【原創(chuàng)】求知若渴，虛心若愚。

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目錄

• 概念
• 正文

概念

• 絕對零度：所能達(dá)到的最低溫度桩卵，在此溫度下物體沒有熱能。
• 加速度：物體速度改變的速率。
• 人存原理：我們之所以看到宇宙是這個(gè)樣子雏节，是因?yàn)槿绻皇沁@樣的話胜嗓，我們就不會(huì)在這里去觀察它。
• 反粒子：每個(gè)類型的物質(zhì)粒子都有相對應(yīng)的反粒子钩乍。當(dāng)一個(gè)粒子和它的反粒子碰撞時(shí)辞州，兩者就湮滅，只留下能量寥粹。
• 原子：通常物質(zhì)的基本單元变过，是由很小的核子（包括質(zhì)子和中子）以及圍著它轉(zhuǎn)動(dòng)的電子構(gòu)成。
• 大爆炸：宇宙開端的奇點(diǎn)涝涤。
• 大擠壓：宇宙終結(jié)的奇點(diǎn)媚狰。
• 黑洞：時(shí)空的一個(gè)區(qū)域，因?yàn)槟抢锏囊κ侨绱酥畯?qiáng)阔拳，以至于任何東西崭孤，甚至光都不能從該處逃逸出來。
• 卡西米爾效應(yīng)：在真空中兩片平行的平坦金屬板之間的吸引壓力衫生。這種壓力是由平板之間的空間中的虛粒子的數(shù)目比正常數(shù)目減小而引起的裳瘪。
• 昌德拉塞卡極限：一個(gè)穩(wěn)定的冷星的可能的最大質(zhì)量的臨界值。比這質(zhì)量更大的恒星罪针，則會(huì)坍縮成一個(gè)黑洞彭羹。
• 能量守恒：關(guān)于能量（或它的等效質(zhì)量）既不能產(chǎn)生也不能消滅的科學(xué)定律。
• 坐標(biāo)：指定時(shí)空中一點(diǎn)的位置的一組數(shù)泪酱。
• *宇宙常數(shù)：愛因斯坦使用的一個(gè)數(shù)學(xué)手段派殷，它賦予時(shí)空一個(gè)嵌入的膨脹向。
• 宇宙學(xué)：對整個(gè)宇宙的研究墓阀。
• 暗物質(zhì)：在星系毡惜、星系團(tuán)以及可能在星系團(tuán)之間的物質(zhì)，這種物質(zhì)不能直接被觀測到斯撮，但是可以由它的引力效應(yīng)被檢測到经伙，宇宙中的質(zhì)量多達(dá)90%可能處于暗物質(zhì)的形式。
• 對偶性：導(dǎo)致相同的物理結(jié)果的勿锅，表面上不同的理論之間的對應(yīng)帕膜。
  愛因斯坦-羅森橋：**連接兩個(gè)黑洞的時(shí)空的細(xì)管還請參見蟲洞。
• 電荷：粒子的一個(gè)性質(zhì)溢十，由于這性質(zhì)粒子排斥（或吸引）其他帶有相同（或相反）符號電荷的粒子垮刹。
• 電磁力：在帶電荷的粒子之間引起的力；它是四種基本力中第二強(qiáng)的力张弛。
• 電子：帶有負(fù)電荷并圍繞著原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的粒子荒典。
• 弱電統(tǒng)一能量：大約為100吉電子伏的能量酪劫，在比這能量更大時(shí)，電磁力和弱力之間的差別消失寺董。
• 基本粒子：被認(rèn)為不可再分的粒子覆糟。
• 事件：由它的時(shí)間和位置所指明的在時(shí)空中的點(diǎn)。
• 事件視界：黑洞的邊界螃征。
• 不相容原理：兩個(gè)相同的自旋為二分之一的粒子（在不確定性原理設(shè)定的極限之內(nèi)）不能同時(shí)具有相同的位置和速度搪桂。
• 場：某種充滿空間和時(shí)間的東西，與它相反的是在一個(gè)時(shí)刻只在一點(diǎn)存在的粒子盯滚。
• 頻率：對一個(gè)波而言，在1秒內(nèi)完整循環(huán)的次數(shù)酗电。
• 伽馬射線：波長非常短的電磁射線魄藕，是由放射性衰變或由基本粒子碰撞產(chǎn)生的。
• 廣義相對論：愛因斯坦基于如下思想的理論撵术，即科學(xué)定律對所有的觀察者背率，不管他們?nèi)绾芜\(yùn)動(dòng)，都必須是相同的它將引力解釋成四維時(shí)空的曲率嫩与。
• 測地線：兩點(diǎn)之間最短（或最長）的路徑寝姿。
• 大統(tǒng)——能量：人們相信，在比這個(gè)能量更大時(shí)划滋，電磁力饵筑、弱力和強(qiáng)力之間的差別消失。
• 大統(tǒng)——理論（GUT）：一種統(tǒng)一電磁力处坪、強(qiáng)力和弱力的理論根资。
• 虛時(shí)間：用虛數(shù)測量的時(shí)間。
• 光錐：時(shí)空中的面同窘，在上面標(biāo)出光通過一給定事件的可能方向玄帕。
• 光秒（光年）：光在1秒（1年）的時(shí)間里走過的距離。
• 磁場：引起磁力的場想邦，現(xiàn)在和電場合并成電磁場裤纹。
• 質(zhì)量：物體中物質(zhì)的量；它的慣性或?qū)铀俚牡挚埂?/li>
• 微波背景輻射：起源于熾熱的早期宇宙的灼熱的輻射丧没，現(xiàn)在它受到如此大的紅移鹰椒，以至于不以光而以微波（波長為幾厘米的射電波）的形式呈現(xiàn)出來。
• 裸奇點(diǎn)：不被黑洞圍繞的時(shí)空奇點(diǎn)骂铁。
• 中微子：只受弱力和引力影響的極輕的粒子吹零。
• 中子：一種和質(zhì)子非常類似的但不帶電荷的粒子，在大多數(shù)原子的核中大約一半的粒子是中子拉庵。
• 中子星：在超新星爆發(fā)后灿椅，有時(shí)一個(gè)恒星中心的物質(zhì)的核坍縮成一團(tuán)密集的中子，這種余下的冷的恒星稱作中子星。
• 無邊界條件：宇宙是有限的但是沒有邊界的思想茫蛹。
• 核聚變：兩個(gè)核碰撞并合并形成單獨(dú)的更重的核的過程茉唉。
• 核：原子的中心部分，只由質(zhì)子和中子構(gòu)成净蚤。在核中強(qiáng)作用力將質(zhì)子和中子束縛在一起锥咸。
• 粒子加速器：一種利用電磁鐵能夠?qū)\(yùn)動(dòng)的帶電粒子加速，給它們更多能量的機(jī)器柬采。
• 相位：對一個(gè)波欢唾，特定的時(shí)刻在它循環(huán)中的位置：一種它是否在波峰、波谷或它們之間的某點(diǎn)的標(biāo)度粉捻。
• 光子：光的一個(gè)量子礁遣。
• 普朗克量子原理：光（或任何其他經(jīng)典的波）只能被發(fā)射或吸收分立的量子，其能量與它們的頻率成正比肩刃，和它們的波長成反比的思想祟霍。
• 正電子：電子的（帶正電荷的）反粒子。
• 太初黑洞：在極早期宇宙中產(chǎn)生的黑洞盈包。
  比例：“x正比于Y”沸呐，表示當(dāng)Y被乘以任何數(shù)時(shí)，X也如此呢燥；“X反比于Y”崭添，表示當(dāng)Y被乘以任何數(shù)時(shí)，X被那個(gè)數(shù)除疮茄。
• 質(zhì)子：一種和中子非常類似的但帶正電荷的粒子滥朱，在大多數(shù)原子的核中大約一半的粒子是質(zhì)子。
• 脈沖星：發(fā)射出無線電波規(guī)則脈沖的旋轉(zhuǎn)中子星力试。
• 量子：波可被發(fā)射或吸收的不可分的單位徙邻。
• 量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）：描述夸克和膠子相互作用的理論。
• 量子力學(xué)：從普朗克量子原理和海森伯不確定性原理發(fā)展而來的理論畸裳。
• 夸克：感受強(qiáng)作用力的（帶電的）基本粒子缰犁。每一個(gè)質(zhì)子和中子都由3個(gè)夸克組成。
• 雷達(dá)：利用脈沖射電波的單獨(dú)脈沖到達(dá)目標(biāo)并折回的時(shí)間間隔來測量對象位置的系統(tǒng)怖糊。
• 放射性：一種類型的原子核自動(dòng)分裂成其他類型的原子核帅容。
• 紅移：由于多普勒效應(yīng)，從離開我們而去的恒星發(fā)出的光線的紅化伍伤。
• 奇點(diǎn)：時(shí)空中的一點(diǎn)并徘，在該處時(shí)空曲率（或者一些其他的物理量）變得無限大。
• 奇點(diǎn)定理：這定理是說扰魂，在一定情形下奇點(diǎn)必須存在——特別是宇宙必須起始于一個(gè)奇點(diǎn)麦乞。
• 時(shí)空：四維的空間蕴茴，上面的點(diǎn)是事件。
• 空間維：三維中的任何一維——也就是除了時(shí)間維外的任何一維姐直。
• 狹義相對論：愛因斯坦的基于如下思想的理論倦淀，即科學(xué)定律在沒有引力現(xiàn)象時(shí)，對所有進(jìn)行自由運(yùn)動(dòng)的觀察者声畏，無論他們的運(yùn)動(dòng)速度如何撞叽，都必須相同。
• 譜：構(gòu)成一個(gè)波的分頻率插龄。太陽譜的可見光部分可以在彩虹中看見愿棋。
• 自旋：相關(guān)于但不等同于日常的自轉(zhuǎn)概念的基本粒子的內(nèi)部性質(zhì)-
• 穩(wěn)態(tài)：不隨時(shí)間變化的態(tài)：一個(gè)以固定速率自轉(zhuǎn)的球是穩(wěn)定的，因?yàn)榧幢闼皇庆o止的辫狼，在任何時(shí)刻它看起來都是等同的初斑。
  弦論：物理學(xué)的理論，在該理論中粒子被描述成弦上的波膨处。弦具有長度，但沒有其他維砂竖。
• 強(qiáng)力：4種基本力中最強(qiáng)的真椿，作用距離最短的一種力。它在質(zhì)子和中子中將夸克束縛在一起乎澄，并將質(zhì)子和中子束縛在一起形成原子核突硝。
• 不確定性原理：海森伯表述的一個(gè)原理，該原理說置济，人們永遠(yuǎn)不能夠精確地同時(shí)知道粒子的位置和速度解恰；對其中的一個(gè)知道得越精確，則對另外一個(gè)就知道得越不精確浙于。
• 虛粒子：在量子力學(xué)中护盈，一種永遠(yuǎn)不能直接檢測到的，但其存在確實(shí)具有可測量效應(yīng)的粒子羞酗。
• 波/粒二象性：量子力學(xué)中的概念腐宋，認(rèn)為在波和粒子之間沒有區(qū)別；粒子有時(shí)可以像波一樣行為檀轨，而波有時(shí)可以像粒子一樣行為胸竞。
  波長：在一個(gè)波中，兩個(gè)相鄰波谷或波峰之間的距離参萄。
• 弱力：4種基本力中僅次于引力的第二弱的卫枝，作用距離非常短的一種力。它作用于所有物質(zhì)粒子讹挎，而不作用于攜帶力的粒子校赤。
• 重量：引力場作用在物體上的力吆玖。它和質(zhì)量成比例，但又不同于質(zhì)量痒谴。
• 白矮星：一種由電子之間不相容原理排斥力所支持的穩(wěn)定的冷的恒星衰伯。
• 蟲洞：聯(lián)結(jié)宇宙的遙遠(yuǎn)區(qū)域的時(shí)空細(xì)管。蟲洞還可以聯(lián)結(jié)到平行宇宙

正文

• 以尋根究底為己任的哲學(xué)家跟不上科學(xué)理論的進(jìn)步速度积蔚。
• 宇宙必須以非常接近為恰好避免坍縮所需要的臨界速率膨脹意鲸。
• 龜理論作為一個(gè)好的科學(xué)理論是不夠格的，因?yàn)樗A(yù)言了人會(huì)從世界的邊緣掉下去尽爆。
• 宇宙必須以非常接近為恰好避免坍縮所需要的臨界速率膨脹怎顾。
• 蟲洞可為幾乎平坦的時(shí)空的兩個(gè)遙遠(yuǎn)區(qū)域之間的跨躍提供捷徑。
• 蟲洞正和其他可能的超光速旅行方式一樣漱贱，允許人們逆時(shí)旅行槐雾。
• 通常物質(zhì)賦予時(shí)空以正的曲率，正如一個(gè)球面幅狮。為了允許旅行到過去募强，時(shí)空必須具有負(fù)的曲率，正如一個(gè)馬鞍面崇摄。
• 愛因斯坦-羅森橋是能連接遙遠(yuǎn)地區(qū)的蟲洞擎值，但它們不能保持暢通足夠久，以使任何東西通過逐抑。
• 他們所有人都證實(shí)了黑洞必須如同一個(gè)熱體那樣發(fā)射粒子和輻射鸠儿，其溫度只依賴于黑洞的質(zhì)量一質(zhì)量越大則溫度越低。
• 任何東西都不能從黑洞的事件視界之內(nèi)逃逸出來厕氨，黑洞怎么可能發(fā)射粒子呢进每？
• 黑洞發(fā)出輻射，因此喪失能量和質(zhì)量命斧，黑洞變得更小田晚，其輻射率隨之增大。人們認(rèn)為冯丙，黑洞最終在一次巨大的爆炸中完全消失肉瓦。
• 黑洞仍在輻射出X射線以及伽馬射線。
• 這黑洞把和一座山差不多的質(zhì)量壓縮成比萬億分之一英寸胃惜，亦即一個(gè)原子核的尺度還信⒗颉！
• 對在碰撞中的產(chǎn)生率就落到它們的湮滅率之下船殉。
• 中心的環(huán)是爆發(fā)吹散的膨脹的物質(zhì)鲫趁，而中央斑點(diǎn)是一個(gè)新的中子星。
• 宇宙從非常熱的狀態(tài)開始并隨膨脹而冷卻的景象利虫。
• 宇宙是從在大爆炸奇點(diǎn)處的無限密度起始的挨厚。
• 時(shí)空會(huì)有一個(gè)邊界——大爆炸處的開端堡僻。
• 廣義相對論和所有其他物理定律在奇點(diǎn)處都失效了。
• 這些定律也許原先是由上帝頒布的疫剃，但是看來從那以后他就讓宇宙自身按照這些定律去演化钉疫，而現(xiàn)在不對它干涉。
• 應(yīng)當(dāng)包含許多光滑均勻的區(qū)域巢价，而且這些區(qū)域適合智慧生命演化
• 宇宙常數(shù)是當(dāng)愛因斯坦在試圖建立一個(gè)穩(wěn)定的宇宙模型時(shí)牲阁，引進(jìn)廣義相對論之中去的。
• 任何詳盡描述整個(gè)宇宙的模型在數(shù)學(xué)上都過于復(fù)雜壤躲，使我們不能通過計(jì)算作出準(zhǔn)確的預(yù)言城菊。
• 科學(xué)理論只不過是我們用以描述自己觀察的數(shù)學(xué)模型：它只存在于我們的頭腦中。
• 考慮自旋的一個(gè)方法是將粒子想象成圍繞著一個(gè)軸自轉(zhuǎn)的小陀螺碉克。
• 根據(jù)廣義相對論凌唬，在黑洞中必然存在密度和時(shí)空曲率無限大的奇點(diǎn)。
• 事件視界漏麦，也就是時(shí)空中不可逃逸區(qū)域的邊界客税。
• 我們星系中的其他恒星形成了橫貫夜空的叫做銀河系的光帶。
• 膨脹的宇宙像一個(gè)正在被吹脹的氣球撕贞。氣球表面上的斑點(diǎn)相互離開霎挟。但是，沒有一個(gè)斑點(diǎn)是膨脹的中心麻掸。
• 早期的宇宙一定是非常密集的、白熱的赐纱。
• 哈勃關(guān)于宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)脊奋，以及關(guān)于我們自己的行星在茫茫宇宙中微不足道的認(rèn)識，只不過是起點(diǎn)而已疙描。
• 在月亮上不存在空氣阻力诚隙，一根羽毛和一個(gè)鉛球以同樣速度下降。

在18世紀(jì)起胰，哲學(xué)家把包括科學(xué)在內(nèi)的整個(gè)人類知識當(dāng)做他們的領(lǐng)域久又，并討論諸如宇宙有無開端的問題。然而效五，在19世紀(jì)和20世紀(jì)地消，對哲學(xué)家或除了少數(shù)專家以外的任何人來說，科學(xué)變得過于專業(yè)性和數(shù)學(xué)化了畏妖。哲學(xué)家把他們的質(zhì)疑范圍縮小到如此程度脉执，以至于連維特根斯坦，這位20世紀(jì)最著名的哲學(xué)家都說道：“哲學(xué)余下的任務(wù)僅是語言分析戒劫“胍模”這是從亞里士多德到康德哲學(xué)的偉大傳統(tǒng)的何等墮落捌爬取！

愛因斯坦與核彈政治的瓜葛是眾所周知的：他簽署了那封著名的致富蘭克林·羅斯肝组希總統(tǒng)的信淘邻，說服美國認(rèn)真考慮他的想法，并且他在戰(zhàn)后致力于阻止核戰(zhàn)爭的爆發(fā)湘换。

希特勒上臺了宾舅。愛因斯坦正在美國，他宣布不再回德國枚尼。后來納粹沖鋒隊(duì)查抄了他的房子贴浙，并沒收了他的銀行存款。一家柏林報(bào)紙的頭條寫道：“來自愛因斯坦的好消息——他不回來了署恍∑槔＃”面對著納粹的威脅，愛因斯坦放棄了和平主義盯质，由于擔(dān)心德國科學(xué)家會(huì)制造核彈袁串，他終于建議美國應(yīng)該發(fā)展自己的核彈。但是呼巷，甚至在第一枚原子彈爆炸之前囱修，他就曾經(jīng)公開警告過核戰(zhàn)爭的危險(xiǎn)，并提議對核武器進(jìn)行國際控制王悍。

艾薩克·牛頓是一個(gè)不討人喜歡的人破镰。他和其他院士的關(guān)系聲名狼藉。他在激烈的爭吵中度過晚年的大部分時(shí)間压储。隨著那部肯定是物理學(xué)有史以來最有影響的書——《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的出版鲜漩，牛頓很快就成為名重一時(shí)的人物。他被任命為皇家學(xué)會(huì)主席集惋，并成為第一個(gè)被授予爵位的科學(xué)家孕似。

萊布尼茨和牛頓各自獨(dú)立地發(fā)展了稱作微積分的數(shù)學(xué)分支，它是大部分近代物理的基礎(chǔ)刮刑。雖然現(xiàn)在我們知道喉祭，牛頓發(fā)現(xiàn)微積分要比萊布尼茨早若干年，可是他比萊布尼茨晚很久才出版他的著作雷绢。于是發(fā)生了關(guān)于誰是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)者的大爭吵泛烙，科學(xué)家們激烈地為雙方做辯護(hù)。然而值得注意的是习寸，大多數(shù)為牛頓辯護(hù)的文章均出自牛頓本人之手胶惰，雖然是以他朋友的名義出版！當(dāng)爭論日趨激烈時(shí)霞溪，萊布尼茨犯了向皇家學(xué)會(huì)起訴來解決爭端的錯(cuò)誤孵滞。牛頓作為其主席中捆，指定一個(gè)清一色的由牛頓的朋友組成的“公正的”委員會(huì)來審查此案！更有甚者坊饶，牛頓后來自己寫了一個(gè)委員會(huì)報(bào)告泄伪，并讓皇家學(xué)會(huì)將其出版，正式地譴責(zé)萊布尼茨的剽竊行為匿级。即便如此蟋滴，牛頓心猶未足，他又在皇家學(xué)會(huì)的雜志上寫了一篇匿名的痘绎、關(guān)于該報(bào)告的回顧津函。據(jù)報(bào)道，萊布尼茨死后孤页，牛頓揚(yáng)言他為“傷透了萊布尼茨的心”而洋洋得意尔苦。

最早在理論上描述和解釋宇宙的企圖牽涉到這樣一種思想：具備人類情感的靈魂控制著事件和自然現(xiàn)象，它們的行為和人類非常相像行施，并且是不可預(yù)言的允坚。這些靈魂棲息在自然物體，諸如河流蛾号、山岳以及包括太陽和月亮這樣的天體之中稠项。我們必須向它們祈禱并供奉，以保證土壤肥沃和四季循環(huán)鲜结。

米蓋朗琪羅作《亞當(dāng)之創(chuàng)生》展运。拉普拉斯理論認(rèn)為，上帝選擇宇宙啟始的方式和宇宙將服從的定律精刷，但此后祂不再干涉乐疆。

量子力學(xué)的不確定性原理意味著，某些成對的量贬养，比如粒子的位置和速度，不能同時(shí)被完全精確地預(yù)言琴庵。

人們必須拋棄存在一個(gè)唯一的絕對時(shí)間的觀念误算，相反，每個(gè)觀察者都有由他攜帶的鐘記錄的他自己的時(shí)間測量：不同觀察者攜帶的鐘不必要一致迷殿。

如果在收縮的宇宙中熱力學(xué)時(shí)間箭頭被顛倒儿礼，那么毀壞的大樓會(huì)從廢墟中立起，而且人們在衰老中誕生庆寺，在年輕時(shí)“死亡”蚊夫。

宇宙常數(shù)是當(dāng)愛因斯坦以為宇宙是不變時(shí)引進(jìn)的。在哈勃發(fā)現(xiàn)了宇宙的膨脹后懦尝，就不再需要宇宙常數(shù)知纷，而現(xiàn)在普遍認(rèn)為它應(yīng)為零壤圃。

允許旅行到過去。其中之一即是旋轉(zhuǎn)黑洞的內(nèi)部琅轧。另外一種是包含兩根快速相互穿越的宇宙弦的時(shí)空伍绳。對稱破缺機(jī)制可以形成宇宙弦。因?yàn)橛钪嫦揖哂芯薮蟮膹埩φЧ穑铱梢詮娜魏涡螒B(tài)起始冲杀，所以它們一旦伸展開來，就會(huì)加速到非常高的速度睹酌。

如果宇宙初始就沒有時(shí)間旅行必需的曲率权谁，我們能否隨后把時(shí)空的局部區(qū)域卷曲到這種程度，直至允許時(shí)間旅行憋沿？

這種時(shí)間是用他攜帶的時(shí)鐘來測量的旺芽，這樣航程對于空間旅行者比對于留在地球上的人顯得更短暫是可能的。但是卤妒，這對于那些只老了幾歲的返回的空間旅行者甥绿，并沒有什么值得高興的，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)留在地球上的親友們已經(jīng)死去幾千年了则披。

科學(xué)幻想作家為了使人們對他們的故事有興趣共缕，必須設(shè)想有朝一日我們能運(yùn)動(dòng)得比光還快。

我們可以把粒子加速到光速的99.99%士复，但是不管我們注入多少功率图谷，也不可能把它們加速到超過光速壁壘。航天飛船的情形也是類似的：不管火箭有多大功率阱洪，也不可能加速到光速以上便贵。

這樣看來，快速空間旅行和逆時(shí)旅行似乎都不可行了冗荸。然而承璃，還可能有辦法。人們也許可以把時(shí)空卷曲起來蚌本，使得A和B之間有一近路盔粹。在A和B之間創(chuàng)生一個(gè)蟲洞就是一個(gè)法子。顧名思義程癌，蟲洞就是一個(gè)時(shí)空細(xì)管舷嗡，它能把兩個(gè)相隔遙遠(yuǎn)的幾乎平坦的區(qū)域連接起來

就在大爆炸時(shí)，宇宙體積被認(rèn)為是零嵌莉，所以是無限熱进萄，但是，輻射的溫度隨著宇宙的膨脹而降低。大爆炸后的1秒鐘中鼠，溫度降低到約為100億度可婶，這大約是太陽中心溫度的1000倍，亦即氫彈爆炸達(dá)到的溫度兜蠕。

只有假定這種秩序不但應(yīng)用于定律扰肌，而且應(yīng)用于時(shí)空邊界處的條件時(shí)才是自然的，這種條件指明宇宙的初始態(tài)熊杨∈镄瘢可以有大量具有不同初始條件的宇宙模型，它們都服從定律晶府。

這些恒星將原先的一些氫和氦轉(zhuǎn)化成像碳和氧這樣的元素桂躏，由這些元素構(gòu)成我們，然后恒星作為超新星而爆發(fā)川陆，其裂片形成其他恒星和行星剂习，其中就包括我們的太陽系。

要么存在許多不同的宇宙较沪，要么存在一個(gè)單獨(dú)宇宙的許多不同的區(qū)域鳞绕，每一個(gè)都有自己初始的結(jié)構(gòu)，或許還有自己的一族科學(xué)定律尸曼，這些宇宙中的大多數(shù)们何，不具備復(fù)雜機(jī)體發(fā)展的合適條件；只有在少數(shù)像我們的宇宙中控轿，智慧生命才得以發(fā)展并能質(zhì)疑：“為何宇宙是我們看到的這種樣子冤竹？”

它們?nèi)魞H僅是一個(gè)單一宇宙的不同區(qū)域，則在每個(gè)區(qū)域里的科學(xué)定律必須是一樣的茬射，否則人們就不能從一個(gè)區(qū)域連續(xù)地運(yùn)動(dòng)到另一區(qū)域鹦蠕。

宇宙是以一種非常熱而且相當(dāng)混沌的狀態(tài)從大爆炸起始的。這些高溫表明宇宙中的粒子運(yùn)動(dòng)得非吃谂祝快并具有高能量钟病。

人們預(yù)料在這么高的溫度下，強(qiáng)和弱核力及電磁力都被統(tǒng)一成一個(gè)單獨(dú)的力刚梭。隨著宇宙膨脹档悠，它會(huì)變冷，而粒子能量下降望浩。

量子引力論開辟了另一種新的可能性，在這里時(shí)空沒有邊界惰说，所以沒有必要指定邊界上的行為磨德。這里不存在在該處科學(xué)定律崩潰的奇點(diǎn)，也就是不存在在該處必須祈求上帝或某些新的定律給時(shí)空設(shè)定邊界條件的時(shí)空邊緣。

人們可以觀察到兩束波或粒子之間的所謂的干涉典挑。那也就是酥宴，一束波的波峰可以和另一束波的波谷相重合。這兩束波就相互抵消您觉。肥皂泡拙寡。在泡泡中看到的絢麗無比的顏色是起因于從水的薄膜兩邊反射來的光的干涉模式。當(dāng)波動(dòng)異相時(shí)其波峰和波谷相互抵消琳水。當(dāng)波動(dòng)同相時(shí)其波峰和波谷分別重合并相互增強(qiáng)肆糕。

雙縫產(chǎn)生明暗條紋。其原因是從雙縫來的波在屏幕的不同部分相互疊加或者相互抵消在孝。利用粒子诚啃，譬如電子得到類似的條紋，證明它們的行為和波相似私沮。

人們以為正電荷和負(fù)電荷之間的吸引力維持電子的軌道始赎，正如同行星和太陽之間的萬有引力維持行星的軌道一樣。

力學(xué)和電學(xué)的定律預(yù)言仔燕，電子會(huì)失去能量并以螺旋線的軌道落向并最終撞擊到核上去造垛。

原子論的演化，從希臘哲學(xué)家德謨克里特的顆粒狀原子（1）晰搀，通過盧瑟福的電子繞核公轉(zhuǎn)模型（2）至薛定諤的原子的量子力學(xué)模型（3）五辽。

愛因斯坦廣義相對論制約了宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。它是所謂的經(jīng)典理論厕隧；那就是說奔脐，它沒有到考慮量子力學(xué)的不確定性原理，而為了和其他理論一致這是必需的吁讨。因?yàn)槲覀兺ǔ＝?jīng)驗(yàn)到的引力場非常弱髓迎，所以這個(gè)理論并沒導(dǎo)致和觀測的偏離。奇點(diǎn)定理指出建丧，至少在兩種情形下引力場會(huì)變得非常強(qiáng)：黑洞和大爆炸排龄。在這樣強(qiáng)的場里，量子力學(xué)效應(yīng)應(yīng)該是非常重要的翎朱。

亞里士多德相信宇宙中的所有物質(zhì)由四種基本元素即土橄维、氣、火和水組成拴曲。有兩種力作用在這些元素上：引力争舞，這是指土和水往下沉的趨勢；浮力澈灼，這是指氣和火往上升的傾向竞川。

亞里士多德相信物質(zhì)是連續(xù)的店溢，也就是說，人們可以將物質(zhì)無限制地分割成越來越小的小塊委乌，即人們永遠(yuǎn)不可能得到一個(gè)不可再分割下去的最小顆粒床牧。然而幾個(gè)希臘人，例如德謨克里特遭贸，則堅(jiān)持物質(zhì)具有固有的顆粒性戈咳，而且認(rèn)為每一件東西都是由大量的各種不同類型的原子組成。

所謂的布朗運(yùn)動(dòng)——懸浮在液體中塵埃小顆粒的無規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)——可以解釋為液體原子和灰塵粒子碰撞的效應(yīng)壕吹。

道爾頓指出著蛙，化合物總是以一定的比例結(jié)合而成的，這一事實(shí)可以用由原子聚合一起形成稱做分子的個(gè)體來解釋算利。

可以看到在水中懸浮的塵埃粒子以非常不規(guī)則的隨機(jī)的方式運(yùn)動(dòng)册踩。愛因斯坦利用這一“布朗運(yùn)動(dòng)”來顯示，水是由原子組成的效拭。

一位劍橋大學(xué)三一學(xué)院的研究員J·湯姆孫演示了一種稱為電子的物質(zhì)粒子存在的證據(jù)暂吉。電子具有的質(zhì)量比最輕原子的一千分之一還小。

它們是由一個(gè)極其微小的帶正電荷的核以及圍繞著它公轉(zhuǎn)的一些電子組成缎患。他分析從放射性原子釋放出的帶正電荷的α粒子和原子碰撞會(huì)引起偏轉(zhuǎn)的方式慕的。

只不過是現(xiàn)代物理學(xué)家似乎更富有想象力地命名新粒子和新現(xiàn)象的方式而已一他們不再讓自己受限制于希臘文。

如果世界在沒有不相容原理的情形下創(chuàng)生挤渔，夸克將不會(huì)形成分離的輪廓分明的質(zhì)子和中子肮街，進(jìn)而這些也不可能和電子形成分離的輪廓分明的原子。它們?nèi)慷紩?huì)坍縮形成大致均勻的稠密的“湯”判导。

如果你遇到了反自身嫉父，注意不要握手！否則眼刃，你們兩人都會(huì)在一個(gè)巨大的閃光中消失殆盡绕辖。

在像地球和太陽這樣兩個(gè)巨大的物體中，單獨(dú)粒子之間的非常弱的引力能都疊加起來而產(chǎn)生相當(dāng)大的力量擂红。

在地球和太陽之間的引力是由交換虛引力子引起的：因?yàn)橐偸俏囊羌剩虼嗽诘厍蚝吞栔械膯为?dú)粒子之間的微弱的力疊加成一個(gè)巨大的力。

一種是牛頓贊成的光的微粒說昵骤；另一種是光由波構(gòu)成的波動(dòng)說树碱。我們現(xiàn)在知道，這兩者在實(shí)際上都是正確的由于量子力學(xué)的波粒二象性变秦，光既可認(rèn)為是波成榜，也可認(rèn)為是粒子怀读。

因?yàn)楣馑偈枪潭ǖ挠优栽谂ｎD引力論中將光類似炮彈那樣處理不很協(xié)調(diào)（從地面發(fā)射上天的炮彈被引力減速混弥，最后停止上升并折回地面袭异。

大量的氣體（絕大部分為氫）受自身的引力吸引，而開始向自身坍縮而形成恒星惑淳、當(dāng)它收縮時(shí)，氣體原子越來越頻繁地以越來越大的速度相互碰撞——?dú)怏w的溫度上升饺窿。最后歧焦，氣體變得如此之熱，以至于當(dāng)氫原子碰撞時(shí)肚医，它們不再彈開而是聚合形成氦绢馍。如同一個(gè)受控氫彈爆炸，反應(yīng)中釋放出來的熱使得恒星發(fā)光肠套。這附加的熱又使氣體的壓力升高舰涌，直到它足以平衡引力的吸引，這時(shí)氣體停止收縮你稚。這有一點(diǎn)像氣球——內(nèi)部氣壓試圖使氣球膨脹瓷耙，橡皮的張力試圖使氣球收縮，它們之間存在一個(gè)平衡刁赖。從核反應(yīng)發(fā)出的熱和引力吸引的平衡搁痛，使恒星在很長時(shí)間內(nèi)維持這種平衡。

恒星最終會(huì)耗盡它的氫和其他核燃料宇弛。貌似大謬鸡典，其實(shí)不然的是，恒星初始的燃料越多枪芒，它則被越快燃盡彻况。這是因?yàn)楹阈堑馁|(zhì)量越大，它就必須越熱才足以抵抗引力舅踪。而它越熱纽甘，它的燃料就被耗得越快。我們的太陽大概足夠再燃燒50多億年硫朦，但是質(zhì)量更大的恒星可以在1億年這么短的時(shí)間內(nèi)耗盡其燃料贷腕，這個(gè)時(shí)間尺度比宇宙的年齡短得多了。當(dāng)恒星耗盡了燃料咬展，它開始變冷并收縮泽裳。最終會(huì)成為褐矮星或白矮星，如果它超過這個(gè)極限破婆，該超巨星的最后引力坍縮會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中子星或一個(gè)黑洞涮总。

一顆恒星可因引力的吸引和不相容原理引起的排斥達(dá)到的平衡，而保持其半徑不變祷舀，正如同在它的生命的早期引力被熱平衡一樣瀑梗。

它們會(huì)爆炸或設(shè)法拋出足夠的物質(zhì)烹笔，使它們的質(zhì)量減小到極限之下，以避免災(zāi)難性的引力坍縮抛丽。

所有東西都會(huì)被引力場拉回去谤职。這樣，存在一個(gè)事件的集合或時(shí)空區(qū)域亿鲜，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者允蜈，現(xiàn)在我們將這區(qū)域稱作黑洞。

如果你觀察一個(gè)恒星坍縮并形成黑洞時(shí)蒿柳，為了理解你所看到的情況饶套，切記在相對論中沒有絕對時(shí)間。每個(gè)觀測者都有自己的時(shí)間測量垒探。

隨著這區(qū)域繼續(xù)坍縮妓蛮，只要在幾個(gè)鐘頭之內(nèi)，作用到他頭上和腳上的引力之差會(huì)變得如此之大圾叼，以至于再將其撕裂蛤克。

此恒星繼續(xù)以同樣的引力作用到航天飛船上，使飛船繼續(xù)圍繞著形成的黑洞旋轉(zhuǎn)褐奥。

由引力坍縮所產(chǎn)生的奇點(diǎn)只能發(fā)生在像黑洞這樣的地方咖耘，它在那里被事件視界體面地遮住而不被外界看見。

在此奇點(diǎn)撬码，科學(xué)定律和我們預(yù)言將來的能力都崩潰了儿倒，然而，任何留在黑洞之外的觀察者呜笑，將不會(huì)受到可預(yù)見性失效的影響夫否。

廣義相對論方程存在一些解，我們的航天員在這些解中可能看到裸奇點(diǎn)：他也許能避免撞到奇點(diǎn)上去叫胁，相反的穿過一個(gè)“蟲洞”來到宇宙的另一區(qū)域凰慈。看來這給在時(shí)空內(nèi)的旅行提供了大的可能性驼鹅。但是不幸的是微谓，所有這些解似乎都是非常不穩(wěn)定的；最小的干擾输钩，譬如一個(gè)航天員的存在就會(huì)使之改變豺型，以至于他還沒能看到此奇點(diǎn)，就撞上去而終結(jié)了他的時(shí)間买乃。

將詩人但丁針對地獄入口所說的話恰到好處地應(yīng)用于事件視界：“從這里進(jìn)去的人必須拋棄一切希望姻氨。”任何東西或任何人剪验，一旦進(jìn)入事件視界肴焊，就會(huì)很快地到達(dá)無限致密的區(qū)域和時(shí)間的終點(diǎn)前联。譬如粗心的航天員，能通過事件視界落到黑洞里去娶眷，但是沒有任何東西可以通過事件視界而逃離黑洞似嗤。

假定一個(gè)穩(wěn)態(tài)的旋轉(zhuǎn)黑洞，正如一個(gè)自旋的陀螺那樣届宠，有一個(gè)對稱軸双谆，則它的大小和形狀，只由它的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度決定席揽。黑洞的終態(tài)依賴于它的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。關(guān)于坍縮物體的大量信息被丟失了谓厘。

在宇宙的漫長歷史中幌羞，很多恒星肯定燒盡了它們的核燃料并坍縮了：黑洞的數(shù)目甚至比可見恒星的數(shù)目要大得多。

星系中的恒星若十分靠近這個(gè)黑洞時(shí)竟稳，作用在它的近端和遠(yuǎn)端上的引力之差或潮汐力會(huì)將其撕開属桦。

在一個(gè)星系中心的超大黑洞和被它吸引的做渦旋運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)一起旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了巨大的磁場：它把非常高能的粒子聚焦成沿著黑洞旋轉(zhuǎn)軸的射流他爸。

如果將世界海洋里所有的重水制成一個(gè)氫彈聂宾，則它可以將中心的物質(zhì)壓縮到產(chǎn)生一個(gè)黑洞。（當(dāng)然诊笤，那時(shí)沒有一個(gè)人能殘留下來觀察它Ｏ敌场）

黑洞畢竟不是真黑：它們像一個(gè)熱體一樣發(fā)熱發(fā)光，它們越小則發(fā)熱發(fā)光得越厲害讨跟。

只能在8分鐘之后才知道這一事件纪他，這是光從太陽到達(dá)我們所花費(fèi)的時(shí)間。只有到那時(shí)候晾匠，地球上的事件才在太陽熄滅這一事件的將來光錐之內(nèi)茶袒。當(dāng)我們看宇宙時(shí)，我們是在看它的過去凉馆。我們看到的從很遠(yuǎn)星系來的光是在幾百萬年之前發(fā)出的薪寓。

愛因斯坦提出了革命性的思想，即引力不像其他種類的力澜共，它只不過是時(shí)空不是平坦的這一事實(shí)的結(jié)果向叉，而早先人們假定時(shí)空是平坦的，在時(shí)空中的質(zhì)量和能量的分布使它彎曲或“翹曲”咳胃。地球的表面是個(gè)彎曲的二維空間植康。使得在四維的時(shí)空中地球雖然沿著直線的路徑運(yùn)動(dòng)，它卻讓我們看起來是沿著三維空間中的一個(gè)圓周軌道運(yùn)動(dòng)展懈。光線也必須在時(shí)空中遵循測地線销睁。時(shí)空是彎曲的事實(shí)再次意味著供璧，光線在空間中看起來不是沿著直線旅行。這樣冻记，廣義相對論預(yù)言光線必須被引力場折彎睡毒。

對于水星，這顆離太陽最近冗栗、受到引力效應(yīng)最強(qiáng)演顾，軌道被拉得相當(dāng)長的行星，廣義相對論預(yù)言其軌道橢圓的長軸應(yīng)圍繞著太陽以大約每1萬年1度的速率進(jìn)動(dòng)隅居。盡管這個(gè)效應(yīng)如此小钠至，但在1915年前即被注意到了，并被作為愛因斯坦理論的第一個(gè)驗(yàn)證胎源。近年來棉钧，其他行星和牛頓理論預(yù)言的甚至更小的軌道偏差已被雷達(dá)測量到，并且發(fā)現(xiàn)和廣義相對論的預(yù)言相符涕蚤。

牛頓運(yùn)動(dòng)定律使在空間中的絕對位置的觀念壽終正寢宪卿。而相對論擺脫了絕對時(shí)間。發(fā)現(xiàn)底下的那只更接近地球的鐘走得較慢万栅，這和廣義相對論正好相符佑钾。

廣義相對論的另一個(gè)預(yù)言是，在像地球這樣的大質(zhì)量的物體附近烦粒，時(shí)間顯得流逝得更慢一些休溶。這是因?yàn)楣饽芰亢退念l率（光在每秒鐘里波動(dòng)的次數(shù)）有一種關(guān)系：能量越大，則頻率越高扰她。當(dāng)光從地球的引力場往上行進(jìn)邮偎，它失去能量，因而其頻率下降（這表明兩個(gè)相鄰波峰之間的時(shí)間間隔變大义黎。）在上面的某個(gè)人看來禾进，下面發(fā)生的每一件事情都顯得需要更長的時(shí)間。如果有一個(gè)孩子在以近于光速運(yùn)動(dòng)的航天飛船中作長途旅行廉涕，這種差別就會(huì)大得多泻云。當(dāng)他回來時(shí)，他會(huì)比留在地球上另一個(gè)年輕得多狐蜕。

螺旋星系——M 51宠纯。我們自身的星系被認(rèn)為和這樣的恒星旋渦很類似。大約4光年那么遠(yuǎn)（從它發(fā)出的光大約花費(fèi)4年才能到達(dá)地球）還存在其他許多星系层释，在它們之間是巨大的空虛的太空婆瓜。

我們的太陽只是組成我們星系，銀河系的1000億個(gè)恒星之一。銀河系只是局部集團(tuán)的許多星系之一廉白。局部集團(tuán)只是形成我們宇宙中最大已知結(jié)構(gòu)的幾千個(gè)集團(tuán)和星系團(tuán)之一个初。

我們生活在一個(gè)寬約為10萬光年并慢慢旋轉(zhuǎn)著的星系中；在它的螺旋臂上的恒星圍繞著它的中心公轉(zhuǎn)一圈大約花費(fèi)幾億年猴蹂。我們的太陽只不過是一顆平常的院溺、平均大小的、黃色的恒星磅轻，它位于一個(gè)螺旋臂的內(nèi)邊緣附近珍逸。

牛頓發(fā)現(xiàn)，如果太陽光通過一個(gè)稱為棱鏡的三角形狀的玻璃塊聋溜，就會(huì)被分解成像在彩虹中一樣的分顏色（它的光譜）谆膳。實(shí)際上，從任何不透明的灼熱的物體發(fā)出的光撮躁，有一個(gè)只依賴于它的溫度的特征光譜——熱譜摹量。這意味著可以從恒星的光譜得知它的溫度。此外馒胆，我們發(fā)現(xiàn)，某些非常特定的顏色在恒星光譜里丟失凝果，這些失去的顏色可依不同的恒星而異祝迂，由于我們知道，每一化學(xué)元素吸收非常獨(dú)特的顏色族系器净，將它們和恒星光譜中失去的顏色相比較型雳，我們就可以準(zhǔn)確地確定恒星大氣中存在哪種元素。

將一臺望遠(yuǎn)鏡聚焦在一個(gè)單獨(dú)的恒星或星系上山害，人們就可類似地觀察到從這恒星或星系來的光譜纠俭。不同的恒星具有不同的光譜，但是不同顏色的相對亮度總是和人們期望從一個(gè)紅熱的物體發(fā)出的光的光譜完全一致浪慌。

警察就是利用多普勒效應(yīng)的原理冤荆，靠測量射電波脈沖從車上反射回來的波長來測定車速。

當(dāng)恒星離開我們而去時(shí)权纤，它們的光譜向紅端移動(dòng)（紅移）钓简；而當(dāng)恒星趨近我們而來時(shí)，光譜則被藍(lán)移汹想。這個(gè)稱作多普勒效應(yīng)的頻率和速度的關(guān)系是我們?nèi)粘Ｊ煜さ睦缏犚惠v小汽車在路上駛過：當(dāng)它趨近時(shí)外邓，它的發(fā)動(dòng)機(jī)的音調(diào)變高（對應(yīng)于聲波的短波長和高頻率）；當(dāng)它經(jīng)過我們身邊而離開時(shí)古掏，它的音調(diào)變低损话。如果該恒星離開我們運(yùn)動(dòng)而去，則兩個(gè)波峰之間的距離被增加，而我們覺得它的光譜向紅端移動(dòng)丧枪。

全光譜覆蓋比我們能觀察到的光譜大得多的波長范圍光涂。它們從諸如伽馬射線之類的非常短的波長延伸到諸如無線電波之類的非常長的波長的范圍。

多普勒效應(yīng)是包括聲波和電磁波在內(nèi)的所有種類波的一個(gè)性質(zhì)豪诲。當(dāng)一個(gè)發(fā)射源顶捷，諸如救護(hù)車警報(bào)器向著觀察者駛來時(shí)，波就向較高頻率位移屎篱，但它離開接收者而去時(shí)服赎，波就向較低頻率位移。

星系越遠(yuǎn)交播，它離開我們運(yùn)動(dòng)得越快重虑！這表明宇宙不能像人們原先所想象的那樣處于靜態(tài)，而實(shí)際上是在膨脹秦士；不同星系之間的距離一直在增加著缺厉。

宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)最偉大的智力革命之一。事后想起來隧土，何以過去從來沒有人想到這一點(diǎn)提针？！牛頓或其他人早就應(yīng)該意識到曹傀，靜態(tài)的宇宙在引力的影響下會(huì)很快開始收縮然而現(xiàn)在假定宇宙正在膨脹辐脖，如果它膨脹得相當(dāng)慢，引力就會(huì)使之最終停止膨脹皆愉，然后開始收縮嗜价。但是，如果它以比某一臨界率更大的速度膨脹幕庐，引力則永遠(yuǎn)不足夠強(qiáng)到使它停止膨脹久锥，宇宙就永遠(yuǎn)繼續(xù)膨脹下去。這有點(diǎn)像當(dāng)一個(gè)人在地球表面引燃火箭上天時(shí)發(fā)生的情形异剥，如果火箭的速度相當(dāng)小瑟由，引力將最終使火箭停止并折回地面；另一方面冤寿，如果火箭具有比某一臨界值（大約每秒7英里）更大的速度错妖，引力的強(qiáng)度就不足以將其拉回，這樣它將繼續(xù)永遠(yuǎn)飛離地球疚沐。

愛因斯坦還是肯定宇宙必須是靜態(tài)的暂氯，以至于他在其方程中引進(jìn)一個(gè)所謂的宇宙常數(shù)來修正自己的理論，使靜態(tài)的宇宙成為可能亮蛔。

如果我們看到所有其他的星系都遠(yuǎn)離我們而去痴施，那似乎我們必須在宇宙的中心。然而，還存在另外的解釋：從任何其他星系上看宇宙辣吃，在任何方向上也都一樣动遭。

任何兩個(gè)星系相互離開的速度和它們之間的距離成正比。所以人們預(yù)言神得，星系的紅移應(yīng)與離開我們的距離成正比厘惦，這正是哈勃發(fā)現(xiàn)的。盡管他的模型取得了成功并預(yù)言了哈勃的觀測哩簿。我們沒有任何科學(xué)的證據(jù)去相信或反駁這個(gè)假設(shè)宵蕉。我們之所以相信它只是基于謙虛：因?yàn)槿绻钪嬷辉趪@我們的所有方向顯得相同，而在圍繞宇宙的其他點(diǎn)卻并非如此节榜，則是非常令人驚奇的羡玛！在弗里德曼模型中，所有的星系都相互直接離開宗苍。這種情形很像一個(gè)畫上好多斑點(diǎn)的氣球被逐漸吹脹稼稿。當(dāng)氣球膨脹時(shí)，任何兩個(gè)斑點(diǎn)之間的距離加大讳窟，但是沒有一個(gè)斑點(diǎn)可認(rèn)為是膨脹的中心让歼。

在宇宙的“開放”模型中，引力永遠(yuǎn)不能戰(zhàn)勝星系的運(yùn)動(dòng)丽啡，而宇宙永遠(yuǎn)膨脹下去谋右。在宇宙的“平坦”模型中，引力吸引剛好和星系的運(yùn)動(dòng)平衡碌上。宇宙避免坍縮，而星系的運(yùn)動(dòng)越來越慢浦徊。但是馏予，永遠(yuǎn)不會(huì)完全靜止。第一類弗里德曼模型的奇異特點(diǎn)是盔性，宇宙在空間上不是無限的霞丧，但卻沒有邊界。引力如此強(qiáng)大冕香，將空間折彎使之再繞回到自身蛹尝，這樣就和地球的表面相當(dāng)類似。如果有人在地球的表面上沿著一定的方向不停地旅行悉尾，他將永遠(yuǎn)不會(huì)遇到一個(gè)不可超越的障礙或從邊緣掉下去突那，反而最終回到他出發(fā)的那一點(diǎn)。當(dāng)人們將廣義相對論和量子力學(xué)的不確定性原理結(jié)合在一起時(shí)构眯，就可能使空間和時(shí)間都成為有限的愕难，而沒有任何邊緣或邊界。只不過地球表面是二維的，而它是三維的罷了猫缭。

星系里應(yīng)該包含大量的“暗物質(zhì)”葱弟，那是我們不能直接看到的，但由于它的引力對星系中恒星軌道的影響猜丹，我們知道它必定存在芝加。

可能還有我們尚未探測到的其他的物質(zhì)形式，它們幾乎均勻地分布于整個(gè)宇宙中射窒，它仍可能使得宇宙的平均密度達(dá)到停止膨脹所必需的臨界值藏杖。

鄰近星系之間的距離一定為零。在這被我們稱之為大爆炸的那一時(shí)刻轮洋，宇宙的密度和時(shí)空曲率都是無限大制市。所以它們在時(shí)空曲率為無限大的大爆炸奇點(diǎn)處崩潰。在宇宙中存在一點(diǎn)弊予，在該處理論本身崩潰祥楣。這樣的點(diǎn)正是數(shù)學(xué)中稱為奇點(diǎn)的一個(gè)例子。很多人不喜歡時(shí)間有個(gè)開端的觀念汉柒，可能是因?yàn)樗詭в猩竦母缮娴奈兜馈?/p>

宇宙坍縮時(shí)误褪，其中的粒子可以不都碰撞，而是相互離得很近飛過然后又離開碾褂，產(chǎn)生了現(xiàn)在的宇宙膨脹兽间。但是考慮了實(shí)際宇宙中的星系的不規(guī)則性和雜亂速度。如果廣義相對論是正確的正塌，宇宙可以有過奇點(diǎn)嘀略，一個(gè)大爆炸。恒星中的所有物質(zhì)將被壓縮到一個(gè)零體積的區(qū)域里乓诽，所以物質(zhì)的密度和時(shí)空的曲率變成無限大帜羊。換言之，人們得到了一個(gè)奇點(diǎn)鸠天，它被包含在一個(gè)叫做黑洞的時(shí)空區(qū)域中讼育。

從大爆炸來的宇宙膨脹正如一個(gè)恒星坍縮成一個(gè)黑洞奇點(diǎn)的時(shí)間反演。我讀到關(guān)于任何物體受到引力坍縮必定最終形成一個(gè)奇點(diǎn)的定理我很快意識到稠集，如果人們將定理中的時(shí)間方向顛倒以使坍縮變成膨脹奶段，假定現(xiàn)在宇宙在大尺度上大體類似弗里德曼模型，這定理的條件仍然成立剥纷。任何坍縮星體必定終結(jié)于一個(gè)奇點(diǎn)痹籍；其時(shí)間顛倒的論證則是，任何類弗里德曼膨脹宇宙一定是從一個(gè)奇點(diǎn)開始晦鞋。

如果引力更弱词裤，或者比牛頓理論所預(yù)言的隨距離減小得更迅速刺洒，圍繞著太陽公轉(zhuǎn)的行星軌道就不會(huì)是穩(wěn)定的橢圓（A）。它們或者會(huì)飛離太陽（C）吼砂，或者會(huì)沿著螺旋形軌道撞到太陽上去（B）逆航。

一輛以每小時(shí)30英里運(yùn)行的電車通過不動(dòng)的乒乓球手（A）。從（A）的觀點(diǎn)看渔肩，電車上的球在隔開大約13米的兩點(diǎn)間反彈因俐。對于電車上的乒乓球手而言，顯得是在同一點(diǎn)彈跳周偎，正如從（A）的觀點(diǎn)看由（A）自己反彈的球一樣：然而在行星地球上的（A）也穿過空間運(yùn)動(dòng)抹剩，則對于太陽系中的一位觀察者而言，球在兩次反彈之間顯得運(yùn)動(dòng)了大約3萬米蓉坎。

雖然這種顯而易見的常識可以很好地對付運(yùn)動(dòng)甚慢的諸如蘋果澳眷、行星的問題，但在處理以光速或接近光速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)卻根本無效蛉艾。

麥克斯韋方程預(yù)言钳踊，在合并的電磁場中可以存在波動(dòng)的微擾，它們以固定的速度勿侯，正如池塘水面上的漣漪那樣行進(jìn)拓瞪。更短的波長被稱為紫外線、X射線和伽馬射線助琐。

E=mc2來表達(dá)（E是能量祭埂，m是質(zhì)量，c是光速）相對論限制了物體運(yùn)動(dòng)的速度：任何正常的物體永遠(yuǎn)以低于光速的速度運(yùn)動(dòng)兵钮。

作為宇宙中高等生物的人類不滿足于自身的生存和種族的綿延蛆橡，還一代代地探索著存在和生命的意義。但是掘譬，人類理念的進(jìn)化是極其緩慢和艱苦的泰演，從亞里士多德-托勒密地心說到哥白尼-伽利略日心說的演化就花了大約2000年的時(shí)間。

無論是牛頓的萬有引力理論還是愛因斯坦的廣義相對論都不能得到穩(wěn)態(tài)的宇宙模型屁药。為了得到一個(gè)這樣的模型粥血，愛因斯坦甚至不惜犧牲理論的美麗柏锄，將宇宙常數(shù)引進(jìn)他的方程酿箭。可見宇宙演化的觀念并非產(chǎn)生于這些天才的頭腦之中趾娃。

估計(jì)在100億到200億年之前發(fā)生過一次開天辟地的大爆炸缭嫡，宇宙就從這個(gè)極其緊致極熱的狀態(tài)中誕生。

早期大爆炸的輻射仍殘存在我們的周圍抬闷，不過由于宇宙膨脹引起的紅移妇蛀，其絕對溫度只余下幾度了耕突。在這種溫度下，輻射處于微波的波段评架。

在經(jīng)典廣義相對論的框架中眷茁，霍金證明了時(shí)空一定存在奇點(diǎn)，最著名的奇點(diǎn)即是黑洞里的奇點(diǎn)和宇宙大爆炸處的奇點(diǎn)纵诞。所有定律和可預(yù)見性都在奇點(diǎn)處失效上祈。奇點(diǎn)可以看做時(shí)空的邊緣或邊界。

如果時(shí)空沒有邊界浙芙，則就不必勞駕上帝進(jìn)行第一推動(dòng)了登刺。由于邊界條件只能由宇宙外的造物主給定，所以宇宙的命運(yùn)就操縱在造物主手中嗡呼。這就是從牛頓時(shí)代起一直困擾人類智慧的第一推動(dòng)問題纸俭。

如星系團(tuán)、星系南窗、恒星等成團(tuán)結(jié)構(gòu)揍很，宇宙大尺度的均勻性和各向同性，時(shí)空的平性矾瘾，時(shí)空的維數(shù)女轿，太初引力波和太初黑洞，以及時(shí)間的箭頭等壕翩◎燃＃霍金的量子宇宙學(xué)在于它真正使宇宙論成為一門成熟的科學(xué)。他的興趣轉(zhuǎn)向量子宇宙學(xué)放妈，研究宇宙的無中生有的創(chuàng)生機(jī)制北救，企圖一勞永逸地解決第一推動(dòng)問題。人們不得不對人類中居然有以這般堅(jiān)強(qiáng)意志追求終極真理的靈魂從內(nèi)心產(chǎn)生深深的敬意芜抒。

在富有學(xué)術(shù)傳統(tǒng)的劍橋大學(xué)珍策，他目前擔(dān)任著也許是有史以來最為崇高的教授職務(wù)，那是牛頓和狄拉克擔(dān)任過的盧卡斯數(shù)學(xué)教授宅倒。經(jīng)過美麗的劍河攘宙、古老的國王學(xué)院駛到銀街的應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的辦公室。

愛因斯坦的廣義相對論為我們提供了創(chuàng)生和維持蟲洞的可能性拐迁，那是連接時(shí)空中不同區(qū)域的細(xì)管蹭劈。我們也許可以利用它們來進(jìn)行星系之間快速旅行或在時(shí)間中旅行到過去。