从一项指标来看，今年最大的物理学新闻发生在80年前。 然而，尽管一部关于制造原子弹的电影取得了惊人的成功，但发现一个真正的物理实验室——包括其中最宏伟的实验室——宇宙本身——不亚于对罗伯特·奥本海默的兴趣激增。
现在是训练营的第二年，詹姆斯·韦伯太空望远镜继续发回令人惊叹的宇宙图像，而 2022 年的科学现在已经膨胀成一股洪流。 JWST在一百万英里外的栖息地，研究从宇宙中最遥远的星系到隔壁的行星和卫星的一切。 唯一不变的是惊喜：望远镜的观测继续挑战公认的理论，并迫使科学家重新想象熟悉的宇宙物体——如恒星、行星和黑洞。
黑洞也是 2023 年最引人注目的发现之一的中心：超大质量黑洞碰撞产生的引力波的证据。 为了探测这些时空涟漪，几个天文学家联盟已经观察了宇宙15年，足够长的时间探测到引力波冲刷地球时发生的微小时间波动。
言归正传，科学家们正忙于操纵和理解量子世界——一个通常不遵循正常规则的领域。 今年，量子计算最基本的硬件取得了一些显着的进展，这些量子比特的最终形式可以为极其复杂的计算提供动力。 而且，至关重要的是，研究人员还在量子纠错方面进行了改进，这仍然是最棘手的问题之一。
但这些进步并不意味着我们已经完成了对宇宙从大到小的理解。 我们围绕太阳的下一个轨道可能充满了更深层次的启示。
人们常说，每当我们用新的眼光或通过新的镜头看宇宙时，我们都会看到我们从未想象过的东西。 美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜已经兑现了这一承诺。 今年早些时候，天文学家宣布，望远镜的金色蜂窝状眼睛偷走了宇宙中第一批恒星的一瞥。 JWST还看到了星系发出的光，这些光在创造我们所知道的宇宙的热烈掌声之后大约3亿年闪耀。 在JWST图像中，星系“非常愚蠢地明亮”，麻省理工学院的Rohan Naidu说。 现在，天文学家正试图解释这些星系为什么增长得如此之快，因为它们比预期的更大、更早熟。
超大质量黑洞也是如此，这些黑洞将星系锚定在宇宙挂毯上。 科学家们希望在早期宇宙中看到一些巨大的黑洞，但JWST正在发现它们。 它们出现的时间比预期的要早，而且比例更大。 天文学家希望这样的观测能够揭示这些大质量黑洞是如何形成的。 “我已经等了很久了，”巴黎天体物理学研究所的天体物理学家玛尔塔·沃隆特里（Marta Volonteri）说。
言归正传，在银河系的猎户座星云中，JWST最近发现了42对有趣的物体，它们相互绕行。 这些世界可能是恒星或自由漂浮的行星。 这很难说。 但无论哪种方式，这些神秘的世界都不能完全符合描述恒星或自由漂浮行星如何形成的现有理论。 与所有新方法一样，JWST激发的问题远远多于答案。
今年早些时候，量子研究人员宣布，他们已经朝着开发更可靠的量子计算机迈出了一步。 在这个系统中，信息是按拓扑方式存储的;它被编织成几乎神话般的粒子，分享记忆并记住他们的过去。 将两个“非阿贝尔任意子”编织在一起可以使信息存储在经线中，因此您可以在不丢失该信息的情况下测量其中一个。 正如我的同事查理·伍德（Charlie Wood）所解释的那样，“通过保持它们在空间和时间上近乎坚不可摧的记录，非阿贝尔任意子可以为构建容错量子计算机提供最有前途的平台。
然后在八月，解决量子纠错棘手问题的科学家宣布，他们已经开发出一类强大的新**，至少在理论上，可以帮助解决脆弱、容易出错的量子比特的棘手问题。
今年早些时候，科学家报告说，他们已经从真空中抽出能量，让人想起魔法。 或者是吗？物理学家不是无中生有地变出一些东西，而是试图在微观距离上传递能量。 这一飞跃之所以奏效，是因为该团队利用了量子真空的奇怪特性——一种奇特的虚无，实际上充满了扫描热的量子能量。
今年早些时候，科学家们发现了一种新型的相变，类似于将固体转化为液体。 除了这是信息结构的转变。 当量子比特（或量子比特）纠缠在一起时，测量一个量子比特可以揭示任何其他比特的状态。 缠绕可以扩散，但测量可以破坏缠绕的网——这就像在铁丝网中剪断铁丝网一样。 当纠缠和测量在纠缠量子比特网格中决斗时会发生什么？纠缠存活的状态和它屈服于被测量的剪线钳的状态之间的转变是物理学家在实验室中发现和观察到的。 “这就是信息属性——信息在事物之间共享的方式——发生非常突然的变化，”俄亥俄州立大学的布莱恩·斯金纳（Brian Skinner）说。
在谈论这些系统时，我们抛弃了“量子”这个词，就好像量子和非量子存在于二进制中一样。 这不一定是真的。 为了量化量子，或者说量子系统在多大程度上不能在经典计算机上模拟，研究人员最近公布了一个新的指标，将已知指标的总数增加到三个。 首先是纠缠。 然后是“魔术”。 现在，有了“费米子魔术”。
这是物理学中的一个老问题：量子力学以一种方式描述世界，爱因斯坦的引力理论以另一种方式描述世界，当两者结合在一起时，你就会得到。 一些科学家，如雷纳特·洛尔（Renate Loll），认为引力必须被量子化;其他人，如乔纳森·奥本海姆（Jonathan Oppenheim），会反对这个想法。 虽然洛尔开创了一种计算驱动的量子引力方法，涉及从第一性原理推导出时空的形状，但奥本海姆正在寻找一种更深层次的基本“东西”，可以将两者联系起来。
然而，量子引力不断出现在看似难以解决的悖论解决方案中。
一群领先的理论家认为，他们已经指出了导致霍金著名的黑洞信息悖论的错误，在这种悖论中，黑洞内部坚不可摧的信息似乎随着黑洞的蒸发而丢失。 霍金的明显错误在于，他（以及后来的物理学家）没有意识到，通常可靠的“半经典”引力处理无法处理黑洞可能产生的复杂状态，意外地在黑洞的外表面分解。 该小组现在已经开发出一种更复杂的引力理论，可以处理事件视界内的区域，而不会违反任何当前的实验数据。
当星系碰撞时，它们的超大质量中心黑洞会合并——这种碰撞是如此剧烈，以至于它动摇了时空本身的结构。 6月，一些国际合作组织宣布他们已经发现了由此产生的引力波。 为此，该团队使用脉冲星（快速旋转的恒星尸体）作为完美的宇宙时钟。 引力波改变了脉冲星的表观节奏，但花了15年的研究来描述这种继续撼动宇宙的暴力事件。