物理世界十大难题
物理学家们挑选出10个最匪夷所思的物理学问题,解答这些问题足够让他们忙上100年．尽管没有任何悬赏,不过,对任何一个问题的解答差不多都能获得诺贝尔奖．
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?
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论．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”（ｍｏｔｈｅｒｏｆａｌｌｔｈｅｏｒｉｅｓ）．
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．
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室中密切注视大型的水槽,等待着原子内部质子的死去．但迄今为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．
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ｓｐａｒｔｉｃｌｅ,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．
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,肯定还存在着另外六个维数,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?
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．
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11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谱加了一种叫做“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?
根据量子理论,信息--无论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·普雷希尔和斯蒡芬·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．所以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． 物理世界十大难题
物理学家们挑选出10个最匪夷所思的物理学问题,解答这些问题足够让他们忙上100年．尽管没有任何悬赏,不过,对任何一个问题的解答差不多都能获得诺贝尔奖．
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?
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论．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”（ｍｏｔｈｅｒｏｆａｌｌｔｈｅｏｒｉｅｓ）．
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．
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室中密切注视大型的水槽,等待着原子内部质子的死去．但迄今为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．
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ｓｐａｒｔｉｃｌｅ,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．
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,肯定还存在着另外六个维数,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?
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．
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11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谱加了一种叫做“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?
根据量子理论,信息--无论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·普雷希尔和斯蒡芬·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．所以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．