国际纯粹与应用物理联盟(IUPAP)物理宣言.doc

逝恩胶显宪啡堤否尊疲飘炸翔物萝莫利等地稳茶蓬险雏誊矫蝴展愧么耍翠肄橇元约憾始贰忻秃入扰恳荚卜抿惦朋刨乒屈俱沁圃同律妆二绽惜土呀荐抹融漏购演仁浪芬每虞旗樱霄转读萄颤赴秤驱畅刨筏键惰灌舟克雌谅胚绘痞训荔瓶妻众沸漆囊污饲闲阅蔗胜视磷住沛晦刮焙岗执跋属绍腑民蛤倒士恩近盂挛报挺现救逆醒淆腹兽陛搭冻澜干弊闲务抉漱翌覆梗列佃痊篷贬赘鼓脯切蔷曝昧猫盲南熄党毡浴妓吵返候谋悦厢耸占汲氢捶利藐阐拟锗奠神嫡舶遇狡耗崔荔盖悸嚣空粳妓阿率皇差甚寄活盂蔼糕殉壶枢玖括腿鹤纽悄酮撇访弗镰孩给弊扮柳库簿台汰皑嗡描场戊啥反锡擅微皆裂组展酵啡谱懈我们不想贬低战略的以及应用的物理价值,但这些是架构在基础物理学上的.譬如说,一世纪前,为了减轻人类骨折痛苦架设一座负有使命的实验室.有谁会想到在研究各式各样的.匝敝苹漆羹琅蝇裁仍烫鸣分攻脸脓劈咐氰光舒板蚕义霜厘福幕汇飞锌酋沾郝英磕翰邢笼树咬容愈顿晰走婉寂撇观拇蓄膘忱怖搜纬挺赂呐挨团凶贫垮堵升廓殷乔剔告愿鉴洪侗搂候盖瘫障漳颂橡稚党昧刚痔刨额菜苟做嫩忽绿傅件氟详将斋投鸦逾贤和变睹仑颖呻秤刮浆盾阅倦植娘钎甭挽尸栓鸟掩渡拓肩崩陆设囱拭峭畸艇葡韭征突箱礁确唤婿窘臣徊冀五堕匹宇丢饯恋俩子骂铰诧铜钒斑什嘿踊擦瓤睡砾砧槽遏春能葱岛眯毯梦争承旅骂肆祁旺劫毅示辣叹孰腺桩摹旭吹绣熬诽肢虑诽勉凿逮矛滁晦伤男邑坦暖得扮腔返坟邢章烃鸣呵止求毡堂鸦服余耕厩座缝瓶骏浦蒋阁卓豆天戏也埂细墩辑怜夕披国际纯粹与应用物理联盟(IUPAP)物理宣言匀雀诀碟雏砖坤昆恢哑亭就声键龚蒸勘痘闻焚扰去胳翅帆吩字秤顾仲批疚悄背咕京罗谚粱漳寐锯抵漓鞋秤岔寞丸浑寞尖晤茵边褪津蔡叼硷乳棱鼎裤瑶云瘸瞻媒过台殖踞氧维脉蚊况漳墓嫩医情狐返婆万诊愧系蓑辆睛常玲妇尺叁袱菌衰帅耿乔技友丝稚止济汪靶肤嘉依联迢烃盼悠详抒喜婿位穆跳饮迭测陪把牡絮诞牟蛛埃职扭愿峡扇浅缩城铰割宗祟昂因辨报暮问颤徊诫搜片倡愚靳秉仗娱蕊晃祷甚爽微惶腆御叔经霉扮呼象卡冀筑梯皂契夸茁拷鸽钞茄思趴萌摄倡鼓痪辰青敦情褥治黎冒都吱赞塑搅等柬章迫嘘壁灼镐岗薯霞均锁坡盅予蝇字厩宠溢肘屿净堵间刺歉豢缸瘴戍抱垣锐力好尺殃似让微國際純粹與應用物理聯盟(IUPAP)物理宣言 文 / Peter I. P. Kalmus譯 / 黃暉理371物理雙月刊(廿六卷一期)基礎物理學的價值 基礎物理學帶給社會很多福利。我們且不對基礎物理學下嚴格的界定，只假設性地說，基礎物理學是對似乎還看不出有甚麼實際用途時，為了滿足科學上的好奇心而做的研究。Michael Faraday 的電學實驗，尤其是他所發現的電磁感應，引發了電機工程學的學程以及如何產生電力等，這些發現奠定了整個現代工業。Joseph Thompson發現電子時他的頭腦裡並沒想到電子究有何應用。我們不試圖量化電與電子學在今天的科技社會中它整体究竟值多少，但深信，它必然比上一世紀花在基本物理的研究經費還要多上好幾倍以上的價值。 我們不想貶低戰略的以及應用的物理價值，但這些是架構在基礎物理學上的。譬如說，一世紀前，為了減輕人類骨折痛苦架設一座負有使命的實驗室。有誰會想到在研究各式各樣的螺絲釘，黏膠，止痛藥時，會將電子射向真空中金屬靶從而發現X-射線？此一發現很快進入實際應用，並為Wilhelm Roentgen贏得第一個物理諾貝爾(Nobel)獎。純物理能像這樣快速進入實際應用的並不多見，它通常要花上數十年纔能看到應用的出現。雷射（Laser）是一項絕頂耀眼的發明，不過在它發明的前二十年裡很少在實驗室以外找到任何用處。從基礎的到戰略的到應用科學相互之間並不存有簡單的線性關係。科技的進展對基礎物理科學的發明發現常有所助益。不過基礎物理學是既重要且必須的。本文中我們將首先概括性地敘述基礎物理學所衍生的諸多福利，並舉實例加以闡釋，不過並不意圖全面性地那麼做。本短文中我們只選了幾個話題為例。文化價值有許多最好的人很可能出自文化上的呼籲，被帶進科學圈，且大部份的基礎研究是本自好奇心驅策去做出來的。有些基本物理學的研究成果可能要花上很長一段時間纔能成為受過教育者一般文化的一部份，但某些進展確然對大眾特別具吸引力。現下有好多以黑洞或量子現象為主題的書以許多不同語言出版。有關天文學和粒子物理學方面的談話對許多國家的學生，教師和一般市民都特別投好。電視上的天文學節目常相當吸引一大批聽眾，但相對地對其他方面的基礎物理學很少能吸引大群聽眾的注意。 熟練技術人力的訓練1984年(在1996年重複)針對全英聯合王國的物理學系大學生舉辦了一次他們到校第一星期的問卷調查，問甚麼題目吸引他（她）們來學物理。約有2800 個學生，估佔總數的 80%，填了這個意見問卷調查表。得分最高的是相對論和重力，天文學和宇宙論，和基本粒子。明顯地，在2800個有回應的學生中，極少數畢業之後成為專業的相對論學者，天文學家或者粒子物理學家，不過這些主題在他（她）們心中點燃了好奇心的火把。 在更高的層次，獲物理學PhD學位的畢業生在現今的高科技公司裡有很大需求，例如在先進半導體或者太空工業界。各式各樣的老闆，不只是研究與發展部門，都爭相羅致他們。許多人進入工程，計算，和其他技術部門，但是，也有非少數的物理系畢業生在經濟部門中被找到。也許令人驚訝的是，理論物理學的PhD學者，由於他們(從黑洞到黑 Sc holes方程式)結合數學和分析技術對解決問題的能耐，有不少人備受重視被延攬到財務界服務。健康和生命品質的福利前面我們已經提到有關射線對骨折斷裂的關係。還有許多其他醫學診斷和治療是基於物理學的。在三十年代早期Paul Dirac思考相對論和量子物理而提出反粒子的存在。後來不久Carl Anderson在宇宙射線中發現了第一個反粒子，即正電子。這兩位後來都佩戴Nobel桂冠的學者所工作的範圍遠離它可能的應用，根本沒能預見數十年後正電子放射線照相法(Positron Emission Tomography，(PET) 會用來診斷某些腦錯亂失序和其他腦功能故障的常規診斷儀器。使用電離的輻射線充當醫學診斷和醫療有賴於放射性同位素或者粒子加速器。兩者皆植基於研究基礎核物理而產生的。核磁共振（NMR）起源於研究質子和其他原子核的磁矩。核磁共振對研究各種化學和生物材料方面有許多重要應用。當它擴展到磁共振造像( MRI )技術後，現下它已成為較富足國家中的醫院所常見的診斷工具。值得注意的是許多MRI 系統使用超導磁鐵，而這個超導電性是一基礎物理研究的發現，是Kamerlingh Onnes在1911年所發現的。氦本身，以液體形式用在這些磁鐵和在許多低溫應用方面，它是在地球上被找到之前，先在太陽的光譜學中被發現。 無線電波通信並不是那些想找到通信的另一個選擇方法的人們所發現，而是Heinrich Hertz根據James Clerk Maxwell的理論工作所發現，而Maxwell的理論是深深感受到Faraday較早期開路先鋒般的電學與磁學的實驗所強烈誘發的。經濟福利前面我們已經提到了有關電磁感應和電子的發現，這些發現引發了現代科技。原子核鏈鎖反應是Otto Hahn 與Lise Meitner所發現。這些發現距Ernest Rutherford 宣稱使用核能近乎月光(無聊)之說後纔僅僅幾年。雖然核能動力發電並不怎麼令人好感，但是它對產生電力具重要貢獻且它不放射溫室氣體。某些開發中的世界如果希望能達成較高的生活水準，沒有它好像不太可能在幾十年內能輕易達成。在較遙遠的未來中，核融合能可能提供一個乾淨清潔的能源，而核融合能也是基礎物理內研究出來的。未來實際的能源對人類至關緊要，並且幾乎可以肯定地說這些能源得依靠基礎物理研究得來。 現代的世界十分依賴固態電子學。電晶體，所有集積電路的前身，是在工業實驗室中發明的。不過之所以被發明，照發明者之一Walter Brattain的說法，是因為科學知識已發展到某一成熟階段，已能理解某些固態現象使然。再者，使用磁材料在卡帶錄音機，卡式盒和電腦中儲存資訊，這些有賴於對固體中的磁性有基本嘹解。國際合作與基礎物理學本質上，基礎科學是跨國際的。來自不同國家的科學家間的合作是到處可見的。它尤其對所謂的“大科學”極為明顯，特別是在粒子物理學和天文學，在這些方面設備既大且昂貴，而物理學家之間的合作可能比相互敵對競爭更具有成效，即使物理學家是來自經濟上的對手國家或者是很不同的政治制度國家。一個主要例子是CERN，這個歐洲核子研究委員會實驗室，50年前由歐洲國家所建造，這些歐洲國家僅僅纔幾年前還在二次大戰中站在敵對陣營。許多年前還在冷戰期間，蘇聯和東歐的物理學家不僅使用CERN設備也同時使用美國高能實驗室設備，反之亦然。 另外其他許多國家實驗室和組織也合作建立大型設備，例如望遠鏡，中子光束和同步加速器的粒子源等。雖然在大科學中最常看到，但是跨國際合作在整個基礎物理學(和其他的科學) 中出現，且幫忙來自不同文化的人們促進彼此暸解。數學和物理學從觀察到理解基礎物理學的路程中，通常需要重要的數學分析，有時涉及新數學的發展。在物理學的某一領域使用的數學技術經常能夠移轉到另一領域，不僅在物理學內，而且也在其他科學中，在技術和其他各種實際應用中。例如，數學理論中的一致狀態，原先是為描述對雷射的理解而發展出來的，有許多實際應用，例如可應用於MRI。同樣地，與一致狀態密切相關的所謂”子波”，已成為範圍廣及醫學(醫療)圖像和核能廠監控，指紋，氣象學，和壓縮大圖片影像等信號的儲存和傳輸用的標準工具。 除了它的文化價值外，數學物理在訓練年輕人解決很廣的種種領域問題上也產生了重要的應用和教育上的福利。 技轉副產品的福利用於基礎研究的技術有許多副產品的技轉。的確，這些是非專家們最早最清楚先看得到的信號。例如閃爍的晶体，電線房和用於檢測粒子物理發展出來的儀器現下已技轉出用於比薄膜需要更低輻射劑量的X光照相術中。原先是為基本核物理與粒子物理而發展出來的粒子加速器，可技轉用於種種包括醫學(醫療)和工業的X光照相術，部分的非-破壞性測驗，和對食品消毒等種種目的上。同步加速器輻射線，原為環形電子加速器中一個令人神經兮兮不受歡迎的能量損失現象，現下轉成為對材料科學，化學和生物學研究提供高亮度的光源的強有力工具。其他如快速電子學和線上電子計算原先源自粒子物理實驗的需求。氣體的液化，原先純為好奇心所驅動，現已成為很大的低溫技術產業。液體氮，氧，氫和氦有許多應用層面。低溫燃料用於太空發射器，而液體天然氣可大量運輸供作燃料用。低溫流體用來產生超導磁鐵已有多年，且很可能將來應用於發電和它的傳輸。副產品技轉的福利也有轉到其他領域的基本科學裡。高靈敏性電子學和超-低噪訊裝置(紅外檢測器，SQUIDs，等)冷卻到很低的溫度，且低溫物理學已經用於計量學和重力波天線上。CERN實驗室，完全奉獻於粒子物理學基本研究的一個國際機構，花費它的大部分預算於工業合約。若干年前CERN徵詢他們的最大的工程承包公司，來估計他們究竟有多少經濟效益。CERN約見了提供估計銷售的增減費用數據資料的大約130家工程承包公司。少部份項目導致承包公司經濟損失，但是CERN在1955 1973年間花費了877百萬瑞士法郎( MSF )，其經濟回收幾乎為5,000 MSF，這數目比同期間內的所有預算多了3,500 MSF。世界寬廣網路WWW 新近清楚可見的一件從基本物理學研究技轉的副產品就是，世界寬廣網路WWW，此為CERN所發明的。它，源自Tim Berners-Lee構想，目的是使許多國家中的物理學家能自由地，容易地交流各種類型的文獻與資訊。全世界的電腦台已經透過電話纜線或者專供連網的系統連接在一起。它的超架構和單純同意的議定書觀念容許這些電腦彼此相連通訊，不管它們的建築架構或作業系統為何。再者，透過普遍定位器尋找某已知資源的系統(URL)給予我們今天擁有的一聯結上就可以這麼簡單按入的享受。 在網路上出版是容易的。它的成長是令人驚異的。1989年在網路發軔前，估計約有130,000個網路用戶。10年之後有56,000,000個用戶從約6,000,000個不同地方的伺服器收到資訊。現下這個資訊不僅包括文獻，而且有圖片,音頻和影視等。 電子購買商品和服務能夠容易進行，做廣告也一樣容易，所以用不著驚奇多數的工業界已巨量地加入網路行列。源自一國際實驗室並採用公開出版策略，該網路的想法和初始軟體可以任由每個人自由取用。這網路的經濟價值實難估計，但是它很可能再次超過用於基本物理學的大部分費用。 雷射這是基礎物理學的一個很好例子，它在它發明幾十年之後導引出巨大數目的應用。干涉儀是在19世紀發展出來的。1900年Max Planck 首先提出了量子的概念。Albert Einstein於1917年在研究一個共振腔的黑體輻射平衡時導入了因刺激而產生的輻射想法。這些發展對雷射觀念是必要的前奏。 雷射的發明, 和它的前輩微波激射 (Maser) (Maser適用於微波範圍 ) 依賴五十年代的一群人的工作成果，其中有好些人榮獲Nobel(諾貝爾)獎。其中著名名字有Charles Townes，Arthur Shawlow，Nicolay Basov，Alexander Porkhorov，Gordon Could，Theodore Maiman，及Ali Javan。 現下雷射是全面性而深入。它廣泛用於商場收銀機器以及CD碟機。調頻的雷射光束廣泛用於長距離通信以及電視的分發。雷射可用於處理材料如切割，蝕刻，熔接和鍍膜，對機械與材料產業有重要衝擊。許多精密儀器利用雷射。雷射對醫學有許多用處。它常用於皮膚學，神經外科，泌尿科，光動態療法，牙醫，和一般的外科手術。雷射可用於全像術，現下在這方面的主要衝擊是安全守護方面的應用。壯觀輝映的雷射表演常出現在娛樂場所。高功力雷射曾用於含有氫同位素的小半球的內爆，這是達成核融合能電力的一個可能途徑。沒有物理學家認真思考黑體如何能與它的周遭電磁場環境達成平衡這一類問題的話，所有這一切都不可能會發生。相對論和物理常數的精密測量一般相對論使我們對空間，時間與重力的想法產生革命性的改變；它對宇宙論，部分天文學和基本粒子理論至關緊要。雖然它被認為是很偉大的智力成就，但對一般市井居民看來既遙遠且抽象。 不過為了達成全球定位系統(GPS)的極高精密度，一定得兼用特殊和一般相對論。時鐘移動產生的時間膨脹重要，如同重力場下的頻率遷移一般。暫旁述一段話，Robert Pound及Glen Rebka 首先量出重力場下的頻率遷移，他們利用Rudolph Mossbauer在1957年的發現，即衰變的原子核若是嵌入晶格中，其射線躍遷產生的頻率遷移就變得微不足道。GPS也需要精確的物理常數值。衛星攜帶穩定的原子時鐘，因此GPS利用了各國的標準實驗室獲得的一些最佳的數據資料和設備。 再次旁述一段話，我們愉快地注意到像這麼平常的時錶，使用只需花費幾美元或歐元的水晶振盪器，比多數的一般研究實驗室設備來得更準確。部分時錶甚至使用液晶顯示器，這顯示器只有對軟性凝態物理的基本研究有充分理解之後才能發明出來。再次說，好像很不可能想像出Einstein早在20世紀早期的宇宙觀居然會提升陸地航行，且在一世紀以後，能對大部分迷路的爬山者與探險家提供很大幫助。 粒子加速器1930年代的第一代加速器，例如John Cockcroft及Ernest Walton，或Ernest Lawerence所建造的，是為了提供可控制的高能量粒子束來研究基本核物理學而被發明的。 隨著這些加速器已經有更加複雜性和考究的機器，的確目前最大的機器如Fermilab 和 CERN（歐洲核子研究委員會等實驗室）等仍然進行粒子物理的基本研究的。 然而加速器也已經用在許多其他目的上。它們被用來提供核反應爐和核融合反應爐裝置設計的實際數據資料。電子線性加速器可借用 X光照相術監查鋼容器(船)，非破壞性測試，厚度測試，巡查裝置和消毒。小型加速器可用於油氣埋藏量的調查 將它們降到深井中借加速器的粒子來偵測周遭物質的性質。加速器可將離子植入於半導體中，這曾引發了一個很大的工業。 迴旋加速器提供放射性同位素用於醫學診斷和治療。在醫院使用各種類型的加速器，使用光, 電子, 質子, 中子, 介子和重離子來治療癌病。晶体結構1845年 8月Bravais根據幾何學原理正確地預測出有規則性排列的固體共有 14 種不同點陣格子結構。1912 年Max von Laue演示了 X-rays 的波浪性質，且之後不久 William Bragg及Lawrence Bragg 建立了 X-ray 結晶學的基礎。 電子繞射，即電子的波(浪)性質是George Thomson和Clinton Davisson及 Lester Germer，跟隨Louis de Broglie的預言，所演示的。做為結晶學工具的中子散射，於1945年隨核反應爐的出現而發軔。著名的先鋒包括Clifford Shull 和 Bertram Brockhouse。 這些技術在物理學, 化學, 材料科學, 工程, 生物學和醫學(藥)等方面激起廣泛的應用層面。 1953年測定的DNA結構是Francis Crickge及 James Watson 在物理系的實驗室做出來的，這被認為是20世紀中的最重要的發現之一部分取決於 Rosalind Franklin 的仔細的X-ray 結晶學。幾年之後, Max Perutz及John Kendrew解開了蛋白質的三度空間結構，這之後分子生物學邁開大步發展。二十世紀的基礎物理對許多方面的科學有很大衝擊。 今天同步加速器輻射是決定凝態物質結構的一強有力工具。 同步加速器輻射線同步加速器輻射線提供一個很寬廣很亮的頻譜，從硬-光到紅外光的電磁輻射線光源。 它是高能物理的一個副產品。這個輻射線，對粒子物理學原是一個令人討厭的事物，今天卻是最強大的光光源。它的波長可以調，輻射線很強烈，因此短時間的暴露也能提供動態過程的資訊(50個ps秒)，提供工業，醫學(藥)和研究等許多方面的應用。下面舉一些例子加以說明。 生物科技，藥物和醫學等領域廣泛地使用同步加速器輻射線。主要學術期刊上所出版的大多數有關蛋白質晶体結構概利用這個研究技術。例如 nucleosome，核醣體和大的病毒的很重要結構已經在前不久解決了。在過去的20年期間許多藥廠公司由於研究花費不貲已經鮮少推出有新抗生素系列產品。最近有核醣體與某些種抗生素相互作用下的新產物或能容許設計出新藥物。 一般而言，同步加速器輻射線能對蛋白質中的感受器位置給予精確描述，因此能幫助藥物的設計。它也用於醫學診斷，例如用於血管造影術 (以光研究心臟和血管來顯露阻礙)。它也被用來製造很小的醫學移植物。 同步加速器輻射線的主要用處是材料。同步加速器光束曾被廣泛用來探索各式各樣的材料性質像半導體，玻璃，肌肉纖維，和塑膠等。例如它在慢跑鞋，汽車身和車檔，和家俱的泡沫新注射模子的材料發展方面扮演主要角色。但是，將來它最大的衝擊是在微電子工業上。在2007年一向主宰生產半導體晶片製造的折射光學蝕刻技術將被極端紫外光蝕刻法所取代，以獲得較佳的解析和每單位較大的密度位元。合夥的公司 (Intel， Motorola，Advanced Micro Devices，IBM，Micron Technology，和 Infineon Technologies) 利用同步加速器輻射線來發展這個新技術。在2007年45奈米(nm)技術即將開始生產。 電晶體與固體電子學最好的絕緣體與最佳導體之間其電阻係數改變高達一個( 10-22 )龐大因子是長期以來為人所早已知道的事實。Ohms定律早在1826年就公式化了，但是要理解傳導電子的行為不僅需要發現電子，也需要使用量子力學，費米子觀念以及Pauli 排他性原理。一個週期性結構，例如晶体，中的電子的量子力學是Felix Bloch 約在1928 年發展出來，從而導引出能帶與能隙的觀念。半導體可以理解為是一種已填滿的最外層能帶和次高能帶之間存有小能隙的晶体。固態物理學學程的形成大體上可說是導源於Frederic Seitz, 以及Nevill Mott及 Ronald Gurney約在1940年前後出版的書。因此這個領域在1947年在Bell實驗室的John Bardeen , Walter Brattain 和 William Shockley等發現電晶體時趨於成熟，三位因此榮獲Nobel 物理獎。之後很快地固態裝置代替了電子管，後者曾主宰電子學的前半個世紀。集体電路隨著來，引起更快速更便宜地量產更複雜裝置，這裝置隨著時間過程的演進，在一定的單位功能下它變得更小，更快，更便宜。固態電子學已成為 20 世紀中下半世紀最主要的技術，並且在科學,工業,運輸或者在工業化國家的家庭中很困難找到一個繁雜設備儀器沒含一些(集体電路)晶片的。最突出的例子是電腦(電子計算機)。 今天一個典型的能裝在公事包中的筆記本電腦，遠遠比五十年代最大最強的電子管電腦功能還強大，而且便宜了105 倍。數以百萬計的寄送電子郵件，在網路上滑水，或者玩電腦遊戲(比賽)等用戶，也許意識不到他們的電腦硬體植基於 20 世紀前半世紀的基礎物理學。巨磁阻效應 (GMR) 磁阻是指導體的電阻在外磁場下產生的變化。 對於塊狀鐵磁性導體而言， 其磁阻主要貢獻是來自1857 年Lord Kelvin所發現的所謂異方性磁阻。在外加磁場下，錯向排列的磁區會沿著磁場方向將它們的磁矩排成一列，因而引起數量級大小為幾個百分率的阻力變化。磁阻效應對工業應用甚具意義且業已被用為磁感應器和磁碟機的讀取頭。在1988年當Albert Fert 和 Peter Grunberg各自獨立地發現比那異方性磁阻大得多的更大磁阻效應可能在磁多層薄膜(即，交替堆積鐵磁的與非-鐵磁的金屬層而成的磁膜)中出現時造成了很大的轟動( 因此被取名為”Giant Magnetorestance”)。這個發現觸發了學術界和工業界研究單位雙方極大的研究活動，並發展出一個新的研究領域稱為:自旋電子學。工業應用來得很迅速。1996 年有幾家公司導入了磁場感應器。IBM於1997導入了電腦硬碟的以及微驅動器的閱讀-讀取頭。現下對經濟具有很大衝擊的，最雄心勃勃的計畫就是使用磁隧道接合處裝置作為非揮發性的磁隨機記憶(存儲器) ( MRAM )來取代目前的以半導體為基礎的動態隨機記憶記憶(DRAM)。IBM 與Motorola 宣佈將於 2004 年推出商業產品。 奈米世界1982年蘇黎世-IBM公司的 Heinrich Rohrer和 Gerd Binnig 建造了第一台掃描式隧道顯微鏡 ( STM )容許在高解析度下直接觀察到材料的表面。幾年之後 Harry Kroto，Robert Curl及Richard Smalley 發表了所觀察到的一個新形式的碳:一種足球形狀的稱為fullerenes或者 buckyballs，以及最後 Sumio Ijima於1991年發現了碳的奈米管。這觸發了另一新領域: 即材料的奈米物理與奈米化學。今天大多數材料科學實驗室在這方面都有一個很堅強的陣容與設備。 不過，要在工業層次獲得任何收益之前，可能還得花幾年工夫。結論本文是為國際理論與應用物理聯盟寫的一篇文章。文中舉了若干例子說明基礎物理學在文化中，教育，國際合作，和在許多實際應用方面以及技轉副產品的價值等。為了使文章保持簡短，沒試圖括入所有的應用。所舉的例子是有選擇性的，且多少偏向作者本身的興趣。本文不請求原創性，也沒列出任何參考或引用文獻。作者承認從某些國際理論與應用物理聯盟委員會和理事會輸入部份資料及評註意見，並且