《10000个科学难题(物理学卷)(精)》是《10000个科学难题》系列丛书中与物理学相关的部分。本卷中的问题是由我国工作在研究第一线的优秀的物理学专家执笔撰写的。征集的问题既包括物理学各分支学科目前尚未解决的基础理论问题，也包括在学术上尚未获得广泛共识、存在一定争议的问题，一些征集到的难题在相当程度上代表了我国相关学科的一些主要领域的前沿水平。为了提高《10000个科学难题(物理学卷)(精)》的可读性，编委会确定了《10000个科学难题(物理学卷)(精)》的编写原则：高中生感兴趣，大学生能通读，研究生愿选题。《10000个科学难题(物理学卷)(精)》分为导入篇和专题篇：导入篇注重普及性和趣味性，图文并茂，以通俗易懂的方式深入浅出地阐释了一些受到广泛关注的重要科学问题。专题篇征集的难题覆盖了物理学的主要二级学科，简要概述了难题的背景、难点，并提供进一步研究的可能思路。
　　《10000个科学难题(物理学卷)(精)》可供物理学专业的本科生、研究生和相关专业的研究人员参考，也可供对物理学感兴趣的中学生和物理爱好者阅读。

　　导入篇
　　宇宙学的黄金时代
　　1．宇宙学是一门科学
　　在所有科学学科中，宇宙学是最吸引公众的学科之一。康德说过．“有两种事物，我们愈是沉思，愈感到它们的崇高与神圣，愈是增加虔敬与信仰，这就是头上的星空和心中的道德律。”康德所指的星空，就是我们今天所说的宇宙。谁不会对宇宙之大、宇宙的过去和未来产生巨大的兴趣?因为，我们是宇宙这个有机整体中的一分子，我们的过去和未来与宇宙的过去和未来有着密不可分的联系。至于康德所说的道德律，我想对于一个在有着宗教传统的国家长大的人来说自然也是崇高和神圣的。顺便说一句，西方人对宇宙的虔敬与宗教也有关系。对于他们来说，宗教的泛道德化与一个有目的的宇宙自然是骨与肉的关系。
　　正因为如此，在西方所有的科普活动中，宇宙学科普成为最吸引公众的活动之一，一些非官方的基金会如邓普顿（Templeton）基金会热衷于支持宇宙学研究，尤其是与正统宇宙论有抵牾的研究。这个基金会除了自然科学还支持其他种类的研究，例如哲学与神学，以及关于世界上主要宗教的研究。1995年，物理学家兼科普作家保罗·戴维斯（Paul Charles Davies）因《上帝与新物理学》等科普著作获邓普顿奖。最近，又有两位宇宙学家获得邓普顿奖。这些研究宇宙学的人接二连三地获得奖金很高的邓普顿奖（2006年的奖金是140万美元），说明了这个基金会认为宇宙学是连接科学与超出科学之外的人类形而上的活动（如宗教）的桥梁。

《10000个科学难题》序.
前言
导入篇
宇宙学的黄金时代
等效原理——物理学的基本原理
牛顿反平方定律及其实验检验
谢线暴能源
宇宙标准尺——重子声波振荡
太赫兹波及其应用
有粒子数反转与无粒子数反转激光
声学斗篷的隐身机理和物理实现
声孔效应的物理模型
金属玻璃中的科学
金属铁磁性的起源
量子蒙特卡罗模拟中的负符号问题
量子测量问题与量子力学诠释
具有绝对保密性的量子密码通信
量子态及其隐形传送
相对论量子信息
量子质量标准
光钟——用光波定义“秒”
探寻核子结构
原子核是否存在手性
原子核的滴线和核素新版图
原子核的晕现象
什么是湍流世纪难题?
反应扩散系统中螺旋波的失稳机制
专题篇
化学稳定分子的有效减速与亚mK冷却问题
原子体系中的多体QED题
原子分子内部关联动力学实验观测
用超冷原子气体仿真超导体
广义相对论中的等效原理的实验检验
高温稠密物质结构
高温稠密物质辐射不透明度
非玻恩-奥本海默近似问题
超冷原子芯片
中子星高能辐射的观测研究
宇宙中的中微子
宇宙学起源的引力波研究
宇宙弦的演化
宇宙磁场
宇宙伽马射线暴的余辉
宇宙第一代恒星
永恒暴涨是可能的吗?
引力波探测
一个宇宙学的全息理论
星系的形成和演化
星系核心黑洞的形成和演化
弦宇宙学的初始条件问题
弦论中宇宙弦产生的定量研究
弦论中标准粒子模型的实现
物质自转与引力场的作用
为什么时空是四维的?
微波背景辐射中的张量模的实验和理论
微波背景辐射谱的非高斯性的理论和实验
太阳系外行星系统：寻找遥远的世界
失踪的超新星遗迹
弱引力透镜宇宙学
日冕物质抛射在日地空间的传播及其对地球的影响
日冕物质抛射
基本物理常数会不会变化
黑洞转动能量的提取
黑洞熵的本质问题
黑洞的吸积与外流
伽马射线暴的激波磁场与加速机制
伽马暴宇宙学
超高密度光子
磁能释放的有效机制——磁重联
超新星遗迹是宇宙线的起源吗?
超新星的爆发机制
超弦理论的景观图像
超弦理论的基本表叙和有限性
超对称暗物质之谜
暗物质湮没信号的多波段探测
暗物质的性质
暗能量的物理本质和反物质的丢失之谜
自发辐射相干效应的实验验证
能够实现打破衍射极限的远场成像吗?
介观尺度上光的约束与传输
光的本性问题
光传播中的光谱不变性和偏振不变性
光波在金属基界面的传播特性
固态有机半导体电泵浦激光
固态介质中的原子相干效应研究
包含地址信息的全光缓存器
太赫兹电磁波传输研究中面临的困难
双复纤维的性能表征及反射率的计算
基于各向异性人工电磁材料的介质导波结构及慢波传播
母配分系数递推关系的破解
关于得到高维可积模型的一个新猜想
Yangian表示论与求解非线性模型
Navier-Stokes方程和Euler方程的与自然灾害相关的环流解
粘接界面特性及粘接强度超声定量无损评价
噪声对人烦恼的作用机理和模型
亚表面成像的扫描探针声显微技术
声致发光的发光机制
声逆散射问题
声波在岩石中的传播
人类听觉系统识别声音的物理机理及其定量表达
热声系统中的声传播问题
颗粒介质中的声散射
海洋声场频率-空间特性研究
高强聚焦超声肿瘤治疗过程中的无损温度监测
复频及频率可调超声换能器
复合材料早期疲劳损伤的超声评价
非线性驻波声场的数学模型和理论
低频声波的吸收和隔离问题
超声制备纳米材料的声空化机理
超声振动对接触界面摩擦特性的影响
超声能量作用机理及声化学
超声分子成像的高敏锐度检测技术
自驱动粒子自组织的非平衡统计物理
细胞骨架的组织机理
生物膜组织和微脂筏的形成
胶体颗粒体系中的可见光局域化
流感病毒的进化动力学之谜
颗粒物质的动力学问题和统计力学描述
电(磁)流变液的稳定性
蛋白质链是如何折叠成为天然结构的?
玻璃质动力学过程与玻璃化转变机制
DNA超拉伸形变的机理
用统计物理学方法处理约束满足问题面临的五个挑战
聚合物晶体生长动力学
质子交换膜燃料电池内的水传输问题
微纳通道中液体的传输
微纳通道中相变传热
微纳米尺度流体流动与传热的格子-玻尔兹曼模拟
热流科学中多尺度多物理场过程的数值模拟
燃料电池中与电化学反应耦合的热传输问题
燃料电池中多相多组分传输过程的模拟
纳米尺度下辐射传热显著增强的实验证实
两相流体在多孔介质内的传输问题
利用微米与纳米结构控制热辐射的发射及吸收
有关扫描隧道显微镜(STM)方面的一个问题
现代电子显微学尚未解决的问题
自由空间的团簇是如何形成的?
自旋液体是否存在?
重费米子化合物中的非常规超导与量子临界性
复杂纳米结构的几何形貌和电子结构的预言
一维量子自旋链系统在任意边界磁场中的严格解
维度对强关联电子体系性质的影响
为什么严格的多体波函数计算不能给出超导态，而简单的BCS平均场计算却能给出超导态?
二维电子系统在微波辐照下的零电阻现象..
拓扑序量子相变的普适性问题
波函数在环境中的退相位速率在低温下是否饱和?
铜氧化物高温超导体赝能隙起源的探索
铁基高温超导电性与机理
非均匀费米超流体的FFLO态
太阳能替代传统能源可行吗?
手性起源与手性催化的本质
时间反演对称性的实验检测——寻找原子固有的电偶极矩
三维多体模型的精确解
如何刻画量子相变和拓扑有序?
如何刻画量子混沌?
溶液中蛋白质分子的电子结构的第一性原理.全电子.从头计算
热电材料机理和实用化问题
缺陷支配氮化铟的基本性质吗?
轻元素材料的优异性质及其潜在的光电子学应用
强电声子相互作用体系的小极化子
凝聚态物质中准粒子的波粒二象性
能够制备出具有本征室温铁磁性的稀磁半导体吗?
能够实现激子玻色-爰因斯坦凝聚吗?
纳米硅热电材料
锰氧化物的庞磁电阻机制
量子点接触中的“0.7结构”
量子尺寸效应作用下的金属薄膜表面催化研究
可放大自旋极化晶体管
晶体管会停止发展吗?
金属与合金的中温脆性
介观环中的持续电流的实验观测值与理论值有较大差距的疑难
交换偏置
固体材料的轨道磁性
高温超导体中的涡旋玻璃相
高温超导体的配对机制是什么?
高温超导隧道结的制备技术
高温超导电性机理
高温超导材料中的等离子体振荡和太赫兹辐射
菲波纳契双螺旋是锥面上的最小能量构型吗?
二维石墨中的电导率极小问题
二维电子系统在零磁场下的金属-绝缘体转变问题
多铁性物理
电脉冲引起的可逆电阻变化现象
单个纳米结构的操纵与测量
磁性异质结中的隧穿磁电阻的零点异常
超越LDA的第一原理计算方法
超冷费米原子中的色超流性
超导量子干涉器件应用中的几个问题超高密度光子
冰表面融化的动力学过程研究
半导体纳米复合结构中的电子态和发光行为
STM单原子／分子操纵及在纳米科技中的应用
信息处理的物理极限与量子热力学
囚禁离子光频标
腔QED量子计算
量子直接安全通信的关键问题
量子因特网
量子信息中的数学问题
量子信息启发的量子态操纵基本问题
量子信息启发的固体系统量子态操纵的基本问题
量子信道
量子芯片
量子相变与量子纠缠中的一些有待解决的问题
量子算法和量子计算的复杂性
量子器件中的1／f低频噪音问题
量子纠错和量子编码
量子计算机
连续变量量子信息的关键科学问题
离子阱量子计算
绝热量子计算
基于固态光学微腔的量子信息处理器
基于超导量子比特的量子计算.量子信息的实现
宏观物体的退相干与量子宇宙的经典约化
拓扑量子计算
单原子的光学精密操控
超冷极性分子气体
超冷费米气体中BCS-BEC渡越
超导量子比特和固态量于计算的物理实现
表面等离子体基元与量子信息
用“瓦特天平”法实现量子质量基准
光子有静止质量吗?
半导体激光器光谱结构模型及实验验证
光电子器件测试中第一个校准标准
用基本物理常数建立国际单位制SI的基本单位
精细结构常数α是否随时间变化?
重原子核自发裂变
质子-中子形状退耦现象
原子核形状相变的微观机制
原子核三体模型
原子核的集团结构和集团放射性
银河系星际空间中大量26Al核素起源的疑难问题
形变原子核中的晕现象
为什么迄今实验发现约40个∧超核而只发现一个∑超核?
同核异能态与可能的伽马激光
梯度方法能否用于求解Dirac方程?
手性原子核是否存在?
是否存在描述原子核结构的统一模型?
弱束缚原子核与连续态
弱束缚核反应中的多步过程
如何在坐标空间求解核物理中耦合的微分积分方程组
如何由AN二体相互作用计算∧超核能谱精细结构?
人类能在近期登上超重岛吗?
耦合常数的解析延托方法对变形原子核的共振态是否适用?
年轻超新星遗迹与钛44
聚变堆结构与功能材料的特性
近库仑势垒重离子反应的异常现象
极端丰中子中重核区核结构壳效应可能的弱化和消失
恒星中氢燃烧的点火反应
核介质下的中子耦合
核废料长期安全存储对材料有什么样要求
电子与原子核散射
低能离子生物效应是由直接作用引起的吗?
从∧超核能谱精细结构可以提取哪些新知识?
超核中的新物理
K核深束缚态存在吗?
中微子质量起源问题
质子自旋危机
质量起源问题
整体对称性和局域对称性
原子核中相对论对称性——自旋及赝自旋对称性的物理起源
宇宙早期的QCD相变过程
宇宙线中存在奇异滴吗
有限量子多体系统平均场近似中的对称性恢复问题
用AdS／CFT对偶方法研究强子物理和强耦合夸克物质
寻找胶子球
相对论平均场理论中引入交换项会带来什么新物理?
相对论核多体问题中的pp和ph相互作用能否统一
统一场论中的规范等级问题
轻子味混合与CP破坏
强子作用朝前区的多粒子产生
量子场论中的基本问题
量子场论的严格解
夸克星
夸克和胶子是如何构成核子的?
核子的奇异夸克反夸克不对称性
格点量子色动力学的非微扰研究
费米-杨介子存在吗?
对称性和对称破缺机制
从味对称性理解费米子质量等级和味混合
超高能宇宙线中微子寻找
超高能宇宙线中微子实验寻找振荡到τ型中微子的证据
超对称存在吗?
QCD在有限温度有限密度的相结构及强耦合夸克物质
QCD的非微扰动力学
Lorentz对称性破坏了吗?
η→π+π-e+e-衰变中的CP破坏及相关问题
CP破坏的起源.机制和宇宙学的关系
五夸克态是否存在?
1PeV以上宇宙线的成分
真核细胞SOS信号通络的相应选择机制
细胞调控和信号途径的动力学研究
湍流反应流
湍流：模型与计算
声子热传导的微观机制及低维材料的热传导规律
生物分子进化的定量描述
能否利用随机共振机制提高弱信号接收的信噪比
螺旋波动力学与心颤控制
轨道扩散与太阳系稳定性
功能相关的蛋白质非线性构象变化
复杂生物系统的鲁棒性与可进化性
辅助因子如何调控的蛋白质结构与动力学过程?
非线性波传播的界面效应
对流暖云中的湍流起伏场究竟如何影响到大云滴的生成?
球状闪电的等离子体物理模型
惯性约束聚变点火和超新星爆炸
光学超晶格中冷原子的量子态
编后记