我選擇追求物理學的眾多原因之一是渴望做一些具有持久影響的事情。如果我要投入如此多的時間、精力和承諾，我希望它能夠具有永續性和真理性的價值。像大多數人一樣，我認為科學進步是經得起時間考驗的思想。
我的朋友安娜·克里斯蒂娜·比希曼在大學學習英語，而我主修物理學。具有諷刺意味的是，她學習文學的原因與我被數學和科學吸引的原因相同。她喜歡一個富有洞察力的故事能夠流傳幾個世紀的方式。多年後，當我和她討論亨利·菲爾丁的小說《湯姆·瓊斯》時，我瞭解到我讀過並非常喜歡的版本是她在研究生院時幫助註釋的版本。
《湯姆·瓊斯》最初出版於250年前，但其主題和智慧至今仍能引起共鳴。在我第一次訪問日本期間，我閱讀了更古老的《源氏物語》，並驚歎於書中人物的即時性，儘管自紫式部創作它們以來已經過去了千年。荷馬創作《奧德賽》大約比《源氏物語》早2000年。儘管其年代和背景截然不同，我們仍然津津樂道於奧德修斯的旅程故事及其對人性的永恆描述。
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科學家們很少閱讀如此古老的——更不用說古代的——科學文獻。我們通常將此留給歷史學家和文學評論家。儘管如此，我們仍然應用隨著時間推移獲得的知識，無論是來自17世紀的牛頓還是更早100多年的哥白尼。我們可能會忽略書籍本身，但我們會小心儲存它們可能包含的重要思想。
科學當然不是我們在小學都聽到的關於普遍規律的靜態陳述。也不是一套武斷的規則。科學是一個不斷發展的知識體系。我們目前正在研究的許多想法將被證明是錯誤或不完整的。當我們跨越界定我們所知事物的邊界，冒險進入更遙遠的領域，在那裡我們可以瞥見更深層真理的暗示時，科學描述肯定會發生變化。
科學家們不得不面對的悖論是，雖然目標是永恆，但我們經常研究一些思想，這些思想會被實驗資料或更好的理解迫使我們修改或放棄。已經過測試和依賴的健全知識核心始終被不確定的模糊邊界所包圍，而不確定的模糊邊界是當前研究的領域。今天讓我們興奮的想法，如果明天被更具說服力或更全面的實驗工作推翻，很快就會被遺忘。
當2008年共和黨總統候選人邁克·赫卡比在宗教問題上站在科學一邊時——部分原因是科學“信仰”會改變，而基督徒則將永恆不變的上帝作為他們的權威——至少在他的描述中，他並非完全被誤導。宇宙在進化，我們對宇宙的科學認知也在進化。隨著時間的推移，科學家們剝開現實的層面，以揭示表面之下的東西。當我們探測越來越遙遠的尺度時，我們拓寬和豐富了我們的理解。當我們到達這些難以接近的距離時，知識會進步，未探索的區域會退去。科學“信仰”隨後會根據我們擴充套件的知識而發展。
儘管如此，即使改進的技術使更大範圍的觀測成為可能，我們也不一定會僅僅放棄那些對過去可及的距離和能量，或速度和密度做出成功預測的理論。科學理論不斷發展和擴充套件，以吸收更多知識，同時保留先前思想中可靠的部分。因此，科學將舊的已確立的知識融入到從更廣泛的實驗和理論觀察中出現的更全面的圖景中。這種變化並不一定意味著舊的規則是錯誤的，但它們可能意味著，例如，這些規則不再適用於已經揭示出新組成部分的小尺度。知識因此可以擁抱舊的思想，但隨著時間的推移而擴充套件，即使很可能總會有更多東西有待探索。正如旅行可能令人著迷一樣——即使你永遠無法訪問地球上的每個地方（更不用說宇宙了）——增加我們對物質和宇宙的理解豐富了我們的存在。剩餘的未知數激發了進一步的調查。
我自己的粒子物理學研究領域調查越來越小的距離，以便研究越來越小的物質組成部分。當前的實驗和理論研究試圖揭示物質所隱藏的東西——即嵌入在更深層內部的東西。但是，儘管經常聽到類比，物質並不像俄羅斯套娃那樣簡單，在越來越小的尺度上覆制相似的元素。使研究越來越微小的距離變得有趣的是，當我們到達新的領域時，規則可能會改變。在這些尺度上可能會出現新的力和相互作用，這些力和相互作用的影響太小，以至於在先前研究的較大距離上無法檢測到。
尺度的概念告訴物理學家，對於任何特定的研究，哪些尺寸或能量範圍是相關的，這對於理解科學進步以及我們周圍世界的許多其他方面至關重要的。透過將宇宙劃分為不同的可理解的尺寸，我們瞭解到，最有效的物理定律不一定適用於所有過程。我們必須將在一個尺度上更適用的概念與在另一個尺度上更有用的概念聯絡起來。以這種方式分類使我們能夠將我們所知道的一切納入一致的圖景中，同時允許在不同長度的描述中進行 радикальные 更改。
按尺度劃分——無論哪個尺度相關——有助於澄清我們的思維——無論是科學的還是其他的——以及為什麼物質組成部分的微妙特性在我們日常生活中遇到的距離上如此難以注意到。這樣做，我們還可以詳細闡述科學中“正確”和“錯誤”的含義，以及為什麼即使是表面上 радикальные 的發現也不一定會在我們已經熟悉的尺度上強加 радикальные 的變化。
這是不可能的
人們常常將不斷發展的科學知識與根本沒有知識混淆，並將我們發現新的物理定律的情況誤認為完全沒有可靠的規則。最近一次訪問加利福尼亞期間與編劇斯科特·德里克森的一次談話幫助我明確了其中一些誤解的根源。當時，斯科特正在創作幾部電影劇本，這些劇本提出了科學與他懷疑科學家可能會斥為超自然的現象之間的潛在聯絡。為了避免重大錯誤，斯科特希望透過讓一位物理學家——即我——審查他的富有想象力的故事想法，從而對他的故事想法進行科學上的公正對待。因此，我們在一家戶外咖啡館共進午餐，以便分享我們的想法，並享受陽光明媚的洛杉磯下午的樂趣。
斯科特知道編劇經常歪曲科學，他希望他特定的幽靈和時間旅行故事能夠以合理的科學可信度來編寫。作為編劇，斯科特面臨的特殊挑戰是他需要向觀眾展示的不僅是有趣的新現象，而且還要展示能夠有效地轉化為電影螢幕的現象。雖然沒有接受過科學訓練，但斯科特對新想法反應敏捷且樂於接受。因此，我向他解釋了為什麼，儘管他的一些故事情節具有獨創性和娛樂價值，但物理學的限制使得它們在科學上站不住腳。
斯科特回應說，科學家們常常認為某些現象是不可能的，但後來證明是真的。“科學家們以前不是不相信相對論現在告訴我們的東西嗎？”“誰會想到隨機性會在基本物理定律中發揮任何作用？”儘管斯科特非常尊重科學，但他仍然想知道，考慮到科學的不斷發展，科學家們有時是否會對他們發現的含義和侷限性產生誤判。
一些批評家甚至更進一步，斷言儘管科學家可以預測很多事情，但這些預測的可靠性總是值得懷疑的。懷疑論者堅持認為，儘管有科學證據，但總有可能存在陷阱或漏洞。也許人們可以死而復生，或者至少可以進入通往中世紀或中土世界的門戶。這些懷疑者根本不相信科學聲稱某件事是絕對不可能的。
儘管保持開放的心態並認識到新的發現即將到來是明智之舉，但是，這種邏輯中卻隱藏著一個深刻的謬誤。當我們剖析上述陳述的含義，特別是應用尺度的概念時，問題就變得清楚了。這些問題忽略了一個事實，即儘管總是存在物理定律可能改變的未探索的距離或能量範圍，但我們非常清楚人類尺度上的物理定律。幾個世紀以來，我們有充分的機會檢驗這些定律。
當我在惠特尼博物館遇到編舞家伊麗莎白·斯特雷布時，我們都在一個關於創造力主題的小組討論會上發言，她也低估了人類尺度上科學知識的可靠性。伊麗莎白提出了與斯科特提出的問題類似的問題：“物理學家提出的微小維度，即使捲曲成難以想象的小尺寸，是否仍會影響我們身體的運動？”
她的作品很精彩，她對舞蹈和運動基本假設的探究也引人入勝。但是，我們無法確定是否存在新的維度，或者即使存在，它們的作用是什麼的原因是，它們太小或太扭曲，以至於我們無法檢測到。我的意思是，即使進行了極其詳細的測量，我們也尚未確定它們對我們迄今為止觀察到的任何量的影響。只有當額外維度對物理現象的影響非常大時，它們才能明顯地影響任何人的運動。如果它們確實具有如此重大的影響，我們早就應該觀察到它們的影響了。因此，我們知道，即使我們對量子引力的理解有所提高，編舞的基本原理也不會改變。相對於人類尺度上任何可感知的事物，它的影響都被大大抑制了。
當科學家過去被證明是錯誤的時候，通常是因為他們還沒有探索過非常小或非常大的距離，或者極高的能量或速度。這並不意味著，像盧德分子一樣，他們已經封閉了思想，拒絕接受進步的可能性。這僅僅意味著他們相信他們最新的世界數學描述，以及他們對當時可觀察到的物體和行為的成功預測。他們認為不可能發生的現象可能而且有時確實發生在這些科學家以前從未經歷或測試過的距離或速度上。但當然，他們不可能事先知道最終將在他們還不熟悉的微小距離或巨大能量領域中佔上風的新思想和理論。
當科學家說我們知道某件事時，我們的意思僅僅是，我們有一些思想和理論，它們的預測已經在一定的距離或能量範圍內得到了很好的檢驗。這些思想和理論不一定是永恆的法則，也不是最基本的物理定律。它們是在當前技術可用的引數範圍內，儘可能好地透過任何實驗檢驗的規則。這並不意味著這些定律永遠不會被新的定律所取代。牛頓定律是重要的且正確的，但它們在光速或接近光速時不再適用，而愛因斯坦的理論則適用。牛頓定律同時是正確的也是不完整的。它們在有限的領域內適用。
我們透過更好的測量獲得的更高階的知識確實是一種改進，它闡明瞭新的和不同的基本概念。我們現在瞭解了許多古代人無法用他們更有限的觀測技術推導或發現的現象。因此，斯科特是對的，有時科學家們會犯錯——認為現象是不可能的，但最終證明是完全正確的。但這並不意味著沒有規則。幽靈和時間旅行者不會出現在我們家中，外星生物也不會突然從我們的牆壁中冒出來。空間額外維度可能存在，但它們必須是微小的、扭曲的或以其他方式目前隱藏起來，以便我們解釋為什麼它們尚未產生任何明顯的證據來證明它們的存在。
奇異現象確實可能發生。但這種現象只會發生在難以觀察的尺度上，這些尺度越來越遠離我們的直覺理解和我們通常的感知。如果它們始終無法訪問，那麼它們對科學家來說就不是那麼有趣了。如果它們不會產生任何可觀察到的影響，那麼它們對小說作家來說也不那麼有趣。
奇怪的事情是可能發生的，但非物理學家可以理解地最感興趣的是我們可以觀察到的事情。正如史蒂文·斯皮爾伯格在討論他正在考慮的一部科幻電影時指出的那樣，一個無法在電影螢幕上呈現的奇怪世界——電影中的角色永遠不會體驗到的世界——對觀眾來說並沒有那麼有趣。只有我們可以訪問和意識到的新世界才有可能。即使兩者都需要想象力，抽象思想和虛構也是不同的，並且有不同的目標。科學思想可能適用於對於電影或我們的日常觀察來說太遙遠的領域，但它們對於我們描述物理世界仍然至關重要。