我选择追求物理学的众多原因之一是渴望做一些具有持久影响的事情。如果我要投入如此多的时间、精力和承诺，我希望它能够具有持久性和真理性的价值。像大多数人一样，我认为科学进步是经得起时间考验的思想。
我的朋友安娜·克里斯蒂娜·比希曼在大学学习英语，而我主修物理学。具有讽刺意味的是，她学习文学的原因与我被数学和科学吸引的原因相同。她喜欢一个富有洞察力的故事能够流传几个世纪的方式。多年后，当我和她讨论亨利·菲尔丁的小说《汤姆·琼斯》时，我了解到我读过并非常喜欢的版本是她在研究生院时帮助注释的版本。
《汤姆·琼斯》最初出版于250年前，但其主题和智慧至今仍能引起共鸣。在我第一次访问日本期间，我阅读了更古老的《源氏物语》，并惊叹于书中人物的即时性，尽管自紫式部创作它们以来已经过去了千年。荷马创作《奥德赛》大约比《源氏物语》早2000年。尽管其年代和背景截然不同，我们仍然津津乐道于奥德修斯的旅程故事及其对人性的永恒描述。
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科学家们很少阅读如此古老的——更不用说古代的——科学文献。我们通常将此留给历史学家和文学评论家。尽管如此，我们仍然应用随着时间推移获得的知识，无论是来自17世纪的牛顿还是更早100多年的哥白尼。我们可能会忽略书籍本身，但我们会小心保存它们可能包含的重要思想。
科学当然不是我们在小学都听到的关于普遍规律的静态陈述。也不是一套武断的规则。科学是一个不断发展的知识体系。我们目前正在研究的许多想法将被证明是错误或不完整的。当我们跨越界定我们所知事物的边界，冒险进入更遥远的领域，在那里我们可以瞥见更深层真理的暗示时，科学描述肯定会发生变化。
科学家们不得不面对的悖论是，虽然目标是永恒，但我们经常研究一些思想，这些思想会被实验数据或更好的理解迫使我们修改或放弃。已经过测试和依赖的健全知识核心始终被不确定的模糊边界所包围，而不确定的模糊边界是当前研究的领域。今天让我们兴奋的想法，如果明天被更具说服力或更全面的实验工作推翻，很快就会被遗忘。
当2008年共和党总统候选人迈克·赫卡比在宗教问题上站在科学一边时——部分原因是科学“信仰”会改变，而基督徒则将永恒不变的上帝作为他们的权威——至少在他的描述中，他并非完全被误导。宇宙在进化，我们对宇宙的科学认知也在进化。随着时间的推移，科学家们剥开现实的层面，以揭示表面之下的东西。当我们探测越来越遥远的尺度时，我们拓宽和丰富了我们的理解。当我们到达这些难以接近的距离时，知识会进步，未探索的区域会退去。科学“信仰”随后会根据我们扩展的知识而发展。
尽管如此，即使改进的技术使更大范围的观测成为可能，我们也不一定会仅仅放弃那些对过去可及的距离和能量，或速度和密度做出成功预测的理论。科学理论不断发展和扩展，以吸收更多知识，同时保留先前思想中可靠的部分。因此，科学将旧的已确立的知识融入到从更广泛的实验和理论观察中出现的更全面的图景中。这种变化并不一定意味着旧的规则是错误的，但它们可能意味着，例如，这些规则不再适用于已经揭示出新组成部分的小尺度。知识因此可以拥抱旧的思想，但随着时间的推移而扩展，即使很可能总会有更多东西有待探索。正如旅行可能令人着迷一样——即使你永远无法访问地球上的每个地方（更不用说宇宙了）——增加我们对物质和宇宙的理解丰富了我们的存在。剩余的未知数激发了进一步的调查。
我自己的粒子物理学研究领域调查越来越小的距离，以便研究越来越小的物质组成部分。当前的实验和理论研究试图揭示物质所隐藏的东西——即嵌入在更深层内部的东西。但是，尽管经常听到类比，物质并不像俄罗斯套娃那样简单，在越来越小的尺度上复制相似的元素。使研究越来越微小的距离变得有趣的是，当我们到达新的领域时，规则可能会改变。在这些尺度上可能会出现新的力和相互作用，这些力和相互作用的影响太小，以至于在先前研究的较大距离上无法检测到。
尺度的概念告诉物理学家，对于任何特定的研究，哪些尺寸或能量范围是相关的，这对于理解科学进步以及我们周围世界的许多其他方面至关重要的。通过将宇宙划分为不同的可理解的尺寸，我们了解到，最有效的物理定律不一定适用于所有过程。我们必须将在一个尺度上更适用的概念与在另一个尺度上更有用的概念联系起来。以这种方式分类使我们能够将我们所知道的一切纳入一致的图景中，同时允许在不同长度的描述中进行 радикальные 更改。
按尺度划分——无论哪个尺度相关——有助于澄清我们的思维——无论是科学的还是其他的——以及为什么物质组成部分的微妙特性在我们日常生活中遇到的距离上如此难以注意到。这样做，我们还可以详细阐述科学中“正确”和“错误”的含义，以及为什么即使是表面上 радикальные 的发现也不一定会在我们已经熟悉的尺度上强加 радикальные 的变化。
这是不可能的
人们常常将不断发展的科学知识与根本没有知识混淆，并将我们发现新的物理定律的情况误认为完全没有可靠的规则。最近一次访问加利福尼亚期间与编剧斯科特·德里克森的一次谈话帮助我明确了其中一些误解的根源。当时，斯科特正在创作几部电影剧本，这些剧本提出了科学与他怀疑科学家可能会斥为超自然的现象之间的潜在联系。为了避免重大错误，斯科特希望通过让一位物理学家——即我——审查他的富有想象力的故事想法，从而对他的故事想法进行科学上的公正对待。因此，我们在一家户外咖啡馆共进午餐，以便分享我们的想法，并享受阳光明媚的洛杉矶下午的乐趣。
斯科特知道编剧经常歪曲科学，他希望他特定的幽灵和时间旅行故事能够以合理的科学可信度来编写。作为编剧，斯科特面临的特殊挑战是他需要向观众展示的不仅是有趣的新现象，而且还要展示能够有效地转化为电影屏幕的现象。虽然没有接受过科学训练，但斯科特对新想法反应敏捷且乐于接受。因此，我向他解释了为什么，尽管他的一些故事情节具有独创性和娱乐价值，但物理学的限制使得它们在科学上站不住脚。
斯科特回应说，科学家们常常认为某些现象是不可能的，但后来证明是真的。“科学家们以前不是不相信相对论现在告诉我们的东西吗？”“谁会想到随机性会在基本物理定律中发挥任何作用？”尽管斯科特非常尊重科学，但他仍然想知道，考虑到科学的不断发展，科学家们有时是否会对他们发现的含义和局限性产生误判。
一些批评家甚至更进一步，断言尽管科学家可以预测很多事情，但这些预测的可靠性总是值得怀疑的。怀疑论者坚持认为，尽管有科学证据，但总有可能存在陷阱或漏洞。也许人们可以死而复生，或者至少可以进入通往中世纪或中土世界的门户。这些怀疑者根本不相信科学声称某件事是绝对不可能的。
尽管保持开放的心态并认识到新的发现即将到来是明智之举，但是，这种逻辑中却隐藏着一个深刻的谬误。当我们剖析上述陈述的含义，特别是应用尺度的概念时，问题就变得清楚了。这些问题忽略了一个事实，即尽管总是存在物理定律可能改变的未探索的距离或能量范围，但我们非常清楚人类尺度上的物理定律。几个世纪以来，我们有充分的机会检验这些定律。
当我在惠特尼博物馆遇到编舞家伊丽莎白·斯特雷布时，我们都在一个关于创造力主题的小组讨论会上发言，她也低估了人类尺度上科学知识的可靠性。伊丽莎白提出了与斯科特提出的问题类似的问题：“物理学家提出的微小维度，即使卷曲成难以想象的小尺寸，是否仍会影响我们身体的运动？”
她的作品很精彩，她对舞蹈和运动基本假设的探究也引人入胜。但是，我们无法确定是否存在新的维度，或者即使存在，它们的作用是什么的原因是，它们太小或太扭曲，以至于我们无法检测到。我的意思是，即使进行了极其详细的测量，我们也尚未确定它们对我们迄今为止观察到的任何量的影响。只有当额外维度对物理现象的影响非常大时，它们才能明显地影响任何人的运动。如果它们确实具有如此重大的影响，我们早就应该观察到它们的影响了。因此，我们知道，即使我们对量子引力的理解有所提高，编舞的基本原理也不会改变。相对于人类尺度上任何可感知的事物，它的影响都被大大抑制了。
当科学家过去被证明是错误的时候，通常是因为他们还没有探索过非常小或非常大的距离，或者极高的能量或速度。这并不意味着，像卢德分子一样，他们已经封闭了思想，拒绝接受进步的可能性。这仅仅意味着他们相信他们最新的世界数学描述，以及他们对当时可观察到的物体和行为的成功预测。他们认为不可能发生的现象可能而且有时确实发生在这些科学家以前从未经历或测试过的距离或速度上。但当然，他们不可能事先知道最终将在他们还不熟悉的微小距离或巨大能量领域中占上风的新思想和理论。
当科学家说我们知道某件事时，我们的意思仅仅是，我们有一些思想和理论，它们的预测已经在一定的距离或能量范围内得到了很好的检验。这些思想和理论不一定是永恒的法则，也不是最基本的物理定律。它们是在当前技术可用的参数范围内，尽可能好地通过任何实验检验的规则。这并不意味着这些定律永远不会被新的定律所取代。牛顿定律是重要的且正确的，但它们在光速或接近光速时不再适用，而爱因斯坦的理论则适用。牛顿定律同时是正确的也是不完整的。它们在有限的领域内适用。
我们通过更好的测量获得的更高级的知识确实是一种改进，它阐明了新的和不同的基本概念。我们现在了解了许多古代人无法用他们更有限的观测技术推导或发现的现象。因此，斯科特是对的，有时科学家们会犯错——认为现象是不可能的，但最终证明是完全正确的。但这并不意味着没有规则。幽灵和时间旅行者不会出现在我们家中，外星生物也不会突然从我们的墙壁中冒出来。空间额外维度可能存在，但它们必须是微小的、扭曲的或以其他方式目前隐藏起来，以便我们解释为什么它们尚未产生任何明显的证据来证明它们的存在。
奇异现象确实可能发生。但这种现象只会发生在难以观察的尺度上，这些尺度越来越远离我们的直觉理解和我们通常的感知。如果它们始终无法访问，那么它们对科学家来说就不是那么有趣了。如果它们不会产生任何可观察到的影响，那么它们对小说作家来说也不那么有趣。
奇怪的事情是可能发生的，但非物理学家可以理解地最感兴趣的是我们可以观察到的事情。正如史蒂文·斯皮尔伯格在讨论他正在考虑的一部科幻电影时指出的那样，一个无法在电影屏幕上呈现的奇怪世界——电影中的角色永远不会体验到的世界——对观众来说并没有那么有趣。只有我们可以访问和意识到的新世界才有可能。即使两者都需要想象力，抽象思想和虚构也是不同的，并且有不同的目标。科学思想可能适用于对于电影或我们的日常观察来说太遥远的领域，但它们对于我们描述物理世界仍然至关重要。