物理中的一些难题

物理中所说的世界八大难题是什么？~

难题一：什么是暗物质
我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4％。各种测算方法都证实，宇宙的大部分是不可见的。
最有可能的暗物质成分是中微子或其他两种粒子： neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到。据认为，这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光，但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来。


难题二：什么是暗能量
宇宙学最近的两个发现证实，普通物质和暗物质还不足以解释宇宙的结构。还有第三种成分，它不是物质而是某种形式的暗能量。
这种神秘成分存在的一个证据，来源于对宇宙构造的测量。爱因斯坦认为，所有物质都会改变它周围时空的形状。因此，宇宙的总体形状由其中的总质量和能量决定。最近对大爆炸剩余能量的研究显示，宇宙有着最为简单的形状——是扁平的。这也反过来揭示了宇宙的总质量密度。但天文学家在将所有暗物质和普通物质的可能来源加起来之后发现，宇宙的质量密度仍少了2／3。


难题三：从铁到铀的重元素如何形成
暗物质和可能的暗能量都生成于宇宙初始时期——氢、锂等轻元素形成的时候。较重的元素后来形成于星体内部，核反应使质子和中子结合生成新的原子核。比如说，四个氢核通过一系列反应聚变成一个氢核。这就是太阳发生的情况，它提供了地球需要的热量。
当核聚变产生比铁重的元素时，就需要大量的中子。因此，天文学家认为，较重的原子形成于超新星爆炸过程中，其中有大量现成的中子，尽管其成因还不清楚。最近，一些科学家已确定，至少一些最重的元素，如金、铅等，是形成于更强的爆炸中，当两颗中子星——微型的、燃烧后的星球遗骸——相撞塌陷成为黑洞时。


难题四：中微子有质量吗
不久前，物理学家还认为中微子没有质量，但最近的进展表明，这些粒子可能也有些许质量。任何这方面的证据也可以作为理论依据，找出4种自然力量中的3种——电磁、强力和弱力——的共性。即使很小的重量也可以叠加，因为大爆炸留下了大量的中微子。



难题五：超高能粒子从哪里来
太空中能量最大的粒子，其中包括中微子、Y射线光子和其他各种形式的亚原子榴征弹都称作字宙射线。它们无时无刻不在射向地球；当你读这篇文章的时候，可能正有几个穿过你的身体。宇宙射线的能量如此之大，以至于它们必须是在大灾变造成的宇宙加速活动中产生。科学家估计的来源是：创世大爆炸本身、超新星撞成黑洞产生的冲击波，以及被吸人星系中央巨大黑洞时的加速物质。了解这些粒子的来源以及它们如何得到如此巨大的能量，将有助于研究这些物体的活动情况。


难题六：超高温度和密度之下是否有新的物质形态
在能量极大的情况下，物质经历一系列的变化，原子分裂成其最小的组成部分。这些部分就是基本的粒子，即夸克和轻子，据目前所知它们不能再分成更小的部分。夸克性质极其活跃，在自然状态下无法单独存在。它们会与其他夸克组成光子和中子，两者再与轻子结合形成整个原子。
这都是现有科学可以推测的，但当温度和密度上升到地球上的几十亿倍时，原子的基本成分有可能会完全分离开来。形成夸克等离子体和将夸克聚合在一起的能量。物理学家正尝试在长岛的一台粒子对撞机中创造物质的这种形态，即一种夸克一胶子等离子体。在远远超过这些科学家在实验室中所能创造出的更高温度和压力之下，等离子体可能变成一种新的物质或能量形式。这种阶段性变化可能揭示自然界的新力量。
要使这些力量结合起来，就必须要有一种新的超大粒子——规范玻色子，如果它存在的话，就可以使夸克转变为其他粒子，从而使每个原子中心的光子衰变。假如物理学家证明光子能够衰变，那么这一发现就会证明有新力量的存在。


难题七：光子是不稳定的吗
如果你担心组成你的光子会分解蜕变，将你变成一堆基本粒子和自由能量，那大可不必为此着急。各种观察和试验表明，光子的稳定时间至少在10的33次方年。然而，许多物理学家认为，如果这三种原子力确实是单个统一场的不同表现形式，前文所说的神秘变化的超大玻色子就会不时从夸克中演化出来，使夸克及其组成的光子衰退。
如果一开始你认为这些物理学家脑子出了毛病，那也是情有可原的，因为按理说微小的夸克不可能生成比它重这么巨大倍数的玻色子。但根据海森伯的测不准原理，我们不可能同时知道一个粒子的动量和位置，这就间接使这样一个大胆命题可以成立。因此，一个巨大的玻色子在一个夸克中生成，在很短时间内形成一个光子并使光子衰变是可能的。


难题八：有几维空间
对重力真正性质的研究也会带来这样的疑问：空间是否不仅仅限于我们能轻易观察到的四维。
这就将我们引向了一些线性理论学家对重力的解释，其中就包括其他维的空间。开始的宇宙线性理论模型将重力和其他三种力在复杂的11维宇宙中结合起来。在那个字宙——也就是我们宇宙中——其中的7维隐藏在超乎想像的微小空间中，以至于我们无法觉察到。弄懂这些多维空间的一个办法是，想像一个蛛网的一根丝。用肉眼来看，这根细丝只是一维的，但在高倍放大镜下，它就分解成了一个有相当宽度、广度和深度的物体。线性理论学家说，我们之所以看不见其他维的空间，只是因为缺少能将它们分解的精密仪器。

1.表达物理世界特征的所有（可测量的）无量纲参数原则上是否都可以推算，或者是否存在一些仅仅取决于历史或量子力学偶发事件，因而也是无法推算的参数？
爱因斯坦的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择？想象上帝坐在控制台前，准备引发宇宙大爆炸．“我该把光速定在多少”？“我该让这种名叫电子的小点带多少电荷”？“我该把普朗克常数--即决定量子大小的参数--的数值定在多大”？他是不是为了赶时间而胡乱抓来几个数字？抑或这些数值必须如此，因为其中深藏着某种逻辑？
2. 量子引力如何帮助解释宇宙起源？
现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论．前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理论．很久以来，物理学家希望合二为一，得到一种“万物至理”--即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的．实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫M理论--这是其名称的最新“升级版”，M代表“魔法”、“神秘”或“所有理论之母”．
3. 质子的寿命有多长，如何来理解？
以前人们认为质子与中子不同，它永远不会分裂成更小的颗粒．这曾被当成真理．然而在70年代，理论物理学家认识到，他们提出的各种可能成为“大一统理论”--该理论把除引力外的所有作用力汇于一炉--的理论暗示：质子必须是不稳定的．只要有足够长的时间，在极其偶然的情况下，质子是会分裂的．
办法是捕捉到正在死去的质子．许多年来，实验人员一直在地下实验室中密切注视大型的水槽，等待着原子内部质子的死去．但迄今为止质子的死亡率是零，这意味着要么质子十分稳定，要么它们的寿命很长--估计在10亿亿亿亿年以上．
4. 自然界是超对称的吗？如果是，超对称性是如何破灭的？
许多物理学家认为，把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种差异极大的粒子实际上存在密切的关系，这种关系就是所谓的超对称现象．第一种粒子是费密子，可以把它们粗略地说成是物质的基本组件，就像质子、电子和中子一样．它们聚集在一起组成物质．另一种粒子是玻色子，它们是传递作用力的粒子，类似于传递光的光子．在超对称的条件下，每一个费密子都有一个与之对应的玻色子，反之亦然．
物理学家有杜撰古怪名字的冲动，他们把所谓的超级对称粒子称为“sparticle”．但由于在自然界中还没有观察到sparticle，物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的原因：随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态，在其诞生之际所存在的数学上的完美被打破了．
5. 为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数？
这只是因为还没有想到一个可以接受的答案，只是因为除了上下、左右、前后，人们无法想像在更多的方向上运动．这并不意味着宇宙原本就是这样的．实际上，根据超弦理论，肯定还存在着另外六个维数，每一维都呈卷曲状，十分微小，因而无法察觉．如果这一理论是正确的，那么为什么只有这三个维数是伸展开来的，留给我们这个相对幽闭恐怖的空间呢？
6. 为什么宇宙常数有它自身的数值？它是否为零，是否真正恒定？
直到最近，宇宙学家仍然认为宇宙是以一个稳定的速度在膨胀．但最近的观察发现，宇宙可能膨胀得越来越快．人们用一个叫宇宙常数的数字来描述这种轻微的加速．这个常数是否如人们早期所认为的是零，或者是一个非常小的数值，物理学家现在还无法做出解释．根据一些基本计算，这个常数应该很大--是我们观测结果的大约10到122倍．换句话说，宇宙应该以跳跃般的速度在膨胀．而实际情况并非如此，肯定有什么机制在压制这种作用．如果宇宙真是超对称性的，那宇宙常数就该被完全抵消掉．但这种对称性--如果确实存在的话--看来已经破灭．如果这个常数随时间的变化而变化的话，那情况就更加复杂了．
7. M理论的基本自由度（M理论的低能极限是11维的超引力，它包含5种相容的超弦理论）是多少？这一理论理否真实地描述了自然？
多年来，超弦理论最大的弱点是它有5个不同的版本．到底哪一个--如果有的话--描述了宇宙？反对这一理论的人最近已经接受了被称为M理论的最主要的11维理论框架．但情况却因此变得更加复杂．
在M理论前，所有的亚原子粒子都被说成是由微小的超弦组成的．M理论给组成亚原子的物质谱加了一种叫做“膜”（brane）的更为神秘的物质，它就像生理学上的膜一样，但最多有9个维数度．现在的问题是，什么是更基本的物质组成单位，是膜组成了弦还是刚好相反？或者另外存在着一些更基本的物质单位，只是人们没有想到罢了？最后，这两种东西中是否有一种确实存在，或者M理论仅仅是一种迷人的大脑游戏？
8. 黑洞信息悖论的解决方法是什么？
根据量子理论，信息--无论它描述的是粒子运动的速度还是油墨颗粒组成文件的确切方式--是不会从宇宙中消失的．但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒡芬·霍金却提出了一个固定的假设：如果你把一本大不列颠百科全书扔进黑洞中去，将会发生什么事？宇宙中是否有其他同样的百科全书是无关紧要的．正如物理学中所定义的，信息并不等同于含义，信息仅指二进制的数字，或是一些其他的代码，它被用来精确地描述一个物体或一种方式．所以看起来那些特定的书本里的信息将被吞没，并永远地消失．但人们觉得这是不可能的．
霍金博士和索恩博士相信那些信息确实消失了，而量子力学必须对此作出解释．普雷希尔博士推测信息其实并没有消失；它也许以某种形式显示于黑洞的表面，如同在一个宇宙中的银幕上．
9. 何种物理学能够解释基本粒子的重力与其典型质量之间的巨大差距？
换言之，为什么重力比其他的作用力（如电磁力）要弱得多？一块磁铁能够吸起一个回形针，即使整个地球的引力在把它往下拉．
根据最近的一种说法，重力实际上要大得多．它仅仅是看上去比较弱而已，因为大部分重力陷入了某一个额外的维数度之中．如果我们可以用高能粒子加速器俘获全部的重力，也许就有可能制造出微型黑洞．虽然这看上去会引起固体垃圾处理业的兴趣，但这些黑洞很可能刚一形成就消失了．
10. 我们能否定量地理解量子色动力学中的夸克和胶子约束以及质量差距的存在？
量子色动力学（QCD）是描述强核子力的理论．这种力由胶子携带，它把夸克结合成质子和中子这样的粒子．根据量子色动力学理论，这些微小的亚粒子永远受到约束．你无法把一个夸克或胶子从质子中分离出来，因为距离越远，这种强作用力就越大，从而迅速地把它们拉回原位．
但物理学家还没有最终证明夸克和胶子永远不能逃脱约束．他们也不能解释为什么所有能感受强作用力的粒子必须至少有一丁点儿的质量，为什么它们的质量不能为零．一些人希望M理论能提供答案，这一理论也许还能进一步阐明重力的本质．

单位面积所受压力的大小叫压强,其反映压力的作用效果，公式为P=F/S(普式公式，固液气题都可以）,圆柱体，正方体可推的公式P=pgh（密度*g*高度），液体内部压强P=pgh（密度*g*深度），其侧面压强产生是液体的流动性，底部压强产生为水受重力，气体有大气压，10100Pa（压强单位，帕斯卡N/M2)其于高度，气温等有关。至于为什么力的作用是相互的，是因为物体受力会产生形变等物理效应，从而发生形变，产生弹力（包括常见的支持力）。分子间隙变小，而他们中会有斥力保持一定的单位长度，于是产生力，所以施力物体和受力物体所受的力大小相等，方向相反．这相见牛顿第二定律，也可借鉴。

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勐腊县14732998587： 物理学十大难题(未解决)都有哪些? - ？
蒲善复方：[答案] 1.表达物理世界特征的所有(可测量的)无量纲参数原则上是否都可以推算,或者是否存在一些仅仅取决于历史或量子力学偶发事件,因而也是无法推算的参数? 爱因斯坦的表述更为清楚:上帝在创造宇宙时是否有选择?想象上帝坐在控制台前,...

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勐腊县14732998587： 物理难题,高手来 - ？
蒲善复方： 首先坦言,我这是转载的.希望对你有帮助.热水先结冰.开水比凉水先结冰 姆潘巴的问题——开水比凉水先结冰的奥秘 如果向你提问:“同样多的开水和冷水一同放进冰箱里,哪个先结冰?”,你很可能带着讥笑回答:“当然是冷水了!”错...

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蒲善复方：[答案]五、实验、探究题:(29分) 1.如图1所示,甲为用刻度尺测量一物块的长度,则物块的长度为____cm.乙体温计所示温... 金属块的体积V=V2-V1(cm2) 金属块密度ρ(g/cm3) 7.(7分)给你一些豆浆,请你自选器材,并设计实验步骤,测出豆浆的密度....

勐腊县14732998587： 物理中有什么难以解答的问题?？
蒲善复方： 经典力学是普通物理的基础,力学学好了一切就好学了,如果说关于物理的难题很多,比如说无线电,单片机,空间物理,原子物理等都不简单.

勐腊县14732998587： 物理4大难题是哪4大? - ？
蒲善复方： 5个物理学难题 刚看到的 1.表达物理世界特征的所有(可测量的)无量纲参数原则上是否都可以推算,或者是否存在一些仅仅取决于历史或量子力学偶发事件,因而也是无法推算的参数? 2. 量子引力如何帮助解释宇宙起源? 现代物理学的两大...

勐腊县14732998587： 物理中的难题？
蒲善复方： ＂大气压强＂是描述大气对物体表面压力的物理量,越高的地方,大气压强越小.

勐腊县14732998587： 物理难题 - ？
蒲善复方： 解;(1)【设水平向右为正方向】,有:I=mAv0 ①代入数据得:v=3.0m/s ②上面这部分就不解释了 【设水平向右为正方向】这个比较重要,因为力和动量都与方向有关,所以下面的推导中的正负号...

勐腊县14732998587： 急、、、、、初二物理难题!一个实心圆球分内外两层,有不同物质构成,内层半径是整个球半径的一半,内层质量与外层之比为4:5,求内、外两种物质的... - ？
蒲善复方：[答案] V内=4π(R/2)^3/3=πR^3/6 V外=4πR^3/3-4π(R/2)^3/3=7πR^3/6 根据 p=M/V 得 p内:p外=28:5