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物理学中一些尚未解决的主要问题是理论问题 。 现有的理论似乎无法解释某些观察到的现象或实验结果 。 科学是建立在物理量的测量和理论公式的协调之上的 。 在许多情况下 ， 在创建实验来测试所提出的理论（如弦理论）或更详细地研究一些现象（如电子在原子壳层之间的消失）方面存在困难 。 目前 ， 还没有技术能测量普朗克单位级别的粒子的活动 。
标准模型
许多问题都与粒子物理标准模型的缺点有关：
- 是否存在尚未被发现的隐藏粒子？如果有 ， 是哪些？它们的性质是什么？
- 标准模型中的基本粒子复合粒子是否结合得太紧密以至于在目前的测量能力下无法观察到？
- 是什么使一些亚原子粒子带有正电荷或负电荷的？
- 质量的起源是什么？为什么质量的存在
总是 导致引力的产生？
- （如果有的话）在什么情况下电荷宇称(C-P)对称被违反了？
- 为什么中微子会振荡？
- 为什么物质比反物质多？
- 为什么标准模型与广义相对论不一致？
- 质子稳定吗？还是像标准模型所预测的那样 ， 在有限的寿命内衰减？为什么质子的自旋不能用三夸克的自旋来解释？
- 为什么夸克和轻子会有三代呢？为什么它们的电荷和自旋相同 ， 但质量不同？
- 对现实的量子描述 ， 包括量子态的叠加、波函数的坍缩和量子退相干等原理 ， 是如何产生我们所感知的现实的？
- 什么构成了一个“测量” ， 使波函数坍缩到一个确定的状态？
- 为什么总是有偶极磁场而没有单极磁场？
- 量子色动力学中的夸克约束和色力是什么？
- 信息如何表示量子系统的状态？
- 普朗克质量在数学物理中起着至关重要的作用 。 为什么它相对较大？有没有一种粒子具有普朗克质量？
- 为什么时空有三个空间维度和一个时间维度？它们是如何形成的？
- 为什么时间有前进的方向？
- 什么是暗物质和暗能量？他们存在吗？它们的组成是什么？
- 为什么我们不能从第一原理推导出无量纲物理常数的值？
- 为什么物理常数会有这样的值？
- 有没有一种理论可以解释所有基本物理常数的第一原理推导？
- “基本物理常数”真的是基本的吗？还是随时间而
变化 ？
广义相对论
- 为什么真空中的光速是常数？
- 时空是像素吗？
为什么 引力这么弱？
- 自然界是否如弦理论所预言的那样拥有四个以上的时空维度（微观维度）？如果有 ， 它们的尺寸是什么？在哪里可以找到它们呢？
- 四维是某些隐藏粒子的基本属性吗？
- 在量子力学中 ， 时间的流动是普遍而绝对的 。 在广义相对论中 ， 时间是四维时空的一个组成部分 。 时间流的变化取决于时空曲率和观察者的相对轨迹 。 这两种时间观念如何协调一致？
- 为什么空间结构的曲率会导致时间膨胀？
- 为什么时间有向前的箭头？
- 时间能量子化吗？
- 宇宙的起源和未来？
- 生存的条件是如何产生的？
- 宇宙正在走向大冻结、大撕裂、大坍缩还是大反弹？或者它是无限循环的模型的一部分？
