1、宇宙起源
第1个问题关于宇宙的起源。这个问题不仅对于科学而且对于哲学和宗教都是一个永久的问题。现在它是理论物理学和宇宙学亟待解决的问题：“宇宙是如何开始的？”
根据最新的观察，我们知道宇宙正在膨胀。因此，如果我们让时光倒流，宇宙将会收缩。如果我们应用爱因斯坦方程和我们关于粒子物理学的知识，我们可以或多或少对哪儿会出现“初始奇点”做出近似的推断。在“初始奇点”，宇宙收缩成为一种难以置信的高密度和高能量的状态——即通常所称的“大爆炸”。我们不知道在大爆炸点（at the big bang）发生了什么，我们所知的基础物理的所有方法——不仅是广义相对论和标准模型，甚至包括我所知的弦理论——都失灵了。
为了理解宇宙是如何开始的，我们需要了解什么是大爆炸。宇宙学家观察到微波背景辐射中临近大爆炸时发生的量子涨落的痕迹。这些涨落是宇宙大尺度结构的起源。因此，对于宇宙学和天体物理学而言，理解在大爆炸点真正发生了什么是一个急迫的任务。有没有方法能够直接观察到临近大爆炸时的物理状态？我们往回能够推多远？利用普通的辐射，我们能够回推到大爆炸之后的十万年左右，但是不能更早。这次会议上有许多这样的讨论：我们能否利用引力辐射或CMB中的信号来发展出新的观察或理论方法，从而将我们的观察回推到大爆炸点为止的整个过程。
那么理论的状况又如何？我们可以确切地说出在宇宙创生时发生了什么吗？弦理论已经成功地消除了广义相对论中产生的奇点。但是，弦理论能够处理的奇点不是大爆炸所产生的那种类型。大爆炸所产生的是与时间无关的静态奇点。弦理论能消除初始奇异点吗？能告诉我们宇宙是如何开始的吗？能告诉我们宇宙的初始状态是什么，或者宇宙的初始波函数是什么吗？一些人推测根本就不存在一个起点，而是宇宙很大，随后塌陷，然后再次膨胀。一些人鼓吹一个循环的宇宙。我相信更为可能的是，时间自身是一个突现的概念（emergent concept），如弦理论所暗示的一样。因此，为了回答诸如 “宇宙是如何开始的”和“时间是如何开始的”这一类问题，我们需要重新明确表述这些问题或者改变这些问题，就如同在物理学中经常出现的那样。随后这些问题可能更容易回答。无论如何，上述问题无疑将在未来引导暴涨宇宙学和弦论宇宙学中的大量研究。
2、暗物质
第2个问题研究的是我们在最近几年内发现的暗物质的本质。现在看来，宇宙中绝大多数物质不是由构成我们的粒子组成的，而是某种我们不能直接看到的新类型的物质。这种“暗物质”不发出辐射，可以推想，它与普通粒子和辐射的相互作用非常微弱。我们只能通过它的引力效应而知道它的存在。我们可以通过观察星系边缘的普通物质的轨道而测量它的质量。结果是宇宙的25％由暗物质组成，而不是由质子、中子、夸克或电子构成。普通的重子物质，即组成我们的物质，仅占目前宇宙质量或能量密度的3-4％。因此什么是暗物质？我们能在实验室直接观察到它吗？它是如何与普通物质相互作用的？主流的假设是暗物质由弱相互作用大质量粒子（Weakly Interacting Massive Particles，WIMP）组成。粒子物理学家已经构造出许多推测模型，这些模型超出了粒子物理学的标准模型，通常包括许多可能组成暗物质的候选粒子。我喜欢的候选粒子是“neutralino”（中性伴随子），标准模型的超对称扩展中的最轻的中性粒子，它是构成暗物质的一个理想的候选粒子。但是暗物质也可能由“轴子”或其他粒子构成，轴子是为解决强CP问题而发明的另外一个预测粒子。于是出现了观测问题，我们是否能在实验室中制造和检测暗物质？我们能直接探测到充满和包围星系的暗物质吗？暗物质在宇宙中是如何分布的？关于星系的结构和形成，暗物质向我们提供了什么信息？在星系的形成和分布的当前模型中，暗物质扮演了一个至关重要的角色。正是暗物质进行了第一次塌陷，随后普通物质出现，并塌陷成为大块的暗物质（the clumps of dark matter）。我们还不能以充足的定量细节来理解星系是如何形成的，为了达到这个目标，我们需要真正理解暗物质的本质和特性。
3、暗能量
第3个问题与最近的发现有关，宇宙中的绝大部分能量是一种新形式的能量，即所谓的“暗能量”。暗能量施加负压力，负压力导致了宇宙膨胀的加速，通过观察这种加速作用，天体物理学家已经推断出当前宇宙的70％的能量密度是暗能量的形式。这是最近一二十年内最神奇和最惊人的发现之一。什么是暗能量？最简单的假设是暗能量是恒定的，但是它也可能会随着时间而发生变化，然而，如何从观察上确定暗能量真是恒定的还是随着时间变化？关于暗能量的最简单假设是它是“宇宙学常数”Λ，当初爱因斯坦将它引入他的方程以便得出一个静态的宇宙。但是随后（人们）认识到爱因斯坦的静态宇宙是不稳定的；而且人们发现，宇宙不是静态的，它正在膨胀。因此，爱因斯坦放弃了宇宙学常数。他曾经说过Λ是他最大的错误。但是现在测量显示，看来存在一个不为零的、并具有负压力的能量，它看起来就像是一个宇宙学常数。它真是一个宇宙学常数吗？还是其他东西？我们应该怎样解释呢？宇宙中的绝大多数能量是真空能，然而却不可能“看到”它，除非您测量整个宇宙的膨胀，这真是令人惊奇。还有检测暗能量的其他方法吗？
4恒星、行星的形成
第4个问题研究的是更实际的天体物理问题：比星系小的恒星和行星物体的形成。现在有一个关于恒星形成的合理理论，但它并不是定量的，我们希望让它成为定量理论。我们能够真正理解恒星质量的范围吗？有多少双星形成？最初双星被认为是罕见的。现在认为所有恒星中至少有一半在双星中形成。我们可以计算双星的频率吗？恒星是如何成组的？新的观察已经回溯到第一批恒星形成的时期，这在一定程度上重新唤起了人们对这些问题的兴趣。第一批恒星形成时的环境与今天现存的环境是不同的。例如，那时没有天体物理学家所称的“金属”——比氦重的元素，因为比氦重的所有元素都是在恒星中形成的。第一批恒星只有氢和氦。如果恒星形成的理论足够完善，那么天体物理学家就可以告诉我们第一批形成的恒星的本质。但是，实际上，观测的结果出乎意料之外，它们与理论预测并不相符合。因此，关于恒星形成的理论以及检验这些理论的新途径，还有很多东西我们并不清楚。
一个出现只有大约10年的新论题，是行星形成的理论。我们第一次能够直接观察到我们自身的太阳系之外的行星。现在已经观察到几百颗行星，我们正在开始积累关于行星系统的真实数据。这是非常有趣的科学。其中最有趣的事情之一就是寻找我们太阳系之外的生命。因此，我们问道：适宜居住的行星有多大的频度？银河系中有多少行星能够支撑生命？我们能否发展出从观察上确定一个行星上面是否存在生命的技术？能否通过观察这些行星的大气层的谱线而确定它上面是否存在生命？这样看来，行星理论和行星科学突然变成一个非常有活力的领域，受到大部分非常年轻的天体物理学家的欢迎。这是一个非常令人激动的研究领域。
5、广义相对论
关于广义相对论（GR），爱因斯坦的引力理论，宇宙学的语言，以及讨论宇宙的大尺度结构的理论框架，存在许多问题。这次会议的一些与会者问到：我们目前对GR的理解在所有尺度上都是正确的吗？GR在一些案例中已经得到了令人十分信服的验证。但是有两个区域我们根本没有进行过实验。一个是短距离。事实上，对于小于一毫米的距离，我们的确没有检验过牛顿的引力理论。另一个区域是引力非常强的地方，那里强大的引力造成了空－时流形的极度弯曲，例如黑洞附近。一个好的问题是：我们能用观测来确定克尔度规（Kerr metric）是否正确描述了黑洞周围的几何学吗？在一个黑洞形成时，只要我们知道这个黑洞的质量和自旋，那么它周围的空间和时间的几何学便是完全确定的。现在人们相信，宇宙中有许多黑洞。事实上，看来在每个星系的中心都有一个质量巨大的黑洞。天体物理学家和理论物理学家正在设法解决如何利用对掉进黑洞的物质所发出的辐射的观测来确定空间－时间几何。或许我们能够确定克尔度规是否正确描述了我们的星系中心的黑洞外部的空间－时间。

6、量子力学
现代物理学的另一个理论支柱是量子力学（QM）。有趣的是，这次会议上，许多最卓越的参与者都在询问，QM是不是自然的最终解释。一些人如霍夫特（t’Hooft）就提出，在极小距离上QM可能失效，并设想它将被一个决定论性的理论所代替。拉格特（Tony Leggett）关心QM是否会在大型的复杂系统上失效。理由如下：所有学习QM的人都知道，当你开始考虑薛定锷猫的时候，你就会有点不舒服。在理解猫是如何处于一种死了和活着的叠加态的时候，就会有点困难。或许QM不能描述猫；或许对于大型的复杂系统QM可能失效。实验家非常努力地设法解决这些问题。在大型的宏观复杂系统上检验QM的尝试，为实验物理学家提供了强大的动力。彭罗斯（Roger Penrose）相信，在你试图描述心灵（mind），或者一个具有意识的系统的时候，QM将会失效。维格纳（Eugene Wigner）也相信这一点。就个人来说，这三个问题对我构不成问题，量子力学我也看不出存在什么问题。但是第四个问题却是同样困扰着我。我们如何使用QM将宇宙作为一个整体加以描述？讨论宇宙的波函数的意义是什么呢？在当前的暴涨理论中，林德（Andrew Linde）等人在谈论宇宙的不同区域的内部暴涨，内部暴涨产生了一长串宇宙，所谓“多宇宙”（multiverse），不同的宇宙彼此之间没有任何交流。描述这样一个“多宇宙”的QM意味着什么？
7、粒子物理学
第7个问题，我们转向粒子物理学。对于基本粒子物理学的标准模型，电弱相互作用和强相互作用的理论，可以提出许多问题。标准模型是一个极为成功的理论，它符合所有现存的实验。但是它还有许多未解之谜，还有许多未定的问题，其中一些我们不认为可以容易地得到答案。标准模型最神秘的特征是物质的基本成分的质量和混合（mixing），我们现在相信这些基本成分就是夸克和轻子。它们具有非常奇怪的质量谱。顶夸克的质量是上夸克质量的十万倍。夸克在各种相互作用下混合。中微子甚至具有一种更为奇特的质量模式。这种质量谱来自于何处？标准模型，甚至标准模型的简单场理论的推广，对此确实给不出好的主意。
标准模型的许多其他特征同样是神秘的。我们如何解释重子的起源？重子数是守恒的吗？现在我们相信重子数是不守恒的，因为没有理由认为它应该守恒。假如是这样，在大爆炸演化成宇宙时，就会产生重子。我们知道这种情况会发生的途径，以及会产生宇宙中重子不对称的途径。但是迄今为止，我们在理论上还不能精确地计算宇宙中的重子数。我们应该能够做到这一点。我们的确不知道质子能够存活多久。还有许多其他问题不在标准模型之内，这些问题的解决，需要一个更全面的理论。
8、超对称
依我看来，粒子物理学的基本问题，无论对于理论家还是实验家，都是超对称的问题。超对称是空间和时间的相对论性对称的一个非凡的新扩展。如果它是真的，那么空间－时间还具有额外的量子维度。超对称理论表述在超空间中，超空间具有额外的费米子维度，这些维度用反对易数来度量。超对称理论在量子维度到普通空间－时间维度的旋转下是对称的，这就会导致这样的预言，即迄今所知的每个粒子都存在一个对应的超对称伙伴。支持超对称一个非常强的线索，来自于强、弱和电磁理论向极高能量的外推。现有的观察，对这些力作了极高精度的测量。基于现有的观察和我们手中的那些极其成功的和精确的理论工具，我们可以将标准模型的这些力外推到非常高的能量区域。借助于这些工具，我们发现，当能量达到引力作用变得明显的尺度时，所有的力都统一起来。但是只有在我们假定理论是超对称的，并且超对称在TeV尺度以下自发破缺时，这种统一才会实现。幸运的是，这一能级正是新的大型强子对撞机（Large Hadron Collider）准备探测的能级，两年内大型强子对撞机将在CERN运行。建造这台加速器的主要动机之一和粒子理论家最近十年的主要工作之一就是探索超对称存在的可能性。如果我们发现超对称，那么现在的新物理学在接下来的几十年内将有许多工作要做——设法理解超对称是如何破缺的，并测量超粒子的质量谱。有趣的问题是：如果我们测量超对称粒子的质量谱和耦合常数，那么我们能否利用这些信息对大统一尺度上，甚或在弦的尺度上的物理学有更直接的理解吗？
9、量子色动力学
最后，在标准模型中，还有一个问题，第9个问题，是关于我所喜欢的理论——量子色动力学（QCD）的。这个问题，三十年前我以为我就有了答案。我们能够解QCD吗？三十年前，我以为答案是肯定的，花上五年时间就差不多了。可是，我们至今也不会解QCD。在大距离处，相互作用力很强，我们还不能作解析处理。我认为，在这个方向上，最大的希望是构造一个强子和介子的对偶弦（dual string）描述。介子是夸克和反夸克组成的束缚态，看起来就像是流管（flux tubes），流管的末端是夸克和反夸克，其行为则像弦。事实上，我们现在有大量的证据表明，在弦理论和规范理论之中就存着这样的一个对偶弦描述。如果有人设想色（NC）的数目不是3，而是无穷，那么我们就确信存在一个经典弦，它将描述所有的介子。如果我们能够精确地写下对偶弦理论的经典方程（人们正在努力寻找），那么我们就可以期望以经典的方式求解，这可能并不太难。随后，我们可以解析地计算1/NC展开的首项中的强子质量谱。这是一个激动人心的目标，在过去的几年中，沿此方向已经取得了许多进展。在未来的许多年里，这个问题仍将指导人们探索非微扰的QCD和弦理论。
10、弦理论
现在我转向弦理论——构造一个所有相互作用的统一理论的雄心勃勃的尝试。这里的基本问题是：什么是弦理论？我们真的不理解弦理论的核心是什么。我们所有的，不过是在一个理论的某些局部情形中，有许多不同的描述或计算方法，而这个理论本身是什么，我们却不能真正表述清楚。这真是一种怪异的处境。弦理论的各种表述经常是完全不同的。起初，我们是先描述10维空时中一条弦的经典运动，随后将这个系统量子化。但是现在，我们是按普通的（超对称的）规范理论，即标准模型中的杨－米尔斯理论，来表述某些特定的空时背景中的弦理论。有极强的证据表明，这些规范理论在数学上等价于一个描述在5维反德西特空间（anti-de Sitter Space，具有一个负的宇宙学常数）中运动的、可视之为的弦的理论。对于弦理论，我们还有许多不同的对偶表述，但是我们不知道该理论以及所有这些对偶表述的本质是什么。这种对偶性的深层含义还没有被真正理解。理论有许多不同表述，这些不同的表述看起来差异很大，各自都有不同的基本的动力学对象，这一事实对我们所熟悉的基本性和局域性概念造成了极其严重的威胁。