高新技术&物理学

选修课《物理学与高新技术》作业------------------

物理学与高新技术

在２１世纪，物理学将进一步获得迅速发展，物理学仍将是整个自然科学的基础，物理学的进展仍是推动整个自然科学与高新技术发展的一个最重要的动力。高新技术有对物理学的研究提供了有效途径。

正如杨振宁教授所说：“在２０世纪，物理学产生了奥妙的观念革命，从而改变了人类对空间、时间、运动和力这几种基本概念的认识；深入探索了物质内部结构的奥秘，通过技术进步为人类生产力带来了空前增长。”正确认识物理学的发展前景及其在２１世纪科技领域中的地位，对教育的改革和发展，对高科技人才的培养，对科学技术的研究和发展，乃至于社会和经济的发展，都是至关重要的

当今物理学已经发展成为研究宇宙间物质的基本组元及其基本相互作用和基本运动规律的学科。物理学的学科性质决定了它是整个自然科学的基础。物理学的基本概念、基本理论、基本实验手段和研究、测试方法，已经成为并将继续成为自然科学的各个学科（诸如宇宙学、天文学、地学、化学、生物学、医学等）的重要概念、理论的基础和实验、研究方法，从而推动各个学科深入而迅速地发展。物理学向自然科学各个学科的广泛渗透和移植，促使一系列交叉学科、边缘学科不断涌现。而正是这些交叉学科、边缘学科，有可能成为未来学科中最有希望、取得成果最多的领域，高新技术必然反馈与物理学的发展。

宇宙学就是在物理学一系列研究成果的基础上而获得了迅速发展。作为宇宙学理论基础的热大爆炸理论，就是依赖于广义相对论以及粒子物理学的飞速发展和射电望远镜等天文观察手段的提高而诞生的。热大爆炸宇宙论被称为２０世纪后半叶自然科学的四大成就之一。然而，该理论还存在着很多不完备性和局限性，尤其关于宇宙的起源问题仍然没有得到最终的回答。对此朱洪元教授曾指出：“高能物理的研究成果将对甚早期宇宙的演化的理解起推进作用”。可以相信，随着物理学尤其是高能物理研究的不断深入发展，宇宙的起源和演化过程将逐步被认识、理解，宇宙学将被推进到一个崭新的阶段。

物理学对高新技术的影响是深远的，是现代高技术发展的先导和基础。

科技发展史表明，物理学与技术的关系变得愈来愈密切。如果说发生于１８世纪６０年代的以蒸汽机的应用为主要标志的第一次技术革命，开始了物理学（主要是力学、热学）与技术的互相影响的话，那么，开始于１９世纪７０年代的以电力技术的广泛应用为重要标志的第二次技术革命，则是以物理学的发展（主要是电磁理论）为重要基础的。而发生于２０世纪５０年代的第三次技术革命（或称第三次浪潮），则是以２０世纪初的物理学革命为先导，物理学开始全方位渗透到技术领域，成为推动技术进步的主导力量、主要源泉。物理学的研究成果直接导致了一系列新技术的产生，物理学的研究方法和手段也越来越普遍地转变为技术的方法和手段，而且转变的时间间隔愈来愈短。物理学革命导致现代科学的分化和综合的同时，也引起了技术领域的分化和综合，从而形成了目前正蓬勃发展的新高技术群：材料技术、信息技术、能源技术、生物技术、空间技术和海洋技术等。新高技术群是科学理论

与技术的高度密集和综合应用，在其今后的发展中，物理学的先导和基础作用将更加显著和重要。未来技术的进步，将更极大地依赖于物理学以及与物理学有关的边缘学科和交叉学科的进展。

材料、能源和信息技术是人类社会现代文明的三大支柱。科技发展史表明，每一项重大的技术新发明、新发现，往往都有赖于新材料的发展。因此，新材料被称为“发明之母”和“产品粮食”。而被称为近代材料科学技术的三大支柱的电子显微学、电子理论和晶体缺陷理论，对了解材料的微观结构及变化规律发挥了重要作用，为一系列新材料的研制提供了启示和指导。而电子显微学的发展正是建立在物理学的理论基础之上的。电子理论和晶体缺陷理论，实际就是凝聚态物理学的一部分。凝聚态物理的主要任务就是研究凝聚态物质的宏观性质和微观结构以及宏、微观间的联系，从而为按指定性能创制新材料的“分子设计”或“分子工程”提供科学途径和理论指导。例如，对无损耗输电、大型强磁体、高速计算机和高灵敏度、高精度测电压、磁场的高Ｔｃ超导材料的研究，以及对被誉为“２１世纪最有前途的材料”—纳米固体材料的研究和对可能带来一场电子工业革命的微结构器件的研究等，都是当前凝聚态物理学中最活跃的前沿课题。因此材料科学技术将随着物理学的发展而获得迅速发展，从而为未来２１世纪的科学技术的发展乃至整个人类社会文明进步奠定基础。

能源是人类社会活动的物质基础。当前，在人们正在开发的各种能源中，最理想、最有前途的新能源当属裂变核能和聚变核能。尤其是聚变能，是一种取之不尽，用之不竭（燃料从海水中提取）的最干净、最完整、最经济的理想能源，它没有如裂变堆那样产生大量放射性废物，故其发展远景很好，预计在２１世纪中叶可得到广泛应用。而原子核物理和高能物理、等离子体物理，为核能的开发、利用提供了最直接、最基本的理论基础和方法。

地球物理学就是地学受物理学的影响而产生的一门交叉学科，正是由于对电磁波传播机制的研究而发现了大气电离层，对宇宙线的研究而发现了地球内辐射带并从而导致太阳风的发现；而对洋底岩石磁性的研究，则是确定板块构造学说——这一地球科学的革命性进展——的关键因素。地球科学所需要的实验测量技术也在很大程度上依赖于现代物理学。近年来，电子自旋共振、质子激发荧光分析技术和氡测量技术等核分析技术的研究对地质学正在产生越来越重要的影响。高压物理研究则对解决深部地质问题具有重要意义。随着地质学研究范围的扩大和核探测技术的不断提高，地质学的发展与核物理学的关系将日益密切。地质科学的前沿与尖端技术融为一体，它们所开辟的科研领域和所达到的知识深度已超过了以往任何时代。现代地质学将沿纵向和横向交叉的方向发展，核物理与地质学的衔接日益紧密，它们的交叉点将可能成为学科或新方向的生长点。

２１世纪被称为信息时代，人类社会已开始进入信息社会。信息资源已成为现代社会最主要的战略资源。第三次技术革命就是以信息技术为核心内容的。现代信息技术是以微电子学、光电子学为基础，以计算机、通信、控制技术为核心的综合化技术。微电子学、光电子学都是当代物理学中最活跃的前沿分支学科。兴起于本世纪９０年代的纳米电子学和纳米科学技术，是光电子学的重要组成部分。纳米电子学将立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的概念来构造电子系统；将超越传统的极限，实现信息采集和处理能力的革命性突破；将进一步开发物质内潜在的信息和结构潜力，使单位体积物质储存和处理信息的能力提高百万倍以上。作为纳米科技重要组成部分的分子组装技术，单原子、分子测控科学