2020年物理學5大革命性發現，從黑洞信息悖論到時間之謎

你可能已經聽說過最早的「隔離天才」的故事，艾薩克·牛頓為了躲避瘟疫，徹底革新了數學和物理學。在像2020年這樣的流行病肆虐之年，人們自然希望看到一些類似的希望。也許另一個奇才的想法正被給予時間和空間來孕育，誰知道會有什麼奇蹟在等待著他。

在牛頓的時代，隔離意味著，除了一棵蘋果樹，幾乎沒有什麼東西可以做伴。但更重要的是，科學本身從那時起已經完全改變了。直到大約一個世紀前，一位孤立的思想家才有機會引發一場全面的知識革命。現在，最大的問題（理論問題）往往只會在全球學者團隊的齊心攻克下才會有成效。

然而，令人震驚的是，今年有兩個這樣的團隊在可能引發物理學下一次革命的理念上取得了重大進展。這些研究人員已經逐步解決了理論物理學中最誘人、最頑固的問題，即史蒂芬·霍金的黑洞信息悖論。正如牛頓最終證明了拉住樹上蘋果的引力與使月球在軌道上運行的力是一樣的，這些科學家們夢想著將阿爾伯特·愛因斯坦關於引力的觀點與量子力學的粒子和場結合起來。雖然實現這個目標還需要一段時間，但牛頓也花了20多年時間才出版了他的傑作《原理》。希望在這疫情肆意的一年裡播下的智力種子（黑洞信息悖論和量子糾纏，蟲洞和全息圖），有一天會結出輝煌的果實，這並不瘋狂。

黑洞信息悖論研究進展

關於黑洞信息悖論，降為說就是：物質落入黑洞，隨著時間的推移（很長很長一段時間），黑洞「蒸發」。但落入黑洞的物質發生了什麼？根據萬有引力定律，它消失了，它的信息永遠消失了。但根據量子力學的規則，信息永遠不會丟失。因此，悖論出現了。今年，一系列重量級的計算表明，信息一定會以某種方式洩露出去，儘管它是如何洩露出去的仍然是個謎。黑洞理論不再包含使其自相矛盾的邏輯。但仍有許多令人困惑的地方，甚至連物理學家自己也感到困惑。就理解黑洞而言，這充其量只是開始的結尾。

物理學家創造了室溫超導體

懸浮的火車，無損的電力傳輸，完美的能源儲存，室溫超導性的藍圖已經滿足了許多烏託邦式的夢想。紐約羅徹斯特大學的一個研究小組報告稱，他們以氫原子晶格為基礎創造了一種材料，這種材料顯示了在大約15攝氏度下超導的證據，這個溫度大約相當於一個寒冷房間的溫度。唯一的問題是，它只有在材料被加壓到接近地核的壓力才會起作用。烏託邦將不得不等待。

時間之謎的新答案

當你問一般的理論物理學家關於時間的本質，他們可能會說時間的流動是一種幻覺。根據愛因斯坦的廣義相對論，在一個「塊宇宙」中，空間的三個維度和時間的一個維度交織在一起，這個「塊宇宙」包含了整個過去、現在和未來。愛因斯坦在1955年去世前幾周寫道，「過去、現在和未來之間的區別只是一個頑固的錯覺。」然而，一個關於時間的新觀點（一個來自於一個關於數學的舊觀點）可能會為我們走出這個封閉宇宙的監獄提供一條出路。

天文學家發現了快速射電暴的來源

一個耀眼的宇宙閃光燈結束了一個持久的天文學之謎。自2007年首次發現快速射電暴以來，一直沒有得到解釋。快速射電暴是一種只持續幾毫秒的遠距離無線電波。天文學家已經想出了太多的理論來解釋什麼是宇宙中最強大的射電源。在4月一個寧靜的早晨，一場爆炸照亮了地球上的望遠鏡，這使得研究人員可以追蹤它的來源，追溯到曾經有天體發射x射線的那部分天空。天文學家得出結論，這一現象的背後是一顆被稱為高度磁化的中子星。

存在第三粒子王國的有力證據

宇宙分裂成兩種粒子：玻色子或費米子。但如果你創造一個玩具宇宙，一個只有兩個空間維度而不是我們熟悉的三維空間，粒子行為的規則就會改變。在這個二維宇宙中，拓撲規則允許第三種粒子存在，即所謂的任意子。早在20世紀80年代，人們就首次預測出了任意子，但直到今年，實驗才最終證實了它們的存在。

巨大的磁場可以解開宇宙之謎

目前宇宙學中最大的謎團與哈勃常數有關，哈勃常數是宇宙膨脹速度的量度。早期宇宙的數據預測了一個值。來自現代宇宙的數據預測了另一種可能性。造成這種差異的原因是什麼？宇宙學家沒有窮盡的想法，但有一個被忽視的可能性是，在宇宙誕生之時，磁場可能存在。支持這一假設的關鍵證據是，天文學家發現了宇宙中已知的最大磁場——1000萬光年的磁化空間滲透在星系團之間的空隙中。如果不是大爆炸本身，它會從哪裡來呢？