上一篇文章給出了7個物理學(xué)中的世界級難題；本篇將給出15個未解之謎；并在以后的文章中將探討這些未解之謎的可能解決方案。

這些問題對物理學(xué)來說，具有及其重要的意義。任何一個問題的真正解決，都將影響物理學(xué)，影響人類的認(rèn)知。當(dāng)然，有些問題的解決一旦獲得實驗的驗證，還有可能沖擊諾貝爾物理學(xué)獎。

No. 1     暗物質(zhì)問題

按照萬有引力定律，高速旋轉(zhuǎn)星系的中心須有大質(zhì)量星體或大質(zhì)量物質(zhì)，由它們的萬有引力提供強(qiáng)大的向心力，否則這樣的高速旋轉(zhuǎn)星系就會因為沒有足夠的向心力而離心遠(yuǎn)去。觀測表明其中心并無可見的星體，有科學(xué)家推測這可能是不可見的“暗物質(zhì)”導(dǎo)致的。

暗物質(zhì)問題仍然可以歸結(jié)為引力問題。廣義相對論的引力理論能解決這一問題嗎？如果廣義相對論的引力理論是完善的，它就能夠解決該問題；目前仍然沒有肯定的結(jié)論。

借用百度百科中關(guān)于暗物質(zhì)篇章中的介紹——“諾貝爾物理學(xué)獎獲得者李政道教授曾多次指出：‘暗物質(zhì)是籠罩二十世紀(jì)末和二十一世紀(jì)初現(xiàn)代物理學(xué)的最大烏云，它將預(yù)示著物理學(xué)的又一次革命?！?/span>

No. 2     宇宙膨脹問題

觀測表明，河外星系發(fā)射到地球上的光線普遍出現(xiàn)了紅移。其紅移量與距離成正比，根據(jù)哈勃定律計算得出星系正在遠(yuǎn)離地球；絕大部分的星系都遠(yuǎn)離地球，可以認(rèn)為這種遠(yuǎn)離現(xiàn)象是宇宙膨脹的表現(xiàn)。后續(xù)的觀測與計算表明宇宙不僅膨脹而且正在加速膨脹。由此逆推得出，宇宙最初有可能是從由物質(zhì)與能量密度無窮大的“奇點(diǎn)”發(fā)生大爆炸并膨脹而來。如果宇宙繼續(xù)膨脹下去，其物質(zhì)與能量密度將變得及其稀薄而終結(jié)。這就是由紅移理論演繹出來的宇宙奇點(diǎn)、宇宙大爆炸、宇宙膨脹的宇宙觀。

宇宙膨脹的原因是什么？其驅(qū)動力來至何處？宇宙膨脹理論還面臨哲學(xué)困難。大爆炸之前，物質(zhì)與能量是否存在，以什么形式存在，為何以這么高的密度存在？是什么原因?qū)е铝舜蟊?？如果一直膨脹下去，宇宙將怎樣終結(jié)？物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換到哪里去了？物質(zhì)與能量的守恒規(guī)律是否會被破壞？

與宇宙相關(guān)的問題還有：宇宙是有限的還是無限的？宇宙有無開端，會不會終結(jié)？平行宇宙存在嗎？

No. 3     暗能量問題

宇宙膨脹的原因或動力來源是什么呢？這一問題是宇宙膨脹理論最大的困惑。有學(xué)者認(rèn)為，如果空間中存在一種暗能量，它具有負(fù)壓強(qiáng)，則它就有可能推動宇宙膨脹?？梢姲的芰渴菫榱私忉層钪媾蛎浽蚨岢龅募僬f。雖然是假說，但根據(jù)一些理論計算表明，暗能量占據(jù)宇宙68.3%的質(zhì)能；暫時還不能因其是假說而否定暗能量的存在。暗能量具有什么性質(zhì)，如何作用于宇宙膨脹？這些問題的淵源與宇宙膨脹問題有關(guān)，再早可以追溯至廣義相對論；不過暗能量名詞的提出卻比較晚。

暗物質(zhì)問題與暗能量問題已經(jīng)成為二十一世紀(jì)最熱門的科研課題，也是最為神秘的兩個問題。

No. 4     物質(zhì)結(jié)構(gòu)問題

雖然物質(zhì)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模型已經(jīng)成熟，大多得到了實驗的驗證；但物質(zhì)結(jié)構(gòu)的問題還不少。為什么物質(zhì)比反物質(zhì)多？夸克為什么會禁閉？自旋量子數(shù)的物理意義是什么？微觀粒子為什么會自旋？中微子的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)及其原因是什么？為什么電子、質(zhì)子、中子三者的磁矩并不按照電荷的對稱性而對稱，是否與對稱性破缺有關(guān)？電流、電子的結(jié)構(gòu)，摩擦生電的機(jī)制如何？基本粒子的性質(zhì)與孤立子的性質(zhì)為何這么相似，這說明了什么？宇宙中、自然界中廣泛存在螺旋結(jié)果的原因什么？所有粒子是否只由一種單一粒子構(gòu)成，這一猜想可能是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的終極問題。

No. 5     對稱性破缺問題

雖然宇稱不守恒已經(jīng)被實驗證明，其理論也被物理學(xué)界認(rèn)可；但對稱性破缺的問題仍然未能完全塵埃落定。為什么物質(zhì)比反物質(zhì)多？宇宙膨脹理論給出了解釋，但還有很多非對稱現(xiàn)象未能解決，例如電子、質(zhì)子、中子三者的磁矩并不按照電荷的對稱性而對稱。各種對稱性破缺的問題是否都是一個原因?qū)е碌哪?？能否找到一個對稱性破缺的原因，對所有對稱性破缺都有效呢？這是對稱性破缺的核心問題；該問題仍然未得到完全解決。

No. 6     磁單極子問題

二十世紀(jì)三十年代，英國物理學(xué)家保羅·狄拉克（Paul Dirac）根據(jù)數(shù)學(xué)運(yùn)算從理論上預(yù)言了磁單極粒子的存在。當(dāng)然，也有反對的聲音，認(rèn)為磁單極子不存在。如今，探尋磁單極子的科研工作非常熱門，但目前仍然沒有得到公認(rèn)的肯定結(jié)果。磁單極子在理論上是否存在，能否探尋到磁單極子，這是磁單極子問題的核心。

No. 7     慣性質(zhì)量的來源問題

慣性質(zhì)量的來源已經(jīng)由希格斯機(jī)制給出，并獲得了肯定；而且希格斯粒子也于2013年3月被發(fā)現(xiàn)。奇怪的是某些孤立子也具有慣性質(zhì)量，這又是為何呢？這兩種不同的慣性質(zhì)量是否起源于相同的機(jī)制呢？能否得到更為簡潔的慣性質(zhì)量來源的機(jī)制呢？慣性質(zhì)量的來源問題并沒有終結(jié)，它仍然是一個未解之謎。慣性力真實存在嗎，其施力物體是誰？

No. 8     混沌現(xiàn)象及其理論的問題

經(jīng)典力學(xué)研究的的是確定的力學(xué)系統(tǒng)，可以在一定精度上預(yù)測運(yùn)動系統(tǒng)的未來。與之不同的是混沌系統(tǒng)，這類系統(tǒng)既具有某種規(guī)律性，但又具有某種不確定性，幾乎很難預(yù)測其運(yùn)動的未來。其實，混沌系統(tǒng)才是宇宙中的主角，其存在范圍非常廣泛，除了在物理世界中常見，在生物繁衍中、經(jīng)濟(jì)活動中都有所體現(xiàn)。

對混沌的研究已經(jīng)取得顯著的成果，不過仍然還有一些問題等待著人們的研究。例如流體中產(chǎn)生湍流的機(jī)制是什么，這一問題已經(jīng)成為世界級難題?；煦缦到y(tǒng)與經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別如何？混沌系統(tǒng)往往是非線性系統(tǒng)，其偏微分方程很難求解，如何進(jìn)一步研究混沌系統(tǒng)？

No. 9     量子世界中的反常問題

從黑體輻射中，發(fā)現(xiàn)其輻射的能量在某條件下是以不連續(xù)的量子化能量輻射出來的，由此打開了量子理論的大門。量子的性質(zhì)與宏觀世界的性質(zhì)出現(xiàn)了較大的差異：宏觀世界中能量變化是連續(xù)的，量子世界中能量分布、能量輻射是非連續(xù)的；早期認(rèn)為宏觀物體沒有波動性，量子不僅有粒子性也有波動性；宏觀物體的物理量是能在一定誤差范圍內(nèi)較為準(zhǔn)確測量的，量子的某些性質(zhì)卻測不準(zhǔn)，滿足測不準(zhǔn)原理；狹義相對論否定了超光速運(yùn)動的存在，量子糾纏態(tài)之間“似乎”存在無窮大速度；宏觀物體只能存在某個范圍之內(nèi)而不可能存在于該范圍之外，量子存在于某指定范圍之外的概率并不為零；宏觀物體的狀態(tài)只能是處于多個狀態(tài)中的一個，量子卻可以處于多個狀態(tài)的疊加態(tài)之中；描述波動性的薛定諤方程的物理意義是什么？……

目前，把這些反常性質(zhì)視為量子的性質(zhì)存在與量子理論中。也許量子的確擁有這些性質(zhì)，但是如何理解呢？或者這些性質(zhì)并非量子的獨(dú)特性質(zhì)，而宏觀物質(zhì)也具有類似的性質(zhì)？有些問題仍然是懸而未決的。

No. 10物理學(xué)中的佯謬或悖論問題

典型的佯謬或悖論有：EPR悖論、祖母悖論、薛貓悖論、奧伯斯佯謬、茶葉佯謬、雙生子悖論（時鐘佯謬）等等。需要解決這些問題嗎？能否得到解決，如何解決；這些佯謬或悖論的解決能否推動物理學(xué)的發(fā)展？

關(guān)于佯謬或悖論的問題還牽涉到更深層、更核心的問題，那就是理論的自洽性問題，不同理論之間的兼容性或相融性問題。現(xiàn)代物理學(xué)還沒有完全解決理論的自洽性問題、理論之間的相融性問題。

No. 11相對論的問題

相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的重要組成部分，但其中的問題仍然不少：狹義相對論的自洽性問題（雙生子悖論或時鐘佯謬）；狹義相對論與廣義相對論的時空觀沖突問題（狹義相對論強(qiáng)調(diào)時空的可變性，廣義相對論強(qiáng)調(diào)坐標(biāo)變化下的不變性，二者的時空觀沖突）；狹義相對論中運(yùn)動速度趨近于光速時，運(yùn)動質(zhì)量趨近于無窮大的問題；狹義相對論的光速不變原理與超光速現(xiàn)象、低光速現(xiàn)象矛盾；光是否需要傳播介質(zhì)，以太是否存在，以太與暗物質(zhì)有何關(guān)系？廣義相對論與量子理論的相融性問題；廣義相對論引力的本質(zhì)問題，廣義相對論預(yù)言的引力波的本質(zhì)問題（電磁波的自旋為1，引力波的自旋為2，二者的性質(zhì)并不相同，可見引力波并不是電磁波）；如何理解廣義相對論中的光線彎曲、空間彎曲；廣義相對論的場方程求解困難問題，有無替代理論的問題……

有些問題已經(jīng)得到了解釋，但還有些問題仍然未能解決。

No. 12時空問題

時間究竟是什么？時間存在嗎？時間是無限的嗎？時空究竟具有絕對性還是具有相對性？時間蟲洞存在嗎？能否利用時間蟲洞回到過去、穿越到未來？時間是單向流動的嗎？時間倒流嗎？時間反演后的對稱性在什么條件下成立，在什么條件下不成立？對于人們最熟悉的時間，存在的問題卻不少。

宇宙的空間是平坦的還是彎曲的？空間是三維的還是四維或者十維的？運(yùn)動究竟是相對的還是絕對的？絕對時空與相對時空矛盾嗎？如何理解或解決這一矛盾？

No. 13人擇問題

宇宙為什么存在，生命為什么存在，物質(zhì)與能量為什么不滅，物理學(xué)常數(shù)為什么是現(xiàn)在測量到的數(shù)值，這些問題都是關(guān)于客觀存在的問題。因為找不到這些問題的答案，常常用他本身就是這樣，或者是上帝的安排與設(shè)計來回答，或者正是因為人類的存在它們才是現(xiàn)在的狀態(tài)。這種原因與結(jié)果之間的關(guān)系被稱之為人擇原理、人擇問題。對人擇原理、人擇問題的探討也頗為激烈。

No. 14大統(tǒng)一理論與萬物理論問題

狹義的萬物理論指一種描述相互作用的大統(tǒng)一理論；廣義的萬物理論指TheoryOf Everything，即包羅萬象的萬物理論。相互作用的大統(tǒng)一理論能得到建立嗎？愛因斯坦曾經(jīng)致力于相互作用的大統(tǒng)一工作，但未有結(jié)果。所有物理事物都服從一個規(guī)律嗎？廣義的萬物理論存在嗎？如果存在，它是什么呢？如果不存在，為什么？

No. 15天文學(xué)中的問題

宇宙中的星系為何以渦旋狀分布？雙星系統(tǒng)的向心力由何而來，是暗物質(zhì)提供的嗎，暗物質(zhì)是如何提供的向心力？黑洞存在嗎？黑洞的引力波是如何俘獲光子的（如果引力波與光子等速，引力波就不可能俘獲光子）？宇宙中各種結(jié)構(gòu)為何具有自相似性？

當(dāng)然，還有其他一些未解之謎，這里就不一一羅列了。