你认为拓扑学在物理研究中有哪些应用？

拓扑学是数学，所以肯定是具有数学之于物理的一般意义：提供描述语言和逻辑工具。拓扑学在很多“高大上”的物理中的应用非常深广（或者说结合很紧密），这里好几个回答都提到了。至于在软物质研究领域，主要分为两大趣味：一是无序性，这个主要建立在统计和动力学（dynamics）的语言上，因此拓扑学可以用于相空间的研究，例如刘维尔方程的辛几何；另一个是特殊的、暂时的有序性，在此拓扑学可以用于形貌的描述，例如在拓扑学在物理研究中有哪些具体应用？另外，还有人从化学的角度进行了回答。化学的旨趣之一是合成，创造自然界没有的、新奇的结构。化学为我们提供了拓扑学分类意义上的新体系，已经完成任务。但是任何数学对物理学都可以有这种意义，所以上述拓扑学的意义就流于一般化。在物理学上可以进一步去探索：这些新体系在拓扑学上的不同，对应着什么性质的不同，或者问是否存在这样的对应性？换句话说，存不存仅依赖拓扑学差异，而不依赖具体化学和几何结构的物理体系及其性质？这个问题就不同于“拓扑学在物理学研究中有什么用”了，而是问：物理学已经发现的哪些规律使人觉得“上帝懂拓扑学”、“上帝特意利用拓扑学设计了世界的这一部分”？“手性”不算拓扑学的研究对象（它应该属于对称群的研究对象），但可以用来解释什么叫“在物理学上的意义”。例如化学中的对映结构选择性、手性放大，就是直接对应。

还有，物理中很多集群行为的有序性也取决于手性。这也是功能与结构存在具体对应性的例子。还有一个例子就是，“聚合物可结晶性”中的构型（conformation）因素，如全同聚丙烯能结晶成为塑料，而无规聚丙烯不结晶无法作为结构材料。这是手性的有序性与性质（功能）的直接对应关系。

于是，在软物质当中，拓扑学差异有没有类似手性这样，直接决定物理性质的例子？这才是我关心的问题。拓扑学在物理研究中有哪些具体应用？ - 傅渥成的回答 中提到的几个代表性例子中拓扑学差异只是一种结果；而拓扑学在物理研究中有哪些具体应用？ - 成楚旸的回答 中的例子代表着我们也能实现拓扑学层面上的制备，但它们能导致什么结果有待研究。而更广阔的视点应该是去在各类体系的新行为研究中留意哪些是直接由拓扑学差异所对应的结果。可是，在化学和软物质领域的论文中，“拓扑”一词被严重滥用。很多“拓扑结构依赖性”其实没什么拓扑学意义上的差异。

随着科学技术的发展，关于开发利用月球上的氦-3的种种设想一定会越来越丰富多彩，越来越详尽具体，越来越接近最终的实践，绝对不会是纸上谈兵或空中楼阁。而且，在月球上建立能源基地不仅仅是开发利用氦-3，月球上的太阳能也有很广阔的开发利用前景。

月球上的太阳能是极为丰富的，因为没有大气层的影响，太阳辐射可以长躯直入，每年到达月球范围的太阳光辐射能量高达12万亿千瓦，相当于目前地球上一年消耗的各种能源所产生的总能量的2.5万倍。采用目前非常成熟的光电转换技术，在月球上进行太阳能发电是比较容易的，而且不必担心土地的占用，在月球上可以无限制地铺设太阳能电池板。

许多专家对在月球上利用太阳能发电都有十分浓厚的兴趣。专家们测算，如果用光电转化率为20%的太阳能发电装置，每平方米太阳电池每小时可发电2.7千瓦时，若采用1000平方米的电池，则每小时可产生2700千瓦时的电能。这些电能同样可以通过激光或微波输送到中继卫星，再传送到地球电力接收站，直至送到全球各地用户。

考虑到月球上白天和黑夜都相当于14个地球日，太阳能发电厂可优先建造在太阳光照时间较长的两极地区。随着月球基地建设的发展，还可以通盘考太阳能发电厂的布局，有的建造在月球的正面，有的建造在月球的背面，形成全球性的并联式太阳能发电厂，太阳能发电厂与核电厂还可以实行联网。这样不仅可以平稳充足地供应月球基地用电，也可以平稳充足地向地球送电。

在可以想象的未来，由氦-3采掘加工厂、核发电厂和太阳能发电厂组成的月球能源基地，不仅可以为月球的长夜带来光明，为月球的开发利用带来强大的动力，也可以为地球的能源接替做出无可估量的贡献，为人类飞向火星等其他星球加油增力。

试看将来的月球，绝不仅仅是供人类欣赏的“冰轮”，而是一个可以推动整个宇宙开发利用的强有力的巨轮！

回答者： 5040yyf - 试用期 二级 2009-10-5 16:14

太阳能

太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式

广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。

利用太阳能的方法主要有：太阳电能池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。

太阳能可分为2种：

1.太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间 *** 作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

2.太阳热能 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

核能

核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc^2，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形式：

A.核裂变能

所谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量

B.核聚变能

由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。

C.核衰变

核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用

核能的利用存在的主要问题：

（1）资源利用率低

（2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决

（3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进

（4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制

（5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大

海洋能

海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。

波浪发电，据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。目前，海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。我国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。

潮汐发电，据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000-3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力24万千瓦，已经工作了30多年。我国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000千瓦。

风能

风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。

风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展。

1977年，联邦德国在著名的风谷--石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米，每个浆叶长40米，重18吨，用玻璃钢制成。到1994年，全世界的风力发电机装机容量已达到300万千瓦左右，每年发电约50亿千瓦时。

生物质能

生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。

地热能

地球内部热源可来自重力分异、潮汐磨擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。我国地热资源丰富，分布广泛，已有5500处地热点，地热田45个，地热资源总量约320万兆瓦。

氢能

在众多新能源中，氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为21世纪的理想能源。氢能可以作飞机、汽车的燃料，可以用作推动火箭动力。

海洋渗透能

如果有两种盐溶液，一种溶液中盐的浓度高，一种溶液的浓度低，那么把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后，会产生渗透压，水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。江河里流动的是淡水，而海洋中存在的是咸水，两者也存在一定的浓度差。在江河的入海口，淡水的水压比海水的水压高，如果在入海口放置一个涡轮发电机，淡水和海水之间的渗透压就可以推动涡轮机来发电。

海洋渗透能是一种十分环保的绿色能源，它既不产生垃圾，也没有二氧化碳的排放，更不依赖天气的状况，可以说是取之不尽，用之不竭。而在盐分浓度更大的水域里，渗透发电厂的发电效能会更好，比如地中海、死海、我国盐城市的大盐湖、美国的大盐湖。当然发电厂附近必须有淡水的供给。据挪威能源集团的负责人巴德·米克尔森估计，利用海洋渗透能发电，全球范围内年度发电量可以达到16000亿度。

参考资料： http://zhidao.baidu.com/question/102454232.html?si=1

回答者： renwen126 - 助理 四级 2009-10-6 10:18

我们未来的能源》 征文

回答者： 211.143.181.* 2009-10-11 15:51

额、、 彼此彼此...都要写

我们真的 ，好可怜

唉、、 （同仁）呐！！

回答者： 曐宝儿 - 实习生 一级 2009-10-11 21:21

水是生命之源，节水不容忽视！

虽然自然界里水会循环，但是，人类的用水量远高于可以让人类运用的水，节约用水就成了我们每个人

都应该做的事情。

我觉得，已用过的水和已经遭受污染的水都可以再次利用。例如，洗菜、洗衣服的水可以冲马桶，受过污染的水可以在一切能够利用的情况多多利用，这样不仅减少了水费，更做到了节约用水的目的。而城市污水应多多回用于公用设施和住宅冲洗厕所、浇灌绿地、景观用水, 浇洒道路等, 这样做，污水的循环作用就提高了不少！

你知道吗？地球上有70.9%都是水,可这些水中有97.47%是咸水,咸水大部分是海洋水,不能饮用,因为1KG海洋水中就有39G个盐类物质；而这些水中的2.53%是淡水,而淡水大多是冰川水和深层地下水,这两种水占淡水的99%,可供我们人类使用的水仅占淡水的0.3%,我们的水资源十分少。我国是个缺水的国家，因此，我们更要节约用水，保护水资源。

水资源的利用在生活中是无所不在的，工厂排放出的污水再经过净化后同样可以循环使用，但是，也是要付出代价的，例如净化的成本，而这些又需要消耗资源。

雨水是我们每个人都见过的吧。当然，你有没有想到利用雨水就很难说了。科学家们都认为，雨水其实是一种难得的财富，它也是水资源，而且相当宝贵，但是，从全国范围看，我国的雨水收集与利用率还很低，我们应该用科学发展的思维看待雨水，用科学手段对待雨水，让雨水留下来，被我们科学地、循环地加以利用后，再科学地送它或入地或入河湖而去。这样何尝不是一种充分利用水资源的方法呢？

其实，水的宝贵大多数人都知道，却也选择遗忘。多少人不知道该如何节约用水？多少人浪费水资源？恐怕多得很吧。这就跟宣传有关了，我想，电视方面应该多多播放关于资源利用的问题，政府的宣传也是相当重要的，而新时代的祖国花朵们，更应该在从小就养成节约用水的好习惯，要知道，我们人类，离不开水，整个地球，离不开水！

况且节水有很多好处，不仅有利于缓解水资源的供需矛盾，减轻城市发展对环境的压力，还有利于延续供水和污水处理设施的建设投资，降低供水和污水处理设施的运行成本。从战略角度来看，节水绝对百益而一害！

节约用水靠得不是一个人的努力，是千千万万的人的努力，但不管用什么办法，我们都应该立即行动起来，把理念化为行动，要知道，水在日渐地减少，节水行动刻不容缓！

未来的能源

现在，每个国家都需要能源。瞧，有的国家为能源在争吵，有的国家为能源随时准备战争，想用武力掠夺能源（如伊拉克与科威特的战争，印度尼西亚与马来西亚的海上领土纠纷）。可见，能源是多么重要，因为我们现在用的电大部分就是以煤作为能源开发利用的；在大街上跑的汽车绝大部分是以汽油或柴油为动力的，而汽油和柴油是以地下开采的石油提炼出来的；在家里煮饭大部分用的是煤气与天然气。

据说，石油、煤、天然气的开采和使用都会不同程度地污染环境哟！

那么，如果哪一天地下的石油、煤、天然气都开采完了，怎么办？也许，用不着100年，地球上的地下能源就会枯竭。到那时，因为没有电，电视机开不了、空调无法启动、电脑成废物、甚至到晚上连电灯也无法开亮；因为没有石油和煤的资源，飞机、火车、轮船、汽车通通都开不动了。这样一来，我们就只能坐马车或骑自行车去学校上课啦，而且晚上大街和家里都是一片漆黑，晚上在家做作业就只能烧柴火来照明了。哗！那太可怕啦？！

据说，还有一种能源是用水来发电的，但是开发水电要拦截河流，而且会影响地球上的生态平衡哟！

我不希望看到世界上有争吵与战争，我希望世界上充满欢乐与和平。所以我幻想要是每家每户都有一个“微型能源器”该多好。这个能源器不需要我们去破坏地下资源，可以随时吸收储藏太阳能、风能等所有大自然的自然能源（如果让它放在海边，还可以随时

吸收储藏潮汐产生的动能……），需要用能源时可以随时随地释放出来供大家使用，如果需要用很大的能源动力时（如飞机、火车、轮船）可以用很多很多的“微型能源器”相互组合来提供能源。这样一来，有了这种“微型能源器”，世界上每个国家之间也许不会再争吵、不会再发动战争了；而且肯定不会造成环境污染，也不会破坏生态平衡；同时，可以美化我们的城市，因为我们可以不需要大街上那些难看的电线杆、电线塔及缠绕在上面象蜘蛛网一样的电缆线；还有，这种“微型能源器”，不需要进行高压变电，可以彻底消除因电磁波产生辐射给人类造成的健康损害。

也许在不久的将来，“微型能源器”便会出现，带给人类和平、健康和快乐！

回答者： 曹冯婷cft - 试用期 二级 2009-10-15 19:33