我国理论物理的现状与发展

中国物理学会期刊网 2023-03-22

The following article is from 理论物理专款 Author 孙昌璞等

编者按

2023 年将迎来国家自然科学基金委员会理论物理专款设立 30 周年。30 年来，理论物理专款促进了我国理论物理事业的发展，在产出高水平科研成果、培养青年人才、稳定人才队伍、改善研究环境、加强学术交流、弘扬科学家精神以及探索符合理论物理学科特色的研究与资助模式等方面做出了重要贡献。与此同时，专款也充分发挥了理论物理研究对国民经济建设和科学技术在战略决策上应有的指导和咨询作用。第八届理论物理专款学术领导小组决定 2023 年适时召开理论物理专款设立 30 周年纪念研讨会，总结成绩，探讨进一步发挥好专款的作用，促进我国理论物理学科的发展。

2013 年，值理论物理专款设立 20 周年纪念之际，第五届理论物理专款学术领导小组编制了 20 周年纪念文集。我们将在理论物理专款公众号上陆续推送文集中的文章，以飨读者。

作者简介

孙昌璞，理论物理学家，主要从事量子物理、数学物理和量子信息理论研究。1962 年 7 月生于辽宁省普兰店市。1984 年毕业于东北师范大学物理系，1992 年于南开大学获博士学位。2009 年当选为中国科学院院士。

作者简介

陶瑞宝，理论物理学家，从事统计物理和凝聚态理论方面的研究。1937 年 3 月生于上海。1960 年毕业于复旦大学物理系，1964 年于复旦大学获硕士学位。2003 年当选为中国科学院院士。

作者简介

陈润生，生物信息学家，主要从事生物信息学研究。1941 年 6 月出生，天津人。1964 年毕业于中国科学技术大学。2007 年当选为中国科学院院士。

一

理论物理在当代科学发展中的重要作用

物理学是研究物质及运动规律的基础科学。其研究内容包括物质结构及其相互作用、物质运动形式以及它们之间的转化。物理学立足于实验，发展各种理论观念和思想方法。物理学的发展能够进一步引导各种技术革命创新，反过来导致物理学研究方式的变革。例如，以半导体为基础的计算机技术的飞跃发展，使得计算和模拟在物理学研究中发挥了越来越重要的作用，形成了计算物理的研究模式。

当前物理学的发展趋势可以概括为以下两个方面：第一，在更高的能量标度和更小的时空尺度上，探索物质世界的深层次结构及其相互作用, 揭示物质运动的时空形式和相互作用的本质；第二，面对由大量个体组元构成的复杂体系，探索超越个体特性的“演生”出来的有序凝聚体系和集体合作现象。由于第二方面的研究涉及从固体系统到生命软凝聚态等各种多体系统以及进一步形成各种人工结构，它会导致更为丰富的物理现象和实际应用。这两个方面研究代表了两种互为补充的基本科学观——还原论（reductionism）和演生论（emergence）。前者把物质性质完全归结为其微观组元的相互作用规律，旨在建立从微观出发的终极统一理论；后者强调经典和量子多体系统的整体性和凝聚合作效应，把不同层次“演生”出来的规律当成自然界的基本规律加以探索。

现代物理学通常从理论和实验两个途径研究以上的重大科学问题。二者既紧密依赖，又有所区别。利用科学的实验方法，通过对自然界的主动观测，并辅以理论模型或哲学上思考，先提出初步的科学理论假设，然后进一步借助实验对此进行判定性的检验。最后，用严格的数学语言精确、定量表达一般的科学规律，并由此预言更多新的、可以被实验再检验的物理观察结果。当现有的理论无法解释一批新的实验发现，物理学可能要面临重大突破。由此诞生的新理论在解释已有实验结果的同时，还要给出了更一般的理论预言，引发新的实验研究。

物理学这些内在的特征决定了理论物理学在当代科学中的核心地位。特别是它通过当代数学提供的描述语言和思想框架，使得物理规律得到准确的描述。在解析的手段无法实现时，理论物理还可以采用数值分析和数值模拟，使理论预言进一步定量化。

二

理论物理学的发展趋势

理论物理学立足于科学实验和观察结果，借助数学工具、逻辑推理和观念思辨，研究物质、能量、时间和空间及其相互作用和运动演化，从中概括和归纳出具有普遍意义的基本理论。由此建立的基本理论不仅可以描述和解释自然界已知的各种物理现象和运动规律，而且还可以预言更多的未知物理现象。理论物理研究的对象非常广泛。有的学科，诸如粒子物理、凝聚态物理等，与实验研究关系密切，但还有一些更加基础的领域，诸如统计物理、非线性物理、引力和量子基础理论，研究对象广泛，一时并不直接涉及具体的实验。

物质结构是分层次的，每个层次上都有自己的基本规律，它们又是互相联系的。物质各层次结构及其运动规律的基础性、多样性和复杂性不仅为理论物理学提供了丰富的研究对象，而且对物质科学研究提出巨大的智力挑战，并激发人类探索自然的强大动力。这种高度概括的综合性研究，具有显著的多学科交叉性与知识原创性的特点。

20 世纪初诞生的相对论和量子理论，决定了理论物理学在现代科学中的核心地位。物理实验面临的日趋复杂的困难，使得实验和理论对物理学发展的作用发生了一直延续到今天的变化。尤其在对微观世界基本规律和复杂系统运动演化探索方面，理论物理将起到越来越重要的引领作用。例如，在粒子物理领域，轻的轻子和夸克只能有三代是理论考虑的结论，顶夸克的存在以及目前 LHC 希望发现的 Higgs 粒子和超对称粒子也都是首先来自理论预言。当今的高能物理实验基本上都是在理论指导下设计和运行的，对理论预言给予检验，发现现有理论无法解释的现象，从而推动物理学的发展。没有理论上的动机和指导，高能物理实验将如同大海捞针、无从下手。

宇宙学上的观测更是如此。虽然宇宙学观测结果会给出一些新的有关宇宙的信息，但其真正的物理解释依赖于具体的理论模型。宇宙的演化只有一次，但迄今为止，其初态和末态都是未知的。我们不能像在粒子物理和凝聚态实验那样，根据需要调整宇宙的初末态，以尽可能多地获得宇宙演化的信息，完全从观测角度构造合理的宇宙模型。因此，要对宇宙的演化有真正的了解，就必须从其它物理领域的理论出发（如粒子物理、广义相对论等）建立自洽的理论。

总之，当今物理学理论必须建立在实验的基础上，当今物理学的实验无一例外是在特定的理论框架下进行。通过对理论物理的预言不断地进行实验检验，才能完善和推动物理学的长足发展，才能加深对物理规律的深入认识，以不断推动人类掌握基本的自然规律。

目前理论物理的一个重要发展趋势是与现代强大计算的手段结合。面对纷繁复杂的物质世界（如强关联物质和复杂系统），简单可解析求解的理论物理模型不足以涵盖复杂物质结构的全部特征。例如，实际物理系统的时间演化具有内禀的高度非线性，线性化近似将不再适用。然而，计算机的发明提供了解决复杂结构和非线性问题的强大技术条件，辅以正确的科学计算方法，如第一原理计算、蒙特卡洛方法和各种精确对角化技术，近似求解复杂理论模型到足够高的精度，逐渐逼近物质运动的真实规律。因此，可以说，计算物理是连接物理实验和理论模型必不可少的桥梁。

量子力学是 20 世纪的奠基性科学理论之一，是人们理解微观世界运动规律的现代物理基础。一方面，量子力学可以应用到不同物理体系，导致一些现代学科的诞生。例如，它应用到光与微观物质相互作用，导致了量子电动力学的建立，其进一步发展引发了现代量子光学等新领域；另一方面，量子力学及其应用的发展，导致了以激光、半导体和核能为代表的新技术革命，深刻地影响了人类的物质、精神生活，已成为社会经济发展的原动力之一。然而，量子力学的基础却存在诸多的争议。围绕着量子力学的诠释，以玻尔为代表的哥本哈根学派的“标准”诠释不断遭遇到各色各样的挑战。其中一些严肃的学术争论，在促进量子力学自身的发展的同时，使量子力学走向交叉科学领域，如量子信息就是信息科学和量子物理交叉的结果：充分利用量子物理基本原理的研究成果，发挥量子相干特性的强大作用，探索以全新的方式进行计算、编码和信息传输的可能性，为突破芯片极限提供新概念、新思路和新途径。量子力学与信息科学结合，不仅充分显示了学科交叉的重要性，而且量子信息的最终物理实现会导致信息科学观念和模式的重大变革。量子力学的这些新的发展大多基于实验检验，促使人们回过头来在可检验的层面上重新考察量子理论的基本问题，使得量子力学又进入了一个崭新的发展时期——从观测、解释阶段进入量子调控新时代。当前，人们利用各种先进的现代科学技术，去制备、检测、调控量子体系，使量子世界从自在之物变成为我之物。

在高能物理方面，粒子物理是研究物质深层次结构的前沿学科。它借助于极端高能的实验手段，深入物质内部，探索物质的结构，寻找其最小组元及其相互作用规律。目前，探讨超出标准模型的新物理和研究描述强相互作用的量子色动力学（QCD）的微扰和非微扰问题，是粒子物理学面临的两个重大问题。大家知道，粲夸克和美夸克组成的重味强子和重夸克偶素物理不仅与微扰 QCD 和非微扰 QCD 有密切关系，而且与超出标准模型的新物理探讨相关。B 介子物理的研究、粲介子和粲重子质量谱和衰变的研究、重夸克偶素产生与衰变机制的研究等都是国际高能物理研究的热点问题。2003 年以来大量新强子态的发现，开辟了强子谱研究领域的新天地, 对人类深入探索物质基本结构和深刻了解量子色动力学有着重要的意义。量子色动力学因子化定理是自洽利用微扰论的前提条件，没有这些因子化定理，就没有一个基于量子色动力学的强相互作用过程理论预言，如强子对撞机上的各种过程的理论预言。

20 世纪的原子核也是朝着物质的深层次发展，与粒子物理融合，揭示出了强子由夸克和胶子构成，并建立起描述它们之间强相互作用的基本理论——量子色动力学（QCD）。对称性丢失与夸克禁闭是遗留的两大难题。理论家预期通过相对论性重离子碰撞形成高温高密极端条件，改变真空的性质，从而解除夸克禁闭，产生出一种在夸克层次上的新物质形态——夸克胶子物质或夸克胶子等离子体（QGP）。这种新物质形态的能量密度将比中子星内部更大，关于核物质的通常概念已不再适用，需要揭示出一些崭新的原理。进入新世纪以来，特别是美国布鲁海汶国家实验室在 RHIC 上发现了强耦合 QGP 存在的证据，当前研究的前沿转向从强子相到 QGP 相变的临界点、相变性质、QGP 性质、QCD 相图的相结构和相边界等一系列重大研究课题上来。

另外，引力是自然界已知的四种相互作用之一, 是人类最熟悉但了解最少的相互作用, 尤其是它的量子行为。描述经典引力的科学语言是广义相对论，但包括引力量子行为的完整描述至今没有确定的答案。当然，经典时空背景下的半经典描述——弯曲时空量子场论也可以在一定程度上预言引力相关的量子效应，如黑洞的量子辐射。目前认为最有希望的引力量子化理论框架是超弦/M-理论。建立完整的引力理论不仅是超出粒子物理标准模型发展的必然，也是了解我们宇宙起源和演化的基础。宇宙学是物理学和天体物理的一个分支，研究的是宇宙作为一个整体的起源和演化, 希望回答如宇宙为何如此地平坦、星系是如何从这样平坦的宇宙中形成等科学问题，更希望回答一些古老如人类在宇宙中地位的问题。

就高能物理发展规律而言，粒子物理的发展主要是靠实验推动的。从最初的宇宙线和云室实验发现的大量奇异粒子直接导致了粒子物理学科的诞生，到后来的宇称对称性破缺实验推动了弱作用理论的发展以至于标准模型最后的建立。当今的高能物理实验基本上都是在理论指导下设计和运行的，对理论预言给予检验或发现现有理论无法解释的现象，从而推动理论的发展。对引力相互作用来说, 无论是其发现还是对宇宙演化的描述最初都源于人们对自然包括天文现象的好奇。在此基础上，人们结合一些天文观测甚至一些哲学的思考对这些现象提出一些半经验性的描述，并由此驱动对其做进一步实验检验和完善，从而达到对一些科学规律的发现。

统计物理目前正处在快速拓展时期。一方面，统计物理的思想和方法不断被应用到各种新的领域，以及各种新的、更加复杂的系统，带来了统计物理学的不断发展。另一方面，统计物理学在新领域和新系统的应用，这些也对统计物理学基本理论和自身发展提出了更高的要求。这两个方面的发展不是相互独立的，而是相互关联、相互促进的。特别是联系于能源科学的发展，偏离和远离平衡、有限尺度的系统及其有限时间过程的统计物理引起人们的重视。与统计物理密切联系的非线性科学研究在各学科领域中具有普遍意义的共性问题，也具有形成新的共性问题的潜在特性，以及在科学、技术和工程领域中的重要应用前景。非线性物理的主要研究课题包括典型非线性现象如孤子、混沌、斑图、分形和复杂性的物理特性的描述、物理本质的刻画及其基于这些现象的物理特性和物理本质在不同领域中的应用。与此密切联系的另一个重要方面是软凝聚态物理和生物物理。软物质是在自然界物质中存在的最广泛、最常见的一种凝聚态物质，处于固体和理想流体之间的一种复杂物质，与人们的日常生活及工业技术密切相关。例如，软凝聚态物理的研究还涉及水的基础科学问题。近年来水源危机已经成为人类面对的首要问题之一。

量子理论结合统计物理导致了凝聚态物理学的建立和发展。凝聚态物理目前已经成为物理学最大的一个分支，也是物理学近半个世纪以来发展最为迅速的一个领域。凝聚态物理涵盖面很广，按学科分类，包括半导体物理、磁学、强关联物理、表面物理、软凝聚态物理等子领域。这个学科中每个新材料和新现象的发现，都有可能诱发或产生一个新的学科方向或领域。凝聚态物理是材料、信息和能源科学的基础，也与化学和生物等学科有密切的交叉与融合。伴随者凝聚态物理的发展，凝聚态理论发展异常迅猛。传统的凝聚态物理研究，建立在能带论和费米液体理论基础上，奠定了以半导体、金属为基础的电子、计算机、信息等科学的理论基础，在实验及应用研究中发挥了重要的作用。同时，凝聚态理论研究凝练出来的一些具有普适性的概念和方法，如BCS超导理论、自发对称破缺概念等，对其它学科的发展也起到了重要的推动作用。近 20 年来，随着大量新型低维材料的合成和发现以及具有特殊功能的量子器件的设计和实现，以及包括高温超导、拓扑绝缘体等在内的大量新的量子现象的揭示，这些现象不能在以单体近似为前提的费米液体理论框架下得到解释，新的理论框架的建立已迫在眉睫。这种新的理论框架的建立，将使凝聚态物理的基础及应用研究跨上一个新的历史台阶。

原子分子物理学和光学是物理学的两个子学科。原子分子物理学是以原子、分子这一物质微观层次为研究对象的物理学分支，它主要研究原子、分子的结构、动态及相互作用的物理规律。而光学是研究光辐射的基本原理、光传播的基本规律，以及光与物质相互作用过程的物理学。20 世纪 60 年代激光的发明和伴随的非线性光学的发展，人们能够实现对光传输以及光与物质相互作用的调控。这方面的研究与凝聚态物理交互推动，是当前的理论物理研究重要科学前沿。例如，随着激光冷却和人造晶格系统研究的飞速发展，多学科的交叉性增强，通过预先的理论探索，在冷原子系统中也观测到了强关联系统特有的超流-绝缘体相变现象，为精确操控多体关联系统提供了强有力的实验手段，促进了强关联物理与原子分子物理的结合，成为这个学科发展的一个新的生长点。

三

我国理论物理总体发展现状分析

改革开放三十多年来，我国物理学基础研究，特别是理论物理的研究有长足进步和飞跃式的发展，研究水平也有了极大的提高，已形成了一支有较高研究素质的队伍，在许多领域取得了国际同行广泛关注的研究成果，一些研究方向已处于学科发展的最前沿，甚至有些研究成果已成为我国科学发展的重要标志，并在一段时间内在国际上引领学科的发展。与其他学科相比，我国理论物理学研究与国际水平较为接近。

在高能物理方面，我国的物理学家在重味物理理论、对撞机上的微扰量子色动力学修正计算、对撞机唯象学、非标准模型理论（包括模型构造、中微子理论）、量子场论微扰计算新方法等方面均有参与。重味物理作为国内的传统强项，几乎所有的主要院校均有参与，并且在国际上有重要影响。微扰场论修正计算方面，北京大学、中国科学技术大学、南开大学、山东大学、哈尔滨工业大学和河北大学等多个单位均有重要贡献。非标准模型包括模型构造、中微子模型和对撞机唯象学等方面，中国科学院理论物理研究所、中国科学院高能物理研究所、中国科学院大学、北京大学、清华大学、中国科学技术大学、南开大学、浙江大学、四川大学、华中师范大学、华东理工大学、河南师范大学、辽宁师范大学和重庆大学等单位均有重要研究力量。量子场论新方法方面，浙江大学和中国人民大学在国际上有一定影响。

我国理论物理学家积极参与和推动我国大科学装置的建设和相关的物理实验。实验方面除了北京正负电子对撞机之外，主要有大亚湾反应堆中微子实验、锦屏山暗物质直接探测实验和宇宙线探测实验两大块。大亚湾反应堆中微子实验测量的中微子13混合角是《科学》杂志评选的 2012 年十大进展之一。在锦屏山，清华大学和上海交通大学各有一个暗物质直接探测装置正在建设、调试、取数中。另外我国的实验粒子物理学家积极参与国际合作。位于欧洲日内瓦的大型强子对撞机（LHC）上各个实验组都有中国物理学家的身影。两个质子对撞实验 ATLAS 和 CMS 就有中国科学院高能物理研究所、北京大学、中国科学技术大学、山东大学、上海交通大学等多家单位参与，高精度实验 LHCb 有清华大学参与，重离子碰撞实验 ALICE 有华中师范大学、中国原子能科学研究院、华中科技大学等参与。寻找宇宙线中反物质的卫星实验 AMS 最近发布了第一批数据分析成果，很大提高了对正电子束方向性的测量精度。我国有中国科学院高能物理研究所、山东大学、上海交通大学、中山大学等单位参与。位于美国的重离子碰撞实验 RHIC，也有国内的实验组参与并且起着重要作用。

引力理论与宇宙学是天体物理与高能物理密切结合的学科方向。我国学者对引力的完整理论（如超弦理论）的研究几乎没有间断过，特别是近年来，一些年轻学者在弦/M-理论本身的发展、微扰弦散射振幅的圈图计算及其对 QCD 圈图计算的应用、弦/M-理论相关的宇宙学暴胀及暗能量模型方面和利用 AdS/CFT 研究强耦合 QCD 等方面取得了一定成绩。在暗物质、暗能量的研究方面，我国的研究与国际上基本同步并取得了一些让国际同行认可的重要成果，比如暗能量的 Quintom 模型和全息暗能量模型等。在暗物质、暗能量的实验和理论结合实验的研究方面，中国研究人员利用我国的羊八井实验观测站研究暗物质的粒子物理模型、暗物质粒子在宇宙演化过程中的产生机制和探测可行性，同时结合国内外天文观测，如 LAMOST，研究与实验吻合的唯象模型并从更基本的引力理论认识暗能量、暗物质的本质及其与其它物质如中微子、粒子等的相互作用。据不完全统计，我国从事量子引力和宇宙学研究活跃的学者不足 30 人，且主要集中在京津地区的少数几个研究单位。这个研究队伍规模实在小得不能与欧美和日本甚至韩国等相比。另外，在选题前瞻性方面的经验和物理思想的积累上也明显不足。为了支持该领域的发展，要在建好用好国内有关观测站与大型实验设备的同时，鼓励研究者加大国际合作的力度，更好的利用国际上所获得的各种实验数据。另外，加大学科支持和宣传的力度，吸引更多的年轻人投身到相关的研究中。

在量子信息这个新兴交叉领域，我国的科学家研究起步较早。我国量子信息主要是从理论研究开始，现在已有许多凝聚态物理、光学、原子分子物理以及核物理的理论与实验物理学者都加入其中，在实验方面开始完成了一些标志性的工作。现有固定研究者 500 余人（从专家库统计），在读研究生与博士后每年约 150 人，量子信息是这几年人员增长最快的领域。在该领域，我国科学家的许多工作处在学科发展的最前沿。例如，在量子计算方面，国内专家早在 10 年前的理论论文，现在在国际学术界仍有一定影响。在量子信息理论方面，我国科学家提出了量子避错编码的观念和概率量子克隆原理，提出微腔量子场诱导原子量子比特耦合的量子处理器方案。在量子信息和量子操纵的物理基础方面，我国科学家发现与量子临界环境耦合的量子比特会发生量子退相干增强的现象，这个工作联系了不同研究领域的一些重要观念，不仅引发一系列后续的理论工作，而且得到欧美一些研究组的实验验证。以前我国只有少量固态量子计算的理论研究，但最近一些从事超导量子计算的中青年学者陆续回国，开展了超导系统量子计算和量子点量子计算的理论和实验研究，进一步增强了我国固态系统量子计算的研究实力。可以说，我国目前固态系统量子计算的研究发展态势很好。

我国的统计物理曾有较好的基础，研究队伍很强，例如，改革开放以后，我国科学家提出统一描述平衡与非平衡体系的闭路格林函数理论，并将它应用到临界动力学、非线性量子输运和无序系统等具体问题中，澄清了一些重要的理论问题。1995 年在厦门成功举办的第十九届国际统计物理大会，标志着我国影响力达到了一定的程度。然而，最近这些年一些从事统计物理研究者转入到经济学、社会学、生物物理、软物质等具体问题的研究中，新成员增加不多，造成我国目前从事统计物理基础研究人员严重不足。这不仅影响了学科的正常交流与发展，而且影响到大学生和研究生的正常培养，问题十分严峻。而国际上，无论是统计物理学的基本理论，还是统计物理在复杂系统和非平衡过程的应用都发展很快。统计物理在我国是一个急需扶持发展的研究领域。

在彭桓武先生等人的倡导下，我国凝聚态理论研究从 20 世纪 80 年代开始快速发展。半导体超晶格理论在黄昆先生倡导下做出了原创性工作，提出了半导体超晶格光学声子模式的理论，引发了国际上的一系列理论和实验研究，该理论已经被写人相关的专著和教科书。近年来，我国的凝聚态理论研究工作者在高温超导、自旋霍耳效应、碳纳米管和石墨烯、拓扑绝缘体等方面都做出了国际前沿水平的工作，在国际著名刊物上发表了不少文章，在国际上产生了重要影响。目前研究队伍也是全国最大的，为我国的凝聚态物理发展奠定了基础。改革开放后，我国的凝聚态物理研究获得了快速发展，应该说是一个与国际接轨较早的领域。大概而言，2000 年前的研究水平尽管有个别的亮点（如铜基高温超导的研究、介电体超晶格的研究等），但是从整体上还处于一个跟踪模仿期。尽管如此，这段时间的研究发展为我们保留了一批队伍，培养了一批人才，也为后期的发展奠定了坚实的基础。进入 2000 年以后，我国的科研投入迅速加大，科研环境获得了极大的改善，同时又有大批的优秀留学人员归国。在这段时期内，我国的凝聚态物理研究整体上进入了一个快速的发展期。具体体现为如下四个方面：①人员队伍的整体素质获得了极大的提高，数量也有所增加。特别是几所重点高校和中国科学院几个重要研究所的整体人员素质已达到了美、欧、日等发达国家的水平，特别是年轻人才都非常优秀，科研交流也非常的频繁与丰富。科研人员的生活待遇等也获得了极大的提升。②仪器装备的质量以及自主研发的尖端仪器的水平获得了极快的提升，有些甚至超越了国外的水平，例如激光 ARPES、非线性光子晶体、极低温测量系统、高分辨四探针 STM 与 MBE 系统等。国家行为的大科学工程装置开始出现，例如上海同步辐射光源、中国散裂中子源、合肥与武汉强磁场装置等。③涌现出了多个有重要国际影响的研究成果，例如铁基超导的研究、拓扑绝缘体的研究、量子反常霍尔效应的研究、动量密度矩阵重整化群及其张量方法。这些研究成果不仅获得了极大的国际认可，而且还在很大程度上引领了国际上的发展态势，这是在新中国成立 60 多年来的历史中不多见的。

对于我国将来的凝聚态物理研究领域的发展应该注重“点”与“面”结合，均衡发展。①首先要注重“点”的发展，在优势研究方向上要进一步高强度支持与投入，使得强者更强，争取做出多项诺贝尔奖量级的研究成果。②注重“面”的发展，要扶持相对落后的研究方向，同时还要特别照顾到西部落后地区的发展，争取能够做到均衡发展。

在数学物理方面，我国有较好的工作基础和研究传统，在大范围微分几何应用、经典杨-米尔斯场理论、量子群和杨-巴克斯特可积系统等方面取得了国际上有影响的、系统性强的研究成果。与数学物理有密切联系的非线性现象研究方面，在符号动力学和斑图动力学方面也取得了重要进展。在液晶膜理论方面，从理论上预言应存在着半径比为 2 的平方根与无穷的两种亏格为1的环形膜泡，并获实验证实。国内有一支优秀的从事非线性科学方面的研究队伍，不同时期中都围绕着前沿热点开展了深入的研究。其中非线性物理方面的队伍主要是集中在混沌、孤波、斑图和复杂性相关领域的研究，涉及分形领域的研究已较少。比较多集中在经典系统，这与非线性科学的最广泛的应用领域是密切相关的。但是，与国外相比，我们的研究队伍较小和青年人不多，培养优秀后备青年人才是我们的任务。

最后要提及的是，我国理论物理研究的科研环境与评价体系逐步得到改善。科研评价由早期的简单数文章数量到看重发表刊物的影响因子，发展到后来注重单篇文章的引用，将来还会进一步优化完善，走出一般的量化评价的简单模式，要强调工作的原创性、系统性和对学科领域的引领，由泛泛的非同行评估转变为专业的科学评价，要重视工作影响的长期性。

四

我国理论物理学未来发展的建议与展望

理论物理学是当代物质科学的理论基础。面对科学前沿，我国理论物理学未来的发展，既要立足于当代物理的学科前沿和重大物理实验，又要面向国家重大需求驱动的基础科学问题，全面发展影响理论物理及其交叉领域的原始创新的思想方法，重点布局原始创性的研究方向。我们有信心，在一些重要基础研究领域，产出一批对科学发展有实质性贡献的研究成果，产生一些世界级科学家和领军人物，形成若干个引领国际前沿研究的团队和中心；针对国民经济发展和国防安全方面等国家重大需求，凝练理论物理学能够发挥关键作用的科学问题，突出重点，争取重大突破，推动国内高新技术的跨越式发展。

对于理论物理这样纯基础研究的支持，首先要以个人为主，加强对有科学信誉的个人的长期稳定支持，其次是建立形式自由、有重大科学问题牵引的研究群体，创造宽松的学术氛围，在国家层面上形成孕育重大科学突破的环境和土壤。要提倡求实的科学学风，长期坚持，埋头苦干，功到自然成。对某些基础好、信誉高的学术带头人，经过专家论证，提供更加充足的经费，组织队伍，集中攻关。

要以长远的眼光正确看待实验探索和理论研究的各自特点，创造物理实验和理论密切结合的气氛与环境，加强它们的实质性结合，促进物理学科在我国的跨越式发展。理论物理要面对那些有助于科学发现的原理性实验和对未知世界的探索的物理实验，要有勇气立足物理实验整体之上建立普适的理论。要推动我国自己的实验检验我国科学家自己的关键性物理理论。

理论物理学家要充分认识到，虽然物理学本身是一门实验科学，但物理理论立足于全部实验的总和之上。理论正确与否必须落实到实验检验上，但在物理学发展的中间过程，允许有的阶段性理论研究不必拘泥于具体的实验，给重大理论创新以充分的自由空间。一个重要物理理论开始时甚至有看不到实验检验的可能，但进一步拓展、补充却可以导致重大突破和科学革命，相对论和规范场论就是这方面的典型例证。因此，我们允许、也要宽容对待（甚至有选择地鼓励）这种在纯理论方面的探索性研究，特别是涉及物理学各分支领域基础的新概念、新方法和新思想。

理论物理专款

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