物理學科上的 18個未解之艱難題目

2023-04-19 | 來源: 煎蛋網 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

物理學的18個未解難題。

1、暗物質和暗能量是什麼？

我們所了解的普通物質只占宇宙總物質的5%。其余95%要麼是暗物質，要麼是暗能量。暗物質似乎只通過引力相互作用，其特性目前還未知。暗能量讓宇宙加速膨脹，其特性也未知。解開這兩個未知之謎對理解宇宙至關重要。

2、是否存在相互作用的平行宇宙？

假設宇宙是無限大的，那麼在足夠大的尺度上，必定會重復出現完全相同的大量宇宙區域。這意味著存在無數平行宇宙：某區域內的粒子排列方式與我們的宇宙完全相同，以及相差一個粒子位置的宇宙、相差兩個粒子位置的宇宙，如此類推至與我們的宇宙完全不同的宇宙。

這個邏輯正確嗎？如果正確，我們如何探測平行宇宙的存在？這個難題探討了“無限宇宙”會意味著什麼。

3、為何物質遠超反物質？

為什麼宇宙中物質明顯多於電荷和自旋方向相反的反物質？這個問題實際上是詢問為何宇宙中存在任何物質。人們認為宇宙應該對物質和反物質具有對稱性，所以宇宙大爆炸時應產生同量的物質和反物質。但如果真是如此，兩者應徹底相互湮滅：質子與反質子相抵消，電子與正電子(正子)相抵消，中子與反中子相抵消，如此等等，僅留下一片充滿光子的無物質空間。由於某種原因，多出的某種物質沒有被湮滅，於是我們便存在於此。這個原因至今未知。

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2015年8月公布的物質與反物質差異的最精確測量結果確認兩者是完全鏡像，卻無法幫助理解物質為何遠比反物質普遍這一之謎。

4、宇宙的命運是什麼？

宇宙的命運在很大程度上取決於一個未知的因子：Ω，它是整個宇宙中物質和能量密度的度量。如果Ω大於1，則空間會“封閉”成巨大的球面。如果沒有暗能量，這樣的宇宙最終會停止膨脹並開始收縮，最終在所謂的“大崩潰”中坍縮。如果宇宙封閉但存在暗能量，球狀宇宙會永遠膨脹。

或者，如果Ω小於1，則空間幾何形狀開放如馬鞍面。在這種情況下，其最終命運是“大凍結”後“大撕裂”：首先，宇宙的加速膨脹會撕裂星系和恒星，使一切物質離析;然後，宇宙持續冷卻至絕對零度。如果Ω恰等於1，宇宙的空間幾何將是平坦的，並將在極遠未來達至熱寂。宇宙的最終命運取決於Ω的值，而Ω的值目前尚不清楚。更精確地測量宇宙中物質和能量的總量將有助於弄清楚這個未知數值。理解宇宙的命運對理解現實或現實是否存在至關重要。

5、弦理論是否正確？

當物理學家假設所有基本粒子實際上都是一維環，或“弦”，每個弦振動頻率不同時，物理學變得更簡單。弦理論允許物理學家協調粒子遵循的定律(稱量子力學)與空時遵循的定律(廣義相對論)，並將四種基本力量統一在一個框架下。

問題在於，弦理論只在擁有10或11維的宇宙中有效：三個大的空間維度，六或七個緊致的空間維度和一個時間維度。緊致的空間維度以及振動的弦本身約為原子核大小的十萬億分之一。目前沒有任何方法可以探測如此小的東西，因此目前沒有已知方法可以實驗驗證或否定弦理論。

最後，我們結束在混沌……