Användare:Lsj/Testsida

Det här är en lista med några grundläggande olösta problem inom fysik. En del av problemen är teoretiska, i den meningen att existerande teorier har luckor eller ger paradoxala eller på annat sätt anmärkningsvärda förutsägelser, andra av problemen är experimentella, i den meningen att experiment ger resultat som inte kan förklaras teoretiskt.

Teoretiska problem

Följande problem är antingen fundamentala problem i etablerade teorier, eller teoretiska idéer som saknar experimentellt stöd. Vissa av problemen hängar tätt ihop med varann, och en lösning på ett problem förväntas lösa flera. Till exempel förväntas en teori för kvantgravitation lösa de flesta problemen i listan.

Kvantgravitation, kosmologi, och relativitetsteori

Kvantvakuum

Varför har den förutsagda energitätheten i vakuumtillståndet så liten effekt på universums expansion?

Kvantgravitation

Hur kan kvantmekanik och relativitetsteori förenas i en konsistent kvantfältteori? Är rumtiden kontinuerlig eller diskret? Finns gravitoner som bärare av gravitation, eller är gravitationen en effekt av rumtidens struktur (som i slingkvantgravitation? Gäller relativitetsteorins förutsägelser även vid extrema hastigheter eller densiteter?

Svarta hål

Är svarta hål helt svarta, eller skiner de med Hawkingstrålning? Säger strålningen något om hålens inre struktur? Vad händer med informationen i ett hål om hålet "avdunstar"? Eller avstannar avdunstningen vid någon punkt, och i så fall varför? Finns det något annat sätt att komma åt innandömet av ett svart hål?

Extra dimensioner

Har naturen fler än de vanliga fyra dimensionerna (tid + tre rumsdimensioner). Vad är i så fall deras storlek och struktur? Är dimensioner en fundamental egenskap i universum, eller ett emergent resultat från udnerliggande processer? Kan vi experimentellt upptäcka extra dimensioner?

Kosmisk inflation

Har vårt universum genomgått kosmisk inflation och vad innebar det i detalj? Vilken mekanism gav upphov till inflationen? Var inflationen ett engångsförlopp, eller befinner vi oss i ett multiversum med pågående kaotisk inflation?

Multiversum

Finns det fysisk anledning att tro att det finns fler universa än det vi lever i? Är dessa andra universa i princip observerbara? I praktiken observerbara? Kan antropiska principen användas för att dra slutsatser om multiversa?

Kosmisk censur och Hawkings tidsskyddsförmodan

Kan verkliga observerbara "nakna" singulariteter förekomma, eller "censureras" universum så att de matematiska singulariteterna i teorierna alltid döljs? Stämmer Hawkings förmodan att de tidsmaskiner som allmänna relativitetsteorin förutsäger på liknande sätt censureras (eller elimineras av kvantgravitation), så att tidsreseparadoxer inte uppstår?

Tidens riktning

Vad är det för skillnad på framåt och bakåt i tiden? Varför upplever vi olika riktningar i tiden som väsensskilda, men inte olika riktningar i rummet? Varför är de flesta, men inte alla, naturlagar tidssymmetriska? Vilken relation har detta till CP-brott och termodynamikens andra huvudsats? Finns det undantag till lagen om kausalitet? Är det förflutna unikt, eller finns det flera förflutna? Framtiden?

Lokalitet

Finns det icke-lokala fenomen inom kvantmekaniken? Om de finns, kan energi och materia teleporteras, eller bara information? Under vilka omständigheter kan icke-lokala fenomen observeras? Vad säger detta om rumtidens fundamentala struktur? Hur hänger detta ihop med kvantmekanisk sammanflätning?

Universums framtid

Är universum på väg mot en Big Crunch eller en Big Rip eller bara en oändlig expansion? Är universum cykliskt?

Partikelfysik

Higgspartikeln

Finns Higgspartikeln? Vad gör vi om den inte finns?

Hierarkiproblemet

Varför är gravitationen så mycket svagare än de andra krafterna? Varför är så olika energiskalor relevanta för de olika krafterna (Planckskala för gravitationen, elektrosvag skala för elektriska och svaga krafter)? Vad hindrar att kvantkorrektioner med Planckskala förstör fysiken vid den elektrosvaga skalan? Är lösningen supersymmetri, extra dimensioner, eller bara antropiska principen?

Koides formel

Varför fungerar Koides formel, som relaterar massorna för olika leptoner?

Magnetiska monopoler

Finns de? Teoretiskt är deras existens väl motiverad, men de har inte hittats experimentellt.

Protonsönderfall and storförenade teorier

Hur kan vi förena de tre kvantmekaniska formerna av fundamental växelverkan? Är protonen absolut stabil, eller har den en ändlig livstid?

Supersymmetri

Är universum supersymmetriskt? Vad är i så fall mekanismen bakom supersymmetribrott? Stabiliserar supersymmetri den elektrosvaga skalan? Utgörs mörk materia av supersymmetriska partiklar, till exempel neutralinos?

Generationer av partiklar

Finns det fler än de kända tre generationerna av kvarkar och leptoner? Varför finns dt överhuvudtaget generationer av partiklar? Finns det en teori som kan förklara detta, och varför partiklarna väger vad de gör?

Neutrinos

Vad väger neutrinos, varför väger de vad de väger, och vilken roll spelar de i universum? Är neutrinon sin egen antipartikel?

Axioner och avsaknaden av CP-brott i stark växelverkan

Vad hindrar CP-brott i stark växelverkan? Är det den mekanism som föreslagits av Peccei och Quinn, med axioner som central förutsägelse? Varför hittar vi i så fall inga axioner?

Symmetri i fysiken

Varför är grundläggande symmetrier bara nästan exakta? Finns det okända krafter som var verksamma i det tidiga universum?

Kärnfysik

Kvantkromodynamik (QCD)

Vilka faser och fasövergångar finns det i starkt växelverkande materia? Vad förutsäger QCD? Vilken roll spelar gluoner?

Atomkärnor and astrofysik

Hur fungerar i detalj den kraft som binder ihop nukleoner i atomkärnan? Varför blir vissa isotoper stabila och andra inte, och hur kan man förutsäga deras egenskaper? Hur fungerar neutronstjärnor inuti? Andra former av extrem kärnmateria? Hur har samtliga grundämnen uppstått i universum? Hur fungerar i detalj de kärnreaktioner som driver stjärnor och supernovor.

Stabilitetsön

Vilken är den tyngsta någorlunda stabila isotopen? Finns det en "stabilitetsö" långt bortom de kända stabila isotoperna?

Andra problem

Tolkning av kvantmekanik

Finns det en vettig tolkning av kvantmekaniken? I så fall vilken? Hur ger kvantmekaniken upphov till den till synes klassiska värld som vi observerar? Vad innebär en mätning inom kvantmekaniken?

Fysisk information

Finns det fysiska fenomen, som svarta hål eller vågfunktionens kollaps, som oåterkalleligen förstör information?

Teori om allting

Finns det en teori om allting som "under samma tak" ger svar på alla fysikens olösta problem, och förklarar värdena på alla fysiska konstanter? Är konstanterna verkligen konstanta i tiden? Finns det en teori som förklarar standardmodellens symmetrigrupper, och varför vår rumtid synes ha fyra dimensioner? Finns det en teori som förklarar varför fysikens lagar är vad de är? Har våra elementarpartiklar någon inre struktur? Strängar? Något annat? Finns det fler partiklar än de vi känner till?

Empiriskt välbelagda fenomen som saknar teoretisk förklaring

Kosmologi och astronomi

Antimateria

Varför finns det mycket mer vanlig materia än antimateria i rymden?

Mörk energi

Vad orsakar den synbara accelerationen hos universums expansion? Varför tycks det finnas ungefär lika mycket accelererande "mörk energi" som bromsande materia? Är det en tillfällighet att de sammanfaller i nutid, eller hänger de ihop? Är den mörka energin en äkta kosmologisk konstans eller något annat?

Mörk materia

Vad är den mörka materian? Har den med supersymmetri att göra? Finns det verkligen mörk materia, eller kan man förklara observationerna med någon form av modifierad gravitation, till exempel MOND?

Entropi

Varför hade universum så osannolikt låg entropi i det förflutna?

Horisontproblemet

Varför är universum så likformigt i alla riktningar, även på så stora avstånd att de olika delarna inte har hunnit kommunicera sedan Big Bang?

Platthetsproblemet

Varför är rymdens krökning i stor skala mycket nära noll?

Kosmisk bakgrundsstrålning

Vad orsakar en del udda sammanträffande i storskaliga mönster i den kosmiska bakgrundsstrålningen?

Universums storlek och topologi

Hur hänger universum ihop i stor skala? Vilken form har rymden? Ändlig eller oändlig? Enkelt sammanhängande, eller mer komplicerad form?

Finstrukturkonstanten

I avlägsna galaxer för flera miljarder år sedan tycks finstrukturkonstanten ha ett lite annat värde än den har här och nu. Skillnaden är dock mycket liten, tusendels procent. Ändras konstanten verkligen med tiden, och i så fall varför?

Partikelfysik

Ekvivalensprincipen

Gäller ekvivalensprincipen även för till exempel antimateria? Är förhållandet mellan tröghet och gravitationell massa detsamma för alla partiklar?

Protonens spinn

De vanliga kvarkarna i en proton tycks bara stå för 20-30% av protonens spinn. Kan övriga beståndsdelar förklara resten av spinnet?

Astronomi and astrofysik

Jetstrålar från ackretionsskivor

Hur kommer det sig att de ackretionsskivor som omger vissa astronomiska objekt, särskilt svarta hål, ofta skickar ut jetstrålar med nära ljusets hastighet längs sin rotationsaxel? Varför uppstår ofta kvasiperiodiska svängningar i ackretionsskivorna? Varför ser man ibland övertoner i svängningarna, olika övertoner i olika objekt?

Solkoronans uppvärmning

Varför är solens korona så mycket varmare än solens yta? Varför går den magnetiska rekonnektionen mycket snabbare än teorin förutsäger?

Gammablixtar

Hur uppkommer korta gammablixtar? (Långa gammablixtar löstes nyligen, de uppkommer ur en särskild typ av supernova).

Supermassiva svarta hål

Vad är ursprunget till den relation som har observerats mellan massan på svarta hål i centrum av galaxer, och hastighetsdispersionen bland galaxens stjärnor? Relationen kan tolkas som att det svarta hålets massa alltid utgör ungefär samma andel (cirka 0,1%) av massan hos galaxens mittklump.

Pioneeranomalin

Vad är orsaken till den oförklarade extra acceleration mot solen som observeras hos rymdsonderna Pioneer 10 och Pioneer 11 under deras väg ut ur solsystemet?

Förbiflygningsanomalin

Vad är upphovet till det lilla extra energitillskott som satelliter tycks få när de flyger förbi jorden?

Galaxers rotationskurvor

Är det mörk materia som orsakar diskrepansen mellan galaxers uppmätta rotationskurvor och teoretiska beräkningar? Eller är orsaken något annat, kanske en modifierad tyngdlag på stora avstånd?

Supernovaexplosioner

Exakt hur omvandlas en stjärnas kollaps till en explosion?

Kosmisk strålning med ultrahög energi

Kosmisk strålning med energi över den så kallade GZK-gränsen (cirka 5*10¹⁹ eV eller 8 Joule) kan inte färdas några längre sträckor i rymden. Ändå tycks jorden träffas av sådan strålning från avlägsna galaxer.

Saturnus rotation

Olika sätt att mäta Saturnus rotation ger lite olika resultat? Hur roterar Saturnus magnetfält? Hur roterar egentligen Saturnus inre?

Fasta tillståndets fysik

Amorf struktur

Hur fungerar övergången mellan amorf struktur (som i glas) och vanliga fasta ämnens kristallstruktur? Vilka fysikaliska processer ligger bakom amorfa strukturers egenskaper?

Kryogenisk elektronemission

Varför ökar elektronemissionen med sjunkande temperatur i en fotomultiplikator i frånvaron av ljus?

Högtemperatursupraledare

Hur fungerar supraledning i vissa material vid högre temperaturer än 50 kelvin? Varför just dessa material? Vad är den högsta temperatur som kan uppnås?

Sonoluminescens

Vad orsakar ljusblixten när bubblor i en vätska får att implodera av ljud?

Turbulens

Är det möjligt att formulera en generell teoretisk modell för det turbulenta flödets statistiska mönster? Under vilka omständigheter har Navier-Stokes ekvationer lösningar? Under vilka omständigheter har de fysikaliskt vettiga lösningar?

Biological problems approached with physics

These fields of research normally belong to biology, and traditionally were not included in physics but are included here because increasingly it is physicists who are researching them using methods and tools more popular in physics research than biology.

Synaptic plasticity

It is necessary for computational and physical models of the brain, but what causes it, and what role does it play in higher-order processing outside the hippocampus and visual cortex?

Axon guidance

How do axons branching out from neurons find their targets? This process is crucial to nervous system development, allowing the building up of the brain.

Stochasticity and robustness to noise in gene expression

How do genes govern our body, withstanding different external pressures and internal stochasticity? Certain models exist for genetic processes, but we are far from understanding the whole picture, in particular in development where gene expression must be tightly regulated.

Quantitative study of the immune system

What are the quantitative properties of immune responses? What are the basic building blocks of immune system networks? What roles are played by stochasticity?

Problems solved in recent decades

Long-duration gamma ray bursts (2003)

Long-duration bursts are associated with the deaths of massive stars in a specific kind of supernova-like event commonly referred to as a collapsar.

Solar neutrino problem (2002)

Solved by a new understanding of neutrino physics, requiring a modification of the Standard Model of particle physics—specifically, neutrino oscillation.

Age Crisis (1990s)

The estimated age of the universe was around 3 to 8 billion years younger than estimates of the ages of the oldest stars in our galaxy. Better estimates for the distances to the stars and the addition of dark energy into the cosmological model reconciled the age estimates.

Quasars (1980s)

The nature of quasars was not understood for decades. They are now accepted as a type of active galaxy where the enormous energy output results from matter falling into a massive black hole in the center of the galaxy.

Externa länkar

• What don't we know? Science journal special project for its 125th anniversary: top 25 questions and 100 more.
• Physics News Update A weekly physics news bulletin hosted by the American Institute of Physics.
• Open Questions in Physics
• New Scientist: 13 things that do not make sense.
• List of links to unsolved problems in physics, prizes and research.
• Ideas Based On What We’d Like To Achieve
• 2004 SLAC Summer Institute: Nature's Greatest Puzzles
• http://technology.newscientist.com/article/dn14179-glasss-dual-personality-explained-at-last.html