為什麼基礎理論研究(物理 天文)需要鉅額投資?

時間 2021-05-29 22:56:37

1樓:惰性的氡活潑的鍅

你要知道,沒一筆錢(除利息支出)歸根結底都是人工費。比如試管錢就是玻璃廠工人的工作增加值以及原料的錢,而原料錢又可以歸結到更基礎廠家的人工增加值,一直可以追溯到開採礦物等。其他出差費用,盒飯費用,那更是明顯的人工成本。

科研經費的巨大,就表明了社會共同體的巨大而又繁雜的協作。經費越多,說明參與協作的人越多。科研越精密,越尖端也就需要更多的人協作,這不是很自然的事情麼?

2樓:Kerr

我來簡要說一下雷射與等離子體相互作用領域方面的情況。

這一領域的基礎研究最初是為ICF(慣性約束聚變)服務的,ICF物理過程涉及雷射與低密度等離子體、次臨界密度等離子體、臨界密度等離子體、固體密度等離子體相互作用,這裡的臨界密度簡單來說指的是雷射能夠向前傳播的最高密度。其中涉及了雷射的傳播,x射線的產生,超熱電子的產生輸運與能量沉積等多個方面的問題。對於這些過程的研究又催生出了新型粒子加速器、新型輻射源等方向。

雷射與低密度等離子體相互作用是乙個弱非線性過程,在進行了一定的近似之後能夠得出一些有參考意義的解析解,而雷射與固體密度等離子體相互作用是乙個強非線性過程,現在還沒有有效的數學手段能夠對這一過程進行描述。

所以對於雷射與低密度等離子體到(密度不太高以至於可以忽略碰撞的)固體密度等離子體相互作用,我們常採用Particle in Cell的模擬方法來進行研究。這一方法將模擬的空間劃分為網格,在網格中布滿巨集粒子(乙個粒子代表了大量的真實粒子),計算出該時刻空間的電磁場,然後計算出所有的巨集粒子受洛倫茲力的運動軌跡,這樣便有了新一時刻的空間粒子分布。如此迴圈下去,便得到了對該物理過程的模擬。

為了避免數值雜訊對結果的影響,對於網格劃分和時間步長都有很明確的要求。用這樣的方法進行模擬需要大量的計算資源,比如我剛進行的一次模擬,在廣州超算天河2號上用了240個核運算了27個小時。而為了做乙個好的工作,需要幾十上百次這樣的模擬,因而我們很大一部分經費都花在了超算上。

但是這樣的投資相比於實驗來說就是九牛一毛的,為了完成ICF,僅有理論與數值模擬是不行的,還需要大量的實驗。世界上已建成很多大型雷射器,比如美國的國家點火裝置NIF,中國的神光。這些大工程裝置涉及物理、材料、結構等各方面,每個細節都不能放過,是對各個領域的巨大挑戰,投資自然也就上來了。

至於實驗,大型實驗需要向國家申請,申請通過後是為期幾個月的商討籌備,畢竟打一發雷射就是幾十萬;而小型檯面飛秒雷射器商品化的500—1000W人民幣一台吧,國內有很多,隨時都在進行實驗。

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