物理十大问题

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-02
世界十大物理难题

1.表达物理世界特征的所有(可测量的)无量纲参数原则上是否都可以推算,或者是否存在一些仅仅取决于历吏或量子力学偶发事件,因而也是无法推算的参数?爱因斯坦的表述更为清楚:上帝在创造宇宙时是否有选择?想象上帝坐 在控制台前,准备引发宇宙大爆炸。“我该把光速定在多少?”“我该让这种名叫电子的小点带多少电荷?”“我该把普朗克常数——即决定量子大小的参数——的数值定在多大?”他是不是为了赶时间而胡乱抓来几个数字?抑或这些数值必须如此,因为其中深藏着某种逻辑?

2.量子引力如何帮助解释宇宙起源?
现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论。前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力,而后者是有关引力的理沦。很久以来,物理学家希望合二为一,得到一种“万物至理”——即量子引力论,以便更深入地了解宇宙,包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的。实现这种融合的首要候选理论是超弦理论,或者叫M理论——这是其名称的最新“升级版”,M代表“魔法”( magic)、“神秘”( mystery)或“所有理论之母”( mother of alltheories)。

3.质子的寿命有多长,如何来理解?
以前人们认为质子与中子不同,它永远不会分裂成更小的颗粒。这曾被当成真理。然而在70年代,理论物理学家认识到,他们提出的各种可能成为“大一统理论”——该理论把除引力外的所有作用力汇于一炉——的理论暗示:质子必须是不稳定的。只要有足够长的时间,在极其偶然的情况下,质子是会分裂的情况下,质子是会分裂的。办法是捕捉到正在死去的质子。许多年来,实验人员一直在地下实验,空中密切注视大型的水槽,等待着原子内部质子的死去。但迄今未止质子的死亡率是零,这意味着要么质子十分稳定,要么它们的寿命很长——估计在10亿亿亿亿年以上。

4.自然界是超对称的吗?如果是,超对称性是如何破灭的?
许多物理学家认为,把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种差异极大的粒子实际上存在密切的关系,这种关系就是所谓的超对称现象。第一种粒子是费密子,可以把它们粗略地说成是物质的基本组件,就像质子、电子和中子一样。它们聚集在一起组成物质。另一种粒子是玻色子它们是传递作用力的粒子,类似于传递光的光子。在超对称的条件下,每一个费密子都有一个与之对应的玻色子,反之亦然。物理学家有杜撰古怪名字的冲动,他们把所谓的超级对称粒子称为“Sparticle”。但由于在自然界中还没有观察到5particle,物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的原因:随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态,在其诞生之际所存在的数学上的完美被打破了。

5.为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数? 这只是因为还没有想到一个可以接受的答案,只是因为除了上下、左右、前后,人们无法想像在更多的方向上运动。这并不意味着宇宙原本就是这样的。实际上,根据超弦理论,肯定还存存着另外六个维数,每一维都呈卷曲状,十分微小,因而无法察觉。如果这一理论是正确的,那么为什么只有这三个维数是伸展开来的,留给我们这个相对幽闭恐怖的空间呢?

6.为什么宇宙常数有它自身的数值?它是否为零,是否真正恒定?
直到最近,宇宙学家仍然认为宇宙是以一个稳定的速度在膨胀。但最近的观察发现,宇宙可能膨胀得越来越快。人们用一个叫宇宙常数的数字来描述这种轻微的加速。这个常数是否如人们早期所认为的是零,或者是一个非常小的数值,物理学家现在还无法做出解释.根据一些基本计算,这个常数应该很大——是我们观测结果的大约10到122倍。换句话说,宇宙应该以跳跃般的速度在膨胀。而实际情况并非如此,肯定有什么机制在压制这种作用。如果宇宙真是超对称性的,那宇宙常数就该被完全抵消掉。但这种对称性——如果确实存在的话——看来已经破灭。如果这个常数随时间的变化而变化的话,那情况就更加复杂了。

7.M理论的基本自由度( M理论的低能极限是 ll维的超引力,它包含5种相容的超弦理论)是多少?这一理论是否真实地描述了自然?
多年来,超弦理论最大的弱点是它有5个不同的版本。到底哪一个——如果有的话——描述了宇宙?反对这一理论的人最近已经接受了被称为M理论的最主要的ll维理论框架。但情况却因此变得更加复杂,在M理论前,所有的亚原子粒子都被说成是由微小的超弦组成的。M理论给组成亚原子的物质增加了一种叫做“膜”(brane)的更为神秘的物质,它就像生理学上的膜一样,但最多有9个维数度。现在的问题是,什么是更基本的物质组成单位,是膜组成了弦还是刚好相反?或者另外存在着一些更基本的物质单位,只是人们没有想到罢了?最后,这两种东西中是否有一种确实存在,或者M理论仅仅是一种迷人的大脑游戏?

8,黑洞信息悖论的解决方法是什么?
根据量子理论,信息——无沦它描述的是粒子运动的速度还是油墨颗粒组成文件的确切方式——是不会从宇宙中消失的。但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒂芬·霍金却提出了一个固定的假设:如果你把一本大不列颠百科全书扔进黑洞中去,将会发生什么事?宇宙中是否有其他同样的百科全书是无关紧要的。正如物理学中所定义的,信息并不等同于含义,信息仅指二进制的数字,或是一些其他的代码,它被用来精确地描述一个物体或一种方式。以前看起来那些特定的书本里的信息将被吞没,并永远地消失。但人们觉得这是不可能的。霍金博士和索恩博士相信那些信息确实消失了,而量子力学必须对此作出解释。普雷希尔博士推测信息其实并没有消失;它也许以某种形式显示于黑洞的表面,如同在一个宇宙中的银幕上。

9.何种物理学能够解释基本粒子的重力与其典型质量之间的巨大差距?
换言之,为什么重力比其他的作用力(如电磁力)要弱得多?一块磁铁能够吸起一个回形针,即使整个地球的引力在把它往下拉.根据最近的一种说法,重力实际上要大得多。它仅仅是看上去比较弱而已,因为大部分重力陷入了某一个额外的维数度之中。如果我们可以用高能粒子加速器俘获全部的重力,也许就有可能制造出微型黑洞。虽然这看上去会引起固体垃圾处理业的兴趣,但这些黑洞很可能刚一形成就消失了。

10,我们能否定量地理解量子色动力学中的夸克和胶子约束以及质量差距的存在?
量子色动力学(QCD)是描述强核子力的理论。这种力由胶子携带,它把夸克结合成质子和中子这样的粒子。根据量子色动力学理论,这些微小的亚粒子永远受到约束。你无法把一个夸克或脑子从质子中分离出来,因为距离越远,这种强作用力就越大,从而迅速地把它们拉回原位。

按时间先后顺序:

排名第七:埃拉托色尼测量地球圆周
在公元前3世纪,埃及的一个名叫阿斯瓦的小镇上,夏至正午的阳光悬在头顶。物体没有影子,太阳直接照入井中。埃拉托色尼意识到这可以帮助他测量地球的圆周。在几年后的同一天的同一时间,他记录了同一地点的物体的影子。发现太阳光线有稍稍偏离,与垂直方向大约成7度角。剩下的就是几何问题了。假设地球是球状,那么它的圆周应是360度。如果两座城市成7度角,就是7/360的圆周,就是当时5000个希腊运动场的距离。因此地球圆周应该是25万个希腊运动场。今天我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5%以内。

排名第二:伽利略的自由落体
在16世纪末�人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落的快�因为伟大的亚里士多德是这么说的。伽利略,当时在比萨大学数学系任职,他大胆的向公众的观点挑战,他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体,让大家看到两个物体同时落地。他向世人展示尊重科学而不畏权威的可贵精神。

排名第八:伽利略的加速度
伽利略继续他的物体移动研究。他做了一个6米多长,3米多宽的光滑直木板槽。再把这个木板槽倾斜固定,让铜球从木槽顶端沿斜面滑下。然后测量铜球每次下滑的时间和距离,研究它们之间的关系。亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的:铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例:两倍的时间里,铜球滚动4倍的距离。因为存在重力加速度。

排名第四:牛顿的棱镜分解太阳光
艾萨克·牛顿出生那年,伽利略与世长辞。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院。当时大家都认为白光是一种纯的没有其它颜色的光,而有色光是一种不知何故发生变化的光(又是亚利斯多德的理论)。
为了验证这个假设,牛顿把一面三棱镜放在阳光下,透过三棱镜,光在墙上被分解为不同颜色,后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色,但是他们认为那时因为不正常。牛顿的结论是:正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光,如果你深入地看看,会发现白光是非常美丽的。

排名第六:卡文迪许扭矩
牛顿的另一大贡献是他的万有引力理论:两个物体之间的吸引力与他们质量的平方成正比,与他们距离的平方成反比。但是万有引力到底多大?
18世纪末,英国科学家亨利·卡文迪许决定要找到一个计算方法。他把两头带有金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来。再用两个350磅重的皮球放在足够近的地方,以吸引金属球转动,从而使金属线扭动,然后用自制的仪器测量出微小的转测量结果惊人的准确,他测出了万有引力的参数恒量。在卡文迪许的基础上可以计算地球的密度和质量。地球重:6.0×1024公斤,或者说13万亿万亿磅。

排名第五:托马斯·杨的光干涉试验
牛顿也不是永远都对。牛顿曾认为光是由微粒组成的,而不是一种波。1830年英国医生也是物理学家的托马斯·杨向这个观点挑战。他在百叶窗上开了一个小洞,然后用厚纸片盖住,再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过,并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1/30英寸的纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这个试验为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。

排名第十:米歇尔·傅科钟摆
1851年法国科学家傅科当众做了一个实验,用一根长220英尺的钢丝吊着一个重62磅重的头上带有铁笔的铁球悬挂在屋顶下,观测记录它的摆动轨迹。周围观众发现钟摆每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并发生旋转时,无不惊讶。实际上这是因为房屋在缓缓移动。傅柯的演示说明地球是在围绕地轴旋转。在巴黎的纬度上,钟摆的轨迹是顺时针方向,30小时一周期。在南半球,钟摆应是逆时针转动,而在赤道上将不会转动。在南极,转动周期是24小时。

排名第三:罗伯特·米利肯的油滴
很早以前,科学家就在研究电。人们知道这种无形的物质可以从天上的闪电中得到,也可以通过摩擦头发得到。1897年,英国物理学家托马斯已经得知如何获取负电荷电流。1909年美国科学家罗伯特·米利肯开始测量电流的电荷。

他用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别放有一个通正电的电板,另一个放有通负电的电板。当小油滴通过空气时,就带有了一些静电,他们下落的速度可以通过改变电板的电压来控制。经过反复试验米利肯得出结论:电荷的值是某个固定的常量,最小单位就是单个电子的带电量。

排名第九:卢瑟福发现核子
1911年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时,原子在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”,大量正电荷聚集的糊状物质,中间包含着电子微粒。但是他和他的助手发现向金箔发射带正电的阿尔法微粒时有少量被弹回,这使他们非常吃惊。卢瑟福计算出原子并不是一团糊状物质,大部分物质集中在一个中心小核上,现在叫作核子,电子在它周围环绕。

排名第一:托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉
牛顿和托马斯·杨对光的性质研究得出的结论都不完全正确。光既不是简单的由微粒构成,也不是一种单纯的波。20世纪初,麦克斯·普克朗和艾伯特·爱因斯坦分别指出一种叫光子的东西发出光和吸收光。但是其他试验还是证明光是一种波状物。经过几十年发展的量子学说最终总结了两个矛盾的真理:光子和亚原子微粒,(如电子、光子等等)是同时具有两种性质的微粒,物理上称它们:波粒二象性。
将托马斯·杨的双缝演示改造一下可以很好的说明这一点。科学家们用电子流代替光束来解释这个实验。根据量子力学,电粒子流被分为两股,被分得更小的粒子流产生波的效应,他们相互影响,以至产生像托马斯·杨的双缝演示中出现的加强光和阴影。这说明微粒也有波的效应。
是谁最早做了这个试验已经无法考证。根据刊登在《今日物理》杂志的一篇论文看,人们推测应该是在1961年。

第二问:借助河外星系形成的巨大引力场,把它当做一个透镜使光线弯曲,国外已有人做了。(不用人为)
第三问:相对论不仅是对科学理论的一次重大补充,更重要是对人类传统思想的巨大冲击。思想的开放又促进人类不断的创新,这才是最重要的。也就是说相对论本身早就已经产生了"生产力“。
第四问:开启时光隧道并不是传统意义上的打开门,需要消耗能量,而是去寻找某些宇宙理论所说的缩小的另一维空间(虫洞)。
第五问:不同理论有不同形式的时空隧道,当然利用方式也就不同了。
第五问:宏观物体就是由能相互作用的微观粒子构成的啊,变成量子态,也就是打回原形,就是”解除“这种或几种相互作用关系啊!也就是能找到能”屏蔽“相互作用地方法就行了。
第十问:本人原创(高中知识嘿嘿),四大相互作用在各自的作用层次上,应该都能产生作用系统与外界环境的能量交换。举个列子
①引力:楼上掉花瓶砸到了你,你肯定很痛,是不?花瓶能量转化为弹性势能和热能,呵呵,花瓶能量哪儿来的呢,就是来自于花瓶和地球组成的系统,这个系统由以引力相互作用联系。②电磁相互作用:化学反应啊,钠和水反应产生的热量哪来的呢?③强相互租用你,核聚变与核裂变。④弱相互作用,自己想吧!
注:本人乃大一学工程管理的学生,喜欢看点这方面的书籍,仅仅了解这么一点点皮毛 。回答这问题实在是没事干,闲着无聊,打发时间。不当之处,别见谅啊!见谅也没事,就当乱说啊!

第一个:当然可能
第二问:借助河外星系形成的巨大引力场,把它当做一个透镜使光线弯曲,国外已有人做了。(不用人为)
第三问:相对论不仅是对科学理论的一次重大补充,更重要是对人类传统思想的巨大冲击。思想的开放又促进人类不断的创新,这才是最重要的。也就是说相对论本身早就已经产生了

第十条,正反物质湮灭。
其余一概不知。
而且核心内容都是一概不知。其实要是有一个知道的十分清楚。诺贝尔物理学奖就差不多归他了。
第三条,不是所有理论都能转成生产力。尤其这种基础的。这种理论是用来指导其他理论的。例如虫洞等,虫洞又可以和星际航行有关。这些都是后话,中间断层很大。

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