物理學近年來發展規律和研究特點的7個體現

物理學是研究物質及其基本結構相互作用與時空運動形式的科學。物理學使人類對物質世界的認識達到了空前水平，也衍生出一系列先進技術和方法，深刻改變了產業和經濟結構，改善了人們的生活和健康水平，甚至影響了人類發展的進程。

物理學在過去五年中繼續迅速發展，其發展規律和研究特點主要體現在以下幾個方面。

1. 對物理世界基本規律的追求

物理學的緣起與使命便是探索宇宙本源和萬物的終極規律。近年來，很多實驗和觀測結果表明，粒子物理和宇宙學的標準模型不是終極理論，存在著更高能標、更大宇宙尺度的基本規律。這些探索推動產生了一些新的理論， 如超弦理論；一些基礎概念被重新思考，如時空的本質和質量起源等。

2. 未解決的重大難題仍然是重要的驅動力

物理學中有很多重大科學問題尚未解決，如質量起源、夸克禁閉、正反物質不對稱性、中微子的非零質量、引力的量子化、黑洞信息問題、高溫超導電性等。從實驗的角度看，如何在阿秒尺度下拍攝電子運動、實現室溫超導、開發更高品質因子的熱電材料、合成金屬氫、設計分子器件，以及實現拓撲量子計算等難題，也在不斷召喚物理學家們持續開展研究工作。

3. 新現象和新材料的涌現

物理學的進展既有必然，也有偶然。暗物質、暗能量對標準模型提出了挑戰。引力波的證實和相關的引力波天體觀測為天體物理與天文學提供了豐富的新現象。拓撲材料、轉角石墨烯等新的二維體系、新的非常規超導體等為凝聚態物理學家提供了豐富的研究素材和新的問題。

4. 新的實驗技術和方法推向極致，會帶來新的物理研究方向

有生命力的實驗技術和科學儀器總是產生于對未知世界的探索過程中， 它們打開了研究物質世界的新視角。實驗物理學家們不斷地沿著兩個方向推進科學前沿、增進人類認知：一是實現極端條件、提高探測的時空分辨率； 二是發展新的探測手段，把關鍵技術參數確定到前所未有的精度。例如，目前已有最短達45 阿秒的光脈沖，當激光強度達到1023 瓦/厘米2 時，量子電動力學（quantum electrodynamics，QED）效應在激光等離子體相互作用過程中起重要作用。這推動了強激光、原子分子物理、激光核物理、核天體物理、實驗室天體物理、強場QED 物理等的發展。

5. 理論、計算方法的發展

新的量子理論和計算方法的建立和發展， 以及與數學、人工智能 （artif icial intelligence，AI）等計算機科學的交叉融合極大地推動了計算與理論物理的發展，加快了新材料的發現、應用進程，如強關聯研究催生了量子蒙特卡羅（Quantum Monte Carlo）模擬、動力學平均場等多體計算方法的建立和發展。在粒子物理中，格點QCD 的計算精度有極大提高。也因為如此， 很多領域已越來越依靠理論和計算。

6. 重大應用需求不斷驅動物理學的發展

在一些領域，以應用目標為導向的特點更加鮮明。例如，隨著聚變能源的開發路線圖逐漸清晰化，等離子體物理研究更加關注聚變堆條件下的燃燒等離子體物理關鍵問題、聚變堆中等離子體與材料的相互作用等；而在光學領域，非線性光學、微腔光學、光子晶體、表面等離子體激元等的研究都與廣泛的應用相互促進。

7. 不同領域交叉帶動了物理學的持續進步

物理學與數學、生物學、化學、材料科學的交叉，以及物理學內部的各方向的交叉產生了豐碩成果。生物物理、軟凝聚態、粒子天體物理、核天體物理等交叉領域生機勃勃。例如，量子多體糾纏研究給出的張量網格態有可能促進量子引力和凝聚態物理的理論研究；利用冷原子和冷分子體系進行量子模擬會促進對強關聯體系和量子化學的深入理解。

本文摘編自《中國物理學2035發展戰略》[ “中國學科及前沿領域發展戰略研究（2021—2035）”項目組編. 北京：科學出版社，2026. 3]一書“第一章　總論”，有刪減修改，標題為編者所加。

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ISBN 978-7-03-083104-0

叢書策劃：侯俊琳 朱萍萍

我國物理學總體研究水平提升很快，重要基礎設施和實驗條件得到明顯改觀，逐步跟上國際先進水平，部分領域走到了國際前沿。《中國物理學2035發展戰略》深入闡述了物理學及其應用領域的科學意義和戰略價值，系統分析了物理學發展規律和研究特點，充分結合物理學發展現狀和態勢，梳理了我國物理學的發展思路與方向，并提出了相應的政策建議。

本書為相關領域戰略與管理專家、科技工作者、企業研發人員及高校師生提供了研究指引，為科研管理部門提供了決策參考，也是社會公眾了解物理學及其相關應用領域發展現狀與趨勢的重要讀本。

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（本文編輯：劉四旦）

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