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物理学:未来安全的基本力量

2025-10-03 11:07:49 2754

物理学:未来安全的基础力量。物理学帮助我们理解世界的基本方面,并支撑着我们许多先进的技术能力,因此鼓励学习物理学至关重要,如米歇尔·西蒙斯所写。物质是什么?能量是什么?是什么将物质固定在一起?宇宙各种成分在最基本水平上是如何相互作用的?地球与宇宙其他部分的关系如何?我们能否预测星星的运动?物理学使我们有能力解决这类引人注目的问题。然而,知识也是力量:对这些法则更好的理解使我们能够改善我们与环境的互动和利用方式。看着过去两个世纪以来人类技术的迅速发展,从物理学的进展中衍生出了多少技术变革,这令人惊叹。也许这方面最明显的例子就是电力所带来的巨大变革。现代社会的生活方式完全依赖于我们能够安全高效地产生、传输和利用电能,而这一切最终都取决于我们对物理学的理解。随着对用尽环境影响最小限度发电需求的不断增长,未来将面临重大挑战。我们掌握的知识再多,总会有更多待发现的东西——每一项发现都会带来重大的新型实际技术。物理学家研究量子力学等基本原理,无论是偶然应用这些原则还是有意设计,都不重要,因为这两种方法都有效。值得注意的是,基本突破对技术产生多样化的影响。以晶体管和二极管为例,它们用于电子手表、计算器、起搏器、助听器、手机、GPS系统、电台、计算机和发光二极管(LED)等设备。它们是构建我们整个社会的基本组件。激光也有着类似的故事。激光的各种应用包括条形码扫描仪、眼科/微创手术、光盘播放器、信息检索和存储、光纤(用于通信和医疗程序)、加工、测量、激光打印机、半导体制造、全息术,以及可能是最大的潜在用途,核聚变。磁共振成像(MRI)现在也常常用于在化学和生物学中鉴定化学物种,并且对人体进行无创视诊,发现肿瘤,研究思维过程,并了解血流,一切都基于质子在磁场中的旋转。从新理论中创造新技术,反过来又使得更准确、扩展和新颖的实验观察来证实或反驳新理论,从而引领到更多的技术发展,依此循环。因此,物理学的发现和新技术的发展之间一直存在着深厚的共生关系。我们所有人都受益于物理学的贡献,这里只是提到了一小部分,并不仅仅是物理学家这么说。美国经济学家爱德华·普雷斯科特和芬恩·基德兰因在2004年获得诺贝尔经济学奖,其中有关新技术推动经济繁荣的观点而闻名。物理学在这方面是基础的。2013年,欧洲物理学会委托进行了一项独立的经济分析,涵盖了29个欧洲国家(包括挪威和瑞士),分析显示,在2007-2010年这四年间,基于物理学的工业部门产生了3.8万亿英镑的营业额,占欧洲商业经济总营业额的约15%,超过了整个零售领域的贡献。同样的研究发现,该行业支持了超过1500万个工作岗位,相当于欧洲商业经济总就业人数的13%。在澳大利亚,我们的工业基础与美国或欧洲的不同,但相同的道理也适用。一方面,我们受益于过去物理学发现的后续影响。从这个角度看,任何使用GPS信号、打开计算机、听数字音乐、接受计算机断层扫描(CT)或核磁共振扫描(MRI)的人,或者打开灯开关的人,都证明了这门学科的价值。但另一方面,物理学的进步也在本地产业中以更直接的方式得到应用。近年来,物理学在金融建模、矿产勘探、设备制造、电信和新防御技术的开发中发挥了重要作用。在澳大利亚,物理学的未来重要性与任何其他地方一样重要。此外,它的未来重要性不应被低估。例如,很容易想象,因为物理学已经成为一门成熟的科学,所有的物理学重大发现都已经完成。这是一个非常错误的观点。全球范围内,物理学目前正进入一个极其活跃的时代。增加的计算能力和具有前所未有的精度和灵敏度的新仪器, 扩大了我们理解复杂现象的能力。来自瑞士的大型强子对撞机和来自澳大利亚的广方公里阵等新实验数据,将给我们带来对长远问题的新见解,如宇宙的起源和扩张、暗物质的性质以及质量的起源。同时,我们现在刚开始利用基于量子物理奇妙的新技术。操纵单个原子、分子和光子的能力,并利用在宏观宇宙中不可察觉的量子效应,预示着未来信息的传输和加工将比我们今天所处的情况有着根本不同的提升。澳大利亚在这一领域享有特别强大的国际声誉,这在澳大利亚经济中信息处理的重要性以及在越来越多的国防应用中可能会产生很大的优势方面具有潜在重要意义。物理学:未来安全的基本力量

物理学帮助我们理解世界的基本方面,并支撑着我们许多先进技术的能力,因此我们必须鼓励学习物理学,米歇尔·西蒙斯如是写道。

物质是什么?能量是什么?是什么让物质保持在一起?宇宙各种基本结构如何相互作用?地球在宇宙的位置如何?我们能预测星星的运动吗?

物理学让我们有能力回答这些引人入胜的问题。但知识也是力量:更好地理解这些法则使我们能够改善我们与环境的互动方式。如果您看看过去两个世纪人类技术的迅速发展,就会惊讶于多少技术变革是从物理学的进展中衍生出来的。

也许在这方面最明显的例子是电力带来的巨大转变。我们整个生活方式现在完全依赖于能够安全高效地生成、传输和利用电力—这一切最终都取决于我们对物理学的理解。

跟上日益增长的以最小环境影响发电的需求将是未来几年的重大挑战。

无论我们掌握了多少知识,总是有更多的东西等待发现—每一项发现都会衍生出伟大的新颖实用技术。

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