有什么现象是物理学家至今仍无法合理解释的?


这就很多了 。我认为这个分为两种 。
简单、常见的的现象 。但其实科学并没有很好的解决 。
少见、极端的现象 。科学没有合理解释 。或者至今认识不是很全面 。
先说第一种 。有些很原始的技术 。完全靠我们的经验建立「唯像模型」 。一样非常可靠 。但深层次的科学原理 。暂时解释不清楚 。
比如:混凝土
在材料学上 。我们仍然不知道混凝土配比、性能之间确却的因果关系 。

有什么现象是物理学家至今仍无法合理解释的?

文章插图
我不是土木工程和材料学专业 。只有引用别人的答案 。网易有个专栏叫《了不起的中国制造》 。就谈到过混泥土问题 。有兴趣可以看一下:
有什么现象是物理学家至今仍无法合理解释的?

文章插图
第二种 。我们在极端环境下观测到这种现象 。由于经验太少 。无法很好的解释 。
比如:核聚变发电的电浆约束(plasma confinement):也即对高温高压的电浆(等离子体)进行约束 。
我们常说物质有三态:气态、固态、流体态 。其实还有和【等离子态】和【超临界态】等等 。宇宙中物质九成是发热发光的恒星 。恒星都是【等离子态】 。
但是恒星是自然界的奇迹 。是重力和核聚变反应两个力动态平衡的结果 。
核聚变就是在地球上模拟太阳 。让二者平衡 。稳定、持续的释放热能 。说简单一点就是让氢弹「慢慢的爆炸」 。
太阳是依靠重力约束让其慢慢的爆炸 。那在地球上怎么办?
这就涉及【电浆约束】 。目前有两种方法:惯性约束聚变(inertial confinement fusion)和磁约束聚变(Magnetic confinement fusion) 。
比如美国的国家点火系统(NIF) 。用的是惯性约束聚变 。而我们国家的人造太阳:EAST (Experimental Advanced SuperconductingTokamak) 。用的是苏联最先研究出来【托卡马克(Tokamak)】方式 。是实现磁约束核聚变的一种方法 。
有什么现象是物理学家至今仍无法合理解释的?

文章插图
【托卡马克(Tokamak)】磁约束被认为最有前途 。但有两个难点需要攻克:
第一 。材料学上需要找到能约束电浆的可靠经久耐用的材料 。对抗中子的轰击 。保护人类不受核辐射 。
第二 。电浆在核聚变炉内 。呈现出一种流体状态 。因为粒子数目太多 。运动太过于复杂 。我们现在只有一些很少的经验 。但并不能准确预测电浆流体的运动 。
我们知道电磁学(电动力学)核心是麦克斯韦方程组 。但是 。电浆(等离子体)太复杂了 。跟气体一样 。会产生「电浆湍流」 。而「湍流」也是流体力学的一座无法攻克的大山 。
所以 。目前也找不到第一原理 。也就无法推理、预测 。无法构建公理系统 。也就无法准确的预测因果关系 。所以工程上无法应用 。
但是 。没有公理系统也不要紧 。依靠经验建立【唯像模型】 。在工程上一样很完美的应用 。
但麻烦的是 。电浆不是水或者气体 。非常难以获得 。非常不稳定的 。这就增加了实验难度 。难以获得数据 。
说简单一点:气体「湍流」问题 。可以建风洞模拟实验 。所以 。我们一样制造高速飞行的战斗机 。
而【唯像模型】的建立就是要不停的试错积累数据 。电浆几千万度的温度 。你怎么建【电浆风洞】?所以电浆实验成本非常之高 。而且持续的时间又短 。你怎么获得大量的经验和数据?
这门学科叫做:电浆流体力学或者叫电磁流体力学(electromagnetohydrodynamics)
所以 。目前不断提高聚变的时间 。就是为了获得电浆流体力学的数据 。建立一个可靠的模型 。从而更好的控制电浆 。
就算这一步实现了 。但是 。没有炉子也是完全白搭呀!
材料学上怎么办?说简单一点 。你能控制【煤炭】 。炉子呢?用什么材料造?核电站一运行几年几十年 。什么材料能够抵挡【太阳】?用什么材料保护人类免受核辐射?
其他观点:
如果问题是“物理学家无法解释的” 。那么答案是太多了 。因为物理学是人类认识宇宙万物最深入的学科 。越深入 。遇到无法解释的问题就越多 。而深入程度正逐渐到达人类能力的极限 。所以那些哲学问题先不谈 。我更愿意把这个问题“物理学家无法合理解释的”做一个界定:
1、现象是经过实验验证真实存在的
【有什么现象是物理学家至今仍无法合理解释的?】2、物理基础理论已经存在 。不会跳出已知物理学的范围

推荐阅读