德国物理学研究追逐九大热点

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德国物理学研究追逐九大热点


送交者: 暗物质2 2004年6月28日12:44:45 于 [教育与学术]http://www.bbsland.com  

  
德国研究联合会是德国资助科学研究的主要机构，不久前它发表了《德国研究联合会
的研究计划及其资助前景，２００２—２００６》报告，其中描述了对德国物理学研究的
展望。

“弦论”
——进一步揭示物质的起源
２０世纪理论物理研究所取得的最大成就，是量子论和相对论的建立与发展。现在，
物理学家最关心的是开创有关量子物理，尤其是有关量子引力的一种全新理论，即在基本
粒子基础上，进一步观察和研究替代它的弦、膜及其动力学的“弦论”，以便能够根据所
谓极小物体的振动状态来预报大量的基本粒子。目前，“弦论”最终被实验验证的路途还
十分遥远，而且，由于弦太过微小，只能利用加速器直接证实。最近几年内，德国科学家
的研究目标将是通过“弦论”的推导和科学实验建立相关的科学定理。

“暗物质”
——重新认识宇宙的形成过程
宇宙辐射的起源和结构，是天体粒子物理研究领域中十分引人注目的问题之一，而
且
已经成为新的研究分支——它是由天体物理和基本粒子这两个传统领域融合而来的。迄今
为止，科学家们利用物质内在引力的相互作用所计算出的银河外星系的数量，比我们可以
感知的宇宙的质量要大得多。德国科学家认为，寻找“暗物质”对于重新认识从原宇宙爆
炸到今天的宇宙结构形成过程将产生深远的影响。与之相关的集约性研究工作，一部分集
中于通过分子云和尘埃构成的恒星形成的研究，另一部分则侧重于行星体系形成的模式—
—包括探索其他有生命形式的行星研究。

“引力波”
——发展新的实验技术
火星和地外行星以及与之关联的地球活动，是今后物理学研究的另一个重点。在这一
领域中，德国的物理学家、化学家和生物学家将共同进行跨学科的密切合作。计划中的卫
星研究项目将通过国际联网而使其研究工作产生质的飞跃。
引力波天文学是当前的一个大有现实意义的课题，尽管这方面的研究还处于初始阶段
，但却隐藏着巨大的发展潜力，向宇宙打开的这扇新窗口将为人们认识重要的宇宙现象?
诸如超新星爆炸和黑洞?做出巨大的贡献。为了直接记录引力波，就需要实验技术发展到
相当高的水平，这是目前还难以做到的。现在各个国家?包括德国?都在建造灵敏度高的
激光射电干涉仪，以便在天体物理研究领域取得更大的进步，而且人们可望在近３～５年
内能观察到第一个宇宙信号。

“定制物质”
——突破自然物质极限
在德国，定制物质研究是物理学、化学和工程学研究的一个非常重要的任务。生产“
定制物质”?根据需要而生产的人工组合物质?可以开拓由多种物质成分组合的新物质的
新性能，并能控制这些新物质的存在方式?一维、二维或三维?及其原子级别的纳米纵向
尺度。同时，“定制物质”研究所取得的成就，对于在今后十年里继续保持并提高计算机
的功能、存储介质的容量和工作速度也都是十分重要的。此外，微小的纳米范围内的磁性
动力学，以及电子固有自旋的控制性使用等，也都是当前重要的研究课题。

“量子计算机”
——未来计算机家族中的新贵
当前，量子计算机研究备受重视，与之相应的是量子力学研究也有了迅速发展，研究
重点已经从离子陷阱学研究转向固态或液态离子研究，这对于研制量子计算机是十分必要
的。目前的关键问题在于其纠错率以及有效范围的分析；同时，在把量子现象向传统系统
上的纳米尺度演进时，还要关注其质量上的新性能。

“光波量子力学”
——高能与节能并举
光波量子力学的相干性是在激光下产生的，而第一台激光器是在４０年前完成的，而
且其提供的超短波长的Ｘ射线正好在范围内。当前的研究重点是，进一步了解和控制诸如
对原子时间尺度的化学反应的动力作用，并在可见的光谱范围内改进激光器的可使用性及
其照明装置效率，以便达到节省巨大能源的作用。在材料加工中，高功率激光器的应用已
经变得越来越重要了。

“自组织”系统
——在复杂系统中寻求平衡
具有很大自由度的系统已经变得越来越重要了。过去，科学家们在大部分的物理特征
研究中最大限度地谋求自由度的尝试取得了巨大成功；现在已经可以将这种经验转换到复
杂系统中了。除了由各种组件构成的人造系统外，“自组织”学科的利用正在发挥日益重
要的作用，而具有最大自由度的“自组织”系统也正是地球生态系统。物理、化学和地球
科学领域的进步必须是互相渗透的，这样才能真正搞清楚气候的长期发展趋势以及人类对
气候的影响等重要问题。
目前，物理学家们隐约揣测到的另一个发展领域，就是在生物系统与“传统”的系统
?诸如半导体?基础之上的电子元件的结合。在这里，材料、方法和专业领域之间的界线
已经被彻底打破了。“软物质”?具有更多自由度、结构成分间存在微弱的相互作用的物
质?研究的广泛领域预示着将产生极为丰富的新现象、新知识和新应用。

等离子体
等离子体是在宇宙中对聚变研究、激光研制和加速器技术起重大作用的非线性复杂系
统。由于强大的电磁相互作用，高温等离子体适合以卓越的方式研究现代非线性多粒子物
理现象，诸如很少碰撞的输运过程、激波、湍流现象、相变、有序结构的形成等等。在材
料表面处理方面，低温等离子体提供了许多工业应用技术与方法。激光产生的等离子体可
以借助于实验室大规模产生使用于定时进行的固体和分子结构研究的超短Ｘ射线脉冲。

大型研究设施
在实验物理方面，通过使用从纳米规模的激光器到数十公里规模的基本粒子加速器，
这些新的仪器不断取得了飞跃性的进步。实验室的实验和大型仪器上的实验各有其独到的
重要作用。目前，一整套物理研究新型仪器的计划正处于讨论之中。进一步发挥现有的和
计划建设的基础设施的潜力，实现许多研究中的新设想和为高等院校与工业界培养后备力
量的前提是，物理学研究领域中后起之秀的链条不能中断。