自然/问题

介绍

也许从科学的角度看，世界就像一个稳定且完整的系统。但事实并非如此。在这个世界观中，仍然存在许多悬而未决的问题，甚至一些基本的东西仍然不清楚。因此，开放性成为了这种世界观的优点。科学时不时会发生一些变化，明显的矛盾则是进步的刺激因素。

引用

• 我们对世界的了解越多，学习越深入，我们对未知事物的认识、对无知认识就越有意识、越具体、越清晰。 毕竟，这正是我们无知的根源——我们的知识必然是有限的，而我们的无知必然是无限的。
  • 猜想与反驳：科学知识的增长 卡尔·波普尔 (1963)

物理学

这是一个关于物理学中一些未解之谜的列表。其中一些问题是理论性的，也就是说，现有的理论似乎无法解释一些观察到的现象或实验结果。另一些则是实验性的，也就是说，很难设计出一个实验来测试提出的理论或更详细地研究某个现象。最后，有些甚至触及到伪科学的边缘，例如，那些被当今物理学家群体广泛否定的科学边缘领域，但将来可能会有希望或确凿的证据。

正在寻找科学解释的现象或已确立的事实

吸积盘喷流

为什么某些天体周围的吸积盘，例如活动星系的核，会沿着它们的极轴发射相对论性喷流？

加速膨胀的宇宙

为什么宇宙的膨胀正在加速，正如我们所观察到的那样？驱动这种加速的暗能量的本质是什么？如果它是由宇宙常数引起的，为什么常数如此之小，却非零？为什么它不像大多数量子场论预测的那样巨大，或者因为某个未知的对称性原因而为零？宇宙的最终命运是什么？

非晶固体

流体或规则固体与玻璃态之间的转变性质是什么？导致玻璃的普遍特性的物理过程是什么？

时间的箭头

为什么宇宙在过去具有如此低的熵，导致过去和未来的区别以及热力学第二定律？为什么时间在宏观尺度上只朝一个方向流动，而基本相互作用的尺度上似乎没有时间的箭头？

球状闪电

这些发光的漂浮物体是真的吗？如何解释它们？

重子不对称性

为什么宇宙中物质比反物质多得多？

冷聚变

当钯金属被氘饱和时，明显产生的过量热量和氦的理论解释是什么？

日冕加热问题

为什么太阳的日冕（大气层）比太阳表面热得多？

宇宙常数

为什么真空的零点能不会导致很大的宇宙常数？是什么抵消了它？

为什么宇宙常数的值是它现在的值，它是零吗？它真的恒定吗？

暗物质

什么是暗物质？ 它是怎么产生的？它与超对称有关吗？归因于暗物质的现象真的来自某种物质吗？或者这些现象实际上表明物理定律存在缺陷？

电弱对称性破缺

是什么机制导致了电弱规范对称性的破缺，赋予了 W 和 Z 质量？是标准模型中简单的希格斯机制吗？

基本物理常数

为什么我们观察到这些值，而不是其他值？ 所谓的“基本物理常数”的值随着时间变化了吗？

伽马射线暴（持续时间短）

这些持续时间不到两秒的极度高能天体的本质是什么？

高温超导体

为什么某些材料在远高于 50 开尔文的温度下表现出超导性？

质量

是什么导致任何东西具有质量？

中微子质量

是什么机制导致了中微子质量的产生？中微子是它自己的反粒子吗？

先驱者异常

是什么导致了先驱者号宇宙飞船明显的残余太阳方向加速度？

声致发光

当液体中的气泡在声音的作用下内爆时，是什么导致了短时间的闪光发射？

湍流

是否可以建立一个理论模型来描述湍流的行为（特别是它的内部结构）？

超高能宇宙射线

为什么一些宇宙射线似乎拥有不可能高的能量（所谓的“我的天哪”粒子），鉴于地球附近没有足够高能的宇宙射线源？为什么（显然）一些来自遥远天体的宇宙射线具有高于格雷森-扎采平-库兹明极限的能量？

宇宙不对称性

宇宙中普遍不对称性的起源是什么？

正在寻找实验证据的理论想法

轴子

佩奇-奎因理论（即机制）是解决强 CP 问题的解决方案吗？预测的轴子的性质是什么？

宇宙暴胀

宇宙暴胀理论正确吗？如果是，那么这个时代的细节是什么？导致暴胀的假设暴胀场是什么？

额外维度

自然界有超过四个时空维度吗？

超光速

是否可以比光速更快？是否可以比光速更快地传输信息？

重力

我们的宇宙是否充满了来自大爆炸的引力辐射？来自天体物理源，例如螺旋的的中子星？这能告诉我们关于量子引力和广义相对论的信息吗？重力在非常小的距离尺度上是否按照预测的方式表现？

信息

物理现象是否会不可逆转地破坏有关其先前状态的信息？

磁单极

是否存在携带“磁荷”的粒子？如果有，为什么它们如此难以探测？

物质

为什么会有物质存在？大爆炸之前是什么？四种基本力是如何出现的？

质子衰变

标准模型之外的许多理论预测质子衰变。质子会衰变吗？如果是，那么它们的半衰期是多少？

非微扰区域的量子色动力学 (QCD)

QCD 方程在描述原子核的能量尺度上仍然没有得到解决。QCD 如何导致核物理和核成分的物理学？

量子引力

如何将量子力学理论与广义相对论理论合并以产生所谓的“万物理论”？弦理论是通往量子引力的正确道路，还是一条死胡同？有没有办法从实验中获取关于普朗克尺度物理性质的信息？

对应极限的量子力学

是否存在一种优先的量子力学解释？量子描述的现实，包括叠加态和波函数坍缩等元素，是如何导致我们感知到的现实的？

宇宙的大小

在可观测宇宙的理论边界之外还有其他东西吗？

标准模型希格斯机制

标准模型希格斯粒子是否存在？更一般地说，惯性质量是否具有独立于引力质量的基础或机制？

超对称性

超对称性是否是自然界的对称性？如果是，超对称性破缺的机制是什么？

彩动力学

自然是否利用强动力学来破坏弱电对称性？

最近解决的问题

太阳中微子问题 (2002)

通过对中微子物理学的全新理解得到解决，需要修改粒子物理标准模型——具体来说，中微子振荡。

类星体 (1980 年代)

几十年来，类星体的性质一直没有得到理解。现在人们普遍认为它们是一种活动星系，其巨大的能量输出来自物质落入星系中心的一个超大质量黑洞。

长持续时间伽马射线暴 (2003)

长持续时间暴与大质量恒星在一种特殊的超新星事件中死亡有关，这种事件通常被称为坍缩星。

外部链接

• APS
• 物理学新闻更新 美国物理学会发布的每周物理学新闻简报。
• 物理学中的开放问题
• 新科学家：13 件令人费解的事。
• 科学杂志：当今科学家面临的最引人注目的难题和问题。
• 物理学未解之谜、奖项和研究的链接列表。
• 暗物质 - 一个已解决的问题
• 基于我们想要实现的目标的想法

生物学

一些生物学中的未解之谜包括

生命

它是如何开始的？生命是一种宇宙现象吗？生命起源所需的条件是狭窄还是广泛的？生命是起源于这个星球还是有外星干预（例如来自另一个星球的陨石）？不朽是可能的吗？

DNA/基因组

DNA 的所有功能是什么？除了结构基因，系统中更简单的一部分是什么？在特定时间和特定条件下，细胞或器官表达的蛋白质组（蛋白质）的完整结构和功能是什么？调节基因的完整功能是什么？生命的基石可能是下一代电子设备和计算机的前兆，但 DNA 的电子性质是什么？垃圾 DNA 是否起着分子垃圾的作用？

意识/自我

它是什么？为什么许多动物（尤其是哺乳动物）需要做梦？智力的可遗传特征是什么？

生物电磁学

动物是如何拥有远距离导航和迁徙能力的？归巢能力是如何发展起来的？有些动物是如何探测地震前兆的？自然电场的影响是什么？

病毒/免疫系统

在人类暴发之间，发现埃博拉病毒隐藏在何处的感染迹象是什么？抗体多样性的起源是什么？免疫系统与大脑之间的关系是什么？

维京人的甲烷

维京着陆器探测到含有碳-14 的甲烷排放，这表明火星上可能存在生命。

外部链接

• 科学前沿（双月刊通讯）
  • 描述科学异常现象的报告摘要。
• Engelmann，Wolfgang，“未解之谜”。
• “DNA 的电子性质”。物理世界。2001 年 8 月。
• 维基教科书生物学中的未解之谜