困擾人類100年，物理學(xué)最大的三個難題！解決任何一個，必得諾獎

如今科學(xué)界還存在很多難以解決的問題，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，一黑就是黑洞問題，三起源就是宇宙起源，生命起源和意識起源。

暗物質(zhì)和暗能量問題之所以要放到最前面，這可能也是最迫切需要解決的問題。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。

很多人一聽到暗物質(zhì)和暗能量就以為這兩個差不多。其實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力，但是會參與引力和弱力。暗物質(zhì)由于沒有電磁輻射，所以我們也看見，摸不著它，但由于暗物質(zhì)有引力作用，我們可以通過引力透鏡效應(yīng)間接觀測到它的存在。暗物質(zhì)之所以也可能參與弱力，是因為現(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。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。如果沒有一種額外的事物推動宇宙加速膨脹，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下，宇宙依舊會膨脹，但是引力對這種膨脹會起到反制作用。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就否定了現(xiàn)有的猜測，要么目前的引力理論有問題，要么就得引入全新的概念支持這種加速膨脹。如果說現(xiàn)有引力理論有問題，那很多物理學(xué)家接受不了，廣義相對論在預(yù)測引力現(xiàn)象時特別精確，比如水星進(jìn)動，引力波，引力透鏡等等。所以在不考慮廣義相對論存在問題的情況下，只能假設(shè)宇宙中存在一種，我們看不見的額外能量推動著宇宙加速膨脹，這就是暗能量。

一黑問題就是黑洞問題

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

我們知道，宇宙中是不存在絕對真空的，這主要是因為真空中總會冒出虛粒子對，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。問題是這種虛粒子對的憑空誕生和湮滅在宇宙空間中每個角落都存在。

那黑洞視界周圍的空間也不例外，這就會導(dǎo)致虛粒子對憑空出現(xiàn)之后，其中一個掉入黑洞，那就徹底不能于另一個虛粒子湮滅了。

這樣一來，虛粒子從真空借的能量就無法還回去了，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。

為了解決這個問題，霍金就認(rèn)為，掉入黑洞內(nèi)的虛粒子會變成實粒子，就會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，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，輻射而來的。這也就是霍金輻射。按照霍金輻射的說法，黑洞從誕生到最后徹底蒸發(fā)掉，就會出現(xiàn)信息悖論。

因為黑洞徹底蒸發(fā)掉，我們只能得知黑洞的的總質(zhì)量，總電荷和總動量。但是不同初始狀態(tài)的黑洞，最后也會變成相同的總質(zhì)量，總電荷和總動量。這是什么意思呢，也就是說黑洞起始狀態(tài)或許并不一樣，但是最終結(jié)果可能會一樣，我們就無法通過最終結(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也是一大難題，按照現(xiàn)有理論的預(yù)測，黑洞的奇點體積無限小，密度無限大，那引力也就會無限大，而在廣義相對論中，引力越強，時間越慢，在無限強的引力作用下，時間也會變得無限慢，這就導(dǎo)致所有物理法則對黑洞奇點的描述都是失效的。既然所有的理論失效，所以我們也就永遠(yuǎn)無法了解黑洞奇點的真正情況。

對于三起源問題，也就是宇宙起源，生命起源和意識起源。

目前宇宙起源問題依舊超出科學(xué)的邊界，因為按照大爆炸理論，宇宙是起源于奇點大爆炸，而奇點則起源于無。

至于為什么會出現(xiàn)無中生有這樣的現(xiàn)象。現(xiàn)在物理學(xué)界用正反物質(zhì)對稱性破缺解釋這個問題，也就是說，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)對稱性會破缺，即便找到原因，那這個原因的原因又是什么。所以宇宙起源問題貌似永遠(yuǎn)獨立于科學(xué)之外。

對于生命起源，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分子，有機分子然后不斷擴(kuò)張，隨即形成更大的DNA聚合鏈，以及細(xì)胞。但是生命產(chǎn)生意識這個問題起源已經(jīng)無解。

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