1. 暗物质与暗能量:宇宙的隐形主宰

我们看到的恒星、星系、气体仅占宇宙总质能的5%。剩下的95%是什么?

  • 暗物质 (27%):它提供额外的引力,防止星系因旋转过快而解体。候选粒子包括WIMPs(弱相互作用大质量粒子)和轴子。探测暗物质是当前粒子物理的前沿。
  • 暗能量 (68%):它表现为一种负压,推动宇宙加速膨胀。其本质可能是真空能(宇宙学常数),也可能是随时间变化的标量场(精质)。理解暗能量是验证广义相对论在大尺度上是否成立的关键。

2. 黑洞信息悖论

根据量子力学,信息不能被毁灭。但根据广义相对论,落入黑洞的物质信息似乎随黑洞蒸发而消失。霍金辐射引发了这一悖论。近年来的研究(如全息原理、ER=EPR猜想)试图调和量子力学与引力,这可能需要新的量子引力理论。

3. 多重宇宙假说

如果暴胀理论是正确的,那么我们的宇宙可能只是无数个“泡泡宇宙”中的一个。每个泡泡宇宙可能有不同的物理常数。这一假说挑战了科学的可证伪性,但在数学上具有一定的自洽性。