物理学:未来安全的基本力量

作者:顾笛撩

<p>澳大利亚2025年:科学将如何应对未来的挑战</p><p>我们与澳大利亚首席科学家Ian Chubb合作,询问每个科学学科现在和将来如何为澳大利亚做出贡献由杰出人士撰写,并附有两篇专家评论,以确保更广泛的视角,这些文章每两周播出一次并集中于每一个主要科学领域在本系列的第一部分中,我们持有物理学 - 一门基础学科 - 直达光明什么是物质</p><p>什么是能量</p><p>什么在一起</p><p>宇宙的各种成分如何在最基本的层面上相互作用</p><p>地球与宇宙其他部分相关的位置是什么</p><p>我们可以预测恒星的运动吗</p><p>物理学为我们提供了解决这些非凡问题的知识</p><p>但知识也是力量:更好地理解这些规律,使我们能够改善我们与之互动的方式,并利用我们的环境</p><p>如果你看一下人类技术的快速发展在过去的两个世纪里,从物理学的进步中获得了多少技术变革,这真是令人惊讶也许在这方面最明确的例子是电力在所有现代社会中带来的巨大转变我们现在的整个生活方式是完全依赖于能够以安全有效的方式生成,传输和利用电力 - 所有这一切最终都得益于我们对物理学的理解,以最小的环境影响满足不断增长的发电需求将是重要的未来几年的挑战无论我们知道多少,总会有更多的发现 - 以及每张光盘我们是否会产生伟大的新技术和实用技术无论是研究基本原理(如量子力学)的物理学家,更有可能通过偶然或设计地应用这些原理来发明新设备,因为这两种方法都有效并不重要基本突破可能导致各种技术后果例如,晶体管和二极管,用于电子手表,计算器,心脏起搏器,助听器,手机,全球定位系统(GPS),无线电,计算机和光 - 发光二极管(LED)它们是我们整个社会构建的基本构建模块类似的故事可以讲述激光器激光器的多样化应用包括条形码阅读器,微/眼外科手术,光盘播放器以及信息检索和存储,光纤(用于电信和医疗程序),加工,测量,激光打印机,半导体制造离子,全息术,也许是最大的潜在用途,核聚变磁共振成像(MRI)现在同样用于识别化学和生物学中的化学物质,并且对于非侵入性进入体内寻找肿瘤至关重要,研究思考过程和理解血流 - 所有这一切都基于磁场中质子的旋转从新理论出发,新技术被创造出来,反过来,允许更准确,扩展和新颖的实验观察来证明或反驳新理论,这导致更多的技术 - 等等,在一个循环中因此,物理学的发现与新技术的发展之间始终存在着深刻的共生关系我们都受益于物理学的贡献,其中只有一小部分在这里被提及 - 以及美国经济学家爱德华普雷斯科特和芬恩基德兰德在2004年获得诺贝尔经济学奖,部分原因在于指出了这一点</p><p>新技术推动经济繁荣物理学是这方面的基础2013年,欧洲物理学会委托进行了一项独立的经济分析,涵盖29个欧洲国家(包括挪威和瑞士),这表明在2007-2010四年期间基于物理学工业部门创造了38万亿英镑的营业额,占欧洲商业经济总营业额的15%左右,超过了整个零售业的贡献</p><p>同样的研究发现,该部门支持的就业人数超过1500万,相当于超过13%欧洲商业经济中的整体就业情况在澳大利亚,我们的工业基础与美国或欧洲不同,但同样的观点仍然存在 一方面,我们都受益于物理学过去发现的下游后果在这个意义上,任何人使用GPS信号,打开电脑,听数字音乐,接受计算机断层扫描(CT)扫描或MRI扫描或轻弹一个灯开关证明了该学科的价值但另一方面,物理学的进步也被当地工业更直接地使用近年来,物理学已经发现了澳大利亚在金融建模,矿物勘探方面的重要应用,设备制造,电信和新防御技术的发展物理学在澳大利亚的重要性不亚于其他任何地方的人</p><p>其未来的重要性,不应低估它很容易想象,例如,因为它是一个建立科学,所有物理学的伟大发现都已经被制造出这是一个深刻错误的视角在全球范围内,物理学正在进入一个极其充满活力的时代以前所未有的精度和灵敏度提高计算能力和新仪器,增强了我们理解复杂现象的能力利用瑞士大型强子对撞机的新实验数据,探索形成最基本物质构件的最小颗粒,并从Square Kilometer Array探索构成宇宙的巨大结构,现代物理学将为我们带来长期问题的新见解 - 例如宇宙的起源和扩张,暗物质的本质以及质量的起源同时,我们现在才刚刚开始利用基于量子物理神秘奇迹的新技术操纵单个原子,分子和光子的能力 - 以及利用宏观宇宙中难以察觉的量子效应 - 预示着从根本上增强信息的通信和处理的未来从我们今天所处的位置澳大利亚科学在这一领域享有特别强大的国际声誉,鉴于信息处理在澳大利亚经济中日益增长的重要性以及越来越多的国防应用,这可能是非常有利的因为它对社会的巨大贡献,过去一个世纪以来,物理学领域的全球物理研究在创造新的突破性技术和产业方面具有巨大的潜力,并且随着不断增长的公司和社会群体的认识,这一趋势可能会持续下去</p><p>物理学对经济,社会和环境发展的重要性物理学是定义现代科学世界观的领域它帮助我们从最基本的方面理解世界它支撑着我们最先进的技术能力</p><p>因此,它是必不可少的</p><p>我们鼓励学生学习它,有天赋,热情和合格的老师教它,我们培养积极推进其前沿的杰出科学家在世界各地的咖啡馆中,许多客户正在使用元素硅的物理特性,来自麦克斯韦方程式的电学和磁学特性,光通过精心制作的玻璃纤维,广义相对论方程描述重力如何塑造GPS的空间和时间,以及其他基本的物理原理来浏览网页,阅读报纸或与朋友和家人保持联系同样的物理原则帮助我们回答关于宇宙起源,演化和命运的最大问题澳大利亚物理学家深入参与希格斯玻色子实验并理解发现的重要性我们正在开发控制奇异量子力学的方法重要的是,承诺存储,传输和m的潜在革命性设备信息的处理我们已经开始将光合作用理解为一种量子力学过程,我们可能很快将其用于制造来自阳光和二氧化碳的新型生物燃料物理学在提供迫切需要的新能源方面发挥着至关重要的作用</p><p>生活方式保护着统一地球上所有生命的气候系统 物理学与工程学和医学的融合正在出现全球新兴趋势,这将导致数据管理,生物医学材料,新型成像,医学假肢以及细胞和组织的超级计算机建模的近期进展我们可以期待仿生视觉,病毒式自组装和生活凸轮,以加强对重要事件的记忆好奇,有创造力和受过良好教育的人们在国际物理学的努力中分享将塑造2025年的世界通过寻找关于我们的世界如何运作的基本问题的答案 - 或可以更好地工作 - 物理学将继续为未来的技术奠定基础在物理学方面受过培训的人们给我们并继续提供新的想法,材料和机器物理技能是所有先进工业社会和经济的创造支柱在澳大利亚他们帮助建立我们的城市,位于地下矿藏,将确保我们从陆地,阳光中寻找新的资源如果我们智能地利用它们,它们也可以带来新的和振兴的行业我们的工程师和科学家有能力帮助解决重大挑战并确保我们的经济未来澳大利亚可以为其在物理方面取得的成就感到自豪,并且拥有卓越的研究成果在许多领域,它已成为来自世界各地的许多学生和年轻科学家的吸引力</p><p>要具备技术素养,需要掌握基础物理知识并开发技术以获得商业优势需要高水平的物理技能确保澳大利亚从技术突破中获益通过关注我们学校和高等教育中的物理教学,我们的人口具有物理和科学知识至关重要本文是澳大利亚2025:智能科学系列的一部分,与该办公室共同出版</p><p>首席科学家进一步阅读:澳大利亚的未来取决于强大的科学重点今天蛋白质塑料:化学作为一个充满活力的学科用数学优化未来澳大利亚可以通过生物学培育增长和繁荣健康的未来</p><p>让我们把医学科学放在显微镜下开拓地球科学为一个聪明而幸运的国家为了达到明星,澳大利亚必须专注于天文学海洋科学:对日益增长的“蓝色经济”的挑战如果没有工程师,澳大利亚必须建立国家ICT人才 - 那么我们如何充分利用它</p><p>澳大利亚的农业:....

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