關於生命、宇宙和一切的42個終極問題

42是一個神秘的數字。

看到42會心一笑的，一定是真科幻迷。

在腦洞大開的經典科幻小說《銀河系漫遊指南》中，高度智慧的跨維度生物為了找出生命、宇宙與一切的答案，製造了一台名叫「深思」（Deep Thought）的超級電腦進行計算。

「深思」花了750萬年來計算和驗證，熬死了無數代人，最後得出的答案：

那就是42。

完整視頻：

原因是什麼呢？

很簡單，the Answer to Life, the Universe and Everything is這句話（加上逗號）一共是42個字元。。。

估計是超級電腦算了750萬年後，算煩了或者乾脆死機罷工了，就給出了這個答案。

但42的神秘還不只如此：

42的二進位是101010，非常對稱整齊，再將101010視為夸克組成質子與中子的基本形式，則此結構幾乎可以代表一切物質的基本結構。

而42的十進位在 ASCII碼錶中對應的字元是「*」，「*」在計算機語言中是通配符，可以代表一切字元串，包含了「一切」這個宏偉的概念。

更多關於42的解釋可以閱讀一位geek寫的書：《42：Douglas Adams amazingly accurate answer to life, the universe and everything》，作者是Peter Gill。

（不過裡面也有一些牽強附會的解釋，例如《四十二章經》，《四十二行聖經》，英女王42個孫子之類的）

可能也是為了致敬神秘的42，在最近發表於arXiv的一篇論文中，得克薩斯A＆M和烏普薩拉大學的物理學家Roland Allen和Suzy Lidstrom闡述了他們認為是生命、宇宙和所有事物的42個終極問題，其中有些深入到了哲學的層次。

論文地址：

https://arxiv.org/pdf/1804.08730.pdf

1.為什麼物理學預測的宇宙常數如此之大？

宇宙常數首先由愛因斯坦提出，描述了宇宙的能量密度。問題在於天文觀測表明宇宙常數遠遠小於物理學所預測的數值。

2.什麼是暗能量？

1998年，宇宙學家驚訝地發現宇宙的膨脹正在加速。這一異常被認為是由「暗能量」引起的。

它似乎佔據了宇宙的三分之二以上，但尚未有令人信服的證據證明它的存在。

3.愛因斯坦的引力怎麼與量子力學調和？

愛因斯坦意識到引力與自然界中的其他一切一樣，應該能夠用量子力學來描述。

然而，當引力非常強的時候，像黑洞周圍一樣，嘗試調和量子力學和引力的嘗試就會崩潰。

4.黑洞的熵和溫度來自哪裡？

儘管史蒂芬.霍金作出了黑洞輻射的開創性工作，但Allen和Lidstrom還是列出了一個未接之謎：當涉及到黑洞時，為什麼熵與面積成正比，而不是體積，就像其他物理系統一樣。

5.黑洞中會丟失信息嗎？

信息被認為是在事件視界的表面編碼並作為輻射發回。然而，無論事件發生的信息如何，所有特定質量的黑洞的輻射都完全相同。

這表明黑洞破壞了信息，違反了熱力學。

6.宇宙是否經歷了膨脹時期？

據認為，宇宙在其存在的第一秒內呈指數級膨脹。兩大問題是：膨脹的起源是什麼？膨脹有直接證據嗎？

7.為什麼物質依然存在？

基於粒子物理學的標準模型，物質和反物質應該在早期的宇宙中被完全湮沒，只留下光子。

相反，現在宇宙中存在相對豐富的物質卻缺乏反物質，原因是什麼？

8.什麼是暗物質？

觀測到的星系表明，宇宙的大約四分之一是由暗物質構成的，但迄今為止物理學家還沒有能夠檢測到可以解釋觀測效應的粒子。

這個粒子會是axion嗎，還是WIMP，或者其他一些東西？

9.為什麼普通物質（Ordinary Matter）的粒子在高能級時重複兩次？

在標準模型中，有四個主要基本物質粒子：上夸克，下夸克，電子和電子中微子。

然而，這些粒子中的每一個都有第二代和第三代，例如charm quarks，strange quarks以及muons。為什麼會這樣？

10.粒子群的起源是什麼，中微子有什麼樣的群體？

上述4種基本粒子從哪裡獲得質量？人們認為質量與它們與相關場（例如希格斯場）的相互作用的強度有關，但還是有些異常是目前的理論無法充分解釋的。

11.是否存在超對稱性，以及為什麼觀測到的粒子的能量與最基本的（普朗克）能量級相比如此之小？

標準模型無法解釋為什麼弱核力比引力強得多（強1025倍）。

12.大統一理論會是怎樣的？

三種基本力——強、弱、電磁力已經統一，但它們與引力的統一仍然是一個謎。

13.愛因斯坦相對論和標準場論是否總是有效的？

對稱性是當系統經歷轉換時保持不變的系統的屬性。

電荷共軛（charge conjuction）、奇偶性（parity）和時間反轉（CPT）從未被違反。時間反轉（CPT）可能嗎？

14.我們的宇宙是否穩定？

希格斯玻色子的各個方面表明，我們的宇宙只是處於「邊際穩定」，或者可能處於一個更穩定狀態的過渡階段，這會導致宇宙具有根本不同的性質。

問題是現在我們的宇宙是否穩定？

15.夸克總是被限制在它們構成的粒子裡面嗎？

一般認為夸克被限制在它們的質子內，並且需要非常高的能量才能將其裂解出來。

越來越多的證據也表明，夸克必須始終受到限制，但這並未得到嚴格證明。

16.具有非凡力量的系統（Non-Trivial Forces，如強大的核力）的完整點陣圖（Phase Diagrams）是什麼？

老實說，我們不知道，以下是一篇論文的截圖：

17.什麼新的粒子仍然等待發現？

像LHC這樣的粒子加速器已經發現了新粒子。但它會有更多新發現嗎？

這對於在CERN工作的物理學家來說，是一個嚴肅的問題，以防虛度時光。

18.什麼新的天體物理在等待發現？

也許有一些新的恆星在等待被發現，例如在早期宇宙中形成的巨大的Population 3星，它僅由氫和氦組成，還可能出現由黑暗物質湮滅而不是融合形成的「暗星」。

19.超導性和超流性的新形式還有待發現？

在過去的幾十年中，物理學家通過將材料暴露於極端溫度下，創造了許多超流體（無粘性流體）和超導體（無電阻材料）。

還有哪些材料可以在未來展示這些特性？

20.什麼新的拓撲相仍然等待發現？

拓撲絕緣體是內部起絕緣體作用的材料，但在外部具有導電性。它們在哪裡可以被找到？

21.在高度相關的電子材料（Highly Correlated Electronic Materials）中還會發現哪些其他屬性？

20中提到的拓撲絕緣體已經在單電子或准粒子系統中得到證明。還有哪些其他類型的材料可以利用准粒子？

22.還有什麼其他新的相和物態仍待發現？

研究人員近年來發現了大量新相的物質，如准晶和時間晶體。還有更多的東西在等待被發現嗎？

23.量子計算、量子信息和其他糾纏應用的未來是什麼？

開發大規模量子計算機的競賽正在如火如荼地進行，這種計算機可以在許多任務上超越傳統計算機，比如打破大多數形式的密碼學。

但是，這些應用是否會走出實驗室，還是它們太脆弱了，只能滿足好奇心？

24.量子光學和光子學的未來是什麼？

量子互聯網將有助於保護個人數據，防止竊聽。但要做到這一點，需要對光子進行遠距離控制。

目前用於傳輸糾纏光子的記錄在2017年由中國的墨子衛星創造。未來還會有什麼其他的創新？

25.有更高的維度嗎？

如果還有其他維度，那個維度的「內部空間」是如何構成的？

26.有沒有多元宇宙？

是否存在無數個宇宙，每個宇宙都有自己的法則？有沒有可能我們的宇宙正好符合智能生命誕生的條件，像「人擇原理」闡述的一樣。

更重要的是，我們如何用科學來證明這一點？

27.時空幾何中是否有奇特的特徵？

宇宙的「形狀」是什麼？

如果宇宙的結構可以是裸露的奇點，蟲洞和/或封閉的時間循環，那麼這可能允許像時間倒退那樣的事情。

28.宇宙是如何產生的？它的命運是什麼？

宇宙的根源是什麼呢，它是從大爆炸開始的嗎？展望過去將有助於我們理解未來，我們是否正在走向了一個「大撕裂」，到時所有的東西最終都被撕成碎片。

29.什麼是時空的起源，時空為什麼是四維的，為什麼時空與空間不同？

30.如何解釋相對論和愛因斯坦引力？

超對稱和弦理論等統一理論傾向於假設廣義相對論而不是解釋它。但是愛因斯坦的引力理論是否可以從真空能量或弦理論領域中導出？

如果不能，那引力從哪裡來？

31.為什麼所有力都有規範場形式？

標準模型中的所有力——弱、強、電磁和引力，都用規範理論來描述，該理論描述基本粒子如何與特定場耦合。

然而，為什麼只有這些力存在，為什麼物質只能弱地耦合到這些場呢？

32.量子場如何解釋更多想像？

量子力學是否可以對一些更深層次的宇宙原理進行解釋？例如宇宙為什麼由量子場組成，測量期間波函數為什麼會坍縮。

33.物理學在數學上是一致的嗎？

好的理論在數學上與實驗一致。然而相對簡單的量子場理論尚未證明在數學上一致。

34.物理學的形式主義和人類經驗的現實之間有什麼聯繫？

如果數學和它所描述的物理學實際上是人類的創造，那麼我們就必須解釋人類意識與現實之間的關係，以及相關的問題，比如為什麼它存在，而不是不存在。

35.什麼是理論、計算、實驗和觀測技術的終極限制？

更好的計算機如何改進我們的模型或幫助我們理解一些最複雜的實驗，如大型強子對撞機？

隨著我們的望遠鏡變得更加複雜，他們會如何揭示宇宙的性質？

36.化學、應用物理學和技術的終極限制是什麼？

我們生活在前所未有的科技進步時代。這種進步是否有上限，或者發現成功率是否會繼續加速？

這個問題與人工智慧尤其相關，人工智慧試圖創造一個真正的超級智能機器。

37.什麼是生命？

這個著名的問題在1944年首次由薛定諤提出。70多年後，生物學家仍然試圖回答這個看似簡單的問題。

38.地球上的生命是如何開始的？

有機分子是從早期地球上的「原始湯」中產生的，還是由小行星從太空中輸送進來的？

而且，我們的單細胞祖先如何最終發展成複雜的生命形式？

39.宇宙中的生命有多豐富？

火星上的機器人在我們自己的太陽系中搜尋有機物質，而SETI天文學家正在掃描宇宙的信息，但到目前為止還沒有證據顯示銀河系其他地方存在生命智能。

我們真的可以獨享宇宙如此遼闊的領域嗎？

40.生命如何解決看似無法完成的複雜性問題？

看似「愚蠢」的生物有機體卻能夠完成複雜的任務，例如通過蛋白質摺疊，細胞分裂增殖，形成眼睛、心臟、大腦等複雜結構的能力。

這是如何形成的？

41.人類是否有可能徹底根除疾病，並實現永生？

42.什麼是意識？

這是一個幾百年來一直困擾著哲學家的問題，但直到最近，我們技術才發展到可以讓我們科學地探索這個問題。

意識是通過數十億個細胞的複雜相互作用而出現的嗎？

它是一種波嗎？它可以被複制嗎？它與量子力學有關嗎？

Ref：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/26154800

https://arxiv.org/pdf/1804.08730.pdf

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