Эмпирические явления без чёткого научного объяснения

Космология и астрономия

Существование Вселенной

Каково происхождение материи, энергии и пространства-времени, сформировавших Вселенную/Мультивселенную?

Барионная асимметрия Вселенной

Почему в наблюдаемой Вселенной существует гораздо больше материи, чем антиматерии?

Проблема космологической постоянной

Почему нулевая энергия вакуума не приводит к большому значению космологической постоянной? Что отменяет эту зависимость?

Оценочное распределение темной материи и темной энергии во вселенной. 74% - темная энергия, 22% темная материя, 3,6 % межгалактический газ, 0,4% - наблюдаемые звезды.

Тёмная энергия

Что является причиной наблюдаемого ускоренного расширения Вселенной (фаза де Ситтера)? Почему плотность энергии тёмной компоненты энергии — величина того же порядка, что и плотность вещества в настоящее время, тогда как эти два феномена с течением времени развивались совершенно по-разному? Может быть, это потому, что мы ведём наблюдения в нужное время? Является ли тёмная энергия космологической константой, или же она является динамическим полем — некой квинтэссенцией, такой как фантомная энергия?

Тёмная материя

Что такое тёмная материя?^[6] Связана ли она с суперсимметрией? Связан ли феномен тёмной материи с той или иной формой материи, или это на самом деле является расширением гравитации?

Логарифмичесие графики показывают плотность темной энергии и плотность темной материи по горизонтали отложен временной фактор . Две прямые линии пересекаются в текущей эпохе.^[7]

Энтропия (направление времени)

Почему Вселенная имела такую низкую энтропию в прошлом, приведшую в результате к различию между прошлым и будущим и вторым законом термодинамики?

Проблема горизонта

Почему удалённая от нас часть Вселенной так однородна, тогда как теория Большого взрыва предсказывает измеримую анизотропию небесной сферы больше, чем она наблюдается? Возможным подходом к решению являются гипотезы инфляции и переменной скорости света.

Изотропия реликтового излучения

Некоторые общие особенности микроволнового излучения неба на расстояниях более 13 миллиардов световых лет, по всей видимости, говорят о наличии как движения, так и ориентации Солнечной системы. Является ли это следствием систематических ошибок обработки, загрязнением результатов локальными эффектами или необъяснимым нарушением принципа Коперника?

Форма Вселенной

Что такое 3-многообразие сопутствующего пространства, то есть сопутствующее пространственное сечение Вселенной, неофициально называемое «формой» Вселенной? Ни её кривизна, ни топология в настоящее время неизвестны, хотя кривизна скорее всего «близка» к нулю на наблюдаемых масштабах. Гипотеза космической инфляции предполагает, что форма Вселенной может быть неизмеримой, но с 2003 года команда Жана-Пьера Люмине и другие группы полагают, что Вселенная может иметь форму додекаэдрического пространства Пуанкаре. Является ли форма Вселенной неизмеримой, представляет собой пространство Пуанкаре или имеет другое 3-многообразие?

Физика высоких энергий, физика элементарных частиц

Нарушение симметрии электрослабого взаимодействия

Каков механизм, ответственный за нарушение электрослабой калибровочной симметрии, дающий массу W и Z бозонам? Является ли он простым механизмом Хиггса Стандартной модели^[8] или же природа использует сильную динамику при нарушении электрослабой симметрии, как это предлагается в теории техниколор?

Масса нейтрино

Какой механизм отвечает за генерацию массы нейтрино? Является ли нейтрино античастицей самой себе? Или это и есть античастица, которая просто не может соединиться и аннигилировать с нормальной частицей из-за её нестабильного состояния?

Отношение инерциальная масса/гравитационная масса для элементарных частиц

В соответствии с принципом эквивалентности общей теории относительности, отношение инертной массы к гравитационной для всех элементарных частиц равно единице. Однако, экспериментального подтверждения этого закона для многих частиц не существует. В частности, мы не знаем, каков будет вес макроскопического куска антивещества известной массы.

Кризис спина протона

По первоначальной оценке Европейской группы по мюонному сотрудничеству, на три основных («валентных») кварка протона приходится около 12 % от общего объёма спина. Можно ли пересчитать остаток глюонов, которые связывают кварки, а также образуют «море» пар кварков, которые постоянно создаются и аннигилируют?

Квантовая хромодинамика (КХД) в непертурбативном режиме

Уравнения КХД остаются нерешёнными на энергетических масштабах, соответствующих описанию атомных ядер, и, среди прочего, в основном численные подходы, кажется, начинают давать ответы на этот предельный случай. Подходит ли КХД для описания физики ядра и его компонентов?

Удержание цвета

Почему никогда не были зафиксированы свободный кварк или глюон, а только объекты, построенные из них, например, мезоны и барионы? Каким образом эти явления вытекают из КХД?

Сильная CP-проблема и аксионы

Почему сильное ядерное взаимодействие инвариантно к чётности и зарядовому сопряжению? Является ли теория Печчеи — Квинн решением этой проблемы?

Гипотетические частицы

Какие из гипотетических частиц, предсказываемых суперсимметричной теорией и другими известными теориями, на самом деле существуют в природе?

Астрономия и астрофизика

Струи аккреционных дисков

Почему некоторые астрономические объекты, окружённые аккреционным диском, такие как активные ядра галактик, испускают релятивистские струи, излучаемые вдоль полярной оси? Почему у многих аккреционных дисков существуют квази-периодические колебания? Почему период этих колебаний имеет масштаб, обратно пропорциональный массе центрального объекта? Почему иногда существуют обертоны, и почему у разных объектов обертоны имеют различные соотношения частоты?

Проблема нагрева короны

Почему солнечная корона (атмосферный слой Солнца) намного горячее, чем поверхность Солнца? Почему магнитное пересоединение совершается на много порядков быстрее, чем предсказывают стандартные модели?

Гамма-всплески

Каково происхождение этих краткосрочных всплесков высокой интенсивности?^[9]

Сверхмассивные чёрные дыры

Какова причина отношения М-сигма между массой сверхмассивной чёрной дыры и дисперсией скорости галактики?^[10]

Наблюдаемые аномалии

Аномалия «Гиппарха»: Каково фактическое расстояние до Плеяд?

Аномалия «Пионеров»^[6]: Что вызывает небольшое дополнительное ускорение в направлении Солнца космических аппаратов «Пионер»?^[11][12]

Аномалия сближения: Почему наблюдаемая энергия спутников, совершающих гравитационный манёвр, отличается от предсказываемых теорией значений?

Проблема вращения галактик: Является ли тёмная материя ответственной за различия в наблюдаемых и теоретических скоростях вращения звёзд вокруг центра галактик, или же причина в чём-то ином?

Сверхновые

Каков точный механизм, посредством которого имплозии умирающих звёзд становятся взрывом?

Космические лучи сверхвысоких энергий^[6]

Почему некоторые космические лучи обладают невероятно высокой энергией (так называемые частицы OMG), учитывая, что вблизи Земли нет источников космических лучей с такой энергией? Почему некоторые космические лучи, испускаемые далёкими источниками, имеют энергию выше предела Грайзена-Зацепина-Кузьмина?^[13][14]

Замедление времени пульсара

Почему выбросы пульсаров на больших космологических расстояниях не проявляют предсказанное свойство замедления времени?

Скорость вращения Сатурна

Почему магнитосфера Сатурна проявляет (медленно меняющуюся) периодичность, близкую к той, на которой вращаются облака планеты? Какова истинная скорость вращения глубоких внутренних слоёв Сатурна?^[15]

Физика конденсированного состояния

Аморфные тела

Какова природа перехода между жидкой или твёрдой и стекловидной фазами? Какие физические процессы приводят к основным свойствам стекла?^[16][17]

Холодный ядерный синтез

Каково объяснение спорных докладов об избыточном тепле, излучении и трансмутациях?^[6][18][19]

Криогенная электронная эмиссия

Почему в отсутствие света увеличивается эмиссия электронов фотоэлектронного умножителя при уменьшении его температуры?^[20][21]

Высокотемпературная сверхпроводимость

Каков механизм, вызывающий у некоторых материалов проявление сверхпроводимости при температурах намного выше 50 градусов Кельвина?^[22]

Сонолюминесценция

Что является причиной выброса коротких вспышек света при схлопывании пузырьков жидкости, возбуждённых звуком?^[23]

Турбулентность

Можно ли создать теоретическую модель для описания статистики турбулентного потока (в частности, для его внутренней структуры)?^[24] При каких условиях существует гладкое решение уравнений Навье-Стокса? Это, вероятно, последняя нерешённая проблема классической или ньютоновской физики.

Шаровая молния

Какова природа этого явления? Является ли шаровая молния самостоятельным объектом или подпитывается энергией извне? Все ли шаровые молнии имеют одну и ту же природу или существуют разные их типы?

Биофизика

Синаптическая пластичность

Она необходима для вычислительной и физической моделей мозга, но чем это обусловлено и какую роль она играет в процессах более высокого порядка вне гиппокампа и зрительной коры?

Аксональное наведение

Как аксоны, исходящие из нейронов, находят свои цели? Этот процесс имеет решающее значение для развития нервной системы, в частности, в вопросе формирования структуры соединений в мозге.

Случайность и устойчивость к шуму при экспрессии генов

Как гены управляют нашим телом, выдерживая различные внешние воздействия и внутреннюю стохастичность? Существуют различные модели генетических процессов, но мы далеки от понимания всей картины, в частности, в морфогенезе, в котором экспрессия генов должна жёстко регулироваться.

Количественное исследование иммунной системы

Каковы количественные свойства иммунных реакций? Каковы основные строительные блоки иммунной системы? Какую роль играет стохастичность?

Проблемы, решённые за последние десятилетия

Продолжительные гамма-всплески (2003)

Продолжительные гамма-всплески связаны со смертью массивных звёзд в некоторых специфических случаях вспышек типа сверхновой, известных как гиперновые звезды.

Проблема солнечных нейтрино (2002)

Новое понимание физики нейтрино, требующее модификации стандартной модели физики элементарных частиц, в частности, нейтринных осцилляций.

Возрастной кризис (1990-е)

Оценка возраста Вселенной от 3 до 8 миллиардов лет была меньше, чем оценка возраста самых старых звёзд в нашей галактике. Уточнение оценок расстояния до звёзд и введение тёмной энергии в космологическую модель позволили повысить оценку возраста Вселенной.

Квазары (1980-е)

На протяжении десятилетий природа квазаров была непонятна^[25]. Сейчас они рассматриваются как разновидность активных ядер галактик, которые излучают огромную энергию за счёт материи, падающей в массивную чёрную дыру в центре галактики^[26].