在粒子物理学中经常要用到几米大小的火花，粒子通过舱室产生火花，科学家通过对火花的拍照标记他们的坐标，然后还原其运动轨迹。最初这项操作是把扫描照片投影在大的工作台上，然后按钮打印出打孔卡片。这样的工作非常单调乏味，但却是粒子物理学实验的基础。由于实验过程的漫长和偶然性，当时很多学生都无法完成毕业论文，所以基本粒子理论物理学有着极高的声望，也是非常神秘的学科。
几千年以来对于物质组成元素的研究中，人们一直试图寻找到组成各种粒子的最小单位，并破解其中的规律。20世纪30年代，质子和中子为人所知，到了五六十年代之后人们又发现了许多小粒子，不过由于它们非常难观察到，而且平均寿命极短，是个快速衰变的粒子家族，就是今天所说的重子。各种粒子以不同的方式混合生成了不同的物质。科学家们用各种实验来验证他们的理论，最后发现结论非常矛盾。
“靴袢理论”“夸克理论”“弦理论”“圈量子引力论”……这些思想有时候像一个回旋镖，从一个方向开始到另一处结束，会得到一些有趣的不同寻常的结果，这些结果又被运用到了人们始料未及的领域。今天人们已经了解到质子以及其它粒子之间的量子引力，但它是否能够经得起时间的考验就要让未来给出答案。
“在100℃的温度下水开始沸腾，也就是说它从液相进入了气相，同理在0℃时，它从液相进入了固相，也就是冰”，在日常生活中，相变是非常普通的现象，而对物理学家来说观察这些相变，却可以提出无数问题值得研究。在20世纪的第一个十年，物理学家开始用实验证，据证明原子和分子是作为构成物质的“砖块”。
从微观层面来看相变越来越难以描述，许多现象都是有极小物质单位的集体行为所导致的。这些基本物体的单元，彼此作用，交换信息，并且通过这些信息改变自己的行为。在物理学中这种交换信息就相当于受力，而它们的行为通常取决或近或远的物体的个体行为。这样看来距离近的那些影响会略大于距离远的，因为太远距离之间的个体交换信息相对困难。当然除了微观层面的观察也有宏观层面的测量。
某些状态的变化会在温度和压力下发生，那个特定的临界点就是物理学家试图搞清楚的规律。统计学上的数据此时就有了极大的价值。20世纪四五十年代人们从物理学中得到了一个相当普遍的概念量能最小化出发，试图来解释相变的问题。自然界中一个自由移动的物体会试图达到其能量最小的位置，直到找到平衡点，直到有外力介入才会改变位置。相变接近临界点时就在接近平衡点。从某种意义上来说相变是系统从有序到无序的转变。
