“高能量密度物理（HEDP）是一门正在兴起的物理学前沿交叉学科，研究的主要内容是能量密度大于每立方厘米10万焦耳状态下的物质特性和运动规律，是物理学的一个重要分支。”近日，在高能量密度物理国际会议间歇，中科院院士贺贤土微笑着向记者开始了科普。

宇宙中恒星和行星，都是高能量密度物质。为了研究宇宙物质的规律，在地球上，科学家们利用高功率激光器瞬间压缩物质，来模拟实现天体中的高能量密度状态。让科学家感到兴奋的是，他们发现，高能量密度物理会涉及大量用传统物理无法完全解释的新现象。其中，典型的高能量密度（HED）现象，一般表现为量子效应与经典效应并存。

在高能量密度状态下，物质温度通常小于费米温度，分子离解，原子部分电离，多种粒子共存。这种状态导致物质性质十分复杂：大量粒子自由度被激发，常常呈现出很强的集体效应和明显的非线性效应，并且常常形成了复杂的可压缩流体形态。“高能量密度物理已成为物理学研究中的一个亮点。”

高能量密度物理揭示了极端条件下物质的新结构和新特性。对此进行研究是物理学家面临的新挑战。高能量密度物理研究需要解决大量基础科学问题和应用问题。 不过，随着高功率激光器发展，高能量密度下的物质特性常常可用强激光进行研究，例如，天体物理实验室就是用强激光来研究观测到的高能量密度天体。因此，高能量密度物理研究不仅提供了激光驱动惯性约束聚变的物理基础，也有利于检验高能量密度物理的一些重要研究结果。

“事实上，激光聚变研究的最大动力来源于人类对能源的需求。”贺贤土说，“在激光聚变过程中，大量的科学问题属于高能量密度物理问题。如果其中规律被弄清楚了，人类就能设计出合适的聚变装置和燃料球，从而产生源源不断的聚变能。不过，该研究目前尚不成熟，投入使用尚需时日。”

因此，世界各国竞相对其进行研究。其中，美国走在世界最前列。该国在上世纪80年代中期就设计并建成了纳秒级脉冲宽度、蓝光输出能量20千焦的NOVA激光装置，并在此基础上展开了大量有关激光聚变物理的实验研究。90年代中期，美国又升级了NOVA和OMEGA激光器，输出纳秒级脉宽、蓝光能量30～40千焦，随后开始了国家点火装置（NIF）的建造，其总能量达到了1.8兆焦。

而我国于80年代中期建成了神光（SG）-I激光装置；2000年建成神光（SG）-II激光器，供物理实验。SG-II装置可以输出8束、总3千焦的蓝光能量，已用于5000多次物理打靶实验，当前正在进行进一步升级。 神光（SG）-III激光装置于2006年开始建造，设计能量为蓝光200千焦以上，预计近年内将正式运行。这些高功率激光装置的建成，使得我国激光聚变和高能量密度物理实验室研究得到了快速、蓬勃的发展。

可压缩流体：具有可压缩性的流体即为可压缩流体。实际流体都是可压缩的，然而有许多流动，流体密度变化很小可以忽略，由此引出不可压缩流体的概念。不可压缩流体是一理想化的力学模型。相对不可压缩流体，考虑流体体积变化时，则将流体视为可压缩流体。

可压缩流体：液体压缩系数很小，在相当大的压强变化范围内密度几乎不变，因此一般的液体平衡及运动问题都将液体视作不可压缩流体进行理论分析；气体的可压缩性远大于液体，多视作可压缩流体，但几乎所有自然大气运动，气流速度不大，远小于声速，流动过程中 密度没有明显变化，仍可作为不可压缩流体处理。

流体的可压缩性：流体的可压缩性是指流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。可压缩性实际上是流体的弹性。液体的可压缩性用压缩系数来表示，他表示在一定温度下，压强增加一个单位体积的相对缩小率。若液体的原体积为V，则压强增加dp后，体积减少dV，压缩系数为κ=-V^-1*dV/dp。

由于液体受压体积减少，dp和dV异号，式中右侧加负号，以使κ为正值，其值越大则流体越容易压缩。κ的单位是1/Pa。根据增压前后质量不变，压缩系数可表示为κ=dρ/(ρdp)。液体的压缩系数随温度和压强变化。压缩系数的倒数是体积弹性模量，即Κ=1/κ=-Vdp/dV=ρdp/dρΚ的单位是Pa。

气体的可压缩性：气体具有显著的可压缩性，在一般情况下，常用气体（如空气、氮气、氧气、二氧化碳等）的密度、压强温度三者的关系符合完全气体状态方程，即p/ρ=RT式中p为气体的绝对压强（N/m^2）；ρ为气体的密度（kg/m^3）；T为气体的热力学温度（K）；R为气体常数，在标准状态下，R=8314/M（J/kg*K），M为气体的分子量。空气的气体常数R=287J/kg*K。当气体在压强很高，温度很低的状态下，或接近于液体时就不能当做完全气体看待，上式不适用。