Das ist eine Liste von einigen der ungelösten Hauptprobleme in der Physik. Einige dieser Probleme sind theoretisch, bedeutend, dass vorhandene Theorien unfähig scheinen, ein bestimmtes beobachtetes Phänomen oder experimentelles Ergebnis zu erklären. Andere sind experimentell, bedeutend, dass es eine Schwierigkeit gibt, ein Experiment zu schaffen, um eine vorgeschlagene Theorie zu prüfen oder ein Phänomen im größeren Detail zu untersuchen.

Ungelöste Probleme durch das Teilfeld

Der folgende ist Liste von ungelösten Problemen, die durch das breite Gebiet der Physik gruppiert sind, in der sie fallen.

Kosmologie und allgemeine Relativität

Kosmische Inflation: Ist die Theorie der kosmischen Inflation richtig, und wenn so, wie sind die Details dieses Zeitalters? Was verursacht das hypothetische inflaton Feld Inflation? Wenn Inflation einmal geschah, stützt sie durch die Inflation von mit dem Quant mechanischen Schwankungen, und so andauernd in einem unmöglich entfernten Platz selbst?

Horizont-Problem: Warum ist das entfernte Weltall so homogen, wenn die Urknall-Theorie scheint, größeren messbaren anisotropies des Nachthimmels vorauszusagen, der größer ist als diejenigen, die beobachtet sind? Kosmologische Inflation wird allgemein als die Lösung akzeptiert, aber ist andere mögliche Erklärungen wie die variable Geschwindigkeit der leichten passenderen Hypothese?

Zukunft des Weltalls: Geht das Weltall zu einem Großen Stopp, einem Großen Riss, einem Großen Knirschen oder einem Großen Schlag? Ist unser Weltall-Teil eines ungeheuer wiederkehrenden zyklischen Modells?

Gravitationswelle: Können Gravitationswellen experimentell entdeckt werden?

Asymmetrie von Baryon: Warum ist dort viel mehr Sache als Antimaterie im erkennbaren Weltall?

Kosmologisches unveränderliches Problem: Warum die Nullpunktsenergie des Vakuums nicht tut, verursachen eine große kosmologische Konstante? Was annulliert es?

Dunkle Sache: Was ist dunkle Sache? Ist es mit der Supersymmetrie verbunden? Ist die Masse der setzt die dunkle Sache halos um Milchstraßen zusammen, die aus der leichtesten Form der supersymmetrischen Partikel (LSP) zusammengesetzt sind? Die der dunklen Sache zugeschriebenen Phänomene weisen nicht zu einer Form der Sache, aber wirklich zu einer Erweiterung des Ernstes hin?

Dunkle Energie: Wie ist die Ursache der beobachteten beschleunigten Vergrößerung (Phase von de Sitter) des Weltalls? Warum die Energiedichte des dunklen Energiebestandteils desselben Umfangs wie die Dichte der Sache zurzeit ist, wenn sich die zwei ganz verschieden mit der Zeit entwickeln; konnte es einfach sein, dass wir in genau der rechten Zeit beobachten? Ist dunkle Energie eine reine kosmologische Konstante, oder ist Modelle der Quintessenz wie anwendbare Gespenst-Energie?

Dunkler Fluss: Wie ist die Ursache einer großen Grasnarbe von Milchstraße-Trauben alle, an einen Teil des Weltalls herangehend?

Ekliptische Anordnung von CMB anisotropy: Einige große Eigenschaften des Mikrowellenhimmels, in Entfernungen von mehr als 13 Milliarden Lichtjahren, scheinen, sowohl nach der Bewegung als auch nach Orientierung des Sonnensystems ausgerichtet zu werden. Ist das wegen systematischer Fehler in der Verarbeitung, Verunreinigung von Ergebnissen durch lokale Effekten oder einer unerklärten Übertretung des kopernikanischen Grundsatzes?

Gestalt des Weltalls: Was ist der 3-Sammelleitungen-von comoving Raum, d. h. einer comoving Raumabteilung des Weltalls, informell genannt die "Gestalt" des Weltalls? Weder die Krümmung noch die Topologie sind jetzt bekannt, obwohl, wie man bekannt, die Krümmung an der Null auf erkennbaren Skalen "nah" ist. Die kosmische Inflationshypothese weist darauf hin, dass die Gestalt des Weltalls unermesslich sein kann, aber seit 2003 Jean-Pierre haben Luminet. und andere Gruppen vorgeschlagen, dass die Gestalt des Weltalls der Raum von Poincaré dodecahedral sein kann. Ist die Gestalt, der Raum von Poincaré oder ein anderer 3-Sammelleitungen-unermesslich?

Quant-Ernst

Vakuumkatastrophe: Warum die vorausgesagte Masse des Quant-Vakuums tut, haben wenig Wirkung auf die Vergrößerung des Weltalls?

Quant-Ernst: Können Quant-Mechanik und allgemeine Relativität, als eine völlig konsequente Theorie (vielleicht als eine Quant-Feldtheorie) begriffen werden? Ist Raum-Zeit im Wesentlichen dauernd oder getrennt? Würde eine konsequente Theorie eine Kraft einschließen, die durch einen hypothetischen graviton vermittelt ist, oder ein Produkt einer getrennten Struktur der Raum-Zeit selbst (als im Schleife-Quant-Ernst) sein? Gibt es Abweichungen von den Vorhersagen der allgemeinen Relativität an sehr kleinen oder sehr großen Skalen oder in anderen äußersten Verhältnissen die fließen aus einer Quant-Ernst-Theorie?

Schwarze Löcher, schwarzes Loch-Informationsparadox und schwarze Loch-Radiation: Erzeugen schwarze Löcher Thermalradiation, wie erwartet, auf dem theoretischen Boden? Enthält diese Radiation Information über ihre innere Struktur, wie angedeutet, durch die Dualität des Maß-Ernstes, oder nicht, wie einbezogen, durch die ursprüngliche Berechnung der Falknerei? Wenn nicht, und schwarze Löcher können weg verdampfen, was geschieht mit der Information, die in ihnen versorgt ist (Quant-Mechanik sorgt für die Zerstörung der Information nicht)? Oder hält die Radiation an einem Punkt an, schwarze Loch-Reste verlassend? Dort ist ein anderer Weg, ihre innere Struktur irgendwie zu untersuchen, wenn solch eine Struktur sogar besteht?

Extradimensionen: Hat Natur mehr als vier Raum-Zeit-Dimensionen? Wenn so, wie ist ihre Größe? Sind Dimensionen ein grundsätzliches Eigentum des Weltalls oder ein auftauchendes Ergebnis anderer physischer Gesetze? Können wir Beweise von höheren Raumdimensionen experimentell "sehen"?

Die kosmische Zensur-Hypothese und die Chronologie-Schutzvermutung: Können Eigenartigkeiten, die nicht hinter einem Ereignis-Horizont verborgen sind, der als "nackte Eigenartigkeiten" bekannt ist, aus realistischen anfänglichen Bedingungen zu entstehen, oder ist es möglich, eine Version der "kosmischen Zensur-Hypothese" von Roger Penrose zu beweisen, der schlägt vor, dass das unmöglich ist? Ähnlich werden die geschlossenen Zeitmäßigkurven die entstehen in einigen Lösungen der Gleichungen der allgemeinen Relativität (und welche beziehen die Möglichkeit umgekehrt der Zeitreise ein), durch eine Theorie des Quant-Ernstes ausgeschlossen werden, der vereinigt allgemeine Relativität mit der Quant-Mechanik, wie angedeutet, durch die "Chronologie-Schutzvermutung" von Stephen Hawking?

Gegend: Gibt es nichtlokale Phänomene in der Quant-Physik? Wenn sie bestehen, werden nichtlokale Phänomene auf die Verwicklung beschränkt offenbarte in den Übertretungen der Glockenungleichheit oder Information und erhielt Mengen kann sich auch auf eine nichtlokale Weise bewegen? Unter welchen Umständen werden nichtlokale Phänomene beobachtet? Was tut die Existenz oder Abwesenheit von nichtlokalen Phänomenen beziehen über die grundsätzliche Struktur der Raum-Zeit ein? Wie bezieht sich das auf die Quant-Verwicklung? Wie hellt das die richtige Interpretation der grundsätzlichen Natur der Quant-Physik auf?

Hohe Energiephysik der Physik/Partikel

Mechanismus von Higgs: Besteht die Partikel von Higgs boson? Wie sind die Implikationen, wenn es nicht tut? Gibt es nur ein Typ von ihnen?

Hierarchie-Problem: Warum ist Ernst solch eine schwache Kraft? Es wird stark für Partikeln nur an der Skala von Planck, ungefähr 10 GeV, viel über der Electroweak-Skala (100 GeV, die Energieskala-Beherrschen-Physik an niedrigen Energien). Warum sind diese Skalen von einander so verschieden? Was verhindert Mengen an der Electroweak-Skala, wie die Masse von Higgs boson, davon, Quant-Korrekturen auf der Ordnung der Skala von Planck zu bekommen? Sind die Lösungssupersymmetrie, Extradimensionen, oder gerade anthropic feine Einstimmung?

Magnetische Monopole: Partikeln tragen die "magnetische Anklage" bestehen in einer Vergangenheit, höherem Energiezeitalter? Wenn so, irgendwelcher bleibt heute? (Paul Dirac hat gezeigt, dass die Existenz von einigen Typen von magnetischen Monopolen Anklage quantization erklären würde.)

Protonenzerfall und Drehungskrise: Ist das Proton eine im Wesentlichen stabile Partikel? Oder hat es eine begrenzte Lebenszeit, wie vorausgesagt, durch das Standardmodell? Was erklärt die anomale Drehung von Protonen?

Supersymmetrie: Wird Raum-Zeit-Supersymmetrie in der Natur begriffen? Wenn so, was bricht der Mechanismus der Supersymmetrie? Stabilisiert Supersymmetrie die Electroweak-Skala, hohe Quant-Korrekturen verhindernd? Umfasst die leichteste supersymmetrische Partikel dunkle Sache?

Generationen der Sache: Gibt es mehr als drei Generationen von Quarken und leptons? Warum sind dort Generationen überhaupt? Gibt es eine Theorie die kann die Massen von besonderen Quarken und leptons in besonderen Generationen von den ersten Grundsätzen (eine Theorie von Kopplungen von Yukawa) erklären?

Das Symmetrie-Brechen von Electroweak: Was ist der Mechanismus dafür verantwortlich, die Electroweak-Maß-Symmetrie zu brechen, Masse dem W und Z bosons gebend? Ist es der einfache Mechanismus von Higgs des Standardmodells, oder macht Natur von der starken Dynamik im Brechen electroweak Symmetrie, wie vorgeschlagen, durch den Farbfilm Gebrauch?

Neutrino-Masse: Wie ist die Masse von neutrinos, ob sie Statistik von Dirac oder Majorana folgen? Ist Massenhierarchie normal oder umgekehrt? Verletzt das BEDIENUNGSFELD Phase 0?

Beschränkung: Warum dort ein freies Quark oder gluon nie gemessen worden ist, aber nur einwendet, dass aus ihnen, wie Mesonen und baryons gebaut werden? Wie erscheint dieses Phänomen aus QCD?

Starkes BEDIENUNGSFELD-Problem und axions: Warum ist die starke Kernwechselwirkung invariant zur Gleichheit und Anklage-Konjugation? Ist Theorie von Peccei-Quinn die Lösung dieses Problems?

Astronomie und Astrophysik

Akkretionsscheibe-Strahlen: Warum tun, strahlen die Akkretionsscheiben, die bestimmte astronomische Gegenstände wie die Kerne von aktiven Milchstraßen umgeben, relativistische Strahlen entlang ihren polaren Äxten aus? Warum sind dort quasiperiodische Schwingungen in vielen Akkretionsscheiben? Warum die Periode dieser Schwingungsskala als das Gegenteil der Masse des Hauptgegenstands tut? Warum sind dort manchmal Obertöne, und warum erscheinen diese an verschiedenen Frequenzverhältnissen in verschiedenen Gegenständen?

Kranz-Heizungsproblem: Warum ist die Korona der Sonne (Atmosphäre-Schicht) so viel heißer als die Oberfläche der Sonne? Warum ist die magnetische Wiederverbindungswirkung viele Größenordnungen schneller als vorausgesagt durch Standardmodelle?

Gießen Sie interstellare Bänder aus: Was ist für die zahlreichen interstellaren in astronomischen Spektren entdeckten Absorptionslinien verantwortlich? Sind sie im Ursprung molekular, und wenn so welche Moleküle sind für sie verantwortlich? Wie formen sie sich?

Gammastrahl-Brüche: Wie entstehen diese Brüche der hohen Intensität der kurzen Dauer?

Supermassive schwarze Löcher: Wie ist der Ursprung der M Sigma-Beziehung zwischen supermassiver schwarzer Loch-Masse und Milchstraße-Geschwindigkeitsstreuung?

Beobachtungsanomalien:

: Anomalie von Hipparcos: Was ist die wirkliche Entfernung zu Pleiades?

: Pionieranomalie: Was verursacht die kleine zusätzliche der Sonne zugewendete Beschleunigung des Pionierraumfahrzeugs?

: Luftparade-Anomalie: Warum ist die beobachtete Energie von Satelliten, die durch die Erde fliegen, die durch einen Minutenbetrag vom durch die Theorie vorausgesagten Wert verschieden ist?

: Milchstraße-Folge-Problem: Ist dunkle Sache für Unterschiede in der beobachteten und theoretischen Geschwindigkeit von Sternen verantwortlich, die um das Zentrum von Milchstraßen kreisen, oder ist es etwas anderes?

Supernovae: Wie ist der genaue Mechanismus, durch welchen eine Implosion eines sterbenden Sterns eine Explosion wird?

Ultraenergiereicher kosmischer Strahl: Warum ist es, dass einige kosmische Strahlen scheinen, Energien zu besitzen, die sind (die so genannte OMG Partikel) unmöglich hoch, vorausgesetzt, dass es keine genug energischen kosmischen Strahl-Quellen in der Nähe von der Erde gibt? Warum ist es, dass (anscheinend) einige kosmische von entfernten Quellen ausgestrahlte Strahlen Energien über der Greisen-Zatsepin-Kuzmin-Grenze haben?

Folge-Rate des Saturns: Warum stellt der magnetosphere des Saturns aus (langsam sich ändernd) Periodizität in der Nähe davon, an welchem die Wolken des Planeten rotieren? Wie ist die wahre Folge-Rate des tiefen Interieurs des Saturns?

Ursprung des magnetar magnetischen Feldes: Wie ist der Ursprung des magnetar magnetischen Feldes?

Kernphysik

Quant chromodynamics: Wie sind die Phasen der stark aufeinander wirkenden Sache, und welche Rollen spielen sie im Weltall? Wie ist die innere Landschaft der Nukleonen? Was tut QCD, sagen für die Eigenschaften der stark aufeinander wirkenden Sache voraus? Was regelt den Übergang von Quarken und gluons in pions und Nukleonen? Wie ist die Rolle von gluons und gluon Selbstwechselwirkungen in Nukleonen und Kernen? Was bestimmt die Hauptmerkmale von QCD, und was ist ihre Beziehung zur Natur des Ernstes und der Raum-Zeit?

Kerne und Kernastrophysik: Wie ist die Natur der Kernkraft, die bindet Protone und Neutronen in stabile Kerne und seltene Isotope? Wie ist der Ursprung von einfachen Mustern in komplizierten Kernen? Wie ist die Natur von exotischen Erregung in Kernen an den Grenzen der Stabilität und ihrer Rolle in Sternprozessen? Wie ist die Natur von Neutronensternen und dichter Kernsache? Wie ist der Ursprung der Elemente im Weltall? Wie sind die Kernreaktionen, die steuern Sterne und Sternexplosionen?

Insel der Stabilität: Wie ist der schwerstmögliche stabile oder metastable Kern?

Kondensierte Sache-Physik

Amorphe Festkörper: Wie ist die Natur des Glasübergangs zwischen einem flüssigen oder regelmäßigen Festkörper und einer glasigen Phase? Was verursachen die physischen Prozesse die allgemeinen Eigenschaften der Brille?

Kälteerzeugende Elektronemission: Warum die Elektronemission ohne leichte Zunahme tut, weil die Temperatur eines Photovermehrers vermindert wird?

Hoch-Temperatursupraleiter: Wie ist der Mechanismus, der veranlasst bestimmte Materialien, Supraleitfähigkeit bei Temperaturen viel höher auszustellen, als ungefähr 25 kelvins?

Sonolumineszenz: Was verursacht die Emission von kurzen Ausbrüchen von Licht davon, Luftblasen in einer Flüssigkeit, wenn aufgeregt, durch den Ton zu implodieren?

Turbulenz: Ist es möglich, ein theoretisches Modell zu machen, um die Statistik eines unruhigen Flusses (insbesondere seine inneren Strukturen) zu beschreiben? Außerdem, unter welchen Bedingungen wirklich Lösungen glätten, Navier-schürt Gleichungen bestehen?

Topologische Ordnung: Ist topologische Ordnung bei der Nichtnulltemperatur stabil? Gleichwertig ist es möglich, dreidimensionales selbstkorrigierendes Quant-Gedächtnis zu haben?

Bruchsaal-Wirkung: Welcher Mechanismus erklärt die Existenz des Staates in der Bruchquant-Saal-Wirkung? Beschreibt es Quasipartikeln mit der non-Abelian Bruchstatistik?

Kondensation von Bose-Einstein: Wie beweisen wir die Existenz von Kondensaten von Bose-Einstein für allgemeine aufeinander wirkende Systeme streng?

Flüssige Kristalle: Kann das nematische zu smectic (A) Phase-Übergang in flüssigen Kristallstaaten, als ein universaler Phase-Übergang charakterisiert werden?

Biologische Physik

Diese Forschungsgebiete gehören normalerweise der Biologie, und wurden traditionell in die Physik nicht eingeschlossen, aber werden hier eingeschlossen, weil zunehmend es Physiker sind, die sie Verwenden-Methoden und Werkzeuge erforschen, die in der Physik-Forschung populärer sind als Biologie.

Knetbarkeit von Synaptic: Es ist für rechenbetonte und physische Modelle des Gehirns notwendig, aber was verursacht es, und welche Rolle spielt es in der höherwertigen Verarbeitung außerhalb des hippocampus und Sehkortexes?

Leitung von Axon: Wie tun, finden axons, die sich von Neuronen ausbreiten, ihre Ziele? Dieser Prozess ist für die Nervensystem-Entwicklung entscheidend, das Aufbauen des Gehirns erlaubend.

Stochasticity und Robustheit zum Geräusch im Genausdruck: Wie regeln Gene unseren Körper, verschiedenem Außendruck und innerem stochasticity widerstehend? Bestimmte Modelle bestehen für genetische Prozesse, aber wir sind davon weit, das ganze Bild insbesondere in der Entwicklung zu verstehen, wo Genausdruck dicht geregelt werden muss.

Quantitative Studie des Immunsystems: Wie sind die quantitativen Eigenschaften von geschützten Antworten? Wie sind die grundlegenden Bausteine von Immunsystem-Netzen? Welche Rollen werden durch stochasticity gespielt?

Andere Probleme

Wärmegewicht (Pfeil der Zeit): Warum hatte das Weltall solches niedriges Wärmegewicht in der Vergangenheit, auf die Unterscheidung zwischen der Vergangenheit und Zukunft und dem zweiten Gesetz der Thermodynamik hinauslaufend? Warum werden BEDIENUNGSFELD-Übertretungen im bestimmten schwachen Kraft-Zerfall, aber nicht anderswohin beobachtet? Sind BEDIENUNGSFELD-Übertretungen irgendwie ein Produkt des Zweiten Gesetzes der Thermodynamik, oder sind sie ein getrennter Pfeil der Zeit? Dort sind Ausnahmen zum Grundsatz der Kausalität? Gibt es eine einzelne mögliche Vergangenheit? Ist der gegenwärtige Zeitpunkt von der Vergangenheit und Zukunft physisch verschieden, oder ist es bloß ein auftauchendes Eigentum des Bewusstseins? Warum scheinen Leute sich zu einigen, wie der gegenwärtige Zeitpunkt ist?

Quant-Mechanik in der Ähnlichkeitsgrenze (manchmal genannt Quant-Verwirrung): Gibt es eine bevorzugte Interpretation der Quant-Mechanik? Wie die Quant-Beschreibung der Wirklichkeit tut, die schließt Elemente wie die Überlagerung von Staaten und Wavefunction-Zusammenbruch oder Quant decoherence ein, verursachen Sie die Wirklichkeit, die wir wahrnehmen? Eine andere Weise, das festzusetzen, ist das Maß-Problem - was setzt ein "Maß" ein, das verursacht die Welle-Funktion, in einen bestimmten Staat zusammenzubrechen?

Physische Information: Gibt es physische Phänomene, wie schwarze Löcher oder Welle-Funktionszusammenbruch, die zerstören unwiderruflich Information über ihre vorherigen Staaten?

Theorie von allem ("Großartige Vereinigungstheorie"): Gibt es eine Theorie die erklärt die Werte aller grundsätzlichen physischen Konstanten? Gibt es eine Theorie die erklärt, warum die Maß-Gruppen des Standardmodells sind, wie sie sind, warum beobachtete Raum-Zeit 3 + 1 Dimensionen hat, und warum alle Gesetze der Physik sind, wie sie sind? "Grundsätzliche physische Konstanten" ändern sich mit der Zeit? Ist einige der Partikeln im Standardmodell der Partikel-Physik wirklich zerlegbare Partikeln, die zu dicht verpflichtet sind, als solcher an aktuellen experimentellen Energien zu beobachten? Gibt es grundsätzliche Partikeln die sind noch nicht beobachtet worden, und wenn so welche sind sie, und wie sind ihre Eigenschaften? Dort werden unbemerkte grundsätzliche Kräfte durch eine Theorie einbezogen die erklärt andere ungelöste Probleme in der Physik?

Yang-Mühle-Theorie: In Anbetracht einer willkürlichen Kompaktmaß-Gruppe, tut eine nichttriviale Quant-Yang-Mühle-Theorie mit einer begrenzten Massenlücke bestehen? Dieses Problem wird auch als eines der Millenium Preis-Probleme in der Mathematik verzeichnet.

Quant-Berechnung: Ist der Begriff von David Deutsch eines universalen Quant-Computers, der genügend ist, um ein willkürliches physisches System effizient vorzutäuschen?

Probleme in letzten Jahrzehnten behoben

Langfristige Gammastrahl-Brüche (2003): Langfristige Brüche werden mit den Todesfällen von massiven Sternen in einer spezifischen Art des einer Supernova ähnlichen als ein collapsar allgemein gekennzeichneten Ereignisses vereinigt. Jedoch gibt es auch langfristige GRBs, die Beweise gegen eine verbundene Supernova, wie das Schnelle Ereignis GRB 060614 zeigen.

Sonnenneutrino-Problem (2002): Gelöst durch ein neues Verstehen der Neutrino-Physik, eine Modifizierung des Standardmodells der Partikel-Physik — spezifisch, Neutrino-Schwingung verlangend.

Alterskrise (die 1990er Jahre): Das geschätzte Alter des Weltalls war ungefähr 3 bis 8 Milliarden Jahre, die jünger sind als Schätzungen der Alter der ältesten Sterne in unserer Milchstraße. Bessere Schätzungen für die Entfernungen zu den Sternen und die Anerkennung der beschleunigenden Vergrößerung des Weltalls, haben die Altersschätzungen beigelegt.

Quasare (die 1980er Jahre): Die Natur von Quasaren wurde seit Jahrzehnten nicht verstanden. Sie werden jetzt als ein Typ der aktiven Milchstraße akzeptiert, wo sich die enorme Energieproduktion aus Sache ergibt, die in ein massives schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße fällt.

Links

• Was wissen wir nicht? Fachzeitschrift spezielles Projekt für seinen 125. Jahrestag: 25 erste Fragen und noch 100.
• Physik-Nachrichtenaktualisierung Ein wöchentliches Physik-Nachrichtenbulletin vom amerikanischen Institut für die Physik veranstaltet.
• Liste von Verbindungen zu ungelösten Problemen in der Physik, den Preisen und der Forschung.
• Ideen, die darauf basiert sind, was wir gern erreichen

würden

• SLAC 2004-Sommerinstitut: Die Größten Rätsel der Natur
• Gespaltene Persönlichkeit des Glases erklärt schließlich