物理學(xué)近年來發(fā)展規(guī)律和研究特點(diǎn)的7個體現(xiàn)

物理學(xué)是研究物質(zhì)及其基本結(jié)構(gòu)相互作用與時空運(yùn)動形式的科學(xué)。物理學(xué)使人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識達(dá)到了空前水平，也衍生出一系列先進(jìn)技術(shù)和方法，深刻改變了產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，改善了人們的生活和健康水平，甚至影響了人類發(fā)展的進(jìn)程。

物理學(xué)在過去五年中繼續(xù)迅速發(fā)展，其發(fā)展規(guī)律和研究特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1. 對物理世界基本規(guī)律的追求

物理學(xué)的緣起與使命便是探索宇宙本源和萬物的終極規(guī)律。近年來，很多實驗和觀測結(jié)果表明，粒子物理和宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型不是終極理論，存在著更高能標(biāo)、更大宇宙尺度的基本規(guī)律。這些探索推動產(chǎn)生了一些新的理論， 如超弦理論；一些基礎(chǔ)概念被重新思考，如時空的本質(zhì)和質(zhì)量起源等。

2. 未解決的重大難題仍然是重要的驅(qū)動力

物理學(xué)中有很多重大科學(xué)問題尚未解決，如質(zhì)量起源、夸克禁閉、正反物質(zhì)不對稱性、中微子的非零質(zhì)量、引力的量子化、黑洞信息問題、高溫超導(dǎo)電性等。從實驗的角度看，如何在阿秒尺度下拍攝電子運(yùn)動、實現(xiàn)室溫超導(dǎo)、開發(fā)更高品質(zhì)因子的熱電材料、合成金屬氫、設(shè)計分子器件，以及實現(xiàn)拓?fù)淞孔佑嬎愕入y題，也在不斷召喚物理學(xué)家們持續(xù)開展研究工作。

3. 新現(xiàn)象和新材料的涌現(xiàn)

物理學(xué)的進(jìn)展既有必然，也有偶然。暗物質(zhì)、暗能量對標(biāo)準(zhǔn)模型提出了挑戰(zhàn)。引力波的證實和相關(guān)的引力波天體觀測為天體物理與天文學(xué)提供了豐富的新現(xiàn)象。拓?fù)洳牧稀⑥D(zhuǎn)角石墨烯等新的二維體系、新的非常規(guī)超導(dǎo)體等為凝聚態(tài)物理學(xué)家提供了豐富的研究素材和新的問題。

4. 新的實驗技術(shù)和方法推向極致，會帶來新的物理研究方向

有生命力的實驗技術(shù)和科學(xué)儀器總是產(chǎn)生于對未知世界的探索過程中， 它們打開了研究物質(zhì)世界的新視角。實驗物理學(xué)家們不斷地沿著兩個方向推進(jìn)科學(xué)前沿、增進(jìn)人類認(rèn)知：一是實現(xiàn)極端條件、提高探測的時空分辨率； 二是發(fā)展新的探測手段，把關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)確定到前所未有的精度。例如，目前已有最短達(dá)45 阿秒的光脈沖，當(dāng)激光強(qiáng)度達(dá)到1023 瓦/厘米2 時，量子電動力學(xué)（quantum electrodynamics，QED）效應(yīng)在激光等離子體相互作用過程中起重要作用。這推動了強(qiáng)激光、原子分子物理、激光核物理、核天體物理、實驗室天體物理、強(qiáng)場QED 物理等的發(fā)展。

5. 理論、計算方法的發(fā)展

新的量子理論和計算方法的建立和發(fā)展， 以及與數(shù)學(xué)、人工智能 （artif icial intelligence，AI）等計算機(jī)科學(xué)的交叉融合極大地推動了計算與理論物理的發(fā)展，加快了新材料的發(fā)現(xiàn)、應(yīng)用進(jìn)程，如強(qiáng)關(guān)聯(lián)研究催生了量子蒙特卡羅（Quantum Monte Carlo）模擬、動力學(xué)平均場等多體計算方法的建立和發(fā)展。在粒子物理中，格點(diǎn)QCD 的計算精度有極大提高。也因為如此， 很多領(lǐng)域已越來越依靠理論和計算。

6. 重大應(yīng)用需求不斷驅(qū)動物理學(xué)的發(fā)展

在一些領(lǐng)域，以應(yīng)用目標(biāo)為導(dǎo)向的特點(diǎn)更加鮮明。例如，隨著聚變能源的開發(fā)路線圖逐漸清晰化，等離子體物理研究更加關(guān)注聚變堆條件下的燃燒等離子體物理關(guān)鍵問題、聚變堆中等離子體與材料的相互作用等；而在光學(xué)領(lǐng)域，非線性光學(xué)、微腔光學(xué)、光子晶體、表面等離子體激元等的研究都與廣泛的應(yīng)用相互促進(jìn)。

7. 不同領(lǐng)域交叉帶動了物理學(xué)的持續(xù)進(jìn)步

物理學(xué)與數(shù)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)的交叉，以及物理學(xué)內(nèi)部的各方向的交叉產(chǎn)生了豐碩成果。生物物理、軟凝聚態(tài)、粒子天體物理、核天體物理等交叉領(lǐng)域生機(jī)勃勃。例如，量子多體糾纏研究給出的張量網(wǎng)格態(tài)有可能促進(jìn)量子引力和凝聚態(tài)物理的理論研究；利用冷原子和冷分子體系進(jìn)行量子模擬會促進(jìn)對強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系和量子化學(xué)的深入理解。

本文摘編自《中國物理學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》[ “中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究（2021—2035）”項目組編. 北京：科學(xué)出版社，2026. 3]一書“第一章　總論”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

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《中國物理學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》購買

ISBN 978-7-03-083104-0

叢書策劃：侯俊琳 朱萍萍

我國物理學(xué)總體研究水平提升很快，重要基礎(chǔ)設(shè)施和實驗條件得到明顯改觀，逐步跟上國際先進(jìn)水平，部分領(lǐng)域走到了國際前沿。《中國物理學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》深入闡述了物理學(xué)及其應(yīng)用領(lǐng)域的科學(xué)意義和戰(zhàn)略價值，系統(tǒng)分析了物理學(xué)發(fā)展規(guī)律和研究特點(diǎn)，充分結(jié)合物理學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀和態(tài)勢，梳理了我國物理學(xué)的發(fā)展思路與方向，并提出了相應(yīng)的政策建議。

本書為相關(guān)領(lǐng)域戰(zhàn)略與管理專家、科技工作者、企業(yè)研發(fā)人員及高校師生提供了研究指引，為科研管理部門提供了決策參考，也是社會公眾了解物理學(xué)及其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢的重要讀本。

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（本文編輯：劉四旦）

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