Список нерешенных проблем в физике

редактировать

Статья со списком Википедии

Некоторые из основных нерешенных проблем в физика носит теоретический характер, что означает, что существующие теории кажутся неспособными объяснить определенное наблюдаемое явление или экспериментальный результат. Остальные являются экспериментальными, а это означает, что существует трудность создания эксперимента для проверки предложенной теории или более подробного исследования явления.

Есть еще некоторые вопросы, выходящие за рамки Стандартной модели физики, такие как проблема сильной CP, масса нейтрино, материя - асимметрия антивещества и природа темной материи и темной энергии. Другая проблема заключается в математической структуре самой Стандартной модели - Стандартная модель несовместима с общей теорией относительности до такой степени, что одна или обе теории терпят неудачу при определенных условиях ( например, в пределах известных пространства-времени сингулярностей, таких как Большой взрыв и центров черных дыр за пределами горизонт событий ).

Содержание

1 Нерешенные задачи по подполям
- 1.1 Общая физика / квантовая физика
- 1.2 Космология и общая теория относительности
- 1.3 Квантовая гравитация
- 1.4 Физика высоких энергий / физика элементарных частиц
- 1.5 Астрономия и астрофизика
- 1.6 Ядерная физика
- 1.7 Атомная, молекулярная и оптическая физика
- 1.8 Классическая механика
- 1.9 Физика конденсированного состояния
- 1.10 Физика плазмы
- 1.11 Биофизика
2 Проблемы, решенные с 1990-е годы
- 2.1 Общая физика / квантовая физика
- 2.2 Космология и общая теория относительности
- 2.3 Физика высоких энергий / физика элементарных частиц
- 2.4 Астрономия и астрофизика
- 2.5 Ядерная физика
- 2.6 Атомная, молекулярная и оптическая физика
- 2.7 Классическая механика
- 2.8 Физика конденсированного состояния
- 2.9 Физика плазмы
- 2.10 Биофизика
- 2.11 Быстро решаемые задачи
3 См. также
4 Ссылки
5 Внешние ссылки

Нерешенные проблемы по подполям

Ниже приведен список известных нерешенных проблем, сгруппированных по широким областям физики..

Общая физика / квантовая физика

Теория всего : Существует ли теория, объясняющая значения всех фундаментальных физических констант, т.е. всех констант связи, всех массы элементарных частиц и все углы смешения элементарных частиц? Есть ли теория, объясняющая, почему калибровочные группы в стандартной модели такие, какие они есть, и почему наблюдаемое пространство-время имеет 3 пространственных измерения и 1 временное измерение ? Действительно ли «фундаментальные физические константы» фундаментальны или они меняются со временем? Являются ли какие-либо фундаментальные частицы в стандартной модели физики элементарных частиц на самом деле составными частицами, слишком тесно связанными для наблюдения как таковые при текущих экспериментальных энергиях? Существуют ли элементарные частицы, которые еще не наблюдались, и если да, то какие они и каковы их свойства? Существуют ли ненаблюдаемые фундаментальные силы ?
Стрела времени (например, стрелка времени энтропии ): Почему время имеет направление? Почему Вселенная имела такую низкую энтропию в прошлом, а время коррелирует с универсальным (но не локальным) увеличением энтропии, от прошлого к будущему, согласно второму закону термодинамика ? Почему нарушения CP наблюдаются при распаде некоторых слабых сил, но не где-либо еще? Являются ли нарушения CP как-то продуктом второго закона термодинамики или это отдельная стрела времени? Есть ли исключения из принципа причинности ? Есть ли единственное возможное прошлое? настоящий момент физически отличается от прошлого и будущего, или это просто эмерджентное свойство сознания ? Что связывает квантовую стрелу времени с термодинамической стрелой?
Интерпретация квантовой механики : Каким образом квантовое описание реальности, которое включает такие элементы, как суперпозиция состояний и коллапс волновой функции или квантовая декогеренция, порождают реальность, которую мы воспринимаем? Другой способ постановки этого вопроса касается проблемы измерения : что составляет «измерение», которое, по-видимому, заставляет волновую функцию коллапсировать в определенное состояние? В отличие от классических физических процессов, некоторые квантово-механические процессы (такие как квантовая телепортация, возникающая из квантовой запутанности ) не могут быть одновременно «локальными», «причинными» и «реальными», но это не очевидно, каким из этих свойств нужно пожертвовать, или если попытка описать квантово-механические процессы в этих смыслах является категориальной ошибкой, так что правильное понимание квантовой механики сделало бы вопрос бессмысленным. Может ли мультивселенная разрешить его?
Теория Янга – Миллса : Для произвольной компактной калибровочной группы может ли нетривиальная квантовая группа Янга– Теория Миллса с конечной разницей масс существует? (Эта проблема также указана как одна из задач Премии тысячелетия по математике.)
Ограничение цвета : Гипотеза ограничения цвета квантовой хромодинамики (КХД) заключается в том, что окрашивают заряженные частицы (например, кварки) и глюоны) не могут быть отделены от родительского адрона без образования новых адронов. Можно ли предоставить аналитическое доказательство ограничения цвета в какой-либо неабелевой калибровочной теории?
Физическая информация : существуют ли физические явления, такие как коллапс волновой функции или черные дыры, которые безвозвратно уничтожают информацию об их прежнем состоянии? Как квантовая информация сохраняется в качестве состояния квантовой системы?
Безразмерная физическая константа : В настоящее время значения безразмерных физических констант не могут быть вычислены; они определяются только физическим измерением. Какое минимальное количество безразмерных физических констант, из которых могут быть получены все другие безразмерные физические константы? Нужны ли вообще размерные физические константы?
Тонко настроенная Вселенная : Значения фундаментальных физических констант находятся в узком диапазоне, необходимом для поддержания жизни на основе углерода. Это потому, что существуют другие вселенные с другими константами, или постоянные нашей вселенной являются результатом случайности или какого-то другого фактора или процесса? В частности, математическая гипотеза мультивселенной абстрактной математической параллельной вселенной формализованных моделей, и гипотеза ландшафтной мультивселенной областей пространства-времени, имеющих различные формализованные формы. набор законов и физических констант из окружающего пространства - требует формализации.
Квантовая теория поля : возможно ли построить в математически строгих рамках алгебраической КТП теорию в 4-мерное пространство-время, которое включает взаимодействия и не прибегает к пертурбативным методам ?
Локальность : Существуют ли нелокальные явления в квантовой физике? Если они существуют, обнаруживаются ли нелокальные явления, ограниченные запутанностью в нарушениях неравенств Белла, или же информация и сохраняемые величины могут перемещаться нелокальным образом? При каких обстоятельствах наблюдаются нелокальные явления? Что означает наличие или отсутствие нелокальных явлений о фундаментальной структуре пространства-времени? Как это проясняет правильную интерпретацию фундаментальной природы квантовой физики?
Эффект Унру : будет ли ускоряющийся наблюдатель наблюдать термальную ванну, подобную излучению черного тела, тогда как инерциальный наблюдатель не будет наблюдать ее? Спорный вопрос, наблюдался ли эффект Уру или нет; однако теоретически это явление должно быть обнаружено с помощью современных технологий. Кроме того, существует ли излучение Унру ?

Космология и общая теория относительности

Проблема времени : В квантовой механике время является классическим фоновым параметром, а течение времени универсально и абсолютно. В общей теории относительности время является одним из компонентов четырехмерного пространства-времени, и течение времени изменяется в зависимости от кривизны пространства-времени и пространственно-временной траектории наблюдателя. Как можно примирить эти две концепции времени?
Космическая инфляция : Верна ли теория космической инфляции в очень ранней Вселенной, и если да, каковы детали этой эпохи? Что такое гипотетическое inflaton скалярное поле, которое вызвало эту космическую инфляцию? Если инфляция произошла в какой-то момент, является ли она самоподдерживающейся за счет инфляции квантово-механических флуктуаций и, таким образом, продолжается в каком-то чрезвычайно удаленном месте?
Проблема горизонта : Почему далекая Вселенная такая однородным, когда теория Большого взрыва, кажется, предсказывает большие измеримые анизотропии ночного неба, чем наблюдаемые? Космологическая инфляция обычно принимается в качестве решения, но являются ли другие возможные объяснения, такие как переменная скорость света, более подходящими?
Происхождение и будущее мира вселенная : Как возникли условия для существования чего-либо? Вселенная движется к Большому замораживанию, Большому разрыву, Big Crunch или Big Bounce ? Или это часть бесконечно повторяющейся циклической модели ?
Размер вселенной : диаметр наблюдаемой вселенной составляет около 93 миллиардов световых лет, но каков размер вся вселенная?
Барионная асимметрия : Почему материи, чем антиматерии, в наблюдаемой вселенной ? (Это может быть решено из-за очевидной асимметрии нейтринно-антинейтринных осцилляций.)
Проблема космологической постоянной : Почему энергия нулевой точки вакуума не вызвать большую космологическую постоянную ? Что отменяет это?

Расчетное распределение темной материи и темной энергии во Вселенной

Темная материя : Какова идентичность темной материи? Это частица ? Это самый легкий суперпартнер (LSP)? Или явление , приписываемое темной материи, указывает не на какую-то форму материи, а на самом деле расширение гравитации ?
Темная энергия : какова причина наблюдаемого ускоренное расширение (фаза де Ситтера ) Вселенной? Почему плотность энергии компонента темной энергии имеет ту же величину, что и плотность материи в настоящее время, когда они эволюционируют совершенно по-разному во времени; может быть, мы просто наблюдаем в нужное время ? Является ли темная энергия чистой космологической константой или применимы модели квинтэссенции, например, фантомной энергии ?
Темный поток : Несферически-симметричное гравитационное притяжение извне наблюдаемая Вселенная, ответственная за некоторые из наблюдаемых движений крупных объектов, таких как скопления галактик во Вселенной?
Ось зла : Некоторые крупные объекты микроволнового неба на расстояниях более 13 миллиардов световых лет, кажется, совпадают с как движение, так и ориентация Солнечной системы. Это связано с систематическими ошибками в обработке, искажением результатов локальными эффектами или необъяснимым нарушением принципа Коперника ?
Форма Вселенной : Что такое 3- многообразие сопутствующего пространства, т.е. сопутствующего пространственного участка вселенной, неофициально называемого «формой» вселенной? Ни кривизна, ни топология в настоящее время неизвестны, хотя известно, что кривизна «близка» к нулю в наблюдаемых масштабах. Гипотеза космической инфляции предполагает, что форму Вселенной невозможно измерить, но с 2003 года Жан-Пьер Люмине и др. И другие группы предположили, что форма Вселенной Вселенная может быть додекаэдрическим пространством Пуанкаре. Форма неизмерима; пространство Пуанкаре; или другое 3-многообразие?
самые большие структуры во вселенной больше, чем ожидалось. Современные космологические модели говорят, что на масштабах, превышающих несколько сотен миллионов световых лет в поперечнике, должно быть очень мало структур из-за того, что расширение Вселенной превосходит влияние гравитации. Но Великая стена Слоуна имеет длину 1,38 миллиарда световых лет. А самая большая из известных в настоящее время структур, Великая китайская стена Геркулеса – Бореалиса, имеет длину до 10 миллиардов световых лет. Это настоящие структуры или случайные колебания плотности? Если они являются реальными структурами, они противоречат гипотезе «Конец величия », которая утверждает, что в масштабе 300 миллионов световых лет структуры, наблюдаемые в небольших обзорах, рандомизированы до такой степени, что плавное распределение Вселенной визуально очевиден.
Дополнительные измерения : Есть ли в природе более четырех пространственно-временных измерений? Если да, то каков их размер? Являются ли измерения фундаментальным свойством Вселенной или возникающим результатом других физических законов? Можем ли мы экспериментально наблюдать доказательства более высоких пространственных измерений?

Квантовая гравитация

Вакуумная катастрофа : Почему предсказанная масса квантового вакуума мало влияет на расширение Вселенной?
Квантовая гравитация : Может ли квантовая механика и общая теория относительности быть реализована как полностью согласованная теория (возможно, как квантовая теория поля )? По сути, пространство-время непрерывно или дискретно? Будет ли последовательная теория включать силу, опосредованную гипотетическим гравитоном, или быть продуктом дискретной структуры самого пространства-времени (как в петлевой квантовой гравитации )? Имеются ли отклонения от предсказаний общей теории относительности в очень малых или очень больших масштабах или в других экстремальных обстоятельствах, которые вытекают из механизма квантовой гравитации?
Черные дыры, парадокс информации о черной дыре и излучение черной дыры : производят ли черные дыры тепловое излучение, как и ожидалось на теоретической основе? Содержит ли это излучение информацию об их внутренней структуре, как предполагает дуальность калибровки и гравитации, или нет, как предполагает исходный расчет Хокинга ? Если нет, и черные дыры могут испаряться, что происходит с информацией, хранящейся в них (поскольку квантовая механика не предусматривает уничтожения информации)? Или излучение в какой-то момент прекращается, оставляя остатки черной дыры? Есть ли другой способ как-то исследовать их внутреннюю структуру, если такая структура вообще существует ?
Гипотеза космической цензуры и гипотеза защиты хронологии : Могут ли особенности, не скрытые за горизонт событий, известный как «голые сингулярности », возникает из реалистичных начальных условий, или возможно ли доказать некоторую версию «гипотезы космической цензуры» Роджера Пенроуза, которая предполагает, что это невозможно? Аналогичным образом, будут ли замкнутые времяподобные кривые, которые возникают в некоторых решениях уравнений общей теории относительности (и которые подразумевают возможность обратного путешествия во времени ), будут исключены теорией квантовая гравитация, которая объединяет общую теорию относительности с квантовой механикой, как предполагает «гипотеза защиты хронологии» Стивена Хокинга ?

Физика высоких энергий / физика элементарных частиц

Проблема иерархии : Почему гравитация такая слабая сила? Он становится сильным для частиц только на Планковском масштабе, около 10 ГэВ, что намного выше электрослабого масштаба (100 ГэВ, энергетический масштаб доминирует в физике при низких энергиях.). Почему эти шкалы так отличаются друг от друга? Что мешает величинам в электрослабом масштабе, таким как масса бозона Хиггса, получить квантовые поправки порядка планковской шкалы? Является ли решение суперсимметрией, дополнительными измерениями или просто антропным тонкой настройкой ?
частица Планка : масса Планка играет важную роль в разделах математической физики. Ряд исследователей предположили существование фундаментальной частицы с массой, равной или близкой к массе Планка. Однако масса Планка огромна по сравнению с любой обнаруженной частицей. Это все еще нерешенная проблема, существовала ли или даже существовала ли частица с массой, близкой к планковской. Это косвенно связано с проблемой иерархии.
Магнитные монополи : Существовали ли частицы, несущие «магнитный заряд», в некую прошлую эпоху более высоких энергий? Если да, то остались ли они сегодня? (Поль Дирак показал, что существование некоторых типов магнитных монополей может объяснить квантование заряда.)
Загадка времени жизни нейтрона : хотя время жизни нейтрона изучается десятилетиями, в настоящее время существует недостаток согласованности с его точным значением из-за различных результатов двух экспериментальных методов («бутылка» против «пучка»).
Распад протона и кризис спина : есть протон фундаментально стабилен? Или он распадается с конечным временем жизни, как предсказывают некоторые расширения стандартной модели? Как кварки и глюоны переносят спин протонов?
Суперсимметрия : Реализуется ли суперсимметрия пространства-времени на уровне ТэВ ? Если да, то каков механизм нарушения суперсимметрии? Стабилизирует ли суперсимметрия электрослабую шкалу, предотвращая высокие квантовые поправки? Состоит ли самая легкая суперсимметричная частица (LSP ) темной материей ?
Поколения материи : Почему существует три поколения кварков и лептоны ? Существует ли теория, которая может объяснить массы определенных кварков и лептонов в определенных поколениях из первых принципов (теория юкавских связей )?
масса нейтрино : какова масса нейтрино, следуют ли они Статистика Дирака или Майорана ? Иерархия масс нормальная или инвертированная? Фаза нарушения CP равна 0?
Сильная проблема CP и аксионы : Почему сильное ядерное взаимодействие инвариантно к четности и зарядовому сопряжению ? Является ли теория Печчеи – Куинна решением этой проблемы? Могут ли аксионы быть основным компонентом темной материи ?
Аномальный магнитный дипольный момент : почему экспериментально измеренное значение аномального магнитного дипольного момента мюона («мюон g − 2») значительно отличается от теоретически предсказанного значения этой физической постоянной?
Загадка радиуса протона : Каков электрический радиус заряда протона? Чем он отличается от glu онический заряд?
Пентакварки и другие экзотические адроны : Какие комбинации кварков возможны? Почему пентакварки так сложно обнаружить? Являются ли они тесно связанной системой из пяти элементарных частиц или более слабосвязанным спариванием бариона и мезона?
проблема Mu : проблема суперсимметричных теорий, связанных с пониманием параметры теории.
Формула Койде : Аспект проблемы генерации частиц. Сумма масс трех заряженных лептонов, разделенная на квадрат суммы корней этих масс с точностью до одного стандартного отклонения наблюдений, составляет $Q = 2 3 {\ textstyle Q = {\ frac { 2} {3}}}$ ${\ textstyle Q = {\ frac {2} {3}}}$ . Неизвестно, как возникает такое простое значение и почему оно является точным средним арифметическим возможных крайних значений ⁄ 3 (равные массы) и 1 (преобладает одна масса).

Астрономия и астрофизика

Солнечный цикл : как Солнце генерирует свое периодически изменяющееся крупномасштабное магнитное поле? Как другие солнечноподобные звезды генерируют свои магнитные поля, и каковы сходства и различия между циклами звездной активности и циклом солнечной активности? Что вызвало минимум Маундера и другие большие минимумы, и как солнечный цикл восстанавливается из состояния минимумов?
Проблема нагрева короны : почему корона Солнца (слой атмосферы) намного горячее чем поверхность Солнца? Почему эффект магнитного пересоединения на много порядков быстрее, чем предсказывается стандартными моделями?
Астрофизический джет : почему только определенные аккреционные диски, окружающие определенные астрономические объекты, излучают релятивистские джеты вдоль полярных осей? Почему во многих аккреционных дисках квазипериодические колебания ? Почему период этих колебаний масштабируется как величина, обратная массе центрального объекта? Почему иногда возникают обертоны и почему они проявляются с разным соотношением частот у разных объектов?
Диффузные межзвездные полосы : Что отвечает за многочисленные линии межзвездного поглощения, обнаруженные в астрономических спектрах? Являются ли они молекулярными по происхождению, и если да, то какие молекулы за них отвечают? Как они образуются?
Сверхмассивные черные дыры : Каково происхождение отношения M-сигма между массой сверхмассивной черной дыры и дисперсией скоростей галактик? Как самые далекие квазары увеличили свои сверхмассивные черные дыры до 10 солнечных масс на столь раннем этапе истории Вселенной?

Кривая вращения типичной спиральной галактики: предсказано (A ) и наблюдали (B ). Может ли расхождение между кривыми быть связано с темной материей?

Утес Койпера : Почему количество объектов в поясе Койпера в Солнечной системе резко и неожиданно падает за пределы радиуса 50 астрономических единиц?
Аномалия облета : Почему наблюдаемая энергия спутников , пролетающих над планетными телами, иногда на небольшую величину отличается от значения, предсказанного теорией?
Проблема вращения галактики : темная материя ответственна за различия в наблюдаемой и теоретической скорости вращения звезд вокруг центра галактик, или это что-то еще?
Сверхновая : каков точный механизм, с помощью которого происходит взрыв умирающей звезды становится взрывом?
p-ядра : Какой астрофизический процесс отвечает за нуклеогенез этих редких изотопов?
Космические лучи сверхвысокой энергии : Почему некоторые космические лучи, кажется, обладают невероятно высокой энергией, учитывая, что нет достаточной энергии? энергетические источники космических лучей около Земли? Почему (по-видимому) некоторые космические лучи, испускаемые удаленными источниками, имеют энергию выше предела Грейзена-Зацепина-Кузьмина ?
Скорость вращения Сатурна : Почему магнитосфера Сатурна демонстрируют (медленно меняющуюся) периодичность, близкую к той, с которой вращаются облака планеты? Какова истинная скорость вращения глубоких недр Сатурна?
Происхождение магнитного поля магнитара : Каково происхождение магнитного поля магнетара ?
Крупномасштабное анизотропия : Является ли Вселенная в очень больших масштабах анизотропной, что делает космологический принцип неверным предположением? Подсчет числа и дипольная анизотропия интенсивности в радиокаталоге NRAO VLA Sky Survey (NVSS) несовместимы с локальным движением, полученным из космического микроволнового фона, и указывают на внутреннюю дипольную анизотропию. Те же радиоданные NVSS также показывают собственный диполь по плотности поляризации и степени поляризации в том же направлении, что и по количеству и интенсивности. Есть несколько других наблюдений, показывающих крупномасштабную анизотропию. Оптическая поляризация квазаров показывает выравнивание поляризации в очень большом масштабе Гпк. Данные космического микроволнового фона показывают некоторые особенности анизотропии, которые не согласуются с моделью Большого взрыва.
Соотношение возраста и металличности в диске Галактики: существует ли универсальный возраст - соотношение металличности (AMR) в диске Галактики (как «тонкая», так и «толстая» части диска)? Хотя в локальном (в основном тонком) диске Млечного Пути нет свидетельств сильного AMR, выборка из 229 близлежащих «толстых» звезд диска была использована для исследования существования возраста – металличности. в толстом диске Галактики и указывают на то, что в толстом диске существует соотношение возраст-металличность. Звездный возраст по данным астросейсмологии подтверждает отсутствие какой-либо сильной связи возраст-металличность в диске Галактики.
Проблема лития : Почему существует несоответствие между количеством лития-7, которое, по прогнозам, будет произведено в Большом Нуклеосинтез взрыва и количество, наблюдаемое в очень старых звездах?
Ультралюминесцентные источники рентгеновского излучения (ULXs): что дает энергию источникам рентгеновского излучения, которые не связаны с активными ядрами галактик, но превышают предел Эддингтона для нейтронной звезды или звездной черной дыры ? Связаны ли они с черными дырами промежуточной массы ? Некоторые ULX являются периодическими, что свидетельствует об неизотропном излучении нейтронной звезды. Это относится ко всем ULX? Как такая система могла сформироваться и оставаться стабильной?
Быстрые радиовсплески (FRB): что вызывает эти кратковременные радиоимпульсы от далеких галактик, продолжительностью всего несколько миллисекунд каждый? Почему некоторые FRB повторяются с непредсказуемыми интервалами, а большинство - нет? Были предложены десятки моделей, но ни одна из них не получила широкого признания.

Ядерная физика

«остров стабильности » на графике зависимости числа протонов от нейтронов для тяжелых ядер

Квантовая хромодинамика : Каковы фазы сильно взаимодействующей материи и какую роль они играют в эволюции космоса ? Какова подробная партонная структура нуклонов ? Что КХД предсказывает для свойств сильно взаимодействующей материи? Что определяет ключевые особенности КХД и как они соотносятся с природой гравитации и пространства-времени ? Существуют ли глюболы ? Обретают ли глюоны массу динамически, несмотря на нулевую массу покоя в пределах адронов ? Действительно ли в КХД отсутствуют нарушения CP ?
кварк-глюонная плазма : где начало деконфайнмента : 1) в зависимости от температуры и химических потенциалов? 2) как функция энергии столкновения релятивистских тяжелых ионов и размера системы? Каков механизм остановки энергии и барионного числа , приводящий к образованию кварк-глюонной плазмы при столкновениях релятивистских тяжелых ионов? Почему модели внезапной адронизации и статистической адронизации являются почти идеальным описанием образования адронов из кварк-глюонной плазмы? Сохраняется ли кварковый аромат в кварк-глюонной плазме? Находятся ли странность и очарование в химическом равновесии в кварк-глюонной плазме? Распространяется ли странность в кварк-глюонной плазме с той же скоростью, что и ароматы кварков вверх и вниз? Почему деконференцированная материя показывает идеальный поток ?
Стрэнджлеты : существует ли странная кварковая материя (Стрэнджлет) как стабильное состояние?
Конкретные модели образования кварк-глюонной плазмы: Do глюонов насыщаются, когда их число занятий велико? Образуют ли глюоны плотную систему под названием Цветной стеклянный конденсат ? Каковы подписи и свидетельства для эволюционных уравнений Балицкого – Фадина – Куарева– Липатова ?
Ядра и ядерная астрофизика : Почему отсутствует сходимости в оценках среднего времени жизни свободного нейтрона на основе двух отдельных - и все более точных - экспериментальных методов? Какова природа ядерной силы, которая связывает протоны и нейтроны в стабильные ядра и редкие изотопы? Какова природа экзотических возбуждений в ядрах на границах стабильности и их роль в звездных процессах? Какова природа нейтронных звезд и плотной ядерной материи ? Каково происхождение элементов в космосе ? Какие ядерные реакции вызывают звезды и звездные взрывы? Какой самый тяжелый из возможных химических элементов ?

Атомная, молекулярная и оптическая физика

Споры между Абрахамом и Минковским : Каков импульс света в оптических средах? Какой импульс (Абрахама или Минковского) правильный?
Конденсация Бозе – Эйнштейна : Как мы строго докажем существование конденсатов Бозе – Эйнштейна для общих взаимодействующих систем? механизм, позволяющий скручивать измерительные блоки?
Эффект Шарнхорста : Могут ли световые сигналы проходить немного быстрее, чем c между двумя близко расположенными проводящими пластинами, используя эффект Казимира ?

Классическая механика

Особые траектории в ньютоновской задаче N тел : Имеет ли набор начальных условий, при которых частицы, подвергающиеся почти столкновениям, бесконечную скорость за конечное время, измерить ноль? Это известно, когда $N ≤ 4 {\ displaystyle N \ leq 4}$ ${\ displaystyle N \ leq 4}$ , но вопрос остается открытым для более крупных $N {\ displaystyle N}$ $N$ .
Турбулентный поток. : Можно ли создать теоретическую модель для описания статистики турбулентного потока (в частности, его внутренних структур)? Кроме того, при каких условиях существуют гладкие решения уравнений Навье – Стокса ? Последняя проблема также указана как одна из задач Премии тысячелетия по математике.
Загрязнение верхнего течения : при переливании воды из более высокого контейнера в более низкий, частицы, плавающие в последнем, могут подниматься вверх. вверх по потоку в верхний контейнер. Окончательного объяснения этому явлению до сих пор нет.

Физика конденсированного состояния

Образец купратного сверхпроводника (в частности, BSCCO ). Механизм сверхпроводимости этих материалов неизвестен.

Высокотемпературные сверхпроводники : Каков механизм, который заставляет определенные материалы проявлять сверхпроводимость при температурах намного выше, чем примерно 25 кельвинов ? Можно ли создать сверхпроводящий материал при комнатной температуре и атмосферном давлении?
Аморфные твердые вещества : какова природа стеклования между жидкостью или обычным твердым телом и стеклообразным фаза ? Каковы физические процессы, приводящие к общим свойствам стекол и стеклованию?
Криогенная электронная эмиссия: почему эмиссия электронов в отсутствие света увеличивается с увеличением температуры фотоумножителя уменьшается?
Сонолюминесценция : что вызывает испускание коротких вспышек света от взрывающихся пузырьков в жидкости при возбуждении звуком?
Топологический порядок : стабилен ли топологический порядок при ненулевом значении температура ? Равным образом, возможно ли иметь трехмерную самокорректирующуюся квантовую память ?
Дробный эффект Холла : какой механизм объясняет существование $u = 5/2 { \ displaystyle u = 5/2}$ ${\ displaystyle u = 5/2}$ состояние в дробном квантовом эффекте Холла ? Описывает ли он квазичастицы с неабелевой дробной статистикой ?

Магнитосопротивление в

u = 8/5 {\ displaystyle u = 8/5}

{\ displaystyle u = 8/5}

дробном квантовом состоянии Холла.

Жидкие кристаллы : может ли фазовый переход нематик в смектик (A) в жидкокристаллических состояниях быть охарактеризован как универсальный фазовый переход?
Полупроводник нанокристаллы : какова причина непараболичности зависимости энергии от размера для самого низкого перехода оптического поглощения из квантовых точек ?
усыхания металла : в электрических устройствах некоторые на металлических поверхностях могут спонтанно расти мелкие металлические усы, что может привести к отказу оборудования. Хотя известно, что сжимающее механическое напряжение способствует образованию нитевидных кристаллов, механизм их роста еще предстоит определить.
Сверхтекучий переход в гелии-4 : Объясните расхождение между экспериментальным и теоретическим определениями критического показателя теплоемкости α.

Физика плазмы

Физика плазмы и термоядерная энергия : энергия термоядерного синтеза потенциально может обеспечивать энергию из обильных ресурсов (например, водорода) без радиоактивных отходов, которые в настоящее время образуются при энергии деления. Однако могут ли ионизированные газы (плазма) быть удерживаться достаточно долго и при достаточно высокой температуре для создания термоядерной энергии? Каково физическое происхождение H-моды ?
Проблема инжекции : ускорение Ферми считается основным механизмом, ускоряющим астрофизические частицы до высоких энергий. Однако неясно, какой механизм заставляет эти частицы изначально иметь энергию, достаточную для того, чтобы на них воздействовало ускорение Ферми.
Взаимодействие солнечного ветра с кометами : В 2007 году космический корабль Ulysses прошел через хвост кометы C / 2006 P1 (McNaught) и обнаружил удивительные результаты относительно взаимодействия солнечного ветра с хвостом.
Альфвеновская турбулентность : в солнечном ветре и турбулентность при солнечных вспышках, выбросы корональной массы и магнитосферные суббури являются основными нерешенными проблемами в физике космической плазмы.

Биофизика

Стохастичность и устойчивость к шуму в экспрессии генов : как это сделать гены управляют нашим телом, выдерживая различное внешнее давление и внутреннюю стохастичность ? Существуют определенные модели для генетических процессов, но мы далеки от понимания всей картины, в развитие, где экспрессия генов должна строго регулироваться.
Память : Как хранится долговременная память на биологическом субстрате, который постоянно обновляется?
Количественное исследование иммунной системы : Каковы количественные свойства иммунных ответов ? Каковы основные строительные блоки сетей иммунной системы ?
Гомохиральность : какова причина преобладания конкретных энантиомеров в биохимических систем ?
Магниторецепция : Как животные (например, перелетные птицы) ощущают магнитное поле Земли?

Проблемы, решаемые с 1990-х годов