一个问题，挑战整个中国物理学界！

就像超人有相反的一面，构成正常物质的基本粒子具有相反的一面。

例如，电子具有负电荷，其反粒子正电子具有正电荷。当物质和反物质聚集在一起时，它们会发生碰撞和湮灭，它们的质量会转化为纯净的能量。设想的许多航天器都是由反物质引擎驱动的。

反物质是一种想象的物质形式。在粒子物理学中，反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子组成的。物质和反物质的组合，如粒子和反粒子的组合，会导致湮灭和释放高能光子或伽马射线。 1932年，美国物理学家卡尔·安德森证实了实验中存在正电子，随后发现了负质子和反中子。 2021年11月17日，欧洲研究人员成功地在科学史上“抓住”了痕量反物质。 中国与美国科学家曾经合作，发现了迄今为止最重的反物质粒子 - 氦4。 早在2021年6月5日，欧洲核研究中心的研究人员宣布他们在16分钟内成功捕获了抗氢原子。

是否存在反物质？现代天文学仍然没有产生令人信服的证据。许多反物质主义者；许多美国宇宙学家施拉姆说：“大多数理论家没有反物质的直觉。这意味着，如果你找到它，这是一个伟大的发现。但更可能的是，它意味着你找不到它。”

天体具有很大的引力。在巨大的引力作用下，会发生各种反应，并产生辐射热。必须颠倒对象，拉普拉斯曾大胆预测宇宙中最大的天体可能不可见。当重力随质量增加时，天体变成一个没有任何东西，既不是热也不是光的区域。现在我们称之为黑洞。我们的裸眼和天文仪器能够“看到”只是以恒星或星系形式存在的宇宙结构，它们只占宇宙的10倍。显然，在可见物质上存在巨大的重力表明存在暗物质或反物质。

同样，现有星系是否存在相反的反宇宙结构？事实上，早在1898年，一位英国物理学家就提出，就像物质的存在一样，有一个镜像对应的反物质。 1997年，科学家宣布发现了“银心反物质喷泉”，震惊整个物理界，让科学家们渴望找到反物质。

早在1998年夏天，美国宇航局将阿尔法磁谱仪送到太空。其主要目标之一是在宇宙射线中找到反原子核。

如果相信宇宙中有等量的物质和我们这个由正物质构成的区域。由于星系际大部分地方很空旷，反原子核可自由地飞行很长距离。这样，放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。这就是“阿尔法磁谱仪”计划的基本想法。处有巨大的反物质区存在，那它肯定是一个里程碑式的成果。它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体，更重要的是它对物理学提出了严峻的挑战。在早期宇宙中，正反粒子必是混合的。按现有的物理理论，没有一种已知的作用如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质，物理学将需要突破性的变化。

作为理论物理工作者，我赞同“这是两个巨大的挑战”，但不赞同“前所未有的”和“这是物理学本身所决定的”。

先来说说这两个问题的科学价值，再来谈下为什么会有这样的言论。

首先，这两个问题和 19 世纪末“笼罩在物理学上的两朵乌云”应该是同一级别的问题，那就是：目前的非常完善的理论有了解释不了的现象，问题的解决一定是物理学质的突破。

19 世纪末，很多人认为物理学已经完善了，完美了，只剩下两个小问题：黑体辐射和光速不变，被称作“物理学的两朵乌云”。这在当时已经非常完善，几乎可以解决所有当时已知的问题的物理学中，显得格格不入。大家发现，无论如何推导，演算，已有的理论都无法解释实验结果。到了 20 世纪，这两个问题的解答，给出了最著名的量子力学和相对论，这两个理论，完全打破了已有的物理学的“世界观”，是物理学本质的飞跃。

而现在看到的两个问题也是一样。目前，以量子力学和相对论为基础的，发展完善的理论，已经无法解释了。那么，人们一定会发现更新的理论，来解释它们。就像 19 世纪的人们完全无法理解量子力学和相对论一样，我们现在也对新的理论没有头绪。但这并不代表这是物理学的极限，这只是现有理论的极限。

例如希格斯场的问题，原文“依照爱因斯坦的广义相对论和量子力学理论，希格斯场会……实际上，希格斯场这盏灯只是微弱地点亮着。它的强度值不是 0，但比完全值要小 1 亿亿倍”这正说明，相对论和量子力学，解释不了这个实验结果了！人们需要新的理论。暗能量也一样，“人们仍未能使用现有宇宙理论创建出一套与实际观测匹配的暗能量测量理论”。

经典理论到极限了，由天才爱因斯坦和不那么天才但也是远超普通人的“众人”给出了相对论和量子力学。那么，现在它们也到极限了，也一定会有一个，或一群人，在将来，给出新的理论，解决这些问题。

我赞同史提芬·霍金的关于“物理学极限”的观点：找到越来越高深的理论，无限逼近精确描述我们所处的宇宙，或者找到一套完美的理论，直接精确描述我们所处的宇宙。

物理学中有两个理论值得注意，热力学和广义相对论，这两个问题倘若完美结合，势必产生重大革命。除了热力学以外的其他所有理论（包括广义相对论）均认为物理过程可以在时间反演下对称（或CPT联合反演下对称），只有热力学第二定律认为时间之箭头不可逆；除了广义相对论以外，其他所有理论（包括热力学）均认为，物质的存在不会对四维时空产生影响，只有广义相对论认为，质量的存在会让时空产生弯曲，这种时空弯曲效应就是引力。只坚持热力学，会得出宇宙的热寂说；只坚持广义相对论会得出奇点难题。质量和热是任何物体都具有的性质，21世纪初期，倘若产生热引力理论，必将和万有引力定律、广义相对论一样，永垂不朽！中国本土科学家勉乎哉！倘若不能在21世纪的自然科学作出重大突破，毛主席所说的“中国一定可以赶上和超过美国”的伟大梦想将会被推迟！　

爱因斯坦是心胸开阔的物理学家，而且一生一世永不止息地追求真理，就像毛主席不会满足于新民主主义革命的胜利，而提出“不断革命”、“继续革命”的理论，直到临死之际，他对自己广义相对论都不满意。按照爱因斯坦的思路，当物质不存在的时候，时间空间也不应该存在，但无论狭义相对论，还是广义相对论都未能做到这一点。广义相对论中，当物质不存在时，时空并未消失，而只是变得平坦。爱因斯坦的哲学观点，走在了自己缔造的物理学理论之前，他指引着当代物理学前进的方向；就像毛主席的思想早已超越了当时的社会主义建设水平，走到了自己缔造新政权之前。这样的思想，也就是永恒发展的思想。

物理学界最近出现了一种令人不安且饱受争议的看法：我们正在逼近人类通过科学能了解身处世界的绝对极限。欧洲核子研究中心（CERN）的粒子物理学家哈利·克里夫在一次演讲中表示：“未来几年，我们可能会知道是否能对宇宙了解更多，或许，在漫长的科学史上，我们将首次遇到无法回答的问题。而且，更令我们害怕的是，导致我们逼近极限的原因并不是我们的大脑不够聪明，或技术无法满足，而由物理学本身所决定。”

在这次演讲中，克里夫谈到了“宇宙中存在最危险的两个量”。这两者决定了我们在宇宙间所看到的一切物质、结构和生命。他表示，倘若这两个量出现任何“异常”，整个世界或许都将成为一个空虚无生命的地方。

在19世纪末期，物理学家认为现有的经典物理学已经完全可以解决所有的物理现象，而只有两个物理现象无法进行解释，认为解决了这两个物理问题后，物理学将走到尽头。所以认为这两个问题，就是漂浮在天空中的两朵乌云，解决了这两朵乌云，物理的天空就再无遮拦和秘密。

1、 第一朵乌云——迈克耳逊－莫雷实验与“以太”说破灭

这朵乌云对经典物理学中的波的传播需要介质这一定理提出了挑战，它的存在让经典物理学不那么完美，当时的科学界将经典物理学奉为真理，认为所有的物理现象都可以由经典物理学进行解释，所以认为这是一片乌云。这朵乌云引出了光的波粒二象性。

2、 第二朵乌云——黑体辐射与“紫外灾难”

这朵乌云对经典物理学的连续性提出了挑战，经典物理学认为能量，波这些物理量是连续存在的，这朵乌云的背后是普朗克常量。

扩展资料：

1、光波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么?物理学家给光找了个传播介质——“以太”。

但是，肯定了“以太”的存在,新的问题又产生了：地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来，同时，它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生，引起人们去探讨“以太风”存在与否。

迈克耳逊－莫雷实验结果证明，不论地球运动的方向同光的射向一致或相反,测出的光速都相同，在地球同设想的“以太”之间没有相对运动。因而，根本找不到“以太”或“绝对静止的空间”。

2、在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸收率可达到80％左右。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100％的理想物体。真正的黑体并不存在。但是，一个表面开有一个小孔的空腔，则可以看作是一个近似的黑体。因为通过小孔进入空腔的辐射，在腔里经过多次反射和吸收以后，不会再从小孔透出。

19世纪末,卢梅尔（1860－1925）等人的著名实验―黑体辐射实验,发现黑体辐射的能量不是连续的，它按波长的分布仅与黑体的温度有关。从经典物理学的角度看来，这个实验的结果是不可思议的。

参考资料来源：百度百科-物理两朵乌云

每个人的生命都会经历不同的成长阶段，在20多岁的年纪里，正是享受美好人生的时光。大多数人的年轻岁月，有收获，有失去，有彷徨，也有惊喜，但是，总有一些人超脱正常人的范畴，做出令绝大多数人一生都无法企及的成就。

例如，在22岁时被世界顶级科学杂志《自然》评选为“2021年度十大科学”之首的天才少年曹原。他是一位95后，他也是一个长相普通的年轻人，然而，他的传奇经历却令人惊艳赞叹。

曹原

1996年，曹原在素有天府之国美誉的成都出生，三岁时，他跟随父母举家搬迁至深圳。那个时候的深圳，已经被浓烈的电子氛围所包围着，人们常说90年代的深圳有三多：钱多、人多、电子产品多。自从曹原记事起，他的周围就充满了电子产品。

别的孩子在这座城市接触到的是各种精美的玩具，曹原在这座城市，能够找到却是各种电子产品的元件和线路。小时候，他最喜欢做的事，就是在那些老旧的电子市场淘回来一大堆老物件，将这些东西拆了又装，尤其是里面的电子线路，一直是他的最爱。

实验室

这样的生活氛围与兴趣爱好，为曹原改写世界科学未来进程，埋下了伏笔。2007年，11岁的曹原被选拔入深圳耀华实验学校读书。在整个广东省而言，深圳耀华自成立之初就有着“天才学校”的美誉，凡是能够进入这所中学读书的少年，都有着异于常人的天赋才华。从这所学校出来的差生，只能够读深圳大学；平常学生的初级目标是清华北大；能让耀华中学的优秀学生奋力拼搏的学习目标，都是世界顶尖大学牛津、斯坦福等学校。

曹原

即便这所高校中的学生都是优中选优的尖子生，曹原仍然在同届学生中脱颖而出。所有的课程，他一听就会；他对于课本知识的理解，远超出于老师的教学大纲。下课的闲余时间，曹原利用同龄孩子玩游戏、追明星的时间，进行着一个人的电子元件试验。善解人意的父母为了支持曹原的爱好，专门为曹原在家中搭建了一个实验室，一些小型实验的拆线、安装，曹原一个人就能在家中的实验室完成。

曹原中学照片

曹原这种过人的学习天赋，受到了学校校长的重视，为了让曹原得到最优秀的教育资源，学校为他组建了一支专门的教学团队，帮助曹原迅速学习初中和高中课程的同时，还专门对曹原的创新探究精神进行了培养。仅用了三年的时间，14岁的曹原已经完成了初高中的所有课程，并于2021年参加高考，当年，曹原以669分的高考成绩考入了中国科学技术大学少年班学院。创立于1978年的中科大少年班，从来不缺乏所谓的“神童、天才”，但是曹原的出现，依然让这个传说中的少年班增加了一个传说级的人物。

左一为曹原

曹原成为了老师和同学眼中公认的“大神”，但是，这位大神少年从来没有恃才傲物过，明明已经占到了同龄人科技圈的顶端，曹原仍然用沉稳低调的步伐，完成了自己大学本科的学业。读大学期间，他主动到曾长淦教授的实验室学习，在老师的指导下，他勤勤恳恳地进行石墨烯等方面的理论研究。

2021年，曹原被学校派为首批国际交流生，前往密歇根大学进行学习；2021年，他斩获顶尖海外交流奖学金，并获得了前往牛津大学进行为期两个月科学试验；2021年，曹原在获得学院最高荣誉奖学金的同时，为了继续深造自己的科研理论，他前往美国麻省理工大继续学习。

曹原本科毕业

这个在中国一鸣惊人的天才少年，在这个被称为全球顶尖学术天堂的地方，又将绽放出怎样的光芒？在麻省理工学习期间，他用了4年的时间潜心于研究石墨烯的超导性。其实早在国内读书期间，曹原就已经提出过如何改变材料性质达到超导状态的问题，多年以后，他仍然在坚持这个问题的研究，并且得到了震惊物理界的答案。2021年，曹原在该所学校攻读博士期间，他根据理论推测出：叠加在一起的两层石墨烯会发生巨变，从而能够实现超导体性能。然而，对曹原的这个推测，物理学界的许多大佬嗤之以鼻。

麻省理工学院

他们认为，一个年仅22岁的中国准博士生，竟然仅凭借自己的推测理论，就想要解开“电力物理界的黑暗时代”存在了30年悬而未解的问题，这是天方夜谭。面对这种质疑声与嘲笑，曹原没有丝毫退缩，他信心满满地进行两层石墨烯材料特定叠加实验，即便是在得出正确实验结果之时，曹原仍然花费了6个月的时间，为他确立石墨烯传导理论准备足够多的支撑资料与论文。

就在2021年的3月5日，曹原将自己与石墨烯超导理论有关的两篇论文投稿给《自然》杂志编辑部后，他的论文令全球科学界震动万分。一个名不见经传的年轻少年，竟然凭借一己之力打破了困扰物理学界107年的难题，并让石墨烯超导领域取得了极大突破。

2021《自然》杂志封面

同年，《自然》杂志10大人物封面评选中，整个封面图片竟然是采用石墨烯的碳环结构与数字“10”作为基础设计而成。这本世界顶级学术期刊杂志，迎来了最年轻的中国学者，肯定了曹原对于这个全新物理研究领域的贡献。从此以后，曹原不仅是中国物理学家的骄傲，全球各界物理学家也都知道他的名字。

从那个时候到今天，仍然有无数的顶级大学和科研机构向曹原伸出橄榄枝，甚至希望他能够以教授的身份任职。对于全球顶尖物理机构和大学的邀请，曹原做出了这样的答复：“我学成以后要回到中国的。”他是中国少年，他有着中国少年的雄心壮志，他为当下青年树立了榜样，这样的优秀人，才能够称之为“全民偶像”。

曹原理论成就