21世纪的四大科学难题，解决其中任何一个，都将打开新世纪的大门。文明在短短几百年内发生了翻天覆地的变化。

科学技术是科学物质形态的体现，真正推动科学技术发展的其实是科学理论。如果说科技是承载人类文明前进的汽车，那么科学理论就是这辆汽车的方向盘和发动机。

从伽利略时代开始，人类已经探索了数百年的科学之路。在这数百年的时间里，科学理论被科学家发现、总结和应用。

然而，人类的认知水平和现在的科技水平决定了并不是所有的问题都能得到完美的答案，而这些经过长时间的研究仍未得到解决的问题，被科学家们统称为“终极问题”.

其实，在看似高度发达的21世纪，其实有四个终极问题一直困扰着科学家。甚至有科学家表示，只要解决了这四个终极问题中的一个，那么人类文明就会绝对欢迎来质变，甚至推开新世纪的大门。

1.时间本质上是什么，它存在吗？

关于时间，很多科学家都对它进行了深入的研究和思考，包括爱因斯坦、牛顿、特斯拉、霍金等众多科学领袖。

比如牛顿曾经在他的作品中认为时间和空间是绝对存在的，时间是线性的，是不变的。所以从宏观上看，每时每刻时间轴上的时间线可以反映宇宙的现在和未来。

但是，爱因斯坦在他的相对论中提出了不同的观点，他认为时间和空间不是两个独立的概念，而是一个不可分割的整体。

同时，爱因斯坦指出，当物体的速度足够快时，作用在物体上的相对时间就会发生变化。一般来说，时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。

被誉为“宇宙之王”的霍金，曾在他的著作《时间简史》中根据黑洞理论给时间下了定义。他相信时间从大爆炸开始，到黑洞结束。

简单来说，大爆炸创造了时间，相对论指出空间和时间是一体的。空间受到影响，时间也必然受到影响。因此，黑洞强大的引力几乎可以使作用于物体的时间停滞。

虽然科学家们对时间的本质是什么意见不一，但他们仍然相信时间是存在的。然而，在量子力学中，却得到了一个颠覆性的答案——时间不存在。

当然，严格来说，这里的“不存在”并不是不存在，而是现在、过去、未来同时被证明存在。

所以一旦人类搞清楚了时间的本质是什么，无疑对整个人类文明都有很大的帮助。毕竟，时间是万物存在的基础。

2.夸克中隐藏着怎样的世界？

稍微有点物理常识的人应该都知道，人类发现的最小物质单位是夸克，但几乎所有的科学家都认为夸克绝不是最小的不可分割的粒子，这也引出了一个问题：如果以后发现夸克是可分的，那么夸克里面隐藏着一个什么样的世界？

很多人认为，夸克内部隐藏的可能是连接微观世界和宏观世界的“阶梯”。也就是说，通过这个“阶梯”，可以看到微观世界和宏观世界之间某种未被发现的联系。

其实如果把原子放大几亿倍，那么就可以发现里面的内部成分，其实和宏观世界很相似。

而2012年11月16日在《自然》上发表的一篇论文，更是直言宇宙的宏观结构与人脑神经的微观组成非常相似。这是什么意思？这是否意味着宏观世界和微观世界在某种程度上是相同的？

认为，如果人类破解了夸克内部隐藏的秘密，那么对整个宇宙的认识将大大增强，对文明的发展大有裨益。

3.宇宙中的能量从何而来？

如果问你对宇宙有什么印象，相信很多人都会在回答“浩瀚”之后提到“秩序”。没错，宇宙中所有的天体都在非常有序的运行着，而支撑这种秩序的，其实是海量的能量。

卫星需要能量环绕行星，行星需要能量环绕恒星，恒星需要能量环绕星系中的黑洞。那么维持宇宙秩序的能量从何而来呢？

如果说大爆炸的开始，那么这些能量几乎不可能让宇宙平稳运行138亿年，更不可能在大爆炸期间宇宙不仅不逐渐坍缩138亿年的运作，反而变得越来越有条不紊。

面对这种困境，有科学家提出了一个颠覆认知的猜想：维持宇宙平稳运行的能量来自黑洞。

在这个理论中，黑洞被称为“宇宙肚脐”，这些肚脐是宇宙与外层空间进行物质和能量交换的通道。正是因为有这种循环的能量交换，宇宙才能平稳运行至今，充满秩序。

那么这个理论是真的吗？如果不是，那么宇宙中的能量是从哪里来的，如果是真的，那么宇宙外的能量又是从哪里来的呢？

不管这个理论是否正确，我们可以肯定的是，一旦弄清楚了宇宙中能量的来源或者能量产生的方式，必然会给人类文明带来质的变化。

4.光速极限能否突破？

早在上个世纪，科学家们就知道宇宙在不断膨胀，甚至以远超光速的速度膨胀。按照相对论中提到的“光速不变”，就是说人类永远看不到宇宙极远处的景色，因为那里的空间膨胀速度已经超过了光速.

就好像飞行员驾驶着超音速飞机，机尾在放歌。只要飞机始终以超音速飞行，驾驶飞机的飞行员就永远不会听到尾翼上播放的歌曲。

这个可怕的现实就像一把永远没有钥匙的锁，将人类的视线牢牢锁在一个近乎固定的范围内，而这个范围就是“可观测宇宙”。

更令人担忧的是，如果宇宙继续这样膨胀到超过光速，那么可观测宇宙中的天体会越来越少，因为它们都会退到人类的观测距离之外，空间的扩张。

所以某种程度上，人类活动的范围其实是越来越小，这对于一个文明来说无疑是灾难性的。

正因为如此，超光速对人类来说非常重要。一旦在宏观世界实现超光速，或者达到超光速的效果，人类文明的发展必将发生翻天覆地的变化。