自從艾薩克·牛頓和掉落的蘋果以來，驚喜常常推動物理學向前發展。關於我們所居住的宇宙以及構成我們自身和周圍世界的粒子，以及驅動它們的力，許多真相在最初被發現時似乎都出乎意料。例如，科學家們曾經認為原子是現存最小的物質，直到他們分裂原子核，發現了質子和中子，而質子和中子又被證明是由更小的基本粒子——夸克構成的。而且，直到不到100年前，研究人員才發現銀河系不是宇宙中唯一的星系，而是數十億個星系之一。
物理學史上的驚喜太多了，無法全面描述，但我們調查了許多物理學家，瞭解他們最喜歡的一些發現。一些發現，例如宇宙加速膨脹，是如此具有開創性，以至於多位專家將其選為首選。其中許多事件發生在相對較近的時期，表明物理學領域繼續讓我們感到震驚。以下是一些物理學家對最令人驚奇、震驚和匪夷所思的發現的回應。
暗能量
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物理學史上最令人震驚的發現之一是暗能量的發現，就在千禧年即將到來之際。我們物理學界沒有人預料到這一點！對遙遠超新星比預期更暗的觀測結果，引出了宇宙不僅在膨脹而且在加速膨脹的觀點。這些物體非常容易理解，無論它們在時間上被觀察到多麼遙遠，因此其他解釋根本行不通。“暗能量”這個名稱被賦予了導致這種加速的物質。在最初的發現之後，許多其他不同型別的觀測證實了這一結果，例如對宇宙微波背景（即大爆炸遺留下來的光）的研究以及對星系團的研究。這樣的例子不勝列舉。我們現在有了一個宇宙學的標準模型，在這個模型中，我們在日常生活中體驗到的普通物質和能量——我們的身體、我們呼吸的空氣、我們周圍的牆壁以及所有的恆星和行星——加起來只佔宇宙內容的5%。宇宙的大部分是“黑暗面”：宇宙被認為由25%的暗物質和70%的暗能量組成。就我個人而言，我正在努力確定這些神秘成分的本質。
尤其是暗能量的發現創造了一個正規化轉變。[對於暗能量]最簡單的解釋是宇宙學常數，最初由阿爾伯特·愛因斯坦作為廣義相對論方程中的一個可能項引入，但後來被他放棄，認為這是他“最大的錯誤”。現在看來，他可能是對的。問題是，使用量子場論計算出的宇宙學常數的預測值過大，達到了10120倍。編者注：如果常數如此之大，宇宙的膨脹速度將比實際快得多。] 這個難題已經存在一段時間了，理論家們推測，一定存在某種物理機制，將這個數值驅動到零[以匹配宇宙的觀測膨脹歷史]。然而，隨著暗能量的發現，這個數值必須被驅動到一個特定的微小值[而不是零，以解釋加速膨脹]，這更難解釋。這個宇宙學常數問題被許多人認為是現代物理學中所有最深刻的未解問題。”——凱瑟琳·弗里斯，得克薩斯大學奧斯汀分校
宇宙膨脹
我認為宇宙加速膨脹必須是一個強有力的競爭者。我讀過大約在1990年左右發表的參考文獻，其中自信地談到我們將如何很快利用超新星來測量宇宙膨脹的減速率和宇宙的曲率，以及這將如何告訴我們宇宙的最終命運（因為封閉的物質主導的宇宙會經歷“大坍縮”，而開放宇宙則永遠膨脹）——其中很少有適用於我們似乎實際居住的暗能量主導的、空間平坦的宇宙！我認為這也符合條件，因為即使有了後見之明，暗能量/宇宙學常數具有其測量值仍然顯得非常令人驚訝。——特蕾西·斯萊特耶，麻省理工學院
粲夸克和加速宇宙
自從我1973年開始讀研究生以來，基礎物理學中最壯觀的發現如下：
（1）1974年10月發現了J/ψ粒子，並將其解釋為一種新的夸克——粲夸克，這為當時新興的粒子物理學標準模型提供了戲劇性的證實。
（2）在20世紀90年代末發現宇宙正在加速膨脹，顯然是由於真空的能量密度微小但非零，顛覆了我們許多關於宇宙的觀念。——愛德華·威滕，普林斯頓高等研究院，新澤西州
黑洞
物理學史上最令人驚訝的發現之一是卡爾·史瓦西的愛因斯坦方程的黑洞解。[編者注：史瓦西計算了愛因斯坦廣義相對論場方程的第一個精確解，該解預測了黑洞的存在。]
據傳，當愛因斯坦發現他高度非線性的方程時，他認為永遠不會找到精確解，但史瓦西僅在幾個月後就證明他錯了。然而，解的結構如此令人驚訝，以至於許多人認為黑洞不存在。愛因斯坦本人在1939年寫道[“‘史瓦西奇點’在物理現實中不存在”]。直到一個世紀之後，隨著最近直接的LIGO[雷射干涉引力波天文臺]和EHT[事件視界望遠鏡]對黑洞的觀測，最後的懷疑才被消除。”——安德魯·斯特羅明格，哈佛大學
時空
一定是時空的靈活性。假設我搭乘一艘非常快的火箭或非常靠近黑洞，然後返回我開始的地方。如果我在火箭上飛得足夠快，或者足夠靠近黑洞，我的手錶上可能只過了10分鐘，而地球人卻過了10000年。這是一個經過實驗驗證的時間機器，可以讓你穿越到未來！——埃德加·沙古利安，加州大學聖克魯茲分校
中微子
我認為我最喜歡的物理學事件是預測中微子的存在[一種不帶電且質量非常小的亞原子粒子]，因為我們今天對物理學的許多基本方法都源於那一刻。沃爾夫岡·泡利對中微子的預測是認真對待能量和動量守恆的最初例子之一——你必須透過違反這個守恆定律或透過引入一個新粒子來解釋核β衰變[一種常見的放射性過程]。中微子將是第一個被預測出的新粒子，它在日常生活中並不明顯。今天，對新的幽靈粒子的預測幾乎隨處可見，但在上個世紀的早期，引入可能無法觀察到的粒子根本是不被接受的。當恩里科·費米引入解釋為什麼中微子如此難以觀察到的相互作用時，他預測了第一種超出日常生活中明顯的兩種力（引力和電磁力）的新力[弱核力]。今天，物理學家們一直在考慮許多新型的力，但在那時，這根本不在考慮範圍內。力的統一的想法，對於今天的物理學來說是如此重要，它源於費米發現的中微子感受到的“弱力”。量子力學作為一個理論是有道理的最令人驚奇的例子之一，因為它可以在公里尺度上發生，在那裡我們可以真正看到它，這來自於中微子物理學。因此，泡利預測中微子的那一刻是我最喜歡的驚喜，因為它引領了物理學中的所有道路。——珍妮特·康拉德，麻省理工學院
振盪
我想說，對我來說，中微子振盪的發現也名列前茅。中微子本身是由泡利預測存在的，隨後被發現，這偉大證明了理論的力量。但使中微子成為非常有趣的小粒子的原因是，它們具有質量並且可以改變味，這需要修改粒子物理學的標準模型。——桑賈娜·柯蒂斯，芝加哥大學
留基伯特性
很久以前，兩位古希臘學者，德謨克利特和留基伯斯，認為物質由原子組成，這一概念在兩千多年後才得到證實。我最近創造了“留基伯特性”這個詞來描述那些等待多年才被廣泛接受的推測性假設。我的新詞是為了紀念原子假設的兩位倡導者中較年長的一位——留基伯斯。
艾薩克·牛頓在1672年得出結論，光由粒子組成；克里斯蒂安·惠更斯在六年之後發展了他的光波理論。誰是對的？這個問題持續了兩個世紀，直到詹姆斯·克拉克·麥克斯韋深刻而具有留基伯特性的發現，即光偏愛惠更斯的波動理論。（後來愛因斯坦將對此事發表看法。）留基伯特性在科學中比比皆是。阿爾弗雷德·魏格納關於大陸漂移的先見之明的“地質詩歌”在半個世紀後成為成熟的板塊構造科學。最近，玻色子的發現[希格斯玻色子]，最初由彼得·希格斯和其他一些人在1964年設想，於2012年7月4日在CERN[位於日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室]被隆重宣佈。最後，黑洞對併合產生的引力波於2015年被LIGO探測到，這整整是在愛因斯坦提出它們存在一個世紀之後。又是留基伯特性！——謝爾頓·李·格拉肖，哈佛大學
相變
在我看來，物理學中最令人難以置信和驚訝的實驗發現之一來自於氦液化先驅海克·昂內斯進行的實驗，他在實驗中將金、鉑和汞等金屬冷卻到液氦溫度。在他發現汞的電阻在液氦溫度下有效地降至零的同一天，他還發現[使用真空泵]對正常的液氦樣品進行操作會導致液體進一步冷卻並劇烈沸騰，然後突然變得平靜。這太不可思議了！在同一天，昂內斯發現了汞的超導態相變和氦的超流態相變。——查爾斯·布朗，耶魯大學
貝爾和邁克爾遜-莫雷
兩個發現——貝爾定理和邁克爾遜-莫雷干涉實驗——顛覆了我們對空間、時間和現實本質的理解，所以我忍不住要為它們都投上一票。
美國物理學會稱邁克爾遜-莫雷實驗為“可能被認為是最著名的失敗實驗”。在1887年進行該實驗之前，科學家們認為光波是透過一種科學家稱為以太的介質傳播的。畢竟，聲波透過空氣傳播，衝浪者的波浪透過水傳播。但阿爾伯特·邁克爾遜和愛德華·莫雷提供了強有力的證據表明，光是不同的；它不需要介質。這種缺失為愛因斯坦的狹義相對論鋪平了道路（沒有什麼能比光速更快，E = mc2 [c代表真空中的光速]，一個物體看起來有多短取決於你相對於它的移動速度，等等），這又導致了他的廣義相對論（時空具有形狀）。
貝爾定理[以約翰·斯圖爾特·貝爾的名字命名]揭示了量子系統與資訊以及彼此之間存在著古怪的關係。通常，如果你瞭解一對系統的一切——例如，瞭解一對名叫奧黛麗和巴克斯特的人的一切——那麼你就瞭解每個個體的一切——瞭解奧黛麗的一切和了解巴克斯特的一切。但如果奧黛麗和巴克斯特是量子粒子的標籤，那麼你可以在不瞭解個體的情況下了解這對粒子的一切。資訊可能不在一個粒子中，也不在另一個粒子中，而是在兩者之間的關係中：在量子物理學中，整體大於部分之和。貝爾的洞察力為世界各地正在建設中的量子計算機和網路鋪平了道路。——妮可·揚格·哈爾彭，馬里蘭大學，量子蒸汽朋克的作者
前五名
以下是一些浮現在我腦海中的令人驚訝的發現，排名不分先後：
（1）狹義相對論：光速是恆定的，與參考系無關。
（2）廣義相對論：引力代表時空的曲率。
（3）宇宙膨脹、隨之而來的大爆炸模型以及膨脹正在加速。
（4）數學在構建自然基本定律方面的“不合理的”有效性。
（5）量子力學的機率性質。——馬里奧·利維奧，天體物理學家