基础物理学中的四个大问题

首先，第一个问题是：为什么我们能记住过去，却不能记住未来？这听起来可能很愚蠢，但物理定律告诉我们这是一个合理的问题。基本上，物理的基本定律是可以告诉我们事物如何随时间变化。鉴于系统的当前状态，它们可以告诉我们系统接下来会发生什么。但它们也能很好地告诉我们该系统过去发生了什么。例如，我们可以使用相同的信息来确定滚动球的最终位置以及几秒钟前的位置。换句话说，物理定律同样适用于时钟来回运行。

宇宙应该更有可能处于最大熵状态，以至于熵不再上升，时间也不再流动。但相反，宇宙一开始是高度有序的。这是一件不可能偶然发生的事情，科学家们为此正在寻找合理的解释。所以，对于物理学家来说，“为什么破镜不能自发重圆”和“为什么大爆炸会这样发生”原来是类似的问题。

第二个问题

大爆炸理论说，宇宙从小而密集开始，然后向外扩展。暴涨理论是对它的补充，它说在宇宙存在的最初一小部分时间里，它以更快的速度膨胀。大多数宇宙学家认为暴涨是真实的，因为它有助于解决大爆炸模型的一些问题，并且他们已经在望远镜中看到了它的大部分预测效果。

大爆炸模型预测，在尽可能大的尺度上，我们应该会看到显着的温度变化和一些翘曲。但是，宇宙看起来真的很均匀，而且似乎没有任何整体曲率。我们所看到的任何地方，事物都大致相同，星系等事物的分布相似，环境温度也相似，我们也没有看到任何证据表明空间在最大尺度上发生了弯曲。

但并不是每个科学家都相信这个想法是正确的。暴涨的概念也意味着存在一种叫作“暴胀”的粒子，但任何物理理论都没有预测到这一点，我们对此也没有直接的证据。因此，一些物理学家提出了暴涨的替代方案，比如诺贝尔奖获得者罗杰·彭罗斯提出的非常抽象的“共形循环宇宙学模型”。

接下来是微调问题，它与常数有关。每当科学家确定物理理论时，他们总是会发现一些残酷事实的数字。比如光速是每秒300000公里，但我们不知道为什么。从电子的质量到重力的强度，有很多这样的常数。

据统计，有26个基本常数，它们不能被解释为来自更深层次的理论，只能通过实验测量，这引发了各种各样的问题。因为如果其中一些数字略有不同，我们所知道的生命就不会存在。例如，如果引力稍强或稍弱，恒星将无法产生生命运转所需的多样性和丰富的元素。

事实是，物理学家只是不知道这里发生了什么。要了解更多信息，我们需要更好地了解物理学的基础知识。这就把我们带到了最后一个问题，物理学基础的圣杯：对万物理论的追求。

第四个问题

广义相对论描述了引力的工作原理，量子场论描述了其他三种基本力：电磁力、强核力和弱核力。令人难以置信的是，整个宇宙中的一切都可以用这四种力量中的一种或多种来解释。但广义相对论和量子场论有时实际上是相互矛盾的，其结果可能会在极短距离或高能量等问题上发生冲突。因此，这里的目标是找到一个更深层次的底层结构，在某些情况下看起来像量子场论，而在其他情况下又像广义相对论。

最流行的万物理论想法被称为弦理论，它说一切都是由一维振动的“弦”组成的。物质的所有力和类型都来自它们不同的振动。我们可以花几个小时谈论弦理论，或者像圈量子引力这样的其他想法。但是，这些理论中的任何一个都没有证据支持。