人類之所以能夠在短短的幾千年內，站到地球食物鏈的頂端，說明人類科技發展的速度很快，這些都離不開科學家做出的貢獻，在人類歷史進程中，出現了很多偉大的科學家，比如說牛頓、愛因斯坦、霍金、伽利略、哥白尼等，他們的出現讓人類科技快速發展，同時也解開了地球上很多的奧秘，不過即便如此，人類依然沒有辦法解開世界上全部的奧秘，有一些物理難題甚至困擾了科學家近百年的時間，如果說人類真的能夠解開這些物理難題，那么人類的科技一定能夠大幅度的提升，下面我們就一起來看看這些困擾科學家很多年的物理難題是什么？

第一個物理難題——時間到底是什么

時間是一個復雜而且抽象的概念，在不同的學科和領域都有著不同的解釋，站在物理學的角度來看，時間就是宇宙的基本組成部分，和空間一起構成時空結構，愛因斯坦的相對論表示，時間和空間相互關聯、相互影響，會因為物體的運動狀態和引力場的強度而發生變化，即時間具有相對性，比如說在高速運動的物體上，時間也會變得很慢，在強引力場附近，時間也會延緩，從熱力學的角度來說，時間和熵增有關系，熵是描述系統混亂程度的物理量，根據熱力學第二定律，孤立系統的熵總是趨于增加，這一不可逆的過程定義了時間的方向，即從有序向無序發展，被稱為是時間之箭。

在哲學的角度來說，時間是人類感知和理解世界的一種方式，是內心體驗的一種秩序，比如說康德認為時間是人類感性直觀的先驗形式，我們能夠通過時間來整理和感知外部世界的現象，如果說站在四維空間的角度上來看，時間與空間不再是相互獨立的存在，而是緊密融合為一個整體的時空結構。就像三維空間中物體的位置由三個坐標確定一樣，在四維時空里，一個事件的發生需要用四個坐標來描述，即三個空間坐標和一個時間坐標。這意味著時間成為了描述物體狀態和事件發生的一個不可或缺的維度，任何物體的運動和事件的發展都同時在空間和時間中展開。在四維空間中，每個物體都有一條由其在時間和空間中的軌跡所構成的“世界線”。

第二個物理難題——宇宙之外是什么

現代科學認為我們的宇宙誕生于138億年前的奇點大爆炸，奇點是一個質量無限大、能量無限大、熱量無限大、密度無限大、體積無限小的點，這個點爆炸以后我們的宇宙開始快速的膨脹，經過漫長的時間，宇宙才變成我們現在所看到的樣子，既然宇宙是由大爆炸產生的，那么在宇宙大爆炸之前，世界是什么樣子的？有一些理論認為，宇宙可能是眾多宇宙中的一個，這些宇宙共同構成了“多重宇宙”。每個宇宙都有其獨特的物理常數、時空結構和演化歷史，它們可能通過某種方式相互影響或連接。還有的人認為，宇宙可能存在于一個更高維度的空間中，我們所感知到的三維空間和一維時間只是這個高維空間的一部分。

宇宙就像一個“膜”，漂浮在更高維度的“體空間”中，而在這個體空間中可能存在其他類似的膜宇宙。曾經著名的物理學家霍金，提出了無邊界假說認為，宇宙沒有邊界，就像地球的表面一樣，沒有邊緣。在這種情況下，問宇宙外面是什么就沒有意義，因為宇宙包含了所有的空間和時間，不存在“外面”的概念。不過這些都只是科學家的猜測，宇宙到底有沒有外面？宇宙外面到底是什么樣子的？目前科學家還不知道，這還需要科學家進一步的研究和探索。

第三個物理難題——引力是如何產生的

一說到引力，相信很多人都會想到牛頓的萬有引力定律，在1687年的時候，牛頓發表了萬有引力定律，指出任何兩個質點之間都是存在相互吸引的力，這個力的大小和他們的質量乘積成正比，和他們之間的距離平方成反比，牛頓認為引力其實是一種超距作用，即引力可以瞬間在兩個物體之間產生作用，不需要任何介質來傳遞，也不需要時間來傳播，這種觀點在當時引起了一些爭議，但是在牛頓體系中，它能夠很好的解釋天體的運動現象。不過愛因斯坦出現以后，打破了牛頓的說法，愛因斯坦指出，物質和能量會使時空結構發生彎曲。像太陽這樣的大質量天體，會使其周圍的時空發生彎曲，就如同在一張平坦的橡膠膜上放置一個重物，會使橡膠膜凹陷一樣。

在彎曲的時空中，物體不再做直線運動，而是沿著彎曲時空的測地線運動。例如，地球繞太陽公轉，是因為太陽使周圍時空彎曲，地球沿著這一彎曲時空的測地線運動，而并非是受到了牛頓所認為的那種超距的引力作用。愛因斯坦提出了等效原理，即一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系是等價的。在一個封閉的電梯中，人無法區分自己是處于地球的引力場中靜止，還是在無引力的太空中做勻加速上升運動。這一原理是廣義相對論的重要基礎，它揭示了引力和加速度之間的深刻聯系，進一步說明了引力是時空彎曲的一種表現。不過引力真的只是時空彎曲這么簡單嗎？

如果按照愛因斯坦的說法，那么在銀河系的中心區域，黑洞質量很大，所有的天體都會圍繞中心黑洞運動，但是位于銀河系邊緣的天體，受到的引力效果很小，而產生的離心力卻很大，在這樣情況下，為什么銀河系邊緣的天體沒有被離心力甩出去，這說明宇宙中還存在一種神秘的力量，在控制著天體的運行，只不過現在科學家還沒有找到這種神秘的物質，這種神秘的物質被稱為是暗物質。

第四個物理難題——人類有自我意識嗎

自我意識指個體對自身存在、心理狀態及行為的覺知和反思能力，包含主體性與反思性，就像哲學家笛卡爾所言“我思故我在”，自我意識是人類確認存在的基本方式，站在醫學的角度來說，大腦前額葉皮層等區域形成復雜網絡，支持自我意識。神經科學家達馬西奧在《自我意識的神經基礎》中指出：“自我并非虛幻的幽靈，而是大腦建構的具身化過程。”人類在感知世界和經歷各種事件的時候，會有獨特的主觀體驗和情感反應，每一個人同一事物的感受和理解都是不同的，這體現了自我意識在個體主觀體驗方面的作用。

從心理學、神經科學等多個領域的研究來看，都支持人類具有自我意識這一觀點。雖然對于自我意識的本質和產生機制仍有許多待解之謎，但人類的各種行為和心理現象都充分顯示了自我意識的存在。未來隨著人類科技的進步，說不定我們能夠解開自我意識的奧秘。

第五個物理難題——地球生命是如何誕生的

地球是目前人類唯一一顆擁有生命存在的星球，地球上的生命到底是如何誕生的？這是科學家一直都在研究和探索的問題，科學家認為，地球生命還要感謝彗星，早期的太陽系非常混亂，經常會出現彗星到處亂飛的情況，大量的彗星撞擊了地球，將水資源和生命誕生的基本元素留在了地球上，使得地球慢慢誕生了生命，在地球早期，原始大氣主要由甲烷、氨、水蒸氣、氫等無機小分子組成。在紫外線、閃電、熱能等條件作用下，這些無機小分子發生化學反應，生成了氨基酸、核苷酸、單糖等有機小分子。1953年的米勒 - 尤里實驗就模擬了這一過程，在實驗室中成功合成了多種氨基酸。

按照達爾文的進化論得出，地球上的生命都是由簡單生物進化而來的，現在的生物都是經過漫長時間演化而來的，包括人類也是一樣的，至于地球上最早的生命，到底是在哪種機緣巧合之下出現的？目前科學家還在進一步的探索當中，希望人類能夠早日解開這個奧秘。

第六個物理難題——為什么光速有限制

相信很多人都知道光速大約是每秒30萬公里，這個速度對于人類來說是非常快的，但是站在宇宙的尺度上來看，光速卻顯得很慢，在愛因斯坦的狹義相對論中，把光速不變作為基本的假設之一，基于這個假設以及相對性原理，推導出了一系列重要的結論，比如說時間膨脹、長度收縮等，這些結論已經在很多實驗中得到了驗證，簡介證明了光速有限制而且不變是符合物理實際的，從本質上來說，光速有限制和時空的性質緊密相關，它是我們宇宙的一個基本屬性，對整個物理學的發展和我們對宇宙的理解都有著深遠的影響。

如果光速沒有限制，對于人類來說影響巨大，在現實世界中，光速限制保證了因果關系的成立。若光速無限，信號傳遞瞬間完成，事件的先后順序將難以確定，因果律可能會被破壞。而且我們將能瞬間看到宇宙中任意遠的天體，宇宙在我們眼中會變得完全不同。由于不再有光線傳播的時間延遲，我們看到的宇宙將是“實時”的，這會使對宇宙演化的研究方法發生根本性改變。光速無限會使恒星內部的能量傳遞方式改變，核聚變產生的能量將瞬間到達恒星表面，恒星的結構和演化進程會加快。對于星系而言，星系間的相互作用也會因信息傳遞的及時性而變得更加復雜，可能導致星系結構和演化路徑發生巨大變化。

第七個物理難題——宇宙為什么會膨脹

在1929年的時候，埃德溫.哈勃通過長期對星系的觀測，確定了星系紅移和距離之間的線性關系，即哈勃定律，為宇宙膨脹提供了關鍵觀測證據，關于宇宙膨脹的原因，目前廣泛接受的是大爆炸理論和暗能量的作用，從宇宙大爆炸之后，我們的宇宙就快速的向四周膨脹，經過漫長的時間，變化宇宙變成了我們現在所看到的樣子，但是宇宙膨脹并沒有停止，科學家認為，這是因為宇宙大爆炸所產生的能量還沒有被完全消耗完，如果這股能量被完全消耗完，那么宇宙可能會停止膨脹，除了這個說法之外，還有的科學家認為，是暗能量在推動宇宙膨脹。

暗能量是一種假設的能量形式，被提出用于解釋宇宙加速膨脹的現象。20世紀末，科學家對Ia型超新星的觀測發現，遠處星系的退行速度不符合均勻膨脹模型，暗示宇宙膨脹速度在加快。科學家假設暗能量對宇宙產生負壓作用，抵消引力，從而推動宇宙加速膨脹，且其約占宇宙總能量的68%。然而，也有其他理論嘗試在不借助暗能量的情況下解釋宇宙膨脹。還有科學家提出，宇宙加速膨脹可能是因為與平行宇宙的碰撞和合并。