4、现代物理学中的几个疑难问题
现代科学表明，宇宙具有无穷多的连续系列的层次结构。我们目前
所认识的世界可细分为宇观世界、宏观世界和微观世界，不管宇宙中的物质形态是多么的千差万别，表面上的差异是多么的巨大，但蕴藏在物质中的道理是统一的，贯穿于各个层次各个世界，物理学规律因而具有普遍性的意义。
科学中的疑难问题，是科学迄今尚未征服的领域。对于疑难问题的探索求解，从来都是科学研究中最活跃、最富生命力的部分，是科学活动的
本性所在。科学中的疑难直接相关于科学理论本身的结构及其实际的发展水平。当科学信念与科学事实发生冲突时，就出现科学中的疑难。这不一定只限于理论的推论与实验事实直接矛盾这一种情况。当一个深信其成立的命题还未得到理论的严格证明时，它也会成为人们为之困惑的疑难问题。科学中的各种疑难是具有不同的价值的。就是说，有的疑难问题的探索求解对于一个学科的发展至关重要，有的则不那么重要。然而，辨认出一个学科中的关键疑难并非易事。
疑难可以来自实验方面，也可能来自理论方面。因此，要判断一个疑难的性质，往往需要从两方面做细致的审核工作。一是看其实验方面有无差错？考虑能否在更高的精确度上重现实验，或能否设计新的实验方案作对照核实。二是分析理论有无差错？考虑能否改进演绎和计算的方法，或理论结构是否自治。经过这样的检查与校正之后随即消失的疑难，叫做平凡疑难。如果实验事实是可靠的，理论又是自洽的，可就是找不到理论与事实之间的吻合关系；或是理论演绎不
出事实结果来；或是理论命题与实验命题直接抵触。这些情况对于科学工作者具有很大的吸引力。探索求解这些疑难的努力，或有助于深入揭示原有科学理论的甚为隐蔽的内涵，从而可能开辟理论应用的许多新前景，或有助探明原有科学理论的有效域边界。属于前一情况的疑难并非理论本身所固有，它的解决使得原理论更加精细化。因此，这类疑难本质上是平凡疑难。属于后一情况的疑难则为原有理论所不固有，叫做非平凡疑难，它的探索求解将导致科学理论的根本变革，促进崭新理论的诞生。
中国科学院理论物理研究所的朱传界提出了理论物理学中的10个顶级问题：所有刻画自然界的无量纲参数是原理上可计算的呢，还是有些仅仅是由历史或是量子力学的偶然因素确定而不可计算的？量子引力如何能帮助解释宇宙的起源？质子的寿命是多长？我们如何解释之？自然界是超对称性的吗？如果是，超对称如何破缺？为什么宇宙看来只有一个时间和三个空间维数？为什么宇宙常数会有它有的值？这个值是零吗?它是常数吗?M-理论的基本自由度是什么？这一理论确实描述自然界吗？黑洞的信息佯谬如何解决？引力尺度和基本粒子的典型质量尺度之间的巨大差异是由什么物理解释的？我们能定量地解释量子色动力学中的夸克胶子的禁闭和质量间隙(mass gap)的存在吗？
笔者结合自己物理学思考的过程，搜集整理了现代物理学中存在的几个问题，下面列举其中的几个，其它的问题在后面的文章中陆续列出。
1.物理理论是否与环境相关：物理的基本参数和规律都可以计算，还是仅由历史的或量子的偶然性决定，或者是由人择原理来确定？景观
的图像是对的吗？
2、新物态：存在常规实验可探查的一般非费米流体行为吗? 超导体为何无电阻，目前超导体研究现状如何？超导中的库柏对为何两个电子的自旋方向相反，动量方向也相反？高温超导的微观机理是什么？可否发现室温超导体？现代科学如何认识地磁场形成的原因的，以及磁偏角？ 波的衍射条件背后是否存在更本质的规律？全反射现象说明了光在同一种介质中并非一定沿直线传播，是否与广义相对论矛盾？能量最低原理认为物体只有处于最低状态才稳定，在这些现象背后是否存在着更本质的规律？
3、量子计算机：如何防止量子计算中的“退相干”？如何实际制造量子计算机？
4、.物理学的应用：如何得到室温甚至室温以上的超导材料？如何用电子材料（如半导体）制造室温铁磁体？
5.计算物理学：计算机能代替解析计算吗？如果是，那么将来物理学家所受的训练该如何相应改变？
6.物理学的分化：物理学自身发展日益分化，如何面对这种状况？
7.还原论：是否应该怀疑这个物理学的根本逻辑？是否保持一个开放的态度？
8.“理论”应该扮演何种角色：“理论”是否应仅仅靠实验来判断正误，或者应该是由基本物理原理发展出来的对自然“更高”层次的理解，而可以不顾及是否能在实际中实现？在对复杂系统的细节描
述中，如何估价物理学家一贯坚持的“简洁性”和数学“优美性”等原则？
9.物理学未来发展中潜在的危险：如何面对越来越大、越来越难以实现的物理学实验计划？在这种形式下，新的研究途径该是怎样的？理论在探索自然方面应该起什么作用？量子传态中的两个相距甚远的关联粒子之间的‘相互作用’机制是什么？ 基本粒子质量谱可能与何因素有关？在大统一理论中为何存在“大沙漠”现象，其物理原因是什么？
10．为什么类星体具有难以想象的巨大能量辐射？它内部应具有什么样的结构？部分类星体光谱超常值红移到底是由什么原因引起的？所有的天体光谱红移都是多普勒红移吗？
11．量子物理学、宇宙物理学和相对论之间的所有基本物理学定律该如何统一？现代物理学和经典物理学之间的强、弱、电、磁相互作用与万有引力场作用又该如何统一？现代物理学和经典物理学的所有基本物理定律又该如何统一？„„。
19、基本物理常数的数值会随时间改变吗？自然界的基本常数为什么具有现在的数值？为什么物理学的基本方程都具有时间反演不变性？
12、为什么绝对零度不可达到？为什么热水比冷水冻结快些（Erasto Mpemba问题）？运动物体的温度会改变吗？开放系统的熵具有什么物理意义？湍流形成的机理是什么？
13、地球磁场极性颠倒的原因是什么？南极空洞是怎么形成的？生物体内有核反应吗？地震前的地光是怎么形成的？ 为什么闪电多‘之'字形少球形？
14、 声音在密度高的物质中（例如在水或钢中）要比在空气中传播得快；但它在暖空气中又比在冷空气中传播得快，而暖空气的密度却比冷空气低。这是不是自相矛盾呢？ 为什么会形成晶体？为什么晶体总有一定的形状？ 什么是戈德尔证明？戈德尔证明是否说明真理是不可得知的？红光通过棱镜时的变化最小，而在通过衍射光栅时变化最大，为什么会有这种差别？当两道光束互相干涉并产生暗区时，能量发生了什么变化？ 数学家为什么对素数感兴趣？ 当一个不可抗拒的力遇到一个什么力都不能使之运
动的物体时，将会发生什么情况？ 增殖反应堆是什么东西？ 我们得把氢加热到多高的温度和保持这个温度多长的时间，才能使聚变反应持续进行下去？ 为什么人们说“宇宙空间的低温？”一个空虚的宇宙空间怎么会有温度呢？ 什么是宇宙尘？它们是从哪里来的？ 什么是脉冲星？气泡室是怎样工作的？ 恒星的温度能达到多少度？ 在一颗恒星上，聚变反应可以进行到什么程度？ 如果太阳的表面温度是白热的，太阳黑子为什么又是黑的呢？如果黑子真是黑的，它们就该也是冷的。太阳上的东西怎么会是冷的呢？ 为什么所有行星的轨道都近似地位于同一个平面上？ 冥王星与其它各行星有什么不同？为什么会有这些不同？ 彗星为什么有尾巴？ 时间是一种幻觉呢，还是确实存在的东西？怎么来描述时间呢？ 时间的最小可能单位是什么？
15. 地外智慧生物是否存在?狄拉克的大数之谜;中子星、脉冲星与黑洞?
16．带电粒子任意运动产生的推迟电磁场不满足宏观电磁场运动方程和电磁场相对论变换。宏观电磁场相对论变换导致电磁场运动方程解的唯一性破坏和其他严重问题，因而是不可能的。写成四维电磁势的形式后，不考虑电磁场相对论变换，宏观电磁场运动方程的形式在不同的惯性参考系中可以保持不变，但洛伦兹条件不可能保持不变。因此经典宏观电磁场理论不存在相对性，爱因斯坦时空相对性赖以生存的最重要的理论基础被破坏。
17．狭义相对论逻辑系统中存在三个基本问题：1.采用纯惯性参考系建立时空理论的超验性问题。2.参考系相对运动速率V’=V与真空光速不变c的相容性和一致性问题。3.基本时空佯谬不可消除性问题。
18.为什么是这个宇宙？
在不断追寻自然界基本规律的过程中，物理学家们一直试图在搞清楚一个长期悬而未决的问题：为什么宇宙是我们所看到的这个样子。为什么我们居住的空间是3维，而不是2维、10维或者25维？
为什么光速是如此之快而音速是如此之慢？为什么原子是如此得渺小，而恒星又是如此得硕大？为什么宇宙是如此得年老？如果还存在其他的物理定律，那是不是意味着在其他地方还存在着不同的宇宙？“对于我们所处的宇宙来说，也许我们最终会发现它别无其他的可能，只能是这个样子，”美国加州理工学院的物理学家肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）说，“但我怀疑这并不正确。”很容易想象，如果自然界允许不同的宇宙拥有不同的物理规律，那么这个问题就变成了，在我们这个宇宙中为什么是这些物理定律而不是其他的？ 19.世间万物由什么组成？
现在已经清楚地知道，普通物质——原子、恒星和星系——只占据了整个宇宙的4%。美国密歇根大学的物理学家凯瑟琳·弗里兹（Katherine Freese）则致力于弄清楚其余的96%是什么。每个星系都包含有暗物质，也正是这些不为人知的物质使得我们所居住的银河系免于瓦解。当暗物质聚集到相当数量的时候，它们就会发生碰撞湮灭，产生电子、质子、正电子和反质子。弗里兹非常兴奋，因为暗物质的性质即将被解开。美国宇航局费米γ射线空间望远镜的最新观测数据证实，银河系中暗物质粒子之间正在以能被我们观测到的速率在湮灭，这将揭示出它们的性质。但是对驱动宇宙加速膨胀的暗能量的发现又带来了一系列新的难题，且在短时间恐怕难以有所进展。这些问题包括暗能量自身的特性是什么？为什么它是如此之小，能让星系和恒星得以形成以及生命出现在这个宇宙中？
20.复杂性是如何产生的？
对一般的复杂大系统而言，其内在的混沌特性决定了系统的不可预测性。如何运用计算手段来分析这类系统、鉴别哪些特征？从金融市场的不可预测行为到生命的出现，美国芝加哥大学的物理学家和应用数学家利奥·卡德纳诺夫（Leo Kadananoff）则致力于复杂系统的出现。他担心，如果粒子物理学家和宇宙学家仅仅关注最小和最大尺度的东西，那么他们将会错过非常重要的东西。“我们仍然不知道窗玻璃是如何保持它的形状的，”卡德纳诺夫说，“因此研究我们熟悉的事物也同样的重要。”只有破解了简单的成分和简单的相互作用如何产生出复杂的现象之后，生命才有可能真正被了解。
21.什么是真正的实在？
物质世界在一定程度上可能超出了我们的认识，但是维也纳大学的物理学教授安东·蔡林格（Anton Zeilinger）认为物理学家仅仅是抓住了它的表面。量子力学中经常会出现古怪而难以想像的现象，例如一个粒子可以同时出现在两个地方。然而随着我们从原子大小的尺度进入苹果大小的尺度，模糊的量子世界便让位给了我们熟知的、确定的经典物理世界。蔡林格的专长是量子实验，他的小组通过富勒烯（碳60）之间的量子干涉证明了测量仪器的选择决定了被测物体的行为是量子的还是经典的。这同时也彰显了观测者对物理实在（实验结果）的影响。他说：“也许当我们开始了解实在、知识和我们行动之间的联系时，真正的突破就会到来。”这一观点看似虚幻，但却
是实实在在的。蔡林格和其他人已经证明，彼此远离的粒子的量子态有着某种联系，因此观测其中一个就为影响另一个的状态。还没有人知道这一现象背后的真正原因。
22.物理学有没有终点？也许最大的问题是，自伽利略和开普勒以来不断探索这个宇宙的过程是否正在临近终点。美国亚利桑那州立大学的劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）说：“我担心我们已经到达了实证科学的极限。”他想知道，为了了解我们的宇宙为什么会如此是否必须要认知其他的宇宙。如果这些认识是无法企及的，那也许这就是进一步深化我们对这个宇宙认识过程的终点。人们习惯于把理论物理的进展看成是某种偶然，是否存在一条途径可以加速我们的认识和发现。物理学是否仍将是最重要的科学？
23.上述问题中,哪些又是物理学中的基本问题?
山东大学数学学院副院长朱昱昌说过：“对于自然科学而言，如果发现矛盾，只有两种态度。一是首先检查自己是否存在理解错误或者计算错误；二是在确认自己不存在错误的前提下，就应该大胆地怀疑原理本身存在问题。” 俗话说得好：“暴风雨来临之前总是宁静的”，或许这也是当时最好的写照吧。啊，的暴风雨就要来了！当代科技工作者必须以一种诚实和严肃的态度追溯、探询、梳理和解决自然科学体系一系列基元概念上长期存在的认识不当，重新确立一切“有意义”科学陈述必须严格遵循的“无矛盾性”原则。
物理学的天空乌云密布，积聚了太多的问题，已到了不实现重
大的理论变革就不能进步的境地。
演讲稿
尊敬的老师们，同学们下午好：
我是来自10级经济学（2）班的学习委，我叫张盼盼，很荣幸有这次机会和大家一起交流担任学习委员这一职务的经验。
转眼间大学生活已经过了一年多，在这一年多的时间里，我一直担任着学习委员这一职务。回望这一年多，自己走过的路，留下的或深或浅的足迹，不仅充满了欢愉，也充满了淡淡的苦涩。一年多的工作，让我学到了很多很多，下面将自己的工作经验和大家一起分享。
学习委员是班上的一个重要职位，在我当初当上它的时
候，我就在想一定不要辜负老师及同学们我的信任和支持，一定要把工作做好。要认真负责，态度踏实，要有一定的组织，领导，执行能力，并且做事情要公平，公正，公开，积极落实学校学院的具体工作。作为一名合格的学习委员，要收集学生对老师的意见和老师的教学动态。在很多情况下，老师无法和那么多学生直接打交道，很多老师也无暇顾及那么多的学生，特别是大家刚进入大学，很多人一时还不适应老师的教学模式。学习委员是老师与学生之间沟通的一个桥梁，学习委员要及时地向老师提出同学们的建议和疑问，熟悉老师对学生的基本要求。再次，学习委员在学习上要做好模范带头作用，要有优异
的成绩，当同学们向我提出问题时，基本上给同学一个正确的回复。
总之，在一学年的工作之中，我懂得如何落实各项工作，如何和班委有效地分工合作，如何和同学沟通交流并且提高大家的学习积极性。当然，我的工作还存在着很多不足之处。比日：有的时候得不到同学们的响应，同学们不积极主动支持我的工作；在收集同学们对自己工作意见方面做得不够，有些事情做错了，没有周围同学的提醒，自己也没有发觉等等。最严重的一次是，我没有把英语四六级报名的时间，地点通知到位，导致我们班有4名同学错过报名的时间。这次事使我懂得了做事要脚踏实地，不能马虎。
在这次的交流会中，我希望大家可以从中吸取一些好的经验，带动本班级的学习风气，同时也相信大家在大学毕业后找到好的工作。谢谢大家！
