科学探索吧 关注:8,974贴子:80,158
  • 7回复贴,共1

厚宇德:明天的物理学(转)

只看楼主收藏回复


明天的物理学

物理学是自然科学的基础,同时又是自然科学发展的前沿。物理学自诞生以来就具有两方面的基本作用:在精神上,它极大地满足了人们的求知欲,物理学帮助人们越来越深入地认识了自然界;在物质上,它有力地服务、造福于我们人类。
但是,今天我们才意识到,人们关于物理学的一些认识还未必正确,一些结论未免过早。在物理学轰轰烈烈走过了几个高潮之后,产生了一种倾向,一些人士开始了关于物理学的反思:物理学在悠久的人类历史长河中的几百年究竟起了什么作用?物理学所应用的方法对自然界是真的行之有效么?明天,未来的物理学会是怎样?
本文作者持积极乐观态度,坚信在未来的21世纪,物理学将不改初衷:
(1)继续满足人们不断增长的求知欲望,前沿不断发展,失误不断被纠正,而且人们将通过物理学加深对人类自身的认识。
(2)一如既往地满足人们物质上的需要将仍是物理学的主要目标。这也是物理学历尽沧桑而不断得以存在并发展的决定性因素。也正因此我们预言:应用物理在未来的物理学中将前所未有地起主导作用。与以往不同的是在未来的应用物理中,理论的探索将占更大的成份,具体而言之:
a.物理学60%-80%的理论探讨将围绕理论的应用展开,将集中探讨“理想化”的理论如何回归现实世界,以及检查“理想化”的理论是否背离了现实的轨道。
事实上,在一定意义上物理学研究的对象一直是理想的模型。这在一定阶段具有绝对进步的意义。但理想模型的建立过程即对现实世界的抽象处理过程因过分简单化难免使模型与现实对应物之间有了本质区别。这一点对物理学的影响是深重的。今天,我们已经有了关于实物的、关于场的、关于平衡态的、关于非平衡态的、关于线性的、关于非线性的物理理论。但是在每一领域的理论应用于现实时,仍会遇见巨大的困难,有时甚至会出现不可解的问题。笔者认为,这原因之一就是由于在“理想化”处理、抽象研究建立理论过程中隐匿了错误。在物理学中,甚至在过去的所有科学技术中,几乎处处离不开近似处理,“四舍五入”成了一条科学成语。但是就在这种近似处理中,物理学曾轻易地忽略掉了混沌理论。该理论承认“蝴蝶效应”:今天有一只蝴蝶在北京扇动翅膀就有可能在下个月引起纽约的一场风暴。这在只具备传统物理思想的人看来是不可思议的。
在未来对物理学既有的理论和方法的检验中,也许会发现许多错误,从而建立一系列新理论。
b.未来物理学最尖端的环节之一是材料物理学。一方面科技越先进,对各种仪器、设备的各项指标的要求就越高,而要达到这一要求在很大程度上取决于材料的性能;另一方面,一些新技术的诞生完全是由于新材料的发明及材料新性能的发现,具有了良好材料才能使器材的“硬件”真正“硬”起来。
高科技的发展和应用能促进生产力的飞跃,高科技是国家、企业竞争制胜的制高点。所谓高科技主要包括:信息技术、自动化技术、航天技术等等。而其中信息技术的基础技术主要就是新材料技术新能源技术。可以说没有新材料的不断问世就不会有高科技的健康发展。新材料的神奇作用有时是难以预料的。下列事实能充分说明这一点。
科学家预言在不久的将来光计算机将取代电子计算机,如同晶体管取代电子管一样。光计算机一秒钟可以进行一万亿次的逻辑运算,其存储器的存储量将提高几万亿倍。这一切都是电子计算机远远望尘莫及的。使这种“神话”得以成真的关键是找到可以取代晶体管的新材料。如今研究已初步成功。新材料是一种特殊的晶体,照射到它上面的光束,强度发生一点变化,透过去的光将发生很大变化,即它对光有放大作用。
有一种新材料叫功能陶瓷,具有光、声、热和电磁学等多种功能相互转换的特性。这种材料在信息工程中大显神通,得到了广泛的应用。同样,已被大家熟悉的不再神奇的“形状记忆”镍钛合金,在航空中也有了特殊的应用,显示出了巨大的优越性。



1楼2005-01-05 12:32回复
    c.能源问题将是未来物理必须解决的难题。新能源的开发成败关系着人类的存亡。化石能源之枯竭是人类在不久的将来必须面队的现实。虽然人们对新能源的开发研究早已开始,但目前还没有任何一种新型能源足以完全取代生活中化石能源的地位。地热能、水能、风能、原子能、太阳能等的科学利用方法仍必须投入大气力去研究。
    d.在生命科学领域物理学将有更深入更广泛的渗透。在已往的岁月里,物理学家曾对生命科学的发展做出了卓越的贡献。薛定谔为解释生命现象而提出的负熵概念已广泛地被生物学家采纳。受薛定谔影响而半途改弦易辙的沃森和克里克确定了DNA模型,成为当时生物界最出色的研究者。玻尔也十分热衷于生命现象,他先后写过《光和生命》、《生物学和原子物理学》、《物理科学和生命问题》以及《再论光和生命》等论文。普里高津用耗散结构理论解决了热力学第二定律与达尔文进化论的冲突。协同学、混沌学等将成为未来生命科学某些领域的主要理论工具。基因工程、细胞工程已成为生物高科技主要内容,在这些微观领域,离开物理学理论的指导和精密物理设备将寸步难行。关于脑的研究已形成一门新学科——脑物理学。
    中国的物理直到今天在一些领域还处于落后的地位。但我们中国人自己已凭事实说明了自己具有高度的物理智慧。过去我们起步晚,主要是向人家学。但在70-80年代以来一些新学科相继出现,应该说我们具有与他人平等的机会,如耗散结构论、协同学、分形物理学、非线性混沌理论等。协同学创立者哈肯说过:“我认为协同学和中国古代思想在整体性观念上有很深的联系。”耗散结构理论提出者普律高津也说过类似的话。然而,没有一位新领域的开山鼻祖是我们中国的物理学家。这对那些仍然盲目偏执地认为强调整体的中国科学思想(实际上这是极不全面的看法)还会再次导致科学复兴的人们是一个辛辣的讽刺。造成这一状况的原因是复杂的多方面的。笔者认为主要与我们的意识有关。我们的科学家多是亦步亦趋地跟在别人的后面走,缺乏超前意识,自己感受不到物理学以及科学的其他领域发展的内在节奏、规律与趋势。这极大地阻碍了我们物理学家个人创造力的发挥,也自然妨碍了中国物理发展,影响中国物理的世界地位。
    但愿我们的展望能引起物理界同仁尤其是那些凭实力已跻身世界一流行列的大家们的共鸣。果如此,我们将无比欣慰。
    以上是本书作者1996年发表于《现代物理知识》上的一篇科普文章。在物理学的历史上曾有很多人在不同的时代对物理学的发展做过预言。事实上有的历史人物真不愧被称为预言家:达芬奇的一些天才预言设想已为我们熟知,英国人赫伯特·乔治·威尔斯(1866—1946)预言了太空飞行时代的来临并表示了对人们是否能明智地利用科学的担忧,而英国人莱昂·巴格瑞特于20世纪60年代就预言了今天计算机的几乎全部主要功能。然而与这些成功的预言截然不同的是几乎历史上关于物理学未来的预言都以失败而终。最为大家所熟悉的是著名物理学家开尔文于1899年除夕之夜在新年贺词中的预言:物理学的大厦已经建成,今后物理学家的任务只是修饰和完美这所大厦。今天我们再重温这一预言不难想象,当时的开尔文该是多么的心情舒畅踌躇满志啊。然而这种好心情实在称得上只是昙花一现。1900年普朗克即提出了能量量子化假说粉碎了经典物理自然过程没有飞跃的信条;1905年名不见经传的爱因斯坦就革命性地完成了狭义相对论……
    20世纪物理学的辉煌实在令物理界留恋与神往,而这一切辉煌几乎是随着这个新世纪的光临而接踵而来的。因此在21世纪翘首可待之际,许多物理人又纷纷作出预言。这与其说是预言不如说是良好的期盼,期盼新世纪能给物理学再次带来新的辉煌。
    1997年第9期《物理通报》发表了李政道先生的文章:《21世纪物理科学的发展前景》。李先生认为,21世纪物理学的主要任务是:“激发真空、微观和宏观的物理的结合、制造像宇宙开始的状态,了解暗物质,了解类星体的能源,了解CP不对称的原理。”
    


    2楼2005-01-05 12:32
    回复
      • 60.7.41.*
      然...


      4楼2005-02-06 22:49
      回复
        • 61.182.42.*
        历史与感觉...科学探索的观念比方法更具绝定意义


        6楼2005-02-11 18:15
        回复
          目前解决了


          IP属地:辽宁来自Android客户端7楼2023-01-17 21:50
          回复
            辛苦了


            IP属地:山东来自Android客户端8楼2023-02-04 08:11
            回复
              我想将来等揭示宇宙的奥秘的时候,我们会发现,其实它非常简单


              IP属地:山东来自Android客户端9楼2023-02-04 08:12
              回复