有什麼現象是物理學家至今仍無法合理解釋的？

這就很多了，我認為這個分為兩種，

• 簡單、常見的的現象，但其實科學並沒有很好的解決。
  

• 少見、極端的現象，科學沒有合理解釋，或者至今認識不是很全面。

先說第一種，有些很原始的技術，完全靠我們的經驗建立「唯像模型」，一樣非常可靠。但深層次的科學原理，暫時解釋不清楚。

比如：混凝土

在材料學上，我們仍然不知道混凝土配比、性能之間確卻的因果關係。

我不是土木工程和材料學專業，只有引用別人的答案，網易有個專欄叫《了不起的中國製造》，就談到過混泥土問題，有興趣可以看一下：

第二種，我們在極端環境下觀測到這種現象，由於經驗太少，無法很好的解釋。

比如：核聚變發電的電漿約束（plasma confinement）：也即對高溫高壓的電漿（等離子體）進行約束，

我們常說物質有三態：氣態、固態、流體態，其實還有和【等離子態】和【超臨界態】等等，宇宙中物質九成是發熱發光的恆星，恆星都是【等離子態】。

但是恆星是自然界的奇蹟，是重力和核聚變反應兩個力動態平衡的結果。

核聚變就是在地球上模擬太陽，讓二者平衡，穩定、持續的釋放熱能，說簡單一點就是讓氫彈「慢慢的爆炸」。

太陽是依靠重力約束讓其慢慢的爆炸，那在地球上怎麼辦？

這就涉及【電漿約束】，目前有兩種方法：慣性約束聚變（inertial confinement fusion）和磁約束聚變（Magnetic confinement fusion），

比如美國的國家點火系統(NIF)，用的是慣性約束聚變，而我們國家的人造太陽：EAST （Experimental Advanced SuperconductingTokamak），用的是蘇聯最先研究出來【托卡馬克（Tokamak）】方式，是實現磁約束核聚變的一種方法。

【托卡馬克（Tokamak）】磁約束被認為最有前途，但有兩個難點需要攻克：

第一，材料學上需要找到能約束電漿的可靠經久耐用的材料，對抗中子的轟擊，保護人類不受核輻射。

第二，電漿在核聚變爐內，呈現出一種流體狀態，因為粒子數目太多，運動太過於複雜，我們現在只有一些很少的經驗，但並不能準確預測電漿流體的運動。

我們知道電磁學（電動力學）核心是麥克斯韋方程組，但是，電漿（等離子體）太複雜了，跟氣體一樣，會產生「電漿湍流」，而「湍流」也是流體力學的一座無法攻克的大山，

所以，目前也找不到第一原理，也就無法推理、預測，無法構建公理系統，也就無法準確的預測因果關係，所以工程上無法應用。

但是，沒有公理系統也不要緊，依靠經驗建立【唯像模型】，在工程上一樣很完美的應用。

但麻煩的是，電漿不是水或者氣體，非常難以獲得，非常不穩定的，這就增加了實驗難度，難以獲得數據。

說簡單一點：氣體「湍流」問題，可以建風洞模擬實驗，所以，我們一樣製造高速飛行的戰鬥機。

而【唯像模型】的建立就是要不停的試錯積累數據，電漿幾千萬度的溫度，你怎麼建【電漿風洞】？所以電漿實驗成本非常之高，而且持續的時間又短，你怎麼獲得大量的經驗和數據？

這門學科叫做：電漿流體力學或者叫電磁流體力學（electromagnetohydrodynamics）

所以，目前不斷提高聚變的時間，就是為了獲得電漿流體力學的數據，建立一個可靠的模型，從而更好的控制電漿。

就算這一步實現了，但是，沒有爐子也是完全白搭呀！

材料學上怎麼辦？說簡單一點，你能控制【煤炭】，爐子呢？用什麼材料造？核電站一運行幾年幾十年，什麼材料能夠抵擋【太陽】？用什麼材料保護人類免受核輻射？

物理界這七大未解之謎，愛因斯坦復活也無能為力

如果艾薩克·牛頓（Isaac Newton）乘坐時光機來到現代，他會欣喜地發現物理學已經取得了巨大的進步。幾個世紀前還異常神秘的東西現在只是大學新生物理課上的內容，恆星的構成就是一個很好的例子。

看到大型強子對撞機（LHC）這樣的巨型實驗裝置，牛頓一定會驚得合不攏嘴。要是知道自己的引力理論被愛因斯坦的理論所取代，他可能會感到沮喪。量子力學可能會被他視為奇談怪論，雖然當今的科學家也有同樣的感覺。

然而，一旦了解最新進展，他無疑會為現代物理學取得的成就鼓掌歡呼，無論是在19世紀發現光的本質，在20世紀確定原子的結構，還是在去年發現引力波。

儘管如此，當代科學家承認，他們並未掌握所有的答案。「我們還沒有弄懂關於宇宙的一些基本事實，」加州大學物理學家、《我們不知道：未知宇宙指南》合著者丹尼爾·懷特森（Daniel Whiteson）博士說。

以下是當今物理學七大未解之謎。

眾所周知，物質由原子構成，原子由質子、中子和電子構成，質子和中子由更小的粒子夸克構成。如果進行更深入的探索，我們會不會發現更加基本的粒子？誰也說不準。

我們確實有了粒子物理標準模型，它很好地解釋了亞原子粒子之間的相互作用，也被用來預測未知粒子的存在。上次通過這種方法發現的粒子是希格斯玻色子，於2012年被LHC研究人員發現。

但標準模型並非無所不能。

「標準模型解釋不了一切，」費米國立加速器實驗室粒子物理學家唐·林肯（Don Lincoln）博士說，「它解釋不了希格斯玻色子為什麼存在，解釋不了希格斯玻色子的質量。」實際上，希格斯玻色子的質量比人們原先預測的要輕得多。林肯說，按照以前的理論，它的質量應該是「其實際質量的1000萬億倍」。

大型強子對撞機的一個粒子探測器

謎題還不止這些。原子被認為是電中性的（質子的正電荷與電子的負電荷互相抵消），但為什麼會這樣？林肯說：「沒人知道。」

對於我們來說，沒有哪種力比引力更為熟悉。畢竟，正是引力使我們可以站在地面上。愛因斯坦的廣義相對論提出了引力的數學公式，把引力描述為一個「扭曲」的空間。但引力的強度比其他三種已知的力（電磁力、弱力和強力）要弱萬億億億億倍。

一種可能是（目前只是猜測），除了我們日常注意到的三個空間維度以外，還有隱藏的其他維度，也許以一種不可能被發現的方式「捲曲起來」。如果真的存在另外的維度，並且引力能「泄漏」到那些維度，這可以解釋引力對我們而言為何這麼弱。

「引力可能和其他的力擁有相同的強度，但由於引力泄漏進入其他不可見的維度，因而被迅速削弱，」懷特森說。一些物理學家希望，在LHC進行的實驗會提供其他維度的線索，但到目前為止還沒有任何發現。

自從愛因斯坦提出相對論以來，物理學家認為空間和時間組成了一種叫做「時空」的四維結構。但空間和時間存在某些根本上的區別。在空間中，我們可以隨心所欲地自由移動。而在時間中，我們毫無自由可言。我們只會年齒徒增，不可能返老還童。我們記得過去，但不知道未來。和空間不同，時間似乎只有一個特定的方向，物理學家稱之為「時間的箭頭」。

一些物理學家猜測，熱力學第二定律提供了線索。熱力學第二定律可以表述為一個物理系統的熵（混亂程度）會逐漸增加。物理學家認為，熵的增加使時間有了方向。例如，一個破碎的茶杯比一個完好的茶杯擁有更高的熵。毫無疑問，破碎的茶杯總是在完好的茶杯之後出現，而不是在之前出現。

熵增加是因為它先前的值較低，但它為什麼一開始很低？140億年前，當宇宙因大爆炸而誕生時，宇宙的熵是不是非常低？

包括加州理工學院教授肖恩·卡羅爾（Sean Carroll）在內的一些物理學家認為，這就是缺失的一環。「如果你能告訴我為什麼早期宇宙擁有低熵，我就能解釋其餘的部分，」卡羅爾說。在懷特森看來，熵理論並不能解釋全貌。他說：「我認為，問題的根本在於，時間和空間為什麼差別這麼大？」近期的計算機模擬實驗似乎表明，時間的不對稱性可能源於物理學的基本定律，但這一結論存在爭議，時間的終極本質仍然是未解之謎。

比起現實生活中，反物質在科幻小說里更出名。在《星際迷航》中，反物質和物質發生相互作用，驅動曲速引擎，使聯邦星艦企業號以超過光速的速度飛行。曲速引擎純屬虛構，但反物質是真實存在的。我們知道，構成物質的每一種粒子可能都有一種與其電荷相反的相同粒子。例如，反質子就像質子，但電荷為負。對於帶負電荷的電子來說，其反粒子就是帶正電荷的正電子。

物理學家已經在實驗室中創造出反物質。但在此過程中，他們也創造出了同等數量的物質。這表明，宇宙大爆炸肯定創造出了相同數量的物質和反物質。然而，我們看到的幾乎一切都是由物質構成，不管是腳下的地面，還是遙遠的星系。

到底發生了什麼？為什麼物質比反物質更多？最有可能的解釋是，宇宙大爆炸產生的物質比反物質多了一點點。「在宇宙的早期歷史中（大爆炸之後的很短時間內），每100億個反物質粒子就有100億零一個物質粒子，」林肯說，「物質和反物質粒子互相湮滅100億個，留下了一個物質粒子。這小小的『一個』就構成了我們。」

但物質為什麼一開始比反物質多了一點點？「我們不知道，」林肯說，「這是個謎。」如果物質和反物質最初的數量是相同的，它們應該在能量的爆發中完全互相湮滅。林肯說，要是這樣的話，「就不會有人類了」。

位於美國伊利諾伊州巴達維亞的費米國立加速器實驗室

當「地下深處中微子實驗」項目在2026年開始收集數據時，一些答案可能會浮出水面。該項目將分析從費米國立加速器實驗室發射到桑福德地下研究設施的一束中微子（不帶電荷、幾乎沒有重量的微小粒子）。這束中微子將包含中微子和反中微子，研究目標是看看二者的行為是否相同，從而為自然界的物質-反物質不對稱性提供線索。

固體和液體很好理解。但一些物質的表現既像固體又像液體，使它們的行為很難預測。沙子就是一個例子。一顆沙子是像岩石一樣的固體，但百萬顆沙子能像水一樣流過漏斗。車流的表現也是如此，汽車自由地穿行，直到在某個擁堵地段停下。

因此，更好地理解這個「灰色地帶」可能具有非常重要的現實意義。

「人們一直在問，交通系統會在什麼情況下堵塞？」曼荷蓮學院物理學家克斯廷·諾德斯特羅姆（Kerstin Nordstrom）說，「避免堵塞的關鍵參數是什麼？」奇怪的是，在某些情況下，車流的一次堵塞實際上減少了更多的交通擁堵。「這違反了人們的直覺，」她說。

我們現在有兩個主要的理論來解釋幾乎所有的物理現象：廣義相對論和量子力學。前者善於解釋所有物體的運動，小到高爾夫球，大到宇宙星系。後者在原子和亞原子粒子領域同樣表現出色。

但問題是，這兩個理論對世界的描述大不相同。在量子力學中，事件是在固定的時空背景下展開。而在廣義相對論中，時空本身是不固定的。彎曲時空的量子理論會是什麼樣子？卡羅爾說，我們不知道。「我們甚至不知道我們試圖量子化的東西是什麼。」

這沒有阻止人們進行嘗試。幾十年來，弦理論（認為物質由微小的振動弦或能量環構成）被視為最有可能產生統一的物理學理論。但一些物理學家更傾向於圈量子引力論。該理論認為，空間本身由微小的圈構成。

弦理論和圈量子引力論都有可取之處，尤其是弦理論家開發的技術有助於解決某些棘手的物理學問題。但弦理論和圈量子引力論都未經實驗證實。眼下，我們孜孜以求的統一理論仍然杳渺無蹤。

在最初的5億年里，地球上沒有生命。然後，生命誕生，逐漸繁衍壯大。但生命是如何出現的？科學家認為，在生物進化開始之前，先有了化學進化。簡單的無機分子發生化學反應，形成複雜的有機分子，在海洋中進行的可能性最大。但又是什麼啟動了這一過程呢？

麻省理工學院物理學家傑里米·英格蘭（Jeremy England）最近提出了一個理論，試圖從物理學基本原則的角度出發，闡釋生命的起源。他認為，生命是熵增加的必然結果。若真是如此，那麼按照他的話說，生命的出現「就像石頭向山下滾一樣理所當然」。

這個理論有很多猜測成分在內，但近期的計算機模擬可能為該理論提供了支持。計算機模擬顯示，平常的化學反應（在地球剛形成時常見的那些化學反應）能創造出高度結構化的化合物，這在邁向生命體的道路上是至關重要的一步。

大約40億年前，生命在地球上出現，然後散布到世界各地，但生命如何從非生命物質進化而來還是未解之謎

生命的由來為何讓物理學家如此的難以索解？物理學家會說，任何有生命的東西都「非常不平衡」。在平衡的系統中，一個成分與其他成分大體一樣，沒有能量流入或流出（比如岩石和裝滿氣體的箱子）。生命卻剛好相反。例如，一棵植物吸收陽光，利用其能量來製造複雜的糖分子，同時向外界排放熱量。

弄懂這些複雜的系統「是物理學沒有解決的重大問題」。多倫多大學物理學家史蒂芬·莫里斯（Stephen Morris）說：「這些非常不平衡的系統自我組織成令人驚異的複雜物體，比如生命。我們應該如何加以解釋？」

翻譯：于波

來源：Nbcnews

翅膀和起重力。

人類發明飛機已經一百多年了，人們認為，飛機機翼的原理早在老舊塵封的20世紀20年代的流體力學書本中就已經給出了完整的解釋。但其實並不是這樣的。「起重力」仍是一個熱門話題，甚至還是一個存在爭議的話題，時至今日，仍有很多這方面的新想法、新論文在學術期刊上發表。

為什麼？

原因很簡單：首先，我們不了解紊流。3D飛機中的起重力是一個基礎非線性湍流數學的例子。真正的飛機通過渦流飛行，而渦流的產生在數學上是一個難題。

第二，人們對起重力的誤解很顯然是由空氣動力學之父普蘭特開始的。普蘭特博士錯誤地將翼尖旋渦看作是一種不必要的物體。他認為，如果我們可以解釋一個無限寬的機翼，那麼我們就可以解釋飛行是怎麼回事了。可其實無限寬的機翼不會產生渦度，因為它沒有翼尖！普蘭特也想當然地認為，由機翼分開的空氣包必須在機翼的後緣重新匯合。

普蘭特將這種觀點的細節發表在了20世紀20年代著名的期刊上，在整個空氣動力學領域廣為流傳。自從有了互聯網，這些誤解才受到攻擊，直到今天，其中的一個被稱為「平等過境謬論」，被美國航空航天局和其他網站揭露了。

不幸的是，每當分割的空氣包在機翼後緣重新匯合時，機翼的起重力必須總是恰好調整為零。這是真的，因為每當機翼的凈「流通」為零時，這些空氣包才會重新匯合。而且，普蘭特還試圖通過建立二維機翼，或創造無限寬機翼來擺脫翼型的流動。

不幸的是，3D飛機的起重力是基於流出的渦流。無限寬度、沒有翼尖渦流的機翼實際上是文丘里效應的一個例子，而這並沒有描述真正的飛機到底如何飛行。這種無限翼文丘里效應與「地面效應」或「翼地效應」相同，對於高空飛行的3D飛機幾乎沒有影響。

第三，直到二十世紀九十年代中期，我們仍然不知道大黃蜂到底怎麼能飛的。也不知道飛蛾，蝴蝶，或是撲翼機等是怎麼飛的。理論計算得出的力與昆蟲飛行中的實際測量的力並不相符。沒有納維－斯托克斯方程的一般解決辦法。所以目前，一般的處理辦法都是基於數字與電腦模擬構建出「人造風洞」。然而即使這樣，依然沒有提供與昆蟲飛行情況相符的答案。哪怕建造新的風洞，也不能保證會有新的發現，無論我們做得多完美都沒用。

隨後，在20世紀90年代，利茲大學有了一個新發現，發現者將一個「人造天蛾」沉入水中。在撲翼飛行期間，一個全新的、從未發現的前沿渦流產生了。這正是昆蟲飛行中大部分缺失的力量。但與此同時，權威人士和流行作家也悄悄地昭示了「我們不理解大黃蜂飛行原理」的觀點，他們確信，這個問題只是一個神話。他們都錯了，我們真的沒有理解。這個突破發生在20世紀90年代。你發現沒有：它是有爭議的。每當我們不了解一個事物，就會引用一些專家的觀點，來掩蓋我們自己的尷尬。

這個「天蛾發現」當然沒有結束研究。目前，我們還沒有一個簡單的基本解釋，來解釋飛行中的3D機翼渦流脫落產生的起重力。正如愛因斯坦所說：「一個理論，如果你不能跟你的祖母解釋明白，那就說明你還是不夠了解這個理論。」

比如說，有一篇很有爭議的文章，它試圖解釋以流體泵、不對稱的下流和「勺翼」為基礎的飛行過程。還是這兩位作者，他們還發表了一本入門級空氣動力學教科書。在幾乎其他所有教科書中，都存在很多廣為流傳的誤解，但在他們的書里並沒有。畢竟，每當你看到一個翼型截面的二維流程圖時，這只是在解釋一個地面效應機器。

所有的現象都可以被發現但不能被解釋，六根只有「發現」的功能作用，沒有「解釋」的功能，「解釋」是意識中與物境相脫離的單獨心理活動。

隨便找個科學家，問他為什麼萬有引力會存在，他要是將引力波三個字發出聲來，先抽他一耳光，再問他引力波為什麼會存在。

物理學上很多問題目前的解釋都不可靠，幾乎所有物理問題都不能形成完備解釋。

舉幾個大多數科學家沒有形成共同觀點的例子。

量子糾纏，目前只能描述其現象，沒有很有說服力對其機制的解釋。

經典物理學對湍流現象的機制解釋，尤其是廣義上的這一類問題在任何學科都是個難題

我上小學的時候，沒有感覺到世界上會有那麼多解決不了的問題，再難的事，也就是划拳比指頭解決了。哈哈！

我上高中的時候，感覺到世界上的問題比小學時多海了，但還是認為沒有解決不了的事情！嘿嘿！

我上研究生的時候，感覺世界上的問題多了去，豈是我等小輩可以解決的！

今天，人類還在進化，還在成長，還在豐富自己的知識，我們會用更加複雜的思維，更加成熟的思想去看待這個並不簡單的世界。當然，也會有更多的問題呈現在我們眼前，更多的謎團困擾我們的心靈。……

初生牛犢不畏虎，可他的爸爸媽媽卻怕老虎！難道他能打過他的爸爸媽媽嗎？不能。無知者無畏！

希格斯玻色子的存在，可能連發現他、並獲得諾貝爾獎的人也不清楚具體，只是叫做「上帝粒子」。希格斯玻色子只是人、地球、太陽系、銀河系、所有物質世界存在於宇宙之中的最起始動力，在宇宙洪荒的茫茫之處，一切虛無，所有的虛無粒子在真空里自然遊盪，或者絕大多數靜止，是希格斯玻色子這一唯一粒子用自己的電子等等啟動了狹義宇宙的整個爆發、形成。所以，希格斯玻色子輕至無限，重至無限。

這可太多了，而且都是現代科學理論的基礎原點問題。

引力理論：行星按軌道運行的初始原動力？

空間理論：宇宙的邊界在哪？邊界之外是什麼？

時間理論：時間為什麼是單向流動？

進化論：最初的生命體從何而來？人類明顯不同於其他動物，為什麼只有猴子進化成高等生物，其他動物沒有？

生物學：夢到底是如何形成的？靈魂是否存在？

還有平行空間，等等，任何一個被搞清楚了，都是現代科學顛覆性的改變。

以前物理老師給我們講的我一直耿耿於懷。我們存在的世界裡會不會擁有無數個很小的小世界 比如一片樹葉上 是否有一個小世界 如果有 那麼樹葉凋零到分解的那個過程是不是就是對於那個小世界中的「人」就像我們所理解的現實中的幾百幾千了世紀呢 越想越入迷 求大神解答

任何物理現象都沒有合理解釋，都經不起5句「為什麼」。比如，為什麼蘋果掉地上，因為萬有引力，為什麼兩個具有質量的物體相互吸引？沒有人知道。再比如，燈為什麼發光？因為點通過導體會發熱，為什麼電通過導體會發熱？因為電子運動，內能增加，為什麼電子運動內能就增加了？所以所有科學都是對想像規律的總結描述，而不是解釋。