ある基準で言えば、今年最大の物理学ニュースは 80 年前に起こったことになります。しかし、原子爆弾の製造についての映画の成功は驚きでしたが、実際の物理学研究所から得られた発見（その中で最も壮大な研究所である宇宙そのものを含む）は、J への関心の高まりに劣らず印象的でした。 . ロバート・オッペンハイマー。

　 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は現在、科学活動の 2022 年目にあり、宇宙の驚くべき画像を返し続けており、XNUMX 年からの科学成果の滴りは今や激流に膨れ上がっています。 JWST は XNUMX 万マイル離れた止まり木から、あらゆるものを研究しています。 宇宙の最も遠い銀河 すぐ隣の惑星や衛星へ。唯一変わらないのは驚きです。望遠鏡による観測は継続的に行われます。 確立された理論に異議を唱える そして科学者たちは、恒星や惑星、ブラックホールなど、おなじみの宇宙物体がどのようにして誕生したのかを再考することを強いられます。

ブラック ホールは、2023 年の最も注目すべき発見の XNUMX つである、地球が生成する重力波の証拠の中心でもあります。 超大質量ブラックホールの衝突。時空の波紋を検出するために、いくつかの天文学者連合は 15 年間にわたって宇宙を精査しました。これは、重力波が地球に押し寄せるときに発生する小さな時間変動を検出するには十分な期間です。

より身近なところでは、科学者たちは量子の世界の操作と理解の両方に忙しいのですが、この世界は通常のルールが適用されないことがよくあります。今年はいくつかの顕著な進歩が見られました 量子コンピューティングの最も基本的なハードウェア量子ビットは、最終的な形では非常に複雑な計算を実行できるようになります。そして重要なことに、研究者たちはまた、 量子誤り訂正の改善、これは依然として解決が最も難しい問題の XNUMX つです。

しかし、こうした進歩は、私たちが宇宙をその最大のスケールから最小のスケールに至るまで理解し終えたことを意味するものではありません。私たちが太陽を周回する次の軌道は、さらに深遠な啓示に満ちている可能性があります。

新しい光で、または新しいレンズを通して宇宙を見るたびに、私たちは想像もしていなかったものが見えるようになるとよく言われます。 NASA のジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡はその約束を果たしました。今年の変わり目に、天文学者らは、この望遠鏡の金色の蜂の巣状の目が人々の視線を盗んだと発表した。 宇宙の最初の星。 JWSTはまた、 銀河からの光を見た それは、私たちが知っている宇宙を創造した大きな拍手から約300億年後に輝きました。 JWSTの画像では、これらの銀河は「馬鹿みたいに明るい」と述べた。 ローハン・ナイドゥ マサチューセッツ工科大学の博士号。現在、天文学者たちは、その大きさと早熟さが予想を裏切るため、これらの銀河がどのようにして急速に大きく成長したのかを説明するのに苦労している。

銀河を宇宙のタペストリーに固定している超大質量ブラックホールにも同じことが当てはまります。科学者たちは宇宙初期にいくつかのかさばるブラックホールが見つかると予想していましたが、JWSTは バケツ一杯でそれらを見つける。そして、それらは予想よりも早く、そしてより大きな規模で現れています。天文学者らは、こうした観測により、巨大なブラックホールがどのように形成されたのかが解明されることを期待している。 「私はこれらのことを長い間待っていました」と言いました マルタ・ボロンテリ、パリ天体物理学研究所の天体物理学者。

もっと身近な、私たちの銀河系のオリオン大星雲で、JWST が最近発見されました。 42 の興味深いオブジェクトのペア それは互いに軌道を周回します。これらの世界は星である可能性もあれば、自由に浮遊する惑星である可能性もあります。わかりにくいですね。しかし、いずれにせよ、これらの謎に満ちた世界は、星や浮遊惑星がどのように形成されるかを説明する既存の理論にきちんと適合しません。すべての新しいものの見方と同様に、JWST は答えよりもはるかに多くの疑問を引き起こします。

今年初め、量子研究者らは開発に向けて一歩を踏み出したと発表した。 より信頼性の高い量子コンピューター。このシステムでは、情報はトポロジー的に保存されます。それは、記憶を共有し、過去を思い出す、ほとんど神話的な粒子に織り込まれています。これらの「非アベル型アニオン」を XNUMX つ編むと、情報がねじれて保存されるため、情報を失うことなくどちらかを測定できます。私の同僚のチャーリー・ウッドが説明したように、「時空を超えた旅のほぼ破壊不可能な記録を維持することで、非アベル人はエラー耐性のある量子コンピューターを構築するための最も有望なプラットフォームを提供できる可能性があります。」

そしてXNUMX月には、量子誤り訂正の難しさに取り組んでいる科学者らが開発したと発表した。 強力な新しいクラスのコード これは、少なくとも理論上は、脆弱でエラーが発生しやすい量子ビットの厄介な問題を解決できる可能性があります。

手品を思わせる偉業で、科学者らは今年初め、真空からエネルギーを取り出したと報告した。それとも持っていましたか？物理学者は、何もないところから何かを生み出すのではなく、 テレポートエネルギー 微視的な距離を超えて。この飛躍がうまくいったのは、チームが量子真空の奇妙な性質、つまり実際にある種の焼けつくような量子エネルギーが染み込んだ独特の種類の無を利用したからです。

今年初めに科学者らが発見した 新しいタイプの相転移、固体から液体への変化に似ています。ただし、これは情報構造の変化でした。量子ビット (または量子ビット) がもつれている場合、XNUMX つを測定すると他のビットの状態が明らかになります。もつれは広がる可能性がありますが、測定はもつれの網を破壊します。それは金網フェンスのワイヤーを切るようなものです。もつれ量子ビットのグリッドでもつれと測定が競い合うと何が起こるでしょうか?もつれが存続する状態と、測定のワイヤーカッターに負ける状態との間の遷移は、物理学者が実験室で特定し、観察したものである。 「そこでは、情報の特性、つまり物間で情報がどのように共有されるかが非常に急激に変化します」と述べた。 ブライアンスキナー オハイオ州立大学の博士。

これらのシステムに関しては、あたかも量子と非量子が XNUMX 進法で存在するかのように、私たちは「量子」という用語を使い回します。それは必ずしも真実ではありません。研究者らは、量子性、つまり古典的なコンピューターでは量子システムをシミュレートできない程度を定量化する取り組みを行っています。 最近新しい指標を発表しましたとなり、既知の指標の合計は XNUMX になります。まず絡みがありました。それから「魔法」がありました。さて、「フェルミオンマジック」があります。

これは物理学における古い問題です。量子力学は世界をある方向に記述し、アインシュタインの重力理論は別の方向に説明します。この XNUMX つが一緒になると、ナンセンスになります。科学者の中には、次のような人もいます。 ルナーテ・ロル、重力は量子化されなければならないと信じています。他の人、いいね ジョナサン・オッペンハイム、その考えに反対するでしょう。ロルは、第一原理から時空の形状を導き出すなど、量子重力に対する計算主導のアプローチを開拓しましたが、オッペンハイムは、この XNUMX つを結び付ける可能性のあるさらに深い基本的な「何か」を模索しています。

しかし、量子重力は、一見手に負えないパラドックスの解決策として現れ続けています。

主要な理論家のグループは、彼らが 間違いを特定した これはホーキング博士の有名なブラック ホール情報パラドックスにつながりました。ブラック ホール内の破壊できない情報は、ブラック ホールが蒸発するにつれて失われたように見えるという現象です。ホーキング博士の明らかな間違いは、彼 (そしてその後の世代の物理学者) が、通常は信頼できる重力の「半古典的」扱いでは、ブラック ホールが生成する状態の複雑さを処理できず、ブラック ホールの位置で予期せず破綻してしまうことに気づいていなかったことです。外面。同グループは現在、事象の地平線のすぐ内側の領域を処理でき、現在の実験データに違反しない、より洗練された重力理論を開発しました。

銀河が衝突すると、その超大質量の中心ブラックホールが合体します。その衝突は非常に激しく、時空そのものの構造を揺るがすほどです。 XNUMX月に複数の国際協力が発表した。 彼らは見つけた 結果として生じる重力波。これを行うために、研究チームは、完璧な宇宙時計として機能する恒星の死体を高速で回転させるパルサーを使用しました。重力波はパルサーの見かけのリズムを変化させますが、宇宙を揺るがし続ける暴力的な出来事のこの兆候を特定するには 15 年の研究が必要でした。

編集者注: Michael Moyer がこの記事に貢献しました。