孙昌璞院士
物理学是研究物质及运动规律的基础科学。其研究内容可以概括为以下两个方面：第一、在更高的能量标度和更小的时空尺度上，探索物质世界的深层次结构及其相互作用规律；第二、面对由大量个体组元构成的复杂体系，探索超越个体特性的、“演生”出来的有序和合作现象。这两方面代表了两种基本的科学观——还原论（reductionism）和演生论（emergence）。
前者把物质性质归结为其微观组元间的相互作用，旨在建立从微观出发的终极统一理论，是一代又一代物理学家的科学梦想；后者强调多体系统的整体有序和合作效应，把不同层次“演生”出来的规律当成自然界的基本规律加以探索。它涉及从固体系统到生命软凝聚态等各种多体系统，直接联系关乎日常生活的实际应用。
现代物理学通常从理论和实验两个角度探索以上的重大科学问题。
利用科学实验方法，通过对自然界的主动观测，辅以理论模型或哲学上思考，先提出初步的科学理论假设，然后借助进一步的实验对此进行判定性检验。最后，据此用严格的数学语言精确、定量表达一般的科学规律，并由此预言更多新的、可以被实验再检验的物理效应。当现有的理论无法解释一批新的实验发现，物理学就要面临前所未有的挑战，有可能产生重大突破、诞生的新理论。
新的理论在解释已有实验结果的同时，还将给出更一般的理论预言，引发新的实验研究。物理学研究这些内禀特征，决定了理论物理学作为一门独立学科存在的必要性以及在当代自然科学中的核心地位。
理论物理学立足于科学实验和观察，借助数学工具、逻辑推理和观念思辨，研究物质的时空存在形式及其相互作用规律，从中概括和归纳出具有普遍意义的基本理论。
由此不仅可以描述和解释自然界已知的各种物理现象，而且还能够预言此前未知的物理效应。需要指出，理论物理学通过当代数学语言和思想框架，使得物理定律得到更为准确的描述。沿循这个规律，作为理论物理学最基础的部分，20世纪初诞生的相对论和量子力学今天业已成为当代自然科学的两大支柱，奠定了理论物理学在现代科学中的核心地位。统计物理学基于概率统计和随机性的思想处理多粒子体系的运动，是二者的必要补充。
量子规范场论从对称性的角度描述微观粒子的基本相互作用，为自然界四种基本相互作用的统一提供坚实的基础。
关于理论物理的重要作用和学科发展趋势，我们分六点简述如下。
1、理论物理研究纵深且广泛，其理论立足于全部实验的总和之上。由于物质结构是分层次的，每个层次上都有自己的基本规律，不同层次上的规律又是互相联系的。物质层次结构及其运动规律的基础性、多样性和复杂性不仅为理论物理学提供了丰富的研究对象，而且对理论物理学家提出巨大的智力挑战，激发出人类探索自然的强大动力。因此，理论物理这种高度概括的综合性研究，具有显著的多学科交叉与知识原创的特点。
2、面对当代实验科学日趋复杂的技术挑战和巨大经费需求，理论物理对物理学的引领作用必不可少。第二次世界大战后，基于大型加速器的粒子物理学开创了大科学工程的新时代，也使得物理学发展面临经费需求的巨大挑战。因此，伴随着实验和理论对物理学发展发挥的作用有了明显的差异变化，理论物理高屋建瓴的指导作用日趋重要。
3、理论物理学本质上是一门交叉综合科学。
大家知道，量子力学20世纪的奠基性科学理论之一，是人们理解微观世界运动规律的现代物理基础。它的建立，导致了以激光、半导体和核能为代表的新技术革命，深刻地影响了人类的物质、精神生活，已成为社会经济发展的原动力之一。然而，量子力学基础却存在诸多的争议，哥本哈根学派对量子力学的“标准”诠释遭遇诸多挑战。
不过这些学术争论不仅促进了量子理论自身发展，而且促使量子力学走向交叉科学领域，使得量子物理从观测解释阶段进入自主调控的新时代，从此量子世界从自在之物变成为我之物。
4、理论物理学在对具体系统应用中实现创新发展，并在基本的层次上回馈自身。从量子力学和统计物理对固体系统的具体应用开始，近半个世纪以来凝聚态物理学业已发展成当代物理学最大的一个分支。它不仅是材料、信息和能源科学的基础，也与化学和生物等学科交叉与融合，而其中发现的新现象、新效应，都有可能导致凝聚态物理一个新的学科方向或领域的诞生，为理论物理研究展现了更加广阔的前景。
5、理论物理的一个重要发展趋势是理论模型与强大的现代计算手段相结合。面对纷繁复杂的物质世界（如强关联物质和复杂系统），简单可解析求解的理论物理模型不足以涵盖复杂物质结构的全部特征，如非微扰和高度非线性。现代计算机的发明和快速发展提供了解决这些复杂问题的强大工具。
辅以面向对象的科学计算方法（如第一原理计算、蒙特卡罗方法和精确对角化技术），复杂理论模型的近似求解将达到极高的精度，可以逐渐逼近真实的物质运动规律。
6、理论物理学将在国防安全等国家重大需求上发挥更多作用。大家知道，无论决胜第二次世界大战、冷战时代的战略平衡，还是中国国家战略地位提升，理论物理学在满足国家重大战略需求方面发挥了不可替代的作用。理论物理学家爱因斯坦、奥本海默、费米、彭桓武、于敏、周光召等人也因此彪炳史册。
为了全方位支持我国理论物理事业长足发展，1993年国家自然科学基金委员会设立“理论物理专款”，并成立学术领导小组（首届组长是我国著名理论物理学家彭桓武先生）。多年来，它凝聚了我国理论物理学家集体智慧，不断探索符合理论物理特点和发展规律的资助模式，培养理论物理优秀创新人才做出杰出的研究成果，对国民经济和科技战略决策进行了指导和咨询。
《21世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书》包括中英文的专著和基础理论，以相关专业领域的研究生为起点。主要内容有（包括但不限于）：（1）最深层次物质结构和动力学规律的前沿：量子场论及与宇宙学；粒子物理及与宇宙学；高能重离子碰撞和强子物理中动力学规律。（2）凝聚态理论：强关联多电子系统的理论研究；受限小量子系统。
（3）跨学科理论研究新领域：理论物理与生命科学；有机固体和聚合物的理论物理研究；纳米材料设计的基础理论；量子信息。
本文摘编自《21世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书》出版前言，标题为编者所加。