近一个世纪以来基础物理是否没有进步？半导体工业是否会因此陷入停滞？

01-15

业界普遍认为，由于物理规律限制，目前常规晶体管的极限将在2nm左右到来，在这个规模下，基于宏观原理工作的硅基半导体晶体管将彻底无法运行。而考虑到工程实际情况，也许在10nm时就已经会遭遇无法解决的问题。我们依靠了40年，并以之建立了辉煌信息产业大厦的硅基半导体工业，也许在10年内就会走到尽头，我们所剩下的工艺，乐观估计还有6代，悲观估计可能只有
4代。之后，人们就必须要想办法去寻找新的原理，以新的材料制造新的器件。突破终将会到来，但是究竟需要多长时间？谁也没把握，因为基础物理已经80年没
有进步了，半导体行业在打光手中所有牌之后的痛苦空白期到底有多长，没有人可以给出答案。
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二战后由Feynman, Schwinger，朝永振一郎引导的量子电动力学的发展，以及由此引发的关于重整群的研究，直到七十年代Wilson提出完整的重整群理论并将重整群应用到研究相变与临界现象，这就是基础物理的一个重大进展。

另外一个重大进展是以杨振宁提出Yang-Mills理论为开端，由此引发的关于强相互作用和弱相互作用的研究，直至标准模型的建立，这个又是一个基础物理的重大进展。

其中涉及到的诺贝尔物理学奖有：

1965年Schwinger, Feynman, Tomonaga因为创立量子电动力学获奖

1969年Murray Gell-Mann因为利用SU(3)群对基本粒子进行系统归类获奖，顺便说一句，夸克就是这位提出的

1979年Weinberg, Salam, Glashow 因为弱电统一理论获奖，最近颇受关注的Higgs Mechanism就是被Weinberg在他的获奖论文A model of leptons 引用而名声大噪

1982年Wilson因为重整群和相变的研究获奖

1999年"tHooft 和他的老师Veltman 因为用费曼的路径积分方法证明了Massive Yang-Mills理论可以重整化获奖

2004年Gross, Wilczek, Politzer因为对量子色动力学中渐进自由的精确描述获奖

2008年南部阳一郎和另外两个日本的物理学家因为对自发对称破缺的研究而获奖

以上基本上全是高能物理的范畴，因为高能物理学家通常都认为他们才是真正研究基础理论的，但是Anderson在More is different里面已经表达了这样的一个观点，condensed matter physics is no less fundamental than high energy physics, 所以加上凝聚态方面的重大进展，又有如下列表（未必完备，欢迎补充）：

1972年超导的BCS理论，尽管我老板(一位美国人)坚持认为应该是苏联的Eliashberg, Migdal, Gorkov, Bogoliubov才是超导理论的真正阐明者.

1973年Josephson SNS junction

1977年Anderson, Mott, van Vleck这个凝聚态三巨头获奖

如果算上天文领域，还有钱德拉塞卡关于白矮星质量上限的研究，MTW关于广义相对论的进一步研究。

这些研究跟问题里面说的半导体工业没多少关系，不知道为什么提问者会认为半导体工业达到了瓶颈是因为最近八十年基础物理没有进步导致的。不过我遇到过有做DFT计算的教授认为从薛定谔方程的提出（1926年）到当时（2010年左右）基础物理没有什么进步，那是因为他的眼光仅仅局限于他的领域，认为一切都是从波函数算出来的，殊不知在量子场论里面，就连一开始取代了波函数的产生湮灭算符都要被路径积分取代了，更遑论波函数？有句话叫做，如果你唯一的工具就是一把锤子，那么你看全世界都是钉子，此言得之。

那是因为最近80年的诺贝尔奖，大多数人已经看不懂是什么了，所以造成一种基础物理没有进步的错觉

现在是2015年年初，往前算一个世纪就是1915年：

首先我要说的是，1927年第五届索尔维会议，往小了说是爱因斯坦和玻尔的世纪争论，往大了说是相对论和量子物理悬而未解的旷世碰撞。娱乐点说，是科学界的全明星。

与会成员如图：

(这个名单包括：薛定谔，泡利，海森堡，德拜，克莱默，狄拉克，康普顿，德布罗意，.波恩，玻尔，朗缪尔，普朗克，.居里夫人，洛伦兹，爱因斯坦，朗之万...）

这个张照片里随便拿出一个人，哪怕配不上震古烁今，也足以称得上不朽。

难道你们相信这些人竟然在1915年以后，就没有任何建树了吗

首先，1915年，爱因斯坦发表了广义相对论。然后我觉得可以终结这个问题了

不过我还是打算借此机会多说说

海森堡提出的不确定性原理、完善了矩阵力学，这是量子物理的数学基础
薛定谔提出波动力学并证明其和矩阵力学的等效性
德布罗意证明物质具有波粒二象性，即德布罗意波的存在
泡利不相容原理
狄拉克的电子波动方程
海森堡提出原子核由质子和中子组成，后人证实
居里夫人的放射性研究以及原子核衰变研究
奥本海默根据相对论预言黑洞的存在
爱因斯坦和波多尔斯基等提出量子纠缠态

好吧这些都是索尔维会议的与会者们干的事情

在他们之后还有

标准模型的建立和完善
贝尔提出的贝尔不等式（及其在量子物理范畴的否定）
杨振宁和宇称不守恒（及其在弱相互作用下的否定）
反物质的发现
约翰·惠勒的延迟选择实验和德鲁的量子擦除实验
弦论和量子场论
费曼在量子电动力学方面的研究
唔对了，还有史蒂芬霍金以及他的等等

以上~

不请自来答个题，排名第一的答案好像没有解决半导体工业的问题，量子理论确实是不太懂，不过量子隧穿效应晶体管确实是存在的，而且有望成为下一代晶体管的结构（国际半导体协会什么的如是说），要说高大上的物理概念，貌似拓扑绝缘体可以算一个，也是可以用来提升晶体管相关的性能的，总之，物理学在发展，半导体产业或者论文也在发展，物理学的飞跃没有体现在半导体产业而已，二者可以说没什么必然联系。

ok，还要说半导体产业会不会挂掉哈，首先，计算机芯片的功能不是只靠材料决定的，还有算法优化，电路设计云云，所以，下一代芯片还是会有的，其次，计算机CPU部分尺度的确可能会到达极限，但是其他部分潜力还很大，所以，英特尔不会挂掉的，最多转行开发别的。这是半导体产业问题。

最后，说说可能有危机的，其实晶圆厂，做加工的可能真的会有问题，比如台积电，德州仪器之类，如果传统硅材料被新材料取代，那么意味着大量的生产线可能要报废（或者做别的元件），这可能会带来产业洗牌，有很多人失业，有很多创业，其实每个行业都会有这样的日子的，即使跟新材料相比，现在的硅材料工艺也几乎是完美的，可以说，英特尔做出来的芯片，任何一个实验室用其他材料用再多的钱也做不出来，要想重演上一次硅材料开启的神话，半导体行业只能等待下一个完美的材料了。

我先琢磨了一下题主说的基础物理是什么，也许，是指题主您能看懂的物理？

今年是2015年，往前推80年就是1935年。好，那我举一个中国人都爱说的东西，相对论。广义相对论是在1916年左右提出的，我不知道你看不看得懂，反正我觉得我不太看得懂。

昨天看Ted视频，说的是2014年3月17日的一个发现，大概就是通过观测宇宙微波背景辐射的涨落，从而得到大爆炸初期的引力波，有效地支持了BBT。当然这不算基础物理，但是这是一个非常非常伟大的发现——如果是对的的话。

好了现在我们回到问题，我姑且认为基础物理就是四大力学。理论力学，量子力学，电动力学，热力学和统计物理。

理论力学，两大台柱，哈密顿力学和拉格朗日力学，这个没什么好说的，基本上都不是近来的发现。

量子力学，或许我们也不能把它归到近80年的事情，毕竟1926年薛定谔就证明了波动力学和矩阵力学的等价性。但是，量子力学其实根本没有发展好，没有办法完全自洽……总而言之你知道它一直在发展而且从未停止就好了。

电动力学，当然我们可以说创始人是Maxwell，基础理论总归还是那几个，最多算上和狭义相对论的交叉部分。发展时间为19世纪。但是和量子力学一样，依旧有悬而未决的一些问题。

热力学和统计物理……嗯，这个我还没学。

顺便赠送一个链接，物理學中未解決的問題。

再看了一下题目，描述部分说的是晶体管……

首先，我告诉你，晶体管不是我物理界的主要范畴，尤其是常规传统的晶体管，请出门左转找电子科学系的同学。

其次，谁告诉你我物理界就看这个硅晶体管了哈~~就算我们走材料物理路线，也有各种材料，比如我之前有做过一个presentation，就是关于石墨烯的。我们可以来说说石墨烯晶体管。首先，石墨烯是在21世纪才被造出来的玩意儿，必须近80年有没有？！啊，所以你不用担心硅晶体管过时了啦。你们这些人类啊，就等实验室造出其他晶体管好了啊。

不过，半导体不算是基础物理，我觉得算是材料物理吧。而且半导体又不是只有silicon（输入法打中文的不常见字真的好吐艳啊让我用英文吧），其实这部分内容我还没学但是我好歹知道，半导体决定于其禁带的宽度……当然你不用知道(╯‵□′)╯︵┻━┻。

总而言之，你要知道，实验室每个研究人员都是在认真工作的——那么穷还那么辛苦，不就为了所谓的理想么，能不认真吗？物理学也一直在发展，诺奖的论文没有那么难懂（我们老师说过，越有价值的论文常常越短）。如果你有心地话，还是去看一下这些年的诺奖吧。

想起来再说几句，很多之前的理论，包括爱因斯坦的理论啊，包括大爆炸理论啊，都并不是大家想的那么完善，而且有相当数量都是未被证实的假说。Science和Technology的发展总是相互的，更大或者更小的尺度，更极限的性质，每一点细微的推进的背后，都是无数人的泪和汗。而只有在这些细微的进步逐渐累加之后，才会成就科学的进步——就像百年前建立量子力学那个风起云涌的时代一样。你看到今天的每一点量变（或许你觉得不起眼），但是那最终一定会成就另一个时代。

This is my brief.

《自然》杂志2016年报导，

The chips are down for Moore"s law : Nature News Comment

　　“The semiconductor industry will soon abandon its pursuit of Moore"s law. Now things could get a lot more interesting.”

　　“Next month, the worldwide semiconductor industry will formally acknowledge what has become increasingly obvious to everyone involved: Moore"s law, the principle that has powered the information-technology revolution since the 1960s, is nearing its end.”

摩尔定律要终止了，再过10年，就没有人用手机的更新换代来证明科技在飞速发展

题主一定看了三体，明显是三体中那种逻辑，事实上没有智子到来，各个领域的科学一直都在进步，重大革命性进展也不是乏善可陈，只是在社会传媒们热衷于博取眼球的今天，能指望某些“名不见经传”的科学家做出的成果超过各种明星绯闻，被媒体放上头条么？

题主这种幼稚的看法是对科学工作者们辛勤劳动的不尊重。

题主是不是《三体》看多了？

都是科技乐观派啊，幸亏科学家是有操守的。

等引力波和微观领域的突破吧！

至于半导体，如果在碳基思路上没有进展。

那我们就拼设计呗，我的主板能养鱼，你的cpu是条狗，迎接定制时代！

不谈基础物理，单谈半导体，决定半导体速度的不仅仅是集成度，还有开关速度，截止频率，并且不仅仅是平面的，未来的半导体也会向三维发展，所以光看集成度来考虑芯片的速度是不对的，只是硅的响应速度已经做到极限了，所以现在的芯片才这么重视集成度。从材料上来讲，电子性质强于硅的材料很多很多。拿目前非常火的石墨烯来说，从电子性质上简直完爆硅。石墨烯这种材料最有意思的一点就在于，大面积的石墨烯是没有带隙的，也就不是半导体，但是我们可以通过制造石墨烯纳米带来获得不同的带隙，控制石墨烯的碳原子个数和边界，我们又可以得到半导体或导体的性质，也就是说我们完全可以只用石墨烯来制造一块芯片，且石墨烯超高的电子迁移率可以让芯片获得非常高的响应速率，并且由于纳米带的宽度非常小，集成度又可以做到很高。从任何物理性质的方面看石墨烯都是碾压硅的。

但是石墨烯诸多优点为什么依然还在实验室里呢，这是因为成本太高，现有石墨烯晶体管的工艺不适合大规模生产。制约半导体产业发展的恰恰不是基础理论，而是工艺与成本，碳纳米管出来的时代，大家欣喜若狂，可是性质再牛逼，工厂没办法做又有什么用，石墨烯也可能遭受此种命运。半导体的课题非常多，材料也非常多，但往往制约一个材料的发展时并不是我们算不出材料的某个特性，而往往理论做得特别好，却做不出来，或者做出来了却不能生产，能生产了成本太高。你所看到的往往是工业界成熟的产品，但工业圈所代表的是价格、工艺、市场等一系列因素综合起来的结果，并不能展示半导体在学术上的最新的研究与发现，更不用说更为基础的理论物理了。

是的。我们的基础物理被智子锁死了。

大多数人的脑子已经碰上了智子的障碍所以即使理解一小个领域的前沿进展也比较难了

哼愚蠢的地球人，我们的两个智子在八十年前就到达地球了。

在近一个世纪中，物理是实实在在的发展。（不然每年的诺奖都颁给了谁？）只不过近一个世纪以来的很多的的发现都不再像爱因斯坦的相对论以及量子力学那样能够创造出一个物理学分支，而是将这个分支加以深化。越深化，民众就越无法理解，对普通大众而言就相当于没有发展。