与太阳约会 美国宇航局的Parker太阳探测器比其他任何人造物体都更接近太阳.2021年4月,宇宙飞船将探测器带到距离太阳中心18个太阳半径(1300万千米)的绕日轨道(图1).它进入了日冕的一个高度磁化区域,在那里磁能主导着等离子体的动能.该探测器测量了等离子体的湍流和磁场的涨落,为太阳科学家提供了关于太阳风驱动机制的翘首以盼的数据.这些观测结果也可以解释日冕温度比太阳表面高一千倍的原因.

我们的身体通过辐射热到环境中而损失了很大一部分热量,但服装设计师很少试图控制这种辐射.新的理论提出了一种可穿戴的可逆织物,它可以从一侧向外发射接近于零的辐射;而如果将织物翻穿,另一侧会发射大量的辐射.与以前由不透性膜制成的可逆织物不同,这种新织物将由微纤维组成,穿起来更舒适.这种薄薄的布料可以在阴凉的房间里用来保暖,在过暖的房间里翻过来穿保持凉爽.那么,我们就可以使用节能恒温器,而不会造成不适.

长期以来,天文学家精确的预测令世人惊讶.预言3000年4月26日,日全食可观察带,将顺着南美洲、大西洋和北非一线延伸,这一预测没有人反对.但试图描述病原体未来传播的科学家,必须面对非常大的不确定性.研究人员既缺乏关于传染病如何传播的可靠数据,感染能力的微小差异又可以成倍地扩大病毒的传播,从而难以预测各类流行病的严重程度.来自伊利诺伊大学的Nigel Goldenfeld和他的同事,最近以伊利诺伊州为例,开发了一个模型,评估非药物干预时COVID-19病毒传播的短期影响.研究者还探索和量化了模型的局限性,阐明了它无法预测的场景.他们使用该模型,向公民、临床医生和决策者,作出了示范性展示.

2020年最热门的物理成果之一是,富氢的材料可以在15℃的温度下无阻地传输电流.15℃是巴黎春天的平均温度,但这一室温超导的实现需要另一个在塞纳河畔无法满足的条件:267 GPa的压力,即接近地球核心的压力.包括罗马萨皮恩扎大学Lilia Boeri在内的研究人员,对放宽这一要求的前景表示乐观.在最近的美国物理学会3月会议上,Boeri提出了在更接近我们日常环境的条件下实现超导的两种可能途径.

一个博弈论模型预测,随着经济规模的增加,会出现"卡特尔"(cartels,企业协调联合会)现象.最近,西班牙国家生物技术中心的Luís Seoane通过将经济建模为一个代理商可以操纵的"游戏"系统,着手解决相关问题.研究揭示,随着其复杂性和规模的增加,经济经历一系列的转变,"卡特尔"先形成,然后解散.虽然这些转变似乎意味着经济发展最终将使经济更加公平,但Seoane表明,如果一个经济的规模不能跟上其日益复杂化的步伐,财富分配就会出现大幅波动,导致不平等急剧上升.

开发精确、稳定的计时装置是物理学研究的基本组成部分.从改善卫星导航到理解植物的日常生命周期,准确的时钟"滴答"声都是必不可少的.但我们今天使用的时钟(钟摆时钟)仍然是属于相对较新的发明,距今只运转了365个年头,仅仅是现代人类在这个星球上漫步的30万年中的一小部分.在共振原子、盘旋齿轮和重力摆之前,人类先用水,然后利用太阳来测量时间的流逝.现在,三位考古学家和物理学家表示,他们已经辨认了第一个例子:组合使用水和太阳两种元素制作古代时钟.研究人员假设我们的前辈采用联合设计,是旨在提高守时准确性的早期努力.

石墨烯以其独特的电子特性而闻名,例如狄拉克点,在材料能带结构中的这个点,电子行为类似于高能粒子.一个载荷电子通过狄拉克样式的石墨烯,就会像一个粒子,几乎不与它的许多同类相互作用.现在,Philipp Rosenzweig和他来自德国马克斯·普朗克固体研究所的同事们,在石墨烯中添加了过量的电荷载流子,将载流子的能量从上述狄拉克点移动到范霍夫(Van Hove)点,甚至更高.据报道,这是第一次.

地球的自转旋转速度和自转轴取向,始终经历着行星内部、海洋和大气变化所带来的持续不断的涨落.德国研究人员最近报道了对这些微小涨落的第一次连续测量.这一实验设施的主体由埋在地下 14 m深处的 4 个激光陀螺组合而成.新设施提供的数据对于保持 GPS 导航系统之即时精度非常重要.

分子悬浮于其中的溶剂会强烈影响分子的运动.但是,目前研究人员证明,位于超流氦纳米液滴中的分子受到溶剂的影响很小.研究人员用飞秒光脉冲分辨率测量了氦纳米液滴中铟二聚体(In2)分子内的振动.这一方法可以用来研究与光捕获技术相关的分子,例如太阳能电池,由于溶剂效应而难以对其实施观察.

热效应材料制冷的核心工作物质是各种特色固体材料,它们在压力、电场或磁场的往复作用下,可以从制冷对象的冷端吸热,并将这些热量带到热端,进而放出热到环境中.上述固体制冷循环是环境友好的,与我们今天在冰箱和空调中使用的氟利昂类挥发性液体制冷剂不同.现行冰箱和空调,当它们被废弃时,泄漏的氟利昂等对气候变化产生的负面影响,甚至超过二氧化碳.

作为离我们最近的恒星,太阳提供了一个独特的机会,帮我们理解恒星等离子体热球的动态性质.但这仅仅是在刚刚过去的几十年才得以实现的——研究人员能够直接测量太阳的活动,如太阳磁场的涨落和高能粒子的突然爆发.日本名古屋大学的Fusa Miyake希望将这些知识进一步扩展到过去,以了解太阳在较长时间尺度上的行为.为了做到这一点,她测量了数千年来形成的古树年轮中的同位素丰度.

中国、西班牙和美国的物理学家们,发明了一种在挤压时经历31.5 K可逆温度变化的合金.这种展示出"超巨弹热效应"的材料,可以用来制造新型的高效制冷系统.目前广泛使用的蒸汽压缩制冷系统效率相对较低(约20%),而且噪音大,使用的气体危害环境.

自2015年以来,引力波探测,在美国的两台先进LIGO和意大利Virgo探测器中,已成为常态工作,为天文学打开了一扇新的视窗.现在,LIGO和Virgo的合作团队已分别发表论文展示他们对探测器的改进成果:使用量子物理,抑制信号中的随机噪声.该方案提高了探测器的灵敏度,将使预期的事件检出率提高20％至50％.

量子信息科学的进步带来了量子互联网的可能性——通过处于叠加态的光子(被称为量子比特)传输信息;而不像今天的网络,靠纯粹的数字0和1从一个地方到另一个地方穿梭. 在过去的十年,世界各地的研究人员已经朝着建立量子网络迈出了一大步.尽管许多集团已经开始测试几十英里范围的小型网络,但主要的障碍是在更大尺度量子网络的方面,包括开发关键硬件的障碍.

由哈勃常数描述的宇宙膨胀的速率,长期以来一直是一个难以确定的量.目前确定哈勃常数的两种策略是有冲突的,而这种张力数据似乎总是在每次发布后变得更糟.一种新的理论表明,解决方案可以通过增加一种额外类型的暗能量实现,这种额外的暗能量在星系出现之前很久,就曾短暂地加速了宇宙膨胀.

两个世纪前,考古学家在古巴比伦废墟中的挖掘,得到了一个有趣的发现——追溯到公元前约1800年,用楔形文字书写的粘土碑.这些碑文包括对迷信行为的描述,神职人员通过倾倒在水上的油形成的图样,预言未来.这篇古文代表了已知最早的关于疏水效应的参考文献.现在两个独立的现代科学家团队已经使用这个想法,开发了非常有效的没有移动部件的纳米发电机.使纳米发电机有效的关键技术是利用疏水效应.

自从1986年发现铜基超导体以来,这种材料一直困扰着物理学家.致力于将超冷原子安放在有序激光晶格的物理学家认为,他们的实验很快就能对上述困扰提供所需的线索.这些实验可能接近产生一个高温超导体的模型,其中的原子扮演电子的角色.这样的系统将允许研究人员对产生超导电性的因素进行前所未有的控制,并将提供一套工具用于解决高温超导之谜.

Bell实验或许提供了最清晰的证据,说明量子物理学是如何从根本上脱离经典物理学的.在这类实验中,用特殊的纠缠态制备了一对量子粒子,并分别进行了测量.测量结果发现,与任何局域经典理论所允许的数值相比,两个量子间有更强的相关性.

量子计算机最令人期待的用途之一,是作为开发新药、催化剂和材料的工具.它可以精确地模拟"化学物质"和"材料"的量子结构以及行为.但是材料科学家和化学家们警告说,量子机器远未能与当今日益强大的经典模拟方法竞争.技术产生的短期影响目前正被过度炒作.专家认为,聪明的设计选择,最终会让量子机器与经典计算机协力,实现效益最大化.量子计算机使用量子位或量子比特,它可以存储值0、1或两者的叠加,例如,75％的1和25％的0.此外,量子比特之间可以是量子力学的相互纠缠.这些属性使量子计算机能够快速探索特定种类问题的解决方案.

你可能认为性骚扰是"过去的事情",或者"只有少数"女性经历过性骚扰.这些说法并不符合现实.2014年的一项研究发现,性骚扰影响到了科学、技术、工程、数学和医学领域(STEMM)的大多数妇女.现在,一项对物理学专业女大学生的全面调查显示,这一群体的女性在职业生涯之初也面临着同样令人不安的情况.马里兰大学和马里兰州国家标准与技术研究所Lauren Aycock等人在"2017年物理本科女生大会"上发现,在大约500名女性受访者中,近四分之三的人经历过某种形式的性骚扰.这一发现不会让STEMM中的大多数女性感到惊讶,但可能会让这些领域中的男性感到震惊,因为他们往往不知道性骚扰的普遍性和伤害性.