¿Qué están estudiando los científicos ahora?
Entonces_
Física
La física ha logrado tres avances importantes. Si queremos seguir preguntando cuál debería ser el desarrollo futuro de la física, una idea natural es si las leyes del movimiento microscópico de alta velocidad pueden resolverse por completo. Es decir, el cuarto avance en física es el avance en las leyes del movimiento microscópico de alta velocidad. Esta cuestión debe abordarse desde dos aspectos. En primer lugar, cualquier avance en física es un avance en las entidades físicas, o un avance en nuevas formas de movimiento material. Por ejemplo, la mecánica newtoniana significa que las personas comprenden las leyes de los cuerpos celestes. Cuando aparecieron las ecuaciones de Maxwell y la teoría especial de la relatividad, la gente estudiaba la naturaleza de la luz, la naturaleza de los campos electromagnéticos y las leyes mecánicas de los objetos macroscópicos estaban cerca de elementos relacionados. A esto lo llamamos la ley macroscópica del movimiento a alta velocidad. En la mecánica cuántica, la gente descubrió que los electrones, protones, neutrones y estructuras atómicas tienen leyes de movimiento especiales, es decir, los electrones se mueven alrededor del núcleo con leyes especiales, lo que condujo al surgimiento de la mecánica cuántica. Por lo tanto, los avances en las leyes siempre van acompañados de avances en nuevas formas físicas de la materia. Ahora tenemos que preguntarnos, ¿con qué tipo de entidad física debería asociarse el movimiento de micro-alta velocidad? Curiosamente, ha habido muchos avances en este ámbito en los últimos años. Al seguir estudiando las partículas, se descubrió que los hadrones como los protones y los neutrones tienen una estructura más profunda, concretamente los quarks, que son la materia más profunda que constituye todas las interacciones fuertes. Ahora el concepto que la gente tiene de las partículas elementales ha cambiado y creen que los quarks, los leptones y seis tipos de partículas constituyen partículas elementales. Por lo tanto, las leyes de las partículas microscópicas que se mueven a alta velocidad que estudiamos son manifestaciones y sus leyes de movimiento a nivel de quarks y leptones. En el siglo XX se lograron enormes avances en este campo. Se han resumido las leyes de la cromodinámica cuántica sobre las interacciones fuertes y se han unificado inicialmente las interacciones débiles y las interacciones electromagnéticas entre leptones y hadrones, lo que se denomina teoría unificada electrodébil. Por lo tanto, el gran avance de la física en el siglo XX en el movimiento microscópico de alta velocidad radica en dos teorías importantes. Una es la cromodinámica cuántica, que es una teoría que responde a la fuerte interacción entre partículas. La otra es una teoría unificada de corrientes débiles sobre interacciones débiles e interacciones electromagnéticas. Sin embargo, aunque se han logrado muchos resultados en el movimiento microscópico de alta velocidad, no pueden considerarse resultados finales porque el movimiento microscópico de alta velocidad también implica muchas propiedades y movimientos desconocidos de partículas, y es posible que aún queden algunas partículas sin descubrir. que afrontará la física en el siglo XXI.
Química
Discutir el surgimiento de la ingeniería química. Muchas industrias químicas se desarrollaron en el siglo XIX, como la preparación de ácido sulfúrico y ácido nítrico y la síntesis de amoníaco. Cada uno tiene su propio proceso de desarrollo, cuyo aprendizaje requiere mucho tiempo y es ineficaz. Sin embargo, hay muchas cosas homogéneas en estas industrias, por lo que a finales del siglo XIX y principios del siglo XX, Gran Bretaña y Estados Unidos comenzaron a desarrollar la ingeniería química, principalmente para todas las industrias químicas, y juntaron cosas homogéneas como una disciplina. En primer lugar, se estudian los procesos físicos en estas industrias. El llamado proceso físico significa que no hay reacción química, por lo que es relativamente fácil de estudiar. Posteriormente, hacia 1955, comenzó a involucrarse paulatinamente en el proceso de reacciones químicas, formando una ingeniería química relativamente completa. Al principio, la ingeniería química se limitaba a la industria química. De hecho, la ingeniería química es ahora una disciplina fundamental en muchas industrias de procesos. La llamada industria de procesos no es sólo la industria química tradicional, sino que también incluye las industrias básicas de mi país como la metalurgia, la industria ligera, la petroquímica y la farmacéutica. Este todo es objeto de estudio en lo que hoy conocemos como disciplina de la ingeniería química.
La ingeniería química ocupa una posición importante en el desarrollo económico de mi país, y muchas cosas básicas en nuestro país dependen de la industria química. En las décadas de 1960 y 1970, nuestro país discutía a menudo que la tierra cultivable de China era limitada y que problemas como la alimentación y el vestido parecían difíciles de resolver. De hecho, este problema fue resuelto por la industria química. Por ejemplo, existen muchos fertilizantes químicos, como el fertilizante nitrogenado, el fertilizante potásico, el fertilizante fosfatado, así como muchos pesticidas y herbicidas, que resuelven el problema de la alimentación. La producción de fibras sintéticas resolvió el problema de la confección. Porque las fibras sintéticas se fabrican a partir de petroquímicos y productos químicos. A la gente le gusta usar ropa hecha de fibras sintéticas que no sean caras y sean duraderas. Por lo tanto, China ha resuelto el problema de la alimentación y el vestido de más de 1.200 millones de personas con muy poca tierra cultivable. Creo que esto se debe principalmente a la industria química. Si el problema de comer y vestir no se resuelve, entonces todo lo demás está vacío. Sin embargo, también existen algunos problemas en el desarrollo de la industria química en todo el mundo. Mucha gente piensa que la industria química es para industrias básicas y que implica muy poca alta tecnología. Por lo tanto, el apoyo a la industria química en muchos países está disminuyendo y China no es una excepción.
De hecho, la industria química es la base de un país y muchos problemas en el campo de la alta tecnología deben resolverse utilizando métodos químicos. Por ejemplo, la biotecnología y los chips semiconductores se están desarrollando rápidamente. Según las estadísticas, el 30% de los estudiantes que se gradúan en los departamentos de ingeniería química de las universidades estadounidenses han ingresado a la industria de los chips semiconductores. En Intel hay muchos estudiantes de ingeniería química. En general, la ingeniería química es una disciplina antigua. De hecho, la antigua industria se basa en la ingeniería química. Hay muchas tecnologías de alta tecnología, como los proyectiles de artillería y los combustibles de alta energía, que también están dentro del alcance de la ingeniería química.
Foto 1 Académico Chen Jiayong: ingeniero químico. Realizó investigaciones postdoctorales en el MIT y la Universidad de Illinois, y trabajó como ingeniero de investigación en el Instituto de Investigación DuPont. En 1980, fue elegido académico de la Academia de Ciencias de China.
Figura 2 Proceso de conversión secundaria para la producción de ácido sulfúrico a partir de ácido sulfúrico.
Figura 3 Proceso de producción de ácido nítrico doble presurizado.
Además, viajar en el tiempo es por necesidad. Con el avance de la ciencia y la tecnología y el crecimiento de las necesidades de las personas, se han formado algunas materias interdisciplinarias. Por ejemplo, la biotecnología la aprenden originalmente los estudiantes de biología. De hecho, las personas que estudian biología han realizado muy buenos experimentos en tubos de ensayo. Para expandirse a una escala industrial se requieren muchos conocimientos químicos.
Reportero: El desarrollo actual de la industria química está diversificado. Algunas disciplinas básicas como la biología y la química se están interpenetrando entre sí, formando campos de investigación donde muchas disciplinas pueden lograr avances comunes. Por otro lado, la propia ingeniería química ha seguido desarrollándose y formando un campo de investigación propio y único. Entonces, ¿cuáles son las tendencias y características de desarrollo de la industria química en el siglo XXI?
Académico Chen Jiayong: Como se mencionó anteriormente, la industria química ha logrado muchos logros. De hecho, también ha traído algunos problemas al mundo.
El primero es el problema de la contaminación. La industria química esencialmente realiza reacciones químicas en moléculas originales para generar nuevas moléculas, lo que al mismo tiempo causa mucha contaminación. Por lo tanto, en el futuro y en el futuro cercano, el desarrollo de la industria química requerirá nuevas reacciones químicas, lo que por supuesto requiere la cooperación de expertos químicos. Luego industrializarlo. El objetivo más importante es reducir la contaminación y aprovechar al máximo las sustancias implicadas en la reacción. Cuando en una reacción, como A+B = C+D, C es útil y D es inútil, la gente desecha D, lo que reduce la tasa de utilización del producto. Una de las mejores reacciones es que se pueden utilizar todos los productos después de la reacción, lo que puede mejorar la eficiencia y reducir la contaminación.
El segundo es el desarrollo hacia la miniaturización. Hoy en día se utilizan torres con diámetros de dos metros, tres metros y cuatro metros para miniaturizar. Se deben reducir los residuos y aumentar la velocidad de las reacciones, la transferencia de calor y masa.
Se puede decir que hay dos objetivos para la ingeniería química del futuro: uno es descubrir algunas reacciones nuevas a través de la cooperación con los químicos para que produzcan la menor cantidad de desechos posible y básicamente no produzcan contaminantes. En segundo lugar, todos los grandes fabricantes actuales pueden producir tantos productos y pueden miniaturizarse.
Estado biológico
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Ciencias Matemáticas
Las matemáticas del siglo pasado hay que atribuirlas al matemático alemán Hilbert (1862-1943), de 38 años, que celebró el 6 de agosto la Conferencia de Matemáticas en París. , 1900. La famosa conferencia titulada "Problemas matemáticos" pronunciada en el Segundo Congreso Internacional de Matemáticos. Basándose en los logros y las tendencias de desarrollo de la investigación matemática en el pasado, especialmente en el siglo XIX, propuso 23 de los problemas matemáticos más importantes. Estos 23 problemas se denominan colectivamente problemas de Hilbert. Este discurso se convirtió en un hito en el desarrollo de la historia mundial de las matemáticas y abrió una página gloriosa para el desarrollo de las matemáticas en el siglo XX. Entre estas 23 preguntas, las primeras 6 preguntas están relacionadas con los conceptos básicos de las matemáticas y las otras 17 preguntas involucran teoría de números, integrales indefinidas, teoría de formas cuadráticas, teoría de invariantes, ecuaciones diferenciales, variaciones y otros campos.
En 1905, Einstein fundó la teoría de la relatividad especial (de hecho, dos matemáticos, Poincaré y Lorenz, también llegaron a las puertas de la teoría de la relatividad especial). La relatividad tiene importantes aplicaciones en otros aspectos de la física. Tiene mucho éxito en todos los campos, excepto en el problema de la gravedad. Para resolver esta contradicción, Einstein recurrió al estudio de la relatividad general y rápidamente estableció la "relatividad general" y la "teoría de la equivalencia". Sin embargo, las dificultades encontradas en las matemáticas le hicieron progresar poco a lo largo de los años. Hace unos 1911 años, Einstein finalmente descubrió que el campo gravitacional está relacionado con las propiedades geométricas del espacio y es el resultado de la curvatura del espacio y el tiempo. Entonces, la herramienta matemática que utilizó Einstein fue la geometría no euclidiana. En 1915, Einstein finalmente completó la teoría general de la relatividad utilizando el marco de la geometría de Riemann y el lenguaje del análisis tensorial.
Más importante aún, el artículo "El ideal en el anillo Belichick" publicado por la matemática alemana Amy Noether entre 1882 y 1935 marcó el comienzo de la modernización del álgebra abstracta. Ella nos enseñó a pensar con los conceptos y términos más simples, económicos y generales: isomorfismo, ideal, anillo operador, etc.
Hubo muchos otros grandes logros en matemáticas. Para decirlo sin rodeos, el trabajo de casi 50 ganadores de la Medalla Fields en matemáticas en el siglo XX es un gran logro dentro de las matemáticas. Pero desde la perspectiva de promover el desarrollo social, las matemáticas relacionadas con la investigación de algoritmos informáticos pueden tener más influencia. Este tipo de investigación tuvo lugar en la época de la Segunda Guerra Mundial. Hay tres matemáticos (Turing, Gödel y von Neumann) que no son ingenieros. Debido a que desempeñaron un papel fundamental y rector en el nacimiento, diseño y desarrollo de las computadoras, fueron incluidas en la lista de las "100 estrellas" del siglo XX. Otros dos matemáticos puros ganadores del Premio Nobel (Kantrovich y Nash) también están relacionados con la investigación algorítmica (o matemáticas militares), y este último acaba de ganar un Oscar. Wu Wenjun, el primer ganador chino del premio más importante de ciencia y tecnología del país (no un premio de matemáticas), también trabaja en algoritmos. Entre los diez principales avances científicos y tecnológicos de China, hubo una vez un trabajo del matemático Du Dingzhu, que también estaba relacionado con los algoritmos. Sorprendentemente, ninguno de estos hombres ganó una medalla Fields.
Relacionados con la investigación de algoritmos (o matemáticas militares), también están el aprendizaje, la criptografía y los cálculos científicos y de ingeniería a gran escala. ¿Por qué tengo una vaga sensación (infectada por Wu Wenjun?). Parece que en el siglo XX, la investigación matemática centrada en algoritmos tuvo un impacto bastante directo en el mundo exterior, la tecnología y el ejército. ¿Será así en este siglo (información, materiales, organismos)? ¡Solo espera y verás!