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我们还没有谈过粒子之间的相互作用力。是什么把质子合在一起？它们都带正电荷，应该相互排斥。除了已为人熟知的引力和电磁力外，物理学家还假定有强相互作用和弱相互作用力，这些力将质子和电子合在一起。关于这两种力的本性还不知道，但研究正在进展。
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对于这个微观的宇宙，我们还能有一个连贯的观点吗？量子理论的概念和结论似乎令人吃惊地违反常规。它们公然违抗、否弃，至少抵触常识。在我们平复起初的反应之前，先看看我们如何严肃地考虑这一理论对应的实在。我们知道原子结构的全部理论解释了许多化学结构和化学性质、化学反应。然而还有更实在或者说更可见的现实：根据原子裂变和聚变过程而制造的原子弹。如果一个铀原子受一个中子的撞击，它将分裂，其部分质量将转化为巨大的能量。而且，还可以将这一过程变成链式反应。这就是原子弹和原子能的基本概念。我们已领教了这一现实。
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相反的过程发生在聚变中，这还有待于控制和利用。如果四个普通的氢原子的原子核聚合成一个氦原子，其质量比氢原子质量的四倍稍小一点，巨大的能量就以光和热的形式释放出来。这一过程持续发生在太阳中。在地球上我们必须利用氢的同位素——即氘和氚，其质量是基本的或者说轻的氢原子的三倍和四倍，要使它们聚变需要极高的温度。
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有趣的是奥利沃·劳芝爵士在1920年就预言说：“将来有一天原子能会取代煤……我希望人类在有足够的才智正确地利用它之前，不要发现如何利用这种能量。”而卢瑟福却在1933年认为所谓原子能是荒唐的想法。
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我们对量子力学过程的概述已表明在微粒意义上的物质可以转化成波，反之亦然。那么，在物理上真实的是什么呢？为回答这个问题，波尔提出了互补理论，一种二象性理论，认为在大自然中既没有纯粹的波也没有纯粹的粒子，而只有分有两种性质的实体。光子不是旧的意义上的波。它是粒子波，结合了两方面的特征。电子也不是旧的意义上的粒子，它是波粒子。光子和电子作为波或者作为粒子活动完全取决于我们对其做什么实验。在同一时间任何实体都不会既作为波又作为粒子活动。这样，如果我们用光来做光的干涉实验，光子就作为波活动。而如果我们用同样的光来做光电效应实验，光子就作为粒子来活动。当我们在电子管或阴极射线管中利用电子时，它们是作为粒子来活动的；奇妙的是，如果我们射出一束电子，使其穿过晶体，就会发生干涉效应，正像光波一样。如海森堡在其《物理学和哲学》（Physics and Philosophy）中所言：“我们所观察的不是大自然本身，而是大自然对于我们的提问方法所展露的。”
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在粒子波和波粒子之间有意义重大的区别吗？答案是非常肯定的。最根本的区别又与光有关。波粒子永远不会达到光速（否则其质量会变得无限大）而粒子波既然是一种光波，速度正好是光速。还有许多其他的差异。粒子波（光子）不能有静止质量（即不运动时的重量），因为如果有的话当作为光来传播时它就会有无限大的质量。波粒子当然有其静止质量。此外还有其他的区别。
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波和粒子是从日常生活中借来的概念，它们合适吗？或者，判断取决于我们用什么样的仪器来观察吗？也许我们需要新的概念。
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至于粒子或波之争，有些人争辩说物质并不像看起来那样坚实和持久。相反，物质必须被看成是处于高度集中状态中的能量，很容易粉碎成无质量的粒子，以光速飞向空间。而且，我们所接受的连续的场，例如电磁场，尽管有实在的影子，主要是一种数学构想。事实上，有些科学哲学家和物理学家宣称只有场是实在的，它们是宇宙的本体，而粒子只是场的短暂的表现。光波是光子活动的总的数学模式。用爱因斯坦的话来说，它们是幻影波。薛定谔在1926年写的一篇文章中宣称波是唯一的实在，而粒子只是派生的概念。
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一种更极端的观点是，传统意义上持久、不可分、充实、坚硬、广延的实体在我们这里消解了，不再存在。我们所有的是质量和能量的总量。总量是守恒的，但是质量和能量能相互转换。这样，在一些粒子反应中，在加速器中一个粒子被用来撞击另一个粒子，新的粒子形成了，其中就有开始的那些粒子。这怎么可能呢？加在作为子弹的粒子上的能量变成了质量。根据E＝mc2能量就是质量，什么时候有能量就有质量。它们是同一个现实的互补的侧面，而对这个现实本身我们不能图像化地描述。任何宏观的描述都捕捉不到微观现象的行为，而对于在牛顿物理学中所熟悉的问题的解答在原子现象中都不灵了。
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如果物质分解成量子或粒子，为什么我们在日常经验中注意不到呢？原因是即使一粒灰尘与原子中的粒子比也是庞然大物了。即使给这样的粒子以小的不可理解的速度，波长也会非常小，运动量子化的效应也观察不到。当我们离开原子王国趋进日常事件的王国时，量子概念就融入了经典概念，这样说是有充分根据的。在中观世界中，这是很明显的，但在原子甚至在宇宙学层次上的世界中，情形就不是这样的。
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量子理论对于实验结果的预言相当准，但对于物理过程的理解还不够。譬如说，一个电子在数学上由一个波函数表示，而波函数将电子描述成弥漫在空间中。这个波函数的确给出了在任一给定点发现电子的几率——而一旦发现，它就不是弥漫的了，而是有确定的位置。这样一来，什么是电子的正确图像呢？仪器的指针位置是正确地预言了，但作为基础的物理机制是不清楚的。数学规则是有效的，但遗憾的是对这个世界缺乏符合常识的解释。很明显的是，为了描述现实，波和粒子都需要。
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宇宙的秩序可能就是我们的心智的秩序。我们不只是实在的观测者，而且是参与者。大自然不是一本敞开的书，我们作为独立的观测者就可以读了。对于物理解释之通常要求的放弃，致使许多物理学家和哲学家怀疑我们是否拥有了对于原子现象的合适的描述。尤其是，描述的几率方式应该被看成是暂时的权宜之计，应该最终由决定论的描述所代替。
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不过我们不应该忘记，量子理论还是一项相对来说较新的进展。也许再用50年，粒子和粒子波理论中的困惑会为一种非常简单的理论所解决。许多对于粒子种类的知识都是从阴极射线屏上的一串串的点推断出的。在现代的加速器中，当粒子被撞击时这些点就出现了。从另一方面来说，这些加速器对于撞击用的粒子加上了巨大的能量，有人可能会推断说这些能量转化成了质量。物质是真实的？还是从不可靠的表面的感官观察中派生出的一种印象？从大尺度上说，质量的确是一个统计结果。
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我们见到，对于原子结构的理解对物理学有巨大的价值，其在辅助化学和生物学研究中的价值也无可估量。也许生物化学会揭示生命和遗传的秘密，从而增进我们的健康、延长我们的生命。至少可以这样说，对于原子本性的探索是富有成效的。
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对于我们来说最重要的是见到，原子结构的模型不是物理上的，它们完全是数学上的。在混乱的地方，数学提供了秩序。正如狄拉克和海森堡所说，在物理学中，对于大自然的自洽的数学描述是通向真理之路。要求形象化或要求得到物理描述，这只是经典物理学的残余。
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数学与知识的探求 第11章 数学物理学的实在
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我们的处境和这样一个人相似：他有一串钥匙，曾连续打开了几扇门，而且是在第一次或第二次尝试时碰巧就选中了合适的钥匙。对于钥匙和门之对应的唯一性，他开始怀疑了。
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奥伊格纳·维格纳
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我们是以这样一个问题开始探讨的：是否存在一个外部的世界？我们的回答是有，而不管贝克莱正相反对的断言以及其他哲学家有所保留的断言。不过，我们的确表明了，我们的感官知觉不仅是有限的，而且还可能误导。而直觉即使经经验改进也被证明没多大助益。因而，尽管数学有其人为性，我们还是求助于它来校正和扩展我们关于外部世界的知识。
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从而，人类接受这样的理论：地球绕太阳运动，这不是因为日心说比旧的地心说更准确，而是因为在数学上它更简单。从感官的角度来看，日心说当然不如地心说可信。
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为解释行星有秩序地沿着椭圆轨道运动，以萨克·牛顿爵士提出了万有引力理论，而这一理论的物理本性无论是他本人还是其后继者300年来都解释不了。在这个案例中感官知觉被证明是无用的。
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处于纯粹数学上的考虑，克拉克·麦克斯韦断言存在着电磁波，而这完全不能由人类五种感觉中的任一种察觉。然而这些波的实在性却几乎不能受质疑；每一台收音机、每一台电视都宣布了电磁波的存在。麦克斯韦还得出这样的结论：光也是一种电磁波。在这一案例中，可以说一个不解之谜由数学取代了。
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尽管牛顿相信绝对空间和时间的存在，但不能找到绝对的参考系。这一情况以及为调和牛顿力学定律和电磁学定律，促使爱因斯坦创立了狭义相对论。粗略地讲，这一理论认为长度、质量、时间和同时性完全依赖于观测者。实验上的确证迫使我们不得不接受这些结论为事实。广义相对论取消了神秘的引力，这使人们更加相信它。此外，实验所发现的正是广义相对论所预言的，这使我们更加相信其合理性。
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