无法证明的物理理论

测量如何使量子波函数崩溃？

在电子，光子和其它基本粒子的陌生领域，量子力学就是定律。粒子的行为不像小球，而是像散布在大面积上的波浪。每个粒子都用“波函数”或概率分布来描述，该函数可以说明其位置，速度和其它属性更有可能是什么，而不是那些属性是什么。粒子实际上具有所有属性的一系列值，直到你实验测量其中的一个（例如，其位置）为止，此时粒子的波函数“塌陷”并且仅有一个位置。

但是测量粒子如何以及为什么使其波函数崩溃，从而产生我们认为存在的具体现实？这个被称为测量问题的问题看起来似乎很深奥，但是我们不知道现实是什么，或者存在的认识取决于答案。

弦论正确吗？

当物理学家假设所有基本粒子实际上都是一维环或“弦”，每个环以不同的频率振动时，物理学就会变得容易得多。弦理论使物理学家可以将控制粒子的定律（称为量子力学）与控制时空的定律（称为广义相对论）协调起来，并将自然的四个基本力统一为一个框架。但是问题是，弦论只能在10维或11维的宇宙中起作用：三个大空间维，六个或七个紧凑空间维以及一个时间维。压缩的空间尺寸（以及振动的弦本身）大约是原子核大小的1万亿分之一。没有可以想象的方法来检测这么小的东西，因此也没有已知的方法可以通过实验验证或弦理论无效。

混乱中有秩序吗？

物理学家无法完全解决描述流体行为的方程组，从水到空气再到所有其它液体和气体。实际上，还不知道所谓的纳维-斯托克斯方程（描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程）的一般解是否存在，或者是否存在解（无论是否在各处描述流体）或包含固有的未知点（称为奇点）。结果，人们对混乱的本质没有很好的理解。物理学家和数学家想知道，天气仅仅是难以预测还是天生就无法预测？湍流会超越数学描述吗？还是用正确的数学解决湍流，这一切都有意义吗？

宇宙的力量会合而为一吗？

宇宙经历四个基本力：电磁力，强核力，弱相互作用（也称为弱核力）和重力。迄今为止，物理学家知道，如果你将能量调高到足够的水平（例如，在粒子加速器内部），其中三个力就会“统一”并成为一个力。物理学家已经运行了粒子加速器，并统一了电磁力和弱相互作用，并且在更高的能量下，强核力以及最终引力会发生相同的情况。

但是，即使理论认为应该发生这种情况，自然也不一定总是如此。到目前为止，还没有粒子加速器达到足够高的能量来统一电磁力和弱相互作用。包括重力将意味着更多的能量。尚不清楚科学家是否可以建立如此强大的实验室。日内瓦附近的大型强子对撞机（LHC）可以使粒子以万亿电子伏特的能量相互碰撞。为了获得巨大的统一能量，粒子能量至少需要提高到一万亿倍，因此物理学家不得不寻找这种理论的间接证明。

除了能量问题之外，大统一理论（GUT）仍然存在一些问题，因为它们预测到目前为止还没有出现的其它观察结果。有几个GUT表示质子在巨大的时间跨度（大约10 ^ 36年）内应转变为其它粒子。从未观察到这种现象，因此质子的寿命比任何人想象的都要长得多（宇宙年龄才10 ^ 11年），或者它们确实永远稳定。对某些类型的GUT的另一种预测是存在磁单极子-磁体的孤立的“北极”和“南极”-也没有人见过。我们可能没有足够强大的粒子加速器。或者，物理学家可能对宇宙的工作方式理解有误。