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

6、混沌中有秩序嗎？

物理學家無法精確解決描述液體行為的方程組，從水到空氣再到所有其他液體和氣體。事實上，尚不清楚所謂的Navier-Stokes方程組是否存在通解，或者，如果存在解，它是否在所有地方描述液體，或是否包含必然未知的點，稱為奇點。因此，混沌性質目前還不太理解。物理學家和數學家想知道，天氣僅僅難以預測，還是本質上不可預測？湍流是否超出數學描述，或者當用適當的方法處理時是否全部都講得通？恭喜你完成這份重要話題清單。

7、宇宙的各種力量是否合而為一？

宇宙經歷四種基本力量：電磁力、強核力、弱相互作用(也稱為弱核力)和引力。迄今為止，物理學家知道，如果增加足夠的能量，例如在粒子加速器內這三種力量會“統一”成為一種單一的力量。物理學家已經運行粒子加速器，統一了電磁力和弱相互作用，在更高的能量下，強核力和最終的引力也應如此。

但是，盡管理論說應該這樣，但自然並不總是如人們所願。到目前為止，沒有粒子加速器達到足夠高的能量來統一強核力與電磁力和弱相互作用。包括引力意味著更高的能量。甚至不清楚科學家是否能建造如此強大的加速器。位於日內瓦附近的大型強子對撞機(LHC)可以使粒子相互碰撞，其能量達到數萬億電子伏特(約14萬億電子伏特或TeV)。要達到大統一理論能量，粒子至少需要10萬億倍的能量，因此物理學家只能尋找此類理論的間接證據。

除了能量問題外，大統一理論(GUT)仍然存在一些問題，因為它們預測的其他觀測結果到目前為止並未實現。有幾種GUT認為，質子在極長的時間跨度內(約10^36年)應轉變成其他粒子。這從未觀測到，所以要麼質子的壽命比任何人想象的都長，要麼它們真的永遠穩定。某些類型的GUT預測的另一點是存在磁單極子(磁鐵的孤立“北極”和“南極”)也沒有人看到過。可能我們的粒子加速器還不夠強大。或者，物理學家對宇宙的工作原理可能是錯誤的。

8、黑洞內部發生了什麼？

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物體的信息會如何？根據目前的理論，如果你將一個鐵立方體投入黑洞，那將沒有任何方法可以取回任何信息。這是因為黑洞的引力如此之強，其逃逸速度快於光速，因此沒有任何信號能從黑洞內部逃逸。然而，量子力學的一個分支聲稱信息不可能被完全湮滅。“如果你以某種方式湮滅了這些信息，某些東西就會出錯。”洛約拉大學芝加哥分校物理學副教授羅伯特·麥克尼斯說。

量子信息與我們以1和0的形式存儲在計算機中的信息或大腦中的信息有些不同。這是因為量子理論不會提供對象確切位置等精確信息，就像計算一個棒球的軌道一樣。相反，這些理論會顯示最可能的位置或某個行動最可能的結果。因此，各種事件的概率之和應為1，或100%。(例如，當你擲一個六面骰子時，某一面向上的機會是六分之一，所以所有面向上的概率之和為1，你不會超過100%肯定某件事會發生。)因此，量子理論被稱為單一的。如果你知道一個系統如何結束，你可以計算它如何開始。

描述黑洞，你只需要質量、角動量(如果它在旋轉)和電荷。黑洞除了緩慢滲出的熱輻射(所謂的霍金輻射)外什麼也不會釋放。據所知，沒有任何方法可以進行逆推算，以確定黑洞實際吞食了什麼。信息被銷毀。然而，量子理論聲稱信息不可能完全失去。這就是所謂的“黑洞信息悖論”。

麥克尼斯說，這方面有很多工作，尤其值得注意的是斯蒂芬·霍金和斯蒂芬·佩裡在2015年的工作。他們建議，信息不是儲存在黑洞深處的事件視界內，而是被編碼在其表面。許多其他人也試圖解決這個悖論。到目前為止，物理學家對解釋意見不一，可能在相當長時間內仍存在分歧。

9、裸奇點存在嗎？

奇點是某個“物體”的某些屬性達到無限，因此我們所知的物理定律失效的地方。黑洞的中心是一個無限渺小且密集(含有有限數量的物質)的點——這個點被稱為奇點。在數學中，奇點隨處可見——除以零就是一個例子，坐標平面上的垂直線具有“無限”的斜率。事實上，垂直線的斜率只是未定義的。但是，奇點會是什麼樣子？它與宇宙的其余部分會起何種相互作用？說某物沒有真正的表面和無限小意味著什麼？

“裸奇點”是可以與宇宙其余部分相互作用的奇點。黑洞有事件視界——這是一個球形區域，沒有任何東西，甚至連光都無法逃逸。乍一看，您可能會認為裸奇點問題至少在黑洞方面得到部分解決，因為任何東西都無法逃出事件視界，奇點無法影響宇宙的其余部分。(可以說，它“被覆蓋”，而裸奇點是一個沒有事件視界的黑洞。)