Problèmes ouverts de la physique

Ceci est une liste de quelques-uns des grands problèmes non résolus de la physique. Certains de ces problèmes sont théoriques, ce qui signifie que les théories existantes semblent incapables d'expliquer un phénomène observé ou un résultat expérimental. Les autres sont expérimentaux, ce qui signifie qu'il y a une difficulté à créer une expérience pour tester un projet de théorie ou d'enquêter sur un phénomène plus en détail.

Notation

Pour certains problèmes il n y pas de consensus scientifique. Si c'est le cas, le problème est marque de la manière suivante :

** certains physiciens pensent que le problème est résolu, mais il y reste un grand débat à ce sujet

*** certains physiciens pensent que le problème, étant plus de nature philosophique, n'appartient pas vraiment à la physique

**** l'existence du problème est contestée

Problèmes théoriques

Gravitation quantique et Cosmologie

gravité quantique 

comment mettre gravitation et la relativité générale dans le cadre d'une théorie quantique des champs ? Est-ce que la théorie des cordes donne la réponse ?

trous noirs, paradoxe d'information des trous noirs, évaporation des trous noirs 

est-ce que les trous noirs produisent une radiation, comme le prévoit la théorie ? Est-ce que ce rayonnement contient des informations sur la structure interne du trou, comme suggéré par la dualité gravité-jauge, ou non, comme le laissent entendre travaux de Hawking ? Si non, et si les trous noirs peuvent évaporer, que devient l'information qu'ils contiennent (la mécanique quantique n'autorise pas la perte d'information) ? Le rayonnement du trou est-il interminable ou il s'arrête à un moment ? Existe-t-il un autre moyen de sonder la structure interne des trous, pourvu que cette structure existe ?

dimensions supplémentaires 

est-ce que la nature admet plus de quatre dimensions spatio-temporelles ? Si oui, combien y en a-t-il et quelle est leur taille ? Les dimensions font-elles partie des propriétés fondamentales de l'univers ou résultent-elles de lois de physique ? Peut-on observer des dimensions supplémentaires ?

Inflation cosmique 

la théorie de l'inflation est-elle correcte et, si oui, quelle est la description détaillée de cette époque ? Existe-il l'hypothétique champ d'inflation donnant lieu à ce processus ?

Multivers *** 

existe-t-il des raisons physiques de s'attendre à d'autres univers, non-observables par sa nature ? Par exemple, existe-t-il des « histoires alternatives » dans la mécanique quantique ?

Censure cosmique et conjecture de protection chronologique 

Des singularités non-cachées derrière un horizon d' évènements, peuvent-elles résulter de conditions initiales réalistes dans lesquelles on peut prouver une version de conjecture appelée censure cosmique de Roger Penrose qui propose qu'une telle singularité nue n'existe pas.^[1] De même, des courbes de temps fermées qui apparaissent parmi les solutions des équations de la relativité générale et qui représentent une possibilité de voyage dans le temps, peuvent-elles être éliminées par une théorie de gravité quantique (qui unira la rélativité générale et la mécanique quantique) ?

Problèmes expérimentaux

Références