今年10月8日，2013年諾貝爾獎物理學獎揭曉，瑞典皇家科學院宣布，比利時理論物理學者弗朗索瓦·恩格勒和英國理論物理學家彼得·希格斯因預(yù)測希格斯玻色子的存在而獲得2013年諾貝爾物理學獎。

　　長期以來，希格斯玻色子的蹤跡占據(jù)著整個粒子物理學界的研究中心，也成為困擾物理學界的重大謎團。物理學標準模型預(yù)言了62種基本粒子的存在，其他粒子都已被實驗所證實，只有希格斯玻色子未得到確認。由于它極其重要又難以找到，故被稱為“上帝粒子”。作為最后一種未被發(fā)現(xiàn)的亞原子粒子，希格斯玻色子是解釋物質(zhì)質(zhì)量之謎的最重要粒子。2012年7月4日科學家宣布發(fā)現(xiàn)了一個新粒子，與希格斯玻色子特征有高度吻合之處，這一發(fā)現(xiàn)不僅為上述兩位科學家獲得諾貝爾物理學獎奠定了基礎(chǔ)，也成為探索“上帝粒子”漫長征程的里程碑。

　　盡管對于“上帝粒子”的研究已經(jīng)曙光初現(xiàn)，但物理學家們并不能放松研究的腳步。美國趣味科學網(wǎng)站稱，物理學領(lǐng)域還存在9大謎團讓物理學家們輾轉(zhuǎn)反側(cè)、夜不能寐。其中的一些謎團可能在10年內(nèi)揭開其神秘的“面紗”，如果是這樣的話，科學將發(fā)生歷史上最偉大的一次飛躍。

　　科學界流傳著一個段子：1900年，英國物理學家、絕對溫標的制定者開爾文男爵斷然宣稱：“物理學已經(jīng)走到窮途末路，再也不會有任何新發(fā)現(xiàn)，我們能做的只是進行一些越來越精確的測量�！�

　　然而，令開爾文男爵絕對想象不到的是，現(xiàn)實無情地抽了這個預(yù)言一記耳光。他說這句話不到30年，言猶在耳，量子力學和愛因斯坦的相對論就徹底顛覆了物理學領(lǐng)域。今天，沒有物理學家膽敢宣稱我們對于宇宙學的知識已經(jīng)接近飽和。相反，每個新發(fā)現(xiàn)似乎都打開了一個更大的“潘多拉的魔盒”，向人類提出更深層次的物理問題。

　　什么是暗能量？

　　科學家們對遙遠的超新星進行的觀察表明，宇宙膨脹的速度并不像他們原先所假定的那樣在放慢；事實上這種碰撞的速度在不斷增加。鑒于引力是吸引力，會將空間和時間的結(jié)構(gòu)朝內(nèi)拉，所以宇宙中必然存在著一種遍布宇宙的、不斷將時間和空間的結(jié)構(gòu)向外推出的排斥力，科學家們將這種看不見的力稱為“暗能量”。

　　目前，最為人所接受的暗能量模型中，暗能量是一個“宇宙常數(shù)”，是宇宙空間本身固有的屬性，其會對空間施加“負壓力”，將空間撕開。不斷膨脹的宇宙會制造出更多空間，這些空間也會擁有更多的暗能量。基于目前被觀測到的宇宙膨脹率，科學家們推斷，所有的暗能量占據(jù)了宇宙70%的空間，但沒有人知道如何尋找暗能量。

　　什么是暗物質(zhì)？

　　顯而易見，宇宙中大約84%的物質(zhì)既不吸收光也不釋放光�！叭巳缙涿�，這種“暗物質(zhì)”無法被直接觀察到，迄今為止科學家們也沒有通過間接的手段探測到其“蹤跡”。科學家們通過其對可見物質(zhì)的引力效應(yīng)、輻射和宇宙結(jié)構(gòu)來推測暗物質(zhì)的存在和屬性。

　　科學家們認為，這種像影子一樣隱藏的物質(zhì)彌漫在星系周圍，而且可能由“大質(zhì)量弱相互作用粒子（WIMP）”組成，但到現(xiàn)在也還沒有人發(fā)現(xiàn)其蹤跡。

　　為什么存在時間之箭？

　　時間總是單一向前移動，比如雞蛋打破就無法回復到為打破之前的狀態(tài)，這是因為宇宙存在一種名為“熵”的屬性。熵指的是體系的混亂程度，而且熵只能增加。熵的增加也有其邏輯性：粒子混亂的排列比有序的排列多，而且隨著事情發(fā)生變化，粒子更容易陷入混亂中。

　　但最根本的問題是，為什么過去的熵如此低呢？換句話來說，為什么宇宙開始如此有序，那時大量能量簇擁在一個非常小的空間內(nèi)？

　　是否存在平行宇宙？

　　天體物理學的數(shù)據(jù)表明，宇宙時空可能是“平直”的，而非彎曲的，因此，它會永遠繼續(xù)下去。如果真是那樣的話，那么我們能夠看到的區(qū)域（我們將其稱為“宇宙”）僅僅是一個無限大的“絎縫狀多重宇宙”中的一小塊嗎？

　　同時量子力學法則也指出，每個宇宙片內(nèi)，粒子可能的組合的數(shù)量是有限的（共有10的10次方的122次方）。因此如果存在著無限多的宇宙片，那么其間必然會重復出現(xiàn)相同的粒子組合——不斷重復無數(shù)次。這就意味著，存在著無限多的平行宇宙：也就是說，與我們的宇宙一模一樣的宇宙片；那也意味著，或許還有另外一個“你”以及一些僅僅一個粒子的位置與我們的宇宙不同的宇宙片、僅僅兩個粒子的位置不同的宇宙片等等，直至與我們的宇宙完全不同的宇宙片，在廣袤無垠的空間飄蕩。

　　這個邏輯有錯誤嗎？這種匪夷所思的結(jié)果是真的嗎？如果它是真的，我們?nèi)绾尾拍芴綔y到平行宇宙的存在呢？

　　為什么物質(zhì)比反物質(zhì)多？

　　為什么宇宙中物質(zhì)的數(shù)量比與其電荷相反、自旋方向相反的“雙胞胎”——暗物質(zhì)的數(shù)量多？這一問題也可以理解成，為什么萬事萬物會存在？一種假定認為，早期宇宙中的能量應(yīng)當混合生成了數(shù)量相等的物質(zhì)和反物質(zhì)，它們隨后本來應(yīng)該彼此湮滅的：質(zhì)子會同反質(zhì)子相互抵消；電子和反電子（正電子）、中子和反中子相互抵消等等，結(jié)果就是，在一個無質(zhì)量的“蒼天”里，只留下一片光子的海洋。

　　但事實卻是，某種神秘而非常有用的機理讓天平向物質(zhì)一方傾斜，留下了足夠的物質(zhì)，從而形成了我們現(xiàn)在看到的布滿恒星的星系、宇宙以及我和你。除此之外沒有其他可以接受的解釋。

　　宇宙的終極命運如何？

　　宇宙的終極命運主要仰賴一個未知的因子: Ω，這是用于測量整個宇宙中的物質(zhì)和能量的密度的值。

　　如果Ω大于1，那么宇宙中的時空就會像一個巨大球體的表面一樣“關(guān)閉”。如果沒有暗能量“作祟”，這樣的宇宙最終會停止膨脹，并朝相反的方向運動，那就是開始萎縮，最終在一個名為“大坍塌”的事件中灰飛煙滅。如果宇宙是“關(guān)閉”的，而且也存在暗能量，那么球星宇宙將永遠膨脹下去。

　　相反，如果Ω小于1，那么宇宙時空將像馬鞍形那樣“敞開”。在這種情況下，其最終命運將是“大凝固”（Big Freeze）之后的“大解體”：首先宇宙不斷向外膨脹，星系和恒星將被撕裂，所有物質(zhì)成為極寒冷的孤零零的碎片。接下來這種加速會變得非常強烈，足以讓將原子緊緊結(jié)合在一起的作用力潰不成軍，萬事萬物最終都將被掰開。

　　如果Ω等于1，宇宙是平的，那么它會像個無限的水平面一樣朝各個方向延伸。如果沒有暗能量，這樣的一個平面宇宙將永遠延伸下去，但延伸的速度會不斷降低，最終接近靜止狀態(tài)。如果存在暗能量，那么這個平面宇宙最終將經(jīng)歷像脫韁的野馬一樣的膨脹，最終導致“大解體”（Big Rip）。

　　測量如何讓量子波函數(shù)塌縮？

　　在電子、光子和其他基本粒子組成的奇妙國度里，量子力學就是統(tǒng)轄一切的“國王”。粒子的行為不同于小球，而是像波一樣在很大的范圍內(nèi)傳播�？茖W家們用一個“波函數(shù)”或者概率分布來描述一個粒子。這一函數(shù)主要描述的是粒子的位置、速度以及有些屬性更有可能是什么，而非這些屬性就是什么。

　　在通過實驗對粒子的屬性進行測量之前，粒子所有的屬性（比如粒子的位置）實際上都有一個范圍值，但是在測量之后，粒子的波函數(shù)就“塌縮”了，僅僅采用一個位置。

　　那對一個粒子進行測量如何以及為什么會使其波函數(shù)塌縮，從而產(chǎn)生一個我們覺察到其存在的具體現(xiàn)實呢？這個測量問題似乎是個難解之謎。但這個謎題的答案是我們理解什么是現(xiàn)實，或者是否真的存在現(xiàn)實這些問題的“鑰匙”。

　　弦理論是否正確？

　　弦理論的創(chuàng)建者為美國著名物理學家邁克爾·格林，目前他接替英國著名科學家史蒂芬·威廉·霍金的位置，接任了世上最為馳名的學術(shù)職位——“盧卡斯數(shù)學講席教授”。

　　弦理論告訴我們，宇宙由弦組成。弦理論的基礎(chǔ)很簡單，但卻能得出令人難以置信的結(jié)論。格林認為：“宇宙中最基本的粒子，不是點狀的物體，而是像弦一樣的物體�！迸c包含7種基本粒子的標準模型不同，弦理論認為，宇宙間的萬事萬物都由一條極小的環(huán)形弦構(gòu)成。格林解釋道：“弦與點最大的區(qū)別，就是它能夠振動。不同模式的振動，可以看成不同的音符，也可以看成是不同類型的基本粒子。這是一個非常有趣且充滿詩意的解釋�！�

　　這是一個精妙絕倫的想法，每撥一次弦都會奏出一顆不同的粒子。弦理論使物理學家們能讓統(tǒng)轄粒子運動規(guī)律的量子力學和統(tǒng)轄空間—時間規(guī)律的廣義相對論“和平共處”，而且能將自然界中四個基本的作用力統(tǒng)一成一個架構(gòu)。

　　但是仍有一兩個問題。首先這些弦太小了，從未有人看到過什么物質(zhì)有一點點像弦。另外，弦理論僅僅在擁有10維或11維的宇宙中才起作用，這樣的宇宙包含有三個大的空間維度、6個或者7個緊湊的空間維度以及一個時間維度。然而，這種緊湊的空間維度以及不斷波動的弦本身的大小僅為一個原子核大小的1021分之一。目前，沒有辦法來探測這么微小的事物，所以，也沒有可知的方式來通過實驗證實或者證偽弦理論。

　　如果弦理論是正確的，那么弦將成為宇宙中最小的物體。問題是一旦我們能夠探索到這么小的尺度，那我們固有的關(guān)于小和大的概念，也許會完全顛倒過來。格林說：“當你探測到弦這么小的尺度，整個宇宙就盡在你的掌控之中，因為宇宙也是從這樣的大小開始，演化成我們今天所看到的樣子。所以這個你認為是最小的部分，可能實際上包含了萬事萬物。你可以說它是宇宙中最小的物質(zhì)，也可以放心大膽地說，它就是整個宇宙�！�

　　混亂中是否存在有序？

　　納維—斯托克斯方程（Navier-Stoke equation）是一組描述像液體和空氣這樣的流體物質(zhì)的方程，它們是一組非常有用的方程，因為它們描述了大量對學術(shù)和經(jīng)濟有用的現(xiàn)象的物理過程，可以用于模擬天氣、洋流、管道中的水流、星系中恒星的運動、翼型周圍的氣流；也可以用于飛行器和車輛的設(shè)計、血液循環(huán)的研究、電站的設(shè)計、污染效應(yīng)的分析等等。

　　但現(xiàn)在物理學家們?nèi)匀粺o法正確地理解這套方程式。實際上，我們現(xiàn)在仍然不知道，納維—斯托克斯方程是否真的存在一套通用解。如果存在一個解，其是描述了任何流體的屬性還是包含一些我們?nèi)圆涣私獾拿麨椤捌纥c”的點。如此看來，混亂的“性格”并不那么容易捉摸。

　　物理學家們和數(shù)學家們都想知道，天氣是僅僅難以預(yù)測還是根本就不可能預(yù)測？另外，雖然湍流是日常經(jīng)驗中就可以遇到的，但這類問題極難求解，有鑒于此，2000年5月，美國克雷數(shù)學研究所設(shè)立了一個100萬美元的大獎，獎給對理解這一現(xiàn)象的數(shù)學理論做出實質(zhì)性貢獻的人。