21世纪物理前沿十大问题-段一士-20061130
21世纪10大科技难题(上)
２１世纪１０大科技难题（上）作者：佚名来源：《语文世界(初中版 )》2006年第04期随着科技的不断进步，人类攻克了一个又一个科学难题，但是，仍有一些不解之谜等待我们去探究。
“科学圣经”将分两期为大家刊出《21世纪10大科技难题》相信富有科学探索精神的你一定会感兴趣的。
（奇奇）粒子物理学的两个谜在当代的粒子物理学中有两个谜：一是对称破缺，二是看不见的夸克。
目前我们了解的理论，如量子动力学、爱因斯坦的普遍相对论，都是来源于对称的。
可是在我们的宇宙里，还有不少东西不守恒，这就很奇怪。
我们的很多理论是根据对称产生的，可是为什么我们的世界又是不对称的？这表明现有的全部知识是很不全面的，一定另外还有一个力。
这个力是推翻对称的。
这个力是什么，我们不了解，它的存在是关于粒子物理学的第一个谜。
现在我们认为，很可能真空在里面起作用，真空有很复杂的性质。
如果我们了解了对称性的来源，很可能就可以了解质量的来源，包括暗物质。
第二个谜即是看不见的夸克。
我们知道，所有的物质都由两类基本粒子组成，一类是夸克，一类是轻子。
我们现在已经发现有6种夸克和6种轻子。
我们有充分的实验证据表明，夸克是存在的，我们知道其质量不大，但就是看不见。
所以，为什么一切强作用的物质都是由夸克构成，而夸克却看不见，这是一个很奇怪的事。
生物学难题：生命是怎样开始的？1922年，苏联生化学家亚历山大·奥巴林提出一个著名的假说：生命来自闪电。
太阳和地球自身的放射性能量作用于大气层中的无机分子，使之变成有机分子；它们在地球湖泊、海洋提供的“原始汤”中“定居”，发展成为原始的生命。
1950年，美国芝加哥大学第一次用实验来验证奥巴林假说。
他们模拟“原始汤”，在水中加进甲烷、氨等分子，加热并通以电火花。
一个星期之后，甲烷中有5％的碳变成了氨基酸分子，而氨基酸正是构成生物蛋白质的基本单位。
此后，科学家进行了许多类似的实验，不仅从无机物中得到了各种氨基酸，而且得到了核苷酸、磷脂等构成生命的重要有机分子。
世界十大物理学难题
世界十大物理学难题
以下是目前被认为是世界十大物理学难题的问题：
1. 暗物质的本质：暗物质是一种我们无法直接观测到的物质，但是它的存在可以解释宇宙中星系的分布和运动方式。
目前我们还不清楚暗物质的本质是什么。
2. 暗能量的本质：暗能量是一种我们无法直接观测到的能量，但是它的存在可以解释宇宙的加速膨胀。
目前我们还不清楚暗能量的本质是什么。
3. 量子重力问题：量子重力是一个非常复杂的问题，因为量子力学和广义相对论之间存在矛盾。
目前我们还没有一个统一的理论来描述这个问题。
4. 引力量子化问题：引力是一种基本的力量，但是我们还没有一个量子化的引力理论。
目前我们还不清楚如何将引力量子化。
5. 黑洞信息丢失问题：黑洞是一种非常神秘的天体，它们可以吞噬一切，包括光。
目前我们还不清楚在黑洞中发生的物理过程中，信息是否会丢失。
6. 宇宙初始奇点问题：宇宙初始奇点是宇宙大爆炸的起点，但是我们还不清楚它的性质和状态。
7. 量子纠缠问题：量子纠缠是一种非常奇特的现象，两个量子粒子之间的状态会瞬间相互影响，即使它们之间距离
很远。
目前我们还不清楚这种现象的本质是什么。
8. 高能物理中的基本粒子问题：高能物理中的基本粒子是构成宇宙的基本组成部分，但是我们还不清楚它们之间的相互作用和本质。
9. 宇宙背景辐射问题：宇宙背景辐射是宇宙大爆炸留下的遗迹，但是我们还不清楚它的起源和本质。
10. 量子计算问题：量子计算是一种基于量子物理原理的计算方式，但是目前我们还没有一个可靠的量子计算机。
高考物理年年必考的十大热点问题破解之道1力学问题破解之道_“对症下药”选规律
力学问题破解之道——“对症下药”选规律力学部分是高中物理的一个重要板块,也是每年高考必考的内容。
考查时多以力学综合题的形式出现，也就是我们平时所说的物理大题。
这类力学综合题条件隐蔽难辨，过程错综复杂，情景扑朔迷离，让许多学生望而却步。
但我们仔细分析就可以知道，这些力学综合题无论再复杂，运用的也就是力学的中七大规律。
如果我们能够抓住力学七大规律运用的时机，做到“对症下药”，恰当的运用这些规律，这类力学综合题便迎刃而解。
为了方便记忆，特将每个规律运用的时机总结了一句歌诀。
下面分别举例说明。
一、牛顿运动定律————单体运动且恒力,试试牛顿三定律对于单个物体的运动,若受到的力是恒力,涉及到物体受力的细节分析以及时间和位移等物理量时，宜优先考虑采用牛顿运动定律。
例1 (2015新课标I)一长木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物块；在木板右方有一墙壁，木板右端与墙壁的距离为，如图（a）所示。
时刻开始，小物块与木板一起以共同速度向右运动，直至时木板与墙壁碰撞（碰撞时间极短）。
碰撞前后木板速度大小不变，方向相反；运动过程中小物块始终未离开木板。
已知碰撞后时间内小物块的图线如图（b）所示。
木板的质量是小物块质量的15倍，重力加速度大小g取。
求（1）木板与地面间的动摩擦因数及小物块与木板间的动摩擦因数；（2）木板的最小长度；（3）木板右端离墙壁的最终距离。
解析：(1) 规定向右为正方向，木板与墙壁相碰前，小物块和木板一起向右做匀变速运动，设加速度为a1，小物块和木板的质量分别为m和M，由牛顿第二定律有： -μ1 (m+M)g = (m+M)a1·······○1由图可知。
木板与墙壁碰前瞬间的速度v1= 4m/s ,由运动学公式得：V1 = v0 + a1t1······○2S0 = v0t1 + a1t12········○3式中t1=1s , s0 = 4.5m是木板碰前的位移，v0是小物块和木板开始运动时的速度。
21世纪难题
21世纪100个科学难题1、对深层物质结构的探索2、协调相对论和量子论的困难3、引力波探测4、质子自旋“危机”及其实验探索5、力学的世纪难题――湍流6、金属微粒中的量子尺寸效应和超导电性7、高温超导电性8、固体的破坏9、宇宙结构的形成与星系的起源10、太阳中微子之谜11、活动星核的能源和演化12、星际分子去和恒星的形成13、宇宙常数问题14、太阳活动的起源15、磁元的争辩16、黑洞的证认17、宇宙论中的暗物质问题18、地外文明与太空移居19、寻找地外理性生命20、星系演化的途径21、最终解决人类能源问题的课题22、未来的空间太阳能发电23、太阳风的起源及其加速机制24、日冕加热和太阳风加速25、表面张力梯度驱动对流26、磁层亚暴和磁暴的整体过程27、富勒烯化学28、单原子识别与分子设计和合成29、室温有机超导体30、催化的高选择性合成31、原子簇物质32、非线性光学聚合物实用化的若干问题33、分子工程学34、分子元件的单原子加工和自组装35、可持续发展对化学的挑战36、地球科学中的非线性和复杂性37、地球构造运动驱动机制的反演38、人类对全球环境变化影响的预测39、气候系统动力学40、自然控制论41、地震成因与地球内部流体42、地球的自转运动及其与地球各圈层的相互作用43、现今岩石圈构造解析中的若干难题44、生物多样性保护45、细胞凋亡46、生物学的理论大综合：遗传、发育和进化的统一47、分子识别、化学信息学和化学反应智能化问题48、人能否在地球以外长期生存49、脑神经系统动力学50、生命、人的思维、意识、目的等的物理学基础51、探索生命和遗传语言52、疯牛病――中心法则――Affinsen原理53、分子进货的驱动力与分子进化理论54、脑的诸模型能带我们走多远55、如何控制化学反应的方向（反应通道）56、未来的认知神经科学能束给意识以新的解释57、地球深化的统一理论：“两均论”与“两非论”58、有机体信息系统的深化在物种生存、适应过程中的作用59、脑的选择性自适应60、脑的行为的自组织61、思维与智能的本质62、人脑如何组织其信息存贮63、脑与免疫功能64、生命起源、细胞的起源和进化研究65、生命的起源与蛋白质66、RNAgn 与生命起源67、注意的脑机制68、智力的起源69、细胞如何调控基因组的有序活动70、人脑是怎样认知外界视觉世界的71、策略的植物细胞生理学问题72、中心法则的空白――从新生肽到蛋白质73、“JUNK”DNA有什么功能74、统一医学75、意识和思维动力学76、人类疾病与基因77、生命起源中的对称性破缺78、精神与免疫79、改善老年性认知功能障碍的心理药物学策略80、解析全套细胞蛋白质结构与功能，展现生命活动全景81、心思的神经生物学机理82、细胞三维生长和组织培养83、重返海洋84、客观世界的自组织85、全信息理论与高等智能86、关于“意识”问题87、植物光合作用吸、传、转能的分子机理及其调控88、系统科学的困惑89、复杂经济系统的演化分析90、路径积分91、朗兰兹纲领92、球堆积问题93、相变的数学理论94、P－NP问题95、超级计算理论96、庞加菜猜想及低维拓扑97、黎曼猜想98、中华民族及现代人类的起源99、人类基因组研究中的社会学、伦理学和法律问题100、物质和精神的关系问题。
你知道21世纪十大待解科学谜团吗
你知道21世纪十大待解科学谜团吗？过去几百年科学的发展很迅速。
不过，时至今日，还有许多未解之谜，本世纪我们剩86年去解开他们。
10.生命是如何起源的？这个问题看起来似乎并不难，却总是解决不了。
对于生命基本构成是如何在原始条件下产生，或者是如何从太空来到地球的，不断有各种新发现冒出来。
9.暗物质到底是什么？80多年前天文学家就发现，太空中的引力远比可见物质能产生的引力要多。
探索产生额外引力的那种未知亚原子粒子是一项艰苦的工作。
一些实验中得到的线索总是在其他实验中被推翻。
8.推动宇宙加速的暗能量本质是什么？加入你觉得暗物质太难研究了，那么试试解释暗能量吧。
有一种物质在推动着宇宙以日益加快的速度膨胀。
但暗能量的本质仍是个谜。
7.如何衡量证据？这个问题太神秘了，以至于许多科学家都没有意识到它的存在。
举个例子：你做了一个实验，得到具有重要统计学意义的数据结果，然后重复实验，结果一样，那你就会认为这样得到的证据比做一次实验要强。
但假如第二次实验得出的数据意义稍弱一些，那么两次实验的合并P值反而更弱了，尽管实验证据原本应被认为是更强的。
6.基因、癌症和运气你最近可能听到了这样的说法，即大多数癌症患者都是运气不佳，美国《科学》周刊发表的一份研究报告就是这样说的。
该研究引发了抗议之声，有人认为这种说法会给公众“传递错误的信息”。
专家们对随即突变（坏运气）、遗传（父母的原因）、生活方式（你自己的原因）和环境（别人的原因）等因素到底孰轻孰重也意见不一。
把这些问题理出头绪，同时解决有关癌症的其他谜团应是21世纪科学界最重要的任务之一。
5.空间还有多出来的维度吗？不管有多少维度，它们都是必要的。
这个问题或许应该这样问：空间到底有多少维度？许多物理学家认为，物理学要想正确地解释宇宙，普通的三维肯定是不够的。
理解这个问题的关键是“卡-丘”空间——这是个能以无数不同的方式蜷缩的高纬空间，要想探查到其中有多少额外的维度存在是非常困难的。
21世纪十大地球科学问题
1.地球和其他行星的起源 (1)2.地球“黑暗时期”(地球诞生后的最初5亿年)的演化历史 (1)3.生命的起源 (1)4.地球内部运动及其对地表的影响 (2)5.板块构造与大陆地质过程 (2)6.地球的物质特性与地球过程的控制 (3)7.气候变化的原因与幅度 (3)8.生命—地球的相互作用与影响 (4)9.地震、火山喷发等灾害及其后果的预测 (4)10.地球内外流体运动对人类环境的影响 (4)1.地球和其他行星的起源太阳系具有庞大的几何形态，拥有一系列不同类型的行星和卫星，如气体行星:木星、土星、天王星和海王星;岩石行星:水星、金星、地球及火星等。
几个世纪以来，人们一直在研究下列问题:行星如何在恒星周围形成? 太阳系行星如何形成? 有关地球起源的陨星证据都说明了什么? 地球的化学组成是什么? 月球是否由陨星撞击而成?现在，很多证据可以提供太阳系及行星形成的关键信息，其中非常重要的就是模拟研究。
越来越多的以强大望远镜进行的天文观测，以及对小行星、彗星和其他途经太空船行星的研究为恒星和行星的形成模型加入了新的维度。
地球化学研究和天文观测的交叉变得越来越多:质谱方法的改进、陨石同位素成分的新资料正在推动地球和陨石标准组成模型的改进，对陨石中的前太阳系阶段粒子的研究使人们对恒星演化及核合成的认识越来越清晰。
先进的计算能力则使科学家们能够对星云盘的演化、星子与行星胎的碰撞后果、原行星体内部过程等进行更精确的模拟。
但是，人类对地球组成成分的了解还不够详细，其中仍然存在一些重要问题:地球如何获得挥发性成分? 这些成分现在还有多少? 地球的难熔元素是否与陨星完全一样? 地球内部生热元素的绝对浓度是多少? 对于太阳系而言，需要更清楚地认识:太阳系最初数百万年里的行星形成过程，太阳系后期事件(如重大撞击)对行星的影响，早期太阳系过程对行星化学成分和大小的影响，各种形式同位素异质性的起源。
未来，只有以望远镜、空间飞行器、敏感的分析设备对太阳系的其他星体和太阳系外天体作进一步的观测，人类才能更深入地了解地球和太阳系的起源。
10大物理学难题困扰世界详细版
10大物理学难题困扰世界详细版物理学作为一门探索自然规律的科学，一直在不断地向前发展。
然而，在这个过程中，仍有许多难题困扰着科学家们。
以下是 10 大至今仍未完全解决的物理学难题。
一、暗物质之谜我们通过对星系旋转速度的观测发现，星系中的可见物质所产生的引力，远远不足以维持星系的稳定结构。
因此，科学家们推测存在一种看不见的“暗物质”，它不与电磁力相互作用，所以无法被直接观测到，但却通过引力影响着宇宙的结构和演化。
暗物质究竟是什么？是一种新的粒子，还是某种未知的物质形态？目前，我们对它的了解还非常有限，这是现代物理学中一个巨大的谜团。
二、暗能量之谜随着对宇宙膨胀的观测，科学家们发现宇宙的膨胀正在加速。
为了解释这种加速膨胀，引入了“暗能量”的概念。
暗能量被认为是一种充满整个宇宙的能量，具有负压，导致了宇宙的加速膨胀。
但暗能量的本质是什么？是一种恒定的能量场，还是某种动态的能量形式？它的存在和性质对我们理解宇宙的命运至关重要。
三、量子引力问题量子力学和广义相对论是现代物理学的两大支柱。
然而，在微观的量子世界和宏观的引力世界之间，这两个理论却难以统一。
如何将量子力学的原理应用到引力现象中，构建一个完整的量子引力理论，是物理学界面临的一个重大挑战。
弦理论和圈量子引力理论是目前尝试解决这一问题的两个主要方向，但至今仍未达成共识。
四、黑洞信息悖论当物质落入黑洞时，其携带的信息似乎会消失在黑洞的事件视界内。
根据量子力学的原理，信息不应该被消灭，但广义相对论却暗示黑洞会摧毁信息。
这就形成了所谓的黑洞信息悖论。
解决这个悖论不仅对于理解黑洞的本质至关重要，也关系到我们对量子力学和广义相对论的更深层次的理解。
五、统一场论的追求自爱因斯坦以来，物理学家们一直梦想着找到一个统一的理论，能够将自然界的四种基本相互作用——引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用——统一起来。
虽然标准模型成功地统一了电磁力、强相互作用和弱相互作用，但引力的纳入仍然是一个巨大的难题。
21世纪科技10大难题
21世纪科技10大难题粒子物理学的两个谜在当代的粒子物理学中有两个谜：一是对称破缺，二是看不见的夸克。
目前我们了解的理论，如量子色动力学、爱因斯坦的普遍相对论，都是来源于对称的。
可是在我们的宇宙里，还有不少东西不守恒，这就很奇怪。
我们的很多理论是根据对称产生的，可是为什么我们的世界又是不对称的？这表明现有的全部知识是很不全面的，一定另外还有一个力。
这个力是推翻对称的。
这个力是什么，我们不了解，它的存在是关于粒子物理学的第一个谜。
现在我们认为，很可能真空在里面起作用，真空有很复杂的性质。
如果我们了解了对称性的来源，很可能就可以了解质量的来源，包括暗物质。
第二个谜即是看不见的夸克。
我们知道，所有的物质都由两类基本粒子组成，一类是夸克，一类是轻子。
我们现在已经发现有6种夸克和6种轻子。
我们有充分的实验证据表明，夸克是存在的，我们知道其质量不大，但就是看不见。
所以，为什么一切强作用的物质都是由夸克构成，而夸克却看不见，这是一个很奇怪的事。
生物学难题：生命是怎样开始的？1922年，苏联生化学家亚历山大·奥巴林提出一个著名的假说：生命来自闪电。
太阳和地球自身的放射性能量作用于大气层中的无机分子，使之变成有机分子；它们在地球湖泊、海洋提供的“原始汤”中“定居”，发展成为原始的生命。
1950年，美国芝加哥大学第一次用实验来验证奥巴林假说。
他们模拟“原始汤”，在水中加进甲烷、氨等分子，加热并通以电火花。
一个星期之后，甲烷中有5％的碳变成了氨基酸分子，而氨基酸正是构成生物蛋白质的基本单位。
此后，科学家进行了许多类似的实验，不仅从无机物中得到了各种氨基酸，而且得到了核苷酸、磷脂等构成生命的重要有机分子。
这样，生命起源第一步——化学无机分子怎样变成有机分子基本上搞清楚了。
然而更困难的是第二步——有机分子怎样组成具有生物繁殖能力的细胞？美国迈阿密大学生化学家福克斯对此进行了研究。
他相信，细胞起源于一种由类蛋白组成的微球体。
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无霍金(Hawking)辐射的黑洞
21
(三)
极早期宇宙物质是 如何产生的？
为什么没有反物质？
22
11
宇宙创生期、Planck时期
t ≤ tPlank ， l ≤ lPlank
tPlank =
G c5
= 5.3904
×
10 −44
sec
lPlank = ct p =
45
5. 超弦理论中认为夸克、轻子 和媒介子都存在超对称伴随粒 子(Superpartner)
粒子(Particle)
超对称伴随粒子(Superpartner)
夸克(Quark)
J=1/2 超夸克(Squark)
J=0
胶子(Gluon)
J=1 超胶子(Gluion)
J=1/2
轻子(Lepton)
J=1/2 超轻子(Slepton)
II
c (粲)
III
t (顶)
d (下)
s (奇异)
b (底)
电荷
Q=+2/3 Q=-1/3
自旋
J= 1 2
重子数
B= 1
3
33
b、三代轻子 J= 1
2
I
II
III
e−
μ−
τ − Q = −1
νe
νμ
ντ Q = 0
le = +1
lμ = +1
lτ = +1
le，lμ，lτ 三种轻子数
34
17
c、五种媒介子 J=1
11
暗能量的主要特征：
1) 有大的负压力
p < − 1 ρc 2 3
大的负压产生排斥力，即负引力
（对普通物质 p ≥ 0
）
2)分布是均匀的 暗能量在整个宇宙是均匀分
布，无暗能量集团(Cluster)
12
6
暗能量目前的几种可能
1）Einstein引力场方程存在宇宙 常数项 Λ gμν
R μν
−
1 2
B=0
例：
π+ =(u d ) , π−=(d u)
K+ =(u s ) , K− =(s u)
37
高能加速器发现下列粒子反应
p+ p → p+n+π+ p+n→ p+ p+π− → p + n Λ0 + K + → p + p p + p + π + + π − p+ p→ p+ p+ p+ p p+ p→ p+ p+n+n
38
19
高能加速器至今未发现产生 自由夸克
p + p → p + n + u + d 仅 能 产 生 π + = ( ud ) p + n → p + u + d + d 仅 能 产 生 n = ( udd ) p + p → p + Λ0 + u + s 仅 能 产 生 K + = ( us ) p + p → p + p + c + c 仅 能 产 生 J Ψ = ( cc )
55
目前，典型的额外维理论有四种
1. R-S模型 (1999) (L. Randall, R.Sundrum) D=5 , n = 1 K 为 Planck 尺度半圆
56
28
2. ADD模型 (1998-1999)
(A. Arkani-Hamed
S.Dimopoulos, G.R. Dvili)
D=6 , n = 2
24
12
4. 宇宙爆炸后约10-2秒，是由质子、
中子、电子和光子等组成的混合 体，像一盆密集宇宙“汤”。
5. 以后，质子和中子形成原子核并俘 获电子，形成中性原子，
6.大爆炸30万年后，当宇宙温度降到
3000 度 左 右 时 ， 光 子 与 原 子 退
耦、光子集团留下来，形成黑体
谱形式的背景辐射，光子集团由
ADD模型为大额外维空间
尺度 l = mm 数量级
这样模型的建立与2007年LHC运
转建立提供实验手段有关。
57
3. Calabi-Yau模型 (1977) E. Calabi, S.T. Yau (丘成桐 ) D = 10 , n=6 K 为紧缩在 Planck 尺度的 复三维 Kahler 流形 Calabi-Yau流形的研究与10维超
3000度降到今天的2.7K,波长在微
波范围。
25
极早期宇宙物质是如何产 生的？也即物质的基元夸克是 如何产生的？产生的机制是什 么？是当前宇宙学的另一重要 问题。
此外，即早期产生夸克时 为什么几乎没有产生反夸克？ 也即为什么当今宇宙中几乎没 有反质子、反中子等反物质？
26
13
宇宙学和粒子物理中通常用
43
超弦理论主要内容如下：
1. 物 质 的 基 元 是 超 弦 , 而 不 是 点， 弦的长度为Planck长度
lPlank =
G c3
∼
10
−33
cm
2. 弦的不同振动模式代表不同
的基本粒子
44
22
3. 超弦理论引入超对称，超坐 标是不可对易的
θ1θ2 ≠ θ2θ1
4. 超弦理论须引入高维时空。 高于现实四维时空的空间称为 额外维。 例如十维超弦理论 额外维空间是六维
39
夸克禁闭
到目前为止未能观察到自由夸克， 此现象称为夸克禁闭
目前，仅用下列唯象公式说明两个 色夸克之间的作用势随距离增加而增加
U( r ) = −a r
距离越远，力越强 距离越近，力越小
（夸克禁闭） （渐近自由）
40
20
到目前为止还未能从量子色 动力学(QCD)理论中求得夸克的严 格的强禁闭势
量子色动力学
外维理论的研究仍有重要参考价值
59
按 Calabi-Yau 额 外 维 理 论 ， 真实世界是十维时空，有六维在 微观看不见，不掌握，因而在物 理学中有六维因素没有考虑，这 是目前物理学的未知部分，造成 本来是决定性的客观世界，变得 好像是非决定性的了。考虑到额 外维存在对物理规律的影响后， 才能了解真正完整的物理规律。60
弦理论密切相关 但Calabi-Yau流形的探讨也可以独立
存在 58
29
4. K – K 模型 (1921-1926) T. Kaluza (1921) O. Klein (1926) D = 5 , n=1 早期 K – K 模型是为了建立引力
与电磁场的统一理论。 K – K 模型的数学结构对目前额
z 目前还未能解释夸克禁闭问题
z 未能解释为什么自然界不存在自 由夸克
这是当前粒子物理需要解决
的重要问题。
41
(五)
超弦理论是否 正确？
42
21
上世纪八十年代以来理论物 理学家企图将：
广义相对论、 量子理论(三种相互作用) 纳入统一理论，即“大统一理论 CUT”:
提出超弦理论
（Superstring Theory）
G c3
=
1.6160
×
10
−33
cm
23
a
1. 宇宙起始于约137亿年前一次大 ,温度
极高的原始火球
(T ～ 1032K
a ～10-34㎝)
3. 宇宙诞生后曾在10-34秒内极速 膨 胀 e70 倍 , 称 为 “ 暴 涨 ” （Inflation）
54
27
一 般 基 本 粒 子 的 尺 度 比 Planck 尺度大很多数量级，额外维流形 K 是不可能容纳这种庞然大物的。
人类生存的四维时空是否还存 在其它微小的物质形态可进入额外 维，是值得探讨的问题。
此外，额外维空间 K 是否会存 在某种奇特物质，它们是否会进入 我们生存的时空，更是值得研究的 问题。
g μν R
=
−
8π G
c4
T
μν
R μν
−
1 2
gμν R − Λ gμν
=
−
8π G
c4
T
μν
13
2）标量场理论(Quintessence)
p = 1φ2 −V(φ )
2
p<0
当
1φ2 <V(φ ) 2
此外，暗能量还可能是由复 标量场或额外维提供的。
14
7
目前宇宙物质的分布： 暗能量占 73% 什么是促使宇宙膨
规范场理论中称为规范玻色子
W ± , Z 0 传递弱相互作用
γ
传递电磁相互作用
g
传递强相互作用
35
强子分为重子和介子 a、重子由三个夸克组成
重子 = (q q q) B=1
例： p = ( u u d) n = ( u d d) Λ0 = ( u d s)
36
18
b、介子由夸克和反夸克 组成 介子 = ( q q )
外维流形的存在，通常认为额 外维流形 K 是卷缩在十分小的 n 维 Planck 尺度内
lPlank =
G c3
=
1.61
×
10
−33
cm
53
论证和探测额外维是否存在 的物理效应是21世纪物理学的重 大问题。
一般认为，只有引力效应能 深入额外维，也即如果引力子存 在 ， 则 引 力 子 可 进 入 额 外 维 K, 我们生存的四维时空将丢失一定 数量的引力子，这是判断额外维 空间存在的一种效应。