量子计算的意义范文

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[11]NARAYANAN A， MOORE M. Quantuminspired genetic algorithms [C]// ICEC96： Proceedings of the 1996 IEEE International Conference on Evolutionary Computation. Washington， DC： IEEE Computer Society， 1996： 61-66.

[12]HAN K H， KIM J H. Genetic quantum algorithm and its application to combinatorial optimization problem [C]// ICEC 2000： Proceedings of the 2000 IEEE Conference on Evolutionary Computation. Washington， DC： IEEE Computer Society， 2000： 1354-1360.

[13]李士勇， 李盼池. 基于实数编码和目标函数梯度的量子遗传算法[J]. 哈尔滨工业大学学报， 2006， 38（8）： 1216-1223.

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关键词：数字水印；独立分量分析；小波分析

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)20-5584-02

An Algorithm of Digital Watermarking Based on ICA

ZHAO Wei, CHEN Wei-jie, CHEN Ren-an

(Chengyi College of Jimei University, Xiamen 361021, China)

Abstract: An algorithm of digital watermarking based on Independent Component Analysis (ICA) is proposed to improve the robustness of digital watermarking. Firstly, At first the original image is decomposed by DWT, then the approximation image is embedded with pre-processed watermark. The watermark is abstracted resorting to Fast Independent Component Analysis (FastICA). The results of emulation under Matlab have demonstrated that the proposed approach is robust against common signal processing such as JPEG compression, noise, cropping and so on.

Key words: digital watermarking; ICA; DWT

1 概述

随着计算机和Internet的普及数字产品的复制和传播变得越来越方便。这就使得数字产品的信息安全问题日益突出。如何有效地防止数据的非法复制和鉴别数字媒体的知识产权，成为亟待解决的问题。数字水印技术应运而生成为研究的热点，是版权保护的有效方法[1-2]。水印的鲁棒性是衡量水印算法性能的一个重要指标，水印在经受大量有意或无意的攻击和失真之后，应该仍然能够提取出水印或者能够证明水印的存在。

数字水印技术按水印嵌入的位置分为空间域算法和变换域算法。空间域算法是将水印直接嵌入到原始图像的空间域上，该算法运算速度快，但鲁棒性较差。变换域算法是将水印嵌入到原始图图像的变换域（DCT域、DFT域、DWT域、ICA域等）上，该算法具有较强的鲁棒性。小波变换因其很好地匹配人类视觉系统特性及与JPEG2000标准相兼容，因此在数字水印上有着广泛的应用。

独立分量分析（ICA）[3]是一种基于高阶统计量的信号分析方法，它可以找到隐含在数据中的独立分量,已广泛应用于信号处理领域，在图像处理方面的应用有：图像特征提取、图像去噪、人脸识别和检测、图像分离、图像水印和遥感图像处理等，并且取得了令人满意的结果[4]。

2 独立分量分析

独立分量分析以非高斯源信号为研究对象，在对它们作统计独立假设条件下，将观测到的多路混合信号变换到相互独立的方向上，使经过变换所得到的各个分量之间不仅正交，而且相互独立。

ICA的数学模型为：假设n个相互独立的源信号s=[s1,s2,…sn]T经过线性系统A混合后得到m个观测信号x=[x1,x2,…xm]T，即：x=As。ICA的3个基本假设如下：1、m≥n，通常令m=n即混合矩阵A为满秩矩阵；2、源信号s的各个分量之间相互统计独立；3、源信号s的各分量最多只允许有一个是高斯分布的。

ICA是在s和A未知并在以上三个假设的条件下，仅通过观测信号x将源信号s估计出来的一种算法。因此ICA的问题可视为求解一个解混矩阵w,使得y=wx=wAs=Gs=的各分量尽可能相互独立，并把y作为源信号s的估计。

常用的ICA算法有：非线性去相关算法、最大似然算法、Jutten-Herault算法以及FastICA[5]算法。FastICA算法因其具有较快的收敛速度，而成为目前ICA使用的主流算法。

3 算法分析

本文提出了一种基于独立分量分析(ICA)的数字水印算法,即将预处理过的水印嵌入到图像的小波低频子图得到含水印的图像，采用FastICA算法提取水印，并对提取出的水印进行适当的增强处理。仿真实验表明，该算法具有较强的鲁棒性。

3.1 水印预处理

为了对提高水印的鲁棒性和隐蔽性，在水印嵌入前先对水印进行过采样和置乱等预处理。过采样即将原始水印按自身进行复制扩展。为了提高水印的安全性及隐蔽性，采用Arnold置乱算法将水印置乱成难以辨认的图像，并将置乱频率f作为密钥k1用于还原水印图像。

3.2 水印嵌入算法

原始图像经过小波变换后，主要能量集中在低频子图，细节部分集中在高频子图。为了提高水印的鲁棒性，嵌入算法（如图1所示）将水印图像嵌入到二级小波分解的低频子图，具体流程如下：1）将水印图像w进行过采样和Arnold置乱处理，得到处理过的水印图像w2；2）将原始图像S进行二级小波分解，并把低频子图LL2作为密钥k2保存起来，用于提取水印；3）将w2嵌入到LL2，即LL2'=LL2+α×w2，其中α为嵌入强度；4）进行逆小波变换即可得到含水印信息的图像S1；

图1 水印嵌入算法 图2 水印提取算法

3.3 水印提取算法

水印提取算法（如图2所示）采用独立分量分析技术从受攻击图S2中提取出水印信息，并通过还原和增强处理，获得效果良好的水印图像。提取算法的具体流程如下：

1）将受攻击的图像进行二级小波分解，得到低频子图LL2”；2）将LL2”与密钥k2视为两个观测信号，利用FastICA算法进行分离变量，得到水印图像w3；3）利用密钥k1对w3进行置乱还原，得到w4；4）将w4中各位置上的水印进行加权平均，各位置上水印的权重相同，得到w5；5）对w5进行平滑和二值化等增强处理，即可得到效果良好的水印图像w’。

4 算法仿真

本文采用256×256大小的Lena图像作为原始图像S(如图3所示)，采用36×36大小的二值图像(汉字“水”)作为水印，在Matlab下进行仿真实验。水印嵌入强度α=0.1，含水印的图像S1与S的峰值信噪比(PSNR)为42.9548。由图3可见，人眼不易察觉S与S1间存在差异，说明这种嵌入算法具有较高的隐蔽性。水印及其预处理图像如图4所示，经过扩展及预处理后水印信息人眼根本无法辨别，因而使得水印具有较高的安全性。

对含水印的图像S1进行常用的攻击实验(中值滤波、高斯滤波、盐攻击、裁减攻击)，得到受攻击图S2(如图5所示)。表1列出了受攻击图S2与原始图像S的PSNR值。提取出的水印图像如图6所示。

图5 常见攻击获得的图像 图6 从常见攻击中提取的水印图像

表1 本算法对常见方式攻击的鲁棒性检测

采用JPEG压缩方式对含水印图像S1进行攻击，源图像与攻击后的图像的PSNR值如表2所示，提取出的水印图像如图7所示，其中Q为品质因子。

表2 本算法对JPEG压缩的鲁棒性检测

5 结束语

本文提出的一种基于独立分量分析的数字水印算法，具有如下特点：1）由于采用独立分量分析，水印提取过程中不需要原始水印参与；2）水印嵌入在二级小波变换的低频子图，具有较强的鲁棒性；3）水印预处理阶段采用过采样和置乱处理，提高了水印的抗攻击性和安全性；4）水印提取后的增强处理，使得提取出的水印效果良好。仿真实验表明，该算法对JPEG攻击及常见的攻击方式具有较强的鲁棒性。

参考文献：

[1] 高玉娜,杨忠根.基于DCT域的数字水印算法[J].电脑知识与技术,2009,5(4):868-870,876.

[2] 汤震浩,雍士华,马小虎.基于DWT和SVD的数字水印算法[J].电脑知识与技术,2009,5(25):7208-7210.

[3] 游荣义,.基于小波变换的盲信号分离的神经网络方法[J].仪器仪表学报,2005,26(4):415-418.

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关键词：新会计准则 公允价值 计量属性 损益 资本公积

中图分类号:F230 文献标识码:A

文章编号:1004-4914（2010）12-170-02

自2007年1月1日起，我国企业会计准则体系正式实施。新体系的实施，是实现我国会计准则国际趋同、有效提高会计信息质量、进一步提升我国会计整体水平所迈出的重要步伐，是推进企业改革、促进资本市场发展、提高对外开放水平的一项基础性工程。

新准则对旧准则的调整和修改有很多，引发了诸多的讨论，而最大的亮点之一便是引入了公允价值计量属性。

一、公允价值的含义

公允价值又称市价、公允价格，很多机构都对其做出了不同的定义，例如FASB（美国财务会计准则委员会）于2006年9月正式的美国财务会计准则第157号――将公允价值定义为：“公允价值是指在计量日的有序交易中，市场参与者出售某项资产收到的或转移负债支付的价格。”

我国会计准则委员会在新会计准则中提出：“公允价值，是指在公平交易中，熟悉情况的交易双方自愿进行资产交换或者债务清偿的金额。”但相对于国际会计准则来说，新会计准则对公允价值计量模式的使用范围还比较谨慎，主要体现在投资性房地产、金融工具、非货币性资产交换、债务重组和非共同控制下的企业合并等方面。

二、公允价值计量的产生

传统财务会计一直沿用的是历史成本的计量模式，遵循稳健原则和追求客观性原则。然而，随着经济的发展，特别是金融市场的迅速发展并成为现代经济的核心，历史成本的计量模式受到前所未有的挑战。由于财务报告中的资产是以历史成本计价，并没有考虑一些重要因素影响，如市值变动和通货膨胀，所以资产的账面价值与现行的市场价格常常有很大差异，很容易误导信息使用者。

为更真实的反应资产或负债在公平市场上的价格，增加财务报表可靠性、透明度，公允价值会计应运而生。

三、按公允价值计量时会计科目的分析

金融工具可以分为基础金融工具和衍生工具。金融工具的确认和计量具体包括金融资产和金融负债的确认和计量。现行准则可以分为以下几类：以公允价值计量且其变动计入当期损益的金融资产或金融负债（更进一步分为交易性金融资产或金融负债和直接指定为以公允价值计量且其变动计入当期损益的金融资产或金融负债）；持有至到期投资；贷款和应收款项；可供出售金融资产；其他金融负债。

下面举例在金融资产计量中按公允价值计价时涉及到的会计科目及其核算方法。我们重点介绍其中的交易性金融资产和可供出售金融资产的计量。

公允价值变动损益，也就是通常我们所说的未实现的账面盈亏，其中交易性金融资产的公允价值变动要计入当期损益，并计入“公允价值变动损益”这一损益类科目，而可供出售金融资产的公允价值变动则计入所有者权益类的科目―“资本公积――其他资本公积”。

“公允价值变动损益”是一个全新的会计科目，用来反映金融资产公允价值的变动与转回情况。“资本公积”是一个传统科目，也是一个非常特殊而且多用途的科目。这次准则修改后，在其二级科目“资本公积---其他资本公积”下增加核算可供出售金融资产的公允价值变动和递延所得税影响的功能。

四、按公允价值计量时的账务处理

案例，某公司于2009年5月1日从股票二级市场上购入10000股A股票，成本价10元（不考虑相关税费），购入10000股B股票，成本价20元。并且将A股票划分为交易性金融资产，B股票划分为可供出售金融资产。所得税率25%。

借：交易性金融资产―A股票―成本 100000

贷：其他货币资金 100000（1）

借：可供出售金融资产―B股票―成本 200000

贷：其他货币资金 200000（2）

2009年12月31日，A股票收盘价为13元，B股票收盘价为25元

借：交易性金融资产―A股票―公允价值变动 30000

贷：公允价值变动损益 30000（3）

借：可供出售金融资产―B股票―公允价值变动 50000

贷：资本公积―其他资本公积 50000（4）

股票A产生的递延所得税负债

借：所得税费用―递延所得税费用 7500

贷：递延所得税负债 7500（5）

股票B产生的递延所得税负债

借：资本公积―其他资本公积 12500

贷：递延所得税负债 12500（6）

根据税法的收付实现制原则，该公司2009年的应纳税所得额为零，所以不需计提“所得税费用―当期所得税费用”。

假设该公司2009年除上述业务之外，没有发生其他任何业务。

由此得知，该公司2009年确认了30000元的公允价值变动收益并计入当期损益，同时确认了7500元的所得税费用（递延所得税费用）。所以在2009年12月31日，资产方交易性金融资产增加了30000元的市值，可供出售金融资产增加了50000元的市值。负债方递延所得税负债增加了20000元，所有者权益方增加了60000元（其中，资本公积―其他资本公积增加了37500元，未分配利润增加了22500元）。具体见下表。

2010年1月1日，该公司将其持有的A股票与B股票全部出售，出售价分别为13元、25元（不考虑相关税费）。

借：其他货币资金 130000

贷：交易性金融资产―A股票―成本 100000

公允价值变动 30000（7）

借：公允价值变动损益 30000

贷：投资收益 30000（8）

借：其他货币资金 250000

贷：可供出售金融资产―B股票―成本 200000

公允价值变动 50000（9）

借：资本公积―其他资本公积 50000

贷：投资收益 50000（10）

借：递延所得税负债 7500

贷：所得税费用―递延所得税费用 7500（11）

借：递延所得税负债 12500

贷：资本公积―其他资本公积 12500（12）

根据税法的收付实现制原则，该公司在2010年的应纳税所得额为80000，应交企业所得税20000元（30000*25%+50000*25%）元。

借：所得税费用―当期所得税费用 20000（7500+12500）

贷：应交所得税―应交企业所得税 20000（13）

假设该公司2010年除上述业务之外，没有发生其他任何业务。

由此得知，该公司在2010年出售股票时，交易性金融资产确认了30000的投资收益，可供出售金融资产确认了50000的投资收益。同时转出2009年确认的、计入利润表中的30000元的公允价值变动损益，计入“资本公积―其他资本公积”的50000元的公允价值变动损益。转平2009年确认的递延所得税负债。具体见下表。

五、按公允价值计量的优势

在金融资产的核算中，公允价值变动（也就是所谓的账面盈亏）的披露可以为内外部的会计信息使用者提供更为充分、有效、透明的财务报告，提高了会计信息的决策价值，从而更有效地帮助会计信息使用者进行决策，保护投资者的利益。在传统的历史成本计价的模式下，无法披露公司持有金融资产的账面盈利（即公允价值变动收益），在金融危机下，更无法披露隐藏内部的巨额亏损。只有等到出售金融资产后才得以披露。

六、按公允价值计量的缺点

1.证券市场尤其是二级市场的股票价格不仅受经济周期和企业基本面的影响，更受投资者心理的影响。尤其像我国这样的新兴市场经济国家，股票二级市场的投资者并不成熟，相关制度建设也很落后，所以难免股价的波动过于剧烈，致使一些金融企业利润表中的“公允价值变动损益”科目的金额变化非常大，一般的会计信息使用者难以看懂，甚至会得出错误的投资决策。

2.上例中，2009年、2010年核算金融资产市值变动的账务处理中可以看出，“公允价值变动损益”与“资本公积―其他资本公积”均为过渡类科目。在购入的金融资产全部出售后，以前计入的公允价值变动全部转出（借、贷方累计发生额相抵为零），相应增加转出当期的投资收益，详见分录（8）、（10）。如果某只股票是在当年购入并在当年出售，“公允价值变动损益”科目借贷方相抵为零，实现的损益计入当年的投资收益。但是上例中以交易性金融资产为例，该公司在2009年购入股票A，在2010年出售。2009年实现30000元的公允价值变动收益，相应增加7500元的所得税费用，增加2009年22500元的净利润，最后转入资产负债表的未分配利润。在2010年出售时，一方面转出公允价值变动损益30000元，一方面确认相关投资收益30000元。一方面确认了7500的当期所得税费用，一方面转销了2009年确认的递延所得税费用7500元。所以该交易性金融资产对当年的会计利润贡献为零，参加分录（8）、（11）、（13）。就该项经济业务的实质来说，相关的投资收益应该是2010年才实现的，却没有增加2010年的净利润。2009年增加的净利润只是账面盈利而已，并没有真正实现。

3.公允价值变动大量进入利润表，增加了年末的未分配利润，然而由于是尚未实现的账面盈利，并没有相应的现金流入企业，企业可能利用金融资产的分类进行利润操纵，不利于股利政策的制定。

七、个人关于公允价值计量改进的建议

公允价值计量属性有这样那样的缺点，然而就像历史成本、重置成本、可变现净值等计量属性一样，每一种都有他们固有的弱点，而且都存在执行的问题。即使在2008年金融危机之时，按公允价值计量的会计准则曾起到了一定的消极作用，但是我们不能因噎废食。作为一种比较先进的计量属性，我们应当发扬其优点而尽量避免其弱点。

笔者认为，在存在活跃市场的金融资产的计量中，为避免上述问题，应当将所有金融资产未实现的账面盈亏（即公允价值变动损益）计入所有者权益，而非计入利润表（即取消“公允价值变动损益”科目），并且在利润表的“其他综合收益”中作为备注反映。这样既可以金融资产的公允价值反映企业某个时点的财务状况，又可以避免利润表的大幅度波动，如实反映企业已实现的实际盈亏，有利于企业股利政策的制定，完全堵塞了企业利用金融资产分类操纵利润的源头，从而为内外部会计信息需求者提供更为透明的财务报告。

总而言之，随着我国社会主义市场经济的发展,会计信息的使用者已从国家各有关部门、企业管理者和职工扩展到国内外几千万股民等不同文化层次的社会公众。而作为报表的提供者不可能要求每个使用者都要去理解公允价值的确切含义和核算方法。这就从客观上要求我们尽量提供相对简单明白的报表确保会计信息明晰简单、通俗易懂，将繁杂难懂的程序深入浅出、言简意赅地表述出来，同时为广大会计人员“减负”。本文只是粗浅的提出了自己工作中关于公允价值核算的一些心得体会，浅显错弊之处在所难免，同时鉴于笔者学识水平有限，请读者不吝指正。

参考文献:

1.中国注册会计师协会.会计.中国财政经济出版社，2008

2.财政部会计司编写组.企业会计准则讲解.人民出版社，2006

3.财政部会计准则委员会编译组.市值会计研究.中国财政经济出版社，2009

4.葛家澍.关于在财务会计中采用公允价值的探讨,会计研究，2007

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注意教材书（文献［9］）已有"辐射场"及"能量场"的物理学概念。但囿于理论局限，使得教材书对这种场的描述是静止的（机械的）、孤立的（与物质世界无必然联系的）、无源的（原因不清），因而也是抽象的（没有物理意义的）。

上已证明，原子中能量量子化的根源是原子核，量子化是原子核自身性质。值得物理学注意的是，原子核这种性质并不孤立存在，它同时还严格地规定着所有外部世界。因而使得电子、原子、分子、物体、天体、宇宙都只能有唯一稳态位置和结构。这就是大自然最基本的内在本质规律。也就是普适方程即（20）式所揭示的规律。

那末，具体规律是什么呢？请看：

2辐射能场（存在）定理

研究表明，辐射能场准确存在可用定理表述。

〖辐射能场定理〗:任何粒子（含场粒子及天体，无例外，下同）在其周围都形成（存在）一种辐射能场，这种辐射能场可用普朗克常数?和量子数n＝0,1,2,3…准确具体描述。在微观辐射能场表现为量子化，在宏观则表现为大量粒子的简并统计结果。

3辐射能场实质

辐射能场实质系以粒子为中心，向周围空间抛射场粒子流（这里主旨中性场粒子流，对于电磁场当有别论），这种场粒子流经电子集约化就成了光子。研究也表明，任何光子包括X射线都准确如此。参见（15）式，据此不难描述任何光子的自身结构。并且可以证明任何光子的静止（如可能）质量均不为零。认为光子静止质量为零，还是量子力学根据"相对论"瞎子摸象猜测结果。

这已表明光子的真实粒子性。并可准确具体证明，所谓波动性实际上是普朗克常数与量子数相互作用的一种客观表象，任何光子都不存在任何物理意义上的波动属性。

4辐射能场形象

研究表明，辐射能场形象与点光源的光通量完全一致。对于原子核，其辐射能场可用图（3）准确表示：

图中箭头方向表示辐射能流方向，其线密度表示能流密度，n为量子数。

5辐射能场性质

研究表明，辐射能场实质系以光速抛射场粒子流（粒子上限为中微子），故，辐射能场具有排它性。原子核的辐射能场首先排斥核外所有电子，任何电子也因此未能落到核上，这是事实。所以，电子未能落到核上量子力学的任何解释都只能是自欺欺人的胡言乱语！也所以，玻尔对电子的担心完全多余。

需要指出，辐射能场这种排斥作用，通常主要表现为能量形式。相形之下排斥力效应很小，一般可忽略。这与太阳光辐射的能量效应十分明显，而太阳光的压力效应十分微小，完全相似。不过在研究宇宙膨胀时，完全不可忽略天体辐射的斥力效应。就是说，"宇宙斥力"存在。然，囿于历史和理论局限，爱因斯坦在提出宇宙斥力概念后，又不得不自我否定。

6原子核辐射能场数学表达式

大量研究表明，原子核（质子）的辐射能场数学表达式准确为：

E＝n2·h2／2mP·r2――――――――(21)

式中h为普朗克常数，n为量子数，mP为质子质量，距离为r＝0∞，需指出，辐射能场场强E具有能量量纲（这是因为使用因子h结果），其数值则为r处单位面积上的能量。

注意：该式与（64）式有必然联系，但物理意义微妙不同，且具有丰富物理内容（略）。

研究还表明，由此电子所得到的原子核辐射能场能量准确地为：

E＝n2·?2／2me·r2―――――――(22)

注意：这也就是玻尔量子化条件。

式中me为电子质量，不难看出普朗克常数h＝2π?紧密地联系着质子和电子。

已很明显，量子力学与玻尔相比，玻尔正确，量子力学谬误！

并且由（21）、（22）式不难看出，当量子数n＝0时，E＝0。需指出，这是物质结构非常状态。参见图（3），在n＝0时，原子核没有了辐射能场，原子核不再有排斥电子的能力。于是，电子必然落到核上。研究表明，这就是宇宙到达最低温度--宇宙奇点的情况。于是，原子中发生比核反应还强烈的变化，结果原子爆炸--物质爆炸--宇宙爆炸！这就是宇宙爆炸原因，由此也不难了解宇宙过去。

可悲的是，量子力学竟将量子数n＝0也定义为原子的一种稳定状态。可歌呼？可泣乎？灾难，罪过！阿们--

7辐射能场的实验验证

7.1太阳的辐射本领已足够大

目前世界公认太阳发射本领（文献[2]）为3.8×1033（尔格/秒），这相当于太阳每秒抛射出质量为m＝2×109(千克)物质。但如上可知，太阳实际发射本领远大于此。因为太阳光仅是辐射能流的一部分，这种能流粒子上限为中微子。

7.2宇宙正在膨胀

宇宙正在膨胀，表明"宇宙斥力"存在，这是宇宙中心辐射能场性质。宇宙正在膨胀恰系宇宙中心辐射能场的客观真实写照（或曰照片）。

7.3"太阳风"的存在

文献［10］介绍的"太阳风"正是本文定义的太阳辐射能场，太阳风就是太阳辐射能场的客观真实写照。该文献给出了对太阳风考察的卫星实际探测结果（文献图示略）。这可谓太阳辐射能场的真实实验验证。

7.4第四个验证是，任何原子中任何电子均未能落到核上，这是事实

不仅如此，人为方法：高能阴极射线、X射线或高能加速器也很难将电子打到原子核上。这绝非因碰撞截面太小，总会有几率。实际上正是由于原子核具有排它性的辐射能场排斥效应所致。由（22）式可见，电子得到的原子核排斥能与距离平方成反比例。在核半径处排斥能十分巨大，以致可忽略静电引力能。简单计算表明，电子必须具有200倍C(光速)才可能到达核半径处。也因此，玻尔对电子的担心完全多余！

需要指出，对此类问题，量子力学仍会故伎重演--狡辩。但经如上及以下分析论证，量子力学纯系主观臆造，对物理学实质问题全然无知，已经使得量子力学的狡辩不再有任何效力。

7.5第五个验证是人们熟悉的，然而又不熟悉的，这就是气体压力

量子力学会立即反驳说："气体压力来自分子热运动和碰撞"（文献[8]）。需指出，这种解释充其量只能算作表面化非本质解释，作为哲学或市民语言尚可，但不能作为物理学家语言。在严格物理意义上说这种解释是自欺欺人的。这种解释实际上并不清楚分子热运动的实质和根源，更不知温度对单个分子的意义是什么。量子力学（文献[8]）以公开宣称："对单个分子温度没有任何意义"。

这是因为量子力学有一剂灵丹妙药--波函数Ψ--量子力学家主观意识，就可以包治百病。温度与这灵丹妙药无任何联系，在灵丹妙药中没任何位置，所以温度没有用处。也所以量子力学结论：对于单个分子，温度没有意义。

但是，只要神经不错乱，人人都懂得，既然宏观温度是大量分子集体贡献，怎么能说单个分子没有贡献？单个分子又怎能摆脱温度环境？这与人对社会贡献完全一致，能说个人对社会的贡献没有意义吗？！

大量研究已经表明，温度概念同样也有极为丰富的物理内容。温度问题同样也贯穿全部物理世界全部内容。并对此可做如下结论：

普朗克常数h＝2π?与量子数n＝0,1,2,3…好比一对孪生兄弟，他们共同贯穿全部物理世界全部内容，并且，宏观温度T就是量子数n＝0,1,2,3…的照片。

注意，此结论在确切物理意义上正确。

研究还表明：分子热运动及分子间斥力的实际根源正在于原子（核）间排斥能场相互作用的结果。并可得以下具体结果：

PV＝∑Ei――――――――――――――――(23)

式中PV为气体压力势能，Ei为单个气体分子的辐射能场能量（推导略）。这种严格关系唯一证明分子（原子）辐射能场客观存在。此时并唯有此时辐射能场的排斥力效应也十分明显，这就是气体压力。

第五章大自然内在本质规律二

5.1大自然内在本质规律之二--潜动能客观存在

研究还表明，这种规律正确存在也可用定理表述：

5.2潜动能定理

〖潜动能定理〗：任何质量为m的物体（含场粒子及天体）当以速度V运动时，必有潜动能存在。若以符号T2表示则为：

T2＝（1/2）mV2―――――――――――（24）

可见，潜动能在数值上与物体经典动能（机械动能）相等。现将经典动能定义为显动能，并以符号T1表示之：

T1＝T2＝（1/2）mV2――――――――（25）

那么，可以定义物体运动全动能，以符号Tm表示则为：

Tm＝T1＋T2＝mV2―――――――――（26）

如果，质量m以光速C运动，其全动能必为：

Tm＝mC2＝E―――――――――――（27）

看！这就是遐迩闻名的爱因斯坦质能关系。这已表明，爱因斯坦质能关系只不过是物体（粒子）运动全动能之特例！然而，不仅爱因斯坦本人，而且后人至今都不清楚质能关系的物理意义。可（27）式中E＝mC2的物理意义是再清楚不过了！

5.3潜动能的物理意义

研究表明，潜动能普遍客观存在，实际上它是物体（粒子）运动时的伴随能量。由于潜在性，低速时或直观上人们难以发觉。只有在高速时才明显表现出来，所以人们至今尚不知晓。

研究表明，潜动能实质也是一种辐射能场，这种场粒子上限亦为中微子，对中微子目前尚不能检测，这也是人们尚未发现潜动能的直接原因。

需指出，温度为T的物体当以速度V运动时，同时存在辐射能场及潜动能能场，两种能场分别可测并须分别描述。但是，以下将完全证明原子核的辐射能场实际上就是原子核自旋潜动能。由此也证明潜动能普遍客观存在。

也所以潜动能的能量效应较其压力（即动量）效应明显，尤其当速度V＜＜C时，人们无法观测到这种动量效应。然而当物体速度接近光速（VC）时，潜动能的能量效应与动量效应均不可忽略。这时潜动能的能量效应形成爱因斯坦的质能关系事实；而其动量效应则形成"物质波"的事实。这就是"物质波"的本来面目和真实内容。

5.4潜动能的实验验证

5.1回旋加速器的验证

文献[10]介绍："电子在回旋加速器中，任何瞬间，轨道平均磁场的增量必须是轨道上磁场增量的2倍"。即：

dBave＝2dB―――――――――――――-（28）

这无疑表明本文如上全动能成立，亦即表明潜动能客观存在。

5.2电子在加速器中同步辐射光

电子在加速器中同步辐射光能正是电子运动的潜动能，并且，电子同步辐射光的波长λ为：

λ＝h·c／E――――――――――――――（29）

注意：式中能量E是电子同步辐射光能量，也就是电子的潜动能。

5.3地球的潜动能

地球有潜动能？从没听说过！有人说。

不错，但经本文由普适方程已经计算出地球确有潜动能：月球的存在给出完全的证明。因为本文对月球的计算表明，普适方程不仅适用于太阳系，而且适于地（球）--月（球）结构。并且，对月球的计算，得出两个重要结果：①由普适方程计算月球绕地（球）轨道半径与天文观测（文献［2］）的误差小于1％；②由普适方程计算得出--月球是颗裸星。这已是个奇迹，目前为止任何理论都办不到！

这种结果无疑表明：

第一，地球所得到的太阳辐射能刚好等于地球轨道动能，也刚好等于地球的潜动能。于是，地球能量处于一种动平衡中。这表明，月球绕地（球）轨道受地球潜动能严格支配，亦即受地球轨道动能严格支配，亦即受太阳能量严格支配。不仅如此，太阳以此严格支配着系内所有天体（无例外）的运行（位置、动能、尺寸、质量以及轨道曲线性质）。

第二，地球运动潜动能客观存在，在数值上准确等于地球轨道运行动能。故〖潜动能定理〗成立！

第三，"物质波"就是本文所定义的"潜动能"。

第四，普适方程无条件成立！

5.4X射线韧致辐射

周知，X射线韧致辐射最短波长λmin为：

λmin＝h·c／E－―――――――――――（30）

式中E为外加能量，在数值上等于电子显动能，也等于潜动能。需要指出的是，电子只能放出潜动能形成所谓的"波长"：λ。而电子的显动能与宏观物体的机械动能一样：只能直接作机械功，不能直接成为辐射能。量子力学对此问题"心不在肝"！

所以，（30）式的真实物理内容是：电子放出潜动能形成所谓波长：λ，这证明潜动能客观存在。可是，量子力学，还有德布罗意，把这称为"物质波"！

还要注意：由（30）式可见，韧致辐射最短波长λmin连续可变，这已完全表明电子能量连续可变。再一次证明"量子化"并非电子自身固有属性。

第六章物质波及其实质

6.1究竟物质波是什么

谈物质波问题，恰进入量子力学权威领地。作为权威，理应对此做出科学合理解释。遗憾的是虽经近百年发展量子力学仍满足于对物理现象作似是而非的猜测，量子力学的"波函数"概念正是对"物质波"现象的猜测，并强加给电子。

下面考察物质波。

德布罗意"物质波波长"表达式为：

λ＝h／p――――――――――――――――（31）

该式表示什么物理意义呢？

认真研究表明：虽然λ具有长度量纲，但并不表征任何长度物理量，只能表征粒子动量p的反比量度。之所以具有长度量纲，是因为动量p反比量度的单位取h的结果。除此之外（31）式不再有其他物理意义，或将其变化如下：

λ＝h／p＝hv／pv＝hv／mv2＝hv／Em―――（32）

式中Em＝Tm为前文定义的粒子运动"全动能"，这表明λ亦可表征粒子运动全动能的反比量度，或者说是对潜动能的一种量度。所以可结论：

6.2物质波实质

第一，"物质波"波长只能表征粒子运动时的动量效应或者潜动能，实质是潜动能的反比量度。除此之外（32）、（31）式不再有其它意义。

第二，"物质波波长"绝不表示粒子有任何物理意义上的"波动"性质！

第三，那又为何将λ定义为"波长"呢？研究表明，这还是在于量子力学的特长--富于猜想的结果：看到粒子（光子或电子）的干涉和衍射现象，联想宏观波动（水面波动）的干涉，于是猜想微观粒子（光子和电子）有一种说不清的波动性质。由此便将λ定义为"波长"。殊不知，宏观波动（水面波动）的干涉与微观粒子的干涉是完全不同的两回事。研究表明，水面波动确系水面物质波动。而粒子（光子和电子）的干涉和衍射却完全是由普朗克常数?与量子数n(一对孪生兄弟)共同（技术）表演的结果。并可严格准确具体证明:粒子（光子或电子）的干涉条件中的自然数n＝0,1,2,3…恰为量子数n＝0,1,2,3…（略）。这是因为粒子的干涉和衍射现象是粒子与（量子化了的）物质场（辐射能场）相互作用的必然结果。

并且在本文已到达的深度--准确描述场粒子自身结构深度上说，仍未发现任何粒子有任何内禀波动属性。这说明根本不存在"物质波"。而德布罗意"物质波"概念恰在于粒子运动"潜动能"的事实。所以，与其说德布罗意发现了"物质波"，毋宁说他发现了粒子运动的潜动能。

之所以人们认为粒子具有波动性，客观原因在于人们对微观粒子，例如光子，几乎完全缺乏了解。也因之，目前为止，光子的"波粒二象性"问题仍属世界公认遗难问题之一！

第七章普适方程物理意义

7.1普适方程物理意义

普适方程物理意义可用图（4）

描述如下：

图中曲线①就是普适方程①

式，这代表大自然一种普遍基本规

律--相互吸引规律。式中T为

粒子（含天体）轨道动能，V为引

力势能。动能等与势能之半，这本是

经典物理内容。

曲线③就是普适方程③式，

这代表大自然另一种普遍基本规律

--相互排斥规律。式中E为粒子

（含天体）所得到的由辐射中心来的

辐射（排斥）能。

显然，曲线①是线性的，即引

力能V随距离r呈直线变化；而

排斥能E（曲线③）是双曲线。故，

两条曲线必相交，交点为②，即普适方程②式（T＝E）。这代表大自然第三种基本规律--普遍客观存在规律--两种相反作用永恒绝对平衡规律：既可以是稳态平衡，例如原子和太阳系；又可以是动态平衡，例如银河系及宇宙的膨胀（含宇宙爆炸）。并且牛顿力学在大自然中完全好用！量子力学对牛顿力学的非议纯属癔语糊勒！

7.2普适方程注释

第一，普适方程物理意义虽很宽广，但却真实具体，并不抽象。

第二，普适方程可以直接用来计算原子结构，计算天文结构须要变换（略）。

第三，已不难看出大自然（宇宙万物）没有任何东西能够（可以）逃脱普适方程规律的支配！所以这里用了"永恒绝对普遍"规律说法，不仅物理意义，而且哲学意义准确可靠。亦不难看出人类目前为止的哲学理论错误（略）！

第四，因此不难理解：普朗克常数及量子数好比一对孪生兄弟，他们共同贯穿全部物理世界全部内容！

研究表明，这已构成物理学最基本的定律--物理学奠基定律。以致物理学不得不另辟一章：

第八章物理学奠基定律

8.1物理学奠基定律

〖物理学奠基定律〗：普朗克常数h＝2π?与量子数n＝0,1,2,3…好比一对孪生兄弟，它们同时共同贯穿全部物理世界全部内容，无例外。

8.2奠基注释

大量研究表明，这不是简单推广。该定律普遍永恒绝对全天候成立！世界上找不到脱离这种定律的东西，人类的灵魂也不例外。因此，也没有能脱离〖物理学奠基定律〗的物理学。所以这叫〖物理学奠基定律〗，名副其实也！

第九章量子力学的猜测

上述可见，量子力学对一些基本物理学问题要么似是而非，要么一无所知，俨然却夸夸其谈。甚者竟反科学之道建立了【测不准原理】，于是使得科学陷于恶性循环不解之中。这就是目前科学活生生的现实！

现总结量子力学对科学的种种似是而非的猜测：

量子力学猜测一：（目前）试验电离能＝原子真实能级

量子力学猜测二：原子结构不同壳层K,L,M,N…中电子的量子数分别为n＝0,1,2,3…

量子力学猜测三：粒子（物质）具有（一种朦胧的）波动属性

量子力学猜测四："物质波"①是轨迹波；②是几率波；③是弥撒物质波包

量子力学猜测五：费米子（电子、质子）的自旋量皆为（1/2）?

量子力学猜测六：电子具有反常磁矩属性（闭着眼睛摸大象）（以下准确计算证明）

量子力学猜测七：物质世界是测不准的，且不可能测准的，并由此建立一种反科学的理论──【测不准原理】

等等，仅举与本文有关七例。

以上及以下讨论充分证明《量子力学》完全错误，一无是处！并可对物理学做如下结论。

第十章物理学正论

10.1世界是粒子的（含场粒子及天体）。但任何粒子都不存在任何物理意义上的内禀波动属性。

10.2粒子能量是量子化的（包括天体）。但实际上根本不存在什么"量子"，即使将"量子"理解为"能量子"也不科学。（量子力学纯属虚构！）

10.3普朗克常数?及量子数n已给出并将给出全部物理世界准确信息，它们共同贯穿全部物理世界全部内容。

10.4任何粒子（含天体，电子，无例外）均不具反常磁矩内禀属性（以下给出具体计算严格证明）。

10.5物质世界是可测的，并完全可测准的，其准确程度完全取决于普朗克常数h＝2π?的准确度。

10.6电子、质子、中子都是经典粒子。附录中严格证明（这种证明本身就是物理学一种奇迹，量子力学望尘莫及）。

10.7目前为止，世界是经典的。所以，量子力学所谓超脱经典实际就是超脱科学！

以下附录是对全文的严格、具体证明。

第十一章附录：粒子及其磁矩问题

粒子物理问题，由于缺少直观经验，这给人们正确认识造成极大困难。然而量子力学的出现并没有帮助人们解决困难，反而给人们本来有限的认识能力又设置了人为的更难以逾越的障碍，这就是【测不准原理】。并把人们的认识能力禁锢在量子力学谬误之中。

目前为止的实验，已经验证粒子具有磁矩。但对粒子磁矩问题，量子力学由于缺乏了解，又为了"符合"试验，经常自觉不自觉混淆，有时偷换，普朗克常数的物理概念。这已使得量子力学对粒子磁矩问题的描述严重有诈！

以下用CGS和高斯单位制具体讨论：

11.1粒子磁矩问题的实验表达式

文献[10]中，粒子磁矩表达通式如下：

g＝nh／μ0H＝ω?／μ0H―――――――（33）

研究表明，该式可谓经验公式，因由试验而来，应当是正确表达式。

然而问题在于，量子力学对实验表达式的真实物理意义及实验的真实物理过程并不清楚。对表达式的理解也有错误，因而得出完全错误的结果和结论。

对于电子，（33）式可变为：

ge＝ωe?/μBH――――――――――――（34）

式中ge＝1.0011596被量子力学定义为电子的"反常磁矩"值，ωe为电子自旋磁矩在磁场中进动角频。并有：

μB＝γe?＝（e／2meC）?―――――――（35）

其中γe＝e／2meC――――――――――――(36)

那么有ge＝（ωe?/?H）÷γe――――――――(37)

可简为ge＝ωe/γeH―――――――――――（38）

这就是量子力学基本思路，并由此得出电子自旋磁矩错误结果。又将这种错误勇敢地推广到其它粒子和其他情况，这就错上加错。

需要指出，根据教科书概念，（36）式为电子轨道回旋比。量子力学又认为电子自旋回旋比为轨道回旋比的2倍，这是由于认为（实际是猜测）电子自旋量为（1/2）?的必然结果。也得出电子的朗德因子为2的结果，这是完全错误的（见下）。

以下讨论给出完全的证明：电子纯系经典粒子，并且其荷质比绝对均匀。

那么，对于这样的经典粒子--电子来说，不管其角动量如何变化其轨道回旋比与自旋回旋比永远相等（只要建立均匀荷质比的经典粒子模型，立即可证，略）。

考虑到量子力学错误因素在内，不影响以上及以下讨论。研究表明（38）式对电子仍然准确成立。

但量子力学错误主要表现在：

11.2量子力学所犯经典错误

量子力学所犯经典错误一：将g定义为磁矩"反常"因子。这表明量子力学缺乏了解又理论贫乏，犯指导方向错误。以下将给出g因子的真实物理意义和内容。

量子力学所犯经典错误二：认为费米子（电子、质子）的自旋量皆为（1/2）?，这是狄拉克根据量子力学计算的错误结果：实际上是与作为能量单位的?简单呼应导出结果，没有物理意义。因而是完全错误的。

量子力学所犯经典错误三：量子力学自觉不自觉混淆并滥用普朗克常数?的物理概念并偷换之，这叫偷换概念。注意，（37）式中分线上下都有?项。由（33）式可知：

nhω?＝E――――――――――――――（39）

这里?分明表示能量E的单位，这就是（37）式分线上面之?。而（37）式分线下面之?却是角动量的单位。两种完全不同的物理概念不容混淆，虽然它们的数值和量纲完全一致。

称职的物理学家在未有把握之前不会轻易消去?项。然而量子力学却毫不顾忌这么做了，那末所得结果必有诈！

量子力学所犯经典错误四：以下将证明量子力学完全不了解粒子磁矩实验的真实物理过程以及（33）、（38）式的真实物理意义。

那么，电子磁矩实验真实物理内容是什么呢？现将（34）式变化如下：

ωe＝（ge·H／?）μB――――――――――（40）

注意，式中μB为玻尔磁子，系作为磁矩的单位出现，为常数；而?则作为能量的单位出现，亦为常数；因子ge也是常数。

那么，（40）式明确表明：ωe与H成正比，而与电子真实角动量无关（注意式中无有角动量物理量）。也就是说，无论电子真实角动量是多少，（40）式中的ωe都保持不变。

或者由（38）式得：

ωe＝ge·H·γe―――――――――――（41）

式中ge及γe均为常数，该式仍然表明ωe只与H成正比，与电子真实角动量无关。并请注意，这种认识上的差异将产生完全不同的结论。

由此可结论：由于粒子磁矩进动实验结果与粒子真实角动量这种无关性（注意：与实验无关，并非理论无关），因而这种试验就不能直接测得任何粒子真实磁矩。因为完全相反，粒子真实磁矩直接与角动量紧密（理论）相关（只要建立经典粒子模型立即可证）。并且研究表明，这一结论对任何粒子都成立。

然而，量子力学却由此直接得出"电子自旋磁矩"μe：

μe＝ge·μB―――――――――――――（42）

注意：这种结果，①偷换了常数?概念；②假定电子自旋量为（1/2）?；③并不了解ge因子的真实物理意义，因而是完全错误的结果。

然而，（41）式是有功劳的，它已经揭示出粒子磁矩问题的本质规律（量子力学全然不知）。并且，这种规律的正确性可用下述Ⅳ条磁矩定理表述。

11.3粒子磁矩定理Ⅰ

〖粒子磁矩定理Ⅰ〗:任何粒子（含场粒子及天体，下同）的磁矩问题都是经典问题，不存在任何非经典问题。

显然，此定理的证明，不可能立竿以毕。但是，本文如下仍将给出完全的证明！

这定理的证明本身就已是物理学奇迹之一。这已表明量子力学完全无聊！

11.4粒子磁矩定理Ⅱ

〖粒子磁矩定理Ⅱ〗：任何磁矩进动试验都不能直接测得任何粒子的真实磁矩。但玻尔磁子除外。

其实，上述讨论已经给出定理Ⅱ的证明。这是由于实验磁矩进动角频(ω)与粒子真实角动量(L)无关，而粒子真实磁矩(μ)却与粒子真实角动量(L)紧密直接相关（不可开胶）！

然而，量子力学竟然由实验直接得出粒子的磁矩结果。那么，这种结果必不真实，严重有诈！这表明，量子力学先天不足，后天空虚，已养成寄生性和猜测性。所谓寄生旨在寄生于经典物理，经典物理已清的，量子力学也清楚，并夸其谈而娓动听；经典物理未清的，量子力学也一无所知，不得不依赖对实验进行猜测--并美其名曰"符合"试验。

11.5粒子磁矩问题理论表达式

研究表明，为了要得到粒子真实磁矩，就必须建立磁矩问题的理论表达式。量子力学对此完全无能。本文大量研究，现给出粒子磁矩问题的准确理论表达式如下：

Kφ＝ω·L／μ·H――――――――――（43）

或为讨论方便变为：

ω＝Kφ·μ·H／L――――――――――（44）

注意，这种理论表达式的正确性，可用粒子磁矩定理Ⅲ表述如下：

11.6粒子磁矩定理Ⅲ

〖粒子磁矩定理Ⅲ〗：任何粒子（同上）不管公转还是自旋（旋转轴须平行），其磁矩在磁场中进动角频ω与粒子磁矩μ成正比，与外加磁场强度H成正比，与粒子角动量L成反比。其比例为常数。

若用符号Kφ表示这个常数，那么有：

Kφ＝1.0011596――――――――――――(45)

研究表明，Kφ为物质与物质场相互作用常数，并且这是所有粒子（含天体）的共性问题，绝非任何粒子（例如电子）所特有。任何粒子，无例外，都不具反常磁矩内禀属性，以下给出完全的证明。

研究还表明，理论表达式即（43）、（44）式具有普遍意义，对所有粒子（含天体）任何情况（公转和自转）都准确适用。并都将得到与实验完全相符的结果。

这一事实完全表明：

第一，粒子磁矩问题是共性问题。

第二，粒子磁矩问题确系经典问题。这表明〖粒子磁矩定理Ⅰ〗成立（以下还将证明）。

11.7电子及其磁矩

作为物理学者，在将（34）式变为（38）式时不应忘记两件事：

11.7.1物理学者不应忘记第一件事

第一件事：由于混淆并（偷）更换常数?物理概念的结果，使得（38）式具有了完全特殊的意义。在于，（38）式却反映且唯能反映电子基态轨道磁矩真实情况。这是由于唯基态电子轨道运动角动量为?，也方可与作为能量单位的?相消。这么做的结果，使得磁矩实验只能直接测得电子基态轨道运动真实磁矩，且在数值上等于玻尔磁子μB：

μB＝ωe·?/ge·H――――――――――（46）

需指出，这是所有磁矩进动试验所能测得的唯一真实磁矩。除此之外任何粒子任何情况（公转和自转）的真实磁矩都不可能由磁矩进动实验直接得出（只要建立经典模型立即可证）！

（46）式也可由（34）式直接导出，但物理意义完全不同：在（34）式中，μB系作为磁矩的单位出现，为常数，?则作为能量的单位出现；而（46）式中μB则是电子基态轨道真实磁矩，而?为电子基态轨道运动真实角动量。

11.7.2电子快报

电子快报：

研究表明，（46）式又有引伸的重要物理意义（可谓物理学今古奇观）：在于由电子自旋的实验竟然得出电子轨道运动的真实磁矩μB；反而无论如何也不能直接测得电子的自旋真实磁矩。就是说，将电子自旋试验参数（自旋进动角频ωe、自旋试验场强H、自旋因子ge）代入（46）式，居然得出电子基态轨道运动真实磁矩μB！并且计算也表明，对其它轨道磁矩（38）式也适用。这便是值得物理学家注意的"电子快报"！于是有：

11.7.3电子磁矩问题的表达通式

因此，可以构造电子磁矩问题的表达通式：

μe＝ωe·Le／ge·H――――――――（47）

式中μe既表示电子的自旋磁矩，也表示轨道磁矩，Le则为对应的角动量。

11.7.4电子磁矩问题表达通式的应用

例一：用电子磁矩表达通式即（47）式求解电子轨道角动量为L2＝2?时的轨道磁矩μ2

解：将L2＝2?代入（47）式有：

μ2＝ωeLe／geH＝ωeL2／geH＝ωe·2?／geH＝2（ωe?／geH）

＝2μB（正确）

研究表明，对电子自旋（47）式当然成立，因为（34）～（38）式是系由自旋试验而来。只要将电子自旋真实角动量代入（47）式便得电子自旋真实磁矩（以下给出结果）。

11.7.5庄严事实

庄严事实：

由电子自旋试验得到的结果即（38）式，却完全适用于电子任何情况（包括自旋各种状态，也包括轨道公转各种情况）。这已充分证明〖粒子磁矩定理Ⅲ〗成立，同时证明〖粒子磁矩定理Ⅰ〗也成立。如果电子不是经典粒子，（47）式绝不会成立。

11.7.6一条真理

一条真理：

上述庄严事实展示一条真理，即下式成立：

ω自／ω公＝ωe／ωB1――――――（48）

式中用ω自表示电子自旋磁矩进动角频，亦即ωe；而ω公表示电子轨道磁矩进动角频，亦即ωB。研究表明这是〖粒子磁矩定理Ⅲ〗及〖粒子磁矩定理Ⅰ〗的必然结果！以下还将对(48)式进一步证明。

这种结果，唯一表明电子纯系经典粒子，因为只有经典的荷电粒子模型（并且荷质比均匀）才有（48）式结果（只要建立经典模型立即可证，略）。

11.7.7量子力学错误结果

然而，量子力学却得出与（48）式相悖的错误结果：

ωe／ωB＝μe／μB＝ge＝1.0011596―――（49）

显然，量子力学完全不知常数ge的真实物理意义。更不知：〖粒子磁矩定理Ⅱ〗已无余地地指出，任何磁矩进动试验都不可能直接测得任何粒子的真实磁矩！然而，量子力学却直接得出（42）、（49）式结果。所以这种结果必不真实，严重有诈！也显然，这种结果纯系根据实验比值瞎子摸象。又美其名曰"符合"试验，多荒唐！

11.7.8物理学者不应忘记第二件事--荷质比均匀问题

第二件事：电子（作为粒子）自身内部结构各点微荷质比是否均匀？如果微荷质比均匀，则（34）～（38）式均成立，反之都不成立。

这问题，只要建立经典模型立即可证（略）。同样可证明，如果粒子内部微荷质比不均匀对轨道公转磁矩影响甚微，可忽略；但对自旋磁矩影响显著，不可忽视（研究表明质子和中子正是这种情况）。然而，量子力学一律忽视！

以下对荷质比作定量讨论，需要定义。

微荷质比的定义：将粒子内部结构各点的真实荷质比定义为微荷质比，用符号q／m表之。

那么，如果粒子自身内部结构各点微荷质比点点相同，即：

q／m＝常数―――――――――――（50）

则被定义为：粒子自身内部结构荷质比均匀。

否则谓荷质比不均匀。

显然，此类问题量子力学显得力所不及。但值得庆幸的是，对电子来说大量研究表明（50）式准确成立。也正因如此，才允许（否则不允许）进行（35）～（38）式变换，才有（48）式结果。否则（48）式不会成立，也不会有（47）是正确结果。

此外，本文应用普适方程已准确推出电子自身内部结构（繁琐，略），这种结构也准确表明电子内部结构各点微荷质比点点相同。且有：

q／m＝常数＝e／me―――――――（51）

那么，以下〖粒子磁矩定理Ⅳ〗给（48）式以严格证明。

11.8粒子磁矩定理Ⅳ

〖粒子磁矩定理Ⅳ〗：任何粒子（同上）只要是经典的，如果（50）式成立，不管公转还是自旋下式总成立：

ω1/ω2＝q1／m1÷q2／m2－―――――（52）

式中q1／m1、q2／m2分别表示两种情况下的粒子平均荷质比；ω1、ω2分别表示两种情况下磁矩进动角频；下表"1"、"2"表示两种情况：其中包括两种粒子情况m1、m2，或者两种电荷q1、q2情况，或者表示同一粒子两种试验条件，或者表示自转与公转两种情况。

这表明（52）式的广泛适应性。它也表明粒子磁矩问题的共性，同时也表明离子磁矩问题的经典性。

只要建立经典模型，〖粒子磁矩定理Ⅳ〗立即可证（略）。需指出，〖粒子磁矩定理Ⅳ〗既可由理论表达式推导证明（略），也可由实验表达式推导（略）。

那么，将（52）式应用于电子的自旋与公转两种情况，则有：

ω1／ω2＝ω自／ω公＝ωe／ωB

＝q1／m1÷q2／m2――――――（53）

式中下标"1"表示电子自旋情况，下标"2"表示电子公转情况。于是：

q1／m1q2／m2e／me

那么有：ω自／ω公ωe／ωB1―――――――（54）

这表明（48）式成立，亦即表明电子自身内部荷质比均匀。

这再一次证明了电子问题的经典性质。如果电子不是经典粒子（54）式绝不成立。

至此，上述四条磁矩定理严格证毕。

那么，这就在事实上彻底打破了《量子力学》关于电子理论问题的神话--鬼话。

并且至此，已完全、充分、确切地证明了量子力学纯系伪科学（非任何偏见）。在哲学及物理学意义上说，此结论都严格准确。

11.9粒子磁矩理论表达式的应用

11.9.1用理论表达式计算电子轨道磁矩

例二，应用粒子磁矩理论表达式即（43）式求解电子基态轨道运动角动量为L1＝?时的轨道磁矩μB

解：由（43）及（54）式得

Kφ＝ωBL1／μBH＝ωe?/μBH――――（55）

那么μB＝ωe?/KφH―――――――――――（56）

式中Kφ＝ge（数值相等但物理意义不同）。显然，该式与（46）式等价。所以（56）式结果正确。这表明本文磁矩理论表达式正确成立。

也显然，对于其它轨道磁矩理论表达式都成立（略）。

那么，（55）式是一个很有用的式子，他好比粒子磁矩问题杠杆，由它可导出所有粒子所有情况（公转和自传）的真实磁矩。

11.9.2用理论表达式计算电子自旋真实磁矩

例三，用粒子磁矩理论表达式求解电子自旋真实磁矩:μe

解：将磁矩理论表达式用于电子自旋则有

Kφ＝ωeLe/μeH―――――――――――（57）

联立（55）、（57）二式则有

μe＝（ωeLe／ωB?）μB――――――（58）

由〖粒子磁矩定理Ⅳ〗及（48）式知：ωe＝ωB，故有：

μe＝（Le／?）μB―――――――――――（59）

只要将电子真实自旋角动量：Le

Le＝(1/401.16764)?―――――――――（60）

（这是本文大量研究结果，推导繁琐，略）代入（59）式便得电子自旋真实磁矩：μe

μe＝(1/401.16764)μB――――――――（61）

可有人不敢相信这(61)式结果。但是，（59）式必正确！

那么，为何量子力学猜测电子自旋量为（1/2）?，又能与实验"相符"呢？这是由于磁矩实验表达式即（34）～（38）式与电子真实角动量无关，不管电子真实角动量是多少，（34）与（38）二式总自洽成立。因此，量子力学诡称符合实验，实属欺诈！

下面考察质子。

11.10质子及其真实磁矩

考察质子磁矩立刻出现困难：却乏质子有关数据。

11.10.1质子结构数据

不过不要紧，本文大量研究已经给出质子自身结构准确描述，并在几方面都与实验完全相符。这种描述给出如下两个重要结果：

第一，质子自旋真实角动量以LP表示,则为：

LP＝h＝2π?＝6.6260755×10－27(尔格妙)―――（62）

第二，质子自旋理论半径以rP表示，则为：

rP＝1.324100×10－13（cm）――――――（63）

这两项结果推导繁琐，但以下仍将给出出其不意令人叹为观止的证明。

仿照电子，对质子做如下计算：

EP＝n2LP2/2mPrP2＝n2h2/2mPrP2―――（64）

式中mP为质子质量，n为量子数。将（63）、（62）式代入得：

EP＝n2×7.5163935×10－4（尔格）――――（65）

注意：式中数字恰为质子自旋动能，现以符号TP1表示：

TP1＝（1/2）mP·C2

＝7.5163935×10－4（尔格）――――――（66）

那么，据潜动能定理，质子必有潜动能，以TP2表示：

TP2＝TP1＝（1/2）mP·C2

＝7.5163935×10－4(尔格)―――（67）

那么，质子必有全动能以EPm表示：

EPm＝TP1＋TP2＝mP·C2

＝1.5032787×10－3（尔格）―――――（68）

这就是闻名遐迩的爱因斯坦"质能关系"式：

E＝mC2――――――――――――――――（69）

这表明质子自旋速度恰为光速C，那么质子自旋角动量若以符号LP表示必为：

LP＝mP·C·rP＝6.6260755×10－27(尔格妙)

＝h＝2π?―――――――――――――（70）

如上计算表明，（63）、（62）二式必需同时成立。如果LP、rP中一项不成立，则上述计算都不成立。这可谓对质子结构数据初步证明，以下还将证明。

11.10.2质子世界

注意，（64）式有着极为丰富的物理内容。现将其变化如下

E＝n2h2/2mPr2――――――――――――（71）

这就是质子辐射能场准确数学表达式，式中r＝rP∞为距离，E的量纲为能量，但其数值为在r处单位面积上的能量，即能场强度。当距离从∞收缩至rP时，能量E恰为EP即（65）式，且此时质能关系式E＝mC2成立。这说明质子活动（自旋）范围为rP（自旋半径），亦即（63）式成立。

上述可见，质子世界的（作用）范围为r＝0∞。其中0rP为质子内部结构世界，而rP∞为质子（或原子核）的外部作用世界。

11.10.3量子化的根源

注意，（64）式及（71）式能量都是量子化的，并且，这就是世界量子化的真实根源！这是质子（原子核）的内禀属性。也并且，原子核（质子）以此严格规定并支配着所有外部世界：核外所有电子、原子、分子、晶体、固体、液体、气体、天体、宇宙的结构和性质，以及宇宙的历程。这些也都是大自然内在本质规律。

11.10.4质子与普适常数

根据经典物理，现将质子电荷库仑自举能用Epe表示，则：

Epe＝e2/2rP＝8.7296129×10－7（尔格）―――（72）

那么有：

EPm／Epe＝1722.0451＝Φ―――――――（73）

这也就是正文中的普适常数Φ之值，参见（15）式。式中EPm为质子全动能，即（68）式。可见，普适常数Φ还严格规定着质子。

注意：（15）式与（73）式是完全不同的计算，然而竟得出完全相同的结果，即普适常数Φ之值。这种令人叹为观止的结果，已完全表明本文对质子的计算无误。以上质子数据都成立。

11.10.5质子与反常磁矩

作如下计算：

（TP1＋TP2）／TP1＝1.0011614――――――（74）

这就是试验测得的"反常磁矩值"。注意文献［10］介绍："试验测得电子反常磁矩值为1.0011609(±0.0000024)"。

再做如下计算：

1＋1÷（Φ/2）＝1＋2/Φ＝1.0011614―――（75）

这就是普适常数Φ与反常磁矩的关系。

上述计算已经表明：

第一，谓反常磁矩值并非为电子所特有，而是物质间相互作用常数，为任何粒子（包括天体）所共有。

第二，本文关于质子结构数据的计算准确无误。

11.10.6质子的真实磁矩

有了上述准备，现在继续考察质子磁矩。但又出现困难：质子内部结构微荷质比是否均匀？不过不要紧：可以先假定其荷质比均匀，然后在研究处理。

那么，如果质子荷质比均匀，亦即假定（50）式对质子成立，就可将〖粒子磁矩定理Ⅳ〗应用于质子和电子两种粒子。必有：

ω1／ω2＝ωe／ωP＝q1／m1÷q2／m2＝e／me÷e／mP

＝mP／me―――――――――――（76）

式中用下标"1"表示电子，下标"2"表示质子，所以有：

ωe／ωP＝mP／me―――――――――――（77）

该式右端为质子与电子的质量之比，为：

mP／me＝1836.1528―――――――――――（78）

而（77）式左端，实验（文献[12]）已经测得：

ωe/ωP＝658.210688―――――――――（79）

然而，量子力学（文献［12］）错误地推荐此值为：

ωe／ωP＝μe／μP＝658.210688―――――（80）

显然，这是错误结果：第一因为，上述〖粒子磁矩定理Ⅱ〗已无余地地指出，任何磁矩进动实验都不可能直接测得任何粒子的真实磁矩；第二因为，试验实际测得的数据是ω而不μ，

这表明（79）式正确无误，而（80）式错误。

回头再看，（77）式并不成立！究其原因恰在于：假设不合理。原来质子自身结构荷质比并不均匀！然而，不均匀程度如何？需作如下计算：

mP／me÷ωe/ωP＝1836.1528/658.201688

＝2.7896125――――（81）

注意：这就是质子内部结构荷质比不均匀程度。因为如果荷质比均匀，（77）式必成立（据磁矩定理Ⅳ）！而事实不成立，恰在于质子的荷质比不均匀（唯一原因）。故，（81）式准确表征质子荷质比不均匀程度。

若以符号gP表示质子荷质比不均匀因子（即不均程度），则有：

gP＝mP／me÷ωe/ωP＝2.7896125――――（82）

大量研究表明，此种关系对任何粒子都准确成立。

于是粒子荷质比不均因子（以符号g表示）的表达通式为：

g＝m／me÷ωe/ω―――――――――――（83）

显然，这里的荷质不均因子与教科书中（文献［4］）朗德因子数值相近，但物理意义完全不同。若以符号g''''表示朗德因子，则有：

Kφ＝g''''／g＝1.0011596――――――――（84）

研究表明，（84）式对所有粒子都准确成立。那么，对质子则有：

Kφ＝gP''''/gP＝2.79284386/2.7896125

＝1.0011596――――――（85）

看！质子也有了"反常磁矩值"：1.0011596。这种计算，再次打破了量子力学关于电子的神话--鬼话。

所以研究表明，Kφ＝1.0011596为物质与物质场相互作用常数（参见〖粒子磁矩定理Ⅲ〗），为任何粒子（包括天体）所共有。并不为电子所特有，因而不能表征磁矩"反常"。

那么，将磁矩理论表达式，即（43）式用于质子：

Kφ＝ωP·LP/μP·H―――――――――（86）

联立（55）、（86）二式有：

μP＝（ωP·LP／ωe·?）μB―――――――（87）

将（70）、（79）二式代入得；

μP＝(2π／658.210688)μB

＝8.8528430×10－23（尔格／高斯）―――（88）

这就是质子自旋真实磁矩！这是质子磁矩的第一种算法。用这种算法可以算得任何粒子的真实磁矩，下面介绍另种算法。

11.11粒子磁矩另一种算法

大量研究，下面给出粒子磁矩另种算法表达通式：

μ＝g·γ·L――――――――――――――（89）

研究表明，该式对所有粒子的磁矩都准确适用。虽然教科书中也有一模一样的公式，但物理意义大相径庭！

这里，L为粒子真实角动量；γ为所谓的回旋比，但对荷质比不均匀的粒子，γ已不再能表征真实回旋比，而只能表征平均荷质比概念；g则为荷质比不均因子，它表征粒子内部荷质比不均匀程度，为无量纲常数，可由实验测定，也可理论推导。并且有：

gg''''/Kφ―――――――――――――――（90）

式中g''''为教科书中的"朗德因子"。研究表明（89）、（90）二式对任何粒子（含天体），不管公转还是自转都严格成立。

11.11.1电子磁矩另一种算法

对于电子，（90）式变为：

ge＝ge''''/Kφ＝1.0011596/1.00115961―――（91）

这里，电子的ge1，表征电子内部结构各点荷质比绝对均匀。并再次证明电子确系经典粒子。那么，以上所有计算均有效！

11.11.2用另种算法计算电子轨道磁矩

例四，用（89）式求解电子轨道角动量为L3＝3?时的轨道磁矩μ3

解：对于电子，ge1，γe＝e／（2meC），并将L3＝3?代入（89）式有

μ3＝（e／2meC）×3?＝3μB(正确)

11.11.3用另种算法计算电子自旋磁矩

例五，用（89）式求解电子自旋磁矩:μe

解:对于电子,ge1，γe＝e／（2meC），代入（89）式得

μe＝（e／2meC）Le＝（Le／?）μB―――（92）

此结果与（59）式全同，正确。

11.11.4质子和中子磁矩的另种算法略……

11.12结语

综上述可见：

第一，Ⅳ条〖磁矩定理〗完全是经典的。

第二，电子、质子、中子完全遵从Ⅳ条〖磁矩定理〗，这已无可辩驳地证明：电子、质子、中子完全是经典粒子。《量子力学》纯属主观臆造！

第三，本文《物理学正论》成立。

参考文献

[1]理论物理《量子力学》-----------吴大猷著（台湾）

[2]《物理量和天体物理量》-----------艾伦著（英）

[3]《关于氦原子的计算》-----------黄崇圣著（成都科技大学学报1980.6）

[4]《原子物理学》----------------诸圣麟著

[5]《氦原子光谱，兼谈原子结构》-----朱正拥著（铁岭师专学报1986.4）

[6]《18个元素的原子结构计算》------张奎元著（铁岭卫校校刊1988.1）

[7]《36个元素的原子结构计算》------陶宝元著（铁岭教育学院院刊1989.1-2）

[8]《物理学》(教材)---------------复旦大学编

[9]《电动力学》------------------郭硕鸿著

[10]《物理大辞典》-----------------台湾版

篇5

量子力学完美地解释了在各种尺度之下物质的行为，在所有物质科学中是最成功的理论，但也是最诡异的理论。

在量子领域里，粒子似乎可以同时出现在两个地方，信息传递速度可以比光速快，而猫可以同时既是死的又是活的！物理学家已经对这些量子世界中吊诡的事情困惑了90年，但他们现在还是一筹莫展。当演化论和宇宙论已经成为一般知识时，量子理论仍然让人认为是奇特的异常事物；尽管在设计电子产品时，它是很棒的操作手册，此外就没什么用处了。由于人们对于量子理论的意义有着深度混淆，便继续加深一种印象：量子理论想急切传达的深奥道理，与日常生活无关，而且因为过于怪异，以至于一点也不重要。

在2001年，有个研究团队开始发展一种模型，或许可以去除量子物理的吊诡之处，至少也会让这些吊诡不那么令人不安。这个模型被称为量子贝氏主义，它重新思考波函数的意义。

在正统量子理论中，一个物体（例如电子）可用波函数来表示，也就是说波函数是一种用来描述物体性质的数学式子。如果你想预测电子的行为，只需推导出它的波函数如何随时间变化，计算的结果可以给你电子具有某种性质（例如电子位于某处）的概率。但是如果物理学家进一步假设波函数是真实的事物，麻烦就来了。

量子贝氏主义结合了量子理论与概率理论，认为波函数不是客观实在的事物；反之，它主张把波函数作为使用手册，是观察者对于周遭（量子）世界做出适当判断的数学工具。明确一点讲，观察者了解一件事：自己的行为与抉择会无可避免地以无法预测的方式影响被观测系统，因此用波函数来指明自己判断量子系统具有某种特定性质的概率大小。另一个观察者也用波函数来描述他所看到的世界，对于同一量子系统而言，可能会得到完全不同的结论。观察者的人数有多少，一个系统（一个事件）可能拥有不同的波函数就有多少。在观察者相互沟通、并且修正了各自的波函数以涵盖新得到的知识之后，一个有条理的世界观就浮现了。

最近才转而接受量子贝氏主义的美国康奈尔大学理论物理学家摩明这么说：“在此观点之下，波函数或许是‘我们所发现最有威力的抽象概念’。”

波函数不是真实的事物，这种想法早在20世纪30年代就出现了，那时量子力学创建者之一的尼尔斯·波尔在其文章中已经这么说。他认为量子理论仅仅是计算工具，即量子论只是“纯符号性”的架构而已，而波函数是工具的一部分。量子贝氏主义是第一个为波耳的主张找到数学基础的模型，它把量子理论与贝氏统计结合起来。贝氏统计是一门有200年历史的统计学，这门学问把“概率”定义成某种类似“主观信念”的事物。一旦新信息出现，我们的主观信念也必须跟着更新。针对如何更新，贝氏统计定下了明确的数学规则。量子贝氏主义把波函数解释成一种会依据贝氏统计规则来更新的主观信念，如此一来，量子贝氏主义的鼓吹者相信神秘的量子力学吊诡就消失了。

以电子为例，每当我们侦测到一个电子，就会发现它一定是位于某个位置；但是当我们不去看它，则电子的波函数可能是散开的，代表了电子在某一时刻处于不同地方的可能性；如果我们再去看它，又会看到电子出现在某一个位置。根据标准说法，观测促使波函数在一瞬间“崩陷”而集中于某一个位置之上。

空间各处的崩陷发生于同一时刻，这种情形似乎违背了“局域性原理”（即物体的任何改变一定是由其附近的另一物体所引起的），如此一来就会引发一些如爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”的困惑。

量子力学一诞生，物理学家就知道“波函数的崩陷”是这个理论深深困扰人的一项特点。这个令人不安的谜促使物理学家发展出各种量子力学的诠释，但是都没能完全成功。

然而量子贝氏主义说量子力学根本没有任何诡异之处。波函数崩陷只是表示观察者依据新信息，忽然且不连续地更新了他原先分配的概率，就好像医生依据新的计算机断层扫描结果，而修正了对癌症病人病况的判断。量子系统并没有经历什么奇怪、不可解释的变化，改变的是（观察者选用的）波函数，波函数呈现的是观察者个人的期待。

篇6

英国《新科学家》杂志日前载文报道，曾号称“牢不可破”的量子密码，因其常用设备上的一个漏洞而存在信息被中途截取的可能，且截取过程可逃脱现有检测技术。尽管科学家声称该漏洞并不严重，但至此，“绝对安全”这一概念，在密码学领域终于又归于理论。

古典密码学：流淌的智慧之河

无论在现代还是古时，密码学的体制都是明密变换的法则，指示该法则的参数，则为密钥。一种说法认为，世界上最早的密码是希腊人发明的“棋盘密码”，该密码将26个字母置于5×5大小的棋盘方格里，字母i、j放在同一格，字母所在行与列的标号就构成了密文。

密码器作为承载密码学的工具，最早仍可追溯至古希腊。据记载，当时的加密器械是将一张皮革螺旋缠绕在木棍上，沿木棍纵轴方向在带子上写好明文，解下来的皮革上就只呈现杂乱无章的密文字母。解密者需找到相同直径的木棍（在战时，通常由一根木棍截成两段而来），再把皮革缠绕上去，沿木棍纵轴方向即可读出有意义的明文。这也是原始的换位密码术。

著名的“凯撒密码”则是一种替换密码术。据《高卢战记》描述，凯撒曾经将字母替换制成加密函。最初采取的方法是将英文字母按顺序推后，因为只有1到25个位置的移位（即25个密钥）可以使用，保密度其实很低。但如果打乱密码表26个字母的顺序，允许密码表是明码表的任意一种重排，密钥就会陡增数倍。这对当时的手工破译者来讲挑战巨大。然而很快，破译者发现了字母频度的差异：英文中字母E的出现频度最高，包含E的单词THE亦经常出现，进而字母T与H可以确定下来……繁冗但有序地将密文攻解。

这种关于概率的定论在1969年几乎被打破，作家乔治斯・佩雷克当时撰写了一本200页的法文小说《逃亡》，其中未出现一个含E的单词。剧作家吉尔伯特・阿代尔随后将《逃亡》译成英文版《真空》，居然也没有一个字母E，古时的密码学在现代小说家手里变成了文字游戏。

在《达・芬奇密码》中，令人印象深刻的密码筒可看作是文艺复兴时期的密码学杰作。其根据达・芬奇的日记复制而来，筒上有5个转盘，每个转盘上有26个字母，可作为密码的排列组合多达11881376种，如强行打开，筒内的醋液就会将保密信息溶解。但亦有人提出异议：达・芬奇的时代或许无法做到，但现代技术完全可以采用冷凝醋液的方式获取密码纸。

尽管糅合了逻辑学、数学、语法学甚至心理学的内容，这些仍属于形式古典、结构简单的编码与破译，它们在现时的意义，已更倾向于一种复古致趣的智力谜题。一直到手工操作逐渐被机器电子替代时，密码学的加密解密方法才算真正进入高峰，其所蕴含的科技手段和所担负的责任，才不再单纯。

战火时代：升级拉锯战

1918年，德国人生产了名为“谜”（ENIGMA）的转轮密码机，其加密方法是凯撒密码延伸而来的“复式替换密码”。1925年，德军开始大规模配备“谜”式密码机，通讯的保密性一时无两。这是机械化编码时代的第一步，且这一步踩得分外坚实，“谜”式密码机可不断改变明文和密文的字母映射关系，以往逐个尝试密钥的暴力破译法，几乎不可能成功，致使德军一度盲目自信到认为其已接近了“绝对安全”。

破译带来的威胁是编码技术进步的唯一理由，反之亦然。为攻击“谜”式密码，波兰数学三杰开发出“循环测定机”，将破译工作由纯手工转为机器化操作；“谜”在此期间亦成功升级；但英国人工智能之父阿兰・图灵发明了实时破译等级的“炸弹”(BOMBE)译码机。其运算程度并不亚于真正的计算机，以机群的形式出现，十五台一起在英国布莱德彻公园隆隆作响，采用1.5亿种方法破译德军1720万种组码，曾风光无边的“谜”式密码网络轰然崩溃。这就是丘吉尔口中“不应忘记的发生在公园里的事”。在以机器对抗机器的篇章里，我们并不认为密码仅服务于军事，但军事却使密码强度前所未有的迅猛发展。

1946年，战火催生了另一个奇迹。当时的美国军方为计算炮弹弹道，要求宾州大学设计以真空管取代继电器的电子数字积分计算机（ENIAC）。宾州大学最后交出了鼓舞人心的“作品”，新机器每秒可从事5000次的加法运算，3秒钟即能完成炮弹弹道计算。这是广泛范围认可的世界上第一台电子计算机，它对密码的处理速度是手工计算的20万倍、继电器计算机的1000倍。不足的是，这家伙不仅长得不好看――其外观缠满电表、电线和指示灯，而且吃电太凶，每一开机，整个费城西区的电灯都要暗一暗。

但从这时起，密码有了不同的涵义。广义上它仍然是对信息进行保密的手段，但具体的应用已不再局限于军事斗争和国家安全，数据信息签名、安全认证等领域都开始大规模启用密码技术。可加密的范畴在逐渐扩展，基于计算机技术的编码与破译之战硝烟弥漫，解码者有了新的名字，叫做“黑客”。电子时代的密码作为一个隐匿的暗号，仍然保留着它古代的意义，但作为一个高技术的口令，却是一片最前沿科学的应用之地。

密码由产生到进入机械时代花费了数百年，现如今每一天的进步都会把前一天的技术踩得一文不值。过速发展的背后，危机也很快浮出水面：密码强度越来越高，破译时间却在成倍缩短。从理论上来说，传统的数学计算加密方法都是可破译的，再复杂的密钥也存在其规律，会逐渐难以抗衡计算机的高运算量。尽管还未出现，但量子计算机已成为世所公认的传统数学密码的终结者。于是编码人员开始将眼光放宽，利用物理学原理保护信息的概念曙光乍现。

量子密码:“绝对安全”回归?!

量子密码的工作原理，来自于1989年IBM华生实验室开发的传统模式，其内涵涉及量子理论及光子应用的深刻知识，阐释起来让人一头雾水。简单描述它的行为，其实是一种基于单光子偏振态的通信。当时，设定交换信息双方为甲方“艾丽丝”和乙方“鲍勃”，监听者为第三方“伊夫”，这个惯例一直沿用至今。

在第一步的发送阶段：艾丽丝发送给鲍勃一个键值，这个键值是在一个方向上传输的光子流。但除了直线运行外，光子流上的光子也会振动，如上、下，左、右，左上、右下等等。艾丽丝同时拥有一个偏光器，这是一个简单过滤装置，能允许四种振动方式的光子通过，艾丽丝可以选择沿直线（上、下，左、右）或对角线（左上、右下，右上、左下）进行过滤。

第二步接受阶段：当鲍勃接受到光子时，他也选用直线或对角线的偏光镜来测量光子位。鲍勃会在非加密的情况下联络艾丽丝，告诉艾丽丝他是用哪种模式测量光子，但不会涉及位元。如他表明自己采用的是直线模式，但不会说是上、下还是左、右。艾丽丝则会指出哪些是正确的，鲍勃就可以抛弃错误偏光器的测量结果，钥匙就此得出。

第三方伊夫当然可以中途截取光子流，但量子不可克隆定理指出，不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的。且量子密码术有入侵检测系统，艾丽丝和鲍勃也会随机选取键值的子集进行比较，全部匹配才认为没有人监听，比较之后再抛弃子集，安全性不受影响。但伊夫不被发现几率却仅有万亿分之一。

由此一个随机且安全的通信模式建立了。这是理论上无法破解的密码，诚如牛津大学量子计算中心主任所言，人类对量子物理定律没有影响力，只能去发现它、研究它、了解它，却不能改变它。每当一套量子密码完成后，密码设计者也无法进行破坏，甚至量子计算机亦无能为力。

2008年10月16日，日本东芝公司研究人员改良了“雪崩光电二极管”的设置和结构，降低了噪声信号干扰，在量子密码的通信中将密钥的传输速度成功提高：20公里的实验场合中能达到每秒1.02兆比特，100公里距离能达到每秒10.1千比特，几乎是原先世界最快速度的100倍。而继偏振编码之后，利用光子相位编码的念头在科学家脑海中形成，量子密码所需的条件越来越宽松，保密性却在巩固。

这使人们一度看到了“绝对安全”时代的曙光，华盛顿的白宫和五角大楼，包括附近军事地点、防御系统之间都有专用线路进行实际应用，除了军方通信，各国银行数据系统、政治选举纷纷对其趋之若鹜，量子密码术肩负的希望与责任，是任何精巧的数学密码都无法比拟的。然而，这面盾牌真的固若金汤吗？

量子对抗：言之尚早矣？

一直以来，量子密码的技术瓶颈，体现在它对通信距离的限制和对环境的要求上――日本电气公司的150公里传送距离就已是一个纪录了。这导致大多数的应用被局限在实验室阶段。但编码者心中有一个期许：在量子计算机产生之前，在传统数学密码失效之前，将量子密码投入到商业化和社会化操作阶段，一切应该只是时间问题。

然而这不仅是时间问题。密码学的字典里本就不存在“绝对”：近期量子密码漏洞的发现者是挪威科技大学的学者马卡罗夫和他的同事，据发表的资料显示，一个高亮度的闪光可以缩小光子计数器的灵敏度，进而干扰检测设备，因而在量子通信过程中，第三方有办法窃取到正确的信息。

我们还是用那三人作例子：伊夫可在对鲍勃设备中四个检测器发出激光脉冲的同时开始攻击信号。随后再针对其中一个检测器发出第二次脉冲，这束脉冲将携带和系统完全相同的信号，而鲍勃的束流已分裂为四部分，没有足够功率来应付。

这样伊夫就能对艾丽丝的发送信息进行和鲍勃相同的解码，随后艾丽丝指给鲍勃哪个光子解码错误时，伊夫可通过窃听推演出钥匙。而且，由于发送了编码序列完全相同的光子，伊夫可以做到不留下入侵痕迹。这个窃取过程听起来干脆利落，但马卡罗夫却认为，其并不算严重问题，保密方所要做的只是及时修正检测器，弥补它的脆弱性。

这之前，2008年4月，瑞典林雪平大学学者拉森曾指出，由于量子通信是一个混合系统，在长时间工作后处理程序会极其复杂，以至于一般的安全系统无法运作，会衍生出一些程序缺口。但拉森同时表示，经由量子密码传送的资料仍是百分之百的安全，只需在认证过程中追加一点步骤，就可以趋利避害。

4月份的发现暗示量子密码的程序设计有点“过犹不及”，近期的报告则指出了量子密码系统一个可供袭击的弱点。以量子密码的发展程度来讲，第一个漏洞是可以一脚踢开的石子，还没有大到需要弯下腰去搬走它；第二个漏洞或许可称之为软肋，但远不是“阿喀琉斯之踵”。确切地说，这些并不是量子密码原理的不完满，而是系统的不适应。

我们很高兴量子密码这么厉害，但它毕竟不能脱离运算系统而凌空的进行通信，“艾丽丝”和“鲍勃”的接受、比较、确认过程，是将程序分解后的步骤，在操作中，一切皆由计算机系统自动完成。而以实际应用来说，一套原理的载体出现不适应，和它本身存在缺陷没什么两样。

况且，科学界已经展示出了一种奇怪的态度：对量子密码系统漏洞的宽容，对它存在问题指责的保守，对它的前景，却自信的像当年抱着“谜”式密码机的德军。

篇7

关键词：计算；科学；计算机发展

一、计算的定义

了解一个事物，先从定义着手。笼统地说，所谓的计算，就是从一个符号串f 变换成另一个符号串g 。比方说， 从符号串2 + 3 变换成5， 就是一个简单的加法计算。如果符号串f 是x2，而符号串g 是2x，从f 到g 的计算就是常见的微分。

算式计算是这样，定理证明也不例外。如果 令f 表示一组公理和推导规则， 令g 是一个定理， 那么从f 到g 的一系列变换就是定理g的证明。由此可以得出推论， 文字的翻译，也是一种变相的计算。比如说，如f代表英文句子， 而g 为y意思相等的中文句子， 那么从f 到g ，就是把英文翻译成中文的过程。

不难发现，这些变换间的过程，就是我们常说的计算。在这个过程中，它们都有共同的特点，从己知符号（ 串） 开始，有序改变成符号（ 串） ， 经过几个步骤以后， 最终得到一个满足预先规定的符号（ 串） 的变换过程。

如果从类型进行， 计算主要有数值计算和符号推导这两类。其中，数值计算包括实数和函数的加减乘除、开方运算、方程的求解等情况。而符号推导则涵盖了代数与各种函数的恒等式、几何命题的证明等。

但是，有一定需要注意的是，无论是数值计算，抑或符号推导，二者之间在本质上是等价的、对等的， 它们相辅相成，相得益彰， 可以实现相互转化， 同时还具有共同的计算本质。当然，随着科学不断进步发展，也许，不久的将来，还可能出现崭新的的计算类型。

二、计算的历史

人类文明，不断发展进步。在开始生产生活的远古时期，便与计算结下了不解之缘。为了更好让计算服务生活，人们发挥自己的聪明才智，不断探索计算的工具。因此，计算和计算工具是息息相关的，更是一脉相承的。

公元前5世纪的时候，炎黄子孙已经学会用筹码当做日常工具。并在公元前3世纪普及下来，一直沿用了两千多年。再后恚人们发明了算盘，更加便捷的为生活提供服务。在15世纪的时候，取代了算筹的地位，得到了大力推广。经过一代代人的智慧结晶，还罗列了很多算法口诀化，大大提高了计算速度。

三、计算系统的近代史

到了近代，随着科学的不断发展，大大提高了计算工具的发展速度和计算效率、早在1614年的时候，就已经发明了对数，从此，乘除运算，可以巧妙的转化为加减运算。在这个时候，发明设计了一个重要的计算辅助工具：对数计算尺。到了1620年，冈特最早利用对算计算尺来计算乘除，开创了计算的先河。

创意无极限，1642年，帕斯卡发明了加法器，1671年，莱布尼茨发明了手摇计算器，到了1850年，曼南在计算尺上尝试装上了光标，此举便捷高效，得到了科学工作者，尤其是工程技术专业人员的认可和赞同。后来，机械式计算器通计算尺一同发明，并得到应用，在计算工具的发展史上，具有里程碑的重要意义。

四、电动计算机问世

1834年，英国科学家巴蓓奇设计了一款完全由程序掌握控制的分析机，令人遗憾的是，由于当时的机械技术能力有限，一些关键环节由于技术问题，最终成为泡影。虽然胎死腹中，但是，巴蓓奇的理念中，已经涵盖了现代计算的基本框架和中心思想。

随着电力技术的不断发展，在很长一段时间内，电动式计算器，正在逐步取代人工式计算器。在1941年，德国科学家楚泽发明了继电器，制造出世界上第一步过程控制计算器。至此，巴蓓奇在一百多年前的构想，得以最终实施。

五、电子计算机改变了世界

20世纪初，电子管的出现，犹如一声春雷，促使计算机的改革，实现了质的飞跃。在1946年，美利坚合众国的宾夕法尼亚大学与有关单位联合在一起，支撑了第一台电子计算机。随着它的面世，人类的计算进入了一个崭新的时代。毫不夸张的说，电子计算机的出现，堪称20世界最伟大、为实用、最具有历史意义的重要发明之一。它的面世，当仁不让的摘走了最具影响力的现代工具的桂冠。

就在电子计算机飞速发展的时候， 因特尔公司的创始人戈登・摩尔高瞻远瞩，对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出大胆预测预： 今后，半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明， 戈登・摩尔的预测完全正确。自2 0 世纪6 0 年代以后，半导体芯片的集成度和电子计算机的计算速度就呈现了飞速发展的模式，每18个月就要翻一番， 需求越来越多，成本却越来越低。这种独具特色的发展速度，就是有名的“摩尔定律”。

六、计算是否有极限

追求永无止境，电子计算机的发展也不例外。人类能不能把计算机的运行速度再次提升？ 传统计算机的计算能力何时才会到达极限？ 对于这个问题， 很多科学家在进行严密、谨慎的讨论后，最终给出的答案是否定。因为有一个不能忽视的问题摆在那里，如果计算机的计算能力无限飞跃， 把地球上全部的能量转换为计算的结果，就会造成熵的降低。无限发展的运动，在哲学界里，是被禁止的， 所以， 传统电子计算机的计算能力，不可能永远前进，必须要有一个属于计算机自身的必上限。

对于计算机的上限问题，无数哲学家和科学家的观点出奇的一致。他们认为：最多到21世纪30年代，摩尔定律将不再适用郁计算机的发展。到那个时候，计算机将达到自身的历史峰值，并逐步走下神坛。

哈佛大学终身教授、著名科学家威尔逊教授曾经说过： “我们所追寻的科学，始终代表着一个时代最大胆、最疯狂的猜想。尽管它纯粹是人为的，但我们有理由相信， 通过追寻“梦想，发现，解释，梦想”的不断循环， 我们完全可以开拓一个个全新的领域， 世界在大家的共同努力下，最终会变得更加清晰， 我们最终会探索到宇宙的奥秘。所有的美妙，都有存在的目的和意义。”

七、难以求解的量子计算系统

20世纪80年代，量子计算初具规模。著名物理学家费曼在进行计算试验的时候，尝试用传统的电子计算机，去模拟量子力学。在实验的过程中，费曼遇到一个问题：量子力学系统的行为。通常是难以理解，也是难以求解。

比如，以光的干涉现象为例，在这个干涉过程中，每增加一个相互作用的光子， 有可能产生的状况就会多出翻一番，问题的规模会呈指数级增加。当然，模拟光子的实验，所需的计算量实在太大了，一般人很难坚持下去。可惜，它遇到的是执着的费曼， 在他眼里，眼前的困难，正好提供一个钻研的契机。费曼一直认为， 量子力学系统的行为，自身具备良好的可预测性： 在干涉实验中， 只要给定初始条件， 就可以推测出屏幕上影子的形状。通过不断的模拟实验，费曼做出判断：如果能够算出干涉实验中发生的现象，就必须完成大量的计算， 那么只要搭建这样一个实验， 就能测量其结果， 无形当中，潜移默化的完成了一个复杂的计算。所以， 在计算机运行的过程中， 只要让它在真实的量子力学对象上完成实验， 并把实验结果整合到计算中来， 就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

八、量子计算的革命性思考

回顾人类计算工具的发展历程， 从最初的木棒、石块到珠盘， 经过电子管计算机、 晶体管计算机的演化，到现在的普及的电子计算机， 再进化到到量子计算。笔者发现，当中的进化过程，就像浩瀚的人文明史，有很多值得深思的地方。

首先，远古时期，人们发现用石头或者棍棒可以辅助计算， 开始摸索，尝试。到后来，发明了算盘， 来提升人们的计算效率。后来，聪明的人类发现，不仅的双人手可以拨弄“算珠”， 机器也可以用来让“算珠”自主运动， 而且效率更高， 速度更快，更能解放生产力。随后， 人们用继电器替代了纯机械， 最后用电子取代了继电器。就在科学家不断改进计算工具的时候，数学家们开始对计算的本质展开了探究。

总结

笔者通过回顾计算科学的发展史，发现璀璨的人类文明正在不断进步，不断提高。他们的探索和发现，已经构成了我们理解世界、认知真理、探索人生的最有权威的“ 公理”， 而且这个公理系统还在不断的扩大，在扩大的过程中，我们不断发现问题，不断解决问题，不断摸索计算的科学规律。

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[关键词]：计算科学　计算工具　图灵模型　量子计算

中图分类号：TP301

文献标识码：A　文章编号：1003-8809(2010)-09-0004-01

1、“摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题，学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高，最终地球上所有的能量将转换为计算的结果――造成熵的降低，这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的，因此，传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米)，此时，导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律――牛顿力学沿导线运行，而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象，从而导致芯片无法正常工作；同样，芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后，晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致：摩尔定律不久将不再适用。也就是说，电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家，哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出：“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信，通过追寻“梦想―发现―解释―梦想”的不断循环，我们可以开拓一个个新领域，世界最终会变得越来越清晰，我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”[论/文/网LunWenNe#Com]

2、量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题：量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例，在干涉过程中，相互作用的光子每增加一个，有可能发生的情况就会多出一倍，也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了，不过，在费曼眼里，这却恰恰提供一个契机。因为另一方面，量子力学系统的行为也具有良好的可预测性：在干涉实验中，只要给定初始条件，就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算，那么搭建这样一个实验，测量其结果，就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此，只要在计算机运行的过程中，允许它在真实的量子力学对象上完成实验，并把实验结果整合到计算中去，就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下，1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇――图灵论题。费曼指出使用量子计算机时，不需要考虑计算是如何实现的，即把计算看作由“神谕”来实现的：这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明：量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强，例如，现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”，困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前，就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题，大约需要28万年，这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且，分解的难度随着整数位数的增多指数级增大，也就是说如果要分解2046位的整数，所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机，我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。

3、量子计算中的神谕

人类的计算工具，从木棍、石头到算盘，经过电子管计算机，晶体管计算机，到现在的电子计算机，再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考：首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算，随后，人们发明了算盘，来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”，机器也可以用来搬动“算珠”，而且效率更高，速度更快。随后，人们用继电器替代了纯机械，最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时，数学家们开始对计算的本质展开了研究，图灵机模型告诉了人们答案。

量子计算的出现，则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说，这是一种革命性的思考与解决问题的方式。

因为在此之前，所有计算均是模拟一个快速的“算盘”，即使是最先进的电子计算机的CPU内部，64位的寄存器(register)，也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同，对于量子计算的核心部件，类似于古代希腊中的“神谕”，没有人弄清楚神谕内部的机理，却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子，人们通过输入，可以得到输出，但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。

4、“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力

随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现，大大加强了人类整体的科研能力，那么，量子计算系统的产生，会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力，并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此，量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质，把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。

如果观察历史，会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”，人们的公理系统在不断的增大，随着该系统的不断增大，人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律：

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关键词：2013年诺贝尔化学奖；理论与计算化学；计算机辅助；模型化学

文章编号：1005?6629（2014）3?0011?04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

2013年的诺贝尔化学奖被授予了Martin Karplus、Michael Levitt以及Arieh Warshel三位美国科学家，以表彰他们在发展复杂化学体系多尺度模型方面所做出的杰出贡献。我们知道，长久以来，化学学科的奠基和发展始终离不开化学家在实验室中的辛勤劳动，但与此同时，随着实践知识的不断丰富和完善，以及运算能力的突飞猛进，理论和计算化学有可能也应当在新世纪在化学学科的传统领域发挥更大的作用。当前，解开每个人生命背后的谜团也是人们的兴趣所在。Karplus，Levitt和Warshel三位科学家将经典力学模拟方法结合最新发展的量子物理计算方法，为建立和发展多尺度复杂模型的理论模拟研究做出了基础性的贡献。那么，到底什么是理论模拟方法？它有什么重要的科学意义？对我们又有什么启迪？

1 理论与计算化学的建立和发展历程

20世纪初量子力学的发现为科学家们打开了深层次研究分子和原子的大门。量子力学中著名的薛定谔方程以其优美简洁的形式描述了原子和分子的重要组成部分――电子的行为[1]。1927年，Walter Heitler以及Fritz London两位科学家利用薛定谔方程解开了氢气分子电子结构[2]，理论化学从此悄然兴起。随后，价键理论[3]、Hartree-Fock理论[4]、分子轨道理论[5]等的建立极大地丰富了理论化学的内容。从此，化学学科可以说与物理学一样，开始了真正的两条腿走路，而不再只是依靠实验知识的获取跛足而行。

早在20世纪50年代，科学家利用半经验的方法对原子轨道进行了计算。50至60年代期间，各种各样基于现代量子理论的计算已经被用来计算一些简单分子的电子结构和相互作用。20世纪70年代，例如Gaussian？、ATMOL？、IBMOL？等量子化学计算软件的开发也扩充了计算化学的内涵。

与此同时，新的化学合成与表征技术的开发使得越来越多新颖的分子被制造出来，人们不仅需要认识这些新分子，而且也需要借助一定手段来指导新分子的合成。在这样的前提下，就需要借助计算机对分子进行模拟。

1990年，密度泛函理论（Density Functional Theory）的提出将理论和计算化学带到了一个新纪元。和以往的方法相比，密度泛函理论解决了以往的分子模型中电子交换和相关作用的近似，由其得出的分子几何结构和电子结构的预测与实验数据吻合得非常好。直至目前，密度泛函理论依然是分子和化学反应模拟中最重要也是最为常用的方法，两位科学家Walter Kohn[6]和John Pople[7]因为分别发展了密度泛函理论以及将这种量子力学计算方法融入到计算化学中去而获得了1998年的诺贝尔化学奖，这是诺贝尔化学奖第一次被授予理论和计算化学领域的科学家。获奖者之一的Pople也是著名量子化学计算软件Gaussian[8]的开发者之一，该软件在2009年又进行了一次更新，是当今功能最完善、计算最有效、生命力最长的量子化学计算软件。

目前，专门刊登量子化学理论、模型化学和计算化学的学术期刊也纷纷涌现，如，美国化学会（American Chemistry Society）下已有Journal of Chemical Information and Modeling， Journal of Chemical Theory and Computation， Journal of Physical Chemistry A三本期刊出版，而著名学术出版集团Elsevier也有Journal of Molecular Graphics and Modeling， Journal of Molecular Modeling， International Journal of Quantum Chemistry和Computational and Theoretical Chemistry等专刊，国内也有例如《物理化学学报》和《计算机及应用化学》等期刊。

2 复杂化学体系多尺度模型的建模以及应用

1976年，Michael Levitt和Arieh Warshel二人提出了酶催化生物化学反应的通用理论研究方法[10]。这个方法将生物酶-底物间的复合物和溶剂作用一起考虑在整个体系之内，并且用量子力学和经典力学两种方法探讨了所有可能影响催化路径的因素。其中，量子力学包含了酶-底物键的断裂，底物与酶结合时电荷的重新分布；而经典力学部分则考虑了酶和底物之间的立体作用能和静电作用能。综合考虑以上两点，两位作者以一种水解酶裂解糖苷键为实例，首次进行了水解酶-糖苷这个复杂化学体系多尺度模型的理论计算（图1）。如今复杂化学体系的QM/MM方法已经被广泛应用到酶-底物催化反应，有机反应以及DNA/RNA的相关研究中去。

那么，如何建立一个合理的多尺度复杂模型？科学家们和软件工程师们通力合作开发出了各种功能强大的分子建模和可视化软件。对于小分子的构建，最为常用的为PerkinElmer公司下属的剑桥软件公司开发的ChemBioOffice？系列软件，包括了ChemBioDraw？和ChemBio 3D？两个模块（图2）。当在软件窗口的右侧ChemDraw？面板画出感兴趣的分子后，左边的窗口就会立即显示出分子的3D模型。本软件还包括了其他很多内容，例如对分子进行简单的几何结构优化操作或者分子动力学计算，根据计算结果画出分子的部分电荷、分子轨道等信息。

GaussView？是Gaussian公司开发的用于分子建模的软件包，目前已经更新到GaussView5.0b版本。此软件包的功能类似于ChemBioOffice？，该软件并不如ChemBioOffice？那样还具有计算功能，而只是作为量子化学计算软件Gaussian？的图形输入接口，图3是利用GaussView？创建了联苯分子，当利用Gaussian？软件对分子进行计算完毕之后，也能够展示分子轨道的图形。

以上两种软件不仅可以在各自的软件内部进行计算，而且ChemBioOffice？软件还提供了Gaussian？计算软件的接口。我们可以在ChemBioOffice？中构建完小分子，并设置运行参数之后在Gaussian？中进行对应的计算。

在一个复杂化学体系中，往往还要涉及到生物大分子的构建。现在科学家们已经构建起了大分子结构库，最著名就是由美国布鲁克海文（Brookhaven）国家实验室建立的蛋白质数据库（Protein Data Bank，http：// rcsb.org）。库内包含了蛋白质、多肽、DNA、RNA等95644个晶体结构数据。我们可以通过下载数据来得到生物大分子的晶体结构。

Accelrys公司开发的Discovery Studio Client？软件能够读取从Protein Data Bank下载的pdb文件，如图4展示的是Discovery Studio Client？的界面，展示了人体血清白蛋白和一种DNA的结构。

此外，Discovery Studio Client？还具有将小分子和大分子组装结合在一起的功能，如图5分别是将一种长链的污染物分子结合到了脂肪酸结合酶和人体血清白蛋白中，这就完成了一个复杂化学体系的模型构建。

VMD？软件也是一种常用的可视化软件，相对于Discovery Studio Client？，其功能更侧重于动态展现动力学情况下分子的运动和形变情况。图6则是VMD？软件的界面以及其展示的人体血清白蛋白分子和DNA分子。

在分子建模完成之后，就可以对一个建立完成的化学体系进行理论的计算，预测这个复杂化学体系的物理化学性质。对于一个多尺度模型的计算，计算方法的选择也是多尺度的。首先，对需要模拟的化学反应的区域要进行界定。在界定了这个区域之后，必须对这个区域内的分子进行高精度的量子化学计算，模拟或预测该区域内可能存在的化学键以及键的断裂。在界定的反应区域之外，由于不牵涉到化学反应，所以不需要高精度的量子化学计算方法，而只需要相对简单的半经验的计算方法或者更简单的分子力学方法进行计算。总而言之，这就是复杂化学体系多尺度模型的计算，即QM/MM计算。涉及量子化学部分的QM计算，需要用到包含量子化学计算的软件，例如最著名的Gaussian？，GAMESS？等。在这些软件中，也可以采用ONIOM方法[12]进行计算。

3 复杂化学体系多尺度模型建立的科学意义及其展望

结合理论以及计算化学发展本身的历程来看，复杂化学体系多尺度模型具有十分重要的科学意义。首先，此模型的建立使我们从简单分子的化学反应进入到了生物大分子体系的理论计算研究。利用理论计算这个强有力的工具，生命科学的奥秘将很快被解开，人们对生命科学背后的化学机制的认识将会上升到分子层面，对带动化学，乃至生命科学学科具有举足轻重的作用。其次，多尺度模型的建立也能够促进理论和计算化学本身的发展，丰富理论和计算化学本身的内涵，并且随着研究体系的进一步复杂化，将在现有的多尺度基础上提出新的超尺度模型的可能。

此外，作为一门交叉学科，理论和计算化学的发展也势必会带动其他相关学科的进一步发展。90年代开始，纳米学科蓬勃发展，各种新材料如雨后春笋般出现，得益于理论化学中平面波和赝势（即将离子实的内部势能用假想的势能取代真实的势能，但在求解波动方程时，不改变能量本征值和离子实之间区域的波函数）的发展，对具有周期性结构的晶体材料性质的模拟和预测也成为可能。目前，已经有Material Studio？、VASP？等多种模拟软件。在药物合成方面，计算机辅助药物合成的概念已经深入人心（Computer-aided Drug Design）。顾名思义，计算机辅助药物设计利用计算化学这个强有力的工具来发现或者研究具有生物活性的药物分子的行为，其最基本的目标就是通过计算化学来预测一个分子与靶生物分子是否会结合，并且其结合能力有多强，能够实现这一功能的软件则包括了GOLD？、SYBYL？等等。

可以说，理论和计算化学已经成为辅助化学家们探索世界的重要工具，也成为了指引科学家探索未知世界的新罗盘。

参考文献：

[1] Schrodinger E. An Undulatory Theory of the Mechanics of Atoms and Molecules. Phys. Rev.， 1926， 28， 1049～1070.

[2] Heitler， W. & London， F. Wechselwirkung Neutraler Atome und hom？opolare Bindung nach der Quantenmechanik. Zeitschrift fur Physic 1927， （44）： 455～472.

[3] Pauling， L. Electronic Structure of the Benzene Molecule. Nature， 1987： 325， 396.

[4] Levine， I. N. Quantum Chemistry （4th edition）， Englewood Cliffes， New Jersey： Prentice Hall.

[5] Mulliken， R. S. Electronic Structures of Polyatomic Molecules and Valence. II. General Considerations. Phys. Rev. 1932， （41）： 49～71.

[6] Hohenberg P.； Kohn， W. Inhomogeneous Electron Gas. Phys. Rev. 1964， （136）： B864～B871.

[7] Pople， J. A. Molecular Association in Liquids： II. A Theory of the Structure of Water. Proc. Royal Soc. A， 1951： 205， 163.

[8] Gaussian 09， Revision D.01， M. J. Frisch， G. W. Trucks， H. B. Schlegel， G. E. Scuseria， M. A. Robb， J. R. Cheeseman， G. Scalmani， V. Barone， B. Mennucci， G. A. Petersson， H. Nakatsuji， M. Caricato， X. Li， H. P. Hratchian， A. F. Izmaylov， J. Bloino， G. Zheng， J. L. Sonnenberg， M. Hada， M. Ehara， K. Toyota， R. Fukuda， J. Hasegawa， M. Ishida， T. Nakajima， Y. Honda， O. Kitao， H. Nakai， T. Vreven， J. A. Montgomery， Jr.， J. E. Peralta， F. Ogliaro， M. Bearpark， J. J. Heyd， E. Brothers， K. N. Kudin， V. N. Staroverov， R. Kobayashi， J. Normand， K. Raghavachari， A. Rendell， J. C. Burant， S. S. Iyengar， J. Tomasi， M. Cossi， N. Rega， J. M. Millam， M. Klene， J. E. Knox， J. B. Cross， V. Bakken， C. Adamo， J. Jaramillo， R. Gomperts， R. E. Stratmann， O. Yazyev， A. J. Austin， R. Cammi， C. Pomelli， J. W. Ochterski， R. L. Martin， K. Morokuma， V. G. Zakrzewski， G. A. Voth， P. Salvador， J. J. Dannenberg， S. Dapprich， A. D. Daniels， ？. Farkas， J. B. Foresman， J. V. Ortiz， J. Cioslowski， and D. J. Fox， Gaussian， Inc.， Wallingford CT， 2009.

[9] CHARMM： The Biomolecular Simulation Program， J. Comp. Chem. 30， 1545～1615 （2009）， by B. R. Brooks， C. L. Brooks III， A. D. Mackerell， L. Nilsson， R. J. Petrella， B. Roux， Y. Won， G. Archontis， C. Bartels， S. Boresch A. Caflisch， L. Caves， Q. Cui， A. R. Dinner， M. Feig， S. Fischer， J. Gao， M. Hodoscek， W. Im， K. Kuczera， T. Lazaridis， J. Ma， V. Ovchinnikov， E. Paci， R. W. Pastor， C. B. Post， J. Z. Pu， M. Schaefer， B. Tidor， R. M. Venable， H. L. Woodcock， X. Wu， W. Yang， D. M. York， and M. Karplus.

篇10

本书的主要目的，就是要证明这样的替代物是存在的，它与50年前人们讨论的所谓唯象随机量子力学以及随机零点场理论密切相关。这是一种涨落场，属于经典Maxwell方程的解，但是在零温下有非零平均能。作者们认为量子化源于经典物理与这种零点场涨落紧密联系的深刻随机过程，而量子力学的基本理论建筑在第一原理的基础上，这个原理揭示从更深层次的随机过程引发的涌现（Emergency，或译突现）现象的量子化。

作者们在本书所呈现的理论观点是经过长时间的努力寻找而获得的答案。长期以来，科研人员试图寻找答案的以下问题：哪些概念对量子力学的发展起重要作用；是什么为这些概念提供了物理基础；量子力学背后的物理学的最新发现中，有哪些对这些问题的回答形成了综合的和自洽的新的理论框架。

作者认为任何物质系统都是一个开放系统，它们永久地接触随机零点辐射场，并与其达到平衡状态。从这个基础出发，导出量子力学形式体系的核心以及非相对论QED的相对论修正，同时揭示了基本的物理机制。本书打开了通向进一步探索并揭示物理的新大门。读者会看到，这一任务远没有结束，仍存在很多问题没有考察到，期待进一步研究。

本书阐明了量子理论一些核心特点的根源，诸如原子的稳定性，电子自旋，量子涨落、量子非定域性和纠缠。这里发展的理论重新确认了诸如实在性、因果性、局域性和客观性等基本的科学原理

全书内容共分10章：1.量子力学：某些问题；2.唯象随机方法：通向量子力学的简捷途径；3.普朗克分布，涨落零点场的一个必然推论；4.通向薛定谔方程的漫长旅途；5.通向海森伯量子力学之路；6.超越薛定谔方程；7.解开量子纠缠； 8.量子力学的因果性、非定域性和纠缠； 10.零点场波（和）物质。

本书适合熟悉量子力学的最基本概念和结果的读者阅读。其内容适用于从事理论物理、数学物理、实验物理、量子化学和物理哲学的研究人员、研究生和教师参考。

丁亦兵，教授

（中国科学院大学）

Ding Yibing，Professor

（The University，CAS）Ignatios Antoniadis et al

Supersymmetry After the

Higgs Discovery

2014

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10.1007/978-3-662-44172-5