為什麼基礎理論研究（物理、天文）需要巨額投資？

01-04

為什麼基礎理論研究（物理、天文）需要巨額投資？
或者說，類似LHC/托克馬克具體的運作是怎麼使用的？這些沒法像普通的化學/生物那樣做普適實驗啊？
化學/生物/醫藥/材料基礎建設，不斷實驗周期長還可以理解，但是仿星器不可能天天實驗啊？
基礎科學研究在口頭上得到很多人的支持，國內外的政治家都會在公開場合強力支持基礎研究。但實際上很多人是葉公好龍。

在實際投入的時候，走捷徑的想法也很有市場：利用人家發現的規律、知識，如果只搞應用技術開發，不是比較省錢嗎？

謝邀。

我覺得你有一個誤解，新聞報道經常說一個超大規模的科研工程是為了「研究/觀測xxx」等，但是實際上這些工程不可能為了一個目的就上馬的，一旦運作起來承擔的實驗任務是非常多的。如果這個工程有官方網站，並且網站維護人員比較走心的話(我沒有吐槽國內某些科研機構的網站的意思)，是會發布實驗日程，並且告訴你如果你有需求應該如何提交申請的。

我來簡要說一下激光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物理過程涉及激光與低密度等離子體、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激光能夠向前傳播的最高密度。其中涉及了激光的傳播，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。

激光與低密度等離子體相互作用是一個弱非線性過程，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，而激光與固體密度等離子體相互作用是一個強非線性過程，現在還沒有有效的數學手段能夠對這一過程進行描述。

所以對於激光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，在網格中布滿宏粒子（一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，然後計算出所有的宏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。如此循環下去，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。而為了做一個好的工作，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激光器，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，畢竟打一發激光就是幾十萬；而小型檯面飛秒激光器商品化的500—1000W人民幣一台吧，國內有很多，隨時都在進行實驗。

數學沒有巨額投資啊，科研經費比別的學科少多了。

一句話，他們研究的都是離量產最遠的東西

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么？

打過Dota的話，「基礎科學」就好比，本方的「聖壇（或者祭壇之類的）」。這個比喻也許不是很恰當。

仔細想想，

這個「聖壇」，保證了己方成員，在任何時刻都能花錢買到更好的裝備，也許是與對手抗衡的頂級裝備。在野店裡，買到頂級裝備，需要花費更多的錢。

「投資」這個詞，不太合適，應該是「投入」。

這種投入，主要體現在，對「聖壇」的傳承和發展上。因為，基礎科學，往往是些不賺錢的（沒人願意投資的），或者是沒人願意從事的行業或者方向。所以，一般都是由政府發起。商業研發，在過去，大致是對基礎科學的某種「優化」，或者「應用」。

數學哪裡需要巨額投資了？

因為基礎科學最接近從無到有

按照能標分類的話，生物和化學都是低能標下的理論，而高能標的地方都包含在了物理和天文的研究中。能標越高，越費錢。