人工智能与科普教育深度融合新路向——以量子理论典型观点科普作品开发为例

人工智能和科普教育融合是当前教育教学发展的重要趋势之一,符合国家政策客观要求、科普教育内在需求以及学生素养核心诉求,有助于推动科技创新、提高公众科学素养,促进社会的数字化转型。基于深度学习理论和“经验之塔”理论,结合Unity 3D和3ds Max技术工具设计并实现量子理论典型观点科普作品。在人工智能的支持下,此作品能够提供个性化的学习路径,而虚拟现实则赋予学生沉浸式的学习体验。为有效检验学生对科普作品的接受度,从技术接受模型的感知有用性、感知易用性、态度、意愿四个维度进行分析,结果表明,学生接受度整体情况和各维度情况均较好,学生可以获得更深层次的沉浸感、更真实的临场感、更丰富的体验感。为了更好地深度融合人工智能与科普教育,未来仍需从三方面着手:一是创设多元智能科普教育场所;二是支持学习主体情感交互体验;三是注意人工智能技术伦理问题。

智能优化算法的量子理论纲要

针对一些智能优化算法缺乏完备数学物理理论基础的现状,利用优化问题和量子物理在概率意义上的相似性,建立优化问题的薛定谔方程,将优化问题转化为以目标函数为约束条件的基态波函数问题,同时利用波函数定义了算法的能量、隧道效应和熵,实现了以波函数为中心的优化问题量子模型.这一纲要利用了量子物理完备的理论框架,建立起了优化问题与量子理论广泛的内在联系.从量子物理的角度回答了优化问题解的概率描述,邻域采样函数的选择,算法演化的过程设计,多尺度过程的必要性等问题.智能优化算法的量子理论纲要可以作为研究与构造算法的理论工具,其有效性已得到初步验证.

概率具有倾向性吗?——评波普尔对量子理论的实在论诠释

为了合理地解释集合中单个事件的客观概率,波普尔在对频率理论的修改基础上提出了概率的倾向性解释。在波普尔看来,哥本哈根诠释对量子理论的解释过于主观主义,为了维护科学实在论,必须破除量子理论的神秘性。于是,波普尔以概率的倾向性解释对量子理论做了科学哲学意义的实在论诠释。然而,波普尔对量子理论的实在论诠释存在诸多问题,它既混淆了量子力学与统计力学,夸大了其与哥本哈根学派之间的对立,同时也并没有解决所谓的单称概率问题,甚至波普尔还误解了量子理论的哥本哈根诠释。究其原因,这既与波普尔对量子理论的解释立场过于狭隘有关,也与他对量子理论的物理内涵理解不够准确有关,还与他将布尔逻辑规则应用于量子理论的非布尔逻辑空间有关,且最后一点是其中重要原因。

量子理论对心理学学科目标的质疑与更新

从量子理论视域,重新审视心理学描述、解释、预测、控制四个学科目标。量子实验显示研究结果必受研究者“观察”的影响,精确客观的描述失去保障,任何描述实乃个体化的描述;量子世界中事物因果性的消失,使得自变量与因变量不再是简单的线性关系,追求因果关系的解释只不过是多种解释中的一种;不确定原理认为未来从本质上不可预测,某一研究结果的出现只是概率,因而预测只是对可能性的预测;在万物相联的量子世界,控制、调控一种心理或行为不再可能,通过人与人之间进行创造性的协商与合作,才能达到心理学造福世界的终极目标。

高中物理课程标准教科书内容难度定量分析——以“量子理论”为例

从影响课程内容难度的三要素入手，讨论了各要素的赋值和内容难度的计算问题。以《普通高中物理课程标准（实验）》为参照，从文本角度对4个版本高中物理教科书中量子理论部分进行内容难度定量分析、比较，结果表明：4个版本教科书的内容难度均高于课程标准，并呈现如下顺序：教科版〉人教版〉沪科教版〉鲁科版，教育行政部门和教师应根据所在地区、学校的情况和学生的认知特点选用教科书，灵活处理教学内容。

光双缝衍射的量子理论

通过求解光的相对论波动方程,得到光在缝中的波函数,再由基尔霍夫定律得到光的衍射波函数,从而得到光的双缝衍射强度表达式,结果表明,理论结果与光的双缝衍射实验数据符合较好.

高斯激光驻波场沉积Na原子的量子理论分析

利用量子理论,通过CRANK-NICOLSON数值方法对23Na原子受激光驻波场作用的物理过程进行模拟.模拟结果表明:正失谐时,原子以λ/2为周期会聚在驻波光场中波节处.随着光势阱加深或原子纵向速度改变,原子会聚结果分别符合薄透镜、厚透镜及沟道化模型.厚透镜模型中,当原子纵向速度增加,原子密度峰位置沿z方向向后漂移,峰在z方向半高宽增加.当激光功率增加或激光束腰减小,会聚面上峰半高宽减小,对比度增加,峰值增加.

量子理论转化中医理论的可行性探讨

中医理论现代化的首要任务是找到合适的基础学科作依托,以基础学科的技术体系为基础,建立符合中医学研究的实验技术体系。通过比较量子理论与中医理论,发现两者可通约。比较中医"气"与机体电磁辐射,认为中医"气"的物质基础是机体电磁辐射场,基于机体电磁辐射可表征"气",气是生命之根本,可以解释中医医理的内涵和学说,如经络的本质、证候、辨证施治、藏象学说、天人相应等。最后提出可利用量子理论等现代科学理论及其技术,转化古老的中医理论,从而真正实现中医理论的现代化。

基于科学素养主题的中美高中物理教科书定量分析——以“量子理论”为例

以《普通高中物理课程标准（实验）》、《美国国家科学教育标准》等为参照，从科学素养主题的视角，对中美高中物理教科书中量子理论部分进行定量分析和比较。结果表明：我国传统教科书中科学知识的比重偏高，不太关注学生对科学探究过程的体验。新教科书中科学知识的比重显著降低，更加关注学生的主动探究和科学史教育，但STS内容较少、范围较窄。美国教科书在科学探究和STS主题的处理方面做得较好。

在全量子理论下蛋白质分子中激发的孤立子的特征

用全量子力学理论代替过去的半经典半量子理论推导出了在蛋白质分子中激发的、传递生物能量和信息的孤立子的运动方程。把理论建立在可靠的量子理论基础上。并给出了在此情况下孤立子的量子力学特性。

色散吸收非对称介质光腔中光场的量子理论

利用格林函数方法对色散吸收介质中的电磁场量子化 ,研究了由色散吸收介质构成的非对称介质光腔中光场的量子理论 ,并分析了非对称性对光腔量子性质、工作性能等的影响 .

微波生物非热效应的量子理论及其机理

根据已有的微波生物非热效应的实验,应用量子力学推导出微波生物非热效应的公式。该公式表明:微波生物非热效应与辐射功率无关,仅取决于生物组织的结构。根据共振吸收的普遍性和生物组织的结构所具有的自适应性,提出“共振自适应”理论,并用其来解释微波生物非热效应。

电子衍射的量子理论

本文运用量子理论分析了电子的单缝和圆孔衍射，与光的单缝和圆孔衍射完全一致．

基于量子理论方法的分子C_(60)单缝衍射研究

已有大量实验对各种粒子的衍射现象进行了研究,并在理论上用许多模型解释了这些衍射现象.笔者应用量子理论方法研究了C60的单缝衍射问题,所得的结果与实验符合较好.

泛量子理论的发展及其在生化和物理中的应用

Titius-Bode定则的新形式rn=an2和相应的天体量子论应用于太阳系外的恒星行星,并推广到银河系团的10个伴星系.由此可得严格的人择原理,并定量论证了太阳系的结构应该是对称的八大行星模式.进一步把理论发展为泛量子理论,其中量子常数不同但形式相似.对此用几何平均方法,可以对不同标度的生物、化学、物理等离散系统分别获得不相同的量子常数,如人的量子常数是1=4.376 4×105g.cm2/s,细胞的量子常数是2=6.793 3×10-8g.cm2/s,大分子(即纳米结构)的量子常数是3=8.464 2×10-18g.cm2/s.这些结果与超弦中的对偶性是一致的.

基于量子理论方法的原子激光冷却机理分析

应用含保守系统和非保守系统的薛定谔方程分析了激光冷却机制,用该理论证明了原子在激光场中被冷却.并预言了原子冷却温度与原子振动频率成正比,该结论与最近在Nature发表的实验结果完全一致.

佛教与科学的当代对话——以佛教空性论与量子理论为线索

宗教与科学的对话是当代文化中一个引人注目的现象。以佛教的空性论与现代物理学的量子理论为中心展开的佛教与现代科学之间的对话,为认识这一现象提供了很好的例证。对话表明,即使在时空跨度巨大的佛教思想与现代科学之间,也存在文化上的统一性与相互诠释的可能性。佛教与科学的对话显示了佛教独特的信仰价值;它对于促进科学文化与人文文化之间的融合,也具有积极的意义。

模拟量子理论探求行星距离规律之谜

根据太阳系结构与原子结构、引力场与静电场的相似性,本文作者模拟量子理论研究了太阳系原始行星物质的径向分布.得出的结果是:物质的径向分布密度呈波浪形,由内向外减小;每个密度峰到太阳的距离与目前行星的距离有很好的对应关系;密度的大小与行星的质量有较好的相关性;由该理论得到的重元素的分布与事实相符.

让新实验诉说量子理论(英文)

在 1 998年完成和分析的几个新的物理实验显示了量子理论的微妙性 ,包括“波粒二重性”以及二粒子缠结态的不可分性 .本文的分析表明 :测量在破坏原来存在于客体及其环境间的量子相干性时必然要改变客体 .因而“物理实在”应在两个层次上定义 :“自在之物”与“为我之物”.量子力学中的波函数则正起了通过“虚拟的测量”将这两个层次的物质联系起来的作用 .

量子理论若干基本问题研究的新进展

本文结合最近的典型量子物理实验 ,如用冷原子Bragg散射实现的“which way”实验 ,量子退相干过程的微腔QED检验和C60 分子的量子干涉等 ,比较系统地介绍了量子理论基本问题若干研究的新进展 ,特别强调了处于其核心的量子测量问题及其相关的基本概念和基本思想 ,如EPR佯谬和Bell不等式 ,量子退相干和量子纠缠。从理论和实验结合的角度 ,本文阐述了被测系统和测量仪器的相互作用怎样导致量子测量的一般动力学过程。由此还讨论了外部环境和内部运动怎样诱导量子退相干和量子耗散 ,对“薛定谔猫佯谬”和“宏观物体空间局域化描述”给出了可能的物理解释。最后 ,通过具体例子 。