Ratkaisemattomat fysiikan ongelmat

Tämä on luettelo joistakin fysiikan toistaiseksi ratkaisemattomista ongelmista. Jotkin näistä ongelmista ovat teoreettisia, mikä tarkoittaa, että nykyiset teoriat näyttävät olevan kykenemättömiä selittämään joitakin havaittuja ilmiöitä tai kokeellisia tuloksia. Toiset ovat kokeellisia, mikä tarkoittaa, että on vaikeaa luoda koe, jolla voisi testata esitettyä teoriaa tai tutkia ilmiötä tarkemmin.

Perusteorioihin liittyviä ongelmia 
 Gravitaation kvanttimekaaninen teoria, ts. yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan yhdistäminen. Nämä yhdistää Wheeler–DeWitt-yhtälö.
 Kvanttimittauksen ongelma: tarvitaanko erillinen mittaushypoteesi (jolloin mittauksen käsitteestä tulisi filosofinen ongelma) vai pystytäänkö mittausta kuvaamaan puhtaasti kvanttimekaanisin mallein, ilman mittaushypoteesia.
 Supersymmetrian ja supersymmetristen hiukkasparien olemassaolo.

Eri tutkimusalueiden ratkaisemattomia ongelmia 
 Voidaanko valmistaa likimain huoneenlämmössä toimivia korkean lämpötilan suprajohteita?
 Pystytäänkö rakentamaan käyttökelpoinen kvanttitietokone?

Ongelmia teorioiden selityskyvyssä 

 Kertymäkiekkosuihkut Miksi kertymäkiekot, jotka ympäröivät joitakin astronomisia kohteita, kuten aktiivisten galaksien ydintä, emittoivat relativistisia suihkuja niiden polaariakseleita pitkin?
 Maailmankaikkeuden kiihtyvä laajeneminen Miksi maailmankaikkeus laajenee kiihtyen, kuten on havaittu? Mikä on tätä kiihtyvyyttä ajavan pimeän energian luonne? Jos se johtuu kosmologisesta vakiosta, miksi vakio on niin pieni, mutta nollasta eroava? Miksi se ei ole suuri, kuten jotkut kvanttikenttäteoriat ennustavat, tai nolla johtuen jostain toistaiseksi tuntemattomasta symmetriasyystä? Mikä on universumin lopullinen kohtalo?
 Alkuräjähdysteoria Minkä luonnonlakien puitteissa alkuräjähdys olisi ollut mahdollinen? 
 Amorfiset kiinteät aineet Mikä on fluidien tai tavallisten kiinteiden aineiden ja lasisen faasin transitioiden välinen luonne? Mitkä ovat fyysiset prosessit, jotka antavat lasille tyypilliset ominaisuudet?
 Ajan nuoli Miksi universumilla oli niin pieni entropia menneisyydessä, joka johti menneisyyden ja tulevaisuuden eroon ja termodynamiikan toiseen lakiin?
 Baryoniepäsymmetria Miksi ainetta on paljon enemmän kuin antiainetta?
 Dimensiottomat luonnonvakiot  Miksi havaitsemme nämä arvot, emmekä muita? Muuttuuko näiden perusluonnonvakioiden arvot ajan myötä?
 Kolmen kappaleen liikkeiden tarkka kuvailu voimakentissään Mekaniikan yksinkertainen systeemi, jossa kolme kappaletta liikkuu hiemankin epätriviaalisti toisiensa sähköisissä tai missä muussa tahansa voimakentissä, on ratkaistavissa vain likimäärin tietokoneapproksimaatiolla, analyyttistä kaavaratkaisua ei ole lukuun ottamatta Karl Frithiof Sundmanin hitaasti suppenevaa sarjakehitelmää. Tämä, kuten muutkin perusteorioiden "analyyttinen ratkaisu puuttuu" -ongelmat (esimerkiksi hydrodynamiikan Navierin–Stokesin yhtälöt) ovat pohjimmiltaan matemaattisia ongelmia. Yleensä differentiaaliyhtälöt pystyy kirjoittamaan kuka tahansa fyysikko, mutta analyyttinen yleinen ratkaisu puuttuu. (Esimerkiksi juuri Navier-Stokeseja lasketaan ja niihin luotetaan samalla varmuudella kuin muihinkin peruslakeihin, vaikka matemaatikot tutkivat, onko niihin edes yleisesti olemassa kaikki yhtälöt tarkasti toteuttavaa ratkaisujoukkoa, vai ovatko luvut vain eräänlaisia sovitteita, jotka sopivat vain tietokoneen tarkkuuden rajoissa ratkaisuksi.) On huomattava, että ns. pakonopeuden saanut kappale ei voi vähentää (viedä mukanaan) systeemin kokonaisimpulssimomenttia.
 Korkean lämpötilan suprajohtavuus Miksi tietyt materiaalit ovat suprajohtavia yli 50 kelvinin lämpötiloissa?**
 Koronan lämpötila Miksi Auringon koronan lämpötila on reilusti suurempi kuin Auringon pinnan?
 Kosmologinen vakio Miksi tyhjiön nollapisteen energia ei johda suureen kosmologiseen vakioon?
Miksi kosmologisella vakiolla on se arvo, mikä sillä on ja onko se todella vakio?
 Kylmäfuusio Mikä on teoreettinen selitys kuvaamaan ylimääräisen lämmön ja heliumin deuteriumilla kyllästetyssä palladiumissa?
 Lyhytaikaiset gammasädepurkaukset Mitä nämä purkaukset ovat?
 Massa Mikä aiheuttaa massan? Miksi inertiaalinen ja gravitationaalinen massa ovat erottamattomia?
 Mustat aukot Onko niitä todella olemassa? Jos ei, mitä ovat ultrakompaktit supermassiiviset kohteet, joita on havaittu ja mikä fysiikka hallitsee niitä?
 Neutriinon massa Mikä mekanismi aiheuttaa neutriinon massan? Onko neutriino itsensä antipartikkeli?
 Pallosalamat Onko niitä ja miten ne selittyvät?*
 Pimeä aine Onko sitä vai onko fysiikan teorioissa perustavanlaatuisia vikoja. Jos sitä on niin, minkälaista se on? Onko sitä mahdollista havaita? Miten se muodostuu?
 Pioneer 10:n anomalia Mikä aiheuttaa ilmeisen Aurinkoa kohti suuntautuvan kiihtyvyyden Pioneer 10 -avaruusluotaimelle?
 Sonoluminesenssi Mikä aiheuttaa sen?
 Sähköheikkosymmetrian hajoaminen Mikä mekanismi antaa massan W ja Z -hiukkasille? Onko kyse standardimallin Higgsin mekanismista?
 Turbulenssi Onko turbulentin virtauksen teoreettisen mallin luominen mahdollista?
 Kaikkeus Miksi kaikkeus on epäsymmetrinen?***
 Varaus Mikä antaa kvarkeille varauksen ja miksi eri partikkeleilla on eriarvoisia varauksia?
 Äärimmäisen suurienergiaiset kosmiset säteet Miksi joillakin kosmisilla säteillä on mahdottoman suuria energioita verrattuna Maan lähellä oleviin lähteisiin?

Ongelmia teorioiden testattavuudessa
 Aksionit Onko Peccein–Quinnin teoria ratkaisu CP-ongelmaan? Mitkä ovat ennustetun aksionin ominaisuudet?
 Aine Miksi ainetta on? Mitä oli ennen alkuräjähdystä? Miten neljä perusvuorovaikutusta ilmestyivät?
 Fyysinen informaatio Onko informaation peruuttamaton katoaminen mahdollista?
 Gravitaatio Onko universumi täynnä gravitaatiosäteilyä alkuräjähdyksen jäljiltä? Onko gravitaatiolla kvantti-ilmiöitä?
 Kosminen inflaatio Onko kosmisen inflaation teoria oikea? 
 Kaluzan-Kleinin teoria Onko olemassa enemmän kuin neljä avaruus-aikaulottuvuutta?
 Kvanttigravitaatio Voiko kvanttifysiikan ja yleisen suhteellisuusteorian yhdistää? Ja jos voi, miten? Säieteoria? Voidaanko Planckin skaalan fysiikasta saada kokeellisia tuloksia?
 Kvanttifysiikka Miten tulkita kvanttifysiikkaa? Miten makroskaala seuraa kvanttiskaalasta?
 Kvanttikromodynamiikka (QCD) Atomiydinten kuvailuun tarvittavilla energiaskaaloilla QCD-yhtälöt ovat ratkaisematta. 
 Magneettinen monopoli Onko hiukkasta, jolla on magneettinen varaus? Jos on, miksi ne ovat niin vaikeasti havaittavia?; 
 Multiversumi Onko fysikaalista syytä uskoa havaitsemattomissa oleviin universumeihin? Onko antrooppinen periaate sovelias kosmologiaan?***
 Nopeammin kuin valo Onko mahdollista kulkea nopeammin kuin valo? Onko tietoa mahdollista välittää nopeammin kuin valo liikkuu?**
 Paulin kieltosääntö Mikä on tämän periaatteen syvällisempi alkuperä?***
 Protonin radioaktiivinen hajoaminen Monet standardimallin seuraajaehdokkaat ennustavat protonin hajoamista. Jos näin on, mikä on sen puoliintumisaika?
 Supersymmetria Onko sitä ja jos on, miten se rikkoutuu?
 Säieteoria supersäieteoria, M-teoria, tmv. askel kaiken teoriaan vai umpikujaan?
 Universumin koko Mitä on havaittavan kaikkeuden takana?***

* Perustuvat yksittäisiin väittämiin, monet fyysikot pitävät pseudotieteenä.

**  Monet fyysikot pitävät asiaa ratkaistuna, vaikkakin keskustelu jatkuu.

***  Jotkut fyysikot pitävät kysymystä pikemminkin filosofisena kuin fysikaalisena.

Hiljattain ratkaistuja ongelmia 

Pitkäkestoiset gammapurkaukset (2003) Liittyvät massiivisten tähtien kuolemaan supernovan kaltaisessa tapahtumassa, hypernovassa.
 Auringosta saapuvien Maan läpi kulkevien neutriinojen mitattu määrä verrattuna teoreettiseen (2002) Ratkaisu löytyi neutriinofysiikan paremmasta ymmärtämisestä ja aiheutti standardimallin muokkaamista.
 Kvasaarit Näiden olemus säilyi tuntemattomana vuosikymmeniä. Nykyisin voimakkaan säteilyn selitetään johtuvan aineen putoamisesta galaksin keskustassa olevaan supermassiiviseen mustaan aukkoon.
 Hiukkasfysiikan standardimalli Mallin ennustama Higgsin hiukkanen löydettiin CERNissä vuonna 2012.

Lähteet

Aiheesta muualla 

 Open Questions in Physics 
 New Scientist: 13 things that do not make sense.
 Science Magazine: the most compelling puzzles and questions facing scientists today.

Luettelot fysiikasta
Fysiikan