Список нерозв'язаних у сучасній фізиці проблем наведений у ряді видань, зокрема Гінзбургом І. Ф.Гинзбург И. Ф. «Нерешённые проблемы фундаментальной физики» УФН 179 525—529 (2009). Деякі із цих проблем мають теоретичний характер, що означає, що сучасні теорії виявляються нездатними пояснити певні спостережувані явища або експериментальні результати. Інші проблеми є експериментальними, а це означає, що є труднощі експериментальної перевірки пропонованої теорії.

Теоретичні проблеми Наступні проблеми є або фундаментальними теоретичними проблемами, або теоретичними ідеями, для яких відсутні експериментальні дані. Деякі з цих проблем тісно взаємозалежні. Наприклад, додаткові виміри або суперсиметрія можуть розв'язати проблему ієрархії. Уважається, що повна теорія квантової гравітації здатна відповісти на більшу частину з перерахованих питань (крім проблеми острова стабільності).

Квантова гравітація, космологія, загальна теорія відносності Розпад метастабільного вакууму Чому передбачена маса квантового вакууму мало впливає на розширення Всесвіту? Квантова гравітація Чи можна об'єднати квантову механіку і загальну теорію відносності в єдину самоузгоджену теорію (можливо, це квантова теорія поля)?. Чи є простір-час принципово неперервним чи дискретним? Чи буде самоузгоджена теорія використовувати гіпотетичний гравітон чи вона буде повністю продуктом дискретної структури простору-часу (як в петльовій квантовій гравітації)? Чи існують відхилення від передбачень загальної теорії відносності для дуже малих або дуже великих масштабів або в інших надзвичайних обставинах, які випливають із теорії квантової гравітації? Чорні діри, зникнення інформації в чорній дірі, випромінювання Гокінга Чи продукують чорні діри теплове випромінювання, як це пророкує теорія? Чи містить це випромінювання інформацію про їхню внутрішню структуру, як це припускає дуальність тяжіння-калібрувальна інваріантність, чи ні, як випливає з оригінального розрахунку Гокінга? Якщо немає й чорні діри можуть безупинно випаровуватися, то що відбувається з інформацією, що зберігається в них (квантова механіка не передбачає знищення інформації)? Чи випромінювання в якийсь момент зупиниться, коли від чорної діри мало що залишиться? Чи є який-небудь інший спосіб дослідження їх внутрішньої структури, якщо така структура взагалі існує? Додаткові виміри Чи існують в природі додаткові виміри простору-часу, крім відомих нам чотирьох? Якщо так, то яка їхня кількість? Чи є розмірність фундаментальною властивістю Всесвіту чи вона є результатом інших фізичних законів? Чи можемо ми експериментально «спостерігати» вищі просторові виміри? Інфляційна модель Всесвіту Чи правильна теорія космічної інфляції, і якщо так, то які докладні деталі цієї стадії? Що являє собою гіпотетичне інфлатонне поле, відповідальне за ріст інфляції? Якщо інфляція відбулася в одній точці, чи є це початком самопідтримувального процесу за рахунок інфляції квантово-механічних коливань, який буде тривати в зовсім іншому, віддаленому від цієї точки місці? Мультивсесвіт Чи є фізичні причини існування інших всесвітів, які принципово неспостережувані? Наприклад: чи існують квантовомеханічні «альтернативні історії» або «множина світів»? Чи існують «інші» всесвіти з фізичними законами, що є результом альтернативних способів порушення очевидної симетрії фізичних сил при високих енергіях, розташовані, можливо, неймовірно далеко через космічну інфляцію? Чи є виправданим використання антропного принципу для рішення глобальних космологічних дилем? Принцип космічної цензури і гіпотеза захисту хронології Чи можуть сингулярності, що не ховаються за обрієм подій і відомі як «голі сингулярності», виникати з реалістичних початкових умов, або ж можна довести якусь версію «гіпотези космічної цензури» Роджера Пенроуза, у якій передбачається, що це неможливо? Аналогічно, чи будуть замкнені час-подібні криві, які виникають у деяких рішеннях рівнянь загальної теорії відносності (і які припускають можливість подорожей у часі у зворотному напрямку) виключені теорією квантової гравітації, яка поєднує загальну теорію відносності із квантовою механікою, як припускає «гіпотеза захисту хронології» Стівена Гокінга? Вісь часу Що можуть сказати нам про природу часу явища, які відрізняються одне від одного ходінням за часом вперед та назад? Чим час відрізняється від простору? Чому порушення CP-інваріантності спостерігаються тільки в деяких слабких взаємодіях і більш ніде? Чи є порушення CP-інваріантності наслідком другого закону термодинаміки або ж вони є окремою віссю часу? Чи є винятки з принципу причинності? Чи є минуле єдине можливим? Чи є теперішня мить фізично відмінною від минулого й майбутнього, чи це просто результат особливостей свідомості? Як люди навчилися домовлятися про те, що є справжньою миттю? (Див. також нижче Ентропія (вісь часу)). Локальність Чи існують нелокальні явища у квантовій фізиці? Якщо існують, чи не мають вони обмеження в передачі інформації, або: чи може матерія також рухатися нелокальним шляхом? При яких умовах спостерігаються нелокальні явища? Які наслідки існування або відсутності нелокальних явищ для фундаментальної структури простору-часу? Як це пов'язано з квантовим зчепленням? Як це витлумачити з позицій правильної інтерпретації фундаментальної природи квантової фізики? Майбутнє Всесвіту Чи рухається Всесвіт у напрямку до Великого замерзання, Великого розриву, Великого стиснення чи Великого відскоку? Чи є наш Всесвіт частиною нескінченно повторюваної циклічної моделі?

Фізика високих енергій, фізика елементарних частинок

Проблема ієрархії Чому гравітація є такою слабкою силою? Вона стає великою тільки в планківському масштабі, для частинок з енергією порядку 1019 ГеВ, що набагато вище електрослабкого масштабу (у фізиці низьких енергій домінує енергія в 100 ГеВ). Чому ці масштаби так сильно відрізняються один від одного? Що заважає величинам електрослабкого масштабу, таким як маса бозону Гіґґса, одержувати квантові виправлення на масштабах порядку планковських? Чи є рішенням цієї проблеми суперсиметрія, додаткові виміри або просто антропний точно вивірений Всесвіт? Магнітний монополь Чи існували частинки — носії «магнітного заряду» у які-небудь минулі епохи з більш високими енергіями? Якщо так, тобто чи збереглися які-небудь з них на сьогоднішній день? (Поль Дірак показав, що наявність деяких типів магнітних монополів могла б пояснити квантування заряду.Paul Dirac, «Quantised Singularities in the Electromagnetic Field». Proc. Roy. Soc. (London) A 133, 60 (1931). Free web link ) Розпад протона і Велике об'єднання Як можна об'єднати три різні квантово-механічних фундаментальних взаємодії квантової теорії поля? Чому найлегший баріон, що є протоном, абсолютно стабільний? Якщо ж протон нестабільний, то який його період напіврозпаду? Суперсиметрія Чи реалізована суперсиметрія простору в природі? Якщо так, то який механізм порушення суперсиметрії? Чи стабілізує суперсиметрія електрослабкий масштаб, запобігаючи високі квантові поправки? Чи складається темна матерія з легких суперсиметричних частинок? Покоління матерії Чи існує більше трьох поколінь кварків і лептонів? Чому взагалі існують покоління? Чи існує теорія, яка могла б пояснити наявність маси в деяких кварків і лептонів в окремих поколіннях на підставі перших принципів (теорія взаємодії Юкави)? Фундаментальна симетрія і нейтрино Яка природа нейтрино, яка їхня маса і як вони формували еволюцію Всесвіту? Чому зараз у Всесвіті виявляється речовини більше, ніж антиречовини? Які невидимі сили були присутні на зорі Всесвіту, але зникли з поля зору в процесі розвитку Всесвіту?

Ядерна фізика

Квантова хромодинаміка Які фазові стани сильно взаємодіючої матерії і яку роль вони відіграють у космосі? Яка внутрішня будова нуклонів? Які властивості сильно взаємодіючої матерії пророкує квантова хромодинаміка? Що управляє переходом кварків і глюонів в пі-мезони і нуклони? Яка роль глюонів і глюонної взаємодії в нуклонах і ядрах? Що визначає ключові особливості квантової хромодинаміки і яке їхнє відношення до природи гравітації і простору-часу? Чи існують глюболи? Чи отримують глюони масу динамічно, незважаючи на нульову , всередині адронів? Чи дійсно квантова хромодинаміка не має порушення CP-інваріантності? Кварк-глюонна плазма Де починається : 1) як функція температури та хімічних потенціалів? 2) як функція енергії та розміру системи ? Яким є механізм енергії та зупинки баріонного заряду, що ведуть до утворення кварк-глюонної плазми у релятивістських зіткненнях важких іонів? Чому раптова та модель статистичної адронізації є майже ідеальним описом утворення адронів з кварк-глюонної плазми? Чи зберігається кварковий аромат у кварк-глюонній плазмі? Чи перебувають дивність та чарівність у хімічній рівновазі у кварк-глюонній плазмі? Чи тече дивність у кварк-глюонній плазмі з тією ж швидкістю, що і аромати u-кварка та d-кварка? Чому деконфінована матерія демонструє ідеальний потік? Стрейнджлети Чи існує дивна кваркова матерія (стрейнджлет) у стабільному стані? Конкретні моделі формування кварк-глюонної плазми Чи відбувається сатурація глююонів, коли їх число заповнення є великим? Чи формують глюони щільну систему, яка має назву конденсат кольорового скла? Які є характеристики та свідчення для еволюційних рівнянь Balitsky–Fadin–Kuarev–Lipatov, Balitsky–Kovchegov, Catani–Ciafaloni–Fiorani–Marchesini? Атомне ядро і ядерна астрофізика Яка природа ядерних сил, яка зв'язує протони й нейтрони в стабільні ядра й рідкісні ізотопи? Яка причина об'єднання простих частинок у складні ядра? Яка природа нейтронних зірок і густини ядерної матерії? Яке походження хімічних елементів у космосі? Що таке ядерні реакції, які рухають зірки й приводять до їхніх вибухів? Острів стабільності Яке найважче зі стабільних або метастабільних ядер може існувати?

Інші проблеми Квантова механіка і принцип відповідності (іноді називаний квантовим хаосом) Чи є кращі інтерпретації квантової механіки? Як квантовий опис реальності, яка містить у собі такі елементи, як квантова суперпозиція станів і колапс хвильової функції або квантова декогеренція, приводять до реальності, яку ми бачимо? Сформулювати те ж саме можна за допомогою проблеми вимірювання: що таке «вимірювання», яке змушує хвильову функцію звалюватися в певний стан? Фізична інформація Чи існують фізичні феномени, такі як чорні діри або колапс хвильової функції, які безповоротно знищують інформацію про свої попередні стани? Теорія всього («Теорії великого об'єднання») Чи існує теорія, яка пояснює значення всіх фундаментальних фізичних констант?Open Questions, Particle Physics, item 12 Чи існує теорія, яка пояснює, чому калібрувальна інваріантність стандартної моделі така, як вона є, чому спостережуваний простір-час має 3 + 1 виміри, і тому закони фізики такі, як вони є? Чи змінюються із часом «фундаментальні фізичні константи»? Чи є які-небудь частки в стандартній моделі фізики елементарних частинок, що насправді складаються із інших частинок, зв'язаних настільки сильно, що їх неможливо спостерігати при сучасних експериментальних енергіях? Чи існують фундаментальні частки, які ще не спостерігалися, і якщо так, те які вони і які їхні властивості? Чи існують неспостережувані фундаментальні сили, які припускає теорія, що пояснюють інші невирішені проблеми фізики? Калібрувальна інваріантність Чи існують реально неабелеві калібровані теорії зі щілиною в спектрі мас? Квантові обчислення Чи здатний універсальний квантовий комп'ютер Девіда Дойча ефективно моделювати довільну фізичну систему?

Емпіричні явища без чіткого наукового пояснення Космологія й астрономія

Існування Всесвіту Яке походження матерії, енергії і простору-часу, що сформували Всесвіт/Мультивсесвіт? Баріонна асиметрія Всесвіту Чому в спостережуваному Всесвіті існує набагато більше матерії, ніж антиматерії? Проблема космологічної сталої Чому нульова енергія вакууму не приводить до великого значення космологічної сталої? Що скасовує цю залежність?