物理学中最为成熟的两个理论框架是广义相对论和量子场论。广义相对论认为,与刚性背景相反,时空本身是一个动态实体,它与存在于其中的物质相互作用。另一方面,量子场论声称,我们与之相互作用的所有基本粒子实际上都是场的量化激发。这两种理论都经受住了实验的考验,精度令人难以置信;然而,它们都存在概念问题,这表明还有我们尚未发现的更深层次的理论。广义相对论在模拟从苹果掉落到宇宙膨胀等现象方面非常成功,但它也预测了自身的失败:时空奇点不可避免地由恒星坍缩形成,此时曲率变为无限大。另一方面,量子场论受到无限性的困扰更为严重。许多表达式仅以形式表达式的形式存在,尽管可以通过重正化方案消除一些分歧,但我们仍然对量子场论作为自然基本描述的真正有效性产生了质疑。除此之外,尽管广义相对论和量子场论是两种经过最精确测试的理论,但它们是由不相容的数学框架构建的,因此不可能同时成立。还有其他更微妙的问题,例如黑洞信息悖论,它促使我们重新审视我们目前可用的理论。
地面、低地球轨道及更远的地方 人类航天的下一步是重返月球和火星。几十年来,人类都没有飞越过范艾伦带。为了准备在低地球轨道 (LEO) 之外进行更长时间的人类任务,还有很多工作要做。新技术为研究和科学发现提供了机会,使人类能够安全地深入太空。使用低地球轨道上的微重力平台,例如国际空间站这个月球门户,可以利用我们国家的能力来克服各种复杂而困难的生物医学、物理科学和工程相关的挑战。美国政府对研究的战略性、富有成效和不间断的承诺对于利用太空环境推进美国科学和创新议程至关重要。微重力研究在生物学和物理科学中的重要性 生物学和物理科学中的基础微重力研究是通向创新生物学和技术突破的渠道。