這十年不僅標誌著物理學史上的轉折點，而且標誌著一系列更多的轉折點

對於新的知識而言，2010年代是令人難以置信的十年，更重要的是，這十年的發現是如此巨大，已經改變了物理學家對各自領域的思考方式。 粒子物理學和天體物理學已經進入了新時代，它將重塑研究人員的科學方式。 基於量子力學框架的新技術的誕生，可能標誌著計算，材料科學以及我們處理能源的方式發生了巨大改變。

尋找最小的東西

十年來，科學家對大小的概念的理解方式發生了根本性的變化。也許，最值得注意的是大型強子對撞機（位於瑞士日內瓦的一個17英里長的粒子加速器和對撞機）的科學家發現了有關希格斯玻色子的證據，希格斯玻色子是粒子物理學中心理論中所描述的最後一個粒子，被稱為標準模型。

在1964年之前，一些理論可以很好地描述宇宙，但是存在一個問題：他們預測某些物理學家已經知道具有品質的粒子應該是無品質的。 然後，六位科學家（最著名的是彼得·希格斯）發表了三篇解決這一問題的論文，詳細介紹了一種機制，通過這種機制，載重粒子（稱為規範玻色子）中可以出現品質，因此那些解釋宇宙的理論仍然有效。 這種機制要求存在另一個稱為希格斯玻色子的粒子。 儘管進行了許多搜尋，但希格斯玻色子一直未被發現-直到這個世紀最開始的十年。

歐洲核子研究中心在2008年啟用了大型強子對撞機，這是有史以來規模最大的科學實驗。2012年7月4日，全世界的研究人員擠滿了禮堂和演講廳，LHC研究人員最終宣佈他們在兩個建築物大小的探測器ATLAS和CMS中發現了希格斯存在的證據。 許多人吹捧說已經找到了標準模型預測的所有粒子，因此該模型是完整的……不是嗎？

儘管缺少發現，這也可能被視為物理學史上的轉折點。 粒子物理學家已經開始用新的方式尋找粒子，例如通過使用高精度實驗來測試各種標準模型的預測結果，方法是尋找與理論預測值相比有微小但統計上顯著的偏差，而不是使用高能的強力超級對撞機 。 它還鼓勵理論家跳出思維框，為暗物質之類的事物尋找新的解釋

波紋時空

這十年也對物理學產生了最大的變革。 一百多年來，阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論預測，高能事件可能會產生擾動，這些擾動以光速通過時空本身起伏，稱為重力波。長期以來，科學家一直在尋找由超新星或雙黑洞相互環繞並碰撞而產生的引力波。隨著被稱為PSR 1913 + 16的雙星脈衝星（一種自旋中子星）的發現，波的間接證據首先開始出現。幾年後，科學家們意識到它的軌道週期正以廣義相對論預測這樣的系統會因產生引力波而損失能量的方式精確地減少。 但是，儘管進行了其他搜尋，直接證據未能實現。

也就是說，直到這十年。 2015年9月14日，美國東部時間上午5:51，有兩個L形設施，每個設施由一對一英里長的隧道組成，併成直角相交，一個在華盛頓州，另一個在路易斯安那州， 在探測器上記錄他們的鐳射彼此相移和異相。 這些擺動是兩個黑洞的結果，這兩個黑洞的品質分別是太陽的29倍和36倍，彼此旋成螺旋狀，然後在13億光年遠的地方合併，向地球傳播了引力波。

隨後進行了更多觀察，更具突破性的發現是在2017年，當時探測器與義大利的處女座實驗相結合，在世界望遠鏡觀測到無線電波，紫外線，紅外線， 和來自天空同一點的光輻射。 能量的爆發是兩個中子星碰撞的結果，它們是城市大小的恆星屍體。 這一事件使科學家們能夠了解某些元素週期表中最重的元素的起源，並且未來的謀一天可能對解決當今物理學中有關宇宙加速的 “危機”很有用。

這種模式轉變的發現是多信使天文學的標誌，也就是說，在天文學中，科學家們既使用光波又使用其他粒子或波的探測來觀察訊號源。 望遠鏡最初只使用可見光，然後使用其他波長的電磁輻射（例如X射線或無線電波），現在互補的觀測站可能包括來自空間的資料，這些資料來自中微子或引力波等粒子。

哈佛大學科學史物理學教授彼得·加里森（Peter Galison）告訴吉茲莫多說：“這是多信使天文學的黃金時代。”

黑洞領域以其他方式到了分水嶺，當時科學家操作著世界各地射電望遠鏡合作的Event Horizon望遠鏡，將其對準中心65億太陽品質的黑洞。 M87星系。 這產生了世界上第一個黑洞的影象，或更準確地說，是黑洞投射在其後面物體上的陰影。 儘管研究人員早就發現了這些彎曲物體的證據（巨大的龐然大物扭曲時空，以至於光線無法逃脫它們的吸引力），但觀察結果是直接最佳觀察結果之一。 科學家希望這項發現開啟黑洞科學的新紀元，並希望他們能夠更好地理解超大品質黑洞從其中心噴出的巨大物質。

加里森說：“ [黑洞]是可以塑造宇宙尺度的現象。” “自大爆炸以來，我們看到這些物體僅在很小的時間內發光。 它們就像是可見宇宙邊緣的燈塔，向我們發出光芒。 了解這些射流的起源可以更好地掌握……可能正在塑造星系中物質分佈的物體具有重要意義。”

現實世界中的物理學

也許這十年來，一個天體物理學和粒子物理學的無名英雄更多地使用機器學習演算法來分類龐大的資料集。 託羅告訴吉茲莫多，黑洞影象如果沒有機器學習就不會存在，這十年來，它正在粒子物理學中經歷一個“轉折點”。

這些量子裝置是由理查德·費曼（Richard Feynman）於1981年提出的著名的解決方案。它們旨在解決某些常規計算機無法使用奇怪的，顛覆的原子概率數學而非常規邏輯的問題。 具體來說，科學家希望他們有一天可以使用新的數學來調整模擬分子的行為或執行某些複雜的演算法。 基本上，就像這些機器只是通過翻轉硬幣產生概率分佈一樣，這些翻轉的硬幣可以被能量脈衝輕推，並且與常規的概率規則不同，將“硬幣”加在一起時，這些量子概率可能具有負號，這將導致更復雜的概率分佈。

直到2007年，耶魯大學的物理學家才發明了“跨界量子位”（transmon qubit），這是一個超導線環，它充當人造原子，是量子計算的最小單位。 現在，IBM和Google都已經開發了50多個qubit機器，這些機器開始用於某些問題上，傳統計算機的能力得到了提高。 同時，其他公司也首次推出了基於鐳射所固定原子的類似尺寸的裝置。為這些機器提供軟體工具或硬體元件的創業公司的整個生態系統也在增長。

除了花哨的隨機數生成器之外，這些機器想要比傳統計算機具有任何其他優勢，可能需要數十年的時間。 在因雜散振動或外界輻射而失去量子點之前，它們很難控制。 他們可能會提供錯誤的結果-例如，二進位制字串中的零應為一。 研究人員現在正在努力實現糾錯，將多個量子位組合在一起，以建立一個不易出錯的巨型“邏輯”量子位。 物理學家夢魅以求的真正“容錯”通用量子計算機可能需要數百萬個量子位才能充分發揮其潛力。

但是，物理學家希望他們可以為這些小型，嘈雜的裝置找到用處，即使它們做得不好，它們仍然會做一些有趣的事情。 早在2017年，加州理工學院的物理學家約翰·普里斯基爾（John Preskill）宣佈，我們進入了一個新的量子計算時代，即嘈雜的中級量子技術（NISQ）時代。

十年來，科學家們還將量子力學的怪異性納入了新的感測技術中，中國的科學家發射了一顆利用量子力學數學來加密中國和奧地利之間的視訊通話的衛星。 超越量子技術進入材料科學領域，研究人員可能已經創造出第一種在室溫下的情況下幾乎沒有電阻導電的材料，這是數十年來的另一項發現。 而就在去年，科學家發現他們可以在兩片石墨烯之間開啟和關閉超導特性，而這一發現從那時起在二維繫統中就有了大量的後續工作。

2010年代可能不是物理學史上最好的時機-20世紀初產生了數十項新發現，其中許多發現完全顛覆了科學家以最大和最小尺度思考宇宙的方式。 它也不是一個驚喜的時代，它的很多發現經過多年的發展。 但是不可否認的是，回顧這十年，歷史學家將看到正規化在整個物理學上都發生了變化，包括新技術，實驗方法和改變歷史程序的思維方式。

麥克布賴德說：“我認為這是物理學上的偉大的十年。”

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Ryan F. Mandelbaum-任時光