十大经典物理学难题发表评论(0)编辑词条

    美国巴巴拉加州大学的物理学家们在一次“千年疯狂”的会议上，经过精心筛选后列出了十个足够让物理学家忙上100年的难题。尽管没有任何悬赏，不过，解决这些问题中的任何一个几乎都能保证获得诺贝尔奖。

    爱因斯坦对这一问题的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择?

假设上帝坐在控制台前，准备引发宇宙大爆炸。“我该把光速定在多少?”“我该让这种名叫电子的小点带多少电荷?”“我该把普朗克常数——决定量子大小的参数——的数值定在多大?”他是不是为了赶时问而胡乱抓来几个数字?抑或这些数值必须如此，因为其中深藏着某种逻辑?
    大爆炸宇宙模型示意图

    1946年，美国科学家伽莫夫提出“大爆炸”理论。

    现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论。前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理沦。很久以来，物理学家希望合二为一，得到一种“万物至理”——即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的。

    以前人们认为质子与中子不同，它永远不会分裂成更小的颗粒。这曾被当成真理。然而在20世纪70年代，理论物理学家认识到，他们提出的各种可能成为“大一统理论”的理论暗示：质子必须是不稳定的。只要有足够长的时间，在极其偶然的情况下，质子是会分裂的。

    自然界是超对称的吗?如果是，超对称性是如何破灭的?许多物理学家认为，把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种差异极大的粒子实际上存在密切的关系，这种关系就是所谓的超对称现象。物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的原因：随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态，在其诞生之际所存在的数学上的完美被打破了。

    为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数?这只是因为还没有想到一个可以接受的答案，只是因为除了上下、左右、前后，人们无法想象在更多的方向上运动。但这并不意味着宇宙原本就是这样的。

    古埃及人想象中的宇宙

    古埃及人认为天是一块天花板，四方各有一个天柱支撑，星星是用铁链悬挂在天上的灯。

    直到最近，宇宙学家仍然认为宇宙是以一个稳定的速度在膨胀。最近的观察发现，宇宙可能膨胀得越来越快。人们用一个叫宇宙常数的数字来描述这种轻微的加速。这个常数是否如人们早期所认为的是零，或者是一个非常小的数值，物理学家现在还无法做出解释。

    想象中膨胀的宇宙

    宇宙一诞生就急剧膨胀，并在膨胀期孕育了无数个宇宙，可称其为子宇宙、孙宇宙。

    多年来，超弦理论最大的弱点是它有5个不同的版本。到底哪一个——如果有的话——描述了宇宙?反对这一理论的人最近已经接受了被称为M理论的最主要的Ⅱ维理论框架。但情况却因此变得更加复杂。现在的问题是，什么是更基本的物质组成单位，是膜组成了弦还是刚好相反?或者另外存在着一些更基本的物质单位?

    根据量子理论，信息是不会从宇宙中消失的。但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒂芬·霍金相信那些信息确实消失了，而量子力学必须对此做出解释。普雷希尔博士推测信息其实并没有消失，它也许以某种形式显示于黑洞的表面，如同在一个宇宙中的银幕上。

    宇宙中的黑洞

    黑洞是科学家在理论上假设存在的不会发光的空间。它不是通常意义下的星体．而是空间的一个区域，一种特殊的天体。它具有极强大的引力场，以致任何东西甚至连光都不能从它那里逃过。它成为宇宙中一个”吞食“物质和能量的陷阱。

    为什么重力比其他的作用力(如电磁力)要弱得多?一块磁铁能够吸起一个回形针，即使整个地球的引力在把它往下拉。根据最近的一种说法，重力实际上要大得多。它仅仅是看上去比较弱而已，因为大部分重力陷入了某一个额外的维数度之中。如果我们可以用高能粒子加速器俘获全部的重力，也许就有可能制造出微型黑洞。虽然这看上去会引起固体垃圾处理业的兴趣，但这些黑洞很可能刚一形成就消失了。

    量子色动力学(QCD)是描述强核子力的理论。这种力由胶子携带，它把夸克结合成质子和中子这样的粒子。根据量子色动力学理论，这些微小的亚粒子永远受到约束。你无法把一个夸克或胶子从质子中分离出来，因为距离越远，这种强作用力就越大，从而迅速地把它们拉回原位。但物理学家还没有最终证明夸克和胶子永远不能逃脱约束。他们也不能解释为什么所有能感受强作用力的粒子必须至少有一丁点儿的质量，为什么它们的质量不能为零。一些人希望M理论能提供答案，这一理论也许还能进一步阐明重力的本质。

    质子和中子

    夸克是被视为物质基本组分的任一种亚原子粒子。和质子与中子组成原子核的原理相似．这两种粒子本身被认为是由一些夸克组成的。