物理学的研究范畴很广,从夸克到宇宙,从宇宙大爆炸到宇宙的终结,包含了所有的时间尺度和空间尺度。其分支学科涉及原子物理、分子物理、核物理、声、光、电、磁及其与物理学相关的跨学科的诸多方面内容,因此选择或判定学科发展的重点领域是较为艰巨的。学科重点发展领域的选择实际上是一个科学评价的过程。
理学是许多科学学科,如化学、生物学、地球科学和工程等学科的基础。物理学的研究结果涉及到人们的日常生活。社会财富的增长、经济的全球化、生命的质量和生活的标准在很大程度上依赖技术进步,技术进步又在很大程度上依赖物理学的创新研究。上个世纪如此,新世纪更是如此。因此,各国政府非常重视物理学的发展,在新世纪纷纷制订物理学的发展计划,采取一些新的创新举措。
2000年,英国组建了一个旨在评价英国物理学和天文学研究的国际研究评价专家组,该专家组由德国、法国、比利时和美国的大学、研究机构的有关专家组成。该专家组是由工程与物理科学研究委员会(EPSRC)、粒子物理与天文研究委员会(PPARC)等英国政府部门,以及物理研究院(IoP)和皇家天文学会(RAS)两个代表英国科学研究的权威机构共同赞助支持的。专家组将提交有关英国物理研究的持续性、平衡发展和潜力的报告,并提供英国与国际物理和天文发展的比较研究。专家评价的物理研究覆盖英国的所有物理科学预算的范围,包括英国的大学、政府研究机构、实验室和国际研究设施等所有物理及其相关的研究领域。专家的报告将对英国政府确定未来的物理研究提供战略支撑。
专家组对英国的物理研究提出的评价是:英国物理和天文研究方面总的说来处于世界的高水平;然而,英国物理研究的质量与世界杰出的研究相比显著下降,造成此现状的很大原因是缺乏资源,另一重要原因是英国物理研究的某些重要分支学科的覆盖深度不足。因此,抓住新的机会对英国提高物理研究水平是非常重要的。
凝聚态物理
英国在凝聚态物理方面一直保持稳定的研究,在聚合物和聚合物光电子、磁学(尤其是磁性薄膜)、循环极化同步辐射和电子发射显微镜的应用,低温物理和超导、III-V簇半导体的增长和结构等方面的研究水平是世界公认的。但是,英国在凝聚态物理方面仍有许多重要的领域未探索,凝聚态研究的总走势呈下降趋势。英国在表面科学研究方面的力量不太强,在分子和纳米材料方面的研究呈现潜在的弱势,对新兴的磁电子领域才刚刚认识还未展开研究。这些领域正是凝聚态物理领域中迅速发展的领域,也是世界广泛关注的领域。
专家组认为,在凝聚态物理方面的研究只要密切加强学科间的紧密合作,尤其是加强物理学与工程、化学学科、生物学和信息技术等的合作,就很有希望取得高质量的研究成果。然而,在英国很少有像美国那样具有优秀的跨学科合作研究的传统。专家组认为,英国的物理学界应当采取积极的措施,在凝聚态物理的快速发展领域发挥重要的作用,否则将会错失良机。
原子、分子、光和等离子体物理
英国在光谱学、原子与分子理论和碰撞等方面有较强的研究传统。然而,原子物理因激光冷却和陷阱的出现而发生了革命:原子光学的发展、原子玻色-爱因斯坦凝聚的创立以及超短光脉冲源的出现等。英国因热衷于传统的原子分子物理的研究而忽视了原子物理所经历的革命,从而从原子和分子物理研究等方面的世界领导地位上滑落下来。
英国对实验量子光学研究得很少,对理论量子光学的研究稳定支持,尽管从事这些研究的国家已非常少。量子信息和量子计算是新兴的领域,英国在这些方面的理论研究走在世界前沿。但是从实验研究来看,英国在量子密码方面的先驱研究、利用离子阱从事的研究活动才开始不久。应当注意,量子信息技术是在光学、原子物理和与计算机科学密切联系的固体物理的交汇处的跨学科研究的极好例子。
专家组认为,世界上的主要国家普遍认为光子学和光学是未来的关键技术,在国际竞争的环境下,英国应当试图力争在有发展前景的研究领域里的强势地位。
英国科学技术办公室在《科学研究的重点》(2001-2002年度至2003-2004年度)中确定了英国今后的科学研究重点,其中由英国工程与物理科学研究委员会(EPSRC)确定的物理学研究重点如下:
支持工程与物理科学研究委员会(EPSRC)范围内涉及的世界一流的杰出的物理学活动;增设物理学所需的专门的清洁实验室和尖端的测试设备;为高质量的物理学研究活动及其与其他学科的交叉提供支撑;增强跨学科的机会,尤其是与生命科学、卫生和工程科学有关的物理学;随着信息技术、计算机科学和材料科学的发展,支持光子学研究、支持从基础物理学研究到研究器件和系统等方面的均衡发展。支持世界水平的杰出的材料科学与工程研究;促进材料处理(与工程相结合)研究;促进前瞻性的材料模拟(从材料复合到最终的性能)研究;促进纳米技术的研究,促进多委员会的跨学科研究合作,鼓励其他研究机构的合作研究。(谭宗颖)