如果以为我们对于物理学领域中的所有基本问题都已经搞懂了，那就大错特错。研究者不断提出有关古老的自然科学领域中的问题，包括以下物理学领域的几个重要之谜，或许能给读者带来某些启示——

电磁线圈、晶体管或者激光二极管等固体，是大多数技术工具中最重要的部分。这些固体的很多物理现象，尽管我们一直在利用，但是至今仍没有理解它们。

1. 固体是如何起作用的？

很多科学家因在科学方面的偶然发现而获得诺贝尔奖。如1987年度的诺贝尔物理学奖获得者J · G · 贝德诺尔茨(Johannes Georg Bednorz)和K · A · 米勒(Karl Alexander Muller)就是偶然发现高温超导体而获此殊荣的。

物理学家早在1911年就发现了这样一种现象：很多种固体如果被置于一定的温度(即跃变温度)下冷却会失去全部电阻。但直到20世纪80年代中期，人们才在摄氏零下273℃略高一些的跃变温度环境下得到了超导体。创造如此低的温度条件其代价是极为昂贵的，因为超导体必须在摄氏零下269℃左右的液态氦中得到(在这种环境下得到的超导材料具有特殊的技术用途)。贝德诺尔茨和米勒在对含有铜和氧的陶瓷进行的实验中首先发现：陶瓷材料处于略高于摄氏零下196℃的温度条件下会出现失去电阻的超导现象，而人类能够通过相对简便的氮冷却方法创造这样的温度。

尽管自1986年以来人们不断发现能显示超导材料特征的各种化合物，但迄今为至，为高温超导体找到宽广应用途径的愿望仍然没能实现。其原因首先在于易碎的陶瓷材料毕竟不容易成型和加工；另一个深层次原因，即物理学家至今还未搞清楚是什么机制使得电流在没有受到阻力的情况下通过固体的。如果人们掌握了超导体形成的机制，那么就能预先知道将哪些化学元素结合，最后得到我们所期望的超导体。

有一种描述“新”超导体的理论，即寻找电子和原子在晶格中如何共同起作用并产生超导现象的途径；还有一些发生在固体中的现象，物理学家还在摸索中。如“具有记忆能力的金属”经过某种变形后会自动地恢复原来形状，它们对自己原先的形状有一定程度的记忆力，即记忆金属具有保持本身平衡状态的性质。它们如何保持这种物理状态的，以及为什么只有某些金属和合金具有形状记忆性质，物理学家至今都无法知道。

光与物质之间能量转换的过程对自然和技术，如花卉、漆或者杂志封面颜色的形成以及半导体激光器光束的产生起着重要作用。但是对于光与物质之间能量转换的基本过程，科学家们还在摸索中。汉堡大学理论物理学院的克拉默(Kramer)教授指出：“爱因斯坦的跃迁几率理论有助于解释光能转换过程。但这个理论至今没有其他人能理解。”

形成这个物理学知识缺口的原因是，科学家对于固体方面的知识太缺乏。如在一个与方糖一样大小的晶体中就隐藏着大约10²³个原子，该原子数量相当于银河系中全部星体数量的10亿倍；每一个原子又有一个或多个电子，它们相互之间以一定的晶格形态联系起来并且相互影响着。

因此，固体性质的问题，跟量子物理学、天气和生物学问题一样，至今未被认识的甚多。如果根据每一个原子的性质来确定固体的性质，即使我们使用最大功率的计算机都无法实现这个目标。当然，人们可以采用简便的模型来解决复杂问题，但是得出的答案只能是近似的。

通过少量原子的巧妙结合，人们制造出纳米级尺度的微晶体管、微数据存储器或者微机械，这就是所谓的纳米技术。计算机元件的工作效率随着传统硅技术的微型化而得以提高。基础理论研究得益于纳米技术的发展，人们可以准确地对原子性质及其相互作用作理论上的说明，也许这能帮助我们理解还无法解释的固体现象。

恒星、行星和星际气体仅仅是宇宙的极小部分。宇宙的绝大部分天体物理学家至今仍然不甚了解。

2. 什么是不确定物质？

什么是物质？这个问题似乎很容易回答：物质是看得见摸得着的，它们有各种颜色，它们影响着人类文化。日常生活中确实如此。然而，有一位天体物理学家得出完全不同的结论，他认为：有相当多的物质是不确定的、不可见的、还没有被发现的，只有通过万有引力才能显示它们；我们在日常生活中所接触的物质以及在夜空中闪烁的星体仅仅是冰山一角；所有可见的和已知的物质仅仅占整个物质世界的极小一部份，而大部分是与我们人类玩捉迷藏游戏的“不确定物质”。

虽然不确定物质不被人发现，但它们对地球上生命的生存条件有很大影响。如果这些不确定物质突然离我们远去，那么包括地球在内的行星系将被抛出轨道。因为太阳系是以大约每秒220公里的速度绕银河中心运动的。太阳系的运行受到银河引力的巨大影响。然而宇宙学家发现了一个问题：银河中的所有已知物质的质量不足以与离心力达到平衡。于是科学家得出结论：一定存在另外一种未被人类了解的物质形态——不确定物质。

这种神秘形态的物质不仅使得行星轨道保持稳定，而且还促使了地球和其他星球的形成。在早期的宇宙中，物质的分布还是均匀的。但这些物质经历了第一次压缩后不再像一般物质那样，它们不会受电磁辐射的作用而集聚起来。在引力场作用下，一般的、能见的物质聚集起来并浓缩成数个漩涡状星云。德国马普地外物理学研究所教授冈瑟 · 哈辛格(Gunther Hasinger)指出：“这些星云连在一起，就像一串珍珠，并且在星云以外，几乎形成了巨大的真空。”科学家试图用超级计算机来模拟这个过程。

但是，这些确实存在的不确定物质是哪里来的？哈辛格认为：“借助哈勃太空望远镜观察到的星系群里巨大的发光弧线的发现，这是最为惊人的证明。”巨大质量的星系群使得星系后面的光线转向，该光线在哈勃图像中呈弧形或者环形。由于引力透镜显示出变了形的星云图像，科学家计算出，现有的质量一定是星系群中全部星体质量的60倍。物理学家估计：这些丢失的质量也许就是不确定物质。

1998年，科学家们探索到遥远的超新星光在减弱，由此他们得出结论：宇宙很可能在不停地呈加速度地膨胀。于是天文物理学家提出了一个新问题：加速度的力来自何方？1916年，爱因斯坦在他创立的广义相对论中坚持认为：宇宙肯定是要么将崩坍，要么膨胀。当时的天文学家把宇宙看成是静止的。为了冲破宇宙静止观，爱因斯坦在他的方程式中引进了“宇宙常量”。爱因斯坦后来称这件事为他生活中所做的“最大的蠢事”。

应该设想有一种与爱因斯坦的“宇宙常量”相适应的能量。该能量具有与引力相反的性质，它产生的推斥力使得宇宙不停地加速度地膨胀。哈辛格指出：“经过多少年的实验证明，我们发现宇宙常量是急需的，它是爱因斯坦一生中最后一个胜利。”但是这种能量还是很神秘的，应该称其为“不确定能量”。

根据观察到的加速度膨胀的宇宙，天文物理学家建立了一个解释性模型。按照该模型，我们知道神秘的不确定能量占到全部宇宙能量的70%，而一般物质和不确定物质对宇宙能量总和的贡献分别占5%和25%。美国WMAP卫星对太空中微波辐射的测量结果证实了这些数据。

宇宙中最让粒子物理学家关注的是小小的粒子，也就是Higgs-Boson子。从2007年开始，科学家们将在日内瓦进行大规模强子(强相互作用粒子)碰撞试验，其目的是找到Higgs-Boson子。

3. 质量从何处来？

物理学家如果能够成功地追踪到希格斯粒子，将会发现这些粒子相互间协调地很好。研究粒子的科学家是根据一个标准模型来看待世界的，这个模型告诉人们物质是如何构成整体的，以及构成怎样的基本对称状整体。德国多特蒙德大学实验物理学教授迪特里希 · 韦格纳(Dietrich Wegener)认为：“组成物质的还有比原子更小的粒子——中微子、电子、夸克。”之所以称它们为无质量粒子，是因为科学家还没有什么办法将它们的质量表示出来。

30年前，苏格兰物理学家彼得 · 希格斯(Peter Higgs)认为：真空不是空的，而是有磁场穿过其中。也就是说，有某种粒子在真空中移动，即无质量粒子是有重量的。我们可以把穿过真空的磁场比作是一台晚会，当一位明星来到这个晚会并穿越大厅时，立刻会被一群崇拜者团团围住，此时的质量似乎一下子在加大。希格斯-玻色子就好比是这样的明星，它的到来吸引着众多的人们，原先相互不认识的人们重新组合成新的人群。

按照标准模型，希格斯粒子是极其微小的，于是就产生了一个问题：我们该如何来区分不同质量的粒子？德国乌珀塔尔大学高能物理学教授彼得 · 马丁(Peter Mattig)指出：“标准模型下所有粒子的质量是自由参数，其数值必须通过测量确定，而且还必须补入某个值(这个值至今未能计算出)。”但科学家至少能表示出希格斯粒子的质量。

韦格纳说：“目前还没有其他理论可以代替标准模型，我们似乎必须重新开始。”为此，欧洲粒子研究中心的科学家准备从2007年进行大规模强子碰撞实验，以证实希格斯-玻色子的存在。他们的实验将在地下的27千米长的圆形隧道里进行：1200块超强超导性磁铁在那里引导着质子和反质子进行对流，并且以光速相互碰撞，碰撞每秒钟将发生10亿次。

韦格纳对采用强子碰撞实验来证实希格斯-玻色子存在的计划抱乐观态度。这是因为科学家已经找到了关于希格斯粒子质量的新的计算值。科学家根据以前的实验得出的希格斯-玻色子的质量是90千兆电子伏特(物理学上表示粒子质量使用最多的能量单位)，而根据新的测量方法：希格斯-玻色子的质量是110千兆电子伏特，质量如此之小，无怪乎科学家至今仍未发现这种粒子。

科学家希望强子碰撞实验不仅能追踪到希格斯-玻色子，而且还希望能成功地找到呈超级对称状的粒子。慕尼黑马普研究所的物理学教授尤利乌斯 · 韦斯(Julius Wess)解释：“每一个已知的粒子均有一个与自己对称的伙伴粒子。虽然物理学家不能够准确地预测一个伙伴粒子的质量，但却能够了解已知粒子的所有其他性质。”

(未完待续)