何祚麻：量子力学的建立与科技创新的评价体系 ——纪念普朗克创立量子论100周年

1900年的12月14日，普朗克宣布创立了量子论。这是一个划时代的伟大的发现。

一、量子力学开创了人类的高技术时代

量子力学不仅解释了微观世界里的许多现 象、经验事实，而且还开拓了一系列的新的技术 领域。首先，量子力学和狭义相对论再加上原子 核物理的深刻的研究，共同开拓了一个新时代 ——原子能时代，从而为人类找到了一种可以说 “取之不尽，用之不竭”的能源，并有可能将人 类活动的踪迹，由地球移到别的星球，如月球、 火星等等。然而更为重要的是量子力学还开辟了 一种全新的信息技术，使人类进入信息化的新时 代，或又称为电脑时代。

量子力学除了应用到原子、分子、原子核、 粒子等微观体系外，它还被应用到固体领域等复 杂体系，用它解释了铁磁体、铁电体等物质的电 磁性质，也解释了为什么有些材料是绝缘体，有 些是导体。尤为重要的是，解释了为什么某些材 料是半导体。而且根据量子力学，在这些半导体 中，可以有电子导电、空穴导电等等区别，从而又提出半导体的二极管、三极管等等的观念。后来又发展为集成线路。大规模集成线路的组合, 成为现代电子计算机的技术基础。可以说，没有 量子力学，就没有以电脑控制占主导地位的现代化工业。

由量子力学的深刻的研究所提出的光的受激 辐射的原理，还被用来研制种种形态的激光器, 广泛地应用于科学实验，制成激光雷达、激光制 导以及光武器（又称为“死光”）等等。尤为重 要的是激光通讯，它可以通过光纤网络高速而大 容量地传播信息，所谓“信息高速公路”就是利 用光纤来实现信息量大于10 G-b以上的通讯网 络。这已成为当代新经济的重要内涵。顺便说 说，描述光纤通讯的光的传播的方程式，却是二维的量子力学方程。

二、量子力学和认识论问题

然而量子力学所给予人们的还不仅仅是科学 和技术上的成就，量子力学还丰富和发展了唯物 主义哲学，发展了马克思主义的认识论。

首先是量子力学深化了人们对物质和运动的 基本规律的认识。古典物理学所追求的一个崇高理想,就是自然界将能由一系列的微分方程或偏 微分方程组所描述，在给定的始值条件和边值条 件下，人们将能描述和预测世界发展的一切细节。 天体物理学家拉普拉斯曾认为：如果有一个智能 生物能确定从最大天体到最轻原子运动的现时状 态，就能按照力学规律推算出整个宇宙的过去状 态和未来状态，这又称为拉普拉斯式的决定论。

19世纪的机械论自然观的破灭，并没有改变 这一决定论的自然观，只不过由电磁图像代替了 力学图像。19世纪下半叶发展出来的统计力学首 先把统计规律引入物理学，但是统计力学所探讨 的对象，往往是数达1萨的粒子，以致统计涨落 所引起的偏差，完全可以忽略。统计力学所给出 的预测，仍然是确定的或“决定论”式的预言。

量子力学打破了这一思维定式。量子力学虽然是微观世界的基本特征——“波粒二象性”的 深刻反映和概括，但是这一 “波粒二象性”的物 理实质，并没有立刻弄清楚。一个显然的事实 是，量子力学中的粒子，并不是通常牛顿力学里 所定义的粒子，因为它们不能同时具有确定的位 置和动量。量子力学中的波，又不等同于通常的 牛顿力学里的机械振荡中的波，如声波，因为这 种“波包”又能扁缩为粒子。量子力学的另一位 奠基人玻恩，提出几率波的概念。量子力学中的波，所描述的是粒子在空间分布或动量分布的概 率。所以，量子力学的方程式，一方面在形式上 是决定论的，亦即一旦给定了始值条件和边值条 件，“波包”就会严格地按照薜格方程式所决定 的演化方向而前进；但是量子力学中的“波包” 在物理的解释上，却又是概率论的，亦即量子规 律是决定论的和随机论的规律的统一。

量子规律的出现，丰富了人们对自然界发展 规律的认识。例如，在生物体发展中虽然有遗传 又有变异，但物种的演化，却又按照达尔文所指 出的物种要向不断进化方向发展。其本质上的原 因，就是自然规律不仅是有决定论的，而且也是 有概率论的或随机论的。