物理学科上的 18个未解之艰难题目

2023-04-19 | 来源: 煎蛋网 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

物理学的18个未解难题。

1、暗物质和暗能量是什么？

我们所了解的普通物质只占宇宙总物质的5%。其余95%要么是暗物质，要么是暗能量。暗物质似乎只通过引力相互作用，其特性目前还未知。暗能量让宇宙加速膨胀，其特性也未知。解开这两个未知之谜对理解宇宙至关重要。

2、是否存在相互作用的平行宇宙？

假设宇宙是无限大的，那么在足够大的尺度上，必定会重复出现完全相同的大量宇宙区域。这意味着存在无数平行宇宙：某区域内的粒子排列方式与我们的宇宙完全相同，以及相差一个粒子位置的宇宙、相差两个粒子位置的宇宙，如此类推至与我们的宇宙完全不同的宇宙。

这个逻辑正确吗？如果正确，我们如何探测平行宇宙的存在？这个难题探讨了“无限宇宙”会意味着什么。

3、为何物质远超反物质？

为什么宇宙中物质明显多于电荷和自旋方向相反的反物质？这个问题实际上是询问为何宇宙中存在任何物质。人们认为宇宙应该对物质和反物质具有对称性，所以宇宙大爆炸时应产生同量的物质和反物质。但如果真是如此，两者应彻底相互湮灭：质子与反质子相抵消，电子与正电子(正子)相抵消，中子与反中子相抵消，如此等等，仅留下一片充满光子的无物质空间。由于某种原因，多出的某种物质没有被湮灭，于是我们便存在于此。这个原因至今未知。

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2015年8月公布的物质与反物质差异的最精确测量结果确认两者是完全镜像，却无法帮助理解物质为何远比反物质普遍这一之谜。

4、宇宙的命运是什么？

宇宙的命运在很大程度上取决于一个未知的因子：Ω，它是整个宇宙中物质和能量密度的度量。如果Ω大于1，则空间会“封闭”成巨大的球面。如果没有暗能量，这样的宇宙最终会停止膨胀并开始收缩，最终在所谓的“大崩溃”中坍缩。如果宇宙封闭但存在暗能量，球状宇宙会永远膨胀。

或者，如果Ω小于1，则空间几何形状开放如马鞍面。在这种情况下，其最终命运是“大冻结”后“大撕裂”：首先，宇宙的加速膨胀会撕裂星系和恒星，使一切物质离析;然后，宇宙持续冷却至绝对零度。如果Ω恰等于1，宇宙的空间几何将是平坦的，并将在极远未来达至热寂。宇宙的最终命运取决于Ω的值，而Ω的值目前尚不清楚。更精确地测量宇宙中物质和能量的总量将有助于弄清楚这个未知数值。理解宇宙的命运对理解现实或现实是否存在至关重要。

5、弦理论是否正确？

当物理学家假设所有基本粒子实际上都是一维环，或“弦”，每个弦振动频率不同时，物理学变得更简单。弦理论允许物理学家协调粒子遵循的定律(称量子力学)与空时遵循的定律(广义相对论)，并将四种基本力量统一在一个框架下。

问题在于，弦理论只在拥有10或11维的宇宙中有效：三个大的空间维度，六或七个紧致的空间维度和一个时间维度。紧致的空间维度以及振动的弦本身约为原子核大小的十万亿分之一。目前没有任何方法可以探测如此小的东西，因此目前没有已知方法可以实验验证或否定弦理论。

最后，我们结束在混沌……