Ratkaisemattomat fysiikan ongelmat

Perusteorioihin liittyviä ongelmia

Gravitaation kvanttimekaaninen teoria, ts. yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan yhdistäminen
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 huoneenlämpötilassa toimivia suprajohteita?
Onko Higgsin hiukkanen olemassa?
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? ; Kiihtyvä maailmankaikkeuden laajeneminen: Miksi maailmankaikkeus laajenee kiihtyen, kuten olemme havainneet? Mikä on tätä kiihtyvyyttä ajavan pimeän energian luonne? Jos se johtuu kosmologisesta vakiostatt, miksi vakio on niin pieni, mutta nollasta eroava? Miksi se ei ole suuri, kuten jotkut kvanttikenttäteoria ennustavat, tai nolla johtuen jostain toistaiseksi tuntemattomasta symmetriasyystä? Mikä on universumin lopullinen kohtalo? ; 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?*** ; Barioni epäsymmetria: 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 Navier-Stokes-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.) ; 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 kuvaan ylimääräisen lämmön ja heliumin deuteriumilla kyllästetyssä palladiumissa? ; Lyhytaikaiset gammasädepurkaukset: Mitä ovat nämä ihmeelliset purkaukset? ; 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 nähdä edes jollakin tapaa? Miten se muodostuu? ; Pioneer 10:n anomalia: Mikä aiheuttaa ilmeisen Aurinkoa kohti suuntautuvan kiihtyvyyden Pioneer 10 avaruusluotaimelle? ; Sonoluminesenssi: Mikä aiheuttaa sen? ; Sähköheikko symmetrian hajoaminen: Mikä mekanismi antaa massan W:lle ja Z:lle. Onko kyse standardimallin Higgsin mekanismista? ; Turbulenssi: Onko turbulentin virtauksen teoreettisen mallin luominen mahdollista? ; Universumi: Miksi universumi 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? ; Hiukkasfysiikan standardimalli: Onko standardimallin ennustamaa Higgsin hiukkasta olemassa? ; Kosminen inflaatio: Onko kosmisen inflaation teoria oikea? ; Kaluza-Klain teoria: Onko olemassa enemmän kuin neljä avaruus-aikaulottuvuutta? ; Kvanttigravitaatio: Voiko kvanttifysiikan ja yleisen suhteellisuusteorian yhdistää? Ja jos voi, miten? Säieteoria? Voidaan Planckin skaalan fysiikasta saada kokeellisia tuloksia? ; Kvanttifysiikka: Miten tulkita kvanttifysiikkaa? Miten makroskaala seuraa kvanttiskaalasta? ; Kvanttikromodynamiikka (QCD): Atominydinten 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 (2003n): Liittyvät massiivisten tähtien kuolemaan supernova 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.