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陈全世，清华大学汽车工程系教授，中国汽车工程学会常务理事。长期从事特种汽车技术研究。目前承担国家“863”电动汽车专项中“燃料电池城市客车整车技术研究”课题。
内容简介
随着全社会对汽车排放控制、能源利用问题的日益关注，清洁、环保、节能的新能源汽车已成为世界汽车工业发展的热点。各种燃气汽车、电动汽车、混合动力汽车技术在近几年得到了快速发展。因此太阳能电动汽车被人们称作“未来汽车”。清华大学汽车工程系陈全世教授从三个方面谈到大家目前所关注的太阳能汽车问题。
第一个就是风靡全球的太阳能电动车比赛，介绍了“２００２中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展” 比赛的一些情况。
再一个就是太阳能的利用，太阳不断地向宇宙空间辐射出巨大的能量，其内部的热核反应现在统计，足以维持6×1010年，相对于人类来说它是“取之不尽，用之不竭”的巨大能源。所以我们可以充分利用。最后陈教授谈到了太阳能在汽车上的应用问题，也就是解答了观众目前所关注的太阳能车能不能代替燃油车的问题。它的应用主要是在传统汽车身上做辅助电池用。什么叫辅助动力系统呢？不是作为汽车的驱动力，它不能带动空调里面的压缩机，因为空调里的压缩机好几个千瓦，只可以带动空调里面的电扇。做一些辅助动力用。第二个太阳能可以做充电站，就是在一个房子上搭很多的太阳能板，把那个太阳能收集起来给电动汽车充电。
第三个就是利用太阳能制氢，太阳能先发电，电解水的电把那个氢气制出来以后，存在一个大罐子里头，给汽车里的燃料电池加氢，氢和氧气再化合生成水同时放出电，这样供汽车使用。节目最后陈教授提出太阳能车代替燃油车在目前还不能实现，主要是因为太阳能电池能量密度小，转化效率低，价格昂贵，技术还不成熟，所以目前还不能广泛推广使用。但是太阳能电动车是最清洁，最有发展前景的绿色环保汽车，所以它的推广还是非常有前景的。
全文
女士们、先生们，今天我来给大家讨论这个目前比较热点的一个问题，名字叫《太阳能车代替燃油车能实现吗》。我先把这个背景介绍一下，为什么太阳能电动车会在目前引起大家的关注呢？我想里面有三个背景，我先从大的开始，第一个是第二届联合国召开的《世界环境与发展大会》，也号称《地球大会》，已经在南非的约翰内斯堡开幕。第一届十年以前在巴西的里约热内卢开始的，这是第二届，这是一个唤起全球人对环境、 对可持续发展的一个关注，关心地球，这是一个很大的热点，我们中国也不例外。第二个由我国人大常委会通过的《科技普及法》已经正式颁布了，要在全国实施。因此崇尚科学、反对迷信、崇尚真理、摈弃邪教，变成人们生活中的一个大事，也就是说要提高我们民族的科学素质，要建设我们富强的国家。
首先在科学方面我们要有很深厚的底子，因此这个事我觉得是个很关键的问题。第三件事就是由中国汽车工程学会和美国eds公司共同发起和主办的“2002中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展”于8月3号到8月12号，在上海、天津、南京和北京四个城市已经举办结束了，取到了很好的效果，我也是这一次中方参赛的一个队伍的清华大学教练兼领队，这个车就是我们做的。下面再介绍一下我今天的提纲,第一个就是风靡全球的太阳能电动车比赛，会介绍一下我们中国这次比赛的一些情况，一些图片。大家说你搞这个干什么？这个太阳能能不能进入家庭，也就是提出太阳能车能不能代替燃油车，这个问题这么提出来的。第二个大问题我讲一下太阳能及其利用，太阳能利用大概讲这么三个小问题，一个是清洁硕大的太阳能，第二个太阳能的热量利用，太阳能可以利用热，可以做饭，可以加热，第三个讲太阳能发电装置。第三个大的问题就是太阳能在汽车上的应用问题，就是正面回答这个太阳能车能不能代替燃油车，一个是在传统汽车身上，太阳能车做辅助电池用。第二个，就是太阳能可以做充电站，我们这个电动车的充电站，不是用网上的电充，而是搭一个房子，那个房子上相当多的太阳能板，把那个太阳能收集起来给电动汽车充电，也就是说它用的能量是从太阳过来的,用太阳能的。第三个就是目前大家可以清楚地叫燃料电池汽车，用太阳能制氢，太阳能怎么制氢呢？太阳能先发电，电解水的电把那个氢气制出来以后，存在一个大罐子里头，给燃料电池加氢，这样可以解决这个问题。
我先讲一下全球太阳能车比赛的情况，也就是第一个讲一下这次“2002年中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展”的情况。它的发起单位是中国汽车工程学会和美国eds公司，参赛的代表队一共有三个，从美国邀请了两个,一个是美国密苏里-罗拉大学，就是university of missouri rolla这个学校，这个学校是2001年全美大学生比赛的第二名，另外一个是美国普林学院principia college，这个是2001年的第七名，另外就是我们清华大学自己做的一个车，这个车曾经参加过日本能登的太阳能比赛。到香港回归的时候，1997年的7月份我们在香港去参加过展览。先来介绍一下，这是他们一个队的，这是美国密苏里大学他们的车和他们整个代表队的情况，后边的帐篷是他们2001年参加全美比赛的时候，每一个学校是有一个帐篷的。也是在一个地方进行比赛，一共四十几个大学参加。这是普林学院这个太阳能队，普林学院是一个教会学校，这个学校比较小，大概一共教职工加起来和学生加起来有七百人，但是他们心很齐，做这个车还做得很好，可贵的他们不是学工程的，是学文的，基本是以文科为主的，但是他们做的车还是做得不错的。这是我们清华大学这个队，这是我们组的核心队员。这个是我们在上海进行比赛的那个开幕式，这是开幕式完以后，我们这几辆车在它那个浦东的科技会展前面进行展示。前面这个是我们清华的车，中间 后面跟的是另外一个车，这是这个车在南京的高速公路上进行走，这是高速公路上一个站，那有南京的标志，它就和别的车一样在马路上走，在南京一共走了六十多公里，比赛了一段，又另外展示了一段，我后面要讲，在最热闹的新街口那地方走了几十公里，大概沿途有十几万人观看这个情况。这是在天津，天津的大街上，绕着河北工业大学校园走了有5.5公里，这是在北京的情况，北京在进行比赛，有三个车都排成一队，发令员一发就开始进行比赛的情况，这是在清华大学主楼前广场进行闭幕式，这是闭幕式的会场，也展了三辆车，闭幕式完以后，这三辆车在清华校园里头进行巡展，那三辆车排着队在那里面开给大家进行看。这是我想讲的第一个问题，就是太阳能车这一次比赛的一些情况。
第二个问题太阳能及其利用，太阳能确实大家都知道了，第一个我觉得是清洁硕大的太阳能， 这个是我从一些科普杂志里面得到的一些，也是我们学生编的教材里面的。太阳内不断地向宇宙空间辐射出巨大的能量，其内部的热核反应现在统计，足以维持6×1010年，这时间是很长的，太阳什么时候没有呢，那恐怕是6×1010，这个拿年来统计的，相对于人类来说它可以是“取之不尽，用之不竭”的巨大能源。第二点是太阳表面平均每平方米所发出的热量相当于一个6300千瓦的发电量的能量，每1平方米，太阳是非常之大的直径，它比地球大几百倍，但是每一个平方米发出的热量却相当于6300千瓦的一个发电站，地球离太阳有1.5公里之遥，很远的。从太阳获得的热量，只是太阳总辐射能量的22亿分之一，就是很少的一部分到了地球上面，但是这个能量是非常之大的，太阳的能量中35%被反射回去了，也就是有一种臭氧层保护着地球。如果太阳全部照射在地面上，可能就像我们嫦娥奔月那里面讲的，九个太阳照着地球，根本就没法活了。我国陆地面积内每年接收的太阳能的总量在3.3×103到8.6×106千焦耳每平方米每年，1平方米一年所烧的能量在这个范围，为什么呢？有的地方光照好，有的地方光照差，特别是我们的西部地区，光照比较好，东部地区有些地区光照比较差，到达地球表面的功率大约有每平方米在1千瓦左右，也就是太阳能的密度怎么样，看它挺热的，它1平方米只有一个千瓦，再加上它转化率比较低，我们现在转化率变全成电的话，大概的转化率在15%--20%之间，也就是六分之一到五分之一转化为电能，因此你想1平方米才多少，才几百瓦，一个汽车有多大呢，因为它的能量密度是比较低的，
第二我们看一看太阳能热的利用，就是从热量上要利用太阳能，怎么利用，热量这个大家遇见得比较多，有太阳能热水器，利用太阳能供热的方法，常见的太阳能热水器，太阳能灶还有太阳能房。太阳能供热最大的关键部件就是集热器，怎么把这个热能收集起来。它的基本原理，就是把密度稀疏的阳光“浓缩”起来产生高温。它的分类第一种就是像一把伞一样叫“聚光型”的集热器，另外就是像平板一样，我们用的大部分都是平板，而且有的平板是像向日葵一样有跟踪的功能，它还可以随着太阳的转向，它转变那个方向，这种是有的。另外像排管一样把它排起来，这种我们家里用的可能都有。最复杂的就是把太阳能变成一个发电的装置。太阳能发电有两种，就是把太阳的辐射能转变化电能，这个在很早以前就做过这方面工作。典型的一个例子就是利用太阳能的热发电，就是把太阳能的热集中起来进行热力发电，把热再转化为电。比较好的就是太阳能光发电，把太阳能直接变成光，制造太阳能电池，直接进行光电的转换，也就是有些材料，当太阳能照在上面去以后，它就把它的光转变为电，就有电子的流动，就有电动势，不过有外界的负荷就有电流产生，因此我们这儿主要介绍一个太阳能发电的两种形式。第一种形式叫做光生伏打电池，一般是在电子型硅单晶小片上，用扩散法渗进一薄层的硼，再加上电极制成这个太阳能板，当受到光照射时两极间产生电动势，另外就是光化学电池，化学电池就是在电解液里加入两个电极，当阳光照射其中一个的时候，两极之间就产生电动势，这种是最早用的太阳能电池，现在基本上不用了，没有多少发展前途，现在我们讲的主要就是利用太阳能制造太阳能电池，用半导体材料进行。
平常我们指的所谓太阳能电池就是光生伏打电池，在一平方米面积上铺满了硅太阳能电池的话，可以得到100瓦的电力，人造卫星和宇宙飞船多用这种电池供电，当然现在的转化率可以到20%，甚至可以到25%。你看我们卫星上用的基本上都是太阳能电池，过几年卫星不能用了。为什么呢，就是电池已经失效了，它也有一定的寿命，过一段时间性能要衰退，要脱落，个别的线就断掉了，因为电池制出来以后，一片一片地把它焊起来，把它收集起来电流，如果焊线一断掉以后，那个电池就失去作用了，时间一长那个电池就失效了，这是我们看到的太阳能电池板，有各种各样的，一个是单晶硅的我们以前用得比较多的，另外就是非晶硅的太阳能电池，这都是比较硬的。现在一种新的可以把这个东西涂在这个塑料薄膜上，薄膜可以卷起来。大家看看多晶硅的太阳能电池。还有一个树胶脂封的太阳能电池，这是一种树胶的电池，它足以把一个树胶作为一个载体，把那些硅晶的材料经过扩散的方法，沉积在上面，这个好处就是可以卷起来，不像我们那个是很硬的，不能动，要一动就会有许多问题，这种电池也用得比较多。
第三个我就回答一下我们这个问题，就是太阳能在汽车上的应用问题。太阳能在汽车上怎么去用。为什么呢？这个汽车的能源问题是非常严重的。我举一个例子，我们国家2001年石油的产量，大概有2.1亿吨石油，7000万吨是进口的，1.5亿吨是我们生产的，也就是三分之一是进口的，不到三分之二是我们国产的。而且我们国产的油质量比较差，大家说那个为什么汽车的排放里有问题呢？我这里也会讲，我们油的品质不好，含的杂质太多，我去考察了大庆 大港 辽河油田和胜利油田，我们国家产的油基本上都是黑的，沥青占的比例很大,只有新疆油田，我去过新疆的塔克拉玛干大沙漠，那里头边的油是清亮的,类似于比较差的柴油，原油出来就是很好的油，因此我们国家是非常缺油的，大家说车增长得很快，车烧什么，很明显的例子。即使我们的油是有的，但是烧完以后它是一个碳氢化合物，烧完以后就有一个污染的问题。过去我们把二氧化碳不看做是有害气体。现在把它叫温室气体，也就是二氧化碳的大量排放，使地球的温度越来越高。最典型的是我到德国去过，德国大家知道阿尔卑斯山里面是旅游胜地，是滑雪的。2001年的1月份到德国去的时候，德国人到处找不着滑雪的地方。为什么呢？气温一变暖，阿尔卑斯山的积雪不够五十厘米，只有十几厘米，也就是雪把有些地方挡不住，没法滑。这个已经很危险了，德国人、欧洲人已经强烈地感到温室问题的影响，因此探索太阳能在汽车上的应用，已肯定是我们搞汽车的人和每一个有汽车的人，和没有汽车的人，都想像的一个办法。如果太阳能能利用，那我们就还是取之不尽，用之不竭的，它那么多能量。能不能被我们利用呢？这自然会提出这个问题。
因此我现在这儿讲三个问题，第一个问题是在传统的汽车上就是太阳能怎么利用它，这个人们已经有许多办法。第二个问题太阳能做充电站，这个已经国外用得比较多了，特别是美国的西部和中西部有一大片的沙漠地区，亚利桑那那个地方有沙漠，沙漠里那个太阳能是非常充分的，它们在利用这个，当然美国不缺油。但是它们也得研究这个，作为能源安全问题，在研究这个问题。第三个问题就是我们现在比较热的燃料电池汽车。国家花了很大的钱，国际上很大的热点，就是认为燃料电池车能够代替现在的燃油车，作为21世纪后的半期主要电汽车的能源。它是烧氢的，那个氢从哪儿来？可以从太阳能制取。因为太阳能无论是干什么，它都不能把它存起来，太阳一下山就没有了，因此怎么把太阳能给存起来，用蓄电池现在价格比较贵。因此把太阳能怎么变成一个别的燃料，把它存起来，这是我们也要想像的办法。
我们先来看第一个，传统的车上太阳能的利用，它是作为辅助动力系统用的。什么叫辅助动力系统呢？不是作为汽车的驱动力。一个小轿车，我们最简单的一个夏利车，它大概有35千瓦的动力，你想我们太阳能有多少，夏利的那个动力很差，不过看我们的桑塔纳，那大概有七十个千瓦，最差的我们212吉普车过去也是六十个千瓦。你这太阳能有多大的面积呢？一般都是在五十千瓦左右，而太阳能发的功率比较小，因为1平方米才有一个千瓦，转化率就算是20% ，最高的才200瓦。一个桑塔纳汽车上也就是3到4平米，所有的地方都贴上，3到4平米就算5平米，那才一个千瓦呢，这一个千瓦是不足以推动这个汽车用的，因此说我们在传统的目前的汽车上，贴上太阳能板能干什么，这一个千瓦能干什么呢？第一个它可以做辅助动力用，例如可以给我们那个电池可以充电，辅助电池可以充电，12伏的电池。第二个车停在那儿的时候，如果有太阳的话，那个车里头温度很高，它可以带动风扇排风。另外由于太阳能的作用，它里面的温度就没那么高了。因为太阳能毕竟把百分之十几—百分之二十的热量已经吸收掉了。因此可以起这些作用，我们的意思是做辅助动力用的，带动风扇，带动空调里面的电扇，它不能带动空调里面的压缩机，因为空调里的压缩机好几个千瓦，只可以带动空调里面的电扇。这是可以做一些辅助动力用，它不能作为主动力用，主要就是它的面积太小。因此要在传统的汽车上，用太阳能作为动力，那是不可能的，只能做辅助动力用。或者在一些特殊的车上，因为大家知道，德国的大众公司，它那个前总裁在下台之前，说他一定要实现一升车这个梦想，什么叫一升车呢？百公里油耗一升，那么大家想这个几乎是不可能，但是他已经实现了，那个车做出来，从他的总部狼堡开到汉堡，开了将近两千公里，平均油耗百公里0.96升，做到这个东西了，但是它的能耗是很低的。当然发动机的效率也比较低。这个车很轻只坐一个人。因此这个能量再加上一些电池，我估计是有可能实现的，但是不是传统的车，肯定不是我们现在车改装一下就可以作为这个用，这肯定是不可能的，这一点我可以明确地回答，就是不可能做到这一点。因此我们有时候到一个地方，有些人就说你们这个车怎么能才坐一个人，怎么进入家庭，我说这个车不是进入家庭的，要进入家庭那咱们另当别论，另外再设计，目前的车贴上太阳能板这个车不能进入家庭。
第二个问题，大家看一看这个车上，就是我们奥迪公司生产的一种车顶配有太阳能发电系统的一辆车，这个车的一些原理是什么呢？就是欧洲现在要取消空调，为什么呢？氟里昂不能用了，因为氟里昂是破坏臭氧层的，发达国家已经不让用了，中国还可以再用两年，因此它要在空调系统做改动，它很复杂，它干脆给上面贴个太阳能板，这个太阳能板干什么呢？就是带着风扇在进行通风，车停在那儿，太阳能板在发电，发电带动里面的抽风机，就把里面的热量就抽出来了。这样的话就可以使这个车温度保持比较低，这是用这个用的，这是传统的汽车上用太阳能板的。还有一个就是概念性的电动车，这是日本的一个教授设计的，这个名字叫luciole,这实际是一个萤火虫的意思，它的颜色像萤火虫，它的顶儿上帖的是太阳能板的，它的太阳能板是干什么用的？给它的电池充电。这个车在北京展览过，它上面有大概将近一平方米的那个太阳能板，当然那个太阳能板可能转化率是比较高的，因为它做的概念车，钱是比较多的，它能够产生一定的电，主要是它给它的辅助12伏的电池充电的，当12伏电池满了以后，12伏电池反过来会给它那个主电池充电，这就是太阳能电池在车身上贴的，用做以辅助电池充电的一个系统，你看这个车很细长，它那个位子是两个座，是前后坐的，不是一排能坐两个人的，为什么呢日本这个车是有用途的，有些挺小的日本的东京和京都一些小街道，那个街道很窄，这个车过不去，那个地方也不许一般的车走，为什么呢，那都是文物，好多建筑是我们唐朝时候，那个鉴真和尚在那儿去住的，那是不许车进的，但是它这个车可以进去，为什么呢？它是电动车不排放废气，这个车的宽度大概将近一米，它可以进去很小的胡同，这个里面有太阳能。
第二个我们看一下太阳能充电站的应用，因为太阳能虽然供应密度大，但是充电站的房子是很大的，例如我做一个30平方米的一个太阳能板，它发出的电可以为一个电动汽车充电，有太阳的时候把车搁那儿，直接给那个电池充电或者现在做的这个电动汽车，有两套电池，一套电池在用，一套电池就搁在充电站那个地方。这样的话就可以用换电池的办法，使太阳能给电池充电，给蓄电池充电。当你用完以后把这个电池搁在这儿，把另外一套充足以后给它，这样的话就是这个电动车用的是太阳能，它是电能，但是这个电能是从太阳过来的，但是我们还把它不叫太阳能车，还叫电动车，它的电源是太阳能的，当然如果天气不好，连续的阴雨天气，它可以在墙上充电，我们这个前提是太阳比较好的时候，特别是美国的西部，那个地方和我们的塔克拉玛尔干大沙漠一样，我在沙漠呆了一个月，没有看见阴天和下雨。我是7月20号进去的，8月20号出来的，那一个月的时间里没有降一滴雨，我的印象里面。再一个是好像也没有阴天，太阳一直是非常好的，那里的温度是非常高，因此沙漠地区可以做这个，电动汽车从性能上完全可以达到汽车的要求，但为什么现在不能推广呢？就还是电池的问题，一个电池充一次电最多跑到两百公里，那还是不够的，对中国人是够的，对美国人是不够的，美国人两百多公里才一百多英里，美国人是不够的，它觉得距离还不够，上班有时候距离很长，另外它还不是很方便，加一次油就几分钟，你充一次电得好几个小时，这就很啰嗦。另外电池目前的价格比较贵，价格还是贵的，因此一般的还用不起，更重要的是没有遍于各地的充电站，你不能说我走哪儿就能加油，你走哪儿能充电吗，不行。因此你走哪儿就没电了怎么办？因为我到首都机场那儿没充电站，到那没有电你怎么回来呢，你就回不来了。因此电动汽车现在也碰到很多问题，当然电动汽车可以用各种各样先进的电池，如果电池有突破的话，这还是很容易把电动汽车给普及的。
关于电动汽车问题我后面还要讲，这就是一个太阳能板给电动汽车充电的一个例子，你看我盖这个面积挺大的，实际这个是干什么的呢？里面的那个东西是电解水的，就是你这个电池要充满了以后怎么办？我电池充满就别再充了，我把剩下的这个电就去电解水去了，电解水出来的氢气存在旁边的那个罐子里头去，它有两种办法，你有车来充电，我就充电，没车充电我就干脆去电解水去了，电解水把氢气可以存起来，可以压缩到35个兆帕，就是350个大气压或者250个大气压存起来，这是一个例子。
另外这是我们学校自己做的一个，电动中巴，目前在校内做公共汽车用的，清华很大，到清华办事很不方便，如果每人都开着车在里面走，那交通是非常麻烦的，因此学校就不允许一般的车走，用这个车呢，有十几辆车在校内做公共汽车用，为什么它能用呢，它在校园里跑，每天跑的里程六 七十公里，而中间还要休息一会儿，还可以去充电。这是纯电动车，当然我这不是用太阳能充的，我这充电有很大的充电房。，但是现在还是用网上的电充的，用晚上网上的电充，因为太阳能板用起来以后大概投资几十万人民币，后来说算了，咱们还是用网上充吧，一度电也很便宜，一天这个车也就充二十多度电，一度电五毛钱，没多少钱，所以你那个太阳能板猴年马月把成本能收回来呢？因此我们现在是在网上去充的电，而且一般都在晚上。因此我觉得这个车它的应用还是很好的，我们在奥运会期间也会在奥运村和运动员村做一批这样的车，而这个车外形也挺好的，外形不是北京出的，是在厦门做的，做得很好，里面有一套驱动系统用了一年多，现在反映不错。但是它这个有限度，只能在一个范围内走，千万别走出去，一个公安局也不给你牌子。第二个你跑得远没充电站了，你回不来了我就没法弄了这个，不过以后用太阳能来充电，在北京也不是不可能，特别是春天和秋天，北京的阳光非常充分，如果有钱的话，我这个项目是列入清华有一个项目叫《绿色大学建设》，我说绿色大学不能光种草 种树、种花，我说这个农民都可以做。我说这个一流大学搞这个有点就不够味，我说做一些这个绿色的交通在学校里用还是很好的，因此可以我们想办法用太阳能来充电。
第三个问题就是太阳能要制这个燃料电池，给燃料电池供氢。从太阳能来说，因为燃料电池是用什么呢？那个“燃料”应该是打个引号的，所谓“燃料”它不是烧的，它是氢和氧在一定的条件下化合，我给大家看一看这个原理，这是一个燃料电池的工作原理。你看一边进的是氢气，一边进的是氧气，氧气和氢气在一定的条件下化合生成水，同时放出电，就是电解水的逆过程。把水里通上电，不就电解出氢和氧嘛，我把氧气和氢气再一反应，又可以生成水，同时产生电，当然这个东西是不可逆的，要可逆要有条件。例如我很容易把水从高处流到低处去，但是它自己就流过去，你要把水从低处移到高处去，那就要费劲，要花能量，一个是泵要往上搅，一个是太阳把那个水给它晒起来以后蒸发，让风再给你刮，刮到高处去，那不就变成这个样子了。电解水是通上电就可以出氢和氧气，但是氧气和氢气要化合，要生成水要变成电。这个是要有条件的，要有催化；要有温度；要有压力；要有各种各样的条件。这就是我们现在的燃料电池，它的工作温度比较低，就是七、八十度，因为它绝不是燃烧，当然说氢和氧在一起可以化合可以爆炸，可以产生能量，那个是不可控的，我这个是可控的，可以生成电。这就是我们所谓的燃料电池，有的也叫氢电池，就是这个意思。
燃料电池分许多种，有高温的，有低温的，有各种各样用处的，我们现在能车上用的就是最后叫《质子交换膜燃料电池》，它的工作温度在一百度左右，一百度以下，但是它的条件，它催化剂必须用铂金，它有一种膜质子交换膜，那个膜是很小的孔，氢分子是通不过的，把氢必须分解成原子变成质子，丢掉一个电子以后，变成一个带正电荷的质子它才能通过这个地方。因此这个膜的制造也是非常复杂的，但毕竟它已经在卫星上在军事上已经用上了，特别是在潜艇里面，如果你不是带核潜艇，你是带液态氢和液态氧的话，它那个可以在水下呆四十多天，为什么呢？它可以直接制成氢和氧，可以反应，它不用空气，就可以直接生成电，也可以生成化学纯度的水，这个纯度的水是可以吃的，可以饮用。另外它是洁净无污染，没有噪声，洁净的它没有别的排出来，氢气和氧气一反应就是水，流出来的就是水，就是水蒸气，没有什么一氧化碳，二氧化碳，没有这个东西，它是非常洁净的。因此燃料电池受到很大的重视，有人也讲嘛，21世纪可能是氢能的世纪，是以氢能在汽车上就是燃料电池，美国总统布什上台以后，就把原来克林顿提出那个汽车的计划改变以后，全力以赴地支持燃料电池的汽车，叫freedom car，我到美国去以后，和美国农业部进行讨论的时候，它们就说美国政府看中了燃料电池汽车，认为它是21世纪竞争的热点，我们国家在这方面也在做大量的研究工作。这是太阳能制氢供燃料电池利用的一些原理，由于太阳能板把太阳能转变为电，电通在水里面去是电解水，电解水呢，就变成一个氢气，氢气进入燃料电池，燃料电池再变成电能供汽车用。因此加一部分水以后它就可以循环使用，这个示范的东西我到美国已经看到了，美国的加州有一个太阳运输公司sunlind，那个地方有一些燃料电池公共汽车，它就是通过风力，通过太阳能发电，电解水产生氢气，供那个车用的，这已经有几辆车在那儿示范，这并不是我们所想像不到的，实际是已经在做了，如果这么做的话，我们整个是一个很好的良性循环，这汽车完全可以用这个。这就是美国通用公司那个“氢动1号”，大概在悉尼奥运会上出尽了风头，它是领跑的，完了以后在中国进行了展示，它用了液态的氢做动力的，是一个燃料电池，加4.5公斤的液态氢可以走500公里，现在是1号、 2号、 3号已经出来了，这是我们自己做的一个清华大学和北京飞驰绿能公司做的叫“京零1号”，这是个燃料电池的一个汽车中巴，你看上面背了两个罐子，那是氢气瓶，我们是250个大气压的氢气瓶，就是现在咱们那个天然气的那个罐子，经过改造以后，那是25个兆帕的一个瓶子，我们装的氢气，前面那个就是我们的氧气瓶，但是氢气还是电解水制的，氧气也是从氧气厂拉的搁在上面，这个车能够跑到将近八十公里，一次把这个加满的话能跑到一百五十多公里。
现在国家863燃料电池项目支持的我们这一个项目，就是燃料电池城市客车，它是这么一个车，11米长的一个车，这用的是氢空气，你看后面是装有氢气瓶子的，前面装的是空调，准备做2008奥运会用的，奥运会我们领导提出，我们在中国提出的奥运会，不能让美国的车来领跑，起码我们自己要做出车来领跑，在前面给马拉松赛跑运动员进行领跑。
最后我想把我今天的这个做一个结尾。有这么三个意见，第一个太阳能的合理利用潜力很大，太阳能电动车是最清洁最有发展前景的绿色环保汽车，这是肯定的，我觉得第一个问题，第二个开展太阳能电动车的比赛和展示活动，是进行节能、环保教育和崇尚科学反对迷信科普教育的有效途径，也是培养科技创新人才的成功之路，我们这几年觉得很有体会，特别是培养人。第三个当前太阳能电池由于能量密度小，转化效率低，价格昂贵，又受到气候变化的影响，在汽车上广泛推广应用，以代替燃油还不可能，就是在传统的车上利用太阳能是不可能的，还有几个是价格问题，能量密度问题，转化效率问题，还要受到天气的影响，纯靠太阳能的话，天气一变化太阳能就没有了，现在我那个赛车里面也不光是太阳能，还有电池呢，南京在表演的时候下大雨了，就是在市区【创建和谐家园】的时候，突然间下了一场大雨，根本就没有太阳，那还是利用里面的电池，毕竟它夏天的雨它不是连阴雨，下了那么一会儿就过去了，一会儿又有太阳了，不过阴凉处树阴底下就走不动，那就没法走了。但是利用太阳能的电动车或燃料电池汽车，具有很光明的前景，当然现在还属于样车阶段，但是它的推广是非常有前景的，为什么现在不能实行呢？一个技术不成熟，更重要的现在油还很便宜。我有一次会上讲了一个，可能是得罪人了。我说如果石油涨到五十美元一桶，燃油税再往上一提，汽油用起来很贵，电动汽车使用就有可能。因此我觉得如果随着技术的成熟和燃油越来越少，环境要求越来越高，我觉得利用太阳能，利用电动车 利用燃料电池汽车都是完全有可能的，我们的目的也会达到的，讲得不一定对，希望大家批评指正，谢谢。
问：陈教授，我想问您个问题。第一就是我比较感兴趣的就是像刚才您也说到了咱们国家这次投资了8.8个亿，然后做了国产的电动汽车，那为什么我就是观察了清华学校做的也是中巴、大巴，为什么没有向家庭轿车这方面做呢？第二个问题就是刚才你提到了那个首先要用太阳能电解水，电解水制成氢气，完了以后还要这个燃料电池使氢和氧然后再高温高压，还有催化剂的情况下，让它产生电，这样不是重复的吗？我觉得是对能源的一种浪费，那种效率是不是不会太高。
答：关于现在为什么汽车电动汽车也好，燃料电池汽车也好，都是大巴，中巴而不做家庭轿车呢，这里面有一个问题。第一个是这个车现在技术还不成熟，不成熟的问题，你不能让私人去购买，公用车是一帮专门人去开的，这电动车你看着好开，实际它很麻烦。要出了问题以后它就没法弄了，一般人是不会维修的。你卖给私人，私人买这个车，说实在的话，你要卖给我，我是搞电动车的，我要买车，我现在没有车，我要买车，我绝不买电动车，给我一个电动车我也不要，我住在五楼，我怎么充电，我揩公家的油哇，没法弄。因此没法可以做私人的车，等技术成熟到一定程度以后，为什么天然气车不做私人车呢，要做公交车呢，公交车专门有加气站，有一帮专门的司机，他就是开这个车的，他是职业司机啊，私人轿车这个不是职业的人，职业是干活，开车只是他的一个业余的爱好，因此大概是这么一个情况。这个我不知道说清楚没有，因此我们要推广使用，技术非常成熟的时候才能到私人车上去，如果技术不成熟，只能让公家去承受，不过它有专门的人嘛。
第二个问题，就是关于现在能量转换过程是不是合算。按理说它每一个过程，都有一些效率问题，但是有一个问题就是太阳能是没有成本的， 就是你如果真是太阳能也要花钱，你用大概就不太合适了，你这么用转换过程，它是没有价格的。我搁那儿一用它就能用，因为这样才是，你不用还有别的范围用吗，没有。你要把它变成热，热咱们用不到电上去，热再发电，那更比这效率还低。因此就是这样一个合理的利用办法，经过这么一个过程，它能把能量能够存起来，就是通过这个方式才能存。太阳能变成电，电是不能存的，存电是很麻烦的，把电再电解水，变成氢气 氢气是可以储存的。储存可以加在车上，可以用。当然这个过程是很复杂的，我觉得每一个环节都有许多问题，当每一个环节都解决的时候，我们想这是一个很理想的一个能源链，还是比较好的。
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主讲人简介：
梁德旺教授, 现任南京航空航天大学副校长。1987年毕业于南京航空航天大学航空发动机专业,长期从事飞行器的总体气动力学、航空宇航推进系统的研究。先后数十次获得中国宇航科技基金奖一等奖,1991年被国务院评为”做出突出贡献的博士学位获得者”。
内容简介：
回顾航空百年史，我们来看以战斗机为代表的军用飞机的发展史。在过去是以活塞式发动机为动力的亚声速飞行时代，当前是以喷气式发动机为动力的超音速时代，那么未来将是无人战斗机的时代。那么什么是无人机？无人机是动力驱动，能够自主飞行，可重复使用，而且是无人驾驶的航空飞行器。那无人机同巡航导弹有若干共同之处，但也有很大区别。巡航导弹是携带战斗部对敌实施一次性攻击的武器，而无人机则可携带不同装备，执行不同任务，可多次回收使用。无人机兼有有人战斗机和导弹的优点，它和导弹一样没有人员的伤亡和被俘危险，又因不存在人的生理限制，可超长时间续航，也可以超高机动飞行；并且又因其目标特征小，具有很强的突防能力和生存力。同时它又和有人机一样，可多次使用，活动空间大，可执行多种任务，而无人机与有人机相比成本低得多。
下面给大家介绍一下无人机的应用。无人机的应用大致可以分为四个方面；一个我们把它称为软杀伤，也是在电子对抗战争中间使用的无人机。硬杀伤就是进行无人攻击，对地也好，对空也好，都是硬杀伤的。那么反辐射无人机，是对雷达进行攻击，它是个【创建和谐家园】式的。在侦察方面，无人机到目前战争中用得更多还是在战场的侦察，可以进行光学侦察，带航空相机，ccd摄像机、红外行扫仪。另外在民用方面就更广了，森林防火，边防的缉私，航空拍照，地面的勘探等等，都可以使用无人机。
第三个方面，无人机主要的关键技术是无人机的起飞和着陆技术。大家知道，有人机都是采用的轮式起降，都有起落降。而无人机不一样，由于没有人在上面，很多的方式都可以采用。例如有起飞车滑跑起飞，有采用火箭助推。着陆方面的技术有撞网回收和拦阻网回收。
最后一个方面想给大家介绍一下无人机的发展趋势。未来无人机的发展将在高空、高速、隐身、长航时无人机方面得到发展。因为美国人现在提出了无人战斗机的概念，也研制出了x-45和x-47无人战斗机，各个国家也在相继和即将开展无人战斗机的研制。另外未来的战争将会往空间发展，高度发展。所以是一个高超声速无人机的技术，也将会得到比较大的发展。
《无人驾驶飞机》 （全文）
老师们，同学们，大家好，今天我给大家介绍一下《无人驾驶飞机》。1903年12月17日，美国莱特兄弟驾驶“飞行者1号”成功地飞行了四次，在最后的一次飞行中间，飞行59秒，距离260米，它标志着人类飞天梦的实现。
回顾航空百年史，我们来看以战斗机为代表的军用飞机的发展史。应该说在过去是以活塞式发动机为动力的亚声速飞行时代。当前是以喷气式发动机为动力的超音速时代。那么未来将是无人战斗机，或者说是无人机的时代。所以今天我们将在这儿来介绍一下无人机的发展情况。什么是无人机？大家可能都会问到这个问题。我们说所谓无人机，它是动力驱动，能够自主飞行，可重复使用，而且一定是无人驾驶，也一定是航空飞行器，或者说是飞机。
首先我们来看一下无人机和有人机有什么样的区别。所谓无人机，我刚才说了首先是无人驾驶，有人机当然是有人驾驶；那么无人机可以按照我们事先规划的航线来进行飞行，而有人机是驾驶员驾驶飞行；相对有人机而言，无人机的性能比较简单，而有人机由于有人在上面，它人员的支持系统和生命保障系统，那么飞机要复杂得多。这里大家可以看到的一张画面，就是驾驶舱里面的各种各样的仪表，而无人机没有这么多仪表；另外相对而言，无人机小，而且轻。小的无人机才十克，那么当然也有11吨重的无人机，而有人机再也没有10克或者说100公斤这样的飞机存在。
我们接下来看一下无人机与航模的主要区别。大家讲，航模也是无人驾驶。的确在飞机上也没有人驾驶，但是它们两者是截然不同的。首先无人机是自主驾驶，自主飞行，而航模，飞机上没有人，但是遥控操纵，对于无人机来讲可以超视距、程序控制，而航模是视距内范围里，也就是在我们目视范围里，我们人员进行控制。另外从系统上来讲，无人机系统复杂，而航模相对来讲要简单得多。另外对无人机来讲，它有高速、中速和低速飞行无人机，而航模由于是人员操作，我们目视看的速度，我们反映的速度都不可能快，所以航模不可能是高速的，它只能是低速。另外无人机与巡航导弹它们之间有什么区别。无人机和巡航导弹都是无人驾驶，都是自主飞行。但是无人机，它可以带不同的装备，执行不同的任务。而巡航导弹，它带的战斗部，对敌攻击，而且是一次性使用。无人机可以重复多次使用。
接下来我们看一下无人机系统的组成，首先它是飞行器平台。无人机，它一定有一个飞行器与之相应。第二它有无线电遥控、遥测装置。我们大家从图上可以看到的有两幅画面，一个是一个主控站，竖起来的是一个天线来对飞机进行遥控、遥测。那么右边的这幅画面，就是主控站里面的一些设备。在这个主控站里面，我们可以对无人机的航线进行规划，可以对无人机进行操纵，可以对无人机的整个飞行姿态进行遥控、遥测，随时掌握飞机在空中的姿态和飞行状况，还可以来执行相应的任务。无人机的组成系统中间有一个发射回收系统。那么飞机要上天，也要回来，因为多次使用，所以它有与之相适应的发射系统和回收系统。另外，无人机要执行相应的任务，比方说战场侦察、战场评估、对地攻击等等，那么也就要带相应的，通常称的任务设备。所以在无人机上通常对无人机，我们有几个指标的考核，除了它的飞行参数以外，一个是任务载重，就是说能载多少重的任务设备，能飞多长的时间，就是我们通常讲的续航时间。
下面我们来看一下无人机的分类。简单地说无人机可以分为军用和民用两大类无人机。那么在军用无人机中间又可以分为无人侦察机、无人战斗机、靶机、微型无人机和无人直升机。下面我们将逐一地看一下各类飞机的情况。
这个大家看到的是以色列研制的“苍鹭”无人机，它的翼展16.6米，机长8.5米，升限也就是说它能飞到的高度是7500米到13500米，起飞重量1100公斤，巡航速度110到212公里/每小时，它的任务重量，就是能载任务设备的重量是250公斤，续航时间50个小时，专门用于侦察和监视。这是“搜索者”无人机，也是以色列研制的，它的翼展是7.22米，机长是5.15米，它的最大起飞重量是372公斤，可以飞行14个小时，任务重量是63公斤，这个也是一个战略无人机。大家可以看到的，它是美国的“纳蚊”，翼展12.8米，机长5.75米，升限达到7600米，起飞重量六百多公斤，最大速度259公里/每小时，在空中续航40小时，那么也是用于侦察和监视。美国在这个飞机的基础上，又发展了“捕食者”无人机。大家从画面上可以看到，这个形状很相似，跟纳蚊有很多相似之处，就是捕食者是在这个基础上发展的。那么大家看到“捕食者”的头部形状要比“纳蚊”大。为什么？这是因为，在这个飞机里面装有卫星天线。这个大家可能都很关心，好多同学都知道的，这就是“全球鹰”无人侦察机，这是在无人侦察机方面，我简单的给大家看了一些画面。在我们国家也研制了有相应的无人侦察机，特别是战术无人侦察机，比方说爱生系列的，云笛、云燕等等，也有相应的无人机。
那么无人战斗机方面，现在在研的，有美国的x-45和x-47。那么这个大家看到的是x-45，它的翼展是10.36米，它的起飞重量是6804公斤，最大速度213公里/每小时，有效载荷907公斤。这个是x-47的无人战斗机，大家可以看到画面是x-47的首飞镜头。x-47，它的翼展是7.62米，机长8.53米，起飞重量2495公斤，有效重是252公斤。大家可以看到这个飞机马上要着陆了，而且都是轮式起降。因为这个轮式起降在目前国际上，无人机发展中间是比较热的一种起降技术。靶机是无人机中一个系列之一。那么现在看到的是我国研制的“长空一号”无人靶机的一个打靶情况。那么这个靶机翼展7.5米，机长6.98米，升限18000千米，起飞重量2345公斤，最大时速可以达到920公里。
微型无人机是近几年，或者说上个世纪90年代才产生的一种微小型无人机。这个是美国在进行微型无人机的试飞。那么大家可以看到，微型无人机相对来讲简单多了，它可以手一抛，飞机就出去了，然后来进行它的自主控制和飞行控制。大家要注意，这不是航模，我刚才讲了，它还是自主飞行的。
这个是无人直升机，这个是“翔鸟”无人直升机的一个飞行镜头。那么这个地方，我们大家看到，它的机长是7.07米，所谓的机长是指旋翼的长度，升限达到3000千米，巡航速度每小时150公里，有效载重是50公斤，续航时间四个小时，这是关于无人机的一个简单的介绍。
下面我想给大家说一下无人机的发展过程。第一架无人机是什么时候、在什么情况下产生的。当初是在1935年，德国在希特勒的领导下，希特勒为了发动第二次世界大战，就命令他的空军开展火箭的研究。一个方面就是外形像飞机一样的火箭研究。第二种是弹道式的飞行轨迹是抛物形的火箭研究，而且在波罗的海的乌采顿岛上修建了佩内明德试验场进行试飞。那么1942年6月，再一次把这个工程提出来了，在1942年的12月24日实现了首飞。这个地方大家看到的是由冯×布劳恩主持研制的叫v-1无人轰炸机。那么冯×布劳恩是什么人呢？二次大战之后，他到了美国，后来主持了美国的阿波罗空间计划。那么再后来进一步的发展，就形成了v-2无人机，应该说v-2无人机的产生，在无人机技术方面是一个里程碑。同时无人机的发展使得航空器中间的另一个就是导弹诞生了，因为第一个无人轰炸机，当年二次大战期间，德国人为了打击英国，向英国伦敦投放了五千架v-1无人机。因为大家知道，当初的无人机技术水平和现在的无人机技术水平是不可比拟的，所以无论是打击精度还是怎么样都不可能和现在比，如果现在投入五千架的轰炸机将会是个什么样的，我想现在的伦敦可能就不是这个样子了。
有了第一个无人机以后，我们下面就来看看无人机的发展，分了三个阶段：第一个阶段就是在上世纪五、六十年代，形成了一个无人靶机的研制时期，所以我们把它简称靶机时代。那么在上世纪五、六十年代，世界处在一个冷战时期，一些超级大国在加紧进行军备竞赛，研制出了一批高性能的飞机和导弹。如何对这些飞机和导弹的性能进行检验和鉴定，也是我们通常在航空装备进行设计定型的时候，它必须要进行打靶试验。那么打什么？于是就提出了要研制无人靶机来适应航空装备，武器装备鉴定需要，靶机就在这个时候诞生和形成发展起来的。
第一架靶机是美国的“火峰1型”靶机，它是涡轮喷气发动机推进，高亚音速，全金属机体结构。机长大概有七米，翼展3.93米，起飞重量1134公斤，最大的平飞速度是1112公里/每小时。这里我给大家展示的是中国的第一架靶机，这个就是我们学校研制的长空靶机，这个靶机的机长是8.4米，起飞重量2060公斤，最大的平飞速度是每小时920公里，高度范围是在相对地面50米到18000米。
第二个阶段是无人侦察机的诞生。在越南战争期间，有人军用侦察机应该说得到了广泛地应用，特别是像美国的u-2侦察机，sr-71等等有人侦察机，但是在这个期间，u-2侦察机在越南、前苏联和我国的上空接连被击落下来，应该说损失是很惨重的，而且美国人在外交上也很被动。于是美国人就提出来了，要研制无人侦察机。那么这样的话，就可以减少人员的伤亡。于是美国人首先把火蜂靶机改装成无人驾驶侦察机，把它称为ryan147，那么这个就是ryan147无人侦察机。它的机长是8.8米，翼展3.93米，起飞重量1430公斤，最大的平飞速度612米/秒，高度达到18000米。那么中国的第一架无人侦察机是什么样子的，大家可以看到这是长虹无人机。它的机长8.97米，翼展9.76米，起飞重量1085公斤。这个无人侦察机是通过母机挂在这个机翼下面，在空中进行发射的，所以应该说无人机空中发射的还不是太多。
第三个阶段是无人机飞速的发展阶段。也就是上世纪九十年代以后，在这个时期有些什么特点？第一个是现代战争中间无人机在广泛地应用。可以说无人机从辅助、支援这么一个作战转为了一个主战，就是说主要来进行打仗用的一个武器装备，这是一个很大的变化，飞跃的变化。第二个小型无人机崭露头角，尤其是在中东战争，应该说它起到一个非常好的战例。在贝卡谷地战役中间以色列利用了小型的无人飞机，来诱导(叙利亚)的防空、堤防雷达的开机，很典型的一个战例。第三个无人机的发展系列化，出现了三大发展热点，一个是长航时无人机、无人战斗机和微型无人机。在这个时候美国的“全球鹰”也研制出来了。另外一个特点，就是各个国家相继成立了无人机专业化部队。那么以前它不是一个专门的部队在用，而是由空军或者哪个部队在用，那么后面就形成了专门的无人机部队。这是讲到了无人机的三个发展阶段。
下面跟大家介绍一下推动无人机快速发展的背景和原因，第一个原因我想跟大家介绍的就是政治上的原因。在越南战争中间，大家都知道，美国在越战中间是输得很惨的。那么我们先不说地面部队，我们先来说一下美国在越南战争期间，空军是怎么样个状况，它有2600多架飞机被击落，其中有五千多名的飞行员被俘，或者是死于战争，应该说就这一点损失是非常大的，所以可以说丧亡惨重。人们厌战、反战情绪高涨。所以引起了政治危机，这就是政治上它必须解决这个问题。如何减少人员伤亡，必须无人化，这就提出来了，要研制无人机。第二个经济上的考虑。给大家看到的是一个有人驾驶飞机的成本，就是各种有人驾驶飞机的单价，大家看到了这是成倍的增长。f22达到了一亿美元的价格，单机价格。那么轰炸机，价格更是惊人了。像b2隐身轰炸机，它的造价是4.5亿美元。那么我们做了一个简单的对比，我们南京长江二桥的建设，花了33.5亿人民币，这两个价格，就是一架b2隐身机轰炸机的价格跟我们建设一座长江大桥的经费是差不多的。
另外无人机的使用费用比较低，因为无人机体积比较小，重量也比较轻，那么造价成本都很低，有的是降低三分之一，有的可以说是一个数量级。另外无人机特别无人战斗机可以长期保存在仓库里面，十年或者更长的时间。这样的话，使用维护费用大大减少。据军方估计可以减少80％，另外在飞行方面，大家可能讲了，你不用，你怎么训练，无人机的训练它跟有人机不太一样，有人机，飞行员必须到空中去飞，飞一次要四万美元，一个小时，就要四万美元的价格，包括人员保养等等。而无人机可以在虚拟的坐舱里面进行训练。因为我人不在飞机上，我是在操纵键盘。那这样的话，我就可以用虚拟的训练系统，所以费用大大减少。同时无人机，一个人可以同时控制几架甚至数十架的无人机，而驾驶员不可能在空中一个人开两架飞机。所以我们对飞行员的培养，这个费用也可以大大减少，所以说无人机的使用费用是很低的。
另外无人机的发展，我个人认为战争的需求是无人机快速发展的一个推动力。在冷战期间，形成了靶机。而越南战争期间无人侦察机又诞生了。中东战争小型的无人机崭露头角，在海湾战争中大量地使用了小型无人机。而在科索沃战争中间，中空长航时无人机初露锋芒。在阿富汗和伊拉克战争中间更是发挥了威力，在阿富汗战争中间，捕食者首次发射导弹，也是无人机首次进行导弹发射，对地面攻击。那么未来呢，大家可以看到高空、高速、隐身、长航时无人机是一个大的需要。另外无人作战飞机高超声速无人机，以及微型无人机都是一个很大的需求。所以战争的需求是无人机得以发展的一个推动力。另外无人机它有超长的使用特性，特别是小型无人机，它快速机动、隐蔽性好。大家可以看到这个画面，我们可以看到，战士在战场前沿就可以利用无人机看到敌方阵地上的情况，甚至可以看到对方的哪个士兵在使用什么装备，正对着哪个方向进行开火，都会看得很清楚，而且都是实时的。那么这张图上我们大家可以看到是一个在巷战中间，微小型无人机应用的一个示意图。那么战士们在这个地方可以把无人机抛出去，它到了对面看另外一条街上，敌方的步兵情况是怎么样子，所以来进行巷战，应该说无人机这种非常机动的使用性能使得它也得以快速发展。
第四个给大家介绍一下无人机的应用。我这里有一个表大家可以看到，无人机的应用大致可以分为四个方面；一个我们把它称为软杀伤，也是在电子对抗战争中间使用的无人机。那么在软杀伤中间，我们可以看到，可以进行雷达信号干扰，比方说我装的铝箔到了以后，空中把它撒出来，那么对方的雷达就看到，当时屏幕可能就没有亮点了，就是一团杂乱的信号，对敌方的雷达进行干扰。那么也可以带一些干扰机，我不放东西，我发射跟你的雷达同频率的、同频段的电磁信号，让你接收不到，发现不了我方的飞机，这样的话，就可以隐蔽下进行攻击。另外还有光电干扰，比方说打的闪光、激光等等进行干扰，这是软杀伤的。目的干吗？就是为自己能够争取到更多的时间，可以这么讲，在作战中间哪怕是几秒，都是非常关键的。
那么硬杀伤就有无人战斗机。这个大家知道，就是进行无人攻击，对地也好，对空也好，都是硬杀伤的。那么反辐射无人机，是对雷达进行攻击，它是个【创建和谐家园】式的。在侦察方面，应该说无人机到目前战争中用得更多还是在战场的侦察，可以进行光学侦察，带航空相机，ccd摄像机、红外行扫仪，所谓红外行扫仪，就可以不管是在白天还是晚上，不管你是隐蔽的，还是不隐蔽的，通过它的红外特征来进行侦察，了解敌方的情况，特别是用得比较多的战场评估。什么叫战场评估？当我们把导弹打到我们想打的这个目标以后，打住了没有，打了以后，损伤情况怎么样，这个时候我们就要把无人机派过去进行侦察，了解打过以后情况是怎么样子的，来决定要不要再一次实施打击，这个就叫做战场评估。所以说无人机的应用，我这里还仅仅举的是军用方面的用途。那在民用方面就更广了，森林防火，边防的缉私，航空拍照，地面的勘探等等，都可以使用无人机。刚才已经大概地把无人机的应用做了一个介绍。
这个地方，我想讲一下无人机在现代战争中的一些应用情况。首先我们看看在越南战场，
可以这么讲，越南战场无人机是初露锋芒。美军出动了3435架次的无人机，获取了80％的空中侦察照片，也就是说战争中间它所获得空中侦察照片中的80％是无人机来获得的。那么中东战争无人可以说是身手不凡。在1982年6月9号贝卡谷地战役中间，以色列用了“石鸡”、“侦察兵”、“猛犬”等小型无人机，诱骗叙利亚的“萨姆-6”地空导弹的制导雷达开机，然后获得了雷达的工作参数、波段等等，并测定它的位置，把这个信号通过空中的预警机传到了指挥部，这个时候指挥部就命令地面导弹和空中轰炸机，仅仅6分钟的时间，把19个导弹阵地全部给它摧毁掉了。所以无人机的作用可以说是无人机在战场上使用的一个经典，使得以军掌握了战争的主动权，这个就是以色列在中东战争使用的scout小型无人机。
那么海湾战争，无人机可以说是大放异彩。多国部队使用了两百多架无人机，其中“先锋”无人机就有90多架，“敢死蜂”是60多架，光“先锋”无人机执行任务就五百三十多次，“敢死蜂”也是五百多次，它完成了战场侦察、炮火校射、通信中继和电子对抗等任务。在海湾战争中间，无人机首次实现了图像实时传输，也就是说无人机在空中飞，底下所拍摄到的，所看到的图像同时在指挥所，在主控站就显现出来了。那么应该说小型无人机即使被敌方打掉了，它也很好地完成了侦察任务，所以应该说在海湾战争中间，无人机引导地面部队摧毁了以军120多门火炮，7个弹药库，一个炮兵旅和一个步兵连。这个是“先锋”无人机，大家看到，它的翼展在5.7米，它的起飞重量才230公斤，就那么三、四个人，就可以把它抬起来了，可以续航五个小时。
在波黑战争中间，应该说无人机是风光再现。那么战争中使用了无人机总共两到三百架，其中这个里面也是最令人感到瞩目的是四架捕食者，中空长航时无人机参加战斗。它飞了一千多个小时，当塞族70％的军火库和30％的指挥所遭到北约飞机的轰炸精确打击的时候，塞族人才意识到，这个在空中像鸟一样飞翔的无人机的厉害。以前怎么飞，他们也不管它，你不打，又不攻击我们。所以应该说无人机在现代战争中间更多的是在获取情报，准确的把要攻击的目标发现并定位，提供给有人机和导弹来进行攻击。这个是“猎人无人机”，它翼展8.9米，机长6.9米，起飞重量727公斤。大家看海湾战争中间无人机的使用，就越来越大了，巡航速度148公里/每小时，可以续航12个小时，所以很多时间可以在空中进行飞行。这个是大家看到，前面是航线设定，找到目标，然后把它记录下来，这个是cnn电视的一个镜头，在寻找相应的目标，传到主控站以后来实施攻击的，这个就是“猎人无人机”完整的一个画面。
那么我刚才讲了，在波黑战争中间，最令人感到瞩目的就是捕食者。那么这个是“捕食者a”，就是在“纳蚊”的基础上发展起来的。它翼展有12米，机长8米，升限7600米，最大速度每小时160多公里。所以大家看，速度不是很快，但是它能很好地执行任务。尤其是它可以装204公斤的任务设备，续航24小时。这是一个长航时战略性的无人侦察机。大家可以看到这个画面，它在把图像实时地传输到了地面，地面再把它放大，找目标，传到了主控站。这是主控站指挥部的一个情况，完了以后来指控进行攻击。
那么阿富汗战争中间，美国人又出新招了，什么新招。把捕食者首次带有导弹来进行对地攻击，带的是“海尔法”导弹来进行攻击。而且在阿富汗战争中间，首次使用的“全球鹰”这么一个非常庞大的无人机。所谓“全球鹰”，大家知道，它是在全球进行飞行侦察，它替代卫星更好地做好战场的侦察。
那么在伊拉克战争怎么样呢？最近的伊拉克战争是战果显著。美军投入的无人机是最多的一次，数量上是在阿富汗战争中的三倍，按照美国国防部的说法，无人机提高了联军的作战能力，将目标摧毁力提高了25倍。我不知道怎么算出来的，但是这个是美国人自己说的。那么这一次用了20架：“捕食者a”和两架“捕食者b”，“捕食者b”是怎么样的，“捕食者a”是可以带两枚“海尔法”导弹，而“捕食者b”是在“捕食者a”的基础上换了发动机，加大了尺寸，它可以带八枚“海尔法”导弹，六枚gbu-38攻击弹。这个作战能力是大大地提高。另外有四架“全球鹰”参加了战斗。此外还有很多中小型的无人机参与了这个战斗。那么在这一次战争中间，无人机主要是起到情报监视侦察、火力 打击、电子干扰、欺骗、战场评估，信息中继和对地支援。这个是“全球鹰”，大家看一下“全球鹰”的翼展有多长呢？35.4米，相当于波音757飞机的翼展。我这里就有个问题了，为什么它有这么大的翼展，它的机长是13.5米，它的升限达到了20000米的高度，巡航速度是635公里/每小时，起飞重量11.62吨。大家看是个非常庞大的无人机，它的续航时间是可以达到36个小时，任务重量可以装900多公斤。所以装上几枚导弹都是没任何问题的。这个是“捕食者b”，刚才我讲到了，“捕食者b”的情况。可以装360公斤的重量。
这是无人机在军用方面战场上的应用情况。那么无人机在其他方面怎么用呢？刚才我说了，可以作为靶机，武器装备的鉴定试验，同时还可以用于很多其他方面的情况。刚才给大家看到的是无人机用于核试验取样。大家可以去想像一下，如果不用无人机去核试验取样，用什么取样？如果说我们用有人机要飞行员驾驶进去，我可以给你们讲这么一个故事，因为这个是我们学校研制的无人机，可以说是一个绝版，再也不可能有无人机来进行核试验取样。因为我们国家包括世界各国都不进行核试验了，所以我刚才讲了，这是一个绝版镜头。但是我刚才说了，我们在一九七几年用于取样的时候，我们一共进行了四次取样，在一九七八年的那一次，我们带了三架飞机过去了，第一架飞机起飞以后，原子弹爆炸飞机进去结果是什么呢，飞机什么也没有了，就化掉了，全没有了。于是第二架飞机再起飞进去，就是刚才大家看到的那个镜头，获得了应该说非常满意的取样结果。所以我刚才讲，如果用飞行员驾驶飞机去取样是什么结果，时间把握不好，什么也没有，连人的生命都没有，我们就假如，因为这个不可能提前进去，这是大家都知道的，那我们必须等它整个辐射强度降到很低的时候才进去。即使这样我们的飞行员回来以后，假如用飞行员取样的话，那显然不可能再更好地工作。所以应该说这个无人核试验取样机的研制成功，为武器装备的试验是做了很大贡献的，也得到了国家特等奖。那么现在我还是非常乐意的给大家再看一下这个镜头，你们再回顾一下这么一个绝版的镜头。这是在跑道起飞，然后进入蘑菇云，回来以后，飞机落地以后把取样器里面的样收集起来，然后进行化验和鉴定，现在已经不可能有这个，这是讲到的无人机的应用方面。
第三个方面，也是无人机主要的很关键的一个技术，是无人机的起飞和着陆技术。大家知道，有人机都是采用的轮式起降，都有起落降。而无人机不一样，由于没有人在上面，很多的方式都可以采用。大家看到的这个画面就是我们讲的起飞车滑跑起飞。什么样的起飞车，大家看到在这个画面里面，把无人机驾在一个车子上面，飞机的发动机开动以后，在飞机的推力作用下，车子跟飞机一起向前运动，当然这个车子是可控的，不是说想怎么跑，就怎么跑，它和整个飞机都是控制的。当飞机的滑跑速度达到一定的时候，飞机跟滑跑车脱离，飞机往前飞行，而滑跑车当然也往前跑。这是一种滑跑车助跑起飞。第二个我们可以采用火箭助推，或者火箭发射技术。大家刚才看到这个镜头一瞬间就过去了，这个飞机是将近两吨半重，我们用了两枚助推火箭，大家看到，这面有一枚，那面还有一没，这么放着的，然后把它推上空中。我们通常叫零场发射，这个没有跑道，不需要跑道了，很短的一个滑轨，多少？大概七十多公分的一个滑轨。飞机要在七十多厘米的距离里面要达到相应的速度，然后出去。大家知道，目前这是世界上用火箭助推最重的一个无人机，两吨半重。而且采用的是一个助推火箭并联技术，不是串起来的，是两枚火箭并联的，这里面有很多的技术问题。这个给大家看到的还是火箭助推，大家看到，这种比较中小型的无人机，它也没有很复杂的发射车，大家看就很简单的一个架子，架在地面上，火箭一推，架子一倒，一代就出去了。但是有一个问题，大家要注意，在战场中间，我们很多战场的后勤保障是很重要的。那么我们作战的话，可以采用火箭助推。而这个助推火箭通常叫“火工品”，它有个安全问题、运输问题。所以在战争中间使用有诸多的不便。那么现在用得很多是轮式起降，特别是在无人机作战方面，因为飞机那么重，靠助推各方面都很不便。所以就用轮式起降，轮式起降一个很大的要求，特别是着陆的时候，要求能够定点地着陆到机场，跑道航线还不能偏。我们驾驶员知道，在飞行员驾驶的时候他可以来操作，高度调多少，来事先调整，而无人机没有。所以这里就提出一个自动着陆技术，不光是在本地，还要异地着陆。这项技术应该说也是非常关键的一项技术。我这里再讲一个着陆方面的，大家看到的这个画面，我们叫撞网回收。当无人机用在舰上的时候，大家知道，军舰有多大的空间，允许飞机滑跑，显然没有。应该是很短的距离。飞机就要落下来，于是就出现了撞网回收这项技术。在空中架一个网，飞机直接撞到这个网上，就像拿个网兜把它兜起来一样。同学们，要使这个网兜起来不简单，因为你高了，兜不着，低了，跑到地面或者是跑到军舰上面去了。你看这个画面，大家可以看到的仅仅就是这么一点点大的一个网，要求你的定位高度，尤其是高度要非常准确。而那个飞机撞来的时候，飞机发动机已经熄火了，如果没有撞到，是没有时间让你再调整，再来一次。
那么这个大家看到的是滑撬着陆。我刚才讲轮式着陆，但有的时候，特别是有些非常特殊的地域，不可能有机场让飞机着陆，怎么办？只要你有一块草地，那么我们把它穿上一个滑撬，大家看，穿上滑撬像个滑雪一样增加它的阻力以后慢慢地着陆下来。另外在有些场合，我刚才讲空间不够，甚至滑跑的距离都不给你那么多，怎么办？滑到地面以后，前面再加一个拦阻网。刚才讲是一个撞网回收，这是拦阻网回收。就是说你直接对着那个网冲去，把它拦住。我们最近的一次飞机落地离网八米，把它拦下来，安全地拦下来。所以拦阻网技术，还有很多的飞机特别是高速飞机，可能拦阻也不行，怎么办？用伞降，到一定高度发动机熄火以后，把伞打开，打开以后慢慢地着陆，有时候重量很重，那怎么办？在着地的瞬间再把气囊打开，通过两个气囊来缓冲一下这个飞机落地，保护飞机的回收，这是我刚才讲到的无人机的起降技术。
最后一个方面想给大家介绍一下无人机的发展趋势。到底无人机将会有一个什么样的发展势态。这里我们可以说，未来无人机的发展将在这样四个方面会得到大的发展：一个高空、高速、隐身、长航时无人机。这个方面将是一个很大的发展方向，而且很多的国家在这个方面开展研究工作。第二个无人战斗机。因为美国人现在提出了无人战斗机的概念，也研制出了x-45和x-47无人战斗机，各个国家也在相继和即将开展无人战斗机的研制。微型无人机，刚才讲了特别是巷战方面，它有极大的作用，包括监听等等，让人感受不到，一个小苍蝇在里面，你根本想像不到，这个是无人机在进行军事侦察或者是监听等等。
另外未来的战争将会往空间发展，高度发展。所以是一个高超声速无人机的技术，也将会得到比较大的发展。今天我跟大家介绍了一下无人驾驶飞机的这么一些情况，而且更多的是从军用无人机或者是由于战场需要，在战争中使用上来跟大家介绍的。我们大家知道，我们发展无人机技术，不是只为了打仗。我想更多的是要怎么样来为民用，为社会，为经济服务。所以说无人机的民用应用前景是十分广阔的。那么作为我们来讲，我想我们更多的，除了满足国防需要以外，还要更多地考虑和为民用，为国民经济建设来开展我们相应的无人机的研制和发展。我今天的讲话就到这儿，谢谢大家。（来源：cctv-10《百家讲坛》栏目）
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物理学百年的回顾 -周光召
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人物简介
周光召，1929年出生，1954年北京大学物理专业研究生毕业，历任中国科学院理论物理研究所研究员、所长，中国科学院院长，中国科协主席，全国人大第九届副委员长。主要从事高能物理、理论物理方面的研究，在中国第一颗原子弹和氢弹的理论设计中做出过突出贡献。
内容简介
物理学在这一百年中间，有了极大的发展，同时从物理学中间这一百年也分化出了大量的学科。物理学进入化学、生物、天文、地学、数学、技术科学，就出现了所谓的化学物理、生物物理、天体物理、地球物理、计算物理、技术物理等等新兴的交叉学科。那么到底是什么动力使得物理学在这百年中间能够得到飞速的发展呢？我想首先是因为物理学是先进生产力的开拓者。二十世纪物理学的广泛的应用，不断提高国家和企业的竞争力，不断地开辟新的消费需求和市场。反过来呢，市场和国家的需求又推动物理学迅猛快速地发展。物理学在发展的历史过程中间，始终是先进文化的创造者，它始终激励一批科学家，在物理学的前沿去进行执着的追求。二十世纪物理学家在多层次变化无常而又丰富多彩的现象中间，去寻求宇宙所表现的【创建和谐家园】，寻求万物运动内在的统一规律，和理解外在显现的多样性，对人类的思维方式和世界观的进步做出了多方面的重要贡献。
物理学的发展不断开辟新的先进生产力，在外是受到社会经济需求的大力牵引，它又是人类先进文化的重要组成部分，在内部一直为人类强烈追求对宇宙运动规律的认识所推动，这两种动力都不会停止，在本世纪将继续推动物理学向前发展。物理学应用的领域将随着人类对物质结构和运动认识的深入，以及掌握的有力探测工具的增加而不断扩大，将在各种极端条件地下探索新的现象，将对不同层次的非线性复杂系统进行模拟和研究，将不断开拓新的研究领域。
在我们面前还有很多不解之谜，譬如说质量是怎么产生的，为什么存在三代的夸克和轻子，最基本的物质形态到底是什么，暗物质又是什么，四种相互作用力能不能够统一，怎么样统一，真空的结构，和对称性怎么样，相变和对称性的破缺是怎么发生的，量子力学的去相干过程又是怎么发生的，量子力学是不是最终的理论，宇宙的能量到底是从哪里来的，强烈的伽马线爆发是怎么产生的，黑洞的命运和结构又是怎么样？宇宙和时空是怎么起源的？是不是存在多个宇宙？宇宙的结构和发展的命运是唯一所决定的吗！数学将再为物理的理论的发展提供新的工具，而天体将再一次成为检验物理基本理论的场所，由于实验的困难，进程也许不会很快，但是相信在本世纪这些问题都能得到明确的回答，人类对宇宙万物的认识将会进入一个全新的阶段。
全文
今天我要向大家讲的是物理学百年的回顾和展望。物理学在这一百年中间，有了极大的发展，即使作为一个终生研究物理的人，我想也很难有一个人能够对它全面地了解。为了说明这一百年来的物理学的发展，我们先看看物理学研究的范围，有些什么样的进展？用时间来作为例子，物理学最近研究的顶夸克，它的寿命，只有四乘十的负二十五次方秒，这是个非常短的时间。同时物理学现在研究的宇宙的起源，现在我们知道大约是在一百到一百五十亿年的样子，可能在是一百三十亿年附近，这个相当于四乘十的十七次方秒，所以物理学研究的时间范围是横跨了四十二个数量级。我们讲每十倍就是一个数量级，所以一百就是两个数量级，一千就是三个数量级，我们现在差别有四十二个数量级，这么大的范围，都是物理学研究的对象。
物理学研究的对象的种类也日益增多，同时在研究物理宇宙中间，多层次的复杂而且差异非常巨大的各种物质的形态和结构。前不久我们测量出来中微子的质量，只有一乘十的负三十五克重，这是非常非常之轻的。当然我们举个例子，我们经常在研究太阳，太阳的质量是二乘十的三十次方公斤，所以可见我们研究的对象，光是从它质量的范围来看，差距就是极为巨大。
二十世纪是研究原子的世纪，在原子内部尺度的范围，差别也是非常之大的。我们一个原子大约是一百亿米分之一。可是原子下面是由原子核构成的，原子核比它小一万倍，原子核又是由质子和中子所组成的，质子和中子又是由夸克所组成的，这样又要相差一万倍。所以即使一个原子内部的结构，它的空间的尺度就相差了八个数量级。同时从物理学中间这一百年也分化出了大量的学科，到二十世纪，力学、热学、光学、声学、无线电、微电子，像激光、原子能现在都已经形成了独立学科，我们在学校里边有的还可以看到这样的系。这些学科支持了机械、冶金、建筑、电力、原子能、航空航天、计算机、通讯等等工程科学的发展。物理学进入化学、生物、天文、地学、数学、技术科学，就出现了所谓的化学物理、生物物理、天体物理、地球物理、计算物理、技术物理等等新兴的交叉学科。那么到底是什么动力使得物理学在这百年中间能够得到飞速的发展呢？我想首先是因为物理学是先进生产力的开拓者。二十世纪物理学的广泛的应用，不断提高国家和企业的竞争力，不断地开辟新的消费需求和市场。反过来呢！市场和国家的需求又推动物理学迅猛快速地发展。举例子，譬如雷达和原子弹，这个主要是物理学家在二战中间所做的工作，它在战争中间的作用促使美欧各国在战后就大量增加了对物理学的投资，设立了集中的研究机构，建造了巨型的加速器、核反应堆，来从事有潜在的军事价值和市场价值的研究。
在2000年美国工程院选择了二十项二十世纪最伟大的工程，其中采用的技术大部分都直接或间接跟过去三百年物理学的发现有关系。这二十项工程是首先是电气化、汽车、飞机、自来水系统、微电子、无线电广播和电视，我在这些项目的后边都打上了星号，这个星号越多的，表示它和物理学的关系越密切。以下是农业机械化、计算机、电话、空调和冰箱、高速公路、卫星、因特网、摄影。然后是家用电器，医疗技术，石油和石油化工，激光和光纤，核技术，高性能材料，大家可以看出来其中大多数都打了星号都跟物理学直接或间接有关。
物理学在半导体、集成电路、激光、磁性、超导等方面的发现，这都是二十世纪所发现的，奠定了信息革命的科学基础。在市场推动下边，由物理学延伸的高技术产业应运而生，这些高技术产业，在二十世纪下半叶的全球经济中扮演了重要的角色。它为家庭开发了从微波炉到液晶电视等多种的家用电器，引导了以微电子、光电子、网络和微光机电技术为核心的第三次工业革命，为信息社会的到来奠定了技术基础。由物理学研究带来的新技术和新产品层出不穷，从根本上改变了人们的生产方式和生活方式。
我们看看所有这些是由哪些物理学的发现所导致的。当然有很多是与二十世纪以前的物理学有关系。在二十世纪以前，以牛顿力学、热力学和麦克斯韦电动力学为代表的古典物理学，到十九世纪末已经形成了完整的理论体系，并且在工业革命中间起了重要的作用。这些物理学的成就反映在工业上，就是发明了电话、电灯、汽车等等，并且开始了社会的电气化进程。十九世纪末还相继发现了x光、放射性、电子，测定了光速和部分物质的光谱，这些都为人类在二十世纪进入微观世界奠定了基石。
二十世纪以古典物理学为基础，还有很多重要的发明。譬如说1901年马可尼成功地发射了无线电波，进行了跨越大西洋的无线电接收，那么无线电广播和通讯就得到了大规模的推广应用。火箭技术在二十世纪开始发展，提出了克服地球引力进入太空的设想，这是俄国人提出来的。然后1930年首次提出了火箭发动机的专利，1926年开始了第一次电视图像的传输；1928年第一次完成了跨大西洋的图象无线的传输；1938年发现了硒在光照底下变成良导体，当时的xerox公司就应用它造成了第一台复印机；1936年又发明了磁带录音；1937年发明了雷达；1939年开始调频广播；1949年用x光分析了盘尼西林的晶体结构；1958年超声技术开始在医疗中间应用；1967年家用微波炉上市。而这些都是和二十世纪以前的物理学的发明相关的。到二次世界大战以前，在二十世纪物理学家深入研究了物质的各种形态，又发现了一系列新的现象。譬如说1911年发现超导；1911到1912年通过x光衍射，发现了晶体原子的对称排列；1932年发现了中子；1934发现了人工放射性元素；1938年发现超流；1939年发现了裂变现象。像战后那就有更多的发明，比如1947年发现了晶体管；1954年发明太阳能的光伏电池；1955年制造了第一根光纤；1959年发明了集成电路，集成电路是刚刚获得诺贝尔物理学奖的；1960年发现了红宝石激光器；1966年提出了能够实用的光纤的设想；1971年发明了微处理器；1975年液晶显示用于计算器；1982年激光唱盘问世。物理学还为所有其他的科学提供了强有力的研究工具，比如中子衍射可以确定原子核的位置和运动，可以探测物体内应力的分布，是判定物质结构有力的工具。像加速器产生的同步辐射强光源，已经广泛用于研究材料的性能和结构，化学反应过程，生物细胞的活动等等。【创建和谐家园】年在欧洲核物理研究中心工作的berners－lee他为了在网络上传输高能物理的数据，就提出了超文本协议，这个协议现在已经成为全球万维网信息传输的标准。
物理学还提供了强有力的探测和医疗设备，像五十年代就已经把x光用于生物分子的结构分析，最重要的是它在五十年代首次分析了dna的双螺旋结构。而克利克和华生正是看到了这个照片以后，才提出了他们有名的双螺旋结构。像rosalyn sus【创建和谐家园】an yalow发明了核放射分析的技术，成功地应用于生物学的研究，超导squid器件用在地质探矿或者研究生物体磁性的变化。而ct、核磁共振、正电子ct、pet、基因芯片、激光、超声、微波等等都广泛用于医疗和生物的研究。用现代物理学开发出来的显微镜，我们已经可以清楚地看到细胞的活动。这里是一个巨噬细胞在吞噬一个外来的细菌，这是我们拍摄出来真实的dna长链，打开了的dna。这是我们从核磁共振拍摄到的脑的图象。
在量子力学和相对论的指导下面，上个世纪的下半叶，物理学在凝聚态、激光、表面等离子体等等方向上面，又发现了很多种有广泛应用前景的现象。有新的集体振荡的模式，新的相变和宏观量子态等等，像量子霍尔效应、分数电荷、稀土永磁、高温超导、量子点、量子计算和信息传输，玻色- 爱因斯坦的凝结态，相干原子束等等。同时也创造了崭新的探测和控制原子的手段，像同步辐射光源，快中子束和离子束，微光机电器件，功能核磁共振，隧道扫描显微镜，原子力显微镜，激光镊子等等，为开创纳米科技的研究提供了有力的工具。这是我们观察到一个在温度不断下降的时候所形成的玻色-爱因斯坦的一个凝结，这是用的铷原子做成的。纳米技术在上世纪末已经开始蓬勃地发展，这里面应用了大量的物理的新的思想和技术，它本身也是由一位有名的物理学家费尔曼所提出来的。这是用光刻技术所做出来的微机械，这里是移动单个的原子所做出来的一个算盘和写的字，这是世界上最小的字之一了。同时在量子场论还发展出一些新的计算的方法。譬如说重整化群的方法，这个对研究处于临界状态附近的各种自相似的结构非常之有用，已经广泛应用于各种不同的物质组成的复杂系统或者远离热平衡的开放的系统。在二十世纪企业已经成为物理学的应用研究开发的一个主力。在市场力量的推动下，我们看到有几项获得诺贝尔物理奖的重要的发现。譬如说晶体管、集成电路、电子隧穿效应、激光、隧道扫描显微镜、高温超导，这些都是获得诺贝尔物理学奖的。它们都在大工业的中央研究室里边完成的，所以在二十世纪有眼光的企业家，已经认识到基础研究在发展企业技术上的重要作用，从市场长远发展的需求，制定了他们研究的目标。他们不仅为大学基础研究提供了很多的资金，而且有组织地在企业内部开展了多学科的基础研究。企业的中央研究所，在世界上已经成为像物理学应用基础研究中间的非常重要的力量。
物理学在发展到历史过程中间，始终是先进文化的创造者，它始终激励一批科学家，在物理学的前沿去进行执着的追求。二十世纪物理学家在多层次变化无常而又丰富多彩的现象中间，去寻求宇宙所表现的【创建和谐家园】，寻求万物运动内在的统一规律，和理解外在显现的多样性，对人类的思维方式和世界观的进步做出了多方面的重要贡献。重要的我想有，一个是对宇宙观和认识论的贡献。相对论、量子力学和它们相结合产生的量子场论是从根本上改变了人类对物质运动、时空和相互作用的看法，使得十九世纪占统治地位的、绝对的决定论的宇宙观衰退，转变为辩证的惟实的宇宙观。
我们先看看古典物理学，从十七世纪开始，物理学一直处在科学研究的最前沿。到十九世纪末由牛顿力学、热力学和麦克斯韦电动力学构成的古典物理学，不仅已经发展成为一个完整的理论体系，而且形成了根深蒂固的机械唯物主义的思潮。应该说在十七世纪的时候，机械唯物主义是一个进步，因为当时人们是被神学所统治。在与此同时，将古典物理学应用于社会生产和技术，它也取得了非凡的成功。到十九世纪末从牛顿力学就发展出来分析动力学，同时这里边建立了非常多深刻的观念。像广义坐标和广义动量，对称性和守恒定理，最小作用量原理，拉格朗日作用量函数，哈密顿方程，雅可比括弧等等。这些都对以后的量子力学的发展做出了重要的贡献。而麦克斯韦方程又系统地展示了场的观念，预见了电磁波的存在，提出了光的本性就是电磁波。在麦克斯韦方程中间还隐含了和伽利略对称性不同的洛伦兹对称性。
物理学家认为牛顿力学、热力学和麦克斯韦电动力学建立了完整的对宇宙的说明，并且在应用中间取得了极大的成功。当时人们认识的宇宙是一个机械的宇宙，一切都像一个机械一样动作，它是只要一开始有一个第一推动力，它就会永远按照同样的规律不停地运行下去。在十九世纪末有一系列的实验使得人们对以前的完整的物理学的说明产生了怀疑，首先就是发现了光的运动速度和地球的运动没有关系，这样就形成的电动力学和牛顿力学的矛盾，又发现了古典的黑体辐射理论会导致在频率很高的地方，辐射量越来越大，会发散，这个和试验也不符合。另外从电动力学的观点出发，像原子是由带电粒子所构成的，电子在原子里面不断地运动，如果它不断地运动，有加速度的话，它就要辐射出电磁波来，它的能量就会不断减少，所以这样的原子它不可能稳定。刚才发现原子发的光它的频率谱不是连续的，而且其中有分离的一条一条分开的这种线谱，这个也和麦克斯韦的理论是不相符合的。
最后在上个世纪末又发现了放射性，这样就改变了根深蒂固的原子是不可破坏的一种稳定结构的这种观念。那么要扬弃古典物理学的过时的概念，消除牛顿力学和麦克斯韦电磁场这两大理论之间的不自洽，就成为二十世纪物理学发展的前提。二十世纪物理学是起始于两位伟大的科学家的伟大的发现。十九世纪末尽管存在很多古典理论不能解释的现象，但是大多数物理学家他们都相信古典理论，敢于对古典理论说不的是两位当时还不知名的年轻科学家，普郎克和爱因斯坦。这个就是普郎克，当时四十来岁，这是爱因斯坦只有二十六岁。1900年四十二岁的普郎克，为了解释黑体辐射谱提出量子论。他当时已经在大学教书，四十来岁了嘛。但是他的想法仍然不为他的同事特别是一些知名科学家所接受，甚至于他自己，虽然做了正确的工作，但是他也怀疑自己做得对不对，他多次还试图回到用古典的理论去解释黑体辐射谱，但是一直都不能成功，所以他后来就写了以下的几段很有趣的文字。第一段他说他做这个工作的整个过程是一个绝望的尝试，他说因为不论代价有多高都要找到理论的解释，所以他是付出了要扬弃古典理论的某些假定的代价，这个代价是很高的。他另外还讲了一段更有意思的话，他说一个重要的发现，能够逐渐地获得反对者的承认，这个是一件很少有的事情，实际出现的情况呢，是当时这些反对的人他们一个一个都去世了，所以就没人反对了，所以可见他当时受到的反对有多么地严重。1905年爱因斯坦不仅提出了狭义相对论，同时他也支持普郎克的理论，用光量子去解释了光电效应。同年爱因斯坦还提出了布朗运动的统计理论，这些都得到了实验的证明，这样就使各界再不怀疑原子的存在。爱因斯坦在做出这几样重要发现的时候，年仅二十六岁，而且是一个瑞士专利局的职员，因为他在大学里头这些老师都不大看得起他，不愿意把他留下来做助教，他几次去请求，人家也不要他，他甚至于有几次几乎要失业了，几次在中学里面求职，还变更了好几次，最后在专利局里面找到一个职位，他每个星期要在专利局工作大概要四十几个小时。但尽管如此，这一年是他最辉煌的时期，因为他做出了二十世纪物理学史上最辉煌的几项贡献，就是刚才讲的这三项。狭义相对论当然现在知道是非凡的贡献，但这个贡献长期地不被人所重视，以至于没有给他诺贝尔奖金，而光电效应呢！是第一次明确地指出光的既是波动又是粒子的性质，这个得到了诺贝尔奖金委员会的认可，所以爱因斯坦得到诺贝尔奖金是光电效应，其中没有相对论。同时他还证明了原子的存在。所以这三项工作能够在他在专利局作为业余工作做出来，这个好像是物理学史上的奇迹，直到现在还是物理学史家所研究为什么会这样的一个很重要的一个课题。
相对论和量子力学这两大发现，从根本上突破了古典物理学的局限，相对论建立了新的时空观，时空再不是脱离物质和运动的独立的存在。牛顿就认为时空是脱离物质而存在的，物质在时空里边运动，时空跟运动没关系。相对论不是这样的，相对论认定这个时空不再是脱离物质和运动的独立的存在，同时相对论还确定了物质和能量的等价，为原子能的开发利用奠定了理论的基础。1916年爱因斯坦又提出了广义相对论，计算了水星绕日的进动，得到了和试验一致的结果，并且在1919年全日蚀的条件底下，观察到光经过太阳边缘由重力产生的偏转而得到了证实，这样时空和重力在广义相对论中间就得到了完美的统一。广义相对论对二十世纪理论物理和天体物理产生了巨大的影响，爱因斯坦的基本的思想，追求自然规律的统一性，他要通过局域对称性来实现物理运动规律的几何化，这个一直是以后理论物理学家追寻的方向。但是经过80多年的努力，爱因斯坦的梦想到今天还没有完全实现，当然也取得了很多重要的进展。相对论和以后发展的规范场论对人类的认识论产生了巨大的影响，这个理论认为物质、运动、时空和相互作用是紧密联系在一起的，是不可分割的，是互为因果的。它们统一在某种变换群的局域对称性中间，对称性和它的自发破缺确定了物质的基本构成和它们之间的相互作用，体现了宇宙的真和美，形成了宇宙万物内在本质鲜明的统一性和外在现象绚丽的多样性。
1954年杨振宁和mills提出了非abel规范场的理论，局域对称性就成了相互作用力和基本粒子结构的本原。1964年higgs借鉴凝聚态相变的观念，引进了真空相变和对称性自发破缺的概念，真空并不是空的，这样使得统一性和多样性就得以结合，对称性原本相同的粒子在对称性自发破缺以后可以获得不同的质量，造就了今天千姿百态的世界。在这个基础之上，glashou weieberg 和salam用su（2）xu（1）群的对称性和规范场统一了弱相互作用和电磁相互作用，形成了由三代夸克和轻子，三种相互作用力的携带者胶子、光子，w和z粒子组成的标准模型。标准模型和实验符合得很好，遗憾的是引发对称性自发破缺的higgs粒子可能质量太大。在目前的加速器实验中间还没有观察到。这个弱电统一的理论成功，为进一步统一四种相互作用力提供了希望和动力。
这是我们现在已经知道最基本的一些粒子，上边是夸克，下边是轻子，还有就是它的右边是携带作用力的几个粒子，像最上面是光子，然后是重粒子，然后还有z粒子w粒子等等。目前正在欧洲通过国际合作建造世界上最大的加速器，耗资是几十亿美金，建成以后，如果能够发现higgs粒子和各种超对称的粒子，就会对统一的理论有所推进。
研究世界的统一性和多样性是我们物理学基础的物理学所追求的一个目标，也是人类认识世界所追求的一个重要的目标。我们一方面要在世界的统一性中间，看到世界所遵循的共同的这个规律，又要从它的多样性中间来看到这个世界的绚丽多彩。物理学能不能够最终地把所有我们知道的作用力和这些基本粒子能够统一在一起，从实验的角度来看，它可能反映在最早的天体演化的这个状态中间，这是我们现在着力研究的一个方面。
这个是在日内瓦建造的世界最大的加速器，它的环半径是4.3公里，周长大概有32公里，能够达到很高的能量。使得质子和反质子能够在里边对撞，能够造出世界各种所有的，在一定能量范围之内的这种粒子，也希望在这里边能够找到形成统一的higgs粒子。除了我们在实验上来看的话，那就是天然的实验室，除了人造的实验室，天然实验室呢，现在因为能量需要很高了，所以就要依靠天体自然的现象。天体现象在牛顿力学和广义相对论的发展中间都起了决定性的作用。反过来呢！物理学的发展，像力学、核物理、等离子体物理、量子力学、相对论都对理解天体的物理现象起了重要的作用。我们现在观察到的有些现象我们还不理解。譬如说我们在天体里面，现在发现有很远处的星体，它发生强烈的伽马射线的爆发，这个能量是非常非常之强的，远远超出我们的想象。它是怎么能够发生。同时我们也发现不断还有新星在产生，但是同时也有很多星球在消亡。我们在银河系中间现在也观察到了黑洞。在爱因斯坦广义相对论中间预言，在弯曲的时空中间光是有偏转的。这个图是用空间望远镜拍摄的重力透镜聚焦的一个现象，这个旁边有四个新星，实际上一个星体在远的地方，它的光线被偏转了，被中间的物质所吸引而产生了偏转，造成了四个影像。从这里边可以推断在这个空间中间还存在很多的物质我们没有看见，叫做暗物质，可以达到世界物质的百分之九十那么多，那么到底是些什么东西。所以在今后天体物理学会在物理学的基本理论的发展中间，会要再一次起到重要的作用。
通过计算机的帮助，如果我们应用古典物理的理论来讨论流体运动或者气象预报的时候，就发现在决定性的非线性力学方程中间，存在着偶然性起决定作用的混沌的状态。也存在通过自组织从无序的状态演化为有序的状态，由简单的规则形成自相似分形结构的这种可能。随后发现，这是普遍存在在有非线性相互作用，远离热平衡的开放的复杂系统中间的现象，即使是生命系统和社会系统也不例外。譬如对社会系统，开放的社会系统，当信息流通加快的时候，系统里边的长程的非线性相互作用就加强。现在世界上任何一个地方发生的任何一件事情，在世界的其他的地方都能知道而且立刻可能就发生影响。譬如说要来一次金融的危机，或者股票的大涨大落，在一个市场出现，在纽约的市场出现，很快就会波及到欧洲或者亚洲。当信息流通加快了以后，系统里边长程的非线性相互作用就加强了，系统的演化速度也就加快了，那么在进入混沌区的边缘的时候，系统对某些外界参数就变得非常之敏感，耗散和涨落的斗争，必然性和偶然性的相互转化，使得参数的小的变化或者偶然的变化就有可能或者激发自组织的过程，进行系统的内部结构的调整，形成新的一种有序的状态。或者呢！它会脱离稳定的轨道快速陷入一种混沌的漩涡，在竞争适应和选择的演化的过程中间，形成千变万化的结构或者千姿百态的现象。
下面我们看一下物理学发展带给我们的启示。物理学研究的是自然界的运动规律和物质的结构，判定物理学的发现和理论作为客观科学真理的惟一依据是科学的实践，也就是正确预见并为不同科学家在相同条件下所重复验证的实验事实。对微观现象的实验观察尽管出现很多出乎常情的结果，我们的看法必须依据真实可靠的实验结果加以修正，才能得到正确的认识，而不是相反，求真必须惟实，惟实才能创新。
物理学的发展不断开辟新的先进生产力，在外是受到社会经济需求的大力牵引。它又是人类先进文化的重要组成部分，在内部一直为人类强烈追求对宇宙运动规律的认识所推动。这两种动力都不会停止，在本世纪将继续推动物理学向前发展。物理学应用的领域将随着人类对物质结构和运动认识的深入，以及掌握的有力探测工具的增加而不断扩大。将在各种极端条件地下探索新的现象，将对不同层次的非线性复杂系统进行模拟和研究，将不断开拓新的研究领域。由于人类对单个原子操纵能力的增加，应用量子力学会设计和生产除越来越多按照人类的需要，具有特殊功能的微结构和宏观量子态、室温超导、相干原子束器械、细胞和基因的修复仪、速度达到每秒万亿次运算的的芯片，自组装的智能微机械、量子密码和量子计算等等，都是我们下一步奋斗的目标。