杨振宁7 岁来到清华园，那年他父亲杨武之应聘到清华大学任算学系教授。清华大学物理系和算学系当时都在科学馆办公，科学馆是杨振宁小时候最喜欢的一个地方，尤其夏天，里面特别凉快。2003 年杨先生正式回到清华大学任全职教授。之后他创办的高等研究中心从理科楼搬回到科学馆，杨先生形容自己的人生画了一个圆。那段时间，他特别喜欢读20世纪英国大诗人T.S. Eliot的一首诗，并亲自译成中文，其中的两句是：“我的起点，就是我的终点……我的终点，就是我的起点。”“我们将不停地寻索，而我们寻索的终结，将会达到了我们的始点，从而第一次了解此地方。”

凝聚态物质内部的原子堆垛方式，即微观原子结构，是深入理解其各种宏观物理和化学性质的基础。近年来，随着基于群智理论的全局优化算法和第一性原理计算方法的发展，只根据物质的化学组分和外界条件，通过理论计算来确定或预测物质的微观原子结构成为可能。文章将对目前国内外主要理论结构预测方法进行简要的概述，重点介绍基于群智算法的卡里普索(CALYPSO)结构预测方法的基本原理及其在凝聚态物质结构研究中的一些典型应用。

机器学习方法近年来在许多不同的领域受到广泛的关注，文章回顾了机器学习方法在量子多体物理中的应用的几个有代表性的例子，着重讨论了机器学习方法对于解决量子多体物理中“指数墙”困难的可能的潜在意义。除此以外，量子多体物理中的若干方法和思想反过来可能对理解机器学习领域面临的核心问题有重要的启发作用。

深度学习是一类通过多层信息抽象来学习复杂数据内在表示关系的机器学习算法。近年来，深度学习算法在物体识别和定位、语音识别等人工智能领域，取得了飞跃性进展。文章将首先介绍深度学习算法的基本原理及其在高能物理计算中应用的主要动机。然后结合实例综述卷积神经网络、递归神经网络和对抗生成网络等深度学习算法模型的应用。最后，文章将介绍深度学习与现有高能物理计算环境结合的现状、问题及一些思考。

21世纪的天文学步入大数据时代和信息时代，呈现出了新面貌。天文学的起源问题和面临的信息科学问题仍是天文学家亟待解决的难题。尽管科学家们已经取得了一些成果，但在新的形势下，还需用人工智能方法武装头脑，与其他领域的专家或企业合作，培养和造就面向大数据的新一代人才，共同谱写天文学的华丽篇章。

2016年3月以及2017年5月，在与李世石和柯洁两位最顶尖人类棋手的两次围棋人机大战中，AlphaGo分别以4：1和3：0的比分获胜。围棋界从对计算机围棋评价不高，到承认计算机已经彻底战胜了人类棋手，只有短短的一年多时间。文章介绍蒙特卡罗树形搜索、策略网络、价值网络、强化学习等围棋算法思想，回顾计算机围棋算法不断发展直至处理复杂的能力超过人类棋手的历程，并展望人工智能对围棋与社会的影响。

多年来，中国科学院上海高等研究院低碳转化科学与工程重点实验室在CO₂高效活化转化领域做了大量的研究工作并取得了系列研究成果。例如，针对CO₂直接加氢合成甲醇，该技术是指在一定温度、压力下，利用CO₂ 与H₂ 作为原料气，通过在催化剂(铜基或其他金属氧化物催化剂)上加氢反应催化转化生产甲醇。甲醇是最简单的饱和醇，也是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料，广泛用于有机合成、医药、农药、涂料、染料、汽车和国防等领域中。由于催化剂制备技术上的保密，有关CO₂加氢合成甲醇催化剂的实用制备技术鲜有报导；国内在CO₂加氢转化大规模制备甲醇技术方面，从20 世纪80 年代开始研究文献日益增多。我们团队在CO₂加氢制甲醇方面，开展了大量的基础研究和技术开发工作。

设想下，当你匆忙间抓起最新一期Physics World 时，划伤了手。这并不严重，但如果免疫系统正常，你的身体将会在微观组织上做出惊人壮举：评估感染造成的损害和威胁，将防卫细胞发送到现场，以清理侵入性细菌并密封伤口。几天后，皮肤和血管自己修复了。 
当然这一过程并不涉及思维和大脑。相反，大尺度上的图案源于小尺度上细胞与其邻居相互作用。这正是“自组织”的关键，在人类免疫系统、蝗虫群、雪花中的水分子或磁性材料中的电子，这些不同系统中都会出现。 因而，这主要依赖于物理学：直接研究细胞层面的物理相互作用，或者使用物理理论模型来了解生物系统中出现的行为。同时也需跨学科，如物理学家、计算机科学家、生物学家、数学家和医生等共同协作。

粒子物理的标准模型描述了所有已知的基本粒子，如电子和夸克。这些粒子在凝聚态物质中，通常具有类似物，其表现形式为集体态或准粒子。一个例子是在石墨烯中的电子态，它的行为像一个无质量的狄拉克费米子——粒子自旋为1/2，反粒子不是它自己。与标准模型相比，凝聚态物理可以提供为数更多的“基本粒子”。这是由于这样的事实：不同于基本粒子，固体中的准粒子不受所谓的洛伦兹不变性约束。违反洛伦兹不变性的准粒子，其动量—能量关系取决于它前进的方向。最近，三个研究组收集到II 型狄拉克费米子存在的首批证据，这些准粒子破坏了洛伦兹不变性。这些电子态在标准模型中没有对应物，它们可能与一种新型超导电性相联系。

我们生活在一个变幻万千的世界，一切万物，从微观到宏观都在不断变化。宇宙膨胀、太阳聚变、地月绕转、四季更替、云卷云舒、花开花落、细胞代谢、分子振动、电子成云等等，变化着的世界看似非常复杂，却也蕴含着基本的物理规律。就像一幅绚烂多彩的分形图，看起来复杂无比，其实不过是几个简单分数维度造成的结果(图1)。复杂和简单，之间只不过一层窗户纸。所谓“纵横不出方圆，万变不离其宗”，纵然孙悟空有七十二般变化，却怎么也遮掩不了他的猴子尾巴。在变幻之中，总有一些不变的本质可循。

化学元素和它们的结构(元素周期表)蕴涵着大自然的众多秘密，元素名称反映了人类文化演化史的一个重要侧面。了解元素名称的字面意思，或可找回部分因汉译所丢弃的关键内容。