书名：国家自然科学基金数理科学“十三五”规划战略研究报告
定价：138.0
ISBN：9787030514912
作者：国家自然科学基金委员会
版次：1
出版时间：2017-02

内容提要：
本书为国家自然科学基金委员会“十三五”数理科学学科发展战略报告，讲述了数学、力学、天文学、物理学以下四个方面内容：学科的战略地位、学科的发展规律与发展态势、学科的发展现状与发展布局、学科的发展目标及其实现途径。



目录：
目录
前言
第一篇数学
第一章数学学科的特点与战略地位/3
第二章数学学科的发展规律、发展现状和发展态势/8
第一节纯粹数学/8
第二节应用数学与计算数学/64
第三节统计学与数据科学/75
第三章“十三五”数学学科发展目标和可能取得突破的领域/81
第四章数学学科建议优先发展的领域/85
第一节纯粹数学/85
第二节应用数学与计算数学/104
第三节统计学与数据科学/117
第四节数学与其他学科交叉/122
第五章政策与建议/126
第二篇力学
第一章力学学科发展战略/133
第一节力学学科的战略地位/133
第二节力学学科发展规律与发展态势/138
第三节我国力学学科的发展现状与发展布局/160
第四节力学学科的发展目标及其实现途径/190
第二章力学学科优先发展领域/194
第一节动力学与控制学科/194
第二节固体力学学科/196
第三节流体力学学科/201
第四节生物力学学科/204
第五节力学交叉领域/206
第三章力学与数学物理科学部内部学科交叉的优先领域/209
第一节复杂力学问题的高性能科学计算——与数学交叉/209
第二节结构多尺度拓扑优化与材料设计——与数学交叉/210
第三节新型核电装备结构的设计、运行监/检测与可靠性评价——与物理学交叉/210
第四节凝聚态固体力学——与物理学交叉/211
第四章力学与其他科学部学科交叉的优先领域/213
第一节神经系统疾病相关网络的识别、动力学建模与分析——与生命科学部交叉/213
第二节先进舰船与深海工程领域的关键力学问题——与工程和材料科学部交叉/214
第三节力学-化学耦合理论及先进能源材料力学行为——与化学、工程和材料科学部交叉/214
第四节大型工程结构的多场耦合、多尺度损伤演化分析——与工程和材料科学部交叉/215
第五节结构内部应力分析和材料本构参数测量理论与方法——与工程和材料、信息科学部交叉/216
第六节柔性电子器件与健康医疗中的重大力学问题——与信息、医学科学部交叉/217
第七节生物材料的多尺度力学与仿生研究——与生命、医学科学部交叉/217
第八节空天环境下人体防护的生物力学与力学生物学研究——与生命、医学科学部交叉/218
第五章实现“十三五”发展战略的政策措施/219
第一节“十二五”期间所取得的经验和存在的不足/219
第二节“十三五”期间科学部的资助格局考虑/221
第三节“十三五”期间在申请代码调整、评审机制完善、资助举措创新等方面的考虑/221
第四节“十三五”期间在依托国家重大基础设施开展重要领域基础研究模式方面的考虑/222
第五节“十三五”期间新的资助类型及可行性/222
第三篇天文学
第一章天文学学科发展战略/227
第一节天文学学科战略地位/227
第二节天文学学科发展规律与发展态势/228
第三节天文学学科发展现状与发展布局/249
第四节天文学学科发展目标及其实现途径/266
第二章天文学学科优先领域/279
第三章天文学与数学物理科学部内部学科交叉的优先领域/283
第一节宇宙学与粒子物理学/283
第二节天体物理与核物理/285
第三节天体辐射磁流体力学/288
第四节实验室天体物理学/290
第四章天文学与其他科学部学科交叉的优先领域/292
第一节天体物理与计算科学：计算天体物理/292
第二节天文学与地球科学的交叉——空间天气学、天文地球动力学及行星深空探测/295
第五章实现“十三五”发展战略的政策措施/299
第四篇物理学
第一章物理学学科的战略地位/309
第二章物理学学科的发展规律与发展态势/311
第一节量子物理与量子信息/313
第二节原子分子物理/315
第三节光学/316
第四节量子光学/318
第五节超强场物理/319
第六节半导体物理/321
第七节超导和强关联/322
第八节磁学/323
第九节表面、界面物理/324
第十节声学/326
第十一节软凝聚态物理及交叉领域/327
第十二节基础物理（理论物理）/328
第十三节基础物理（统计物理）/329
第十四节粒子物理/330
第十五节核物理/331
第十六节核技术及应用/332
第十七节同步辐射/336
第十八节等离子体物理/337
第三章物理学学科的发展现状与发展布局/339
第一节量子物理与量子信息/340
第二节原子与分子物理/344
第三节光学/346
第四节量子光学/346
第五节超强场物理/349
第六节半导体物理/350
第七节超导和强关联/353
第八节磁学/356
第九节表面、界面物理/360
第十节声学/361
第十一节软凝聚态物理及交叉领域/364
第十二节基础物理（理论物理）/366
第十三节基础物理（统计物理）/369
第十四节粒子物理/370
第十五节核物理/372
第十六节核技术及应用/373
第十七节同步辐射/376
第十八节等离子体物理/376
第四章物理学学科的发展目标及其实现途径/379
第一节量子物理与量子信息/383
第二节原子分子物理/384
第三节光学/387
第四节量子光学/392
第五节超强场物理/395
第六节半导体物理/399
第七节超导和强关联/399
第八节磁学/402
第九节表面、界面物理/404
第十节声学/407
第十一节软凝聚态物理及交叉领域/408
第十二节基础物理（理论物理）/411
第十三节基础物理（统计物理）/412
第十四节粒子物理/415
第十五节核物理/418
第十六节核技术及应用/420
第十七节同步辐射/421
第十八节等离子体物理/425


在线试读：
第一篇数学
数学学科的特点与战略地位
数学是研究现实世界中数量关系和空间形式的科学。数学是自然科学的基础，为自然科学提供精确的语言和严格的方法。数学也是重大技术发展的基础，在社会科学中发挥着越来越大的作用。
13世纪的英国哲学家、科学家罗杰·培根（RogerBacon）在他的《大著作》［1］中写道：“数学是科学的大门和钥匙”，这是他在光学中应用了几何学后发出的感慨。任何一门发展成熟的科学都需要用数学语言来描述，并且在相应数学模型的框架下表达解决问题的思想和方法。伽利略（Galileo）说得更加直白，“自然界这部巨著仅可以被那些懂得它的语言的人读懂，而那种语言就是数学”［2］。费曼（Feynman）也说过：“对于那些不了解数学的人来讲，要理解自然的美，那种深刻的美，是非常困难的……如果你希望理解自然，欣赏自然，那就必须理解它所说的语言”［3］。不少著名科学家都留下过类似的语录。但凡我们遇到需要解决数量、空间、结构和演化方面的问题时，数学常常就会派上用场。当然，数学在解决问题的同时自身也得到了发展。牛顿（Newton）为了研究行星的运动规律，发明了微积分。现在，微积分已经成为几乎所有近代科学和工程学的基础。
物理学的发展与数学有非常丰富的互动。物理学家维格纳（Wigner）曾以《数学在自然科学中不可理解的有效性》为题目写过一篇文章［4］。在文章中，他列举了一系列在物理学理论中数学结构可以帮助指出理论进一步发展的方向，甚至是预言实验的例子，从而断言这种现象不是一个巧合，而是反映了物理学与抽象数学之间蕴含的深刻联系。在历史上，物理学与数学一直是相互促进发展的。
近20年来，在传统上更注重经验理论或概念的生命科学领域也与数学携起手来。人类基因组测序的完成与数学关系密切，测序技术与算法的进步是交替进行的。测序技术的飞速发展，人们积累了大量的生物学数据，因此如何管理这些数据和如何理解这些数据成为了一个新的挑战。随着后基因组时代的到来，生物学研究者的定量研究能力和知识已不再是可有可无了。研究细胞周期的纳斯（Nurse）在一篇综述文章中写道：“我们或许需要进入一个陌生、更抽象的世界，它不同于我们现在想象的由细胞运动组成的世界，在那里可以利用数学很快地进行分析”［5］。自然科学的各研究领域都进入了更深的层次和更广的范畴，更需要利用数学理论与方法对它进行阐述，数学与现代自然科学研究的关系变得更加密切。
数学的作用不仅表现在自然科学中，也表现在众多技术领域中。1984年美国国家研究委员会的报告《复兴美国数学》指出：“进入高技术时代的时候，我们也就进入了数学技术的时代”［6］，可惜多数享用这些技术的人们往往意识不到蕴藏在这些技术背后的数学所做出的本质贡献。信息技术广泛应用在社会生活的各个方面，从计算机断层扫描成像到最近的3D打印机，图形和图像处理技术中凝聚着许多数学研究成果。数学在信息时代的重要意义正日益引起重视，数学是推动计算机技术发展和促进这种技术在其他领域中应用的基础科学。
随着计算机技术和计算数学的发展，高性能计算得到了飞速发展。目前，计算机数值模拟已经可以与传统的理论手段和实验手段并驾齐驱，成为科学与工程研究的第3种手段。计算机模拟可以为实际过程提供全时空的定性、定量认识，极大地帮助了我们了解所研究的现象，重大科学突破可望在其辅助下产生。波音公司在新的大型客机的研发中大量采用计算机数值模拟［7］，极大降低了研制费用，缩短了研制周期，增强了波音公司产品的竞争力。高性能计算机模拟在国防安全方面的作用也越来越不容忽视，特别是在核禁试的约束之下，模拟逐渐成为其**可以替代的研究手段。这一切使得高性能计算模拟成为国家发展和保持核心竞争力的必需科技手段。
数学在社会科学研究中的作用也逐渐体现。各种现代经济理论都以数学作为基本工具，力图以数学理论来描述宏观经济或微观经济的发展规律。通过构建数学模型，所研究的问题可以被清晰地抽象出来，社会科学家也可以像自然科学家一样进行“假设驱动”的研究。在实际应用领域中，银行业雇佣了大批金融分析师。他们通过建立数学模型来理解市场的行为，帮助银行盈利和保证银行安全的运行。
综上所述，数学在科学研究、高技术等领域的研究占有重要地位并且具有深远影响。数学和各种技术及社会生活的密切结合不仅体现了数学与外部世界的统一性，而且向全社会展示了数学的重要实践价值。正因为如此，多数国家将保持数学方面的领先地位当做保持可持续发展的一种重要战略需求。
数学作为一门科学来讲，包含其理论、方法以及与其他学科的交叉部分。过去的半个世纪是数学发展的黄金时代，其发展速度超越了历史上的任何时代，许多重大问题得到解决或取得了突破性的进展，成就斐然。数学的主要发展趋势表现为：数学内部各分支的融汇、数学与其他科学更加自觉的交叉以及数学与高技术的深入结合。
数学一开始来源于对现实世界的抽象，古希腊毕达哥拉斯（Pythagoras）学派就认为“万物皆数”，他们相信所有的自然现象总能归结成数之间的关系。随着人们越来越多地将注意力集中在这些抽象对象上，数学与现实越走越远，导致大部分数学定理是由假设演绎产生的。特别是19世纪中叶以后，数学（特别是纯粹数学）是一门逻辑演绎的科学观点占据了主导地位，独立于外部世界的不断自我完善所产生的内在需求成为了纯粹数学发展的主要驱动力，人们的好奇心极大地推动了数学的发展。所以，今天的数学和那些以具体物质作为研究对象的自然科学不同，它是一门集严密性、逻辑性、精确性、创造力与想象力于一体的纯而又纯的学科。在过去的半个世纪中，纯粹数学的发展呈现出的明显倾向是各分支学科之间相互交叉和相互渗透融合。在所研究的问题上如此，在研究所采用的方法上也是如此，许多重大突破都集中反映了这种趋势。一些原有分支学科之间的界限逐渐淡化了，出现了许多跨几个分支学科的新研究方向。在一些十分有活力的研究领域中，代数、分析、几何、拓扑甚至随机的方法结合在一起，使得不同领域的数学家又重新意识到他们正在从事着一项共同的事业。
数学发展的动力既来自于内部产生的需求，也来自于外部现实世界提出的问题。解决科学中提出的问题是数学发展的另一个重要驱动。近年来，应用数学发展的主要趋势为与其他科学更加自觉地交叉融合以及与高技术的深入结合。数学、计算机科学和生物学结合在一起产生了一些新的学科分支。各种数学工具组合起来被用于从生物技术产生的大量复杂数据中提取有用的生物学信息，整合不同层次的信息，对生物系统各不同部分之间的相互关系和相互作用建立数学模型，用来理解生物系统如何行使功能等。许多其他科学问题的研究提出了一些超越现有数学范围的新课题，而且大都不能轻而易举地处理，这些问题备受关注，也为数学的进一步发展提供了巨大的机会。
高性能科学与工程计算的兴起是20世纪后半叶最重要的科学技术进步之一。目前最快的超级计算机的运算速度已经达到了每秒可以进行1016次浮点运算的水平。许多重大的科学技术问题根本无法求得解析解，也往往难以进行实验，但却可以进行计算机模拟。计算天文学、量子色动力学、高能物理与核物理、湍流、气候、计算生物学、聚变科学、地下水、材料和化学等许多重大挑战的问题可以将计算机模拟作为研究手段。不仅如此，世界上最快的超级计算机——“天河2号”用了3.2万颗主处理器和4.8万颗协处理器，计算核心的总数达到了312万个，并通过高速网络连接。单就面对这样复杂的硬件构架，对程序的设计和优化也会提出许多数学问题。
在现代自然科学、工程技术和社会科学研究中，人们越来越多地利用观察和试验的手段获取数据，利用数据分析方法探索科学规律。随着新型的数据观测工具和手段的出现，我们进入了一个大数据时代，数据类型、数据量和数据产生的速度都发生了极大的变化。与过去处理实验数据的情况不同，更加重要的变化是现在所得到的数据并不能直接告诉我们现象和规律。例如，尽管人类基因组的测序完成了，但是我们还不知道如何去解读这部“天书”，仍然不知道这个序列是如何影响整个生命过程的。在这种情况下，从数据中获取知识或者进行“数据驱动”研究成为了一个新的挑战。在大数据时代，统计学、数据分析和新的建模与计算方法将得到很大发展。除了科学数据外，社会经济活动中也产生了许多形形色色的大数据，能不能理解这些数据并利用它们来改善我们的生活也得到了很大的关注。
近几十年间数学发展的另一个趋势是数学与各种技术特别是与高技术的结合。高技术的出现把我们的社会推进到了数学技术的时代。在这个计算机和计算技术飞速发展、信息技术的应用日益广泛的时代，数学与工程技术正以