这可不是错觉：顶级科学家们透露是什么使他们在凌晨辗转难眠。

几天前，在加拿大滑铁卢的圆周理论物理研究所（Perimeter Institute）挤满人的礼堂前，科学家们被问了一个问题：“什么使你彻夜难眠？”

这个讨论是趣味物理学活动“量子到宇宙”（Quantum to Cosmos）的一个环节，这个为期10天的活动在周日结束。

尽管大部分科学家都说他们睡得很好，但在这个环节中，我们发现了七个关键谜团，详情请点击here。

为什么是这个宇宙？

在研究自然界基本法则时，物理学家长久以来走着同一个套路：说明为什么宇宙是我们看到的这个样子。如果存在其他法则，拥有这些法则的宇宙会不会存在于其他地方？“也许我们找不到可替代的其他宇宙。”加州理工学院（Caltech）的Sean Carroll说，“但也许我们能？”Carroll觉得自然很可能允许拥有不同法则的宇宙的存在。“因此，对于我们这个宇宙，问题是为什么是这些法则而不是其他？”

万物是由什么构成的？

现在我们很清楚，一般物质——原子、恒星和星系——只占了宇宙总能量的区区4%。另外96%使密歇根大学的物理学家Katherine Freese着了迷。Freese兴奋地发现，这个问题中的一部分即暗物质（dark matter）的性质，可能是解答的关键。她指出，NASA的费尔米卫星等发回的最新数据证明了我们所处星系中的暗物质微粒以可观测的速率互相毁灭，从而释放能量。但是暗能量可能加快宇宙的扩张速度这一发现，带来了更多谜团，短期内无法解开。这些谜团包括暗能量的本质，以及为什么它的量值这么小，使得星系和恒星有机会形成和生命出现。

复杂现象是怎么发生的？

从不可预测的经济市场活动到惰性物质中生命的出现，芝加哥大学的物理学家及应用数学家Leo Kadananoff发现复杂系统中最吸引人的问题。Kadanoff担心如果粒子学家和宇宙学家只关注“超小”及“超大”，他们可能错过一个重要的信息。“我们依然不知道普通的窗玻璃是怎么保持形状和效用的。”Kadanoff说，“对常见物品的研究同样很重要。”他认为，只有充分理解了简单要素和简单反应是怎样引起复杂现象，才能理解生命本身。

弦论最终能被证实吗？

剑桥物理学家David Tong对弦论的数学之美着迷了，弦论认为，我们观察到的基本微粒不是粒子，而是细小的弦。但是他承认，当他意识到他可能终生无法弄明白弦论是否正确时，他进入了哲学的死胡同。即便有大型强子对撞机和普朗克卫星这样的实验为我们揭示新的物理世界，也无法为弦论提供任何确凿的依据。Tong感到安稳，因为弦论方法能用于稍微不基础些的问题，比如夸克和异金属的活动时。“这是个有用的理论，”他说，“因此我在尝试研究它。”

个体是什么？
对宇宙学家和圆周理论物理研究所的所长Neil Turok来说，最大的谜团是一切的起因即大爆炸。传统理论认为宇宙初期是极度炎热和紧密的，现在所知的物理法则都不起作用。“我们不知道怎么形容，”Turok说，“谁能无视那个情况而提出一个万能理论呢？”Turok很看好弦论和相关的全息原理，即一个三维个体能被转换为算数上更易处理的二维个体（暗示第三维和重力本身是虚幻的）“这些工具提供了思考问题的新方法，在数学角度上非常令人满意。”

现实究竟是什么？
物质世界，某种程度上，是无法理解的，但是维也纳大学的物理学教授Anton Zeilinger坚定地认为物理学家们只抓住了较大概念的表面。Zeilinger专注于量子实验，证明了观察者对于现实的塑造有明显影响。“也许当我们意识到现实、知识和我们的行为之间关系的时候，我们才能有所突破。”这个概念很令人费解，但是在实践中得到了证明。Zeilinger和其他人证实了被大力分散的粒子有时会出现联系着的量子状态，因此观察其中一个会影响另一个的结果。没有人清楚为什么当我们观察宇宙时，宇宙似乎有感觉。

物理学能走多远？
也许最大的问题是，自从伽利略和开普勒环形山时代以来揭示了许多宇宙知识的探索过程是否已经快到头了。“我担心我们已经到达了观察科学的极限，”亚利桑那州大学的Lawrence Krauss说。Krauss尤其想知道，是否需要关于其他宇宙的知识，比如Carroll所说的那些，来理解为什么我们的宇宙是现在这样。如果这样的知识无法获得，可能我们对宇宙的理解就到此为止了。

Turok认为这正是圆周理论物理研究所存在的理由，为了让世界最聪明的年轻人们不受拘束地思考。通过为创造性思维提供环境，也许能避免物理学的末路。“我们习惯认为理论物理是偶然的，”Turok说，“我们需要思考，是否有更好的方法来促进理解和发现。”

可能所有烦恼的物理学家最终能休息下——或者至少能烦恼些更普通的事情。

“量子到宇宙”节日可以在线观看。

265 天前 by 驿路 共有 281 人浏览