在20―21世纪之交，我们曾经论及，就科技领域而言，如果将20世纪称作“物理学世纪”，那末或许就可将21世纪称作“物理学应用世纪”。目前这新世纪已过去了十年，20世纪初叶起始的现代物理学，经过一个多世纪的构建和延拓，已经展示出光辉灿烂的应用全景。现代物理学是现代自然科学的基础，也是现代高新技术的根柢；其不断拓宽的科技应用，更是社会经济日益繁荣的基本动力。可以肯定，在本世纪抑或更长时间里，现代物理学的进一步延拓以及更全面应用，会碰到许多宝贵的机遇、并接受一系列严峻的挑战和考验。

 

　　诚然，现代物理学迄今仍以相对论和量子理论为支柱，这两个理论的空前辉煌将长久地延续下去；但是，二者在概念基础和基本观念上截然抵牾。就已观测到的物质形式（“可见物质”）而论，诸如有关种种实物粒子以及彼此间的一切相互作用场的量子统一理论探讨已达到高超水准；然而，“超统一”理论尚未完全建成，其主要障碍之一，即在于这两个理论的概念抵牾。爱因斯坦曾感叹自己对量子概念深思了五十年，却未能思索清楚；此叹语亦确乎表明量子概念的真谛甚为玄奥。正因为如此，才难于清晰地解开四大“世纪之谜”*；归根结蒂，是难于圆满解释量子真空的本质和复杂性。所以说，现代物理学至今还是个未完成的（学科）体系。

 

　　人们将暗物质和暗能量认定为20世纪末叶最重大的科学发现；这两种不可直接观测的物质形式，终于由间接观测以及理论解析而证认其确实存在。在宇宙所有物质中，“可见物质”仅占4 %的甚小比例。描述这可见物质之运动规律的“传统”物理学（从经典物理到量子物理、从近代物理到现代物理）依然在迅速拓展之中，新的特殊物质形态总是层出不穷；物理学家正在向统一性、和谐性，又在向非线性、复杂性攻坚而挺进。显然，可见物质世界还有无数奥秘尚待揭露；而现代物理理论付诸科技应用，正方兴未艾、征程修远。因此，我们将21世纪谓之这“传统”物理学拓展和应用的世纪。

 

　　并且，我们进而猜度：将来很可能会形成“非传统”的“彰‘暗’物理学”（此用语杜撰）；它以暗物质和暗能量为研究对象，与“传统”物理学的关系包括传承、突破两个方面。就是说，“非传统”物理学将对暗物质和暗能量的形态、性状以及运动规律作出具体描述；为此当然要利用原有的粒子物理、量子场论等领域的许多成就，同时也会使量子（以至量子场）概念深化而明朗、使量子理论体系大大延拓、甚或突破其“传统”的逻辑框架。再者，我们又猜测：因不同物质形式之间的相互影响之故，或许可凭借暗物质、暗能量探索而揭示可见物质中的“基底”粒子――夸克和轻子的质量起源、特异天体爆发的特大能量来源以及夸克“禁闭”的深层次机理；由暗能量的具体性状描述，或许可提供对真空本质的圆满解释，并借助于新的逻辑框架而将量子真空和经典真空二相悖概念调和、统一起来；从暗物质、暗能量在全宇宙物质总体中明显居要地位出发研讨，可予添补、扩充宇宙演化模式（包括演化细节）的涵容，以至于或许可由以修缮、拓宽广义相对论体系；考查集中体现物理美的对称性以及对称性破缺的起因，乃是“传统”物理理论的核心课题，这结合以真空本质讨论，或许也会超越可见物质界限、即通过对暗物质和暗能量的更有效探测而得到满意的结果。

 

　　概而言之，深入探讨作为属于“传统”范畴的现代物理支柱的相对论和量子理论的一些关键问题，谋求二者进一步的延拓和相互结合，是21世纪理论物理发展的主流。然而，伴随着用“传统”物理理论对可见物质世界予以精致描绘，同时披露“暗宇宙”面貌，超出这

 

　　“传统”范畴，亦势在必然；而且，“非传统”物理的开创趋势对于“传统”物理理论的高阶层拓展，会产生显著的促进作用。可是，如何突破“传统”物理的概念基础和逻辑框架，尚需经过较长时间的考察。所以，21世纪兴许还可称作“非传统”物理的孕育时期；物理学家在力求拓展原有理论的同时，还将致力于开拓、彰显那一片比可见物质世界更浩瀚、丰富得多的“暗宇宙”。一句话，“彰暗物理”的深入探究，已提到物理学研究的当前日程；这是“物理学应用世纪”乃至更长时间里，与“传统”物理理论之拓展和应用并重的、可引向根本性突破的、“非传统”式的机遇和挑战。

 

　　如上所述，“传统”物理不单包括现代物理（相对论物理和量子物理），当然还包括20世纪之前的近代经典物理。经典力学以至整个近代经典物理，在相对论和早期量子论诞生后的百余年时间里也继续扩展着新的应用场面。例如，20世纪中叶兴起的非线性科学的主杆之一――非线性动力学，正是经典力学的非线性延拓；将其用于实施种种高级、大型、尖端的技术工程是必不可少的。又如信息科技的红火，乃奠基于麦克斯韦经典电动力学及其现代延拓体系――相对论电动力学以及量子电动力学；而麦克斯韦理论是第一层基石，至今仍是推进信息科技之不可忽视的理论指导。物理学――其概念、原理、思想、方法――向自然科学各学科范畴渗透，就总体而言，近代物理的渗透量比重或许比现代物理更大一些；当然，后者的比重在逐渐加大，以至于促成了诸如量子化学、量子生物学等分支学科的建立。

 

　　20世纪初叶爆发的物理学革命导致科技革命汹涌地展开，最为显目的是信息科技突兀崛起，其革命性影响很快地触及人类文明建设的方方面面。而生命科学研究活跃起来，致使物理学向生物学的渗透明显地加速。进入21世纪，有人预测信息科技会出现更大的变革，也有人预言生命科学会产生革命性转变；纵然如此，但无论哪个学科、哪个科技领域变化惊人，都不会与上世纪物理学革命成果没有关联。因为这场革命促使学科本身从近代物理变成现代物理；越过百年，作为其支柱的相对论和量子理论，仍然像早晨八九点钟的太阳，生命力十分旺盛，故而现代物理的学科范畴还会大幅度地扩展，向其他各学科以至各科技领域的渗透量势必更迅速地上扬，对种种科技应用的指导作用必定更充分地发挥。所以，本世纪更可谓是现代物理学在各学科范畴、各科技领域广泛应用、普遍开花结果的时期。

 

　　而今放眼世界，科技革命还在深入进行，而且愈见其波澜壮阔。其中，信息科技革命的波澜尤显澎湃异常；它引发材料科技和能源科技欣欣向荣，并带动空间科技、海洋科技、气象科技等同步发展。就说材料和能源，二者分别提供信息科技以物质基础和动力源泉；而且实乃作为人类物质文明建设的主要基石，其技术进步足以支撑起信息科技的兴旺发达。而信息科技的造诣，其实是整个科技水准以至现代文明高度的显要标志。再者，科技革命的波澜冲击着现代生物技术工程，分子生物学的迅速发展、量子生物学的逐步完善，亦乃本世纪一大趋势；用物理学、化学与生物学互补的方法，并凭借信息科技的丰厚成就，去综合研究基因、蛋白质等生物大分子的各种性状。若能在分子层次水平上初步解开生命本质之谜，则就登上生物学当代革命的新征程；这当然是人们所冀望的、现代物理学渗透于其他学科范畴而探索基本科学问题的一项重大应用。

 

　　信息科技先后采用电子通信技术以及光通信技术两种形式，都立足于电动力学，并分别以半导体物理、微电子学以及激光物理、量子光学为理论指导。光通信较之电子通信有其优越之处，特别是激光的非线性传输方式甚为突出，故而二者已并驾齐驱、相得益彰。后来因量子理论充分发展，又开拓了量子通信的探索途径。从电子通信到光通信，无疑是一大进步；而从电子计算机到探索中的光子计算机、从经典通信形式到探索中的量子通信形式，更是革命性的飞跃，只是这些探索似还步履维艰。

 

　　量子力学完善→凝聚态物理发展、量子化学建立→物质微观结构探索见效，致使材料科技硕果累累。通过结构探索而开发、制备性能优良的新材料，乃是材料科技的基本方法。不断寻觅适用的天然材料、研制特异的人工材料，用于现代科技、生产建设的所有领域，就从根本上保证了科技、产业、经济、生活不会止步不前，也表明物质世界无限多样，人们对它的探索不会穷尽。

 

　　与人类一切活动息息相关的能源供给，随着科技进步、生产发展、生活改善，对能源科技提出越来越高的要求；开发新能源似乎已成众望所归。利用原子核能，是主要方向之一；核能技术因核物理的充分发展，已具备了广泛应用的条件。至于其他能源，诸如风能、地热能、海洋能、太阳能等等的开发，所涉及的物理知识以及有关技术设施，未必全都非常繁复；而更可贵者，它们大多是无污染的可再生能源，因此必然会在能源科技以至现代科技总体中逐渐占据重要的地位。

 

　　总之，现代科技各领域里的万紫千红，往往都植根于现代物理学的理论基础；而那些有待研究、一时难于达成的科技项目及其预期目标，则给予现代物理学进一步应用以更大的机遇和挑战。

 

　　“科学技术是第一生产力”。现代科技快速进步，促使工农业生产蓬勃发展、社会经济日益繁荣、人民生活趋向富裕；这社会面貌变化之快，当然非近代、古代可比。然而，在科技进步的同时，负面效应接踵而至；在经济繁荣的下面，犹见荆棘丛生。或许可用“指数*增长”这个词语来形容此形势既可喜、又可畏的两面：生产总值指数增长、人口数量指数增长、科技发展速度指数增长，以至于能耗量指数增长、碳排放量指数增长、环境污染程度指数增长；而且后几个指数值（即增长比率）比前几个更大，有的甚至大得多。

 

　　能耗量指数增长导致普遍使用的煤炭、石油等化石能源日趋枯竭：18世纪第一次工业革命以来，化石能源猛力开采、而且不注意节约使用；至今只过了二百年时间，却已捉襟见肘，据目前的开采量估计，再过几十年或者一二百年时间，各种化石能源就会枯竭殆尽。同时，其他许多自然资源（矿产、森林、水利、海陆空中的种种动植物等）也不适当地大力采用、甚至到了滥用的地步。资源无节制开发、生产高速度发展，全世界几十亿人口的生活水平大幅度提升，所需要的物质供应、能量耗费势必极其巨大；所造成的后果便是资源短缺、生产力回落，持续发展受阻，进而则为生态平衡受损、甚至危及人类的安定生活和健康生存。其最直接、也最容易理解的一个例证是：化石能源大量使用，造成二氧化碳等气体的排放量激增，这不仅污染环境、危害健康，而且使得大气层的温室效应加剧、全球气候变暖，从而就破坏了地球表面系统的生态平衡，此影响之严重、恶劣、漫长，是出乎人们意料的（见表）。

 

　　地球表面系统其实是指人类、其生存环境――地球表面的非生物环境（物理环境）和生物环境以及相互关联的总和。因此，人类在改造自然、优化生存条件的同时，必然受到自然、即其生存环境的反作用。仅举一个广为人知的事例――氟利昂引起同温层中臭氧枯竭――说明之。氟利昂即含氯氟烃，1930年发明后主要用作制冷空调设备的制冷剂，对化工、电子工业也多有应用；然而人们起先在舒适的空调房屋里不会料到：这种化学制品的气体分子升到上层大气――同温层中，在紫外线作用下会连锁地反，即不断地分解出氯原子、氯原子又不断地使臭氧（O3）分子变成氧气(O2)分子，从而导致能挡住对地面生物颇有伤害的紫外辐射的臭氧明显地减少。一个人工制品竟然造成一个全球性的环境问题，虽然以后已经禁止其大量生产，但同温层的结构和平衡既已受损，那末对人类生存条件的破坏程度有多深，恐怕还很难估计。科技可谓“双刃剑”，它能造福人类，也能给人类带来负面效应，而这负面效应还得靠科技的进一步发展才可能消除。

 

　　树立低碳经济观念、确认可持续发展思想，乃具有深厚的战略意义。开发清洁能源和可再生能源，改变能源结构；抑制全球气候变暖趋势，缓解环境污染、完善生态平衡；探求综

 

　　合利用资源、并尽可能降低能耗量以至全面节约资源的方法――是本世纪和更长时间里确保科技―生产―经济持续发展的必要前提。综合性很强的环保科技，正生气盎然地肩负起“拯救地球、拯救人类”的历史使命。它以现代科技各领域的不断进展为凭藉，又保证、促成了各领域的不断进展；它本身也是现代科技的一个重大领域，更显示了科技作为“双刃剑”的特征面貌。其实，开发新颖的非化石能源、提高能量的转化率和使用率，利用开发了的新能源和新材料、信息科技新成果、一些交叉学科（物理化学、生物物理等）的新成就而去发展环保科技，为解决地球变暖等环境生态问题、扩大人类可利用疆域而去发展空间科技、海洋科技、气象科技等，都为物理学提供了无限广阔的应用天地；这表明，在促使科技―生产―经济持续发展的同时，尽力改善人类的生存环境（特别是物理环境），则便对物理学之新世纪应用提出了更严格的要求。

 

　　最后简单说一说具体的污染：立足于现代物理的一些高新技术给物理环境和生物环境带来了物理类污染（例如热污染、光污染、电磁污染、核污染、环境噪声等），这终究须利用源之于物理学进一步发展的新物理方法和新技术设施，方有可能防护并解除。此即所谓“解铃还需系铃人”。而解除诸如此类的负面效应，则是物理学应用所面对的特别机遇和无法避免的特殊挑战。