量子力学的现实意义范文

导语：如何才能写好一篇量子力学的现实意义，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】量子模型 最优组合选择 金融投资

一、引言

金融市场是一个庞大而复杂的系统，对金融市场的研究的历史已经很长，过去的金融学家认为金融市场是一个随机市场过程，在这种随机环境下，如何进行最优的资源配置，以实现最有效的目标，获得高效、方便实用的投资组合，不管对于个人投资者还是大型的金融投资机构都是必不可少的。随着经济全球一体化步伐的加快，可以投资的资产种类日益繁多，交易方式也日趋多样化，这些都会对最后预期的总财富产生一定的影响。因此，当金融市场的这种不确定环境变得越来越复杂的时候，人们对投资组合选择的深入研究，才具有更加重要的理论意义和现实意义。

19世纪初，Bachelier就开始研究金融市场的理论体系。但是金融市场系统的理论研究是从20世纪50年代初期开始的，1952年Markowitz发表了资产组合选择理论，1964年Sharpe建立了资产定价模型，之后1973年Black和Scholes与Merton期权定价理论以及1976年Ross的套利定价理论等，他们所应有的工具基本上是经典理论中的一些方法，之后现资组合的研究大部分都是围绕Markowitz投资组合理论而展开的。随后量子理论从不同角度被引进到金融问题的研究中来。1998年Ilinksi采用量子场理论来描述了金融市场的动态变化，他运用场理论推导了资产价格和资金流动的速度随时间演化的方程。之后，Schaden做了进一步的研究，他他运用市场投资者持有的总资产数和总现金作为基矢来构造金融市场的状态空间，金融市场的不确定性由态矢迭加原理来刻画。然后，陈泽乾教授从量子力学的角度用Maxwell-Boltzm统计重新推导了著名Cox-Ross-Rubinstei期权定价公式，还用量子力学中的Bose-Einstein统计得到了一个全新的期权定价公式。这些都表明在理论上存在着关于金融市场的和谐的“量子理论”――量子金融。

二、单期资本市场中量子模型下的最优组合问题

在数学上，量子是用复Hilbert空间来描述的，假设单期金融市场遵循某种量子统计规律，可由量子概率空间（Cn，ρ，B+S）来描述，其中ρ代表一个定态，B代表无风险资产，S代表风险资产。假设该金融市场有d+1种长期证券，其中第0种证券为无风险证券，另外d种证券为风险证券，一般情况下，我们把这个金融市场经济记为（B，S）市场，其中S=（S1，S2，…，Sd）。

假定单期资本市场（B，S）是由一种无风险的证券价格B=（B0，B1）和d种风险证券价格S=（S0，S1）构成的，其中B0>0，S0>0，并且B1=B0R，S1=S0A，R>0，A是一个自伴算符列，且Aj满足Ak=■λjkEjk，k=1，2，…，d，Ejk是Ak取值λjk的投影算子。

下面我们就来运用马科维茨资产组合理论来研究量子金融市场的最优组合选择问题。

假设投资者投资于风险证券的比例为ωj（j=1，2，…，d），根据马科维茨模型中的假设条件，我们可以写出约束条件：ω0=1-ωT1，其中1=（1，1，…，1）T。若给定收益b，其期望收益为：ωT（μ-R1）=b-R

风险资产组合的方差为：σ2（ωTA）=ωT∑ω

金融市场中的投资者所要求的最优投资资产组合必须要满足下面条件之一：

（1）在预期收益水平确定的条件下即ωT（μ-R1）=b-R，求使得风险最小的ω。

（2）在风险水平确定的情况下σ2（ωTA）=ωT∑ω=σ，求使得收益最大的ω。

这两个线性规划问题是等价的，都能得到最优的投资组合选择。下面对条件（1）用数学语言表示出来：min■ωT∑ω

s.t. ωT（μ-R1）=b-R

对ω求偏导数得：ωb=■ （1）

此时，资产组合的方差为：σ2（ωTA）=■

（1）式可以表示为在（b，σ）平面上的两条直线，但是向下倾斜的直线是没有研究价值的，因为金融市场中理性的投资者根本不可能选择在同等风险下收益较小的证券投资组合。因此（1）式可以变形为下述直线：b=R+σ■ （2）

（2）式表明，如果量子金融市场存在无风险的资产，且在证券组合投资收益为b的条件下，风险最小的投资组合的风险为σ，则（b，σ）满足（2）式，即（b，σ）在一条直线上。换句话说，在这种条件下，满足最小方差的证券组合是存在的，与之相对应的证券组合就是最小方差证券组合。

综上所述，如果在量子金融市场中存在无风险资产时，那么在给定证券组合收益的情况下，我们所求得的最小方差证券组合，其标准方差与收益满足同一直线方程。这一直线的经济意义很明显，单个资产或组合资产的期望收益率由风险测度指标标准差来决定;风险越大收益率越高，风险越小收益率越低。因此，我们不能轻易下结论说随即模型完全可以反映金融市场的不确定性，在一个量子金融概率空间中，我们用自算符来描述金融资产的价格变化，也许更符合金融市场资产价格的演化规律，从而让我们的金融投资组合选择更加精确，更加合理有效。

参考文献：

[1]Feynman R P等著，张邦固等译.量子力学与路径积分[M].科学出版社，1986.

[2]李树德.量子金融（英文版）[M].世界图书出版社，2000.

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历史悠久的传统课堂教学模式普遍采用板书的方式，近年来，这种教学模式常常与启发式教学和讨论式教学相结合，达到提高学生学习兴趣、提高学生思辩能力的效果。这种教学模式能使上课教学内容条理清晰，重点突出，便于课堂的复习与总结，在教学过程中发挥中重要作用。但是，在这一种教学模式中，由于在板书过程中需要大量的时间，特别是一些图形、图表等复杂结构的板书，导致上课讲授内容太少，跟不上上课内容增加的步伐，同时，由于板书浪费了太多的时间，从而导致与学生的互动与交流减少，导致上课效率降低，不利于高素质人才的培养。而随着科学技术的发展，幻灯片、投影仪、计算机、以及相对应的各种教学软件相继研发出来并在高校中广泛使用，这些设备和相对应软件结合，能够将图画、文字、语言、可视电影、动画等有效结合，从而导致上课内容生动、有趣，而且导致上课的知识容量增加；同时，能节省大量由于板书浪费的时间，进而导致上课时能腾出更多的时间来和学生交流和沟通，从而导致上课效率大大提高。

目前，多媒体教学模式已经在高校中大量应用，大有完全代替传统教学模式的趋势。诚然，合理使用多媒体教学，确实可以大大大学物理的教学效率。研究表明，合理利用现代化教学媒体，能使学生学到比目前多三倍的知识。但是，现在的高校教学中，很多老师过度依赖多媒体教学，忽略传统教学以及板书的作用，板书随意书写，有的老师甚至一节课没有一个字符板书在黑板上，仅仅照PPT过一遍。

经过一段时间实践表明，完全利用多媒体教学，忽略传统的板书教学模式，教学效果并不明显，甚至会打击学生的学习积极性，主要表现在教学速度过快，前面的还没听懂，后面的新知识就来了；从而导致虽然上课的内容丰富了，但是学生对知识点的掌握不扎实；或者前面的只是刚刚掌握好，过一会儿后就忘记了。在本期的大学物理教学过程中，我们对传统板书教学与多媒体技术的结合进行了多种模式的探索，我们的探索表明，在大学物理的教学中，要把每节课的重点，特别是公式、定理、定律等详细地列举在黑板上，特别是一些重要公式的推理过程能在黑板上详细地带领学生一起推一遍，这对公式的理解特别有用。同时，每节课的重点知识板书到黑板上之后，在本节课中一定要保持不被抹掉，以便学生在后面新知识的学习时忘记前面学的知识点时能及时回过头来随时复习。而对于一些具体的例题、模型、物理实验、历史物理典故等可以通过多媒体展示出来，以丰富上课内容，激发学生学习兴趣。通过传统上课模式和多媒体技术的有效结合，经过一段时间的时间后，学生的反馈很好，包括对大学物理知识的理解，对大学物理的学习热情等有了显著提高。

二、基础知识的传授与前沿科学研究探讨相结合，培养学生的综合素质和创造能力

长期以来，中国的传统的教育以“传道、授业、解惑”为主，特别注重于知识的传递与记忆，注重于知识的理解。在大学物理教育方面也传承了许多历史积累下来的惯性思维，例如基本公式、基本定义的讲解，然后大量题型的训练。诚然，这些训练对于大学物理基础知识的理解和巩固，对于培养学生扎实的大学物理功底有着非常重要的意义。然而，在当代社会，除了要培养学生扎实的基本功外，还需要特别注重创造性思维的培养。对大学生进行创新思维的培养的途径有很多，而在大学物理教学中把大学物理与科技前沿相结合，把反映当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想引入大学物理课堂，同时，老师在自身的科研经历和研究过程中鼓励和引导学生参与，这对培养学生的思辩能力、带动学生的学习爱好、提高学生自主学习能力、培养学生的学习热情，特别对于培养学生的创造性思维能力，有着非常重要的现实意义。

从2010年秋季开始，我们在机械设计制造及其自动化、汽车服务工程、信息与计算科学、物流工程、生物工程、高分子、林产化工等各理工科专业的教学中将最新的科研动态渗透到相关的大学物理知识教学中，例如，在讲到《大学物理》第16章量子力学基础时，我们把最新的前沿科学低维结构中量子热导、量子电导知识渗透到其中，并将我们正在进行的科学研究，包括目前低维量子体系中热、电输运需要解决的理论问题、我们的研究方法、研究内容、正在主持的课题介绍给大家，同时，把正在研究的问题中急需解决的关键核心问题介绍给大家，引导学生思考，在这些问题的引导下，开展撰写“小论文”的教学课外活动，引导学生开展第二课堂。通过学生课后查资料，自主参与调研，主导思索，把自己的想法和构建的解决方案在一段时间后集中在课堂讨论。通过这种教学模式的实践，结果表明，学生的学习积极性得到了提高，激发了学生对新知识的求知欲，特别是通过这种与前沿科学研究相结合的教学模式，提高了学生研究问题、解决问题的能力，从而提高了学生的创造能力。

三、结束语

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另外，新型的量子计算也给数学密码体制带来了前所未有的潜在威胁。1994年PeterShor发现了第一个具体的量子算法'Shor量子分解算法的时间复杂度为D(刀2(109开)(10皿。朗))，它在设想的量子计算机上可以用输入的多项式时间分解大数质因子，因此它给RsA等公钥密码系统的安全性提出了严峻的挑战。1996年Grover发现了非结构化数据库源于联想网御神州专家新论搜索的Gmver迭代算，量子Grover搜索算法的时间复杂度为D(／Ⅳ)，它有可能解决经典上所谓的NP完全问题。

2007年11月，加拿大D—wave公司宣称研制成功28量子位的量子计算机系统；2008年12月，又宣称成功研制了128量子位的量子处理器。业内科学家们预测，到2020年左右量子计算机将进入实用阶段。假如1024个量子位以上的量子计算机研究取得实质性突破，那么256bit甚至512bit的对称算法将不安全，RSA，ECC等非对称密码体制也将不安全。目前的私钥密码体制，公钥密码体制等都将面临更新换代的“困境”。因此，研究可以抵抗量子计算等高性能计算攻击的新型密码技术体制势在必行。

根据Shannon信息论原理，如果随机密钥的高速在线分发问题能够有效解决，那么利用一次一密乱码本(OTP)就可以解决数据传输的完全保密问题。但是随机密钥的高速在线分发面临着一系列技术难题或者瓶颈(因为为了确保密钥安全，需要采用复杂的加密手段和安全协议，限制了密钥分发的速率；另外，密钥的安全性也得不到完备性证明)。而量子通信系统可以解决随机密钥的高速在线保密分发问题，为0TP的广泛应用提供了技术可能性，进而可以解决数据传输的完全保密问题。基于这样一个亮点，量子保密通信特别是量子密钥分发技术(QKD)得到了许多国家的高度关注并得到了快速发展。

目前，QKD作为一个物理上安全的保密体制，其实用化已是一个明显的趋势。2004年，华东师范大学在国内首次实现了QKD原理样机吼2005年，瑞士IDQmntique公司和美国MagQ公司都推出了商用QKD系统产品。2005年，美国BBN公司在DAPAR的资助下构建了6节点的实验网络。

2008年，欧盟sECoQc组建了7节点的演示网络。2009年。中国建设了8节点的“最子政务网”。可以说，国内外对量子密钥分发技术的研究已经进入了工程实现的关键时期，目前已经没有产品化的技术障碍，其应用基本上取决于市场。目前世界上最好的实验记录是：无中继通信距离l87km，在线分发密钥的速率lMb／s以上。

1技术原理和特色

根据量子力学原理，微观世界遵循Hd‘规berg测不准原理和量子不可精确克隆定理。量子态测不准并且不能精确复制，这意味着，通过窃听将不能得到确定的有效信息，也不能进行重复测量。更重要的是，任何针对量子信号的窃听都将不可避免地留下痕迹，这为在线检测窃听提供了可能。量子态测不准导致的直接结果是任何人都不可能进行精确测量，从这个角度来分析，量子信道是“绝对安全”的；但是这种“绝对安全”是无意义的，因为从中得不到有效信息。合法通信双方为了提取在量子信道中传输的量子信息，必须依赖附加的条件，即必须借助经典信道进行辅助信息的交互，比如窃听检测所需要的交互信息必须通过可信辅助信道来传送，这也决定了量子通信与经典保密通信之间的互补关系。

量子信息是经典信息在功能和性能上的扩展，量子通信系统具有经典通信系统所具有的功能以及经典通信系统所不具有的新功能(比如在线窃听检测)。如果采用一组正交态对0和l进行编码和通信，那么通信双方能够进行确定测量，因此完全可以实现经典通信系统的数据传输功能。当然，这种应用与经典通信系统相比较并没有特殊的优越性，因此在大多数情况下，量子通信是指基于量子测不准条件下的量子保密通信。

1.1量子密钥分发

QKD基于Heisenberg测不准原理和量子不可克隆定理，其完全保密特性得到了证明。因此，至少在理论上，基于量子密钥的oTP能够解决通信数据的完全保密传输问题又因为这种综合应用具有体制上的简洁性、理想的完全保密性和简单的软硬件实现性能等，代表了密码系统发展和升级换代的一个趋势。

如果QKD在密钥分发速率方面取得了重大突破，比如达到50Mb／s，甚至达到1Gb／s以上，那么基于量子密钥的oTP就能够实现保密语音通信、一些重要数据的实时保密通信等，并且这种应用不存在所使用密钥或者密码算法可能存在安全漏洞的隐患。这种系统应用无疑对现在的保密通信体制是一个极大的挑战!当然，寻找QKD在现代保密通信系统中的应用切入点是当务之急。

1.2量子身份识别量子身份识别是基于量子态身份信息的物理安全的身份

识别方案。量子身份识别信息是量子态，具有唯一性和不可复制性，这从根本上消除了身份信息被假冒或者事后否认的可能性。在量子计算条件下，如何利用量子态身份的唯一性和不可复制特性实现完全保密的量子身份识别具有非常重要的意义。一方面，这种方案不需要事先共享短密钥，可以增加系统的可用性另一方面，量子身份识别信息基于量子态，具有唯一性和不可复制性，可以从根本上解决其安全问题。

但是，由于量子身份的重复使用等技术难题导致量子身份识别研究进展缓慢。

1.3量子保密通信体制

研究表明。QKD并不是量子保密通信的必要条件，因为人们已经发现不依赖共享密钥的量子保密直接通信方案110J，这也可能意味着未来的量子保密通信体制的安全性将可能不再依赖共享密钥。但是，这并不影响QKD在一定时期内得到广泛应用。量子保密通信在同时解决窃听检测、身份识别和信息保护等问题的条件下，将形成一个完备的保密通信体制。量子保密通信不依赖复杂的数据加密算法(当然，信息的本地存储保护等依然需要安全的数据加密算法)，量子系统设备不，因此量子系统具有通用性，所有用户的系统配置和功能可以做到完全一致，不存在系统分级和使用多种密码算法等技术问题，因此可以说不存在互联互通的技术障碍，它能使任何拥有量子保密通信终端的用户之间实现完全保密的通信，这是目前的保密通信系统所不具有的功能。这种性能在保密通信中具有非常重要的作用。对于量子纠缠系统来说，由于纠缠粒子之间存在不受空间限制的关联性，并且可以实现隐形传态，似乎利用这种现象可以突破经典通信的距离极限，但这是不可能的。因为纠缠粒子之间的通信依然依赖经典信息交互，即在进行基于纠缠的测量之后还必须通过可信经典信道进行相关测量信息交互之后，才能实现两个纠缠粒子之间的通信，这也是量子纠缠不能实现超光速通信的一个关键原因。因此，在目前的量子通信模型下，量子通信在深水、深空通信中并没有明显的技术优势，也很难突破经典通信的水下和深空通信的距离和速率极限。毋庸置疑，探索如何在新型的通信模型下突破经典通信的极限，无论是对于理论创新还是对于国防军事通信安全等都是非常有意义的。

2基础研究与应用趋势

在QKD技术快速发展并日趋成熟的今天，量子保密通信体制还处于初级阶段，量子保密通信系统由于系统自身的不稳定性会造成一定的长期误码率(比如量子信号的调制解调过程和单光子探测器暗计数等都会引入一定的误码，这些误码在理论上无法与非法侵入所引起的误码进行区分)，如何克服这些误码的影响还有待于进一步解决。另外，QKD的应用研究和量子保密通信基础理论研究依然是量子保密通信体制研究的重点，其发展趋势可以概括为：

(1)高速量子密钥分发系统与应用研究。对基于单光子实验方案进行改进和完善，提高系统的稳定性和效率，并进行QKD系统产品的研发。对基于量子纠缠、隐形传态等量子特性的实验方案进行深入研究，研究如何设计性能稳定的QKD系统并在通信距离和通信效率上取得突破。

(2)量子保密通信基础理论。研究新的量子密钥分发、量子保密直接通信、量子身份识别、量子比特承诺协议等，完善量子保密通信体制理论研究量子保密通信网络的基本架构、工作原理和实现方案等：研究任意节点之间的互联互通机理以及针对量子保密通信网络的专用路由技术研究量子保密通信网络与光纤通信网络之间互联互通技术。

目前，量子保密通信的实际应用进程直接取决于市场需求和量子技术的发展。量子保密通信系统的关键技术主要包括：量子态的制备、分发和探测技术；量子系统稳定性和抗干扰解决途径；与光纤网络的兼容性等。

随着单光子制备、量子存储和探测技术以及光纤传输等相关技术的进一步发展，量子保密通信将在国家重要领域内的通信保密中扮演一个非常重要的角色。短期内，QKD可以从根本上解决密钥的高速在线分发问题，为oTP的广泛使用提供一种可行的技术途径。基于景子密钥的oTP可以用于保密电话网、保密数据网等，实现各种数据的一次一密加密，确保数据的完全保密传输。中长期内，能够同时解决窃听检测、身份识别和信息保护的量子保密通信技术，可以提供一个完善的通信保密解决方案。

3应对策略探讨

为了积极应对QKD和量子保密通信技术可能带来的影响，并为相关技术发展创造良好的氛围，促进量子保密通信技术的应用推广，及时采取科学的应对策略非常必要。根据对国内外量子通信研究现状和趋势的综合调研分析，结合国内的实际情况，以下对策或策略具有一定的代表性和较大的参考价值。

(1)信息安全形势严峻，积极进行技术储备，有备无惠。近几年，一些典型的经典密码算法不断被破译或被发现存在致命漏洞，网络计算和量子计算等高性能计算技术快速发展给经典密码算法带来前所未有的冲击和挑战，经典通信保密体制面临更新换代的抉择。而量子保密通信技术代表了一个实际可行的新型技术方向，代表了未来信息安全市场的一个新方向。在积极探索量子保密通信体制的同时，寻求量子技术与经典技术的“融合”，促进这种新型保密通信系统的应用具有十分重要的现实意义。

(2)潜在资源需要整合，潜在市场需要发掘和培育。最子保密通信技术在保密传输方面有着十分明显的技术优势。其中短期应用前景十分明确，长期推广应用趋势不可逆转。但是，量子保密通信是一个综合交叉技术学科，系统核心技术需要多学科专业人才联合进行技术攻关，但是目前国内相关研究主力依然集中在高校，基本上还处在“单兵作战”的状态，还不能形成具有核心竞争力的产品研发平台。

美国MagiQ公司的副总裁AndrewHammond估计QKD短期市场份额将达到20亿美元，在不久的未来其市场份额将达到10亿美元／年。在今后几年内，国内的市场份额派工流程与安全知识库紧密相关，在故障处理时从安全知识库中提供专家经验和历史资料进行参考，在派工处理完毕后的反馈又放入安全知识库中作为下次事件的历史资料。安全知识库包括安全知识文章、漏洞库，补丁库、事故案例库等。

3.1报告报表网络安全管理系统具有强大的事件分析报告和安全趋势

报告系统。能够收集和整理所有的安全事件报告，整理分析，产生针对不同阅读者的专业安全报表。安全报表能够将一段时期内的整体安全状况、攻击来源、攻击方式、攻击目标、最多的和最少的攻击排序、IP子网攻击、IP子网攻击目标、设备类型、事件警告类型、事件状况类型和事件的严重性等等做出专业的分析报告。

3.2趋势分析趋势分析指依据网络安全指标策略体系，将多源安全事

件经编码格式标准化、归并关联等处理后，进行安全指标映射与态势数据生成，并借助多种可定制可视化视角而展现出来的网络总体安全状态和发展趋势。经过对安全事件、审计日志和一些辅助信息的分析，能够生成实时态势报表、态势告警、态势预案等安全态势分析报告，对总体的安全建设提供有价值的指导意见。安全态势分析需要综合众多最新的信息安全管理技术，具有极大的理论价值和实用价值。

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一、易学自然观

《周易》包括《易经》和《易传》两部分，实际上是上古巫文化化出的符号、周初时期占筮验词集锦和战国末年理性诠释的统合。作为《易传》的十篇释文已经完全脱离卜筮，建立起一套以阴阳为纲阐释变化的理论体系。汉兴，《周易》作为官学传习和研究的对象，被尊称为“五经”之首；汉易已经纳入阴阳五行学说，隋唐时期易学即以其理性向科学领域渗透；进而逐渐形成以符号系统与以阴阳为纲纪相结合的范畴体系和理论结构。

易学对宇宙的基本观点是：阴阳相涵相因、流变会通，构成一个合谐互补的有机整体。

张立文教授在《王船山易学思想略论》〔1-191〕中指出：船山的本体哲学，统体会通于和合。所谓和合者，就是“阴阳未分，二气合一，氤氲太和之真体”。《易传》有言“形而上者谓之道，形而下者谓之器”，作者认定道器是虚实范畴，虚与实的主要差异在于隐与显。“形而上者是隐也”，隐不是无，而是潜在，是形而下所以存在的根据。“形而下者是显也”，指有形质的东西，“即形之成乎物而可见可循者也”。即此可知，显指可见可循的事物和现象，隐指寓于“器”而起作用的现象背后更本质的东西；而隐又不是虚无，“道不虚生，则凡道皆实也”。从而推定道乃实存之体，得出道器交与为体、相涵相因、流变会通的两系统结构论。

道和器的关系究竟如何？就逻辑上讲，“形上者乃形之所自生”，因为凡器皆有形，由“形”逻辑上得出对应于“形下”必然存在着“形上”。就二者的主从关系讲，“当其未形而隐然有不可喻之天则，天以之化”，依此概括二者的关系为：道是器存在的依据；道通过器而表现自己，一切显性的运动变化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度讲，是“理不先而气不后”，二者既不存在先后、本末之别，也就从根本上排除了天理、神创的观念。

张教授立足于人文（兼及自然）阐述问题，认为“王船山道器、气关系，充分体现和贯彻了《周易》和合人文的精神”，本文专门讨论自然而不涉及人文。依据形上学本体哲学，自然界的物理客体应该分两类，即“形之已成乎物”和“未形”，二者的本质区别在于形下之“显”和形上之“隐”。

小结：易学自然观是两系统结构论。从静态角度讲，“万物（包括宇宙自身）负阴而抱阳，冲气以为和”；从动态角度讲，“阴变阳，阳变阴，其变无穷”。所谓的易，就是讲阴阳变化之理的学问，即“易以道阴阳”。

二、两种物理学理论

物理学作为一门学术的名称，是从亚里士多德的希腊文著作延续下来的，这个希腊词的意思是探讨自然的秩序和原理的“自然学”，亚氏又称其为自然哲学。大约到18世纪中叶，由于学科内容的分化，自然史和化学从物理学中独立出来，18世纪后半叶法国讨论过留下的物理学意味着什么，结果是把物理学分为一般物理学和特殊物理学。前者指牛顿力学或由《自然哲学的数学原理》导出的以数学描述质点运动的传统，后者包括声、光、电、磁等广泛领域。通常都把这种划分说成是数学科学传统和实验物理学的分离。

1829年，泊松把当时法国物理学的思想倾向归为两类：物理力学和解析力学。他把前者的特征描述为“它的唯一的原理是把一切还原为分子运动，而这些分子是把力的效果从一点传到另一点并保持这些力之平衡作用的核心”，即期望用天体运动的牛顿平方反比定律数学格式，精密地描述宇宙一切现象，称牛顿范式；而后者则强调现象的解析格式，轻视对物理原因进行讨论，称非牛顿范式。1840年以后，牛顿范式的地位被非牛顿范式所取代；与之同时，拉格朗日原理被泊松和哈密顿予以发展，使力学成为完全分析的形式，并且以能量取代力的概念体系。本应该由之意识到“根本不存在纯粹的力学现象，实际上运动总是结合着热和电磁的变化，它们也规定运动”〔2-9〕，从而结束牛顿的“力学神话”，可惜的是西方哲学没有能够为物理学提供合适的自然观，以后的物理学就在迷茫中走了许多弯路。对两种范式的本质差异，一般都视为用几何法还是用解析法的数学问题。

19世纪30年代之后，随着实验物理学的成熟，出现了实验物理学和理论物理学之区分；物理学的理论又分原理理论和构造理论两类。前者是先使用分析法在经验中发现自然过程的普遍特征（即原理），然后给出各种过程必须满足的数学形式的判据，比如牛顿力学；后者又叫“假说—演绎”法，即先确立“想象的原理”（即“假说”），然后采用反证法通过由原理导出的结论对原理进行证明，给出的内容与经验所显示的现象吻合得愈多愈一致，特别是能够从假说来预言现象并得到证实，这种构造理论就愈成功。依据这种分类方法，一般都承认17世纪牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》就分别代表了原理理论和构造理论。对这两种理论划分的依据主要在于思维方式，即前者采用分析法而后者采用综合法。

三、两类物理客体

牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》，从近代物理学奠基开始，两种截然不同的理论分别传承为两种体系，即牛顿范式——原理理论，惠更斯范式——构造理论，其本质差异不在思维方式和数学形式之不同，也不在是采用数学方法还是实验方法之别，而在于研究的客体分属于根本不同的两类。

以质量对物体进行计量，并假定质量都集中在一个质点，以相互传递力的作用描述运动，是牛顿范式的核心观念；非牛顿范式研究的光、热、电、磁等现象，都不能以质量进行计量，最终认识到了这种现象都与“能量”直接相关，并且以能量取代了力学概念体系。

而今首当其冲应该明确的是物理学根本就不直觉研究“物质”，正象无法品尝水果一样，因为二者都是抽象的类概念。物理学只研究质量、能量、电量、时间和空间之间的关系，两种理论的适用范围不同，前者是关于质量系统的理论，后者则适用于能量系统。以往不适当地把能量说成是物质运动的形式（如“能即运动”）〔3-526〕，是产生混乱的肇端。现代物理学已经确认物理客体分两类：宇观上有分立的天球和连续辐射，微观上分粒子和场，粒子物理学分费米子和玻色子，理论物理学称其为物质粒子和相互作用；物理学理论也分用质量计量和时空描述、用能量计量和位形描述两个系统。“我们首先把宇宙的物质内容分成两个部分：“物质”即诸如夸克、电子和缪介子等粒子，以及“相互作用”诸如引力和电磁力等等”〔4-38〕。当代著名物理学家霍金居然会说出如此不合逻辑的荒唐话，不难看出“物质”这个误用概念带来的混乱是何等严重。

物理客体不能用“物质”这个概念进行抽象和概括，而应该分为质量和能量两个系统，二者的本质差异有3：1、分立和连续；2、有无静质量；3、量传递时物理客体仅只振动而不发生运动方向的位移。确认能量系统存在的依据有5：1、德西特从广义相对论场方程得出没有物质的宇宙时空解；2、无限的（负能电子）海的发现；3、爱因斯坦说：“依据广义相对论没有以太的空间是不可思议的”；4、3K微波背景辐射证明“空间”不空；5、粒子物理学的实验发现，绝大多数粒子为瞬息亿变的动态网络。

“全〖ZZ(〗空间〖ZZ)〗充满着相互作用着的各种不同的场”〔2-387〕，这种分布着某种物理量的空间，不同于经典物理学中作为参量的空间。“场从数学上表述了能量局域性概念”，“是一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。即此可知，一切自然现象虽表现为质量系统单元个体的运动和变化，动变之因却源于能量系统的作用；而能量系统本身不通过作用于质量系统的效应也根本就无法观测。物理学早已将物理客体分为弥散态粒子和凝聚态物体，3K微波辐射发现之后，就应该从分类学的角度再增添一种连续态网络；进而将弥散态粒子分为质量子和能量子，如此一来，物理世界图象就会变得非常清晰。

物理客体分物体、粒子、网络三类，分别用质量、电量（或荷质比）、能量计量；人类生活的现实世界属于质量系统（从天球到原子乃至质子、电子），能量系统则是一切运动变化的动力之源；所有的共振态、复合态粒子均属于能量系统的动态网络，只有那些稳定的能量子才有现实意义；不同能量子的有序组合构成信息（从质量系统讲，传递信息必须有载体，而对能量系统，信息和载体则合而为一，于此无暇展开讨论），可以用于操作质量系统的变化和存储一切自然现象。

小结：物理客体分两个系统三种态。质量系统和能量系统确实属于“负阴而抱阳，冲气以为和”的状态；作为两系统“中介”的弥散态，是演绎世间万象的“大舞台”；何以产生质量和电量，是现实世界存在的最根本机制。

四、时间和空间

无论哲学还是物理学，时间和空间都是一对非常重要的范畴，同时又是亘古至今争论最多直到今天还没有取得共识的两个概念。16世纪之前，基本上没有留下多少值得关注的重要论点；牛顿为了创立完整的力学体系，不得不提出人类历史上第一个时空构架。他认为物质是在绝对空间中运动，时间不跟任何物质对象相关、自身等速地在那里流；时间和空间各自独立互不相关。亦即是说时间和空间仅只是描述运动的参量。

现代物理学的发现则是：“广义相对论用空时结构的几何性质来表示引力场”〔2-328〕，场不但“是某种物理量的空间分布”，还是“一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。很显然，时空结构应该被理解为改变物体或带电粒子运动状态的作用量。

依据质能两系统结构论看待，即使在牛顿力学体系中，时空结构也是作用量而不是描述运动的参量。比如牛顿力学的第一号自然力——重力G=mg，如果没有g作用于m，物体就不会自由下落，很显然g是使m自由下落的作用量。如果用电磁作用相类比，g可以被称为引力场强，其作用效应跟电场作用于电量没什么两样。自从发现了动量和能量守恒之后，牛顿力学方程基本上已经不再使用，足以说明牛顿力学非常片面，能够沟通三个领域最基本的物理量只有动量和动能，根本就不需要力这个概念。

时间和空间究竟指什么？答曰：二者分别是对能量系统单元个体持续性和广延性的计量，恰如用质量计量物体、用电量计量带电粒子那样。

“空间一时间未必是一种可以认为离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中，而是这些客体有着空间的广延性”〔5-112〕。爱因斯坦如果对中国古典哲学稍有理解，就会再说一句：这些客体还有着时间的持续性。这种“物理实在的实际客体”即指能量系统而言。

能量系统虽是连续态，探究其具体作用时却需要量子化。假定其最小单元为h，由ε＝hν＝h/T可知，只要测出周期T，即可以知道具体的能量值，同理测出波长即可知动量。故而可以说时间和空间是对能量系统两种属性的计量。

董光璧教授猜想对于不同的相互作用，应该“各有其时空结构”，是有道理的。用于电动力学的时空结构已经非常成功，“对于电磁相互作用，相对论提供的时空结构和量子论提供的能量结构，既在逻辑上自洽又与经验相符”〔2-429〕；而对于质量，发挥作用的时空结构有ι2t-2和ιt-1两种，对行星的运行则有R3/T2＝K。

小结：时空不是独立的存在，而是用于计量能量系统属性的概念构架。对于物体或带电粒子，不同的时空结构作用于质量和电量可得能量和动量；对于能量系统，只需要用T和λ对基本单元个体计量，即是能量和动量。

五、两种运动

讨论过物理学不应该使用“物质”这个哲学范畴，明确了物理客体分质量、能量两个系统，确立了质量、电量、能量和时空是基本的物理量，并且弄清了时（T）空（λ）可以直接作为计量能量和动量的基本量，不同时空结构又分别是驱动质量或电量的基本作用量之后，还应该讨论一下运动形式问题。

亚里士多德很早就提出自然运动和强迫运动区分之必要，物理学界至今都没有认真对待。所谓自然运动，应该是不受人的干预，不准附加任何人为条件的运动，比如自由落体、自组织系统的变化和行星运转等（下文称绝对运动）；所谓的强迫运动当指人为增添了特设条件的运动，比如将物体抬高、摆钟和日常生活中经常发生的许多运动。

牛顿力学除自由落体之外，几乎都有附加条件，将运动定义为一个物体对另一个物体的位移，运动的基点建立在物体对物体的作用（即力）之上，并将物体看作一个质点等，基本上都属于质量系统的相对运动。现代物理学发现的因果关系被破坏，基本上都产生于对绝对运动和相对运动的作用机制之混淆。

“一个钟所处的引力势越低（深），它走得越慢，而那里发出的光在引力势较高处去接收就会发生红移”〔5-92〕，亦即是说原子钟在那里发出的光频率较小，周期变大。如果是摆钟，依据T＝2πL/g，由于g变大，周期就必然变小。两种钟的结果居然完全相反，基于什么原因呢？这就恰好能够说明相对运动和绝对运动的作用机制不同，显示的结果就必然会适得其反。由于原子钟的频率直接决定于能量子的频率，属于绝对运动；而摆钟的周期则由作用量g与弹性势的平衡决定，属于相对运动，g变大时相对而言等于固定不变的弹性势变小，故而钟的周期亦随之变小。“量子理论和每一种合理的真实世界观念都冲突”〔6-127〕；“量子力学改变了古典物理学的因果观和实在论”〔2-328〕。这些观念产生于发现了绝对运动和相对运动效果迥异，感到困惑的原因是没有树立起时间和空间“不再是事件在其中发生的被动的背景”，“相反的，它们现在成为动力学的量”〔4-53〕，根源在于没有突破“物质”一元论的樊篱。

问起广义相对论场方程的意义，通常的回答是：“物质和能量要使时空向其自身弯曲”〔4-60〕，反过来弯曲时空的曲率又决定着物体运动的路径。这种表述本来存在一个因果互易的逻辑循环，只需要将误用概念“物质”去掉，就变成了非常明晰的单因（能量）决定单果（质量运动路径）的关系。再如“势函数V表示质量系统对空间任意点的引力作用”〔2-361〕，实质上则是势函数表示任意时空点对质量的趋动作用。作用和被作用的因果关系弄颠倒的原因，许多都出在用相对运动的观念去解释绝对运动；产生这种观念的根源又非常久远和牢固，先是哲学上把物质说成第一性，继而近代科学一开始就决定只研究属于第一性的质量和重量，外加担心宗教神学找麻烦，所有物理学理论就都必须把物质或质量说成是运动变化的起因。依据两系统结构论，动因仅来源于能量系统。

宇观上的星体都是绝对运动，很早很早之前就受到许多哲人的关注，他们的不少观点由于跟相对运动的理论不合，都受到了冷遇。欧拉认为“一切物理过程都是以太与物质相互作用的结果”〔2-180〕，欧多克斯认为“日、月和行星分别固定在想象的匀速转动的天球上，星体本身不动，它们随着天球运动”〔2-51〕，笛卡尔的观点更明确：“宇宙空间充满媒质的旋涡运动，天体被媒质的旋涡推动”〔2-145〕；最直观形象的描述莫过于那个阴阳互动的太极图，那是华夏先民无数代人仰观俯察智慧的结晶。天空中所有星系或星系团无不都是一个涡旋，其中不少涡旋的中心根本就找不到质量（被称为质量丢失的暗物质）。很显然这些涡旋都是能量积累形成的畸变时空，那些特定的R3/2＝K的不同旋线上，都可能会有星体在做自然运动，根本就不需要什么引力作为向心力，自然也就没有必要去找切线力的源。

易学中虽说没有“自组织”这个词，王船山却早就讲清了自组织的作用机制。“阳变阴合，乘机而为动静”，“二气之动，交感而生，凝滞而成物我之万象”，如果将质量子和能量子类比为阴阳，这种说法还满有道理的。

小结：运动有相对和绝对之别。因果关系被破坏的原因大都生之于用相对运动的理论去解释绝对运动，根源在于物质一元论不能作为物理学的哲学基础。

六、唯物宇宙观

科学思想作为文化的一部分，在相当长的时间内世界各地都是沿着自己的传统在发展；从16世纪开始，随着西方殖民主义的掠夺，希腊传统的科学逐渐传播到世界各地。如今所说的近代科学，主要指希腊科学传统的扩展，其间也不乏阿拉伯、中国和印度等地科学成果的积累。物理学思想的发展在很大程度上跟古希腊哲学有着非常密切的关系，古希腊哲学的自然观主张人与自然分离。

在古希腊文化传统中，从公元1世纪基督教创立开始，就出现了理性和信仰、哲学和神学的纷争，科学思想的发展亦被打上深深的烙印。基督教成为国教之后，“知识服从信仰”成为教会的基本准则之一，于是就有人提出“学问来源于经验”与之抗衡。

基督教创立不太久，某些护教派发现那些愚昧贫乏的教义抵抗不住古希腊、罗马文化，特别是哲学，就开始从古希腊、罗马哲学中寻找为教义辩护的依据，从而发展出貌似科学的神学，进而宣布真正的哲学和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原则。中世纪的欧洲几乎一切学术都在宗教神学的桎梏之下，自然科学也不例外，布鲁诺被活活烧死，伽利略遭受终生监禁，都因为他们的理论对神学不利。

唯物主义宇宙观针对信仰先于理性提出物质第一性、意识第二性，自然科学总算找到了哲学基础。由于近代科学确定只研究属于第一性的质量和重量，而不研究与感觉有关的第二性，即把意识范畴留给宗教，总算争得了一席之地。当我们立足于现代科学的成果和困惑，去反思物理学发展的历史时发现，把物质和意识的关系视为全部、特别是近代哲学重大基本问题的唯物主义哲学，根本就不能作为物理学的理论基础。为了从神学桎梏下挣脱出来，选择第一性、第二性之分的哲学虽说必要，终归总逃不掉为临时应付而“举债”付出更高的代价。

物质和意识对立，对立的双方是自然和人，这是古希腊自然与人分离自然观的延续。这种哲学适用的范围应该是人天系统，即探讨的中心课题是人与自然的关系；而物理学则属于纯客观地探讨自然界的秩序和原理的学问，亦即是说它只研究物质和物质之间的联系、相互作用和运动变化规律等问题，丝毫不涉及物质与意识关系的内容。故而我们认为，唯物主义宇宙观虽说使物理学摆脱了宗教神学的束缚，而成为一门独立的学科，却不能做为物理学的哲学基础。

自然界是一个有机整体，要探讨其运动变化的规律，就不应该将所有的物理客体用“物质”一个概念概括。因为变化只能发生在至少两种客体之间，如MN和NM；而MM则是永远无法观测的。

“科学史界越来越多的学者认识到，站在现代科学的立场寻找历史来龙去脉的做法有误入歧途的危险，转而采取从原来的境况中重新阐释科学思想”〔7-2〕，不少人发现了《周易》中保留着自然学的原初形式，可以为科学发展提供有益的哲学启迪。本人沿着这条进路摸索多年，学习探寻的心得是，物理学只有依据两系统结构论的自然观，才可以讨论变与不变。

易以道阴阳；万物负阴而抱阳，冲气以为和；阴变阳，阳变阴，其变无穷；阳变阴合，乘机而为动静；二气之动，交感而生，凝滞而成物我之万象——仅依据上述五句富涵哲理的格言，对物质、时间、空间、运动和因果关系等重要概念做一些简要的剖析，就可以理出一条新的思路。如果依据两系统结构论，对物理学的概念和理论进行一次新的整合与梳理，极有可能会将物理学带出当前的困境。不当之处，敬请各位师长、同仁指正。

参考书目：

1、朱伯昆主编《国际易学研究》第三辑，华夏出版社1997年版

2、董光璧等著《世界物理学史》吉林教育出版社1994年版

3、《马克思恩格斯选集》第三卷人民出版社1972年版

4、(英)霍金著《霍金讲演录》湖南科技出版社1995年版

5、倪光炯等著《近代物理》上海科技出版社1979年版

篇5

摘要：基于几何学的哲学本质，将“没有大小（部份）”的几何“点”定义为“自身无限”的太极“点”，使拓扑学的空间连通性可以理解，从而物理空间与几何空间得到统一。“变易”、“太极”、“阴、阳”、“互补”成为精确定义的现代学术概念，西方学术理论中传统的“以太”思想可以得到中国式阐释，量子理论中的最困惑的认识论问题能够“简单”地被表达。

1.几何学中的无限

1.1.点的几何学

1.1.1.点是数学中的最基本的元素，但点的自身性质却是最不清楚的，代数中的点、几何学中的点、物理学中的点，其本质都不相同，以几何为例，欧几里德的定义是“点是没部份的”(definition 1. a point is that which has no part)，这个定义是哲学式的精粹，但在数学意义上并不严格，所以现在一般定义是：点是没有（尺寸）大小的。这个定义仍然不能满足现代科学理论的需要，为了满足物理空间的内涵，必须定义：点是空间中的位置。但这样定义，实际上，只是点与空间相互定义，这当然这是一种定义循环，但是逻辑正确，作为几何学公设性定义，在几何学自身的范围内没有讨论的余地。当然这并不妨碍我们在更高的视角上考察点的意义。

1.1.2.在纯粹的几何意义上，几何点与纯代数中的点所研究的性质不同，比如代数中的点有“无理点”与“有理点”这样不同性质的区别，而在纯粹的几何学中，就不讨论“无穷小”这样的作为数的点与点之间的“间隙”问题，这可以看作是纯粹几何学的前提。

比如我们取两条0与1之间的线段，它们是等长的，如果我们移去1这个端点，就无法在几何的意义上比较它们的长度，因为它们“本身”的长度是不确定的0.999……，这样就无法在几何的意义上比较它们的长度，代数上以1这个极限“作为”它们的大小，并且正是在极限研究的意义上建立起了分析理论，成为现代数学的基础，但在纯粹意义的几何学中则不能，因为空间中的位置的意义就是相对确定性，如果没有位置的确定性，几何学自身就没有意义。

(为了适合不习惯数学语言读者，以下省去一些限制性语法表达，但有数学专业知识的读者仍可以以严格的方式理解。)

1.2.端点的几何原理

1.2.1.欧几里德几何原本中定义：线（线段）的两端是点，(definition 1. the ends of a line are points.)直线平直地在它自身上以点（延伸）(definition 4. a straight line is a line which lies evenly with the points on itself) ，直线无限延伸性质来自公设：有限线段在（无限）直线上连续地产生（延长）(postulate 2.to produce a finite straight line continuously in a straight line.)虽然欧几里德避免了使用无限这个词，但“无限延伸”是暗中包含在他的几何学中的，无限延伸实际上是一种空间直觉，欧几里德以线段在直线上连续延伸的运动表达了这种直觉，在他的定义中，他不得不含糊地使用无限长直线，是因为无限在他的几何学中没有立足的基础。

几何原本中实际上包含的观念是：直线由点构成，直线是以点延伸的，而且线直线在它的端点上延伸与直线在直线“内”的点上延伸没有区别。

1.2.2.直线的两端各是一个“点”，但我们不能说一个一个点处于线端而成为端点，而应当说端点使直线成为线段，这是一个重要的区别，直线的端如果不是“点”，直线的端就是开放的，在这种情况下，直线具有不确定的几何长度，在纯粹的几何中就没有意义，因此端点在几何学上具有特殊意义，这正是我们研究的起点。

1.2.3.直线的端点只有两个，而直线中的常点是无数的，端点处在直线的两端，一方是直线内（上），一方是直线外，这与常点总是处在直线上（内）不同，我们可以想象地理解端点只有点的“一半”，即使我们无法直观地相象点的一半是什么图象，我们仍可仿照量子力学中的办法，把它看成是点的内禀性质——“无限”的“量子性质”的表征。这种“半”的意义并不与点的现代观念相矛盾，比如，“点是无限可分的”就与“点是没有大小”的不相矛盾，正因为没有大小，才是无限可分的，或者正是因为无限可分，点才是没有大小的，这样，我们定义中的几何学意义的“半”就与物理意义的无限可分具有同一性，在这种“现代”学术的意义上，“半”（端）点就是普遍意义上的无限可分性的一种精确几何表达，

1,2,4,半端点的定义对欧几里德的“点是没有部份的”定义来说，这是有问题的，因为没有“部份”，就没有“半”的意义，但问题在于“部份”这个词的意义也是不清晰的，因此与其说“半”端点的定义与欧几里德的定义相矛盾，不如说半端点暴露了欧几里德的“点是没有部份的”这个定义的含糊性，它排斥了点自身的内涵，至少，作为公设，定义半端点并不妨碍理论的无矛盾展开，而且正是在这个意义上，我们的研究才具有意义，这一点与非欧几何对欧氏几何的意义相同。

1.2.5.我们知道点与点的几何关系只有两种，重合与不重合，这与数学分析理论不同，分析就是基于点与点可以无限接近——即不重合也不不重合。因此我们可以想象无限长几何直线的两端点也只能是重合或不重合两种状态中的任何一种，就是说在几何的纯粹性上不可能存在第三种状态：如果不重合，就是几何原本中定义的“线段”，如果重合——这是一个最简朴而合理的直觉想象，则两个半开放的端点重合为一个“无限远点”，这里的“重合”一词与“半”的意义一样作量子理论的几何解释，即直线在无限远处自身相连，这实际就是欧氏几何中的没有明确定义的无限长直线的精确意义。

1.2.6.点具有几何无限性的内禀本质，点的自身无限性与无限长直线同一。

1.3.太极点与太极空间

1.3.1.为了研究这种意义上的自身相连的无限长直线，我们必须在一个普通欧氏平面中表达它，现在让我们想象这根无限长线绷紧或投影在一个普通平面上，我们就得到了这个平面上的一个线圆，但这个圆具有一个无限点，我们不过以普通点代替了那个无限点，为了记住这个区别，也为了以下的理论展开，我们重新命名这一点为“太极点”，但在这个圆上，我们并不能确定太极点在那一点，这样任何一点都可以是太极点，即线圆是由太极点构成，这并不会产生矛盾：如果我们在任意处切断这根圆线，就有两种情况：在点与点之间切开，得到线段，或者，把一个点自身切开，得到无限长的直线。

同理，所有的几何元素都可以依此定义，而且，如果空间由太极点构成，就是太极空间。

1.3.2.这样定义的太极点和太极空间是从几何学出发的，但具有更一般的哲学意义，就是说太极点具有了“自身的意义”而不仅仅只是空间中的位置，这种定义具有复杂的内涵，在此不展开讨论，我们现在只是这样确定，通过对几何无限点的几何表达，“太极点”具有自身无限性这样一个内禀“本质”。可以指出，太极点和太极空间具有一种本质的物理学意义，由此，几何空间与物理空间有了表达的同一性，为了以后物理学上理解的方便，我们可以称太极点和太极空间为“以太”点和“以太”空间，就是说我们以后可以用“太极”的意义来阐释西方传统学术思想中的幽灵——“以太”。

1.4.射影平面与太极圆

我们可以想象一根直线在平面上无限延伸，我们马上就可以想象到，平面由直线组成，因此，如果这个平面由无数的半开放的无限点所构成的边缘所包围，平面边缘的所有无限远点是一维太极线圆（周长），如果将它们表达在欧氏平面中，这就是射影几何中的“射影平面”。

我们取一个画在欧氏平面上的任意圆面，在这个圆面上，如果我们将圆周“定义”为无限远的边缘——太极圆，这时这个圆面就成了“射影平面”，实际上，这和我们平常看到的地平线和理想化的地平面这样一种经验相同。如果在这个圆面上画一根直径，这根直径的两个端点就是同一个无限远点即每一根直径的两个端点在太极点的意义上自身同一。为了想象这一点，我们将一个球在一个平面上投影，这时球上的赤道被投影成为一根直径，在投影上它有两个端点，而球上的赤道却是自身相连没有端点的。就是说欧氏平面上的圆周被理解为太极线就使这个圆面成为射影平面。

2.太极几何

2.1.太极面

2.1.1.我们想象在我们的前面有一个平面，比如就是地平面，如果它无限延伸出去，按照上述的太极几何原理和太极点的定义，它将在无限的地平线处自身缝合起来，成为二维太极面。

2.1.2.这样的二维太极面是几何学单面的。实际上，普通几何学中的平面也是单面的，欧几里德的定义是：面是只有长度和宽度的那种东西。对平面没有定义厚度就等于没有定义双面性，双面性实质是三维空间的性质，就是说只有在三维空间中，平面才有双面，一个没有两面的单面在普通几何学中是无法理解的，但在现实中却可以是经验地想象的，比如，我们可以设问，当我们所处的地平面在无限远处被太极缝合时，我们是被缝合在其内还是在其外呢？这个问题实际上就是问理想地平面是双面还是单面的问题，在拓扑学意义上，这就是空间的连通性问题。

2.1.3.由于地球是有限的，所以我们很容易理解我们生活在地球表面之上（外）而不是地球表面之内，但对于一个真正无限延伸平面的太极缝合来说，这这个问题是无法回答的，比如天空就是无限的，古人想象天如复盖，如果我问我们是生活在天空之内还是天空之外，这个问题就无法回答了，这似乎超出了人的想象力，但这实际上是一个具有现实意义的大科学问题，因为我们同样可以问：我们是生活在宇宙之内还是宇宙之外？

2.1.4.我们可以想象在一个无限大的黑色以太液体中有一个很大的气体泡泡，我们生活在其中，现在要问我们是生活在液体之内还是液体之外呢？这不是一个所谓的观察角度不同的问题，在这种情况下，我们没有观点选出择的自由，只能回答是或不是，如果说我们生活在液体之内，但气泡是对液体的排除，所以我们自活在液体之外；但如果我们说我们生活在液体之外，但无限的液体包围着所有的世界，所以我们在液体之内。

2.1.5.这个问题是有物理学意义的，这就是著名的牛顿旋转难题。让一个水桶旋转起来，里面的水也跟随着旋转，我们让水桶停下，水仍然在桶内转动，一般我们都认为水是相对桶或附近其它静止参照物作旋转运动的，现在我们合理地想象桶和附近所有的静止参系不存在，我们仍能由于水面是锅状凹下去的而知道水在旋转，因为地球引力存在，但是如果这个参考系也被撤去，我们能够知道水在旋转吗？我们知道宇宙中所有的天体都在旋转，这是由于它们互为参照系，但是如果整个宇宙都要在旋转，我们用什么参照系来发现这种转动？有那样大的静止的水桶装着整个旋转的宇宙吗？俗话说“天外有”天“，但这个”天外“与”天“能区别吗？

2.1.6.最简单的问题往往是最困难的问题，像这样连孩子们都能提出的问题足以难倒最智慧的学者，这样的问题是可以想象，可以询问，但不能回答，这就是悖论。我们很难承认我们这个宇宙是悖论，因为我们的世界好好的存在着。

2.2.空间的意义

2.2.1.悖论的解决方法就是提高层次，在高一维空间中考察低维问题，这是人类的想象力的最伟大之处。比如，我们想象地球仪内外两面各有一只平面型蚂蚁爬着，在这种二维世界中，它们都不知道对方的存在，也无法知道世界之“外”、之“内”是什么意思，拓扑学的方法是在球面上开一个洞口，把三维引入二维，当然对于三维世界来说这是通常的，所有开口容器如啤酒瓶就是这样，但对于二维动物来说，这似乎不可能，它们无法在自己的二维世界中开一个三维洞口，正如我们不能在我们现实的三维世界中开一个四维洞口一样，但是太极几何提供了这样一种理论，即无限远处的太极缝合，这就是以思想方式实现的在我们自身维度上的开口，这正是太极几何的意义，当然，如果在现实世界中发生了太极撕裂，世界就在自身被翻转了。

2.2.2.拓扑学为我们提供了在三维世界中表达二维无限面的模型，这是我们在莫比乌斯带和克莱因瓶中所看到情形（参见“中国思想和柏拉图哲学”中的附图），这与射影几何的情况相似。但是我们往往很难领会莫比乌斯带和克莱因瓶这种简单的模型所表达的空间翻转的意义，因为我们通常的直觉想象力很难构造四维世界的直观图像，但太极几何提供了这样的理论方法，使我们能够在空间模型的意义上理解莫比乌斯带和克莱因瓶。

2.3.太极两仪

2.3.1.实际上，最基本的几何元素在自身的意义都是“单”性的：点没有大小，直线没有宽度，面没有厚度，这种“单性”在几何学中是公设，几何学本身是无法分析的，通常我们都知道直线没有宽度却有左右，平面没有厚度却有阴阳，这在传统的学术理论中中是无法说明的，而从太极几何的观点看就是完全可以理解的，在太极几何中，一个点即使没有大小也具有两半端点的意义，这里的关键在于通常的“半”、“双”、“两”等等的意义都是分裂的对立，与几何单性不相容。

2.3.2.由于太极几何定义了几何元素自身的内禀无限性，一个没有大小的常点与直线上两半端点本质相同，同理，一个没有厚度的面具有阴阳两面，这不是点自身的分裂对立，而是自身的超越的同一，这种自身的相对性就是太极“两仪”。

2.3.3.中文中的“极”具有端、顶、终等含义，在太极几何的意义上就是几何单性，“太”就是无限，因此“太极”在太极几何中的解释就是几何单性的内在无限——内禀无限性，这是自身的相对性内涵，所以也是“无极”，“太极无极”以中文语境表达了纯粹几何中真正的自身无限性观念。

“无极”不是对太极的否定，而是自身无限生成，即量子理论式的无限内禀表征，两仪中的“两”与我们对“半”的量子理论式的理解相同(1.2.3.)，太极两仪就是无限与有限的生成关系。在对“无”、“无限”的阐释上，传统西文语境与中文语境有很大的区别，但我们可以在现代学术基础理论中的看到与中文语境的共同性。

太极生两仪是易经演绎的开始，但这个过程一直缺泛直观的表达形式，虽然传说和历史中早就有了太极图式，但由于需要长期的修炼式才能有所领悟而使其具有一种神秘性，太极几何就提供了一种从现代学术方法上的表达方法，而且这不仅是对我们自己传统文化的科学阐释，也是对西方学术和西方文化的一种再认识。

2.3.4.太极无限生成就意味世界上永远不会有自身唯一存在的单性事物，因此几何中没有单独的半端点、半极点，正如物理中没有南北单（磁）极一样。同理，如果一个个太极面的所有太极点实现为半端点，这就是在同一个太极面上实现了的两面，这就意味着在自身上实现了拓扑连通，为了一般读者的理解方便，我们可以仿照物理学中的方法，认为一个点是自身两半点之间有“虚”线相连的，“无限”也就有了“虚”的物理意义，物理学的思想图像虽然有些勉强，但确实表达了点的是有内在本质的这个空间物理性质。

如果和射影几何与拓扑几何的意义相比较，可以说，太极几何就是在三维现实世界中表现和表达的三维世界自身的“超空间理论”。

2.4.阴阳宇称

2.4.1.几何学是用拓扑学方法解决单面成为双面的问题的，在地球仪上开洞口的方法，是用物理过程导入了三维性而使内、外面具有连通性，这样平面的双面才有了意义，即使这个平面没有厚度，但是仍然具有两个面，即一个面同时是两个面，这个过程是以物理方法解决的，物理表达就是“宇称”，宇称是物理过程，而几何只是过程的结果，宇称的静止几何图像就是对称性（二维）和手性（三维）。

2.4.2.实际上，欧几里德的几何证明的一个基本方法就是移动图形，比如用重合法证明全等，而且默认在移动中图形的不变性，这种实际上是物理性质的过程，它与几何学的纯粹性是不相容的，几何学只是直觉地容忍了和忽视了它，但是现代科学不能避免这种忽视所带来的灾难，而仅从科学自身是无法解决这个问题的，这实际上一次又一次地在引导科学走向更高的哲学。

对图形的直觉与对空间的直觉的相同正是几何学与物理学共同的认识论前提，只有在哲学的高度上才能析解这一点，从而能为科学提供新的理论研究基础。

2.4.3.从静止的观点是无法理解莫比乌斯带和克莱因瓶的，因为它们自身的宇称在不知不觉的物理过程中发生了反转，而这种对称性翻转过程只有在高维中才能被“直观到”，如果我们有能力在四维空间中建造一条莫比乌斯立交桥，那么我们就可以在这样的立交桥兜一圈后就变成“反”人了，只是在三维世界中的我们不知道这种反转的区别，从物理学的角度看，反粒子和正粒子只是定义的不同，如果整个世界突然变反，我们并不会有所察觉，比如我们通常就无法理解莫比乌斯带和克莱因瓶是如何在“不知不觉”中被翻转的。

2.4.4.我们有一种日常经验——“内（里）、外”，在物理学上则有“正、反（虚）”这样的概念，这就是宇称以有限的形式表达的高维几何，对于我们的三维世界来说，三维宇称是很难自身形式表达的，比如物理学中的正、反性物理性质就没有直接对应的几何图像，在拓扑几何中也很难直观表达内外翻转这样的日常事实，但是思想却是超越自身的，所以莫比乌斯带和克莱因瓶在流动的思想中能被理解，通常科学理论中强大的工具——模型，本质上就是某种具体思想的一种“合理”表达方式，但这通常都要复杂的专门理论和跨学科学的方法支持，而且常常充满了争议。但是中国传统的阴阳理论却能毫无困难的被广泛应用到几乎一切实际事物中，阴阳能够被理解为所的事物的本质性质，我们甚至可以说阴阳就是现实中的宇称理论，中医理论可以看作是阴阳思想的一个杰出理论范例。

2.5.空间维数的几何哲学

从太极几何的观点出发，现在我们可以回答2.1.2.中那个最困难的几何学认识论问题了，当地平面在无限远处发生太极缝合时，我们是被缝在内还是在外，或者我们是在天之外还是天之内？这个回题的回答取决于我们自己的维数，当我们是三维时，我们在外，当我们是二维时，我们在内，或更正确地说在“其中”，因为这时我们没有了三维视角。

人类的思想是穿越自身的，这样数学和物理学理论依靠人的思想才能够探索高维科学问题；“太极无极”和“太极两仪”则是以抽象的理念表达了世界的无限性和统一性。太极几何没有自身的悖论，太极就是自身的超越同一，这正是作为元哲学的中国思想的真谛。

2.6.空间几何原理

为了符合学术习惯，我们可以将太极几何学的原理翻译为普通几何语言：

空间连通性原理（拓扑原理）：几何空间在自身无限远处发生自身翻转。

这里的“翻转”一词要用模型才能精确定义，比如，两维拓扑面以一维拓扑线为开口发生自身扭转，这就是莫比乌斯带和克莱因瓶的拓扑模型。这个原理同样可以作射影几何学上的理解。

这个原理并不以二维太极面为限，比如我们可以想象三维太极几何体在欧氏四维世界中是如何被二维太极面缝合的，也可以想象零维的情况，这些实际上正是现代物理学和数学最前沿的领域，这种专业性的艰深远不是简单直觉想象所能够轻易达到的，但至少，在太极几何中，我们经过锻炼的普通直觉想象力能够有助于理解那些最困难的工作的基本性质，当然这也大有助于对我们现实世界的领悟，成为我们人生的价值。

3.中国哲学与科学理论中的认识论问题

3.1.几何学的大哲学观

3.1.1.与几何学这样的科学不同，太极几何是我们自身世界而不是对象世界的图像，关天世界的存在和存在性质，西方哲学中从来就存在许多两两对立的论题，如存在与非存在，精神与物质、主观与客观、经验与理性、归纳与分析……等等，这些相互对立的命题往往都是即无法自我证明，也无法相对证否的。

从太极几何的理论理解，太极世界只能是我们的世界的直实，如果我们的世界不是太极真实的，我们就不能断定我们的世界是对立方法所描述的对立两方中任何一种，因为与任何一种断定相对立的命题也是不能反驳的，这样这个世界就只能是一个悖论。

3.1.2.太极几何能够使我们具有这样一种理解力：我们的世界即是太极单连通的，也同时是自身互补相生的，因此她能够自己产生，自身发展，自己解释，这就是易的本义，是道的真谛。依靠几何学的表达形式和现代几何学的强有力的理论工具，太极理论得到了比历史上任何时候都清晰的思想清晰性，几何学的本质也因太极几何的阐释而得到认识论上的澄清，中国哲学的思想本质和能力得到淋漓尽致的发挥。

3.1.3.我们是从几何学出发的，经过欧氏几何、射影几何和拓扑学，达到太极几何，最后进入到哲学，因为几何学的纯粹性就是空间的纯粹性，在这个意义上几何学是物理学的逻辑学，因此几何学与物理学能得到统一的理解。

3.1.4.空间的物理性质一直是现代物理学中最困难的基本问题，物理空间不同于几何空间就在于物理空间具有自身的物理性质，而这与几何学中空间的几何纯粹性是不相容的，所以物理学一直在寻求自己区别于几何纯粹性的物理实在，物理学中传统的以太假设就是一个即驱不散，也捉不住的空间自身性质的幽灵，但物理学即无法以实在的方式实验它，也不能以几何方式表达它。观在，只要我们以太极几何看待以太，太极几何也就可以成为以太几何。

3.2.中国互补原理

3.2.1.互补这个概念是从数学中引伸的，比如，所有不属于集合a的元素就是a的补集，a通常为有限，但a的补集可能是无限的，因此互补的意义就不能限定为对等、对立意义上的相互关系，把不对等的相互关系处理为对等关系就导致逻辑悖论，事物的自身总是无限与有限的统一，有限可以处理为同级关系，甚至是某种级与级的同级，但对于无限则不能。解决悖论的方法就是引入更高的空间维数或无限层次（如罗素的类型论），但这一来理论本身就变得无比复杂。

3.2.2.阴、阳是中国式互补关系，互补在这里的特殊意义是自身的内涵而不是对立意义上的外延。阴阳是所有事物的自身性质而不是事物自身，它表现在所有的事物上，但没有绝对分裂对立的孤阴孤阳的事物。阴、阳不是形式互补关系，而是事物自身的存在性质。

3.2.3.从几何学出发，太极几何是本体论意义的，基于中国思想的超越性，太极几何是存在论意义的，这样，传统哲学中最困难的本体论与存在论的问题得到了一种全新的理解视角。在纯粹的哲学思辨的意义上，我们可以说，“本体论”和“存在论”就反应了世界自身存在的互补性。

3.2.4.我们习惯了对世界的分裂或对立互补的看法，但这是一种将人自身的存在排除在外的观点，这时候人不自觉地成为一种观察或活动的工具，自然、世界、生命、甚至人自身都成了被工具外理的对象，当然对于生存的人，这是一种必然的需要，但对于人的存在价值却可以造成一种忽视，人只有在与自然、世界和人的自我本质的互补同一性中，才能最终实现人自己。

3.2.5.中国互补原理的精髓就是你不能把你考察看的对象作为与自己无关的对象考察，你总是不同程度的参与者，你永远不能真正地置身于“外”，当你考察、观察、试验、理解“客观”世界时，你并不能真正将“主观”对立在“客观”之“外”，自身同一的互补性永远是无法排除的，问题在于你在何种程度上做到这种自觉。

3.2.6.物理学家玻尔将互补原理用于量子理论中最困难的认识论问题，由于没有对互补原理的精确的哲学理论支持，物理学家们多少只是被迫接受了他的解释，实际上太极几何可以完美地解释诸如波粒两像性这样最令人困惑的问题，而且正像玻尔所期望的那样“简单”。

3.3.道

空间的连通性是一种超几何学的学术思想，这区别于元几何学的纯粹意义，在科学基础和前沿理论中有广泛的触及，在数学领域和物理学的各种交叉学科中艰难地被探索，以令人生畏的抽象性和几乎难以忍受的复杂方式被表达出来，可是一直到今天仍没有形成一种成熟的哲学思想，更没有形成专门受哲学理论支持的学术理论，但这却可以看作是中国思想“道”的理念在空间自身的本质上的表现，空间自身的超几何连通性和对它的表达能以一种科学思想体现“道可道，非常道”含义，至少，我们在太极几何中(如在2.5.和2.6.中)可以领略到这无限风光。

3.4.无限

无限是世界的终极秘密，也是一切学术思想、理论的极限，只有哲学能够以自身的超学科性的地位对待它，只有人类的思想能以自身的超越性思考它。“希腊人未能领悟到无穷大、无穷小和无穷步骤，他们对无穷的空间望而生畏”，但是中国传统文化中天人合一的理念表明，中国古人由于不是把人从自然、世界与历史中分割出来，从而在不自觉中把握住了无限的真谛，中国思想以她的文化禀赋精妙地演绎了无与无限的哲学。

3.5.结语

西方哲学家，特别是近代从康德以来的哲学家们，前仆后继，竭精虑智，孜孜不倦地寻求对哲学、形而上学的科学化，但与科学的巨大进步相比，哲学的进展非常有限；我们中国人也常常为我们的先人没有发展出像早期埃及、西腊人那样的光辉的几何学而叹惜，但是我们却不知道数千年的文化传承与无数历史沉积包裹着中国思想这颗变易无为的太极之心却穿透了宇宙的最深邃的秘密，借助于几何学的哲学本质和现代几何学的强大的表达能力，元哲学的中国思想能够实现和表达为一门“哲学学”形式的科学，甚至可称之后现代意义上的“中国哲学”，今天那怕能够稍稍一窥她的光芒，都足以令人感受震撼。

主要参考文献：

a．亚历山大洛夫等，数学——它的内容、方法和意义，王元等译，科学出版社，1962

篇6

论文关键词：物理学科　农业学科　学科交叉　物理农业　人才培养

论文摘 要：通过在农业科研中把物理学科知识与农业学科知识相结合的实践，探索物理学科与农业学科结合对农业可持续发展、农业人才培养等方面的有利作用。展望学科交叉对培养新世纪具有全新知识结构人才的广阔前景，推动物理农业的稳步发展，充分发挥学科交叉的潜能。 

在知识经济、信息化时代，实施科教兴农不仅要善于创造新知识，吸取人类的一切文明成果，而且要善于把新知识、新成果转化成新产品，转化为现实生产力，才能发挥知识和科技的价值［1］。农业院校在科研中，考虑不同学科的交叉融合，把基础学科与优势学科整合，通过学科边缘交叉是技术创新链中必不可少的环节。

本文结合魔芋科研项目中物理技术在控制病害发生、提高产量等方面的应用，就物理学科知识与农业学科结合在农业生产中的应用和优势展开论述。探索通过物理学科与农业学科的有益结合，思考对培养新世纪合格农业人才、推动农业走可持续发展的生产模式等问题。

一、学科交叉，优势互补

在科技迅速发展的今天，时代的发展和科技的进步推进了科学技术向纵深方向发展，学科之间相互交叉渗透是当代科学发展的一个主要趋势。

现代科技发展的学科高达分化基础上的高达综合的特点说明，科技的发展需要不同学科和技术的横向联合就能形成整体优势，边缘交叉容易出现新的生长点 ［2］。尤其是物理学这一基础学科，与其他学科的结合更是越来越突出，如计算物理学、数学物理、物理化学、生物物理学等，这些交叉学科的出现，无疑促进了物理学及其他学科的发展和延伸。其中物理学与农业科学的交叉渗透，使“物理农业”脱颖而出，并且有效推动了生态农业、有机农业的健康、稳步发展。

二、物理学科与农科知识结合的必然与优势

1物理学科与农科生物科学相结合的必然

（1）自然科学领域内必然存在同一的、共同的联系。20世纪以来，以数学为工具、物理学为理论基础的学科发展，已逐步把除生物学以外的其他学科同一起来［3］。而物理学研究的物理运动是自然界最普遍的一种现象，它渗透于自然界的任何生命系统，因此物理学也要研究生命、时间和空间的性质、联系等，它与生物学科也存在同一的、共同的联系，这一点也是被历史证明了的。1943年，物理学家薛定谔写下了《生命是什么》一书，从物理学的角度对生命现象进行了详细的阐述。现今生命科学中的许多重要概念如“遗传密码”，就是由薛定谔首次提出的；21世纪关于生命现象的描述性信息太多了，新的工作框架——定量生物学的应运而生，使生物学、化学、物理学、数学这些基础学科联系起来；同时在农科教材中也不乏许多物理科学知识，如离心分离技术、宏观、微观方法——气体分子热运动理论、红外测温、卫星遥感、生物与熵、正常细胞的电模型、衍射现象、生物体的旋光现象、核磁共振技术和物质的放射性，等等，涉及了物理学的力、热、电、光、磁，原子物理、相对论、量子力学等许多方面。可见，物理科学与农科知识间存在着密切的联系。

（2）物理科学的思想方法和实验方法已日益渗透和应用于各个自然科学领域，包括农科的生物科学。20世纪50年代以物理学的X射线衍射结构分析为基础的分子生物学的成就与发展技术被引进了生物学，从而确定了DNA的双螺旋结构，至今X射线衍射晶体分析法仍是分析生物大分子立体结构最精确的技术［3］；物理学和生物学的交叉学科生物物理学在研究思路、应用的理论和方法方面就突出了物理学的特点。

从当代科学技术发展规律以及走在国际前沿开展科学研究的美国、英国的趋势来看，21世纪生命科学与物理科学之间的融会贯通已经势不可挡。美国国家科学基金会与国家卫生研究院联手资助大学建立了多个跨学科的Bio-X中心，英国生物技术与生物科学基金会在2003年也建立了以10年为期的重大研究计划——预测生物学。这个蓬勃发展的交叉学科正在成为大量学术会议、高质量学术杂志以及基金资助机构的主角。可见，物理学科与农科生物科学间的交叉融合是必然的。

2把物理知识用于农业的现代物理农业的优势

早在20世纪70年代，日本等国就已开始研究现代物理农业工程的单项技术；我国自20世纪90年代进入物理农业—物理技术应用到农业领域，应用物理学技术、方法和基础理论研究农业生产过程和农业生物生命过程中的物理规律，以及物理因素对生物系统的作用机制，涉及物理学、材料学、动植物学及农学领域的多学科交叉综合的一门新生学科［4］。随着国际贸易农药残留标准越来越严格的动态趋势，消费者对农产品健康、安全的高要求，“物理农业”的精英们在中国应用物理农业技术方面进行了不懈的探索。

近5年来，在天津、大连等地已开展得如火如荼且已取得骄人的成绩，有力地说明把物理科技应用于农业领域，能推动传统农业的变革，是一种独特有效的生产方式。

在我国，应用于农业生产的现代物理农业技术有：磁化、电场处理种子技术、电子杀虫技术、空间电场防病促生技术，等等，而且取得了显著的成效。相对于化学农业来说是一种高效、无环境污染且成本低廉，易实现效益转化的农业技术 ［5］ ，可控制化肥和农药的使用量，并且能达到提高品质、抗病增产的目的，保证农产品达到质量、绿色、无污染的标准，具有显著的经济效益和社会效益。可见，把物理科学知识参与农业生产过程，利用物理因素和物理技术应用于农业，有着诱人的前景与潜力。

三、在农业科研中，进行物理技术与农业栽培措施有机结合的探索

前人把物理技术应用于科研已取得了一些成果，低温和紫外线辐射植株地上部分后能有效抑制病害发生，并对植株生长产生良好的影响，这在小麦、大豆、玉米、郁金香、百合、大蒜等作物上已得到证实。

魔芋是经济价值较高的作物，近年已成为山区农民脱贫致富的有效途径。然而，在魔芋生产中，魔芋软腐病已成为魔芋生产和魔芋产业发展的主要制约因素。鉴于魔芋软腐病的主要初侵染源是种芋及土壤，种芋带菌是引起植株发病的主要原因这一特性，以及温度、紫外线等物理因子影响魔芋生产的研究尚未见报道，因此，笔者于2008年至2010年间开展了“低温、紫外线对魔芋种芋生长的影响”研究，通过对魔芋种芋进行不同强度的低温冷藏和不同时长的紫外线辐射，研究不同处理对魔芋生长过程中软腐病的控制及产量表现的影响，把物理学科与农业学科知识结合应用于科研生产。通过此研究得出结论：用低温冷刺激、紫外线杀菌处理魔芋种芋能降低病害，提高产量，把物理因子低温、紫外线这样应用对魔芋的影响是正向的；试验中不施用化学农药，保证了生产的魔芋没有药物残留，绿色环保。

笔者在科研中把物理科学与农业科学结合的探索取得了一定成效，这种生产成本低、简便易行的生产方式对改善和提高魔芋品质、保护生态等方面具有现实意义。

四、物理学科与农业学科结合的展望与思考

1加强物理学科与农业学科的融合，有利于学生的就业（创业）与升造

农业院校教学与科研中注意物理科学与农业科学的融合，有利于教师的农业科研拓展，更好地服务“三农”的同时能加强学生交叉学科知识素养，能拓宽农科学生的农业生产技术。毕业生面对需要大量知识和技术的市场就业更具有绝对的优势；对于毕业且有志于继续深造的学生，可选择由交叉学科而产生的新兴领域为方向，而现代新兴的物理农业中所涉及的有关食品安全、生态农业等诸多问题有待应用科学理念和现代技术加以解决，农业院校的学生由此领域为方向就是一个不错的选择，其中加强物理学科与农业学科融合的培养对他们的知识积累无疑是一个很大的推动。

中国理论生物物理学家欧阳钟灿院士呼吁：“为培养具有全新知识结构的研究人员，首先应革新大学生命科学相关的教学”，呼吁高校生物系反省传统的教学内容和方式，适当增加数学、物理学等其他学科的知识，与美国著名的倡议“培养21世纪的科学家：本科生的生物学教育”（Undergraduate biology education to prepare research scientists for the 21st century，简称Bio2010）相呼应［3］。现在中国的一些高等院校已开设了生物物理学等交叉学科专业，希望“培养出来的跨学科学生能操同一种语言去建造生命科学的通天塔”。

2提高农业生产技术，走可持续发展的生产模式

在“绿色革命”“转基因作物”的粮食增产模式一一亮相的时候，物理知识应用于农业生产的物理增产技术也在低碳农业、节水农业的倡导环境中备受关注。把物理中的力、热、光、电、磁等知识与技术应用于农业生产的“物理农业”，区别于传统的“化学农业”，不用化肥、农药、生长调节剂的农业生产方式，减少环境污染，恢复耕地质量，阻止环境恶化与生态退化，是解决“先污染后治理”“先发展后治理”问题的重要途径之一。

近年物理农业已展示了它的“神奇”，相信物理农业在未来的发展中，不仅在粮食生产的健康安全、增产增收方面能取得辉煌的成绩，也能兼顾到农业生产和生态环境的相容，同时为农业、生态的可持续发展做出杰出的贡献，在农业与环境的协调发展中充分发挥物理科学知识的作用，充分展示交叉学科的魅力。

参考文献

［1］吴文胜，程立佳.发挥高等农业院校优势，努力为科教兴农服务［J］.高等农业教育，1999(4):29—31.

［2］胡跃高主编.农业总论［M］.北京:中国农业大学出版社，2000(9).

［3］袁观宇.生物物理学［M］.北京:科学出版社，2006.