物理学正面临新的挑战、酝酿新的突破

        20世纪物理学不仅取得了伟大进展，也促进了有关技术的飞速发展。但是，作为描述自然界和宇宙基本规律的物理理论，却存在包括上面提及的许多重大问题：一方面，对一些基本的实验和观测事实，理论上无法解释；另一方面，各种基本理论本身作为逻辑体系都没有完成，甚至存在内在的不协调。2000年弦理论会议上，弦理论家提出了跨世纪的十大理论问题：
（1） 表征物理宇宙的所有（可测量的）无量纲参数是否原则上都是可计算的，或其中某些仅仅是由历史或量子力学等偶然因素所确定，因而是不可计算的？
（2） 量子引力如何有助于解释宇宙起源问题？
（3） 什么是质子的寿命？理论上如何解释？
（4） 自然是超对称的吗？若是，超对称怎样破缺？
（5） 为什么宇宙看来只有一维时间和三维空间？
（6） 为何宇宙学常数会有其值？是零吗？是常数吗?
（7） 何为M理论基本自由度？果真描述自然吗？
（8） 如何解决黑洞的信息佯谬？
（9） 引力尺度和基本粒子的典型质量尺度之间的差异如此巨大，什么物理可予以解释？
（10） 如何定量解释量子色动力学中的夸克胶子的禁闭，以及质量间隙的存在？
        这些问题只是反映了弦理论家当时的看法。前面提到的一些重要问题并没有完全列举，甚至没有涉及。不过，这已经反映出现有的物理理论还远远没有完成。
       1990年代后期以来，有关暗物质、暗能量和宇宙学常数的观测结果对以量子论和相对论为基础的物理学的整个理论框架提出了新的挑战：在广义相对论和宇宙学原理的分析框架内，观测数据表明，通常的物质只占区区百分之几，未知的暗物质约占百分之二十多；与通常能量所完全不同的“暗能量”约占百分之七十；宇宙时空不是渐近平坦的，而是渐近常曲率；严格说来，在涉及宇宙尺度的效应上，作为物理量定义基础的狭义相对论失去了宇观观测的基础；由量子理论得到的宇宙学常数值比观测值大了几十到一百多个数量级。如何解释？根本问题出在哪里？对此，当然会是“仁者见仁，智者见智”的。
       爱因斯坦指出：“物理学构成一种处在不断进化过程中的思想逻辑体系。”不错，物理学理论作为思想逻辑体系并没有完成，也不完备，而总是处在不断追求完备的过程之中。然而仅仅指出并承认这一事实并不够，更加重要的是应该分析：当代物理学会如何进化、向哪里进化？我们应该如何追求、向哪里追求？
        类比哥德尔定理之于数学，物理理论在不断发展着，更要不断直面实验和观测的检验和挑战。特别是现在，有一点是明确的：物理学的基础正在面临实验和观测的前所未有的尖锐挑战。科学发展的历史预示着，一场新的变革正在酝酿，并且迟早会到来。