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重归实地
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弦理论很可能包含一些深刻且有希望成功的想法，它已经给了我们一些量子引力与数学的洞见，并为模型创建者提供了有趣的素材。但是在通过回答我们最希望解决的问题，从而创立理论之前，很可能仍需要经历很长的一段时间。从演草纸中直接推导出弦理论关于真实世界的结果太困难了。即使成功的模型最终来自于弦理论，这些过多的元素也使得其结果很难显现出来。
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物理中模型创建的方法来自一种直觉，因为弦理论可以作出预言的能标远远高出我们可以观测的能标。由于在不同能标上的许多现象有不同的表述，而在粒子物理学中，在相应的能量上用来解释问题的机制是这里面研究得最好的。
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物理学家拥有共同的目标，但他们对于如何最好地达到目标，却有着不同的期盼 。我倾向于建模的方法，因为它在不久的将来更能获得实验的指导。我和同事可能使用弦理论的想法，我们的一些研究可能有弦理论的理念，但是应用弦理论不是我的首要目标，理解可以检测的现象才是。模型可以描述和经受实验的检验，甚至在与任何基本理论发生关系之前也可以如此。
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模型的创建者非常务实地承认，我们不能立即导出所有东西。一个模型的假设可能是终极基本理论的一部分，或者它们仅仅阐述了一些新的关系，有待更深层次的理论来解释。模型都是有效理论。一旦某个模型被证实了，它可以为弦理论学家，或者任何想要采用“自上而下”方法的人，提供研究方向。事实上，模型已经从弦理论的丰富观点中获益良多，但是其最主要的关注是在低能标与低能标的实验上。
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超出标准模型之外的模型理论结合了标准模型的要素，以及已经可以探索的能量上的结果，但是它们也包含新力、新粒子以及在更小尺度上的新相互作用。即便如此，为了将我们所知道的东西全部整合起来，我和其他人研究出的具体模型通常都会失去其原先所具有的优美性质。由于这个原因，模型的创建者往往需要具备开阔的视野。
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人们常常不理解我因何需要研究不同的模型，因为我明白这些模型不可能都是正确的，而大型强子对撞机能给我们提供更多线索。人们会感到更加吃惊，因为我解释说，我不必对任何我所思考的特殊模型抱持更多期望。无论如何，我选择的是阐述真正新的原理或者新型实验研究的项目。我所考虑的模型一般具有一些有趣的性质，或者对于一些奇异现象具有一定解释力的机制。鉴于这许多未知因素（对于研究进程有无帮助的不确定因素），预测和诠释现实世界的设想中有许多难以想象的挑战。如果从一开始就能取得成功，那简直就可以堪称奇迹了。
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额外维度理论最优美的一面是：从“自上而下”与“自下而上”两种研究策略中而来的想法走到了一起，得出了该理论。弦理论学家明白其理论构造中膜起的关键作用；模型创建者意识到通过将等级问题解释成引力问题，就能找到其他解决方法[72] 。
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大型强子对撞机现在正在检验这些想法。不管大型强子对撞机探索到什么，它都将指导以及限制将来要构造的模型。当其高能实验的结果出来以后，我们可以把所有观测结果综合起来，进而决定哪一个理论是正确的。即使观测不能与任何一个具体的建议理论相符，我们也会从构造模型中得到启示，它可以帮助我们把最终可能正确的理论的范围缩小。
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建模帮助我们意识到各种可能性，指导实验的探索以及数据出来以后解释这些数据。我们可能足够幸运，恰好给出了正确的模型。建模还将启发我们应该寻找什么证据。即便没有哪一个特定模型的解释会完全正确，它们也能帮助我们导出新实验结果的含义。结果会将众多的想法区分开，断定哪一种（如果存在的话）特定的实现是真实世界的表述。也可能当前所有提议都无效，那么数据则责无旁贷地成为我们建立可能正确的新模型的依据。
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高能实验不仅仅搜寻新粒子，还寻找有更多解释力的基本物理定律的结构。在实验协助给出答案之前，我们只能提供各种猜想。目前我们应用美学标准来有意偏向某些模型。但是当实验达到一定的能标（及尺度）并且给出可以区分不同模型的必要统计之后，我们就可以了解得更多。实验结果将决定我们的猜想中哪些是正确的，从而帮助我们建立真实世界的基本理论。
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读小学时，有一天早上醒来后，我看到一则令人困惑的新闻，说我们的宇宙（至少以我当时的理解）突然变老了一倍。我被这个改变吓坏了。怎么可能有像宇宙年龄这么重大的事情会随便发生如此巨大的改变，却没有将我们所知道的一切都毁灭呢？
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现在，让我惊讶的事情发生了改变。我对人类能够精确测量宇宙及其历史的纵深程度感到惊讶。现在我们不仅比以往都更准确地知道了宇宙的年龄，还知道了宇宙如何随时间演化、核子如何产生、星系与星系团如何演化等。以前，我们只有关于这些演化的定性图像，但现在我们已经有了准确的科学图像。
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宇宙学已经进入了一个卓越时代，实验与理论的革命性进展已经取得了更广泛和更详细的解释，这对生活在哪怕只有20年前的任何人来说也是难以置信的。通过将革新的实验方法与扎根于广义相对论和粒子物理学的计算结合起来，物理学家已经建立了一个关于宇宙早期面貌以及它如何演变成今日之貌的具体图像。
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迄今为止本书主要关注于小尺度，在此之上我们研究物质的本质。到达了我们向物质内部探索的极限之后，现在我们继续第5章的内容，完成此次尺度上的旅行。我们将把注意力转向外部，考虑外部空间中物质的尺度。
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我们需要警惕本次旅行中的宇宙尺度与前文的巨大差别，因为我们不再仅仅根据尺度来划分宇宙的各种事物。观测不只记录今天的宇宙。因为光的传播速度有限，所以观测也回顾了过去的宇宙。我们今天所观测到的结构可能是早期宇宙所具有的结构，它所发出的光线通过几十亿年才传播到我们的望远镜中。当前急剧膨胀的宇宙围绕在早期宇宙的外面，是其规模的很多倍。
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然而，尺度在对当前宇宙及其历史观测的分类中起着至关重要的作用，本章将在这两个方面展开讨论。后文，我们将考虑整体的宇宙演化，从初始的小尺度到我们现在观测到的巨大尺度。但是首先我们将着眼于宇宙现在的样子，以此来熟悉一些能将周遭事物进行分类的尺度。然后我们将走向大尺度和远距离的物体——地球上的以及宇宙中的，来对外部空间中我们要探索的巨大类型的结构形成一个概念。这种大尺度旅行比我们前文在物质内部的旅行要简短。尽管宇宙结构非常丰富，绝大多数我们所看见的都可以被物理定律解释，而不涉及更基本、更新颖的定律。恒星与星系的形成依赖于已知的化学和电磁学定律，它们是我们已经讨论过的基于小尺度上的科学。然而，引力现在也起着至关重要的作用，最好的叙述依赖于它所作用的物体的速度和密度，因此也导致了理论表述的多样性。