当代物理界最重要的15个未解之谜（现代物理学未解之谜）

有一个传说，1900年英国物理学家开尔文勋爵说：“现在物理学没有什么新鲜事了。剩下的只是为了进行更多更准确的测量。” 三十年后，量子力学和爱因斯坦的相对论彻底改变了物理学。今天，没有物理学家敢宣称人类已经找到了关于宇宙和我们周围世界的所有问题的答案。恰恰相反。似乎每一个新发现都打开了一个潘多拉魔盒，并产生了越来越多的谜题，理论物理学家们为此苦苦挣扎了几十年。

宇宙最重要的特性之一是时间的流逝。而且，它只是“向前”移动，这个过程是不可逆的。它也被称为“熵”，我们熟悉热力学定律。熵意味着混乱的程度只会随着时间的推移而增加，并且无法逆转。熵增加的事实是一个未解决的物理学问题：随着事物的变化，它们往往会变得混乱。顺便说一句，打扫房间是一种“与熵的斗争”。但这里的主要问题是，为什么过去的熵这么低？换句话说，为什么宇宙在诞生之初如此有序，大量的能量集中在一个狭小的空间里？

天体物理学数据表明，时空可能是“平坦的”而不是弯曲的。因此，它可以是无限的。如果真是这样，那么我们可见宇宙中直径 930 亿光年的区域只是无限大的多元宇宙中的一个点。同时，量子力学定律规定每个宇宙区域内的粒子可能配置数量有限（10,000,000 000 122不同的变化）。在无限多个宇宙点的情况下，它们内部的粒子排列必须重复无限次。这意味着存在无限多个平行宇宙：与我们的宇宙区域完全相同的区域，以及仅一个粒子位置不同的区域，以及两个粒子位置不同的区域，等等，直到最奇怪的宇宙其中甚至物理定律也不同。

普通物质比其带相反电荷并沿相反方向旋转的反物质“双胞胎”要多得多。但这是为什么呢？这个问题的答案将有助于解释为什么某些东西存在于宇宙中。理论上，大爆炸时应该形成等量的物质和反物质。但如果发生这种情况，那么两者都会完全湮灭：质子会与反质子、电子与正电子、中子与反中子等会聚。由于某种原因，宇宙中还有多余的物质没有湮灭。恒星、星系、行星甚至我们都是由它形成的。这是如何以及为什么发生的，至今还没有普遍接受的解释。

宇宙的命运在很大程度上取决于一个未知值的因素：Ω，或整个宇宙中物质和能量密度的度量。如果 Ω 大于 1，则时空将是“封闭的”，就像一个巨大球体的表面。如果没有暗能量，这样的宇宙最终将停止膨胀，而是开始收缩，最终在名为“大合同”的事件中自行坍缩。如果宇宙是封闭的，但存在暗能量，球形宇宙将永远膨胀。

或者，如果 Ω 小于 1，则空间的几何形状将是“开放的”。在这种情况下，它的最终命运是“大冻结”之后是“大合同”。首先，宇宙的外部加速最终将在数万亿年内撕裂星系和恒星，让所有物质变得寒冷和孤独。然后加速度会变得如此强大，以至于它会压倒将原子聚集在一起的力的作用，一切都会分崩离析。

如果 Ω 等于 1，则宇宙将是平坦的，像一个向各个方向延伸的无限平面。如果没有暗能量，这样一个平坦的宇宙将永远膨胀，但速度会不断减慢，接近完全停止。如果存在暗能量，平坦的宇宙最终将经历无节制的膨胀，从而导致大合同。Ω的真值是现代物理学的一个无解之谜。

重力到底是什么？其他力由粒子介导。例如，电磁是光子的交换。弱核力由 W 和 Z 玻色子携带，胶子携带强核力，将原子核结合在一起。但是引力与他们不同。大多数物理理论认为，引力应该由一种称为引力子的假想无质量粒子携带。

问题是到目前为止还没有检测到假设的引力子。科学家们普遍怀疑任何粒子探测器都能够探测到它们。那是因为如果引力子存在，它们很少与物质相互作用。甚至还不清楚引力子是否没有质量，尽管如果它们有质量，那也是非常非常小的——比中微子还小，中微子是宇宙中已知最轻的粒子之一。对引力子的搜索仍在继续，但迄今为止没有成功。因此，引力之谜仍然无法解释。