Problemas no resueltos en física

Algunos de los principales problemas sin resolver en física son teóricos, lo que significa que las teorías existentes parecen incapaces de explicar un fenómeno observado o un resultado experimental. Otros son experimentales, lo que significa que es difícil crear un experimento para probar una teoría propuesta o estudiar un fenómeno con más detalle.

Más allá del modelo estándar de la física, todavía quedan algunos problemas, como el problema CP de la interacción fuerte, la masa del neutrino, la asimetría materia-antimateria y la naturaleza de la materia y la energía oscuras. Otro problema radica en el marco matemático del propio Modelo Estándar: el Modelo Estándar es inconsistente con el modelo de la Relatividad General hasta el punto en que una o ambas teorías fracasan bajo ciertas condiciones (como en singularidades espacio-temporales conocidas como el Big Bang y eventos el centro del agujero negro más allá del horizonte de eventos).

La siguiente es una lista de preguntas sin respuesta dignas de mención, organizadas en amplias áreas de la física

Teoría del Todo: ¿Existe una física única, global y coherente? Un marco teórico que pueda explicar adecuadamente y conectar todos los aspectos físicos del universo?

Constantes físicas adimensionales: En la actualidad, los valores de varias constantes físicas adimensionales no se pueden calcular y solo se pueden determinar mediante mediciones físicas. ¿Cuál es el número más pequeño de constantes físicas adimensionales del que se pueden derivar todas las demás constantes físicas adimensionales? ¿Son necesarias las constantes físicas espaciales?

Gravedad Cuántica: ¿Se pueden realizar la mecánica cuántica y la relatividad general como una teoría completamente consistente? ¿El espacio-tiempo es de naturaleza continua o discreta? ¿Una teoría consistente implica una fuerza mediada por gravitones hipotéticos, o es el producto de una estructura discreta del propio espacio-tiempo (como la gravedad cuántica de bucles)? ¿Están sesgadas las predicciones de la relatividad general a escalas muy pequeñas o muy grandes, o en otros casos extremos que surgen del mecanismo de gravedad cuántica?

Catástrofe del vacío: Por qué la masa predicha del vacío cuántico tiene poco efecto en la expansión del universo

El origen y futuro del universo: ¿Cómo son las condiciones para que exista algo? ¿creado? ¿Se dirige el universo hacia una gran congelación, un gran desgarro, un gran colapso o un gran rebote? ¿O es parte del modelo de bucle infinito?

Tamaño del Universo: El diámetro del universo observable es de unos 93 mil millones de años luz, pero ¿cuál es el tamaño del universo entero?

Materia oscura: ¿Cuáles son las propiedades de la materia oscura? [17] ¿Es una partícula? Si es así, ¿es un WIMP, un axión, un supercompañero más ligero (LSP) o alguna otra partícula? ¿O el fenómeno atribuido a la materia oscura no apunta a alguna forma de materia sino a una extensión de la gravedad?

Energía oscura: ¿Cuál es la causa de la expansión acelerada del universo observada (fase De Sitter)? ¿Se interpretan correctamente estas observaciones como una expansión acelerada del universo, o prueban que los principios cosmológicos están equivocados? [21][22] ¿Por qué la densidad de energía del componente de energía oscura es la misma que la densidad actual de la materia, pero la evolución de las dos a lo largo del tiempo es muy diferente? ¿Es solo porque estamos observando en el momento adecuado? ¿Es la energía oscura una constante puramente cosmológica o es factible un modelo por excelencia como la energía fantasma?

La Forma del Universo: ¿Cuál es la triple variedad del espacio generativo, es decir, la porción del espacio generativo del universo, conocida informalmente como la "forma" del universo? Aún no se conocen la curvatura y la topología, aunque se sabe que la curvatura es "cercana" a cero en escalas observables. La hipótesis de la expansión cósmica sugiere que la forma del universo puede ser inmensurable, pero desde 2003, Jean-Pierre Luminet et al y otros grupos han propuesto que la forma del universo puede ser un dodecaedro de Poincaré.

¿Es la forma inmensurable, un espacio de Poincaré u otra variedad 3?

Dimensiones extra: ¿Tiene la naturaleza más de cuatro dimensiones de espacio y tiempo? Si es así cuales son sus dimensiones? ¿Son las dimensiones una propiedad fundamental del universo o un producto de otras leyes físicas? ¿Podemos observar experimentalmente evidencia de dimensiones espaciales superiores?

Monopolos magnéticos: ¿Existieron partículas con "cargas magnéticas" en una era de alta energía en el pasado? Si es así, ¿todavía están disponibles hoy? (Paul Dirac demostró que la existencia de ciertos tipos de monopolos magnéticos puede explicar la cuantificación de carga.)

Generaciones de Materia: ¿Por qué hay tres generaciones de quarks y leptones? ¿Existe alguna teoría que pueda explicar las masas de quarks y leptones específicos utilizando primeros principios (teoría del acoplamiento de Yukawa)?

Supersimetría: ¿Se realiza la supersimetría espacio-temporal en la escala TeV? Si es así, ¿cuál es el mecanismo de ruptura de la supersimetría? ¿Puede la supersimetría estabilizar la escala electrodébil y evitar altas correcciones cuánticas? ¿Las partículas supersimétricas más ligeras contienen materia oscura?

Desintegración de protones y crisis de espín: ¿Son los protones básicamente estables? ¿O decae hasta alcanzar una vida útil finita, como predicen algunas extensiones del modelo estándar? [30] ¿Cómo transportan los quarks y los gluones el giro de los protones?