困擾人類(lèi)100年，物理學(xué)最大的三個(gè)難題！解決任何一個(gè)，必得諾獎(jiǎng)

如今科學(xué)界還存在很多難以解決的問(wèn)題，光物理學(xué)界就存在至少60多種 難題。但是這些難題在廣義上可以總結(jié)成一句話：那就是兩暗，一黑，三起源。

兩暗是暗物質(zhì)和暗能量，一黑就是黑洞問(wèn)題，三起源就是宇宙起源，生命起源和意識(shí)起源。

暗物質(zhì)和暗能量問(wèn)題之所以要放到最前面，這可能也是最迫切需要解決的問(wèn)題。畢竟宇宙都是由物質(zhì)構(gòu)成的，而暗物質(zhì)和暗能量就占據(jù)全宇宙物質(zhì)的95%，人類(lèi)可以直接感知的物質(zhì)才占5%，所以要想了解宇宙全貌就必須搞清楚暗物質(zhì)和暗能量。

很多人一聽(tīng)到暗物質(zhì)和暗能量就以為這兩個(gè)差不多。其實(shí)這兩者除了名字比較像，性質(zhì)完全不同。

暗物質(zhì)只是不參與電磁力和強(qiáng)力，但是會(huì)參與引力和弱力。暗物質(zhì)由于沒(méi)有電磁輻射，所以我們也看見(jiàn)，摸不著它，但由于暗物質(zhì)有引力作用，我們可以通過(guò)引力透鏡效應(yīng)間接觀測(cè)到它的存在。暗物質(zhì)之所以也可能參與弱力，是因?yàn)楝F(xiàn)在物理學(xué)界認(rèn)為，大質(zhì)量弱相互作用粒子，可能就是冷暗物質(zhì)的候選粒子。

而暗能量的提出主要是為了解決1998年天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹的事實(shí)。宇宙加速膨脹是基礎(chǔ)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象明顯違背現(xiàn)有所有的物理法則。如果沒(méi)有一種額外的事物推動(dòng)宇宙加速膨脹，那么宇宙中的星系應(yīng)該在引力的作用下減速膨脹。

在大爆炸余威的推動(dòng)下，宇宙依舊會(huì)膨脹，但是引力對(duì)這種膨脹會(huì)起到反制作用。所以理論上，宇宙應(yīng)該是減速膨脹的，直到停止膨脹，然后又收縮在一起。

但加速膨脹的客觀事實(shí)就否定了現(xiàn)有的猜測(cè)，要么目前的引力理論有問(wèn)題，要么就得引入全新的概念支持這種加速膨脹。如果說(shuō)現(xiàn)有引力理論有問(wèn)題，那很多物理學(xué)家接受不了，廣義相對(duì)論在預(yù)測(cè)引力現(xiàn)象時(shí)特別精確，比如水星進(jìn)動(dòng)，引力波，引力透鏡等等。所以在不考慮廣義相對(duì)論存在問(wèn)題的情況下，只能假設(shè)宇宙中存在一種，我們看不見(jiàn)的額外能量推動(dòng)著宇宙加速膨脹，這就是暗能量。

一黑問(wèn)題就是黑洞問(wèn)題

可能大家會(huì)疑惑，黑洞不是都已經(jīng)被天文觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了嗎，這不是已經(jīng)證實(shí)黑洞的存在了嗎？怎么還有什么難題。其實(shí)黑洞是否存在，本身就不是啥問(wèn)題，科學(xué)界早就確信黑洞的存在，問(wèn)題就在于黑洞會(huì)導(dǎo)致信息悖論。

我們知道，宇宙中是不存在絕對(duì)真空的，這主要是因?yàn)檎婵罩锌倳?huì)冒出虛粒子對(duì)，這些虛粒子的能量是憑空從真空借的，它們很快就得湮滅將能量還給真空，不然能量守恒定律就被打破了。問(wèn)題是這種虛粒子對(duì)的憑空誕生和湮滅在宇宙空間中每個(gè)角落都存在。

那黑洞視界周?chē)目臻g也不例外，這就會(huì)導(dǎo)致虛粒子對(duì)憑空出現(xiàn)之后，其中一個(gè)掉入黑洞，那就徹底不能于另一個(gè)虛粒子湮滅了。

這樣一來(lái)，虛粒子從真空借的能量就無(wú)法還回去了，留在黑洞視界外面的粒子就好像憑空獲得了能量，那能量守恒定律豈不是被打破了。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，霍金就認(rèn)為，掉入黑洞內(nèi)的虛粒子會(huì)變成實(shí)粒子，就會(huì)額外多出一部分能量，為了不違背能量守恒定律，那黑洞就必須把這部分能量吐出來(lái)，所以留在黑洞視界外的粒子憑空獲得的能量，就一定是從黑洞自身的能量，輻射而來(lái)的。這也就是霍金輻射。按照霍金輻射的說(shuō)法，黑洞從誕生到最后徹底蒸發(fā)掉，就會(huì)出現(xiàn)信息悖論。

因?yàn)楹诙磸氐渍舭l(fā)掉，我們只能得知黑洞的的總質(zhì)量，總電荷和總動(dòng)量。但是不同初始狀態(tài)的黑洞，最后也會(huì)變成相同的總質(zhì)量，總電荷和總動(dòng)量。這是什么意思呢，也就是說(shuō)黑洞起始狀態(tài)或許并不一樣，但是最終結(jié)果可能會(huì)一樣，我們就無(wú)法通過(guò)最終結(jié)果推導(dǎo)出黑洞的初始信息，這就導(dǎo)致黑洞初始的所有的信息就會(huì)徹底丟失。就明顯違背了量子力學(xué)的核心準(zhǔn)則。

還有就是黑洞中心的奇點(diǎn)也是一大難題，按照現(xiàn)有理論的預(yù)測(cè)，黑洞的奇點(diǎn)體積無(wú)限小，密度無(wú)限大，那引力也就會(huì)無(wú)限大，而在廣義相對(duì)論中，引力越強(qiáng)，時(shí)間越慢，在無(wú)限強(qiáng)的引力作用下，時(shí)間也會(huì)變得無(wú)限慢，這就導(dǎo)致所有物理法則對(duì)黑洞奇點(diǎn)的描述都是失效的。既然所有的理論失效，所以我們也就永遠(yuǎn)無(wú)法了解黑洞奇點(diǎn)的真正情況。

對(duì)于三起源問(wèn)題，也就是宇宙起源，生命起源和意識(shí)起源。

目前宇宙起源問(wèn)題依舊超出科學(xué)的邊界，因?yàn)榘凑沾蟊ɡ碚摚钪媸瞧鹪从谄纥c(diǎn)大爆炸，而奇點(diǎn)則起源于無(wú)。

至于為什么會(huì)出現(xiàn)無(wú)中生有這樣的現(xiàn)象。現(xiàn)在物理學(xué)界用正反物質(zhì)對(duì)稱性破缺解釋這個(gè)問(wèn)題，也就是說(shuō)，宇宙起初正反物質(zhì)一樣多，但是由于未知的原因，正反物質(zhì)對(duì)稱性突然失衡，導(dǎo)致正物質(zhì)多于反物質(zhì)，所以正物質(zhì)就沒(méi)有足夠的反物質(zhì)可以與其湮滅，這樣才導(dǎo)致宇宙發(fā)生大爆炸。

但是這種解釋也只是將宇宙大爆炸的因果推前了一步，我們依舊不知道為什么正反物質(zhì)對(duì)稱性會(huì)破缺，即便找到原因，那這個(gè)原因的原因又是什么。所以宇宙起源問(wèn)題貌似永遠(yuǎn)獨(dú)立于科學(xué)之外。

對(duì)于生命起源，現(xiàn)在貌似已經(jīng)有了比較好的答案，那就是分子在化學(xué)鍵的作用下先形成有機(jī)分子，有機(jī)分子然后不斷擴(kuò)張，隨即形成更大的DNA聚合鏈，以及細(xì)胞。但是生命產(chǎn)生意識(shí)這個(gè)問(wèn)題起源已經(jīng)無(wú)解。

問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)就在于，為什么一群沒(méi)有意識(shí)的原子和分子以某種方式組合在一起就會(huì)誕生意識(shí)。意識(shí)到底是起源于分子層面，原子層面還是量子層面。意識(shí)的本質(zhì)到底是獨(dú)立于物質(zhì)之外還是物質(zhì)堆積形成的演生效應(yīng)。對(duì)于意識(shí)，科學(xué)界貌似沒(méi)有任何合適的理論可以解釋。