令人抓狂的七大物理学问题

1.相对论

相对论是物理学中两个著名的理论之一，由阿尔伯特·爱因斯坦提出。1905年，爱因斯坦发表了他的狭义相对论，并确定了终极宇宙速度极限:光速，这意味着时间随着物体运动的速度而加速或减速。

1916年，爱因斯坦提出了广义相对论。这个理论基于狭义相对论。它主要解决了重力问题，并重新定义了我们对重力的理解——重力是由巨大的天体造成的时空扭曲。

广义相对论最能描述整个宇宙中星系和星系团的运动。它还预测了奇怪物体的存在，如黑洞和引力透镜，这是指光在弯曲的时间和空间中的弯曲。下图所示的阿贝尔-1689星系团因我们观察到的引力透镜效应而闻名。

Abel -1689

2.量子力学

量子力学是一个非常小的领域——亚原子粒子的主要物理理论。该理论形成于20世纪初，完全改变了科学家对物质组成的看法。在量子世界中，粒子不是“小球”，而是概率云嗡嗡作响、跳跃着。它们不仅仅存在于一个位置，也不会从A点到b点通过一条路径。根据量子理论，粒子的行为通常就像波一样。用来描述粒子行为的“波函数”预测粒子的可能特征，如位置和速度，而不是实际特征。物理学中一些奇怪的想法，如纠缠和不确定性原理，源于量子力学。

3.弦理论

弦理论(及其升级的超弦理论)认为所有亚原子粒子都不是小点，而是像橡皮筋一样的线。粒子类型之间的唯一区别是弦振动的频率差异。弦理论主要试图解决看似不相容的两大物理理论——量子力学和广义相对论——并希望创造一个描述整个宇宙的“万物理论”。然而，这个理论很难检验，并且需要对我们目前描述的宇宙进行一些调整，也就是说，宇宙的时空维度必须比我们所知道的四维空间更多。科学家们认为，这些隐藏的维度可能卷得很小，以至于我们没有发现它们。

4.奇异

奇点指的是时空开始无限弯曲的点。科学家认为黑洞中心存在一个奇点。奇点可能是宇宙从大爆炸开始的起点。例如，在黑洞里，所有恒星的质量都被压缩在一个狭窄的空间里，甚至可能变成一个点。现代物理理论认为这一点是无限密集的，尽管科学家认为这是广义相对论和量子力学不一致导致物理学崩溃的结果。事实上，科学家怀疑奇点非常密集，但不是无限密集。

5.测不准原理

德国物理学家海森堡在1927年提出的测不准原理是量子力学的产物。这一原理表明，精确确定粒子的位置和动量是有限度的，例如原子周围的电子。这种不确定性来自两个因素。首先，测量某事物的行为将不可避免地干扰该事物，从而改变其状态。第二，因为量子世界不是特定的，而是基于概率的，所以在精确确定粒子的状态方面有更深刻和更基本的限制。

6.薛定谔的猫

薛定谔的猫是奥地利物理学家薛定谔在1935年提出的一个理想实验的名字。它描述了量子力学的真理:只有测量外力迫使粒子做出选择，才能确定粒子的某些性质。整个实验是这样进行的:盒子里有一只猫和少量的放射性物质。在一个小时内，放射性物质有50%的可能性会衰变并释放有毒气体来杀死猫。剩下的50%的可能性是放射性物质不会腐烂，猫会活下来。

根据经典物理学，这两个结果中的一个必然会发生在盒子里，外部观察者只有打开盒子才能知道里面的结果。但是在量子力学这个奇怪的世界里，猫是死是活必须在盒子打开后由外部观察者来“测量”。当盒子处于关闭状态时，整个系统仍然不确定。猫既死又活。这个实验旨在展示奇怪的量子力学，当它从粒子中扩展宏观物体如猫时，这听起来很荒谬。

7.量子纠缠

纠缠是量子力学最著名的预测。它描述了两个相互缠绕的粒子。即使它们相距很远，一个粒子的行为也会影响另一个粒子的状态。当其中一个被操作(例如量子测量)并且状态改变时，另一个将立即改变相应的状态。

阿尔伯特·爱因斯坦称量子纠缠为“远距离的怪异行为”但这不仅仅是一个奇怪的预测，而是一个已经在实验中获得的现象，比如科学家在室温下向两颗纠缠在一起的小钻石发射激光(下图中为绿色)。科学家们希望量子计算机能够在未来被制造出来，将粒子纠缠用于超高速计算。