未解决的物理学问题查看源代码讨论查看历史

未解决的物理学问题

原图链接

中文名: 未解决的物理学问题 所属领域: 物理学

未解决的物理学问题，本条目列出一些重要但尚未解决的物理问题。其中包括理论性的，即现时理论未能够给予观测到的物理现象或实验结果令人满意的解释；还有实验性的，即能够周密测试某先进理论或深入研究某物理现象的实验，不过现时现地很难建造或完成。

个人看法

非费米液体的一般性理论。简单来说就是需要人们建立一套处理强相互作用费米子体系的一般性理论，这个理论至少要类似于Landau费米液体理论，能够用于理解铜氧化物超导体正常态的反常行为(奇异金属)，重费米子系统中的非landau费米液体行为，mott金属-绝缘体相变附近的量子临界行为等。当然，在一维(空间维度)，luttinger液体理论是非费米液体理论的典型，也是人们理解最清楚的非费米液体理论。类似的还有某些量子杂质问题，例如多通道近藤杂质问题也提供了非费米液体的范例。目前来看人们主要采用的套路是如下几个:1基于辅助粒子的平均场近似和微扰展开。这种方法最早用于单杂质近藤问题的研究，常见的是把电子用一些虚构的费米子和玻色子改写，（如果是自旋则可以分别用波色子或费米子改写，前者称为slave femion（schwinger boson）方法，后者称为slave boson方法或者波色子费米子都用上，那样就得用超对称的形式了）然后做平均场近似得到一个可处理的平均场模型。然后在此基础上考虑微扰修正。当然，你也可以像哈佛的subir sachdev和senthil那样用基于微扰展开的重整化来处理，本质上和直接微扰计算差别不大。2强耦合展开。也就是把电子动能当做微扰项，做微扰计算，这个最多的是处理一些晶格模型，比如hubbard模型。（俄国人，比如zubarev，整出来的green函数运动方程方法也属于此类）3构造一些特殊的可解模型。最著名的就是以sachdev_ye_kitaev命名的syk模型。当然，这类模型对于凝聚态体系而言还是比较假的，毕竟随机的相互作用还是比较难在实际凝聚态材料中实现。(冷原子，超导量子模拟器啥的目前也没见可靠的实现)

纯理论方面的问题

这里列出的基础理论问题或理论构想缺乏实验证明。在这些问题之间，可能有强烈的相互关联。例如，额外维度或超对称可能有办法解释级列问题（hierarchy problem）。物理学者认为，完整无瑕的量子引力理论应该能够解释大多数列出的问题（除了稳定岛问题以外）。

量子引力、物理宇宙学、广义相对论

真空灾变

从旅行者探测卫星测量到的数据所推断出的真空能量密度上限为10^14GeV/m，而从量子场论估算出的零点能量密度却为10^121GeV/m，两个数值竟然相差了107个数量级。物理史上从未见到这么大的差距，很多物理学者认为这是当今物理理论的重大瑕疵。

量子引力

如何整合量子力学和广义相对论成为完整一致的理论（或许是一种崭新的量子场论）？时空的基本本质是否是连续的，还是离散的？这完整一致的理论是否涉及由一种假定的引力子所传递的作用力，还是从时空离散结构衍生的产物（圈量子引力论的理论）？在超小尺度、超大尺度或其它极端案例，广义相对论的预测与量子引力理论有什么差异？

黑洞、黑洞信息、黑洞辐射

理论预期的黑洞热辐射现象是否属实？此种辐射是否带有关于黑洞内部结构的信息，如同规范-引力二元性（gauge-gravity duality）所建议，还是不然，如同史蒂芬·霍金的原本计算？若为不然，则黑洞能够蒸发干净，注意到量子力学并没有给出摧毁信息的机制，那么，储存于黑洞的信息又会怎么样？是否黑洞蒸发到某一程度就会自动停止，只剩下残余黑洞？根据无毛定理，黑洞只有三种属性：质量、电荷量、角动量；除此以外，没有任何内部结构。这定理是否正确？为何尚未找出探勘黑洞内部的方法？

额外维度

大自然是否拥有多于四个时空维度。假若答案为“是”，则到底有多少时空维度？维度是不是宇宙的基本属性，还是其它物理定律的合理结果？物理实验能否观测到更高维度的证据？

宇宙暴胀

宇宙暴胀理论是否正确？若为正确，这段时期所发生事件的细节为何？这造成暴胀的假定暴胀场（inflation field）到底为何？假若暴胀在过去某一时间曾经发生，有否有可能借着量子力学涨落的暴胀机制，继续自我维持暴胀，因此在宇宙某超远处，这暴胀仍旧正在进行中？

“泡沫宇宙”示意图，宇宙1到宇宙6各自有自己的物理常数，人类的“宇宙”不过是其中的一个“泡沫”而已

多重宇宙

有否足够的物理理论基础来支持期待其它宇宙的存在，虽然这些宇宙从根本而言是无法观测到的？例如，量子力学的多世界是否存在？在这些宇宙里，在高能量状况，由于使用别种方式破坏物理力的明显对称，所造成的物理定律是否会迥然不同。使用人择原理来消解全局宇宙困境是否正确？

宇宙审查假说

黑洞内部有一个奇点。通常在这奇点的外围有一层事件视界，速度最快的光波也无法逃离到事件视界之外。裸奇点是缺乏事件视界的奇点。由于没有事件视界隔离，物理学者可以观测到裸奇点的物理行为。但是，至今为止，物理学者尚未观测到裸奇点的蛛丝马迹。物理学者怀疑，从实际物理的初始条件是否能形成裸奇点？罗杰·彭罗斯提出的宇宙审查假说表明，这是不可能的事。但是，物理学者还不能证明这假设的任何版本为正确无误。

时序保护猜想

在广义相对论的爱因斯坦场方程的某些解答中，会出现有封闭类时曲线，即粒子移动于时空的世界线为封闭回路，从初始点移动经过一段路程后，又会返回初始点。封闭类时曲线意味着一种时间旅行，能够返回过去的时间旅行。史蒂芬·霍金的时序保护猜想表明，强烈地不允许任何除了微观尺度以外的时间旅行。结合广义相对论与量子力学在一起的量子引力理论，能否排除封闭类时曲线的可能性？

时间箭头

物理学在微观的层次几乎完全是时间对称（time symmetry）的。这意味着，假设将时间流逝的方向倒转，则原本物理定律仍然会保持为正确。但是在巨观层次，时间存在着明显的流逝方向。时间箭头就是用于描述这种不对称的现象。由于时间演进和时间反演而产生的不同物理现象，它们给出的关于时间属性的资料为何？

根据CPT对称理论，从CP破坏的证实可以立即断言时间是无法反演的。因此，时间对称性不成立，时间箭头可以建立起来。但是，这方法并不是直接地，而是间接地证实时间对称性不成立。测量基本粒子的内禀电偶极矩实验可以更强烈、更直接地证实这性质。假设基本粒子拥有内禀电偶极矩，则宇称对称性和时间对称性都会被破坏。更详尽细节，请查阅基本粒子的电偶极矩。对于各种粒子的电偶极矩，最准确的实验测值为中子、电子、水银。

另外一个衍生的问题是，为什么CP破坏只有在某些弱相互作用的衰变中才能观测得到，例如K介子衰变（kaon decay），而在其它相互作用都观测不到？

定域性原理（principle of locality）与非定域现象

定域性原理表明，物体只会被其紧邻周遭环境事物影响。1935年，阿尔伯特·爱因斯坦等发表EPR吊诡，认为量子力学的基础理论，因为违背了定域性原理，可能不完备。三十年之后，约翰·贝尔提出反驳，主张定域隐变数理论（local hidden variable theory）不能复制量子力学的所有预测。在量子力学里，是否会出现非定域现象？假设非定域现象存在，这是否只局限于贝尔不等式被违背所显露出的量子纠缠；信息、能量或物质能否能以非定域方式的传播？在哪种状况可以观测到非定域现象？非定域现象的存在与否，对于时空的基本结构，有什么含意？非定域现象与量子纠缠有什么关联？如何借着非定域现象来说明量子力学基础性质的正确诠释？

宇宙的终极命运

根据天文观测和宇宙学理论，可以对可观测宇宙未来的演化作出预言。宇宙最终是否走向热寂、大崩坠、大撕裂、大反弹，还是按照多重宇宙论的论述，可能存在很多各种各样的宇宙，新的宇宙可能正在诞生，同时老旧的宇宙可能正在湮灭，但整个平行宇宙永远不会完全终结？

高能物理学/粒子物理学

希格斯机制

希格斯玻色子的分支比是否符合标准模型？是否只有一种希格斯玻色子？

级列问题（hierarchy problem）

为什么引力是那么的微弱？只有当质量在普朗克尺度时，大约为10GeV，超大于电弱尺度（electroweak scale，246GeV，电弱理论描述的物理行为所涉及的能量），引力才会显得强劲。为什么这尺度的相差会有如天壤之别？是什么物理过程使得电弱尺度的物理量，例如希格斯粒子的质量，无法获得普朗克尺度数量级的量子修正？请问这是因为超对称、额外维度，还是人择的精细调节（fine-tuning）？

绝对无法从磁棒制备出磁单极子。假设将磁棒一切为二，则不会发生一半是指北极，另一半是指南极的状况，而会是切开的每一个部分都有其自己的指北极与指南极。

磁单极子

在最初宇宙、高能量的时期，粒子有否带有磁荷？若有，则为何那么难侦测到它们？有没有任何磁单极子仍旧存在？（保罗·狄拉克指出，某种磁单极子的存在可以解释电荷量子化）。

质子衰变与大统一理论

怎样能够将量子场论的三种不同的基本相互作用，即强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用，统一成为单独一种相互作用？至今为止，一些常见的主流大统一模型为SO(10)模型、乔吉-格拉肖模型（Georgi–Glashow model）等等。由于这些模型预测的新粒子的质量为大统一尺度（GUT scale）数量级，大大地超过碰撞实验的可能范围，所以，物理学者无法做实验直接观测到这些新粒子。因此，物理学者必需使用间接方法，例如，质子衰变实验、基本粒子电偶极矩实验、中微子属性实验、磁单极子侦测实验等等。注意到质子为质量最轻的重子，质子是否为绝对的稳定？倘若不是，质子的半衰期为何？日本的超级神冈侦测器并没有确切地侦测到任何质子衰变事件。从实验得到的数据，质子的寿命被设定为超过10年。

超对称

时空超对称是否实现于大自然？假若是，超对称破坏（supersymmetry breaking）的机制为何？超对称是否能够稳定电弱尺度，避免大幅度量子修正？最轻的超对称粒子是否为暗物质的组成成分之一？

第四代夸克与轻子

由于共同提出卡比博-小林-益川矩阵来解释CP破坏的现象，并且给出了标准模型会允许多达三代夸克与轻子存在的原因，小林诚与益川敏英因此荣获2008年诺贝尔物理学奖。这理论并没有限制最多只能有三代。那么，有否可能找到第四代夸克或轻子？是否能够构想出解释不同代粒子之间质量差异的理论，一种关于汤川耦合的理论？

反物质

在宇宙中，为什么侦测实验结果显示，物质比反物质多很多？大爆炸应该制造出同样数量的粒子与反粒子，而粒子会和反粒子湮灭产生光子。因此宇宙应该充满了光子，而不会有很多物质存在。但是，宇宙的状况并不是这样。在大爆炸发生之后，一定有某些物理定律不平等地作用于物质与反物质。请问这些物理定律为何？在最初宇宙是否有某些作用力存在，但是后来随着宇宙演化，这些作用力已消失无踪？

核子物理学

理论稳定岛的三维描绘图。

量子色动力学

强相互作用物质有哪些相态？在宇宙中，这些相态的角色为何？核子的内部结构为何？量子色动力学对于强相互作用物质的属性方面的预测为何？哪种机制主掌了夸克和胶子的变迁为π介子与核子？是什么机制造成了量子色动力学的重要特色：夸克禁闭与渐近自由（asymptotic freedom）？怎样将量子色动力学与广义相对论合并为一个完整理论？

核子天文物理学（nuclear astrophysics）

中子星和稠密核物质（nuclear matter）的物理性质为何？描述宇宙中各种元素的核合成过程？驱动恒星与星际爆炸的核子反应为何？

原子核

核力如何将质子与中子结合为稳定原子核（stable nucleus）？

稳定岛

有些化学元素的原子核，其质子和中子的数目恰巧为魔数数目，核物理学家推测这些化学元素特别稳定。这理论称为稳定岛理论。鉴于这理论，最沉重的稳定或介稳定原子核为何？

其它

量子混沌（quantum chaos）

对应原理表明，经典力学是量子力学的经典极限。量子混沌理论试图在量子力学与经典力学之间建立一座桥梁。怎样以量子力学来表述经典的混沌动力系统？量子力学与经典混沌之间的关系为何？

量子力学的对应极限

量子理论的描述怎样成为做实验所观查到的大自然实在，这包括量子态叠加、波函数坍缩、量子退相干等等？换句话说，这是一种测量问题，造成波函数坍缩为确定态的量子测量所倚赖的机制为何？

物理信息（physical information）

除了黑洞或波函数坍缩以外，还有哪些物理现象，不可挽回地湮灭了关于其先前所处状态的信息？

万有理论

又称为“终极理论”，万有理论试图解释与联结所有已知的物理现象，并且预测在原则上可行的任何实验的结果。但是，构筑这理论所遇到最困难的问题是，怎样将广义相对论与量子力学统一为单一理论？

基础物理常数（fundamental physical constant）

能够解释所有基础物理常数的理论为何？基础物理常数是否会随着时间的演进而改变？

规范场论

于2000年，克雷数学研究所发表七大千禧年大奖难题，其中一道题目为杨-米尔斯存在性与质量间隙。这是理论物理中规范场论的一道基础问题。杨-米尔斯理论是一种规范场论。获胜者必须严格证明杨－米尔斯场论存在（即需符合构造性量子场论（constructive quantum field theory）的标准），亦要证明质量间隙（mass gap），即此理论所预测质量最轻的粒子，其质量为正值。

宇宙的存在

形成宇宙或多重宇宙的物质、能量、时空、基本作用力，它们的源头为何？能否设计出可行的实验来证实多重宇宙存在。

重子不对称性

为什么在可观测宇宙中，重子的数量比反重子多很多？

宇宙学常数问题

根据广义相对论，宇宙真空里蕴藏的能量会产生引力场，真空能量密度与宇宙学常数之间的关系为。怎样计算真空能量密度是物理学尚未解决的一个大问题。最简单算法总和所有已知量子场贡献出的零点能，但这理论结果超过天文观测值120个数量级，被惊叹为“物理史上最差劲的理论预测”！为什么从真空能量密度计算出的宇宙学常数，会与天文观测值相差这么大？这问题称为宇宙学常数问题。到底是什么物理机制抵销这超大数值？解决这问题可能要用到量子引力理论。

今期与早期的宇宙质能分布饼图

暗物质

无法用电磁辐射侦测，而是从作用于可见物质与背景辐射 的引力效应连带推断出来的物质，称为暗物质。物理学者尚不清楚什么是暗物质的基本成分？是否与超对称有关？归因于暗物质的天文现象，实际上是否是引力的延伸？

暗能量

暗能量是一种充溢于整个空间的能量的假定形式。暗能量倾向于增加宇宙膨胀速度。最近完成的关于超过20万座星系的调查，似乎确定了暗能量的存在。但是，物理学者仍旧无法精确地描述与解释暗能量的物理性质。暗能量主要有两种模型：宇宙学常数模型与第五元素模型。每一种模型都有其强点与弱点，尚未有任何实验结果令人信服地显示哪一种模型为正确模型，也可能都不够正确。

暗能量密度、物质密度与宇宙标度因子的对数-对数关系线图，两条关系线恰好相交。

宇宙巧合问题（cosmic coincidence problem）

为什么恰巧就在这时候，宇宙的暗能量密度与物质密度几乎等值？这问题称为“宇宙巧合问题”。

如右图所示，物质密度与宇宙标度因子的三次方成反比：而暗能量密度与宇宙标度因子的关系式为;其中，是依暗能量的本质而定的常数，必需小于3。假设暗能量是宇宙学常数或真空零点能，则，暗能量密度为常数，那么，这种万年不遇的巧合实在令人费解。难道暗能量密度是某种标量场，或许暗能量与物质会发生某种耦合，从而造成暗能量密度与物质密度几乎等值？

熵 (时间箭头)

宇宙最初是处于一个高度有序的状态，一个低熵状态。为什么会出现这么高度有序的状态，从而造成过去与未来的区别，以及热力学第二定律？

宇宙视界问题（universe horizon problem）

为什么大爆炸理论对于夜晚天空的各向异性的预测值似乎大于观测数据，而遥远的宇宙却显得那么均匀？宇宙暴胀理论已广泛地被天文学者接受为解答，但仍旧可能有其它解答，例如，光速可变理论。

宇宙微波背景辐射的各向异性的黄道定向

微波天空在距离一百三十亿光年以外的某些大型特征，似乎跟太阳系的运动与定向有所关联。这是否为系统误差、观测结果被定域效应污染，还是哥白尼原则未经解释的破坏？

宇宙的形状

宇宙共动空间（comoving space）的3-流形，又称为“宇宙的形状”，是什么样子？现时，天文学者仍旧不清楚宇宙的曲率与拓扑，天文学者只知道，以可观测尺度衡量，曲率接近于零。宇宙暴胀假设建议，宇宙的形状可能无法测量，但是，于2003年，尚皮耶·卢敏内（Jean-Pierre Luminet）等与其他研究团队建议，宇宙的形状可能为庞加莱同调球面（homology sphere）。经过威尔金森微波各向异性探测器三年观测得到的数据确认了这模型的一些预测，但是，这模型的正确性尚未得到广泛支持。

高能物理学/粒子物理学

在希格斯机制里，希格斯场的猜想形状好似一顶墨西哥帽。

电弱对称破缺（electroweak symmetry breaking）

到底是什么机制打破了电弱规范对称，从而赋予W及Z玻色子质量？是标准模型的简单希格斯机制吗，还是根据艺彩理论（technicolor theory）的点子，是大自然用一种类似强作用力的新规范作用力来破坏了电弱规范对称？物理学者希望能够用大型强子对撞机做实验核对艺彩理论。

中微子质量

究竟是什么机制赋予中微子质量？任何粒子，假若其反粒子就是自己，则称此粒子为马约拉那粒子。中微子是否为马约拉那粒子？如果中微子满足马约拉纳方程，我们便有机会观察到不放出中微子的双重β衰变（double beta decay）。有没有可能会是因为中微子的特殊属性，从而使得中微子无法与一个正常粒子发生碰撞而互相湮灭？有许多实验试图去验证中微子是否为马约拉纳粒子。

中微子超光速异常（OPERA neutrino anomaly）

乳胶追踪中微子震荡计划（the Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus，OPERA）是一个检验中微子振荡现象的实验。于2011年9月，欧洲核子研究组织（CERN）与OPERA共同宣布，从它们合作测量到的中微子飞行时间数据，它们发现μ中微子以超光速运动。请问这是做错实验获得的结果，还是狭义相对论的确切瑕疵？2012年2月22日，科学新闻网页杂志Science Insider报告，从全球定位系统接收器到电脑之间的光纤缆线，由于与电脑的集成电路卡连接不良，造成了60纳秒延迟。将连接维修后，这问题不再发生。这实验失误似乎可以解释中微子的超光速异常。但是，仍旧必需做实验拿到更多数据来检验这假说。

基本粒子的惯性质量与引力质量比率

根据广义相对论的等效原理，对于所有基本粒子，惯性质量与引力质量比率为1。但是，对于很多粒子，并没有任何实验确认这论点。特别而言，物理学者很想知道，具有某巨观质量的反物质，其重量为何？

质子自旋危机（proton spin crisis）

质子是自旋为1/2的费米子，但是，于1988年，欧洲μ子共同研究（European Muon Collaboration）团队发现，质子的三个主要价夸克只贡献出总自旋的20-30%。自旋的其它部分是什么机制贡献出的，是由胶子，还是由持续不断地生成与湮灭中的海夸克对偶所贡献出的？

质子尺寸之谜（proton size puzzle）

质子真实的电荷半径为何？

量子色动力学的非摄动方法

在涉及到描述原子核的能量尺度范围，量子色动力学的方程无法解析，虽然格点量子色动力学（lattice QCD）貌似可以给出在这极限的解答。那么， 量子色动力学怎样描述核子与核子内部组构的物理现象呢？

夸克禁闭

为什么所有实验，都只能观测到从夸克或胶子建成的粒子，像介子或重子，而无法观测到自由存在的夸克或胶子？这现象是怎样从量子色动力学里面出现？

强CP问题与轴子

为什么强相互作用对于宇称与电荷共轭（charge conjugation）运算具有不变性？1977年提出的皮塞-奎恩理论（Peccei–Quinn theory）是否为这问题的正确解答？

假想的粒子

超对称理论与其它广为人知的理论预测了很多假想粒子，其中，哪些假想粒子真正存在于大自然？

天文学、天文物理学

相对论性喷流：活跃星系核周围的相对论性等离子体束与中心的超大质量黑洞自转轴方向一致，从而沿喷流方向射出

吸积盘喷流（accretion disc jet）

为什么环绕着某些像活跃星系核一类的星体的吸积盘，会沿着其旋转轴喷出相对论性喷流？天文学者认为这些喷流有很多用途，从除去正在形成的恒星的角动量，到将活跃星系核内部重新离子化。但是，天文学者仍旧不清楚吸积盘喷流的初始由来。

准周期性震荡（quasi-periodic oscillation）

有些像白矮星、中子星、黑洞一类的致密星，其吸积盘的内部边缘在某频率附近会忽隐忽现地发射出X射线，这现象称为“准周期性震荡”。可以从星体的功率谱的峰点找到震荡痕迹。物理学者不知道为什么会出现准周期性震荡？为什么这些震荡的频率与中心物体的质量成正比？有时候，在功率谱会出现多个峰点。为什么对于不同的星体，这些峰点的频率比率会不一样。

日冕加热问题（coronal heating problem）

为什么太阳的日冕（大气层）温度（1至3百万K）超高于表面温度（6000K）？对于这问题，过去几十年，物理学者提出了很多理论，但只有两个理论可能最为正确：波动加热理论（wave heating theory）与磁重联理论（magnetic reconnection theory）。磁重联理论的缺陷是，为什么观测到的磁重联效应比较理论预测快过很多数量级？美国宇航局的太阳侦测加级器任务（solar probe plus mission）预定于2015年启航，准备勘测太阳的日冕加热状况。

天文观测到的弥漫星际带线谱的相对强度。

弥漫星际带（Diffuse interstellar band）

是什么物质造成了在天文线谱里观测到的多条星际吸收线？请问这些物质是否为分子物质？假若是分子物质，到底是哪些分子物质，它们是怎样形成的？

伽马射线爆发

从遥远的星系突然发生的超大能量爆炸，其所伴随的快闪伽马射线，称为“伽马射线爆发”，是宇宙最明亮的电磁事件，通常持续时间在0.01-1000秒。物理学者不清楚为什么会发生这种短时段、高强度的猝爆？于2008年，美国宇航局发射了费米伽马射线空间望远镜，该卫星搭载的伽马射线爆发监视系统（Gamma-ray Burst Monitor, GBM）可用来研究伽马射线爆发。

质量-速度色散关系（M-σ relation）

星系核球内的恒星的速度色散（velocity dispersion）与位于星系中心的超重黑洞的质量之间的经验关系，称为“质量-速度色散关系”：

其中，是常数，大约为。

质量-速度色散关系可以用来精确地计算超重黑洞的质量。但是，物理学者不清楚促成这关系的物理原因为何？

观测异常：

飞掠异常（flyby anomaly）:为什么卫星飞掠过地球后的能量会与理论预测不同？这异常最先发现于1990年伽利略号探测器的飞掠过地球。通过仔细检查深空网络纪录的多普勒数据，天文学者意外地发现66mHz频移，对应于速度在近地点增加了3.92mm/s。天文学者尚未能够给出满意答案。

典型的螺旋星系自转曲线：预测的（A）和观测的（B）。

星系自转问题

观测到的星球绕着星系中心转动的速度与应用牛顿力学预测的理论速度，两者为何不一致？暗物质和暗物质晕是否是造成这问题的主要因素？

超高能量宇宙射线（ultra-high-energy cosmic ray）

地球附近根本没有超高能量宇宙射线源，为何有一些宇宙射线会拥有不可能般高的能量？GZK极限是源自远处的宇宙射线所拥有能量的理论上限。超过GZK极限的宇宙射线会与宇宙微波背景辐射耦合，制造π介子。这程序会重复发生，直到宇宙射线的能量低于GZK极限为止。所以，应该不可能观测到任何源自远处的超高能量宇宙射线。但是，这些似从远处发射出的超高能量宇宙射线，并没有遵守GZK极限的规则，与宇宙微波背景辐射发生反应，而奇迹般地存活移动到地表附近，才被观测到，请问原因为何？

土星自转周期

旅行者1号与旅行者2号分别于1981年及1982年飞越土星时测量得到无线电讯号周期为10 h 39 min。卡西尼航天器在2004年接近土星时，发现无线电的周期增加至10 h 45 m。造成变化的原因仍不清楚，但这种变化被认为是由于无线电的来源可能移动到土星内部不同的纬度位置，从而改变了自转周期，而不是出自于土星本身自转周期上的变化。还没有方法可以直接测量土星核心的自转速率。

磁星

到底是什么机制形成磁星的磁场？

凝聚态物理学

非晶质物质

液态或固态物质是怎样玻璃化转变至玻璃态物质？是什么物理过程给出了玻璃的一般物理性质？

低温电子发射（cryogenic electron emission）

在非常低温、无光状况，为什么光电倍增管会自发性地发射电子，而且，随着温度降低，发射率会增加？

高温超导

某些物质能够在高于50K以上的温度仍旧具有超导电性。但是，物理学者不清楚促成这现象的机制为何。

湍流

能否设计出一个理论模型来解释紊流的物理行为和内部结构？在什么条件下，纳维-斯托克斯方程有平滑解？这是克雷数学研究所于2000年设立的千禧年大奖难题中的一大难题。

近期已找到解答的问题

基本粒子间相互作用关系

希格斯玻色子（2013）

希格斯玻色子是标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，可以解释宇宙万物的质量。欧洲核子研究组织于2013年3月14日正式宣布发现此粒子。它是标准模型中最后一种被发现的粒子。

先驱者号异常（2012）

先驱者10号与先驱者11号是美国宇航局分别于1972年与1973年发射的两艘航天器，现在已逃离太阳系。在距离太阳大约20天文单位之后，观测到的两艘航天器的加速度与预测发生差异，大约为(8.74 ± 1.33)× 10m/s。物理学者现在认为这是因为先前未将热反冲力（thermal recoil force）的效应纳入计算

长时间伽马射线爆发（2003）

长时间伽马射线爆发分类为时间久过于2秒钟的伽马射线爆发，这种爆发与大质量星体的死亡有关，此种星体的死亡过程类似于超新星事件，常称为极超新星。

太阳中微子问题（2002）

这问题指的是测量到的太阳中微子通过地球的数量与理论计算有所差异。从对于中微子物理的研究结果，物理学者修改了粒子物理学的标准模型，提出中微子振荡的概念，要求中微子具有质量，可以在电中微子、μ中微子和τ中微子，这三种中微子之间相互变换。由于这些崭新理论的提出，这问题已得解答。

年龄危机（age crisis，1990s）

大约在1990年代中期，物理学者估计宇宙的年龄比银河系最早的恒星还要年轻30至80亿年。这意味着哈勃常数的估计不正确，或大爆炸理论不正确，或是需要宇宙学常数一类的暗能量。后来，对于恒星距离更精准的估计，将恒星年龄减少了好几十亿年，对于宇宙正在加速度扩张这论据也终于获得天文实验证实。由于这些进展，年龄危机不再成立。

类星体（1980s）

这是一种亮度特高、非常遥远、红移值特大的星体。最先发现于1950年代后期，多年以来，物理学者不清楚类星体的物理模型。后来，越来越多的证据显示，类星体实际是一种活动星系核，其核心位置有一个超大质量黑洞，附近的物质不停地掉入黑洞里，形成巨大的能量辐射与物质喷流向外喷出。这理论已被学术界接受。

参考来源

[[Category: ]]