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如同每次探险之前需要精心收拾行李一样，我们需要明白带什么东西上路，而谁又将与我们同行。就许多方面而言，20世纪可谓物理学的世纪，一系列科学巨匠的发现带领着物理开始了令人惊叹的发展。仅19世纪末到20世纪初的50年间，就涌现了麦克斯韦、普朗克、爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡、泡利、狄拉克、费米和哈勃等一系列伟人，他们为科学进步做出了重大贡献。在研究原子、原子核和基本粒子的过程中，物理学致力于钻研无限小，在十亿分之一纳米的尺度上，揭秘了量子力学出乎意料的局限性和不可思议的可能性。这场知识演化，在20世纪末为我们带来了所谓的基本粒子及相互作用的标准模型，堪称伽利略方法
在现代的胜利——而这一切，将最终在随后介绍的欧洲核子研究组织（CERN）的希格斯玻色子发现中，达到顶峰。
同样，天体物理学和宇宙学，也在过去这100年里取得了巨大进展。愈发强大的仪器，在短短半个多世纪的时间里被直接放置于太空，这使我们有机会以惊人的细度探索宇宙，并将观测拓展至遥远的大爆炸（Big Bang）时期，即138亿年前。根据普朗克卫星对某片年龄仅37.9万年的幼年宇宙进行观测后所提供的最新数据，宇宙学标准模型的有效性，在微观和宏观层面上，都得到了验证：而这个模型，正是建立在一场剧烈膨胀上，那就是著名的大爆炸。关于它的成因，我们可以尝试从已知的空间、时间、物质和能量的性质入手，在量子力学的框架下进行研究。
无限小，实际指的是十亿分之一纳米；而无限大，则是几百亿年内光所传播的距离——这二者就是我们今天在量子物理学和天体物理学上所面临的实验极限。虽然我们总共使用着超过40个数量级（把一个数字乘以10便会得到更高一级的数量级），但我们所能研究的极限尺度却始终未能触及数学中惯用的“无穷”（infinite）。类似情况也同样发生在如时间和能量等其他物理量中。这就是我们尝试翻越的知识边界，我们想要看看在这之外所发生的一切：大自然将会有怎样的表现，我们在海格力斯之柱
这一边推导出的规律，是否也同样适用于那一边。
今天的极限似乎的确难以克服，但值得一提的是，我们早在过去就曾有过类似错误的预感。我们目前所能观测到的距离，几乎可以说是远未及宇宙的大小。从大爆炸至今的时间里，光只传播了一段有限的距离，而我们对此之外的其他区域一无所知。所以，我们没有任何理由相信宇宙未曾进行大幅延伸——因为事实上其扩张远超出我们的观测范围。
那些越来越微小的尺度同理。研究尺度越微观，我们就越依赖于日渐强大的显微镜。现代显微镜被称为“粒子加速器”，例如欧洲核子研究组织发现希格斯玻色子时所使用的那台。粒子加速器虽然威力巨大，但其效果却受制于机器中所使用的粒子束能量，而在某些情况下，科学家们则会尝试利用来自宇宙深处能量极高的辐射来克服这些障碍。在这一领域中，实验分析尚无法到达的地方，我们只能通过理论研究尝试了解时空究竟是离散的还是连续的，以及那掌控着微观世界的量子涨落。
但无论如何我们已经向前迈进了不少！仅100年前我们还未知晓其他星系的存在，大约200年前我们都未曾想象过1.3万光年之外的恒星，而大约500年前我们甚至还在相信是太阳围着地球旋转的。
感觉还好吗？其实并不尽然。尽管取得了这一系列巨大进展，但从某种意义上说，我们并没有从起点走出多远。我们的疑惑与古希腊哲学家所问之事相差无几。物质由什么构成？它是否可以被无限分割？世界作为一个整体是无止境的吗？是万物在保持周期性一致，还是宇宙在持续变化？我们能从观察中认识现实，或看透表象背后的本质吗？随着实验科学的发展，我们所处的环境也发生了改变；在伽利略之后四个世纪的今天，我们终于明白了如何向大自然提问，也学会了如何阅读写就其奥秘之书的数学文字。