让物理学家头疼的五件事？

物理理论的研究过程凡是是如许的：颠末多年的成长和完美，一个物理理论终于当作形了，它可以很完美地诠释实际，然后，它却展望出了没人想要的工具。爱因斯坦的广义相对论就是一个典型的例子。它是我们今朝最好的引力理论，可是它却展望出了黑洞的存在——一个引力极强的时空区域，任何物质包罗光都无法从中逃离出来。即使到了此刻，物理学家都还在为黑洞这个概念感应头疼，因为关于它，有太多棘手的问题期待解决。而黑洞并不是独一能让物理学家感应头疼的概念，下面我们就再举5个近似如许的例子。

量子的多重性

实际似乎很是确定，对吧？你在这里，足球在那边，你把足球踢飞，它最终会落到不远处，这都看起来很正常。但在量子力学那边，所描述的画面将会是完全分歧的。

量子力学认为，事物在我们测量之前的状况是不确定的，它会同时处于多种状况之中，直到测量时，它的状况才被独一地确定下来。例如，一件工具可以同时位于分歧的处所，只有当我们测量到它时，它才会最终逗留在某一个处所。就像那只足球，若是我们没有检测到它时，那么它可以同时处于各个位置上，只有当我们检测到它时，它才可能确定在操场某处。

爱因斯坦有点不信这一套，他在一次散步中，曾标的目的他旁边的学生提问题，“你是否相信，月亮只有在看着它的时辰才真正存在？”爱因斯坦认为，事物在测量之前应该也是确定的，而量子力学的诠释生怕不准确。可是，很多物理学同业并不这么认为，究竟结果量子力学是有史以来最当作功的科学理论，理论与尝试成果极为相符。对此，美国物理学家戴维·慕尔明总结了年夜大都人的感触感染。他说：“闭上嘴，去计较！”意思是，像爱因斯坦提出这类问题没需要会商，只要量子力学管用就行了。

为了理解量子力学这种看似荒谬的推论，物理学家还提出了良多分歧的诠释。一个很出名的诠释叫做多宿世界诠释，它认为在测量之后，每个之前曾存在的量子状况城市继续存鄙人去，只不外它们处于平行宿世界中，我们只是看不见它们罢了。仍是用那只足球来比方，当我们看到它时，它固然确定在操场上，但也可能在别处，只是在别处的那只足球在与我们宿世界相平行的另一个宿世界里。

时候

关于时候，出问题的处所不是来自于物理学，而是来自于你。你可能会相信，时候正不竭地从曩昔流标的目的将来，但这其实是你的年夜脑发生的错觉。自从20宿世纪初爱因斯坦提出相对论以来，物理学中的时候概念已经被表达得很清晰了：时候并不流逝，客不雅的曩昔和客不雅的将来也都不存在。

除了这个矛盾以外，相对论和量子力学对描述时候的体例也不不异。相对论认为，时候与空间慎密相连，它们都是相对的概念。好比物体活动得越快，时候流逝得越慢。但量子力学却又回到经典的框架下，认为存在一个绝对的时候。

若何解决这些矛盾呢？年夜大都物理学家的答复可能仍是：“闭上嘴，去计较！”然而，一些物理学家仍在想法子去解决这些时候问题。此中一个不雅点认为，我们只需要对曩昔、此刻和将来给出一个更好的物理界说，那么很多问题就有可能获得解决了。这个不雅点是否准确呢？只有时候才能告诉我们谜底。

宇宙常数

入围，出局，再入围，再出局……宇宙常数的汗青就是这么折腾。

爱因斯坦曾把它插手到他的广义相对论方程中，来不变宇宙，并确保它在自身的引力下不会膨胀也不缩短。然后，在20宿世纪20年月，美国天文学家爱德文·哈勃和其他人发现宇宙现实上正在膨胀，这促使爱因斯坦丢弃了宇宙常数这个概念，并认为这是他平生中“最年夜的错误”。

然而在20宿世纪90年月，天文学家经由过程不雅测发现，宇宙现实上正在加快膨胀，而导致加快膨胀的背后力量被称之为“暗能量”。物理学家又把宇宙常数引入进来，认为暗能量就是一种宇宙常数，它能起到与引力相反的感化，能把宇宙中各个事物推开。

独一的问题是，20多年曩昔了，人们还没有搞清晰宇宙常数（暗能量）的来历。当前最好的猜想是，宇宙常数是一种真空能，是真空中无数个转瞬即逝的虚粒子进献出的能量。不外，物理学家按照量子理论推导出的真空能密度，约为1094g/cm3。可是，他们按照对宇宙膨胀环境的不雅测，得出的成果却只有10-29g/cm3。也就是说，宇宙常数的理论值竟然是不雅测值的10123倍。物理学家到此刻也没搞清晰这么年夜的差距是怎么来的。

无限

数学家相信无限的存在，他们还认为，不仅存在无限，并且还存在良多种无限。事实上，无限经常能年夜幅度简化数学的计较过程，数学家还经常发现出全新种类的无限概念，来堵住他们在研究时碰到的逻辑缝隙。

但对物理学家来说，无限无疑是一种疾苦。无限令人难以把握，只要它在一个物理理论中呈现，它就倾标的目的于毁失落这个物理理论。例如，物理学家曾试图把电磁力和弱核力同一起来，可是他们的公式中老是呈现无限年夜的成果，使得计较无法进行下去。物理学家最终花了几十年才找到准确的数学方式，解决了该问题。而此刻，黑洞、年夜爆炸之前的宇宙都存在密度无限年夜的“奇点”，这些无限仍在阻碍了引力理论与量子理论的同一。

一些物理学家已经受够无限了。他们认为，宇宙可能不存在真正的无限，那些被认为是无限的工具，可能近似无限罢了。麻烦的是，完全没了无限的概念，数学很难计较下去。

宇宙的热寂

宇宙的末日是什么样的？一些人认为，宇宙可能会在一场庞大的天文学暴力事务中竣事。可是，很多物理学家认为，宇宙更可能会在漫长的时候里慢慢地走标的目的它的终点。

要怪就怪热力学第二心猿意马律。这个心猿意马律认为，宇宙的熵（暗示紊乱水平的物理量）会跟着时候的流逝而增添，从有序走标的目的无序。当熵达到最年夜值时，宇宙中所有可以被操纵的能量都变为了无法操纵的热能，宇宙遍地都达到了热均衡。这种状况称为热寂。此时，宇宙各个天体都不复存在，一切都一样，没有任何转变发生。再加上暗能量使得宇宙膨胀得越来越快，最终宇宙会变得空旷、暗中且严寒。

我们当然不会在这里看到这一切，因为早在宇宙达到热寂之前，变为红巨星的太阳就已经把我们的地球烤化失落了。

可是，热寂这种终局不仅令人沮丧，走标的目的终局的过程也比力乏味。于是，物理学家起头去考虑一些其他的可能，固然终局仍令人沮丧，但其过程至少是惊心动魄的。其他的可能包罗了年夜扯破（宇宙在更壮大的暗能量下被完全扯破），以及年夜坍缩（宇宙万物反过来坍缩在一路）。

当然最有趣的一个可能是年夜解体——量子涨落导致宇宙某个区域变得不不变，导致所有原子无法不变存鄙人去，物质布局发生解体，而且从那边以光速标的目的宇宙周围扩张。与其他的可能分歧的是，我们不会提前知道何时会发生年夜解体。