹的总移动距离居然高达3万千米，足以做很多测量和操控动作。阿罗什就是抓住了这个转瞬即逝的机会，将一个极为活跃的“里德博原子”送入“陷阱”中作为探针。这个原子在捕获光子后，将单个光子的量子信息呈现出来，就如同X光描绘出人体的内部构造一样。
阿罗什早在20年前就设置出光子阱，而且他一直坚持从事这个领域的研究，并不断获得新的突破。2011年，阿罗什在光子阱实验中引入反馈机制。当发现光子阱中的光子数变少时，他就注入新光子，令光子阱中保持固定数目的光子。采用这样的方法，就好像把一些光子永久地困在了光子阱中，这超越了爱因斯坦的希望――将光子困住几秒。
阿罗什花了很大的力气来建立光子阱，但是他曾经也不太清楚他的研究成果究竟会有什么实际应用。他说：“如果你像我们一样研究单个的粒子，那么你将可以以一种奇妙的方式来揭示量子力学，并且你也可以研究所有的量子过程。”也许，好奇心才是驱动他一生进行这项研究的动力，而研究工作本身就是对他最好的报答。
阿罗什在接到获奖的电话通知时正与妻子一起回家，他说：“我很幸运，我在街上走着，正好经过一个长椅，所以我就马上坐下来……当我看到是瑞典的号码时，我就知道好事来了，你知道那种感觉势不可挡。” 量子计算机通过操控粒子的量子状态来快速传输信息（漫画）。
捕捉离子的陷阱
在阿罗什的实验中，光子是被囚禁的粒子，而原子是探针。而美国科学家戴维・瓦恩兰设计的实验正好与之相反，他把离子（即带电的原子）囚禁起来，用光子作为探针去探测和操控它。
1975年，瓦恩兰被聘为美国国家标准技术研究所物理研究员。在那里，他成为离子储存团队的负责人。应用激光冷却离子技术，这个团队制造出了至2012年为止最准确的原子钟。正是在研制原子钟的过程中，瓦恩兰设计了捕捉离子的陷阱。阿罗什是用光学陷阱来囚禁光子，瓦恩兰则用电磁场作为陷阱来囚禁离子，这个陷阱的科学术语因此称为“离子阱”。为了确保被囚禁的是单个离子，需要这个实验在超高真空和超低温的条件下进行。要实现这些条件又是十分高难度的事情。最终，瓦恩兰完成了对单个离子的囚禁，测得了单离子的量子信息。
目前，许多研究人员都已经能在实验室中实现对单个粒子的囚禁，并在单粒子量子系统研究中取得了不少成果。但是，阿罗什和瓦恩兰是这个领域的开拓者，因此2012年的诺贝尔物理学奖颁发给了他们。
粒子陷阱的用途
目前，离子阱和光子阱已被广泛地应用于科学和技术研究的各个领域。尤其是近几十年来，人们以离子阱为工具，把激光冷却技术应用于离子阱，为精密测量、制造新材料、观察新现象、获得新知识提供了广泛的实验基础。
离子阱的研究还可以用来建造超高精度的原子钟。在这种新型的原子钟里，科学家用囚禁起来的离子取代了传统原子钟所采用的铯原子。目前，这种新型时钟已经达到了比传统铯原子钟高两个数量级的精度。在那样的精度下，哪怕从宇宙大爆炸之初开始计时，迄今的累计误差也只有区区几秒。
建造出这种人类历史上最精确的时钟，到底有什么实际意义呢？意义可是相当重大：人类可以更精确地测量各种宇宙常数，同时，也可以进一步验证广义相对论的各种预测。根据广义相对论，在引力场强度更高的地方或是在速度更快的状态下，时间的流逝将会变慢，这种微观效应很难在实际生活中观察到。而通过世界上最精确的原子钟，一个人即使是高度变化30米，或是以10米/秒的速度进行运动，时间对于他流逝的速度变化都可以测量出来――这将是验证广义相对论对于时空特性的描述的绝佳工具。
和实现精密的测量、制造更精确的原子钟相比，诺贝尔评奖委员会认可阿罗什和瓦恩兰的原因是他们开启了量子计算机时代的大门。两位获奖者的突破性实验方法使得整个研究领域向研制新型超快量子计算机又跨了一大步。由于量子计算机在理论上要比现有的计算机快成千上万倍，人们十分期盼它能尽快变为现实。
目前，量子计算机（在理论上将比现在的计算机快成千上万倍）是各国科学家竭力攀登的高峰。但这不仅涉及技术问题，也涉及许多基础物理问题。量子计算机需要克服的最大障碍是让处于宏观世界的我们如何去操控微观世界的粒子，最理想的情况是能够操控单个量子。量子计算机研究面临的难题之一就是如何操控单粒子的量子状态，而两位获奖科学家的研究让量子计算机的理论基础变得扎实起来。目前，科学家最乐观的预测是10年后能够出现最简单的量子计算机。
美国物理学会主席罗伯特・拜尔评价说：“阿罗什和瓦恩兰都通过优美的实验手段使21世纪有望成为量子世纪。”可能到21世纪中叶，量子计算机就会彻底改变我们的日常生活，其影响跟传统计算机在20世纪所做的不相上下。虽然量子计算机离实用还比较遥远，但是那一天一旦来到，新的技术革命也将随之出现。而这两块诺贝尔物理学奖奖牌，就像是纪念人类探索量子世界的里程碑。
2012年诺贝尔物理学奖获得者简介
第4篇
关键词：量子力学；教学探索；普通高校
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0212-02
一、概论
量子力学从建立伊始就得到了迅速的发展，并很快融合其他学科，发展建立了量子化学、分子生物学等众多新兴学科。曾谨言曾说过，量子力学的进一步发展，也许会对21世纪人类的物质文明有更深远的影响[1]。
地处西部地区的贵州省，基础教育水平相对落后。表1列出了2005年到2012年来的贵州省高考二本理科录取分数线，从中可知：自2009年起二本线已经低于60%的及格线，并呈显越来越低的趋势。对于地方性新升本的普通本科学校来讲，其生源质量相对较低。同时，在物理学（师范）专业大部分学生毕业后的出路主要是中学教师、事业单位一般工作人员及公务员，对量子力学的直接需求并不急切。再加上量子力学的“曲高和寡”，学生长期以来形成学之无用的观念，学习意愿很低。在课时安排上，随着近年教育改革的推进，提倡重视实习实践课程、注重学生能力培养的观念的深入，各门课程的教学时数被压缩，量子力学课程课时从72压缩至54学时，课时被压缩25%。
总之，在学校生源质量逐年下降、学生学习意愿逐年降低，且课时量大幅减少的情况下，教师的教学难度进一步增大。以下本人结合从2005至10级《量子力学》的教学经验，谈一下教学方面的思考。
二、依据学生情况，合理安排教学内容
1.根据班级的基础区别化对待，微调课程内容。考虑到我校学生的实际情况和需要，教学难度应与重点院校学生有差别。同时，通过前一届的教学积累经验，对后续教学应有小的调整。在备课时，通过微调教学内容来适应学习基础和能力不同的学生。比如，通过课堂教学及作业的反馈，了解该班学生的学习状态，再根据班级学习状况的不同，进行后续课程内容的微调。教学中注重量子力学基本概念、规律和物理思想的展开，降低教学内容的深度，注重面上的扩展，进行全方位拓宽、覆盖，特别是降低困难题目在解题方面要求，帮助学生克服学习的畏难心理。
2.照顾班内大多数，适当降低数学推导难度。对于教学过程中将要碰到的数学问题，可采取提前布置作业的方法，让学生主动去复习，再辅以教师课堂讲解复习，以解决学生因为数学基础差而造成的理解困难。同时，可以通过补充相关数学知识，细化推导过程，降低推导难度来解决。比如：在讲解态和力学量的表象时[2]，要求学生提前复习线性代数中矩阵特征值、特征向量求解及特征向量的斯密特正交化方法。使学生掌握相关的数学知识，这对理解算符本征方程的本征值和本征函数起了很大的推动作用。
3.注重量子论思想的培养。量子论的出现，推动了哲学的发展，给传统的时空观、物质观等带来了巨大的冲击，旧的世界观在它革命性的冲击下分崩离析，新的世界观逐渐形成。量子力学给出了一套全新的思维模式和解决问题的方法，它的思维模式跟人们的直觉和常识格格不入，一切不再连续变化，而是以“量子”的模式一份一份的增加或减少。地方高校的学生数学基础较差，不愿意动手推导，学习兴趣较低，量子力学的教学，对学生量子论思维方式的培养就显得尤为重要。为了完成从经典理论到量子理论思维模式的转变，概念的思维方式是基础、是重中之重。通过教师的讲解，使学生理解量子力学的思考方式，并把经典物理中机械唯物主义的绝对的观念和量子力学中的概率的观念相联系起来，在生活中能够利用量子力学的思维方式思考问题，从而达到学以致用的目的。
4.跟踪科学前沿，随时更新科研进展。科学是不断向前发展的，而教材自从编好之后多年不再变化，致使本领域的最新研究成果，不能在教材中得到及时体现。而发生在眼下的事件，最新的东西才是学生感兴趣的。因此，我们可以利用学生的这种心理，通过跟踪科学前沿，及时补充量子力学进展到教学内容中的方式，来提高学习量子力学的兴趣。教师利用量子力学基本原理解释当下最具轰动性的科技新闻，提高量子力学在现实生活中出现的机会，同时引导学生利用基本原理解释现实问题，从而培养学生理论联系实际的能力。
三、更新教学手段，提高教学效率
1.拓展手段，量子力学可视化。早在上世纪90年代初，两位德国人就编制完成了名为IQ的量子力学辅助教学软件，并在此基础上出版了《图解量子力学》。该书采用二维网格图形和动画技术，形象地表述量子力学的基本内容，推动了量子力学可视化的前进。近几年计算机运算速度的迅速提高，将计算物理学方法和动画技术相结合，再辅以数学工具模拟，应用到量子力学教学的辅助表述上，使量子力学可视化。通过基本概念和原理形象逼真的表述，学生理解起来必将更加轻松，其理解能力也会得到提高。
2.适当引入英语词汇。在一些汉语解释不是特别清楚的概念上，可以引入英文的原文，使学生更清晰的理解原理所表述的含义。例如，在讲解测不准关系时，初学者往往觉得它很难理解。由于这个原理和已经深入人心经典物理概念格格不入，因此初学者往往缺乏全面、正确的认识。有学生根据汉语的字面意思认为，测量了才有不确定度，不测量就不存在不确定。这时教师引入英文“Uncertainty principle”可使学生通过英文原意“不确定原理”知道，这个原理与“测量”这个动作的实施与否并没有绝对关系，也就是说并不是测量了力学量之间才有不确定度，不测量就不存在，而是源于量子力学中物质的波粒二象性的基本原理。
3.提出问题，引导学生探究。对于学习能力较强的学生，适当引入思考题，并指导他们解决问题，从而使学生得到基本的科研训练。比如，在讲解氢原子一级斯塔克效应时，提到“通常的外电场强度比起原子内部的电场强度来说是很小的”[2]。这时引入思考题：当氢原子能级主量子数n增大时，微扰论是否还适用？在哪种情况下可以使用，精确度为多少？当确定精度要求后，微扰论在讨论较高激发态时，这个n能达到多少？学生通过对问题的主动探索解决，将进一步熟悉微扰论这个近似方法的基本过程，理解这种近似方法的精神。这样不仅可以加深学生对知识点的理解，还可以得到基本的科研训练，从而引导学生走上科研的道路。
4.师生全面沟通，及时教学反馈。教学反馈是教学系统有效运行的关键环节，它对教和学双方都具有激发新动机的作用。比如：通过课堂提问及观察学生表情变化的方式老师能够及时掌握学生是否理解教师所讲的内容，若不清楚可以当堂纠正。由此建立起良好的师生互动，改变单纯的灌输式教学，在动态交流中建立良好的教学模式，及时调整自己的教学行为。利用好课程结束前5分钟，进行本次课程主要内容的回顾，及时反馈总结。通过及时批改课后作业，了解整个班级相关知识及解题方法的掌握情况。依据反馈信息，对后续课程进行修订。
通过双方的反馈信息，教师可以根据学生学习中的反馈信息分析、判定学生学习的效果，学生也可以根据教师的反馈，分析自己的学习效率，检测自己的学习态度、水平和效果。同时，学生学习行为活动和结果的反馈是教师自我调控和对整个教学过程进行有效调控的依据[6]。
四、结论
量子力学作为传统的“难课”，一直是学生感到学起来很困难的课程。特别是高校大扩招的背景下，很多二本高校都面临着招生生源质量下降、学生学习意愿不高的现状，造成了教师教学难度进一步增大。要增强学生的学习兴趣，提高教学质量，教师不仅要遵循高等教育的教学规律，不断加强自身的学术水平，讲课技能，适时调整教学内容，采取与之相对应的教学手段，还需要做好教学反馈，加强与学生的沟通交流，了解学生的真实想法，并有针对性的引入与生活、现实相关的事例，提高学生学习量子力学的兴趣。
参考文献：
[1]曾谨言.量子力学教学与创新人才培养[J].物理，2000，（29）：436.
[2]周世勋，陈灏.量子力学教程[M].高等教育出版社，2009：101.
[3]杨林.氢原子电子概率分布可视化及其性质研究[J].绥化学院学报，2009，（29）：186.
[4]常少梅.利用Mathematica研究量子力学中氢原子问题[J].科技信息，2011，（26）：012.
[5]喻力华，刘书龙，陈昌胜，项林川.氢原子电子云的三维空间可视化[J].物理通报，2011，（3）：9.
第5篇
【关键词】微腔物理；半导体；应用；探讨
激光技术研制成功之前，自发式辐射发出光源广泛应用于人们生活及学习环境中。激光研发使用后受激辐射引起研究者广泛关注，大量研究人员将精力投入其中进行研究开发。但随时间推移，人们潜意识认为自行发出辐射是原子处于激发状态，其产生过程是一种无法进行转变的常规反应，人们误认为这种自行发出的辐射激光是常规既定形式，其产生过程无法通过科学手段进行转变。现实中，自行发出辐射不是一种固定的物质形态，而是在真空涨落过程中产生转变使得原子之间相互作用出现自然反应[1]。假设在一个或者多个方向的尺度或者波长数量相同的同一个微腔内，放置一个以原子为剂量单位的物质，其自行产生的辐射本质并没有发生变化，或因所处在既定空间而被控制发生本质改变，通过研究，人们将这一现象称之为“腔量子电动力学”。
一、半导体微腔物理简介
随着科学研究对微腔物理领域及微腔效应不断深入，微腔激光器、微腔结构制作过程及相关性能研究成为国内外研究焦点。微腔是又尺寸很小的谐振腔构成，理想状态下的微腔成正方形，次存是既定不变的。但是实际研究或者使用中，可根据实际情况适当放宽，放宽尺寸后仍可在辐射光谱区内得到同样的作用方式。使用与目前飞速发展的未加工技术领域。1个既定微腔规定最少有1维的规格在光波长的规定范围级别内。实际研发出的微腔激光器根据其使用功能，有效波长范围也可适当调节，出现大于1个光波长的情况。由此得出微腔涉及范围仅为极少数原子或光子行为，对于微腔与原子之间产生作用的研究，能发现众多宏观体系行为与特征差异。微腔与原子之间的相互影响也因腔量子电动力学研究成果更加容易解释。微腔物理是一种具有独特特点，内容多样，不仅有重要理论含义，又能成为高新科技研究新的出发点的交叉领域学科。不仅能根据微腔物理的开发深入了解围观世界量子性能这类基础性认知，还可在最基本认知的基础上，对全新领域进行研究探讨，在今后新型技术研发领域内产生重要作用[2]。比如，微腔可通过改变自发辐射速率增加合成激射膜的发出量，甚至全部转换成激射膜，成为无阑值激光器，这样的转变提成过程导致激光器闭值一个甚至几个数量等级降低反应，是带宽数量级别得到增加，从而适应高密度光束合成。微腔激光器以及微腔激光器a生的2维面阵所产生的光源，具有成本低，效率高且高密度可大量生产等优点。在光学巨平行计算、传输及处理等方面产生不能取代的作用，使其不仅可在低功率光互联、据平行等数字光学计算领域的到应用，在多头存储器、二维扫描、多信道光纤通信、激光打印及信息显示等领域得到广泛使用，成为一个国家信息产业不断进步发展的基础，为金钩信息产业发展产生重要影响。
二、半导体微腔物理的应用
第一，半导体微腔物理的国内应用现状。国内应用研发操作主要体现在微腔激光物理领域，比如使用速率方程对微腔激光器进行研究，对其稳定及瞬态特征进行鉴定，另一方面，研究其在可饱和吸收状态下，微腔激光器的自脉冲稳定性能。实验中研究人员对垂直腔体内进行激光发射、圆盘形半导体内进行激光发射、玻璃微球或者有机物质中产生的微腔反应。根据需求以出现多种类型，不同品牌微腔激光器共同存在的现状局面。这些设备因结构，材料、波长差异，其性能用途也不尽相同[3]。微腔激光器谐振腔小，根据结构不同分为垂直腔表面发射型、圆盘型和微球型。根据材料不同可分为有机聚合物、掺合稀土成分的玻璃或者晶体。微腔激光器发射波长超出红外线等可见光线范围。各微腔部分点泵浦支持下，输出不同性质激光，以满足各种需求。此外，国内光学晶体研究领先于国际水平。国内对于微腔物理研究尚在起步阶段，研究人员培训，队伍建设及实验室都在初步时期，由于具备国内外最新设备，实验条件是目前国内外最先进的。国内现有的实验室条件优越，不仅配备多台先进设备，对于量子线及量子点等材质也可自行制作。设备先进化对于研究起到了推进作用。当然对于研究测定方面，也具备最新技术，对于瞬态光谱、激发状态物理功能等测试也是相当精准的。
第二，半导体微腔物理的国外应用现状。综合微腔物理是实际中的意义及作用，国内外专家学者对于这方面的研究也在不断加强，纵观国内外大型国际会议关于微腔效应的关注程度，微腔效应的研发及微腔激光器、结构及制造、性能等方面已成为国际研究焦点。因研究结果对自身科技推动作用巨大，现有科学论据尚处于保密阶段，国际将微腔激光物理作为研究重点，分别针对理论、实验两个领域入手，对各种腔量子电动学产生的效果进行总结分析。目前垂直腔面激发微腔激光器已研发成功，具备优越功能，在实际中使用。根据理论定位与实验结果相结合，成功研制出一种新型激子激光器，新型激光器是根据量子统计效应发生非平衡激子布局来实现的[4]。
综上所述，近年来，科学研究领域成果层出不穷，不断推动科学技术的进步和发展，人们已经进入信息时代。电子技术及光子技术是信息技术的基本组成。光子技术会在未来通信及计算机领域未来发展中普遍应用。根据微腔物理探究能够促进微腔激光器、光自学以及信息产业技术进步，并且推动其他相关行业的发展进程，对光计算机、光纤通讯、信息显示等光信息处理领域的发展有重要影响。
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第6篇
1.基本概念介绍
为了便于厘清量子通信技术的相关概念，本文基于量子行业曲线linkindustryDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2022.11.002可替代度影响力行业关联度技术的发展以及相关概念内在的联系，下面着重对量子、量子通信、量子密钥分发以及量子保密通信的概念分别予以阐述。
1.1量子
普朗克提出了光辐射的能量是非连续的，而是一份一份的，对于频率为ν的电磁波，这一份能量为hν，其中，h为普朗克常数。这一份能量就是电磁波在频率ν下的最小能量。随着频率的不同，这个最小能量也不同，普朗克称这个最小能量为“量子”（Quantum）。爱因斯坦看到了普朗克的量子假说后，更进一步地认为，电磁波本质上就是由一份一份的能量组成的，他称为光量子，也就是光子（Photon）。
1.2量子通信
20世纪90年代以后，随着对量子等微观粒子的不断调控，当人们将基于经典物理学描述过程的信息传输变换成基于量子力学描述和操控的过程时，便催生出了一种新的通信方式：量子通信。量子通信不应该简单地从字面意思理解为通过量子来通信，真正的“量子通信”的含义应是利用量子态作为信息载体来进行信息交互的通信技术。现阶段，量子通信的一种典型应用是量子密钥分发（QuantumKeyDistribution，QKD），量子密钥分发可用来实现经典信息的安全传输。
1.3量子密钥分发
量子密钥分发作为量子通信的典型应用之一，是最先实用化起来的量子信息技术。现有实际的量子密钥分发系统主要采用的是由IBM的C.H.Bennett和G.Brassard在1984提出的BB84协议，其与经典密码体制不同，量子密钥分发是基于量子力学的基本原理，能够保证密钥的安全性，这种安全性在学术界称为“信息理论安全”或者“无条件安全”，是经过严格的数学证明的。因此，量子密钥分发能够在空间上分隔的用户之间以信息理论安全的方式共享密钥。1.4量子保密通信量子密钥分发可以通过对量子态的传输和测量，为经典数字通信建立牢不可破的量子密钥，为经典信息的加密服务提供安全性保证，因此，可以将QKD技术作为密钥分发功能组件，结合适当的密钥管理、安全的密码算法和协议而形成的加密通信安全解决方案定义为量子保密通信。目前，以量子密钥分发为核心的量子保密通信已是量子通信领域的主要发展方向。基于前面的介绍，我们可以清晰地理出量子密钥分发、量子通信和量子保密通信的层次关系，如图1所示。
2.专利技术布局分析
近年来，国内外对量子通信技术日益重视，纷纷加大对相关技术的研发力度，图2、图3、图4、图8、图9分别展示的全球/中国量子通信行业规模以及量子通信技术的专利申请量和专利申请人态势的持续增长均可见一斑。我们通过对国际专利分类体系（IPC）和联合专利分类体系（CPC）中的与量子通信相关的分类号进行统计分析，得出与量子通信技术相关的分类号主要集中在H04L9、H04B10。其中H04L9主要描述的是量子密码相关的密码、密钥的产生、共享或更新，H04B10主要描述的是量子通信的传输系统。通过对H04L9下的专利统计分析，将其技术分支划分为量子密钥分发、量子秘密共享、量子隐形传态、量子安全直接通信、量子签名、量子随机数发生器。通过对H04B10下的专利统计分析，将其技术分支划分为信号生成、信号探测、信号调制。通过对上述技术分支进行统计，不难看出量子密钥分发、量子签名和信号探测三个技术分支的相关专利申请居前，从侧面也说明这三个技术分支是目前量子通信技术领域研究的热点和关注所在。下面选取了量子通信技术中的量子密钥分发和信号探测两个热点技术分支来着重了解一下。
2.1关键技术之密钥分发
通过对量子密钥分发技术的专利进行统计，由图6可知在全球和中国该关键技术近年来保持增长态势。聚焦到该细分技术领域的专利分析后，发现目前针对该技术分支的研究的关注焦点主要集中在：（1）离散变量量子密钥分发DV-QKD的改进。如CN213879845U中采用环形网络实现了一种三用户TF-QKD网络系统，对现有的只是两用户的量子通信TF-QKD协议进行改进，结构简单，易于实现；（2）连续变量量子密钥分发CV-QKD的改进。如CN107682144A中优化现有的信息调制技术，改进数据后处理流程，提高后处理的数据处理速度，提高CV-QKD系统的密钥率。在DV-QKD技术方面，尤其是双场量子密钥分发协议（Twin-FieldQuantumKeyDistribution，TF-QKD）的提出使得整个QKD传输系统的性能，尤其是数据传输能力，得到了显著提高，而CV-QKD技术在成本和集成度方面优势明显。基于目前CV-QKD技术和DV-QKD技术在安全传输距离方面存在的差异，以及两者由于固有的特点在应用场景上的不同侧重，使得两者可以形成很好的互补关系，从而具备了构建商业化系统的条件。当前国内在DV-QKD方面的研究机构主要有国盾量子、九州量子、国腾量子、华南师范大学、中国科学技术大学、安徽问天量子科技；在CV-QKD方面的研究机构主要有循态量子、华为、烽火通信、北京大学、北京邮电大学。
2.2关键技术之信号探测
通过对信号探测技术的专利进行统计，由图7可知在全球和中国该关键技术近年来同样保持增长态势。聚焦到该细分技术领域的专利分析后，发现目前针对该技术分支研究的关注焦点主要集中在：（1）探测效率的改进。如CN112929170A中引入本地本振强光，避免接收机的探测效率变低，提高系统的成码率。（2）系统设计的改进。如CN107196758A中提供一种单光子探测方法，通过对同步信号进行相位切换和分段延时扫描的方式达到单光子信号的正周期延时，降低系统的冗余度。目前，单光子探测技术是量子通信系统中接收端探测微弱量子信号的主流技术，其中的超导纳米线单光子探测（superconductingnanowiresinglephotondetector，SNSPD）技术具备低暗计数、高量子探测效率等优异特性，成为量子通信系统信号接收端重点关注对象。2021年7月5日，中科大潘建伟团队在预印本arXiv上公开了113个光子的量子计算机原型机“九章2.0”，在实现“高斯玻色取样”任务的快速求解的同时，其中的一项核心技术SNSPD，使得平均系统探测效率达到了83%。
2.3量子通信技术的创新主体情况
从全球范围的量子通信技术专利布局情况来看，目前国内走在前列的创新主体有：九州量子、神州量子、安徽问天、国盾量子、如般量子、中国科学技术大学、北京邮电大学、华南师范大学、中国电子科技集团公司电子科学研究院、阿里巴巴。国外的创新主体主要分布在美国、欧洲、日本、韩国，包括：日本的东芝公司、日本电信电话株式会社、三菱株式会社、日本电气株式会社，美国的MagiQ技术公司、惠普、谷歌，芬兰的诺基亚，英国电信集团，韩国电子通信研究院、韩国科学技术院。
3.未来发展展望
第7篇
【摘要】 运用量子化学中的HartreeFock程序(631G基组)方法计算质子化α氨基酸溶质的分子结构参数，借助于多元线性回归法建立了α氨基酸对映体在冠醚手性固定相上的色谱保留与其分子结构参数之间的定量结构对映异构体保留(QSERR)模型。结果表明，α氨基酸光学异构体的容量因子对数(logk′)与质子化α氨基酸溶质的分子结构描述参数之间具有较好的线性相关性。在QSERR模型中，溶质结构描述参数EHOMO， DIP， ElcE， Ang和logP具有较为明确的物理意义，这些参数反映了固定相与溶质分子之间的静电作用、ππ作用力、色散力、立阻和疏水作用，能较好地解释α氨基酸对映体在联萘冠醚CSP上保留机理。建立的QSERR模型具有较好的稳定性和预测能力。
【关键词】 定量结构对映异构体保留关系， α氨基酸， 冠醚手性固定相， 色谱保留机理， HartreeFock程序
1 引 言
运用高效液相色谱(HPLC) 分离对映异构体已成为现代合成化学、生物医药学及农业化学等领域中常用的分析方法。大部分色谱手性分离很大程度上依赖于分析测试者的经验。建立具有明确物理含义的定量结构对映体保留关系(QSERR)能有效地预测色谱保留值，可以为选择最佳分离条件提供理论依据，还有助于理解色谱保留及手性识别的机理[1～4]。近年来， 随着计算机技术和量子化学方法的不断发展， 量化计算已越来越受到人们的关注[5～7]。在QSRR/ QSERR研究中，独自应用量化参数或将量化参数与其它常规参数联合已经越来越多地被使用。文献[8，9]应用量化参数建立了QSERR模型，研究了α氨基膦酸酯类化合物在两种不同的衍生化环糊精固定相上手性识别机理; Suzuki等[10]通过2D和3D分子描述参数建立了一系列芳基醇类化合物在4种刷型固定相上的QSERR模型，指出影响容量因子(k′)和分离因子(α)的分子描述参数不同;施介华等[6，11]运用量化参数分别建立烃类和酯类化合物的色谱保留关系的QSRR模型。
冠醚作为一类色谱手性固定相，常被用来识别具有NH2官能团的对映体[12～16]，其独特的冠环结构对客体分子的选择性识别起着重要作用。但有关手性冠醚类固定相上α氨基酸的色谱保留和对映异构体结构间的定量构效关系的报道鲜见。本研究运用量子化学方法中的HartreeFock程序(631G基组)计算了20个质子化α氨基酸溶质分子的结构描述参数，通过多元线性回归建立了α氨基酸类化合物在键合联萘冠醚手性固定相(CSP)上的定量结构与对映体保留的QSERR模型，探讨了α氨基酸对映体在键合联萘冠醚固定相上的色谱保留机理。
2 实验部分
2.1 数据来源
本研究所用α氨基酸化合物在新型联萘冠醚手性柱上的色谱保留数据取自文献[15](见表1)。
2.2 溶质分子描述参数的计算及QSERR模型建立
由于α氨基酸的NH2基团在酸性流动相中将发生质子化，形成强极性的铵离子(NH+4)，实际上色谱分离过程中与冠醚类手性固定相发生相互作用的是质子化的氨基酸[16](见图1b)。所有质子化表1 α氨基酸在联萘冠醚手性固定相上保留值[15]
Table 1 Retention value of αamino acids on the crown chiral stationary phase[15]No.氨基酸 Amino acidlogk′1logk′2No.氨基酸 Amino acidlogk′1logk′21丙氨酸 Alanine -0.23660.338511甲硫氨酸 Methionine-0.11350.53912精氨酸 Arginine-0.2366-0.045812苯基丙氨酸 Phenylalanine-0.10240.37663天冬酰胺 Asparagine-0.5528-0.337213苯甘氨酸 Phenylglycine0.15490.59884天冬氨酸 Aspartic acid-0.37680.008614脯氨酸 Proline-0.6383-0.63835半胱胺酸 Cysteine-0.4202-0.013215丝氨酸 Serine-0.5686-0.30107谷氨酸 Glutanic acid-0.22910.541616苏氨酸 Threonine-0.6198-0.19386谷氨酰胺 Glutamine-0.44370.245517色氨酸 Tryptophan0.14610.60538组胺酸 Histidine-0.4815-0.309818酪胺酸 Tyrosine-0.20760.28109异亮胺酸 Isoleucine-0.5086-0.236619缬氨酸 Valine-0.5528-0.284010亮氨酸 Leucine-0.19380.4997204羟基苯甘氨酸
4Hydroxyphenylglycine-0.17390.6730k′1: L氨基酸容量因子(Capacity factor of LAmino acid)， k′2: D氨基酸容量因子(Capacity factor of DAmino acid)。的α氨基酸分子结构首先用ChenDraw作出平面图，然后用Chem3D中的MOPAC 8.00对分子几何结构进行初步优化后，再用Gaussian 03软件包中的HartreeFock程序(631G基组)进行结构优化，振动分析计算的结果中无虚频，证明优化得到的分子结构对应于能量极小点。获取质子化氨基酸溶质的量子化学参数：DIP(分子总体偶极距)、 TE(分子总能量)、 ELUMO(最低分子空轨道的能量)、 EHOMO(最高分子占有轨道的能量)、 Ang(原子NC*C之间平面角)、 MR(分子折射率)、 logP(疏水性参数)和ElcE等分子描述参数在Chem3D中计算得到。所有量化参数的计算和分子模拟在PD2.80PC机上运行完成。
3 结果与讨论
3.1 QSERR模型的建立
由于分子“手性”的差别，手性分子与手性固定相相互作用的过程中存在着一定差异，即手性分子的结构参数与色谱参数之间存在一定相关性这一假设是完全合理的[6]。在QSERR模型建立过程中，最大的困难是如何找到能够区分不同对映体的手性分子结构参数，因为对映体分子诸多性质参数(如分子尺寸、形状、电性参数和疏水性参数等)有时很接近，甚至完全相同。与许多手性分子一样，α氨基酸对映体分子结构参数大部分相同。本研究通过Gaussian 03和Chem3D软件计算，提取了质子化后的L型和D型α氨基酸的分子结构描述参数(见表2和表3)。
为保证所选取的结构参数与容量因子对数(logk′)之间有较好的相关性，尽量选择与容量因子相关性较大，彼此之间相关性较小的参数。本研究首先对各参数进行相关性分析，发现MR与ElcE和TE之间有明显相关性，因此分别选取MR， ElcE和TE与其它结构描述参数进行多元线性回归，得到α氨基酸对映体在键合联萘冠醚CSP上的色谱保留参数的QSERR模型为：logk′1=-13.400-0.402EHOMO-0.047DIP+0.115Ang-5.90×10-5ElcE
(n=20， r=0.959， SD=0.067)(1)表2 质子化Lα基酸分子参数
Table 2 Molecular descriptors of Lαamino acid cationsNo.DIPElcEEHOMOELUMOTElogPMRAng 13.8840-4882.0-1.42461.8078-1340.9-1.4091.9489108.4722.1710-12247.4-1.32411.5128-2447.1-2.7254.2690105.3133.0044-8496.3-1.08701.4144-2009.9-2.9232.8171107.3042.4240-8797.0-1.38020.9798-2110.0-2.2812.6015106.8252.0069-5938.5-1.60210.7928-1534.8-1.3062.7552106.2273.7806-12972.2-1.49831.1399-2266.0-1.8253.0653105.4065.1110-9873.5-0.76881.2623-2165.3-2.4673.2809106.6284.0373-10590.2-0.70971.1597-2164.1-2.2353.6785106.3592.4120-12247.4-1.32411.5128-2447.1-2.7254.2690105.31104.2044-8616.1-1.25371.6917-1808.1-0.2933.3403105.32113.1407-11670.7-1.46750.6253-1846.4-0.8603.9776105.20122.8048-11314.1-1.45410.5860-2163.30.0664.4601105.48133.8687-9734.0-1.89341.0413-2007.8-0.3903.9963105.15142.1267-6106.1-0.70761.5282-1624.3-0.7332.7878106.30152.2410-6260.0-1.10271.5618-1661.3-2.5742.1020107.88162.2684-7661.3-1.07131.5946-1816.9-2.3162.5658107.80172.0277-16153.7-1.56800.2930-2658.50.0125.5776105.32182.1460-11972.2-1.43460.5580-2483.80.0125.5776105.47192.7089-7398.3-1.35201.7728-1652.2-0.7492.8765104.00204.8453-11317.9-1.67890.8915-2328.3-0.7794.1494104.95氨基酸编号同表1(The number of aminoacids are the same as in Table 1)。 DIP: Dipole moment (debye); ElcE: Electronic energy (eV); EHOMO: Highest occupied molecular orbital (eV); ELUMO: Lowest unoccupied molecular orbital(eV); TE: Total energy(eV); logP: Hydrophobic parameters; MR: Molar refractivity; Ang: Plane angle between N—C*—C。表3 质子化Dα氨基酸分子参数式中， n为线性回归样本的个数， r为拟合方程的相关系数，SD为标准偏差。由式(1)和(2)可知，所建立的α氨基酸对映体在键合联萘冠醚CSP上的色谱保留参数的QSERR模型具有较好的多元线性相关性。同时，为了识别异常值，对参与回归样本的保留值进行去一法检验，未出现异常值。这表明此QSERR模型具有较好的稳定性。
3.2 手性识别机理的探讨
根据液相色谱分离原理，溶质在色谱柱上的保留行为主要由溶质与固定相以及流动相之间的分子作用力所决定的。所建立的α氨基酸对映体在键合联萘冠醚CSP上的色谱保留参数的QSERR模型中，每个分子描述参数均表征色谱过程中溶质同固定相或流动相的某种相互作用。在液相色谱中ELUMO和EHOMO表示溶质和固定相之间电荷的传递反应，也就是在溶质和固定相之间存在氢键作用力或ππ相互作用[17]。logP与溶质疏水性相关，体现了溶质分子与固定相之间的疏水作用。Ang表示对映体色谱保留过程中对分子构象的要求[9]。DIP可以表示溶质分子和固定相之间的静电相互作用能力的大小[2]。MR反映了溶质分子参与分子色散力的能力[18]，而ElcE和TE与MR具有较好的相关性，因此ElcE和TE包含一定色散力的信息，也可以表示溶质分子参与色散力的能力。
尽管对分子间力(包括氢键力、范德华力、空间位阻、疏水作用等)的研究己比较深入、全面，但是如何协同这些作用力而增加或减弱非对映体络合物的稳定性却并不很清楚。从所建立的QSERR模型可知，在联萘冠醚CSP上，质子化氨基酸的保留行为主要取决于固定相与溶质分子之间的静电作用、ππ作用力、色散力、立阻和疏水作用。
3.3 保留值的预测
所建立的QSERR模型可预测α氨基酸对映体在联萘冠醚手CSP上的色谱保留值，即通过计算α氨基酸对映体的结构描述参数来预测其对映体的色谱保留值。结果表明，在这种手性冠醚固定相上，α氨基酸对映体的容量因子对数(logk′)的预测值与实验值之间具有较好的线性相关性(图2)，其线性回归方程分别为：
logk′1(pred)=0.9201logk′1(exp)+0.0069
(n=20， r=0.9572， SD=0.064)(3)
logk′2(pred)=0.9199 logk′2(exp)+0.0161
(n=20， r=0.9566， SD=0.064)(4)
两者回归方程的斜率接近于1，基本通过原点，这表明所建立的QSERR模型用于预测α氨基酸对映体在这两种手性冠醚固定相上的保留行为是切实可行的。
图2 预测值和测定值
Fig.2 Plot of experimental vs. predicted logk values3.4 小结
本研究建立了α氨基酸对映体在键合联萘冠醚CSP上的色谱保留参数的QSERR模型，各结构描述参数具有明确的物理含义。能较好地解释α氨基酸对映体在联萘冠醚CSP上保留机理。所建模型在预测其保留值时具有较好的准确性和稳定性。
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第8篇
[关键词]课程思政；信息安全；教学方法
现阶段专业课程融入思想政治教育存在的问题
1.思政教育与专业教育之间存在“两张皮”的现象在国家教育改革的引领下，专业课教师积极促进课程思政入课堂，但由于有的教师刻意地加入相关内容，为了思政而思政，造成了思政教育与专业教育“两张皮”的现象，内容的过度生硬，一定程度上影响了学生对思政内容的接受。因此，高校应研究如何将思政教育与专业教育之间由“两层皮”向“一盘棋”转化，以真正达到育人效果。2.思政教育与专业教育的融合比较随机当前，各科教师在融入思政元素的过程中存在较强的随机性，多是依靠专业课程教师自我发掘与发挥，这就有可能导致思政内容重复，甚至会引起学生的反感。对此，高校应从整体专业规划出发，针对每门课的特点确定课程思政的育人目标，以及思政元素的融入方式，使其形成课程体系的一部分。
专业课程与课程思政协同改革
1.紧扣毕业要求，明确教学目标与育人目标在传统的人才培养方案中，重点在于知识目标和能力目标的定位，为了提升学生的综合素养，高校应结合毕业要求，以课程教学大纲为抓手，明确并落实课程育人目标。以信息安全这门课为例，可通过理论教学与实验环节，使学生具备密码学、计算机系统安全、网络攻击技术与防御基础、病毒分析与防范、防火墙技术与VPN、安全扫描与入侵检测等计算机网络信息安全方面的基本理论知识、技能及综合应用，同时，培养学生独立思考、勇于创新的能力。在确定育人目标时，应让学生通过熟悉信息安全领域的国家方针、政策、法律、法规，追求科学真理，牢固树立热爱祖国、“信息安全技术的发展与应用不能损害国家和合法个人的利益”的理念，明确合法行为与非法行为的界限，理解诚实、公正、诚信的职业操守和职业规范，并在实际生活、学习与工作中自觉遵守。另外，还要面向国际科学应用前沿、国家重大需求及经济主战场，将前沿科技渗透到课程实践中，教育学生努力学习，破解“卡脖子”难题。2.坚持问题导向，改革教学方法信息安全主要采用理论教学、课堂讨论和上机实验相结合的教学方式，注重启发式教学，以问题为导向，引导学生独立设计信息安全框架，逐步培养他们分析问题、解决问题、勇于创新的能力。在课堂教学中，教师要加强与学生的互动交流，指引学生开展团队协作和课堂讨论，并及时分析、评价学生的讨论结果。另外，要从课程内容、实验环节、互动交流、分组讨论中进行专业课程的思政教学体系设计，促使学生产生学习内动力。
具体案例研究
将课程的教学目标及育人目标，深入渗透到教学大纲的具体内容中，使专业课程内容与思政元素有效融合。以信息安全课程为例，本课程的教学目标是掌握计算机网络信息安全方面的基本知识，了解设计和维护网络信息安全的基本手段和常用方法，能够利用理论知识解决生活中的实际问题。思政育人目标是培养出能够肩负历史使命，勇担强国重任，坚持面向世界科技前沿、面向国家重大需求、面向经济主战场，不断向科学技术广度和深度进军的高端信息安全人才。
思政育人案例
1教学内容：第一章，信息安全概述教学目的与要求：了解信息安全面临的主要威胁、信息安全的基本概念、信息安全的发展方向，掌握信息安全的主要技术及解决方案。思政元素切入点：针对美国政府在拿不出任何真凭实据的情况下，泛化国家安全概念，滥用国家力量，以列入实体清单、技术封锁、投资设障等手段，加大对中国企业的打压力度，让中国在芯片领域面临较为被动的局面。针对这一案例，要明确信息安全的真实含义，牢固树立“信息安全技术的发展与应用不能损害国家和合法个人的利益”的理念，强调中国人的命运一定要掌握在自己手里，绝对不容许被任何势力“卡脖子”。育人目标：面向国家重大需求，培养新一代科技人才，使其能潜心关键领域的基础研究与关键技术的开发；引导青年学生发挥“两弹一星”的艰苦创业精神，为国家培养彻底解决“卡脖子”问题的技术人才；学生要树立正确的家国意识与主人翁意识，将个人的聪明才智和未来发展与国家需求相结合。实施过程：（1）教师授课。讲授信息安全面临的主要威胁、信息安全的基本概念、信息安全的解决方案、信息安全的主要技术、信息安全的发展方向等，从中穿插思政元素。（2）师生研讨。学生针对信息安全的案例分组展开研讨，每组委派一名学生进行总结发言；教师和学生进行点评，在整个研讨过程中形成良好的思政氛围。（3）课后拓展。教师可适当给学生提供与国家战略相关的新闻报道和重大成果视频，增强思政权威性，引发学生思考。思政育人案例2教学内容：第二章，密码技术基础与公钥基础设施教学目的与要求：掌握密码学基本概念、了解传统密码技术，掌握公钥密码技术、公钥基础设施。思政元素切入点：对传统密码技术及公钥密码技术进行阐述，引入量子技术的快速发展对已有密码学方案的冲击。在量子计算模型下，经典数论密码体系受到了极大的冲击，如何在量子时代保障数据安全成为一个亟待解决的问题。Regev提出基于格的密码体系可以抵抗这种量子算法的攻击。格密码作为备受关注的抗量子密码体制，吸引了研究人员的目光。格自身有完整的理论体系，相较于其他密码体制有独特的优势：困难问题存在从一般情况到最坏情况的规约，具有较高的算法效率和并行性等。通过知识拓展，引导学生从基于格困难问题的密码体制设计进行思考、探索，培养学生的工匠精神、钻研精神。育人目标：让学生通过了解传统密码技术及公钥密码技术，知晓量子技术的发展对已有技术的冲击，引导其发挥工匠精神及钻研精神，勇于探索行业难题。实施过程：（1）教师授课。讲授密码学数学基础、密码学基本概念、对称密码技术、公钥基础设施等知识，从中穿插思政元素。（2）师生研讨。针对“我们是否可以在标准模型下构造一个抗量子攻击的基于位置的服务方案？这样的方案是否可以做到避免密钥滥用？”这两个问题进行探讨，引导学生思考，培养学生的工匠精神，提升其思考问题、分析问题的能力。（3）课后拓展。课后对量子算法技术进行更深一步的研究，了解两字算法技术的发展对现有技术的推动，并引入相关思政素材，增强思政权威性，引发学生思考及探索。思政育人案例3教学内容：第四章，网络攻击技术与防御基础教学目的与要求：了解黑客的概念及黑客的攻击模式，掌握网络攻击的技术与原理、网络攻击工具、攻击防范。思政元素切入点：2014年3月22日，国内漏洞研究平台曝光称，携程系统开启了用户支付服务接口的调试功能，使所有向银行验证持卡所有者接口传输的数据包均直接保存在本地服务器，包括信用卡用户的身份证、卡号、CVV码等信息均可能被黑客任意窃取，导致大量用户银行卡信息泄露，该漏洞引发了关于“电商网站存储用户信息，并存在泄露风险”等问题的热议。针对携程漏洞事件，教师引导学生熟知《中华人民共和国网络安全法》（以下简称《网络安全法》）要求网络运营者对网络安全运营负有责任，对产品的漏洞及时补救，怠于履行法律义务，导致个人信息泄露的，将面临最高五十万元的罚款，如果是关键信息基础设施的运营者将面临最高一百万元的罚款。2014年12月25日，第三方漏洞研究平台发现大量12306用户数据在互联网流传，内容包含用户账户、明文密码、身份证号码、手机号码等，这次事件是黑客通过收集其他网站泄露的用户名和密码，通过撞库的方式利用12306网站安全机制的缺失来获取13万多条用户数据。针对12306用户数据泄露事件，引导学生熟知关键信息基础设施的网络运营者不仅有一般网络运营者应该履行的网络安全等级保护义务，还有更高层次的网络安全保护义务，如对重要系统和数据库进行容灾备份，制定网络安全应急预案并定期进行演练等。关键信息基础设施运营者若没有每年进行一次安全检测评估，拒不改正或导致网络安全严重后果的，将面临最高一百万元的罚款，对直接负责的主管人员处一万至十万元以下的罚款。育人目标：通过“教、学、做”一体化的教学模式，一方面向学生介绍网络攻击的相关知识；另一方面结合具体案例自然融入《网络安全法》的知识，引导学生正确运用网络安全和防御技术，严格规范自己的网络行为，维护好个人、企业、组织、国家的信息安全，积极构建网络安全。实施过程：（1）教师授课。讲授关于黑客、网络攻击技术与原理、网络攻击工具、网络攻击防范等知识，从中穿插思政元素。（2）师生研讨。学生针对《网络安全法》的案例分组展开研讨，研讨之后，每组委派一名学生进行总结发言；教师和学生点评，拓展学生的知识面，在整个研讨过程中让学生构建网络安全意识。（3）课后拓展。课后可适当给学生提供《网络安全法》的相关报道视频，增强学生的安全意识，使其规范自己的网络行为。
总结
第9篇
纵观物理学的整个发展过程,无不包含着一代又一代的科学家对物理学之美的孜孜追求。爱因斯坦曾经说过:“物理学是至善至美的科学”。他把物理学之美归纳为:简单、和谐、完善、统一。他在建立相对论时的整个思考过程即是对“宇宙美”的追求过程。和谐美、简洁美一直是他衡量物理学理论是否正确的标准。开普勒坚信上帝是按照完美的数学原则来创造世界的,他以数学的和谐来探索宇宙,不忽视任何一个误差,最终发现了行星运动的统一规律――行星运动定律。费曼也正是凭着他独特的审美鉴赏力去审视和欣赏牛顿的万有引力定律,麦克斯韦方程和爱因斯坦的相对论所体现的那种完美的结构,感受对称性、守恒定律、最小作用量原理的普遍性;又通过自身的审美直觉去洞察自然界内在的美,创造出了体现过去与未来之间对称性的费曼图,并进而提出了一种新的重整化理论,巧妙地避开了困扰量子场论计算中的发散困难,为量子场论确立了一种标准的理论程序。
物理学所蕴含之美主要包括:对称美、简洁美、和谐美、统一美。
1.对称美
由于物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运用及其转化等规律的对称性而产生的美感,称为物理学的对称美。
物理学中的对称主要表现为时空对称、数学对称和抽象对称。
时空对称有空间对称、时间对称、时间和空间同时对称三种类型。时空对称表示物理现象在时空变换下的不变性。如杠杆的平衡、平面镜成像、磁体的两极、电荷的正负表现了物质的直观形象在空间上的对称;匀速运动的速率在运动过程中的任一点都相等,相干光在干涉空间任一区域都保持相等的条纹宽度等表现了物质在运动变化过程中的空间对称;周期、节奏、频率等表示了时间对称;不随时间变化的匀强电场、匀强磁场表现出既具有时间对称,又具有空间对称等等。
数学对称表示物理内容在教学形式(图与式)上的对称性。如简谐振动的振动图线、简谐波的波形图线具有对称性。这种对称性表示了物理内容在数学图形形式上的对称。万有引力定律、库仑定律与距离之间都具有对称性,这些对称性表示了物理内容在数学表达式上的对称。
抽象对称表示以抽象的方式所反映出的物理内容的对称。由于在无穷大或无穷小的尺度上研究物理问题,很难具有直观性,故很多物理形象及物理内容所呈现的对称具有抽象性。如处于平衡态的气体对容器壁的压强处处相等;处于平衡态的气体分子的热运动在三维空间各个自由度上发生的几率相等,这些都体现了物理内容的抽象对称美。
2.简洁美
由于物理学揭示了自然界物质的存在、组成、运动及其转化等规律的简单性而产生的美感,称为物理学的简洁美。
从物理理论的整体来看,在形形的物理世界中,各种物理现象和过程千差万别,但在本质上却可逻辑地归结为为数不多的若干基本概念和原理。例如,宇宙中纷乱的种种作用力,在本质上可归结为四种:万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力;牛顿定律将宏观低速条件下各种机械运动的现象都置于其统治之下;麦克斯韦方程组使复杂的电磁运动形成了一个和谐美满的家庭;量子力学理论使行踪飘忽的微观粒子眉目清晰……F=ma,E=mc2等等,其形式是多么的简洁而优美。这些都体现了物理学理论整体的简洁美。
物理学中的理想化方法是从多维的具体形象中,抓住最具有本质特征的主要形象,舍弃一些次要形象,建立起一个轮廓清晰、主题突出的新形象,从而简化物理问题。显然,具有简洁美。
3.和谐美
和谐是指由于组成整体的各个要素相互间恰到好处而在整体上显现出协调。和谐给人以一种恰如其分、浑然一体、轻松自如的美感。物理学的和谐美,主要是指由于物理理论揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其转化等整体上的和谐性而产生的美感。它主要表现在自洽、对应和互补三个方面。
自洽,与其基本含义一致,即自身内不存在不可统一的矛盾。物理学中的自洽和谐美,主要体现在物理学各分支理论内部以及各分支理论之间在现象、概念、规律等方面都是互不矛盾的。
对应和谐美是指由物理学不同理论间的对应关系而展现的物理学和谐美。对应是高级理论对低级理论的包容,或者是说低级理论是与高级理论在某一特定条件下的结论相一致。具体地说,对某领域正确的物理理论,在新的、更加普遍的理论出现时,并不作为错误的东西被抛弃,而是作为新理论的极限形式和局部情况,在新理论中保持原有的意义。如当v
互补和谐美是由物理学各部分之间的互补关系而展现出的物理学和谐美。所谓互补,就指彼此间弥补、相辅相成。物理学中的互补主要表现在不同的、甚至是相互排斥的物理理论,从不同的侧面描述物理学的研究对象。如光的波动性与粒子性、微观粒子的波动性与粒子性,都分别从不同的侧面反映了光与微观粒子的本质。在这里,波动性与粒子性既互斥,又互补。
4.多样统一美
由于物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其转化等规律的多样统一性而产生的美感,称为物理学的多样统一美。物理事物是千姿百态、千变万化的,因此,由它们构成的物理世界,必然呈现出万紫千红的景象,反映物理事物的特性及其规律的物理知识也是丰富多彩的。但是,自然界是统一的,客观物理事物之间存在着内在的联系,通过这种联系使得我们能将各种各样的物理知识统一起来,进而形成既千变万化又和谐统一的美的画卷。例如,牛顿力学把地上的和天上的所有低速宏观运动的规律统一起来;麦克斯韦电磁理论把电、磁、光统一起来;爱因斯坦广义相对论把引力、时间、空间、物质联系起来;德布罗意关系将微观粒子的波动性与粒子性统一起来,这些都会使人们感到一种多样统一的美感。
第10篇
一、对高考理综物理试卷的审视
通过对近十年来高考理综物理的追踪分析及调查,高考物理就是“8道选择题,1道实验题和3道计算题”,总分为120分。
1.对于选择题的分析。
理科综合考试中,物理选择题有8题共48分,分值比例达到总分40%,非常可观,其重要性不言而喻,8道题中的4道~5道一般是单选题,其余是多选题。
2.对于实验题的分析。
每年高考的物理实验题是我们关注的焦点,赋分值在11分~24分之间,分值比例达到总分20%左右。一般来说,实验中第一小题考查学生对基本实验的操作,而第二小题则着重考查学生设计并表述实验操作的能力。从历年全国高考物理实验题学生得分情况分析报告来看,这个比例一般较低,故又有“得实验者得天下”的说法。由此即可看出实验题得分情况对高考物理成败的重要性。
3.对于计算题的分析。
计算题一般有3道,总分在48分左右,分值比例达到总分比例的40%左右。一般来说,第一题考查基础知识,对绝大多数学生来说问题不大;第二道题则稳中有难、稳中有升,故第二题的得分高低对于全局来说至关重要;第三题则是压轴题,也是选拔尖子生与中上等学生的重要依据。压轴题一般有三问,对绝大部分考生来讲,只要能做对其中的1~2问就已不错,只有少数尖子生能够做对第三问,故对全局影响不大。
二、如何提高单位时间内的得分率
教学中应着重对学生进行以下能力的培养。
1.重视对题目的审视,对概念的深刻理解,对具体物理场景的建立,物理过程的分析以及各物理量间关系的把握。
例1:某人骑自行车以4m/s的速度匀速前进,某时刻在他前面7m处以10m/s的速度同向行驶的汽车开始关闭发动机,而以2m/s2的加速度减速前进,则此人需要多长时间才能追上汽车?
考点解析 : 这是一道考查直线运动中追击相遇问题,追上的条件是追上时两者位移应满足S汽+S0=S自。一般情况下两者所走时间是相等的,而这道题恰恰是在前方汽车停止后人才追上,所以两者所走时间不同。要做对本题必须对物理场景和物理过程以及各量间的关系分析清楚。
解析:人追上汽车时两者位移应满足S汽+S0=S自。汽车开始关闭发动机到静止需要的时间t0=■=5s
此时,汽车的位移S汽=■t0=25m,人的位移S自=vt0 =20m
因s汽>s自,故仍未追上。因此,人追上汽车,应该是在汽车停下以后,再经过t1=■=■=3s才追上,所以时间t=t0+t1=8s
2.重视学科内知识系统的构建与融合。
例2:频率为V0的光子由地球表面竖直向上运动,当上升H=22.5m的高度时,由于地球的引力作用,它的波长变长一些,我们称这种现象为引力红移。①试写出光子质量的表达式;②当光子上升H=22.5m的高度时,试用能量守恒的观点,求该光子频率的引力红移量v跟原有频率的比值。
考点解析 : 这是一道以引力红移为背景的科研性问题。解决本题的关键在于先根据题意,理解引力红移的含义,再运用光量子理论、质能方程,求出运动光子的质量,进而运用光子和地球组成的系统的能量(光子能量和重力势能之和)守恒,求出光子在地球表面上升过程中频率的引力红移量v跟原有频率v0的比值。
解析:①由光量子理论E=hv,质能方程E=mc2,得运动光子的质量m=■
②根据能量守恒定律知,光子向上的过程中引力作负功使光子能量减小转化为系统的势能。
原来光子的能量:hv=mc2
上升高度H后hv=hv'+mgh:,变形可得hv=mgh
则 :v/v=gh/c2
3.重视数学基础和运算能力培养。
例3:重量为G的木块与水平地面间的动摩擦因数为μ,一人欲用最小的作用力使木块做匀速运动,则此最小作用力的大小和方向应如何?
解析:木块在运动中受摩擦力作用,要减小摩擦力,应使作用力F斜向上,设当F斜向上与水平方向的夹角为α时,F的值最小,木块受力分析如图所示,由平衡条件知:Fcosα=μNFsina+N=G
解以上二式得:F=■
令tan?渍=μ ,则sin?渍=■,cos?渍=■
cosα+μsinα=■(cos?渍cosα+sin?渍sinα)=■cos(α-?渍)
可见,当a=?渍=arctanμ时,F有最小值,Fmin=■即
第11篇
关键词：国际信息科学峰会；国际信息哲学研讨会；综述
中图分类号：B01文献标识码：A文章编号：16738268（2015）06008806
一、会议背景
当今世界已经步入信息时代，信息业已成为学术界的研究热点之一，但是不同的学科背景使得学者们对于信息问题各抒己见，因此，为了促进各学科的信息研究能够有效沟通与合作，首届国际信息科学峰会（IS4IS）应运而生。2015年6月3～7日由国际信息科学联合会（International Society for Information Studies）和多国机构联合举办的第一届国际信息科学峰会在维也纳技术大学举行，其中，西安交通大学国际信息哲学研究中心是举办单位之一，此次峰会的总主题是：“处于十字路口的信息社会――信息科学的回应与责任。”此次峰会包括了三个分会：第二届国际信息哲学研讨会（ICPI 2015）、第六届国际信息科学基础大会（FIS 2015）和第五届国际信息通信技术与社会学术研讨会（ICTS 2015）。该峰会吸引了全球300多名信息领域的研究学者参加，我国有涵盖的30多名学者参会，其中邬j教授所带领的信息哲学团队阵容庞大，由邬j本人及其十多名博士生组成。不仅如此，由邬j教授担任主席的“第二届国际信息哲学研讨会”收获颇丰，共收录论文33篇，内容横跨科学、哲学、艺术等多个方面，每一场讨论都十分热烈。邬j教授作为首届国际信息科学峰会主席团成员在峰会开幕式上致辞，并作为“第二届国际信息哲学研讨会”主席在分会上致开幕词和闭幕词。
邬j教授在峰会开幕式上致辞指出，在各国学者的共同努力下，国际信息科学和信息哲学已经出现了一个很好的发展态势。中国的信息科学和信息哲学研究正在走向世界，而世界的信息科学和信息哲学研究也正在走向中国。人类信息社会的发展正在打通世界各国的壁垒，同时，也把世界范围内的科学家和哲学家更为广泛地联合了起来。当今世界的哲学、科学、技术、经济与社会的发展面临着一个共同的信息范式的转换过程，信息不仅是一种全新的思维方式，而且还是一种全新的生产方式、发展模式和组织模式。正是信息范式在哲学、科学、技术、经济和社会的不同层面所呈现出的这种统一性，决定了我们这个时代的特征和发展方式，同时也决定了人类的科学和哲学的发展正面临着在信息范式基础上的重新融合与统一。
在此次峰会闭幕前夕，相关组织机构还召开了国际信息科学联合会的执委会，邬j教授全票当选为国际信息科学联合会副主席；同时，执委会公布成立了国际信息科学联合会的第一个分支机构――中国分会，并决定下一届国际信息科学峰会（2017年）由瑞典哥德堡大学承办，届时西安交通大学国际信息哲学研究中心仍将是会议承办方之一，第三届国际信息哲学研讨会也将成为峰会的分会议之一。
二、信息本质与信息转向
邬j教授作了题为《信息哲学与信息科学的互动与融合》的大会特邀主题报告，他在报告中指出，关于存在的哲学是哲学的元理论，哲学的根本性变革应当基于存在领域的分割方式的变革，并依此对哲学的几次重大转向予以了总结。邬j教授认为，最开始存在被分割为三大领域：上帝（客观理念）、物质、个体精神，随着科学和哲学的发展，上帝的存在被证明是虚设的，于是上帝便被剔除在存在领域之外，最终，存在领域的范式被归结为：“存在=物质+精神”。更进一步，邬j教授基于信息科学的最新成果，将存在领域进行了重新划分，并提出了“存在=物质+信息”的新的存在论范式，在此，邬j教授从最抽象的哲学范畴上揭示了一个全新的存在领域――信息，信息包括主观信息和客观信息（精神）两大领域，并认为“存在=物质+信息”这一新的存在论范式还在信息活动的高级形态的意义上重新规定了精神的本质。同时，邬j教授认为，哲学的这一信息转向是在哲学最高范式的层面发生的变革，是根本性的转向，而所谓的认识论、语言学、现象学转向、生存论转向、价值论转向、实践论转向、身体哲学转向等都是非根本性转向，并由此断定，信息哲学给人类哲学带来了第一次根本性的转向。
来自英国牛津大学的弗洛里迪（Luciano Floridi）教授也通过一个公式定义了信息：I=Q+A。他认为，信息就像回答问题一样：人们所知道的东西就是信息（知道问题并知道回答），人们不十分确信他是否知道的东西就是不确定（知道问题但不知道回答），人们甚至连他不知道本身都不知道就是无知（既不知道问题也不知道回答）。他还将信息和权利问题放在一起来讨论，将人类的历史分为史前阶段（没有信息与通信技术）、历史阶段（个人与社会福利与信息与通信技术有关）和超历史阶段（个人与社会福利依赖于信息与通信技术）。并认为，人类在超历史阶段就进入了成熟的信息社会，成熟信息社会的权利不仅仅是与事物有关或者与关于事物的信息有关，也和不确定性有关，在成熟信息社会谁制造不确定性控制问题并塑造答案，谁就能控制现实的人。
华南理工大学吴国林教授在《量子信息的追问》一文中首先梳理了经典信息概念之所以成立的前提条件：一是可以用概率表示的可能事件集；二是信息是不确定的消除。进而对量子信息进行了考察，认为量子信息满足类似如经典信息的两个前提条件：一是量子信息描述微观事物的可能，并且量子信息是波函数的表达；二是量子信息也是通过编码、传递、解码来处理信息，量子信息是量子不确定的消除（量子信息Ⅰ）。他认为，量子信息与经典信息之间的这种家族类似性，使得量子信息可以归属于信息概念。最后，吴国林教授通过一系列的推导得出结论：量子信息是量子状态的显示（量子信息Ⅱ）。
来自加拿大多伦多大学的罗伯特・ K・洛根（Robert K. Logan）教授立足于系统生物学的观点对信息进行了定义。他在《什么是信息？为什么它是相对的？它和物质、意义以及组织之间的关系是什么？》一文中首先分析了申农信息理论的局限性，认为依据申农的信息定义，一组结构化的数据比一组随机数据包含的信息要少，并以此推出，随机有机化学物质原汤比结构化生物组织包含更多的信息；活体随着越来越结构化和组织化，所包含的申农信息也就越少；但是，这是违反生物学家直觉的。因此，罗伯特・K・洛根教授认为用申农信息理论来描述生物系统是失效的。他认为，从生物信息的角度来看，机体中的信息等同于约束性组织，它有助于机体从环境中获得能量来促进自身的增长和复制。生物体进行约束性组织的增殖，就是在进行信息构建。约束就是信息，信息就是约束，而这种约束就是生物组织，所以生物组织也是信息，反之亦然。生物信息不是象征性的，不像抽象性的符号信息，它不能和实在之物相分离，是实体化的，内嵌于生物体，作用于生物体。并认为，人类主要处理三种信息：遗传信息、认知信息和概念信息（符号）。
三、信息理论的发展
中国人民大学苗东升教授在《信息研究的中国路径在开拓中》一文中对信息相关理论进行了梳理。首先，他对申农、维纳、惠勒以及邬j的信息理论进行了评价，认为申农的信息理论回避了语义信息，为通信技术提供了有力的工具，但是申农信息论的优点也造就了他理论的局限性，认为申农信息论有待突破。苗教授认为维纳信息理论突破了申农信息论的框架，并指出了突破方向：抛弃机械唯物论，承认宇宙存在既非物质、亦非精神的信息，建立信息时代的唯物论。认为惠勒的信息观也有助于突破机械主义论，但是惠勒信息论是唯信息主义，是唯心论在信息时代的反映。苗教授对邬j教授的信息理论给予了高度评价，认为邬j教授既坚持唯物主义立场，又对传统存在领域发出挑战，将存在领域重新划分为物质和信息，并认为邬j教授以这种本体论为核心建构了自己的哲学体系，是对信息时代的哲学回应。此外，苗教授还在文章中以信息概念为核心对辩证法的发展历史进行了梳理，提出了构建信息时代唯物辩证法的重大课题。文章最后，苗教授对信息研究的中国路径也进行了梳理，指出中国的信息研究起步于1960年代，在1980年代出现研究，并认为此次研究得益于钱学森的推动，即“三论热”中的信息论热。苗教授还认为，钟义信教授、邬j教授、闫学杉教授三人的工作大体代表了当前中国信息研究的学术水平，并认为，在中国只有邬j教授形成了一支信息研究队伍。苗教授也肯定了中国其他一些信息理论研究学者的贡献，认为信息研究的中国路径正在开拓中。
还有一些学者从信息这一词的构词以及词义的流变来研究信息，来自于德国国际信息伦理学中心的拉斐尔・卡普罗（Rafael Capurro）教授从亚里士多德作品中的希腊语νóησιζ到阿拉伯语tas・awwur，再到希伯来语z・iyyur，再到拉丁语（in）formatio，讨论了一系列信息构词以及词义的复杂历史流变过程。卡普罗教授还认为，拉丁语的信息概念已经接近我们现代意义的信息概念，Informatio和 informo在整个中世纪被普遍用于认识论、本体论和教育学等相关文献之中，其中信息概念在托马斯・阿奎那（12251274）的作品中得到了最充分的展现。卡普罗教授还认为，在拉丁语中（in）formatio第一个含义代表着“不可分之物”，第二个含义被用来对名字或符号构成的正确与否进行判断。现代英语所用的information更多地保留了信息这一词的认识论上的含义，信息主要用来表示“告知”、“沟通”、“思想的形成”，20世纪随着信息理论的发展，信息概念开始紧密地和知识、科技等联系在一起。
中国青年政治学院肖峰教授在《许多信息“主义”》一文中梳理了众多的信息“主义”。肖峰教授认为，信息主义主要是通过“information+ism”的形式来形成的，包括四种：informationalism，informatism，informationism，informatilism。肖教授认为，informationalism最早可以追溯到加拿大学者大卫・莱昂的著作之中，被用来描述由于信息技术的广泛应用而带来的新的社会结构的出现，后来被美国学者曼纽尔・卡斯特尔泛化了，在他的著作中直接用“information”代替“information technology”（信息技术），认为信息技术从根本上改变了我们这个时代，此时“informationizationism”等同于信息时代，周理乾和索伦在文章中用“Paninformationalism”（泛信息主义）来表示一种哲学命题。肖峰教授还认为，“informatism”比“informationalism”一词出现得更早，被用于文艺领域，包括信息艺术、数据艺术、电子艺术等，主要用来描述那些借由电脑、新媒体、网络、数据处理等信息技术手段来实现的艺术形式，“informatism”也应用于哲学，拉斐尔・卡普罗用“dialectical informatism”（辩证信息主义）来评价沃尔夫冈的信息进化论方法，用以区别“dialectical materialism”（辩证唯物主义）。Informationism被理查德・普莱斯用于表述一种新的哲学趋势。中国学者沈新曦单独把“informatilism”当作一种哲学范畴来使用。
四、信息科学探索
北京邮电大学钟义信教授在《信息转换与智能创生的定律》一文中深入分析了阻碍信息科学发展的原因，钟教授认为主要有三点：一是信息科学研究者学术背景的差异，这些背景包括了图书馆科学界、计算机科学界、通信科学界、信息哲学界、社会信息学界、生物信息学界、艺术学界等，这些不同的学术背景使得相关研究人员对信息科学的理解不甚相同；二是信息科学研究者视角的差异，不同的视角使得研究者对于相同的信息产生了不同看法；三是信息科学研究者的方法论的差异。钟教授认为，方法论上的差异是这些原因中最重要的，传统的“分而治之”的方法论已经不适应于信息科学的研究，而应当将“转而创之”的方法应用于信息科学的研究。钟教授认为，“转而创之”就是“信息转换与智能创生”，具体而言就是通过信息手段来实现智能创生。文章通过一系列的模型和公式推导，研究了“信息转换与智能创生定律”，并认为这一定律是信息科学的核心定律，几乎适用于所有领域，包括人、生物、非生物和人造机器等。
中国科学院大学颜基义教授深入挖掘了申农信息理论中的关键理念，使得申农信息理论的价值重新得到了突显。颜教授认为，从信息去意义化方面来看，正是由于申农信息理论没有考虑信息的意义才使得他的理论和“communication”紧密相联，由此也发挥了很大的作用；从不确定性方面来看，由于“不确定性”现象的普遍存在，而“不确定性”又是申农信息的基本属性，这就使得信息能够和自然界、人类社会中的各种纷繁现象建立起联系；从冗余度方面看，申农的冗余度概念有利于当今的通信实践和“大数据”工作的发展；从点对点的关系方面来看，申农通信理论中的点对点关系抽象为当今的通信应用留下了十分广阔的空间；从逆向推断过程方面来看，申农信息论中的解码过程本质上就是一个逆向推断过程，对于许多技术都有所启发，比如机器翻译；从communication方面来看，尽管申农的信息论去意义化了，但是毕竟是一种通信理论，人类社会离不开communication，所以申农信息论从一开始就同时踏入了科技和社会领域。此外，颜教授还认为莫比乌斯带应当是我们的时代图标，在信息时代，人们自由地在真实世界与虚拟世界之间转换着，他还发现此次国际信息科学峰会的图标正是莫比乌斯带。
北京大学闫学杉副教授在《统一信息科学的三种实现方法与三种可能的前景》一文中认为，人们可以通过直接统一法、级进统一法和特别统一法等方法来建立统一信息科学，并认为无论采取哪种方法，统一信息科学的前景都不超过三种：大信息科学、小信息科学、类信息科学。紧接着，闫学杉副教授详细介绍了这三种方法和可能的三种前景：直接统一法就是将各种信息学科的共同信息特性和问题进行直接统一；级进统一法就是首先将性质相近的信息学科进行统一，然后在此基础之上再进一步统一，一步步最终达到统一的目的；特别统一法就是采取一套特别的方法对信息学科进行一步到位的统一；大信息科学是指有常规科学性质的科学，包含许多子学科；小信息科学是指有交叉科学和跨科学特点的科学；类信息科学是指包含有若干类的信息学科群。
五、信息哲学和信息科学的互动融合
西安交通大学邬j教授认为，信息哲学和信息科学是互动融合的。首先，人类的普遍理性认识方式是哲学和科学内在融合的根据。哲学是追求普遍理性的活动，但是科学并不是单纯的感性活动，也应当包含普遍理性，哲学和科学在普遍理性的认识方式基础上可以融合。其次，普遍理性的层次性导致了哲学和科学划界的相对性和相互规定性。普遍理性是有层次的，不同学科之间只有普遍理性层次差异，而无有无的区别，并且高层次普遍理性和低层次普遍理性之间存在着双向作用，是彼此规范、融合的，所以哲学离不开科学，哲学也应是一种科学，科学也离不开哲学，科学也应是某种意义上的哲学。此外，哲学和科学之间不仅能够融合，还能实现科学对哲学的改造，哲学对科学的批判，哲学的自我批判。邬j教授将科学对哲学的改造看成是普遍理性的层次跃迁，将哲学对科学的批判看成是低层普遍理性局限性的剔除，哲学的自我批判看成是高层普遍理性结构的改变。邬j教授通过信息维度的引入，改变了传统哲学和科学的范式，并提出了“科学的信息科学化”的看法。
来自法国国际跨学科研究中心的布伦纳（Joseph E. Brenner）教授在《信息哲学与信息科学的融合》一文中，首先对邬j教授的信息哲学理论以及邬j教授所做的努力进行了简要的介绍，并认为邬j教授的信息哲学思想对科学和哲学都形成了强有力的冲击。同时，他也提出了自己对于信息哲学与信息科学相互融合的相关看法，认为信息对科学的影响不应当只被认为是影响到了单一的“科学”学科，而应当有更广范围的影响。他认为科学应当包括两个方面：第一，在“硬件”和“软件”的方向上，大约可以分为实验性的科学和概念性的科学；第二，两种不同科学学科的相对独立性。信息科学和信息哲学内在的结合是依据于它们的信息特性。由于信息的多种二重性（物理性和非物理性，动态性和系统性），使得信息无论是在科学上还是哲学上都难以定义，但是信息的特性是科学和哲学都共有的。信息的认识论性质体现了它的科学性，信息作为一种意义的载体体现了它的哲学性。布伦纳教授还指出，跨学科是一种新的理论，这一理论将不同的学科思想融合在一起，不同的学科之间的“交织”有利于更进一步地理解信息和巩固信息科学的基础。并认为，信息哲学作为科学和哲学融合的成果也应当加入到跨学科的进程当中。
来自日本国际教养大学的麻生（Marcin J. Schroeder）教授采用新的范畴来定义信息，将信息看作是哲学和科学的融合点。麻生教授首先分析了亚里士多德、弗朗西斯・培根等人关于科学和哲学的划分依据，认为随着科技的发展，亚里士多德和弗朗西斯・培根的学科划分方法无法解决现代科学中的相关问题。并认为，信息既不能用具体的科学理论，也不能用具体的哲学体系对它进行定义，它是超越科学与哲学的。麻生教授指出，信息的概念涉及到东方哲学中的“一”和“多”这一对范畴，这对范畴超越了一般的科学和哲学的划分原则，通过“一”和“多”来定义信息才能彰显出信息的独特地位：信息是哲学和科学的融合点。麻生教授认为，“多”中选“一”就是信息的选择表现，生成许多的“一”就是给“多”一个限定结构，是信息的结构表现。选择的程度能用作信息的数量特征，结构的程度能被用来描述信息的集成水平，这两种表现可以共存，是信息不同的载体。
六、信息社会
奥地利贝塔朗菲系统科学研究中心的沃尔夫冈（Wolfgang Hofkirchner）教授在《全球可持续信息社会的信息――大分岔势在必行》一文中提出，信息科学将关乎人类的生存与兴旺，并用自己创立的信息理论分析了我们正在经历的全球性挑战中所形成的危机，且提出了相关对策。他首先探讨了进化的路径模型，然后指明了全球可持续信息社会（GSIS）的进化方向，接着分析了全球性、可持续性、信息化等概念及其对于实现全球可持续信息社会的作用，并指出信息是影响全球可持续信息社会实现的重点。沃尔夫冈教授接着借助于自组织系统给出了信息的3C模型，即：认知（cognition）、沟通（communication）、合作（cooperation），并将这一模型用于分析全球可持续信息社会的社会特征，同时指明了人类最终会实现世界主义大同社会。
The Summary of the First International Summit of Information Science
and the Second International Conference of Philosophy of Information
WANG Liang
（School of Humanities and Social Sciences， Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710049， China）
第12篇
在建立科学理论体系的过程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至为复杂的实验、归纳和演绎工作为基础。而且人们一般相信科学知识就是在这个基础上产生和累积起来的。但只要这种认识活动过程是为一个协调一致的目标所固有，只要它真正属于科学研究自我累进的进程，则不论其如何复杂，仍只是过程性的，而不从根本上规定科学的性质、程序，乃至结论。这就使我们在考察复杂的科学认识活动时，可以抽取出高于具体手段的，基本上只属于人类心智与外在世界相联络的东西，即科学语言，来作为认识的中介物。
要说明科学语言何以能成为这样的中介，需要先对科学的认识结构加以分析。
作为一种形式化理论的近现代科学，其目的是力图摹写客观实在。这种摹写的认识论前提是一个外在的、自为的客体和作为其思维对立面的内在的主体间的双重存在。这一认识论前提在科学认识方面衍生出一个更实用的前提，就是把客体看作是一种自在的“像”或者“结构”（包括动态结构，比如动力学所概括的各种关系和过程）。
这一自在的实在具有由它的“自明性”所保证的严格规范性。这种自明性只在涉及存在与意识的根本关系时才可能引起怀疑。而科学是以承认这种自明性为前提的。因此科学实际就是关于具有自明性的实在的思维重构。它必须限于处理自在的实在，因为科学的严格规范性（主要表现为逻辑性）是由实在的自明性所保证的，任何超越实在的描述都会破坏这种描述的前提。这一点对稍后关于量子力学的讨论非常重要。
上述分析表明，科学的严格规范性并非如有唯理论倾向的观点所认为的那样，是来自思维，也并非如经验论观点所认为的来自具体手段对经验表象的操作，也并不象当代某些科学哲学家所认为的纯粹出于主体间的共同约定。科学的最高规范是存在在客观实在中的，是来自客体的自明性。一切具体手段只是以这种规范为目标而去企及它。
在科学认识活动中，不论是一个思维过程还是一个实验过程，如果其中缺失了语言过程，那就什么意义都不会有。科学语言与人类思维形态固然有很大的关系，但是它们可能在一个很高的层次上有着共同的根源。就认识的高度而言，思维形态作为人类的一种意识现象，对它进行本质的追究，至少目前还不能完全放在客观实在的背景上。因此，在科学认识的层次上，思维形态完全可以被视为相对独立的东西。而科学语言则是明确地被置于实在自身这一背景之中的。这就使我们实际上可以把科学语言看作一种知识，它与系统的科学知识具有完全相同的确切性，即它首先是与实在自身相谐合，然后才以这种特殊性成为思维与对象之间的中介。这才能保证，既使科学语言所述说的科学是关于实在的确切图景，又使思维活动具备与实在相联络的手段。
科学语言作为一种知识所具备的上述特殊性，使它成为客观实在图景构成的基本要素，或科学知识的“基元”。思维形态不能独立地形成知识，但思维形态却提供某种方式，使科学语言所包含的知识基元获得某种特定的加成和组合，从而构成一种系统化的理论。这就是语言在认识中的中介作用。由于任何事物都必须“观念地”存乎人的意识中，才能为人的心智所把握，所以，在这个意义上，一个认识过程就是一个运用语言的过程。
二、数学语言
数学语言常常几乎就是科学语言的同义词。但实际上，科学语言所指的范围远比数学语言的范围大，否则就不会出现量子力学公式的解释问题。在自然科学发生以前，数学所起的作用也还不是后世的那种对科学的叙录。只是由于精密推理的要求所导致的语言理想化，才推进了数学的应用。但归根究底，数学与前面说的那种合乎客观实在的知识基元是不同的。将数学用作科学的语言，必须满足一个条件，即数学结构应当与实在的结构相关，但这一点并不是显然成立的。
爱因斯坦曾分析过数学的公理学本质。他说，对一条几何学公理而言，古老的解释是，它是自明的，是某一先验知识的表述，而近代的解释是，公理是思想的自由创造，它无须与经验知识或直觉有关，而只对逻辑上的公理有效性负责。爱因斯坦因此指出，现代公理学意义上的数学，不能对实在客体作出任何断言。如果把欧几里德几何作现代公理学意义上的理解，那么，要使几何学对客体的行为作出断言，就必须加上这样一个命题：固体之间的可能的排列关系，就象三维欧几里德几何里的形体的关系一样。〔1〕只有这样，欧几里德几何学才成为对刚体行为的一种描述。
爱因斯坦的这种看法与上文对科学语言的分析是基本上相通的。它可以说明，数学为什么会一贯作为科学的抽象和叙录工具，或者它为什么看上去似乎具有作为科学语言的“先天”合理性。
首先，作为科学的推理和记载工具的数学，实际上是从思维对实在的一些很基本的把握之上增长起来的。欧几里得几何学中的“点”、“直线”这样一些概念本身就是我们以某种方式看世界的知识。之所以能用这些概念和它们之间的关系去描绘实在，是因为这些“基元”已经包含了关于实在的信息（如刚体的实际行为）。
其次，数学体系的那种严密性其实主要是与人类思维的属性有关，尽管思维的严密性并不是一开始就注入了数学之中。如前所述，思维的严密性是由实在的自明性来决定的，是习得的。这就是说，数学之所以与实在的结构相关，只是因为数学的基础确切地说来自这种结构；而数学体系的自洽性是思维的翻版，因而是与实在的自明性同源的。
由此可见，数学与自然科学的不同仅表现在对于它们的结果的可靠性（或真实性）的验证上。也就是说，科学和数学同样作为思维与实在相互介定的产物，都有可能成为对实在结构的某种描述或“伪述”，并且都具有由实在的自明性所规定的严密性。但数学基本上只为逻辑自治负责，而科学却仅仅为描述的真实性负责。
事实正是如此。数学自身并不代表真实的世界。它要成为物理学的叙录，就必须为物理学关于实在结构的真实信息所重组。而用于重组实在图景的每一个单元，实际上是与物理学的基本知识相一致的。如果在几何光学中，欧几里德几何学不被“光线”及其传播行为有关的概念重组，它就只是一个纯粹的形式体系，而对光线的行为“不能作出断言”。非欧几何在现代物理学中的应用也同样说明了这一点。
三、物理学语言
虽然物理学是严格数学化的典范，但物理学语言的历史却比数学应用于物理学的历史要久远得多。
在认识的逻辑起点上，仅当认识论关系上一个外在的、恒常的（相对于主体的运动变化而言）对象被提炼和廓清时，才能保证一种仅仅与对象自身的内在规定性有关的语言描述系统成为可能。对此，人类凭着最初的直觉而有了“外部世界”、“空间”、“时间”、“质料”、“运动”等观念。显然，这些观念并非来自逻辑的推导或数学计算，它是人类世代传承的关于世界的知识的基元。
然后，需要对客观实在进行某种方式的剥离，才能使之通过语言进入我们的观念。一个客观实在，比如说，一个电子，当我们说“它”的时候，既指出了它作为离散的一个点（即它本身），又指出了它身处时空中的那个属性。而后一点很重要，因为我们正是在广延中才把握了它的存在，即从“它”与“其它”的关系中“找”出它来。
当我们按照古希腊人（比如亚里士多德）的方式问“它为什么是它”时，我们正在试图剥离“它”之所以为“它”的属性。但这个属性因其离散的本质，在时空中必为一个“奇点”，因而不能得到更多的东西。这说明，我们的语言与时空的广延性合若符节，而对离散性，即时空中的奇点，则无法说什么。如果我们按照伽利略的方式问“它是怎样的”时，我们正是在描绘它与广延有关的性质，即它与其它的关系。这在时空中呈现为一种结构和过程。对此我们有足够的手段（和语言）进行摹写。因为我们的语言，大多来自对时空中事物的经验。我们运用语言的主要方式，即逻辑思维，也就是时空经验的抽象和提升。
可见，近现代物理学语言是一种关于客观实在的时空形式及过程的语言，是一种广延性语言。几何学之所以在科学史上扮演着至为重要的角色，首先不在于它的严格的形式化，而在于它是关于实在的时空形式及过程的一个有效而简洁的概括，在于与物理学在面对实在时有着共同的切入点。
上述讨论表明了近现代物理学语言格式包含着它的基本用法和一个根深蒂固的传统，这是由客观实在和复杂的历史因素所规定的。至为关键的是，它必须而且只是关于实在的时空形式及过程的描述。可以想象，离开了这种用法和传统，“另外的描述”是不可能在这种语言中获得意义的。而这正是量子力学碰到的问题。
四、量子力学的语言问题
上文说明，在描摹实在时，人类本是缺乏固有的丰富语言的。西方自古希腊以来，由于主、客体间的某种相互介定而实现了有关实在的时空形式和过程的观念及相应的逻辑思维方式。任何一种特定的语言，随着时代的变迁和认识的深入，某些概念的含义会发生变化，并且还会产生新的语言基元。有时，这样的变化和增长是革命性的。但不可忽视的是，任何有革命性的新观念首先必须在与传统语言的关系中获得意义，才能成为“革命性的”。在自然科学中，一种新理论不论提出多么“新”的描述，它都必须仍然是关于时空形式及过程的，才能在整体的科学语言中获得意义。例如，相对论放弃了绝对时空、进而放弃了粒子的观念，但代之而起的那种连续区概念仍然是时空实在性的描述并与三维空间中的经验有着直接联系。
量子力学的情况则不同。微观粒子从一个态跃迁到另一个态的中间过程没有时空形式；客体的时空形式（波或粒子）取决于实验安排；在不观测的情况下，其时空形式是空缺的；并且，观测所得的客体的时空形式并不表示客体在观测之前的状态。这意味着，要么微观实在并不总是具有独立存在的时空形式，要么是人类无法从认识的角度构成关于实在的时空形式的描述。这两种选择都将超出现有的物理学语言本身，而使经典物理学语言在用于解释公式和实验结果时受到限制。
量子力学的这个语言问题是众所周知的。波尔试图通过互补原理和并协原理把这种限制本身上升为新观念的基础。他多次强调，即使古典物理学的语言是不精确的、有局限性的，我们仍然不得不使用这种语言，因为我们没有别的语言。对科学理论的理解，意味着在客观地有规律地发生的事情上，取得一致看法。而观测和交流的全过程，是要用古典物理学来表达的。〔2〕
量子力学的反对者爱因斯坦同样清楚这里的语言问题。他把玻尔等人尽力把量子力学与实验语言沟通起来所作的种种附加解释称之为“绥靖哲学”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文学”〔4〕，这实际上指明了互补原理等观念是在与时空经验相关的科学语言之外的。爱因斯坦拒绝承认量子力学是关于实在的完备描述，所以并不以为这些附加解释会在将来成为科学语言的新的有机内容。薛定谔和玻姆等人从另一个角度作出的考虑，反映了他们以为玻尔、海森堡、泡利和玻恩等人的观点回避了经典语言与实在之间的深刻矛盾，而囿于语言限制并为之作种种辩解。薛定谔说：“我只希望了解在原子内部发生了什么事情。我确实不介意您（指玻尔）选用什么语言去描述它。”〔5〕薛定谔认为，为了赋予波函数一种实在的解释，一种全新的语言是可以考虑的。他建议将N个粒子组成的体系的波函数解释为3N维空间中的波群，而所谓“粒子”则是干涉波的共振现象，从而彻底抛弃“粒子”的概念，使量子力学方程描述的对象具有连续的、确定的时空状态。
固然，几率波的解释使得理论的数学结构不能对应于实在的时空结构，如果让几率成为实验观察中首要的东西，就会让客观实在在描述中成了一种“隐喻”。然而薛定谔的解释由于与三维空间中的经验没有明显的联系，也成了另一种隐喻，仍然无法作为一种科学语言而获得充分的意义。
玻姆的隐序观念与薛定谔的解释在语言问题上是相似的。他所说的“机械序”〔6〕其实就是以笛卡尔坐标为代表的关于广延性空间的描述。这种描述由于经典物理学的某些限定而表现出明显的局限性。玻姆认为量子力学并未对这种序作出真正的挑战，在一定程度上指出了量子力学的保守性。他企图建立一种“隐序物理学”，将量子解释为多维实在的投影。他以全息摄影和其它一些思想实验为比喻，试图将客观实在的物质形态、时空属性和运动形式作全新的构造。但由于其基础的薄弱，仍然只是导致了另一种脱离经验的描述，也就是一种形而上学。
这里所说的“基础”指的是，一种全新的语言涉及主客体间完全不同的相互介定。它涉及对客体的完全不同的剥离方式，也就是说，现行科学语言及其相关思维方式的整个基础都将改变。然而，现实地说，这不是某一具有特定对象和方法的学科所能为的。
可见，试图通过一种全新的语言来解决量子力学的语言问题是行不通的。这个问题比通常所能想象的要无可奈何得多。
五、量子力学何种程度上是“革命性”的
量子力学固然在解决微观客体的问题方面，是迄今最成功的理论，然而这种应用上的重要性使人们有时相信，它在观念上的革命也是成功的。其实，上述语言与实在图景的冲突并未解决。量子力学的种种解释无法在科学语言的基础上必然过渡到那种非因果、非决定论观念所暗示的宇宙图景。这就使我们有必要对量子力学“革命性”的程度作审慎的认识。
正统的量子力学学者们都意识到应该通过发展思维的丰富性来解决面临的困难。他们作出的重要努力的一个方面是提出了很多与经典物理学不同的新观念，并希望这些新观念能逐渐溶入人类的思想和语言。其中玻恩用大量的论述建议几率的观念应该取代严格因果律的概念。〔7〕测不准原理以及其中的广义坐标、广义动量都是为粒子而设想的，却又不能描述粒子在时空中的行为，薛定谔认为应该放弃受限制的旧概念，而玻尔却认为不能放弃，可以用互补原理来解决。玻尔还希望，波函数这样的“新的不变量”将逐渐被人的直觉所把握，从而进入一般知识的范围。〔8〕这相当于说，希望产生新的语言基元。
另一方面，海森堡等人提出，问题应该通过放弃“时空的客观过程”这种思想来解决。〔9〕这又引起了量子力学的客观性问题。
这些努力在很大程度上是具有保守性的。
我们试把量子力学与相对论作比较。相对论的革命性主要表现在，通过对时间和空间的相对性的分析，建立起时间、空间和运动的协变关系，从而了绝对时空、绝对同时性等旧观念，并代之以新的时空观。重要的是，在这里，绝对时空和绝对同时性是从理论上作为逻辑必然而排除掉的。四维时空不变量对三维空间和一维时间的性质依赖于观察者的情形作了简洁的概括，既不引起客观性危机，又与人类的时空经验有着直接关联。相对论排除了物理学内部由于历史和偶然因素形成的一些含混概念，并给出了更加准确明晰的时空图景。它因此而在科学语言的范围内进入了一般知识。
量子力学的情况则不同。它的保守性主要表现在：
第一，严格因果律并不是从理论的内部结构中逻辑地排除的。只是为了保护几率波解释，才不得不放弃严格因果律，这只是一种人为地避免逻辑矛盾的处理。
第二，不完全连续性、非完全决定论等观念并没有构成与人类的时空经验相关联的自洽的实在图景。互补原理和并协原理并没有从理论内部挽救出独立存在于时空的客体的概念，又没有证明这种概念是不必要的（如相对论之于“以太”那样）。因此，量子力学的有关哲学解释看似抛弃旧观念，建立新观念，实际上，却由于这些从理论结构上说是附加的解释超出了关于实在的描述，因而破坏了以实在的自明性为保证的描述的前提。所以它实际上对观念的丰富和发展所作的贡献是有限的。
第三，量子力学内在地不能过渡到关于个别客体的时空形式及过程的模型，使得它的反对者指责说这意味着位置和动量这样的两个性质不能同时是实在的。而为了保护客观性，它的支持者说，粒子图像和波动图象并不表示客体的变化，而是表示关于对象的统计知识的变化。〔10〕这在关于实在的时空形式及过程的科学语言中，多少有不可知论的味道。
第四，人们必须习惯地设想一种新的“实在”观念以便把充满矛盾的经验现象统一起来。在对客体的时空形式作抽象时，这种方法是有效的。而由于波函数对应的不是个别客体的行为，所以大多新的“实在”几乎都是形而上学的构想。薛定谔和玻姆的多维实在、玻姆在阐释哥本哈根学派观点时提出的那种包含了无限潜在可能性的“第三客体”〔11〕，都属于这种构想。玻恩也曾表示，量子力学描述的是同一实在的排斥而又互补的多个影像。〔12〕这有点象是在物理学语言中谈论“混元”或“太极”一样，很难说对观念有积极的建设。
本文从科学语言的角度，对量子力学尤其是它的哲学基础的保守性作出一些分析，这并不是在相对论和量子力学之间作价值上的优劣判断。也许量子力学的真正价值恰恰在于它所碰到的困难是根本性的。
海森堡等人与新康德主义哲学家G·赫尔曼进行讨论时，赫尔曼提出，在科学赖以发生的文化中，“客体”一词之所以有意义，正在于它被实质、因果律等范畴所规定，放弃这些范畴和它们的决定作用，就是在总体上不承认经验的可能性。〔13〕我们应该注意到，赫尔曼所使用的“经验”一词，实际上是人类对客观事物的广延性和分立性的经验。这种经验是科学的实在图景成立的基础或真实性的保证，逻辑是它的抽象和提升。
在本文的前三节已经谈到，自从古希腊人力图把日常语言理想化而创立了逻辑语言以来，西方的科学语言就一直是在实在的广延性和分立性的介定下发展起来的。我们也许可以就此推测，对于人的认识而言，世界是广延优势的，但如果因此认为实在仅限于广延性方面，却是缺乏理由的。广延性优势在语言上的表现之一是几何优势。西方传统中的代数学思想是代数几何化，即借助空间想象来理解数的。不论毕达哥拉斯定理还是笛卡尔坐标都一样。直角三角形的斜边是直观的，而根号2不是。我们可以用前者表明后者，而不能反过来。可是一个离散的数量本身究竟是什么呢？它是否与实在的另一方面或另一部分（非广延的）相应？也许在微观领域里不再是广延优势而量子力学的困难与此有关？
如果量子力学面临的是实在的无限可能性向语言的有限性的挑战，那么问题的解决就不单单是语言问题，甚至不单单是目前形态的物理学的问题。它将涉及整个认识活动的基础。玻尔似乎是深刻地意识到这一点的。他说“要做比这些更多的事情完全是在我们目前的手段之外。”〔14〕他还有一句格言；“同一个正确的陈述相对立的必是一个错误的陈述；但是同一个深奥的真理相对立的则可能是另一个深奥的真理。”〔15〕
参考文献和注释
〔1〕〔3〕〔4〕《爱因斯坦文集》第一卷，商务印书馆，1994，第137、241、304页。
〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15〕海森堡：《原子物理学的发展和社会》，中国社会科学出版社，1985，第141、84、82、131、47、112页。
〔6〕玻姆：《卷入——展出的宇宙和意识》，载于罗嘉昌、郑家栋主编：《场与有——中外哲学的比较与融通（一）》，东方出版社，1994年。
〔7〕玻恩：《关于因果和机遇的自然哲学》，商务印书馆，1964年。
〔8〕〔12〕玻恩：《我这一代的物理学》，商务印书馆，1964，第65、192页。
第13篇
自二十世纪九十年代以来，意识问题受到高度关注，众多的哲学家、心理学家与神经科学家在此领域开展深入的研究工作。与此同时，人们也开始使用计算方法试图让机器装置拥有意识能力。这类研究逐渐被称为“机器意识”的研究。早期有关机器意识的研究比较初步，研究工作较少得到学术界的认同，甚至早些年提到“机器意识”还有不合时宜的顾虑。
尽管哲学上关于“机器意识”有着不同观点的争论，但随着研究工作的不断深入，一些有远见的专家学者开始充分认识到开展机器意识研究的重要意义，并专门撰文进行了精辟论述。比如，英国皇家学院电子工程系的Aleksander教授根据学术界从上世纪九十年代到本世纪对机器意识态度的转变，指出机器意识的影响与日俱增，并预计了机器意识对科学与技术发展的潜在影响，特别是在改变人们对意识的理解、改进计算装置与机器人概念等方面的贡献尤为重大。
无独有偶，美国伊利诺伊大学哲学系Haikonen教授则专门撰文强调机器意识是新一代信息技术产业发展的新机遇，他认为新产品与系统的发展机会起因于信息技术的发展，而现有的人工智能基于预先编程算法，机器与程序并不能理解其所执行的内容。显而易见，不考虑意识就没有对自身行为的理解，而机器意识技术的涌现可以弥补这一缺失，因此机器意识技术可以为信息技术产业的发展提供新的契机。意大利巴勒莫大学机器人实验室的Chella教授则指出，开展机器意识不仅是一种技术挑战，也是科学和理论上开展人工智能和机器人研究的新途径。最近，土耳其中东技术大学的Gök和Sayan两位学者进一步认为，开展机器意识的计算建模研究还有助于推进对人类意识现象的理解，推动构建更加合理的意识理论。
上述这些学者的论述，无疑说明，机器意识研究不但对深化人工智能的研究有着重要的推动作用，对从科学上解释神秘的意识现象也同样具有非同寻常的意义。正因为机器意识研究有着如此重要的科学意义和推动未来信息技术革新的潜在价值，随着最近十年的研究发展，该领域已经成为学界广泛关注的热点。与此同时，数量相当可观的研究成果和实验系统已逐步形成，有些成果已经被运用到实际机器认知系统的开发之中。机器意识研究已经成为了人工智能最为前沿的研究领域。
机器意识研究的现状分析
2006年之前的有关机器意识的研究状况，英国皇家学院电子工程系的研究团队已经做过了比较全面的综述。因此，我们这里主要就在此之后国际上有关机器意识的研究概况和发展趋势进行分析。据我们的文献检索，截止到2015年底，在机器意识研究领域发表过的学术论文超过350余篇，其中最近十年发表的论文占了一半以上。归纳起来，由于对意识的哲学解释不同，目前机器意识方面的主流研究往往是以某种意识科学理论为出发点的具体建模研究和实现。由于涉及到的文献过多，无法一一列举，我们仅就一些影响较大的典型研究进行分析。
在意识科学研究领域，一种较早的理论观点是用量子机制来解释意识现象，这样的出发点也波及到有关机器意识建模的研究。利用量子理论来描述意识产生机制的有效性并不是说物质的量子活动可以直接产生意识，而是强调意识产生机制与量子机制具有跨越尺度的相似性。近年来，意识的量子模型发展又有了新的动向。比如，作为量子意识理论的进一步发展，中国科学院电子学研究所的高山(Gao Shan)提出了意识的一种量子理论，研究了量子塌缩与意识之间的关系，假定量子塌缩是一种客观的动态过程。日本Akita国际大学的Schroeder另辟蹊径，在构建统一意识模型中不涉及量子力学的量子相干性方面做出了全新的探索，主要目标是说明现象意识能够依据量子力学的物理解释，用量子力学的形式化代数性质来描述。此外，俄罗斯Lebedev物理研究所的Michael B. Mensky利用意识的量子概念提出了一种主观选择的数学模型，说明意识和超意识的特性如何能够通过简单的数学模型给出。当然，更多的是有关意识量子机制描述的可能性争论，正反两方面的观点都有。特别是在2012年的Physics of Life Reviews第9卷第3期，以Baars和Edelman所著论文“Consciousness， biology and quantum hypotheses”为核心，10余名相关领域的学者分别撰文对是否能够通过量子机制来描述意识现象展开了多方位的辩论。最近，Susmit Bagchi从分布式计算的角度，较为全面地讨论了生物演化与量子意识之间的关系。遗憾的是，迄今为止，学术界对此问题尚未达成一致的结论。
在机器意识研究中，第二种有重大影响的理论观点就是全局工作空间理论。全局工作空间理论(Global workspace theory)是由美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校神经科学研究所的Baars研究员1988年提出的意识解释理论。在该理论的指导下，由Baars、Franklin和Ramamurthy等人组成的研究团队开展了长达20多年的机器意识研究工作，最终开发完成了LIDA认知系统。
LIDA(Learning Intelligent Distribution Agent)是在该研究团队等人早期开发的IDA(Intelligent Distribution Agent)基础上发展起来的，主要依据Baars全局工作空间理论，采用神经网络与符号规则混合计算方法，通过在每个软件主体建立内部认知模型来实现诸多方面的意识认知能力，如注意、情感与想象等。该系统可以区分有无意识状态，是否有效运用有意识状态，并具备一定的内省反思能力等。从机器意识的终极目标来看，该系统缺乏现象意识的特征，比如意识主观性、感受性和统一性均不具备。
指导机器意识研究的第三种重要理论观点是意识的信息整合理论。意识的信息整合理论是美国威斯康星—麦迪逊大学精神病学的Tononi教授1998年提出的。自该理论提出以来，不少研究团队以信息整合理论为依据，采用神经网络计算方法来进行机器意识的研究工作。其中，典型代表有英国Aleksander教授的研究团队和美国Haikonen教授的研究团队所开展的系统性研究工作。英国皇家学院的Aleksander教授领导的研究团队长期开展机器意识的研究工作，发表相关论文30余篇。早期的研究主要给出了有关意识的公理系统及其神经表征建模实现，比较强调采用虚拟计算机器来建模意识。最近几年，Aleksander研究团队采取仿脑策略，强调信息整合理论的运用，建立了若干仿脑(brain-inspired)意识实现系统，更好地实现了五个意识公理的最小目标。美国伊利诺伊大学哲学系Haikonen教授的研究团队则主要采用联想神经网络来进行机器意识系统的构建工作。自1999年以来，该团队开展了富有成效的研究工作。Haikonen教授在所提出的认知体系模型的基础上，构建了一个实验型认知机器人XCR-1系统。应该说，虽然Haikonen所开展的机器意识研究的出发点是为了揭示意识现象本性，但他的成果却是目前机器意识研究领域最为典范的工作之一。
在意识科学研究中，也有学者将人类的意识能力看作是一种高阶认知能力，提出意识的高阶理论。在机器意识研究中，以这样的高阶理论为指导，往往会采用传统的符号规则方法来建立某种具有自我意识的机器系统。其中，一个比较系统的研究工程就是意大利巴勒莫大学机器人实验室的Chella教授用10年时间开发的Cicerobot机器人研究项目。该机器人实现了一种自我意识的认知结构机制，该机制主要由三个部分构成：亚概念感知部分、语言处理部分和高阶概念部分。通过机器人的高阶感知(一阶感知是指对外部世界的直接感知，高阶是对机器人内部世界的感知)，就形成了具有自我反思能力的机器人。这项研究工作的主要特点是将逻辑形式化方法与概念空间组织相结合，强调对外部事物的一种心理表征能力，并对外部环境进行内部模拟。在高阶认知观点的自我意识建模研究方面，另一个做出突出贡献的是美国乔治梅森大学的Samsonovich教授率领的研究团队。该团队经过10余年的研究，开发了一个仿生认知体系GMU-BICA(George Mason University-Biologically Inspired Cognitive Architecture)。在该系统中定义的心理状态不但包含内容，还包含主观观察者，因此该系统拥有“自我”意识的主观能力。系统实验是利用所提出的认知结构模型来控制虚拟机器人完成一些简单的走迷宫活动，机器人可以表现出具有人类意识所需要的行为。相比而言，与Cicerobot机器人强调自我意识是反思能力的概念不同，GMU-BICA系统则将自我意识理解为“自我”的意识。当然，不管是Cicerobot还是GMU-BICA，这样的高阶认知模型往往对心理扫视、主观体验与统一意识等意识本质方面的表现兼顾不足。
除了上述介绍的这些有代表性的研究外，对于机器意识研究而言，还有如何判定机器具有意识能力的检验问题，这是目前机器意识研究领域十分重要的一个方面。显然，要判断开发的机器意识系统是否真正具备预期的意识能力，就需要开展相应的意识特性分析、评判标准建立以及检测方法实现等方面的研究工作。在这方面，由于目前对意识现象的认识存在许多争议，对于意识评测特性分析方面也难以有统一的认识。因此，目前的机器意识特性需求分析也比较零散。倒是在评判标准的建立方面，西班牙卡洛斯三世马德里大学计算机科学系Arrabales教授的研究团队做出了比较系统的研究。该团队自2008年开始就在这方面开展意识特性分析，给出了计算人工意识的一种量化测量方法ConsScale以及对感受质的功能性刻画。之后，该团队又进一步提出了ConsScale的修订版，并讨论了在机器中产生感受质和现象意识状态的可能性。最终，该团队成功构建了CERA-CRANIUM认知体系(采用意识全局工作空间理论建模)来检验产生的视觉感受质以及实现的内部言语。所有的这些成果为机器意识能力的初步检测提供了一种实用的标准。当然，也有将镜像认知看作是机器拥有自我意识能力的一种检测标准，该理论的依据是人类和其他一些动物能够在镜子中认出自己，这一能力被看作是拥有自我意识的明证。因此，Haikonen认为在镜像中的自我识别，即镜像测验，也可以用来确认机器潜在的自我意识能力。于是，在意识能力检测方法的研究中，许多研究工作都是通过镜像测试来确定意识能力的。但也有研究认为，镜像测验并不能证明意识能力的存在，要证明机器具有意识能力还需要通过更加复杂的测验。比如，Edelman就提出三种意识检验的途径，即意识的语言报告、神经生理信号以及意识行为表现。
总而言之，机器意识的研究主要围绕量子涌现机制、全局工作空间、信息整合理论、意识高阶理论以及意识能力检测这五个方面展开的。从研究的策略来看，主要分为算法构造策略(Algorithm)与仿脑构造策略(Brain-Inspiration)两种途径。从具体的实现方法上，主要可以分为三类：一是采用类神经网络的方法；二是采用量子计算方法；三是采用规则计算方法。虽然经过20多年的发展，机器意识的研究取得了众多的研究成果，但相对于人类意识表现方面，目前机器意识能力的表现还是非常局限的。根据笔者以及土耳其中东技术大学的Gök和Sayan发表的论文，目前机器意识系统主要具备的能力都是功能意识方面的，偶尔涉及自我意识和统一性意识(很难说是否真正实现了)。可见，意识计算模型的研究还有很长的路要走，特别是关于内省反思能力、可报告性能力、镜像认知能力、情感感受能力以及主观性现象等，这些方面更加需要进一步的研究和探索。
人类意识能力的唯识学分析
人类意识能力的基础是神经活动，尽管神经活动本身是意识不到的，也不是所有的神经活动都能产生意识，但神经活动却能够产生有意识的心理活动，这便形成了人类的意识能力。
根据现有的相关科学与哲学研究成果，人类意识的运行机制大致是这样的：物质运动变化创生万物，生物的生理活动支持着神经活动，神经活动涌现意识(有意识的心理活动)，意识感受生理表现并指导意向性心智活动的实现，从而反观认知万物之理。除了心理活动所涉及的神经系统外，主要的心理能力包括感觉(身体感受)、感知(对外部事物的感知能力，包括视、听、味、嗅、触)、认知(记忆、思考、想象等)、觉知(反思、意识、自我等)、情感(情绪感受)、行为(意志、愿望、等)、返观(禅观、悟解)等。
必须强调的是，迄今为止，对有意识的心理能力最为系统解析的学说体系并非是现在的脑科学研究，而是起源于古印度的唯识学。唯识学所研究的对象就是心识问题，相当于本文界定的有意识的心理活动。如图1所示，其理论体系主要包括五蕴八识的心法体系。
第一，前五识归为色蕴，对应的心法称为色法，相当于当代心理学中的感知，其意识的作用称为五俱意识(所谓“俱”，就是伴随)。如果这种感知是真实外境的感知，则其伴随性意识称为同缘意识；如果是有错觉的感知，则称不同缘意识；如果这种感知活动产生后像效应，则称为五后意识(属于不相应法)。一般而言，色蕴对应的心理活动都是有意向对象的，因此属于意向心理活动。
第二，受蕴是一种心所法(具体的心理能力)，主要是指身体与情感状态的感受。注意这里要区分身识中的身体状态感受与色蕴是完全不同的心理能力，身识相当于触觉，是一种感知能力，而身体状态的感受不是感知能力，而是感受身体疼痛、暖冷等的体验能力。受蕴的心理活动，虽然具有意识，但不具有意向对象，因此不属于意向性心理活动。
第三，想蕴是另一种心所法，用现代认知科学的话讲，就是狭义的思维能力，如思考、记忆、想象等，属于认知的高级阶段，显然是属于意向性心理活动。
第四，行蕴也是一种心所法，主要指一切造作之心，用现代认知科学的话讲，如动机、欲望、意愿、行为等。唯识学中的“行”，与“业”的概念相互关联，一般分为三种，即身业(行动)、语业(说话)和意业(意想)，但都强调有意作为的方面，因此行蕴也属于意向性心理活动。
第五，识蕴是整体统一的心法，更加强调的是后两识(第七末那识、第八阿赖耶识)的心法，现代西方的认知科学尚无对应的概念。主要强调的是自我意识，特别是返观能力，即对根本心识的悟解能力。
总之，色蕴是色法(感知能力)，受蕴、想蕴、行蕴都是心所法(具体的心理能力)，它们本身就是具有意识的心理活动(统归于心法)，其中色法的意识作用是伴随性的五俱意识，其他三蕴的意识作用与伴随性的意识则又有不同，称为独散意识(受蕴、想蕴、行蕴所涉及的意识，是一种周遍性意识活动)。
当然，如果所有意识作用出现在梦中，唯识学中则另外称之为梦中意识(做梦时的意识活动，属于不相应法)。在唯识学的五蕴学说中，识蕴比较复杂，它是唯识理论特别单列的一种根本心法，除了强调自我意识的末那识“我执”外，更是强调达到定中意识的阿赖耶识“解脱”，属于去意向性心理活动。
总之，从意向性的角度看，我们的心理能力可以分为无意向性的受蕴，意向性的色蕴(前五识)、想蕴、行蕴，元意向性的意识以及去意向性的识蕴。其中，识蕴是一种特定的禅悟能力，对其性质的认识与禅宗的心法观有关。
机器意识研究面临的困境
对于目前的人工智能研究而言，我们涉及到的心智能力，如果按照五蕴分类体系来分析，那么大致只有色蕴、想蕴与行蕴中的部分能力。如果考虑目前有关机器意识的研究，也仅仅涉及到五俱同缘的伴随性意识、想蕴与行蕴中的独散意识、识蕴中的自我意识以及意识活动本身的机制问题，其他意识比如不相应法的梦中意识、五后意识、定中意识、五俱不同缘意识等都没有涉及。
根据上述有关心识能力的唯识学分析，对于机器而言，真正困难的机器意识实现问题是受蕴性独散心识(体验性意识能力)与识蕴性心识两个方面，一个涉及无意向心理活动的表征问题，一个涉及去意向性心理活动的表征问题，这两方面都是目前计算理论与方法无法解决的问题。反过来讲，机器最有可能实现的心智能力部分应当是那些具有意向性的心识能力(色蕴、想蕴与行蕴)，即唯识学心法中的色法与若干心所法。
很明显，意向性心理活动一定伴随有意向对象，于是就有可能对此进行计算表证，并完成相关的某种计算任务。因此，反过来说，我们认为意向性心理能力是人工智能的理论限度(是上界，但并非是上确界)，机器实现的人类意识能力不可能超越意向性心识的范围。这也就是本文观点讨论的基点，并具体给出如下方面论据的分析。
首先，我们来分析心智机器的成功标准。从我们的立场看，如果要构建具有人类心智能力的机器，成功的标准起码应该通过图灵测验。主要理由是，由于“他心知”问题的存在，行为表现可能是唯一的判断标准，此时图灵测验不失为一种可行的测试途径，关键是“巧问”的设计。原则上，图灵测验通过言行交流，这是人类之间默认具有心智能力的唯一途径。再者，根据摩根准则，在没有把握的情况下，宁肯选择比较简单的解释。因而，对图灵测验的解释中，也必须注意摩根准则，诸如机器思维或者机器经过思考的行动这类有关心智能力的假设在大多数情况下应该丢弃。
现在我们就来一场图灵测验，看看机器到底会遭遇什么样的困境。为了看清本质，我们的提问异常简单，就是进行如下提问(所谓“多大年纪”思想实验，参见笔者以前的文章“重新发现图灵测验的意义”)：你多大年纪？此时会发生怎样复杂的情形呢？当提问者一而再、再而三不断重复这一问题时，机器很快就会暴露出其致命的缺陷，就是缺乏不可预见性反应能力。那么，面对这么简单的提问，机器为什么会无所适从呢？其实这跟机器形式系统的局限性有关。众所周知，图灵机是个形式系统，而哥德尔不完全性说明足够复杂的形式系统不能证明某些真命题。这是否说明人的某些知识是计算机器永远不能得到的？或者反过来说，是否说明不是所有的知识都能形式化呢？这样就引出了如下第二个论据的讨论。
从形式系统角度看，确实存在不可计算(证明)的问题，而且是大量的，但这些问题对于人类同样也是不可计算(证明)的。比如图灵停机问题，如果换成了人，结果是一样的。至于知识，可能首先要分清知识的含义与性质，知识是动词还是名词，要不要考虑元知识？如果这样看待知识，那么肯定不是所有知识都可以形式化的。因此，我们可以发现，问题不在于形式系统是否有局限性，而在于对于意识现象能不能给出一致性的形式描述。
那么，我们可以对人类的意识现象给出一致性描述吗？回答显然是否定的。因为在人类的意识现象中，存在着意识的自反映心理现象：我们的意识活动是自明性的。从逻辑上讲，如果一个系统允许自涉，那么该系统一定是不一致的，也就是说无法对该系统给出一致性的形式化描述。其实，人类的心理活动本来就是建立在神经集群活动的自组织涌现机制之上的。因此，出现意识的自明性现象是必然的。这也就是美国哲学家普特南给出“钵中之脑”思想实验所要说明的道理。比如，对于“我们都是钵中之脑”命题，在事先并不知晓这一事实的前提下，使用知道逻辑的反证法，可以明确加以否定。因此，我们人类的意识能力，显然不可能为机器所操纵。这样，由于计算机器形式化能力的局限性，靠逻辑机器是不可能拥有人类全部意识能力的，起码意识的自明性能力不可能为机器所拥有。
进一步，作为第三个论据讨论，我们再来看人类的意义指称能力问题。我们需要明确的问题是：机器能处理符号，但它能真正理解符号所代表的意义吗？如果人的概念依赖于人类的躯体和动机(涉身性认知)，那机器怎么可能掌握它们呢？这个问题主要是指机器是否能够拥有指称能力。塞尔的“中文之屋”提出了反对意见。其实这个问题的关键还是要弄清什么是“意义”？如果意义是指所谓抽象的“概念”内涵而非表征形式，那么就必然存在一条语义鸿沟，因为机器内部能够处理或变换的只是不同的形式语言而已。但如果意义是指“行为表现”，那么这个问题就回到了上面图灵测验的第一个论据上去了。
人类语言表达意义不在语言形式本身，而在于意识能力。正因为这样，才会有许多超出常规的意义表达方式。从根本上讲，我们也不必一一列举机器难以拥有的指称能力，诸如矛盾性言辞、元语言表述以及整体性语境等难以一致性描述的状况；而只需指出，机器不可能拥有人类的终极指称能力即可。那么什么是终极指称能力呢？宋代临济宗禅师惠洪在《临济宗旨》中指出：“心之妙不可以语言传，而可以语言见。盖语言者，心之源、道之标帜也。标帜审则心契，故学者每以语言为得道浅深之候。”其中所谓的“心之妙”者，就是终极指称。由于超越了概念分别，是难以用语言来描述的，这就为形式化描述带来了根本的困境。
第四个论据的讨论涉及到所谓预先设定程序的问题。我们知道，目前的机器只能遵循给定的程序运行(预先设定的程序)，这样的话，机器又怎么可能拥有真正的创造性和灵活性？也许人工智能的目的就是要让机器的“计算”更加“聪明”，但目前预先设定程序的机器不可能是灵活的，更不用说创造性能力了。显然，事情越有规则，机器就越能掌控，这就是预先设定程序的界限。比如对于表面复杂结构的分形图案，由于可以靠简单规则加以迭代产生，机器就可以靠预先编程规则自如产生。但是对于人类常常出现的出错性，由于毫无规律可言，机器便不可能预先加以编程，机器也就不可能拥有出错性了。人是易于犯错误的，而机器按照设定的程序运行，永远不会出错，这就是预先编程的一个致命弱点，这也是第一个论据讨论中机器无法通过图灵测验的根本原因。
要知道出错性表面上似乎是一个负面品质，但其实质上则包含着灵活性和创造性，是一切新事物涌现机制的基础。如果没有生物基因的出错性，自然选择就没有了作用的对象，繁复的生物多样性也就无从谈起。同样，如果没有了思想模因的出错性，文化选择也同样没有了作用的对象，博大的思想多样性同样无从谈起。可见，出错性是机器难以企及人类心智能力的一个分界线，而这一切都归结为机器的预先编程的局限性。
同样的道理，由于预先编程问题，也带来了机器不可能真正拥有情感能力的新问题，这也构成了机器难以拥有人类心识能力的第五个论据。我们知道，情感从某种意义上讲就是常规理性活动过程中的“出错性”，是非理性的，但基于逻辑的机器是理性的。也许人们会说，非理性的情感在心理表现中是不重要的，甚至是不起作用的。但我们要强调，即使是理性思维，情感和其他非理性因素也在其中扮演重要角色(倾向性指导作用)。如果说理性的认知能力是前进的方向，那么非理性的情感能力就是前进的动力，人类的心理活动中岂可或缺情感能力？！而对于机器而言，缺少了情感能力，机器怎么能够像人类一样思维？！
机器是逻辑的，难以体现情感本性，目前有关情感的计算只是实现了情感的理性成份。笔者比较赞同这样的观点：理智是方向性的舵手，情感是驱动性的马达，在航行中情感与理智相互依存。因此，如果情感不能计算，那么也谈不上实现人类意识的计算，因为情感难以计算的本质就是意识的感受问题。
机器能拥有意识能力吗
通过上述对机器实现人类心智能力所面临的困境的讨论，就可以进一步引申出机器是否能够跟人类一样拥有意识能力的问题。为了避免陷入不必要的信念之争，笔者认为学术辩论主要应对事实或可能事实开展分析讨论。由于计算机器的概念相对明确，争论的焦点多半会聚焦到有关人类“意识能力”的界定之上。所以，下面先给出笔者所理解的人类“意识能力”的分析描述，然后再围绕着我们讨论的主题，展开观点的陈述。
意识包括功能意识、自我意识和现象意识，其中功能意识大体上涉及到意向性的心理能力，除了前面已经讨论过的五个论据外，似乎并不存在特别的新困难。但自我意识和现象意识则不同，由于涉及到去意向性和非意向性的表征问题，这便构成了机器心识的最大困扰。首先，我们要清楚“自我意识”不是关于“自我”的意识，而是一种自身内省反思能力。因此，自我意识是意识的核心功能。其次，我们必须澄清所谓的“体验意识(qualia)”到底指什么？是精神的本性，还是虚构的对象？这涉及到哲学基本问题，非常复杂，观点纷呈。机器能否拥有意识能力的核心问题，其实就在于此。
由于涉及到心灵的一些本质问题，机器意识研究一开始就引起了哲学领域的广泛关注，有专家专门讨论机器意识研究的哲学基础，也有学者讨论机器意识会面临的困难，包括像意识(consciousness)、感受质(qualia)和自我觉知(self-awareness)这些回避不了的、显而易见的困难问题，以及一些与意识相关的认知加工，如感知、想象、动机和内部言语等方面的技术挑战。除此之外，更多的则是延续早期对人工智能的哲学反思，对机器意识的可能性提出质疑。涉及到强弱人工智能之争、人工通用智能问题、意识的难问题、“中文之屋”悖论的新应用、人工算法在实现意识能力方面的局限性、蛇神机器人不可能拥有主观性、现象意识等众多方面的争论。
那么机器能够拥有这种现象意识状态吗？对于现象意识的存在性问题，有截然相左的两种观点。一种是神秘论的观点，认为我们神经生物系统唯一共有的就是主观体验，这种现象意识是不可还原为物理机制或逻辑描述的，靠人类心智是无法把握的。另一种是取消论的观点，认为机器仅仅是一个蛇神(zombie)而已，除了机器还是机器，不可能具有任何主观体验的东西。在这两种极端观点之间，还存在各种不同偏向的观点，如还原论、涌现论、唯心论、二元论，等等。其实，依笔者看来，无需做上述复杂的讨论，只须从意向性的角度来看，便可以澄清机器意识的可能性问题。笔者观点是，凡是具有意向性的心理能力，理论上机器均有可能实现，反之则肯定不能实现。因为一旦缺少了意向对象，机器连可表征的内容都不存在，又如何形式化并进行计算呢！
通过上述分析讨论，可以发现，机器意识难以达成的主要困境可以归纳为这样三个方面。第一个是形式化要求，特别是一致性要求导致的局限性，使得机器智能局限于具有意向性的心识能力，如色蕴、想蕴、行蕴。第二个则是机器缺乏不预见性的反应能力，只能通过预先设定的程序来应对环境。第三个就是无法拥有终极指称能力，无法实现去意向性的识蕴能力。最后补充一点则是，对于涉及到现象意识的感受性能力(受蕴)，由于没有意向对象可以作为形式化的载体，因而对其进行的计算完全无从入手。
于是，我们可以很清楚地看到，意向性就是实现机器意识能力的一条不可逾越之界线。用数学的术语说，机器能够拥有的意识能力的上界就是意向性心识能力。当然这并非是上确界，因为不可预见性的反应能力也属于意向性能力，但从前面的分析中可以看出，目前基于预先编程的机器仍然无法拥有不可预见的反应能力。或许我们可以期待更为先进的量子计算机器来突破预先编程能力，但意向性心识能力的边界，依然是无法突破的。
因此，当我们把目前有关机器意识的研究分为面向感知能力实现的、面向具体特定意识能力实现的、面向意识机制实现的、面向自我意识实现的以及面向受蕴能力实现的这五个类别时，就可以同唯识学中意识的五蕴学说相对比，从而更加清楚地认识其中的本质问题所在。我们的结论是，对于机器意识的研究与开发，应当搁置有争论的主观体验方面(身心感受)的实现研究，围绕意向性心识能力(环境感知、认知推理、语言交流、想象思维、情感发生、行为控制)，采用仿脑与量子计算思想相结合的策略，来开发具有一定意向能力的机器人，并应用到社会服务领域。
机器意识研究未来展望
围绕着上述分析所得出的主要结论，我们认为，未来机器意识的研究，主要应该开展如下5个方面的研究工作。
首先，构建面向机器实现的意识解释理论。由于意识问题本身的复杂性，目前存在众多不同的意识解释理论，其中只有部分理论用于指导机器意识的研究。为了更好地开展机器意识研究工作，取得更加理想的机器意识表现效果，必须直接面向机器意识实现问题本身，综合并兼顾已有意识解释理论，提出一种更加有利于机器意识研究的、有针对性的、全新的意识解释理论。提出的新理论应该不但能够清晰地刻画各种意识特性及其关系，而且应该符合机器意识实现的要求，更好地用以指导机器意识的开展。为此，具体需要开展现有意识解释理论的梳理研究、机器意识限度与范围的分析研究、意识特性刻画标准规范的构建研究等方面的研究工作。
其次，探索机器意识的计算策略与方法。过去的研究表明，要想让机器拥有意识能力，传统的人工智能方法是无能为力的，我们必须寻找全新的计算方法。因此，机器意识的深入展开，需要有不同于传统人工智能的计算策略和方法。就目前机器意识研究中所遇到的问题而言，在计算方法方面起码需要开展亚符号(神经信号)表征到符号(逻辑规则)表征之间的相互转换计算方法、在非量子体系中实现类量子纠缠性的计算方法，以及神经联结与符号规则相互融合的计算方法等方面的研究。而在计算策略方面则需要开展仿脑与算法相结合策略的研究。只有确定了行之有效的计算策略和方法，才能真正推动机器意识进一步深入发展。
第三，构建机器意识的综合认知体系。作为机器意识研究的主要任务，就是要构建具有(部分)意识现象表现的机器认知体系。给出的意识机器认知体系应该满足一些基本需求，起码应该包括：实现具有感受质和外部感知对象的感知过程；实现过程内容的内省反思；允许各模块无缝整合的可报告性以及配备本体感知系统的基本自我概念。因此，这部分的研究内容应该结合机器意识计算策略与方法的探索，参照已有各种机器意识认知体系的优点，有针对性地进行构建工作，以期满足基本的意识特性需求。
第四，开发实验性的意识机器人系统。在已有智能机器人开发平台的基础上，嵌入构建好的机器意识综合认知体系，形成具体的意识机器人系统，并开展具体的系统实验分析研究。通过各种意识特性的实验，检验机器意识综合认知体系的性能是否满足基本的意识特性需求，最终给出一种实验性意识机器人系统的范例。
第14篇
本文提出的针对于理论物理教学与实践的探究方案，是遵循微观到宏观，理论研究到具体实践，单体到多体的顺序展开的，一共包括三个知识单元，它们是统计物理，量子力学和固体物理。为了使得学生充分掌握理论物理知识，我们需要结合教材中原有的三个单元的知识体系，改善原有体系中知识的逻辑性，合理安排各个知识的所占比例，以协助学生循序渐进的掌握知识点。热力学和统计物理学主要是研究宏观物体。宏观物体主要是由微观粒子组成，因此，在这个知识单元里面，我们依照宏观到微观的顺序展开讲解，并遵循统计学和宏观物体的联系。以普通物理学为背景，循序渐进，引入量子统计理论，慢慢激发学生对量子力学的学习兴趣。由此引出第二个知识单元。量子力学知识单元。在第二个知识单元里面，我们首先讲解单原子分子量子理论，慢慢引入到多原子分子量子理论，最后引出第三个知识单元——固体物理。在第三个知识单元里面，先讲解理论，在注重实践应用，引导学生实现创新。这样，三个知识单元互相联系，前后衔接，最后贯穿成为一个整体，给予学生整体上对于理论物理学的知识。
二、理论教学与实践教学相结合
物理理论较为抽象，即便是来源于具体的事例，学生学习起来也具有一定的困难。因此，在理论物理的教学中，需要引导学生从感性上认识物理现象和物理过程。培养学生的感性认识，一方面可以从学生的日常生活中着手，另一方面可以引导学生从物理试验中不断培养。本质与非本质的认识影响着学生对物理概念的认识，因此学生认识物理规律会有一定的困难。物理实验能够提供给学生最具体、最直观的感性认识，因为这些精选出来的物理实验，是最通俗易通，简明扼要表达物理理念的感性材料。与生活中的现实例子有所不同，物理实验也有自己的特点，例如：物理实验比较典型，可以代表一定的物理现象；物理实验需要有动手操作，有一定的趣味性；物理实验定性定量的表明了全面性。学生通过物理实验，可以积累创造意识，同时可以协助学生科学的研究理论物理。学生动手操作物理实验，可以从中掌握到相应的物理知识，更加深刻的理解其中的物理含义，还可以发现试验中存在的问题，从而主动解决问题。因此，老师应当多给学生提供物理实验的机会，引导学生分析总结。一方面，可以督促学生掌握相应的理论物理知识，以及提升自身的动手能力；另一方面，可以引导学生养成严谨的治学态度，培养学生的兴趣。
三、探寻学生在学习物理理论知识过程中的认知模式
学生在物理学习过程中进行的认知活动包含了所有与物理理论知识学习相关的心理活动，具体来说有学生已有知识基础框架、面对新知识的认识、接受和使用、包含已有知识和新知识的知识体系的更新等等。物理认知体系是学生在学习的过程中，通过思考形成的每个人各不相同的知识框架体系，是学生对不断接受到的知识进行理解和组织之后建立的。从认知模式的发展方向中可以容易的发现，学生在认识接触到的物理概念、理论等时经历了一个非常复杂的过程，当物理环境作为刺激源后被学生感受到之后，学生对这些知识的接受程度不仅仅与这些知识有关，还与学生的心理状态、兴趣状态等主观因素有关。当接受到知识后，学生会通过思考在已有知识框架的基础上，对这些知识进行再加工。因此，为了保证学生接受新知识的能力，应该着力引导学生夯实基础，梳理清楚已经学习的知识，形成清晰的体系，实现事倍功半的效果。从认知模式可以发现，学生在认识和掌握物理现象的本质的过程中，首先要利用自己的感官去感知物理现象。对于为何有些同学在学习物理知识的过程中找到了很大的乐趣，而另一些同学却感觉到这些知识枯燥、难以理解。这个问题首先就是因为学习的动机问题。另外一个原因就是没有真正认识什么事理论物理以及它的应用，很多同学在内心当中认为这些基础的物理知识都只是纸上谈兵，对于实际的生产、工作和自己的发展并没有什么作用，在这种思维下，必然很难形成有效的学习动力。其实，在物理学科发展至今的数百年中，已经积累了无数的先进理论，产生了很多影响人类生活的发明和发现，衍生出很多高新科技学科，例如常见的核能、半导体、计算机、通信、太空活动、量子试验等，无不与物理息息相关。在学习过程中，要充分认识到物理学科的理论知识对于人类生活各个方面的巨大作用，培养求知的动力，形成为学科发展、改善人类生活而奋斗的良好志向。最后，应该尽可能的把理论基础物理与更加专业的物理应用领域，例如光信息学科、半导体学科等高新科学专业有机的联系在一起。当今，光学学科的研究热点目前主要集中在光子操控、光材料研发、量子通信等方面，这些热点问题虽然已经取得了很多成绩和成果，但还有很多问题需要进一步的研究。同样的，其他高新学科同样也存在很多有待研究的地方，需要更多的物理人才投入到学科研究当中。如何将基础物理的知识规划与未来高新学科的需求联系起来，为以后学生的进一步发展打下良好基础，也就成为了学科内容规划需要考虑的重要因素。学习理论物理，需要扎实的数学基础，因为理论物理的理论性较强，学习起来十分抽象。因此，物理理论的学习，是感性认知的行为。学生在学习过程中，认知物理理论，认知物理世界，将自身与物理的环境相互作用。通过积累理论物理知识，加上自己的思考，给自己形成立体的物理思维模式。除此之外，老师也要发挥良师益友的功能，首先，协助学生掌握尽可能多的基础理论知识，并且能够将新知识和老知识相互结合。其次，老师也要引导学生构建认知体系，搭建自己的知识框架。兴趣是最好的老师，因此，应当尽力协助学生培养对理论物理的兴趣。理论物理本身是十分有趣的，有多种方式可以感知，包括观摩，听讲等。这个过程中，大部分同学都会产生对物理学习的浓厚兴趣，但是也有一部分同学，由于思路跟不上，落下的知识越来越多，慢慢产生了厌恶抵触的心理。理论物理公式繁多，推导过程繁杂，理解起来也晦涩，甚至感觉实际生活中没有用途，因此，部分同学失去了学习的动力，究其原因，还是由于缺乏认知的缘故。
四、创新教学模式
第15篇
【中图分类号】R2-03【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2010)16-063-2
在提出人体电磁辐射是中医“气”的观点的基础上,通过分析地球、天体的电磁辐射,提出地球生物生活生存于“时空电磁场”的概念,认为“时空电磁场”是所谓天地之“气”,揭示了“天人相应”是人体电磁场与时空电磁场的相互共振作用的科学内涵。
1中医理论中“天人相应”的含义
天人关系是中国古代哲学的基本脉络,中医学天人相应论的形成和发展有着深厚的思想文化基础。中国历史上丰富而深刻的天人合一思想是孕育、形成天人相应论的思想文化母体。《周易》、道儒两家早期有关天人关系的思想对于正在萌芽阶段的天人相应论具有启迪作用。秦汉黄老之学则直接渗入天人相应论中,其观点和内容为天人相应论广泛接受。元气论及宋明理学的宇宙生成论又继续充实、推动着天人相应论的发展[1],形成了贯穿中医基础理论,左右理、法、方、药的中医的核心理论。
天人相应观点基于《黄帝内经》的“人与天地相应也”(《灵枢・邪客》),“人与天地相参也,与日月相应也”《(灵枢・岁露》)。应,有两层含义:一是对应,即人是自然界的产物,人的存在遵循自然法度,人处于从属地位。二是适应,即人能够对自然界的影响做出相应的反应,通过自身调节保持稳态,“应之以治则吉”《(荀子・天论》),从这个意义上讲,人是主动的、积极的。参,在古代,下级见上级叫参,这又表达了人在自然界的从属地位。参,又通叁,引申为错综复杂,“参伍以变,错综其数”(《易经・系辞上》)。相,有辅助、帮助之意。因此,“人与天地相参”也深刻地表达了人在“天地”的作用下从简单到复杂演化过程的思想[2]。
多年来,人们已从季节气候、昼夜晨昏、地区方域、节律性、时间医学、天文历法、数学、生态学、非线性动力学、系统论、控制论、信息论、复杂科学等方面对“天人相应”思想进行了大量而深入的研究,但天人相应的科学内涵仍未得到明确的揭示,需进一步探讨研究。
2地球生物生存于“时空电磁场”中
宇宙太空是一个统一的整体大系统,银河系是宇宙太空的一个次级的大系统,太阳系则是他们的子系统。太阳本身以及太阳系的九大行星,都随同太阳一起在银河系和二十八宿所构成的恒星际中运动。天体物理学与空间科学研究发现,大部分天体都有自己的磁场,二十八宿恒星无一例外地都具有自己的磁场,就是说,他们都会以场量子形式向宇宙空间一刻不停地发射自己的磁场能量。
天体物理学和太阳物理学研究发现,太阳磁场有两种不同的能量结构形式,一种是南北方向上的相对恒定的太阳普遍磁场,同于一般天体;另一种是东西方向上的相对变化的整体磁场。太阳整体磁场是太阳磁场所特有的,它是具有扇形区域结构的、有极性方向的、随同太阳本体而同步旋转运动的悬臂状态。这种悬臂结构和扇形区域的极性是随同太阳的自转周期而呈现处有规律的振荡节律,而这种自然振荡的极性变换状况由与月相(上玄、下玄)的运动周期同步。
大量的观测研究表明[3],太阳表面的活动同太阳的磁场有关。例如太阳的黑子就是因黑子处的磁场很强而使其温度降低所产生的暗斑。太阳的一些区域因能量的突然剧烈猛增而产生的亮度剧增的耀斑爆发现象,以及伴随耀斑爆发引起太阳喷射大量高能量的带电粒子流(如电子、质子、氢原子核等)的太阳风及电磁波(如射电、X射线等)辐射,也同太阳的磁场活动有关。许多天文观测表明,在各行星之间的行星际空间、各恒星之间的恒星际空间以及各星系之间的星系际空间也都存在着强度虽很微弱,但范围却极大的行星际磁场、恒星际磁场和星系际磁场。这些磁场对如太阳风、恒星风和宇宙线等都会产生重要的影响。由此可见,不但宇宙万物有磁性,宇宙处处有磁场,而且这些磁的作用也是重要和不可忽视的。
地球由地核、地幔、地壳等构成,表层的地壳为固体,地心地核由铁-镍合金组成,核外包绕一层液体,并按照一定的规律流动着,运动着。
地球伴随着庞大的地磁场遨游于太空之中,每时每刻都有来自四面八方的能量辐射造访地面。如以微波为主的宇宙辐射背景场,以宇宙射线为主的高能辐射,来自脉冲星的电磁脉冲,来自中子星的中子辐射,来自超新星爆发的能量辐射,来自太阳黑子活动的太阳粒子流(太阳风)、太阳辐射以及太阳整体磁场(包括行星际磁场)等等。这些名目繁多的能量辐射与地磁场发生不同层次的相互作用(屏蔽大部分宇宙射线使地球上的生物免受其害),最后构成一个整体的宇宙自然太空场。由于宇宙太空场中的能量流、信息流、物质流瞬息万变,地面上不同的时间不同的位置(相位)接收到的这种相关的能量流、信息流、物质流不同,它与此时此地地磁场所发生的作用和结果也不会完全相同。换言之,在地球表面,存在一个由太空各天体运动辐射相互作用形成的庞大的电磁场,该电磁场与时间、空间位置相关,人类以及世间万物就生活和生存在这个空间,这种由太空各天体运动辐射相互作用综合形成的庞大的电磁场不妨称为“时空电磁场”。因为在不同的时间不同的位置,该电磁场不同。
3天人相应的科学内涵
自然界中存在强、弱、电磁和引力等四种作用力。强、弱作用力主要是夸克间的作用力,在生命运动中基本不涉及它们。生物生活生存的空间里,确实存在引力场,但根据F=GmM/r2公式计算,人类及其它生物与各天体的引力太小,或者即使有也是基本恒定不变的,所以对地球上生命的运动基本没有影响。
只有电磁力对生命体活动现象起着决定性作用。一切生命,不论人还是动、植物,都是由原子与分子组成的。在生命体中起重要作用的是由氨基酸和核酸组成的蛋白质和DNA,以及糖类和脂类分子等分子。生命体中发生的生长、繁殖、新陈代谢、调节、应激等各种生理、病理、生化、免疫等反应都是在分子、原子层次,其实质是分子、原子的电子间通过电磁力的的相互作用。因此,电磁相互作用是生命体中主导型的相互作用力。
(下转第65页)
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人体也是一个磁体,存在着弱磁场[4]。例如:已被确定的心磁场、脑磁场、肺磁场等等。人体的磁场是由这些局部磁场综合而成的,是一个复合的磁场。这个磁场的强度是非常微小的。如心脏的交变磁场的强度为10-11～10-12T,而头部的磁场约为10-13T。所以人的磁场强度约在10-10～10-13T之间。约是地球磁场强度的万分之一到千万分之一。
由前面分析可知,人类生活和生存在由太空天体和地球综合形成的时空电磁场中,人体磁场是在时空磁场这一个大背景下产生、维持的。这两个磁场之间必定存在着相互共振作用。由于人类长期的进化,人体与时空磁场之间已经建立起了某种平衡。当时空磁场发生剧变时,这种磁场平衡即会被打破,因而给人体带来某种影响。这种共振作用就是所谓的“天人相应”,这种时空电磁场既是所谓的天地之“气”。这种天地之气与笔者提出的“人体之气是机体电磁辐射形成的量子场[5]”同性。由此认为:天人相应是人体电磁场(人体之气)与时空电磁场(天地之气)相互共振作用实现的。
4“天人相应”现象解释
4.1天人一“气”,天地气交中医理论认为,人与自然的统一性是通过气的中介作用实现的。人是宇宙中的万物之一,处于天地气交之中,也是物质世界整体的一部分。通过气的中介作用,人与天地相通,与宇宙万物息息相应。天地、日月、昼夜、季节、气候变化对人体生理和病理的影响都凭借着气的中介作用而实现。
4.2生物钟由《黄帝内经》可以归纳出有关经络运行规律的生物钟[6]如计十二时辰钟、计日钟、计月钟、计季钟、计年钟、计六十年钟、计(六个六十年)360年钟。生物钟皆可用上述“天人相应是人体电磁场(人体之气气)与时空电磁场(天地之气)相互共振作用”的观点解释。
上述观点同样也可以解释子午流注、时间医学等天人相应现象。
5讨论与展望
在人体电磁辐射是中医“气”的物质基础的观点的基础上,提出地球生物生活生存于“时空电磁场”概念,认为“时空电磁场”是所谓天地之“气”,揭示了“天人相应”是生物机体电磁场与时空电磁场的相互共振作用的科学内涵。在此基础上,结合量子力学、生物电磁学、天体物理学,辐射测量学等学科,深入探讨研究天体、环境对人体等生物的影响规律,具有重要的现实意义,也是中医现代化的必经之路,同样也是量子中医学[7]的主要内容。
参考文献
[1] 郭蕾.天人相应的思想文化基础[J].陕西中医学院学报,2002.
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