作者简介：欧阳钟灿，理论物理学家，1968年毕业于清华大学自动化系，1984年获得博士学位，1997年当选中国科学院院士，2003年当选第三世界科学院院士。担任中国博士后科学基金会理事会副理事长，北京市科协常务理事，中国物理学会常务理事、液晶物理分会会长，国际刊物International Journal of Modern Physics B，Journal of Computational and Theoretical Nan science， SoftMaterial以及 Electronic Communication of Liquid Crystals的编委。他在软凝聚态物理、统计物理等领域作出了多项贡献， 在国际著名刊物发表论文100多篇，出版英文专著l部 Geometric Method in the Elastic Theory in Liquid crystal Phases （合著），并将其扩增为中文版《生物膜泡曲面弹性理论》。

一 、21世纪物理学必须面对能源和气候问题

21世纪: 物理学从“大科学”向“小科学遍地开花”转变；

半导体的发明促成人类进入信息技术（IT）时代；

人类期待的能源无虞原子能时代没有到来，反而面临能源短缺与气候变暖；

研究经费向可再生能源、可持续能源的研究倾斜。

无论从哪个角度看，20世纪都是物理学带动世界科学技术大发展的时代。内燃机、电气化、无线电、飞机是20世纪前十年世界技术进步的象征，它们都是基于19世纪物理学基础研究的成就，如统计物理与热力学、麦克斯韦尔的电磁场理论、流体力学等发展起来的。它们大大地解放了人类的生产力，提高了人类的生活水平，因此，列宁给人类的理想社会--共产主义下了一个著名的定义：“苏维埃加电气化”。

20世纪初期，物理学的两大发现，普朗克的量子论与爱因斯坦提出的相对论更是为人类向自然索取提供了无限可能性，爱因斯坦的质能关系E=mc²，使我们懂得一火柴盒的铀释放的能量可以抵过好几列火车的煤。但是，20世纪并没有带给我们憧憬的不用为能源发愁的原子能时代，二次世界大战及其结束后持续多年的冷战，把最优秀的物理学家几乎全部集中到国防及武器装备有关的研究，超音速飞机、人造卫星、宇宙飞船、雷达、激光、计算机、核裂变和聚变等20世纪物理科学的尖端技术无不带有这种背景。在这种集中支持架构下，如美国NASA（宇航局）与DOE（能源部，原先是专为发展原子武器的AEC），带给基础物理研究“大科学”的特点。但冷战结束后，大科学的统治地位受到挑战，美国SSC（超导大型加速器）的废止便是一个例子。而这种趋势到21世纪愈演愈烈，费米实验室在2007年遭到一次巨大打击，甚至准备裁员200人。在美国国会2008年度财政拨款中，国际直线对撞机（ILC）的研发经费比预期减少了75%，这些经费转而投入可再生能源、清洁煤燃烧等方面的研究。而从2007年10月到2007年底，负责ILC设计的费米实验室已经花完了剩下的25%经费。同时受到影响的还有美国SLAC的B介子工厂，将比预计提前7个月结束取数。在2008年度的预算中，美国国会不顾总统提出的不增不减的预算需求，坚持将可再生能源、能源效率和核能的研发经费增加30%，达到约13亿美元；清洁煤和其他化石燃料的研发经费增加了13%，达到5.57亿美元。然而，尽管核能项目的总体经费有所增加，布什总统提出的“全球核能合作计划”的预算需求却被削减一半以上，只获得了1.81亿美元，该计划旨在促进核废料的回收处理研究。能源部科学办公室也深受打击。虽然其总体科学经费增加了4.6%，达到40亿美元，但绝大部分增加额均用于超级计算机和生物学研究。国会不仅扣留了能源部承诺为国际热核聚变实验堆（ITER）提供的1.6亿美元经费，而且还大刀阔斧，将国际直线对撞机的经费从6000万美元调到1500万美元。另外，英国也从ILC的R&D;研究中撤出。美国国会2008年度财政拨款还同时撤出了国际热核聚变实验堆（ITER）项目中美国应承担的部分。可以预见，LHC开始运行后，世界高能物理实验研究的中心将转移到欧洲。物理“大科学”开始向“小科学遍地开花”的局面转移，战争时代为通信、精密测量服务的半导体研究流向民用企业，并得到了极大发展，巴丁发明的三极管促成了集成电路的诞生，为21世纪的信息化时代顺利到来打下了物质基础，使IT（Information Technology）出现了摩尔定律：每18个月电脑的成本下降一半。2007年是半导体发明60周年，也是超导理论发现50周年，而巴丁在这两个领域都取得了重大成就，并因此获得两次诺贝尔物理学奖，成为至今唯一一位在同一学科两获诺奖的科学家。

但是，依靠大科学的核裂变、聚变的研究, 进入新千年仍然没有给人类带来能源无虞的原子能时代。相反，2005年2月签署的二氧化碳减排的京都议定书，2007年底的联合国巴厘岛气候变化会议，以及由美国前副总统戈尔与联合国政府间气候变化专家小组（IPCC）分享的2007年度诺贝尔和平奖——“人类只有一个地球”，进入21世纪的前十年的一系列牵涉所有国家的环境气候变化问题都能让人感到，人类生存环境的问题愈来愈成为世界的焦点。在确保能源供应无虞、促进经济持续增长以及环境保护议题上，现今科技还无法提供必要解决方案的想法。能源不仅对中国而且对世界每个国家都极其重要。在人类未来50年所面临的十大问题中，能源首当其冲。如果世界人口以目前的增长率继续增长的话，到2050年世界人口将从现在的63亿增长至100亿。按照我们现在的了解，还没有足够的能源来满足100亿人口的需要。世界每天都在使用越来越多的能源，我们正在耗尽地球的能源。因此，必须采取果断的行动来改变这种现状。我们不能仅仅从经济利益出发使用现阶段相对廉价的化石燃料，而应该从保护资源和环境的考虑出发，尽量少使用化石能源，尽可能使用无污染的可再生能源。

二、物理学在应对环境和能源的挑战下应该如何发展

物理学已经为IT服务了50年，现在要从IT转到ET；

老一辈物理学家的重托：中国的核聚变不要紧跟国外；

P. 安德森：20世纪最后10年的青年研究者正在受SCI拖累。

21世纪物理学的发展目标就是国际纯粹应用物理联合会（IUPAP）的观点--物理学研究要联系能源和气候问题。2007年，IUPAP副主席陈佳洱院士从巴西带回了一封IUPAP主席关于能源问题的公开信，其中提出物理学要注意两件世界大事：能源短缺和气候变暖，认为物理学如果不参加进来，将很可能被边缘化。IUPAP在其关于能源和气候问题的报告中专门提到中国、印度、巴西的经济发展对世界能源的压力。2007年10月举行的中国科学院理论物理研究所新一届学术委员会第一次大会，北京大学甘子钊院士提出一个建议：物理学已经为IT服务了50年，但是现在要从IT转到ET，即服务能源（Energy）和环境（Environment）科技。两弹一星功勋奖获得者彭桓武先生在去世前最关心的问题就是能源，认为物理不能只关注纯粹的理论，还要关心国家需求。1990年，他在《物理》杂志发表文章就预测21世纪物理两大发展方向之一就是发展核聚变。在他晚年的研究中，他认为惯性约束与磁约束已经走过了没有结果的半个多世纪，因此，他号召中国的核聚变不要紧跟国外，而要有自己的独创。近年，世界著名的开展交叉学科研究（包括生命科学、复杂性与新能源）的美国圣塔菲研究所在中国科学院理论物理研究所连续举办了四次国际暑期学校，为此他很有感触地对笔者说，他现在非常后悔的是当他们从国防研究退出来时，没有像美国同行那样办一个圣塔菲这样的研究所。理论物理所何祚庥院士也为发展我国可再生能源呼吁了多年。在2008年院士大会的报告中，他对ET中“E”的意义有了扩充，加了Ecology Technology（生态技术），并提出归根到底是第四个“E”，即Economy，物理学要服务于经济建设。

事实上，国际上的老一辈科学家都注意这个问题。1998年诺贝尔化学奖得主、美国圣巴巴拉加州大学（UCSB）理论物理研究所（后来的Kavli理论物理研究所）首任所长，凝聚态物理学家沃尔特•科恩，最近几十年来一直关注能源问题，其自费制作的纪录片《太阳的能量》已在世界范围内无偿发行。2006年访问我所时，应他要求，何祚庥院士曾联系一位CCTV的有关人员与他洽谈播放他的制作，但这种不赚钱的义举最后是否被接纳？笔者就不得而知了。令笔者感动的是，当时他还要笔者给他找无锡尚德公司的老总施振荣博士的电话，他要亲自打电话向这位当时上市规模第一的太阳能公司表示敬意。事实上，2008年英国《新科学家》杂志第一期在评述2007年中国科技进展中，特别报道了无锡尚德公司施振荣博士对发展太阳能产业的贡献及潘建伟等人在量子计算领域的重大突破。这表明中国物理学家在ET及未来的IT方面都作出了世界领先的贡献。作为北京市邀请参加2007诺奖论坛的嘉宾，沃尔特•科恩于2007年9月13 日再次访问中国科学院理论物理研究所，并作了题为“全球能源-气候挑战：各方反应概览”的学术报告，分析了全球变暖正广泛地改变着地球的事实以及科学、政治、经济等各方对这一挑战的反应。

为什么这些年过八十的老一辈物理学家对能源问题这么关注，而多数年轻的物理学家对此少有关心？这里可用诺贝尔物理奖得主P. 安德森在L. M. Brown, A. Pais, Sir B. Pippard主编的《20世纪的物理学》一书第28章的文章《20世纪物理学概观》中的一段话来解释：“与二战后早期研究学者出于好奇心执著于发现自然奥秘的人生观已截然不同，尤其是20世纪最后10年，年轻研究者的竞争已失去科学发现本质的客观公平判断，代之而起的评价标准是获取科研经费的多少，在Phys. Rev. Lett. 发表论文，在Nature、Science及Physics Today新闻栏目被报道就是赢家”。在这种利益驱动的“量化”评价压力下，很难让年轻人去思考、从事真正重要的研究项目。由此可见，SCI并不是专门的“中国人的愚蠢指标”。P. 安德森的话使笔者想起彭桓武先生在去世前请我帮他找研究特殊核聚变的年轻合作者提出的条件：“这个人已升教授，不需要再发表许多文章。”可见，要使青年研究者从IT到ET转变，就一定要打破SCI的紧箍咒。

(栏目编辑廖伯琴)