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选择字号:   本文共阅读 4787 次 更新时间: 2007-01-04 22:04:20      添加到我的收藏
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陈佳洱:我国物理学的发展与挑战
·陈佳洱
标签: 物理学

    陈佳洱:谢谢光明日报的邀请,大家好!
    物理学是人类认识自然界的基础,是揭示和阐述物质世界基本构成及其运动和相互作用的基本规律的科学。当今物理学已是现代科学的基石,也是现代前沿技术的先导和源泉。
    比如今天从我们普遍使用的手机、电视、MP3、笔记本电脑等日用家电产品,到我们看病时用的B超、X-光、CT照相等,到航空航天技术乃至核能源或核武器技术,无不深深地植根于物理科学的成就之上。
    现代物理学的发展正改变着人类的生产和生活方式,开拓着我们的未来。我们和谐社会和创新型国家的建设都需要我们关注物理、了解物理的发展,更希望年轻同志们投身物理学,为把我国建设成具有强大综合竞争力的科学强国作出自己的贡献。这是为什么我要专门来谈谈这个题目的原因。
    
    中国古代文明中的物理之光
    
    “物理”一词,在2300年前我国的先秦时期就出现了。当时的思想家还认为自然界的规律和人文社会的规律是统一的,人文社会的法则也应该归结为天地、自然的法则。从这点来看,当时的物理学与哲学是混为一体的。
    其实“物理”一词,在2300年前我国的先秦时期就出现了,但当时的含义比现在的“物理”要广泛得多。它泛指人类对自然界及人类自身的理性认识或世界万物的道理。中国古代的学者很注意对自然现象的观察和理解,他们认为对自然规律的认识,对于每个人的世界观、人生观以至于人格的形成至关重要。当时的思想家还认为自然界的规律和人文社会的规律是统一的,人文社会的法则也应该归结为天地、自然的法则;后来有人把这个观点概括为“天人合一”。从这点来看,当时的物理学与哲学是混为一体的。
    例如,孔子在《大学》中把人的教育过程描述为:一个人首先要尽力探求世界万物的道理,深入理解得到的各种知识,才会有崇高的理想和坚定的信念,才能修养好个人高尚的品德;每个人有了好的品德,才能处理好家族、社会与国家的关系,达到天下太平。
    生活在公元前4世纪的屈原,在他著名的《天问》一诗中就曾一连向大自然提出了172个问题,表现了中国古代先贤追求真理的精神。
    中国古代学者对物理现象和规律的重视和探究不仅深刻地影响着人们的价值观,促进了中国社会经济和科学文化的发展,还导致一系列的技术发明。例如中国在很早的时期就建立了先进的天象综合观测技术,创建了一批珍贵的记录,包括用甲骨文记录的、世界最早的超新星爆发事件。通过长期的观测与实践,中国创造了与农业生产相结合的农历,促进了农业经济的发展,并延用至今。
    又如声学上,在乐器制作、声音传播规律的掌握以及具备完美听觉的音乐殿堂的建造上都取得了突出的成就。1978年在湖北随县出土了公元前500年制造的曾侯乙编钟,共8组合计65件。现代中国物理工作者通过研究,发现它所包含的物理内容令人惊叹!由青铜铸成的编钟,钟形是扁瓦形的而不是圆的,每个钟具有双音性质,各自可以发频率相差大三度或小三度的两个音。整个编钟的音域共5个八度,中音区12个半音俱全,音高几乎与现代乐器的音高一致。编钟的延音短,能够演奏旋律快的音乐,钟上突起的钟枚起到滤波的作用,使音质更为优美,无论是中国民族音乐还是西方的交响乐曲都能演奏。
    声学分析表明,编钟正着敲时钟体振动波谱的最大振幅正好在正中,而波节则在离正中侧敲点处;编钟侧敲时振动波谱的最大振幅正好在侧边,而波节则正好在正敲点处,因此两种声音互不干扰。扁形的钟体刚性比圆形的要高得多,因此振幅衰减得快,从而延音短能够演奏旋律快的乐曲。
    2000年9月在巴黎中国文化周上演出的古代编钟乐舞,曾引起欧洲观众的广泛赞扬。编钟在法国巴黎舞台上演奏时,除了中国古代乐曲外,还演奏了一段第9交响曲。
    其他如力学方面我国在杠杆原理、静力平衡原理以及在能够演奏旋律快的音乐秤量工具和建筑结构等方面也很早就有很多建树;光学方面,在墨子的《墨经》中对几何光学的现象已有相当完整的表述,当时已发现小孔成像技术,发展了金属放大镜技术等。
    历史上,中华民族以高度的智慧和能力通过各种各样的发明创造,为人类文明的发展作出了伟大的贡献。在16世纪之前的相当长的一个时期中,中国科技领先世界,其中对物理现象及其规律的研究和应用起了十分重要的作用。
    无庸讳言,中国的物理尽管在当时是先进的,但与近代的物理相比,却有着质的差距:还没有在系统实验的基础上,通过“由此及彼”、“由表及里”、“去粗取精”、“去伪存真”的过程上升到系统的、科学的理性认识;还不能定量地表达客观世界的普遍规律,进而精确预言客观物体未来的状态。
    
    西方现代科学与技术的兴起
    
    物理大师们在探寻规律和追求真理的过程中凝结起来的科学与人文精神以及在研究所汇集的智慧结晶,成为促进人类思想的一次又一次解放,不断丰富和发展引导人类走向更高文明的先进文化的重要动力。
    欧洲在15世纪文艺复兴运动之后,科学上的伟大变革接踵而来;16世纪布鲁诺、哥白尼、伽利略等前仆后继、矢志不渝地反对宗教精神桎梏,开创了一场真正意义上科学革命,形成了勇于探索未知、敢于坚持真理、重视实验观测等科学传统。
    在哥白尼之前,欧洲流行的是以地球为中心的“地心说”:地球在中心,月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星等一个个地围绕地球旋转,而上帝则处在最高层的外空。尽管这样的说法与看到的火星的逆行有矛盾,但由于宗教的支持,还是以本轮与均轮的说法来解释。哥白尼根据实验的观察,提出日心体系,与实际情况更加符合,但遭到教庭的坚决反对,布鲁诺坚持日心说,并把它发展成无限的体系而被教庭活活烧死在鲜花广场上。
    伽利略自己动手制作了一个天文望远镜,发现了月亮上的环形山、木星的四颗卫星以及在太阳表面移动着的黑子等彻底的推翻了地心说,捍卫了哥白尼的日心说;开普勒通过对火星的详细观测,发现行星在椭圆形轨道上围绕处在椭圆焦点上的太阳旋转时,在相等的时间内扫过的相等的面积,而且轨道椭圆半长轴的三次方与旋转周期的平方成正比。
    17世纪牛顿综合了哥白尼、伽利略、开普勒等成果的大成,建立了一套经典力学的理论体系,奠定了以系统的实验方法得到完整的因果关系的理性知识体系,树立了科学与理性的权威,推进了18世纪以机械化为标志的工业革命。
    19世纪,麦克斯韦通过总结大量实验获得的电磁学四大定律,完成电磁学的麦克斯韦方程,建立了经典场论。“场”作为自然界一个基本构成,进一步拓展了人们的物质观,并促进了电器化和整个通讯事业的发展。
    20世纪以爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论为代表的物理学的革命性发展,形成了人类崭新的时空观、运动观和物质观,极大地深化了人类对自然界从微观、宏观到宇观的各个尺度层次的基本规律的认识,使整个科学发生了质的飞跃,并成为新一代技术的源头。
    西方现代科学技术体系的成功建立表明,以揭示客观世界未知规律或以求知为目标的理性探索和普遍规律的概括以及实证的、定量研究的方法,孕育和推动着现代科学与技术的发展,催生了物理学一次又一次的巨大变革。这种“认识世界”的探索研究尽管一开始并不能显示出其社会经济的潜在价值,然而经过必要的积累和发展,一旦转化为“改造世界”的实践时,就能开辟出崭新的工程与技术领域,为人类的生存和发展开拓新的空间,创造新的需求。
    以核物理与核工业为例,从1896年贝克勒尔发现放射性,1905年爱因斯坦提出质能关系公式开始,1911-1932年间卢瑟福和玻尔等解决原子结构的理论模型,查德威克发现中子的存在和海森堡等提出原子核的中子质子模型。当时人们并不知道认识核的结构对人类社会会有什么用,也不知道怎么去变革原子核。后来,居理夫妇发现由核反应产生的人工放射性,哈恩等发现原子核的裂变与聚变,直到费米领导建成第一个链式反应堆等,前后经过四十余年和大量科技人员的努力,终于掌握了利用原子核能的规律,结果极大地改变了人类社会的能源结构,深刻地影响着人类社会经济的发展。
    另一方面,物理大师们在探寻规律和追求真理的过程中凝结起来的科学与人文精神以及在研究所汇集的智慧结晶,成为促进人类思想的一次又一次解放,不断丰富和发展引导人类走向更高文明的先进文化的重要动力。我们要发展现代科学,该向发达国家学习的正是这些精髓。
    物理学上接踵而来的伟大变革深刻地转化为18世纪以来的多次技术革命,包括机械化、电气化、电子与通讯技术、原子核科学技术以及激光科技等的飞速发展,引起了生产力与生产方式乃至价值观念的巨大飞跃。这些变革发生在清朝的康乾盛世之际,却未引起当时政府的任何觉醒,这就使西方的经济与科技能力,逐步从落后变成先进,以至于大幅度地超越中国。
    
    中国近代物理学的历程
    
    中国近代物理学的发展不如西方,一方面因为长期的封建统治不利于“求真唯实”的近代科学的萌发,“闭关锁国”又阻止了西方近代科学的传入;另一方面也因为我国的传统文化比较讲究实用,缺乏科学探索和建立理性思维体系的动力。
    令人遗憾的是,近代科学并没有起源于先前经济科技发达的中国,中国近代物理学的起步比西方晚了200多年。其中深刻的原因十分复杂,需要历史学家从各个角度仔细研究才搞得清楚。一方面可能在长期封建统治下的伦理道德与文化观念,包括“君君、臣臣、父父、子子”,“唯君是从”,“唯古是尊”等等,不利于讲究“求真唯实”的近代科学的萌发;加上清代“闭关锁国”的政策又阻止了西方近代科学的传入。另一方面我国的传统文化比较讲究实用,缺乏科学探索和建立理性思维体系的动力也可能是其中的原因之一。我们往往讲“学以致用”讲得很多,而对“学以致知”讲得不够。这样的文化可以有利于技术研究的开展,却不足以推动科学探索的发展。结果我国不乏优秀的技术发明,但往往止步于其应用上的成就而很少形成系统的科学理论。尽管科学研究与技术研究在形式和方法上并没有什么不同,但技术研究的动机全在于应用,而基础科学则代表着一种探索,其目标在于揭示和认识客观世界的基本规律;它的动机是求知、求真,对客观真理的追求。
    “落后就要挨打”,中国科技大幅度地落后,形成了前所未有的被动挨打的局面。1840年的鸦片战争和后来1894年中日甲午海战中国都以惨败告终。这些惨痛教训,激励国人“兴学救国”,开始以译书、建学、派遣留学生等方式向西方学习现代科学技术。我国正式用物理学作为Physic的学名也是于1900年从日文翻译的“物理学”出版开始的。
    然而那时的学习还只停留于“西学为用”的层面上,没有深入到学习先进的科学与人文精神与先进的文化观念中去。1919年的“五四”运动高举“科学、民主”的大旗,才真正开始发展中国的近代物理和近代科学,成为中国人民摒弃陈腐思想、制度,争取民族独立解放,建立新中国的重要组成部份。
    当时许多人在西方留学完成学业之后,立即返回苦难深重的祖国,发展教育,培养青年人才,并逐步开展中国物理学的研究。1919年我国首次在北京大学设立“物理学系”,开设完整的本科课程和实验。之后清华、南京、东南、中央等大学先后建立物理教育中心。1930年前后,全国有20多所高等院校设物理系。其中北大、清华、浙大、中大、燕京等若干大学等已开展物理学研究。
    1928-1929年间,中央研究院物理研究所也先后于上海和北京成立。1930年左右,全国的物理学工作者发展到三百人左右。
    中国物理学界还积极地与西方物理学界建立了广泛联系。著名物理学家爱因斯坦在1922年底、1932年初两度来上海访问,朗之万、狄拉克、玻尔等著名科学家也先后来华访问。1931年保尔·朗之万在北京建议中国物理学工作者联合起来成立中国物理学会并参加国际纯粹与应用物理学会联合会IUPAP。正是在这样的背景下,在日军侵华前夕,中国物理学会于1932年8月23日在清华大学正式成立。中国物理学会成立之后,即为发展中国的物理学努力奋斗,学会坚持不渝地每年举行一次年会,坚持出版物理学报,论文用英、法、德三种文字发表,附以中文摘要,做了大量的工作。
    1937年7月7日日寇在卢沟桥发起侵华战争。八年抗战中,各地区的教育和研究机构被迫西迁到四川、云南、广西、贵州、陕西等地区,在极端艰难困苦的条件下,坚持物理教学和研究,从未停息。在海外从事前沿研究的爱国学者也不断回国工作,竭尽全力使中国物理教育达到先进水平。周培源关于湍流模式理论的奠基性工作、王淦昌提出的中微子探测方法、吴大猷的《多原子分子结构和振动光谱》专著、王竹溪和汤佩松关于植物细胞水势的研究等,都是当时具有国际影响的成果。西南联大等校还培养出以杨振宁、李政道、黄昆等为杰出代表的一批优秀学者。抗战期间中国物理学会坚持开了六次年会,出版了六期学报。1942年还开报告会纪念牛顿诞生300周年。这些努力为近代物理学在中国的发展培养了人才,奠定了基础,先辈们艰苦创业的精神令人钦佩。
    新中国成立之后,我国物理学家在党和政府的领导下,建立起完整的物理学教育和研究体系,在数十所大学设立物理系,物理学教育的规模和质量空前提高,各大学物理系每年招生的数目,远远超过解放前各大学物理系所有在校学生的总和;还建立了几十个与物理有关的专业研究院所,从事物理学基础和应用研究。当时在国外的一大批中国物理学者,周培源、赵忠尧、钱三强、何泽慧、王大珩、胡宁、黄昆、朱光亚等相继归来,他们和留在国内的老一辈物理学家相结合,大大增强了中国物理学队伍的实力。
    五十年代后期,许多优秀的物理工作者,坚决服从国家需要,放弃自己熟悉的专业,投入到“两弹一星”的研制工作中去。他们和其他方面的专家、干部、工人及解放军指战员一起,在当时国家经济困难、技术基础薄弱和工作环境十分艰苦的条件下,依靠自主创新,用较少的投入和较短的时间,突破了原子弹、氢弹和人造地球卫星等尖端技术,取得了举世瞩目的成就。
    1999年9月18日中央决定表彰为研究“两弹一星”做出突出贡献的23名科技专家并授予“两弹一星功勋奖章”,其中物理学家有王淦昌、邓稼先、钱三强、郭永怀、于敏、王大珩、朱光亚、吴自良、陈能宽、周光召、钱学森、程开甲、彭桓武等13人。他们是中国优秀物理学工作者的代表,也是中国物理学工作者的楷模。我们要学习他们爱国奉献的精神和高贵品格!另一方面,从他们的贡献中我们既看到了物理学的发展对加强国防建设和提高综合国力竞争的重大意义,也看到了物理探索与需求牵引相结合对发展科学技术和国防安全的重要作用。
    例如,为了制造原子弹,我们从教科书上就知道,必须使裂变材料达到临界体积,发生链式反应才能爆炸。但用什么方式来达到?怎么来提高爆炸的威力?这些都是高度机密的问题,谁都不会让你知道。这里涉及裂变物理、中子物理、爆轰物理、高压物理、流体物理等一系列复杂的物理问题。我们只能在没有任何设计资料和关键数据的条件下,靠自己的智慧,通过物理分析,来进行物理设计和研制。那时候,在彭桓武先生的领导下,周光召等理论物理学家,为了确定设计中的一个疑点,就用理想条件下炸药爆炸的最大功从头进行计算,经过反复9次仔细计算最后终于实现并确认了总体设计。1964年10月16日中国原子弹爆炸成功了。这是自主创新取得的一次重大胜利!1960年,前苏联毁约撤走专家时,曾有专家断言中国人20年搞不出原子弹来,结果我们短短四年就成功了。爆炸成功后,美国人通过尘埃测试不得不承认中国采用了先进的内爆型设计技术。我们依靠自主创新在物理上解决了热核点火和自持燃烧的关键。在原子弹爆炸两年零两个月之后又成功地突破了氢弹的研制,创造了核武器发展的最快速度。我们之所以能这么快和好的掌握核武器,除了有党中央的英明决策之外,最重要的是有像邓稼先、郭永怀等一心献身祖国的科学家。
    改革开放以来,科教兴国的战略为物理学在中国的发展提供了新的机遇,注入了新的活力。首先是国家大幅度增加了对科技和教育的投入,包括建立国家自然科学基金资助自由探索,启动“863”计划、攀登计划和“973”计划,结合国家需求推动前沿物理研究。实施“科教兴国”的战略以来,年均科研投入的增长在22%以上。为了加强青年人才的培养,国家在发展高等教育规模的基础上,建立学位制度,强化了高层次人才的教育,还通过设立“国家杰出青年基金”、资助创新团队等其他举措,培育高素质科技创新人才。1993年来,物理学科上已有4500余人获得博士学位,150余人获国家杰出青年基金,资助总额1亿元,还有7个物理学的研究团队获“创新群体”资助。
    与此同时,国家还以较大的经费力度先后建造了一批物理学的重大科学工程(如正负电子对撞机,同步辐射装置、重离子加速器,用于核聚变研究的托卡马克装置等)和一批国家重点实验室。这些重大举措为加快中国物理学赶上世界先进水平的步伐奠定了坚实的基础。
    国家“科教兴国”战略的实施和中国物理学会各方面的努力,为中国物理学的大发展创造了极为有利的环境和条件,在物理学的各个领域都出现了空前良好的发展势头。在国际重要期刊上发表文章的数量迅速攀升。
    国家大型科学工程上做出了诸如t-轻子质量精密测定、新的放射性核素,包括超重核素的合成、利用同步辐射光分析确定SARS病毒的结构等一系列为我国在世界同行中占有一席之地的工作。物理的各个领域包括理论物理、激光物理、微结构物理、高温超导、晶体生长、X-光结构分析以及碳纳米管等,都有一批高水平的工作。如上海光机所徐至展等发展了基于OPCPA的太瓦激光装置,他们还用超短超强激光与大尺度原子和分子团簇作用产生了高能离子(如1.3MeV氮)。更加令人欣喜的是,近年来,我们有一批中青年科学家,在前沿领域,做出了不少在国际上有较大影响的工作。如在量子信息方面,中国科大潘建伟小组,创造了在13公里内自由通讯的纪录;中科院物理所薛其坤等在纳米超导体方面发现了量子尺寸效应导致的金属薄膜材料的奇异超导性质——超导转变温度随薄膜厚度的振荡现象等等。这些工作既体现了我们新一代物理工作者的活力,也展示了中国物理学进一步发展壮大的潜力。
    
    中国物理学的展望
    
    面对新一轮物理学革命的涌动,我们务必把握好机遇有所作为,大幅度的提升自主创新能力,实现物理科学的繁荣和发展。这是全面建设小康社会,实现中华民族伟大复兴的必然战略抉择。
    应该承认,目前中国的物理学总体的水平离国际水平还有较大差距。我们在主流方向上还缺乏有重大影响的工作,所发表的文章,“量”上去了,“质”还有待提高。以投到美国PR系列期刊文章的录取率为例,我们是20%-30%左右,而国际平均为60%。这说明中国的物理学要赶上世界先进水平还有相当长的路要走。我们发表的文章中实验的可重复率,国际上通常是90%,据说我们只有30%-40%。说明工作做得还不深不透,急于求成,急功近利,有浮躁情绪!从量的扩展到质的升华是一个飞跃的过程,我们只有遵循科学的规律才能跨越到先进的彼岸。
    进入新世纪以来,物理学面临着新一轮革命的孕育与涌动。一方面,物理学对客观世界的探索与认识不断向新的深度和广度拓展。从基本粒子的微观世界、纳米尺度的介观世界到星系的宇观世界,从飞秒瞬间到宇宙时标,从生命起源到人类的自我认识,日新月异,异彩纷呈,永无止境。
    丁肇中教授,把在不同尺度研究上获得的成果与应用以时间为参数标出来时,就得到了不同高度的金字塔的图形。1900年宏观(~m)尺度上力学、热力学、光学和电磁学等基础研究,带来了蒸汽机、航空工程、无线电、电视等的发展;1920-1930年10-10m原子尺度上原子和量子物理带来了半导体、X-光、计算机、激光、超导等的应用;1940-1950年10-14m原子核尺度上核物理的基础研究带来了核技术、同位素技术及反应堆和核武器等应用。1900年10-11m尺度天体、彗星和潮汐等基础研究带来了气象卫星、载人空间站等应用;1930年后恒星系和宇宙线的研究推动了导航技术等应用。这正说明了基础研究是技术应用的源泉,同时人类向微观和宇观世界的研究随着时间不断深化、不断提出了许多新的问题等待人们去回答。
    例如大家所熟知的氦原子有两个价电子和一个由两个质子和中子所组成的核。那么中子和质子是由什么东西构成的呢?近代粒子物理的研究得出的标准模型又告诉我们,核内的中子和质子都是由电荷为1/3或2/3个的夸克子构成。夸克子和电子都是半径小得几乎测不出来(r<10-17cm)的所谓费米粒子家族的成员。电子可以自由出现,可是夸克却被禁闭在核子中出不来,这是为什么呢?
    粒子物理研究告诉我们,这个体积≈0的家族有三代轻子和三代夸克子和它们的反粒子。他们是迄今所认识到的尺寸最小的粒子,其体积为零。如果用半径来衡量它们的尺度的话,r<10-17cm。并被认为是构成自然界的最小“基本”单元。(每种夸克还有三种颜色,所以总共有48种粒子),但是世界上为什么只有这6类最小的粒子?它们内部还有没有构成这些粒子的更小物质?这些粒子是怎样产生的?夸克子是怎样被禁闭在质子或中子里去的?于是科学家就得从宇宙的起源中去找。
    现有的宇宙起源的理论告诉我们,我们的宇宙是通过大爆炸之后形成的。大爆炸的瞬间产生大量的光和热,在爆炸后10-37秒内,温度高达约1028-1032K,宇宙接着以指数形式急速膨胀,除了大量的光子之外,涌现了夸克和反夸克、介子和反介子、中微子和反中微子、胶子以及与携带弱作用力W和Z等粒子,到了10-11-10-10秒,温度降到了1015K,可能一种称为暗物质的东西残留下来了,到了0.1-10微秒左右,温度降到1012K,夸克与胶子的速度大为降低,开始有机会黏连在一起形成夸克-胶子等离子体,到了约10微秒左右,就被他们之间的强作用力,禁固在一起形成核子(质子、中子)等强相互作用的粒子,100秒时,温度降到109K,元素核合成开始,氦和其他小质量的轻核形成;30万-40万年后,温度进一步降到3千-4千度,许多中性原子形成了;大约10亿年后温度降到15K恒星系形成;120亿年之后出现了今天的宇宙,温度为2.7K。
    为了模拟和研究大爆炸,在美国相对论性重离子加速器上,将每个核子都加速到100GeV以上的,由于相对论的效应,两个金离子迎头相撞前,由于相对论的效应,压扁成质子和中子的超薄圆盘,使超过20万亿电子伏特的能量倾注到万亿分之一的微观火球之中,使温度升高到足以使核子熔化(5万亿度以上),足以使夸克粒子解放出来形成夸克-胶子等“离子体”,然后在10-23秒之后,又重新结合大量核子和其他强子(p介子、K介子等)向外飞出。这个微型的大爆炸实验似乎在一定程度上部分地重现了现有宇宙起源的理论,但看来所出现的新问题比原来更大。例如:
    我们的宇宙的大爆炸究竟是如何产生的?大爆炸前的物质状态究竟又是怎样的?大爆炸点究竟发生了什么?其基本规律是什么?
    在对宇宙的实际观测中发现了暗能量,它是由负的压力形成的,它可以使物质质量全部消失,完全转化成能量。这种暗能量占了宇宙构成约3/4,还有23%的暗物质,也是我们所不知道的一种物质,结果我们所认识的物质还不到总量的5%。
    由于在金-金对撞的实验产生夸克-胶子等离子体研究中,也发现类似暗能量的现象存在。李政道先生认为因为暗能量,我们的宇宙之外有很多的宇宙,“天外有天”,他还相信核能也许可和宇宙中的暗能量相变相连,李先生称之为“核天相连”。
    在诸多领域涌现出现有知识理论体系所不能解释的实验现象和观测事例,包括暗物质、暗能量等,酿成物理学上空的“一团乌云”。
    历史上对于被称为20世纪物质科学大厦上空“两朵乌云”的黑体辐射谱的“紫外灾难”和光速不随运动参考系而变的实验,催生了量子论和相对论,形成人类新的时空观、运动观和物质观。今后对于这“一团乌云”的最终认识必将对整个自然科学和哲学发生难以估量的影响,说明今天的挑战将推动新一轮革命,并转化为明天物理学上的又一崭新的一页。
    不仅物理自身的发展中引发的种种挑战推动着新的革命的涌动,物理学各领域之间、物理学与其他学科各种跨学科的研究,特别是生命、信息科学的崛起和近年来兴起的纳米—生物—信息—认知技术的汇聚都呼唤着物理学发展新的思想、新的理论和技术以及研究的方法论的新突破,包括微观研究与宇观研究相结合,还原论与整体论相结合等。
    同时人类社会在可持续发展上所面临的严重挑战,包括能源、生态与环境保护、人口健康和自然灾害预测等也都要求物理学在更大的范围上为这些问题的解决提供科学基础。这一切挑战都将推动新一轮物理学革命的孕育与降临。
    对于未来的物理学革命,大家都处于探索阶段,站在同一个起跑线上。谁抓住了机遇,在知识和科技创新上占有优势,谁就在发展上占据主导地位,掌握未来社会经济发展的先机。历史上我国曾丧失上世纪物理革命的机遇,有过沉重的深刻教训。当代的物理学已经成为整个现代科学与技术的基石,是发展信息科学、生命科学、材料科学、能源科学以及空间与地球科学等学科的重要基础,也是现代前沿技术包括纳米技术、生物技术及计算机技术等的先导和源泉。物理学的教学也已成为现代教育,培养高素质创新性人才的重要组成部份。总之,物理学的发展已成为提高国家自主创新能力和国家综合核心竞争能力的一个重要阵地。面对新一轮物理学革命的涌动,我们务必把握好机遇有所作为,大幅度的提升自主创新能力,实现物理科学的繁荣和发展,从根本上摆脱来自发达国家在科学和技术方面的巨大压力,跻身世界强国之列。这是全面建设小康社会,实现中华民族伟大复兴的必然战略抉择。
    当今我国国家领导反复强调要把推进科学与技术的自主创新摆在全部科技工作的突出位置,作为一项战略,贯彻到现代化建设的各个方面。国家中长期规划也明确要按照“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的方针,高度重视和加强基础和前沿技术研究。通过国家中长期规划战略研究,我们认识到物理学这样的基础研究必须走“学科发展推动与任务需求牵引相结合”双力驱动的路子,以2020年全面建设小康社会的客观要求为目标,先期进行人才优先培养和基础研究经费超前投入的部署,营造育人、用人的良好环境,以加快智力资本的发展和积累。与此同时,我们还要弘扬求真、求知,追求真理的科学文化;提倡爱国奉献、团结合作的精神,推动平等的学术批评和争论和宽容失败的文化氛围,鼓励年青一代站在巨人的肩膀上挑战权威。
    通过历史的回顾,我们清楚的看到了我们民族高度的智慧和创造能力,也看到了物理界的先辈们为中国物理发展的那种不畏艰险、爱国奉献、坚忍不拔、求实创新的精神。这些是我国物理界的最宝贵的财富。我们一定要在国家科学发展观的指导下,努力营造唯真求实的氛围,继承先辈们献身科学、开拓创新的精神,荡涤一切消极因素,充分发挥中华文化固有的智慧和创造能力,肩负起繁荣中国物理学,赶超世界先进水平的重任,努力使我国从一个物理学的大国变成一个的物理学的强国!(光明日报)
    


■ 本文责编: frank
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