从阿基米德缩短洗澡时间并大喊“尤里卡”那天起，科学就一直是惊喜的源泉。
即使在两千年间知识的丰富积累之后，科学仍然保留着令人惊叹的能力，并且自那以后的一个世纪 科学新闻 开始报道已经产生了一些令人震惊的发现。有些这样的惊喜是突然发生的（如果不一定是突然灵光一现）；在其他情况下，理解上的革命性转变需要一段时间才能慢慢渗透到普遍的科学意识中。
在任一情况下，科学新闻 在过去的 100 年里，我迟早会从事这项工作，识别并报告一系列永无休止的惊喜，除了我的十大惊喜之外，数量太多，无法在此一一提及。
10. 宇称不守恒
20 世纪，物理学家确立了数学对称性在自然定律中的重要性。尽管物理世界发生了各种变化，但描述它们的方程保持不变。因此，很明显，在镜子中观察宇宙（左右切换）应该不会影响这些方程的准确性。1955 年去世的著名数学家赫尔曼·韦尔 (Hermann Weyl) 大胆地说：“毫无疑问，所有自然法则在左右互换方面都是不变的。”
但随后在 1956 年，物理学家李政道和杨振宁发表了一篇理论论文，提出了相反的观点，并且几乎立即，两组实验人员表明，大自然确实区分左右（用技术术语来说，违反了宇称）。钴原子的放射性贝塔衰变和称为 μ 子的不稳定粒子的衰变都在发射的贝塔粒子的行进方向上表现出左右差异——这是一个重大惊喜。“是索科！”实验者之一莱昂·莱德曼 (Leon Lederman) 在四十年后的一次采访中回忆道。《新原子物质法》成为头条新闻 科学通讯 ，前身为 科学新闻，小标题宣称这一结果是“理论物理学的一场革命”。
9. 惰性气体生成化合物
1890 年代，化学家在德米特里·门捷列夫的元素周期表中添加了一个全新的元素族——惰性气体。氦（几十年前在太阳上被发现，但直到 1895 年才在地球上被发现）、氖、氩、氙、氪和氡以前都被遗漏了，因为据任何人所知，它们不会与其他元素形成化合物。这些抗反应原子被称为惰性气体或稀有气体，因为在正常条件下它们都以气态存在。教科书都教导说，惰性气体原子周围电子的排列排除了任何化学结合的机会。
然而在 1962 年，科学通讯 标题宣称“用惰性气体制成‘不可能’的化合物。”该文章报道了伊利诺伊州阿贡国家实验室制造的一种氙化合物——四氟化氙，同时承认化学家尼尔·巴特利特早在 1962 年就已经制备了另一种氙化合物——六氟化氙铂。化学家们不得不争先恐后地修改他们的教科书，世界各地的科学家都被提醒不要总是相信别人告诉你的东西。
8. 板块构造
20 世纪 60 年代，许多地球科学家惊讶地发现描述地球历史的教科书需要被扔掉。然而，阿尔弗雷德·韦格纳不会如此惊讶。韦格纳于 1930 年去世，是一位由天文学家转型为气象学家的人，涉足古生物学和地球物理学。1915 年，他写了一本书，提出地球上的各大洲曾经聚集在一块陆地上，称为盘古大陆（Pangaea）；然后，经过数百万年的时间，它们逐渐疏远，直到今天的世界地图上的位置。韦格纳认为，那张地图并不是地球特征的永久肖像，而是从一部长篇电影中截取的快照。但很少有人相信韦格纳，地球物理学家认为，如此巨大的刚性质量的大规模运动在物理上是无法解释的。不过，韦格纳的大陆漂移思想并没有消失。地质学家知道这一切。但直到 20 世纪 60 年代，这一观点仍然是异端邪说，当时在海底检测到的磁性模式表明海洋已经扩张，导致大陆彼此远离。
“新的证据……支持了长期争论的理论，即大陆曾经是相连的，现在却逐渐疏远了，”科学通讯 1963 年报道。接下来几年的进一步研究表明，大陆漂移是地球内部复杂机制的一个症状，后来被称为板块构造。板块构造学不仅解释了大陆的位置，还解释了山脉的形成方式以及地震为何集中在明确的地震活动区。到 1969 年， 科学新闻 引用专家的话说，是时候“板块构造学被接受为地球物理学的基本理论模型了”。尽管许多当局多年来仍不愿接受这一结论，但随后的几十年证实了令人惊讶的结论：韦格纳基本上是正确的。
7. DNA 制造基因
上世纪最引人注目的发现之一出现在 1953 年，当时詹姆斯·沃森 (James Watson) 和弗朗西斯·克里克 (Francis Crick) 在罗莎琳德·富兰克林 (Rosalind Franklin) 制作的 X 射线图像的帮助下，弄清楚了遗传分子 DNA 的双螺旋结构。但也许更大的惊喜出现在几年前，当时纽约市洛克菲勒大学的 Oswald Avery 及其同事证明 DNA 是构成基因的物质。尽管基因的真实性早在 20 世纪初就已被确立，但没有人有任何关于其物理结构的有力证据。克里克在 1998 年的一次采访中说，在 20 年代，“人们对于基因是什么……就像现在对于意识一样模糊”。“该领域更专业的人士……认为解决这个问题还为时过早。”
到 20 世纪 40 年代，主流观点是基因必须由某种蛋白质构建。DNA 只是一种不起眼的有机酸。但在 1944 年，艾弗里和同事证明基因是由 DNA 链组成，而不是蛋白质。科学通讯 然而，显然没有注意到艾弗里的论文，而是引用了 1950 年和 1952 年的两项后续研究，证实 DNA 是遗传物质。然而在 1953 年，科学通讯 认可 DNA 双螺旋结构为年度顶级科学故事。沃森和克里克关于 DNA 复制如何作为遗传基础的提议的故事标题为“生命的传承方式”。
6. 暗能量
到了 20 世纪 90 年代，宇宙膨胀的大爆炸理论已经毫无疑问地建立起来，但问题仍然存在。其中最主要的是宇宙的命运。大多数专家认为，整个宇宙的质量引力正在减慢其膨胀速度。但他们争论是否有足够的质量来完全逆转膨胀，将宇宙缩小为“大挤压”。有些人认为宇宙会永远膨胀，尽管膨胀速度会不断减小。
1998 年，两个天文学家小组报告了对遥远超新星发出的光的测量结果，故事情节发生了相当令人震惊的扭曲。这些报告随后得到了更多数据的支持，表明普遍扩张并未放缓，而是加速。某种排斥力，在对其真实性质缺乏确切了解的情况下，被称为“暗能量”，显然弥漫在宇宙中。研究人员“惊讶地发现，在没有排斥力的情况下，宇宙在过去的膨胀速度比可解释的要慢 10% 到 15%”，科学新闻 报道称。
5. 暗物质
20 世纪 30 年代，物理学家兼天文学家弗里茨·兹威基 (Fritz Zwicky) 注意到，后发星系团中星系的运动速度似乎违背了基于可见质量引力效应的预期。兹威基得出结论，有一些看不见的物质——他称之为 邓克尔材料 ，或“暗物质”——必须潜伏在星团中，以使观测结果与万有引力定律相一致。后来天文学家霍拉斯·巴布科克（Horace Babcock）和其他人注意到一些星系的外缘存在类似的差异：恒星围绕星系外边缘旋转的速度远远快于星系表观质量所允许的速度。在 20 世纪 70 年代及之后，天文学家维拉·鲁宾 (Vera Rubin) 及其合作者证实了许多星系中外层恒星的快速速度。作为 科学新闻 1994 年报道称，“这种行为完全暴露了这些星系的可见盘嵌在一个更大、质量更大的不可见物质光环中。”
虽然认识到宇宙中的大部分物质都无法被看到已经足够令人惊讶了，但当几条证据证实暗物质不可能与地球上已知的主要由质子组成的物质类型相同时，更令人惊讶的是和中子。迄今为止，暗物质的真实身份仍然是个谜。物理学家提出了一些动机良好的可能性，但暗物质的真实本质也将令人惊讶。
4. 原子弹和核裂变
自发现放射性以来，物理学家就一直在推测每块物质中隐藏的能量。在爱因斯坦发表了他著名的方程 E = mc 之后 2，很明显，这种能量的数量将是巨大的。但大多数专家怀疑是否有任何实际方法可以释放此类能量用于有用目的或战争武器。但在 1938 年底，化学家奥托·哈恩 (Otto Hahn) 和弗里茨·斯特拉斯曼 (Fritz Strassmann) 发现，用中子轰击铀的实验产生了轻得多的元素钡的证据。莉斯·迈特纳（在逃离纳粹德国之前曾与哈恩合作）和她的侄子奥托·弗里施弄清楚了发生了什么——铀核已分裂成碎片。弗里希立即告诉尼尔斯·玻尔，他即将登船前往美国。玻尔抵达后不久，消息就传出。“释放原子能”为标题 科学通讯 1939 年初的封面故事，同时向读者保证“物理学家们担心公众不会担心世界可能被他们的实验炸成碎片”。
然而，很快，核裂变就转变为一项大规模的战争项目，旨在制造一种威力难以想象的爆炸物，其潜在的破坏性震惊了世界，同时也只为人们提供了部分实现的可靠有用能源的希望。“末日霹雳”，如 科学通讯 投在日本的原子弹“预示着一场自第一次使用火药以来从未见过的战争革命，以及后来的另一场工业革命，可能比蒸汽机的发明所带来的革命更大”。
3. 膨胀的宇宙
哲学家和物理学家长期以来一直在思考关于宇宙本质的深刻问题——例如，它是有限的还是无限的，或者它是否有一个开始或永恒存在。但几乎每个人都相信，总的来说，它从未改变，而只是存在，它的物体永远重复着循环旋转和公转。只有极少数人（例如诗人埃德加·爱伦·坡）想象过一个不断发展、变化的宇宙。但在 20 年代，数学家亚历山大·弗里德曼 (Alexander Friedmann) 根据他对爱因斯坦广义相对论方程的解，提出宇宙可能正在膨胀或收缩。爱因斯坦本人很早就注意到了这种可能性，但改变了他的方程，以便它们能够预测一个不变的宇宙，因为他不知道没有证据表明宇宙是相反的。
但通过对遥远星云（后来称为星系）发出的光的颜色的测量，这样的证据已经被收集起来。1929 年，埃德温·哈勃对这些数据的分析表明，星系距离越远，飞走的速度就越快，这意味着（尽管哈勃没有立即同意）宇宙实际上正在膨胀。“遥远的星云正以惊人的速度远离我们，因此真正的宇宙正在不断膨胀。”科学通讯 1931 年报道。
2. 反物质
1930 年，科学通讯 报道了一位名叫保罗·狄拉克的年轻英国物理学家提出的一项极其大胆的提议。他认为，物质——构成物理物体的实体——实际上只不过是太空真空中的一堆“洞”。他认为，空间并不是空的，而是完全充满了具有“负能量”的电子。那些负能量电子无法被检测到。但在负能量电子被给予足够能量将其从负能量海洋中升起的地方，就会形成一个洞，就像海洋中的空泡一样。电子的缺失会使空穴看起来带有正电荷。
狄拉克推测负能量海洋中的这种带正电的气泡对应于质子，质子是构成所有原子（换句话说，所有物质）质量的大部分的基本粒子。但事实证明这并不令人意外，因为狄拉克错了。他很快意识到带正电的空穴不可能是质子，而必须轻得多，与普通带负电的电子具有相同的质量。狄拉克因此预言了反物质的存在，这是一个全新的想法。普通电子遇到反物质粒子时，会通过填充空穴而消失，并在此过程中释放出一阵能量。
此后不久，物理学家卡尔·安德森在宇宙射线中检测到了狄拉克的“反电子”，他报告说“可能存在……具有熟悉的负电子质量的带正电粒子”。
1. 不确定性原理
1927 年，维尔纳·海森堡 (Werner Heisenberg) 宣布了他的不确定性原理，这是描述自然的新生数学（称为量子力学）的核心思想。海森堡的原理表达了令人震惊的认识，即从牛顿物理学推导出来的不间断的因果链是一种幻觉，一种自然界在亚原子尺度上无法观察到的近似值。虽然花了几年时间，但是 科学通讯 在 1929 年的标题中宣称“‘不确定性原理’进入了科学”。“粗略地说，新理论认为机会统治着物质世界，”文章宣布。“这些听起来很奇怪的结果源于这样一种论点，即粒子可能有一个确切的位置或一个确切的速度，但它不能两者兼而有之。”该报告称这是一个“令人不安的想法”，它将“彻底改变宇宙的观念……甚至比爱因斯坦的相对论还要大”，并且“一旦哲学家和外行开始尝试解释它”，肯定会引起轰动。这样的尝试今天仍在继续——未来任何成功达成共识的解释肯定会带来特别意想不到的惊喜。
