潘多拉之盒
　　在 1900 年，英國物理學(xué)家開爾文勛爵得意地聲明道：" 在物理上沒什么沒被發(fā)現(xiàn)的重大東西了。剩下的一點(diǎn)未知事物也很容易精確地觀測。" 但是在接下來的三十年中，量子力學(xué)、愛因斯坦的相對論已經(jīng)顛覆了這個(gè)結(jié)論。今天，沒有物理學(xué)家敢斷言我們對物理和宇宙的認(rèn)識 " 接近完成 "。相反，每一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)似乎又打開了又一個(gè) " 潘多拉之盒 " ——噴涌出更深更多的物理問題。
　　這里有我們挑選出來的著名而開放性的物理未解難題。
　　九、暗能量是什么？
　　無論天體物理學(xué)家如何推敲數(shù)字，宇宙的的組成模型已經(jīng)不需要再加上什么了。但是，雖然重力在時(shí)空中向內(nèi)聚 ( pulling inward ) ，宇宙的構(gòu)造卻不斷向外延伸——越來越快地向外膨脹。為了解釋這一點(diǎn)，天文學(xué)家提出了一個(gè)看不見的介質(zhì)通過推開時(shí)空來抵消掉重力的影響，這東西就被叫做 " 暗能量 "。在大多廣為接受的暗能量模型中，暗能量是一個(gè) " 宇宙常數(shù) " ——一個(gè)空間的固有屬性，擁有 " 負(fù)壓力 " 來把宇宙空間拉開。當(dāng)空間膨脹時(shí)，更多地方被騰出來，然后暗能量隨之而入?；谟^測到的擴(kuò)展速度，科學(xué)家們認(rèn)為暗能量總和組成了宇宙 70% 以上的部分。但竟然沒有人知道如何找到它。
　　八、暗物質(zhì)是什么？
　　顯然，宇宙中 84% 的物質(zhì)不吸收也不發(fā)射光線。" 暗物質(zhì) "，正如它的名字一樣，無法直接觀測，也沒法間接探測到。暗物質(zhì)的存在是從可見物質(zhì)的重力效應(yīng)、輻射和宇宙結(jié)構(gòu)理論中推導(dǎo)出來的。這個(gè)神出鬼沒的物質(zhì)理論上遍布整個(gè)星系，而且應(yīng)該是弱相互作用的組成部分。世界上已經(jīng)有幾個(gè)尋找 WIMP 的探測器，不過目前還沒成功嗅探出來。
　　七、熵是怎么回事？
　　時(shí)間不斷向前流逝，因?yàn)橛钪娴撵?nbsp;( 即它的混亂度 ) 只會增加，并且我們沒法扭轉(zhuǎn)這一增加的過程。" 熵總是增加 " 的這一事實(shí)涉及這樣的邏輯：混亂的物質(zhì)排列總是比有規(guī)則的排列普遍，而且當(dāng)你改變事物時(shí)，它往往會陷入混亂無序 ( # 耳機(jī)線 ) 。但這里的問題是：為什么過去的熵如此之低？換句話說，為什么宇宙在最初是有序的——當(dāng)大量能量被壓擠在狹小的空間中時(shí)？
　　六、平行宇宙存在嗎？
　　天體物理數(shù)據(jù)表明時(shí)空并非彎曲，而可能是 " 平 " 的，因此它會延伸下去。如果是這樣，我們能夠觀測到的地方 ( 即我們認(rèn)為的 " 宇宙 " ) 只是一個(gè)無限大的絎縫多元宇宙 ( quilted multiverse ) 中的一塊補(bǔ)丁罷了。與此同時(shí)，量子力學(xué)的法則也推定：每個(gè) " 宇宙塊 " ( 總共大概有 10^22^122 個(gè)宇宙塊吧 ) 的粒子排列配置擁有可能性上限，所以，相對于無限的 " 補(bǔ)丁式宇宙 "，肯定會有一些微粒排列重復(fù)的宇宙——而且有無限個(gè)這樣雷同的平行宇宙 ( 里面有完全相同的你我 ) ，也會有只差了一個(gè)粒子位置不一樣的宇宙，和差了兩個(gè)粒子的宇宙 …… 到完全不同的宇宙。
　　這個(gè)邏輯有破綻嗎？還是說，這種離奇的結(jié)論的確無誤？這怎么可能？假如正確，我們又會如何證實(shí)平行宇宙的存在？
　　五、為什么物質(zhì)比反物質(zhì)多？
　　為什么物質(zhì)，比它的電荷相反、自旋方向也相反的雙胞胎——反物質(zhì)粒子的總量更多？反物質(zhì)，根本上是說是 " 物質(zhì)為什么存在 " 的問題。我們假設(shè)，宇宙中的物質(zhì)和反物質(zhì)對稱相抵，而且在宇宙大爆炸的那一刻物質(zhì)和反物質(zhì)一起被生產(chǎn)出來了。但是如果這樣的話，兩者不會存活到現(xiàn)在：在那時(shí)質(zhì)子和反質(zhì)子就會互相湮滅，電子和正電子彼此抵消，中子和反中子也這樣，——只留下一大堆光子。對于這些東西，我們目前還沒法給出一個(gè)令人信服的解釋。
　　四、宇宙命運(yùn)如何？
　　宇宙的命運(yùn)很大程度上取決于未知值的參數(shù)：Ω ——物質(zhì)和能量在整個(gè)宇宙層面上的密度的度量。如果 Ω 大于 1，則時(shí)空會封閉在一個(gè)巨大的球體中。如果沒有暗能量，這樣的宇宙會停止膨脹然后開始收縮，最后在 " 大緊縮 " 事件中崩潰。 如果宇宙是封閉的，但暗能量真的存在——那么球形宇宙會永遠(yuǎn)膨脹。
　　另外，如果 Ω 小于 1，則空間的形狀將類似 " 開放的 " 拋物面。這種情況下，它的最終命運(yùn)是 " 大凍結(jié) " 接著 " 大撕裂 "：首先，宇宙向外加速，撕裂星系和恒星，只剩下冰冷的殘骸物質(zhì)。在宇宙加速度過大時(shí)，會發(fā)生之后的事情：加速度大到原子之間的結(jié)合力無法再拘束住自己，所有的物質(zhì)將會分崩離析四處拋散。
　　如果 Ω=1，宇宙會是平穩(wěn)的，如同所有方向都無窮延伸的平面一樣，沒有暗能量的話這種狀態(tài)會永遠(yuǎn)保持下去，不過會逐漸減速直到停滯。如果暗能量存在并能抵抗擴(kuò)張的速度，宇宙最終會撕裂自己。
　　Whatever will be, will be。
　　三、為什么無法精確測定微小粒子？
　　在電子、光子之類基本粒子的奇特世界中，所有定律都遵循量子力學(xué)。粒子并不像一個(gè)小球一樣，而是 " 一陣陣地 " 分布在一個(gè)較大區(qū)域中。每個(gè)粒子由波函數(shù)，或者概率分布來描述。波函數(shù)描述了它 " 可能的 " 位置、速度和其他特性，但就是沒法得出一個(gè)確定值?；玖Ｗ泳哂羞@個(gè)范圍內(nèi)的屬性。假如你用實(shí)驗(yàn)測定其中一個(gè)粒子，你就能得出一個(gè)確切位置——因?yàn)椴ê瘮?shù)坍塌的結(jié)果。 ( 嬰兒量子力學(xué)講座到此結(jié)束 ) 
　　但是為什么你測量一個(gè)粒子、使得它的波函數(shù)塌陷并產(chǎn)生具體值？這個(gè)問題被稱為測不準(zhǔn)問題，看起來十分深?yuàn)W。但我們可以這樣理解：粒子的存在取決于觀測的結(jié)果。
　　二、弦理論是正確的嗎？
　　物理學(xué)家假定所有的基本粒子實(shí)際上都是一維的循環(huán) ( loop ) ，或者說 " 串 " ( string ) 。每一個(gè)粒子都在不同的頻率上振動(dòng)，這樣物理解釋起來就容易多了。弦理論讓物理學(xué)家調(diào)和了粒子世界的基本法則，并且使用 " 廣義相對論 " 這一時(shí)空理論，來把自然界的四種基本粒子統(tǒng)一到單一的理論框架中。但問題是，弦理論在 11 或 10 維宇宙中才起效，比如：具有三個(gè)普通空間、六七個(gè)壓縮空間 ( compacted spatial ) 以及一個(gè)時(shí)間維度——就像一根振動(dòng)的琴弦一樣——組成的世界。這種空間的尺度大概是一個(gè)原子核大小的一萬億分之一到十億分之一那樣的數(shù)量級，目前根本沒有方法來檢測，所以弦理論的正確性不得而知。
　　一、混亂中蘊(yùn)含著有序嗎？
　　物理學(xué)家至今無法精確求解出描述流體行為的方程組——流體包括從水到空氣中的所有液體和氣體。事實(shí)上我們不知道所謂 Navier-Stokes 方程組是否存在一般解?；蛘哒f大概有一種理論能夠解釋所有的流體，也可能流體理論本身一定隱含著不可知的 " 奇點(diǎn) "。結(jié)果，對于 " 混亂 " 物質(zhì)的法則，人們?nèi)匀凰跎?。物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家都想知道天氣本身是 " 難以預(yù)測 "，還是 " 內(nèi)在的不可預(yù)測 "？難道說這些東西超越了數(shù)學(xué)的范疇，或者只是人們暫時(shí)沒有找到合理的數(shù)學(xué)工具而已？
　　 [ 何鳴時(shí) via Livescience ] 
原文地址：http://iphone.myzaker.com/l.php?l=541cedb39490cb8150000000