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······影响物理问题解决的因素及策略
影响物理问题解决的因素及策略
影响物理问题解决的因素及策略
【专题名称】【专 题 号】G36【复印期号】2010年09期【原文出处】《》(太原)2010年4期第92～94页【作者简介】韩艳华，吉林松原市教育学院。【关 键 词】
&&&&问题解决是思维的重要形式，也可以说是思维的目的。现实生活中无论我们学习知识还是掌握技能，其目的都是要解决实际问题。因此，解决问题也是我们物理学科学习的终极目标。正因为此，在学校教育与教学中培养学生的问题解决能力并促进其思维的发展，成为我们教育教学中备受关注的问题，而帮助学生成为一名有效、成功的问题解决者则成为我们教育者的重要目标。&&&&一、问题解决的经典性界定&&&&众所周知，一个人在生活中每时每刻都会遇到形形色色、大大小小的问题，那么何为问题?问题应该如何进行表征?何为问题空间?何为问题解决?&&&&1.问题解决的基本含义&&&&目前西方心理学界比较流行的问题的定义是由美国心理学家纽厄尔和西蒙(Newell & Simon)提出的，即：问题是这样一种情境，个体想做某事，但不能即刻知道做这件事所需采取的一系列行动。安德森指出：所谓问题解决，当有三个基本的特征：一是目的指向性，这种行为是为了达到某一目的而组织起来的；二是子目标的分解，问题解决的实质在于必须将原先的目的分解为一些子任务或子目标；三是算子的选择，算子指能够将问题的一种状态转换成另一种状态的行动，而整个问题的解决便是有序地使用这些已知的算子。&&&&2.问题空间&&&&问题空间是指问题解决者在解决问题时所经历的各种问题状态，它是由问题解决者最初所面临的各种问题情境（起始状态）、在抵达目的途中所面临的各种问题情境（中间状态），以及最终达到的目的状态所构成。显然，从起始状态出发，问题解决者可以选择多种途径来改变自己所面临的状态。美国卡内基一梅隆大学的纽厄尔和西蒙将上述问题解决者所达到的一系列状态称为问题空间或问题状态，问题解决者不断地明确和启用问题解决的算子，借以将问题中的一种状态转变为另一种状态，也就是说问题空间是一种迷津，问题解决者必须找到一条通路走出状态的迷津。&&&&3.物理问题解决&&&&物理问题也是这样一种状态，一种给出有关问题条件的描绘及构成问题结论的描述，学生在这种状态下暂时不能一目了然就可以得到问题结论，它与浅显的“某某叫什么”不一样，这种状态构成学生一种知识的需要，要达到目标要寻求算子，而后者则不是问题，它只能是简单的陈述性知识的描述。物理问题解决也是寻找算子填补问题空间，即问题解决者从已知的问题初始状态出发，寻求解决问题必备的算子，如果一步可以实现，就用一种算子，否则就要将目标状态分解为无数子目标，再应用算子实现状态的迷津，最后实现复杂物理问题的解决。&&&&二、影响物理问题解决的因素&&&&问题解决过程不是直线式的，而是经历了种种曲折。问题解决者要尝试运用各种假设，再评价其结果，以此来逐渐积累信息。随着信息的积累，问题解决者把有关的全部知识构成他的认识状态，通过算子改变此时的认识状态，达到一个新的认识状态，最后过渡到目标状态。由于问题解决受人的知识经验和各种心理过程的制约，所以在问题解决过程中难以避免地走入死胡同。问题解决者在不断成功失败、错综复杂的情势下寻求问题的真谛，在众多影响问题解决的因素中，下面几条尤为突出。&&&&1.问题的识别&&&&在解决物理问题的过程中首先要识别问题，即根据物理问题出现的情境或状态，确定所要解决问题的目标状态，这是解决问题的先决条件。在现实物理教学过程中，我们常常发现学生对物理问题识别欠佳，如一道电学题：有两只灯泡，一只标有&#W”，另一只标有&#W”，现在把这两只灯泡串联在同一电源电路中（电源内阻不计），试问电源电压是多少?对于这样的问题，要想正确求解，首先要明确此问题的目标状态，这两只灯泡分别给出了额定电压和额定功率，通过电压和功率可以得出灯泡的额定电流和灯泡的电阻，再根据串联电路电流电压的特点就可以求解，可是现实中我们常常发现学生识别不了此问题给提供的情境，想不到由额定电压和额定功率可以得出电阻和额定电流。&&&&2.问题的表征&&&&在对问题识别的基础上必须要较好地定义或表征物理问题，以能够使自己对这个问题有所理解和知道应该怎么去做。这一步是很关键的，因为只有对问题定义和表征准确了，才可能寻找到问题解决的答案。如教师在讲到磁生电一节时，通过实验教师已经得出小磁针放在通电导线周围，当闭合开关时小磁针会发生偏转，当把导线缠绕在一起就形成一个通电螺线管，接通电源后，在它的周围也会有磁场存在，请问通电螺线管相当于什么磁铁呢?这样的问题首先就没有表征清楚，如果教师在讲这一问题时，教师事先绕线圈，让学生感知线圈的绕法，然后在螺线管的周围放上小磁针，接通电源学生可以通过实验直观真切地感受到通电螺线管就相当于条形磁铁。由此我们可以看出：教师在教学过程中首先要注意对问题进行明确表征；其次在教学中要多注意运用直观的手段，让学生在直观感受中体验到物理问题解决的初始状态和目标状态，只有这样学生才能顺利实现物理问题的解决。&&&&3.选择问题解决策略缺失&&&&问题解决需运用一系列的操作，究竟选择哪些操作，将它们组成什么样的序列，这些都依赖于人们采取哪些问题解决方案或计划。问题解决的方案计划统称为问题解决策略，它决定着问题解决的具体步骤，选择操作与确定问题解决的策略密不可分，问题解决总是由一定策略来引导搜索的，因此选择好问题解决策略是问题顺利解决的先决条件。但在现实中我们发现教师在教学过程中只注重告诉学生问题的结论，常常忽视教给学生解决问题的策略，学生没有方法，对于物理问题的解决而言，只能知一题会一题，不会融会贯通，更不会触类旁通。&&&&4.自动化基本技能的欠缺&&&&大量实践充分证明：在解决物理问题情境中，相对的专家与相对的新手解决问题的速度和准确度不同，专家在解决物理问题时能够透过现象把握问题的本质，善于调用和筛选必需的知识来界定当前问题的性质，这是专家的特长。透过专家的特长我们可以看到专家之所以能在短时间内识别、界定并找寻到解决问题的办法，其原因是相对专家具有自动化的基本技能，由于强大的特殊领域知识决定专家的特征：一是知识的程序化，相对专家使陈述性知识向程序性知识转化，这样的转化使专家脱离了就问题而论问题的陈述性知识的浅层次；二是学会战术性知识策略性知识转化，专家在特殊领域已经脱离了简单的应用程序性知识，在特定领域的知识达到自动化后，善于发现问题的深层结构。如对于力学问题中的斜面问题，相对专家往往从已经自动化的程序知识出发构建自己的图式，这样既提高问题解决的速度，同时也利于提高问题的解决的准确性。而同样是斜面问题，相对新手则只能就题论题，因为他们的程序性知识还没有达到自动化程度，更难以谈到上升到策略性知识。&&&&三、提高物理问题解决能力的有效策略&&&&1.提供解决物理问题的一般方法&&&&解决物理问题的关键在于搜索问题空间，以期找到一条走出问题迷津的最佳路径，即寻找一条从问题的起始状态到达目标状态的通路，也就是找到一定的算子序列，算子搜索或寻找要依靠策略的引导，也就是说，在实际教学中，为了提高学生的物理问题解决能力，应该教给学生一些解决问题的一般策略，这样才有助于学生物理问题解决能力提升。问题解决策略多种多样，一个问题可以用不同的策略来解决，应该用哪种策略既依赖于问题的性质和内容，也依赖于人的知识和经验。从物理学科实际出发，有一定指导意义的解决问题的策略主要有手段—目的分析、逆向思维、类比解决问题法。手段—目的分析是将问题分解的一种方式，其特点是：(1)比较初始状态和目标状态，提出一个子问题，如何缩小两者之间差距?(2)找到缩小差距的办法和操作；(3)如果提出的办法的实施条件不成熟，则提出第二个子问题，如何创造条件?(4)找出创造条件的办法和操作；(5)如果(4)中提出的办法实施条件不成熟，则提出第三个子问题，如何创造条件?……如此循环进展，直至问题解决。如我们物理学中常常用到的转换问题主要是应用了手段—目的分析，就是要求问题解决者找到一个操作程序，将起始状态转化为目标状态。问题解决者在应用类比解决问题法时，尝试将某一问题的解决结构用于指导另一问题，它被看做一种重要的问题解决策略。&&&&2.创设问题情境，给学生以思维空间&&&&教育的关键不在于向受教育者传授现成的结论。因为现成的结论，只是对以往问题的探究结果，他们往往是经过提炼的、条例清楚的。现实中的问题并非如此。教师要呈现问题的复杂性、模糊性，这就要求我们的教师在教学中，要给学生以思维的空间，教会学生独立思考和自主探究。如“浮力”这一概念是在前面有关力和运动及压力的基础上进行学习的知识。由于学生在生活中对浮力现象虽有所认识，但是很肤浅。教学中教师应首先通过学生实验：弹力球压入水中，让学生在感性上对浮力有个初步的认识。然后通过实验：钩码在水中沉入杯底是否受到浮力呢?在教学中应在教师引导下，鼓励学生进行大胆猜测。然后提出能激发学生思维探究空间的一个问题：你能否根据已有的物理知识和给定的的实验器材，自己设计实验，来证明浸入水中的钩码也受到浮力的作用呢?通过这个开放的问题，首先给学生提供一个思维的广阔空间，把学生带入一个主动学习、主动探索的空间，使学生有一种主动投入去学习的愿望。&&&&3.善于利用“一”和“多”的转化，培养和训练学生的发散思维&&&&在物理教学活动中，善于运用“一”和“多”相互转化，既可以使学生所掌握的知识大量增值，又可开拓思路，促进学生头脑中知识的活化，同时又可遏止单向定向思维的消极影响，具体可以通过以下方法实现：&&&&第一，培养与训练学生善于从具体物理问题所提供的各种已知条件出发，运用不同的已知条件的组合，多渠道地解决问题的能力。当我们在解决具体问题时，由于观察问题的侧面不同，思考问题的角度各异，问题中所提供的已知条件就可能直接或间接地满足多种不同的条件组合，从而形成解决问题的多种渠道，培养和训练学生的发散思维。&&&&第二，培养与训练学生运用同一物理概念、物理规律去分析处理多种物理问题的能力。使学生善于从同一概念、规律出发，向着不同的方向探究，尽可能多地解决各种各样的问题，如能的转化和守恒定律像一根红线，把物理学的各个部分紧密联系在一起，善于从功能的观点出发，去处理各种各样的物理问题。&&&&第三，培养和训练学生善于运用多个物理规律去处理同一物理问题的能力。使学生善于以某一物理问题条件为扩散点，变换思维角度进行多途径多方向思考，向不同方向探索。这样大脑中储存的大量知识会充分调动起来，使得多个知识点能在具体物理问题中互相沟通与综合，从不同角度不同侧面运用不同的物理概念、规律探索解决问题的各种途径，使思维得到极大的发散训练。&&&&4.根据学科特点，发挥实验优势促进学生问题解决能力的提高&&&&根据物理学科特点，我们可以充分发挥实验教学的优势，采用合理的方法去积极引导和促进学生发散思维能力的发展，具体可以采用以下几种方法：&&&&第一，根据同一实验目的，进行多样性的实验设计。即根据现有的几个器材，要求学生采用不同的实验方法，设计不同的实验方案达到同一实验目的。如给一个3伏的直流电源、电阻箱、安培表或伏特表，要粗略地测出一个求知电阻的阻值。试画出电路图，并说明如何测量?学生会根据最基本的原理，充分调动自己的思维，为达到这一实验目的设计出各种各样的实验方案。&&&&第二，根据现有的几件器材，要求学生进行发散性实验设计，最多能做多少种不同的实验，如给学生一根米尺、一段细绳和一个比较粗糙的砝码，要求学生设计多种实验。再如，给一个矿泉水瓶子，请你分别设计出力学的、电学的、光学的和热学的实验。&&&&第三，根据实验目的，请学生自己设计实验方案，选择实验器材进行实验。如在实验器材任选的条件下，请你设计出测量液体密度的几种方法。&&&&第四，黑箱问题，所谓黑箱是指内容结构机理不能或不便直接观察，但可通过外部观测或实验去认识其功能特性的现实系统或事物。在电学物理实验中，可以在封闭的箱子或盒子中放置多种物体或元件。如力学的、电学的或光学的元件。各元件可按一定的方式连接或组合，学生只能看到箱外的接线柱或其他装置等，要求学生通过外部观察、测试。经过数据分析，来确定箱内的物体或元件的结构。&&&&在现实的物理教学中，影响物理问题解决的原因是多种多样的，但更主要的原因是我们以上所阐述的，这就要求我们教师针对不同的因素因势利导，要有意识地教给学生一些解决物理问题的一般策略，在实际教学中针对学生的实际性，有针对性地选择一些典型问题训练学生的发散思维，只有这样我们的学生才可能成为一名有效的、成功的物理问题解决者，也只有这样才可能实现我们教育教学的终极目标。
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　　关于物理大题如何提分、如何作答、理综试卷的答题顺序等问题，这是任何准备参加2016年高考考试必看的问题。
　　物理大题的疑问解答
　　问题：物理大题过程怎么？
　　一、必要的文字说明
　　必要的文字说明的目的是说明物理过程和答题依据。答题时，我们应该从以下几个方面给予考虑：说明研究对象;画出受力分析图、电路图、光路图或运动过程的示意图；说明所设字母的物理意义；说明规定的正方向、零势点;说明所列方程的依据、名称及对应的物理过程或物理状态；说明所求结果的物理意义。
　　二、要有必要的方程式
　　物理方程是表达的主体，如何写出，重点要注意以下几点：写出的方程式(这是评分依据)必须是最基本的，不能以变形的结果式代替方程式.如带电粒子在磁场中运动时应有qvB=mv2R，而不是其变形结果式R=mvqB；要用字母表达方程，不要用掺有数字的方程，不要方程套方程；要用原始方程组联立求解，不要用连等式，不断地&续&进一些内容。
　　问题：大题拿下来不知道如何去分析，如何去作答？
　　每一道计算题，首先要认真读题，弄清题意。审题是对题目中的信息进行搜索、提取、加工的过程。我们初审时所获取的信息，可能既包含有利的解题信息，又包含不利的解题信息，也有可能是不完整的，这都会使解题偏离正确的方向，造成一步错，步步错的局面。在审题中，要全面细致，特别重视题中的关键词和数据，如静止、匀速、恰好达到最大速度、匀加速、初速为零，一定、可能、刚好等。一般物理题描述的可能是一个较为复杂的运动过程，此种情况下，要把整个过程分解成几个不同的阶段，充分地想象、分析、判断，建立起完整准确的物理情景和模型，还常常要通过画草图展示物理情景来帮助理解题意，保证审题的准确性。否则，一旦做题方向偏了，只能是白忙一场。
　　审题清楚后，列式解题必须立足于数学方法，解题就是建立起与未知数数量相等的方程个数，然后求解。怎样建立方程呢?方程蕴含在物理过程中以及整个过程的各个阶段中，存在于状态或状态变化之中;隐藏在约束关系之中。
　　首先应由题目中的物理现象及过程所对应的或贴近的物理规律，建立主体关系式。然后，根据物理过程建立题意所提供信息的纵向、横向的相互联系和相互制约关系。所谓纵向关系是指同一研究对象的前后过程的。
　　问题：物理上不了60，大题总在犯小错误拿不了分，怎么办？
　　要正视你的小错误，这些小错误都是因为什么而造成的呢?比如：
　　1、列式时丢角标：一定要规范你自己的符号系统，不能抓到什么字母就写什么字母，要以下角标明确区分开物理量的对象和过程标志。如A对B的摩擦力，建议写
　　成fAB(AB为下角标)，而不是单纯写个f1，这样太容易搞混了;
　　2、算错：经常计算出错的话，一定要辅助以限时的计算训练，就是物理和数学中哪里计算复杂就专门限时做这些题。同时辅助以简化计算的技巧。
　　3、读错题：这个问题一定要好好反思一下，真的是读题的时候读漏了条件吗?还是其实读题的时候并没有提前意识，也就是说，没有对特定运动过程或环境的警觉，不知道这里容易出现条件分歧呢?或者，解题分析时，并没有去题目里确认条件的习惯呢?这里建议你，一定要在分析时，不停的去题目里确认关键条件，如光滑、带电、有无初速度、有无重力、是否一起运动等。否则很容易漏掉。
　　问题：有时物理一到大题本身简单，但你在不知道它简单的情况下做不到出来怎么办？
　　本身简单的大题，实际上他不一定简单。因为这样的题目，难度在于我们能够看出他的模型和状态。然后不知道他简单，那一定是没有分析出规律对吗?
　　做题要有全局观念，千万不能拿到题目就想列式，要先看过程，构建合理的运动模型，然后再列式。这样思路才能清楚，分析时才能看到问题该怎么答。
　　问题：物理大题不会就过的思想，对吗？
　　如果是考试中，且时间紧张的情况下，不会就过是正确的策略。但是要注意，平时学习时，做题时不能这样。平时必须正视物理大题的能力训练，把不是太难的大题尽可能多的搞明白物理过程，并总结、反思相同规律。这样考试时才能减少不会的题目数量。
　　问题：物理情景老是分析不好怎么办啊？
　　物理情景分析是依托于受力分析和运动过程分析上的。你说的物理情景如果是磁场，那么需要注意，磁场中的几何关系非常重要，而几何关系又是一步步算出来的。
　　所以，分析磁场运动，一定要分步。把第一阶段运动的轨迹与圆心定好，精确求解出偏转角度、半径和弦长，才能进入下个场的分析，不然连下个场的入射点都找错，那下面的分析就都是无用功了。所以，注意加强平面几何，尤其是圆的平面几何能力哦。
　　物理知识点的解答
　　问题：总是感觉动量好难，学不懂？
　　动量本身并不难，动量的难点在于何时该用动量解题？用动量解题时该怎么选研究对象与过程。我们分析问题，要考虑定理的适用范围。比如动量守恒定律，一定要在系统合外力为零的情况下使用，也就是说我们做题时，需要时时刻刻盯着研究对象系统的合外力。那么合外力为零的系统才是我们的研究对象。
　　对动量列式，一定要用牛顿运动定律先对运动做出预判，比如碰撞后速度是否相等，直接决定了动量方程的写法。总之，动量是手段，是方法，会用动量的前提是运动过程能分析清楚。所以难点还是在牛顿运动定律的分析上。
　　问题：动量守恒怎么做，就是选修3-5的大题？
　　1、选研究对象时，一定要先看清楚合外力是否为零。
　　2、如果是碰撞问题，注意必须一次次两两碰撞，不可贪多
　　3、在守恒的前提下，每个过程都列出动量和能量两组守恒的式子，用方程组解题；但是切记，要先分析是否守恒，不守恒的过程不能列！！！
　　4、必要的方程组解题结果可以做适当记忆，以加快做题速度
　　问题：求教摩擦力类的问题切入点在哪里？
　　摩擦力类的问题，主要在于动静摩擦的转化上。滑动摩擦转静摩擦的节点在两物体速度相等时，所以画v-t图像看交点能够迅速准确发现。静摩擦转换滑动摩擦，一定出现在静摩擦达到最大，且两物体加速度此时相等但外力再增加的话，加速度马上就会不相等时。做所有摩擦力问题，尤其是板块问题时，要特别注意上面两个节点。不然过程会分析错。
　　问题：物理关于电磁感应这一块的题从哪里入手啊？
　　物理电磁感应中的棒轨模型，是计算大题最常见的考点。这类问题常常把牛顿定律、能量、动量、电路、电场、磁场、电磁感应等高中物理所有主干都综合到一道题目里，所以对综合度要求很高。
　　这类题目答题时，可以按以下步骤来作答：
　　1、读题：读出题目中的研究对象、运动过程、受力特征；
　　2、构建运动模型：匀速、匀变、不规则运动；
　　3、规则运动列式时套运动学公式、不规则运动一定采用能量与动量手段列式
　　4、掌握棒轨模型常规的能量动量列式方法，平时一定要加大训练力度，保证考试时熟练；比如棒轨模型中，单棒的问题，电阻、电容、电源模型的常规方法和易错点要提前储备好，双棒问题的运动与电路分析要点要清晰明确；
　　5、计算不要过程，只要写计算结果至答题卡。
　　问题：请问平时该怎么梳理一个单元的知识点？
　　梳理之前，先把物理课本看一遍。看的时候不能只看公式，要把课本上每个概念是如何阐述如何引出的都看到。看的同时要跟着课本上的问题去思考。这样一章看完，这一章知识点之间的关系和层次就清楚了。再去梳理就能狠清晰的得到架构。如果觉得需要辅助工具，可以买一本知识点讲解比较全的辅导书，但是效果还是自己看课本跟着思考更好啊。
　　问题：二轮物理该怎么复习效率高？
　　二轮复习期间各种考试很多，注意一定要把模考卷子收集好，把高频错题总结出来，按错题的知识点来巩固复习。就是说以各种考试为检测手段，把检测出来的问题从易到难一步步突破。
　　同时注意，二轮复习有余力的话，要加强物理常规模型的套路练习。套路练习熟练了，对计算题提速和提高正确率都有极大帮助。
　　问题：老师，如何找题目中的关键点？
　　读题时，有目的的搜索以下几个&W&：
　　1、WHO：研究对象，通常是运动的物体
　　2、WHERE：研究对象所处的环境特征，如：是否光滑、有无电磁重力场
　　3、WHEN：研究对象在何时从哪里经过
　　4、WHAT：研究对象干了什么，以什么样的运动形式完成
　　读出这三个W，题目的关键点也就完成了，剩下的就是针对运动形式列出方程；经典的方程包括规则运动的运动学公式和不规则运动的能量动量关系式。
　　来源：网络
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中国青少年研究中心首席专家
美国独立教育顾问协会认证顾问
中国人民大学政治学教授物理学十大难题（未解决）都有哪些?
1.表达物理世界特征的所有（可测量的）无量纲参数原则上是否都可以推算,或者是否存在一些仅仅取决于历史或量子力学偶发事件,因而也是无法推算的参数?
爱因斯坦的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择?想象上帝坐在控制台前,准备引发宇宙大爆炸．“我该把光速定在多少”?“我该让这种名叫电子的小点带多少电荷”?“我该把普朗克常数--即决定量子大小的参数--的数值定在多大”?他是不是为了赶时间而胡乱抓来几个数字?抑或这些数值必须如此,因为其中深藏着某种逻辑?
2. 量子引力如何帮助解释宇宙起源?
现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论．前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力,而后者是有关引力的理论．很久以来,物理学家希望合二为一,得到一种“万物至理”--即量子引力论,以便更深入地了解宇宙,包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的．实现这种融合的首要候选理论是超弦理论,或者叫M理论--这是其名称的最新“升级版”,M代表“魔法”、“神秘”或“所有理论之母”．
3. 质子的寿命有多长,如何来理解?
以前人们认为质子与中子不同,它永远不会分裂成更小的颗粒．这曾被当成真理．然而在70年代,理论物理学家认识到,他们提出的各种可能成为“大一统理论”--该理论把除引力外的所有作用力汇于一炉--的理论暗示：质子必须是不稳定的．只要有足够长的时间,在极其偶然的情况下,质子是会分裂的．
办法是捕捉到正在死去的质子．许多年来,实验人员一直在地下实验室中密切注视大型的水槽,等待着原子内部质子的死去．但迄今为止质子的死亡率是零,这意味着要么质子十分稳定,要么它们的寿命很长--估计在10亿亿亿亿年以上．
4. 自然界是超对称的吗?如果是,超对称性是如何破灭的?
许多物理学家认为,把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种差异极大的粒子实际上存在密切的关系,这种关系就是所谓的超对称现象．第一种粒子是费密子,可以把它们粗略地说成是物质的基本组件,就像质子、电子和中子一样．它们聚集在一起组成物质．另一种粒子是玻色子,它们是传递作用力的粒子,类似于传递光的光子．在超对称的条件下,每一个费密子都有一个与之对应的玻色子,反之亦然．
物理学家有杜撰古怪名字的冲动,他们把所谓的超级对称粒子称为“sparticle”．但由于在自然界中还没有观察到sparticle,物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的原因：随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态,在其诞生之际所存在的数学上的完美被打破了．
5. 为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数?
这只是因为还没有想到一个可以接受的答案,只是因为除了上下、左右、前后,人们无法想像在更多的方向上运动．这并不意味着宇宙原本就是这样的．实际上,根据超弦理论,肯定还存在着另外六个维数,每一维都呈卷曲状,十分微小,因而无法察觉．如果这一理论是正确的,那么为什么只有这三个维数是伸展开来的,留给我们这个相对幽闭恐怖的空间呢?
6. 为什么宇宙常数有它自身的数值?它是否为零,是否真正恒定?
直到最近,宇宙学家仍然认为宇宙是以一个稳定的速度在膨胀．但最近的观察发现,宇宙可能膨胀得越来越快．人们用一个叫宇宙常数的数字来描述这种轻微的加速．这个常数是否如人们早期所认为的是零,或者是一个非常小的数值,物理学家现在还无法做出解释．根据一些基本计算,这个常数应该很大--是我们观测结果的大约10到122倍．换句话说,宇宙应该以跳跃般的速度在膨胀．而实际情况并非如此,肯定有什么机制在压制这种作用．如果宇宙真是超对称性的,那宇宙常数就该被完全抵消掉．但这种对称性--如果确实存在的话--看来已经破灭．如果这个常数随时间的变化而变化的话,那情况就更加复杂了．
7. M理论的基本自由度（M理论的低能极限是11维的超引力,它包含5种相容的超弦理论）是多少?这一理论理否真实地描述了自然?
多年来,超弦理论最大的弱点是它有5个不同的版本．到底哪一个--如果有的话--描述了宇宙?反对这一理论的人最近已经接受了被称为M理论的最主要的11维理论框架．但情况却因此变得更加复杂．
在M理论前,所有的亚原子粒子都被说成是由微小的超弦组成的．M理论给组成亚原子的物质谱加了一种叫做“膜”（brane）的更为神秘的物质,它就像生理学上的膜一样,但最多有9个维数度．现在的问题是,什么是更基本的物质组成单位,是膜组成了弦还是刚好相反?或者另外存在着一些更基本的物质单位,只是人们没有想到罢了?最后,这两种东西中是否有一种确实存在,或者M理论仅仅是一种迷人的大脑游戏?
8. 黑洞信息悖论的解决方法是什么?
根据量子理论,信息--无论它描述的是粒子运动的速度还是油墨颗粒组成文件的确切方式--是不会从宇宙中消失的．但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒡芬·霍金却提出了一个固定的假设：如果你把一本大不列颠百科全书扔进黑洞中去,将会发生什么事?宇宙中是否有其他同样的百科全书是无关紧要的．正如物理学中所定义的,信息并不等同于含义,信息仅指二进制的数字,或是一些其他的代码,它被用来精确地描述一个物体或一种方式．所以看起来那些特定的书本里的信息将被吞没,并永远地消失．但人们觉得这是不可能的．
霍金博士和索恩博士相信那些信息确实消失了,而量子力学必须对此作出解释．普雷希尔博士推测信息其实并没有消失；它也许以某种形式显示于黑洞的表面,如同在一个宇宙中的银幕上．
9. 何种物理学能够解释基本粒子的重力与其典型质量之间的巨大差距?
换言之,为什么重力比其他的作用力（如电磁力）要弱得多?一块磁铁能够吸起一个回形针,即使整个地球的引力在把它往下拉．
根据最近的一种说法,重力实际上要大得多．它仅仅是看上去比较弱而已,因为大部分重力陷入了某一个额外的维数度之中．如果我们可以用高能粒子加速器俘获全部的重力,也许就有可能制造出微型黑洞．虽然这看上去会引起固体垃圾处理业的兴趣,但这些黑洞很可能刚一形成就消失了．
10. 我们能否定量地理解量子色动力学中的夸克和胶子约束以及质量差距的存在?
量子色动力学（QCD）是描述强核子力的理论．这种力由胶子携带,它把夸克结合成质子和中子这样的粒子．根据量子色动力学理论,这些微小的亚粒子永远受到约束．你无法把一个夸克或胶子从质子中分离出来,因为距离越远,这种强作用力就越大,从而迅速地把它们拉回原位．
但物理学家还没有最终证明夸克和胶子永远不能逃脱约束．他们也不能解释为什么所有能感受强作用力的粒子必须至少有一丁点儿的质量,为什么它们的质量不能为零．一些人希望M理论能提供答案,这一理论也许还能进一步阐明重力的本质．
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