1982年，肯尼思·威尔逊因其伟大成就获得诺贝尔物理学奖。 他提出了一个关于规模的理论。 特别是，威尔逊展示了不同尺度之间看似严格的障碍如何在所谓的临界点附近被打破。 例如，当冰块接近融化时，分子水平上发生的事情突然影响宏观水平上发生的事情，反之亦然。 尺度之间的隔离被打破，所有尺度都有助于从冰到水的转变。
威尔逊的研究产生了深远的影响。 对于量子理论的标准模型物理学家成就，威尔逊揭示了尺度如何影响我们将测量的自然基本常数，更重要的是，揭示了原因。 在威尔逊进行研究之前，物理学家一直认为他们是在用方程玩某种数学游戏才能得到合理的结果。 威尔逊证明了事实并非如此。 相反，一切都是成比例的。 像万有引力常数和精细结构常数这样的常数根本不是常数，而是在很大程度上取决于测量它们的尺度。
特别是，他表明物理方程在特定尺度上会崩溃，但在某些情况下你可以忽略较小尺度上发生的事情，因为你不理解也不知道发生了什么。 相反，您可以将一个尺度与稍小的相邻尺度相关联，并提出当实验仪器检测到越来越小的长度时自然常数如何从一个尺度变化到另一个尺度的公式。 规模变化。 这种由于历史原因被无意义地称为“重正化群论”的数学技术永远改变了量子物理学，是过去 50 年来物理学中最重要的数学成就之一。
这并不是微观层面上发生的唯一奇怪的事情。 科学家们已经证明，如果尺度足够小，时间实际上可以倒退一小段时间。 仅由几个分子组成的机器可能会受益于这种奇怪的时间扭曲。 原因是热力学第二定律控制着我们认为时间流动的方向，它是一个统计定律，并且像所有统计定律一样，当样本量变小时，它就会被违反。 在小范围内，违规行为变得越来越有可能，并且确实可以观察到时间倒流。
在科技领域英语作文，虽然飞机使用类似于鸟类的固定翼，但在小范围内，这是行不通的。 较小的规模意味着更多的湍流，需要更多类似昆虫的翅膀运动。 在尺寸较小的情况下，鞭状鞭毛以奇怪的螺旋模式移动，推动单细胞生物前进，包括允许人类繁殖的精子细胞。
与此同时，在最大尺度上，宇宙变得像光滑的流体。 每个星系和超星系团就像数十亿人中的一个分子。 虽然宇宙，即使在最大的尺度上，也有一些网状结构，但它在很大程度上平稳地移动和膨胀。 然而，在数十亿年前的某个时刻，我们所知的最大结构，即可观测宇宙的 460 亿光年，比原子核还小。 在这个尺度上，宇宙与最微小的尺度发生碰撞，我们不知道此时会发生什么。 我们只知道当宇宙稍微大一点并且我们所知道的普通物理学出现时会发生什么。
关于尺度的有趣之处在于，在望远镜和显微镜被发明并变成科学仪器之前物理学家成就，这些东西甚至是不可见的。 伽利略围绕这些仪器建立了业务，一度几乎成为垄断企业。 然而，他们还使用这些仪器来极大地扩展我们对最大和最小尺度上发生的事情的理解。 从木星的卫星到一滴水，我们的世界开始向两个方向扩展。
关键是，对于不同的尺度，我们通常使用不同的物理原理。 在星系和宇宙的尺度上，我们使用爱因斯坦的长方程。 其中没有任何关于地球上生命多样性的内容，也没有任何关于原子的内容，因为这些都不重要。
同样，在最小的尺度上，我们有量子物理学。 有人说所有物理都是量子的，但我们不用量子物理来讨论洋流。 而且，尽管人们进行了许多尝试，但将量子物理学应用于恒星或宇宙尺度方面却收效甚微。 唯一真正的例外可能是斯蒂芬·霍金关于黑洞热力学、熵和霍金辐射的一些工作，它将两者结合起来。 然而，其中大部分尚未得到证实。 对于大型恒星黑洞，量子效应基本上是不可见的。 我们没有制造微小黑洞的仪器，但我们可以通过研究证实大部分预测。 我们还没有发现任何自然发生的原初黑洞（它们可能小到足以观察到）。
事实上，每个尺度都有自己的物理现象，跨尺度的物理现象相当罕见。 唯一的例外可能是电磁力，但即使电磁力在与其他力结合时也会在最小的尺度上崩溃。
这就是威尔逊的研究既令人着迷又令人担忧的地方，因为他表明，在这些临界点，所有尺度都很重要。 这意味着，如果宇宙中的大尺度结构现在或过去经历了临界点，我们可能无法理解它们，具体取决于尺度有多大，除非我们有一个结合大尺度和小尺度的总体理论。
黑洞和奇异结构可能是这些临界点发挥作用的地方。 在这些情况下，我们使用爱因斯坦的物理学，但爱因斯坦的物理学忽略了微小的量子尺度。 为了理解这些关键现象，我们必须拥有包括爱因斯坦和量子尺度物理学的物理学。 我们不能忽视其中任何一个。
直接的解决方案是“量化”爱因斯坦的方程，但这被证明是困难的，没有人能弄清楚如何做到这一点，因为爱因斯坦的理论只是大尺度上的“有效”理论，在任何其他尺度上都不起作用。 我们需要找到一种在所有尺度上都有效的“真实”引力理论。
这个理论是由一个名叫波利亚科夫的人发明的。 波利亚科夫方程确实适用于所有尺度。 波利亚科夫方程中也有与爱因斯坦的引力场非常相似的东西。 最近，数学家实际上已经证明了它在二维中的工作原理。 他们花了四十年的时间才证明了这一点，而且只是在二维方面。 如果他们能在 4 个维度上做到这一点，他们可能就会有一个可行的理论。 无非就是弦理论。
另一个建议是，引力有其最小的尺度，实际上没有什么比它更小的了。 毕竟，爱因斯坦方程确实告诉我们某物有多长。 这是一个“度量”场论。 重力改变物体的长度。 如果它可以确定这些事情，为什么它不简单地告诉我们事情可以有多小呢？
在计算机中，我们在模拟任何事物时总是引入最小尺寸，因为计算机是有限的机器。 但对于大多数事物，最小尺寸会叠加在某些不假定具有最小尺寸的背景上。 对于重力来说，如果你确实假设了一个最小尺寸，它就不会叠加在任何东西上。 空间和时间中的每个点都没有“位置”，因为要拥有一个位置，你必须有一些背景现实来与之比较。
这和这个想法很相似。 您必须根据每个点与其他点的关系来定义每个点。 事实上，这是这个时空理论中任何给定点的唯一定义特征。 它以某个最小距离连接到相邻点。 这就是环量子引力。
还有一些理论试图以某种方式消除规模问题。 例如，通过将重力转化为第五维度。 这种量化并不会告诉你在最小尺度上会发生什么，它只是告诉你这些尺度应该是可控的，因为引力在最小尺度上是确定性的，尽管是混乱的。 它还从根本上挑战了量子物理学，将其纳入爱因斯坦的广义相对论中。
无论答案是什么，它都必须解决这一问题：当重力达到最小尺度时会发生什么？ 重力会改变吗？ 量子物理学会改变吗？ 现实就这样停止了吗？ 如果我们确实找到了正确的理论，我们仍然有很多工作要做，以证明它与我们在最大尺度上看到的相符。
最近有人问，如果我们只能用有理数来衡量位置和时间呢？ 这对这个问题有帮助吗？ 有理数是整数之比，并非所有数字都是有理数。 事实上，无理数比有理数多得多。 然而，生活中遇到的每一个数字都是有理数。 原因是我们根本无法处理具有无限个不重复数字的数字。 问题是：这能解决扩展问题吗？
它不会解决问题。 有理数可以代表您选择的任何比率。 人们对连续数感到困惑，但它们很少成为物理学中的真正问题。 通过使用限制和比例可以很容易地控制连续数字带来的任何问题。 我认为非数学家只是害怕它们，因为当你处理连续数字时，你会失去离散数字的直观性。 您必须考虑无限维的函数和运算符的空间。 真让人头晕。 但真正的问题不是连续性，而是规模。 这是一个关于数字无穷大的问题，而不是数字连续性的问题。 引入一个有限的宇宙，你可能会解决这个问题，但你必须回答这个问题：宇宙有多大或多小？
由于黑洞奇点尚无法测量，因此不可能知道真正的答案是什么。 也许有一天引力波探测器会告诉我们。 另一种可能性是，将引入一种新理论来解释一些其他现象，例如暗物质和暗能量，并且不存在与爱因斯坦相同的尺度问题。 无论解决方案是什么，它都需要在巨大和微小的尺度上发挥作用。