物理学中的未解之谜（一）

据说在1900年，英国物理学家开尔文勋爵宣布：“物理学上没有新发现。剩下的就是越来越精确的测量。” 在三十年之内，量子力学和爱因斯坦的相对论彻底改变了这一领域。今天，没有物理学家敢于断言我们对宇宙的物理知识已接近完成。相反，每个新发现似乎都可以解开潘多拉魔盒中更大甚至更深层的物理问题。

混乱中有秩序吗？

物理学家无法完全解决描述流体行为的方程组，从水到空气再到所有其他液体和气体。实际上，还不知道所谓的运动方程的一般解是否存在，或者是否存在解，还是包含固有的未知点（称为奇点）。人们对混乱的本质没有很好的理解。物理学家和数学家想知道，天气仅仅是难以预测还是天生就无法预测？湍流会超越数学描述吗？还是用正确的数学解决湍流？

有平行宇宙吗？

天体物理数据表明，时空可能是“平坦的”，而不是弯曲的，因此它会永远持续下去。如果是这样，那么我们可以看到的区域（我们认为是“宇宙”）只是无限大的“ 裂缝多元宇宙”中的一个斑块。同时，量子力学定律规定，每个宇宙补丁中只有有限数量的可能粒子构型。因此， 无穷大宇宙补丁，其中的粒子排列被迫重复-无限多次。这意味着存在着无限多个平行的宇宙：与我们的宇宙完全相同的宇宙斑块（包含与您完全一样的某个人），以及仅一个粒子位置不同的斑块，即两个粒子位置不同的斑块，依此类推直至与我们完全不同的补丁。

这个逻辑有什么问题吗，或者它的奇怪结果是真的？如果是真的，我们怎么可能检测到平行宇宙的存在？

为什么会有时间箭？

时间之所以向前发展，是因为宇宙的一种性质被称为“熵”（大致定义为无序程度）只会增加，因此，在产生熵之后，没有办法扭转熵的上升。熵增加的事实是一个逻辑问题：粒子的无序排列比有序排列更多，因此随着事物的变化，它们倾向于陷入混乱。但是这里的根本问题是，为什么熵在过去这么低？换句话说，为什么当一小部分空间内充斥着大量的能量时，宇宙在开始时为什么会如此有序？

什么是暗能量？

不管天体物理学家如何计算数字，宇宙都不会累加。即使重力在时空上向内拉，它仍在不断向外扩张。为了解决这个问题，天体物理学家提出了一种看不见的物质，它通过将时空分开来抵消重力。他们称其为暗能量。在最广泛接受的暗能量模型中，它是一个“宇宙常数”：空间本身的固有属性，它具有“负压”驱动空间。随着空间的扩大，会产生更多的空间，并随之产生更多的暗能量。根据观察到的膨胀率，科学家知道所有暗能量的总和必须占宇宙总含量的70％以上。但是人类还没能力找到它。

什么是暗物质？

宇宙中约有84％的物质不会吸收或发射光。所谓的“暗物质”无法直接看到，也没有通过间接手段被发现。相反，暗物质的存在和性质是由其对可见物质，辐射和宇宙结构的引力作用推断出来的。人们认为这种阴影物质遍布星系的外围，可能由“弱相互作用的大颗粒”或WIMP组成。在全球范围内，有几种检测器正在寻找WIMP，但到目前为止，尚未发现任何一种。最近的一项研究表明，暗物质可能在整个宇宙中形成长而细的流，并且这种流可能像头发一样从地球辐射出去。

宇宙的命运是什么？

宇宙的命运很大程度上取决于一个未知值：Ω，是整个宇宙中物质和能量密度的度量。如果Ω大于1，则时空将像巨大球体的表面一样“封闭”。如果没有暗能量，那么这样的宇宙将最终停止扩张，而开始收缩，最终在被称为“大危机”的事件中自身崩溃。如果宇宙是封闭的，但有是暗能量，球形宇宙将永远膨胀。

或者，如果Ω小于1，则空间的几何形状将像鞍形表面一样“开放”。在这种情况下，它的最终命运是“大冰点”，然后是“大裂口”：首先，宇宙的向外加速会将星系和恒星撕裂，使所有物质变得冷酷而孤独。接下来，加速度将增长得如此之强，以至于无法抵消将原子束缚在一起的力的作用，并且一切都将被分崩离析。

如果Ω= 1，则宇宙将是平坦的，在各个方向上都像一个无限的平面一样延伸。如果没有暗能量，那么这样一个平面的宇宙将永远膨胀，但是会以不断减速的速度接近静止状态。如果有暗能量，那么扁平的宇宙最终将经历失控的膨胀，从而导致大爆炸。