理论物理领域中有哪些尚未解决的问题？ 现今物理学上还有哪些问题未解决
理论物理学家李·斯莫林在他2006年出版的有争议的书《物理学的麻烦：弦理论的兴起、科学的衰落以及下一步的发展》中指出了“理论物理学中的五大问题”。
物理问题1：量子引力问题
量子引力理论是理论物理学的努力成果，它创造了一个既包括广义相对论又包括粒子物理学的标准模型的理论。目前，这两种理论描述了不同的自然尺度，并试图探索它们重叠的尺度，这些尺度产生的结果并不是很有意义，比如万有引力(或时空曲率)变得无穷大。毕竟，物理学家从来没有看到过自然界的真正无限，他们也不想看到。
物理问题2：量子力学的基本问题
理解量子物理学的一个问题是，它所涉及的基本物理机制是什么。量子物理学中有很多解释：经典的哥本哈根解释，休·埃弗雷特二世有争议的多世界解释，甚至还有更具争议的解释，比如参与性的人择原理。这些解释中出现的问题围绕着量子波函数崩塌的真正原因。
大多数研究量子场论的现代物理学家不再认为这些解释和问题是相关的。退相干的原理，对许多人来说，就是解释与环境的相互作用导致量子坍缩。更重要的是，物理学家能够解出方程，进行实验和实践物理，而不需要解决在基本层面上到底发生了什么问题，所以大多数物理学家不想接近这些奇怪的问题。
物理问题3：粒子与力的统一
物理有四种基本力，而粒子物理的标准模型只包括其中的三种(电磁力、强核力和弱核力)。标准模型中没有考虑引力。创造一种理论，将这四种力统一为一个统一的场论，是理论物理学的一个主要目标。既然粒子物理的标准模型是量子场论，那么任何统一都必须包括引力作为量子场论，这意味着解决问题3与解决问题1是有联系的。
另外，粒子物理的标准模型显示了很多不同的粒子——总共18个基本粒子。许多物理学家认为，一个基本的自然理论应该有某种方法来统一这些
粒子
，所以用更基本的术语来描述它们。例如，在这些方法中定义最明确的弦理论预测，所有的粒子都是基本的能量丝或弦的不同振动模式。
物理问题4：调谐问题
理论物理模型是一个数学框架，为了进行预测，需要设置一定的参数。在粒子物理的标准模型中，参数由理论预测的18个粒子表示，即参数是通过观测来测量的。
然而，一些物理学家认为，该理论的基本物理原理应该独立于测量来确定这些参数。这在过去激发了人们对统一场论的热情，并引发了爱因斯坦的著名问题“上帝在创造宇宙时是否有任何选择？”宇宙的属性在本质上决定了宇宙的形式吗？因为如果形式不同，这些属性就会失效。
这个问题的答案似乎强烈倾向于这样的观点，基于不同的物理参数、原始能量状态等等，我们的宇宙只是这些可能的宇宙之一。在这种情况下，问题就变成了为什么我们的宇宙有着如此精细的属性来允许生命的存在。这个问题被称为微调问题，并促使一些物理学家转向人类学原理进行解释，这就要求我们的宇宙具有它所具有的性质，因为如果它具有不同的性质，我们就不会在这里提出这个问题。
物理问题5：宇宙奥秘问题
宇宙仍然有很多奥秘，但最让物理学家烦恼的是暗物质和暗能量。这种类型的物质和能量是通过其引力影响来探测的，但不能直接观测到，所以物理学家们仍在试图弄清楚它们是什么。尽管如此，一些物理学家已经提出了对这些引力影响的替代解释，这些解释不需要新的物质和能量形式，但这些替代对大多数物理学家来说是不受欢迎的。
物理学十大难题（未解决）都有哪些？~
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？
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”、“神秘”或“所有理论之母”．
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室中密切注视大型的水槽，等待着原子内部质子的死去．但迄今为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sparticle，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？
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11维的超引力，它包含5种相容的超弦理论）是多少？这一理论理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11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谱加了一种叫做“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--无论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·普雷希尔和斯蒡芬·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胶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．
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.
#臧食亨# 物理界现在专攻的课题有哪些?
(15577013357)： 还没解决的问题非常非常多.比如基本粒子物理学里面的几种相互作用统一的各种理论研究.天体物理学和天文学方面时空本质、宇宙起源和拓扑结构的研究.凝聚态物理学方面的强关联体系研究、纳米态物质研究.
#臧食亨# 什么是四大科学难题?
(15577013357)： 1, 物理学理论上的对称问题在实验中为什么做不出来? 2, 理论物理发现的基本粒子有一半却不能独立...
#臧食亨# 目前相对论和量子物理理论遇到哪些无法解释的现象? -
(15577013357)： 最主要的是相对论和量子物理分别描述着不同尺度的领域.量子理论很好地描述着微观尺度的物理,但是如果将万有引力牵扯进来,就不行了,因为目前还没有很好的将引力量子化的方法.对于广义相对论,很好地描述着从一米到太阳系这个尺度的物理.但是更大的尺度,比如星系团,就由解释不了的东西.比如星系团星体的速度与其预言不符,有一部分人引入暗物质来解释(目前并未被证实),也有一部分人通过修改广义相对论来解释.更大的尺度,如宇宙尺度,诸如暗能量问题也不是广义相对论所能描述的.
#臧食亨# 相对论力学有什么不能解决的问题? -
(15577013357)： 众所周知,爱因斯坦是思考接近光速运动时,会看到什么现象时,发现的相对论,那么相对论,是否可以解决这个问题呢?如果能解决,因其与接近声速运动,会听到什么现象一致,因此相对论应是经典理论中的一个分支,而不是包容经典理论;如果不能解决这个问题,说明相对论没什么用,爱因斯坦连接近声速运动,会听到什么现象的这类经典理论问题都解决不掉,其理论水平,不足以让我们相信他假设出来的任何结果.
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(15577013357)： 1.报歉,解决不了,等我考大学时再了解罢 2.适用于纯电阻电路,超导若用欧姆,那电流岂不就无穷了,另外交流也用不成 3.自旋1/2的粒子就是必须旋转两圈才会显得一样,例如我们熟知的负电子 4.玻尔同学曾为了解决卢瑟福原子行星模型的不稳定便定态假设,fpdq=nh(n为量子数),明白了吗?不明白的话我再回答…
#臧食亨# 化学界没解决的问题有哪些? -
(15577013357)： 理论化学的问题基本没啥是解决的,只是提出某个理论,这个理论对事实的解释比较合理就沿用这个理论,然而是真是假,没人知道,或许在10几年后,又发现了这个理论的局限性或者错误性等,然后又被推翻. 如果你感兴趣的话,可以看下大学书,一大堆的东西是说或许 而且有局限性,比如最基础的杂化轨道理论也有未解决的问题(关于能级交错的问题的一些特例的解释 Cu等)配合物18电子理论的 配合物理论也有牵强的地方(如何解释配合物稳定性) 以及一些有机反应的反应机理也尚未发现 我曾经看过一本书,里面说过现在尚未解决的10个问题 我只记得一个了— —+ 如何解释叶绿体把键能大的CO2转变为有机物的机理 还有....自己找吧
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(15577013357)： 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...
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(15577013357)： 牵引力 中学物理经常提到汽车、卡车、火车等各种机动车的牵引力. 有人认为,牵引力是指传动系统对主动轮施加的力.诚然,发动机通过传动系统对主动轮施加的力,促进主动轮的转动,对于整个汽车的正常行驶,这个力具有根本的重要性. ...
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