我們的宇宙是否穩定，黑洞熵的起源和溫度是什么，愛因斯坦的相對論和標準場論總是有效的嗎，時空幾何中是否存在奇異的性質，化學、應用物理和科技的極限是什么……“在達到完全開悟的道路上，這42個基本問題必須得到解答。”

在道格拉斯·亞當斯（Douglas Adams）的經典科幻小說《銀河系漫游指南》（Hitchhiker’s Guide to the Galaxy）中，一臺名為“深思”（Deep Thought）的超級計算機經過700萬年的思考，得出了關于“生命、宇宙和萬事萬物終極問題”的答案，這個答案就是“42”。但亞當斯一開始并沒有說明那個“終極問題”究竟是什么。

在發表于學術網站arXiv的一篇論文中，德州農工大學的物理學家羅蘭德·艾倫（Roland Allen）和瑞典烏普薩拉大學的物理學家蘇西·利德斯特羅姆（Suzy Lidstrom）為弄清楚這個問題做出了嘗試，他們描述了自己心目中關于生命、宇宙和萬事萬物的42個終極問題。

盡管這是兩位科學家自己列出的清單，但文章從整體來看仍然值得一讀。不過為了節省時間，本文對艾倫和利德斯特羅姆的42個問題進行了縮編，使得每條解釋大致和一則微博的長度差不多。

宇宙常數理論是由愛因斯坦首先提出來的，它對宇宙的能量密度進行了描述。問題在于，天文觀測表明，宇宙常數遠遠小于物理學所預測的數值。

1998年，宇宙學家驚訝地發現，宇宙的膨脹正在加速。這個驚人的觀測結果被歸因于“暗能量”的作用，三分之二以上的宇宙被認為是由這種神秘力量所構成，但它至今尚未得到令人信服的解釋。

愛因斯坦意識到，同自然界的其他事物一樣，引力應該能夠用量子力學進行描述。然而，在引力非常強的時候，比如黑洞周圍，將量子力學和引力理論統一在一起的努力就會失敗。

盡管史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在黑洞輻射方面完成了開創性的研究工作，但艾倫和利德斯特羅姆指出，一個“基本的奧秘在于，為什么黑洞的熵應該正比于面積，而不像其他物理系統那樣，熵正比于體積”。

信息被認為會在黑洞視界的表面進行編碼，并以輻射的形式被發送回來。然而，所有特定質量的黑洞發出的輻射都完全相同，與視界上的信息沒有關系。這意味著黑洞會摧毀信息，而這違反了熱力學定律。

科學家認為，宇宙在誕生之初經歷了指數式的膨脹。這里的兩大問題是：宇宙暴脹的起源是什么？暴脹存在直接證據嗎？

根據粒子物理學的標準模型理論，物質和反物質本應在早期宇宙中完全湮滅，只留下光子。可宇宙中物質相對豐富，反物質卻很少，這是怎么回事？

我們對星系的觀測表明，宇宙約有四分之一是由暗物質構成的，但迄今為止，物理學家尚未探測到任何可以對所觀測效應做出解釋的暗物質粒子。它會是軸子，是大質量弱相互作用粒子（WIMP），還是某種完全不同的東西？

在標準模型中，有四種主要的基本物質粒子：上夸克、下夸克、電子以及電子中微子。然而，這些粒子各自還有第二代和第三代（即副本），比如粲夸克、奇夸克和渺子，為什么會這樣？

前面提到的四種基本粒子是從哪里獲得質量的？科學家認為，基本粒子的質量跟它們與場（比如希格斯場）相互作用的強度有關，但異常現象使得這種簡單的解釋站不住腳。

在大統一理論中，除引力之外的三種基本力（強核力、弱核力、電磁力）是作為一種力的元素結合在一起的，但它們結合的方式仍然是一個謎。

對稱性是指，系統經過變換前后狀態保持不變。CPT對稱（即電荷正負對稱、宇稱對稱、時間反演對稱）從未出現破缺，即使每個粒子都具有這種對稱性。CPT對稱有可能破缺嗎？

希格斯玻色子向我們揭示，我們的宇宙只是處在“邊緣穩定”的狀態，或者正處于向更穩定狀態的過渡階段，過渡前后的宇宙性質將有根本性不同。這里的問題是，我們的宇宙現在是否穩定。

一般認為，夸克被禁閉在它們所構成的質子當中，把它們釋放出來需要非常大的能量。越來越多的證據表明，夸克必然始終是被禁閉的，但這一點并未得到嚴格證明。

老實說，我也不知道，所以在這里貼出論文的截圖：

像大型強子對撞機（LHC）這樣的粒子加速器已經幫助我們發現了新的粒子，這種事情還會繼續發生嗎？對歐洲核子研究中心（CERN）等機構的物理學家來說，這是一個重要的問題。

或許還有一些新型恒星等待我們去發現，比如巨大的第三星族恒星，它們形成于早期宇宙，幾乎完全由氫氣和氦氣組成；或者是由暗物質湮滅（而非核聚變）提供能量的“暗恒星”。

過去幾十年中，通過把材料置于極端溫度下，物理學家創造了一些超流體（沒有黏性的流體）和超導體（沒有電阻的導體）。未來，我們還能在其他哪些材料中發現這些特性？

拓撲絕緣體是一種表面導電但內部絕緣的材料，我們還能在其他哪些地方找到它們？

前面提到的拓撲絕緣體已經在單電子或準粒子系統中得到驗證，還有哪些其他類型的材料有可能對準粒子加以利用？

近些年來，研究人員發現了很多新的相，比如準晶體和時間晶體，還有更多等著我們去發現嗎？

開發大型量子計算機的競賽正在如火如荼地進行，這種計算機在很多任務上都可以超越傳統計算機，比如破解大多數加密技術。但這些應用有可能走出實驗室嗎，或者它們太過脆弱，只能成為一時的新奇之物？

如果還有其他維度存在，那么該維度的“內部空間”是如何構成的？

是否存在無數個宇宙，而每個宇宙都有自己的法則？我們的宇宙是不是經過了精調，從而具備了讓智能生命出現的條件？該理論被稱為人擇原理。更重要的是，我們將如何用科學來證明這些理論？

宇宙是什么“形狀”？如果宇宙的結構允許裸奇點、蟲洞和/或閉合時間循環存在，這可能讓穿越到過去的時間旅行成為可能。

為什么宇宙有一個起源，宇宙真的是從大爆炸中誕生的嗎？研究過往將有助于我們了解自己的未來，以及宇宙的最終命運是否是“大撕裂”（即所有的物質最終都被撕裂成碎片）？

標題已經說明了一切，如果還要讓我再補充的話：在嘗試解決這些問題之前，你可能會想要一個“穿越煙壺”。

像超對稱和弦理論這樣的大統一理論都傾向于假設局域洛倫茲不變性（即愛因斯坦的相對論），而不是試圖解釋它。但愛因斯坦的引力理論是否可以從真空能量或弦理論領域推導出來呢？如果不行，引力從何而來？

標準模型中的所有力（弱核力、強核力、電磁力、引力）都是用規范場論進行描述的，該理論描述了基本粒子如何與特定的場耦合。然而，為什么只有這些類型的力存在呢，為什么物質只能跟這些場進行較弱的耦合？

當涉及更深層次的宇宙原理時，量子力學還解釋得通嗎？這一理論將解釋為什么宇宙由量子場組成，并解釋一些令人困惑的觀測結果，比如觀測導致波函數坍縮。

好的理論與實驗在數學上是具有一致性的，然而，相對簡單的量子場理論還沒有做到這種數學上的一致性。

如果數學以及由它描述的物理學實際上是人類的造物，那么我們必須回答人類意識與現實之間有什么聯系，以及其他一些相關問題，比如為什么有物的存在，而不是一切皆空。

更好的計算機將如何改進我們的模型，如何幫助我們理解一些最復雜的實驗，比如大型強子對撞機？隨著我們的望遠鏡變得越來越先進，它們將揭示出宇宙的什么秘密？

我們生活在一個前所未有的科技進步時代，這種進步是否有上限，新發現出現的速率是否只會越來越快？這個問題與人工智能尤其相關，因為后者的目的就是創造真正的超級智能機器。

1944年，埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrodinger）提出了這個著名的問題。70多年過去了，生物學家仍在尋求回答這個看似簡單的問題。

有機分子是否是從早期地球的“原始湯”中出現的，或者，它們是由外太空的小行星帶入地球的（這被稱為生物外來論）？此外，我們的單細胞祖先最終是如何發展成為復雜生命形式的？

火星上的機器人正在尋找有機物質，搜尋地外文明計劃（SETI）的天文學家則在監聽宇宙中的電波，但到目前為止，我們還沒有在這個星系的其他地方找到生命存在的證據，不管是智慧生命，還是其他形式的生命。在廣闊無垠的宇宙中，我們真的是孤獨的嗎？

生命如何解決看似不可能的復雜性問題？

看似“愚蠢”的生物卻能完成十分復雜的任務，比如蛋白質折疊，或繁殖細胞并形成復雜器官（比如眼睛、心臟、大腦和其他器官），這是如何發生的？

生物具有驚人的多樣性，即使在同一物種之內，也是如此，這使得我們極難治愈一些最嚴重的疾病。我們有可能徹底根除疾病和死亡嗎？

數個世紀以來，這個問題一直困擾著哲學家，但直到最近，我們才嘗試利用技術，從科學角度來解釋這一問題。意識是誕生于數十億個細胞復雜的相互作用嗎？意識是一種頻譜嗎？它可以被復制嗎？

文章來源：世界科技創新論壇

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