理论物理学家李·斯莫林（Lee Smolin）在2006年颇具争议的著作《物理学的麻烦：弦论的兴起、一门科学的衰落以及下一步将发生什么》中指出了“理论物理学中的五大问题”

1. 量子引力问题：将广义相对论和量子理论结合成一个理论，可以称之为完整的自然理论。
2. 量子力学的基础问题：解决量子力学基础中的问题，或者通过理解现有的理论，或者通过发明一种新的理论来理解。
3. 粒子和力的统一：确定各种粒子和力是否可以在一个理论中统一，该理论将所有粒子和力解释为单个基本实体的表现形式。
4. 调谐问题：解释粒子物理标准模型中自由常数的值在自然界中是如何选择的。
5. 宇宙奥秘的问题：解释暗物质和暗能量。或者，如果它们不存在，确定重力在大尺度上的变化方式和原因。更一般地说，解释为什么标准宇宙学模型的常数，包括暗能量，具有它们所具有的值。

物理问题1：量子引力问题

量子引力是理论物理学中创造一种既包括广义相对论又包括粒子物理标准模型的理论的努力。目前，这两种理论描述了不同的自然尺度，并试图探索它们重叠的尺度，得出了不太合理的结果，比如重力（或时空曲率）变得无限大。（毕竟，物理学家从未在自然界中看到真正的无限，他们也不想看到！）

物理问题2：量子力学的基础问题

理解量子物理学的一个问题是所涉及的潜在物理机制是什么。在量子物理学中有很多解释——经典的哥本哈根解释，休·埃弗雷特二世有争议的多世界解释，甚至还有更具争议的解释，比如参与性的人择原理。在这些解释中出现的问题是，究竟是什么导致了量子波函数的崩溃。

大多数从事量子场论的现代物理学家不再认为这些解释问题是相关的。对许多人来说，退相干原理就是解释——与环境的相互作用导致量子崩塌。更重要的是，物理学家能够解方程、进行实验和实践物理，而不需要解决在基本层面上到底发生了什么的问题，因此大多数物理学家不想用20英尺的杆子接近这些奇怪的问题。

物理问题3：粒子和力的统一

物理学有四种基本力，而粒子物理学的标准模型只包括其中三种（电磁力、强核力和弱核力）。标准模型中没有重力。试图创造一种将这四种力统一成统一场论的理论是理论物理学的一个主要目标。

由于粒子物理的标准模型是量子场论，因此任何统一都必须将引力作为量子场论包含在内，这意味着解决问题3与解决问题1相联系。

此外，粒子物理的标准模型显示了许多不同的粒子——总共18个基本粒子。许多物理学家认为，一个基本的自然理论应该有一些统一这些粒子的方法，所以它们被描述为更基本的术语。例如，这些方法中定义最为明确的弦理论预测，所有粒子都是基本能量细丝或弦的不同振动模式。

物理问题4：调谐问题

理论物理模型是一个数学框架，为了进行预测，需要设置某些参数。在粒子物理的标准模型中，参数由理论预测的18个粒子表示，这意味着参数是通过观察测量的。

然而，一些物理学家认为，理论的基本物理原理应该决定这些参数，而与测量无关。这在过去激发了人们对统一场论的极大热情，并引发了爱因斯坦的著名问题“上帝在创造宇宙时是否有任何选择？”宇宙的属性是否内在地决定了宇宙的形式，因为如果形式不同，这些属性就不会起作用？

对此的答案似乎强烈倾向于这样一种观点，即不仅存在一个可以被创造的宇宙，而且存在广泛的基本理论（或同一理论的不同变体，基于不同的物理参数、原始能量状态等）而我们的宇宙只是这些可能的宇宙之一。

在这种情况下，问题就变成了为什么我们的宇宙具有如此精细的性质，以允许生命的存在。这个问题被称为微调问题，这促使一些物理学家转向人择原理寻求解释，这表明我们的宇宙具有它所具有的属性，因为如果它具有不同的属性，我们就不会在这里提出这个问题。（斯莫林这本书的一大主旨是对这一观点的批评，以此来解释这些特性。）

物理学问题5：宇宙奥秘问题

宇宙仍然有许多谜团，但最让物理学家烦恼的是暗物质和暗能量。这种物质和能量是通过它的引力作用来探测的，但不能直接观测到，所以物理学家们仍在试图弄清楚它们是什么。尽管如此，一些物理学家已经提出了对这些引力影响的替代解释，这些解释不需要新形式的物质和能量，但这些替代解释对大多数物理学家来说并不受欢迎。

安妮·玛丽·赫尔曼斯汀博士编辑。