自然/問題

介紹

也許從科學的角度看，世界就像一個穩定且完整的系統。但事實並非如此。在這個世界觀中，仍然存在許多懸而未決的問題，甚至一些基本的東西仍然不清楚。因此，開放性成為了這種世界觀的優點。科學時不時會發生一些變化，明顯的矛盾則是進步的刺激因素。

引用

• 我們對世界的瞭解越多，學習越深入，我們對未知事物的認識、對無知認識就越有意識、越具體、越清晰。 畢竟，這正是我們無知的根源——我們的知識必然是有限的，而我們的無知必然是無限的。
  • 猜想與反駁：科學知識的增長 卡爾·波普爾 (1963)

物理學

這是一個關於物理學中一些未解之謎的列表。其中一些問題是理論性的，也就是說，現有的理論似乎無法解釋一些觀察到的現象或實驗結果。另一些則是實驗性的，也就是說，很難設計出一個實驗來測試提出的理論或更詳細地研究某個現象。最後，有些甚至觸及到偽科學的邊緣，例如，那些被當今物理學家群體廣泛否定的科學邊緣領域，但將來可能會有希望或確鑿的證據。

正在尋找科學解釋的現象或已確立的事實

吸積盤噴流

為什麼某些天體周圍的吸積盤，例如活動星系的核，會沿著它們的極軸發射相對論性噴流？

加速膨脹的宇宙

為什麼宇宙的膨脹正在加速，正如我們所觀察到的那樣？驅動這種加速的暗能量的本質是什麼？如果它是由宇宙常數引起的，為什麼常數如此之小，卻非零？為什麼它不像大多數量子場論預測的那樣巨大，或者因為某個未知的對稱性原因而為零？宇宙的最終命運是什麼？

非晶固體

流體或規則固體與玻璃態之間的轉變性質是什麼？導致玻璃的普遍特性的物理過程是什麼？

時間的箭頭

為什麼宇宙在過去具有如此低的熵，導致過去和未來的區別以及熱力學第二定律？為什麼時間在宏觀尺度上只朝一個方向流動，而基本相互作用的尺度上似乎沒有時間的箭頭？

球狀閃電

這些發光的漂浮物體是真的嗎？如何解釋它們？

重子不對稱性

為什麼宇宙中物質比反物質多得多？

冷聚變

當鈀金屬被氘飽和時，明顯產生的過量熱量和氦的理論解釋是什麼？

日冕加熱問題

為什麼太陽的日冕（大氣層）比太陽表面熱得多？

宇宙常數

為什麼真空的零點能不會導致很大的宇宙常數？是什麼抵消了它？

為什麼宇宙常數的值是它現在的值，它是零嗎？它真的恆定嗎？

暗物質

什麼是暗物質？ 它是怎麼產生的？它與超對稱有關嗎？歸因於暗物質的現象真的來自某種物質嗎？或者這些現象實際上表明物理定律存在缺陷？

電弱對稱性破缺

是什麼機制導致了電弱規範對稱性的破缺，賦予了 W 和 Z 質量？是標準模型中簡單的希格斯機制嗎？

基本物理常數

為什麼我們觀察到這些值，而不是其他值？ 所謂的“基本物理常數”的值隨著時間變化了嗎？

伽馬射線暴（持續時間短）

這些持續時間不到兩秒的極度高能天體的本質是什麼？

高溫超導體

為什麼某些材料在遠高於 50 開爾文的溫度下表現出超導性？

質量

是什麼導致任何東西具有質量？

中微子質量

是什麼機制導致了中微子質量的產生？中微子是它自己的反粒子嗎？

先驅者異常

是什麼導致了先驅者號宇宙飛船明顯的殘餘太陽方向加速度？

聲致發光

當液體中的氣泡在聲音的作用下內爆時，是什麼導致了短時間的閃光發射？

湍流

是否可以建立一個理論模型來描述湍流的行為（特別是它的內部結構）？

超高能宇宙射線

為什麼一些宇宙射線似乎擁有不可能高的能量（所謂的“我的天哪”粒子），鑑於地球附近沒有足夠高能的宇宙射線源？為什麼（顯然）一些來自遙遠天體的宇宙射線具有高於格雷森-扎採平-庫茲明極限的能量？

宇宙不對稱性

宇宙中普遍不對稱性的起源是什麼？

正在尋找實驗證據的理論想法

軸子

佩奇-奎因理論（即機制）是解決強 CP 問題的解決方案嗎？預測的軸子的性質是什麼？

宇宙暴脹

宇宙暴脹理論正確嗎？如果是，那麼這個時代的細節是什麼？導致暴脹的假設暴脹場是什麼？

額外維度

自然界有超過四個時空維度嗎？

超光速

是否可以比光速更快？是否可以比光速更快地傳輸資訊？

重力

我們的宇宙是否充滿了來自大爆炸的引力輻射？來自天體物理源，例如螺旋的的中子星？這能告訴我們關於量子引力和廣義相對論的資訊嗎？重力在非常小的距離尺度上是否按照預測的方式表現？

資訊

物理現象是否會不可逆轉地破壞有關其先前狀態的資訊？

磁單極

是否存在攜帶“磁荷”的粒子？如果有，為什麼它們如此難以探測？

物質

為什麼會有物質存在？大爆炸之前是什麼？四種基本力是如何出現的？

質子衰變

標準模型之外的許多理論預測質子衰變。質子會衰變嗎？如果是，那麼它們的半衰期是多少？

非微擾區域的量子色動力學 (QCD)

QCD 方程在描述原子核的能量尺度上仍然沒有得到解決。QCD 如何導致核物理和核成分的物理學？

量子引力

如何將量子力學理論與廣義相對論理論合併以產生所謂的“萬物理論”？弦理論是通往量子引力的正確道路，還是一條死衚衕？有沒有辦法從實驗中獲取關於普朗克尺度物理性質的資訊？

對應極限的量子力學

是否存在一種優先的量子力學解釋？量子描述的現實，包括疊加態和波函式坍縮等元素，是如何導致我們感知到的現實的？

宇宙的大小

在可觀測宇宙的理論邊界之外還有其他東西嗎？

標準模型希格斯機制

標準模型希格斯粒子是否存在？更一般地說，慣性質量是否具有獨立於引力質量的基礎或機制？

超對稱性

超對稱性是否是自然界的對稱性？如果是，超對稱性破缺的機制是什麼？

彩動力學

自然是否利用強動力學來破壞弱電對稱性？

最近解決的問題

太陽中微子問題 (2002)

透過對中微子物理學的全新理解得到解決，需要修改粒子物理標準模型——具體來說，中微子振盪。

類星體 (1980 年代)

幾十年來，類星體的性質一直沒有得到理解。現在人們普遍認為它們是一種活動星系，其巨大的能量輸出來自物質落入星系中心的一個超大質量黑洞。

長持續時間伽馬射線暴 (2003)

長持續時間暴與大質量恆星在一種特殊的超新星事件中死亡有關，這種事件通常被稱為坍縮星。

外部連結

• APS
• 物理學新聞更新 美國物理學會發布的每週物理學新聞簡報。
• 物理學中的開放問題
• 新科學家：13 件令人費解的事。
• 科學雜誌：當今科學家面臨的最引人注目的難題和問題。
• 物理學未解之謎、獎項和研究的連結列表。
• 暗物質 - 一個已解決的問題
• 基於我們想要實現的目標的想法

生物學

一些生物學中的未解之謎包括

生命

它是如何開始的？生命是一種宇宙現象嗎？生命起源所需的條件是狹窄還是廣泛的？生命是起源於這個星球還是有外星干預（例如來自另一個星球的隕石）？不朽是可能的嗎？

DNA/基因組

DNA 的所有功能是什麼？除了結構基因，系統中更簡單的一部分是什麼？在特定時間和特定條件下，細胞或器官表達的蛋白質組（蛋白質）的完整結構和功能是什麼？調節基因的完整功能是什麼？生命的基石可能是下一代電子裝置和計算機的前兆，但 DNA 的電子性質是什麼？垃圾 DNA 是否起著分子垃圾的作用？

意識/自我

它是什麼？為什麼許多動物（尤其是哺乳動物）需要做夢？智力的可遺傳特徵是什麼？

生物電磁學

動物是如何擁有遠距離導航和遷徙能力的？歸巢能力是如何發展起來的？有些動物是如何探測地震前兆的？自然電場的影響是什麼？

病毒/免疫系統

在人類暴發之間，發現埃博拉病毒隱藏在何處的感染跡象是什麼？抗體多樣性的起源是什麼？免疫系統與大腦之間的關係是什麼？

維京人的甲烷

維京著陸器探測到含有碳-14 的甲烷排放，這表明火星上可能存在生命。

外部連結

• 科學前沿（雙月刊通訊）
  • 描述科學異常現象的報告摘要。
• Engelmann，Wolfgang，“未解之謎”。
• “DNA 的電子性質”。物理世界。2001 年 8 月。
• 華夏公益教科書生物學中的未解之謎