有史以來規模最大的全球物理學家調查顯示,現代物理學一些最宏大的問題仍未有定論。研究人員發現,從黑洞、暗物質到長期以來試圖調和愛因斯坦的重力理論與量子力學的努力,在這些主題上意見分歧的程度令人驚訝。

就連標準的宇宙學模型,即 ΛCDM(Lambda Cold Dark Matter,Lambda 冷暗物質)模型,也未能贏得過半數受訪者的支持。這個結果可能反映了暗能量光譜儀(DESI)的最新發現,該發現暗示暗能量可能隨時間改變。這種可能性與標準模型所假設的暗能量恆定不變的觀點相悖。

而宇宙學遠非物理學家意見不一的唯一領域。

標準答案未能獲得廣泛支持

「最引人注目的結果是,基礎物理學中的『標準答案』很少獲得壓倒性支持,大多數都未能達到過半數。有趣之處不在於物理學家感到困惑,而在於前沿領域確實充滿生機。」Perimeter Institute 副研究員兼滑鐵盧大學教授 Niayesh Afshordi 表示。

Afshordi 與合著者 Phil Harper 以及美國物理學會的 Physics Magazine 一同領導了這項研究。

在調查涵蓋的問題中,只有兩個獲得了過半數的同意。

其中一個與大爆炸有關。儘管大爆炸常在流行文化中被描繪成時間的開端,但 68% 的受訪物理學家認為,大爆炸不一定代表時間的開始。相反,該理論描述了宇宙如何從極熱、極密的狀態發展而來。它本身並未解釋時間是否有一個絕對的開端。

第二個跨越過半數門檻的觀點是宇宙暴脹。只有 51% 的人同意早期宇宙經歷了一個稱為暴脹的極快速膨脹時期。

在許多其他重大問題上,回應則更加兩極分化。

暗物質就是一個例子。只有 17% 的人傾向於暗物質是由一種尚未發現的低質量粒子組成的觀點。另有 12% 的人支持修改重力理論。最大的單一群體,佔 21%,則傾向於結合多種提出的解釋。

這種回應的分佈突顯了現代宇宙學核心謎團之一的共識有多麼缺乏。

物理學家在量子重力方面也意見分歧,量子重力是指發展出一個能在量子力學框架內描述重力的理論的努力。

弦理論獲得了最多的支持,但只有 19% 的受訪者選擇它作為最可能的解決方案。圈量子重力獲得 12%,而 18% 的人傾向於重力根本無法被量子化的可能性。

結果顯示,即使經過數十年的理論工作,也沒有一個單一的方法脫穎而出成為主流答案。

為何分歧對物理學有利

那麼,如此廣泛的分歧對該領域的未來意味著什麼?Afshordi 認為,缺乏共識是機會的徵兆,而非失敗。

「科學真理不是通過投票決定的。但共識,或其缺失,告訴我們證據在哪裡感覺已經塵埃落定,以及研究人員在哪裡仍然看到激進不同想法的空間。從這個意義上說,缺乏共識可以是一個線索。它標記了需要更好數據、更清晰理論或子領域之間新聯繫的地方。用加拿大歌手兼詞曲作者李歐納·柯恩(Leonard Cohen)的永恆話語來說:『萬物皆有裂痕,那是光進入的途徑。』」

這些發現並非暗示物理學家迷失了方向,而是指向了可能仍有重大發現的領域。關於宇宙的一些最基本問題仍然懸而未決,為新的觀測、更強的理論和意想不到的想法重塑我們的理解留下了空間。

調查結果發表在 Physics Magazine 的一篇文章中。一個線上儀表板也允許讀者更詳細地探索這些回應。