世界十大物理难题
1．表达物理世界特征的所有(可测量的)无量纲参数原则上是否都可以推算,或者是否存在一些仅仅取决于历吏或量子力学偶发事件，因而也是无法推算的参数?爱因斯坦的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择?想象上帝坐 在控制台前，准备引发宇宙大爆炸。“我该把光速定在多少?”“我该让这种名叫电子的小点带多少电荷?”“我该把普朗克常数——即决定量子大小的参数——的数值定在多大?”他是不是为了赶时间而胡乱抓来几个数字?抑或这些数值必须如此，因为其中深藏着某种逻辑?
2．量子引力如何帮助解释宇宙起源?
现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论。前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理沦。很久以来，物理学家希望合二为一，得到一种“万物至理”——即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的。实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫M理论——这是其名称的最新“升级版”，M代表“魔法”( magic)、“神秘”( mystery)或“所有理论之母”( mother of alltheories)。
3．质子的寿命有多长，如何来理解?
以前人们认为质子与中子不同，它永远不会分裂成更小的颗粒。这曾被当成真理。然而在70年代，理论物理学家认识到，他们提出的各种可能成为“大一统理论”——该理论把除引力外的所有作用力汇于一炉——的理论暗示：质子必须是不稳定的。只要有足够长的时间，在极其偶然的情况下，质子是会分裂的情况下，质子是会分裂的。办法是捕捉到正在死去的质子。许多年来，实验人员一直在地下实验，空中密切注视大型的水槽，等待着原子内部质子的死去。但迄今未止质子的死亡率是零，这意味着要么质子十分稳定，要么它们的寿命很长——估计在10亿亿亿亿年以上。
4．自然界是超对称的吗？如果是，超对称性是如何破灭的?
许多物理学家认为，把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种差异极大的粒子实际上存在密切的关系，这种关系就是所谓的超对称现象。第一种粒子是费密子，可以把它们粗略地说成是物质的基本组件，就像质子、电子和中子一样。它们聚集在一起组成物质。另一种粒子是玻色子它们是传递作用力的粒子，类似于传递光的光子。在超对称的条件下,每一个费密子都有一个与之对应的玻色子，反之亦然。物理学家有杜撰古怪名字的冲动，他们把所谓的超级对称粒子称为“Sparticle”。但由于在自然界中还没有观察到5particle，物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的原因：随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态，在其诞生之际所存在的数学上的完美被打破了。
5．为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数? 这只是因为还没有想到一个可以接受的答案，只是因为除了上下、左右、前后，人们无法想像在更多的方向上运动。这并不意味着宇宙原本就是这样的。实际上，根据超弦理论，肯定还存存着另外六个维数，每一维都呈卷曲状，十分微小，因而无法察觉。如果这一理论是正确的，那么为什么只有这三个维数是伸展开来的，留给我们这个相对幽闭恐怖的空间呢?
6．为什么宇宙常数有它自身的数值?它是否为零，是否真正恒定?
直到最近，宇宙学家仍然认为宇宙是以一个稳定的速度在膨胀。但最近的观察发现，宇宙可能膨胀得越来越快。人们用一个叫宇宙常数的数字来描述这种轻微的加速。这个常数是否如人们早期所认为的是零，或者是一个非常小的数值，物理学家现在还无法做出解释.根据一些基本计算，这个常数应该很大——是我们观测结果的大约10到122倍。换句话说，宇宙应该以跳跃般的速度在膨胀。而实际情况并非如此，肯定有什么机制在压制这种作用。如果宇宙真是超对称性的，那宇宙常数就该被完全抵消掉。但这种对称性——如果确实存在的话——看来已经破灭。如果这个常数随时间的变化而变化的话，那情况就更加复杂了。
7．M理论的基本自由度( M理论的低能极限是 ll维的超引力，它包含5种相容的超弦理论)是多少?这一理论是否真实地描述了自然?
多年来，超弦理论最大的弱点是它有5个不同的版本。到底哪一个——如果有的话——描述了宇宙?反对这一理论的人最近已经接受了被称为M理论的最主要的ll维理论框架。但情况却因此变得更加复杂，在M理论前，所有的亚原子粒子都被说成是由微小的超弦组成的。M理论给组成亚原子的物质增加了一种叫做“膜”(brane)的更为神秘的物质,它就像生理学上的膜一样，但最多有9个维数度。现在的问题是，什么是更基本的物质组成单位，是膜组成了弦还是刚好相反?或者另外存在着一些更基本的物质单位，只是人们没有想到罢了?最后，这两种东西中是否有一种确实存在，或者M理论仅仅是一种迷人的大脑游戏?
8，黑洞信息悖论的解决方法是什么?
根据量子理论，信息——无沦它描述的是粒子运动的速度还是油墨颗粒组成文件的确切方式——是不会从宇宙中消失的。但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒂芬·霍金却提出了一个固定的假设：如果你把一本大不列颠百科全书扔进黑洞中去，将会发生什么事?宇宙中是否有其他同样的百科全书是无关紧要的。正如物理学中所定义的，信息并不等同于含义，信息仅指二进制的数字，或是一些其他的代码，它被用来精确地描述一个物体或一种方式。以前看起来那些特定的书本里的信息将被吞没，并永远地消失。但人们觉得这是不可能的。霍金博士和索恩博士相信那些信息确实消失了，而量子力学必须对此作出解释。普雷希尔博士推测信息其实并没有消失；它也许以某种形式显示于黑洞的表面，如同在一个宇宙中的银幕上。
9．何种物理学能够解释基本粒子的重力与其典型质量之间的巨大差距?
换言之，为什么重力比其他的作用力(如电磁力)要弱得多?一块磁铁能够吸起一个回形针，即使整个地球的引力在把它往下拉.根据最近的一种说法，重力实际上要大得多。它仅仅是看上去比较弱而已，因为大部分重力陷入了某一个额外的维数度之中。如果我们可以用高能粒子加速器俘获全部的重力，也许就有可能制造出微型黑洞。虽然这看上去会引起固体垃圾处理业的兴趣，但这些黑洞很可能刚一形成就消失了。
10，我们能否定量地理解量子色动力学中的夸克和胶子约束以及质量差距的存在?
量子色动力学(QCD)是描述强核子力的理论。这种力由胶子携带，它把夸克结合成质子和中子这样的粒子。根据量子色动力学理论，这些微小的亚粒子永远受到约束。你无法把一个夸克或脑子从质子中分离出来，因为距离越远，这种强作用力就越大，从而迅速地把它们拉回原位。
困扰世界的十大物理难题是什么？
表达物理世界特征的所有(可测量的)无量纲参数原则上是否都可以推算，或者是否存在一些仅仅取决于历史或量子力学偶发事件，因而也是无法推算的参数?爱因斯坦的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择？想象上帝坐在控制台前，准备引发宇宙大爆炸。“我该把光速定在多少？”“我该让这种名叫电子的小点带多少电荷？”“我该把普朗克常数，即决定量子大小的参数的数值定在多大？”他是不是为了赶时间而胡乱抓来几个数字？抑或这些数值必须如此，因为其中深藏着某种逻辑？量子引力如何帮助解释宇宙起源？现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论。前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理论。很久以来，物理学家希望合二为一，得到一种“万物至理”——即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的。实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫 M 理论，这是其名称的最新“升级版”，M 代表“魔法”(magic)、“神秘”(mystery)或“所有理论之母”(mother of all theories)。为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数？这只是因为还没有想到一个可以接受的答案，只是因为除了上下、左右、前后，人们无法想像在更多的方向上运动，这并不意味着宇宙原本就是这样的。实际上，根据超弦理论，肯定还存在着另外六个维数，每一维都呈卷曲状，十分微小，因而无法察觉。如果这一理论是正确的，那么为什么只有这三个维数是伸展开来的，留给我们这个相对幽闭恐怖的空间呢？思维导图能全面调动人类左脑的逻辑、顺序、条理、文字、数字以及右脑的图像、想象、颜色、空间、整体思维的功能，使大脑潜能得到充分的开发。
理工类包括哪些专业
理工科专业分为理、工、农、医四个学科门类，各学科专业设置如下：一、理学1． 数学类 ：数学与应用数学；信息与计算科学2． 物理学类：物理学；应用物理学3．化学：化学；应用化学4． 生物科学类：生物科学；生物技术5．天文学类：天文学6． 地质学类：地质学；地球化学7． 地理科学类：地理科学；资源环境与城乡规划管理；地理信息系统8． 地球物理学类：地球物理学9． 大气科学类：大气科学；应用气象学10． 海洋科学类：海洋科学；海洋技术. 海洋学11． 力学类：理论与应用力学12． 电子信息科学类：电子信息科学与技术；微电子学；光信息科学与技术13． 材料科学类：材料物理；材料化学扩展资料：理工类专业是指研究理学和工学两大学科门类的专业。理工，是一个广大的领域包含物理、化学、生物、工程、天文、数学及前面六大类的各种运用与组合。理工事实上是自然、科学、和科技的容合。理学是中国大学教育中重要的一支学科,是指研究自然物质运动基本规律的科学,大学理科毕业后通常即成为理学士。与文学、工学、教育学、历史学等并列，组成了我国的高等教育学科体系。工学研究的是技术，要求研究的越简单，能把生产成本降的越低越好；理科重视的基础科研，工科重视的实际应用。理科培养科学家，工科培养工程师。科学生适合专业：软件行业自然是首选，软件行业每年的人才缺口数以万计，而社会能提供的人才往往无法满足社会的需求，做软件的优势潜在的市场开拓空间巨大，具备无限的商机和利润，其次软件业是高新技术产业，简单的说就是需要高智商才能从事的行业，理科学生从事的最优选择。企业选择员工看到就是专业技术的掌握程度，所以专业就是择业的前奏，选择什么样的专业，那未来很大程度上会从事相应的职业。企业招聘中一些企业明文规定，需要本专业学生，所以专业就是择业踏入职场的敲门砖。怎样在众多人群中脱颖而出，自身的专业技术是关键。其次，理科自身的优势，应该选择高端行业，因为本身具备逻辑分析能力、空间立体感等优势，根据自己的特长来选择专业，轻松应对以后课程的理解和掌握。最后理科选择专业的范围很广，专业最终标准看重的还是未来的发展前景。参考资料：百度百科——理工类专业
大学理工类都有什么专业
1、通信工程通信工程专业（Communication Engineering）是信息与通信工程一级学科下属的本科专业。该专业学生主要学习通信系统和通信网方面的基础理论、组成原理和设计方法，受到通信工程实践的基本训练，具备从事现代通信系统和网络的设计、开发、调测和工程应用的基本能力。2、软件工程软件工程是一门研究用工程化方法构建和维护有效的、实用的和高质量的软件的学科。它涉及程序设计语言、数据库、软件开发工具、系统平台、标准、设计模式等方面。在现代社会中，软件应用于多个方面。典型的软件有电子邮件、嵌入式系统、人机界面、办公套件、操作系统、编译器、数据库、游戏等。同时，各个行业几乎都有计算机软件的应用，如工业、农业、银行、航空、政府部门等。3、电子信息工程电子信息工程是一门应用计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理的学科，主要研究信息的获取与处理，电子设备与信息系统的设计、开发、应用和集成。电子信息工程专业是集现代电子技术、信息技术、通信技术于一体的专业。本专业培养掌握现代电子技术理论、通晓电子系统设计原理与设计方法，具有较强的计算机、外语和相应工程技术应用能力，面向电子技术、自动控制和智能控制、计算机与网络技术等电子、信息、通信领域的宽口径、高素质、德智体全面发展的具有创新能力的高级工程技术人才。4、车辆工程车辆工程专业是一门普通高等学校本科专业，属机械类专业，基本修业年限为四年，授予工学学士学位。2012年，车辆工程专业正式出现于《普通高等学校本科专业目录》中。车辆工程专业培养掌握机械、电子、计算机等方面工程技术基础理论和汽车设计、制造、试验等方面专业知识与技能。了解并重视与汽车技术发展有关的人文社会知识，能在企业、科研院（所）等部门，从事与车辆工程有关的产品设计开发、生产制造、试验检测、应用研究、技术服务、经营销售和管理等方面的工作，具有较强实践能力和创新精神的高级专门人才。5、土木工程土木工程（Civil Engineering）是建造各类土地工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术活动，也指工程建设的对象。即建造在地上或地下、陆上，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水排水以及防护工程等。土木工程是指除房屋建筑以外，为新建、改建或扩建各类工程的建筑物、构筑物和相关配套设施等所进行的勘察、规划、设计、施工、安装和维护等各项技术工作及其完成的工程实体。专业老师在线权威答疑 zy.offercoming.com
目前物理学前沿的问题有哪些？
弦理论其实和统一场论关系密切，它打破了经典物理学的粒子观念，是一种彻底的颠覆性理论。如果弦理论正确，则不论是对解决四大基本力的统一问题、还是多维时空存在问题、以及解决相对论和量子理论的兼容性问题，帮助都十分巨大，这个理论有望成为描述整个宇宙的“万物理论”。可惜的是，现在都处于假设阶段，无法实验验证其真假。
初中物理竞赛题难不难
现在的物理竞赛，是以实用为主。所以竞赛多以实用题为主。比如检测何处断路，断路处离某处距离多少？等等准备时应侧重实用方面的题。下面有些例题供参考！
1长途汽车经过长时间行驶后，驾驶员常常会停下车，拿根铁棒敲打车轮，凭借声音可以判断轮胎内的空气是否充足。这主要是因为敲击的轮胎内空气充足时发出声音的（ ）
A．响度较大 B．音调较高 C．音调较低 D．响度较小
2．检查视力时，要求眼睛与视力表相距5 m。医院里常按图1所示的方式检查视力，让被检查者面对平面镜而坐，身后是视力表。已知人距平面镜2 m，那么视力表离平面镜的距离是（ ） A．5m B．2m C．3m D．4m
3．光在同种均匀介质中是沿直线传播的，小红直不明白：在光纤通信中，光信号是怎样经过漫长而又曲折的线路，从一端传到另一端的呢?后来通过“探究光纤怎样传输光信号”的活动中，她终于明白了：光信号在光纤中（ ）
A．是靠光纤壁不断地反射而向前传播
B．就像电流沿弯曲导线那样传播
C．就像水流沿弯曲水管流动那样传播
D．是靠光纤壁不断地折射而向前传播
4．某工厂要制造一种特殊用途的钢罐，要求在钢罐内表面牢牢地压接上一层0．25mm厚的铝膜。技术人员联合攻关提出了以下方案：先把铝膜紧贴到钢罐内表面，排出铝膜与钢罐之间的空气，冉向钢罐内灌满水并插入冷冻管使水结冰，铝膜就可以与钢罐接触牢了。对于使铝膜与钢罐接牢的方法，下列分析中正确的是（ ）
A．铝膜与钢罐之间的水把它们冻牢了
B．水结冰时放出的热量使铝膜焊接在钢罐表面上了
C．大气压的作崩把铝膜压接到钢罐上了
D．水结冰膨胀产生的压力把铝膜与钢罐紧紧地压牢在一起了
5．图2所示的是高压输电线路，其中高压输电线与变压器之司安装有避雷器，它的作用是防止变压器遭受雷击。关于这种避雷器，下列说法正确的是（ ）
B．在任何电压下避雷器都是导体
A．避雷器在通常电压下是导体，在遇到雷击的电压时是绝缘体
C．在任何电压下避雷器都是绝缘体
D．避雷器在遇到雷击的电压叫是导体，在通常电压下是绝缘体
二、填空题（共18分）
1 ．金秋十月，小琪一家人来到郊区游玩，看到农民过去用来舂米粉的工具(如图3所示)和磨面的工具(如图4所示)。小琪联想学过的简单机械，发现这两件工具其实就是_______都是物理知识在生活生产中的应用。
2．国庆假期，爱动脑的小明和李志乘坐火车去旅游。并计划在途中观赏车外景色的同时，做次测定火车速度的活动，事先商定了方案，明确了分工。当他们发现有另一列客车迎面开来时，记录了如下数据：对面客车从他们窗边驶过的时间约为8 s；对面客车共有17节车厢，而日与他们乘坐的车的车厢是相同的；他们所乘坐的车厢内电子显示屏上显示的时速为 108 km ／h。在火车停靠车站时，小明又观察到车厢外表面标有“ 换长2.2” 的字样，并通过询问列车员得知，“换长”就是换算长度的意思，且1个换长＝11m。根据这些信息，他们估算出迎面开来的客车的行驶速度约为______________。
3．图5所示的是医院为病人输液时用的吊瓶，瓶中插入两条管子，A管是输液管、B管是空气管。在输液的过程中，如果发现病人的血液沿输液管回流，可将吊瓶适当地升高，血液就会随着药液重新流入患者的血管而不再回流。这是因为当吊瓶升高后，增大了流入患者血管药液的______ ，阻止了血液的流出。B管的作用是_______。
4．图6所示为种环保型手电筒，筒内没有电池。使用时，只要来回摇晃手电筒，使永磁体在手电筒中的两个橡胶垫之间来回运动．灯泡就能发光。而且来回摇晃的越快，灯泡越亮。这种手电筒能发电的依据是_______原理，这个原理足英国科学家_______发现的。
5．1821年，德国物理学家塞贝克发现了一种奇怪的现象：把两根铜丝和一根铁丝与灵敏电流计串联成闭合电路，然后把铜丝和铁丝的一个连接点放在盛有冰水混合物的容器里保持低温：另一个连接点放在火焰上加热。发现灵敏电流计的指针发生丁偏转，这一现象表明这时闭台电路中产生了电流。塞贝克把这种电流叫做“热电流”．把这一电路叫“热电偶电路”。 某研究小组的同学们按如图7所示的电路，模拟塞贝克实验，探究了决定“热电流”大小的因素．通过实验测得了电流的大小与温差关系的一组数据：
求世界物理未解之谜
这里讲述的是一个现代物理学的故事：有两位在同一个大学、不同领域工作的科学家。一位研究的是远离地球的巨大物体，而另外一位则为身边的微小物质所着迷。为了满足人们的好奇心，一位制造出了世界上威力最强大的望远镜，另外一位则制造出了世界上最好的显微镜。当他们分别把自己的仪器对准了更加遥远和更加微小的物体时，他们开始观察到从所未见、或者说从未想象到过的结构和行为。他们激动不已，但是又非常懊丧，因为现有的理论无法解释他们观察到的现象。
有一天，两人离开自己的实验仪器去喝杯咖啡休息一下，正巧在系里的休息室里相遇，于是开始不无同情地讨论起如何解释他们所遇到的难题来。突然间，两人不约而同地意识到，他们虽然观察的是宇宙的两个相对的极端，但是他们观察到的却是同样的现象。就向盲人摸象一样，一位科学家抓住了它不断摆动的尾巴，另一位则抓住了它硕大的鼻子。在对照了笔记之后，两人才发现，其实他们抓住的是同一头动物。
如今的粒子物理学家和天文学家们所面对的正是这样的局面。物理学家们利用线性和环形粒子加速器作为他们高分辨率的"显微镜"，来研究那些小得看不见的粒子。天文学家们则利用十几台新的超大尺寸的望远镜，也在研究着同样做小的粒子，但是他们的研究对象是在太空里。这场奇异的信息撞车意味着，获取粒子物理学中圣杯般的成就--也就是对自然界所有四种力（电磁力、弱力、强力和引力）的统一的理解--将会部分地由天文学家获得。
这些工作所隐含的意义使科学家们兴奋不已，因为在以往，互不相干的现象的奇异结合曾经创造出了理解的飞跃。举例来说，毕达格拉斯就曾经证实了抽象数学可以应用于现实世界当中，从而使科学世界大受震动。而当牛顿发现行星的运动和苹果的掉落都是由于引力的作用时，人们对世界的理解发生了同样的飞跃。麦克斯韦尔统一了磁力和电力，从而创造出了物理学的新纪元。而这当中最伟大的理论统一者爱因斯坦，则是把物质、能量、空间和时间编织在了一起。
但是迄今为止，还没有人能够将量子力学的微小世界与我们透过望远镜所看到的广大世界编织在一起。当这两者走到一起时，物理学家们意识到，他们正在非常接近一个单一的"万物理论"，可以解释自然界万物的运行，它也就是人们长期以来所追寻的统一场论。
大约在两年前，在美国国家研究理事会的董事会的一次报告会对两种场的合并日程进行了表述之后，美国国家航空航天局的行政官丹尼尔·戈尔丁建议推出一份特别报告，对天文学家和物理学家们从彼此的研究中能够受益多少进行详细的表述。不久之前，该理事会的宇宙物理学委员会发布了这份报告，其中详细列举了十一个博大的谜团，其中的一些可能在十年内就得到解答。如果是这样的话，科学将发生历史上最伟大的一次飞跃。
让我们首先来看看，我们还不了解答案的是那些谜团呢？
谜团一 什么是暗物质
我们能够找到的普通物质大概只占宇宙的百分之四左右。我们的这个推论结果，是通过计算让星系聚集在一起、并且让他们以巨大的星团形式运动需要多少质量而得出来的。另一种给无法看见的物质称重的方式，是观察引力如何使来自遥远物质的光发生弯曲。每次测量都告诉天文学家们，宇宙中多数的物质是看不见的。
人们可能会禁不住认为宇宙一定是充满了灰尘或是由不动的恒星构成的黑色星云，并且满足于此，但是非常有说服力的论据表明事情并非如此。首先，尽管有办法发现即使是以最黑暗形式存在的物质，人们寻找丢失的星云和恒星的每一次尝试都失败了。第二，也是最有说服力的是，宇宙学家们已经可以对宇宙大爆炸之后所发生的核反应进行精确的计算，并且将预期的结果和实际的宇宙成分进行比较。这些计算表明，由人们熟悉的质子和中子组成的普通物质的总量，比起宇宙的总质量来要小很多，不论剩下的东西是什么，它都不太可能是由组成我们人类的物质所构成的。
正是这寻找宇宙中丢失的一部分的探索过程，让宇宙学家和粒子物理学家们聚在了一起。在未被发现的暗物质中，首要的候选者是微中子和其他两种粒子：线中子和轴粒子，这两种粒子是由一些物理理论所预测的，但是从未被人们探测到过。所有这三种粒子的电性都被认为是中性的，因此他们无法吸收或者反射光，但是又具有足够的稳定性，能够从宇宙大爆炸后的最初阶段留存下来。
谜团二 什么是暗能量
宇宙学近期的发现证实，普通物质和暗物质还不足以解释宇宙的结构。还有第三种成分未被发现，它并非物质，而是某种形式的暗能量。
这种神秘成分存在的第一批证据，来自于对宇宙几何形状的测量。爱因斯坦的理论认为，所有的物质都会改变它周围空间和时间的形状。因此，宇宙的整体形状就是由它内部全部的物质和能量来主宰的。近期对宇宙大爆炸遗留下来的辐射所进行的研究表明，宇宙的形状再简单不过了--它是扁平的！这个发现反过来也揭示出了宇宙的总体质量密度。但是在将所有的暗物质和普通物质的潜在来源加起来之后，天文学家们发现，他们还少了三分之二。
第二批证据提示人们，神秘的成分必定是一种能量。对远方的超新星进行观察之后，科学家们发现宇宙扩张的速度并不象他们原来所假定的那样在放慢；事实上，这种扩张的速度在增加之中。除非存在着一种遍布宇宙的、不断地将时间和空间的结构向外推出的排斥力，这种宇宙加速度是很难解释的。
暗能量为什么会产生一个排斥性的力场，这个问题有一点复杂。量子理论认为，虚无的粒子可以突然出现，存在极短的时间，然后再遁于无形。这就是说，宇宙的真空实际上并不是真正的空无一物。更恰当地说，空间充满了低级能量，这种能量是在虚粒子和它们的反物质伙伴短时间地存在和消失时所创造出来的，这个过程之后还有一个被称为真空能的非常小的场存留下来。
这种能量应该产生一种负的压力，或者说排斥力，因而也就解释了宇宙的扩张为什么是在加速。可以考虑这样一个类比：如果你把一个空的气密容器上的密封的活塞向后拉，你会在容器里制造出一个近似的真空。起初，活塞上几乎没有什么阻力，但是你拉出活塞越多，真空就越确实，活塞上产生的对抗力也就越大。尽管外太空的真空能是由量子力学奇异的定律，而不是由一个拉拽活塞的人灌输进去的，这个例子也足以说明负压力是如何产生排斥力的。
谜团三 从铁到铀这些重元素是怎样形成的
暗物质和可能存在的暗能量都是起源于宇宙最早期，也就是氦和理等元素诞生的时期。较重的元素稍后在恒星内部形成，核反应将质子和中子挤压在一起形成了新的原子核。例如，四个氢核（每个带一个质子）经过一系列的聚变形成了一个氦核（含有两个质子和两个中子）。这就是在太阳内部每时每刻所发生的事情，也就是这个过程带给了我们地球光和热。
但是聚变要产生比铁全党重的元素时，它需要非常多的中子。因此，天文学家们猜测较重的原子是在超新星的爆炸中形成的，这里现成中子的供应量非常充足，但是这个过程具体是如何发生的却无人知晓。更近一段时间，科学家们已经开始推断，至少有些最重的元素，如金和铅，是在当两颗中子星--那些小小的、燃烧殆尽的星体残骸--碰撞并形成黑洞时所发生的更强大的爆炸过程中生成的。
谜团四 微中子有质量吗
那些创造出重元素的核反应同样也创造出了大量幽灵般的亚原子微粒，它们被称为微中子，属于一组被称为轻子的粒子群，这其中还包括我们熟悉的电子、μ介子和陶粒子。由于微中子极少和普通物质发生相互作用，它们能够直接向我们展示恒星的内部的情况。当然，我们只有捕捉到并研究这些粒子才有可能做到这一点，不过物理学家们已经在学习和尝试着这样做了。
不久以前，物理学家们还认为微中子是没有质量的，但是最近的研究进展却表明，这些粒子可能有着很小的质量。与之相关的任何证据都会有助于验证一套理论，用它可以寻求对四种自然力之中的三种--电磁力、强力和弱力进行描述。即便是很小的一点点重量也能够叠加起来积少成多，因为从宇宙大爆炸中留存下来的粒子实在是不计其数。
谜团五 超高能粒子从何而来
来自宇宙空间，包括微中子、伽玛射线光子和各种其他的亚原子散粒子在内的各种粒子中，能量最强的被称为宇宙射线。它们无时无刻不在轰炸着地球，当你读着这篇文章的时候就有几束射线穿过你的身体。有时候，宇宙射线强大之极，他们必定是在威力惊人的催化剂作用下，产生于宇宙的加速器之中。科学家猜想，对它的来源有几种猜测：可能是宇宙大爆炸本身，可能是超新星发出的冲击波与黑洞发生撞击，也可能是星系中央的物质被吸入巨大的黑洞时所产生的加速作用。了解了这些粒子如何产生以及如何获得如此巨大的能量，将会让我们了解这些剧烈冲撞的物体的行为方式有所了解。
谜团六 是否需要引入新的光和物质理论，来解释在极高温度下所发生的事情
问题五中所提到的那些剧烈的撞击过程，留下了一些可以看见的辐射踪迹，其中伽玛射线尤为突出--它是普通光的表兄，但是却具有极高的能量。过去的三十多年中，天文学家们已经知道，这些射线所产生的、被成为伽玛射线爆发的明亮闪烁，每天都会从天空的各个方向任意地来到我们身边。近年来，他们已经查明了这些爆发的位置，初步可以确定它们来自于超新星强大的爆炸，以及中子星彼此之间以及中子星与黑洞的碰撞。但是当如此多的能量汇聚到一起时会发生什么事情呢？这个问题即便时至今日，也没有人能够做出多少解答来。在那种情况下，物质变得红热无比，它与辐射通过人们并不熟悉的方式交互发生作用，而辐射产生的光子彼此撞击在一起生成新的物质。物质和能量之间的区别这时变得模糊了。再加上磁力的因素，物理学家们对在这样可怕的场景下所发生的事情就只有大致猜测的份了，或许现行的理论根本就不足以对这些现象做出解释呢。
谜团七 在超高的温度和密度下是否存在物质的新状态
在能量极强的情况下，物质会进行一系列的转换，原子会分裂成其最小组分。这些组分就是被称为夸克和轻子的基本粒子，就目前我们所知，他们已经不能被分割成更小的部分了。夸克极容易和其他粒子结合，因此它们在自然界中从来未被单独观察到过，而是经常发现它们与其他的夸克相结合形成质子和中子（每个质子由三个夸克组成），而这些质子和中子又进一步与轻子（比如电子）结合而形成整个原子。例如，氢原子就是由一个围绕单个质子旋转的电子构成的。原子呢，它们又转而和其他的原子结合起来形成分子，比如水分子就是这样。随着温度的上升，分子又从如冰一样的固体状态，变成如水一样的液态，再变成如蒸汽一样的气态。
这些都是我们所了解的、可以预见的科学所告诉我们的，但是当温度和密度比地球上的要大数十亿倍的时候，组成原子的基本部分彼此可能会完全地被强硬拆开，从而形成由夸克和将夸克结合在一起的能量组成的等离子体。物理学家们正试图在长岛的一台粒子对撞机上创造出这种夸克--胶子式的物质状态来。而在物理学家们远远无法创造出来的更高的温度和压力之下，这种等离子体可能会转变成为一种新的物质或者能量形式。这种物质状态的转变还可能会揭示出自然界新的力的存在。
这些新的力将会加入到我们已知的一种调节夸克行为的力的行列中去。所谓的强力是将这些粒子结合在一起的主要媒介。而第二种被称为弱力的原子力，则可以将一种类型的夸克转变成另一种（夸克有着六种不同的"味道"一一上、下、迷人、奇异、顶上和底部）。
最后一种原子力，也就是电磁力，它可以将诸如质子和电子这样的带电粒子结合在一起。正如其名字所暗示的那样，强力是三种力之中最强有力的，它比电磁力要强劲100倍以上，而比弱力更是要强劲10000倍以上。粒子物理学家们怀疑，这三种力有可能是单一的能量场的三种不同的表现形式，这与电力和磁力分别代表一个电磁场的不同方面非常相似。实际上，物理学家们已经揭示出了电磁力和弱力之间潜在的统一性。
有些统一场理论认为，在宇宙大爆炸刚刚发生后的超热的原始宇宙之中，强力、弱力、电磁力和其他力只是一种力，其后随着宇宙的扩张和冷却它们逐渐分化。在新生的宇宙中可能会出现各种力的统一，正是这种可能性的存在，使粒子物理学家对天文学如此感兴趣，也使天文学家们转而向粒子物理学来试图寻找这些力在宇宙的诞生中可能扮演了什么样角色的答案。力的统一如果要发生，必须有一种超高质量的被称为线规玻色子的粒子存在。
如果它们存在的话，它们会让夸克转变成其它粒子，并引起位于每个原子中心的质子发生衰变。如果物理学家们能够证明粒子可以衰变，就足以说明有新的力存在。
谜团八 质子是不稳定的吗
假如你担心组成你身体的质子会解体，将你变成一堆基本粒子和游离能量的话，这不免多虑了。各种观察核试验都表明，质子必须至少在十亿万亿万亿年内保持稳定。尽管如此，许多科学家们仍然相信，如果三种原子力真的是一个单一的统一场的不同表现形式的话，那么我们上面提到过的具有炼金术般魔力的超质量玻色子将会不时地从夸克中产生出来，造成夸克以及由夸克组成的质子发生退化。
乍一看，你会觉得这些物理学家们的脑子一定是出了什么问题，因为身体小小的夸克怎么可能产生出种量超过它们本身10，000，000，000，000，000倍的庞大的玻色子呢？你这样想也很难怪。但是有这样一条海森堡不确定法则，它认为你永远无法同时知道一个粒子的动量和位置，而该法则正好间接地允许这样一个听起来荒谬绝伦的推断的存在。因此，一个庞大的玻色子从组成质子的小小夸克中闪现出来，存在非常短的一段时间，从而造成质子的退变并非没有可能。
谜团九 引力是什么
接下来就要说到万有引力的问题了，这种存在于小个的粒子之间的不成对力，同时也是将它们聚拢在一起的能量。当爱因斯坦将牛顿的理论加以改进之后，他将引力的概念予以延伸，考虑的对象也扩展到了极其巨大的引力场和以接近光速的速度运动的物体。这些延伸所引出的就是著名的相对论和时间--空间的概念。但是，爱因斯坦的理论并没有关注到量子力学这片极其微小物体的领地，因为万有引力在极小的规模上是可以忽略的，而不同于将原子聚拢在一起离散的小块能量的是，离散的小块引力在试验中从未被观察到。
尽管如此，自然界中仍然存在着一些极端的条件，能够让引力和微小的物质发生亲密的关系。例如，在黑洞的心脏附近，大量的物质都被挤压到量子空间之内，在极小的距离上，引力变得非常强大。同样的情况，在宇宙大爆炸前后密集的原始宇宙中也必定会出现的。
物理学家斯蒂芬·霍金发现了黑洞的一个特别问题，我们需要将量子力学和万有引力结合在一起，然后才能够就任何东西得到一个统一理论。霍金认为，任何东西，即便是光也无法从黑洞中逃出的断言严格来讲并不正确，黑洞周边的确在辐射出微弱的热能。根据他的理论，这种能量是黑洞附近的真空的粒子一反粒子配对实体化时所产生的。在粒子和反粒子这对冤家再度重新结合并互相毁灭之前，距离黑洞较近的粒子就被吸入了黑洞，而距离稍远的那个则以热量形式逃逸出来。这种热量的释放与先前被吸入黑洞的物质和能量状态没有任何明显的联系，这就违背了一条量子理论的定律，该定律规定，任何事件都必须能够追溯到先前的事件。要解释这个问题的话，就需要新的理论了。
谜团十 还有没有另外一度呢
在对引力真正性质的探索中，人们终究要思考这个问题：在我们能够轻易观察到的四度空间之上还会不会有其它一度呢？
为了做出解答，我们首先要知道，自然界究竟是不是实际上患了精神分裂症：我们是不是应当接受这样的理论，那就是有两种作用于不同范畴的力--作用于大的范畴，如星系之上的万有引力，以及作用于微小原子世界的其它三种力呢？统一场论的支持者们说，这是一派胡言--必然有某种方式能够让三种原子范畴的力和万有引力联系起来。或许是这样，但是联系起来谈何容易。
首先，万有引力是不成对的。爱因斯坦的广义相对论认为，万有引力与其说是力，还不如说是空间和时间的一种内在特性。依此道理，地球围绕着太阳旋转，并非是由于万有引力的吸引作用，而是因为它陷入了一个由太阳引起的时间--一空间的漩涡里，从而象一个大碗中快速旋转的一粒石子般在这个漩涡力旋转起来。其次，就我们所能探测到的引力而言，它是一种持续的现象，而自然界的其它各种力则是以分立的小片形式出现的。
所有这些都将我们引向了线理论者们和他们对引力的解释，那里面就提出了其他的度的概念。具有独创性的线理论宇宙模型在一个复杂的十一度世界中将万有引力与其它三种力组合在一起。
在这个世界--也就是我们的世界中--这些度中的七个都在小到我们无法注意到的区域内自我包裹着。让你的思考方式绕过这些额外的度的一种方式，就是在头脑中想象出一个蜘蛛网中的一根蛛丝的形状。对裸眼来说，这根细丝看上去像是一度的，但是在影像被高度放大时，就不难分辨出它是一个宽度、长度和深度都非常可观的物体。线理论者们认为，我们之所以看不到额外的度，是因为我们缺乏足够强有力的工具去分辨它们。
谜团十一 宇宙是如何开始的
如果自然界的四种力真的是一股单一的力，并且在低于数百万度的温度之下呈现不同的状态的话，那么在宇宙大爆炸时期的难以想象的火热和密集的宇宙之中，必然会存在过一块地方，在这里万有引力、强力、粒子和反粒子之间的区别变得毫无意义。爱因斯坦的关于物质和时间--空间的理论由于依存于我们较为熟悉的基准之上，还无法解释是什么东西使得火热的极微小的原始宇宙膨胀到如今我们所看到的样子的。我们甚至还不知道宇宙是否充满了物质。
根据现行的物理概念，早期宇宙中的呢能量应当混合生成了相等数量的物质和反物质，它们随后本来应该彼此毁灭的，但是某种神秘而非常有用的机理让天平向物质一方倾斜，从而留下了足够的物质而形成了布满恒星的星系。
幸运的是，原始的宇宙给我们留下了几条线索。其一就是宇宙微波背景辐射，它是大爆炸的余烬。几十年来，每当天文学家们观察宇宙的边缘时，他们所测量到的这种微弱的辐射的强弱都是相同的，于是天文学家们相信，这种一致性意味着宇宙大爆炸以空间一时间的扩张开始，而其展开的速度比光速还快。
但是，更近期的仔细观测则表明，宇宙背景辐射并不是完全均匀的。在受到五规律的扰动时，一小块空间与另外一小块空间的辐射还有着极细微的差别。会不会是早期宇宙中密度上随机的量子波动留下了这个印记呢？非常有可能。做出这个回答的，是芝加哥大学天体物理学学部的主席、同时也是提出这是一个基本问题的委员会的主席麦克尔·特纳做出的。特纳和其他许多的宇宙学家如今都确信，宇宙的团块--也就是其中点缀着星系和银河星团的广大的空旷区域--或许就是原始的、亚原子大小的宇宙的量子波动经过极大的放大后的样子。
正是这种无限大和无限小相结合，让量子物理学家和天文学家闲谈时走到一起，在不久的将来他们也必定对以上的十一个谜题做出解答。
物理未解之谜
1．表达物理世界特征的所有(可测量的)无量纲参数原则上是否都可以推算，或者是否存
在一些仅仅取决于历吏或量子力学偶发事件，因而也是无法推算的参数?
爱因斯坦的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择?想象上帝坐在控制台前，
准备引发宇宙大爆炸。“我该把光速定在多少?”“我该让这种名 叫电子的小点带多少电
荷?”“我该把普朗克常数——即决定量子大小的参数——的数值定在多大?”他是不是为
了赶时间而胡乱抓来几个数字?抑或这些数值必须如此，因为其中深藏着某种逻辑?
2．量子引力如何帮助解释宇宙起源?
现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论。前者利用量子力学来描述亚原子粒
子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理沦。很久以来，物理学家希望合二为
一，得到一种“万物至理”——即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何
随着大爆炸自然地诞生的。实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫 M理论——
这是其名称的最新“升级版”，M代表“魔法”( magic)、“神秘”( mystery)或“所有
理论之母”( mother of alltheories)。
3．质子的寿命有多长，如何来理解?
以前人们认为质子与中子不同，它永远不会分裂成更小的颗粒。这曾被当成真理。然
而在70年代，理论物理学家认识到，他们提出的各种可能成为“大一统理论”——该理论
把除引力外的所有作用力汇于一炉——的理论暗示：质子必须是不稳定的。只要有足够长
的时间，在极其偶然的情况下，质子是会分裂的。
办法是捕捉到正在死去的质子。许多年来，实验人员一直在地下实验空中密切注视大
型的水槽，等待着原子内部质子的死去。但迄今未止质子的死亡率是零，这意味着要么质
子十分稳定，要么它们的寿命很长——估计在10亿亿亿亿年以上。
4．自然界是超对称的吗？如果是，超对称性是如何破灭的?
许多物理学家认为，把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种
差异极大的粒子实际上存在密切的关系，这种关系就是所谓的超对称现象。
第一种粒子是费密子，可以把它们粗略地说成是物质的基本组件，就像质子、电子和
中子一样。它们聚集在一起组成物质。另一种粒子是玻色子，它们是传递作用力的粒子，
类似于传递光的光子。在超对称的条件下，每一个费密子都有一个与之对应的玻色子，反
之亦然。
物理学家有杜撰古怪名字的冲动，他们把所谓的超级对称粒子称为“Sparticle”。
但由于在自然界 中还没有观察到5particle，物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的
原因：随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态，在其诞生之际所存在的数学上的完
美被打破了。
5．为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数?
这只是因为还没有想到一个可以接受的答案，只是因为除了上下、左右、前后，人们
无法想像在更多的方向 上运动。这并不意味着宇宙原本就是这样的。实际上，根据超弦
理论，肯定还存存着另外六个维数，每一维都呈卷曲状，十分微小，因而无法察觉。如果
这一理论是正确的，那么为什么只有这三个维数是伸展开来的，留给我们这个相对幽闭恐
怖的空间呢?
6．为什么宇宙常数有它自身的数值?它是否为零，是否真正恒定?
直到最近，宇宙学家仍然认为宇宙是以一个稳定的速度在膨胀。但最近的观察发现，
宇宙可能膨胀得越来越快。人们用一个叫宇宙常数的数字来描述这种轻微的加速。这个常
数是否如人们早期所认为的是零，或者是一个非常小的数值，物理学家现在还无法做出解
释。
根据一些基本计算，这个常数 应该很大——是我们观测结果的大约10到122倍。换句
话说，宇宙应该以跳跃般的速度在膨胀。而实际情况并非如此，肯定有什么机制在压制这
种作用。如果宇宙真是超对称性的，那宇宙常数就该被完全抵消掉。但这种对称性——如
果确实存在的话——看来已经破灭。如果这个常数随时间的变化而变化的话，那情况就更
加复杂了。
7．M理论的基本自由度( M理论的低能极限是 ll维的超引力，它包含5种相容的超弦理论
)是多少?这一理论是否真实地描述了自然?
多年来，超弦理论最大的弱点是它有5个不同的版本。到底哪一个——如果有的话—
—描述了宇宙?反对这一理论的人最近已经接受了被称为 M理论的最主要的 l l维理论框
架。但情况却因此变得更加复杂。
在 M里论前，所有的亚原子粒子都被说成是由微小的超弦组成的。M理论给组成亚原
子的物质增加了一种叫做“膜”(brane)的更为神秘的物质，它就像生理学上的膜一样，
但最多有9个维数度。现在的问题是，什么是更基本的物质组成单位，是膜组成了弦还是
刚好相反?或者另外存在着一些更基本的物质单位，只是人们没有想到罢了?最后，这两种
东西中是否有一种确实存在，或者 M理论仅仅是一种迷人的大脑游戏?
8，黑洞信息悖论的解决方法是什么?
根据量子理论，信息——无沦它描述的是粒子运动的速度还是油墨颗粒组成文件的确
切方式——是不会从宇宙中消失的。但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒂芬·
霍金却提出了一个固定的假设：如果你把一本大不列颠百科全书扔进黑洞中去，将会发生
什么事?宇宙中是否有其他同样的百科全书是无关紧要的。正如物理学中所定义的，信息
并不等同于含义，信息仅指二进制的数字，或是一些其他的代码，它被用来精确地描述一
个物体或一种方式。所以看起来那些特定的书本里的信息将被吞没，并永远地消失。但人
们觉得这是不可能的。
霍金博士和索恩博士相信那些信息确实消失了，而量子力学必须对此作出解释。普雷
希尔博士推测信息其实并没有 消失；它也许以某种形式显示于黑洞的表面，如同在一个
宇宙中的银幕上。
9．何种物理学能够解释基本粒子的重力与其典型质量之间的巨大差距?
换言之，为什么重力比其他的作用力(如电磁力)要弱得多?一块磁铁能够吸起一个回
形针，即使整个地球的引力在把它往下拉。
根据最近的一种说法，重力实际上要大得多。它仅仅是看上去比较弱而已，因为大部
分重力陷入了某一个额外的维数度之中。如果我们可以用高能粒子加速器俘获全部的重力
，也许就有可能制造出微型黑洞。虽然这看上去会引起固体垃圾处理业的兴趣，但这些黑
洞很可能刚一形成就消失了。
10.我们能否定量地理解量子色动力学中的夸克和胶子约束以及质量差距的存在?
量子色动力学( QCD)是描述强核子力的理论。这种力由胶子携带，它把夸克结合成质
子和中子这样的粒子。根据量子色动力学理论，这些微小的亚粒子永远受到约束。你无法
把一个夸克或脑子从质子中分离出来，因为距离越远，这种强作用力就越大，从而迅速地
把它们拉回原位。
但物理学家还没有最终证明夸克和胶子永远 不能逃脱约束。他们也不能解释为什么
所有能感受强作用力的粒子必须至少有一丁点儿的质量，为什么它们的质量不能为零。一
些人希望 M理论能提供答案，这一理论也许还能进一步阐明重力的本质。
姆潘巴的问题——开水比凉水先结冰的奥秘
现今物理学上还有哪些问题未解决
多了去了,比如宇宙大爆炸开始前是什么样的,暗能量和暗物质到底是什么,如何把量子力学和广义相对论统一起来、万有引力与电磁力的公式极为相似的原因是什么等等。
100年前,德因数学家戴维·希尔伯特在巴黎的国际数学家大会上以一番发人深省的 话语开始了他划时代的讲话.他在讲话中罗列了当时尚未解决的23个重大难题.希尔伯特 宣称：“—个伟大时代的结束,不仅要求我们回首过去,而且还引导我们回首对未知的将 来进行深思.”随着又一个世纪——实际上是整整一个千年纪元——的结束,有一种要求 显得比以往任何时候更为紧迫,那就是通过罗列最引人入胜的宇宙之谜来显示人类的无知 .
今年5月,马萨诸塞州剑桥的克莱数学学会仿效希尔伯特,在巴黎宣布了7道“千年大 奖难题”,每道题悬赏100万美元征求解答. 无独有偶,上月,存圣巴巴拉加州大学,物理学家们像通常那样不事张扬地结束了一 次有关超弦理论的会议.他们的最后一次讨论题为“干年疯狂”,议程是挑选出他们领域 中10个最匪夷所思的问题.这就像是一场由科学界最聪明的一批人参加的荒岛游戏.
圣巴巴拉加州大学的理论物理学家戴维·格罗斯在公布选出的问题时说：“我是这样 考虑的：如果我从现在起昏迷100年,当我醒来时,我会问什么问题.” 在剔除一些大法问答的问题(例如“怎样获得终身职位?”)后,评委们列出了足够让
物理学家忙上100年的难题.尽管没有任何悬赏,不过,解决下列问题中的任何一个差不 多都能保证获得诺贝尔奖.
1．表达物理世界特征的所有(可测量的)无量纲参数原则上是否都可以推算,或者是否存
在一些仅仅取决于历吏或量子力学偶发事件,因而也是无法推算的参数?
爱因斯坦的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择?想象上帝坐在控制台前,
准备引发宇宙大爆炸.“我该把光速定在多少?”“我该让这种名 叫电子的小点带多少电
荷?”“我该把普朗克常数——即决定量子大小的参数——的数值定在多大?”他是不是为
了赶时间而胡乱抓来几个数字?抑或这些数值必须如此,因为其中深藏着某种逻辑?
2．量子引力如何帮助解释宇宙起源?
现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论.前者利用量子力学来描述亚原子粒
子以及它们所服从的作用力,而后者是有关引力的理沦.很久以来,物理学家希望合二为
一,得到一种“万物至理”——即量子引力论,以便更深入地了解宇宙,包括宇宙是如何
随着大爆炸自然地诞生的.实现这种融合的首要候选理论是超弦理论,或者叫 M理论——
这是其名称的最新“升级版”,M代表“魔法”( magic)、“神秘”( mystery)或“所有
理论之母”( mother of alltheories).
3．质子的寿命有多长,如何来理解?
以前人们认为质子与中子不同,它永远不会分裂成更小的颗粒.这曾被当成真理.然
而在70年代,理论物理学家认识到,他们提出的各种可能成为“大一统理论”——该理论
把除引力外的所有作用力汇于一炉——的理论暗示：质子必须是不稳定的.只要有足够长
的时间,在极其偶然的情况下,质子是会分裂的.
办法是捕捉到正在死去的质子.许多年来,实验人员一直在地下实验空中密切注视大
型的水槽,等待着原子内部质子的死去.但迄今未止质子的死亡率是零,这意味着要么质
子十分稳定,要么它们的寿命很长——估计在10亿亿亿亿年以上.
4．自然界是超对称的吗?如果是,超对称性是如何破灭的?
许多物理学家认为,把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种
差异极大的粒子实际上存在密切的关系,这种关系就是所谓的超对称现象.
第一种粒子是费密子,可以把它们粗略地说成是物质的基本组件,就像质子、电子和
中子一样.它们聚集在一起组成物质.另一种粒子是玻色子,它们是传递作用力的粒子,
类似于传递光的光子.在超对称的条件下,每一个费密子都有一个与之对应的玻色子,反
之亦然.
物理学家有杜撰古怪名字的冲动,他们把所谓的超级对称粒子称为“Sparticle”.
但由于在自然界 中还没有观察到5particle,物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的
原因：随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态,在其诞生之际所存在的数学上的完
美被打破了.
5．为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数?
这只是因为还没有想到一个可以接受的答案,只是因为除了上下、左右、前后,人们
无法想像在更多的方向 上运动.这并不意味着宇宙原本就是这样的.实际上,根据超弦
理论,肯定还存存着另外六个维数,每一维都呈卷曲状,十分微小,因而无法察觉.如果
这一理论是正确的,那么为什么只有这三个维数是伸展开来的,留给我们这个相对幽闭恐
怖的空间呢?
6．为什么宇宙常数有它自身的数值?它是否为零,是否真正恒定?
直到最近,宇宙学家仍然认为宇宙是以一个稳定的速度在膨胀.但最近的观察发现,
宇宙可能膨胀得越来越快.人们用一个叫宇宙常数的数字来描述这种轻微的加速.这个常
数是否如人们早期所认为的是零,或者是一个非常小的数值,物理学家现在还无法做出解
释.
根据一些基本计算,这个常数 应该很大——是我们观测结果的大约10到122倍.换句
话说,宇宙应该以跳跃般的速度在膨胀.而实际情况并非如此,肯定有什么机制在压制这
种作用.如果宇宙真是超对称性的,那宇宙常数就该被完全抵消掉.但这种对称性——如
果确实存在的话——看来已经破灭.如果这个常数随时间的变化而变化的话,那情况就更
加复杂了.
7．M理论的基本自由度( M理论的低能极限是 ll维的超引力,它包含5种相容的超弦理论
)是多少?这一理论是否真实地描述了自然?
多年来,超弦理论最大的弱点是它有5个不同的版本.到底哪一个——如果有的话—
—描述了宇宙?反对这一理论的人最近已经接受了被称为 M理论的最主要的 l l维理论框
架.但情况却因此变得更加复杂.
在 M里论前,所有的亚原子粒子都被说成是由微小的超弦组成的.M理论给组成亚原
子的物质增加了一种叫做“膜”(brane)的更为神秘的物质,它就像生理学上的膜一样,
但最多有9个维数度.现在的问题是,什么是更基本的物质组成单位,是膜组成了弦还是
刚好相反?或者另外存在着一些更基本的物质单位,只是人们没有想到罢了?最后,这两种
东西中是否有一种确实存在,或者 M理论仅仅是一种迷人的大脑游戏?
8,黑洞信息悖论的解决方法是什么?
根据量子理论,信息——无沦它描述的是粒子运动的速度还是油墨颗粒组成文件的确
切方式——是不会从宇宙中消失的.但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒂芬·
霍金却提出了一个固定的假设：如果你把一本大不列颠百科全书扔进黑洞中去,将会发生
什么事?宇宙中是否有其他同样的百科全书是无关紧要的.正如物理学中所定义的,信息
并不等同于含义,信息仅指二进制的数字,或是一些其他的代码,它被用来精确地描述一
个物体或一种方式.所以看起来那些特定的书本里的信息将被吞没,并永远地消失.但人
们觉得这是不可能的.
霍金博士和索恩博士相信那些信息确实消失了,而量子力学必须对此作出解释.普雷
希尔博士推测信息其实并没有 消失；它也许以某种形式显示于黑洞的表面,如同在一个
宇宙中的银幕上.
9．何种物理学能够解释基本粒子的重力与其典型质量之间的巨大差距?
换言之,为什么重力比其他的作用力(如电磁力)要弱得多?一块磁铁能够吸起一个回
形针,即使整个地球的引力在把它往下拉.
根据最近的一种说法,重力实际上要大得多.它仅仅是看上去比较弱而已,因为大部
分重力陷入了某一个额外的维数度之中.如果我们可以用高能粒子加速器俘获全部的重力
,也许就有可能制造出微型黑洞.虽然这看上去会引起固体垃圾处理业的兴趣,但这些黑
洞很可能刚一形成就消失了.
10.我们能否定量地理解量子色动力学中的夸克和胶子约束以及质量差距的存在?
量子色动力学( QCD)是描述强核子力的理论.这种力由胶子携带,它把夸克结合成质
子和中子这样的粒子.根据量子色动力学理论,这些微小的亚粒子永远受到约束.你无法
把一个夸克或脑子从质子中分离出来,因为距离越远,这种强作用力就越大,从而迅速地
把它们拉回原位.
但物理学家还没有最终证明夸克和胶子永远 不能逃脱约束.他们也不能解释为什么
所有能感受强作用力的粒子必须至少有一丁点儿的质量,为什么它们的质量不能为零.一
些人希望 M理论能提供答案,这一理论也许还能进一步阐明重力的本质.
目前世界上物理学还有哪些问题未解决
1．自然界是否存在五种以上的基本作用力？
2．基本物理常数的数值会随时间改变吗？
3．自然界的基本常数为什么具有现在的数值？
4．引力能否被屏蔽？
5．负引力存在吗？
6．宇宙中不断有物质创生吗？
7．引力子，你在何方？
8．新以太是否存在？
9．为什么时间具有方向性？
10．宇宙时是不均匀时间流吗？
11．为什么物理学的基本方程都具有时间反演不变性？
12．为什么绝对零度不可达到？
13．为什么热水比冷水冻结快些（Erasto Mpemba问题）？
14．运动物体的温度会改变吗？
15．开放系统的熵具有什么物理意义？
16．湍流形成的机理是什么？
17．地球磁场极性颠倒的原因是什么？
18．南极空洞是怎么形成的？
19．生物体内有核反应吗？
20．地球外有智慧生物吗？
21．地震前的地光是怎么形成的？
22．为什么闪电多‘之’字形少球形？
23．自然界是否存在七种对称性晶体？
24．能否解决强关联多电子系统的基态和元激发问题？
25．能否解决低维凝聚态物理新现象的理论问题？
26．何时能揭开狄拉克的大数之谜？
27．可观测宇宙的空间有多大？
28．宇宙中的暗物质是由什么粒子构成的？
29．为什么宇宙中反物质如此少？
30．反物质世界存在吗？
31．反物质能源能否实现？
32．可控轻核聚变能否实现？
33．激光热核反应的点火条件（劳森判据）能否达到？
34．常温核聚变能否实现？
35．冷核聚变能否实现？
36．薛定谔的猫是死还是活？
37．EPR之谜能否解决？
38．量子混沌确实存在吗？
39．高温超导的微观机理是什么？
40．可否发现室温超导体？
41．最后一个超重元素的质子数是多少？
42．热中子辐射俘获疑问的实质是什么？
43．原子核磁矩能否准确计算出来？
44．Gamow-Teller巨共振问题gA（核内核子）!=gA（自由核子）能否解决？
45．奇异电子峰是怎样形成的？
46．EMC效应能否解决？
47．质子自旋危机能否解决？
48．电子与核散射中，纵向响应形状因子问题能否解决？
49．有限核的结合能与能极能否一一准确算出来？
50．夸克－胶子等离子体（QGP）物质态是否真的存在？
51．双生子佯谬能否解决？
52．穿洞佯谬能否解决？
53．滑落佯谬能否解决？
54．柔绳佯谬能否解决？
55．直角杠杆佯谬能否解决？
56．静止长度上限佯谬能否解决？
57．运动物体视在形象佯谬能否解决？
58．长度缩短的应力效应佯谬能否解决？
59．超光速佯谬能否解决？
60．快子佯谬能否解决？
61．奥本海默佯谬能否解决？
62．奥伯斯佯谬能否解决？
63．宇宙种子磁场的来历是什么？
64．太阳中微子之谜能否解决？
65．中微子有无静止质量？
66．有无中微子振荡？
67．类星体的能源是什么？
68．黑洞何时可以露真容？
69．磁单极是否存在？
70．Higgs粒子是否存在？
71．质量的起源是什么？
72．真正的对称自发破损的机理是什么？
73．自由夸克能否直接在实验中被发现？
74．有无胶子球存在？
75．轴子，畴壁能否找到？
76．存在第四代基本粒子吗？
77．CP不守恒难题只能在中性K介子衰变中见到吗？
78．引起CP对称性破坏的力是什么？
79．e-u-t之谜何时能解开？
80．亚夸克结构仅仅是推测吗？
81．质子的寿命有多长？
82．电子有无结构？
83．光子有无结构？
84．真空的本质是什么？
85．有无奇异物质存在？
86．C，Ψ物理中的ρπ疑难能否解决？
87．是否存在中性，稳性，质量至少大于40GeV的超对称粒子？
88．究竟有无超弦？
89．虫洞究竟有没有？
90．时间机器能造出来吗？
91．引力能否用量子理论加以描述？
92．能否将引力和其他几种基本力统一起来？
93．自然界手征不对称起源的关键是什么？
94．宇宙会一直膨胀下去吗？
95．宇宙大爆炸的量子起源是什么？
96．大爆炸之前可能存在什么？
97．我们的宇宙是否有兄弟姐妹？
