物理学还会有划时代意义的突破吗? 第1页

看到有人说：“十九世纪末，物理学大厦可能要建成了，但头顶还有两朵乌云。现在满脑袋都是乌云~~~”

这正是现在物理学的真实写照，一方面我们看到了人类在宇宙中的巨大机遇，另一方面却受制于理论和技术的瓶颈。

我们的未来，是星辰大海，还是蜗居地球、坐以待毙？在相当程度上依赖于未来物理学上划时代意义的突破了。限于自己知识水平，说几个自己略知一二的，等待大神评点。

一、材料基因组计划（Materials Genome Initiative, MGI）

要走向星辰大海，必须研发适应各种极端物理条件的材料。就是改造我们的生活，材料学也是与之息息相关，没见这几年MOFs如此火爆吗？（我打赌明年诺贝尔奖必有MOFs）

与人类基因组计划类似，材料基因组计划旨在改变从之前的碰运气的研究方式，而要进化到成体系、更有效率、更有成本优势的设计、制造和部署新材料。

这项计划最早由华人物理学家刘梓葵教授于2002年提出的他在美国宾夕法尼亚州注册了一家名为“Materials Genome, Inc.”（材料基因组）的公司，并于2004年3月5日申请了商标保护。2011年6月，美国国家科学技术委员会“材料基因组计划”在刘梓葵教授公司的同意下使用了“材料基因组”这个名称。

在此之后，美帝已经开始朝着这个目标迈进了：

刘梓葵教授在2014年发表文章《材料基因组透视》，分别以英文和中文发表。

2016年5月，由Sorelle a . Friedler、Joshua Schrier和Alexander J. Norquist领导的一个小组声称已经成功发明了第一个机器学习辅助材料，这是人类通过“材料基因组计划”提出的数据驱动方法成功设计材料的第一个成功案例。

二、量子计算

这个大家应该都了解一二，量子计算机堪称未来科技的引擎。以下是最新的消息：

2019年1月8日，IBM在展示了世界首款商业化量子计算机IBM Q System One，但其基本只有实验研究价值，没有超越传统计算机。

2019年10月，谷歌制造的一台“西克莫（Sycamore）”量子计算机声称超越了传统计算机，并要实现量子霸权。没几天IBM就跳出来打脸了，他们说谷歌的量子计算机只是宣传性哗众取宠产品，运作方式依然没有超出目前量子科技范围，传统计算机只要更换算法就能达到同样效果，成本还更低、正确率更高。这被科技期刊称为“量子门”争议事件。

德州大学奥斯汀分校理论计算机科学家斯科特·阿伦森（Scott Aaronson）则保守中立：“但假设它（谷歌成果）是成立的，那么科学象征成就是巨大的。”因为这意味着量子计算机取代传统计算机有其可能。

谷歌首席执行长 Sundar Pichai 则承认这次实验没有实用性，但堪比莱特兄弟第一架飞机的意义。

三、可控核聚变

在可预见的将来，可控核聚变意味着无限清洁的能源！

虽然核聚变的原理已经非常清晰，然而工程上的难题让可控核聚变“永远还有50年成功”。以下是最新的一些进展：

2017年7月3日，我国的全超导托卡马克核聚变实验装置（中文名为东方超环，简称EAST）在全球首次实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造了新的世界纪录！

2018年11月12日，EAST首次实现等离子体中心温度1亿度，达到了一个新的里程碑。

截至2019年，欧洲联合环形加速器(JET)仍然是聚变输出的记录保持者，其输出功率为16mw，而输入加热功率为24mw，仍未达到盈亏平衡点。

“永远还有50年成功”定律依然成立！

四、高温超导

高温超导的技术成熟，将引发一场前所未有的技术革命！

超导输电、电池散热问题、磁悬浮列车将不再是梦，就连前两者“量子计算”、“可控核聚变”在得到高温超导的助力之后，也将变得容易一大步！

2015年，物理学家发现硫化氢在极高压的环境下(至少150GPa)，约于温度203K （-70 °C）时就会发生超导相变。

2018年，德国化学家发现氢化镧（LaH10）在压力170GPa，温度250K（-23℃） 下有超导性出现，是目前已知最高温度的超导体。

“石墨烯驾驭者”曹原发现，当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。曹原因此入选《自然》杂志“2018年度科学人物”并位列榜首。

五、标准模型的若干问题

如果说前面几个都和工程、技术联系更紧密，那么接下来我们将谈谈几个关于前沿理论的。

从上世纪50年代，杨振宁和罗伯特·米尔斯划时代提出了杨-米尔斯理论之后，基于该理论发展起来的标准模型经受了各种实验的历次考验，越发让人觉得牢不可破。然而标准模型毕竟还存在一些瑕疵，解决了这些问题，炸药奖是少不了的。

1，标准模型的自一致性还没有得到数学上的证明。与之相关的一个问题是“杨-米尔斯存在性与质量间隙”，2000年，该问题被克雷数学研究所列为数学七大千禧年难题之一。如果这一问题得到解决，炸药奖、土地奖双料奖项是少不了的。

2，中微子质量问题

1998年，日本超级神冈中微子探测器发表有关中微子振荡的结果，显示中微子拥有非零质量。标准模型经过简单修正，引入非零质量的中微子，暂时可以解释这个实验结果。但是中微子质量的细节仍然不清楚。而且，为了解释中微子质量，需要额外的7或8个常数，让原本简洁的标准模型变得“不美”。

3，质子衰变

许多标准模型的扩展都预言了质子衰变，但观测的结果显示，如果质子会衰变，半衰期至少长达 10^34 年，比宇宙年龄还长多少倍。因此可以这么说：所有试图观察质子衰变的实验无一成功。

对这一问题的研究还将解释：“为什么我们的宇宙少有反物质”这一重大命题。

4，标准模型不能解释万有引力，尽管引入了引力子，但它并没有从量子场论的角度一贯地解释万有引力的规范理论——广义相对论。因此它并不是我们期待的“万有理论”（TOE），可能仍然是更加基本理论的一个方面。

未来的量子引力理论将是如何一番景象，这是物理学界期待已久的。

六、凝聚态物理

Haldane猜想，这个我不太懂。这个链接解释的很好

七、宇宙学若干问题

1，暗物质存在吗？几种候选物质能否得到验证？还是修改万有引力理论大尺度结构的适用性？

2，驱动宇宙加速膨胀的暗能量究竟是什么？

3，宇宙的将来？坍缩？平直？还是继续加速膨胀？

写到这里突然发现自己的学识实在微不足道，也许我们就将处于一个伟大时代的黎明。说不定第二天揉开惺忪的睡眼，我们就将进入一个全新的时代！

为了美好的未来，我们都要努力学习哦！