量子化学论文(6篇)
量子化学论文篇1
一、中国与欧洲文化的对比
1.中国文化是建基于黄河河谷的大农业社会,以“人本”的家族文化为主,“物本”的宗教文化为次。聚河谷而居,居有定所,多见人邻,少见树木。人与人的关系比人与自然界的关系更为密切和重要,社会的主要问题和兴趣是在于人而不在于物。生活复杂的大农业社会,必须分工合作,自然要建立一个有组织和有权威的中央政府。家族文化是一个整体文化,个体有义务要支持整体的共同性,而整体亦有义务要照顾个体的特殊性。人是来自现实的祖先,必须对祖先负责。中国文化是强调整体、务实、内向、兼容、义务、约束、合作和相对性,重视对个人天赋欲念的自我克制和自我修养的人为能力,称之为“德”。人的问题只可以靠人自己去了解和处理,发展了人本的“人理(伦理)学”。无论从《易经》、《道家》、《儒家》到《诸子百家》等,都是以人本为基础来发展。特别是道家所重视以“顺其自然”人的“被动性”和“消极性”,而儒家则重视以“事在人为”人的“主动性”和“积极性”。人性有别于物性在于它的辩证特性:失败是成功之母,成功是失败之父;好事变坏事,坏事变好事;大乱之后必有大治,大治之后必有大乱等等相对而相反的大循环原理。
复杂的河谷生活,促使物的应用技术发展和发展的多极化。中国的四大发明是属于技术上的发明,而不是原理上的发现。中国数学的发展也是以实用,而不是以原理为基础。中国(汉)文字和欧洲数学文字同属于符号文字。要描述和了解“人本事物”,促使中国文字学的发展;中国文字的对称和其他特性也可以用来推到人本的可能新事物。当现有的文字不足以了解新事物情况下,自然要创造新的文字。要描述和了解“物本事物”,促使欧洲数学的发展。而数学的对称其他特性也可以用来推测物本的可能新事物。不同系统的数学有不同的极限性。当现有的数学系统足以了解新事物的情况下,自然要创造新的数学。符号文字与拼音文字是有不同的思维逻辑。所以认识中国文字学的人要学习数学,是有逻辑上的优势。
2.欧洲文化建基于游牧文化。游牧人逐水草而居,多见树木,少见人邻。人与自然界的关系比人与人的关系更为密切和重要。生活的主要问题和兴趣是在于物而不在于人。由于自然界的存在和变化,并非人力可以改变和控制,认为所有自然现象都来自能力最高的主宰。摘食猎鱼的简单生活,各人的功能差别不大,分工制度弱,独立性强,自由性大,平等性高。生活环境的不断改变,只有天,才有永恒的意义,倾向上天单极宗教的信仰。
欧洲文化是游牧文化和地中海内海文化(希腊逻辑文化、罗马帝国文化和中东耶稣宗教文化)的综合文化,以“物本”的宗教文化为主,“人本”的家族文化为次。它是强调个体、理想、外向、对抗、自由、权利、信仰和绝对性,重视发挥个人天赋欲念的自由和权利。欧洲文化在物质世界的“物性理论”发展,对人类物质生活巳作出了重要的贡献。中国文化在人类社会的“人性理论”发展,对人类和
二、科学技术科技
科学是物质世界的了解,是一种思想系统,也是一种顺其自然的思想活动,其探索的目标是“发现”。技术是物质世界的应用,是一种行动系统,也是一种事在人为的行动活动,其运作的目标是“发明”。早期的技术发展主要是靠尝试和经验,与科学的发展并没有一定的姻亲关系。后来的科技就是把科学与技术结合起来,利用科学知识来改进技术的发展,目标是“创新”。物理学是科学的基石。
三、物理学的发展
物理学主要的兴趣是探索物质世界的基础结构和相互作用关系。物理学是一门量化的学问,从事物理量的研究和它们之间的时空基础关系。不能量化的东西便不是物理量。萌芽时代:物理学的起源是来自古希腊时代(650—330Bc,雅典)的几个重要思想。
(1)自然现象是根据“固定的自然定律”而发生(赛勒斯Thales,俗称为科学之父)——定律概念和演绎逻辑。(2)要描述所有自然现象,数字是扮演中心角色(毕达哥拉斯Pythag0ras)——数量描述。(3)要改变自然状态,必需有起因(柏拉图Plato)——牛顿第二运动定律的广泛含意。(4)物质的原子(德谟克利特Democritus)和元素(亚里斯多德Aristotle)的概念——物体结构的基本成份概念。古希腊文化是强调个人自由和思想系统的探索,奠定了基本的科学精神、态度、构思、概念、逻辑、原则和言语。希腊化时代(338—31B.C.亚历山大港):主要的兴趣在解决实用问题,知识分类及技术成就。重要思想发展有:(1)几何学定理的公理化(欧几里得Euclid)——演绎逻辑。(2)以地球为中心输送圆的均速运动为主,运转圆的均速运动为微扰,可以准确解释包括太阳在内的各行星在天上的运动。(3)物体“比重”物性的发现(亚基米德Archimedes),后来进一步发展到“密度”物性。
黑暗时代(30B.C.一1300A.D.):这是物理学发展a冬眠时代。(1)罗马帝国(3OB.C.一476A.D.):罗马人是实用民族,他们强势在军事,行政和工程,而不在学术和科学。大量收集和发展希腊哲学思想,而很少有原始的创作。为了要准确解释以地球为中心的行星运动,增加了偏心圆的微扰(托勒密ptolemy)。(2)中世纪(476—1200):中世纪的欧洲是一个宗教和封建的封闭保守时代。研究希腊哲学和科学的中心便转移到阿拉伯和波斯。(3)(1096—1270):二百年运动,动摇了欧洲的封建制度和教会权力。伊斯兰的优秀文化开始对欧洲人开放。
复兴时代(1300—1600):大乱之后必有大治。经历过的浩劫之后,欧洲从一个保守封闭的教条社会转入一个改革开放,实事求是和解放思想的文艺复兴时代,由神本回归到人本。文艺复兴使欧洲恢复对人,人的成就和人的世界的兴趣。文艺复兴把欧洲从一个较为落后的社会在五百年内,先后超过伊斯兰和中国社会。
1.机动力学(Mechan0dynamics)
从希腊时代到黑暗时代这一千六百多年,物理学发展的主要兴趣上行星运动。发展以数学的欧几里得几何学为基础,均速圆周运动为核心。到了复兴时代,以既定的数学基础来了解观测的事实,改变为从事实去寻找事实背后的数学原理。由实是求事改变为实事求是,由以数学为基础改变为以物理为基础。
(1)天上行星的日心椭圆运动的发现(开普勒Kepler,1571—1630)和地上物体的重力加速度及抛物线运动的了解(伽利略Galileo,1564—1642)。椭圆和抛物线非均速运动的发现是一个非常重要的突破,是欧几里得几何不能解释的现象。除了物理现象的突破外,更促使后来十七世纪解析几何的发展(笛卡尔Descartes和费马Permat)。
(2)机动力学的诞生:为了解决重力问题,牛顿(1642—1724)认为,天上月球围绕地球的运动与地上物体的抛物线运动是同一根源,及推出它们之间与地球中心距离的关系。他成功发现三个物体的运动定律:惯性定律,动力定律和反作用定律。更由第二和第三个定律推出物体之间的重力定律。为了完成三个运动定律,牛顿创造了两个重要的物理量:惯性质量=密度×体积和惯性动量=质量×速度。同时他更创造了一条微积分的数学工具,来取代欧氏几何学的不足。牛顿运动定律的力只是与物体的变速度有关,与物体的速度无关。
(3)牛顿动力定律理论的普遍化,以位能和动能取代外力和加速度:拉格朗日(Lagran—ge,1736—1813)和哈密顿Hamilton,1805—1865)。从物理定律推理到物理理论是符合从几何公理推理到几何定理的——演绎逻辑。
(4)牛顿动力学对随机过程的应用:麦克斯韦(Maxwell,1831—1879),玻耳兹曼(Boltzmann,1841906)。19世纪未,机动力学已发展成为宏观物质世界一个完美的理论:完整,合理和前后一致。
2.电动力学(Electrodynamics)电磁现象虽然是人类很早便发现的自然现象,但到了十六世纪才开始从实验中取得量化的结果。
(1)电磁相互作用的关系:库仑(Coulomb)电荷与电荷和磁极与磁极的相互作用,奥斯特(Oersted)磁极与电流的相互作用,安培(Ampere)电流与电流的相互作用,法拉第(Faraday)电荷与运动磁极的相互作用。
(2)法拉第提倡电磁的“本地作用”来代替“超距作用”,导致“电磁场”物理量的诞生。
(3)电磁学的基本定律:根据电磁相互作用的关系和以电磁场为基础,麦克斯韦完成完整的“电磁场定律”,相当于牛顿机动力学中的物体重力定律。后来洛伦兹(Lorentz,1853—1928)更进一步完成电荷在电磁场中运动的“电磁场力定律”。“辐射反作用力定律”也是电磁学一个基本定律,只是直到现在,符合逻辑的定律还未完成。
(4)带电粒子动力学:洛伦兹的电磁场力是一个与速度有关的力。只有速度为零的情况,才适合牛顿的动力学系统。爱因斯坦(Einstein,1879—1896)采用牛顿动力推出电磁场力在速度为零的情况,再用洛伦兹惯性变换,把速度为零情况的结果变换到速度不等于零的情况。结果推出带电粒子在电磁场力的洛伦兹动量=v×牛顿动量。v是洛伦兹因子,与速度有关。FL=d(vp)/dt。相当于牛顿机动力学中的物体第二运动重力定律爱因斯坦后来把这方面的理论改称为“狭义相对论”。在狭义相对论的基础上,以微分几何为工具,爱因斯坦用演绎方法建立他的重力场论,称为“广义相对论”。可以说是一种重力场的电磁化。到这个阶段,除了辐射反作用力定律之外,电动力学基础的探索已基本完成。
(5)电功力学定律理论的普遍化:相当于拉格朗日和哈密顿对牛顿动力定律的理论推广和发展。
(6)电动力学对随机过程的应用:无规则电磁场的统计特性的发展。其结果应该符合量子力学和量子动力学的结果。简而言之,机动力学的发展是以动力的基础来发展作用力,而电动力学的发展却是以作用力的基础来发展动力。欧洲从牛顿到麦克斯韦这个二百多年的物理学发展时代,正好是欧洲从巴哈(Bach)到华格纳(Wagner)的音乐发展时代。这是欧洲自从古希腊时代以后,一个重要的思想创新时代。因此促进了文学,音乐,艺术,哲学和科学的高速发展。
3.辐射动力学(Radiodynamics):辐射反映了物质世界的微观结构。
在19世纪未,出现了三个有关不相干辐射(随机性电磁波)与物质作用的物理现象:黑体辐射,光电效应和氢原子光谱。这些现象无法用决定性(Deterministic)的电动力学来解释。到二十世纪,也出现了与辐射作用有关的三个物理现象:离子体,核子一基本粒子和激光(决定性电磁波)作用。这些现象激发了物理理论的发展。
(1)量子论的诞生:普朗克(Planck)创立“量子”的新物理概念,成功解释黑体辐射的实验结果。后来,爱因斯坦和玻恩(Born)分别用量子来成功解释光电效应和氢原子光谱。
(2)量子力学:在数学的基础上,由海森伯(Heisenberg),薛定谔(SchrOdinger)等所发展的量子数学系统(量子力学),不但可以用来了解原子物理现象,也可以用来了解分子物理现象。
(3)基本粒子物理:基本粒子物理实验观察的新结果,促使大量相关理论的发展:量子电动力学,相对性量子力学,杨一(Yang-Mils)场等,其中杨一米场有更突破性的广泛意义。
20世纪的世界发生了重大变化。(1)物理学发展已由宏观的物质世界转入微观的物质世界。由以物理为主导的思维转回到以数学为主导的思维。微观物质世界发展了两个很矛盾的物理观点:在原子分子的领域,越基本的状态,寿命越长,能量越低;在粒子的领域,越基本的粒子,寿命越短,能量越高。(2)经过两次世界大战后,影响人类社会的重心已由欧洲社会,转移到没有传统民族文化的美国移民社会。美国文化是一个以商业为主,物质为重的实用文化,可以说是一个现代化的罗马帝国文化。
四、中国文化与未来科学发展
虽然科学的发展是源于古希腊,但亦需要通过欧洲各种不同的文化时代,才可以孵育发展出来。欧洲文化对科学发展的优点可能已经到了饱和状态。科学思想发展的进一步突破,必须要有新的文化来推动。中国文化对人理思想发展虽然是一个有五千多年的旧文化,但对物理思想发展却是一种很新的文化。中国复杂而辩证的人理思想,吸收和结合欧洲简单而演绎的物理思想,必定融合成为一种新力量,把科学发展推到更上一层楼,尤其是生命科学,医理科学和心理科学。由复杂系统去吸纳简单系统易,由简单系统去吸纳复杂系统难。中国文化是一个黑洞文化,善于把吸收的外来文化中国化。例如:印度佛教转化成为具有中国特色的佛教和欧洲社会主义转化成为具有中国特色的社会主义。外来文化中国化,是中国传统文化的一个特色。要再进一步的创新突破,必须把中国传统文化现代化。
量子化学论文篇2
论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。
量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、在材料科学中的应用
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1，2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
（二）在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子，如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。转贴于
（二）在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用，甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘，进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献：
[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院，1994
[2]程新，冯修吉.武汉工业大学学报，1995，17(4):12
[3]李北星，程新.建筑材料学报，1999，2(2):147
[4]闵新民，沈尔忠，江元生等.化学学报，1990，48(10):973
[5]程新，陈亚明.山东建材学院学报，1994，8(2):1
[6]闵新民.化学学报，1992，50(5):449
[7]王宝俊，张玉贵，秦育红等.煤炭转化，2003，26(1):1
[8]AgoH，NagataK，YoshizawAK，etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.，1997，70:1717
[9]AgoH，KatoM，YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety，1999，146(4):1262
量子化学论文篇3
【关键词】超弦/m理论/圈量子引力/哲学反思
【正文】
本文分四部分。首先明确什么是量子引力？其次给出当代量子引力发展简史，更次概述当代量子引力研究主要成果，最后探讨量子引力的一些哲学反思。
一、什么是量子引力？
当代基础物理学中最大的挑战性课题，就是把广义相对论与量子力学协调起来[1]。这个问题的研究，将会引起我们关于空间、时间、相互作用（运动）和物质结构诸观念的深刻变革，从而实现20世纪基础物理学所提出的空间时间观念的量子革命。
广义相对论是经典的相对论性引力场理论，量子力学是量子物理学的核心。凡是研究广义相对论和量子力学相互结合的理论，就称为量子引力理论，简称量子引力。探讨量子引力卓有成效的理论，主要有两种形式。第一，是把广义相对论进行量子化，正则量子引力属于此种。第二，是对一个不同于广义相对论的经典理论进行量子化，而广义相对论则作为它的低能极限，超弦／m理论则属于这种。
圈(loop)量子引力[2]是当前正则量子引力的流行形式。正则量子引力是只有引力作用时的量子引力，和超弦／m理论相比，它不包括其它不同作用。它的基本概念是应用标准量子化手续于广义相对论，而广义相对论则写成正则的即hamiltonian形式。正则量子引力根据历史发展大体上可分为朴素量子引力和圈量子引力。粗略来说，前者发生于1986年前，后者发生于1986年后。朴素量子引力由于存在着紫外发散的重正化困难，从而圈量子引力发展成为当前正则量子引力的代表。
超弦／m理论的目的，在于提供己知四种作用即引力和强、弱、电作用统一的量子理论。理论的基本实体不是点粒子，而是1维弦、2维简单膜和多维brane（广义膜）的延展性物质客体。超弦是具有超对称性的弦，它不意味着表示单个粒子或单种作用，而是通过弦的不同振动模式表示整个粒子谱系列。
圈量子引力和超弦／m理论之外，当代量子引力还有其它不同方案。例如，euclidean量子引力、拓扑场论、扭量理论、非对易几何等。
二、当代量子引力研究进展
我们主要给出超弦／m理论和圈量子引力研究的重大进展。
1.超弦／m理论方面[3]
弦理论简称弦论，虽然在20纪70年代中期，已经知道其中自动包含引力现象，但因存在一些困难，只是到80年代中期才取得突破性进展。
1)80年代超弦理论
弦论发展可粗略分为早期弦理论（70年代）、超弦理论（80年代）和m理论（90年代）三个时期。我们从80年代超弦理论开始，简述其研究进展。
1981年，m·green和j.schwarz提出一种崭新的超对称弦理论，简称超弦理论，认为弦具有超对称性质，弦的特征长度已不再是强子的尺度（～10[-13]厘米），而是planck尺度（～10[-33]厘米）。
1984年，green和schwarz证明[4]，当规范群取为so(32)时，超弦i型的杨－mills反常消失，4粒子开弦圈图是有限的。
1985年，d.gross,j.harvey[5]等4人提出10维杂化弦概念，这种弦是由d=26的玻色弦和d=10超弦混合而成。杂化弦有e[,8]×e[,8]和so(32)两种。
同年，p.candlas,g.horowitz,a.strominger和e.witten[6]对10维杂化弦e[,8]×e[,8]的额外空间6维进行紧致化，最重要的一类为calabi－丘流形。但是这类流形总数多到数百万个，应该根据什么原则来选取作为我们世界的c－丘流形，至今还不清楚，虽然近10多年来，这方面的努力从来未中断过。
1986年，提出建立超弦协变场论问题，促进了对非微扰超弦理论的探讨。在诸种探讨方案中，以e.witten的非对易几何最为突出[7]。
同年，人们详细地研究了超弦唯象学，例如e[,6]以下如何破缺及相应的物理学，对紧致空间已不限于c－丘流形，还包括轨形(orbifold)、倍集空间等。
人们常把1984-86年期间对超弦研究的突破，称为第一次超弦革命。在此期间建立了超弦的五种相互独立的10维理论，而且是微扰的。它们是i型、iia型、iib型、杂化e[,8]×e[,8]型和so(32)型。
2)90年代m理论
经过80年代末期和90年代初期，对超弦理论的对偶性、镜对称及拓扑改变等的研究，到1995年五种超弦微扰理论的统一性问题获得重大突破，从此第二次超弦革命开始出现。
1995年，witten在南加州大学举行的95年度弦会议上发表演讲，点燃起第二次超弦革命。witten根据诸种超弦间的对偶性及其在不同弦真空中的关联，猜测存在某一个根本理论能够把它们统一起来，这个根本理论witten取名为m理论。这一年内witten、p.horava、a.dabhulkar等人，给出ⅱa型弦和m理论间的关系[8]、i型弦和杂化so(32)型弦间的关系、杂化弦e[,8]×e[,8]型和m理论间的关系等。
1996年，j.polchinski、p.townscend、c.baches等人认识到d-branes的重要性。积极进行d-branes动力学研究[9]，取得一定成果。同年，a.strominger、c.vafe应用d-brane思想，计算了黑洞这种极端情形的熵和面积关系[10]，得到了和bekenstein-hawking的熵－面积的相同表示式。g.callon、j.maldacena对具有不同角动量与电荷的黑洞所计算的结果指出，黑洞遵从量子力学的一般原理。g.collins探讨了量子黑洞信息损失问题。
1997年，t.banks、j.susskind等人提出矩阵弦理论，研究了m理论和矩阵模型间的联系和区别。
同年，maldacena提出ads/cft对偶性[11]，即一种anti-desitter空间中的iib型超弦及其边界上的共形场论之间的对偶性假设，人们称为maldacena猜测。这个猜测对于我们世界的randall-sundrum膜模型的提出及hawking确立果壳中宇宙的思想，都有不少的启示。
2.圈量子引力方面[12]
1)二十世纪80年代
1982年，印度物理学家a.sen在phys.rev.和phys.lett.上相继发表两篇文章，把广义相对论引力场方程表述成简单而精致的形式。
1986年，a.ashtekar研究了sen提出的方程，认为该方程已经表述了广义相对论的核心内容。一年后，他给出了广义相对论新的流行形式，从而对于在planck标度的空间时间几何量，可以进行具体计算，并作出精确的数量性预言。这种表述是此后正则量子引力进一步发展的关键。
同年，t.jacobson和l.smolin求出wilson圈解。在引进经典ashtekar变量后，他们在圈为光滑且非自相交情形下，求出了正则量子引力的wdw方程解。此后，他们又找到了即使在圈相交情况下的更多解。
1987年，由于hamiltonian约束的wilson圈解的发现，c.revolli和smolin引进观测量的经典possion代数的圈表示，并使微分同胚约束用纽结(knot)态完全解出。
1988年，v.husain等人用纽结理论(knottheory)，研究了量子约束方程的精确解及诸解间的关系，从而认为纽结理论支配引力场的物理量子态。同年，witten引进拓朴量子场论(tqft)的概念。
2)二十世纪90年代
1990年，rovelli和smolin指出，对于在大尺度几何近似变为平直时态的研究，可以预言planck尺度空间具有几何断续性。对于编织的这些态，在微观很小尺度上具有“聚合物”的类似结构，可以看作为j.wheeler时空泡沫的形式化。
1993年，j.iwasaki和rovelli探讨了量子引力中引力子的表示，引力子显示为时空编织纤维的拓朴修正。
1994年，rovelli和smolin第一次计算了面积算子和体积算子的本征值[13]，得出它们的本征谱为断续的重大结论。此后不久，物理学者曾用多种不同方法证明和推广这个结论，指出在planck标度，空间面积和体积的本征谱，确实具有分立性。
1995年，rovelli和smolin利用自旋网络基[14]，解决了关于用圈基所长期存在的不完备性困难。此后不久，自旋网络形式体系，便由j.baez彻底阐明。
1996年，rovelli应用k.krasnov观念，从圈量子引力基本上导出了黑洞熵的bekenstein-hawking公式[15]。
1998年，smolin研究圈和弦间的相似性，开始探讨圈量子引力和弦论的统一问题。
三、当代量子引力理论主要成就
1.超弦／m理论方面
1)弦及brane概念的提出
广义相对论中的奇性困难、量子场论中的紫外发散本质、朴素量子引力中的重正化问题，看来都起源于理论的纯粹几何的点模型。超弦理论提出轻子、夸克、规范粒子等微观粒子都是延伸在空间的一个区域中，它们都是1维的广延性物质，类似于弦状，其特征长度为planck长度。m理论更推广了弦的概念，认为粒子类似于多维的brane，其线度大小为planck长度。为简单起见，我们把brane也称作膜。超弦／m理论中，用有限大小的微观粒子替代粒子物理标准模型中纯粹几何的点粒子，这是极为重要且富有成效的革命性观念。
2)五种微扰超弦理论
这五种超弦的不同在于未破缺的超对称荷的数目和所具有的规范群。i型有n=1超对称性，含有开弦和闭弦，开弦零模描述杨－mills场，闭弦零模描述超引力。ⅱa型有n=2超对称性，旋量为majorana-weyl旋量，不具有手征性，自动无反常，只含有闭弦，零模描述n=2超引力。iib型同样有n=2超对称性，具有手征性。杂化弦是由左旋d=10超弦和左旋d=26玻色弦杂化而成，只包含可定向闭弦，有手征性和n=1超对称性，可以描述引力及杨－mills作用。
3)超弦唯象学
从唯象学角度来看，杂化弦型是重要的，e[,8]×e[,8]是由紧致16维右旋坐标场(26-10=16)而产生的，即由16维内部空间紧致化而得到，也就是说在紧致化后得到d=10，n=1，e[,8]×e[,8]的超弦理论。
但是迄今为止，物理学根据实验认定我们的现实空间是三维的，时间是一维的，把四维时空(d=4)作为我们的现实时空。因此我们必须把10维时空紧致化得到低能有效四维理论，为此人们认为从d=10维理论出发，通过紧致化有
m[10]m[4]×k
此中k为c－丘流形，此内部紧致空间维数为10-4=6，m[4]为minkowski空间，从而得到4维minkowski空间低能有效理论。其重要结论有：
(1)由d=10,e[,8]×e[,8]超弦理论（m[10]中规范群为e[,8]×e[,8]）紧致化为d=4，e[,6]×e[,8]、n=1超对称理论。
(2)夸克和轻子的代数ng完全由k流形的拓朴性质决定：为euler示性数χ，系拓朴不变量。
(3)对称破缺问题。已知超弦四维有效理论为n=1，规范群为e[,6]×e[,8]的超对称杨—mills理论，现实模型要求破缺。首先由第二个e[,8]进行超对称破缺，然后对大统一群e[,6]已进行破缺，从而引力作用在e[,8]中，弱、电、强作用在e[,6]中，实现了四种作用的统一。
4)t和s′对偶性
尽管五种超弦理论在广义相对论和量子力学统合上，取得了不少进展，但是五种超弦理论则是相互独立的，理论却是微扰的。尽管在超弦唯象学中，原则上－丘流形k一旦固定下来，在d=4时空中所有零质量费米子和玻色子（包括higgs粒子）就会被确定下来，但是－丘真空态总数则可多到数百万个，应该根据什么原则来选取－丘真空态，目前还不清楚。t对偶性和s对偶性的提出，正是五种超弦理论融通的主要桥梁。
在m理论的孕育过程中，对偶性起了重要作用。弦论中存在着一种在大小紧致空间之间的对偶性。例如ⅱa型弦在某一半径为r[,a]的圆周上紧致化和ⅱb型在另一半径为r[,8]的圆周上紧致化，两者是等效的，则有关系r[,b]=(m[2,s]r[,a])[-1]。于是当r[,a]从无穷大变到零时，r[,b]从零变到无穷大。这给出了ⅱa弦和ⅱb弦之间的联系。两种杂化弦e[,8]×e[,8]和so(32)也存在类似联系，尽管在技术性细节上有些差别，但本质上却是同样的。
a.sen证明，在超对称理论中，必然存在着既带电荷又带磁荷的粒子。当这一猜测推广到弦论后，它被称作为s对偶性。s对偶性是强耦合与弱耦合间的对称性，由于耦合强度对应于膨胀子场，杂化弦so(32)和i型弦可通过各自的膨胀子连系起来。
5)m理论和五种超弦、11维超引力间的联系
m理论作为10维超弦理论的11维扩展，包含了各种各样维数的brane，弦和二维膜只是它的两种特殊情况。m理论的最终目标，是用一个单一理论来描述已知的四种作用。m理论成功的标志，在于把量子力学和广义相对论的新理论框架中相容起来。
附图
上面给出五种超弦理论、11维超引力和m理论相容的一个框架示意图[16]，即m理论网络。此网络揭示了五种超弦理论、11维超引力都是单一m理论的特殊情形。当然至今m理论的具体形式仍未给出，它还处于初级阶段。
6)推导量子黑洞的熵－面积公式。
在某些情形下，d-branes可以解释成黑洞，或者说是黑branes，其经典意义是任何物质（包括光在内）都不能从中逃逸出的客体。于是开弦可以看成是具有一部分隐藏在黑branes之内的闭弦。hawking认为黑洞并不完全是黑的，它可以辐射出能量。黑洞有熵，熵是用量子态来衡量一个系统的无序程度。在m理论之前，如何计算黑洞量子态数目是没有能力的。strominger和vafa利用d-brane方法，计算了黑－branes中的量子态数目，发现计算所得的的熵－面积公式，和hawking预言的精确一致，即bekenstein-hawking公式，这无疑是m理论的一个卓越成就。
对于具有不同角动量和电荷的黑洞所计算结果指出，黑洞遵从量子力学的一般原理，这说明黑洞和量子力学是十分融洽的。
2.圈量子引力方面
1)hamiltonian约束的精确解。
圈量子引力惊人结果之一，是可以求出hamiltonian约束的精确解。其关键在于hamiltonian约束的作用量，只是在s－纽结的结点处不等于零。所以不具有结点的s－纽结，才是量子einstein动力学求出的物理态。但是这些解的物理诠释，至今还是模糊不清的。
其它的多种解也已求得，特别是联系连络表示的陈－simons项和圈表示中的jones多项式解，j.pullin已经详细研究过。witten用圈变换把这两种解联系起来。
2)时间演化问题
人们试图通过求解hamiltonian约束，获得在概念上是很好定义的、并排除冻结时间形式来描述量子引力场的时间演化。一种选择是研究和某些物质变量相耦合的引力自由度随时间演化，这种探讨会导致物理hamiltonian的试探性定义的建立，并在强耦合微扰展开中，对s纽结态间的跃迁振幅逐级进行考查。
3)杨－mills理论的重正化问题
t.thiemann把含有费米子圈的量子引力，探索性地推广到杨－mills理论进行研究。他指出在量子hamiltonian约束中，杨－mills项可以严格形式给出定义。在这个探索中，紫外发散看来不再出现，从而强烈支持在量子引力中引进自然切割，即可摆脱传统量子场论的紫外发散困难。
4)面积和体积量度的断续性
圈量子引力最著名的物理成果，是给出了在planck标度的空间几何量具有分立性的论断。例如面积
此中lp是planck长度，j[,i]是第i个半整数。体积也有类似的量子化公式。
这个结论表明对应于测量的几何量算子，特别是面积算子和体积算子具有分立的本征值谱。根据量子力学，这意味着理论所预言的面积和体积的物理测量必定产生量子化的结果。由于最小的本征值数量级是planck标度，这说明没有任何途径可以观测到比planck标度更小的面积（～10[-66]厘米[2]）和体积（～10[-99]厘米[3]）。从此可见，空间由类似于谐振子振动能量的量子所构成，其几何量本征谱具有复杂结构。
5)推导量子黑洞的熵－面积公式
已知schwarzchild黑洞熵s和面积a的关系，是bekenstein和hawking所给出，其公式为：
附图
这里k是boltzman常量，是planck常量，g[,n]为牛顿引力常量，c为光速。对这个关系式的深层理解和由物理本质上加以推导，m理论已经作过，现在我们看下圈量子引力的结果。
应用圈量子引力，通过统计力学加以计算，krasnov和rovelli导出
附图
此处γ为任意常数，β是实数(～1/4π)，显然如果取γ＝β，则由式(3)即可得到式(2)。这就是说，从圈量子引力所得出的黑洞熵－面积关系式，在相差一个常数值因子上和bekenstein-hawking熵－面积公式是相容的。
bekenstein-hawking熵公式的推导，对圈量子引力理论是一个重大成功，尽管这个事实的精确含义目前还在议论，而且γ的意义也还不够清楚。
四、量子引力理论的哲学反思
我们从空间和时间的断续性、运动（相互作用）基本规律的统一性、物质结构基本单元的存在性三个方面进行哲学探讨。
1.空间和时间的断续性
当代基础物理学的核心问题，是在planck标度破除空间时间连续性的经典观念，而代之以断续性的量子绘景。量子引力理论对空间分立性的揭示和论证，看来是最为成功的。
超弦／m理论认为，我们世界是由弦和brane构成的。根据弦论中给出的新的不确定性关系，弦必然有位置的模糊性，其线度存在一有限小值，弦、膜、或brane的线度是planck长度，从而一维空间是量子化的。由此推知，面积和体积也应该是量子化的。二维面积量子的数量级为10[-66]厘米[2]，三维体积量子的数量级为10[-99]厘米[3]等。
对于圈量子引力，其最突出的物理成果是具体导出了计算面积和体积的量子化公式。粗略说来，面积的数量级是planck长度lp的二次方，体积的数量级是lp的三次方。这就令人信服地论证了在planck标度，面积和体积具有断续性或分立性，从而根本上否定了空间在微观上为连续性的经典观念。
依据空间和时间量度的量子性，芝诺悖论就是不成立的，阿基里斯在理论上也完全可以追上在他前面的乌龟。类似的，《庄子·天下》篇中的“一尺之捶，日取其半，万世不竭”这个论断在很小尺度上显然也是不成立的。古代哲学中这两个难题的困人之处，从空间时间断续性来看，是由于预先设定了空间和时间的度量，始终是连续变化的经典性质。实际上在微观领域，空间和时间存在着不可分的基本单元。
2.运动（相互作用）基本规律的统一性
20世纪基础物理学巨大成功之一，就是建立了粒子物理学的标准模型，理论上它是筑基于量子规范场论的。这个模型给出了夸克、轻子层次强、弱、电作用的su(3)×su(2)×u(1)规范群结构，在一定程度上统一了强、弱、电三种相互作用的规律。但是它不含有引力作用。
超弦／m理论的探讨，在于构建包含引力在内的四种作用统一的物理理论。传递不同相互作用的粒子如光子（电磁作用）、弱玻色子（弱作用）、胶子（强作用）和引力子（引力作用），对应于弦的各种不同振动模式，夸克、轻子层次粒子间的作用，就是弦间的相互作用。在planck标度，超弦／m理论是四种基本作用统一理论的最佳侯选者，也就是所说的万物理论(theoryofeverything)的最佳侯选者。
在planck时期，物质运动或四种作用基本规律的统一性，正是反映了我们宇宙在众多复杂性中所显现的一种基本简单性。
3.物质微观结构的基本单元的存在性[17]
世界是由物质构成的，物质通常是有结构的，但是物质结构在层次上是否具有基本单元，即德谟克利特式的“原子”是否存在？这是一个长期反复争论而又常新的课题。当代几种不同的量子引力，尽管对某些问题存在着不同的见解，但是关于这个问题从实质上来看，却给出了一致肯定的回答。
超弦／m理论认为，构成我们世界的物质微观基本单元是具有广延性的弦和brane，并非所谓的只有位置没有大小的数学抽象点粒子。粒子物理学标准模型中的粒子，都是弦或brane的激发。弦和brane的线度是有限短的planck长度，它们正是构成我们世界的物质基本单元，即德谟克利特式的“原子”，这是超弦／m理论为现今所有粒子提供的本体性统一。
圈量子引力给出了在planck标度面积和体积的量子化性质，即断续的本征值谱，面积和体积分别存在着最小值。由于在圈量子引力中，脱离引力场的背景空间是不存在的，而引子场是物质的一种形态，因此脱离物质的纯粹空间也就是不存在的。空间体积和面积的不连续性和基本单元的存在，正是物质微观结构的断续性和基本单元的存在性的最有力论据。
总之，超弦／m理论和圈量子引力从不同的侧面，对量子引力的本质和规律作出了一定的揭示，它们在planck标度领域一致地得出了空间量子化和物质微观结构基本单元存在的结论。这无疑是人们在20世纪末期对我们世界空间时间经典观念的重大突破，也是广义相对论和量子力学统合的成果；同时更是哲学上关于空间和时间是物质存在的客观形式，没有无物质的空间和时间，也没有无空间和时间的物质学说的一曲凯歌！
【参考文献】
[1]g.horowitz.quantumgravityattheturnofthemillennium.gr-qc/0011089.22.
[2]c.rovelli.loopquantumgravity.gr-qc/971000810.oct.1997.
[3]m.kaku.introductiontosuperstringandm-theory.secondediton.springer.newyork,1999.
[4]m.green,j.schwarz.anomallycancellationsinsupersymmetricd=10gaugetheoryandsuperstringtheory.phys.lett.149b(1984)11.
[5]d.gross,j.horvey,e.martineandr.rohm.heteroticstring.phys.rev.lett54(1985)502.
[6]p.candelas,g.horowitza.stromingerande.witten.vacuumconfigurationsforsuperstrings.nucl.phys.b258(1985)46.
[7]e.witten.non-commutativegeometryandstringfieldtheory.nucl.phys.b276(1986)291.
[8]e.witten.string-stringdualityconjectureinvarious.dimensions.nucl.phys.b443(1995)307.
[9]c.baches.d-branedynamics.phys.lett.b374(1996)37.
[10]a.strominger,c.vafa.microscopicoriginofthebekenstein-hawkingentropy.phys.lett.b379(1996)99.
[11]j.maldacena.thelarge-nlimitofsuperconformalfieldtheoriesandsupergravity.hep-th/9711200.
[12]c.rovelli.notesforabriefhistoryofquantumgravity.gr-qc/0006061.23jan,2001.
[13]c.rovelli,l.smolin.descretenessofareaandvolumeinquantumgravity.gr-qc/9411005.
[14]c.rovelli,l.smolin.spinnetworksandquantumgravity.phys.rev.d52(1995)5743.
[15]c.rovlli,blackholeentropyfromloopquantumgravity.phys.rev.lett.74(1996)3288.
量子化学论文篇4
[关键词]道德社会道德体系贡献
一、儒家思想是中华民族五千年的智慧的结晶
孔子作为儒家思想的集大成者是在总结中国古典仁爱思想和周礼的基础上形成了系统的仁学。孟子又为义学的确立作出了巨大贡献。孔孟为儒学奠定了基础。《论语》是孔子的弟子及其再传弟子编撰而成。它以语录体和对话文体为主,记录了孔子及其弟子言行,集中体现了孔子的政治主张、伦理思想、道德观念及教育原则等。《论语》首创语录之体。汉语文章的典范性也发源于此。《论语》一书集中反映了儒家创始人孔子的政治思想核心:“仁”、“礼”。《论语》是世界上最好的伦理学论著之一。《论语》以记言为主,“论”是论纂的意思,“语”是话语、经典语句、箴言,“论语”即是论纂(先师孔子的)语言。《论语》成于众手,记述者有孔子的弟子,有孔子的再传弟子,也有孔门以外的人,但以孔门弟子为主。由于《论语》是集体智慧的结晶,并非孔子一人之思想,因此使《论语》的伦理学说具有很高的完整性和系统性,在中华文明的历史长河中成为儒学的奠基之作。两千多年以来,它是中国伦理学和法学的基础,是调整人们生活、生产和人与人之间关系的准则。
二、伦理道德体系的现状
目前,我国的伦理道德体系是社会主义伦理道德体系,这个体系刚刚孕育还有待进一步完整。在全面建设小康社会和构建社会主义和谐社会的伟大进程中,大力弘扬道德、倡导文明新风,对于培养公民的高尚品质,树立良好的社会道德风尚,创造安定和谐的社会环境,促进精神文明健康发展,具有十分重要的意义。构建一个适应新时期的伦理道德价值观念体系迫在眉睫,在此关键时刻,学校必须全身心地投入到我国伦理道德启蒙再教育工作中去。
三、中国应该建构怎样的伦理道德体系
时代的发展,社会的前进,不能不使人们重新选择新生的思想文化,这就是马克思主义在中国的传播以及社会主义新文化的诞生与发展以及改革开放,走中国特色的社会主义道路。
当我们摆脱了形而上学的思维方式,真正确立唯物辩证的思维方法,并用它剖析中国传统文化的时候,就会发现其中的精华,儒学便是其中之一。它所反映出来的两千多年前的社会人生精论,富有哲理的名句箴言,是中华民族文明程度的历史展示。即使今天处在改革开放、经济腾飞、文化发展的时代大潮中,儒学中的许多思想仍具有一定的借鉴意义和时代价值。
中国的伦理道德体系必须以儒家思想为基础,同时保留社会主义道德规范里的积极的部分,道德建设的一切措施,只有当其能普遍促成人自觉自愿地遵守道德规范时,才是充分有效的。而提高公民的文化素质,强化公民的权利、义务意识和社会参与意识,大力进行道德教育,将现代社会具有公德意义的文化资源转化为民众的自觉行动,使外在的强制力量逐渐内化为公民的积极认同和自觉践履,这才是现代道德体系建构的重要措施,这才是真正适合国情的伦理道德体系。
四、中国建构新的伦理道德体系的必要性
道德重在养成,重在把遵守道德的道德要求逐步转化为广大公民的道德习惯,主要靠主体的自我约束,即自律。自律要靠个人的良好道德意识,自觉地规范约束自我行为。一个社会自律意识越强,力度越大,这个社会的秩序就越好。道德教育是道德养成的基础。进行道德教育,一是要普及公共文明礼仪知识。二是要突出公共文明礼仪教育重点。着力培养公民的责任意识、自觉遵守法规的意识、尊重他人、关爱他人、宽容他人的意识等。
提高国民的道德水平已成为当前文化教育工作的迫在眉睫的任务。学校必须承担起我国伦理道德启蒙再教育的重任。
五、学校投入伦理道德启蒙再教育的途径和方法
1.大量采购伦理道德方面的书籍
学校一定要肩负起伦理道德启蒙再教育,构建和谐社会的重担。校办图书馆在图书采购时,要大量采购伦理道德启蒙教育的理论书籍,为学生受道德思维的熏陶创造条件。大量购进各个不同时期不同流派的具有典型意义和代表性的伦理道德启蒙思想的著作和其他社科类书籍。各个学校必须将这些名家的名著保持一定的藏量,满足读者的借阅需要。
2.学校要大量举办伦理道德启蒙再教育讲座
学校不仅要抓好教学大纲安排的伦理学理论教育,还要制订详细的介绍伦理道德启蒙教育学说的业余讲座规划。在伦理道德启蒙教育的过程中,学校首先要为非在校人员进行儒家伦理规范的补课。把各家伦理道德启蒙教育理论学说的讲授任务分别落实到学校有能力讲课的每一个人身上,安排他们认真学习,安排他们搞好讲座。由于学校力和能力的局限,学校除了主要依靠自己的力量办好伦理道德理论的介绍和讲座外还要请当地社会名流系统讲授伦理道德理论。还可以实行校际交流,即以省市为单位,统一组织学校系统中的精英人才,在全省或全市流动讲课。特别是大学学校要利用自己的学术优势和人才优势,积极支持基层学校,特别是基层学校的理论讲座。大学还要动员所在学校的教师和优秀学生参加理论讲座。营造一个全民学习理论的良好气氛,为理性社会的建设作出学校应该有的贡献。
3.学校要利用自办简报介绍伦理道德知识
好多学校都有自办简报和固定的宣传橱窗。学校应该充分利用这些载体,介绍伦理道德知识。培养国民高尚情操,培养国民的理性思维能力,为社会管理和国民自我约束创造条件,为稳定社会秩序、建立具有良序美俗的和谐社会作出最大的贡献。
4.学校要利用文化信息资源共享工程介绍伦理道德知识
教育系统有全国联网的共享工程。文化信息资源共享工程为学校办好传播投入伦理道德启蒙再教育的讲座极大地提供了便利条件。学校可以组织全国知名专家在线视频讲授,并可以把专家讲座存入数据库,方便读者随时调阅。学校应该充分利用网络共享工程无空间、时间限制的优势,大力传播以投入伦理道德启蒙再教育为核心的各类西方社科类理论,培养国民理论学习的热情,塑造一个理性的民族。促进中华民族整体素质和科学技术水平不断提高。
5.学校要利用多媒体和多功能厅介绍伦理道德知识
好多学校都有多媒体播放设施、视频观看设施、多功能厅。可以充分利用这些设施和场所介绍伦理道德知识。特别是多功厅的容量大,可以举办大型讲座。既可以利用视频播放专家讲座,又可以邀请讲授人举办现场讲座。学校教育及自我教育是道德教育的基础,又是道德教育的目的,增强学校道德教育实效,需要把着力点和关注点放在学生的自我管理、自我管理、自我意识、自我教育的每一个环节和过程。要真正落实学校道德教育的自我教育,必须首先搞清楚它的表现特征、提前条件和低效的原因,然后采取必要的措施加以改进。
参考文献:
[1]《论语》及孔子.百度百科.
[2]李印照.论我国社会转型期的价值观念冲突,2008.
量子化学论文篇5
关键词：结构化学教学量子化学软件应用
结构化学是一门从微观角度研究原子、分子和晶体的结构及其结构与性能之间关系的科学。这门课程以严谨的数学逻辑推导为基础，建立比较抽象的理论概念，需要学生具备扎实的高等数学基础，特别是量子力学中许多新概念、新方法和新原理，使得学生普遍感到艰涩难懂，缺乏学习的积极性。要提高学生的学习兴趣，培养学生的量子化学思维，使其能够运用结构化学理论知识解释化学事实、阐明分子结构及揭示化学的内在规律，仅用传统的教学方式很难达到目的。在此介绍比较新颖的量子化学软件Gaussian和GaussView，将其应用于结构化学教学过程中，可使枯燥乏味的理论学习变得生动形象，大大提高教学质量，取得良好的教学效果。
一、软件介绍
Gaussian是目前计算化学领域内最流行、应用范围最广的商业化量子化学计算程序包。它最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰・波普在上世纪60年代末、70年代初主导开发的。Gaussian最早的版本是Gaussian70，现在常用的是Gaussian03，最新版本为Gaussian09。该程序可在不同型号的大型计算机、超级计算机及工作站上运行，是当今理论计算化学科研工作的基本工具之一。
Gaussian程序是由许多程序相连接的体系，用于执行各种半经验和从头算分子轨道计算。Gaussian03可用来预测气相和液相条件下，分子和化学反应的许多性质，包括：分子的能量和结构、过渡态的能量和结构、分子体系的振动频率、NMR、IR和拉曼光谱及热化学性质、分子轨道、原子电荷、多极矩、电子亲和能、离子化势，等等［1］。
GaussView是与Gaussian配套的辅助图形软件，可用于绘图、文本和结构编辑；显示结构（从计算输出文件中读取优化的结构）、振动模式和化合物的分子轨道；查询键长、键角、二面角和耦合因子等。
二、计算并显示分子轨道
分子轨道理论是结构化学教学的重点内容之一。由于“分子轨道”中的轨道不同于经典物理中的轨道，指的是分子中的单电子波函数φi，即分子中每个电子都是在由各个原子核和其余电子组成的平均势场中运动，那么第i个电子的运动状态用波函数φi描述，该波函数又称为分子轨道［2］。关于分子轨道的概念理解需要学生具有较好的抽象思维能力，在结构化学教学中是重点和难点。在讲述这部分内容时，可用Gaussian软件计算相关双原子分子的分子轨道，并用GaussView演示分子轨道的分布特点、电子填充情况等，帮助学生很好地理解分子轨道的概念。
下面以N2为例进行介绍。首先，用GaussView软件搭建分子模型、编辑输入文件，然后用Gaussian03程序优化分子，就可得到各分子轨道能级。Gaussian03优化结果文件中会具体给出N2的各分子轨道能级大小及其对称性。用GaussView软件可显示优化分子的分子轨道形状，见图1。
在“分子轨道的对称性和反应机理”一节中，涉及前线分子轨道理论、LUMO、HOMO等概念，以及离域π键和共轭效应，均可用Gaussian03和GaussView软件计算并显示分子轨道形状，辅助教学。通过借助这些量子化学软件来描述分子轨道，使得过于抽象、艰涩难懂的理论、概念变得生动形象，直观易懂，易被学生接受，方便教学。
三、显示分子的振动模式
分子光谱是测定和鉴别分子结构的重要实验手段，也是分子轨道理论发展的实验基础。分子光谱和分子的内部运动密切相关。如红外光谱来源于分子中原子的振动，不同化学键或基团具有不同的振动模式，对应有不同的特征振动频率。在讲述这一部分内容时，如用GaussView给学生以动画形式展示每一种振动，可大大提高课堂趣味性。
下面以HO为例，首先用GaussView搭建水分子的分子模型并编辑输入文件，然后用Gaussian03软件进行优化和频率计算，最后用GaussView打开结果文件。打开GaussView中Results下拉菜单下的Vibrations，得到图2所示的窗口，可以看到3个振动模式。点击图2显示的DisplayVibratons文本框中的#1行，可以看到图2（1）所示的弯曲振动；点击#2行，可看到图2（2）所示的2个氢原子的对称伸缩振动；点击#3行，可看到图2（3）所示的2个氢原子的不对称伸缩振动。每一种振动的振动频率均可从图2显示的DisplayVibratons文本框中读出。点击DisplayVibratons文本框中的start按钮，可显示所选振动模式的振动动画，点击stop，可停止该振动。点击spectrum按钮，可以生成水分子的红外光谱图。在课堂上，这样的动画演示可使枯燥乏味的知识变得生动活泼，大大增强结构化学的趣味性。
四、结语
Gaussian03和GaussView等量子化学软件在结构化学教学中的应用远不止以上几种，还可以建立和显示三维分子结构模型、获得分子化学反应的性质，等等。总之，常用量子化学软件可提供许多具体的量子化学计算结果，帮助阐述结构化学中抽象的概念、理论，让学生用分子模拟的方法，通过具体的实践领悟微观世界的运动规律、建立抽象的量子化学思维，提高学习结构化学的积极性。
参考文献：
［1］Gaussian03中文用户参考手册.
量子化学论文篇6
关键词：采购;数字资源；比例；影响因子
中图分类号：F49文献标识码：A文章编号：1672-3198（2012）15-0169-02
数字资源是高校图书馆的核心组成部分，其在图书馆资源采购中的比例也处于逐年攀升的状态，甚至在很多馆中，数字资源的采购总量已经超出了传统纸质文献资源的采购。同时，伴随着数字技术与计算机技术的发展，读者对数字资源的接受程度也日益增强。IPAD，智能手机，平板电脑等新设备的出现，也使得数字资源的使用不再仅仅局限于传统的计算机，各式各样的移动设备都是读者获取、使用数字资源的平台，空间、地域都不在是获取资源的限制。因此，如何选取适合于高校图书馆，适合于高校读者群的数字资源已经成为图书馆工作中的重中之重。
1当前高校图书馆数字资源采购的现状
目前，高校图书馆的数字资源采购并没有一个科学的规范与量化的比对，通常是数据库提供商将其开发的产品推荐给图书馆数字资源采购部门，采购部门觉得适合学校的发展情况就将其作为试用数据库提供给用户使用，然后根据试用情况的结果并结合当年的经费划拨情况决定是否购买。同时，学术界也有一些针对数字资源质量评价体系建立等方面的研究，虽然对于开展采购工作有一定的参考作用，但在实际操作中还存在着一些问题。图书馆需要一套数字资源采购评价体系量化了解自身的数字资源结构，量化了解适合学校学科发展的数字资源结构，才能做好数字资源的采购工作，更好的为用户服务，为学校学科发展奠定基础。
笔者认为，由于现阶段无成型的数字资源采购评价体系，导致图书馆无法量化了解自身的数字资源特性，也导致图书馆无法量化了解学校在学科角度上对数字资源均衡性的要求。因而图书馆在数字资源采购中容易凭借自身的偏好，而不能系统、正确的看待整个学校在学科类别上的均衡。最终导致图书馆在数字资源的采购问题上有失偏颇，资源结构不合理，投入大，产出小，未能全面均衡学校所有院系、学科的资源需求。
2建立数字资源评价采购体系的意义
要做出合理的数字资源采购决策，需要了解图书馆自身资源针对学校学科专业的结构比例，需要了解学校学科发展所需要的资源结构比例，而这些并不能单凭部门的喜好来决定，需要有一个科学、量化的过程，用数据说话，用事实说话，才能作出正确的判断。
理想的数字资源评价采购体系可以对数字资源从学校学科专业的角度进行量化比对，有助于图书馆了解自身数字资源结构特点。同时可以对学校院系、学科的数字资源需求进行量化比对，得到适合学校学科发展的数字资源结构比例。
科学获得数字资源现状和数字资源需求现状的量化数据后，图书馆可为数字资源采购作出整体规划。进而从科学量化的角度做好数字资源评估采购工作，避免采购工作中的盲目性，均衡各院系专业间的资源需求，构建适合学校学科建设的数字资源结构体系，为学校学科发展夯实基础，做好铺垫。
3科学建立数字资源评价采购体系
3.1了解图书馆现有数字资源结构
目前，高校的学科、专业日趋多样化，专业之间的交叉也较为普遍，例如外语专业的学生并不是单纯的学习外语，还需要掌握计算机的知识，而计算机专业的学生也不是单纯的学习计算机技术，还需要适当的掌握外语。同时，数字资源之间也同样存在的交叉、覆盖、重复的问题。因此按学校学科类别对所有数字资源进行分析统计是一件复杂的工作，需要仔细的按系统化来清理，按量化来操作，详尽科学的分析是研究的基础，这样才能得出对学校发展有益的真实数据。
高校购买的数字资源包括期刊论文、博士论文、硕士论文、会议论文、电子书、试题、音视频文件等，需要根据内容分配不同的影响因子，一般来讲，博士论文的学术价值要大于硕士论文，影响因子就会较大，而期刊论文的划分更为复杂，以我校为例，《湖北经济学院学术期刊分级分类目录（2007年版）》（简称《目录》）是依据《2006年度CSSCI来源期刊目录》（南京大学）、《中文核心期刊目录总揽》（2004年版，北京大学图书馆）和《2006年版中国科技期刊引证报告（核心版）》，并结合我校实际情况制定的，《目录》中的期刊分为A、B、C、D、E五个级别。对于不同等级的期刊需要给予不同的影响因子。电子书中有专业性书籍与一般性书籍的区别，音视频文件中也有专业性教学内容与一般性科普内容的区别，因而也需要给予各自不同的影响因子。
影响因子的确立不能盲目确定，需要集中专家、学者的力量统一定制，需要考虑到各个方面的综合影响，如期刊成立的时间，花费的成本，学术界影响等等因素都需要兼顾。而且随着数字技术的发展，数字资源的类型可能还会增加，需要根据不同的情况给出不同的影响因子。
假设以10作为最大影响因子，博士论文与A级期刊的影响因子为10，B级期刊的影响因子为9，硕士论文、会议论文、与C级期刊的影响因子为8，D级期刊与专业性电子书的影响因子为7，E级期刊的影响因子为6，F级期刊与专业性教学类音视频文件的影响因子为2.5，试题类的影响因子为1.5，科普性书籍、一般性杂志与科普性音视频文件的影响因子为1。
依据制定好的数字资源影响因子就可以结合数据库在院系、专业中的具体应用而得出院系、专业实质上占有数字资源的比例。