A. 万有引力的量子化： 目前的物理学包含了量子力学和相对论，但引力的量子化仍然是一个未解决的难题。科学家们正在寻找一种统一的理论，将引力纳入量子力学的框架中，以更好地理解微观和宏观世界之间的相互作用。

广义相对论是描述引力的理论，而量子力学是描述微观粒子行为的理论。这两者分别在宏观和微观尺度上发挥作用。然而，在极端条件下（如黑洞的奇点或宇宙初期），这两种理论的融合变得重要，导致我们尚未找到一种完全统一的理论。而且，尽管我们成功地量子化了电磁力，弱相互作用力以及强相互作用力，但引力的量子化却变得异常困难。简单看，量子力学（量子场论）使用了规范场论的数学框架，而广义相对论使用了一种不同的几何描述，广义相对论认为时空是弯曲的，量子力学在平坦时空中发挥作用。在尝试将引力与其他基本力统一时，遇到了很多困难。

总体来说，广义相对论和量子力学之间的矛盾反映了我们对于自然界最基本规律的理解尚未完善。寻找这两个理论的统一框架，即量子引力理论，是现代理论物理学的一个主要目标。

B. 测量和纠缠： 量子力学中著名的测量问题，即测量一个粒子的属性会导致它的态（波函数）崩溃成一个确定值，而量子纠缠表示两个或多个粒子之间存在一种状态联系，对其中一个的测量会立即影响到另一个，即使它们之间的距离很远。这种即时的影响看起来好像信息传递的速度超过了光速，违反了相对论的原则。纠缠现象表现出量子系统的非局域性，与相对论的局域性原则相冲突。

C. 暗物质和暗能量： 天文观测表明，宇宙中大约95%的物质和能量是暗物质和暗能量，目前我们几乎是不可见的。揭示暗物质和暗能量的性质是现代宇宙学中的一个重要问题。这些推测源于：宇宙中的可见物质（例如星体、气体等）无法解释整个宇宙的引力效应，因此推测存在一种不发光、不与电磁波相互作用的物质，即暗物质。与此同时，宇宙膨胀的观测数据表明，宇宙的膨胀速度正在加速，而传统的引力理论无法解释，由此想到引入暗能量。

D. 黑洞： 目前我们对黑洞的理解是基于相对论，但在量子力学的层面上，黑洞的性质仍然是一个谜。黑洞有很多奇异性质：

引力场强大，以至于连光也无法逃离，即距离黑洞表面一定距离内的区域，任何物体都无法逃离黑洞。这种引力场强度是传统物体所没有的。由于光无法逃离事件视界，我们对视界内部的情况几乎一无所知。这使得黑洞内部的结构和可能存在的奇异性质变得难以研究和解释。

奇点，黑洞模型中存在一个称为奇点的点，即质量集中成一个无限密度的点。在这个点上，时空曲率变得无穷大，这就是一个物理理论的矛盾之处。

信息悖论， 由于黑洞的强引力场，吞噬了进入其中的物质，有人提出黑洞是否会丧失物质的信息，即信息悖论。这与量子力学的原理产生了冲突，而目前还没有找到令人满意的解决方案。具体来说，根据量子力学的原理，物理系统的演化是可逆的，即理论上可以从任意时刻的状态回推到之前的状态。然而，当物质掉入黑洞时，由于黑洞极大的引力，我们无法获得有关黑洞内部的详细信息，包括那些进入黑洞的物质的信息。这违背了量子力学的原则，特别是信息的不可丧失性。

总之，黑洞的研究涉及到引力理论和量子力学的结合，即引力量子化的问题。

E. 量子场论中的基本力和粒子： 在量子场论中，研究基本粒子如何通过场相互作用，以及力是如何传播的。这包括强力、弱力和电磁力。理解这些基本力的本质，尤其是它们如何与引力相统一，是一个重要的问题，超弦理论是一种试图统一所有基本粒子和力的理论，但它仍然是一个正在发展的领域。

F. 宇宙初期和大爆炸： 宇宙的起源和演化的理解仍然面临许多问题，包括大爆炸的起因、宇宙膨胀的加速机制以及宇宙中早期的物质形态。

除此外，当代物理的一些重要难题，我们简单罗列

1.电子结构问题：

费米面和电子能隙： 解释固体中电子分布，费米面的形成以及电子带隙的产生机制。

输运： 研究电子等在材料中的输运行为，以及电导率、磁导率、热阻等性质。

2.相变和拓扑态问题：

相变问题： 物质在不同温度、压力等条件下的相变行为，包括凝固、熔化、磁性相变等。

超越朗道框架的相变：如拓扑绝缘体和拓扑超导体（发现和研究新型拓扑态材料，展现出在边界态上的特殊性质）、KT相变（一种经典的拓扑相变），凝聚态物质中的量子效应——量子霍尔效应： 揭示在强磁场下电子系统的拓扑态，导致霍尔电导的整数量子效应。量子自旋液体： 研究具有量子自旋相互作用的系统，探索新奇的量子态和量子激发。

3.低维与低温系统：

二维电子气体： 研究具有二维电子结构的材料，展现出量子霍尔效应等独特现象。

纳米结构和低维材料： 制备和研究具有纳米尺度特征的材料，如量子点、纳米线等。

玻色-爱因斯坦凝聚： 研究在极低温下玻色子聚集成一种量子态，形成玻色-爱因斯坦凝聚。

4.超导和超流：

BCS理论和超导机制： 解释超导现象的BCS理论，以及不同超导机制的研究。

超流： 理解超流体在零电阻状态下的行为和应用，例如磁悬浮和量子涡旋。

5. 非线性光学： 探索光的强光场下发生的非线性效应，如谐波产生、自聚焦等。

新型光学材料性质与制备，如

光子晶体： 设计和研究具有光子带隙的结构，用于光学信息处理和传输。

超材料： 制造和应用具有特殊光学性质的材料，如负折射率材料等。

6.流体动力学基础问题：

Navier-Stokes方程： 解决流体运动的基本方程，特别是在不同边界条件和流体性质下的解析解和数值解。

湍流： 理解湍流的产生和发展机制，以及流体运动中的不稳定性和相变。

7.等离子体基础问题：

等离子体波动和振荡： 研究等离子体中的电磁波、声波和其他波动现象，包括等离子体波的传播和耦合。

磁流体运动： 解决在磁场中的流体运动，特别是等离子体在强磁场中的行为。

等离子体输运： 研究等离子体中能量、粒子和动量的输运过程，包括碰撞和湍流输运。

等离子体辐射过程： 理解等离子体中的辐射产生和传播，如核聚变反应中的辐射。

恒星和行星际等离子体： 研究星际介质、恒星大气和行星磁层中的等离子体行为。