当代物理学面临的机遇与挑战

当代物理学面临的机遇与挑战姓名：张倒红学号：20120511447专业：物理学（师范）年级：2012级50年代以来当代物理学已经发展成为一个相当庞大的学科群，物理学也已经发展成为一个广阔的科学领域,以至要对其前沿阵地的工作做一个简短的概括将必然是不完全的和带偏见；当然在物理学这样迅速发展的时代，我们同样也面临着一些值得我们去探索和面对的机遇和挑战。1当代物理学的发展在20世纪初，一批中国学者到西方学习现代物理学知识，开展物理学的研究工作，其中有些人学有所成后，回国兴办教育，出版刊物，组织学会和创办研究机构；在他们的辛勤付出后再国内培养出了一批杰出的青年物理学人才。20世纪上半叶，中国物理学的工作者在国内外进行了大量的研究工作，在我们的物理学各个领域都做出了一些一流的成果，为现代物理学的发展做出了贡献。尤其是在20世纪上半叶物理学中的力学、相对论、引力论以及宇宙论、声学、热学、热力学和统计物理学、电磁学、无线电电子学和微波波普学、光学、应用光学和光谱学、固体物理学、原子分子物理学、原子核物理学、粒子物理学等学科领域作了进一步的研究。20世纪以来，物理学以相对论、量子力学为新起点，以场物理为基础，迅速发展成分支浩繁的当代物理学科群；在物理学思想、基本观念、研究方法、与其它学科的相互作用以及对技术、经济和社会发展的影响等各个方面，都呈现崭新的特点。特别对最近一次科学技术革命的发生和进展，起到了无可估量的影响。本书以丰富、确凿、新颖的资料为依据，着重对60年代以来高能物理学、当代光学、凝聚态物理学、聚变物理与等离子体物理学、天体物理学等当代物理学前沿课题的进展，从历史渊流，探索历程、理论成果、物理思想与研究方法的变革以及对科学技术发展的深远影响等方面，做出系统的概括论述，并力求对各个物理学科奔向21世纪的拓展轨迹和前景作豹斑之窥。2当代物理学面临的机遇一百多年前，在物理学的重大革命中产生了两个重要理论：量子力学和相对论。这两个理论的诞生不仅仅标志了近代物理学的开始，也促进了后一个世纪物理学的飞速发展，而且也带动了整个自然学科的发展。回顾一百年前物理学发展的辉煌历程，当时的经典物理学都经过了科学实验和生产实践的验证，基本的经典物理大厦已经建立。然而当我们带着20世纪的物理成果逐步跨入21世纪时，我们又开拓了一个新的物理学研究的里程碑。这些新型的先进的物理研究，促进了21世纪的科技的突飞猛进。面对新的时代，新的社会发展我们将不仅要大大地推动物理理论的发展，还有实验物理的大力发展。所以新的革命性理论的发现和建立非常有必要。然而21世纪物理学发展的机遇和发展远不局限于自身领域。20世纪物理学的进步与突破丰富了整个科学，开辟了科学技术的新时代。在当代的社会中，物理学已经涉及了人类生活的各个领域，特别是带我们走进了信息时代，所以才刺激了技术和经济的发展。物理学进入了机遇迅速膨胀的新时期。2001年6月，美国科学家出版社出版了PSOC（美国国家研究委员会的物理学审查评议委员会）的新时代物理学纵览，物理学所取得的成就，物理学实验仪器的发展以及它对其它学科的渗透给予物理学今后的发展很大的机遇。在“新时代物理学纵览”中主要提出了：发展中子技术、创造新材料、了解和研究复杂体系、统一自然界的各种相互作用力、揭示宇宙、物理应用到生物学中去。其中我们了解到新材料要被了解、发展和广泛运用到科学技术当中去，比如其中的由越来越多的元素构成的复合材料的合成、处理和了解；从原子尺度到宏观范围内影响物理性质的非平衡过程各种控制（例如：旋流、破裂和黏附）。科学技术的步伐前进速度相当之快，各个学科之间的相似之处给予了物理学科迅速向前发展的机遇，当然在科技发展和物理科学发展的同时，各个自然学科之间的相互交流合作和学习非常之关键。21世纪的物理学，不是仅仅可以靠的自身领域就可以发展起来的，需要我们不断地更新思想、适应多种学科交融以及科学技术的相互交叉。3当代物理学发展面临的挑战走过了20世纪物理学发展的辉煌时代，迎来了一个新的时代21世纪的曙光，然而，虽然20世纪的物理学发展成果推动了科技技术的前进，但对于21世纪的物理发展，我们也遇到了难题和挑战。地球物理学是20世纪迅速发展起来的、涉及面极为广泛的一门边缘学科,百余年来它为科学与技术的进步,社会与经济的发展做出了卓越贡献。本世纪对地球物理学来说是机遇,也更是挑战。然而正当全球迅猛发展的新形势下,我国地球物理学却呈现了“危机”,为此必须较为完整地认识地球物理学的内涵、强化地球物理学学科的整体建设,并从地球系统科学发展的高度来厘定其中坚与先导作用已迫在眉捷。未来几十年里，量子水平的研究将继续受益于利用光阱等装置对单个原子和分子进行的操纵。这种操纵所必要的技术的发展将使物理学家能够将原子作为信息的“比特”处理，实现量子计算。另一方面，量子技术也可能导致对新物理现象的观测。玻色―爱因斯坦凝聚物质就是一个例子，它由许多处于相同量子力学态的超冷气体的原子产生，这些原子有很高的空间叠加几率。这些未来的物理学研究全都仰承高灵敏度仪器的开发，而基于量子水平的量测技术和传感器技术通过量子控制化学、量子加密技术和高精度时钟等应用，也能够促进其它科学和工程领域的进步。像量子科学技术一样，纳米科学的进步也将受到纳米技术工艺现状的制约，特别是纳米科学将取决于在纳米水平制造材料和仪器的新方法的发明，比如能制造“黑”炭化硅的新技术。而且，纳米技术的进步还将对其它领域产生不可预测的有益影响。在医学和健康领域，纳米技术也许能帮助医生进行分子水平的手术，植入纳米装置，如向肺中植入原子磁体。这一重要进展将改进目前的医学诊断和治疗技术。它也能应用于能源生产、环境治理、纳米电子学和基于纳米粒子的空间推进机燃料。物理学家经常因其物理系统模型中简化的假设而遭到嘲笑（如著名的“地球危机”笑话）；然而，物理学中解释其中一些假设的理论上的进步可能为我们增进对复杂系统的认识，提供最大的希望。在物理学研究的实践方面，对诸如湍流和混沌等线性和非线性现象进行的大规模计算机模拟和仿真能够在多层次和多领域阐释复杂性。对于物理系统，模拟和仿真能够使我们对处于极端条件下的真实物质的属性和星体的爆炸死亡获得重要知识。就生物系统而言，它们则能使我们对人类肌体、社会系统和经济甚至股票市场获得进一步的了解。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。生物学领域应该雇用更多的物理学家来严格地模拟分子过程，如蛋白质折叠。而且，可以将力学和电磁学结合起来，利用DNA和酶的电子机械特性来了解细胞的过程。在医学领域，物理学可帮助人们设计对人体的新的非侵入诊断方法，如通过分析呼吸来了解人体内的生物化学。其它将物理学应用于医学的领域包括运动生物力学和脑神经元生物物理学。21世纪物理学面临的最大挑战是居于其它研究问题之上的元挑战：谁将是做这些研究的下一代物理学家？更具体地说，他们是美国人还是外国人？是男性还是女性？我们如何鼓励他们？也许更重要的是，谁将为这些物理学研究埋单和如何埋单将如何影响我们对所有这些“大挑战”的相对重要性的评价？在未来几十年里，我们自己和其他人都要牢记，物理学的成就能够也应该与我们自己帮助形成的社会的期望相一致，因为“物质科学是创造财富的科学”。4结论物理学的发展21世纪是新的曦光，交织着人类对未来的希望，已经透射出东方的地平线。在向新世纪迈进的时候，回顾20世纪、特别是近几十年来物理学的发展轨迹，展望21世纪、特别是未来二三十年物理学的发展趋向，是十分有意义的。20世纪的辉煌发展，21世纪的继续发展和前进，物理学从自身领域延伸至各个学科的交叉合作，让物理学的发展在面对新的挑战和机遇时，让我们运用新的思维体系结合新的社会发展，不断地开发出新的资源，提出新的理论，并对其证明，在理论和实践的结合下有效地发展新时代的物理科技。4参考文献[1]魏凤文，当代物理学进展，江西：江西教育出版社，1997（08）。[2]魏凤文,20世纪物理学史，江西：江西教育出版社。[3]美玲;曾科;肖佃师;;东北石油大学地球物理学专业发展设想[J];重庆科技学院学报(社会科学版);2012年18期。[4]袁立新，核素在引力常数减小工程中的放射性衰变[J]，云南大学学报（自然科学版），2009年03期。[5]罗志立;张景廉;石兰亭;;“塔里木—扬子古大陆”重建对无机成因油气的作用[J];岩性油气藏;2008年01期