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困人類數百年,物理最大的三個科學難題!解決任何一個,歷史留名

2024-08-07科學

在科學界,有些問題真是讓人撓頭。特別是在物理學領域,至少有60多個難題待解。我們可以把這些難題概括為「兩暗一黑三起源」。

首先,「兩暗」指的是暗物質和暗能量。這兩個可能是科學中最緊迫的謎題,因為宇宙由物質構成,而暗物質和暗能量就占了全宇宙的95%!我們直接能感知的物質只占5%。要是想弄明白宇宙的全貌,暗物質和暗能量是繞不過去的坎。

雖然暗物質和暗能量名字聽著挺像,但它們的性質大相徑庭。暗物質不和電磁力以及強力打交道,但它參與重力和弱力作用。因為暗物質不發射電磁放射線,我們看不見也摸不著它。但是,由於暗物質具有重力作用,我們可以透過重力透鏡效應間接觀測到它的存在。現在有理論認為,大品質弱交互作用粒子可能就是冷暗物質的候選。

而暗能量的概念主要是為了解釋宇宙加速膨脹的現象。1998年,天文學家發現宇宙正在加速膨脹,這違背了我們對物理法則的所有理解。按理說,宇宙中的星系應該在重力作用下減速膨脹,但實際上宇宙膨脹的速度在加快。為了不拋棄廣義相對論這一精確的理論,科學家提出必須有一種我們看不見的額外能量,推動宇宙加速膨脹。這就是暗能量。

接著是「一黑」,也就是黑洞問題。雖然黑洞的存在已經透過觀測得到確認,但它們引出了資訊悖論的問題。宇宙中的虛粒子對會在真空中出現然後迅速湮滅,保證了能量守恒定律的成立。但如果其中一個虛粒子掉入黑洞,那麽它就無法與另一個湮滅,這看似打破了能量守恒。霍金提出,黑洞會將掉入的虛粒子轉化為實粒子,並放射線能量,這個過程被稱為霍金放射線。但這引發了一個問題:如果黑洞最終蒸發,消失的黑洞是否意味著其中包含的所有資訊也遺失了?這和量子力學的基本原則相沖突。

最後,「三起源」涉及宇宙起源、生命起源和意識起源的問題。宇宙是怎麽來的?我們說是從一個奇異點大霹靂而來,可這奇異點又是怎麽來的?科學家用正反物質對稱性破缺來解釋,但這只是把問題推到了更早的時間點,我們依然不知道對稱性為何會破缺。

生命起源看似有了答案,從簡單的有機分子到復雜的DNA鏈,再到細胞,這個過程科學可以解釋。但意識是怎麽來的?為什麽無意識的原子和分子一旦以某種方式組合,就能產生意識?目前科學界對於意識的起源還沒有確切的理論。

總之,這些問題不僅復雜,而且深奧,但正是這樣,科學才充滿了探索和挑戰的樂趣。