物理学近年来发展规律和研究特点的7个体现|数学|物理学|科学|等离子体|量子

物理学是研究物质及其基本结构相互作用与时空运动形式的科学。物理学使人类对物质世界的认识达到了空前水平，也衍生出一系列先进技术和方法，深刻改变了产业和经济结构，改善了人们的生活和健康水平，甚至影响了人类发展的进程。

物理学在过去五年中继续迅速发展，其发展规律和研究特点主要体现在以下几个方面。

1. 对物理世界基本规律的追求

物理学的缘起与使命便是探索宇宙本源和万物的终极规律。近年来，很多实验和观测结果表明，粒子物理和宇宙学的标准模型不是终极理论，存在着更高能标、更大宇宙尺度的基本规律。这些探索推动产生了一些新的理论，如超弦理论；一些基础概念被重新思考，如时空的本质和质量起源等。

2. 未解决的重大难题仍然是重要的驱动力

物理学中有很多重大科学问题尚未解决，如质量起源、夸克禁闭、正反物质不对称性、中微子的非零质量、引力的量子化、黑洞信息问题、高温超导电性等。从实验的角度看，如何在阿秒尺度下拍摄电子运动、实现室温超导、开发更高品质因子的热电材料、合成金属氢、设计分子器件，以及实现拓扑量子计算等难题，也在不断召唤物理学家们持续开展研究工作。

3. 新现象和新材料的涌现

物理学的进展既有必然，也有偶然。暗物质、暗能量对标准模型提出了挑战。引力波的证实和相关的引力波天体观测为天体物理与天文学提供了丰富的新现象。拓扑材料、转角石墨烯等新的二维体系、新的非常规超导体等为凝聚态物理学家提供了丰富的研究素材和新的问题。

4. 新的实验技术和方法推向极致，会带来新的物理研究方向

有生命力的实验技术和科学仪器总是产生于对未知世界的探索过程中，它们打开了研究物质世界的新视角。实验物理学家们不断地沿着两个方向推进科学前沿、增进人类认知：一是实现极端条件、提高探测的时空分辨率；二是发展新的探测手段，把关键技术参数确定到前所未有的精度。例如，目前已有最短达45 阿秒的光脉冲，当激光强度达到1023 瓦/厘米2 时，量子电动力学（quantum electrodynamics，QED）效应在激光等离子体相互作用过程中起重要作用。这推动了强激光、原子分子物理、激光核物理、核天体物理、实验室天体物理、强场QED 物理等的发展。

5. 理论、计算方法的发展

新的量子理论和计算方法的建立和发展，以及与数学、人工智能（artif icial intelligence，AI）等计算机科学的交叉融合极大地推动了计算与理论物理的发展，加快了新材料的发现、应用进程，如强关联研究催生了量子蒙特卡罗（Quantum Monte Carlo）模拟、动力学平均场等多体计算方法的建立和发展。在粒子物理中，格点QCD 的计算精度有极大提高。也因为如此，很多领域已越来越依靠理论和计算。

6. 重大应用需求不断驱动物理学的发展

在一些领域，以应用目标为导向的特点更加鲜明。例如，随着聚变能源的开发路线图逐渐清晰化，等离子体物理研究更加关注聚变堆条件下的燃烧等离子体物理关键问题、聚变堆中等离子体与材料的相互作用等；而在光学领域，非线性光学、微腔光学、光子晶体、表面等离子体激元等的研究都与广泛的应用相互促进。

7. 不同领域交叉带动了物理学的持续进步

物理学与数学、生物学、化学、材料科学的交叉，以及物理学内部的各方向的交叉产生了丰硕成果。生物物理、软凝聚态、粒子天体物理、核天体物理等交叉领域生机勃勃。例如，量子多体纠缠研究给出的张量网格态有可能促进量子引力和凝聚态物理的理论研究；利用冷原子和冷分子体系进行量子模拟会促进对强关联体系和量子化学的深入理解。

本文摘编自《中国物理学2035发展战略》[ “中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”项目组编. 北京：科学出版社，2026. 3]一书“第一章　总论”，有删减修改，标题为编者所加。

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ISBN 978-7-03-083104-0

丛书策划：侯俊琳朱萍萍

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