来源：老胡说科学
2024年是探索宇宙的丰收之年，还是平凡之年？答案取决于今年春天一个关键发现是否能够被证实。
今年4月，科学家探测到一种暗示性信号，显示暗能量——即空间中的神秘能量——可能正在减弱。由于这一现象尚未达到“证据”级别，因此只能称之为“迹象”，更不用说“发现”了。天文学家通过暗能量光谱仪（DESI）绘制了数百万个星系的分布图，时间跨度涵盖了宇宙的多个阶段，从中推断出宇宙膨胀的历史规律。这些数据进一步证实了自1998年起我们已知的事实——宇宙的膨胀正在加速，而这一加速由我们称为“暗能量”的力量推动。然而，DESI的数据却暗示，加速的速度可能正在逐渐减慢。
如果暗能量是一种会随着时间稀释的能量来源，这将彻底改变并深化我们对宇宙基本规律的理解。诺贝尔奖得主亚当·里斯指出：“如果这是真的，那将是我们25年来首次获得关于暗能量性质的重大线索。”目前，理论物理学家正忙于研究暗能量变化的可能原因，而DESI也将在未来几年收集更多数据，以便进行更准确的验证。
暗物质研究进入新阶段
在探索宇宙中看不见成分的过程中，暗物质研究迎来了重要的转折点。一直以来，科学家寻找一种假设中的暗物质粒子——弱相互作用大质量粒子（WIMP），这种粒子被认为是最可能构成星系及其周围不反射物质的候选者。然而，随着探测器灵敏度的提升，研究已达极限。现在，探测器甚至能捕捉到太阳释放的中微子，这使得微弱的暗物质信号更加难以辨别。斯坦福大学物理学家娜塔莉亚·托罗表示：“这基本上标志着WIMP探测时代的终结。”
目前，科学家转而寻找其他暗物质的可能形式，尤其是更轻且更丰富的粒子。这些粒子可能会以多种形态存在。斯坦福大学的物理学家菲利普·舒斯特质疑道：“我们为何要假设它应该很简单？”
尽管如此，天文学家发现了一个新证据，进一步支持了暗物质的存在。MACS J0018.5这一天体被认为与经典的“子弹星系团”有相似之处。科学家通过观测发现，当两个巨大的星系团发生碰撞时，中心区域的气体发出明亮光芒，但大部分物质却直接穿过碰撞区域，形成了两侧的重质团块。这与暗物质的行为特性一致，因为暗物质不会与其他物质发生明显相互作用。
天文新发现
夜空中的奥秘令人着迷。今年，詹姆斯·韦布空间望远镜对宇宙早期的一些遥远天体进行了详细观测。这些数据展示了“香蕉状”的星系、“葡萄状”的星团以及令人惊叹的年轻大质量黑洞等，让天文学家为宇宙早期的“美丽混乱”深感兴奋。
与此同时，韦布望远镜还提供了关于宇宙膨胀速率的新测量结果，加剧了所谓的“哈勃张力”问题。此外，其他天文观测揭示了宇宙中最大的磁场、隐藏的有机分子以及宇宙本身的“块状结构”。
实验室的突破
在微观领域，物理学家在实验室中取得了诸多突破，达到了前所未有的精度和控制水平。奥地利因斯布鲁克的研究团队创造了一种名为“超固体”的奇异物质状态，并观察到标志性的“量子龙卷风”现象。这种状态有可能存在于高密度、快速旋转的脉冲星内部。
此外，凝聚态物理学家还发现了三种新的超导现象，并研究了晶体边缘涌现的分数电荷粒子流动的新奇量子相。这些发现是否具有实际技术应用还有待观察，但它们无疑是科研的梦想。
在量子计算领域，基于中性原子的量子计算机异军突起。这些设备在2024年11月取得了标志性成果，实现了一种抗噪声的逻辑计算，为未来的发展奠定了基础。
时空深处的新视野
理论物理学家也取得了令人振奋的进展。他们开发了一种新的几何语言，用于预测粒子相互作用的结果。与传统方法不同，这种新语言不依赖时空动态模型，而是通过曲面上的几何曲线直接推导出结果。这种方法为探索时空的基本性质提供了全新的视角。
2024年科学的探索并未止步于此。物理学家还深入研究了熵的本质及其对科学目的和人类角色的影响。这些研究不仅扩展了我们对宇宙的理解，也为未来科学研究指明了方向。
量子世界中的“负时间”
2024年，物理学的一个热门话题是所谓的“负时间”现象。这一现象源于多伦多大学的一项实验，科学家发现光子穿过一团铷原子云时，表现出“负停留时间”。尽管这一结果用传统语言难以描述，但它为我们理解量子世界的复杂性提供了新的视角。
AI与物理学的意外联结
今年的诺贝尔物理学奖授予了人工智能领域的开创者，这让人倍感意外。这些获奖者的早期研究紧密结合了统计物理学模型，这一领域也因此受到了更多关注。一些物理学家认为，这标志着统计物理学在未来将发挥更重要的作用。
总的来说，2024年在天文学、量子物理以及理论物理学等多个领域都取得了令人瞩目的进展，这些发现将深刻影响未来科学的发展。
参考：
https://www.quantamagazine.org/the-year-in-physics-20241217/
阅读报告全文，请访问欧米伽研究所的“未来知识库”
https://wx.zsxq.com/group/454854145828
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