第一部分 宇宙

第1章 安靜的爆炸
1、太陽(yáng)將在五十億年后爆炸。

第2章 月亮
2、四十億年前，一顆行星與地球相撞，從地球上扯下一塊物質(zhì)，即月球。月球的引力使地球上出現(xiàn)潮汐。月球表面的傷痕從未被氣候抹平。

第3章 太陽(yáng)
1、日核溫度高，壓力大，氫原子的電子被松開(kāi)，只留下原子核。原子核在壓力下被迫融合，變成更大的原子核。熱核聚變即是一個(gè)用較小的原子核產(chǎn)生較大原子核的過(guò)程。較大原子核與電子們重新結(jié)合，成為更重的原子：氮原子、碳原子……地球上的重原子都是在某顆恒星內(nèi)部被創(chuàng)造出來(lái)的。當(dāng)你呼吸時(shí)，你吸入它們，當(dāng)你觸摸自己皮膚或者別人皮膚，所觸到的都是星塵。太陽(yáng)那樣的恒星在壽命將終時(shí)會(huì)死亡和爆炸，釋放構(gòu)成我們的物質(zhì)。如果沒(méi)有這樣的結(jié)束，地球無(wú)法誕生，生命無(wú)法形成，世界中將只有氫原子與氦原子存在，被鎖在永不死亡的恒星內(nèi)部。

2、兩顆原子聚合成更大的原子時(shí)，它們的一部分質(zhì)量消失了。失去很小的質(zhì)量，同時(shí)釋放巨大能量，兌換公式為E=mc2。核聚變產(chǎn)生向外擴(kuò)張的能量與引力帶來(lái)的向內(nèi)壓縮的力量平衡，令恒星有一個(gè)穩(wěn)定的大小。

3、核聚變釋放出巨量的光和粒子，這些光與粒子又將它們周圍的一...

第一部分 宇宙

第1章 安靜的爆炸
1、太陽(yáng)將在五十億年后爆炸。

第2章 月亮
2、四十億年前，一顆行星與地球相撞，從地球上扯下一塊物質(zhì)，即月球。月球的引力使地球上出現(xiàn)潮汐。月球表面的傷痕從未被氣候抹平。

第3章 太陽(yáng)
1、日核溫度高，壓力大，氫原子的電子被松開(kāi)，只留下原子核。原子核在壓力下被迫融合，變成更大的原子核。熱核聚變即是一個(gè)用較小的原子核產(chǎn)生較大原子核的過(guò)程。較大原子核與電子們重新結(jié)合，成為更重的原子：氮原子、碳原子……地球上的重原子都是在某顆恒星內(nèi)部被創(chuàng)造出來(lái)的。當(dāng)你呼吸時(shí)，你吸入它們，當(dāng)你觸摸自己皮膚或者別人皮膚，所觸到的都是星塵。太陽(yáng)那樣的恒星在壽命將終時(shí)會(huì)死亡和爆炸，釋放構(gòu)成我們的物質(zhì)。如果沒(méi)有這樣的結(jié)束，地球無(wú)法誕生，生命無(wú)法形成，世界中將只有氫原子與氦原子存在，被鎖在永不死亡的恒星內(nèi)部。

2、兩顆原子聚合成更大的原子時(shí)，它們的一部分質(zhì)量消失了。失去很小的質(zhì)量，同時(shí)釋放巨大能量，兌換公式為E=mc2。核聚變產(chǎn)生向外擴(kuò)張的能量與引力帶來(lái)的向內(nèi)壓縮的力量平衡，令恒星有一個(gè)穩(wěn)定的大小。

3、核聚變釋放出巨量的光和粒子，這些光與粒子又將它們周圍的一切都剝離成原子核與電子。這種原子核與電子分離的物質(zhì)狀態(tài)被稱為“等離子體”。太陽(yáng)是等離子體：等離子體是由電子、失去了部分電子的原子（離子）、失去所有電子的原子（僅剩原子核）所組成的熾熱混合體。

4、核聚變?nèi)剂嫌帽M時(shí)，引力將打破平衡，太陽(yáng)塌縮而變得更緊密，直到核聚變?cè)俅伪稽c(diǎn)燃，但這次核聚變發(fā)生的場(chǎng)所不是在內(nèi)核，而是在離表面更近的地方。這次核聚變將大于引力，太陽(yáng)表面將被推開(kāi)，太陽(yáng)體積變大，噴出更多更重的原子。最后，這些原子與周圍其他死去的恒星殘骸混合在一起，變成星塵，形成巨大的星云，或許，在將來(lái)成為新世界產(chǎn)生的種子。

第4章 我們的天體家庭
1、太陽(yáng)系的行星與地球一樣，都誕生于同一片早已死去的恒星所留下的星云。它們都被被太陽(yáng)的引力所束縛，也都會(huì)因太陽(yáng)爆炸而毀滅。

2、小行星帶的石塊分得挺開(kāi)，許多人造衛(wèi)星都曾飛越其中，毫發(fā)無(wú)損。

3、海王星之外是彗星庫(kù)，被稱為“奧爾特云”，看起來(lái)像占據(jù)了太陽(yáng)與其他恒星之間的所有空間。

4、離我們最近的恒星是比鄰星。

第5章 太陽(yáng)之外
1、比鄰星是紅矮星，天空中大多數(shù)恒星是紅矮星。

2、紅矮星比太陽(yáng)小，原子聚合速度比太陽(yáng)慢好多。對(duì)恒星來(lái)說(shuō)，體積越大，壽命越短。

第6章 龐然大物
1、想象一顆玻璃珠和一只大碗。你讓玻璃珠貼著碗壁旋轉(zhuǎn)，如果轉(zhuǎn)速太慢，玻璃珠會(huì)馬上落到碗底。如果轉(zhuǎn)速太快，它就會(huì)沿著碗壁上升并最后廢除大碗。如果速度剛好，它就在碗壁穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，直到摩擦力將它的速度變?yōu)闊崮軠p慢它的轉(zhuǎn)速。但，太空中沒(méi)有摩擦力，所有恒星都不會(huì)損失它們的動(dòng)能。

2、星系中心應(yīng)當(dāng)有一顆質(zhì)量超過(guò)四百萬(wàn)顆太陽(yáng)的星星。但在中心找不到這樣的星星，唯一的解釋是，星系中心是一個(gè)黑洞。

3、黑洞引力巨大。恒星被黑洞撕扯，行星般大小的物質(zhì)從恒星表面撕裂飛出。就像玻璃珠轉(zhuǎn)得太快，那顆已經(jīng)解體的恒星的星塵在到達(dá)黑洞核心之前就被拋了出來(lái)……它的質(zhì)量被轉(zhuǎn)化為人類所指能量最高的兩種光線——X光與伽馬射線——所構(gòu)成的兩道激流，一道朝上，一道朝下，就像兩道燈塔的燈光，射向銀河系恒星間巨大的空間。這是一種沒(méi)掉入黑洞的死法。

第7章 銀河系
1、如果你把太陽(yáng)系，以及其中的行星、小行星和彗星看成我們?cè)谟钪胬锏募彝?，把比鄰星?dāng)做我們的鄰居，那么銀河系就是我們?cè)谟钪嬷械拇蟪鞘?，一個(gè)由三千億顆恒星構(gòu)成的繁華都市，而我們的太陽(yáng)，指示其中的一顆。

2、找一個(gè)一米見(jiàn)方的紙箱，裝滿沙子，共裝300個(gè)。我們銀河系里恒星的數(shù)量就和這紙箱里的沙粒數(shù)量差不多。將300個(gè)紙箱里的沙子倒在特拉法爾加廣場(chǎng)上，鋪成盤(pán)狀，分出四條旋臂，然后讓他們坐上尼爾森雕像的肩膀。這就是你現(xiàn)在看到的銀河系景象。太陽(yáng)就是其中的一粒沙子。

3、仙女座星系是宇宙中離我們最近的銀河系外實(shí)體，它將在四十億年后與銀河系撞在一起。星系太大了，其所含的恒星之間有著巨大的空隙，星系的碰撞很少會(huì)引起恒星之間的碰撞。

第8章 宇宙盡頭的第一道墻
1、當(dāng)你到達(dá)離地球大約135億光年的地方時(shí)，前面幾乎已經(jīng)沒(méi)有光了。在那里，第一顆恒星還沒(méi)有誕生。因?yàn)檫@個(gè)原因，你所穿過(guò)的地點(diǎn)與時(shí)代被稱為宇宙黑暗世紀(jì)。我們所看到從哪里發(fā)出的光都已經(jīng)在宇宙中走了135億年。就是在那個(gè)時(shí)期，大概持續(xù)了8億年，第一顆恒星開(kāi)始講氫與氦這些小原子聚合成重原子。這些是第一代恒星。而我們的太陽(yáng)則是第二代或第三代恒星。

2、你突然來(lái)到一個(gè)光穿不過(guò)的地方。這是一道時(shí)空之墻。這道墻后，宇宙并不是黑暗，而是不透明。你伸手感觸墻后的世界，你所觸到的是一種巨大的能量，能量將光束縛在墻后。你所到達(dá)的地方是我們的望遠(yuǎn)鏡所能看到的最遠(yuǎn)處。在能看到的時(shí)空里（墻內(nèi)），我們的宇宙變得透明。墻外的時(shí)空所發(fā)出的光不能以直線到達(dá)地球，這些光線無(wú)法被我們?nèi)魏我慌_(tái)望遠(yuǎn)鏡捕捉到。這面墻便是我們可見(jiàn)宇宙的盡頭，這道光線無(wú)法穿過(guò)的墻被稱為“臨界最后散射面”（surface of last scattering）。

3、這聽(tīng)起來(lái)就像是有一個(gè)圓球，地球就處在這個(gè)圓球的中心，這個(gè)圓球的直徑有135億光年，這個(gè)球的表面就是那道墻。球體之內(nèi)就是可能被人類所接觸的可見(jiàn)宇宙的全部。然而球體之外并不是沒(méi)有東西，只是人類看不到。在這個(gè)意義上，地球就是地球人所見(jiàn)宇宙的中心。

第二部分 理解外部空間

第1章 定律與秩序
在地球上，在牛頓生活的年代，沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)可以證偽牛頓的萬(wàn)有引力定律。

第2章 討厭的石頭
1、牛頓的理論無(wú)法預(yù)言及解釋水星的一個(gè)微小誤差，這種誤差來(lái)自牛頓不可能想象得到的引力的某種特質(zhì)。

2、牛頓的公式給物體如何相互吸引定了量，但它沒(méi)有解釋引力到底是什么東西。

第3章 1915年
1、如果引力來(lái)自“什么也沒(méi)有”，也就是說(shuō)，來(lái)自宇宙的基本構(gòu)造（不管所指何物），會(huì)是什么情況？讓我們想象一個(gè)很重的球被放在一張被拉緊的橡皮膜上。橡皮膜會(huì)在球的周圍向下彎曲。如果你在橡皮膜上涂上肥皂，任何在橡皮膜上行走的東西——比如一只螞蟻——如果走到彎曲的部分，就會(huì)滑向那只球，向下滑。對(duì)于那只螞蟻來(lái)說(shuō)，這種效果就如同引力。宇宙的構(gòu)造或許是一個(gè)3D或者4D不可見(jiàn)的膜。引力就僅僅是宇宙彎曲的結(jié)果，當(dāng)一個(gè)人跌落時(shí)，并不是有一個(gè)往下拉的力讓他跌落，而是他沿著宇宙構(gòu)造中一個(gè)不可見(jiàn)的斜坡滑行而已（直到他撞倒地上或其他類似地方阻止了他進(jìn)一步跌落）。

2、上述理論解決了牛頓未解決的水星誤差問(wèn)題。上述理論就是愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。

3、廣義相對(duì)論說(shuō)明我們的宇宙是有形狀的，這個(gè)形狀是動(dòng)態(tài)的，會(huì)隨時(shí)間而變化。當(dāng)恒星、行星以及其他一切東西運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們?cè)谖覀冇钪鏄?gòu)造中造成的彎曲也隨之改變。

第4章 過(guò)往層層
1、宇宙第一原則：為了了解大自然，我們必須超越我們的感官告訴我們的感知，而為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們假定，在相似條件下，大自然在任何時(shí)間與空間都遵循同樣的定律——無(wú)論在此處還是彼處，在現(xiàn)在還是過(guò)去或未來(lái)，在我們看到的時(shí)候還是沒(méi)看到的時(shí)候。

2、光是我們了解宇宙的關(guān)鍵，光是粒子、又是波。光有兩個(gè)指標(biāo)，一個(gè)是波的高度，一個(gè)是波之間的距離。波的高度代表我們所稱的強(qiáng)度；波之間的距離我們成為波長(zhǎng)。波長(zhǎng)越短，頻率越高，波所帶的能量就越大。

3、區(qū)分兩種顏色的標(biāo)準(zhǔn)在于它們波長(zhǎng)的定義。光線從低到高的能量排序是：無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X光、伽馬射線。

4、任何恒星發(fā)光的時(shí)刻，它所發(fā)出的光線都帶著自己的信息。這些信息以光速穿越空間，經(jīng)過(guò)很多時(shí)間后才能被我們看到。這意味著我們?cè)谔炜罩锌吹降哪切┳钸h(yuǎn)的恒星可能已經(jīng)死了。就像老奶奶給你寄一封很慢很慢的平郵信一樣，你收到信時(shí)，說(shuō)不定老奶奶已經(jīng)過(guò)世了。

5、觀察夜空就如同接收來(lái)自各處的明信片。大量明信片。發(fā)自我們宇宙歷史上的各個(gè)時(shí)間與地點(diǎn)。將這么多明信片拼接起來(lái)，我們可以重建從地球上觀察到的，你得宇宙的一小段歷史。

第5章 膨脹
1、重復(fù)一遍：我們隊(duì)于遙遠(yuǎn)宇宙的一切了解，都來(lái)自我們所見(jiàn)到的光。

2、電子可以從一個(gè)軌道跳躍到另外一個(gè)軌道，這個(gè)過(guò)程要么吸收能量、要么釋放能量。電子離原子核越遠(yuǎn)，其所攜帶的能量就越高。因此當(dāng)一個(gè)電子從離原子核較近的軌道跳躍到另一個(gè)較遠(yuǎn)的軌道時(shí)，它必須吸收一些能量，就像一直熱氣球必須加足火焰以供應(yīng)更多熱氣才能飛得更高。我：就像F1從外道超車時(shí)，必須踩油門(mén)。反之，要移到離原子核更近的軌道，電子需釋放能量，就像熱氣球釋放熱氣以便飛得離地面更近。能量來(lái)自于光，電子通過(guò)吸收或釋放光來(lái)實(shí)現(xiàn)跳躍。但并不是任何光都行。如果光的能量不夠，那么電子無(wú)法實(shí)現(xiàn)跳躍，只能待在原來(lái)軌道。如果電子被擊中的光的能量太強(qiáng)，電子就有可能跨越多個(gè)軌道，甚至逃逸原本它們屬于的原子。

3、想象有一個(gè)光源，其向各個(gè)方向釋放的光線中含有從最低到最高能級(jí)的的所有的波長(zhǎng)。如果在離光源某個(gè)劇烈處存在著一個(gè)原子，他的電子籠罩在所有波長(zhǎng)的光線之下，會(huì)瘋狂地吸收它所能吸收的能量，從自己所在的軌道跳遠(yuǎn)到一個(gè)更高能量的軌道上。如果這種跳躍發(fā)生，這個(gè)電子就被激發(fā)了。您能找出那個(gè)原子都吸收了哪些波長(zhǎng)的光，那些沒(méi)有被吸收的光都順利通過(guò)，你能夠檢測(cè)通過(guò)的光線的波長(zhǎng)。同時(shí)，在連續(xù)彩虹中有幾小塊顏色變暗，就對(duì)應(yīng)了被原子吸收的波長(zhǎng)。這個(gè)圖標(biāo)被稱為光譜，暗淡的部分被稱為吸收線?？茖W(xué)家們只要看一眼光譜中缺少了哪些光的波長(zhǎng)，就能夠知道位于你與光源之間的是哪種原子。

4、想象宇宙的構(gòu)造能像吉他弦一樣拉緊，每拉緊一些就會(huì)讓在其中傳播的光的波長(zhǎng)變高。因?yàn)楣饪梢员徽J(rèn)為是一種波，拉緊能增加連續(xù)兩個(gè)波峰之間的距離，也就是說(shuō)增加波長(zhǎng)。也就是向藍(lán)色-綠色-黃色-紅色偏移。在光譜中，意味著宇宙遠(yuǎn)處所產(chǎn)生的顏色往紅色方向移動(dòng)，它們被“紅移”了。我：相同的原子，地球遠(yuǎn)處的原子吸收的光的波長(zhǎng)更長(zhǎng)一些。（是不是用松弦更貼切一些？松弦，弦被拉長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)宇宙膨脹？）

5、如果宇宙的構(gòu)造持續(xù)拉緊，那么光線傳播得越遠(yuǎn)，它到達(dá)地球時(shí)紅移得越厲害，從藍(lán)色到紅色，最后變成不可見(jiàn)的紅外線和微波……通過(guò)從遠(yuǎn)處恒星所發(fā)的光在地球上看到的顏色與它們自己原先真正顏色的差別，可以計(jì)算出該恒星離地球的距離。

6、以上意味著遠(yuǎn)處星系與我們之間的距離在變大，一直如此。這就是宇宙膨脹。

7、宇宙第二原則：要猜想離地球很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的地方所發(fā)生的事情，人類必須假定宇宙中沒(méi)有一個(gè)特別的位置。

8、宇宙第三原則：如果某個(gè)觀察者在宇宙各處觀察，對(duì)于他來(lái)說(shuō)，任何方向看出去都是一樣的。遠(yuǎn)處的星系總是遠(yuǎn)離他所在的觀察點(diǎn)，同那些星星遠(yuǎn)離地球一樣。

9、宇宙第三原則管的是大場(chǎng)面，適用的尺度比星系都要大得多得多。生活在遙遠(yuǎn)世界的外星人看到的宇宙與我們看到的完全相似。當(dāng)然，細(xì)節(jié)不同，但在大尺度上是一樣的。它們也一樣被從他們的歷史所傳向它們的信息總和所包圍，他們?cè)谒麄兊囊箍罩幸?jiàn)到的是我們共同宇宙的另一個(gè)歷史片段。要了解我們的宇宙，要看到整體，就需要把宇宙中每個(gè)點(diǎn)，每個(gè)過(guò)去的歷史片段都加起來(lái)。當(dāng)然，相近的兩個(gè)地方的歷史有很大重合，但相隔著巨大空間距離的兩處可能在歷史上完全沒(méi)有交集。然而，它們依然被認(rèn)為是相同的。

10、遠(yuǎn)處的星系之間的距離一直在變大。鄰近天體之間卻沒(méi)有這種現(xiàn)象，因?yàn)橐υ诙叹嚯x內(nèi)足夠強(qiáng)大。星系產(chǎn)生的萬(wàn)有引力抵消了這種膨脹，無(wú)論是在它們邊界的內(nèi)部（比如太陽(yáng)和鄰近恒星之間的距離不會(huì)擴(kuò)大），還是在邊界的周圍（鄰近星系確實(shí)在逐漸靠近）。但在大距離上，膨脹無(wú)處不在，這被命名為哈勃定律。

11、根據(jù)哈勃定律，如果現(xiàn)在我們的宇宙中所有遙遠(yuǎn)的東西都在離我們而去，那么現(xiàn)在離我們很遠(yuǎn)的東西在過(guò)去應(yīng)該會(huì)靠近一些。換種說(shuō)法，整個(gè)宇宙在過(guò)去比現(xiàn)在要?。?br>
第6章 感受引力
1、把地球想象成一個(gè)球體，它在自己周圍的宇宙構(gòu)造中產(chǎn)生了陡峭的弧度，所以許多東西粘在了它的表面。你所見(jiàn)到的一切物體都會(huì)順著斜坡滑下。你自己也順著滑下，指導(dǎo)地板或者其他什么東西——比你密度更高的東西出現(xiàn)在你下方，防止那些物體、你和其他一切東西進(jìn)一步下滑。地殼上的巖石比水密度大，因此海洋位于海底堅(jiān)硬的巖層上。石頭與水比空氣密度大，因此大氣層位于我們地球表面（巖石或水）之上。一些密度大的物體能夠離開(kāi)地面，升入天空，但它們需要能量來(lái)支持這種行為。所有地球上的東西都沿著我們的星球所產(chǎn)生的斜坡一直下滑。因此，我們的星球有著不同的層次，從天空之頂?shù)降匦?，最輕的粒子在上面，最致密的在深處。其致密的內(nèi)部完成整個(gè)平衡花了幾十億年的時(shí)間。

2、光在太空并不一直以直線前行，當(dāng)它路過(guò)星系、恒星、行星，甚至一塊小石頭附件是，光線會(huì)變彎。物體密度越大，光線路徑離它越近，彎曲程度就越明顯。當(dāng)星系、恒星、行星移動(dòng)式，它們所引起的曲線和斜坡也一并移動(dòng)，跟它們一起互相舞動(dòng)、融合。引力不再被看作一種力，現(xiàn)在，看成是一幅由曲線、高峰和斜坡構(gòu)成的風(fēng)景。

3、想要離開(kāi)地球表面進(jìn)入太空，你向上扔出去的物體速度必須高于每小時(shí)40,320公里。這是地球的逃逸速度。

4、所有東西都在任何方向上產(chǎn)生不可見(jiàn)的斜坡，我們稱之為引力。物體越致密，其產(chǎn)生的斜坡就越陡峭。如果所有的大家伙們能讓我們宇宙的構(gòu)造變彎，光一定也能夠，因?yàn)槟芰烤褪琴|(zhì)量，質(zhì)量就是能量。

第7章 宇宙學(xué)
1、我們的宇宙，雖然它一直擁有著它至今依然擁有的能量，卻曾經(jīng)完全沒(méi)有大小。在空間和時(shí)間上都沒(méi)有大小。任何聲稱所有被我們的可見(jiàn)宇宙所包含在內(nèi)的一切在過(guò)去的某個(gè)時(shí)段曾經(jīng)大小為零（或非常接近于零）的理論都被稱作“（熱）大爆炸理論”?！盁帷笔侵钢挥幸粋€(gè)非常熱的過(guò)去才有可能將我們整個(gè)可見(jiàn)宇宙的所有能量壓縮在一個(gè)非常小的體積之中。“大”是因?yàn)樗姓麄€(gè)可見(jiàn)宇宙。

第8章 宇宙地平線之外
1、想象你乘小艇在海洋上漂流，環(huán)顧一下，你能看到地平線形成的圓圈，中心就是你。你無(wú)法看到地平線之外的東西，但并不意外著地平線之外沒(méi)有東西存在。在太空里，也是一樣，我們從地球上能看到的可見(jiàn)宇宙是一個(gè)半徑為138億光年的球。這個(gè)球之外是不透明的，光無(wú)法自由穿越。宇宙中有無(wú)數(shù)個(gè)半徑為138億光年的球，可能與我們的球重合，也可能不重合。

第9章 大爆炸的鐵證
1、剛開(kāi)始，宇宙過(guò)于致密，光會(huì)撞倒質(zhì)量或能量并被彈回來(lái)（散射）。但當(dāng)宇宙膨脹到不那么致密時(shí)，終有一時(shí)刻，光可以自由穿過(guò)。這時(shí)，光最后一次被散射，產(chǎn)生了我們歷史上的臨界最后散射面。

2、宇宙大爆炸發(fā)生在臨界最后散射面形成的38萬(wàn)年之前，也就是說(shuō)發(fā)生在138億年 38萬(wàn)年之前。

3、根據(jù)愛(ài)因斯坦的公式，臨界最后散射面的溫度是3000℃。但是，實(shí)際在我們周邊測(cè)得的最后散射面的溫度為-270.42℃。中間的溫度差異如何解釋？光波的顏色與能量取決于波長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)時(shí)空長(zhǎng)達(dá)138億年的拉伸，臨界最后散射面上這束最早的光的顏色開(kāi)始由藍(lán)變綠、變黃、變橙、變紅……接著就變得無(wú)法被我們的眼睛可見(jiàn)，變成紅外線，后來(lái)是無(wú)線電波，最后是微波。當(dāng)光可見(jiàn)時(shí)，那里很熱，現(xiàn)在可見(jiàn)光已經(jīng)變成——經(jīng)過(guò)138億年的膨脹后——-270.42℃的冷光。也就是說(shuō)，光的波長(zhǎng)被宇宙膨脹拉成了微波（能量較低的波，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波）。

第三部分 快
第1章 做好準(zhǔn)備
我們的感官適應(yīng)我們生活中的大小尺度以及在地球上的生存，但我們感受到的并不是全部。接下來(lái)的旅程是感受“快”和“小”。

第2章 奇特的夢(mèng)

第3章 我們自己的時(shí)間
1、速度會(huì)改變時(shí)間和空間。時(shí)間的流逝取決于物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，根據(jù)該速度可以算出物體在時(shí)間上的預(yù)期差異，這就是狹義相對(duì)論。

2、物體旅行速度越快，時(shí)間膨脹越明顯，物體長(zhǎng)度也會(huì)收縮。你背著光速加速器遠(yuǎn)離地球而去，你發(fā)現(xiàn)地球上的鐘會(huì)比你手表跑得更快，同時(shí)，你前進(jìn)方向上的目標(biāo)變得異乎尋常的近。它們離你的距離所縮減的速度，恰好跟與地球上的時(shí)間相比所變慢的程度相同。整個(gè)宇宙在你眼里如同透過(guò)一個(gè)變了形的放大鏡所看到的景象，正前方的距離變短了，而側(cè)面完全沒(méi)變。你經(jīng)過(guò)一個(gè)正在進(jìn)行空間漫步的宇航員，她的動(dòng)作被加快了十萬(wàn)倍，她腕表的指針瘋狂轉(zhuǎn)動(dòng)。你看到了她與你在時(shí)間上的差別！你看到了她整個(gè)一生在你眼前展開(kāi)。半秒過(guò)去了，哪位女宇航員已經(jīng)回到了地球，又過(guò)了幾個(gè)眨眼的時(shí)間，她已經(jīng)去世，孩子長(zhǎng)大，孩子生了孫子，地球已過(guò)了幾千個(gè)晝夜，對(duì)你而言，不過(guò)是幾秒鐘。

3、你已離光速越來(lái)越近，但是還是有些不對(duì)：近來(lái)你的速度沒(méi)有提高多少。而且，你火箭提供的能量似乎變成了質(zhì)量。沒(méi)有什么帶有質(zhì)量的東西能夠到達(dá)光速運(yùn)動(dòng)，有質(zhì)量的東西越快，讓它加速就越不容易。

4、三個(gè)違反常理的現(xiàn)象：一是地球的時(shí)間變快；二是距離在你前進(jìn)的方向上變?。蝗悄阕兊迷絹?lái)越重。

5、當(dāng)你的速度是30萬(wàn)公里/秒的87%，即26萬(wàn)公里/秒時(shí)，你的一秒等于地球上的兩秒。在地球人看來(lái)，你飛了兩秒，經(jīng)過(guò)了52萬(wàn)公里。在你看來(lái)，你飛了一秒，經(jīng)過(guò)了26萬(wàn)公里。地球人眼里的52萬(wàn)公里在你眼里只有26萬(wàn)公里，地球觀察者的一公里在你這里變成了半公里。你的速度不變（26萬(wàn)公里），不管是你自己測(cè)量，還是他人測(cè)量。速度與觀察者無(wú)關(guān)，但時(shí)間與長(zhǎng)度取決于觀察者。物體本身隨著速度變大而縮短。在沒(méi)有以同樣高速運(yùn)動(dòng)的人看來(lái)，高速移動(dòng)的火箭和上面的乘客都收縮了。

6、你因?yàn)楦咚龠\(yùn)動(dòng)而變得如此之重，你在自己身邊的時(shí)空中形成的曲線已經(jīng)變得非常顯著，宇宙已經(jīng)在任何一個(gè)方向都發(fā)生了變形。這已經(jīng)不再取決于速度，而是引力了，引力所帶來(lái)的時(shí)空彎曲，使小行星也向你跌落。你還在持續(xù)增加質(zhì)量，注定有一天會(huì)變成黑洞。

第4章 如何才能永遠(yuǎn)不老
1、不存在一只鐘表可以在宇宙各個(gè)地方以同樣的方式走動(dòng)?；蛟S你能走得與光一樣快，但你需放棄自己的質(zhì)量。所有質(zhì)量。光無(wú)法攜帶任何質(zhì)量，這才是它這么快的原因。光喜歡輕裝上路。任何有質(zhì)量的東西在加速過(guò)程中會(huì)變得越來(lái)越重。要想達(dá)到光速，從一開(kāi)始你就不能具有質(zhì)量。

2、假設(shè)你沒(méi)有質(zhì)量，可以加速至光速，你的時(shí)間將會(huì)停止流逝。因此，光不會(huì)變老，當(dāng)我們收集到來(lái)自我們可見(jiàn)宇宙最遠(yuǎn)端所發(fā)出的光線時(shí)，我們得到的就是那時(shí)候宇宙的樣子（當(dāng)然，需要進(jìn)行紅移修正）。即便你變成了光，你的時(shí)間將無(wú)法推進(jìn)，你確實(shí)實(shí)現(xiàn)了永生，但你自己卻意識(shí)不到。

3、作為有質(zhì)量的你，或許還是可能到達(dá)你鄰居所到不了的將來(lái)。你所需要的指示以足夠快的速度旅行?；蛘咭泼竦揭粋€(gè)比地球強(qiáng)得多的引力的星球上去。（質(zhì)量大所以速度大？）

第四部分 躍入量子世界
第1章 金塊與磁鐵
1、磁鐵之間產(chǎn)生的力不是萬(wàn)有引力。

第2章 如同海里的魚(yú)
1、與海洋不同，量子世界無(wú)處不在，在構(gòu)成我們的物質(zhì)中，在光里，在外太空里，甚至在“虛空”的太空中。

2、電磁場(chǎng)中有虛擬光珠，它們的存在只有一個(gè)目的：攜帶電磁力。電磁力的規(guī)則是，虛擬光珠排斥同種電荷，而將異種電荷拉到一起。同種電荷之間會(huì)被兩電荷間出現(xiàn)的虛擬光珠推開(kāi)。電荷間距離越近，出現(xiàn)的虛擬光珠越多，排斥力就越大。異種電荷距離越近，吸引力就越大。中性物體不在乎這些虛擬光珠，它們能夠通過(guò)擁有完全相同數(shù)量的異種電荷實(shí)現(xiàn)中性，或者完全不帶任何電荷。

第3章 躍入原子世界
1、原子都有這樣的結(jié)構(gòu)：不同大小的原子核被一個(gè)或多個(gè)電荷波圍繞，那個(gè)模糊的帶著電荷運(yùn)動(dòng)的波為“電子”。電子并不是你想象的是一個(gè)微小的點(diǎn)。

2、電子可以進(jìn)行量子遷躍。量子遷躍只發(fā)生在亞原子世界，即電子可以在亞原子世界中隨意跳躍。在微觀世界中，幾乎所有東西動(dòng)能穿過(guò)任何阻礙。為什么？我們的理解是它們能夠從它們能夠從它們所屬的量子場(chǎng)中借到能量。不管想借多少都行。能量與時(shí)間不能同時(shí)確定，位置與速度不能同時(shí)確定。電子是基本粒子，但原子核不是基本粒子。

3、電子并不是只通過(guò)虛光子與其他世界發(fā)生聯(lián)系。它們也涉及實(shí)光子，那些你的眼睛能夠看到的光線。今天我們認(rèn)為，實(shí)光子與電子一樣，都是電磁場(chǎng)的基本表現(xiàn)，不由任何其他東西構(gòu)成：它們是一個(gè)不可見(jiàn)海洋中純粹的漣漪，而且是量子漣漪，意味著它們既能像波一樣活動(dòng)，也能像粒子一樣活動(dòng)。電子和光子可以相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)你沐浴在太陽(yáng)下時(shí)，不是能夠感到溫暖嗎？你的皮膚與世界上所有的物質(zhì)一樣，都由原子構(gòu)成。這些原子的外層充滿了電子。當(dāng)來(lái)自太陽(yáng)的光線照到你的皮膚，皮膚上的原子及其電子們會(huì)捕捉一些光子，進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)，在激發(fā)狀態(tài)下，電子們搖擺得更快，于是產(chǎn)生了你身體所享受的熱量。

第4章 堅(jiān)強(qiáng)的電子世界
1、原子也能吐出它們的電子鎖吞噬的光子，讓我們和其他物體以一種或多種顏色發(fā)光，那些顏色就是被某個(gè)或某組原子的電子所吞噬后被釋放出的光的顏色。當(dāng)光線找西紅柿上時(shí)，除了紅色之外的其他所有可見(jiàn)光都被西紅柿吸收變成熱能或者其他能量被儲(chǔ)存，龔光對(duì)西紅柿的原子沒(méi)有用，因此被吐出來(lái)，重新開(kāi)始它們的旅程，指導(dǎo)進(jìn)入我們的眼睛，我們的身體能夠?qū)⑺羞@些怪異的相互作用轉(zhuǎn)換成能被我們大腦處理的感覺(jué)信號(hào)。

2、電子處于不同的軌道上。第一層（最內(nèi)層）只能有2個(gè)電子，第二層可以有8個(gè)，第三層可以有18個(gè)，第四層可以有32個(gè)，諸如此類。一個(gè)原子與另一個(gè)原子之所以不同，在于原子所容納的電子數(shù)不同。此時(shí)要把電子看成波，波很容易占據(jù)一定空間。在一個(gè)已經(jīng)填滿電子的軌道里，新來(lái)者無(wú)法找到空位。新來(lái)者要么在其他軌道上定居，要么把原住民踢走，自己占據(jù)軌道。電子波永遠(yuǎn)不會(huì)重疊。這個(gè)不許同居的規(guī)則，叫做泡利不相容原理。這解釋了你為什么能用手抓書(shū)：書(shū)封面上的原子最外層的電子拒絕給你手指上的電子讓位。而你手上的電子也不退縮，因此它們保持距離。你的手便不會(huì)穿過(guò)書(shū)本。

3、原子最外層的軌道上如果還沒(méi)有鋪滿電子波，那么其他原子的電子波可能會(huì)跳過(guò)來(lái)占領(lǐng)這個(gè)軌道的空間。與這些電子結(jié)合在一起的原子核沒(méi)有辦法，只能跟著電子走。于是兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子被迫生活在一起——形成了水分子H2O。通過(guò)共享一個(gè)或幾個(gè)電子，許多原子能以不同的方式結(jié)合在一起，形成不同的分子。DNA分子由幾十億個(gè)原子結(jié)合而成，攜帶著造人的所有必要信息。

4、空氣中的原子并不分享它們的電子，所以沒(méi)有都綁在一起。作為固體的你，原子們都綁在一起?？諝庵械脑硬⒉蛔柚鼓愦┻^(guò)，而是擠向它們的鄰居替你讓路。這樣的移動(dòng)產(chǎn)生了風(fēng)。這樣的區(qū)別就是固體與氣體的差別。在液體里，原子們綁得緊一些，但沒(méi)有緊到可以阻止你的程度。

5、失去一個(gè)或幾個(gè)電子的原子成為離子。離子總想找回電子。分子中由電子形成的綁定也會(huì)被打破。通常這個(gè)過(guò)程伴隨著能量釋放。你身體里的化學(xué)反應(yīng)降解了食物中所含的分子，釋放出它們的能量，被你的阻止以各種方式利用，維持你的生命。

6、宇宙中所有的原子外部都是模糊的、具有波形且體積巨大的帶有電荷的電子。它們是基本粒子，也是自己私人空間的嚴(yán)格護(hù)衛(wèi)者。泡利不相容原理不允許兩個(gè)電子在同一時(shí)間出現(xiàn)在同一地點(diǎn)，即使宇宙中所有原子的內(nèi)部絕大多數(shù)地方都空無(wú)一物。原子攜帶的電子越多，原子就越大。光子不遵守泡利不相容原理，光子甚至喜歡待在一起，完全相同的光子高度集中，就是帶有高能的激光。

7、除了電子和光子，宇宙中還有其他粒子。

第5章 一所特別的監(jiān)獄
1、原子核比電子重1836倍。原子核由質(zhì)子和中子組成。質(zhì)子帶有電荷，數(shù)量與電子一致。質(zhì)子由夸克與膠子構(gòu)成，夸克和膠子均是基本粒子。膠子將夸克囚禁在質(zhì)子監(jiān)獄中。質(zhì)子中有三個(gè)夸克，兩個(gè)上夸克，一個(gè)下夸克。目前已知六種夸克，質(zhì)子中的上夸克和下夸克是其中的兩種。夸克只有在非常接近時(shí)才會(huì)得到自由，否則將一直被膠子束縛在質(zhì)子中，這也確保了構(gòu)成我們的物質(zhì)不會(huì)裂開(kāi)。

2、原子核中的中子是電中性的。中子，也是夸克監(jiān)獄。一個(gè)中子內(nèi)含兩個(gè)下夸克，一個(gè)上夸克，與質(zhì)子相反。

3、兩個(gè)膠子結(jié)合，變?yōu)閮蓚€(gè)夸克。兩個(gè)夸克挨得很近，所以自由了。兩個(gè)夸克牽手向中子私奔，在進(jìn)入到中子時(shí)，夸克又變成了膠子。正是存在這種交換，中子與質(zhì)子才能共存于原子核。那對(duì)穿行于監(jiān)獄之間的夸克雙胞胎被稱為“介子”。它們所攜帶的作用力被稱為“強(qiáng)核力”。這是一種吸引力，非常強(qiáng)大的吸引力。恒星將中子和質(zhì)子聚攏在一起，這是，就不需要那么多膠子來(lái)守護(hù)夸克，多余的膠子與介子就被解雇了，解雇就意味著失去質(zhì)量/能量。這就是為什么聚變產(chǎn)生的原子核比原先原子核各自重量之和要輕的原因。在恒星內(nèi)部，引力的能量被用來(lái)合成原子，這個(gè)過(guò)程又會(huì)讓質(zhì)量被轉(zhuǎn)化成光和熱。

4、強(qiáng)相互作用力是最強(qiáng)大的力量。

第6章 最后的力量
1、電磁力確保了電子能留在原子核周圍。沒(méi)有它，電子可能飛走，或者坍塌到原子核中。電磁場(chǎng)提供了原子的電穩(wěn)定性以及原子們相互分享電子、組建分子，以及形成我們自己的物質(zhì)構(gòu)成的機(jī)制。

2、強(qiáng)核力管理者原子核自身內(nèi)部。它將中子與質(zhì)子拉在一起，構(gòu)建起原子核。沒(méi)有它，所有的原子核都會(huì)解體。構(gòu)成著一切的根本，是強(qiáng)相互作用以及從背景中出現(xiàn)的膠子。

3、最后的一種力也是核力：它所述的量子場(chǎng)被稱為“弱核力量子場(chǎng)”。自發(fā)的原子核分裂，一個(gè)被稱為“放射性”的過(guò)程就是它的特征之一。

4、一個(gè)不穩(wěn)定的大原子通過(guò)衰變變成更小更穩(wěn)定的原子。這就是核裂變，它是核聚變的反面。弱核力及其攜帶者W和Z玻色子主宰這個(gè)領(lǐng)域。

5、在放射性衰變所釋放的所有粒子中，有一種粒子質(zhì)量很小，不帶任何電荷，一旦射出，即穿透所有物質(zhì)，幾乎不受阻擋，這粒子就是“中微子”。中微子只收弱核力與引力影響。電磁場(chǎng)及強(qiáng)相互作用場(chǎng)對(duì)它們沒(méi)有影響。

6、原子核衰變時(shí)，除中微子外，還會(huì)發(fā)出夸克監(jiān)獄、電子與光子。后面三種很危險(xiǎn)。

7、個(gè)頭最大的是被相互綁在一起的四個(gè)夸克監(jiān)獄：兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子相結(jié)合，被稱為“阿爾法粒子”，實(shí)際上就是一個(gè)失去電子的氦原子。為了成為正常的原子，這個(gè)氦原子核就要設(shè)法偷到兩個(gè)電子。它可以搶，可以共享，可以收留。當(dāng)它在你皮膚上搶電子時(shí)，皮膚上的原子失去電子后，又會(huì)去搶別的電子，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致放射性灼傷。

8、第二種是高能電子，它能將遠(yuǎn)處的正常電子打飛。也會(huì)造成放射性灼傷。

9、第三種是高能光子，伽馬射線。伽馬射線能夠通過(guò)擊中原子將后者的一個(gè)電子帶走，同樣灼傷皮膚。而且，伽馬射線還會(huì)穿過(guò)皮膚，造成更深處的混亂，比如破壞DNA分子等。

10、地球的地幔層是放射性的。沒(méi)有放射性，就不會(huì)有地震或火山爆發(fā)，我們所知的生命或許不會(huì)存在。放射性打破原子，具有殺傷力，但它所代表的弱核力場(chǎng)將恒星儲(chǔ)存在構(gòu)成我們星球家園的原子中的一部分能量釋放出來(lái)，還給我們，不可或缺地溫暖了我們的世界。

11、原子能作為整體，通過(guò)原子核的聚變或裂變，能釋放出巨大能量。

第五部分 到達(dá)空間與時(shí)間的源頭
第1章 要自信
1、在宇宙早期，電磁力與弱核力是同一種力。

第2章 沒(méi)有什么“什么都沒(méi)有”
1、只要你沒(méi)有去觀察，一個(gè)粒子就能真的經(jīng)過(guò)你能夠想象的所有途徑。

2、粒子以極慢的速度發(fā)出，一開(kāi)始，它看上去像是一團(tuán)模糊的云。你看著它似乎分裂成無(wú)窮多的自身鬼影，實(shí)際上成為一種波，一種被它所屬的背景場(chǎng)推動(dòng)著的波紋，向著空間與時(shí)間的各個(gè)方向運(yùn)行，從柱子的左邊與右邊，還有中間穿過(guò)，還穿過(guò)了房間的墻壁，分裂成你能夠想到的極限之多的自身影像，直到突然之間聚集在一起，結(jié)束在房間另一邊墻上的一個(gè)點(diǎn)上，觸發(fā)了另一個(gè)探測(cè)器。這就是科學(xué)家相信無(wú)人觀察到的粒子的行為。當(dāng)有人試圖探測(cè)一個(gè)粒子時(shí)，就像那些安裝在墻上的探測(cè)器所做的，粒子就不再出現(xiàn)在所有地方，而是只在一個(gè)地方。

3、者是否意味著有了合適的探測(cè)器，你就能夠創(chuàng)造你自己的真實(shí)世界？不。你無(wú)法塑造宇宙，因?yàn)樵谀阋黄持螅瑯?gòu)成量子世界的所有量子可能性中，究竟哪一個(gè)會(huì)成為現(xiàn)實(shí)無(wú)法事先被預(yù)料?？赡苄远谴_定性的存在是對(duì)及其微小的世界你不得不接受的客觀性質(zhì)。（某種意義上，或然性的存在也保證了自由意志的存在？）

4、粒子要出現(xiàn)，就得先從量子場(chǎng)中借到一些能量。因?yàn)檫@些場(chǎng)填滿了所有時(shí)間與空間，粒子因此可以在任何時(shí)間與地點(diǎn)出現(xiàn)。這就是為什么說(shuō)宇宙不存在真正真空的原因。

5、兩塊金屬板外面的空間大于在兩者之間的空間。其后果是兩塊板之間無(wú)中生有出現(xiàn)的虛擬粒子應(yīng)該與在兩塊板之外出現(xiàn)的粒子不同，兩種真空因此會(huì)不一樣。從而產(chǎn)生排斥或吸引。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，金屬板確實(shí)移動(dòng)了，這種吸引現(xiàn)象稱之為卡西米爾效應(yīng)。

6、在整個(gè)宇宙中，所有的基本粒子，都誕生于同一個(gè)背景場(chǎng)中，也會(huì)在任何時(shí)候被同一個(gè)背景場(chǎng)吞噬湮滅：某個(gè)量子場(chǎng)的真空。那些不可見(jiàn)的、充滿我們整個(gè)宇宙的背景海洋。所有的電子都是電磁場(chǎng)完全相同的表現(xiàn)，它們都誕生于電磁場(chǎng)的真空之中，并在此中傳播。光子也一樣。每次電子出現(xiàn)，成為實(shí)體，就像是它周圍的電磁場(chǎng)真空踢了一腳，把它從幽靈般的昏睡狀態(tài)中喚醒。每次膠子出現(xiàn)，背后的原因是強(qiáng)相互作用場(chǎng)真空中一些能量的增加或減少。每次放射性衰變發(fā)生，弱相互作用場(chǎng)的真空都會(huì)牽涉其中，發(fā)射出它的基本中微子。真空中能量越多，它能產(chǎn)生的基本粒子越多。

7、但是否存在引力場(chǎng)，引力場(chǎng)中是否也存在攜帶引力的粒子？“引力子”尚未被發(fā)現(xiàn)。目前，時(shí)空彎曲仍然是描述引力行為的最佳方式。

8、在一千億度高溫，可以統(tǒng)一電磁場(chǎng)與弱作用力場(chǎng)，稱之為“電弱場(chǎng)”。

第3章 反物質(zhì)

1、一個(gè)電子憑空出現(xiàn)。電子帶有質(zhì)量。質(zhì)量就是能量。但電荷是怎么回事——你不能無(wú)中生有地創(chuàng)造出某種東西而不付出代價(jià)。

2、一個(gè)電子必須與和它除了電荷之外一模一樣的粒子一同被產(chǎn)生。那個(gè)粒子所帶電荷為正，稱為反電子。當(dāng)一個(gè)電子與反電子相遇時(shí)，發(fā)生湮滅，消失不見(jiàn)。它們的質(zhì)量變回能量，一瞬間變成光。

3、反電子又稱為正電子，1933年被發(fā)現(xiàn)。

4、反夸克、反中微子、反光子一樣存在。每次放射性衰變發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生反物質(zhì)，但會(huì)迅速和與之對(duì)應(yīng)的正常物質(zhì)湮滅，產(chǎn)生高能光線，直接射過(guò)你的身體。PET即是基于此原理而產(chǎn)生的應(yīng)用。醫(yī)生將液體“示蹤劑”注射到你體內(nèi)，這種液體本身具有放射性，每次衰變時(shí)就會(huì)釋放一個(gè)正電子。這個(gè)正電子與遇到的第一個(gè)電子發(fā)生湮滅，變成伽馬射線，被體外的PET探測(cè)器測(cè)到。這些信號(hào)能被用來(lái)重建你的身體如何運(yùn)作的3D模型。

第4章 墻外有墻

1、在138億光年之外，是一堵不透明的墻，這堵墻的厚度有38萬(wàn)光年。這堵墻一面鏈接著臨界最后散射面，一面連接著宇宙的時(shí)間與空間的起點(diǎn)（開(kāi)端）。

2、宇宙的開(kāi)端所處的時(shí)空被成之為暴脹場(chǎng)，也即量子引力場(chǎng)，在這里，量子場(chǎng)與引力場(chǎng)終于統(tǒng)一起來(lái)。然而，這亦是現(xiàn)代知識(shí)的極限。

3、量子引力場(chǎng)之外還有普朗克時(shí)期（一段非常短的時(shí)間）。

第5章 遺失的過(guò)去無(wú)處不在

1、對(duì)于單個(gè)粒子來(lái)說(shuō)有可能的事情（在量子場(chǎng)中粒子可能同時(shí)存在于不同的時(shí)空），但對(duì)于億億萬(wàn)萬(wàn)粒子的集合體來(lái)說(shuō)——比如人的身體——是不可能的。人只能在一個(gè)時(shí)空中，而且，時(shí)空不可穿越。尤其是，不能回到過(guò)去。但是，過(guò)去的生活過(guò)去的人還是留下了一系列圖像在時(shí)間與空間中移動(dòng)。這樣的圖像以光為載體，永不消逝。

第六部分 意料之外的謎團(tuán)

第1章 宇宙
1、黑洞和宇宙的最早時(shí)期有著共同的特征：都有一個(gè)極限——普朗克墻。愛(ài)因斯坦的引力理論在通向普朗克墻的路上失效了。

第2章 量子無(wú)限
1、量子場(chǎng)論斷言只要有場(chǎng)存在，就能產(chǎn)生小塊的能量，或者小塊的物質(zhì)，它們被稱為量子。引力場(chǎng)（被稱為一個(gè)假設(shè)的量子場(chǎng)）的基本量子是引力子。

2、在量子場(chǎng)論中，從真空冒出的基本粒子是由它的場(chǎng)本身所構(gòu)成。但引力場(chǎng)是時(shí)空?qǐng)?，因此其基本粒子?yīng)該由時(shí)間和空間來(lái)構(gòu)成。這意味著我們周圍應(yīng)該有時(shí)空的基本小塊存在。任何地方都如此，也就意味著空間與時(shí)間不再是連續(xù)的。而且，這些時(shí)空基本小塊即是波又是粒子。它們服從量子隧穿，服從量子遷躍……這與我們的觀察及體驗(yàn)不符。

3、人類發(fā)現(xiàn)了兩種有效理論，一種描述了我們宇宙的結(jié)構(gòu)（廣義相對(duì)論），另一種描述了我們宇宙包含的一切（量子場(chǎng)論），但這兩種理論無(wú)法統(tǒng)一。

第3章 活著，或是死去
1、為什么我們?cè)谧约褐車膬阂惨?jiàn)不到量子效應(yīng)？

2、在黑暗中，通過(guò)射擊的方式試圖發(fā)現(xiàn)某個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體的位置。撞擊會(huì)影響你所要探測(cè)的東西。如果你發(fā)射的東西彈回你處，你就能知道當(dāng)撞擊發(fā)生時(shí)，你想要探測(cè)的東西在哪里。如果你接著射擊想知道它去哪里，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)你的第一次射擊已經(jīng)改變了了它的速度。在量子世界，這表明在本質(zhì)上你不能同時(shí)知道一個(gè)粒子所在的位置和它運(yùn)動(dòng)得多快，這就是海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，它不是測(cè)不準(zhǔn)，只是顯示出在我們?nèi)粘＝?jīng)典世界中對(duì)于位置與速度的理解不適用于微觀世界。這個(gè)原理也的確延伸到了我們生活的尺度，只是我們不能感覺(jué)到而已。當(dāng)涉及太多粒子時(shí)，其效應(yīng)變得不不那么顯著。

3、量子波的自我塌縮是怎么回事？如果不去管它，量子表現(xiàn)出它自身的多重影像（像波），在時(shí)空中同時(shí)沿著所有可能的路徑移動(dòng)；在觀察之后，量子就位于某處，而且永遠(yuǎn)位于該處，而不是接著再回到無(wú)處不在的狀態(tài)。這不好解釋。

4、薛定諤的貓?jiān)谀愦蜷_(kāi)盒子之前，貓的命運(yùn)已經(jīng)決定了，還是在打開(kāi)盒子之后，極快的瞬間被決定？是后者。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了量子疊加狀態(tài)！科學(xué)家證實(shí)幾乎所有量子粒子都能夠，也確實(shí)同時(shí)以不同且互斥的狀態(tài)存在。這也是量子計(jì)算機(jī)的原理，利用量子粒子能夠同時(shí)以不同狀態(tài)存在這一能力，能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)“平行”計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力在原則上能指數(shù)級(jí)地強(qiáng)大于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

5、疊加狀態(tài)是真實(shí)的。打開(kāi)盒子后，出來(lái)一只活貓。那問(wèn)題來(lái)了：死貓去哪了？死貓?jiān)诹硪粋€(gè)平行歷史中。平行宇宙論認(rèn)為，宇宙根本就沒(méi)有做出任何真正的選擇?？赡馨l(fā)生的都會(huì)發(fā)生，只不過(guò)，身處一個(gè)宇宙的人無(wú)法觀測(cè)到另一個(gè)宇宙發(fā)生的事而已。

第4章 暗物質(zhì)

1、要穩(wěn)住銀河系里任何一顆恒星按現(xiàn)在的速度運(yùn)行而不飛走，銀河系的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。銀河系應(yīng)有五倍以上的質(zhì)量，否則所有的恒星都會(huì)飛走。包括太陽(yáng)。也就是說(shuō)，銀河系中還有很大部分的質(zhì)量沒(méi)被發(fā)現(xiàn)，這被稱之為暗物質(zhì)。暗物質(zhì)不是物質(zhì)、不是反物質(zhì)、也不是其他的什么、沒(méi)人知道它到底是什么。但它就在那里。任何地方只要有物質(zhì)存在，邊上就有暗物質(zhì)相隨。每一公斤由中子和質(zhì)子和電子構(gòu)成的普通物質(zhì)，都有五公斤暗物質(zhì)伴隨。看起來(lái)，我們宇宙所含的不可見(jiàn)部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)可見(jiàn)部分。

第5章 暗能量
1、科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，大約50億年前，在經(jīng)過(guò)了大約80億年的正常行為后，宇宙的膨脹開(kāi)始加速。但是，按照愛(ài)因斯坦引力理論，只允許物體間相互吸引。因此，充滿宇宙的不管什么物質(zhì)，無(wú)論是普通物質(zhì)、反物質(zhì)、暗物質(zhì)，長(zhǎng)期來(lái)看，終會(huì)讓膨脹變慢。而不是加速。這種致使膨脹加速的力量大約50億年以前超過(guò)了其他所有大尺度力量，開(kāi)始顯現(xiàn)威力，在這之前，它的效應(yīng)是零。這被稱之為暗能量。

2、暗能量是暗物質(zhì)的3倍，是普通物質(zhì)的15倍。我們宇宙能量構(gòu)成如下：暗物質(zhì)72%；暗物質(zhì)23%；我們已知物質(zhì)（包括光）4.6%。暗能量很可能使宇宙的膨脹永無(wú)止境，帶來(lái)非常寒冷的宇宙未來(lái)。被凍死和宇宙收縮被擠死一樣慘。

第6章 奇點(diǎn)

1、奇點(diǎn)之母位于我們宇宙的過(guò)去，當(dāng)我們整個(gè)宇宙的能量被限制在一個(gè)極小的空間中的時(shí)候。其他奇點(diǎn)位于遍布我們宇宙的每一個(gè)黑洞深處。黑洞是“空洞”的反面：它們因某種災(zāi)難性的塌縮而產(chǎn)生，太多質(zhì)量被擠壓到太小的體積當(dāng)中。巨大的恒星死亡可能引發(fā)這個(gè)過(guò)程。

2、因?yàn)楹诙磁c我們的開(kāi)端都具有將巨大數(shù)量的物質(zhì)和能量禁錮于一個(gè)非常小的空間里這個(gè)特點(diǎn)，因此解答這一現(xiàn)象的理論也應(yīng)該混合了引力和量子進(jìn)程。

第7章 灰色就是新的黑
1、如果你坐在我們宇宙的任何一個(gè)天體上，你都能發(fā)出光信號(hào)來(lái)告知自己的位置。但你所在的天體越致密，它周圍時(shí)空的坡度就越陡，你也需要越多的能量來(lái)使你的光信號(hào)越過(guò)這個(gè)陡坡。就像大碗，碗越深，你就需要將你的玻璃珠加速越高才能讓它一路滾上去，翻過(guò)碗邊。黑洞所形成的坡太陡，沒(méi)有任何東西能夠擁有逃脫黑洞引力的能量，光也不行。過(guò)了黑洞地平線，任何光都出不來(lái)了。物體的影像就此被凍結(jié)在河?xùn)|地平線上。

2、在黑洞周圍，你的時(shí)間流逝得比其他所有地方都慢。這次不是因?yàn)槟愕乃俣瓤欤且驗(yàn)橐Υ?。（質(zhì)量大的星球，時(shí)間過(guò)得慢，見(jiàn)《星際穿越》）

3、事實(shí)上，如果你真的身處黑洞，你早就死了，因?yàn)槟愕难簺](méi)有可能攀上你正沿著滑落的時(shí)空斜坡到達(dá)你的大腦了。你的腳上搜到的力開(kāi)始明顯大于手臂與頭部。黑洞的引力正在拉伸你的身體，你將成為被拉細(xì)的意大利通心粉。

4、理查德·費(fèi)曼：只有一個(gè)人能夠給出多個(gè)不同理由來(lái)解釋某種現(xiàn)象為什么會(huì)發(fā)生時(shí)，他才真正了解這個(gè)現(xiàn)象。

5、粒子可能逃離黑洞：原因一，量子粒子能夠從產(chǎn)生它們的場(chǎng)中借到能量，擁有這種能量，它們可以在一小段時(shí)間里跑得比光快，從而通過(guò)量子遷躍跳出黑洞；原因二，所有掉入黑洞地平線的粒子也沒(méi)有掉入，而且大多數(shù)途徑是沒(méi)有掉入，因?yàn)楹诙赐饷娴目臻g大于黑洞內(nèi)的空間；原因三，因?yàn)榈仄骄€將空間分為不同的兩部分，真空作用力——卡米西效應(yīng)——將地平線向里推，讓黑洞變小并蒸發(fā)；原因四，所有黑洞地平線附近都會(huì)產(chǎn)生粒子——反粒子對(duì)，反粒子掉入黑洞的可能性比粒子掉入的可能性大，就像我們身邊的反粒子的數(shù)目大大小于粒子一樣。穿越了地平線的反粒子被黑洞禁錮，肯定會(huì)與已被禁錮在那里的粒子發(fā)生湮滅。而在地平線之外的粒子得以存續(xù)。上面的結(jié)論就是：黑洞在蒸發(fā)，有物質(zhì)從黑洞內(nèi)部泄露出來(lái)。黑洞變得越來(lái)越熱，至今還一直休眠這的基本粒子們開(kāi)始蘇醒并飛離黑洞；黑洞越小，量子場(chǎng)的能領(lǐng)被激發(fā)得越強(qiáng)，粒子以越高能的能量飛出黑洞。引力能量再一次被轉(zhuǎn)化成物質(zhì)與光。黑洞蒸發(fā)得越多，收縮得越小，會(huì)變得越熱。量子效應(yīng)讓黑洞蒸發(fā)，掉入其中的一切未必永遠(yuǎn)被禁其中。

6、黑洞將自己最后的能量輻射出來(lái)（霍金輻射），黑洞輻射是人類至今為止獲得的，或許能證明自然界在大與小的世界發(fā)生交流這方面能被理論認(rèn)識(shí)的唯一證據(jù)。這也是量子引力理論可能存在的唯一暗示。

7、無(wú)論往黑洞里扔什么，最后被黑洞蒸發(fā)出來(lái)的都是無(wú)差別的質(zhì)量。因此，黑洞剝奪掉入其中物質(zhì)所攜帶的一切信息，除了質(zhì)量。

8、大尺度的黑洞蒸發(fā)難以探測(cè)，一方面是由于霍金溫度比絕對(duì)零度高千萬(wàn)分之一度，難以精確測(cè)量；另一方面，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于宇宙微波背景輻射的溫度。直到今天，黑洞從來(lái)看不出來(lái)蒸發(fā)，因?yàn)樗鼈冋诒淮蟊〞r(shí)所殘留的背景余熱所掩蓋，甚至還從這余熱中吸收能量。

9、那么微小的黑洞呢？先說(shuō)普朗克。牛頓的理論可解釋我們?nèi)粘３叨鹊纳?，?ài)因斯坦的理論對(duì)于非常巨大和高能的世界有解釋力，但在微觀世界，就是普朗克理論的天下。普朗克常數(shù)告訴我們大概在什么尺度上，量子效應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)。普朗克常數(shù)包括三個(gè)常數(shù)，一個(gè)是質(zhì)量單位，一個(gè)是長(zhǎng)度單位，再一個(gè)時(shí)時(shí)間單位。普朗克質(zhì)量為一克的100萬(wàn)分之21；普朗克長(zhǎng)度為一米的一萬(wàn)億億億億分之一；普朗克時(shí)間是一秒的一百億億億億億分之一。它們對(duì)應(yīng)的是什么？門(mén)檻。只要低于這些門(mén)檻，引力與量子物理學(xué)就無(wú)法脫離對(duì)方單獨(dú)適用。它意味著普朗克尺度給出了最小黑洞的尺寸極限。

10、因此，我們科學(xué)能想象的最小黑洞的質(zhì)量大約為一個(gè)普朗克質(zhì)量，這個(gè)黑洞的體積是直徑為一個(gè)普朗克長(zhǎng)度的球體，這個(gè)黑洞蒸發(fā)的時(shí)間是一個(gè)普朗克時(shí)間。以我們的技術(shù)，造出這么個(gè)黑洞，需要的粒子加速器有我們整個(gè)星系這么大。這已經(jīng)超出了我們的能力。

第七部分 邁向已知世界之外的第一步

第1章 回到起點(diǎn)

1、很久以前，甚至物質(zhì)、光和其他我們所知道的東西都尚未形成時(shí)，在可見(jiàn)宇宙之外，大爆炸之前，存在著一種場(chǎng)，充滿了整個(gè)宇宙，帶著相互排斥的作用力——與引力相反。那個(gè)場(chǎng)非常強(qiáng)大，它引發(fā)了一段極為劇烈的膨脹期。那次膨脹將早期宇宙的不同部分以遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于光速的速度炸開(kāi)，所以今天看起來(lái)距離非常遙遠(yuǎn)，過(guò)去絕對(duì)不應(yīng)該有接觸的地方，實(shí)際上曾經(jīng)緊貼在一起。

2、然后發(fā)生了大爆炸，它所帶愛(ài)的所有新的場(chǎng)、粒子和作用力攜帶者都在正在消退的暴脹場(chǎng)中產(chǎn)生，而暴脹場(chǎng)則慢慢沉寂下來(lái)。我們的宇宙膨脹開(kāi)始了。正常速度的膨脹，而不是暴脹。暴脹場(chǎng)并未完全消失，引發(fā)大爆炸消耗了它所含的太多能量，它已無(wú)法再對(duì)所有東西產(chǎn)生任何影響，直到……80億年之后。

3、大爆炸80億年后，暴脹場(chǎng)所產(chǎn)生的物質(zhì)已經(jīng)足夠稀釋，沉寂中的暴脹場(chǎng)再次醒來(lái)，帶來(lái)極大效應(yīng)：它對(duì)抗引力的作用引發(fā)了宇宙的加速膨脹。

第2章 許多大爆炸

1、暴脹時(shí)期發(fā)生在大爆炸之前，暴脹場(chǎng)將曾經(jīng)非常微小的宇宙在一個(gè)短到無(wú)法想象的時(shí)間里變到非常巨大。暴脹場(chǎng)和它的基本粒子（暴脹子）隨后通過(guò)E=mc2的比例衰變?yōu)榧兡芰?，釋放出巨大能量，宇宙變得無(wú)比熾熱。這就是大爆炸開(kāi)始的情景。暴脹場(chǎng)的物質(zhì)變成了能量，將后來(lái)構(gòu)成我們今天一切事物的各種場(chǎng)激發(fā)出來(lái)。

2、在暴脹場(chǎng)中，也會(huì)有量子起伏，這意味著它能自發(fā)創(chuàng)造一個(gè)小規(guī)模的宇宙。或者兩個(gè)。或者許多。在所有地方。這個(gè)過(guò)程被稱為永久暴脹。早已存在的宇宙中又出現(xiàn)了新的宇宙氣泡，在那里，暴脹場(chǎng)的真空量子躍遷到另一個(gè)狀態(tài)，另一種真空。氣泡宇宙中的氣泡宇宙，里面還有氣泡宇宙。這種宇宙之中誕生新的宇宙的理論是多重宇宙學(xué)說(shuō)之一。

3、對(duì)于那些想知道宇宙如何開(kāi)始的人，永久暴脹理論聽(tīng)起來(lái)不會(huì)令人滿意，因?yàn)椴淮嬖谡嬲拈_(kāi)始，它只是泡泡，從一開(kāi)始就是這樣，始終如此。

第3章 宇宙無(wú)疆

1、哈妥——霍金宇宙波函數(shù)給出了宇宙在數(shù)學(xué)上的初始條件。這從數(shù)學(xué)上解決了我們的宇宙如何從一無(wú)所有中出現(xiàn)。

第4章 一片尚未被探索的現(xiàn)實(shí)

第5章 一個(gè)關(guān)于弦的理論

1、量子理論被用于弦上，那個(gè)在你眼前扭動(dòng)的東西或許是宇宙中最基本的理論，它是量子弦。弦振動(dòng)產(chǎn)生的是光，一顆光子，電磁作用力的攜帶者，這是開(kāi)放的弦。

2、另一根弦的振動(dòng)與上面的不一樣，它是閉合的。它的基本振動(dòng)所對(duì)應(yīng)的是引力子……

3、在弦理論中，粒子就是弦的振動(dòng)。

4、從牛頓到愛(ài)因斯坦，你放棄了宇宙是靜態(tài)的和一成不變的，以及引力是一種作用力的想法，你不得不引進(jìn)時(shí)空這一概念，三維空間與一維時(shí)間交織在一起，成為四維的時(shí)空這一單一概念，而且時(shí)空自身還在質(zhì)量與能量周圍變形。從牛頓到量子物理學(xué)，你不得不放棄粒子是一個(gè)固定的點(diǎn)，你必須引入波、場(chǎng)、不確定性以及不同歷史這些概念?，F(xiàn)在，從引力理論、量子場(chǎng)理論到弦理論，你必須將所有一切基本概念轉(zhuǎn)化成由閉合的或開(kāi)放的弦所構(gòu)成的理論。你在這里必須放棄的是現(xiàn)實(shí)只有四維的觀念。弦無(wú)法存在于一個(gè)只有四維的時(shí)空之中。它們需要更多空間。它們生活在一個(gè)十維宇宙之中。

5、你已經(jīng)在你的宇宙之外。你看見(jiàn)了你的整個(gè)宇宙。從另一個(gè)維度上。你看到了開(kāi)放的弦的一端都連在你的宇宙上，而那些閉合的弦，那些環(huán)，以引力方式振動(dòng)的弦，則能夠自由出入你的宇宙，從宇宙中離開(kāi)……你看見(jiàn)了你的宇宙之外的平行宇宙。那些環(huán)狀的弦從一個(gè)宇宙移到另一個(gè)宇宙，顯然兩者之間可以通過(guò)引力存在交流。

【到此為止吧，我的想象力跟不上了，這部分光靠文字恐怕是不可描述的。全書(shū)完。】