Какие проблемы в физике сейчас считаются нерешенными?

Предупреждаю, что в ответе написаны не все проблемы, а только лишь часть. Также, в некоторых приведены лишь основные части.

Начнём с теории.

1)Квантовая гравитация.

Можно ли объединить Теорию Гравитации Эйнштейна(известную как ОТО) с квантовой механикой?

Пространство-время непрерывно(однородно), или дискретно? Приведу простейший пример дискретности: стрелка часов, которая перемещается рывками, её движение является дискретным. Будет ли данная теория использовать гравитон(переносчик гравитационного взаимодействия)?

Проблема 1: В квантовой механике идет описание событий в статичном пространстве-времени, в то время, как в ОТО оно само является динамичной системой, характеристики которой зависят от элементов в ней.

При переходе на квантовую теорию, нужно произвести квантование. Отсюда вторая проблема.

Проблема 2: Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, при измерении координат чего-либо, нужно передать энергию, импульс. С другой стороны, с позиции ОТО, это приведёт к изменению кривизны пространства-времени, а при измерений с высокой точностью вплоть до сингулярности, из которой не сможет выйти сигнал к наблюдателю из измеряемой области.

Проблема 3: Также, из-за низкого технического уровня невозможно вести исследования области в теории гравитации.

Что это может дать? Мы сможем узнать, есть ли отклонения от законов ОТО на очень малых или больших масштабах, отсюда уже движение в других областях.

2)Испарение чёрных дыр.

Испаряются ли чёрные дыры? Что происходит с информацией внутри них?

Испарение черной дыры — квантовый процесс, при котором дыра излучает элементарные частицы, теряя при этом энергию. Всё это благодаря туннелированию — возможности преодоления потенциальных барьеров.

По современной модели, незаряженная и невращающаяся черная дыра характеризуется только массой. То-есть, если в черную дыру упадёт какой-то объект, то новые характеристики черной дыры будут зависеть только от новой массы. То-есть, статичные чёрные дыры одинаковых масс неотличимы друг от друга. То-есть, черная дыра, полученная из коллапса вещества ничем не будет отличаться от черной дыры, полученной из коллапса антивещества. Отсюда, при гравитационном коллапсе, нарушаются законы сохранения квантовых чисел.

С позиции классической теории, чёрная дыра неуничтожима, т.е, она может только поглощать и расти. Тогда, возможно и такое, что попавшая в черную дыру информацию не уничтожиласт, а находится внутри неё.

Если учитывать квантовые явления, то будут противоречия. Согласно теории, чёрная дыра испаряется благодаря изучению Хокинга, теряя массу. В итоге, через некоторый промежуток времени, она вернется к состоянию "до поглощения". Испущенное излучение не зависит от природы поглощенного тела, т.е информация была уничтожена. Отсюда вытекает парадокс, что при падении в черную дыру квантовой системы, которая находится в некотором состоянии, которое преобразовалось в смешанное состояние, при этом сама чёрная дыра не изменилась — противоречит постулатам квантовой механики.

Возможными решениями данной проблемы являются:

— Отключение теории. Предполагается, что квантовая механика перестает работать в сверхсильных гравитационных полях.

— Кодирование. Между излучаемыми частицами есть некоторая связь, таким образом информация о поглощенном объекте закодирована в изучении и не уничтожена.

Эти решения являются наиболее тривиальными из существующих, почитайте про Ads/CFT-дуальность, или доклад Хокинга, если интересно.

3)Мультивселенная.

Существуют ли другие Вселенные? Если да, то существуют ли такие, где другие законы? Есть ли физические причины их существования? Могут ли они влиять на нашу?

Гипотеза Мультивселенной(или Мультиверса) предполагает, что существует множество всех возможных Вселенных(включая и нашу). Эта гипотеза используется в многомировой интерпретации квантовой механики, теории струн. Но, она больше философская, нежели физическая, так-как ненаучна, её нельзя проверить никак.

4)Механизм Хиггса.

Сколько существует бозонов Хиггса? Описываются ли они в рамках Стандартной Модели?

5)Почему протон стабилен? Если он нестабилен, то каков его период полураспада?

6)Поколения материи

Существуют еще поколения лептонов и кварков? Связано ли известное количество поколений с размерностью пространства?

Если кратко, то почему поколений именно три, а не больше, или меньше?

Далее, наблюдаемая часть.

1)Существование Вселенной.

Каково происхождение вещества, сформировавшей Вселенную/Мультивселеггуюсь?

2)Барионная ассиметрия.

Почему в наблюдаемой Вселенной больше вещества чем антивещества?

3)Темная энергия.

Что является причиной наблюдаемого ускоренного расширения Вселенной? Является ли темная энергия константой(постоянной величиной), или она динамична?

По одной из гипотез, темная энергия это всего-лишь скрытые свойства гравитации, которые проявляются на сверхбольших расстояниях. Но, на данный момент принято, что она является константой.

4)Темный поток.

С чем связано групповое движение большой группы скопления галактик к некоторой точке Вселенной?

Из Википедии:

Согласно стандартной космологической модели, движение групп галактик должно быть беспорядочным и хаотичным. Однако, анализируя трёхлетние данные WMAP, используя кинематический эффект Сюняева — Зельдовича, авторы исследования — Александр Кашлинский, Фернандо Атрио-Барандела, Даниел Коцевски и Харальд Эбелинг, — опубликованного в Astrophysical Journal[1][2], нашли свидетельство общего движения по крайней мере 1400 скоплений. По мнению названных астрофизиков, возможная причина возникновения тёмного потока — воздействие массы, в настоящее время находящейся вне пределов видимой части Вселенной. Кроме этого, возможно и более экзотическое объяснение: поток может объясняться наличием параллельной вселенной, с которой на момент Большого Взрыва наша была сцеплена (квантовомеханически).

5)Космические Лучи Сверхвысоких Энергий.

Почему некоторые лучи обладают сверхвысокой энергией (частицы OMG — "О Боже Мой")?

Частица OMG — излучение, обнаруженное в 1991 году, на полигоне Дагвэй. Частица имела энергию эквивалентную 48 Джоулям, или объекту, массой 142 грамма, который летит на скорости 93 км/ч. Она летела со скоростью в 99,99999999999999999999951% от световой. Её энергия в 40 миллионов раз превосходила энергии, полученные на ускорителях. Её Гамма-фактор составил 3.2*10¹¹. Приведу пример. Возьмём эту частичку и меня. Эта частица имеет часы, и я имею часы. Частица отсчитала 10 секунд и решила взглянуть на мои часы, и у неё отвисла челюсть, т.к у меня прошло 3200000000000 секунд, или 141 471 лет. Возьмем формулу СТО для "замедления времени" Δt=Δt₀γ, где Δt — время прошедшее у неподвижной системы, Δt₀ — время прошедшее у двигающейся системы, γ — гамма-фактор. А теперь поставим значения:

Моё время=Время частицы*гамма-фактор.

Δt=10*3,2*10¹¹.

Δt=3,2*10¹² cекунд.