در سال 1900 فیزیک دان انگلیسی لرد کلوین اعلام کرد: هیچ چیز جدیدی در فیزیک نمانده که آن را کشف کنیم و آنچه باقی مانده صرفاً مطالعه و اندازه گیری دقیق و دقیق تر مسایل فیزیکی است."

با گذشت سه دهه مکانیک کوانتوم و تئوری نسبیت آینشتاین فیزیک را دگرگون کرده است. امروزه هیچ فیزیک دانی این جرأت و جسارت را ندارد که صریحاً اعلام کند که دانش فیزیک ما از جهان در حال تکمیل شدن است. برعکس! هر کشف جدیدی که رخ می دهد به نظر می رسد که این صندوقچه ی اسرار، بزرگ و بزرگ ترهم می شود و سؤالات عمیق تری را در رابطه با پدیده های فیزیکی می سازد. در این مقاله به بررسی سه نمونه از بحث برانگیزترین این سؤالات می پردازیم.

آیا تئوری رشته صحیح است؟

وقتی فیزیک دانان این فرضیه را در نظر می گیرند که همه ی ذرات  ابتدایی در واقع حلقه یا رشته ای تک وجهی دارند، که هر کدام از آن ها فرکانس لرزش متفاوتی دارد، فیزیک آسان تر می شود. تئوری رشته به فیزیک دانان اجازه می دهد که قوانین موجود  این ذرات را_ که به مکانیک کوانتوم معروف است_ با قوانین فضا-زمان _ (نسبیت عام) تطبیق داده و چهار نیروی طبیعی را در چهارچوبی واحد قرار می دهد.

اما مسأله این است که تئوری رشته تنها می تواند در جهانی با ده یا یازده بعد کار کند: سه جهان بزرگ فضایی، شش یا هفت بعد فضایی فشرده، و بعد زمان. ابعاد فضاهای فشرده _ به همراه رشته های لرزان_ در حدود یک میلیاردم از سه میلیاردم اندازه ی یک هسته ی اتم است. هیچ راه قابل قبولی برای پذیرش چنین چیز کوچکی نیست و هیچ راه شناخته شده ی معتبر یا غیر معتبری برای تجربه ی تئوری رشته هم پیدا نشده است.

سرنوشت جهان چیست؟

یکی از ناشناخته های جذاب جهان برای دانشمندان فیزیک فهم  آغاز و انجام  جهان است. نظریه هایی در این مورد مطرح شده است که به بررسی یکی از آنها می پردازیم. سرنوشت جهان قطعاً بستگی به فاکتوری با ارزش نامعلوم دارد.  Ω ، معیار چگالی ماده و انرژی در سراسر کیهان است. اگر  Ω بیش تر از یک باشد، سپس فضا-زمان مانند دو سطح یک کره بسته می شوند. اگر هیچ انرژی تاریکی وجود نداشته باشد چنین جهانی به ناگهان از گسترش باز می ماند و در درون خودش نابود می شود که به "بحران بزرگ" معروف است. اگر جهان نزدیک باشد اما انرژی تاریک وجود داشته باشد، جهان کروی برای همیشه در حال گسترش خواهد بود.

به عکس اگر Ω کمتر از یک باشد، آن گاه هندسه فضا باز مانند سطح یک زین باز است. در چنین حالتی سرنوشت نهایی  "یخ بزرگ" خواهد بود که "شکاف بزرگ" هم در پی آن می آید. ابتدا شتاب جهان به بیرون باعث پاره شدن و شکاف کهکشان ها می شود و همه ماده سرد و تنها می شود. سپس شتاب آن قدر رشد می کند و بالا می رود که همه ی اثرات نیروهایی که اتم ها را در در کنار هم قرار می داد را در بر می گیرد . هر چیزی از هم می پاشد.

اگر Ω = 1  جهان تخت خواهد بود و مانند هواپیمایی در همه ی جهان گسترده می شود. اگر هیچ انرژی تاریکی نباشد ، چنین جهان هواپیما شکلی تا ابد گسترش می یابد اما با نرخ رشد اندک به وقفه نزدیک می شود. اگر انرژی تاریک وجود داشته باشد سرنوشت جهان در نهایت به گسترش فرارگونه می رسد که شکاف بزرگ را تجربه خواهد کرد.

چرا ماده بیش از پادماده وجود دارد؟

این سوال مطرح است که چرا ماده بیش از آن چه در مقابل ماده وجود دارد و به طور عکس شارژ شده و می چرخد به نام "پاد ماده " در جهان هست؛ این سوال در واقع به این معناست که چرا هر چیزی به طور کلی وجود دارد؟ یک فرضیه در این زمینه می گوید که رفتار جهان با ماده و پادماده به یک صورت است؛ بنابراین در زمان انفجار بزرگ مقدار مساوی از ماده و پادماده باید تولید شود.

اما اگر این حادثه رخ دهد با نابودی کامل مواجه می شویم: پروتون با پادپروتون ها و الکترون ها با پادالکترون ها و نترون ها با پادنترون ها و به همین شکل خنثی می شوند و به این شکل دریایی از فوتون های بدون ماده باقی خواهد ماند. به دلایلی ماده ی بیشتری بوده که نابود نشده است و ما در این نقطه مانده ایم و هیچ پاسخ مورد قبولی برای توضیح آن نداریم.