在现代，物理学已经成为自然科学中最基础的学科之一。经过大量严格的实验验证的物理学规律被称为物理学定律。“物理”二字出现在中文中，是取“格物致理”四字的简称，即考察事物的形态和变化，总结研究它们的规律的意思。物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。在物理学发展中，也积累了许多难解的谜题：如核聚变效应能否实现人控？物理学定律能否实现统一？物质的结构是否会有新的发现？……这当中每一个谜题的揭开，都将代表着物理学的一大进步和飞跃。
物理学定律能被统一起来吗？
苹果落向地面，一道闪电划过长空，核电站反应堆里的铀原子衰变同时放出能量，超级加速器击碎质子：这几种现象代表着自然界中四种基本力的作用，也就是引力、电磁力、弱力和强力。宇宙间所有的物理现象都可以用这四种基本力进行解释。但是科学家并不满足。有没有可能把这四种力统一成为一种？上个世纪60年代，物理学家发现弱力和电磁力是可以统一起来的，它们是一种事物的不同侧面，统称电弱力。但是其余两种力是否可以和它统一起来？经典物理学奠基人——牛顿
相对论和量子论的建立构成了现代物理学两大支柱，并为其他科学分支打开了广阔的天地。但是，作为基础的理论物理学曾经拥有的辉煌在近几十年中黯淡下来，物理学早已经从“搜集材料的科学”发展成为了“整理材料的科学”。过去几十年的实验仅仅验证了已有的理论，并未揭示出需由新规律解释的新现象，以至于越来越多的科学家不得不承认未来岁月不再有任何重大的新发现足以与牛顿、爱因斯坦赐给我们的那些发现相媲美；科学的任务只是补充大量的细节而已，产生枝节性结果；我们有了基本框架，只要填填漏洞就行了；越来越多的科学书籍也停留在夸夸其谈的水平。有人曾预言科学的没落及非理性的复活将开始于上世纪末，我们所做的一切都不足以抑制物理学在总体上、在社会支持和社会价值上的衰退趋势，我们无奈地看到物理学对人才的吸引力不断减弱。物理学是许多学科的基础，当我们沉浸在对科技发展带来的社会经济巨大利益的乐观情绪时，一些西方学者看到了它的没落，他们悲哀地预感物理学基本定律不断被发现、激动人心、惊世骇俗的年代真的一去不复返了，求真、纯粹和经验的科学已经结束。不过仍有许多科学家反对那种认为纯科学已走到尽头的观点，他们普遍认为某些惊人的理论和发现已迫在眉睫，理论物理学更深入地发展即将莅临。人们期待的这种理论就是所谓的“大统一”理论，幻想某一天发现宇宙规则，从而一劳永逸地解决一切有待研究的基本理论问题。许多科学主义者也不得不用对“大统一”的期待来支撑自己的信念。这些现象表明科学对形而上学产生了从未有过的焦虑。科学家相信自然界复杂现象中必然有某种暗含的简单规律在起作用，这些规律已经体现在量子论、相对论、自然选择等理论之中。支配世界的行为法则肯定比现在的物理学定律更为玄妙，它有已知理论没有的特征，具有某种不容质疑的自然主义色彩。我们不敢肯定解析时空理论就是“大统一”理论，但我们至少认为它向这个目标迈出了重要的一步，它的简明性给了人们一种新的方法论启迪。如果对未知的追求走到了尽头，还有什么能够赋予我们存在的意义呢？终极理论会让我们陷入解释的无限循环之中，因此我们坚信科学上不存在什么终极理论，除非人类沦落到由他们制造的机器智慧所支配的地步。谈到大统一理论，我们应当注意到，物理学家无论在他们自己的领域，还是在他们借以描述问题的数学精确性方面都作出了真正显著的成果。一个新的宇宙图景正在出现，这是一个高度统一的图景。在这一图景中，宇宙的粒子和力都起源于单一的“超大统一力”，尽管它们分离成了不同的动力学事件，但它们仍然相互作用。时空是粒子和力在其中成为整合要素的动力学连续统一，每一个粒子，每一个力都影响其他的粒子和力，在自然界中没有孤立的力和事物，只存在具有不同特征的相互作用的事件群。现代物理学的奠基人——爱因斯坦人们已经证明，把注意力聚焦在实体的基础或最低层次是由经典理论留下来的一个不必要的思想包袱，因为经典理论试图根据宇宙的最终构建块（原子）的各种不同特性的结合来解释所有事物。今天，一组相互协调一致的、抽象的、大多数是不可见的实体已代替了在外力的影响下运动的钢球状的原子概念。物理世界的过程不再涉及支配单个粒子行为的规律，物理学现在并不根据基本实体群来进行解释，即使这些实体不是原子而是夸克、交换粒子、超弦或其他将被发现的更抽象的单位。这是很重要的，因为在典型的生命层次上的复杂性现象不大可能通过唯一地以宇宙的最小构建块（无论它们的运动计算得多么精确）为基点的方程来描述。相互作用和自我组织宇宙的图景似乎仍具有活力，尽管描述它的理论还不完善。要想看到物理学是如何返回到由动力学的力支配的宇宙，返回到在外部平衡中由互不联系事件的拼凑件组成的宇宙，是很困难的。从反面来看，应当认识到，尽管在技术理由方面大统一理论取得了显著成绩，但它们的范围和意义还并不十分清楚。科学家一直太专注于构建统一其观察到的现象的数学了，以致不能大胆地更深入地研究它们的公式的含义；而哲学家作为他们时代知识的传统阐释者已经基本上被抛开了——很少有例外，他们都没有能赶上最新的发展。思维缺乏深刻性的现象正在显示出来。在最初的一阵成功后，一些科学家声称他们的大统一理论几乎能够解释任何事物，但就物理学的大统一和超大统一理论而言，贴上“所有事物的理论”的标签明显是夸大其词。正如我们看到的，大统一理论不能满意地解释空间和时间中物质的连续演进的结构化。当然，能够描述支配宇宙中连续构建结构和复杂性的规律的理论是可能的，至少在原则上是可能的，但问题是这种理论是否能通过把物理学规律扩展来进行精确描述，或是否需要以某种方式超越物理学规律。很明显，更为复杂的自然领域不再是物理性质的领域，作为传统意义上的物理学理论不包括它们。不过当前的物理学理论也许可以被普遍化（或者如有必要，利用附加因素去完善它）以便能跨物理学领域，这同时也意味着，目前的大统一理论并非是包罗万象和十全十美的。那么，“大一统”理论能不能被人类找到并引起物理学激动人心、惊世骇俗的新发现呢？我们只能等待科学家和后继者们给我们寻找到答案。宇宙射线从何而来？
来自宇宙空间，包括微中子、伽玛射线光子和各种其他的亚原子散粒子在内的各种粒子中，能量最强的被称为宇宙射线。它们无时无刻不在轰炸着地球。有时候，宇宙射线强大之极，它们必定是在威力惊人的催化剂作用下，产生于宇宙的加速器之中。对它的来源科学家有几种猜测：可能是宇宙大爆炸本身，可能是超新星发出的冲击波与黑洞发生撞击，也可能是星系中央的物质被吸入巨大的黑洞时所产生的加速作用。了解了这些粒子如何产生以及如何获得如此巨大的能量，将会让我们对这些剧烈冲撞的物体的行为方式有所了解。所谓宇宙射线，指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流。1912年，德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中，发现电离室内的电流随海拔升高而变大，从而认定电流是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的，于是有人为之取名为“宇宙射线”。宇宙射线和地球的许多现象都有关系。但是直到今天，人们也无法确切说出它是什么地方产生的。
