物理学的未来将在三个方向继续发展

物理学的未来

回顾物理学发展的历史，更要关注21世纪物理学发展的方向。21世纪物理学将在三个方向上继续发展：在微观方向上深入下去；在宏观方向上拓展开去；深入探索各层次间的联系，进一步发展非线性科学。

1．未来探索方向

（1）在微观方向上深入下去。在这个方向上，已经了解了原子核的结构，发现了大量的基本粒子及其运动规律，建立了核物理学和粒子物理学，认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象，必须要有更强大的加速器，而制造这样的加速器，是非常艰巨的任务。

（2）在宏观方向上拓展开去。1948年，美国的伽莫夫（1904～1968）提出大爆炸理论，当时并未引起重视。1965年，美国的彭齐亚斯（1933～ ）和威尔孙（1936～ ）观测到宇宙背景辐射，再加上其他观测结果，为大爆炸理论提供了有力证据，由此大爆炸理论得到广泛的支持。1981年，日本的佐藤胜彦和美国的古斯（1947～ ）同时提出暴胀理论。从根本上来说，现代宇宙学的继续发展有待向广漠的宇宙更遥远处观测的新结果出现，这需要人类制造出比哈勃望远镜性能更加优越的、各个波段的太空天文望远镜，这也是很艰巨的任务。

（3）深入探索各层次间的联系。这正是统计物理学研究的主要内容。20世纪在这方面取得了巨大的成就，先是非平衡态统计物理学有了极大的发展，然后建立了耗散结构理论、协同论和突变论，接着混沌理论和分形理论相继发展起来。这些学科都属于非线性科学的范畴。21世纪，非线性科学的发展会有广阔的前景。

2．探索未知世界

那么，现代物理学的重大突破怎样可能呢？

根据大爆炸理论，宇宙中物质与反物质的数量一样多。假设反物质存在的话，就会发射出反氦或反碳等，这些反物质会穿过太空而接近地球，我们应该能够在太空中探测到。但是，由于物质和反物质在大气中相互湮灭，它们不可能在地面上探测到，而只能将探测器送入太空进行探测。

在物理学家丁肇中的主持下，一个庞大的科学计划（即AMS计划）正在组织实施过程中。AMS－01所用的永久磁铁是由中国建造的。AMS－02将采用超导磁铁，设想发射在超导条件下工作的空间探测设备，从而大大提高在太空中长时间采集更多的数据的能力。在太空中使用超导磁铁不久前还被认为是不可能的。这是科学技术飞速发展的又一个尝试。

3．受控热核反应

人类目前可利用的主要能源资源将在未来几十年至100多年的时间内枯竭。综合各种机构的评估和专家测算，按目前世界已探明能源储量和可开采年限计算，石油资源储量为10 195亿桶，可供开采43年，高成本油田可供开采240年；天然气埋藏量144万亿立方米，可开采63年，高成本气田可供开采452年；煤炭埋藏量10 316亿吨，可开采231年；已探明铀储量436万吨，可供72年使用，海水中的铀可供使用1万年。（以上没有公认的权威数字，只是综合各种报道的平衡数据）。

由中国、美国、欧盟、日本、俄罗斯、韩国参加的热核反应堆国际合作计划（ITER）再次引起了人们的兴趣。若能在未来50年内开发成功，将在很大程度上改变目前的世界能源格局。利用热核反应，海水中的锂能源可开采利用1 600万年，而利用重水反应可开采60亿年，几乎是取之不尽、用之不竭的清洁能源。

核聚变反应堆的研究能极大推动参与国科学技术的发展。可控核聚变反应的研究已有几十年历史，并带动了尖端科学技术领域的进步。1996年7月19日，日本热核试验装置JT－60成功达到核聚变临界，创造了人工获得5．2亿摄氏度的最高纪录。美国的TFTR和英国的JET都曾成功达到核聚变临界，获得上亿摄氏度的高温，计划50年后成功发电——这就是目标。ITER是少数大型国际合作项目之一，也是通过国际合作为人类造福的尝试。通过有关各方的努力，希望能为人类的未来带来曙光，用人类自己的可控制的“太阳”照亮未来之路。

我国的全超导非圆截面核聚变实验装置（EAST）也在最近几年内实现了跨国远程控制的等离子体放电。美国通用原子能公司的专家通过专用数据网，轻点鼠标即可轻松启动并运行位于地球另一端的中国核聚变实验装置。

4．物理学联姻生命科学

物理学与生命科学的交叉点是21世纪物理学发展的方向之一，与此有关的是关于复杂性研究的非线性科学的发展。面对生命，我们没有认识的问题实在太多了，今天对生命科学的认识犹如亚里士多德时代的人们对于物理学的认识，仍处在婴儿期。因此，在这方面取得突破性的进展有很多机会。

许多理论物理学家投入到对生物学的研究中。物理学在生物学发展的过程中为其提供了大量的工具和新思想。物理学支持着生物学，而生物学又支持着医学。因此，将物理学应用于生物学和医学的潜力是巨大的。物理学本身、物理学和社会、物理学和生命都将开出更加绚丽的花朵。

当代实验物理学家丁肇中认为：“基础研究的原始动力是人类的好奇心——学习新事物和了解自然现象”，“基础研究是新技术和工业发展的原动力”，“因此，基础研究应该得到支持。”

对物理学和所有科学最重要也是最根本的支持，就是培养下一代人对科学的尊重、热爱和不懈追求。