摘要：人类之所以能够在短短的几千年内，站到地球食物链的顶端，说明人类科技发展的速度很快，这些都离不开科学家做出的贡献，在人类历史进程中，出现了很多伟大的科学家，比如说牛顿、爱因斯坦、霍金、伽利略、哥白尼等，他们的出现让人类科技快速发展，同时也解开了地球上很多的奥秘，

人类之所以能够在短短的几千年内，站到地球食物链的顶端，说明人类科技发展的速度很快，这些都离不开科学家做出的贡献，在人类历史进程中，出现了很多伟大的科学家，比如说牛顿、爱因斯坦、霍金、伽利略、哥白尼等，他们的出现让人类科技快速发展，同时也解开了地球上很多的奥秘，不过即便如此，人类依然没有办法解开世界上全部的奥秘，有一些物理难题甚至困扰了科学家近百年的时间，如果说人类真的能够解开这些物理难题，那么人类的科技一定能够大幅度的提升，下面我们就一起来看看这些困扰科学家很多年的物理难题是什么？

第一个物理难题——时间到底是什么

时间是一个复杂而且抽象的概念，在不同的学科和领域都有着不同的解释，站在物理学的角度来看，时间就是宇宙的基本组成部分，和空间一起构成时空结构，爱因斯坦的相对论表示，时间和空间相互关联、相互影响，会因为物体的运动状态和引力场的强度而发生变化，即时间具有相对性，比如说在高速运动的物体上，时间也会变得很慢，在强引力场附近，时间也会延缓，从热力学的角度来说，时间和熵增有关系，熵是描述系统混乱程度的物理量，根据热力学第二定律，孤立系统的熵总是趋于增加，这一不可逆的过程定义了时间的方向，即从有序向无序发展，被称为是时间之箭。

在哲学的角度来说，时间是人类感知和理解世界的一种方式，是内心体验的一种秩序，比如说康德认为时间是人类感性直观的先验形式，我们能够通过时间来整理和感知外部世界的现象，如果说站在四维空间的角度上来看，时间与空间不再是相互独立的存在，而是紧密融合为一个整体的时空结构。就像三维空间中物体的位置由三个坐标确定一样，在四维时空里，一个事件的发生需要用四个坐标来描述，即三个空间坐标和一个时间坐标。这意味着时间成为了描述物体状态和事件发生的一个不可或缺的维度，任何物体的运动和事件的发展都同时在空间和时间中展开。在四维空间中，每个物体都有一条由其在时间和空间中的轨迹所构成的“世界线”。

第二个物理难题——宇宙之外是什么

现代科学认为我们的宇宙诞生于138亿年前的奇点大爆炸，奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点，这个点爆炸以后我们的宇宙开始快速的膨胀，经过漫长的时间，宇宙才变成我们现在所看到的样子，既然宇宙是由大爆炸产生的，那么在宇宙大爆炸之前，世界是什么样子的？有一些理论认为，宇宙可能是众多宇宙中的一个，这些宇宙共同构成了“多重宇宙”。每个宇宙都有其独特的物理常数、时空结构和演化历史，它们可能通过某种方式相互影响或连接。还有的人认为，宇宙可能存在于一个更高维度的空间中，我们所感知到的三维空间和一维时间只是这个高维空间的一部分。

宇宙就像一个“膜”，漂浮在更高维度的“体空间”中，而在这个体空间中可能存在其他类似的膜宇宙。曾经著名的物理学家霍金，提出了无边界假说认为，宇宙没有边界，就像地球的表面一样，没有边缘。在这种情况下，问宇宙外面是什么就没有意义，因为宇宙包含了所有的空间和时间，不存在“外面”的概念。不过这些都只是科学家的猜测，宇宙到底有没有外面？宇宙外面到底是什么样子的？目前科学家还不知道，这还需要科学家进一步的研究和探索。

第三个物理难题——引力是如何产生的

一说到引力，相信很多人都会想到牛顿的万有引力定律，在1687年的时候，牛顿发表了万有引力定律，指出任何两个质点之间都是存在相互吸引的力，这个力的大小和他们的质量乘积成正比，和他们之间的距离平方成反比，牛顿认为引力其实是一种超距作用，即引力可以瞬间在两个物体之间产生作用，不需要任何介质来传递，也不需要时间来传播，这种观点在当时引起了一些争议，但是在牛顿体系中，它能够很好的解释天体的运动现象。不过爱因斯坦出现以后，打破了牛顿的说法，爱因斯坦指出，物质和能量会使时空结构发生弯曲。像太阳这样的大质量天体，会使其周围的时空发生弯曲，就如同在一张平坦的橡胶膜上放置一个重物，会使橡胶膜凹陷一样。

在弯曲的时空中，物体不再做直线运动，而是沿着弯曲时空的测地线运动。例如，地球绕太阳公转，是因为太阳使周围时空弯曲，地球沿着这一弯曲时空的测地线运动，而并非是受到了牛顿所认为的那种超距的引力作用。爱因斯坦提出了等效原理，即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的。在一个封闭的电梯中，人无法区分自己是处于地球的引力场中静止，还是在无引力的太空中做匀加速上升运动。这一原理是广义相对论的重要基础，它揭示了引力和加速度之间的深刻联系，进一步说明了引力是时空弯曲的一种表现。不过引力真的只是时空弯曲这么简单吗？

如果按照爱因斯坦的说法，那么在银河系的中心区域，黑洞质量很大，所有的天体都会围绕中心黑洞运动，但是位于银河系边缘的天体，受到的引力效果很小，而产生的离心力却很大，在这样情况下，为什么银河系边缘的天体没有被离心力甩出去，这说明宇宙中还存在一种神秘的力量，在控制着天体的运行，只不过现在科学家还没有找到这种神秘的物质，这种神秘的物质被称为是暗物质。

第四个物理难题——人类有自我意识吗

自我意识指个体对自身存在、心理状态及行为的觉知和反思能力，包含主体性与反思性，就像哲学家笛卡尔所言“我思故我在”，自我意识是人类确认存在的基本方式，站在医学的角度来说，大脑前额叶皮层等区域形成复杂网络，支持自我意识。神经科学家达马西奥在《自我意识的神经基础》中指出：“自我并非虚幻的幽灵，而是大脑建构的具身化过程。”人类在感知世界和经历各种事件的时候，会有独特的主观体验和情感反应，每一个人同一事物的感受和理解都是不同的，这体现了自我意识在个体主观体验方面的作用。

从心理学、神经科学等多个领域的研究来看，都支持人类具有自我意识这一观点。虽然对于自我意识的本质和产生机制仍有许多待解之谜，但人类的各种行为和心理现象都充分显示了自我意识的存在。未来随着人类科技的进步，说不定我们能够解开自我意识的奥秘。

第五个物理难题——地球生命是如何诞生的

地球是目前人类唯一一颗拥有生命存在的星球，地球上的生命到底是如何诞生的？这是科学家一直都在研究和探索的问题，科学家认为，地球生命还要感谢彗星，早期的太阳系非常混乱，经常会出现彗星到处乱飞的情况，大量的彗星撞击了地球，将水资源和生命诞生的基本元素留在了地球上，使得地球慢慢诞生了生命，在地球早期，原始大气主要由甲烷、氨、水蒸气、氢等无机小分子组成。在紫外线、闪电、热能等条件作用下，这些无机小分子发生化学反应，生成了氨基酸、核苷酸、单糖等有机小分子。1953年的米勒 - 尤里实验就模拟了这一过程，在实验室中成功合成了多种氨基酸。

按照达尔文的进化论得出，地球上的生命都是由简单生物进化而来的，现在的生物都是经过漫长时间演化而来的，包括人类也是一样的，至于地球上最早的生命，到底是在哪种机缘巧合之下出现的？目前科学家还在进一步的探索当中，希望人类能够早日解开这个奥秘。

第六个物理难题——为什么光速有限制

相信很多人都知道光速大约是每秒30万公里，这个速度对于人类来说是非常快的，但是站在宇宙的尺度上来看，光速却显得很慢，在爱因斯坦的狭义相对论中，把光速不变作为基本的假设之一，基于这个假设以及相对性原理，推导出了一系列重要的结论，比如说时间膨胀、长度收缩等，这些结论已经在很多实验中得到了验证，简介证明了光速有限制而且不变是符合物理实际的，从本质上来说，光速有限制和时空的性质紧密相关，它是我们宇宙的一个基本属性，对整个物理学的发展和我们对宇宙的理解都有着深远的影响。

如果光速没有限制，对于人类来说影响巨大，在现实世界中，光速限制保证了因果关系的成立。若光速无限，信号传递瞬间完成，事件的先后顺序将难以确定，因果律可能会被破坏。而且我们将能瞬间看到宇宙中任意远的天体，宇宙在我们眼中会变得完全不同。由于不再有光线传播的时间延迟，我们看到的宇宙将是“实时”的，这会使对宇宙演化的研究方法发生根本性改变。光速无限会使恒星内部的能量传递方式改变，核聚变产生的能量将瞬间到达恒星表面，恒星的结构和演化进程会加快。对于星系而言，星系间的相互作用也会因信息传递的即时性而变得更加复杂，可能导致星系结构和演化路径发生巨大变化。

第七个物理难题——宇宙为什么会膨胀

在1929年的时候，埃德温.哈勃通过长期对星系的观测，确定了星系红移和距离之间的线性关系，即哈勃定律，为宇宙膨胀提供了关键观测证据，关于宇宙膨胀的原因，目前广泛接受的是大爆炸理论和暗能量的作用，从宇宙大爆炸之后，我们的宇宙就快速的向四周膨胀，经过漫长的时间，变化宇宙变成了我们现在所看到的样子，但是宇宙膨胀并没有停止，科学家认为，这是因为宇宙大爆炸所产生的能量还没有被完全消耗完，如果这股能量被完全消耗完，那么宇宙可能会停止膨胀，除了这个说法之外，还有的科学家认为，是暗能量在推动宇宙膨胀。

暗能量是一种假设的能量形式，被提出用于解释宇宙加速膨胀的现象。20世纪末，科学家对Ia型超新星的观测发现，远处星系的退行速度不符合均匀膨胀模型，暗示宇宙膨胀速度在加快。科学家假设暗能量对宇宙产生负压作用，抵消引力，从而推动宇宙加速膨胀，且其约占宇宙总能量的68%。然而，也有其他理论尝试在不借助暗能量的情况下解释宇宙膨胀。还有科学家提出，宇宙加速膨胀可能是因为与平行宇宙的碰撞和合并。目前科学家还在积极的研究和探索宇宙膨胀的奥秘，未来随着人类科技的进步，人类一定能够解开这个奥秘，对此，大家有什么想说的吗？

来源：星空承载梦想