（作者：台湾中山大学，许德淳教授）

早在2012年7月初，作者Natalie Wolchover在Livescience上（http://www. livescience.com/34052-unsolved-mysteries-physics.html?adbpr=15428397&adbid=633345100534280192&adbpl=tw），率先指出目前物理学上9 个亟待厘清的奥秘问题，并以潘朵菈的盒子（Pandora’s Box）形容之。迨至去年四月作者Waleed Al-Husseini又在其博文上（网址：http://proud-a.blogspot.com/2014/04/Mysteries.in.Physics.html）转贴了其全文，并附上精美的附图说明。

无独有偶，今年初另一作者Tom Siegfried也列举了本世纪，10个有待科学家们予以深入探讨的问题（网址：https://www.sciencenews.org/blog/context/top-10-scientific-mysteries-21st-century），其中有6个和前述9个悬而未决的物理学问题雷同。由于这些课题，也正是我往后博文中拟加以阐述的主题，故在此先做一概述，有关其进一步的详尽细节，容我在往后的博文中，再予以说明。

一、什么是暗能量（dark energy）？什么是暗物质（dark matter）？

顾名思义，暗物质、暗能量指的是宇宙间，那些潜藏的物质和能量，就如同暗夜里，你看不到的景物。下图所示，即是科学家们相信，就整个宇宙而言，我们可观测到物质的仅占约0.4%，而暗能量和暗物质分别占了约74%和 22%，另外约3.6%为银河间的气体（intergalactic gas），也就是说，我们可观察到的宇宙（observable universe），就质量和能量之总量而言，仅占亟小的一部分，实在少的可怜。

暗物质不但看不见，也难以侦测得到。但是科学家们能推知它们的存在，主要还是依据它们对可见物质、辐射、甚至整个宇宙结构的引力效应，它们都被认为主要存在于银河的邻近外围，而且可能是由所谓的「weakly interacting massive particles；简称WIMP」所组成。目前世界上有许多侦测仪器，正在积极探寻它们的存在，但迄未有所发现。

而暗能量存在的推论，主要来自两个方面：其一是，天文物理学家在建构或演绎他们各自的理论模式时，无论如何调整模式里的参数，还是无法得到一个宇宙必须有的质能平衡状态；二是，我们知道宇宙迄今一直在持续的加速膨胀，我们也知道引力的作用会把宇宙的时空，向内拉扯（pulling inward），因此一定有一个我们看不见的动能，它能和引力相抗衡，并把时空往外推（pushing apart），这个看不见的动能，即是所谓的暗能量。一般而言，这个暗能量其实就是宇宙常数（cosmological constan），它是宇宙本身与生俱有的本质，把宇宙向外推拓，宇宙愈膨胀，空间就愈大，这暗能量也跟着变得更大（因为宇宙单位空间内的能量密度是恒定的），也就是利用这宇宙的膨胀速率，科学家们才能估算它占了宇宙总质能的74%，但迄今科学家们还真不知道，该如何着手来侦测它。

二、为什么有时间之矢（the arrow of time）？

宇宙中的熵（entropy；即俗谓的乱度），自其形成迄今，永远随着时间的推移而增加，这个熵值由低变高的趋向，就是我们所认知的时间方向（即时间之矢）。因此，根本的核心问题是：宇宙在初始时，具有那么高的能量，而空间又是那么小（即如在「单点（singularity）」时），为何「熵」却是处在最低值？

三、真的有平行宇宙（parallel universe）吗？

宇宙是平的（flat）这个看法，已是理论物理学的定论，意思是说，我们现今观察到的宇宙万物，只是宇宙依水平方向无限延伸的一部分（见下之示意图），但是量子力学又告诉我们，在每一个环宇范畴（cosmic patch）里，粒子（particle）只能有有限的排列方式，因此，若宇宙无限延伸出去，就有无限的环宇范畴，而粒子的排列方式，在此无限的范畴中，就变得必须无限地重复呈现，形成许多与我们类似的宇宙（即平行宇宙），这可能吗？

四、为什么宇宙中的物质（matter）较反物质（antimatter）为多？

反物质指的是那些和一般物质，具有相反荷电（oppositely-charged）和旋转方向（oppositely-spinning）的孪生物质。一般假定，宇宙肇始时，这两者（物质和反物质）应该同时形成，而且在往后的宇宙演化史中，也应被所有自然律同等看待，但实际上却非如此，宇宙中的物质较反物质多得多了，科学家们迄今还没找到一个合理的解释。

五、宇宙的最终命运为何？

宇宙的最终命运取决于其质量和能量的密度分布（the density of matter and energy throughoutthe cosmos；一般以Ω表之），此Ω 值依宇宙是否为一密闭（closed）、开放（open）或平面（flat）的时空形貎，可以有大于、小于或等于1三种不同的数值，而不同的数值又隠示着宇宙未来不同的宿命，但到底其最终的宿命为何，科学家们迄今尚未能有一致的看法。

六、弦论（string theory）对吗？

弦论认为自然界中的基本粒子（参见前文DDSSN011-奚氏玻子（Higgs Boson）（I）），是由次原子大小的一维环状物（loop）组成，此环状物称之为弦（string；见下之示意图；credit：BrianGreene）， 因为它们类似乐器上的弦般，以不同的弹拨方式，奏出不同的音符或音阶，以上这些弦，即是以不同的振动方式，决定了各个不同粒子的本质和特性。这弦论主要是希望能将小尺度的量子理论和大尺度的相对论融合在一起，共同来解释宇宙万物的一种理论。问题是该理论仅能在十维的空间加上一维时间的时空里才可行，目前来说，科学家们还无法找到，一个有效的实验方法去证实弦的存在（其大小只有原子大小的10-21），也因此难以证实该学说是否为真。

另外，该文作者也提到两个目前也是无解的问题：（1）宇宙在混沌中是否有序？以及（2）为何在测量次原子粒子（如位置、速率等等）时，原本描述其性质的量子波浪函数方程式（quantum wave functions）会骤然无效（collapse）？（见下之示意图），有兴趣的读者，可参阅该文及其他相关论著。

更多阅读参见链接：http://blog.sciencenet.cn/blog-2368269-916159.html

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