Problemas em aberto da Física

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Os seguintes são alguns dos problemas não solucionados da física. Esta é uma lista incompleta de problemas proeminentes na física. Alguns destes problemas são teóricos, significando que as teorias existentes parecem incapazes de explicar alguns fenômenos observados ou resultados experimentais. Outros são experimentais, significando que há uma dificuldade em criar uma experiência para testar algumas teorias propostas ou para investigar alguns fenômenos com mais detalhes.

Aceleração do Universo: Por que a expansão do universo é acelerada, como nós temos observado? Nossa compreensão do desvio para o vermelho está completa? Se estiver, então qual é a natureza da energia escura que dirige esta aceleração? Se for devido a uma constante cosmológica, por que a constante é pequena, ainda que não-nula? Por que não é enorme, como predito pela maioria das teorias quântica de campos, ou zero, como predito pela supersimetria? Qual será o destino final do universo?

Computação quântica: É possível construir um computador prático que execute cálculos em qubits (bits quânticos)?

Cromodinâmica quântica (QCD) no regime não-pertubativo: As equações da QCD permanencem insolúveis nas escalas da energia relevantes para descrever núcleos atômicos. Como é que a QCD obtem a física dos núcleos e os constituintes nucleares?

Explosões de raio gamma: Qual é a natureza destes objetos astronômicos extraordinariamente energéticos?

Fusão nuclear: É possível construir um reator nuclear que obtenha energia pela fusão nuclear melhor que na fissão nuclear?

Gravitação quântica: Como pode a teoria da mecânica quântica ser fundida com a teoria da relatividade geral para produzir uma "teoria do tudo"? Nossa compreensão atual da força gravitacional permanece correta em escalas microscópicas de comprimento? Que predições verificáveis algumas teorias da gravitação quântica fazem?

Inflação cósmica: A teoria da inflação cósmica está correta? Se estiver, quais são os detalhes desta época? Qual é o campo hipotético do inflaton que causa esta inflação?

Matéria escura: Existe? O que é? Como é gerada? Está relacionada com a supersimetria?

Mecânica quântica no limite da correspondência: Há uma preferência na interpretação da mecânica quântica? Como o quantum descreve a realidade, que inclui elementos tais como a superposição dos estados e colapso da função de onda, nós causamos a realidade que percebemos?

Monopólos magnéticos: Há alguma partícula que carrega a "carga magnética"? E se sim, por que é tão difícil de detectar?

Ondas gravitacionais: É possível construir um dispositivo que detecte as ondas gravitacionais?

Paradoxo GZK: Por que alguns raios cósmicos parecem possuir as energias que são impossivelmente altas, dado que não há nenhuma fonte suficientemente energética de raios cósmicos perto da Terra, e os raios cósmicos emitidos por fontes distantes devem ter sido absorvidos pela radiação cósmica de fundo em microondas?

Parâmetros do Modelo padrão: O que causa o modelo padrão da física da partícula? Por que suas massas e constantes de acoplamento possuem os valores que foram medidos? O bóson de Higgs predito pelo modelo realmente existe? Por que há 3 classes de partículas no modelo padrão?

Problema da rotação das galáxias: Por que as galáxias giram com velocidades inconsistentes com sua massas aparente?

Seta do tempo: Por que o universo tem uma entropia tão baixa no passado, resultando na distinção entre passado e futuro e a segunda lei da termodinâmica?

Sólidos amorfos: Qual é a natureza da transição entre um fluido ou um sólido regular em uma fase cristalina? Quais são os processos físicos que causam as propriedades gerais dos vidros?

Spintrônica: É possível construir um dispositivo eletrônico prático que opere sobre o spin do elétron, melhor que sua carga?

Supercondutores de altas temperaturas: Por que determinamos alguns materiais que exibem a supercondutividade em temperaturas muito mais altas que 20 kelvin?

Supersimetria: A supersimetria é uma simetria da natureza? Se for, como a supersimetria é quebrada, e por quê?

Teletransporte: É possível?

Turbulência: É possível construir um modelo teórico para descrever o comportamento de um fluido turbulento (em particular, nas suas estruturas internas)?