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日益复杂：新的加入者
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“分析与综合”法或者还原论方法最具决定性的实验是在大型粒子加速器上完成的，如欧洲粒子物理实验室（CERN）的LHC（大型强子对撞机）。利用LHC，质子被加速到巨大的能量并相互碰撞。这种碰撞产生的能量密度远远大于地球上（或者就我们目前所知，在宇宙中任何地方）自然产生的能量密度。这让我们能够用更精确的数据来检验基础作用力理论，这比在实际应用中遇到的条件苛刻得多。
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对于我们来说，这项工作有两个重要的结果。对于“有效理论”来说，有好消息，也有坏消息。不过坏消息是表面的，好消息才是本质的。
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首先，我们看看坏消息：我们的“有效理论”极其不完整。为了更好地解释我们在加速器上观察到的所有现象，需要增加四种类型的夸克（奇夸克s、粲夸克c、底夸克b、顶夸克t），两种较重的类电子粒子（渺子µ、陶子τ）以及各自对应的中微子，两种重的、类似光子和胶子的粒子——W玻色子和Z玻色子，以及最近发现的希格斯粒子。
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因此坏消息是，虽然看起来我们与真相很近了，这中间却有着意想不到的复杂性。
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我们再来看看好消息：真相的复杂性有助于我们完善有效理论的原理，并且不会有损于其实际应用。对于新粒子的研究为我们提供了很多机会用新方法来测试有效理论的通用原理：相对论、量子理论和局部对称性。事实上，这些原理预测了在不同情况下产生粒子的速度、衰减后的情况以及其他细节。到目前为止，这些预测都无一例外地被证明与现实是吻合的。这样我们就能够更有信心地做出另外一个预测：这些粒子在正常环境中（非加速器）的影响是可以忽略的。
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因此好消息是，我们在有效理论之外新加入的粒子能够很好地被量化解释。从这些粒子上观测到的行为增强了一般原理的有效性。但这些粒子都是难以产生的，并且大部分（新的中微子除外）极不稳定。因此它们的实际影响是可以忽略的，过去如此，将来也肯定如此。
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量子理论的质疑，量子引力
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很多量子理论的先驱，特别是普朗克、爱因斯坦和薛定谔，对于其成熟形态不太满意。他们对于量子理论中天生就有的概率性感到不舒服，量子理论认为在亚原子世界中进行“完美”的测量（不会影响被测量系统的测量）不仅太理想化，并且在物理上是不可能的。量子理论的这些特征似乎破坏了客观世界这个概念，以前我们认为客观世界包含各种确定性的对象，并且根据确定的规律演变。
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后来的几代物理学家，大部分人在量子理论上都不再争论。量子理论不断地得到新实验的验证，获得了很多新的进展。另外，“退相干”（decoherence）等相关技术解释了宏观物体，特别是宏观物体的确定性行为是如何从微观世界的量子行为中产生的。但即使在今天，还是有一些著名的物理学家认为量子理论的基础存在一些问题（我不这样认为）。量子计算机的设计就是利用了量子理论中最奇怪、最玄妙的一些特征，如果最终意外失败，那就非常有意思了。
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其实，调和引力理论、广义相对论与量子力学基本原理的困难被人们故意夸大了，因此需要更为客观地看待这些争论。在实际操作层面，三者其实是不存在冲突的。天体物理学家与宇宙学家经常成功地通过计算来解释物理现象，其中引力理论和量子理论同时发挥了作用。纵观他们的整个工作，没有明显的分歧。
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不过，如果我们试图把公式应用于大爆炸最初时刻可能发生的极端条件，或者黑洞的内部，则会出现问题，公式只有奇解（singular）。在小黑洞的内部，量子理论同样存在计算求解的困难。
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如果人们能够识别和观察到任何具体可观察的、带有量子引力真实特征的现象，那将是一个可喜的成就和重大的进步。到目前为止，尽管人们进行了广泛的研究，也吸引了强烈的关注，并有着极为诱人的名利前景，但还没有人挑战成功。
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臆想之事
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理解基本理论的作用之一，是能够让我们免于陷入无效的想法，无法自拔。这里我想提一下在大众媒体中曝光度很高，但与基础物理不太相符的三种潜在的“技术”。当然，也可能会有惊喜，自然界是最终的裁判。但是如果按照这些方向发展，会让我们抛弃至今一直运行良好的理论。
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•超光速信息传输与广义相对论相悖。在存在强引力场的极端情况下，时空可能会扭曲，并且可能存在连接其他远点的近道（虫洞）。但是就像我下面将讨论的一样，利用虫洞似乎远远超出了现有技术的应用极限。
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•超距离作用，就像占星术中描述的那样，不在我们的标准模型范畴内。不巧的是，它们也与我们科学长期积累的经验背道而驰，一旦我们采取一些常规的预防措施，与外部世界进行隔离，即使经过精心设计的实验，也难以kkkk产生可重复的结果。
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•超感知能力、心灵感应、透视能力等精神力量，或者类似于与物理基础脱离的“意识”等相关概念，都是臆想。在今天的基础物理学中并没有它们的一席之地，即使在最精确的测量中，实验者也没有发现他们自己能被别人的思想影响。
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机遇
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模拟现实世界
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我们可以期待这么一天，也许在不久的将来，计算机可以为核物理、天体物理、材料科学以及化学做它们今天已经为飞机设计所做的工作一样，来补充或者彻底替代实验室中的实验。
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我们的强相互作用理论——QCD的最新发展为我们指明了一条道路。QCD理论的初步验证来源于其在极高能量下对其过程的精确定量描述，在高能量条件下，该理论的行为被简化了。核物理学虽然是激发大家进行强相互作用研究的第一个领域，却是一块难啃的硬骨头。人们投入了大量的精力，用分析的方法来求解QCD公式，但目前最成功的方法是把公式转换为可以在计算机上运行的模型，然后让计算机来运算。现在我们可以对未来进行一些预测，当核物理达到了原子物理学今天所达到的精度和通用性，我们就可以通过改进的核化学获得比今天的反应堆（或炸弹）更小、更易控制、更通用的超稠密能量体。
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计算将越来越多地取代发明了各种有用的催化剂和药物的实验，极大地提高效率，并为创造性的探索开辟一条新路。
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现在技术遇到的一些问题很多都源于材料的性质：更高效的电池（提供能量）可以为机器人带来革命；更高效的光伏发电材料能够缩短大规模使用太阳能的过渡期；室温超导体可以实现无摩擦轨道运输；高强度的材料能够让我们建造太空电梯，把地球和太空连接起来，又便宜又可靠。在这些以及更多的重要应用中，对关键材料进行相对较小的改进就可以带来翻天覆地的变化。我们能做到吗？答案就在我们的公式里面，但为了求解它们，我们必须进行计算。
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这里涉及两个问题：硬件和软件。已经经历了25个周期[2]的摩尔定律（见第4章）分别为普通人和物理学家带来了通用的与特殊用途的具有超强性能的计算工具。指数级增长的速度正在放缓，集成电路中的器件数量不再每两年翻一番，因为当器件达到原子尺度时，就会受到新的物理规则的制约。尽管如此，我们仍然可以预测在未来几十年内还是至少可以继续发展几个周期的，即使现有的半导体技术不会发生巨变。
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