物理學(xué)未解之謎 物理學(xué)都存在什么未解之謎？
話語開始了他劃時(shí)代的講話。他在講話中羅列了當(dāng)時(shí)尚未解決的23個(gè)重大難題。希爾伯特
宣稱：“—個(gè)偉大時(shí)代的結(jié)束，不僅要求我們回首過去，而且還引導(dǎo)我們回首對(duì)未知的將
來進(jìn)行深思。”隨著又一個(gè)世紀(jì)——實(shí)際上是整整一個(gè)千年紀(jì)元——的結(jié)束，有一種要求
顯得比以往任何時(shí)候更為緊迫，那就是通過羅列最引人入勝的宇宙之謎來顯示人類的無知
。
今年5月，馬薩諸塞州劍橋的克萊數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)仿效希爾伯特，在巴黎宣布了7道“千年大
獎(jiǎng)難題”，每道題懸賞100萬美元征求解答。
無獨(dú)有偶，上月，存圣巴巴拉加州大學(xué)，物理學(xué)家們像通常那樣不事張揚(yáng)地結(jié)束了一
次有關(guān)超弦理論的會(huì)議。他們的最后一次討論題為“干年瘋狂”，議程是挑選出他們領(lǐng)域
中10個(gè)最匪夷所思的問題。這就像是一場(chǎng)由科學(xué)界最聰明的一批人參加的荒島游戲。
圣巴巴拉加州大學(xué)的理論物理學(xué)家戴維·格羅斯在公布選出的問題時(shí)說：“我是這樣
考慮的：如果我從現(xiàn)在起昏迷100年，當(dāng)我醒來時(shí)，我會(huì)問什么問題。”
在剔除一些大法問答的問題(例如“怎樣獲得終身職位?”)后，評(píng)委們列出了足夠讓
物理學(xué)家忙上100年的難題。盡管沒有任何懸賞，不過，解決下列問題中的任何一個(gè)差不
多都能保證獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
1．表達(dá)物理世界特征的所有(可測(cè)量的)無量綱參數(shù)原則上是否都可以推算，或者是否存
在一些僅僅取決于歷吏或量子力學(xué)偶發(fā)事件，因而也是無法推算的參數(shù)?
愛因斯坦的表述更為清楚：上帝在創(chuàng)造宇宙時(shí)是否有選擇?想象上帝坐在控制臺(tái)前，
準(zhǔn)備引發(fā)宇宙大爆炸。“我該把光速定在多少?”“我該讓這種名 叫電子的小點(diǎn)帶多少電
荷?”“我該把普朗克常數(shù)——即決定量子大小的參數(shù)——的數(shù)值定在多大?”他是不是為
了趕時(shí)間而胡亂抓來幾個(gè)數(shù)字?抑或這些數(shù)值必須如此，因?yàn)槠渲猩畈刂撤N邏輯?
2．量子引力如何幫助解釋宇宙起源?
現(xiàn)代物理學(xué)的兩大理論是標(biāo)準(zhǔn)模型和廣義相對(duì)論。前者利用量子力學(xué)來描述亞原子粒
子以及它們所服從的作用力，而后者是有關(guān)引力的理淪。很久以來，物理學(xué)家希望合二為
一，得到一種“萬物至理”——即量子引力論，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何
隨著大爆炸自然地誕生的。實(shí)現(xiàn)這種融合的首要候選理論是超弦理論，或者叫 M理論——
這是其名稱的最新“升級(jí)版”，M代表“魔法”( magic)、“神秘”( mystery)或“所有
理論之母”( mother of alltheories)。
3．質(zhì)子的壽命有多長(zhǎng)，如何來理解?
以前人們認(rèn)為質(zhì)子與中子不同，它永遠(yuǎn)不會(huì)分裂成更小的顆粒。這曾被當(dāng)成真理。然
而在70年代，理論物理學(xué)家認(rèn)識(shí)到，他們提出的各種可能成為“大一統(tǒng)理論”——該理論
把除引力外的所有作用力匯于一爐——的理論暗示：質(zhì)子必須是不穩(wěn)定的。只要有足夠長(zhǎng)
的時(shí)間，在極其偶然的情況下，質(zhì)子是會(huì)分裂的。
辦法是捕捉到正在死去的質(zhì)子。許多年來，實(shí)驗(yàn)人員一直在地下實(shí)驗(yàn)空中密切注視大
型的水槽，等待著原子內(nèi)部質(zhì)子的死去。但迄今未止質(zhì)子的死亡率是零，這意味著要么質(zhì)
子十分穩(wěn)定，要么它們的壽命很長(zhǎng)——估計(jì)在10億億億億年以上。
4．自然界是超對(duì)稱的嗎？如果是，超對(duì)稱性是如何破滅的?
許多物理學(xué)家認(rèn)為，把包括引力在內(nèi)的所有作用力統(tǒng)一成為單一的理論要求證明兩種
差異極大的粒子實(shí)際上存在密切的關(guān)系，這種關(guān)系就是所謂的超對(duì)稱現(xiàn)象。
第一種粒子是費(fèi)密子，可以把它們粗略地說成是物質(zhì)的基本組件，就像質(zhì)子、電子和
中子一樣。它們聚集在一起組成物質(zhì)。另一種粒子是玻色子，它們是傳遞作用力的粒子，
類似于傳遞光的光子。在超對(duì)稱的條件下，每一個(gè)費(fèi)密子都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的玻色子，反
之亦然。
物理學(xué)家有杜撰古怪名字的沖動(dòng)，他們把所謂的超級(jí)對(duì)稱粒子稱為“Sparticle”。
但由于在自然界 中還沒有觀察到5particle，物理學(xué)家還需要解釋這種對(duì)稱性“破滅”的
原因：隨著宇宙冷卻并凝結(jié)成現(xiàn)在的這種不對(duì)稱狀態(tài)，在其誕生之際所存在的數(shù)學(xué)上的完
美被打破了。
5．為什么宇宙表現(xiàn)為一個(gè)時(shí)間維數(shù)和三個(gè)空間維數(shù)?
這只是因?yàn)檫€沒有想到一個(gè)可以接受的答案，只是因?yàn)槌松舷隆⒆笥摇⑶昂螅藗?
無法想像在更多的方向 上運(yùn)動(dòng)。這并不意味著宇宙原本就是這樣的。實(shí)際上，根據(jù)超弦
理論，肯定還存存著另外六個(gè)維數(shù)，每一維都呈卷曲狀，十分微小，因而無法察覺。如果
這一理論是正確的，那么為什么只有這三個(gè)維數(shù)是伸展開來的，留給我們這個(gè)相對(duì)幽閉恐
怖的空間呢?
6．為什么宇宙常數(shù)有它自身的數(shù)值?它是否為零，是否真正恒定?
直到最近，宇宙學(xué)家仍然認(rèn)為宇宙是以一個(gè)穩(wěn)定的速度在膨脹。但最近的觀察發(fā)現(xiàn)，
宇宙可能膨脹得越來越快。人們用一個(gè)叫宇宙常數(shù)的數(shù)字來描述這種輕微的加速。這個(gè)常
數(shù)是否如人們?cè)缙谒J(rèn)為的是零，或者是一個(gè)非常小的數(shù)值，物理學(xué)家現(xiàn)在還無法做出解
釋。
根據(jù)一些基本計(jì)算，這個(gè)常數(shù) 應(yīng)該很大——是我們觀測(cè)結(jié)果的大約10到122倍。換句
話說，宇宙應(yīng)該以跳躍般的速度在膨脹。而實(shí)際情況并非如此，肯定有什么機(jī)制在壓制這
種作用。如果宇宙真是超對(duì)稱性的，那宇宙常數(shù)就該被完全抵消掉。但這種對(duì)稱性——如
果確實(shí)存在的話——看來已經(jīng)破滅。如果這個(gè)常數(shù)隨時(shí)間的變化而變化的話，那情況就更
加復(fù)雜了。
7．M理論的基本自由度( M理論的低能極限是 ll維的超引力，它包含5種相容的超弦理論
)是多少?這一理論是否真實(shí)地描述了自然?
多年來，超弦理論最大的弱點(diǎn)是它有5個(gè)不同的版本。到底哪一個(gè)——如果有的話—
—描述了宇宙?反對(duì)這一理論的人最近已經(jīng)接受了被稱為 M理論的最主要的 l l維理論框
架。但情況卻因此變得更加復(fù)雜。
在 M里論前，所有的亞原子粒子都被說成是由微小的超弦組成的。M理論給組成亞原
子的物質(zhì)增加了一種叫做“膜”(brane)的更為神秘的物質(zhì)，它就像生理學(xué)上的膜一樣，
但最多有9個(gè)維數(shù)度。現(xiàn)在的問題是，什么是更基本的物質(zhì)組成單位，是膜組成了弦還是
剛好相反?或者另外存在著一些更基本的物質(zhì)單位，只是人們沒有想到罷了?最后，這兩種
東西中是否有一種確實(shí)存在，或者 M理論僅僅是一種迷人的大腦游戲?
8，黑洞信息悖論的解決方法是什么?
根據(jù)量子理論，信息——無淪它描述的是粒子運(yùn)動(dòng)的速度還是油墨顆粒組成文件的確
切方式——是不會(huì)從宇宙中消失的。但物理學(xué)家基普·索恩、約翰·普雷希爾和斯蒂芬·
霍金卻提出了一個(gè)固定的假設(shè)：如果你把一本大不列顛百科全書扔進(jìn)黑洞中去，將會(huì)發(fā)生
什么事?宇宙中是否有其他同樣的百科全書是無關(guān)緊要的。正如物理學(xué)中所定義的，信息
并不等同于含義，信息僅指二進(jìn)制的數(shù)字，或是一些其他的代碼，它被用來精確地描述一
個(gè)物體或一種方式。所以看起來那些特定的書本里的信息將被吞沒，并永遠(yuǎn)地消失。但人
們覺得這是不可能的。
霍金博士和索恩博士相信那些信息確實(shí)消失了，而量子力學(xué)必須對(duì)此作出解釋。普雷
希爾博士推測(cè)信息其實(shí)并沒有 消失；它也許以某種形式顯示于黑洞的表面，如同在一個(gè)
宇宙中的銀幕上。
9．何種物理學(xué)能夠解釋基本粒子的重力與其典型質(zhì)量之間的巨大差距?
換言之，為什么重力比其他的作用力(如電磁力)要弱得多?一塊磁鐵能夠吸起一個(gè)回
形針，即使整個(gè)地球的引力在把它往下拉。
根據(jù)最近的一種說法，重力實(shí)際上要大得多。它僅僅是看上去比較弱而已，因?yàn)榇蟛?
分重力陷入了某一個(gè)額外的維數(shù)度之中。如果我們可以用高能粒子加速器俘獲全部的重力
，也許就有可能制造出微型黑洞。雖然這看上去會(huì)引起固體垃圾處理業(yè)的興趣，但這些黑
洞很可能剛一形成就消失了。
10.我們能否定量地理解量子色動(dòng)力學(xué)中的夸克和膠子約束以及質(zhì)量差距的存在?
量子色動(dòng)力學(xué)( QCD)是描述強(qiáng)核子力的理論。這種力由膠子攜帶，它把夸克結(jié)合成質(zhì)
子和中子這樣的粒子。根據(jù)量子色動(dòng)力學(xué)理論，這些微小的亞粒子永遠(yuǎn)受到約束。你無法
把一個(gè)夸克或腦子從質(zhì)子中分離出來，因?yàn)榫嚯x越遠(yuǎn)，這種強(qiáng)作用力就越大，從而迅速地
把它們拉回原位。
但物理學(xué)家還沒有最終證明夸克和膠子永遠(yuǎn) 不能逃脫約束。他們也不能解釋為什么
所有能感受強(qiáng)作用力的粒子必須至少有一丁點(diǎn)兒的質(zhì)量，為什么它們的質(zhì)量不能為零。一
些人希望 M理論能提供答案，這一理論也許還能進(jìn)一步闡明重力的本質(zhì)。
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物理學(xué)全都是未解之迷，我們關(guān)于物理的知識(shí)其實(shí)只是我們以為我們知道了點(diǎn)什么。只有從本質(zhì)上給予可經(jīng)驗(yàn)--這是對(duì)智慧和理性最基的要求--解釋，才算得上解開了一個(gè)迷。
“沒有事實(shí)，只有解釋。”尼采這個(gè)斷言所指的事實(shí)不是指發(fā)生了某種現(xiàn)象是事實(shí)，無論觀察現(xiàn)象還是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的事實(shí)，人們總是根據(jù)自己的理解去試圖解釋其本質(zhì)，請(qǐng)注意，這種解釋出的本質(zhì)不是事實(shí)，它飽含了主觀牲。
科學(xué)家可以很謙虛的說他們的理論不是真理，只是某種理解的模型，衡量好壞只是根據(jù)它的實(shí)用性，這是一種有用的就是好的實(shí)用主義態(tài)度。但如果誰敢說他們的工作與真理無關(guān)，他們立馬就會(huì)全都跳起來，畢竟，思辨、探索、求真只能是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。為什么所有物理理論都經(jīng)不起推敲和質(zhì)疑，這本身就是最大的一個(gè)迷。
最典型的一個(gè)例子就是飛機(jī)到底為什么能飛起來，至今仍是一個(gè)迷，你一定知道這既不是小得看不見，也不是遠(yuǎn)得夠不著的領(lǐng)域，它就是在常規(guī)的范圍內(nèi)，每天成千上萬人在使用這種交通工具。飛機(jī)為什么能水平翻轉(zhuǎn)180度倒過來飛，一直是困擾空氣動(dòng)力學(xué)家的問題。仔細(xì)看看高速倒飛通場(chǎng)的高速攝影和閃拍照片，飛機(jī)沒有采取任何攻角，機(jī)翼的固有迎角也隨機(jī)身顛倒，可是飛機(jī)硬是在3米高度上飛過了500米距離。事實(shí)上，只要為長(zhǎng)時(shí)間倒飛設(shè)計(jì)特殊的油箱，飛機(jī)可倒飛至燃油耗盡。
只要認(rèn)真想想飛機(jī)居然可以在重力和機(jī)翼產(chǎn)生的作用力同時(shí)向下時(shí)水平飛行，任何現(xiàn)有的飛行理論就像拿我們開涮。
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科學(xué)三大未解之謎是啥
科學(xué)的三大不解之謎概述 科學(xué)的前沿探索中，有三個(gè)讓人著迷卻仍未找到明確答案的難題。它們分別是宇宙的奧秘、生命的起源，以及意識(shí)與大腦的復(fù)雜關(guān)系。首先，宇宙的起源和演化構(gòu)成了天文學(xué)和物理學(xué)的焦點(diǎn)。盡管大爆炸理論為我們描繪了宇宙誕生的可能路徑，但其具體的起源機(jī)制以及大爆炸前的神秘狀態(tài)仍然是...
科學(xué)世界三大未解之謎是什么
科學(xué)世界有三大未解之謎：物質(zhì)起源、生命起源、意識(shí)起源。物質(zhì)起源物質(zhì)的起源其實(shí)人類并沒有完全弄清，許多東西，尤其是宇宙起源，都是一些猜想。在許多終極拷問當(dāng)中，“起源之謎”從始至終都困擾著我們。不過，好在我們生于這個(gè)時(shí)代，科學(xué)家已經(jīng)不斷地在解構(gòu)這些問題，并且得到不少成果。首先，20世紀(jì)的...
科學(xué)界至今還有哪些未解之謎?
同樣的，生物學(xué)領(lǐng)域也有很多未解之謎。比如：生命起源問題。這個(gè)問題已經(jīng)爭(zhēng)論了300多年，至今的主流理論是海底熱泉口假說和RNA世界假說。“假說”并不是說這個(gè)理論就是不靠譜，只是說這個(gè)理論還沒有一些沒有解決的問題，或者沒有被實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)所證實(shí)。也就是說，海底熱泉口假說和RNA世界假說目前還是存在著...
最重大的科學(xué)未解之謎是什么?
生命的起源一直是個(gè)重大的科學(xué)未解之謎。其中心問題是臨界值的問題。只有當(dāng)有機(jī)分子變得高度復(fù)雜，復(fù)雜到一定程度之后，我們才能認(rèn)為它們是“活的”，意思是說，它們以一種穩(wěn)定的形式將大量的信息變?yōu)槊艽a，不僅顯示它們有能力儲(chǔ)存復(fù)制自己的藍(lán)圖，而且它們也擁有實(shí)施復(fù)制的手段。這里的問題是，普通的物理和...
科學(xué)十大未解之謎
宇宙大爆炸理論是現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)，它描述了宇宙從一個(gè)極高密度和高溫的狀態(tài)開始膨脹的過程。盡管這是目前最廣為接受的宇宙起源理論，但大爆炸的細(xì)節(jié)和原因仍然是物理學(xué)中的重大未解之謎。宇宙的形成是由大爆炸開始的，這一理論解釋了宇宙的膨脹、物質(zhì)和能量的分布以及宇宙的年齡。然而，大爆炸之前的情...
物理學(xué)家為什么要尋找最奇怪的幽靈粒子
，然而，你頭頂?shù)念^發(fā)甚至沒有褶皺。怎么了這些微小的子彈被稱為中微子，一個(gè)由杰出的物理學(xué)家恩里科·費(fèi)米于1934年創(chuàng)造的術(shù)語。這個(gè)詞對(duì)于“小中立者”來說是含糊的意大利語，他們的存在被假設(shè)來解釋一個(gè)非常奇怪的核反應(yīng)。[物理學(xué)中最大的未解之謎]有時(shí)元素感到有點(diǎn)…不穩(wěn)定。如果它們被單獨(dú)放置太...
始終無法解開的八大科學(xué)之謎 最具深度的科學(xué)之謎 科學(xué)未解之謎
除了科學(xué)家建造“活生生”的生物化學(xué)人造生命，計(jì)算機(jī)科學(xué)家已成功地以數(shù)字形式建造了人造生命。美國(guó)密歇根州大學(xué)的“阿維達(dá)計(jì)劃”創(chuàng)建了數(shù)字化有機(jī)生命體，具備細(xì)胞的多數(shù)功能。該實(shí)驗(yàn)室主管查爾斯-奧法里稱，阿維達(dá)計(jì)劃將繼續(xù)制造更富有生命特征的生命實(shí)體，以揭開復(fù)雜的生物進(jìn)化之謎。關(guān)于靈魂的存在，精神性...
誰能給我10種神奇物理現(xiàn)象
二、彩虹 彩虹是天空中最常見的自然現(xiàn)象之一。當(dāng)陽光照射到雨滴時(shí)，會(huì)發(fā)生折射和反射，形成彩虹的顏色光譜。通常我們可以看到的彩虹是七色的，從紅色到紫色。彩虹的出現(xiàn)總是令人驚喜，仿佛大自然在為我們展示它的魔法。三、磁單極現(xiàn)象 磁單極現(xiàn)象是物理學(xué)中一個(gè)未解之謎的現(xiàn)象。在某些條件下，理論上預(yù)測(cè)...
物理學(xué)家剛剛發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常奇怪的粒子,它根本不是粒子
，然后就是所謂的準(zhǔn)粒子，這僅僅比完全不是粒子高出一步。準(zhǔn)粒子不完全是粒子，但也不完全是虛構(gòu)的。只是…很復(fù)雜。[物理學(xué)中18個(gè)最大的未解之謎]如中所述，字面上很復(fù)雜。特別是超高速下粒子間的相互作用變得復(fù)雜。當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子以接近光速相互撞擊時(shí)，就不像兩個(gè)臺(tái)球在一起破裂。更像是兩只水母搖...
曼德拉效應(yīng)十大未解之謎
第一種，時(shí)空錯(cuò)亂假說 這種說法是來源于一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，一些人認(rèn)為曼德拉效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)祝赡苁莵碜匀鹗咳諆?nèi)瓦的歐洲核子研究中心。他們擁有世界上最大型的粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生過諸如“上帝粒子”等多種物理學(xué)發(fā)現(xiàn)。他們認(rèn)為自從2008年科學(xué)家們?cè)诖俗隽舜笮蛷?qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致了對(duì)我們所在的空間和...
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