看到有人說：“十九世紀末，物理學大廈可能要建成了，但頭頂還有兩朵烏雲。現在滿腦袋都是烏雲~~~”
這正是現在物理學的真實寫照，一方面我們看到了人類在宇宙中的巨大機遇，另一方面卻受制於理論和技術的瓶頸。
我們的未來，是星辰大海，還是蝸居地球、坐以待斃？在相當程度上依賴於未來物理學上劃時代意義的突破了。限於自己知識水平，說幾個自己略知一二的，等待大神評點。
01 材料基因組計劃（Materials Genome Initiative, MGI）
要走向星辰大海，必須研發適應各種極端物理條件的材料。就是改造我們的生活，材料學也是與之息息相關，沒見這幾年MOFs如此火爆嗎？（我打賭明年諾貝爾獎必有MOFs）
與人類基因組計劃類似，材料基因組計劃旨在改變從之前的碰運氣的研究方式，而要進化到成體系、更有效率、更有成本優勢的設計、製造和部署新材料。
這項計劃最早由華人物理學家劉梓葵教授於2002年提出的他在美國賓夕法尼亞州註冊了一家名為“Materials Genome, Inc.”（材料基因組）的公司，並於2004年3月5日申請了商標保護。
2011年6月，美國國家科學技術委員會“材料基因組計劃”在劉梓葵教授公司的同意下使用了“材料基因組”這個名稱。
▲賓州大學劉梓葵教授
在此之後，美帝已經開始朝著這個目標邁進了：
劉梓葵教授在2014年發表文章《材料基因組透視》，分別以英文和中文發表。
2016年5月，由Sorelle a . Friedler、Joshua Schrier和Alexander J. Norquist 領導的一個小組聲稱已經成功發明了第一個機器學習輔助材料，這是人類通過“材料基因組計劃”提出的數據驅動方法成功設計材料的第一個成功案例。
▲3d打印石墨烯氣凝膠，改善傳感器和電池的性能
02 量子計算
這個大家應該都瞭解一二，量子計算機堪稱未來科技的引擎。以下是最新的消息：
2019年1月8日，IBM在展示了世界首款商業化量子計算機IBM Q System One，但其基本只有實驗研究價值，沒有超越傳統計算機。
2019年10月，谷歌製造的一臺“西克莫（Sycamore）”量子計算機聲稱超越了傳統計算機，並要實現量子霸權。
沒幾天IBM就跳出來打臉了，他們說谷歌的量子計算機只是宣傳性譁眾取寵產品，運作方式依然沒有超出目前量子科技範圍，傳統計算機只要更換算法就能達到同樣效果，成本還更低、正確率更高。
這被科技期刊稱為“量子門”爭議事件。
德州大學奧斯汀分校理論計算機科學家斯科特·阿倫森（Scott Aaronson）則保守中立：“但假設它（谷歌成果）是成立的，那麼科學象徵成就是巨大的。”因為這意味著量子計算機取代傳統計算機有其可能。
谷歌首席執行長 Sundar Pichai 則承認這次實驗沒有實用性，但堪比萊特兄弟第一架飛機的意義。
▲谷歌的Sycamore“量子計算機”
03 可控核聚變
在可預見的將來，可控核聚變意味著無限清潔的能源！
雖然核聚變的原理已經非常清晰，然而工程上的難題讓可控核聚變“永遠還有50年成功”。以下是最新的一些進展：
2017年7月3日，我國的全超導託卡馬克核聚變實驗裝置（中文名為東方超環，簡稱EAST）在全球首次實現了穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束模等離子體運行，創造了新的世界紀錄！
2018年11月12日，EAST首次實現等離子體中心溫度1億度，達到了一個新的里程碑。
截至2019年，歐洲聯合環形加速器(JET)仍然是聚變輸出的記錄保持者，其輸出功率為16mw，而輸入加熱功率為24mw，仍未達到盈虧平衡點。
“永遠還有50年成功”定律依然成立！
▲歐洲聯合環形加速器(JET)
04 高溫超導
高溫超導的技術成熟，將引發一場前所未有的技術革命！
超導輸電、電池散熱問題、磁懸浮列車將不再是夢，就連前兩者“量子計算”、“可控核聚變”在得到高溫超導的助力之後，也將變得容易一大步！
▲韓國構想中的超導輸電線路
2015年，物理學家發現硫化氫在極高壓的環境下(至少150GPa)，約於溫度203K （-70 °C）時就會發生超導相變。
2018年，德國化學家發現氫化鑭（LaH10）在壓力170GPa，溫度250K（-23℃） 下有超導性出現，是目前已知最高溫度的超導體。
▲氫化鑭的結構
“石墨烯駕馭者”曹原發現，當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會產生神奇的超導效應。
曹原因此入選《自然》雜誌“2018年度科學人物”並位列榜首。
▲“石墨烯駕馭者”曹原
06 標準模型的若干問題
如果說前面幾個都和工程、技術聯繫更緊密，那麼接下來我們將談談幾個關於前沿理論的。
從上世紀50年代，楊振寧和羅伯特·米爾斯劃時代提出了楊-米爾斯理論之後，基於該理論發展起來的標準模型經受了各種實驗的歷次考驗，越發讓人覺得牢不可破。
然而標準模型畢竟還存在一些瑕疵，解決了這些問題，炸藥獎是少不了的。
1、標準模型的自一致性還沒有得到數學上的證明。
與之相關的一個問題是“楊-米爾斯存在性與質量間隙”，
2000年，該問題被克雷數學研究所列為數學七大千禧年難題之一。如果這一問題得到解決，炸藥獎、土地獎雙料獎項是少不了的。
2、中微子質量問題。
1998年，日本超級神岡中微子探測器發表有關中微子振盪的結果，顯示中微子擁有非零質量。
標準模型經過簡單修正，引入非零質量的中微子，暫時可以解釋這個實驗結果。
但是中微子質量的細節仍然不清楚。而且，為了解釋中微子質量，需要額外的7或8個常數，讓原本簡潔的標準模型變得“不美”。
▲一個關於三種中微子的漫畫
3、質子衰變。
許多標準模型的擴展都預言了質子衰變，但觀測的結果顯示，如果質子會衰變，半衰期至少長達 10^34 年，比宇宙年齡還長多少倍。
因此可以這麼說：所有試圖觀察質子衰變的實驗無一成功。
對這一問題的研究還將解釋：“為什麼我們的宇宙少有反物質”這一重大命題。
4、標準模型不能解釋萬有引力。
儘管引入了引力子，但它並沒有從量子場論的角度一貫地解釋萬有引力的規範理論——廣義相對論。因此它並不是我們期待的“萬有理論”（TOE），可能仍然是更加基本理論的一個方面。
未來的量子引力理論將是如何一番景象，這是物理學界期待已久的。
06 凝聚態物理
Haldane猜想，這個我不太懂。這個鏈接解釋的很好
07 宇宙學若干問題
1、暗物質存在嗎？幾種候選物質能否得到驗證？還是修改萬有引力理論大尺度結構的適用性？
▲宇宙中暗物質的3維分佈
2、驅動宇宙加速膨脹的暗能量究竟是什麼？
3、宇宙的將來？坍縮？平直？還是繼續加速膨脹？
寫到這裡突然發現自己的學識實在微不足道，也許我們就將處於一個偉大時代的黎明。說不定第二天揉開惺忪的睡眼，我們就將進入一個全新的時代！
為了美好的未來，我們都要努力學習哦！
鏈接：物理學還會有劃時代意義的突破嗎? - 知乎 https://www.zhihu.com/question/356688310/answer/914193217
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