经过征求T. Banks和Henry Tye的意见，我罗列了11个宇宙学骨干问题。这些问题在将来可能有所变动，同时，希望大家建议更多的骨干问题。骨干问题多多益善，不见得局限于10个或者20个。
1 暗物质的成分
这个问题与其说是理论问题，不如说更是实验问题。理论上，我们有众多选择，其中最流行的包括axions, sterile neutrinos, neutralinos。已有的实验包括DAMA/NaI, PVLAS, and EGRET, the Cryogenic Dark Matter Search in the Soudan mine， XENON experiment at Gran Sasso, the ArDM experiment.
2 微波背景辐射谱的非高斯性的理论和实验
传统的暴涨模型预言非高斯性，即密度涨落关联的非线性，是非常小的，至少在目前的观测中不应该被看到。有意思的是，研究暴涨理论的人一直不太关心非高斯性，直到最近情况才开始改变，甚至Maldacena对非高斯性的理论研究都有很大贡献。Henry Tye等人指出，在一个膜暴涨模型中，非高斯性可以很大。非高斯性的测量应该是PLANCK的重要任务之一。
3 微波背景辐射中的张量模的实验和理论
一般认为，密度扰动中张量模的存在是暴涨理论有别于其他理论的重要特征，所以张量模的探测将是验证暴涨模型的关键一步。不过，有人指出从膜暴涨的图像中可以构造出一类模型其中张量模几乎可以忽略。
4 暴涨宇宙中的新物理信号
这个问题太重要了，因为理论家一直想超越暴涨模型，那么，弦论中是否存在不能用通常场论解释的效应？一些量子引力效应，如时空不对易性是否在微波背景辐射中留有遗迹？圈量子引力是否有确定的遗迹？
5 永恒暴涨是可能的吗？
最近的人择原理，string landscape，都需要永恒暴涨的存在，一派人士认为永恒暴涨是不可避免的，如Linde和Susskind，另一派认为永恒暴涨的结论不可靠，用以研究永恒暴涨的场论不可信，可能有量子引力效应，这派人包括T. Banks，区区在下以及黄庆国。还有一部分人认为我们忽略了一些物理效应如resonant tunneling，所以永恒暴涨在没有实现之前已经停止了，包括Henry Tye和Gary Shiu。
永恒暴涨的存在与否将决定宇宙起源的一些基本图像。
6 伽马暴作为标准烛光是可信的吗？
毫无疑问，伽马暴如果是标准烛光，或者在一定的校正后是标准烛光，对决定暗能量的性质太重要了。
7 宇宙弦的演化
这个问题看起来似乎很“古老”，我读研究生的时候就有人研究了。可是，我和Henry Tye讨论过几次，目前即使专家们对宇宙弦在宇宙近期的演化的结果还有很大分歧，例如，虽然大家一致同意宇宙弦的演化趋向所谓的scaling region，但这个scaling law前面的系数不同的人的结果可以差很多量级！
其实，一开始宇宙弦的生成率并不特别重要，因为宇宙弦的演化趋于一个固定的形式。当然，我们还是要知道宇宙弦产生时的一些细节，例如所谓长弦（和当时的Hubble长度可比）不能太少。宇宙弦的可观测效应也是很重要的问题，这个问题应该独立成另一个。
8 宇宙学起源的引力波研究
引力波的间接证据早已存在，到现在为止还没有直接证据。LIGO是目前最先进的引力波探测器，设计目标是探测中子星、黑洞等天体碰撞产生的引力波。物理上更吸引人的是探测宇宙弦和domain wall振动和碰撞产生的引力波，或者早期宇宙学相变所产生的引力波，甚至更早的宇宙学引力波遗迹，LIGO也许有机会探测到。可惜的是，直到现在，美国还没有确定支持建造更大更加先进的引力波探测器，LISA。
9 重子不对称的起源
众所周知，宇宙中物质多于反物质。为什么？大家都能接受的解释是Sakharov的几个条件：基本理论必须有重子数不守恒过程，必须有CP破坏，在早期宇宙中必须有过非平衡过程。除此之外，如何具体实现这些条件，公说公有理，婆说婆有理，儿媳说儿媳有理……
上面都是比较物理，比较实际的宇宙学问题，接下来我们问两个非常理论，非常“玄”的问题。
10 时间和空间的起源
这个问题几乎是物理学的终极问题。我们在过去问过太阳系的起源，问过人类的起源，也问过宇宙的起源。我们对宇宙的起源这个问题有了一大半的回答：我们知道发生过大爆炸，我们知道在热大爆炸的过程中发生的很多事情，除了重子不对称如何产生、暗物质如何产生。我们甚至知道在热大爆炸之前发生过暴涨。
可是，宇宙奇点如何避免？时空是如何失效的？更进一步，时空是如何产生的？我们知道时空是宏观近似，那么取代时空的那个更加基本的概念是什么？
尽管这个问题看起来那么玄学，可是我
好想
好想
知道答案
11 时空为什么是四维的？
即使没有弦论，没有M理论，我们也想知道空间为什么不是两维的，不是四维的，不多不少正好是三维的？对于这个问题，霍金说，两维中生物不能像人这样进食和排泄，否则就得分成两半－看起来很有道理，很人择原理，可是生物为什么不能像植物那样吸收和排泄？也可能有人说，如果空间是四维的，不存在星系，不存在太阳系，因为引力系统不稳定，这也是人择原理，不是物理解释。
还有，时间为什么是一维的？有人会问，你疯了吗？如果时间是两维的，我们是不是都要疯了，与时间有关的历史，与时间有关的记忆，等等，都要改变。
有了弦论和M理论，我们更要问为什么宏观时空是四维的。
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最近这个site不稳定，陈辉刚刚将博客搬到新的服务器，72pines.org，感谢陈辉，感谢72pines.org。
相关阅读:
物理学的任务是描述客观世界的基本规律，而李SIR您最后一个问题实际上是想讨论为什么客观规律会如此存在？
我的一点小想法是当我们对客观世界的基本规律了解的足够多的时候，我们也许会发现每一种我们原来可以提出疑问“为什么它会是这样的”的客观规律就象一块块形状各异，但不可替代的拼图一样，完美的组合在一起，而目前我们在寻找这些问题的答案上找不到一点头绪，是因为我们实际上掌握的“信息”还不够，貌似这也暗和了“量变引起质变”，一点个人的小想法，估计好多前辈早有过这思路了吧
www:
在牛顿力学时代，如果问时空性质的问题会被人不消一顾。但随着广义相对论的出现，时空的结构可以由物理规律定出，再到后来的弦论，时空的维数也可以由物理规律定出，这使得我们有理由怀疑时空的基本性了，所以问第10/11之类的问题就有合理性了。
可是，宇宙奇点如何避免？时空是如何失效的？更进一步，时空是如何产生的？我们知道时空是宏观近似，那么取代时空的那个更加基本的概念是什么？
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Hawking引入“虚时间”避免奇点的做法，不知在学术界是支持的多，还是反对的多？他的这一做法，好像是受量子场论中计算路径积分时采用的一个数学技巧（即Wick转动）的启发，不过他似乎走得更远，因为他引入“虚时间”的做法不仅仅是一种数学技巧，而且还是一种物理上的假设
呵呵：
Hartle-Hawking的做法还是以时空是好的动力学量为前提，并且是WKB方法，没有人会认真的认为这是正确的，例如Hawking“预言”宇宙学常数为0就是错误的结果。有些人认为HH方案的一部分也许是合理的。
一个问题
为什么在P型半导体的霍尔效应中，表现为正载流子？
Onsager：
好问题，可惜我不是专家。
困扰3年了
具说（费曼说），铍也表现为正载流子
USC有位教授Itzhak Bars似乎在2维时间方面做了不少工作，不知道李老师有没有兴趣给大家聊聊。
blue：
Bars同学的确苦心孤诣地研究两维时间很多年，在大多数情况下，我觉得他是研究物理上的一维、数学上的两维时间，即其中一维时间并不真的存在，引进来只是为了某种方便，如表述对称性。因为如此，我对他的文章失去兴趣。
我一直对两维时间在物理上的自洽性持怀疑态度，但很久以来并没有人找到确切的不自洽，所以我不能肯定。
原来如此，谢谢李老师！
maldacena粉丝 :
我认为你没明白我的意思，象第11个问题中，空间为什么是3维，时间为什么是一维，究竟是大自然偶然选择，还是精心设计？
当我们完全了解其中的规律的时候，也许就会发现，也许是别无选择，也许是这样在上帝构造它（宇宙）的时候最简单，省力，甚至最美（上帝不一定用这个词表达他的这种感受）我比较倾向于后一种。
感觉弦理论就是女娲补天遗失的那块石头，虽然很难找到它藏在什么地方，但是，再狡猾的罪犯也会留下一丝线索，既然弦是编织这个世界的材料，那么在我们所能达到的能级里，或者是我们现今所能观测到的世界里，就一定可以找到，直接或是间接的证据。这不像人折原理，横竖都有理，感觉是无法证实，也无法证伪的东西。那么如何去找到这些证据，是一件需要理论家去发挥想象力的事情。物理学不能老是停留在演草纸上，不知道李老师对弦的试验检验有什么想法？现在有什么思路？
mirror：
你问得非常好，本来我想问一个问题：如何在非极端条件下验证弦论？所谓非极端，就是不涉及极高能或者宇宙得极早期。但这个问题很难写介绍。我过去说过，现在再次强调一次，找到弦论的“布朗运动”式的证据最重要。我们知道，最早验证分子原子存在的实验不是直接实验，是布朗运动，大量的分子运动体现在布朗运动上，同样，我们要找那种“积累”效应来间接证明弦的存在，例如有人声称高能光子可能携带量子引力的信息，因为高能光子到达我们的探测器时经过了宇宙尺度上的旅行。
现在我个人觉得宇宙学也许是最早出现弦论得影子得地方，而不是LHC。LHC如果能够发现超对称，当然对推动弦论得研究有极大得影响。
李老师，我想问一下，有没有可能通过对黑洞的研究和观测找到量子引力效应？
maldacena粉丝：
目前还没有人提出来任何可能。
引力波观测主要是黑洞碰撞，最后出现quasinormal modes。
谢谢李老师的回答！
如果再给出一些比较玄一些、比较吸引一般公众眼球的问题，或许还有：平行宇宙/多宇宙理论，虫洞，时间旅行…等等
李老师，你认为现在的额外维度模型有没有可能是弦论的低能有效理论？更确切地说，弦论有没有可能找到某个额外维度模型作为其低能实现？
Onsager：
这个问题也同样困扰我好多年。P型半导体中实际载流的仍是电子，只是在霍尔效应中由于有外加磁场，导致电流发生偏移，电流密度向一边偏移；而P型半导体中有电流通过时空穴密度大的地方电流密度也相应大些，反过来也一样。这样外加磁场实际上改变的是电子流的密度分布，因而也改变了空穴的密度分布。宏观上的表现就与正载流子一样，而用正载流子讨论P型半导体的霍尔效应无疑是方便的。不知我说清楚没有。
phiphy mm在jhu做extra dimension？
Phiphy：
ADD模型当然是可以在弦论中实现的，但LHC有多大可能发现额外维很值得怀疑。
ADD 在弦论中的实现是n为任意值（< 7)都可以吗？n=2已经很危险了，n取3以上又很难在lhc上验证。
RS呢？貌似应该更容易在弦论中实现。
maldacena粉丝：
是的。不过刚开始，很多都不懂。
Phiphy：
是的，都可以。
RS严格意义上并不能在弦论中实现，因为graviton要localized在brane上需要微调，但CY流行上如果出现long throat，虽然graviton没有局域化，RS的一些公式还是对的。
我更希望在lhc上找到超对称，这个对称性太重要了，要找到的话，我真的有找几个同道中人一起去裸奔的想法。
谢谢李老师，能讲一讲携带量子引力信息的光子和普通的光子有什么区别吗？是带有大爆炸初始时刻的某些信息吗？希望李老师有时间普及一下。
mirror：
在一些rainbow gravity 模型中，光子由于色散关系被修正在旅行的过程中会发生变化。见
http://arxiv.org/abs/hep-th/0501091
Lee:
关于P型半导体在Hall效应中表现位正载流子，你说得还是让我无法理解
既然载流子实际上是负的，那么Hall效应的效果就应该和N型半导体一致而不是相反。按照经典物理，空穴这种东西如果直接被当成是带正电荷的载流子，那么其质量就应该算做是负的，就跟水中的气泡一样。这样一来在空穴受到Lorentz力之后，空穴的偏转方向应该和正质量物体的偏转方向相反，从结果上看，表现出来的还是和P型半导体类似的Hall效应。
这似乎又是一个不能用经典物理解释的现象？
P型半导体中的空穴是否由于量子效应表现为正质量而不是象水中的气泡一样表现为负质量呢？
嘻嘻，问了一个在上交教物理的牛人朋友，P型半导体中空穴的有效质量果然是正的。Hall效应中P型半导体表现为正载流子，这一点确实是量子力学效应，不可能用经典物理解释。
[url]http://210.45.128.2/bak/yuanb/jpkcwlxgt/lesson/ch05/0509.htm[/url]
晃晃：
我觉得我说的还是有一定道理。不过既然如你所讲，这不可能用经典物理解释，还是好好学习量子力学吧。
另，你的主页怎么打不开？
lee：我的主页在国内要使用代理才能打开，无界或者自由门什么的。我在印度搞的，开始的时候不知道
感谢两位的解释
这种解释是否也适用于铍呢？
李老师， 能不能简单的解释quasinormal modes是什么样的一个理论， 怎么翻译？
我研一的时候在晨新中心听过荆继良老师的讲座， 可惜没有听懂， 记得当时讨论过怎么翻译的问题， 没有结果
physic520：
Quasinormal modes就是你听敲钟时最后听到的越来越弱的声音，中文应该叫拟简正模。
额外的维度，很有吸引力，比女F4和超级女声强多了，哈哈。
问个很蠢的问题：
一直觉得量子隧道很神奇，居然可以透过无穷大的势垒。这个隧道效应跟额外维度有没有关系？量子穿过隧道需不需要时间？需要的话，是什么量级？任何计算？
关于时间，看来一些关于“时间”概念的讨论，还是没有搞清楚时间究竟是真正物理的还是一个过程的表象，很深奥。
理想物质：
量子隧穿只能穿过有限高的势垒。不需要时间。
谢谢。看来量子力学就是没有学好。不是自己太懒就是老师太差。工作也用不着，所以基础太差了。羞死。
不需要时间，嗯，想。。。。。。
“谢谢。看来量子力学就是没有学好。不是自己太懒就是老师太差。工作也用不着，所以基础太差了。羞死。”
呵呵！这个常识性的问题老师绝对不可能犯错误的，否则根本不配继续混下去了！
估计是你长时间远离量子力学，早忘掉了以前学习的东东了。
这篇昨天晚上写好，由于这个地址down了，只好先贴在科学网，这是我第一次转帖。
11 时空为什么是四维的？
即使没有弦论，没有M理论，我们也想知道空间为什么不是两维的，不是四维的，不多不少正好是三维的？对于这个问题，霍金说，两维中生物不能像人这样进食和排泄，否则就得分成两半－看起来很有道理，很人择原理，可是生物为什么不能像植物那样吸收和排泄？也可能有人说，如果空间是四维的，不存在星系，不存在太阳系，因为引力系统不稳定，这也是人择原理，不是物理解释。
李淼老师好！
我只是一个物理迷，知识层面不高。
李淼老师在博文中曾多次提到“人择原理”。
我的理解：既然有“人择原理”，那么也应该有与“人择原理”相区分的其他原理
如果四维空间是“人择原理”，那么也应该有其他维度的空间。
“人择原理”应该只属于系统的部分。
——————请李淼老师指教