5個未解決的現代物理學難題

物理學無疑是現代科學的基礎，我們對世界的認識依賴於物理學的發展。

20世紀初葉，人們認為物理學的大廈已經完成，剩下的只是「修修補補」的工作罷了。

但是物理學世界上的兩朵烏雲（以太學說的破滅和黑體輻射），終於給人們打開了一個全新的世界。

無論什麼時候，世界總有很多神奇存在需要我們去理解，這裡列舉了現在物理學中一些未解決的問題，也許這些問題可以給你一些不一樣的思考感受。

1、混沌中有序嗎？

物理學家無法用公式來描述流體，包括水流、空氣和其他的液體和氣體的運動情況。

事實上，其通用解的Navier-Stokes公式是否真的存在他們都不知道。

或者如果有這麼一個解，它是否能描述任意位置的流體，包括一些位置的奇點。

因此，混沌的本質物理學並沒有完全解決。

物理學家和數學家們都在想，天氣很難預測還是或許天氣根本就無法預測？湍流是否超越了數學的描述範圍，或者說如果有那麼一種數學方式可以描述它，這種描述真的有意義嗎？

2、弦論正確嗎？

假設所有的基本粒子都是由一些一維環（弦）構成的，每個不同的弦都以不同的頻率震動，那麼物理學將會變得非常簡潔。

弦論讓物理學家可以調和基本粒子的各種理論，例如量子力學，可以調和時空理論，例如廣義相對論，弦論還可以把四種基本作用力統一到一個框架中。

但是問題的關鍵是，弦論只適用於10維或11維宇宙：3個大的空間維度，6個或7個緊實空間維度，外加一個時間維度。

緊實空間維度，包括弦振動本身，它們的大小或振幅只有原子核的百億億分之一的大小。

現在基本上沒有什麼手段可以觀測到那麼小的尺度，因為也無法從實驗上驗證弦論的正確性。

3、什麼是暗物質

現代天文物理學很非常明顯的證據表明，宇宙中大約有84%的物質既不發光也不吸收光。

也就是「暗物質」。

顯然它們無法被直接觀察到，也沒有通過間接的手段觀測到過。

相反，暗物質的存在和性質可以通過它對可見物質的引力作用、輻射以及宇宙的結構推測出來。

這種暗物質可能充滿了整個銀河系的邊緣，它們可能通過粒子之間的弱相互作用結合在一起。

世界範圍內，物理學家構建了一些專門的探測器來探測這種暗物質，但是截至目前為止，沒有任何探測器找到其蛛絲馬跡。

最近的一項研究結果表明，暗物質可能在宇宙中以一種綿長長的，非常小小的粒子流的形式存在，這細小的粒子流可能像頭髮絲一樣被地球輻射出去。

4、觀測是如何導致量子波函數的坍塌的

牛頓力學統治著宏觀物理世界，在微觀世界，粒子例如電子，光子以及其他一些基本粒子的行為都是遵循量子力學原理的。

基本粒子並不像宏觀的球體那樣，而是更像是可以擴展到很大區域的波。

每個粒子的狀態都可以用波函數（也叫機率分布函數）來描述。

波函數描述了粒子的位置，動量以及一些其他的性質的可能狀態，而不是確切狀態。

但是一旦你對粒子進行了觀察，例如觀察其位置，在觀測作用發生時，粒子的波函數會發生坍塌，那些可能的狀態會變成一個確切的狀態。

正是這種坍塌才產生了我們所能理解的這個具體現實的世界，但是觀測是如何導致，以及為什麼會導致量子波函數的坍塌呢？這個問題就是著名的觀測問題，它的答案現在還無人知曉，但是這個答案對我們理解現實是什麼，現實是否存在有著重大的意義。

5、宇宙的終極命運是什麼

宇宙的終極命運跟一個位置的因子Ω密切相關，這個因子是宇宙物質和能量的一個度量。

如果Ω的值大於1，那麼時空終究會像一個巨大的球體表面一樣形成一個閉環。

如果沒有暗能量的存在，這樣的宇宙會最終停止膨脹，並開始收縮，一直到一個被稱為「大擠壓」的事件發生。

如果宇宙是封閉的並且有暗能量的存在，這個球面將一直膨脹下去。

相反如果Ω小於1，空間的幾何結構將呈「開放」的狀態，就像一個馬鞍的表面一樣，在這種情況下，宇宙的終極命運是「大凍結」並緊接著「大撕裂」：首先宇宙外圍的加速會導致星系和星球的分離，導致所有的物質都處於獨立的凍結狀態。

緊接著，加速繼續增加一直到其強度遠遠超過原子之間的相互作用力，到那時候所有的物質都講被「撕散」成粒子。

如果Ω等於1，宇宙將是平坦的狀態，就像一個在所有方向都可以無限擴展的平面一樣，其擴展速度以一種減速的狀態進行，只到最後達到一種靜止的狀態。

如果有暗能量的存在，平坦宇宙最終經歷不可控的擴張一直到「大撕裂」的發生。

不管是哪種情況，宇宙的最終命運都是滅亡。

每天思考一分鐘

腦殼（naokr.com）——思考很快樂！