当今物理学界25大难题
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。
2016新编21世纪物理学的25个难题
21世纪物理学的25个难题大卫·格罗斯1[①]编者按：1900年，在巴黎国际数学家代表大会上，德国数学家大卫·希尔伯特（David Hilbert，1864－1943）根据19世纪数学研究成果和发展趋势，提出了新世纪数学家应该致力解决的23个数学问题。
希尔伯特的演讲，对20世纪的数学发展，产生了极大的影响。
100余年之后的2004年，另一个大卫，因发现量子色动力学中的“渐近自由”现象而荣获2004年诺贝尔物理学奖的美国物理学家大卫·格罗斯教授，同样就未来物理学的发展，提出了25个问题。
也许人们会说，在物理学领域提出问题要比数学领域容易得多，因为物理学就像大江大河，而数学则像尼罗河三角洲中纵横交错的河网。
但若是反过来想一想，既然物理学界对前沿问题具有更广泛的共识，我们就不难明白，格罗斯教授所提出的问题对未来物理学发展的重要意义。
有趣的是，这25个问题中，有1/3落在物理学的边缘地带，其中3个与计算机科学相关，3个与生物学相关，4个与哲学和社会学相关。
格罗斯教授的演讲，最初是为美国加州大学卡维利理论物理研究所成立25周年庆典而准备的，该庆典云集了物理学各领域的世界一流学者。
此后数月，格罗斯教授先后在欧洲核子中心（CERN）、中国科学院理论物理研究所、浙江大学等地作过内容相近的讲演。
这里的译文，系根据格罗斯教授所提供的讲稿译出，中科院理论物理所网站有免费下载的讲演录相（），读者也可以参考。
作者简介：大卫·格罗斯（David Gross），美国国家科学院院士，加州大学圣巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）卡维利理论物理研究所（Kavli Institute for Theoretical Physics ）所长。
格罗斯教授是量子色动力学的奠基人之一，当代弦理论专家，因发现强相互作用中的渐近自由现象2004年与弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）和戴维·波利策（David Politzer）分享了当年度的诺贝尔物理学奖。
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”。
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。
现代科技界最困惑的12个世界难题，看看都有什么
现代科技界最困惑的12个世界难题，看看都有什么1、宇宙的绝大部分仍然未知我们只知道4%也许你正迷惑于大型强子对撞器(LHC)究竟有什么用，或许结论是这样的：科学家希望碰撞能产生一些新的粒子，发现所谓的“暗物质”，一种被认为是占整个宇宙四分之一的组成物质，然后科学界就说存在“暗能量”的神秘力量，这种神奇的力量可能将时间和空间撕裂。
总之，目前整个宇宙只有4%的物质被发现，其余的96%仍然未知。
2、太空飞船之谜两艘飞船在嘲笑物理学定理20世纪70年代，美国宇航局发射了两个飞行器，导致了无穷无尽的烦恼。
太空飞船之谜两艘飞船在嘲笑物理学定理大约在美国的先锋10号和11号飞行的头10年里，两个飞行器都偏离了轨道——大约偏移了8000英里，同时，科学家发现那里的引力只有地球引力的一百亿分之一，多年来没有人能解释这是为什么。
3、常量可变动摇你对宇宙的看法十几年前，科学家发现很多的所谓常量也可能变动。
有很多描述自然力量的数字也发生了变化，从遥远星系过来的光束告诉我们，这些恒量过去并不是这个数。
4、冷聚变没方程式的核能1989年，不需爆炸就可以释放核能的论断震惊了全世界。
其后各种致力于这方面研究的努力却一直处于失败状态，但是，“冷聚变”并没有就此与不可能划上等号。
1989年后的10余年，美国海军实验室进行了200多项试验，以研究核反应所释放的能量是否比所吸收的能量多，并假设在遥远星体的内部冷聚变可以进行。
不能怪美国能源部异想天开，如果真的存在可控制的冷聚变。
那么世界能源问题将不复存在。
5、生命你只比一包化学品大一点你相信你仅仅是一堆化学元素吗?你仅仅是构成身体的化学物质的总和吗?是什么东西使一棵生机勃勃的大树变成了一块块毫无生气的木头?没有人能够回答这些问题。
研究者已经放弃了对生命的定义，但是，他们仍在尽最大的努力去理解。
在全世界的很多实验室里，人们正在从生命物质中提取原料，并希望唤醒已经死亡的生命。
但是，如何理解自然生命的死亡，一切还是个谜。
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。
当今人类25大未解之谜
17、为什么人类的基因这么少？
2003年，当人类基因组计划接近完成的时候，生物学家在欢呼这一成就的同时，惊奇地发现人类的基因数量比原先估计的少，是的，人只有大约2.5万个，而原来认为应该有10万个。相比之下，一种非常简单的生物——线虫也有2万个基因。拟南芥植物的基因数量比人类稍多，而水稻的基因数量则是人类的一倍。科学家认为，基因组运作的方式应该比以前认为的更加灵活和复杂，他们正在探寻这些少用基因多办事的分子机制。
11、一个皮肤细胞如何能变成神经细胞？
在上个世纪中期，生物学家把青蛙的体细胞核放入青蛙的去核卵细胞里，结果制造出了克隆蝌蚪。最近几年，关于人类胚胎干细胞的研究正在热火朝天地进行——把人的体细胞核放入卵细胞中，科学家期待着制造出各种各样的人类体细胞，例如神经细胞、成骨细胞、心肌细胞等等。尽管科学家已经取得了一些成功，他们仍然对于这种体细胞核移植技术能够成功的原因知之甚少。的确，去核的卵细胞在这个过程中扮演着至关重要的角色——可是具体机制是什么？
3、地球内部如何运作？
40多年以前，一场地球科学的革命发生了。板块构造学说更新了关于地球自身的知识。但是关于地球内部构造的问题，仍然沿袭着革命之前的知识。科学家在这40年中所做的，就是把这个鸡蛋模型——分为地壳、地幔和地核进一步细化。借助于越来越先进的地震波成像技术，科学家正在研究地球这个庞大机器的运作过程。但是要掀起另一场科学革命，可能还需要半个世纪。
6、在量子不确定性和非定域性之下，还有更深层次的原理吗？
量子理论已经诞生了100年有余，它产生了令人信服的应用成果，但是它也带来了反直觉：量子力学的不确定原理指出我们无法同时精确地获得一个物体的动量和位置。而非定域性让两个处于量子纠缠态的粒子的纠缠态同时崩溃，而不管它们相距多远。爱因斯坦就说过，尽管量子力学给他留下了非常深刻的印象，但是“一个内心的声音告诉我，它还不是真实的东西。”
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David Gross：21世纪物理学的25个难题大卫·格罗斯【①】作者简介：大卫·格罗斯（David Gross），美国国家科学院院士，加州大学圣巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）卡维利理论物理研究所（Kavli Institute for Theoretical Physics ）所长。
格罗斯教授是量子色动力学的奠基人之一，当代弦理论专家，因发现强相互作用中的渐近自由现象2004年与弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）和戴维·波利策（David Politzer）分享了当年度的诺贝尔物理学奖。
编者按： 1900年，在巴黎国际数学家代表大会上，德国数学家大卫·希尔伯特（David Hilbert，1864－1943）根据19世纪数学研究成果和发展趋势，提出了新世纪数学家应该致力解决的23个数学问题。
希尔伯特的演讲，对20世纪的数学发展，产生了极大的影响。
100余年之后的2004年，另一个大卫，因发现量子色动力学中的“渐近自由”现象而荣获2004年诺贝尔物理学奖的美国物理学家大卫·格罗斯教授，同样就未来物理学的发展，提出了25个问题。
也许人们会说，在物理学领域提出问题要比数学领域容易得多，因为物理学就像大江大河，而数学则像尼罗河三角洲中纵横交错的河网。
但若是反过来想一想，既然物理学界对前沿问题具有更广泛的共识，我们就不难明白，格罗斯教授所提出的问题对未来物理学发展的重要意义。
有趣的是，这25个问题中，有1/3落在物理学的边缘地带，其中3个与计算机科学相关，3个与生物学相关，4个与哲学和社会学相关。
格罗斯教授的演讲，最初是为美国加州大学卡维利理论物理研究所成立25周年庆典而准备的，该庆典云集了物理学各领域的世界一流学者。
此后数月，格罗斯教授先后在欧洲核子中心（CERN）、中国科学院理论物理研究所、大学等地作过容相近的讲演。
这份讲稿来自于我在2004年10月7日卡维利理论物理研究所（KITP）25周年庆祝会议上所作的演讲。
在这次会议中，与会者被邀请提出一些可能引导物理学研究的问题，广泛地说，在未来25年可能引导物理学研究的问题，讲稿中的一部分容就来自于与会者所提出的问题。
1、宇宙起源第1个问题关于宇宙的起源。
这个问题不仅对于科学而且对于哲学和都是一个永久的问题。
现在它是理论物理学和宇宙学亟待解决的问题：“宇宙是如何开始的？”根据最新的观察，我们知道宇宙正在膨胀。
因此，如果我们让时光倒流，宇宙将会收缩。
如果我们应用爱因斯坦方程和我们关于粒子物理学的知识，我们可以或多或少对哪儿会出现“初始奇点”做出近似的推断。
在“初始奇点”，宇宙收缩成为一种难以置信的高密度和高能量的状态——即通常所称的“大爆炸”。
我们不知道在大爆炸点（at the big bang）发生了什么，我们所知的基础物理的所有方法——不仅是广义相对论和标准模型，甚至包括我所知的弦理论——都失灵了。
为了理解宇宙是如何开始的，我们需要了解什么是大爆炸。
宇宙学家观察到微波背景辐射中临近大爆炸时发生的量子涨落的痕迹。
这些涨落是宇宙大尺度结构的起源。
因此，对于宇宙学和天体物理学而言，理解在大爆炸点真正发生了什么是一个急迫的任务。
有没有方法能够直接观察到临近大爆炸时的物理状态？我们往回能够推多远？利用普通的辐射，我们能够回推到大爆炸之后的十万年左右，但是不能更早。
这次会议上有许多这样的讨论：我们能否利用引力辐射或CMB中的信号来发展出新的观察或理论方法，从而将我们的观察回推到大爆炸点为止的整个过程。
那么理论的状况又如何？我们可以确切地说出在宇宙创生时发生了什么吗？弦理论已经成功地消除了广义相对论中产生的奇点。
但是，弦理论能够处理的奇点不是大爆炸所产生的那种类型。
大爆炸所产生的是与时间无关的静态奇点。
弦理论能消除初始奇异点吗？能告诉我们宇宙是如何开始的吗？能告诉我们宇宙的初始状态是什么，或者宇宙的初始波函数是什么吗？一些人推测根本就不存在一个起点，而是宇宙很大，随后塌陷，然后再次膨胀。
一些人鼓吹一个循环的宇宙。
我相信更为可能的是，时间自身是一个突现的概念（emergentconcept），如弦理论所暗示的一样。
因此，为了回答诸如“宇宙是如何开始的”和“时间是如何开始的”这一类问题，我们需要重新明确表述这些问题或者改变这些问题，就如同在物理学中经常出现的那样。
随后这些问题可能更容易回答。
无论如何，上述问题无疑将在未来引导暴涨宇宙学和弦论宇宙学中的大量研究。
2、暗物质第2个问题研究的是我们在最近几年发现的暗物质的本质。
现在看来，宇宙中绝大多数物质不是由构成我们的粒子组成的，而是某种我们不能直接看到的新类型的物质。
这种“暗物质”不发出辐射，可以推想，它与普通粒子和辐射的相互作用非常微弱。
我们只能通过它的引力效应而知道它的存在。
我们可以通过观察星系边缘的普通物质的轨道而测量它的质量。
结果是宇宙的25％由暗物质组成，而不是由质子、中子、夸克或电子构成。
普通的重子物质，即组成我们的物质，仅占目前宇宙质量或能量密度的3-4％。
因此什么是暗物质？我们能在实验室直接观察到它吗？它是如何与普通物质相互作用的？主流的假设是暗物质由弱相互作用大质量粒子（Weakly Interacting Massive Particles，WIMP）组成。
粒子物理学家已经构造出许多推测模型，这些模型超出了粒子物理学的标准模型，通常包括许多可能组成暗物质的候选粒子。
我喜欢的候选粒子是“neutralino”（中性伴随子），标准模型的超对称扩展中的最轻的中性粒子，它是构成暗物质的一个理想的候选粒子。
但是暗物质也可能由“轴子”或其他粒子构成，轴子是为解决强CP问题而发明的另外一个预测粒子。
于是出现了观测问题，我们是否能在实验室中制造和检测暗物质？我们能直接探测到充满和包围星系的暗物质吗？暗物质在宇宙中是如何分布的？关于星系的结构和形成，暗物质向我们提供了什么信息？在星系的形成和分布的当前模型中，暗物质扮演了一个至关重要的角色。
正是暗物质进行了第一次塌陷，随后普通物质出现，并塌陷成为大块的暗物质（the clumps of dark matter）。
我们还不能以充足的定量细节来理解星系是如何形成的，为了达到这个目标，我们需要真正理解暗物质的本质和特性。
3、暗能量第3个问题与最近的发现有关，宇宙中的绝大部分能量是一种新形式的能量，即所谓的“暗能量”。
暗能量施加负压力，负压力导致了宇宙膨胀的加速，通过观察这种加速作用，天体物理学家已经推断出当前宇宙的70％的能量密度是暗能量的形式。
这是最近一二十年最神奇和最惊人的发现之一。
什么是暗能量？最简单的假设是暗能量是恒定的，但是它也可能会随着时间而发生变化，然而，如何从观察上确定暗能量真是恒定的还是随着时间变化？关于暗能量的最简单假设是它是“宇宙学常数”Λ，当初爱因斯坦将它引入他的方程以便得出一个静态的宇宙。
但是随后（人们）认识到爱因斯坦的静态宇宙是不稳定的；而且人们发现，宇宙不是静态的，它正在膨胀。
因此，爱因斯坦放弃了宇宙学常数。
他曾经说过Λ是他最大的错误。
但是现在测量显示，看来存在一个不为零的、并具有负压力的能量，它看起来就像是一个宇宙学常数。
它真是一个宇宙学常数吗？还是其他东西？我们应该怎样解释呢？宇宙中的绝大多数能量是真空能，然而却不可能“看到”它，除非您测量整个宇宙的膨胀，这真是令人惊奇。
还有检测暗能量的其他方法吗？4 恒星、行星的形成第4个问题研究的是更实际的天体物理问题：比星系小的恒星和行星物体的形成。
现在有一个关于恒星形成的合理理论，但它并不是定量的，我们希望让它成为定量理论。
我们能够真正理解恒星质量的围吗？有多少双星形成？最初双星被认为是罕见的。
现在认为所有恒星中至少有一半在双星中形成。
我们可以计算双星的频率吗？恒星是如何成组的？新的观察已经回溯到第一批恒星形成的时期，这在一定程度上重新唤起了人们对这些问题的兴趣。
第一批恒星形成时的环境与今天现存的环境是不同的。
例如，那时没有天体物理学家所称的“金属”——比氦重的元素，因为比氦重的所有元素都是在恒星中形成的。
第一批恒星只有氢和氦。
如果恒星形成的理论足够完善，那么天体物理学家就可以告诉我们第一批形成的恒星的本质。
但是，实际上，观测的结果出乎意料之外，它们与理论预测并不相符合。
因此，关于恒星形成的理论以及检验这些理论的新途径，还有很多东西我们并不清楚。
一个出现只有大约10年的新论题，是行星形成的理论。
我们第一次能够直接观察到我们自身的太阳系之外的行星。
现在已经观察到几百颗行星，我们正在开始积累关于行星系统的真实数据。
这是非常有趣的科学。
其中最有趣的事情之一就是寻找我们太阳系之外的生命。
因此，我们问道：适宜居住的行星有多大的频度？银河系中有多少行星能够支撑生命？我们能否发展出从观察上确定一个行星上面是否存在生命的技术？能否通过观察这些行星的大气层的谱线而确定它上面是否存在生命？这样看来，行星理论和行星科学突然变成一个非常有活力的领域，受到大部分非常年轻的天体物理学家的欢迎。
这是一个非常令人激动的研究领域。
5、广义相对论关于广义相对论（GR），爱因斯坦的引力理论，宇宙学的语言，以及讨论宇宙的大尺度结构的理论框架，存在许多问题。
这次会议的一些与会者问到：我们目前对GR的理解在所有尺度上都是正确的吗？GR在一些案例中已经得到了令人十分信服的验证。
但是有两个区域我们根本没有进行过实验。
一个是短距离。
事实上，对于小于一毫米的距离，我们的确没有检验过牛顿的引力理论。
另一个区域是引力非常强的地方，那里强大的引力造成了空－时流形的极度弯曲，例如黑洞附近。
一个好的问题是：我们能用观测来确定克尔度规（Kerr metric）是否正确描述了黑洞周围的几何学吗？在一个黑洞形成时，只要我们知道这个黑洞的质量和自旋，那么它周围的空间和时间的几何学便是完全确定的。
现在人们相信，宇宙中有许多黑洞。
事实上，看来在每个星系的中心都有一个质量巨大的黑洞。
天体物理学家和理论物理学家正在设法解决如何利用对掉进黑洞的物质所发出的辐射的观测来确定空间－时间几何。
或许我们能够确定克尔度规是否正确描述了我们的星系中心的黑洞外部的空间－时间。
6、量子力学现代物理学的另一个理论支柱是量子力学（QM）。
有趣的是，这次会议上，许多最卓越的参与者都在询问，QM是不是自然的最终解释。
一些人如霍夫特（t’Hooft）就提出，在极小距离上QM可能失效，并设想它将被一个决定论性的理论所代替。
拉格特（Tony Leggett）关心QM是否会在大型的复杂系统上失效。
理由如下：所有学习QM的人都知道，当你开始考虑薛定锷猫的时候，你就会有点不舒服。