W无论你说什么你的日常生活，都意味着一个等级。试一下。“我太忙了”只在假定的时间范围内有效:比如今天，或者这周。不是这个世纪，也不是这一纳秒。“税收是繁重的”只对一定的收入范围有意义。等等。
当然，你可能会说，同样的限制在科学上并不成立。毕竟，在引入科学方法后的几个世纪里，传统智慧认为，有些理论在所有尺度上都是绝对正确的，即使我们永远无法事先从经验上确定这一点。例如，牛顿的万有引力定律毕竟是万有的！它同样适用于落下的苹果和落下的行星，并解释了太阳下和太阳上方的每一次重要观测。
随着相对论，尤其是广义相对论的出现，人们越来越清楚地认识到，牛顿的万有引力定律只不过是一种更基本的理论的近似。但更基本的理论，广义相对论，在数学上是如此的完美，似乎有理由假设它完美而完整地编码了存在质量和能量的空间和时间的行为。
量子力学的出现改变了一切。当量子力学与相对论相结合时，结果是，事实上出乎意料的是，支配物质和能量的物理定律的细节本质实际上取决于你测量它们的物理尺度。这可能导致了20世纪最大的未被歌颂的科学革命:我们知道没有一个理论既与经验世界相联系，又绝对且永远是正确的。(尽管弦理论学家抱有希望，但我认为这种情况不会很快改变。)尽管如此，理论物理学家还是投入了相当大的精力来追求这类理论。那么，到底发生了什么?一个普遍的理论是一个合理的目标，还是科学真理总是依赖于规模?
T量子力学和相对论的结合意味着一个直接的标度问题。海森堡著名的测不准原理是量子力学的核心，它意味着在小尺度、短时间内，不可能完全约束基本粒子的行为。能量和动量存在着一种无法减少的内在不确定性。当这一事实与狭义相对论相结合时，结论是你甚至不能在短时间内限制小体积粒子的数量。所谓的“虚拟粒子”可以在极短的时间尺度上进出真空，你们无法直接测量它们的存在。
一个显著的效果是，当我们测量电子之间的力时，比如说，电子上实际测量的电荷——决定电力强度的东西——取决于测量的尺度。你离电子越近，就越能深入电子周围的虚粒子“云”。由于正电虚粒子被电子吸引，你越深入云层，你看到的正电云就越少，电子上的负电荷就越多。
然后，当您开始计算两个粒子之间的力时，您需要包括所有可能的虚拟粒子的效果，这些虚拟粒子可能在测量力期间从空白空间弹出。这包括具有任意大质量和能量的粒子，出现时间任意短。当包含这些效果时，计算的力是无限的。
我们不知道任何理论既与经验世界相联系，又绝对且永远是正确的。
理查德·费曼(Richard Feynman)与他人分享了诺贝尔奖，因为他提出了一种方法，在提取了各种可能模糊不清的无穷大之后，一致地计算出有限剩余力。因此，我们现在可以从基本原理计算出电子的磁矩等数量到10个重要数字，并将其与其他科学领域无法达到的实验水平进行比较。
但费曼最终对自己的成就感到失望——这一点从他1965年的诺贝尔奖演讲中就可以看出来，他在演讲中说:“我认为重正化理论只是一种掩盖电动力学分歧困难的方法。”他认为，首先，任何合理的完整理论都不应该产生无穷大，他和其他人开发的数学技巧最终只是一种拼凑。
但现在，我们的理解有所不同。费曼的担忧 从某种意义上说，这是错的。问题不在于该理论，而在于试图将该理论推到正确描述自然的尺度之外。
T这就是虚粒子产生的无穷大具有任意形状的原因 大质量和大能量在物理上不相关：它们是相关的 基于错误的 假定 理论是完整的。或 换句话说，该理论描述了所有尺度的物理，甚至是任意小尺度的距离和时间。但是如果我们期望我们的理论是完整的，那就意味着在我们能够有一个完整的理论之前任何东西我们首先要有一个理论一切-这个理论包含了我们已经发现的所有基本粒子的影响，再加上我们尚未发现的所有粒子！这在最好的情况下是不切实际的，在最坏的情况下是不可能的。
因此，有意义的理论必须不敏感，在我们实验室可以测量的尺度上，在更小的距离尺度上（或者在更大的尺度上，不太可能）对可能的新物理的影响不敏感。这不仅仅是一个暂时性问题的实际解决办法，我们希望随着我们对自然的更好描述，这个问题会消失。由于我们的经验知识可能总是部分不完整，因此，出于实际需要，解释我们可以探测的宇宙部分的理论将对我们目前无法达到的范围内可能出现的新物理不敏感。这是我们认识论的一个特点，在我们开始探索量子力学和相对论都变得重要的极端尺度之前，我们并没有充分认识到这一点。
这甚至适用于我们在自然界拥有的最好的物理理论:量子电动力学，它描述了电子和光之间的量子相互作用。我们之所以能像费曼那样，不受惩罚地抛弃理论所产生的无限，是因为它们是人为的。他们对应的是将理论外推到它可能不再有效的领域。费曼错了，他对自己在这些无穷大上的成功操作感到失望——这是他在没有理解远比当时能探测到的更小尺度的新物理的情况下所能做的最好的事情。即使在半个世纪后的今天，在量子电动力学不再是正确描述的尺度上流行起来的理论，本身也会在更小的尺度上崩溃。
T这是一个替代叙述的故事规模在物理理论。尺度论并没有合法地将理论划分为各自的领域（在这些领域之外它们是无效的），相反，尺度论揭示了理论之间隐藏的联系，并为新的统一理论指明了方向，新的统一理论包含了原始理论，并且自身在更大范围内应用。
例如，过去几年里所有与希格斯粒子发现有关的大肆宣传，都是因为希格斯粒子是将量子电动力学与另一种力——弱相互作用——统一起来的理论中最后一个缺失的环节。这是自然界已知的四种力量中的两种，从表面上看，它们非常不同。但我们现在知道，在非常小的尺度和非常高的能量下，这两种力可以被理解为相同的潜在力的不同表现，这种力被称为电弱力。
尺度也激发了物理学家们的尝试 统一 自然的基本力量， 强大的力量，进入 更广泛的理论。这个 强大的力量 作用于夸克 组成质子的物质 和中子，抵抗 理解到 1973那一年是三年 理论家大卫·格罗斯， Frank Wilczek和 David Politzer，演示了一些东西 完全出乎意料 而且很了不起。他们 证明 候选理论 描述这种被称为量子色动力学的力，与量子电动力学类似，它具有一种被称为“渐近自由”的性质
如果我们期望我们的理论是完整的，那就意味着在我们有任何理论之前，我们首先必须有一个关于一切的理论。
渐近自由导致夸克之间的强大作用力随着夸克的靠近而减弱。这不仅解释了一种被称为“定标”的实验现象，即质子中的夸克在高能和小距离下表现得似乎是独立的非相互作用粒子，而且还提供了解释为什么在自然界中没有观察到自由夸克的可能性。如果强大的力在小距离处变弱，那么它在大距离处可能足够强大，以确保没有自由夸克逃脱它们的伙伴。
发现强力在小距离处变弱，而与弱力结合的电磁力在小距离处变强，这一发现促使理论家在20世纪70年代提出，在足够小的尺度下，也许比质子大小小15个数量级，所有三种力（强、弱和电磁）在过去的40年里，我们一直在寻找这方面的直接证据，事实上，大型强子对撞机现在正在寻找一整套新的基本粒子，这些粒子似乎是三种力正确缩放所必需的。但尽管有间接证据，但还没有发现直接吸烟的枪支。
自然地，将四种已知力中的三种统一起来的努力导致了将第四种力——引力——纳入混合的进一步努力。为了做到这一点，有人提出了这样的观点:引力本身只是一个有效的理论，在足够小的尺度下，它会与其他力合并，但前提是自然界中存在大量我们无法观测到的额外空间维度。这个理论，通常被称为超弦理论，在20世纪80年代和90年代引起了理论家们的极大兴奋，但迄今为止，没有任何证据表明它实际上描述了我们生活的宇宙。
如果是这样，那么它将拥有一个独特的新功能。超弦理论最终可能根本不会产生无穷大。因此，它有可能适用于所有距离尺度，无论多么小。由于这个原因，它被一些人称为“万有理论”——尽管，事实上，该理论中所有新奇事物实际出现的尺度是如此之小，以至于就可预见的实验测量而言，它在本质上与物理无关。
T随着时间的推移，他认识到我们对物理现实的理解依赖于尺度，这引导我们走向了一个被提出的理论——弦理论——在这个理论中，弦理论的局限性消失了。这种努力是否反映了理论物理学家们错误的大胆，他们习惯于一次又一次地在更小的尺度上理解现实?
虽然我们不知道这个问题的答案，但我们至少应该持怀疑态度。到目前为止，还没有一个例子可以证明，没有直接的实验或观测结果为基础的弦论如此宏大的外推提供了一个成功的自然模型。此外，我们对弦理论了解得越多，它看起来就越复杂，许多早期对其普遍性的期望可能是乐观的。
至少有一种可能性是，正如费曼曾经推测的那样，自然可能像洋葱一样，有很多层。当我们揭开每一层时，我们可能会发现，我们美丽的现有理论被包含在一个新的更大的框架中。因此，总会有新的物理发现，永远不会有一个最终的、适用于所有空间和时间尺度的、未经修改的普适理论。
哪条路才是通往现实的真正道路有待把握。如果我们知道正确的发现之路，那就不是发现。也许我自己的偏好只是基于对物理学家继续工作保障的错误希望！但我也喜欢永远有谜团需要解决的可能性。因为没有谜团的生活会成功在任何程度上都是无聊的。
劳伦斯·m·克劳斯，理论物理学家和宇宙学家，亚利桑那州立大学地球与空间探索学院 起源项目主任和基金会教授。他也是畅销书的作者包括从无到有的宇宙和《星际迷航》的物理学。
