[ ENERGY ]
热力学第二定律
热力学第二定律告诉我们：有序的维持与信息的处理都伴随着能量消耗与熵增。人类文明与科技进步，本质上是在局部创造并维持秩序；科学正在从理论与工程两端寻找更高效、更可持续的路径。以下方向兼具物理深度与社会意义：
理论上，不擦除信息的可逆计算可以逼近零能耗。兰道尔原理将信息擦除与最小能耗 kT·ln(2) 联系起来。探索可逆逻辑与近可逆系统，既推动低功耗芯片与数据中心节能，也深化我们对信息与热力学关系的理解。
量子比特在叠加态下承载的信息密度远超经典比特；人脑则以约 20 瓦功耗实现复杂认知。研究量子算法的能量成本与神经形态、事件驱动等仿生架构，为下一代高能效计算与 AI 硬件指明方向，惠及从手机到电网的方方面面。
麦克斯韦妖、信息热机等思想实验揭示：信息可以作为「负熵」参与能量与秩序的转化。厘清信息、能量与熵的关系，不仅具有基础科学价值，也为能源管理、智能系统与可持续发展提供统一视角。
从太阳能、风能到核聚变，从电池到氢能，人类正在拓宽能源来源并提高转换与存储效率。每一代技术的突破，都直接关系到气候安全、能源公平与全球发展，是当代最具社会价值的工程与科学前沿之一。
信息擦除在理论上存在最小能耗，但可逆或近可逆系统在工程上极难实现。我们能否在尊重热力学定律的前提下，将计算与通信的能耗不断逼近理论下界？这既关乎芯片与数据中心的能效，也关乎人类文明能否在有限能源下持续发展。
大规模 AI 训练与海量数据处理带来的能耗与碳足迹已引起广泛关注。如何在提升算力的同时控制能源与环境成本？算法创新、硬件能效与清洁能源的结合，是学界与产业共同面对的难题。
太阳能、风能等可再生能源具有间歇性；储能与电网调度成为关键。同时，让清洁能源在全球范围内可及、可负担，涉及技术、政策与公平问题，需要跨学科与跨国界的协作。
核聚变、新一代储能与氢能等技术在实验室不断取得进展，但大规模落地仍面临成本、安全与基础设施的挑战。如何加速技术成熟与产业化，使全人类共享清洁、稳定、可负担的能源，是时代交给科学与工程的重要命题。
等离子体物理、托卡马克与仿星器设计、第一壁材料、氚循环与安全。可控核聚变若实现，将为人类提供几乎无限的清洁基荷能源，对气候与可持续发展意义深远。
固态与液流电池、氢制取与储运、压缩空气与新型储能系统。高性价比、长寿命、高安全的储能是可再生能源大规模并网与交通电气化的关键，直接关系减排与能源安全。
高效光伏与光热、海上风电、地热与海洋能；新型半导体与材料提升转换效率。降低度电成本、提高系统可靠性，让清洁电力惠及更多地区与人群。
多能互补、需求响应、分布式与微电网、能源互联网。通过数字化与智能化，在保证安全与公平的前提下提升能效、消纳波动性可再生能源，为低碳社会提供基础设施支撑。
攻克等离子体不稳定性、耐高温强辐照材料、氚自持与安全闭环，实现能量净增益与工程可行。这是人类能源史上最具挑战也最具潜力的目标之一。
发展低成本、长寿命、高安全的大规模储能技术，解决可再生能源「靠天吃饭」的间歇性，让清洁电力 24 小时可靠供应，支撑工业、交通与民生用电。
从芯片、算法到数据中心，系统性降低单位算力的能耗与碳足迹。在 AI 与数字化时代，高能效计算既关乎商业成本，也关乎全球减排与可持续发展。
在技术可行、经济可承受的前提下，让发展中国家与脆弱群体也能获得清洁、可负担的能源。科学、工程与政策协同，才能实现「不让任何人掉队」的能源转型。