麦克斯韦方程 [转载]物理的挑战12  物理学百年的回

演讲人：周光召

讲师简介：理论物理学家，1954年北京大学理论物理专业研究生毕业，历任中国科学院理论物理研究所研究员、所长，中国科学院院长，中国科协主席，全国人大第九届副委员长，主要从事高能物理、核武器理论等方面的研究，在中国第一颗原子弹和氢弹的理论设计中做出过突出贡献。

内容简介：物理学在这一百年中间，有了极大的发展，同时从物理学这一百年也分化出了大量的学科。物理学进入化学、生物、天文、地学、数学、技术科学等学科，出现了所谓的化学物理、生物物理、天体物理、地球物理、计算物理、技术物理等等新兴的交叉学科。那么到底是什么动力使得物理学在这百年中间能够得到飞速的发展呢？首先是因为物理学是先进生产力的开拓者。反过来，市场和国家的需求又推动物理学迅猛快速地发展。但在我们面前还有很多不解之谜，譬如说质量是怎么产生的，为什么存在三代的夸克和轻子，最基本的物质形态到底是什么，暗物质又是什么，四种相互作用力能不能够统一等等。数学将再为物理的理论的发展提供新的工具，而天体将再一次成为检验物理基本理论的场所，由于实验的困难，进程也许不会很快，但是相信在本世纪这些问题都能得到明确的回答，人类对宇宙万物的认识将会进入一个全新的阶段。

全文：

今天我要向大家讲的是物理学百年的回顾和展望。物理学在这一百年中间,有了极大的发展，即使作为一个终生研究物理的人，我想也很难有一个人能够对它全面地了解。为了说明这一百年来的物理学的发展，我们先看看物理学研究的范围，有些什么样的进展？用时间来作为例子，物理学最近研究的顶夸克，它的寿命，只有四乘十的负二十五次方秒，这是个非常短的时间。同时物理学现在研究的宇宙的起源，现在我们知道大约是在一百到一百五十亿年的样子，可能在是一百三十亿年附近，这个相当于四乘十的十七次方秒，所以物理学研究的时间范围是横跨了四十二个数量级。我们讲每十倍就是一个数量级，所以一百就是两个数量级，一千就是三个数量级，我们现在差别有四十二个数量级,这么大的范围，都是物理学研究的对象。

物理学研究的对象的种类也日益增多，同时在研究物理宇宙中间，多层次的复杂而且差异非常巨大的各种物质的形态和结构。前不久我们测量出来中微子的质量，只有一乘十的负三十五克重，这是非常非常之轻的。当然我们举个例子，我们经常在研究太阳，太阳的质量是二乘十的三十次方公斤，所以可见我们研究的对象，光是从它质量的范围来看，差距就是极为巨大。

二十世纪是研究原子的世纪，在原子内部尺度的范围，差别也是非常之大的。我们一个原子大约是一百亿米分之一。可是原子下面是由原子核构成的，原子核比它小一万倍，原子核又是由质子和中子所组成的，质子和中子又是由夸克所组成的，这样又要相差一万倍。所以即使一个原子内部的结构，它的空间的尺度就相差了八个数量级。同时从物理学中间这一百年也分化出了大量的学科，到二十世纪，力学、热学、光学、声学、无线电、微电子，像激光、原子能现在都已经形成了独立学科，我们在学校里边有的还可以看到这样的系。这些学科支持了机械、冶金、建筑、电力、原子能、航空航天、计算机、通讯等等工程科学的发展。物理学进入化学、生物、天文、地学、数学、技术科学,就出现了所谓的化学物理、生物物理、天体物理、地球物理、计算物理、技术物理等等新兴的交叉学科。那么到底是什么动力使得物理学在这百年中间能够得到飞速的发展呢？我想首先是因为物理学是先进生产力的开拓者。二十世纪物理学的广泛的应用，不断提高国家和企业的竞争力，不断地开辟新的消费需求和市场。反过来呢！市场和国家的需求又推动物理学迅猛快速地发展。举例子，譬如雷达和原子弹，这个主要是物理学家在二战中间所做的工作，它在战争中间的作用促使美欧各国在战后就大量增加了对物理学的投资，设立了集中的研究机构，建造了巨型的加速器、核反应堆，来从事有潜在的军事价值和市场价值的研究。