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然而，与光子不同，胶子本身受强相互作用力的支配，而光子本身不带电荷，所以并不直接受到电磁相互作用力的作用。因此，光子可以传递长程作用力，所以我们才可以在数里之外接收到电视信号；而胶子如夸克一样，在相互作用的过程中并不能行进太远。胶子只能在小如质子的尺度上结合事物。
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如果我们以教科书式的严谨目光来审视质子且仅仅关注带有质子荷的元素，就会认为质子主要由三个夸克组成。然而，质子所包含的东西远比三个对其电荷有贡献的价夸克（两个上夸克与一个单独的下夸克）要多。在对质子荷有贡献的三个夸克之外，质子的内部是一片虚粒子的海洋，它们包括夸克-反夸克对与胶子。越接近质子，就能找到越多的虚夸克-反夸克对与胶子，真实的分布取决于我们探测它时所使用的能量。今天，我们把质子对撞在一起的能标上，可以找到它们的精确能量数值，这些能量由各种不同类型的虚胶子、夸克与反夸克携带。对决定电荷而言它并不重要，因为这些虚粒子的总电荷为零。然而正如我们稍后将要看到的，当需要得知质子中精确存在的事物以及携带能量的媒介是什么时，它们对预测质子对撞的结果来说，却是必要的（图5-6描绘了质子中更复杂的结构）。
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图5-6 大型强子对撞机在很高的能标上把质子对撞在一起，每个质子都包含三个夸克以及也参与对撞过程的很多虚夸克和胶子。
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既然我们已经来到了由强相互作用力结合在一起的夸克尺度上，我已经可以讲述在更小的尺度上将要发生什么了。夸克之中还有其他结构吗？电子之中呢？直到现在，我们还没有证据证实这样的事情存在。至今还没有任何实验给出更深子结构存在的证据。在我们的物质内部结构之旅中，夸克与电子就是终点站了——至少迄今为止是这样的。
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然而，大型强子对撞机探索使用的能标比过去高1000倍以上，因此我们可以在以往千分之一的尺度上，而这正是与质子质量相关的尺度。大型强子对撞机把两个加速到极高能标的质子束对撞在一起，这达到了前所未有的能标，堪称是里程碑式的壮举。大型强子对撞机中的质子束包含数千束以千亿计的严格校准的质子，它们被集中在极小的空间区域中，并被送到地下隧道中环行。1232个超导磁铁排列在加速环的两端以把质子束缚在束管中，电场则把它们加速到极高的能标。其他磁铁（精确数量是392个）精细调节粒子束的取向，以避免两个粒子束彼此绕行与相撞。
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之后（这一步是所有作用将要发生的一步），磁铁引导两个质子束在加速环中以精确的轨道环行，这样它们就可以在一个比人类头发丝宽度还小的区域内对撞了。当对撞发生时，这些被加速质子的某些能量将会体现为质量——正如质能方程式E=mc2 所告诉我们的那样。在激烈的对撞并释放出的能量之时，比以往更重的新基本粒子可能产生。
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当质子对撞时，夸克与胶子也偶尔在小区域、高能标内发生对撞，这有点像藏在气球中的石子，当气球对撞时这些石子也会撞在一起。大型强子对撞机提供的能量足够让我们感兴趣的事件发生，即对撞质子的个体组分撞到一起，其中就包括了对质子荷有贡献的两个上夸克与一个下夸克。然而在大型强子对撞机的能标下，虚粒子也带有质子中相当大的一部分能量。在大型强子对撞机中，虚粒子的“海洋”也随着于质子荷有贡献的三个夸克一起对撞。
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当它发生的时候，粒子数与粒子类型也会发生改变，而这是整个粒子物理学的关键。大型强子对撞机中的新结果会向我们揭示在更小尺度与距离上发生的事情。除了可能存在的子结构之外，它还将告诉我们在更小尺度上物理过程的其他方面。大型强子对撞机的能标是短距离实验的最前沿，至少在可见的未来是如此的。
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技术之上
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现在，我们对小尺度上应用现代甚至存在于想象中的技术的旅行的介绍已经走到了终点。然而，现代人类探索能力的极限并不足以抓住现实的性质。即便看上去我们顽强地发展了探索更小尺度事物的技术，然而我们也可以试着从理论与数学的论据出发，来推导那些小尺度距离上的结构与相互作用。
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自希腊时代到现在，我们已经走过了很长的一段路。我们现在意识到了，如果没有实验证据，就不可能确定在那些我们希望理解的极小尺度上存在着什么。虽然如此，即便是缺少观测结果，理论的线索也可以为我们引路，并可以启示我们发现物质与力在更小尺度上的可能行为。我们可以提出一些可能存在的假说，来帮助解释与关联那些在可测量尺度上的现象，即便我们并不能直接触及那些基本组分。
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我们现在还不知道，现有的理论推演中到底哪一个是正确的，甚至它们有可能都不正确。然而，即便缺乏接近极小尺度的直接实验手段，我们已经观察到的尺度限制着可以长久存在的事物，因为基本理论最终必须能解释我们已经看到的事物。即便是在更大的尺度上，正是实验结果限制着可能发生的事件，并把我们推向明确而特定的方向。
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因为还没有探索过那些能标，所以我们对其并不熟稔。人们甚至猜测，在大型强子对撞机实验的能量到更高的能量、更短的距离之间的尺度与能量是一片荒漠，并没有太多我们感兴趣的内容存在。也许这种观点是想象力匮乏以及工作数据缺乏的体现，然而对大多数人而言，下一个我们感兴趣的尺度必然与统一理论相关。
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一个有关更小尺度事物最迷人的推断牵涉到短程作用力的统一。这个概念同时在科学界与大众的想象力中闪耀着星星之火。根据这种推想，我们所处的世界并没有显露出基本的底层理论，这个理论可以把所有已知的力（至少是引力之外所有已知的力）简洁而漂亮地统一在一起。自我们理解自然界中存在不止一种基本作用力以来，很多物理学家都认真地试图找到这种统一理论。
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一个最有趣的推断由哈沃德·乔吉（Howard Georgi）与谢尔登·格拉肖（Sheldon Glashow）[22] 在1974年提出。他们认为，虽然我们在低能标下观测到了三种引力之外强度不同的基本作用力（电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力），但是有可能在高能标下仅有一种作用力，其强度是固定的（见图5-7。注意，该图与一种比乔吉-格拉肖理论更精确的统一理论版本相契合，各条线几乎汇于一点，但仍只差一步之遥。这种有缺憾的统一理论不久之后随着对作用力强度更精确的测量而被证实）。这唯一的力被称为“统一力”，因为它包含三种已知的力。这种推想被称作大统一理论（Grand Unified Theory, GUT），因为乔吉和格拉肖认为这个名字很有趣。
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图5-7 在高能标下，三种已知的非引力作用力也许有着相同的强度，因此也许可以被统一为一种力。
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这种作用力强度收敛的可能性并非无意义的推断。根据量子力学与相对论所做的计算预示着情况可能的确如此。[23] 然而它可能出现的能量尺度远远高出我们通过粒子对撞机实验所能达到的。统一力出现的尺度大约是10-30 厘米。虽然这样的尺度是人们不可能直接观测到的，但是我们却可以寻找一些大统一理论的间接结果。
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一种可能性是观测质子衰变。乔吉与格拉肖在夸克与轻子（lepton）之间引入了相互作用的新理论，并认为质子将会衰变。从两人理论的特殊性质出发，物理学家们可以计算出质子衰变的速率。迄今，我们还没有观测到任何支持大统一理论的实验证据，这排除掉了两人的特殊假定。这并不意味着大统一理论必然是错误的。有可能这个理论比他们已经提出的模型更细致、微妙。
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这种对大统一理论的研究，决定了我们如何把知识延拓到超越我们能直接观测到的领域中。使用这些理论，我们可以试着推断出通过实验已经断定的、到现在为止还不能达到的能标。有时我们运气比较好，因为设计良好的实验可以让我们检验自己的推断与数据相吻合，或者检验我们是不是太过幼稚。在大统一理论的情形下，有关质子衰变的实验让科学家们得以间接地研究尺度太小以至于不能直接观测到的相互作用。那些实验让科学家们得以检验他们的理论。一个由这些例子得到的经验是，我们偶尔可以提出对物质和力的有趣洞见，甚至通过推测那些乍看与问题无关的尺度，找到把我们对实验的解释延拓到更高能标、更广泛现象的方法。
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我们理论之旅的下一站，也是最后一站，是被称为普朗克长度的尺度，即10-33 厘米。为了对这个尺度的微小给出一个直观印象，我们这样类比：这个尺度与质子大小的比例正如质子与罗得岛州大小的比例。在这个尺度上，即便是最基本的时间与空间观念都有可能不再适用。我们甚至不知道如何构造一个探测比普朗克长度更小尺度的思想实验，这是我们所能想象到的最小尺度。
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对在普朗克长度上进行实验探索的匮乏，并非只是出于我们有限的想象力、技术水平甚至是资金，那些更小尺度上的不可探索性也许是出于物理规律的限制。如我们在下一章中将要看到的，量子力学告诉我们，越小尺度的探测就需要越高的能量。然而，当束缚在一个小区域中能量过大时，物质就会塌缩成为黑洞——在这一点上完全由引力统治。于是，黑洞将吸入更多的能量，这让黑洞变得更大而非更小——这与我们更熟悉的宏观情形类似，而量子力学在这个领域并不占主导地位。我们尚且不知道任何探索比普朗克长度更小尺度的方法，即便提供更高的能量也没有用。传统空间观念非常有可能在如此小的尺度上不再适用。