物理学における未解決問題一覧

数学物理学の問題の中には、数学における未解決問題の著名なリストに含まれているものがあり、それらには以下のようなものがある。

• 1900年のヒルベルトの物理学の公理化に関する問題の6番目の問題は、定義が不明確であるか、部分的に解決されている。^{[ 16 ]}
• ミレニアム賞問題のナビエ・ストークス存在性と滑らかさ、およびヤン・ミルズ存在性と質量ギャップの問題は、いずれも未解決のままである。^{[ 17 ]}
• ナビエ・ストークスの滑らかさは、1998年のスメール問題第15号でもある。 ^{[ 18 ]}
• 米国DARPAは2008年に23の数学的課題を発表した。物理学の問題には、流体力学とソフトマターのモデリング技術の進歩、量子コンピューティングのための数学の開発、量子場理論と作用原理の生物学への応用、幾何学的ラングランズプログラムと量子物理学の関係の発見などが含まれていた。^{[ 8 ] [ 19 ] [ 20 ]}

• 万物の理論：宇宙のすべての物理的側面を完全に説明し、それらを結びつける、単一の包括的で首尾一貫した物理学の理論的枠組みは存在するのか？^{[ 21 ]}
• 無次元物理定数：現在、さまざまな無次元物理定数の値は計算できません。物理的な測定によってのみ決定できます。^{[ 22 ] [ 23 ]}他のすべての無次元物理定数を導出できる無次元物理定数の最小数はいくつですか？そもそも次元物理定数は必要ですか？^{[ 24 ]}

• 量子重力:量子力学と一般相対性理論は、完全に整合性のある理論 (おそらく量子場理論として) として実現できるでしょうか? ^{[ 25 ]}時空は根本的に連続的でしょうか、それとも離散的でしょうか? 整合性のある理論は、仮説上の重力子によって媒介される力を含むのでしょうか、それとも (ループ量子重力のように) 時空自体の離散構造の産物でしょうか? 量子重力メカニズムから生じる、非常に小さいスケールや非常に大きいスケール、またはその他の極端な状況で、一般相対性理論の予測からの逸脱はありますか?
• ブラックホール、ブラックホール情報パラドックス、ブラックホール放射：理論的な根拠から予想されるように、ブラックホールは熱放射を放出するのか？^{[ 26 ]}この放射には、ゲージ重力双対性によって示唆されるように、その内部構造に関する情報が含まれているのか、それともホーキングの元の計算によって示唆されるように含まれていないのか？そうでない場合、ブラックホールが蒸発する可能性があるとすると、そこに保存されている情報はどうなるのか（量子力学は情報の破壊を規定していないため）？それとも、放射はある時点で停止し、ブラックホールの残骸が残るのか？そのような構造が存在する場合、何らかの方法でその内部構造を調査する別の方法はあるのか？
• 宇宙検閲仮説と年代保護予想：事象の地平線の背後に隠されていない特異点、いわゆる「裸の特異点」は、現実的な初期条件から生じるのか、それとも、それが不可能であると提唱するロジャー・ペンローズの「宇宙検閲仮説」の何らかのバージョンを証明することは可能なのか？^{[ 27 ]}同様に、一般相対性理論の方程式のいくつかの解に現れる閉じた時間的曲線（そして、逆方向の時間旅行の可能性を暗示している）は、スティーブン・ホーキングの「年代保護予想」が示唆するように、一般相対性理論と量子力学を統合する量子重力理論によって排除されるのだろうか？
• ホログラフィック原理：量子重力は重力を含まない低次元記述を許容するというのは本当でしょうか？ ホログラフィーのよく知られた例として、弦理論におけるAdS/CFT対応があります。同様に、ド・ジッター空間における量子重力はdS/CFT対応を用いて理解できるでしょうか？ AdS/CFT対応は、任意の漸近時空背景に対するゲージ重力双対性に大きく一般化できるでしょうか？ 弦理論以外に、ホログラフィック記述を許容する量子重力理論は存在するのでしょうか？
• 量子時空または時空の出現:プランクスケールでの時空の性質は、一般相対性理論に存在する連続的な古典的動的時空と大きく異なるのでしょうか? ループ量子重力では、時空は最初から離散的であると仮定されています。弦理論では、当初は時空は一般相対性理論と全く同じように考えられていましたが (唯一の違いは超対称性です)、 Ryu–Takayanagi予想に基づく最近の研究では、弦理論の時空は、AdS/CFT対応におけるエンタングルメントエントロピーなどの量子情報理論的概念を使用することで出現することが示されています。 ^{[ 28 ]}しかし、弦理論またはAdS/CFT対応内で、おなじみの古典的時空がどのように出現するのかは、まだ十分に理解されていません。
• 時間の問題：量子力学では、時間は古典的な背景パラメータであり、時間の流れは普遍的かつ絶対的です。一般相対性理論では、時間は4次元時空の1つの要素であり、時間の流れは時空の曲率と観測者の時空軌道に応じて変化します。これら2つの時間の概念はどのように調和できるのでしょうか？^{[ 29 ]}

• ヤン・ミルズ理論：任意のコンパクトゲージ群が与えられたとき、有限の質量ギャップを持つ非自明な量子ヤン・ミルズ理論は存在するか？（この問題は、数学のミレニアム賞問題の一つにも挙げられている。）^{[ 30 ]}
• 量子場理論（これは前の問題の一般化です）：相互作用を含み、摂動法に頼らない、4次元時空における量子場理論を数学的に厳密な方法で構築することは可能でしょうか？

• 宇宙インフレーション：宇宙のごく初期における宇宙インフレーションの理論は正しいのか、もしそうなら、この時代の詳細はどのようなものか？この宇宙インフレーションを引き起こした仮説上のインフラトン・スカラー場とは何か？インフレーションが一点で起こったとすれば、それは量子力学的ゆらぎのインフレーションを通じて自己維持され、したがって極めて遠い場所で継続しているのだろうか？^{[ 31 ]}
• 宇宙の偶然の一致問題：宇宙におけるダークエネルギーとダークマターのエネルギー密度は同程度の大きさである。ダークマターのエネルギー密度は宇宙の進化の過程で減少したため、過去には非常に大きかったに違いない。この2つのエネルギー密度の間には何らかの関係があるのだろうか？^{[ 32 ] [ 33 ]}
• 地平線問題：ビッグバン理論は観測されたものよりも大きな測定可能な夜空の異方性を予測しているように見えるのに、なぜ遠方の宇宙はこれほど均質なのでしょうか？宇宙論的インフレーションが一般的に解決策として受け入れられていますが、光速の変動など他の可能性のある説明の方がより適切でしょうか？^{[ 34 ]}
• 宇宙の起源と未来：あらゆるものが存在するための条件はどのようにして生じたのか？宇宙はビッグフリーズ、ビッグリップ、ビッグクランチ、それともビッグバウンスに向かっているのか？
• 宇宙の大きさ：観測可能な宇宙の直径は約930 億光年（または半径約14ギガパーセク）ですが、宇宙全体の大きさはどれくらいでしょうか？宇宙は無限なのでしょうか？
• 物質・反物質の非対称性 理論モデルによれば、初期宇宙では物質と反物質が同量生成されたはずである。しかし、観測結果は、有意な量の原始反物質が存在しなかったことを示している。この非対称性をもたらしたメカニズムを理解することは、物理学における主要な未解決問題である。^{[ 35 ]： 22.3.6}
• 宇宙原理: 宇宙は、宇宙原理が主張し、現在のΛCDM モデルを含むフリードマン-ルメートル-ロバートソン-ウォーカー計量を使用するすべてのモデルが仮定しているように、十分に大きなスケールで均質かつ等方的でしょうか、それとも宇宙は不均質または異方的でしょうか? ^{[ 36 ]} CMB ダイポールは純粋に運動学的でしょうか、それとも宇宙の異方性を示し、FLRW 計量と宇宙原理の破綻につながるのでしょうか? ^{[ 36 ]}ハッブルの緊張は、宇宙原理が間違っている証拠でしょうか? ^{[ 36 ]}たとえ宇宙原理が正しかったとしても、フリードマン-ルメートル-ロバートソン-ウォーカー計量は、私たちの宇宙に使用するのに適切な計量でしょうか? ^{[ 37 ] [ 36 ]}宇宙の加速膨張として通常解釈される観測結果は正しく解釈されているのか、それとも宇宙原理が誤りである証拠なのか？^{[ 38 ] [ 39 ]}
• 宇宙定数の問題：真空の零点エネルギーが大きな宇宙定数を引き起こさないのはなぜか？何がそれを打ち消すのか？^{[ 40 ] [ 41 ]}

• 暗黒物質：暗黒物質の正体は何ですか？^{[ 34 ]}それは粒子ですか？もしそうなら、それはWIMP、アクシオン、最軽量超対称性粒子（LSP）、または他の粒子ですか？それとも、暗黒物質に起因する現象は、一般相対性理論とは全く異なる別の重力理論の結果ですか？広範な研究にもかかわらず、暗黒物質の正確な構成は未だ不明です。それは、可視物質、放射線、および宇宙の大規模構造に対する重力の影響から推測されています。その特性を理解することは、宇宙を包括的に理解するために不可欠です。
• ダークエネルギー：観測されている宇宙の加速膨張（ド・ジッター相）の原因は何ですか？観測結果は宇宙の加速膨張として正しく解釈されているのでしょうか、それとも宇宙原理が間違っている証拠なのでしょうか？^{[ 38 ] [ 39 ]}ダークエネルギー成分のエネルギー密度は、時間の経過とともに大きく異なる進化をするのに、現在の物質の密度と同じ大きさなのはなぜですか？単にちょうど適切なタイミングで観測しているだけなのでしょうか？ダークエネルギーは純粋な宇宙定数なのでしょうか、それともファントムエネルギーなどのクインテッセンスのモデルが適用できるのでしょうか？
• ダークフロー：観測可能な宇宙の外部からの非球対称な重力が、宇宙における銀河団などの巨大天体の観測された運動の一部を引き起こしているのだろうか？
• 宇宙の形状：共動空間、すなわち宇宙の共動空間部分の3次元多様体、非公式に「宇宙の形状」と呼ばれるものは何か？ 曲率も位相も現時点では不明だが、曲率は観測可能なスケールではゼロに「近い」ことが知られている。形状は測定不可能なのか？ ポアンカレ空間なのか？ それとも別の3次元多様体なのか？
• 余剰次元：自然界には4つ以上の時空次元が存在するのだろうか？もし存在するなら、その大きさはどれくらいだろうか？次元は宇宙の根本的な性質なのか、それとも他の物理法則から生じる結果なのか？より高次の空間次元の存在を実験的に観測することは可能なのだろうか？
• ハッブルの緊張：宇宙の現在の膨張率を表すH ₀の値には 2 つの値があります。1 つは宇宙近傍の測定によるもので、もう 1 つは宇宙マイクロ波背景放射の測定とラムダ CDM モデルを組み合わせたものです。これらの 2 つの値は、高い統計的信頼度 (5.7σ) で一致しません。系統的な測定誤差があるのでしょうか？広く成功しているモデルに問題があるのでしょうか？^{[ 42 ]}

• 階層問題：強い力と重力の比率は、10 ⁻²⁰。なぜ重力は強い力よりもはるかに弱いのか？^{[ 43 ]}
• 磁気単極子：過去の高エネルギー時代に「磁気電荷」を持つ粒子が存在したのだろうか？もしそうなら、今日でも残っているのだろうか？（ポール・ディラックは、ある種の磁気単極子の存在が電荷の量子化を説明することを示した。）^{[ 44 ]}
• 中性子寿命の謎：中性子寿命は数十年にわたって研究されてきたが、2つの実験方法（「ボトル」対「ビーム」）の結果が異なるため、現在その正確な値については一致していない。^{[ 45 ]}
• 陽子崩壊とスピン危機：陽子は根本的に安定しているのか？それとも、標準模型の拡張によって予測されるように有限の寿命で崩壊するのか？^{[ 46 ]}クォークとグルーオンはどのようにして陽子のスピンを運ぶのか？^{[ 47 ]}
• 大統一理論：電磁力と核力は、大統一理論の異なる側面なのでしょうか？もしそうなら、この力とその挙動を支配する対称性は何でしょうか？ ^{[ 48 ]}
• 超対称性：時空の超対称性はTeVスケールで実現されているのか？もしそうなら、超対称性の破れのメカニズムは何か？超対称性は電弱スケールを安定化させ、高量子補正を防ぐのか？最も軽い超対称性粒子（LSP）はダークマターを構成するのか？
• 色の閉じ込め：量子色力学（QCD）の色の閉じ込め予想は、色電荷を持つ粒子（クォークやグルーオンなど）は、新しいハドロンを生成せずに親ハドロンから分離することはできないというものです。^{[ 49 ]}非可換ゲージ理論において色の閉じ込めの解析的証明を与えることは可能でしょうか？

• QCD真空：非摂動QCDの多くの方程式は現在未解決です。これらのエネルギーは、原子核の形成と記述に十分なエネルギーです。では、低エネルギー/非摂動QCDはどのようにして複雑な原子核と核構成要素の形成をもたらすのでしょうか？
• 物質の世代：なぜクォークとレプトンは3つの世代に分かれているのか？特定の世代の特定のクォークとレプトンの質量を第一原理から説明できる理論（湯川結合の理論）はあるのか？^{[ 50 ]}
• ニュートリノの質量：ニュートリノの絶対質量はどれくらいですか？それらはディラックフェルミオンですか、それともマヨラナフェルミオンですか？質量階層は正常ですか、それとも反転していますか？CP対称性を破る位相は0ですか？^{[ 51 ] [ 52 ]}
• 原子炉反ニュートリノ異常：世界中の原子炉からの反ニュートリノ束に関する既存のデータには異常があります。この束の測定値は、理論から予想される値のわずか94%であるようです。 ^{[ 53 ]}これが未知の物理現象（例えば、無菌ニュートリノ）、測定における実験誤差、または理論的な束の計算における誤差によるものかどうかは不明です。^{[ 54 ]}
• 強いCP問題とアクシオン：なぜ強い核相互作用はパリティと電荷共役に対して不変なのか？ペッチェイ・クイン理論はこの問題の解決策となるのか？アクシオンは暗黒物質の主要構成要素となり得るのか？
• 異常磁気双極子モーメント：実験的に測定されたミューオンの異常磁気双極子モーメント（「ミューオンg − 2」）の値は、その物理定数の理論的に予測された値と大きく異なるのはなぜですか？ ^{[ 55 ]}
• ペンタクォークとその他のエキゾチックなハドロン：クォークの組み合わせはどのようなものになるのか？^{[ 56 ]}それらは5つの素粒子の強く結合したシステムなのか、それともバリオンとメソンのより弱く結合したペアなのか？^{[ 57 ]}
• ミュー問題：超対称性理論における問題で、理論のパラメータ値の理由を理解することに関わる。
• 小出の公式：粒子生成の問題の一側面。3つの荷電レプトンの質量の合計を、これらの質量の平方根の合計の二乗で割った値は、観測値の1標準偏差の範囲内で、Q = 2/3 となる。このような単純な値がどのように得られるのか、また、なぜそれが可能な極値である 1/3 (質量が等しい) と 1 (質量が1つだけ支配的) の正確な算術平均となるのかは不明である。
• ストレンジマター：ストレンジマターは存在するのか？安定しているのか？ストレンジスターを形成できるのか？ストレンジマターは0気圧（つまり真空）でも安定しているのか？
• 粘着性の球体：自然界に存在するのか？
• ガリウム異常：強力な放射性線源からのガリウムに対するニュートリノの荷電電流捕獲率の測定結果は、理論によって補完された主遷移の既知の強度に基づいて予想される値よりも低い結果を示した。^{[ 58 ]}

• 太陽活動周期：太陽はどのようにして周期的に反転する大規模な磁場を生成するのか？他の太陽に似た恒星はどのようにして磁場を生成するのか、また恒星活動周期と太陽の活動周期の類似点と相違点は何か？^{[ 59 ]}マウンダー極小期やその他の大極小期は何が原因だったのか、また太陽活動周期はどのようにして極小期から回復するのか？
• コロナ加熱問題：なぜ太陽のコロナ（大気層）は太陽表面よりもはるかに高温なのか？なぜ磁気リコネクション効果は標準モデルの予測よりも何桁も速いのか？
• 天体物理学的ジェット：なぜ特定の天体を取り囲む特定の降着円盤だけが極軸に沿って相対論的ジェットを放出するのか？なぜ多くの降着円盤に準周期的な振動があるのか​​？ ^{[ 60 ]}なぜこれらの振動の周期は中心天体の質量の逆数に比例するのか？^{[ 61 ]}なぜ倍音が存在することがあり、なぜ異なる天体で異なる周波数比で現れるのか？^{[ 62 ]}
• 拡散星間帯：天体スペクトルで検出される多数の星間吸収線の原因は何ですか？それらは分子起源ですか、もしそうなら、どの分子が原因ですか？それらはどのように形成されますか？^{[ 63 ] [ 64 ]}
• 超大質量ブラックホール：超大質量ブラックホールの質量と銀河の速度分散の間のM-σ関係の起源は何ですか？ ^{[ 65 ]}宇宙の歴史のごく初期に、最も遠いクエーサーはどのようにして超大質量ブラックホールを太陽質量の10 ¹⁰まで成長させたのでしょうか？
• カイパーベルトの崖：太陽系のカイパーベルトにある天体の数は、なぜ半径50天文単位を超えると急激かつ予想外に減少するのでしょうか？
• フライバイ異常：惑星のそばを通過する人工衛星の観測エネルギーが、理論値とわずかに異なることがあるのはなぜか？
• 銀河回転問題：銀河の中心を周回する恒星の観測速度と理論速度の差は、ダークマターが原因なのか、それとも別の要因によるものなのか？

  

• 超新星：死にゆく星の内破が爆発へと変化する正確なメカニズムとは？
• p核：これらの希少な同位体の核生成に関与する天体物理学的プロセスは何ですか？
• 超高エネルギー宇宙線：^{[ 34 ]}地球の近くに十分なエネルギーを持つ宇宙線源がないことを考えると、なぜ一部の宇宙線はあり得ないほど高いエネルギーを持っているように見えるのでしょうか？なぜ（明らかに）遠方の発生源から放出される一部の宇宙線は、グライゼン・ザツェピン・クズミン限界を超えるエネルギーを持っているのでしょうか？^{[ 66 ] [ 34 ]}
• 土星の自転速度：土星の磁気圏はなぜ惑星の雲の自転速度に近い（ゆっくりと変化する）周期性を示すのでしょうか？土星の深部内部の真の自転速度はどれくらいでしょうか？^{[ 67 ]}
• マグネター磁場の起源：マグネター磁場の起源は何ですか？
• 大規模異方性: 宇宙は非常に大きなスケールで異方性を持つため、宇宙原理は無効な仮定となるのでしょうか? 電波における数カウントと強度の双極子異方性、NRAO VLA スカイサーベイ (NVSS) カタログ^{[ 68 ]}は、宇宙マイクロ波背景放射から導出された局所運動^{[ 69 ] [ 70 ]}と矛盾しており、固有の双極子異方性を示しています。同じ NVSS 電波データは、偏光密度と偏光度^{[ 71 ]}にも、数カウントと強度と同じ方向の固有の双極子を示しています。大規模異方性を明らかにする他のいくつかの観測があります。クエーサーからの光学偏光は、Gpc の非常に大きなスケールにわたって偏光の整列を示しています。^{[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]}宇宙マイクロ波背景放射のデータは、ビッグバンモデルとは一致しない異方性の特徴をいくつか示しています。 ^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]}
• 銀河円盤における年齢-金属量関係：銀河円盤（円盤の「薄い」部分と「厚い」部分の両方）には普遍的な年齢-金属量関係（AMR）が存在するのか？ 天の川の局所的な（主に薄い）円盤では強いAMRの証拠はないが、^{[ 79 ]}近傍の「厚い」円盤星229個のサンプルが銀河厚い円盤における年齢-金属量関係の存在を調査するために使用され、厚い円盤には年齢-金属量関係が存在することが示されている。^{[ 80 ] [ 81 ]}星震学による恒星の年齢は、銀河円盤に強い年齢-金属量関係がないことを確認している。^{[ 82 ]}
• リチウム問題：ビッグバン元素合成で生成されると予測されるリチウム7の量と、非常に古い星で観測される量との間に矛盾があるのはなぜか？^{[ 83 ]}
• 超高輝度X線源（ULX）：活動銀河核とは関連しないものの、中性子星や恒星ブラックホールのエディントン限界を超えるX線源は、何によってエネルギーを得ているのでしょうか？それらは中間質量ブラックホールによるものなのでしょうか？一部のULXは周期性を示しており、中性子星からの非等方的な放射を示唆しています。これはすべてのULXに当てはまるのでしょうか？このようなシステムはどのように形成され、安定を保つことができるのでしょうか？
• 高速電波バースト（FRB）：遠方の銀河から発せられる、わずか数ミリ秒しか続かないこれらの一時的な電波パルスは何が原因なのでしょうか？なぜ一部のFRBは予測不可能な間隔で繰り返されるのに、ほとんどは繰り返されないのでしょうか？数十のモデルが提案されていますが、広く受け入れられているものはありません。^{[ 84 ]}
• 宇宙磁場の起源：観測によると、銀河から銀河団まで、宇宙全体に磁場が存在することが明らかになっています。しかし、これらの大規模な宇宙磁場を生成したメカニズムは依然として不明です。その起源を理解することは、天体物理学における重要な未解決問題です。^{[ 85 ]}

• 量子色力学：強く相互作用する物質の相とは何ですか？また、それらは宇宙の進化においてどのような役割を果たしますか？核子の詳細なパートン構造とは何ですか？QCDは強く相互作用する物質の性質について何を予測しますか？QCDの主要な特徴は何によって決まり、それらは重力と時空の性質とどのような関係がありますか？QCDは本当にCP対称性の破れを欠いているのでしょうか？
• クォークグルーオンプラズマ：閉じ込め解除の開始はどこにあるか：1) 温度と化学ポテンシャルの関数として？ 2)相対論的重イオン衝突エネルギーとシステムサイズの関数として？相対論的重イオン衝突でクォークグルーオンプラズマの生成につながるエネルギーとバリオン数の停止のメカニズムは何か？ 突然のハドロン化と統計的ハドロン化モデルが、クォークグルーオンプラズマからのハドロン生成をほぼ完全に記述するのはなぜか？クォークグルーオンプラズマではクォークフレーバーは保存されるか？ クォークグルーオンプラズマではストレンジネスとチャームは化学平衡状態にあるか？ クォークグルーオンプラズマ中のストレンジネスはアップおよびダウンクォークフレーバーと同じ速度で流れるか？ 閉じ込め解除された物質が理想的な流れを示すのはなぜか？
• クォーク・グルーオンプラズマ形成の具体的なモデル：グルーオンの占有数が大きい場合、グルーオンは飽和するのか？グルーオンはカラーグラス凝縮体と呼ばれる高密度系を形成するのか？Balitsky–Fadin–Kuraev–Lipatov (BFKL)、Balitsky–Kovchegov (BK)、Catani–Ciafaloni–Fiorani–Marchesini (CCFM) 発展方程式の兆候と証拠は何か？
• 原子核と原子核天体物理学：陽子と中性子を結合させて安定な原子核や希少同位体を作る核力の性質は何ですか？ EMC効果の説明は何ですか？ 安定性の境界にある原子核のエキゾチックな励起の性質と、恒星過程におけるその役割は何ですか？中性子星と高密度核物質の性質は何ですか？宇宙における元素の起源は何ですか？星や恒星爆発を引き起こす核反応は何ですか？最も重い化学元素は何ですか？

• 粘性流体の流れを記述する方程式であるナビエ・ストークス方程式には、どのような条件下で滑らかな解が存在するのか。この問題は、 3次元の非圧縮性流体の場合、数学におけるミレニアム賞問題の一つでもある。^{[ 86 ]}
• 乱流：乱流の統計（特にその内部構造）を記述する理論モデルを作成することは可能でしょうか？^{[ 66 ]}
• 粒状物質の対流：揺れや振動を受けた粒状物質が、流体対流の種類に似た循環パターンを示すのはなぜか？さまざまなサイズの物体が混ざった粒状物質が振動/揺れを受けたとき、最大の粒子が最終的に表面に現れるのはなぜか？^{[ 87 ]}

• 高温超伝導：特定の物質が約25ケルビンよりもはるかに高い温度で超伝導を示すメカニズムは何ですか？室温と大気圧で超伝導体となる物質を作ることは可能ですか？^{[ 66 ]}
• 非晶質固体：流体または通常の固体とガラス相との間のガラス転移の性質は何ですか？ガラスの一般的な特性とガラス転移を引き起こす物理的プロセスは何ですか？^{[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]}
• 低温非晶質固体の普遍性：なぜフォノン波長と平均自由行程の無次元比が、非常に大きな種類の不規則固体でほぼ同じになるのか？^{[ 91 ] [ 92 ]}この小さな比は、非常に広い範囲のフォノン周波数で観測される。
• 極低温電子放出：光がない状態での電子放出は、光電子増倍管の温度が低下すると増加するのはなぜか？^{[ 93 ] [ 94 ]}
• 音響発光：液体中の気泡が音によって励起されると、短い光のバーストが放出される原因は何ですか？^{[ 95 ] [ 96 ]}
• トポロジカル秩序：非ゼロ温度でトポロジカル秩序は安定しているか？言い換えれば、3次元の自己修正型量子メモリは可能か？^{[ 97 ]}
• ゲージブロックの締め付け：ゲージブロックを締め付けるための機構は何ですか？

• 分数ホール効果：分数量子ホール効果におけるu = 5/2状態の存在を説明するメカニズムは何ですか？それは非可換分数統計を持つ準粒子を記述しますか？^{[ 98 ]}
• 液晶：液晶状態におけるネマチック相からスメクチック相（A）への相転移は普遍的な相転移として特徴づけられるか？^{[ 99 ] [ 100 ]}
• 半導体ナノ結晶：量子ドットの最低光吸収遷移におけるエネルギー-サイズ依存性の非放物線性の原因は何ですか？^{[ 101 ]}
• 金属ウィスカー：電気機器において、金属表面に微細な金属ウィスカーが自然発生的に生じることがあり、機器の故障につながる可能性がある。圧縮応力がウィスカー形成を促進することは知られているが、その成長メカニズムはまだ解明されていない。
• ヘリウム4の超流動転移：熱容量臨界指数αの実験^{[ 102 ]}と理論^{[ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]}の決定の間の不一致を説明する。^{[ 106 ]}
• シャルンホルスト効果：カシミール効果を利用して、光信号は2枚の近接した導体板の間をcよりもわずかに速く伝わることができるか？^{[ 107 ]}

• 閾値問題：ノイズの多い中間規模の量子時代を超越できるだろうか？量子コンピュータは耐障害性を達成できるだろうか？量子誤り訂正を実装するのに十分な量子ビットのスケーラビリティを持つことは可能だろうか？量子ビットを物理的に実装するための最も有望な候補プラットフォームは何か？^{[ 108 ]}
• トポロジカル量子ビット：トポロジカル量子コンピュータは有望だが、構築できるだろうか？マヨラナゼロモードを決定的に実証できるだろうか？^{[ 109 ]}
• 温度：量子コンピューティングは極低温以外の温度で実行できるのか？室温で動作する量子コンピュータを構築できるのか？^{[ 110 ]}
• 複雑性クラスの問題: BQPとBPPの関係は何ですか? BQP とNPの関係は何ですか? 妥当な物理理論 (量子アルゴリズム) での計算は BQP を超えることができますか? ^{[ 108 ]}
• ポスト量子暗号：いくつかの暗号プロトコルが量子コンピュータに対して安全であることを証明できるか？^{[ 108 ]}
• 量子容量：量子チャネルの容量は一般には知られていない。^{[ 111 ]}

• プラズマ物理学と核融合発電：核融合エネルギーは、核分裂エネルギーが現在生成しているような放射性廃棄物を発生させることなく、豊富な資源（例えば水素）からエネルギーを供給できる可能性がある。しかし、イオン化ガス（プラズマ）を核融合発電を生み出すのに十分な時間、十分な高温に閉じ込めることができるだろうか？ Hモードの物理的起源は何だろうか？^{[ 112 ]}
• 注入問題：フェルミ加速は、天体粒子を高エネルギーまで加速する主要なメカニズムであると考えられている。しかし、フェルミ加速が作用するのに十分なエネルギーを粒子が最初に持つ原因となるメカニズムは不明である。^{[ 113 ]}
• アルヴェン乱流：太陽風や太陽フレア、コロナ質量放出、磁気圏サブストームにおける乱流は、宇宙プラズマ物理学における主要な未解決問題である。^{[ 114 ]}
• 球電：大気電気におけるこの謎の正確な物理的性質。^{[ 115 ]}

• 生命発生：生命は物理的なプロセスだけで創造できるのか？^{[ 14 ]}
• 遺伝子発現における確率性とノイズに対する頑健性：遺伝子は、さまざまな外部圧力や内部の確率性に耐えながら、どのように私たちの体を制御しているのでしょうか？遺伝子プロセスに関するいくつかのモデルは存在しますが、特に遺伝子発現が厳密に制御されなければならない発生過程においては、全体像を理解するには程遠い状況です。
• 免疫系の定量的研究：免疫応答の定量的特性とは何か？免疫系ネットワークの基本的な構成要素とは何か？
• ホモキラリティ：生化学系において特定の鏡像異性体が優勢となるのはなぜか？
• 磁気受容：動物（例えば渡り鳥）はどのようにして地球の磁場を感知するのでしょうか？
• タンパク質構造予測：タンパク質の三次元構造は、一次元アミノ酸配列によってどのように決定されるのでしょうか？可能な立体配座の数が天文学的な数であり、立体配座遷移がピコ秒からマイクロ秒の時間スケールで起こる場合、タンパク質はどのようにしてマイクロ秒から秒の時間スケールで折り畳まれるのでしょうか？配列からタンパク質の三次元構造を予測するアルゴリズムを作成できますか？ほとんどの天然タンパク質のネイティブ構造は、立体配座空間における自由エネルギーのグローバル最小値と一致しますか？それとも、ほとんどのネイティブ立体配座は熱力学的に不安定ですが、運動学的に準安定状態に捕捉されていますか？細胞内に存在する高密度のタンパク質が沈殿しないようにしているのは何ですか？^{[ 116 ]}
• 量子生物学：生物系において、機能的に重要なほど長い時間スケールでコヒーレンスを維持できるのだろうか？生物学や生化学において、コヒーレンスの持続というメカニズムによってのみ説明できるような、非自明な側面は存在するのだろうか？
• 生物学の物理的理解：生物学は基本法則で記述できるだろうか？基本的な作用原理と対称性は、頑健性、モジュール性、進化可能性、変動性などの生物学的概念を理解するために使用できるだろうか？量子場理論と統計場理論はウイルスの進化に役立ってきたが、これらの技術はより大きな生物の研究に発展させることができるだろうか？^{[ 20 ]}

• 量子力学の解釈：状態の重ね合わせや波動関数の崩壊、量子デコヒーレンスなどの要素を含む現実の量子記述は、私たちが知覚する現実をどのように生み出すのか？^{[ 66 ]}この質問を別の言い方で表現すると、測定問題に関するものになります。波動関数が明確な状態に崩壊するように見える「測定」とは、一体何でしょうか？古典的な物理プロセスとは異なり、量子力学的プロセス（量子もつれから生じる量子テレポーテーションなど）は同時に「局所的」、「因果的」、「実在的」であることはできませんが、これらの特性のうちどれを犠牲にしなければならないのかは明らかではありません^{[ 117 ]。}あるいは、これらの意味で量子力学的プロセスを記述しようとする試みがカテゴリーエラーであり、量子力学を正しく理解すればこの質問は無意味になるのかどうかも明らかではありません。
• 時間の矢（例えばエントロピーの時間の矢）：なぜ時間には方向があるのか​​？宇宙は過去にエントロピーが非常に低かったのはなぜか、そして熱力学第二法則によれば、時間は過去から未来にかけての普遍的（ただし局所的ではない）エントロピーの増加と相関しているのか？^{[ 66 ]} CP 違反が特定の弱い力の崩壊で観測されるが、他の場所では観測されないのはなぜか？CP 違反は熱力学第二法則の産物なのか、それとも別の時間の矢なのか？因果律の原理には例外があるのか​​？可能な過去は一つだけなのか？現在の瞬間は物理的に過去や未来とは区別されるのか、それとも単に意識の創発特性なのか？量子時間の矢と熱力学の矢を結びつけるものは何か？
• 局所性：量子物理学には非局所的な現象は存在するのか？^{[ 118 ] [ 119 ]}もし存在するならば、非局所的な現象はベル不等式の破れに現れるエンタングルメントに限定されるのか、それとも情報や保存量も非局所的に動くことができるのか？どのような状況下で非局所的な現象が観測されるのか？非局所的な現象の存在または不在は、時空の基本的な構造について何を意味するのか？これは量子物理学の基本的な性質の適切な解釈をどのように明らかにするのか？
• 量子心：量子もつれや重ね合わせなどの量子力学的現象は脳の機能において重要な役割を果たし、意識の重要な側面を説明できるのか？^{[ 120 ]}
• 幾何学的ラングランズと物理学：表現論に関連するラングランズプログラムは物理学の対称性を説明できるか、またその逆は可能か？^{[ 20 ]}

• 抜け穴のないベル検定実験の実施（1970年^{[ 121 ]} – 2015年）：2015年10月、カブリナノサイエンス研究所の科学者らは、「抜け穴のないベル検定」研究に基づき、局所隠れ変数仮説の失敗が96%の信頼水準で支持されると報告した。^{[ 122 ] [ 123 ]}これらの結果は、2015年12月に発表された、5標準偏差を超える統計的有意性を持つ2つの研究によって確認された。 ^{[ 124 ] [ 125 ]}

• 重力波の存在（1916年～2016年）：2016年2月11日、Advanced LIGOチームは、合体する一対のブラックホールからの重力波を直接検出したと発表した^[ 126 ] [ 127 ] [ ^{128 ] 。これは恒星連星}ブラックホールの最初の検出でもあった。
• 連星ブラックホールの数値解法（1960年代～2005年）：一般相対性理論における二体問題の数値解法は、40年にわたる研究の末に達成された。2005年（数値相対性理論の奇跡の年）に、3つのグループが画期的な手法を考案した。^{[ 129 ]}
• 宇宙年齢問題（1920年代～1990年代）：宇宙の推定年齢は、天の川銀河で最も古い星の年齢の推定値よりも約30億～80億年若かった。星までの距離の推定精度が向上し、宇宙の加速膨張が認識されたことで、これらの年齢推定値は整合するようになった。

• ペンタクォークの存在(1964–2015): 2015 年 7 月、CERNのLHCb共同研究により、 Λ ⁰ _b →J/ψK ⁻ pチャネルでペンタクォークが特定されました。これは、底部ラムダバリオン(Λ ⁰ _b )がJ/ψ 中間子(J/ψ)、カオン(K ^{− )}に崩壊することを表します。）と陽子（p）からなる。結果によると、Λ ⁰ _{b は}、中間ペンタクォーク状態を経由して崩壊する場合、直接メソンやバリオンに崩壊するわけではないことがわかった。P ⁺ _c (4380)とP ⁺ _c (4450)と名付けられた 2 つの状態は、それぞれ9 σ と 12 σ の個別の統計的有意性を持ち、合計の有意性は 15 σ であり、正式な発見を主張するのに十分であった。2 つのペンタクォーク状態は両方ともJ/ψpに強く崩壊することが観測されたため、価クォークの内容は 2 つのアップクォーク、1 つのダウンクォーク、1 つのチャームクォーク、および 1 つの反チャームクォーク ( u u d c c ) でなければならず、これらはチャームクォークペンタクォークである。^{[ 130 ]}   
• クォークグルーオンプラズマという新しい物質相の存在は、 CERN - SPS（2000年）、BNL - RHIC（2005年）、CERN- LHC（2010年）での実験で発見され、確認された。^{[ 131 ]}
• ヒッグス粒子と電弱対称性の破れ（1963年^{[ 132 ]} ～2012年）： WボソンとZボソンに質量を与える電弱ゲージ対称性の破れの原因となるメカニズムは、標準模型のヒッグス粒子の発見によって解明され、弱いボソンとの結合も予想通りになった。テクニカラーが提唱したような強い力学による解の証拠は観測されていない。
• ほとんどの素粒子の質量の起源：ヒッグス粒子の発見によって解決された。これは、これらの粒子に質量を与えるヒッグス場の存在を意味する。
• 陽子半径の謎：2010年に陽子の電荷半径を測定したところ、過去の測定値よりもかなり小さい値であることがわかりました。2019年以降の測定では、より小さい値が支持されています。0.8409(4)  fm。^{[ 133 ] [ 134 ]}改訂された理論モデルを用いた古いデータの2022年の再解析でも、より小さい値が支持された。^{[ 135 ]}

• 短ガンマ線バーストの起源（1993年^{[ 136 ]} –2017年）：連星中性子星の合体によりキロノバ爆発が発生し、短ガンマ線バーストGRB 170817Aが電磁波と重力波GW170817の両方で検出された。^{[ 137 ] [ 138 ]}
• 欠落バリオン問題（1998年^{[ 139 ]}～2017年）：2017年10月に解決されたと宣言され、欠落バリオンは高温の銀河間ガス中に存在することが判明した。^{[ 140 ] [ 141 ]}
• 長時間ガンマ線バースト（1993年^{[ 136 ]}～2003年）：長時間バーストは、大質量星が特定の種類の超新星のような現象（一般にコラプサーと呼ばれる）で死を迎えることと関連付けられています。しかし、スウィフトイベントGRB 060614のように、関連する超新星に反する証拠を示す長時間GRBも存在します。
• 太陽ニュートリノ問題（1968年^{[ 142 ]} -2001年）：ニュートリノ物理学の新しい理解によって解決され、素粒子物理学の標準模型の修正が必要となった。具体的には、ニュートリノ振動である。
• 太陽元素存在量問題（1998～2022年^{[ 143 ]} ）：天体分光法と太陽地震学による太陽金属量の推定値の不一致は、前者による太陽金属量の最新測定値によって解決された。^{[ 144 ]}
• ボイジャー2号とカッシーニ・ホイヘンスのデータによる土星の核の自転の測定値の不一致は、2015年に土星の重力場からの決定によって解決された。^{[ 145 ]}

• 時間結晶の存在（2012～2016年）：量子化された時間結晶のアイデアは、2012年にフランク・ウィルチェックによって初めて理論的に提唱されました。^{[ 146 ] [ 147 ]} 2016年には、ケマニら^{[ 148 ]}とエルゼら^{[ 149 ]}がそれぞれ独立に、周期的に駆動される量子スピンシステムが同様の挙動を示す可能性があることを示唆しました。また、2016年には、バークレーのノーマン・ヤオと同僚が、スピンシステムで離散時間結晶を作成する別の方法を提案しました。^{[ 150 ]}その後、メリーランド大学のクリストファー・モンロー率いるグループとハーバード大学のミハイル・ルーキン率いるグループの2つのチームがこれを使用し、どちらも実験室環境で時間結晶の証拠を示すことができ、短時間ではシステムが予測されたものと同様のダイナミクスを示すことを示しました。^{[ 151 ] [ 152 ]}
• 光子生成不足危機（2014～2015年）：この問題はKhaireとSrianandによって解決されました。^{[ 153 ]}彼らは、更新されたクエーサーと銀河の観測を使用すると、2～5倍の大きなメタ銀河光電離率を容易に得ることができることを示しました。最近のクエーサーの観測によると、紫外線光子に対するクエーサーの寄与は、以前の推定よりも2倍大きいことが示されています。改訂された銀河の寄与は3倍大きいです。これらを合わせると危機は解決されます。
• ヒッパルコス異常（1997年^{[ 154 ]} – 2012年）：高精度視差収集衛星（ヒッパルコス）はプレアデス星団の視差を測定し、385光年という距離を決定しました。これは、実際の明るさと見かけの明るさの測定、または絶対等級による他の測定値とは大きく異なっていました。この異常は、星団内の星の距離と距離誤差の間に相関があるにもかかわらず、加重平均を使用したことが原因でした。これは、加重平均を使用しないことで解決されます。星団に関しては、ヒッパルコスのデータに系統的な偏りはありません。^{[ 155 ]}
• 超光速ニュートリノ異常（2011～2012年）：2011年、OPERA実験はニュートリノが光速よりも速く移動しているように見えるという誤った観測結果を得ました。2012年7月12日、OPERAは以前の飛行時間測定に誤りがあったことを発見し、論文を更新しました。彼らはニュートリノの速度が光速と一致することを発見しました。^{[ 156 ]}
• パイオニア異常（1980～2012年）：パイオニア10号と11号の宇宙船が太陽系を離れる際に、予測された加速度にずれが生じた。 ^{[ 66 ] [ 34 ]}これは、これまで考慮されていなかった熱反動力によるものと考えられている。^{[ 157 ] [ 158 ]}