[ ENERGY ]
热力學第二定律
热力學第二定律告訴我们：有序的維持與信息的处理都伴隨着能量消耗與熵增。人類文明與科技進步，本質上是在局部创造并維持秩序；科學正在從理論與工程两端寻找更高效、更可持續的路径。以下方向兼具物理深度與社會意義：
理論上，不擦除信息的可逆計算可以逼近零能耗。兰道爾原理将信息擦除與最小能耗 kT·ln(2) 联系起來。探索可逆逻辑與近可逆系統，既推動低功耗芯片與數據中心節能，也深化我们對信息與热力學關系的理解。
量子比特在叠加態下承載的信息密度远超經典比特；人脑则以约 20 瓦功耗實現復杂認知。研究量子算法的能量成本與神經形態、事件驅動等仿生架構，為下一代高能效計算與 AI 硬件指明方向，惠及從手機到电网的方方面面。
麥克斯韦妖、信息热機等思想實驗揭示：信息可以作為「負熵」參與能量與秩序的轉化。厘清信息、能量與熵的關系，不仅具有基础科學价值，也為能源管理、智能系統與可持續發展提供統一视角。
從太陽能、風能到核聚變，從电池到氢能，人類正在拓宽能源來源并提高轉换與存储效率。每一代技術的突破，都直接關系到气候安全、能源公平與全球發展，是当代最具社會价值的工程與科學前沿之一。
信息擦除在理論上存在最小能耗，但可逆或近可逆系統在工程上极難實現。我们能否在尊重热力學定律的前提下，将計算與通信的能耗不断逼近理論下界？這既關乎芯片與數據中心的能效，也關乎人類文明能否在有限能源下持續發展。
大规模 AI 訓練與海量數據处理带來的能耗與碳足迹已引起廣泛關注。如何在提升算力的同時控製能源與環境成本？算法创新、硬件能效與清洁能源的结合，是學界與產業共同面對的難題。
太陽能、風能等可再生能源具有間歇性；储能與电网調度成為關鍵。同時，讓清洁能源在全球範围内可及、可負擔，涉及技術、政策與公平問題，需要跨學科與跨国界的协作。
核聚變、新一代储能與氢能等技術在實驗室不断取得進展，但大规模落地仍面临成本、安全與基础設施的挑战。如何加速技術成熟與產業化，使全人類共享清洁、穩定、可負擔的能源，是時代交给科學與工程的重要命題。
等離子體物理、托卡馬克與仿星器設計、第一壁材料、氚循環與安全。可控核聚變若實現，将為人類提供几乎無限的清洁基荷能源，對气候與可持續發展意義深远。
固態與液流电池、氢製取與储运、压缩空气與新型储能系統。高性价比、長寿命、高安全的储能是可再生能源大规模并网與交通电气化的關鍵，直接關系减排與能源安全。
高效光伏與光热、海上風电、地热與海洋能；新型半導體與材料提升轉换效率。降低度电成本、提高系統可靠性，讓清洁电力惠及更多地区與人群。
多能互补、需求響應、分布式與微电网、能源互联网。通過數字化與智能化，在保證安全與公平的前提下提升能效、消纳波動性可再生能源，為低碳社會提供基础設施支撑。
攻克等離子體不穩定性、耐高温强輻照材料、氚自持與安全闭環，實現能量净增益與工程可行。這是人類能源史上最具挑战也最具潜力的目標之一。
發展低成本、長寿命、高安全的大规模储能技術，解决可再生能源「靠天吃饭」的間歇性，讓清洁电力 24 小時可靠供應，支撑工業、交通與民生用电。
從芯片、算法到數據中心，系統性降低单位算力的能耗與碳足迹。在 AI 與數字化時代，高能效計算既關乎商業成本，也關乎全球减排與可持續發展。
在技術可行、經济可承受的前提下，讓發展中国家與脆弱群體也能穫得清洁、可負擔的能源。科學、工程與政策协同，才能實現「不讓任何人掉隊」的能源轉型。