当代核物理学进展

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1、当代物理学进展序言21世纪的曦光，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世纪以来，以相对论与量子力学的创立为标志的现代物理学研究工作，从理论和实践两个方面，对人类认识和社会发展起到了难以估量的作用。物理学理论的发展，在三个层次上把人类对自然界的认识推进到了前所未有的深度和广度。在微观领域内，已经深入到基本粒子的亚核世界-15（10厘米），并建立起统一描述电磁、弱、

2、强相互作用的标准模型，还引起了人们测量观、因果观的深刻变革。特别是量子力学的建立，为描述自然现象提供了一个全新的理论框架，并成为现代物理学乃至化学、生物28学等学科的基础。在宇观领域内，研究的探针已达到10厘米的空间标度17和10秒的宇宙纪元；广义相对论的理论预言，在巨大的时空尺度上得到了证实，引起了人们时空观、宇宙观的深刻变革。在宏观领域内，关于物质存在状态和运动形式的多样性、复杂性的探索，也取得了突破性的进展。凝聚态物理层出不穷、令人眼化缭乱的新成果和混沌现象奇特规律的惊人发现，给人类原有的知识体系以巨大的

3、冲击，在动力学系统长期行为的确定性与随机性，决定性描述与概率性描述等方面，引起了认识上的深刻变革。在实践方面，现代物理学的发展导致了原子能的释放和应用，导致了半导体、光通讯等新兴工业的崛起，为激光技术、新材料研制、新能源开发开辟了新的技术途径，并推动了计算机革命的进展。现代物理学在推动能源科学、空间科学、材料科学、信息科学、环境科学、海洋科学的发展中起到了关键性的作用，成为20世纪下半叶以来蓬勃发展的现代科学技术革命的重要科学基础。现代物理学以新兴高技术群为中介向生产力的转化，极大地改变了人类的生产方式和生活方

4、式，成为推动现代社会发展的重要杠杆。50年代以来的当代物理学已经发展成为一个相当庞大的学科群，包括了高能物理（粒子物理）、原子核物理、等离子体物理、凝聚态物理、原子分子物理、光物理、声学、计算物理和理论物理等主体学科以及难以数计的分支学科。物理学内部各个分支学科的渗透和交叉，物理学和化学、生物学、材料科学、天文学等其他学科的渗透和交叉，又产生了许多新的、富有生命力的边缘学科，形成了众多极有发展前途的科学前沿。当代物理学还呈现出高速发展的趋势，现代物理学中90%的知识是1950年以后取得的。其发展之快，分支之多，

5、变化之大，已使人们很难及时作出全面的概括。当代物理学研究的综合性、深入性、复杂性、创新性和可应用性，都呈现出鲜明的时代特点。物理学在21世纪发展的全景，人们无法作出全面的预测。只能根据我们目前的认识水平，根据当代物理学发展的状况和特点，对21世纪最初几十年的发展趋势作“豹斑之窥”。大体说来，在科学技术整体发展的推动下，物理学仍将加速地发展和分化，同时又会出现更多的渠道，增强各个分支之间的交叉和非线性作用，导致更为广泛和深刻的综合，朝着各个分支学科不断深入而整体领域综合交叉的整体化方向进展。物理学作为精密科学的典

6、范，并以其探索视野的广阔性、研究层次的广谱性、理论适用的广泛性，在今后很长时期内仍将发挥其中心科学和基础科学的作用。它也仍将不断地推出新思想、新原理和新方法，孕育出功能奇特、威力巨大的新技术，成为新技术和新兴产业部门的源泉和生长点。物理学与未来高新技术将更加紧密地发生融合，互相促进，协同发展，成为科学技术革命深入发展的主旋律；物理科学技术领域愈来愈频繁出现的突破性进展，将会更加吸引社会公众对物理学事业发展的热切关注。物理学的研究领域，将继续朝着时空尺度的极端方向和复杂系统方向发展；向着更小尺度、更快时间、更强的

7、相互作用、结构更为复杂的体系过渡。粒子物理学中的“标准模型”理论，经受了相当成功的实验检验，被认为是迄今为止最有效的一个唯象理论，但是这个理论仍然存在着许多基本的疑难问题有待解决。诸如希格斯粒子的存在和本质，粒子质量的来源，夸克和轻子更深层次的特征标度，标准模型更深层次上的基本规律等，都是今后主要的研究领域。寻找超出标准模型的新理论，将成为高能物理近期探索的一个重要任务。自1932年发现中子以来，原子核物理学取得了举世瞩目的长足进展。近几十年来，随着核探针能量和种类的增加，核物理学在新的自由度和新的层次上不断取

8、得新成果。对非核子（特别是夸克）自由度、更高能量自由度、质子-中子比自由度、角动量自由度的研究，将是今后的一个重要方向。特别是80年代末出现的放射性核束，使核反应探针在核素图上从稳定核素发展到不稳定核素。远离稳定线的新核素，特别是滴线核以及超重核、奇特核的合成和研究，将会对原子核物理学的发展起到积极的推动作用。以研究复杂多体系统为主的凝聚态物理学，是当代物理学中内容最丰富、应用最广泛的