爱华网【按：本节正文主要摘自于布赖恩·格林2011年出版的著作《隐藏的现实》。尽管本书作者只对他的原文作了不到30%的删改，但是，已经将正统物理学家相信和支持现有物理学理论只是对现代物理学忧心忡忡的“维护”格调修改成了叛逆者对现代物理学持批判和怀疑态度的格调。本节内容具有“帮助物理学研究者了解现状、选择研究课题、确定研究方向甚至检查自己的已有成果”的奇妙效果，值得各级各类研究人员和科学爱好者仔细研读。《吹响科学大革命的号角》一书的主题正是对“物理学陷入困境：接下来该怎么办？”问题的详细回答。】
物理学全面陷入困境，接下来该怎么办？
涂润生
19世纪末，由于牛顿力学和麦克斯韦电磁理论趋于完善，一些物理学家认为，“物理学的发展实际上已经结束，物理学已经走到穷途末路了”。殊不知，彼时彼刻，物理学正酝酿着两场翻天覆地的大革命：爱因斯坦的相对论彻底地改变了人们对时间、空间、重力以及宏观宇宙的理解；而量子力学则揭示出一个奇异的微观宇宙。这两大横空出世的革命令人惊觉宇宙之神奇以及人类直觉之不可靠。
然而，事情并没有就此结束，物理学的车轮仍然在科学的驱使下滚滚前行。将量子理论和粒子物理学标准模型这两大20世纪的支柱理论整合起来，创建出一个最终解释万事万物运行规律的“万物之理”，仍旧是科学家们一直在苦苦追寻的梦想。即使希格斯玻色子真的被发现了，也只是一个启示，告诉我们到了我们再次刷新物理学面貌的时候了。当然，一切还是要从最基本的问题出发，20世纪初的科学革命也许会在本世纪初周期性地重演。
本文集结了众多当代著名物理学家的真知灼见，为我们梳理了物理学的现状和面临的困境，以帮助我们消除心头的疑问。布赖恩·格林的论述是帮助读者了解现代物理学概况的好文章。
第一部分：物理学陷入的困境
现代物理学的核心是相对论、非定域实在论量子力学、希格斯机制基本粒子结构理论、现代宇宙学。物理学整体陷入困境，是指这五个领域的现代理论出现了重大问题。科学上尚未解决的大问题多得很，比如核力的具体形式还不清楚。核子的结构也不清楚。为什么氦核如此稳定？为什么铀238非常稳定，而铀235却是裂变的？为什么中子的寿命只有十几分钟，可是和质子结合在一起形成原子核以后就可以稳定了？为什么粒子的寿命相差几十个数量级？为什么物质的导电率相差几十个数量级？射电类星体到底是什么东西？为什么分子的外层电子是八个的时候就稳定？为什么氦原子的外层只有两个电子的时候也稳定，而且更稳定？生命到底是如何从无机物演化过来的？宇宙如何被无中生有地创生出来，是加速爆炸还是无加速爆炸？暗物质在那里？暗能量是什么东西？如何对引力量子化，如何统一各种超弦理论，等等等等，全是现代物理理论自己产生的理论问题，不是现实世界的客观问题。对于这些问题，我们来看看著名物理学家怎么看。
布赖恩·格林：美国哥伦比亚大学的理论物理学教授，他被公认在超弦理论中做出了很多具有开拓性的发现，他曾在20多个国家开过普及和专业讲座，著有《优雅的宇宙》《宇宙结构和优雅宇宙》等书。本书作者并不完全同意他的观点。布赖恩·格林在《物理学陷入困境：接下来该怎么办》一文中表达的还是一位正统的物理学家对物理学现状的忧心忡忡，而且是“泛泛而谈”，没有对现有理论的批判，更没有指出该怎么做的细节。他对相对论和非定域实在论量子力学的是完全赞同的。因此，本书作者补充了对相对论和非定域实在论量子力学的批评内容。相对论危机的部分具体内容在《21世纪物理学危机》一节有初步介绍。非定域实在论量子力学危机的细节则在9.1节中详细介绍。
宇宙心脏深处的黑暗虚空
我们已经建立起来的宇宙模型非常成功，可能很大程度上是因为，模型中的绝大部分完全是出自于我们的想象吧。
对我们的眼睛来说，星星即宇宙。但是，对宇宙学家来说，星星不过是一些闪光的微尘，是宇宙这所大房子的重要装饰物而已。在宇宙空间内，还存在着两种难以捉摸的物质，其重要性远远超过普通的星星和气体，那就是：暗物质和暗能量，我们对它们一无所知，但我们知道，现在流行的理论认为它们显然与万事万物都有关联。
这对“孪生幽灵”或许足以让我们停下奔忙的脚步，促使我们思考：我们历时一个多世纪费心费力创建的宇宙模型是否正确。而且，情况还不止于此。我们的标准宇宙学模型也表明，在大爆炸之后的一霎那，空间就被第三种目前还不为人所知的东西拉伸成形，科学家们将这第三种“暗势力”称为“暴胀场”。这或许意味着，在我们看不见的地方，还存在着无穷多个其他的宇宙，其中的大部分宇宙对于我们来说另类得不可思议，其存在可能只是为了让我们建立的宇宙模型更好地发挥作用而已。还有一种可能就是，暴胀场的假设和现有的宇宙理论根本不正确。
那么，让我们的观察来承载这些“暗夜幽灵”，是否有点过于沉重呢！？难不成真如马克·吐温所说的：我们只是投资了一点微小的事实，就能得到一大堆的推测？即使是最严肃的科学家，在现象解释不了和理论出现漏洞时，都会找个万能的幽灵填补。这有可能是一种创新，也有可能是掩人耳目或自欺欺人的方法。
目前，暗物质的身份对我们来说仍是一个未解之谜，暗物质似乎并不在粒子物理标准模型之内。尽管我们尽了最大努力，却仍然没有在地球上制造出甚至观察到暗物质。但是，它对宇宙学标准模型的影响微乎其微：在广义相对论中，其引力作用与普通物质的引力作用一模一样，而且，即使有这么多能产生丰富引力的物质，也很难让宇宙停下膨胀的脚步。
第二种“暗势力”则引发了一场更加深刻的变革。在上世纪90年代，使用名为1a型的超新星爆发时测量的数据，天文学家们对宇宙膨胀进行了更加精确地追踪。种种观测数据似乎表明，宇宙正在加速膨胀，可能有某种斥力弥漫于广袤的宇宙间，彻底打败了物质间的万有引力。科学家将这种尚不知道的反引力作用称为“暗能量”，是看不见、摸不着的皇帝的新衣。很显然，暗能量假设也属于拿幽灵填补空缺的范畴。实际上，宇宙膨胀论的信源是观察到了红移比正常值大。但是，红移比正常值大的现象可以有其他解释。
精准的配方
“暗物质”和“暗能量”可能是爱因斯坦的“宇宙学常数”的再生。当然，这和当初爱因斯坦引入以给出平滑的宇宙模型不同，现在的“宇宙学常数”代表了暗物质和暗能量。科学家们认为，暗能量在宇宙中起斥力作用，但又不能严格说其是一种斥力，只能称其为能量（一种虚构的物质但日前没有证实它是物质）。尽管如此，粒子物理学家们仍在纠结：为什么空间本身暗藏有这么小的能量密度呢？于是，富有想象力的理论学家们纷纷给出各种解释，比如由迄今为止还没有被看到的粒子产生的能量场，来自于可见的宇宙之外或者由其他维度发射过来的作用力等等。
不过，上述富有想象力的观点目前都没有得到证实。如果认为红移的加大只有加速膨胀一种解释，则无论暗能量是什么，它都足够真实。如果很难确认那个“唯一”，就一定很难认定这个“真实”。目前为科学界普遍接受的宇宙起源理论认为，宇宙诞生于距今约137亿年前的一次“大爆炸”。宇宙微波背景辐射被认为是“大爆炸”的“余烬”，均匀地分布于整个宇宙空间。“大爆炸”之后的宇宙温度极高，之后30多万年，随着宇宙膨胀，温度逐渐降低，宇宙微波背景辐射正是在此期间产生的。
宇宙微波背景辐射上有一些温度不一的斑点，分别代表着年轻宇宙密度稍高和密度稍低的地方。这些斑点的典型尺度可以被科学家们用来衡量空间作为一个整体被其内的物质和运动弯曲到何种程度。结果表明，宇宙看上去几乎平滑无比。这意味着所有这些弯曲效应都必须被抵消。这就使得科学家们再次需要某些额外的排斥能量来平衡由于膨胀和物质的引力所导致的弯曲。星系在空间中的分布模式也给出了同样的结论。那些弯曲效应存在，宇宙本来就是平坦的，这种可能性也是有的。如果是这样，弯曲效应和用来抵消弯曲的效应的因素就都是多余的。
所有这些观测线索，让我们获得了一份宇宙的精确配方。空间中普通物质的平均密度是0.426攸克（yoctogram）（1攸克为10-24克）/立方米，这些物质占宇宙总能量密度的4.5%，而暗物质占22.5%，暗能量占73%。我们建立在广义相对论基础上的宇宙大爆炸模型与我们的科学观察非常吻合，只要我们坦然接受我们虚构出来的“暗势力”占据了宇宙95.5%的份额。这显然只能表明我们在观察到一些现象之后选择了与观察结果吻合的一种解释，在观察之前理论并不能预言新的观察结果。暗能量和暗物质提出来容易，但是，解释它们是怎么产生的就难了。既然宇宙是一次大爆炸中产生，暗能量和暗物质也就只能在那个时刻产生。
可见，这并不意味着修补了大爆炸宇宙论我们已经大功告成了，我们必须“发明”更多东西才行（这些“发明”都是增加人为的理论调节因素）。为了解释宇宙为什么在各个方向看起来如此一致，目前的主流宇宙学理论还引入了第三种“诡异”因素，那就是暴胀场。宇宙学理论认为，当宇宙形成仅10-36秒时，一种具有颠覆性的力量接管了整个宇宙，这种力量就是暴胀场，它像暗能量一样是排斥力，但比暗能量强大很多，能导致宇宙爆炸性地膨胀为原来的1025倍，让宇宙变平滑，同时抹去了所有的整体不规则性。
当这段暴胀期终结时，该暴胀场就转化为物质和辐射。该暴胀场中的量子涨落，变成了宇宙密度的细微变化，最终演变为宇宙微波背景中的斑点和我们目前看到的漫天星系。
而且，这个梦幻般的故事似乎与我们观察到的事实非常吻合，它也再次引入了很多“空想”出来的概念。对于广义相对论而言，暴胀并不麻烦，在数学上，只需要加上一个与宇宙学常数完全一样的术语而已。但是，在某一时刻，该暴胀场一定占据了宇宙100%的空间，而且，其起源也像暗物质或暗能量一样，对人们来说是个未解之谜。更重要的是，暴胀一旦开始，就很难停下来：它会继续制造出很多与我们的宇宙风格迥异的宇宙。对有些宇宙学家来说，当他们重新审视我们的标准宇宙学的基本假设时，预言多重宇宙的存在显而易见就有点迫不及待了。
具有诡异能力的东西就是幽灵，而需要幽灵的理论很难保证是绝对可靠的。创造新理论所需要的超常规的东西并不是太过离谱的东西。
标准宇宙模型也有很多同我们的观察不一致的地方。比如，宇宙大爆炸制造出的锂-7在理论上多于宇宙本身包含的。另外，该模型也没有解释宇宙背景辐射中某些特征似乎能够排列成行以及特定视线方向上的星系看起来似乎更倾向于左旋自转。而且，科学家们最近发现了一个长达40亿光年的超星系结构，也让人们对宇宙在大层次上是平滑的这一假设提出了质疑。暴胀时粒子超光速运动，与相对论矛盾，这也是一个不小的麻烦。
黑暗三重奏
如果科学家们获得更多数据，或者改变计算方法，上述诸多小麻烦很可能就会消失殆尽。但是，更大的问题仍然存在。美国哈佛—史密森尼天体物理学中心的物理学家罗伯特·柯什纳表示：“我们不了解暗能量，也不了解暗物质，这令我们感到相当沮丧。”柯什纳也是首先发现暗能量的超新星团队中的一员。
自从爱因斯坦创立满是尘埃的宇宙模型以来，作为基础的数学方法并没有发生改变。但是，科学家们不断朝这个模型“添砖加瓦”，使得现在的宇宙模型更富活力，而且细节更加明晰。科学家们现在已经精确地知道该宇宙的年龄和组成了。暗物质似乎制造出了星系和其他结构；暗能量则暗示着宇宙会加速膨胀，最终进入一个冰冷和孤独的未来；暴胀理论表明宇宙源于一场暴力事件中。这三驾黑暗马车，每一驾都指向一项全新的物理学。但都有可能驶向死胡同。
柯什纳将这看成是一个挑战。部分人认为理论存在着瑕疵，从而表现失望，部分人为此而深受鼓舞。但是，只要我们没有在实验室中获得暗物质的证据，或者为暗能量找到能证明其存在物理学基础，我们就有可能深陷某种根本性误解的桎梏之中——或许，我们的宇宙学模型的数学基础出现了一个非常根本的偏差，根本到了迄今为止还没有人能够想象得出这个错误会是哪种形式，只是一个未知的未知。那么，量子引力理论会是我们前进的方向吗？或者，某些新的观察会让我们再一次重写我们建立在广义相对论基础上的宇宙学说？
现在，我们只有一些最模糊的线索，指引着我们前往何处寻找替代的宇宙模型。或许，我们只需要摒弃一个没有人注意到的与现实有关的假设，帷幕就会被拉起，所有的黑暗势力都将烟消云散，满天繁星将再现光芒。
马修·查默斯：来自英国布里斯托尔的自由撰稿人，2012年在《科学美国人》杂志上撰文《后希格斯粒子时代》。他表示，发现希格斯粒子之后，要对这种粒子进行更精细的研究，大型强子对撞机（LHC）已无法胜任。现在，科学家提出了4种方案，建造新一代对撞机，提高研究精度，以期发现标准模型之外的物理现象。
希格斯粒子进入了死胡同
希格斯玻色子的发现让历史上最精确的科学模型——粒子物理学标准模型得以完整。但是，“一个故事的结束，也是另一个故事的开始”，这也预示着新问题即将出现。
1964年2月，披头士乐队心中时刻想的就是让美国为之倾倒，而彼时彼刻，一些强大的物质也在理论物理学家穆雷·盖尔曼的大脑中盘旋。盖尔曼思考的问题是：组成物质的质子和中子本身是否也由更小的物质组成呢？他将这种更小的物质命名为“夸克”。“夸克”一词是穆雷·盖尔曼改编自爱尔兰作家詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根守灵夜》（FinnegansWake）中的诗句：“向麦克老大三呼夸克。”取这一名字仅仅因为盖尔曼喜欢这个单词的发音，就像夸脱一样。
那时，物理学对变革理念的渴求就像困在沙漠中的人对绿洲的渴求一样强烈。科学家们在宇宙射线中发现了几十个奇异的新粒子，这似乎不合情理也毫无缘由。盖尔曼发明的夸克使质子、中子和所有这些新粒子可以被描述为两个或者三个更基本的粒子的组合。
对于大多数物理学家来说，这一想法有点太过于超前了。新粒子打破了既定的规则，因为其拥有+2/3、-1/3这样的电荷，而且，科学家们或许也从来不会看到这些粒子“独自起舞”。情况为什么会变得这么奇妙呢？
为什么就不能如此呢？现就职于墨西哥州桑塔费研究所的盖尔曼反驳道：“每个人都在说，这也不可能，那也不可能，但或许本来就毫无道理，或许自然就是如此奇妙。”事实似乎正是如此。现在，夸克似乎已经成为所有最耐检的理论模型——粒子物理学标准模型的基础。在40年的岁月中，标准模型展示出了不可思议的能力，在它的思路之内一次次地将理论学家们的梦想变成无可辩驳的事实（也许是理论学家的自圆其说）。2012年7月，欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）实验组宣称发现了疑似希格斯玻色子的粒子，这只是标准模型最新、最惊人、最引人瞩目的一次展示而已。
尽管科学家们已经取得了如此惊人的成就，但是，“盛极而衰”“物理学已日薄西山”等言语却不绝于耳。有了希格斯玻色子，明显不完整的标准模型变得更加完整、完满。但是，这并不表示该模型没有瑕疵（例如：越小、层次越深入的粒子的质量越大，即“部分大于整体”，相距越远吸引力越大即“近蔬远亲”，有违物质结构的哲学观念；不能自由地独立存在的粒子很难说是“基本”的粒子），而实验也无力再提供线索，供科学家们创建出更好的模型来弥补其不足。历史再次重演，粒子物理学理论再次呼唤全新的变革。“整体大于部分、全部大于局部、近亲远蔬”是放之四海而皆准的规则，标准模型理论却完全破坏了这些规则。不管谁说事实正是如此，我死也不信。
美国得克萨斯大学奥斯汀分校的理论学家斯蒂芬·温伯格于1974年提出了“标准模型”。温伯格表示：我并不希望这一术语成为教条，我希望它成为交流和实验的基础，让科学家们借此获得一些证据，证明标准模型是错的。标准模型的基本要义在一张明信片上就能表述清楚：6个夸克成双成对，构成除了质量以外其他一切都一模一样的三“代”；诸如电子和中子等6个“轻子”也采用同样的方式排列；另外还有一小撮玻色子在夸克和轻子之间传递自然界最基本的作用力。
关于这些粒子最重要的事情是，它们在本质上都是量子粒子。量子理论源于20世纪初非常关键的发现，这些发现表明，原子释放和吸收的辐射之所以具有这样的波长，只能够通过假定能量被打包成不连续的小份或者“量子”来解释。顺着这条思路，我们就能推导出一个怪异的二象性：在最小的尺度上，粒子是波，波也是粒子。这些“身份”含混不清的波-粒子的运动并不遵从牛顿经典力学，而是在抽象的数学空间中的奇异规则下跳着概率的舞蹈。
到了上世纪20年代中期，量子力学大体已经成型，也经受住了当时能做的实验的考验。但是，在上世纪20年代晚期，物理学天才、获得诺贝尔奖的最年轻的理论物理学家保罗·狄拉克和其他人开始探究将量子力学和爱因斯坦的广义相对论关联起来。这一举动在描述以接近光速运动的粒子方面迈出了关键的一步。自此，科学研究进入另外一番新天地。
1928年，狄拉克提出了一个电子运动的相对论性量子力学方程，即狄拉克方程。该方程拥有不止一个解，这似乎预示着存在着这样一种粒子，其属性和电子类似，但是，电荷相反。五年后，科学家们在宇宙射线中发现了这种“正电子”。理论学家们也顺势而动，提出了“反物质”这一概念。电荷符号和质量符号同时相反的粒子，并不能与正能量的反物质粒子对号入座，它们应该是负能量物质粒子。
量子场论作为标准模型的理论基础，也是上述逻辑的集大成者。用场来传递力这一想法可以追溯到19世纪英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第。但是，量子场的数学结构给这些量子场赋予了一些奇怪的属性：它们可以从空无一物的真空中制造出粒子，再让其湮灭于无形。因此，根据量子电动力学理论的观点，两个电子之所以会相互排斥，是因为一个光量子（光子）“作祟”，光量子是电磁场的量子粒子，不知所起而且会从一个电子传到另一个电子那儿。无数个这样的“虚拟”粒子不断出没，会轻微地改变经典电子或者说“裸”电子的属性。自从上世纪40年代以来，很多实验都证实了这种变化，而且，精确程度令人瞠目结舌。
量子理论将其他力囊括其中也颇费了一番功夫，花费了更长时间。在辐射衰变中将一种粒子变成另一种粒子的弱核力很长时间以来都被难以控制的无穷大所困扰。这就使得除了最简单的一些效应以外，其他计算都陷入无望。时间继续向前推进，到了上世纪60年代，温伯格等人终于找到出路，将弱核力与电磁力统一成弱电力，这种弱电力只在能量极高的环境（比如早期宇宙）下才会“现身”。
正如狄拉克方程预言了反物质（实为负能量物质）的存在一样，这一理论也预示了可能存在一些迄今还没有被看到的粒子：大质量的W和Z玻色子——其主要作用是传递目前已经从弱电力中分离出来的短程弱核力以及希格斯玻色子。希格斯玻色子一定要存在，才能确保W和Z玻色子在统一的弱电力被分解成电磁力和弱核力的所谓“破缺”过程中获得质量，从而将弱核力限制在原子距离范围内；然而，与此同时，传递电磁力的光子则不会获得质量，这就使得它们能够自由自在地在宇宙中穿梭驰骋。
与此同时，强核力（让原子核紧紧依附在一起的作用力）的量子场理论也上演了一出“咸鱼翻身”的好戏：用该理论的联合创立者、美国加州大学圣巴巴拉分校的戴维·格罗斯的话来说，就是“从闹剧到胜利”。量子色动力学也是盖尔曼创造出的一个术语，量子色动力学通过将夸克之间的相互作用描述为它们不断交换8种携带“色荷”的胶子，最终让夸克名声大噪；该理论还展示了夸克非常独特的一点：那就是两个夸克距离越远，它们之间的作用力就越强。格罗斯说：“该理论不但揭示了为什么质子看上去由夸克构成，而且也解释了为什么这些夸克从来不会被拉出质子的管辖疆域。”
上述基本上就是标准模型的全部故事了。到了1973年，披头士乐队的成员们已经分道扬镳。在接下来的一段时期内，科学家们做出了一连串激动人心的发明，使得标准模型最终成型，其中包括约束所有粒子的行为的弱电统一理论以及仅仅对夸克和胶子起作用的量子色动力学。标准模型不仅充满智慧而且非常优美（或许这只是提出者和继承者的自我感觉）。标准模型的方程式具有极端完美的对称性，不仅描述了自然界中各种力的本质和特征，也告诉物理学家们应该前往何处寻找什么新粒子。至少在它的理论框架之内沿着既定的思路思考是这样。
果不其然，新粒子在粒子对撞机的数据中逐个“显山露水”，这让理论学家们狂喜不已。上世纪60年代末，科学家们就已经在实验室获得了三个夸克存在的证据。但是，直到上世纪70年代末，美国物理学家们才推测出第四和第五种夸克粒子的存在，并最终在1995年推测出第6种“顶”夸克粒子的存在。注意夸克的存在是推测出来的而不是发现的。夸克不能独立存在又使夸克存在的“发现”底气不足。
到了2000年，最后一个轻子τ中微子才被科学家们收入囊中。在这场发现新粒子的战争的另一端，德国汉堡城外的德国电子同步加速器研究所（DESY）的科学家们于1979年捕获了胶子；欧洲核子研究中心的科学家们在1983年抓住了W和Z玻色子。当时光机器运行到2012年时，欧洲核子研究中心的科学家们才疑似发现了标准模型预测的最著名的也是最后一种粒子——希格斯玻色子。作为强相互作用理论基本框架的夸克模型中有一个机制，叫作夸克禁闭。所谓夸克禁闭，就是在大距离上，单独的自由的夸克是不存在的，是永久性地被禁闭的。传递强相互作用的胶子也是永久禁闭的，所以夸克和胶子的直接测量是理论上被禁止的。所有关于“某某夸克已经被探测到了”的报道都是间接的探测。世界上根本就没有夸克探测器。像此类间接实验，在粒子物理中越来越多，越来越间接，越来越难重复，这是实验高能物理研究的一个软肋。
对于温伯格来说，标准模型的胜利之路显得非常特别。他说：“你在办公桌上用一些数学公式和概念来打发时间，然后发现，在花费了数十亿美元之后，实验物理学家们证实了这些想法，难道还有比这更加特别的事情吗？”既然如此，为什么他和其他科学家并没有想象中得那么高兴呢？原因也不是很复杂。我们始终不能忘记：不能独立存在的粒子更有可能只是一种牵强附会的解释而不是真正实在的粒子。换一种思路：不存在的东西也可以说成是永远被禁闭的。这种思路也许可以让我们的后辈清醒过来，也足以能给沾沾自喜而头脑发热的人当头一瓢凉水。
令人惊奇的特征
原因多种多样。有些还涉及到美学。例如，为什么粒子会被分成三代？为什么最重的夸克的质量是最轻的夸克的7.5万倍？标准模型的方程式或许非常简洁优美。但是，为了让它们具有预测中的能力，科学家们必须为其设定20多个“自由”参数，比如粒子的质量等。一个真正基本的理论，应该能够借助量子理论的力量，或者某些还没有人想到的更深层的理论，来清除这些恼人的枝枝蔓蔓。通过人为地调整参数而变得与实验事实相符，更像是凑合而不像无懈可击的解释。由于是间接发现，因此夸克和希格斯粒子的质量都不能准确地确定。
实际上，从技术上来讲，标准模型并没有统一强核力。弱电理论和量子色动力学只是被捆绑在一起，并不像弱核力和电磁力在量子层面上统一在一起。这也是科学家们在朝着最终获得万物之理的艰难路途上最先遇到的一个“拦路虎”。不仅如此，还不算我们之前谈到的引力，迄今为止，引力还是用广义相对论来描述的，而广义相对论显然与量子理论不合拍。既然说到了重力，为什么与其他作用力相比，重力显得如此虚弱不堪呢（两个质子间的电磁力的强度是质子间引力的1038倍）？这个所谓的“等级问题”是标准模型最令人困惑不已的特征之一。
也有实验证据表明，标准模型并非那么尽善尽美。比如，科学家们原先假定没有质量的中微子实际上却有很小的质量。这玷污了标准模型的数学一致性，或许也会成为科学家们创建标准模型以外的新物理模型的第一个指针。更神秘的仍然是暗物质和暗能量，宇宙学家们认为，宇宙96%的成分都由这两名“暗势力”组成，不过，标准模型对其身份仍然“缄口不言”（实际上也是无法描述的）。
面对这些沟壑，理论学家们又开始向一直行之有效的老办法求助：用新粒子和对称性来填补空白。但这一次，现实似乎不买账。目前为止，还没有一台粒子对撞机找到意料之外的奇异粒子的蛛丝马迹，即使大型强子对撞机也概莫能外，尽管该机器目前还没有达到最高能量运行的状态。温伯格表示：“极有可能，大型强子对撞机能做的就是继续验证标准模型的正确性而已。”
那么，接下来我们应该怎么办呢？简而言之，我们并不知道。我们没有从大型强子对撞机或者其他地方得到进一步的引导，我们会发现我们自己同希腊哲学家德谟克利特当时的境遇差不多——当时，他提出物质不可能被无限制地分割，2000年以后才被实验推翻。值得我们记住的是，第一个符合德谟克利特的描述的“原子”并非整个故事的结局。尽管标准模型取得了如此巨大的成功。但是，对于盖尔曼的夸克是否会成为另外一个“原子”，我们仍然一无所知。
不顾一切地寻找万物之理
一个最终将所有物理学理论整合在一起的大一统理论似乎还和以前一样，距离我们非常遥远——但是，这并不意味着我们应该停止追寻这个梦想的脚步。
责备古时候的希腊人吧，一切都是他们引起的——是古希腊的一些科学家首先开始反对过去流传的种种神话创世说，提出世界的本原是一些物质性的元素，如水、气、火等，从而拉开了现代物理学研究的帷幕。责备古希腊人这一想法或许听起来足够合情合理。但是，潘多拉的魔盒一旦打开，就无法再关闭。如果我们深挖下去，我们能够揭示现实的基础：物质最终由什么组成？其一举一动受什么规则支配。如果我们再进一步深究，我们将最终获得金矿——天地万物如何运转的理论。
在某种意义上，我们已经做得足够好了。量子理论的奇异之处或许让我们迷惑不已。但是，建立在其上的粒子物理的标准模型则将一切简化为几个基本的粒子以及仅仅三种力。广义相对论提出的时空弯曲理论，用令人惊叹的精确性描述了一个被第四种力——引力所支配的宇宙，为我们提供了另外一种看待宇宙的角度。是的，这两个理论各有千秋，但是，我们最终能找到一个将二者合二为一的万物之理吗？
如果用这个问题询问很多物理学家，他们可能会暴跳如雷。“基本的粒子物理学已经非常完美了，就像俄国化学家季米特里·伊万诺维奇·门捷列夫制定的元素周期表一样。”英国牛津大学的科学家戴维·德驰表示，“元素周期表一直在给事物归类，而且也承认存在着一个基础结构，只是，我们并不知道这个基础结构是什么而已。”
关键的问题是，量子力学和广义相对论从根本上而言并不兼容。一般而言，我们用相对论来描述非常大的物体，比如星星、星系乃至整个宇宙等；同时，我们则借用量子理论来阐述非常小尺度的物体，比如分子、原子、亚原子粒子等，这都没有问题。但是，为了完全而彻底地理解整个宇宙，我们必须知道微小的新生宇宙为何会变得如此庞大：追溯到大爆炸时代，就需要两个理论一起工作才行。
黑洞的存在也需要如此。就像斯蒂芬·霍金和以色列科学家、黑洞热力学的奠基人之一雅各布·大卫·贝肯斯坦在上世纪70年代所证明的那样，黑洞这样符合广义相对论的庞然大物或许会破坏被量子理论所禁止的信息。
即使像时间和空间这样基础的事物也会告诉我们，当量子理论和广义相对论相遇时，情况会变得多糟糕。相对论的时空是一个平滑的四维毯子；而作为标准物理模型基础的量子场理论则表明，时空是由大小约为10-35米的像素点单元所组成，量子场论甚至并不将时间看成是真实且可观察的事物。量子场论只能将所有的基本粒子当作点粒子，不能描述基本粒子的自旋。
当物理学家们被要求在量子理论和广义相对论之间做出一个选择时，大多数物理学家可能会将钱压在量子理论那边，他们认为量子理论是“对”的，因为量子理论的数学基础是一个非常成功的棱镜，让科学家们得以纵观整个世界。当然，也有些人继承了爱因斯坦的衣钵，对量子力学看起来的“不现实性”、怪异性以及表面不相关的物体之间反常识的联系提出了质疑。这些科学家们认为，如果我们不能为“这些联系为什么会如此”找到令人信服的物理原因，量子理论或许只是某些更好的理论的近似。
科学家们试图打破这一僵局，为此，他们提出了一些受到广泛支持的数学概念，诸如对称等。其中之一就是超对称，科学家们普遍认为超对称是通往弦理论的一站，弦理论也是科学家们认为可以成为万物之理的候选理论。弦理论预测，空间中隐藏着其他我们目前还没发现的额外维度，诱发对称性嵌入这些维度会让能量弯曲成几何状态，这些几何形状看起来就像某些基本粒子，或者像空间遇到质量时发生弯曲的方式。
弦理论也对粒子进行了很多可靠的描述，其中包括科学家们一直在努力追寻的引力子——一种携带引力的量子粒子。因此，弦理论只需几步就能在量子理论的基础上，将自然界中的四种作用力统一起来。但是，与其他为万物之理而提出的架构一样，弦理论也存在着巨大的缺陷。美国亚利桑那州立大学的科学家保罗·戴维斯表示：“弦理论确实预测了新事物，但是，在可见的未来，科学家们几乎无法测试它正确与否。”
荷兰内梅亨大学大学的雷纳特·洛尔表示，这种无能为力意味着万物之理或许根本就无法获得。英国帝国理工学院的克里斯·依沙姆表示：“过一段时间，你看会在报纸上看到万物之理，此时，弦理论正当盛年。但是，它也会完全过时，走进历史的故纸堆中。”依沙姆认为，从心理上来讲，万物之理“非常令人振奋”。但是，我们并没有理由认为万物之理确实存在，或者我们能发现它。我们已经利用数学做出了如此众多的科学发现，这的确令人惊叹。但是，这并不意味着我们能继续沿着这条路前进，并做出更多重大发现。
德驰认为：“数学只能揭示抽象对象的真相。而物理学与其说是试图研究这些对象，还不如说是发现哪个对象更符合现实。据我们所知，迄今为止，我们用来构建物理学理论的纯数学的比例非常小。”
例如，粒子和场以及空间和时间之间的所有关系都能用一系列可在图灵机（图灵机是我们目前广泛使用的计算机的基础）上计算出来的数学运算表示出来。但是，德驰指出，为了在获得万物之理这条路上取得进步，我们可能需要进入一些目前无法由计算机计算出来的数学领域。
而且，德驰进一步表示，我们必须摒弃过去几个世纪里已经让我们取得巨大进步的一个想法，那就是，如果我们从数学开始进行研究，现实也会跟着数学方法走。相反，我们必须首先用我们对物理宇宙的理解来解决问题，即宇宙中的物质正在慢慢减少，或者为什么引力比其他作用力更加微弱等；另外，我们也要尽力弄清楚，我们的宇宙观发生什么变化才能解决这个问题。德驰指出：“很多理论物理学家们试图首先用数学方法开始，但这根本无济于事，永远不会成功。”
万物之理值得我们如此劳心费神吗？戴维斯认为，是值得的，只是我们必须清楚，即使万物之理——至少物理学家们如此定义它，也可能无法解答所有问题。戴维斯说：“万物之理将有助于我们揭示生命的起源或者意识的本质这样的问题。”美国哈佛大学的理论物理学家丽莎·蓝道尔也是粒子物理学和宇宙学领域的权威。她则说得更加直接。她说：“即便我们最终知道了这个作为基础的理论，那么，我们打算如何解释我们的存在这个事实呢？”
或许，推动科学家们持续不断地进行研究的最大动力并不在于我们最终会获得什么结果，而在于我们沿着哪条道路会达到这一目的。我们最大的、最能让生活发生翻天覆地变化的科学探索的动力来源是，我们希望让物理学变得更简单并将我们对自然界的各种纷繁复杂的理解整合在一起。比如，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦将我们对电和磁的理解统一在了一起，为有史以来最现代化的技术——信息技术提供了理论基础；爱因斯坦则用简单的方程式E=mc2将与质量和能量有关的概念集成在一起，引领人类进入核时代并获得其他高新技术。“从历史的角度来看，科学家们的努力探索都会给我们带来一定的成果，引导我们前往一个更现代化的社会。”戴维斯如是说。
但戴维斯同时也强调，对于任何仅仅因为一己之私追寻万物之理的人来说，最终都可能面临着铩羽而归的风险，而且，这些人也面临着和19世纪晚期那些认为物理学已经完整的人犯同样错误的危险。戴维斯强调说：“你或许会提出一些不可思议的想法，然后庆祝这是人类文明史上的一次巨大进步，但总有人会提出更好的想法。”
物理学中的假定有：1)物理量的算符化；2）能量的量子化；3）波函数的几率解释；4）物理量的实验测量数值为算符的统计期望值的假定；5）量子力学和相对论的结合；6）二次量子化假定；7）重整化假定；8）费曼图的物理解释；9）核同位旋假定；10）规范协变性假定；11）弱同位旋假定；12）自发对称破坏假定；13）夸克假定；14）强同位旋假定，等等。这些假定一般都无法独立地进行验证，只能将一系列假定编织在一个理论中导出某些碰撞过程的散射截面与实验结果比较。这表明现有的物理学理论并不能坚不可摧，建立大统一理论的道路还很遥远。
用激烈言词表述的物理学危机
王令隽教授认为：20世纪理论物理之所以走入死胡同，就是因为理论物理学家们忘记了人类知识的传承性，追求颠覆性的“Newparadigm”，以至于彻底地颠覆了经典的规则和观念：时空观，因果律，质量与能量的本质区别，部分小于全体的逻辑原则，理论不容许任何悖论的反证法，测量精度与测量真实性的差别，空间的三位自由度，时间的一维单向性，时间与空间的相互独立性，以及经过物理实验反复验证的基本定理如物质不灭定律，能量守恒定律等等，还有科学知识源于实践，科学假设必须经过独立的直接检验的基本原则。
基本粒子自旋是不需要相互作用的一种自身运动现象。不需要相互作用且位置不移动，决定了它起因于粒子内部的组成、结构和功能。可是，被称为“现代科学技术的两大支柱”的量子力学与相对论均无法描述发生了自旋的粒子内部存在“是什么”或“怎么样”。反过来理解也一样：粒子的下一个层次的结构理论的出现对现有的相对论和量子力学自身的发展并没有多大影响。
以量子力学为基础发展而成的量子场理论，仍然将测不准原理当作最重要的表述依据和出发点。我们知道，测不准原理中运动粒子的位置和动量、或时间和动能具有互补性，是海森堡在分析粒子运动波函数ψ=ae2лi(px-Et)/h的动量或能量取值时演绎出来的。它表现的是波动性粒子个体运动存在特性：我们既不知道基本粒子的运动为什么会有这种存在特性，也不知道组成原子的电子在原子内部特殊空间中的运动、与电子个体在穿过狭缝时的运动，是否遵循了相同规律。电子在穿过狭缝时经过了随机干扰，而电子在原子内部没有被随机干扰只是处于被束缚状态。随机干扰状态与束缚态毕竟是很不相同的。我们又有什么理由认为，电子在原子内部特殊空间的运动仅符合统计规律而满足量子力学的测不准呢？
狭义相对论中时空相对性效应，是有静止质量物体在真空中自由运动的存在特性，而以光速运动的粒子、热力学系统、物体在受力中的静态平衡，就都不遵守狭义相对论规律。因此，狭义相对论也并非普通真理。而且，根据狭义相对论，只要粒子个体运动确定了，它自身的时空特性也就唯一地确定了，与组成粒子的基元在复合粒子内部的空间中怎样运动毫无关系。即，测量整体粒子所发现的的时空相对性，与基元怎样运动无关。就是说，对于我们的实际测量而言，组成复合粒子的基元的运动与我们可观测的时空相对性完全无关。光速不变原理和相对性原理的适用范围都是有限的，且光速不变原理与相对性原理之间有矛盾。几乎所有声称验证了相对论的实验都存在不支持相对论的地方。爱因斯坦巧妙地通过在前提中局部违反“一义性”而实现了理论整体对“一义性”的虚假满足。相对绝对论明显比相对论更为辩证。
现代物理学在微观方向深入到粒子内部，创建标准模型及其基础量子场论所做的探索，作为用数学做形式化表述的物理模型，完全不具有形式化理论的公理系统自洽性。即标准模型的公理系统并不是一个定义严谨的集合，从逻辑学考虑完全是不可信的。例如上面指出的：部分大于整体、远亲近蔬、越基本的粒子越不能自由独立地存在，等都是破坏公理系统自洽性的。换言之，它们都不是不正自明的。
也许正是因为有上述这些考虑，为标准模型做出卓越贡献的格拉肖，他在诺贝尔物理奖领奖演说词中就郑重其事地说：“让我强调一下，我并不相信这个标准理论作为一幅正确而完备的物理图象永远存在下去……标准理论也许会作为终极理论的一部分而存在下去，也许终于证明是根本错误的”。
现代物理理论在宏观方向上的发展（例如，在宇宙学中使用广义相对论、核理论、热力学理论等）也存在一些问题。
1、现实的原子核以组成原子的常温方式存在，理论还只是经验性的，并不能表述高能下的原子核。常温的原子核与高能碰撞的原子核遵守的是完全不同的规律。对以宇宙大爆炸的极限条件为环境的原子核，直接与物质的“原始汤”相关联，与地球上的常温原子核有完全不同的受力条件及存在方式，它们遵循的规律性必然不同。
2、常温的热力学系统，其基本特性是向着熵增加的方向做不可逆变化；对于大爆炸产生宇宙的系统，是要产生出大尺度宇宙结构的系统，与热力学系统变化方向正好相反，它们有完全不同的生成结果，也就必然遵循完全不同的变化规则。
3、对于广义相对论，它的描述内容是引力场与万有引力，在根据该理论写出的宇宙学方程中，决定宇宙模式的宇宙物质相对密度只能依赖于观测，即理论的公理化系统本身并不能推导出表述宇宙模式的规律。当然也绝对不可能表述“宇宙魂归何处”的宇宙演化和宇宙学大结构的产生。
上述简单的分析就充分表明：现代物理学在宏观方向，广义相对论、核理论、热力学理论等已有理论的公理系统，并不能必然地成为构建宇宙标准模型的公理系统。现代物理学的宇宙标准模型充满了潜在变数，也完全不满足形式化数学理论的公理系统自洽性的基本要求，明显不可靠。它需要用暗物质、暗能量和暴胀场来满足其形式化数学表述的需要，就是证明。
在宇宙标准模型中，认为星系聚集成团块及星系中恒星转动，都是引力场提供引力实现的。然后根据爱因斯坦引力定律就断定宇宙中有大量暗物质。对观测到的宇宙学红移，认为是空间膨胀所致。为了给膨胀加速提供动力，也断定宇宙中还存在有大量暗能量。可是，暗能量和暗物质所占的比例高得离谱，以致可以为灵魂和鬼怪的存在提供物质基础。
我们知道，参与电磁作用的物质，有电磁辐射就一定可观测。由于暗物质和暗能量都不可观测，就认为它们一定不参与电磁作用，称它们是电磁力缺失的物质。可是，人们从来没有发现过电磁力缺失的物质。
特别严重、而且显而易见的问题是：如果是约97%的物质不参与宇宙学演化，他们为什么不决定宇宙命运，而非得是约3%的物质把宇宙弄成了现在模样？又一个问题是，既然暗物质暗能量与普通物质一样也有惯性，也满足力学规律，它们为什么又变得不可观测呢？
显然，不论是上述哪一种可能，也都是宇宙标准模型、乃至现代物理理论的灾难。这样，从宇宙标准模型公理系统就推出了在现代物理理论中完全矛盾的结论，完全违背了形式化公理系统相容性的基本原则。为了与形式化数学相符，宇宙标准模型请出了暗物质、暗能量和暴胀场这三尊“神”，不是请来了救世主，而是为自己请来了掘墓人。现代物理学在宏观方向，为宇宙探索形成的宇宙标准模型，不可靠、不可信已是千真万确的了。
如上所述，现代物理学中，不论是微观方向深入到粒子内部的探索，还是宏观方向涉及的全宇宙，量子力学、相对论及现存理论的公理化系统，都不是进一步探索的可靠依据与出发点。
这一结论的实质是：美妙的量子力学与相对论虽然被证实是正确的，但它们都是有限真理。量子力学与相对论各自的公理化系统并不能完全相融。这就很容易说明它们就都是有其自身适用条件的有限真理。
李政道教授2001年在北京人民大会堂的报告就指出，当今物理学有如下四大问题：（1）为什么三大作用的理论都是对称的，但实验结果却是不对称的，对称与不对称有什么关系?（2）为什么一半的基本粒子(夸克)不能单独存在，是看不见的?（3）为什么全宇宙中9O％以上的物质是我们看不到的暗物质?（4）至少知道了100万个类星体，每个类星体的能量是太阳能量的1015～l016倍，它们的巨大能量到底是从哪里来的?
上述四大问题的存在也充分表明：现代物理学深入到粒子内部，或涉及全宇宙的探索，量子力学与相对论并不是都有效，它们并不是解决自然界所有奥妙的普遍的终极真理。
不论是现代物理理论自身、还是用现代物理理论实现的探索，所有事实都清楚地表明：现代物理学，不论是深入到粒子内部、还是涉及全宇宙的探索，对量子力学、相对论及其它现代物理学理论，都需要有革命性的突破，从而使物理学又一次爆发大革命。
物理学危机的小结和提炼
综上所述，物理学的全面危机体现在以下方面：
必须请出暗物质、暗能量、暴胀场这三个幽灵；支持希格斯机制的希格斯粒子的发现有可有是本世纪中最大的骗局；违背“整体大于局部”、“远蔬近亲”、“不能独立存在的粒子不可能是最基本的”三大原则的夸克理论和夸克的实验发现也有很大的可能是个连环骗局；违背“定域实在的最基本的实体不能分身”的规律的“波-粒二象性”概念不可靠；“认为一切都是相对的”太偏激了，从哲学上看，相对绝对论一定要比相对论更辩证。
第二部分：接下来我们该怎么办？
雅各布·大卫·贝肯斯坦：以色列耶路撒冷希伯来大学的理论物理学家、黑洞热力学的奠基人之一，他指出，宇宙间的暗物质、暗能量等“黑色幽灵”对爱因斯坦的理论是否正确提出了质疑。
应该抛弃相对论吗？
广义相对论似乎已经成功地嵌进现代社会的血液中。的确如此，尽管大多数太阳系和天文学现象仍然采用牛顿的重力理论进行计算，然而，如果没有GPS（全球定位系统）这个小玩意，我们什么事情也做不了，而GPS则与相对论脱不了干系。因为GPS的误差来源里有一项是相对论效应的影响，通过相对论效应修正才能得到更准确的定位结果。其中的相对论效应虽然名为“相对论效应”，实际上与相对论框架内的光速合成规律是矛盾的。
在重力场很强的太阳系系统和双脉冲系统内，广义相对论已经被精确地测试过。但是，在重力场比较弱的大尺度上，广义相对论从来没有被测试过。暗物质和暗能量这对“黑暗双煞”还没有被科学家们了解清楚会让广义相对论陷入失败吗？
有些科学家认为会，他们也取得了些许成功。例如，以色列魏茨曼科学研究所的摩德埃·米尔格鲁姆于上世纪80年代提出了修正的牛顿动力学（MOND）理论。该理论认为引力和质量之间具有另外一种关联。依照他的理论，当物体质量非常轻时，并不遵循牛顿定律。MOND解释了星系奇怪的旋转现象，其解释方法比广义相对论使用暗物质解释更好。另外，科学家们提出的用来替代相对论的“f（R）”引力理论构建的宇宙模型尽管没有包含暗能量，却表现得好像已经将暗能量的作用囊括其中了。
但是，没有一个理论尽善尽美。首先，MOND并没有很好地解决星系簇内单个星系的运动，而“f（R）”引力理论并没有很好地描述引导科学家们提出暗物质这一概念的不规则的星系旋转。
广义相对论或许仍然坚挺。如果暗能量是爱因斯坦硬塞进其广义相对论方程式中的珍贵的宇宙常数，那么，其令人信服的来源是真空能。引力场毫无疑问会扰乱真空，让出现在星系和星系簇内以及周围的能量集中在一起，就像暗物质一样。我们很难想象目前的量子场论可以集中如此充足的能量。或许某一天，明智地使用量子物理学可能会揭开笼罩在暗物质和暗能量头上的神秘面纱。
克里斯·克拉克森：南非开普敦大学的宇宙学家，他认为，假设我们在宇宙中身处何处或许会歪曲我们对宇宙的看法。
应该摒弃哥白尼原则吗？
无论我们朝哪一个方向看，我们看到的宇宙好似非常一样。这说明，我们在观察一个事物时所处的位置并不特殊。
这是哥白尼原则的一个假设，听起来似乎合情合理。但是，很难证实我们在遥远的星系中的所见所闻与我们身处地球时的所见所闻会有何区别。哥白尼原则（TheCopernicanprinciple），这是物理学和哲学的一条基本法则，以文艺复兴时代提出“日心说”的波兰天文学家尼古拉·哥白尼命名。它的定义是：没有一个观测者有特别的位置，宇宙各处看起来应该都一样。
哥白尼原则要是不对怎么办呢？科学家们对超新星在不同距离范围内的观察使我们相信，宇宙正在加速膨胀，暗能量必须存在。但是，因为光速是有限的，我们看进太空的距离越远，我们需要的时间也越长。令我们惊奇的是，随着时间的演进，空间中发生的变化可能会很容易同演化混淆。这样说来，暗能量或许只是一个幻觉。
让我们将球形的天空想象成一颗洋葱，其由几层密度不同的物质组成。在密度大的地方，引力的凝聚力会阻碍宇宙的膨胀。如果我们居于一个密度比较低且膨胀率比较高的中央空白处，并从各个方向向外看向那些密度比较高而且膨胀率比较低的地方，对我们来说，宇宙膨胀似乎在最近一段时间内一直在加速。
在宇宙大爆炸后的一霎那，这样一个宇宙的膨胀环境或许会发生变化，以产生这样庞大的低密度区域。但是，它将违背神圣的哥白尼原则：其他坐在该洋葱中的人将看到一个完全不一样的不均匀的宇宙。
尽管我们正处于中央空白处的几率微乎其微，不过，也有可能发生。但是，研究遥远的星系簇周围的宇宙微波背景温度的变化使我们能从遥远的地方“看见”宇宙，并且告诉我们宇宙是否均匀。但，最新的观察表明宇宙并不均匀。
摒弃了哥白尼原则的模型可能需要进行很多微调，才能同现实相符。
马克斯·特格马克：美国麻省理工学院宇宙学家，他提出了一种新的宇宙终结理论，该理论认为宇宙最终将会以“大崩塌”的方式结束，而该终结模式似乎在逻辑上难以避免。在他的观点中，与大爆炸有关的最好的理论在逻辑上是自毁的。
应该重新思考宇宙暴胀理论吗？
暴胀始于一个伟大的起点。人们认为，宇宙以一种新奇的很难稀释的物质的一个亚原子粒子开始，而且该粒子的数量不断加倍，最终制造出了宇宙大爆炸和我们现在看到的几乎整齐划一的、平滑的宇宙。
不仅如此，宇宙甚至变得更好。暴胀也产生了随机量子波动，这些波动产生了今天我们看到的满天繁星、星系以及其他更大的天体结构。暴胀理论也作出了很多非常精确的预测。例如，用来测量空间平滑度的量——欧米茄（Omega）的平滑度应该等于1，而实际上科学家们测出其等于1.003±0.004，真的是非常接近，太神奇了。
但是，就像一个顽强的上了年纪的教授一样，暴胀也开始退休。暴胀理论预测，在我们的宇宙遥远的部分，这一过程会永远持续下去，产生一个不仅非常大而且真正无限的空间，其中包含有无数个星系、恒星和行星，甚至像我们一样的人类。这一空间内的随机波动让物质在不同的地方呈现出不同的分布方式，因此，会有无数人观察到一个值接近1的欧米茄（Omega）；无数人观察到一个值接近2的欧米茄（Omega），诸如此类等等。
那么，有很多其他人观察到的事物和我们看到的一样，会出现什么可能的情况呢？无用的、正式的答案是无限除以无限，似乎毫无用处。我们的宇宙学家们仍然没有就如何将这一无用的答案变成有用的事物达成一致意见。因为膨胀，我们几乎无法预测出任何可能性。我们将这称为“测量问题”，并且，将其看成今天的物理学家们面对着的最深的危机。从逻辑上而言，我认为，膨胀具有自我破坏性，破坏了促使我们起初对它严阵以待的预测。
老实说，我并不觉得任何其他富有竞争性的理论能够更好地解释暴胀。我估计，一旦我们解决了“测量问题”，某种形式的暴胀仍然会保持下去——但或许并非最终极的那种。所有的问题都源于无限，尤其是假设空间能够被永远延伸而不会分崩离析。我并不愿意质疑这个激进的假设，可是，我们似乎应该这样做。
弗朗克·韦尔切克：因发现强相互作用理论中的渐近自由，而荣获2004年诺贝尔物理学奖。韦尔切克表示，美学告诉我们，超对称或许会突破标准模型的僵局。
应该重视美
标准模型确实非常强大而且形式简洁优美。科学家们如果真的发现了希格斯玻色子那就锦上添花。2012年7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家们宣称，他们发现了一个隆起的峰，并断定所发现的隆起的峰不是噪声的可信可能性高达99.99994%。断定这个隆起就是一种新的亚原子粒子且是希格斯玻色子（即传说中的“上帝粒子”）还有一定难度。他们并没有证实这种粒子的基本特性。况且不能独立存在的的粒子总让人对它的存在心理不踏实。1964年，科学家首次提出希格斯玻色子是物理学粒子标准模型中最后缺失的一部分，标准模型是一套描述强作用力、弱作用力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。根据该理论模型，希格斯玻色子必须存在从而赋予其他基本粒子质量。希格斯玻色子的“现身”证实了标准模型的完整性。
而且，更为重要的是，这是科学家们几十年科研探索的集大成者。就像在大海中捞针一样，我们首先必须完全理解大海和针。为了发现大型强子对撞机（LHC）制造的“迷你宇宙大爆炸”中的希格斯玻色子的罕见踪迹，我们必须了解基础物理学。标准模型几乎是大自然给予人类的最美妙的果实。
可惜，标准模型是作用力和粒子的大杂烩，没有获得完整的统一性和一致性。在标准模型中，标准模型最早部分——麦克斯韦方程组统治了电磁学。公正地来说，麦克斯韦方程组以平衡和优美著称。标准模型最新部分的方程式描述了强核力，这部分也具有令人愉悦的对称性。但是，强核力并不需要电荷和载力子（光量子），它们需要3个“色”电荷和8个胶子。而弱核力则引入了另外3个载力子。上述所有这些使标准模型看起来有点别别扭扭的——凑上去的人为辅助性假设太多了。
鉴于此，我们希望能够获得更大更好的方程组，使其具有更好的对称性和平衡性。从逻辑上而言，超对称就是这些想法的集大成者。它假定存在着一种基本的对称性，使力能够变成物质，物质也能变成力。同时，这些方程式作为整体具有同样的内容。通过让自然界的粒子博物馆里粒子的数量加倍——为每个组成物质的费米子制造出一种携带力的玻色子或者相反，可以做到这一点。
朝着这条道路一直追寻下去，我们会获得比较大的成功。经过扩展后的新理论可以精确地预测强核力、弱核力、电磁力的强度之间的比率，标准模型听任这些参数摆布。
我相信这个成功绝非偶然。但是，在科学上，相信只是一种手段，而不是最终目的。超对称性预测了具有独特属性的新粒子，随着大型强子对撞机以更高的能量和密度强度操作，这些粒子会逐一进入我们的视野中。这一理论很快将经受严格的考验，它或者会给我们提供我们所需要的，甚至给我们惊喜，或者一切只是竹篮打水一场空。
丽莎·蓝道尔：哈佛大学理论物理学家，粒子物理学和宇宙学领域的权威。她有点担忧地表示：“我们或许无法获得超越标准模型的答案。”
到我们提升对撞能量的时刻了吗？
如果超对称能解决标准模型的一个核心问题——同其他基本作用力相比，引力为何如此微弱，那么，超对称预测的其他粒子的质量应该比较低。当大型强子对撞机开启时，很多人满怀乐观地认为，超对称就在不远处。
而实际上，以前的加速器实验已经很好地排除了最简单的这个超对称版本。没有在大型强子对撞机内发现低能粒子也说明了这一点。因此，如果超对称要发挥自己应有的作用的话，它一定拥有一个更灵敏更复杂的形式，而且，其涉及到的粒子的质量也应该更高。
不过，超对称并非唯一可能的答案。大型强子对撞机也正在搜索其他可能的证据，包括我和同事拉曼·桑壮首先于1999年提出的一个模型。我们的这个模型认为，我们身处的四维宇宙坐落在一个“膜”上，膜内的宇宙拥有第五维度。科学家们假设能传送引力的基本粒子引力子集中在该膜内，只有一小部分“泄露”到我们生存的四维中。这就解释了为何引力相对电磁力、强核力和弱核力相对来说比较孱弱。
这些模型预测，粒子会从额外的维度获得动量，因此，在我们看来，虽然是同样的粒子，但其质量其实更大。它们的质量应该最少有几个电子伏特，或许更高，与它对应的低质量的粒子可以被观察到。但是，大型强子对撞机制造出的这样的粒子也可能急剧下降到几个电子伏特。
这就将我们置于一种非常不安的境况。在大型强子对撞机提供新的发现之前，我们并不知道哪个理论是正确的。如果大型强子对撞机再也不能提供新的发现，我们就很难有理由制造某些更大的机器。不过，我并不担心物理学领域没有新东西供我们发现，我担心我们可能没有钱来做这些事情。
珍妮特·康拉德：麻省理工学院中微子物理学家，她认为，中微子这种令人捉摸不透的粒子已经为我们提供了打开新的物理学大门的钥匙。
中微子会打败标准模型吗？
标准模型是所有理论中的巨人，其主要特点是庞大、强大，而且直到最近似乎都不可战胜。但其实，早在10年前，它可能就已经遇到过几乎将其完全打败的对手：中微子。
标准模型认为，中微子这种微小而神秘的粒子分为3个不同的类型或者气味。它们没有质量，仅仅通过弱核力相互作用，这使它们很难被探测到。
这种情况一直持续到1998年。当年，科学家们证实，中微子会“振荡”。意大利理论物理学家布鲁诺·庞蒂科夫首先提出此猜想，他认为特定味的某一中微子可以转化为不同的味。这是一个量子力学效应，只有在中微子有质量的情况下才能出现。这个粒子因此成为第一个而且也是迄今为止唯一一个超越标准模型的粒子。
如果中微子拥有质量可以让一切问题迎刃而解的话，我们或许只需要对标准模型进行修修补补就行。但是，我们现在看到了其他振荡的证据，如果只有3种中微子的话，这种额外的振荡就很难解释清楚了。这或许表明，还存在着其他“惰性”中微子，这种中微子并不通过目前已有的四种作用力来相互作用，但是，它能变成活跃的中微子，也可以由活跃的中微子变化而来。
如果这一全新的现象获得证实，那将会给我们迎头一棒。重新思考已知粒子的质量是一件事情，要在标准模型中添加一种全新的粒子则是另外一回事。我们或许可能需要一个新的理论来解释惰性粒子以及它们来自于何处。如果惰性中微子并不通过现有的已知的作用力发生作用，那么，它们通过什么力相互作用呢？这或许会成为解开暗物质之谜的关键。
对于上述问题，我们并没有清晰的答案，但是，关于惰性中微子的理论论文正以一周两篇的速度出现。
为什么我们要研究最细微的粒子呢？因为研究大粒子并不管用。
原载《科技日报》（2013-06-12三版）和《中国科技网》。记者刘霞。责编：王飞。收录时有删改并添加了苟文俭、王令隽和本书作者的更激进的言论。
《吹响科学大革命的号角》一书说明了接下该怎么办，那是不同于上述沿正统理论延续的新的思路。作者的工作和努力方向为：建立相对绝对论；建立定域实在论量子力学；创立细胞宇宙学说；建立“光子和真空极化物质起源和演化理论”。
下一节将更具体地描述相对论的危机。量子力学危机的更具体的描述见第九章第一节。
