Question

理论物理领域中有哪些尚未解决的问题？

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Answer 1

理论物理学家李·斯莫林在他2006年出版的有争议的书《物理学的麻烦：弦理论的兴起、科学的衰落以及下一步的发展》中指出了“理论物理学中的五大问题”。

物理问题1：量子引力问题

量子引力理论是理论物理学的努力成果，它创造了一个既包括广义相对论又包括粒子物理学的标准模型的理论。目前，这两种理论描述了不同的自然尺度，并试图探索它们重叠的尺度，这些尺度产生的结果并不是很有意义，比如万有引力(或时空曲率)变得无穷大。毕竟，物理学家从来没有看到过自然界的真正无限，他们也不想看到。

物理问题2：量子力学的基本问题

理解量子物理学的一个问题是，它所涉及的基本物理机制是什么。量子物理学中有很多解释：经典的哥本哈根解释，休·埃弗雷特二世有争议的多世界解释，甚至还有更具争议的解释，比如参与性的人择原理。这些解释中出现的问题围绕着量子波函数崩塌的真正原因。

大多数研究量子场论的现代物理学家不再认为这些解释和问题是相关的。退相干的原理，对许多人来说，就是解释与环境的相互作用导致量子坍缩。更重要的是，物理学家能够解出方程，进行实验和实践物理，而不需要解决在基本层面上到底发生了什么问题，所以大多数物理学家不想接近这些奇怪的问题。

物理问题3：粒子与力的统一

物理有四种基本力，而粒子物理的标准模型只包括其中的三种(电磁力、强核力和弱核力)。标准模型中没有考虑引力。创造一种理论，将这四种力统一为一个统一的场论，是理论物理学的一个主要目标。既然粒子物理的标准模型是量子场论，那么任何统一都必须包括引力作为量子场论，这意味着解决问题3与解决问题1是有联系的。

另外，粒子物理的标准模型显示了很多不同的粒子——总共18个基本粒子。许多物理学家认为，一个基本的自然理论应该有某种方法来统一这些

粒子

，所以用更基本的术语来描述它们。例如，在这些方法中定义最明确的弦理论预测，所有的粒子都是基本的能量丝或弦的不同振动模式。

物理问题4：调谐问题

理论物理模型是一个数学框架，为了进行预测，需要设置一定的参数。在粒子物理的标准模型中，参数由理论预测的18个粒子表示，即参数是通过观测来测量的。

然而，一些物理学家认为，该理论的基本物理原理应该独立于测量来确定这些参数。这在过去激发了人们对统一场论的热情，并引发了爱因斯坦的著名问题“上帝在创造宇宙时是否有任何选择？”宇宙的属性在本质上决定了宇宙的形式吗？因为如果形式不同，这些属性就会失效。

这个问题的答案似乎强烈倾向于这样的观点，基于不同的物理参数、原始能量状态等等，我们的宇宙只是这些可能的宇宙之一。在这种情况下，问题就变成了为什么我们的宇宙有着如此精细的属性来允许生命的存在。这个问题被称为微调问题，并促使一些物理学家转向人类学原理进行解释，这就要求我们的宇宙具有它所具有的性质，因为如果它具有不同的性质，我们就不会在这里提出这个问题。

物理问题5：宇宙奥秘问题

宇宙仍然有很多奥秘，但最让物理学家烦恼的是暗物质和暗能量。这种类型的物质和能量是通过其引力影响来探测的，但不能直接观测到，所以物理学家们仍在试图弄清楚它们是什么。尽管如此，一些物理学家已经提出了对这些引力影响的替代解释，这些解释不需要新的物质和能量形式，但这些替代对大多数物理学家来说是不受欢迎的。