现代物理学的九大终结问题
物理学十大难题的研究进展
物理学十大难题的研究进展物理学是自然科学中最古老、最基础的学科，研究物质、能量、空间和时间的本质、性质、规律和相互关系，是人类认识宇宙、探索未知、创造文明不可或缺的重要学科。
在物理学的发展历程中，由于人类的认知能力和科技水平的不断提高，研究的难度也日益加大，很多关键问题仍然被我们所困扰。
本篇文章将带您了解物理学中的十大难题及其研究进展。
一、黑暗能量与黑暗物质黑暗能量与黑暗物质是当前宇宙学中最为重要的难题之一。
黑暗能量与黑暗物质在宇宙形成、星系形成、宇宙膨胀等方面具有至关重要的作用，然而我们对它们的了解却非常有限。
黑暗能量的存在被认为是推动宇宙加速膨胀的原因，占据了宇宙总能量的约70%；而黑暗物质则在引力作用下影响了宇宙结构的形成。
尽管科学家们利用各种手段进行了搜寻，但它们的本质仍然不为人知，这是当前物理学中最为棘手的问题之一。
二、量子引力量子引力理论是继相对论和量子力学之后，人类对自然的第三种描述。
它试图将引力作用与量子力学相结合，从而探索微观世界的基础原理及其相互作用，以及研究黑洞、宇宙起源等宏观现象背后的微观机制。
然而，至今为止，量子引力理论仍然没有得到确定的解答，这是物理学中最为深奥、最具挑战性的问题之一。
三、超导材料超导材料是一种特殊的物质，可以在极低温度下表现出特异的电性质，如零电阻、磁场排斥、电流不损耗等。
虽然个别超导材料的临界温度已经达到了临界温度，但目前仍然存在很多挑战性问题，如为何某些材料可以实现高温超导、如何有效地制备高品质的超导材料、如何解决超导失效等。
超导材料的深入研究不仅可以为量子计算、全息图像等科技提供支撑，也对未来的储能技术等方面具有极大的意义。
四、宇宙暴涨宇宙暴涨理论是当代宇宙学中最为流行的理论之一，它认为宇宙在它形成之初经历了一次短暂而极端的膨胀，这导致宇宙变得异常平坦和均匀，并且形成了宇宙射线背景辐射。
然而，对于暴涨的机制、过程、持续时间等，仍然存在很多疑问和争议。
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。
人类迄今为止仍然未解的10大物理学难题
⼈类迄今为⽌仍然未解的10⼤物理学难题为什么反物质的数量⽐物质更少？1 为什么反物质的数量⽐物质更少？对于每种类型的粒⼦，都有⼀个具有相同性质，但电荷相反的的双重反粒⼦存在。
如果物质与反物质相遇，则两者⽴即飞灰湮灭。
如果反物质和物质具有相同的性质，为什么宇宙当中的物质与反物质数量不是相等？暗物质是什么？2 暗物质是什么？宇宙学家认为，宇宙只有约5％是可见的，它们由数⼗亿个星系，恒星和⾏星组成，包括我们的银河系。
那么“暗物质”究竟是什么？暗物质不发光，它们在占宇宙中所占⽐例⼤约25％。
什么是暗能量？3 什么是暗能量？宇宙中绝⼤部分的内容（70％）是以未知能量的形式存在，我们称之为“暗能量”。
暗能量究竟是什么？我们对这种神秘的，反重⼒形式存在，不符合标准物理规律的物质⼏乎⼀⽆所知。
平⾏宇宙真的存在吗？4 平⾏宇宙真的存在吗？⼀些天体物理学家认为，可见的宇宙只不过是⽆数的宇宙类型之⼀。
根据量⼦物理学理论，有限数量的粒⼦排列会在多元宇宙中⼀再重复。
这意味着，在平⾏宇宙中，我们世界会存在精确的副本（包括你⾃⼰！），可能会有两个或者⽆限多的副本！但是，我们为⽌还没有发现平⾏宇宙的存在。
宇宙的终极结局是什么？5 宇宙的终极结局是什么？如果宇宙⼤爆炸理论⽆法得到进⼀步证实，宇宙的最终命运可能很难找到答案。
有很多设想：⽐如宇宙⼤崩溃，宇宙⼤冰冻，宇宙⼤裂开，这些理论设想都试图预测宇宙的最后场景，但我们没有确定的答案。
⽬前来讲，⼈类⽂明（和任何具有智慧外星⼈⽣命⽽⾔），宇宙的最终时刻来临之前，我们可能早就不再了。
但时间不会结束，是吗？为什么时间显⽰为线性？6 为什么时间显⽰为线性？时间，如⽜顿所定义，在物理学上是⼀个常数。
⽜顿⼒学按时间顺序组织时刻或事件的顺序。
但科学证据表明，时间是循环的和⾮线性的;理论上，时间可以减缓，停⽌或逆转。
为什么时间给⼈的印象是流动，线性和不可逆转的？意识如何影响现实？7 意识如何影响现实？如果你想考验⼀个量⼦物理学家或科学哲学家的⽔平，就要提出“测量问题”。
当代物理学面临着哪些困境？
当今物理学还有那些困境？且看下文1、最后的粒子。
以杨·米而斯方程为核心的现代物理学描绘了62种基本粒子，2013年3月14日，欧洲核子研究所宣布发现了被称为上帝粒子的希格斯波色子。
至此62个基本粒子只剩下幽灵一样只处于幻想中中的引力子。
引力子又称重力子，来源是爱因斯坦广义相对论对引力波的描述，在现代物理学将其描述为自旋为2，质量为0，专职传递引力的假想粒子。
物理学解释两个物体之间的引力可以归结为引力子之间的交换。
只是引力子在超弘理论里引力子被描述成可以穿透空间膜的唯一粒子。
依靠引力子你可以与平行世界的另一个你通话，问哪里的天气情况。
也就是说粒子对撞机对撞粒子后即便就是产生引力子，引力子在出现的一瞬间就穿透了空间膜逃之夭夭。
引力子是证明标准物理模型可信的关键，是证明超弘理论正确的问题所在。
只是人类抓住了上帝粒子，但这个虚无缥缈仿佛幽灵一样的引力子仿佛乌云一样笼罩在物理学大厦的上空。
倘若引力子被证明是个笑话。
那么超弘理论只是数字上的一个游戏，标准物理模型就被摧毁。
这是现代物理学的灾难。
找不到引力子，无论是标准物理模型还是超弘理论都只是一方学说，永远在科学殿堂里争论的问题。
2、暗能量的阵痛。
鼻梁上挂着单片镜片的苦瓜脸天文学家在观测超新星时发现宇宙并不像他们假设的那样膨胀放缓，上帝在真理的花园里嘲笑着人类的愚昧与自大。
事实上鉴于爱因斯坦对引力的描述，宇宙应该是朝内萎缩才对，不应该向外肆无忌惮的扩张。
所以，宇宙中必然有一种与引力相互排斥且支持宇宙扩张的能量，那些苦瓜脸科学家将其称为暗能量。
这种能量科学家推断占据宇宙空间70%，在暗能量的模型里，这货已经成为宇宙里的一个“常数”，是宇宙诞生之初就存在的大爷，它肆无忌惮的对宇宙施加压力，扩张宇宙，撕裂空间，制造更多的充满暗能量的空间。
这是上帝的力量，人类可以揣测，却没办法弄明白，更没办法将之掌控。
3、暗物质的嘲讽1922年，戴着金丝眼镜的天文学家卡普坦提出可以通过星体系运动间接推断星体周围可能存在不可见的物质，从此暗物质进入科学家的视野。
悬而未决的6大物理学难题，解决任何一个都能引发物理学大爆炸！
悬而未决的6大物理学难题，解决任何一个都能引发物理学大爆炸！一、物质由什么组成？物质由原子组成，原子由质子、中子和电子组成。
而质子和中子又由更小的夸克组成，是否还有更小的基本粒子，至少现在不得而知。
二、为什么重力这么奇怪？我们对重力都很熟悉，而且爱因斯坦的广义相对论提供了重力的数学模型，即空间翘曲。
但是重力和其它三种已知基本作用力（电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用）相比，实在是太弱了。
一种解释是：除了已知的三维空间外，存在尚未探知的维度，重力泄入这些额外的维度。
三、为什么时光不能倒流？自爱因斯坦以来，物理学家就把时间和空间合称为四维的“时空”，但是空间和时间是不同的。
我们可以在空间中自由移动，但是时间却似乎只有一个方向。
物理学家认为这可能和热力学第二定律有关，熵随时间的推移而增加，也许这就给了时间方向。
但是为什么早期宇宙的熵较低，科学家不得而知。
四、反物质去哪了？科学家在实验室能创造出反物质，而且正反物质总是等量的。
这也意味着，大爆炸创造出了等量的正反物质。
但是，我们的周围都是正物质，那反物质去哪了？一种猜想是：大爆炸产生的正物质比反物质多一些。
大爆炸后，每100亿份反物质对应100亿外加1份正物质。
这100亿份正反物质湮灭了，只剩下1份正物质，这才有了我们。
但是为什么正物质比反物质多呢？不得而知。
五、能否发现统一的物理定律？现在我们有两套理论解释物理现象，爱因斯坦的广义相对论和量子力学。
前者适合宏观领域，后者适合微观领域。
那有没有统一的物理定律呢？科学家进行了尝试，比较知名的有弦理论和环量子理论，不过这两者尚未经过实验证实。
六、生命是如何从非生命物质进化来的？科学家相信，在生物进化之前，存在化学进化，即简单的无机物反应生成复杂的有机物。
但是，是什么激发了这个过程？一种理论比较投机，认为生命是熵的必然结果，如果这个理论正确，那生命的出现就像水往低处流这么稀松平常。
而电脑模拟支持这种理论。
模拟显示：普通的化学反应会产生高度结构化的化合物。
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。
物理学最前沿八大难题
物理学最前沿八大难题当今科学研究中三个突出得基本问题就是:宇宙构成、物质结构及生命得本质与维持,所对应得现代新技术革命得八大学科分别就是:能源、信息、材料、微光、微电子技术、海洋科学、空间技术与计算机技术等。
物理学在这些问题得解决与学科中占有首要得地位。
我们可以从物理学最前沿得八大难题来了解最新得物理学动态。
难题一:什么就是暗能量宇宙学最近得两个发现证实,普通物质与暗物质远不足以解释宇宙得结构。
还有第三种成分,它不就是物质而就是某种形式得暗能量。
这种神秘成分存在得一个证据,来源于对宇宙构造得测量。
爱因斯坦认为,所有物质都会改变它周围时空得形状。
因此,宇宙得总体形状由其中得总质量与能量决定。
最近科学家对大爆炸剩余能量得研究显示,宇宙有着最为简单得形状——就是扁平得。
这又反过来揭示了宇宙得总质量密度。
但天文学家在将所有暗物质与普通物质得可能来源加起来之后发现,宇宙得质量密度仍少了2／3之多！难题二:什么就是暗物质我们能找到得普通物质仅占整个宇宙得4％,远远少于宇宙得总物质得含量。
这得到了各种测算方法得证实,并且也证实宇宙得大部分就是不可见得。
最有可能得暗物质成分就是中微子或其她两种粒子: neutralino与axions(轴子),但这仅就是物理学得理论推测,并未探测到,据说就是没有较为有效得测量方法。
又这三种粒子都不带电,因此无法吸收或反射光,但其性质稳定,所以能从创世大爆炸后得最初阶段幸存下来。
如果找到它们得话,很可能让我们真正得认识宇宙得各种情况。
难题三:中微子有质量不久前,物理学家还认为中微子没有质量,但最近得进展表明,这些粒子可能也有些许质量。
任何这方面得证据也可以作为理论依据,找出4种自然力量中得3种——电磁、强力与弱力——得共性。
即使很小得重量也可以叠加,因为大爆炸留下了大量得中微子,最新实验还证明它具有超过光速得性质。
难题四:从铁到铀得重元素如何形成暗物质与可能得暗能量都生成于宇宙初始时期——氢、锂等轻元素形成得时候。
物理中的十大痛点
物理中的十大痛点
1.热力学中的熵：熵是一个重要的热力学概念，但它的物理解释却十分模糊。
我们无法直观理解熵的物理意义，也无法测量熵的具体数值。
2. 量子力学中的测量问题：量子力学中的测量问题一直是物理学家们头痛的难题。
测量不仅会影响被测量系统的状态，还会引发大量的哲学和思想上的争论。
3. 物理中的黑暗物质：黑暗物质是宇宙中存在的一种物质，然而我们无法直接探测到它，也无法解释它的物理性质。
4. 弦理论的复杂性：弦理论是现代物理学中最具挑战性的理论之一，它的数学框架和物理实验之间的联系尚未被完全理解。
5. 粒子物理中的标准模型：标准模型是粒子物理学中最成功的理论之一，然而它仍存在一些疑点和不足，例如无法解释质量问题和暗物质等。
6. 相对论中的时间：相对论中的时间概念和我们平常的体验不同，这导致人们很难理解和接受相对论中的物理现象。
7. 统计力学中的热力学极限：统计力学是物理学中的基础理论之一，但它的热力学极限却是很难被理解和计算的。
8. 量子场论中的发散问题：量子场论是量子力学的一个重要分支，但它的计算结果往往会出现发散问题，这是一个长期以来未能解决的难题。
9. 热力学中的信息：热力学中的信息概念十分重要，但我们仍
无法将信息的物理性质与其数学描述完全统一起来。
10. 宇宙学中的暴涨：暴涨理论是宇宙学中的一个热门话题，但它的一些假设和预言仍需要更进一步的实验验证和理论探讨。
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现代物理学的九大终结问题
在1900年，英国物理学家开尔文勋爵得意地声明道：“在物理上没什么没被发现的重大东西了。
剩下的一点未知事物也很容易精确地观测。
”但是在接下来的三十年中，量子力学、爱因斯坦的相对论已经颠覆了这个结论。
今天，没有物理学家敢断言我们对物理和宇宙的认识“接近完成”。
相反，每一个新的发现似乎又打开了又一个“潘多拉之盒”——喷涌出更深更多的物理问题。
这里有我们挑选出来的著名而开放性的物理未解难题。
九、暗能量是什么?
无论天体物理学家如何推敲数字，宇宙的的组成模型已经不需要再加上什么了。
但是，虽然重力在时空中向内聚(pulling inward)，宇宙的构造却不断向外延伸——越来越快地向外膨胀。
为了解释这一点，天文学家提出了一个看不见的介质通过推开时空来抵消掉重力的影响，这东西就被叫做“暗能量”。
在大多广为接受的暗能量模型中，暗能量是一个”宇宙常数“——一个空间的固有属性，拥有”负压力”来把宇宙空间拉开。
当空间膨胀时，更多地方被腾出来，然后暗能量随之而入。
基于观测到的扩展速度，科学家们认为暗能量总和组成了宇宙70%以上的部分。
但竟然没有人知道如何找到它。
八、暗物质是什么?
显然，宇宙中84%的物质不吸收也不发射光线。
“暗物质”，正如它的名字一样，无法直接观测，也没法间接探测到。
暗物质的存在是从可见物质的重力效应、辐射和宇宙结构理论中推导出来的。
这个神出鬼没的物质理论上遍布整个星系，而且应该是弱相互作用的组成部分。
世界上已经有几个寻找WIMP的探测器，不过目前还没成功嗅探出来。
七、熵是怎么回事?
时间不断向前流逝，因为宇宙的熵(即它的混乱度)只会增加，并且我们没法扭转这一增加的过程。
“熵总是增加”的这一事实涉及这样的逻辑：混乱的物质排列总是比有规则的排列普遍，而且当你改变事物时，它往往会陷入混乱无序(#耳机线)。
但这里的问题是：为什么过去的熵如此之低?换句话说，为什么宇宙在最初是有序的——当大量能量被压挤在狭小的空间中时?
六、平行宇宙存在吗?
天体物理数据表明时空并非弯曲，而可能是”平“的，因此它会延伸下去。
如果是这样，我们能够观测到的地方(即我们认为的”宇宙“)只是一个无限大的绗缝多元宇宙(quilted multiverse)中的一块补丁罢了。
与此同时，量子力学的法则也推定：每个”宇宙块“(总共大概有10^22^122个宇宙块吧)的粒子排列配置拥有可能性上限，所以，相对于无限的“补丁式宇宙”，肯定会有一些微粒排列重复的宇宙——而且有无限个这样雷同的平行宇宙(里面有完全相同的你我)，也会有只差了一个粒子位置不一样的宇宙，和差了两个粒子的宇宙……到完全不同的宇宙。
这个逻辑有破绽吗?还是说，这种离奇的结论的确无误?这怎么可能?假如正确，我们又会如何证实平行宇宙的存在?
五、为什么物质比反物质多?
为什么物质，比它的电荷相反、自旋方向也相反的双胞胎——反物质粒子的总量更多?反物质，根本上是说是”物质为什么存在“的问题。
我们假设，宇宙中的物质和反物质对称相抵，而且在宇宙大爆炸的那一刻物质和反物质一起被生产出来了。
但是如果这样的话，两者不会存活到现在：在那时质子和反质子就会互相湮灭，电子和正电子彼此抵消，中子和反中子也这样，——只留下一大堆光子。
对于这些东西，我们目前还没法给出一个令人信服的解释。
四、宇宙命运如何?
宇宙的命运很大程度上取决于未知值的参数：Ω——物质和能量在整个宇宙层面上的密度的度量。
如果Ω大于1，则时空会封闭在一个巨大的球体中。
如果没有暗能量，这样的宇宙会停止膨胀然后开始收缩，最后在“大紧缩”事件中崩溃。
如果宇宙是封闭的，但暗能量真的存在——那么球形宇宙会永远膨胀。
另外，如果Ω小于1，则空间的形状将类似“开放的”抛物面。
这种情况下，它的最终命运是“大冻结”接着“大撕裂”：首先，宇宙向外加速，撕裂星系和恒星，只剩下冰冷的残骸物质。
在宇宙加速度过大时，会发生之后的事情：加速度大到原子之间的结合力无法再拘束住自己，所有的物质将会分崩离析四处抛散。
如果Ω=1，宇宙会是平稳的，如同所有方向都无穷延伸的平面一样，没有暗能量的话这种状态会永远保持下去，不过会逐渐减速直到停滞。
如果暗能量存在并能抵抗扩张的速度，宇宙最终会撕裂自己。
Whatever will be, will be。
三、为什么无法精确测定微小粒子?
在电子、光子之类基本粒子的奇特世界中，所有定律都遵循量子力学。
粒子并不像一个小球一样，而是“一阵阵地”分布在一个较大区域中。
每个粒子由波函数，或者概率分布来描述。
波函数描述了它“可能的”位置、速度和其他特性，但就是没法得出一个确定值。
基本粒子具有这个范围内的属性。
假如你用实验测定其中一个粒子，你就能得出一个确切位置——因为波函数坍塌的结果。
(婴儿量子力学讲座到此结束)
但是为什么你测量一个粒子、使得它的波函数塌陷并产生具体值?这个问题被称为测不准问题，看起来十分深奥。
但我们可以这样理解：粒子的存在取决于观测的结果。
二、弦理论是正确的吗?
物理学家假定所有的基本粒子实际上都是一维的循环(loop)，或者说“串”(string)。
每一个粒子都在不同的频率上振动，这样物理解释起来就容易多了。
弦理论让物理学家调和了粒子世界的基本法则，并且使用“广义相对论”这一时空理论，来把自然界的四种基本粒子统一到单一的理论框架中。
但问题是，弦理论在11或10维宇宙中才起效，比如：具有三个普通空间、六七个压缩空间(compacted spatial)以及一个时间维度——就像一根振动的琴弦一样——组成的世界。
这种空间的尺度大概是一个原子核大小的一万亿分之一到十亿分之一那样的数量级，目前根本没有方法来检测，所以弦理论的正确性不得而知。
一、混乱中蕴含着有序吗?
物理学家至今无法精确求解出描述流体行为的方程组——流体包括从水到空气中的所有液体和气体。
事实上我们不知道所谓Navier-Stokes方程组是否存在一般解。
或者说大概有一种理论能够解释所有的流体，也可能流体理论本身一定隐含着不可知的“奇点”。
结果，对于“混乱”物质的法则，人们仍然所知甚少。
物理学家和数学家都想知道天气本身是“难以预测”，还是“内在的不可预测”?难道说这些东西超越了数学的范畴，或者只是人们暂时没有找到合理的数学工具而已?。