美国物理学会电子杂志《物理学》（Physics）挑选了今年物理学发生的十大事件，致敬即将过去的一年，希望每个人都迎来一个安全且光明的2022。
由于新冠病毒仍在肆虐，对很多人来说，生活仍旧处于极大的不确定性中。不过，如果从今年的物理学成果角度评判，物理学家们似乎相当好地利用了这一段困难时期，几乎所有物理学分支都出现了令人惊喜的发现、突破性成就或是饶有趣味的启示性研究。
在2021年即将画上句号之际，《物理学》回望、总结了物理学的几大高光时刻。
与太阳的约会
美国国家航空航天局的帕克太阳探测器现在已经是距太阳最近的人造物体了。今年4月，这枚探测器已经进入距太阳核心18个太阳半径处(约1300万千米)。
帕克探测器在那里进入了日冕中的高度磁化区域，磁能已经完全压制了等离子体的动能。
帕克探测器测量了该区域的等离子体湍流以及磁场波动，为研究太阳的科学家提供了他们梦寐以求的数据，以便后者研究太阳风形成机制。
此外，这些测量结果或许还能解决另一个长期困扰科学家的问题：为什么日冕的温度要比太阳表面高1000倍。
μ子对标准模型的挑战更强了
费米国家加速器实验室中的μ子g-2实验结果算得上是整个粒子物理学界最期待的了。今年，这个国际合作研究小组报告了一项有关μ子(μ子和电子很像，但更重)磁性的新测量结果。
早在2001年，就有实验结果表明，μ子的磁性要稍高于理论预言。物理学家对其中的差异很是感兴趣，因为导致这种差异的，可能是粒子物理学标准模型中没有涉及的粒子或相互作用。为了更好地说明这个问题，Physics今年还与豪尔赫·卡姆(Jorge Cham，也就是PHD Comics的作者)合作，用漫画的形式阐述μ子g-2实验结果反常(与理论预言不符)对物理学的重大意义。
进入量子计算优越性时代?
量子计算这个领域一直在快速发展。今年，在不到一个月的时间内，“最大量子计算机”的头衔就从谷歌转到了中国科学技术大学，又从中国科学技术大学转到了IBM。
中国科学技术大学的研究成果尤其引人注目，因为他们找到了能够证明计算机最终能够达到量子计算“优越性”的坚实证据。为了证实这个结论，中国科学技术大学的研究人员使用两台不同的量子计算机——一台以超导量子电路为基础，一台以光子干涉为基础——解决通过经典手段难以处理的“取样”问题。结果，这个研究团队在两台计算机的相应实验中，都发现了显著的量子加速效应，这就大大夯实了量子计算优越性的概念。
涌现更多女性物理学家
自物理学诞生以来，女性就一直在这个领域处于劣势地位，这显然并不公平。今年，Physics特别关注了女性从事物理学研究境况的改善以及仍旧需要纠正的问题。
今年，女性物理学家收获了这个领域中的一些最高级别奖项，并且敢于为了提升科学在社会中的地位而大胆发声。部分中东和亚洲国家——这些国家大多数STEM研究生都是女性——为提高女性在物理学研究中的参与度提供了结果令人鼓舞的案例。
另外，创建不强迫女性做改变的包容性社区也是近年来涌现出的一种大有希望的促进科研人员性别平衡的方式。
绿色材料更加智能
气候变化是一项涉及众多方面的巨大挑战。今年，材料科学家们在诸多新型材料(如电池、催化剂以及其他环保的能源解决方案)的研发中广泛引入了人工智能。
举例来说，科学家现在利用机器学习算法筛选大型化学数据集，搜索那些人类化学家可能忽视的关系。科学家借助这种方式发现了一些新材料，比如可以提高电池寿命的有机化合物。
此外，配合这类机器算法一同工作的，还有自动化实验室。实验室中的机器人根据算法结果快速合成并测试候选化学材料。这一领域的研究人员预计，通过人工智能的方法，可以将研发新材料的速度提高10倍。
谷歌的量子计算机造出了时间晶体
现在的量子计算机大多数只能进行简单计算，但研究人员证明，谷歌的“悬铃木”量子计算机可以执行另一种工作：模拟时间晶体——一种在工作周期中不断进化的量子系统。
不过，奇怪的部分在于：在量子计算机上，时间晶体模拟过程与真实过程之间的区别模糊了。经典计算机只能模拟时间晶体的行为，但构成研究人员所用设备的多体量子系统就像真实的时间晶体那样运作。因此，量子计算机能做的，不只是计算!
气候变化指纹
今年，高温、洪水、飓风等极端气候现象频发，给全球都带来了深刻的影响，也督促人类进行反思。更糟糕的是，气候模型告诉我们，由于地球整体升温，未来，这样的气候现象会出现得更加频繁、更加猛烈。
不过，如果因此就把某种特定的极端天气事件归因于气候变化，那显然也是有些草率了。
研究人员开发了一种新统计方法，用于比较理论模型预言的极端气候事件模式与实际观测到的模式，从而为研究极端气候事件与气候变化之间的关系提供工具。
相关研究团队用过去的数据检验了这个模型，并得到结论：2010年发生在亚洲的两起高温事件很可能只是气候自然变化的结果。不过，他们同时也指出，2021年发生在加拿大的极端高温天气可能与气候变化有关。
另一种暗物质解释得到了某种支持
人类苦苦搜寻暗物质多年却仍一无所获，于是，某些研究人员提出了另一种解释。他们认为，暗物质根本就不存在，相反，引力要比我们之前认为的更加复杂。这种所谓的“牛顿引力修正理论”做出的预言与许多天文学观测结果相符，但与某些和宇宙微波背景辐射有关的观测结果不符。
现在，理论物理学家在解决这个问题的道路上取得了进展，他们提出了一个符合宇宙微波背景辐射观测数据的理论版本。这个升级版模型提升了“牛顿引力修正理论”的可信度，但和之前的版本一样，这个新模型提出了一些缺少理论基础的新观点，因此，大多数宇宙学家仍旧不信服。
以中子星作为宇宙实验室
除去黑洞，就再也没有比中子星密度更高的天体了。
中子星极强的引力拉扯效应让它们成为展开广义相对论“强场”测试的理想环境。不过，要想真正开展这种测试，我们必须对极密物质的“状态”方程有更深入的理解。
今年，有研究人员通过其他方式规避了这个问题——他们改用与这类状态方程无关的普适关系描述恒星性质。接着，他们又将对中子星的X射线观测与对处于合并过程中的双中子星的引力波探测结合起来，进一步对恒星属性加以约束。
借助这种“多信使”研究方法，研究人员得到了一些有关限制引力破坏特定类型对称性方式的新信息。
一种好玩的物理学转动
今年，在转动部件市场中出现了一款灵感源于星星的新陀螺，设计者是现在已经退休、不再从事科研工作的天体物理学家肯尼斯·布莱彻(Kenneth Brecher)。
他的这款陀螺有一些非常有趣的性质，其根源在于，布莱彻将数学常数整合到了陀螺的几何构造中。在他的这件新作品(名叫DeltaCELT)中，陀螺长短轴的比例等于费根鲍姆常数——一个决定特定系统何时陷入混沌的常数。
DeltaCELT是一种回旋陀螺——一种转动方向固定的陀螺。如果你强行让它顺时针转动，它会慢慢减速直至停止，然后又突然按反方向转动。
布莱彻在今年的布里奇斯大会上发布了自己的这件新作品，这个会议的主题就是与数学紧密相关的工艺品。
资料来源：
Highlights of the Year
END
