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物理十大未解難題
物理十大未解難題
更新时间:2025-12-22 01:36:26

或許科學家普通人不同的是,他們不僅善于發現問題,而且這類問題本身的難度普通人都無法理解,簡單來說,我們連問題都看不懂,比如物理界五大未解之謎!

标準模型之外還有什麼?

标準模型是有史以來最成功的物理理論之一。四十年來,它一直經得起實驗的檢驗,新的實驗不斷證明它是正确的。标準模型描述了構成我們周圍一切的粒子的行為,并解釋了為什麼,例如,粒子有質量。事實上,2012年希格斯玻色子的發現是一個曆史性的裡程碑,因為它證實了對其存在的長期預測。

物理十大未解難題(物理界五大未解之謎)1

但标準模型并不能解釋一切。雖然标準模型已經做出了許多成功的預測——例如,希格斯玻色子、W玻色子和Z玻色子,以及它們之間的誇克——因此很難看出物理學可能會超越它們。但是大多數物理學家都認為标準模型是不完整的。有幾個新的、更完整的模型的競争者——弦理論就是一個這樣的模型——但到目前為止,這些模型都沒有得到實驗的最終驗證。

裸奇點真的存在嗎?

當一個“物體”的某些性質是無限的時,奇點就會發生,因此我們所知道的物理定律就會失效。在黑洞的中心有一個無限小、密度無限大的點,這個點被稱為奇點。在數學中,奇點總是不斷出現——除0是一個例子,坐标平面上的垂直線斜率是“無窮大”。實際上,垂直線的斜率是沒有定義的。但是奇點是什麼樣的呢?它将如何與宇宙的其他部分相互作用呢?說一個物體沒有真實的表面并且無窮小是什麼意思?

物理十大未解難題(物理界五大未解之謎)2

我們知道“裸奇點”是一種可以與宇宙其他部分互動的奇點。黑洞有視界——球形區域,任何東西,甚至光,都不能從中逃逸。乍一看,你可能會認為,裸奇點的問題至少在一定程度上已經為黑洞解決了,因為沒有任何東西可以離開視界,奇點也不會影響到宇宙的其他部分。但奇點能否在沒有事件視界的情況下形成,仍然是一個懸而未決的問題。如果它們能夠存在,那麼阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論将需要修正,因為當系統過于接近奇點時,它就會崩潰。裸奇點也可能是蟲洞,也可能是時間機器,盡管在自然界沒有證據證明這一點。

違反cp對稱

物理十大未解難題(物理界五大未解之謎)3

如果你把一個粒子和它的反物質同胞粒子交換,物理定律應該保持不變。例如,帶正電荷的質子應該和帶負電荷的反質子一樣。這就是電荷對稱性的原理。如果你交換左右,物理定律應該是一樣的。這是奇偶對稱。兩者合起來稱為CP對稱。大多數情況下,這個物理定律沒有被違反。然而,某些外來粒子違反了這種對稱性。科學家稱這就是為什麼它很奇怪。因為在量子力學中不應該有任何違反CP的行為,我們不知道為什麼會這樣。

重力到底是什麼?

重力到底是什麼?我們知道其他力是由粒子介導的。例如,電磁學就是光子的交換。弱核力由W玻色子和Z玻色子攜帶,而膠子攜帶将原子核結合在一起的強核力。科學家麥克尼斯說,所有其他的力都可以量化,這意味着它們可以表示為單個粒子,并具有不連續的值。

物理十大未解難題(物理界五大未解之謎)4

但重力不是這樣的。大多數物理理論認為它應該由一種假設的無質量粒子攜帶,這種粒子被稱為引力子。問題是,目前還沒有人發現引力子,而且目前還不清楚是否有任何可以建造的粒子探測器可以看到它們,因為如果引力子與物質相互作用,它們會非常非常少,以至于它們在背景噪音下是看不見的。我們甚至不清楚引力子是否沒有質量,盡管如果它們有質量的話,它是非常非常小的——比中微子還要小,中微子是已知的最輕的粒子之一。弦理論假定引力子(和其他粒子)是能量的閉環,但到目前為止,數學工作還沒有産生太多的洞見。

因為引力子還沒有被觀測到,所以引力一直在抗拒用我們理解其他力的方式來理解它。一些物理學家,尤其是西奧多·卡魯紮和奧斯卡·克萊因,假設引力可能作為一種粒子,在我們熟悉的空間(長、寬、高)和時間(持續時間)之外的額外維度中運行,但這是否正确仍不清楚。

聲緻發光

雖然粒子物理學問題解釋了許多尚未解決的問題,但在實驗台上可以觀察到一些神秘現象。聲緻發光就是其中之一。如果你拿一些水,用聲波打它,泡沫就會形成。這些氣泡是被高壓包圍的低壓區;外部壓力将低壓空氣推入,氣泡迅速破裂。當這些氣泡破裂時,它們會發出持續萬億分之一秒的閃光。

物理十大未解難題(物理界五大未解之謎)5

問題是,目前還不清楚光源是什麼。理論範圍從微小的核聚變反應到某種類型的放電,甚至壓縮加熱氣泡内的氣體。物理學家們測量了這些氣泡内部的高溫,溫度達到了數萬華氏度,并拍下了許多它們發出的光的照片。但是沒有很好的解釋聲波是如何在氣泡中産生這些光的。

小編表示,這些問題,或許大部分人都看不懂,看懂的的朋友歡迎在下方留下你的見解!

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