二十一世纪的物理学
一、二十一世纪物理学面临的变革
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21世纪物理学面临的变革包括三个方面：物理学的基本理论——粒子物理学和宇宙论在纵深方面的深刻变革，多粒子系统物理学和复杂系统物理学在横向方面的重大进展，与物理学有关的交叉学科的兴起和由此而来的新发现。21世纪的物理学将通过对髙科技的巨大促进，对知识经济和社会生活的各个方面产生重大的影响。物理学很可能与生命科学、信息科学和航天科技一起分享21世纪。
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物理学1.1物理学基本理论——粒子物理学和宇宙论在纵深方面的深刻变革
预计物理学基本理论将在微观量子真空和宇宙真空背景的新性质的发现的基础上，建立起与相对论和量子论形成三足鼎立的、协调一致的第三种基本理论，以达成物理学基本理论的完备性，从而统一地描述物质的基本结构和基本相互作用，解释质量和引力的起源以及相互作 用的本质。与此同时，将建立起完善的粒子物理学和宇宙学，从微观、宏观和宇观三个方面解释基本粒子和宇宙的起源、天体结构的形成和宇宙的演化与归宿。
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1.2多粒子系统物理学和复杂系统物理学在横向方面的重大进展
多粒子系统物理学包括强子和原子核物理学、原子分子物理学与光学，以及凝聚态物理学等，运用物理学基本定律研究多体系统和复杂系统的横向科学。强子和原子核物理学将全面进入基于QCD的夸克-胶子多体系统的动力学时代。凝聚态物理学将进入以人造凝聚态、极端条件下的非常规凝聚态和生物凝聚态过程为代表的复杂系统的规律的研究时代。高温超导体的研究和应用、可控热核反应的研究和聚变能的实际利用将是这一领域的中心课题，将彻底解决人类的能源问题。人造凝聚态的研究和原子、分子的控制与操作，将给材料科学和化学开辟空前广阔的前景，使人类摆脱大自然的恩赐，进入量子工程的时代，按自己的意愿和需要设计和制造人工量子系统和人工智能材料。超强超快激光、光与原子分子相互作用的精确控制，将开辟光学的新时代。物理学将在原子、分子的层次进入生物过程的研究，在生物物理领域形成重要的交叉学科。 ica1.3交叉学科的兴起与新发现
量子物理的理论及其实验技术与信息科学和计算机科学技术的深层次结合，将在量子信息、量子通信与量子计算等方面产生重大的理论成果和应用技术，量子通信将获得重要应用，量子计算将有可能逐步实现。
物理学在原子、分子的层次进入生物过程的研究，将使量子生物学对生物大分子的能量、电荷输运和信息传递作出定量的描述，对生化过程在原子、分子层次上作出说明并进行控制。量子生物学与生物信息学一起将最终揭示蛋白质序列的生物学涵义和DNA序列的遗传秘密。
地球科学与物理学结合将产生许多新兴交叉学科。大气物理与气象物理将使天气预报的有效期延长、准确度大大提高，天气的人工控制和人工气候的规模将增大。海洋物理将揭示出新的海洋秘密，特别是深海的秘密和海洋-大气相互作用的规律。深层地壳物理和地心物理将发现不为人知的规律。所有这些学科的发展，将使我们对所居住的星球有更深刻的了解，为我们与地球和谐相处
9.2物理学的研究方法143
提供科学知识。
1.4物理学对高科技的巨大促进
物理学将通过与生物学、化学、材料科学、信息科学、地球科学以及空间科学的联盟，以比二十世纪更快的速度、更大的规模、更深的层次，促进高科技的发展,并通过高科技对知识经济和人类社会产生巨大的影响。二、物理学的研究方法
物理学的研究方法与物理学的特点密不可分。物理学有几个显著的特点。
(1).它是精密的、定量的实验科学。为此，它要使用精确的实验方法和精密的仪器，要有严密的理论方法和严格的数学。
(2).它是探索自然本原的科学。在自然科学中，物理学所研究的问题最为基本，要对一些过去的哲学问题作出科学的回答，如物质、运动、时空的本性以及宇宙的起源与演化等。需要用有哲学思维的头脑和实证的物理知识去回答这些问题。从以上两点派生出第三个特点。
(3).物理学与数学和哲学是紧密结合的。这可以从下面两点看出。①伟大的物理学家都是自然哲学家，最突出的例子有牛顿、爱因斯坦、义玻尔、海森伯、狄拉克等。物理学需要科
学的哲学。这种科学的哲学是从科学成就和人类社会实践中总结出来的；它是思想方法，是受科学、社会实践检验的，而不是凌驾于科学和社会之上的、不可侵犯的教条。科学的哲学是发展的而不是一成不变的。从自然科学的发展经验看，可信的自然科学的哲学是唯物论和辩证法。这一哲学有多家之言，自然科学家也对它做出了重要贡献，许多现代派别的观点有可取之处。②没有近代和现代数学，就没有现代物理学。物理学与数学的密切对应说明了这点（表士”。
9.321世纪中国的物理学
9.3.121世纪中国物理学（中期〗前景的预期（部分〉
(”中国经济和高科技的快速发展将带动凝聚态物理学、原子、分子物理学和光学的加速发展，较快地缩小与国际研究前沿的差距，先在某些主流领域占有一席之地，然后再逐步扩大。
(^)原子核物理学将在重离子核物理学、超重核合成和放射性核研究方面，可望占领一席之地，在理论研究方面可望作出有中国特的贡献。
基本粒子物理学在实验的国际合作方面可望作出中国人的贡献，正负电子对撞
144第9章结语21世纪的物理学
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机的实验研究和粒子物理理论研究方面可望作出有中国特的贡献。
(句天体物理与宇宙学研究的差距将会缩小，天体观测和宇宙学理论研究可望作出成绩。
在交叉学科方面，生物物理学在分子遗传学和生物信息学方面可望作出成绩，量子信息、量子通信和量子计算研究的技术差距将会缩小，理论研究可望作出成绩。
9.3.2中国发展物理学的策略
(”国家资助策略：国家由于财力资源有限，资助要突出重点，“有所为，有所不为”。
(^)个人自由研究：中国有13亿人口，凡是有意义的、世界上有的学科，中国都要有人研究。特别是物理学基础理论研究，对可望突破的物理学深层次基础问
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