物理学将来的25个问题

1.宇宙起源:宇宙学观察显示宇宙正在膨胀。通过观察微波背景辐射和宇宙的大尺度结构，宇宙的历史可以追溯到非常早期的大爆炸。我们所知的基础物理，如广义相对论和粒子物理的标准模型，并不适用于此。为了理解宇宙的起源，有必要了解大爆炸时期的基本物理学。2.暗物质的本质:现代宇宙学观察表明，宇宙中存在暗物质和暗能量。但是它们的起源仍然是个谜。3.暗能量的本质。4.恒星和行星的形成:天体的形成是天体物理学中的一个重要问题。银河系中出现适合生物生存的行星的可能性有多大？广义相对论:广义相对论在所有尺度上都正确吗？6.量子力学:量子力学已经取得了巨大的成功，但是它描述了自然界的终极理论吗？也许它会在一个非常小的距离和非常复杂的系统中失败。它是否能用来描述整个宇宙仍然值得讨论。7.标准模型:粒子物理的标准模型无疑是极其成功的，但是人们并不理解夸克和轻子的质量混合以及中微子质量的物理起源。8.超对称性:有低能超对称性吗？超对称伴侣的质谱是什么？9.量子色动力学(QCD):量子色动力学能完全解决吗？弦理论:超弦理论是一种有望成功统一自然相互作用的理论，但它是什么呢？11.时间和空间的概念:什么是时间和空间？超弦理论可能最终会放弃时间和空间的概念。12.物理理论与环境有关吗:物理的基本参数和定律能被计算出来吗？还是仅仅由历史或量子几率决定，还是由人类选择的原则决定？风景的形象正确吗？13.物质的新状态:常规实验能检测到任何一般的非费米流体行为吗？14.复杂性:对于一般的复杂大系统，其固有的混沌特性决定了系统的不可预测性。如何使用计算方法来分析这样的系统并确定哪些特征？15.量子计算机:如何防止量子计算中的“退相干”？如何制造量子计算机？16.物理学应用:如何获得室温或高于室温的超导材料？如何用半导体等电子材料制造室温铁磁体？17.理论生物学:什么是生物学理论？理论物理学对生物学研究有帮助吗？你需要新的数学吗？如何描述一个生物表现出多时间尺度动力学的系统？18.基因组学:物理学家如何参与基因组的“解密”?有没有可能有一个定量的和可预测的进化理论？我们甚至可以直接从基因组“计算”一个有机体的形状吗？19.意识研究:记忆和意识背后的自组织原则是什么？有没有可能测量儿童早期意识的发生？什么时候？这是怎么发生的？如何衡量？我们能用“*意志”制造一台机器吗？20.计算物理:计算机能取代分析计算吗？如果是这样，未来物理学家的培训应该如何相应地改变？21.物理学的分化:物理学本身的发展越来越分化。如何面对这种情况？22.还原论:物理学的基本逻辑应该被怀疑吗？你保持开放的态度吗？“理论”应该发挥什么作用:“理论”应该只通过实验来判断对错，还是应该是从基本物理原理发展而来的对自然的“更高”理解水平，而不管它是否能在实践中实现？在复杂系统的详细描述中，如何评价物理学家一直坚持的数学的“简单”和“优美”原则？24.物理学未来发展的潜在危险:如何面对越来越大、越来越难实现的物理实验计划？在这种形式下，新的研究方法是什么？理论在探索自然中应该发挥什么作用？25.物理学仍然是最重要的科学吗？