困扰人类100年，物理学最大的三个难题！解决任何一个，必得诺奖

如今科学界还存在很多难以解决的问题，光物理学界就存在至少60多种 难题。但是这些难题在广义上可以总结成一句话：那就是两暗，一黑，三起源。

两暗是暗物质和暗能量，一黑就是黑洞问题，三起源就是宇宙起源，生命起源和意识起源。

暗物质和暗能量问题之所以要放到最前面，这可能也是最迫切需要解决的问题。毕竟宇宙都是由物质构成的，而暗物质和暗能量就占据全宇宙物质的95%，人类可以直接感知的物质才占5%，所以要想了解宇宙全貌就必须搞清楚暗物质和暗能量。

很多人一听到暗物质和暗能量就以为这两个差不多。其实这两者除了名字比较像，性质完全不同。

暗物质只是不参与电磁力和强力，但是会参与引力和弱力。暗物质由于没有电磁辐射，所以我们也看见，摸不着它，但由于暗物质有引力作用，我们可以通过引力透镜效应间接观测到它的存在。暗物质之所以也可能参与弱力，是因为现在物理学界认为，大质量弱相互作用粒子，可能就是冷暗物质的候选粒子。

而暗能量的提出主要是为了解决1998年天文学家发现宇宙正在加速膨胀的事实。宇宙加速膨胀是基础现象，这种现象明显违背现有所有的物理法则。如果没有一种额外的事物推动宇宙加速膨胀，那么宇宙中的星系应该在引力的作用下减速膨胀。

在大爆炸余威的推动下，宇宙依旧会膨胀，但是引力对这种膨胀会起到反制作用。所以理论上，宇宙应该是减速膨胀的，直到停止膨胀，然后又收缩在一起。

但加速膨胀的客观事实就否定了现有的猜测，要么目前的引力理论有问题，要么就得引入全新的概念支持这种加速膨胀。如果说现有引力理论有问题，那很多物理学家接受不了，广义相对论在预测引力现象时特别精确，比如水星进动，引力波，引力透镜等等。所以在不考虑广义相对论存在问题的情况下，只能假设宇宙中存在一种，我们看不见的额外能量推动着宇宙加速膨胀，这就是暗能量。

一黑问题就是黑洞问题

可能大家会疑惑，黑洞不是都已经被天文观测发现了吗，这不是已经证实黑洞的存在了吗？怎么还有什么难题。其实黑洞是否存在，本身就不是啥问题，科学界早就确信黑洞的存在，问题就在于黑洞会导致信息悖论。

我们知道，宇宙中是不存在绝对真空的，这主要是因为真空中总会冒出虚粒子对，这些虚粒子的能量是凭空从真空借的，它们很快就得湮灭将能量还给真空，不然能量守恒定律就被打破了。问题是这种虚粒子对的凭空诞生和湮灭在宇宙空间中每个角落都存在。

那黑洞视界周围的空间也不例外，这就会导致虚粒子对凭空出现之后，其中一个掉入黑洞，那就彻底不能于另一个虚粒子湮灭了。

这样一来，虚粒子从真空借的能量就无法还回去了，留在黑洞视界外面的粒子就好像凭空获得了能量，那能量守恒定律岂不是被打破了。

为了解决这个问题，霍金就认为，掉入黑洞内的虚粒子会变成实粒子，就会额外多出一部分能量，为了不违背能量守恒定律，那黑洞就必须把这部分能量吐出来，所以留在黑洞视界外的粒子凭空获得的能量，就一定是从黑洞自身的能量，辐射而来的。这也就是霍金辐射。按照霍金辐射的说法，黑洞从诞生到最后彻底蒸发掉，就会出现信息悖论。

因为黑洞彻底蒸发掉，我们只能得知黑洞的的总质量，总电荷和总动量。但是不同初始状态的黑洞，最后也会变成相同的总质量，总电荷和总动量。这是什么意思呢，也就是说黑洞起始状态或许并不一样，但是最终结果可能会一样，我们就无法通过最终结果推导出黑洞的初始信息，这就导致黑洞初始的所有的信息就会彻底丢失。就明显违背了量子力学的核心准则。

还有就是黑洞中心的奇点也是一大难题，按照现有理论的预测，黑洞的奇点体积无限小，密度无限大，那引力也就会无限大，而在广义相对论中，引力越强，时间越慢，在无限强的引力作用下，时间也会变得无限慢，这就导致所有物理法则对黑洞奇点的描述都是失效的。既然所有的理论失效，所以我们也就永远无法了解黑洞奇点的真正情况。

对于三起源问题，也就是宇宙起源，生命起源和意识起源。

目前宇宙起源问题依旧超出科学的边界，因为按照大爆炸理论，宇宙是起源于奇点大爆炸，而奇点则起源于无。

至于为什么会出现无中生有这样的现象。现在物理学界用正反物质对称性破缺解释这个问题，也就是说，宇宙起初正反物质一样多，但是由于未知的原因，正反物质对称性突然失衡，导致正物质多于反物质，所以正物质就没有足够的反物质可以与其湮灭，这样才导致宇宙发生大爆炸。

但是这种解释也只是将宇宙大爆炸的因果推前了一步，我们依旧不知道为什么正反物质对称性会破缺，即便找到原因，那这个原因的原因又是什么。所以宇宙起源问题貌似永远独立于科学之外。

对于生命起源，现在貌似已经有了比较好的答案，那就是分子在化学键的作用下先形成有机分子，有机分子然后不断扩张，随即形成更大的DNA聚合链，以及细胞。但是生命产生意识这个问题起源已经无解。

问题的关键点就在于，为什么一群没有意识的原子和分子以某种方式组合在一起就会诞生意识。意识到底是起源于分子层面，原子层面还是量子层面。意识的本质到底是独立于物质之外还是物质堆积形成的演生效应。对于意识，科学界貌似没有任何合适的理论可以解释。