《極簡宇宙史》的作者是霍金的學(xué)生之一，他帶我們游歷到光線可走的最遠(yuǎn)處，帶我們進(jìn)入了構(gòu)成這無限宇宙的最微小處，量子世界；帶我們沿時(shí)間回溯，到達(dá)了時(shí)間與空間的起點(diǎn)。我們已知的物質(zhì)可能只占整個(gè)宇宙的5%不到，看不到的物質(zhì)和能量時(shí)時(shí)陪伴著我們，我們卻一無所知。

這本書里有二十世紀(jì)以來地球上最聰明的頭腦告訴我們他們所知道的全部事情。

宇宙極大，我們還不能遍歷；宇宙極小，我們還不能看清。

第一部分帶我們走到了我們望遠(yuǎn)鏡可以看到的最遠(yuǎn)處，見識到了大有多大：從月球到太陽、太陽系、銀河系，飛越過數(shù)億星系團(tuán)、超星系團(tuán)，我們最終到達(dá)我們可見宇宙的中心：臨界最后散射面。

我們知道了月亮是怎么誕生的，太陽內(nèi)部到底正在發(fā)生著什么，以及和它一樣的所有過去存在過、現(xiàn)在存在著的恒星和我們到底有什么關(guān)系——它們是我們誕生的來源：

除了氫原子和氦原子，地球上所有其他的原子，生命所必需的所有重原子，都是在某顆恒星內(nèi)部由熱核聚變反應(yīng)被創(chuàng)造出來的。恒星的死亡和爆炸會將這些重原子釋放。否則地球無法誕生，生命無法形成，世界中將只有氫原子和氦原子的存在，被鎖定在永不死亡的恒星內(nèi)部。

之后，我們看到了整個(gè)銀河系的樣子——當(dāng)然包括銀河系中心的那個(gè)巨大黑洞。我們也知道了，我們的太陽也只是銀河系三千億顆恒星中沒什么特別的一顆，更不要說我們的地球了。

而相對于整個(gè)可見宇宙，我們的銀河系也是那么不值一提——我們銀河系所在的星系群是由54個(gè)和銀河系一樣的星系組成（當(dāng)然大小不同，最大的是我們的近鄰仙女座星系），而這還不是宇宙的全部，在我們星系群的周圍還有許許多多的星系群，也不僅僅每個(gè)只包含54個(gè)星系，有的包含數(shù)百個(gè)甚至數(shù)萬個(gè)星系，它們圍繞在一起跳著舞，是一種大到難以想象的結(jié)構(gòu)。

穿過這些大到難以想象的結(jié)構(gòu)，我們到達(dá)了可見宇宙的邊緣——這個(gè)意思是，在此范圍之外，我們無法再通過光線看到，但并不代表它不存在。

第二部分開始，讓我們透過眼睛看到的宏大宇宙，去看看背后支配萬物運(yùn)行的理論。

這一部分，作者從引力到底是什么一直說到了大爆炸理論。

牛頓給出了萬有引力公式，但是引力到底是什么呢？我們和地球之間既沒有繩子連著，我們也不帶電，引力不可能是電磁力。所以引力到底是什么呢？

愛因斯坦給出了一個(gè)大膽的答案：引力是宇宙構(gòu)造被它所含的物體彎曲所引起的。

想象我們的宇宙是一張拉緊的橡皮膜，各個(gè)星球就是橡皮膜上的玻璃球，會造成橡皮膜的變形，在星球周圍形成陡坡，這就是引力：我們都沿陡坡下滑。

而由引力的本質(zhì)想開去，當(dāng)恒星、行星以及其他一切東西在運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們在宇宙構(gòu)造中造成的彎曲就會隨之改變，因此，宇宙不僅可能有形狀，而且這個(gè)形狀還會隨時(shí)間變化，這也就意味著，宇宙有未來。如果某個(gè)東西有未來，那么它一定有過去，甚至有開端。

除了這個(gè)推論，紅移現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，也意味著遠(yuǎn)處的星系與我們的距離正在變大——宇宙膨脹。而如果宇宙現(xiàn)在在膨脹，那么說明它過去曾經(jīng)非常小，甚至曾經(jīng)完全沒有大小。在時(shí)間和空間上都沒有大小——這一理論被稱為大爆炸理論。

從地球各方向看去，宇宙都在膨脹，那么難道地球是宇宙的中心、是大爆炸發(fā)生的地點(diǎn)？這太不可思議了。

這當(dāng)然不可能。我們能看到的宇宙叫做“可見宇宙”。

任何地方都是當(dāng)?shù)乜梢娪钪娴闹行摹Ｔ跇O大的尺度上，宇宙無論從哪個(gè)方向看都是一樣的。生活在遙遠(yuǎn)星球上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。他們也一樣被從他們的歷史所傳向他們的信息總和包圍，他們在夜空中見到的是我們共同宇宙的另一個(gè)歷史片段，他們也會有他們的臨界最后散射面，只是可能與我們的并沒有交集——相近兩個(gè)地方的歷史有很大重合，但相隔巨大空間距離的兩處可能在歷史上完全沒有交集。

因此，住在整個(gè)宇宙里任何地方的人，他們所看到的可見宇宙應(yīng)該也在膨脹。由此可知，大爆炸并沒有發(fā)生于時(shí)空中的某個(gè)特殊點(diǎn)，而是在一切地方。

第三部分就講了一個(gè)事情：時(shí)間。宇宙標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是不存在的，鐘表的走動(dòng)速度取決于你在哪里、你身邊有什么（引力部分）以及你的速度。

作者以超高速運(yùn)動(dòng)來解釋這個(gè)事情。

假設(shè)你以87%的光速向太空運(yùn)動(dòng)。你的手表和身體里的細(xì)胞依然以一秒就是一秒的速度流逝，但你身邊的其他一切都開始發(fā)生奇特的扭曲。你回過頭看地球時(shí)間：當(dāng)你的手表每過一秒，地球時(shí)間卻過了兩秒。

除此之外，超高速旅行還會發(fā)生了另外連個(gè)違反常理的事情：

1、運(yùn)動(dòng)前方的距離縮短了。不僅是看起來變短了，而是千真萬確變短了。

時(shí)間和空間是交織在一起的，如果時(shí)間發(fā)生了變化，距離也一定會改變。

2、你變得越來越重。沒有帶質(zhì)量的東西能夠達(dá)到光速運(yùn)動(dòng)，這是規(guī)律。因此，你獲得的能量，按照E=mc2，就會轉(zhuǎn)變成你的質(zhì)量。

或許有一天你能走得與光一樣快，但是你必須放棄你的質(zhì)量，所有質(zhì)量。光無法攜帶任何質(zhì)量。

那么如果真的能把自己變成某種沒有質(zhì)量的東西，會發(fā)生什么呢？那個(gè)時(shí)候，時(shí)間會如何流逝呢？

答案是，時(shí)間停止流逝。在光速，時(shí)間停止了。

但是，不論你以怎樣的高速運(yùn)動(dòng)，在你眼中，以及那些構(gòu)成你身體的細(xì)胞來說，一秒鐘永遠(yuǎn)是一秒鐘，你自己的時(shí)間與衰老不會放慢腳步，你也不會活得更長，你的細(xì)胞依然會以相同的速度生長衰亡。只是，其他人可能會看到你活得比他們自己長。

第四部分作者帶我們走入了極小的世界，而正是這些極小，組成了我們無限的宇宙。

這一部分作者介紹了宇宙中四種基本場中的三種：電磁場、強(qiáng)相互作用場、弱相互作用場。它們都充斥著整個(gè)宇宙。

電磁場的基本粒子是電子和光子。除了我們很熟悉的磁鐵，電磁場的電子光子還作用在方方面面。

當(dāng)你去觀察電子的時(shí)候，一定要記得自己是在量子世界，不論發(fā)生什么好像不合常理的事情，在這個(gè)世界中都是合理的。比如量子隧穿效應(yīng)——電子能夠自顧自地隨意跳躍，無視你，無視所有障礙；比如，如果你知道電子在哪里，你就不可能知道它移動(dòng)的速度。等等等等。

如果說這些都離我們的生活太遙遠(yuǎn)，那么就看看下面這個(gè)例子：

當(dāng)來自太陽的光線照到你的皮膚，皮膚上的原子及其電子們會捕獲一些光子，從而進(jìn)入激發(fā)狀態(tài)。在激發(fā)狀態(tài)下，電子們搖擺的更快了，于是產(chǎn)生了你身體所享受（或痛苦）的熱量。這就是我們曬太陽會暖和的原因。

離開電子，作者帶我們繼續(xù)往原子的核心——原子核奔去。

原子核有質(zhì)子和中子，而質(zhì)子和中子由三個(gè)夸克組成，而將夸克牢牢捆綁在一起的力量就來自第二個(gè)充斥宇宙的基本場——強(qiáng)相互作用量子場。它的基本粒子是夸克和膠子。

膠子，就是將夸克束縛在一起的力的攜帶者。是這個(gè)夸克組合的守衛(wèi)者。

這個(gè)和我們有什么關(guān)系呢？恒星之所以會發(fā)光發(fā)熱就來自于此。

在恒星中，小的原子融合在一起形成更大的原子。恒星們將中子與質(zhì)子聚攏在一起后，與分開時(shí)相比，就不需要那么多膠子來守衛(wèi)他們的夸克。因此多余的膠子就會被釋放出來。因?yàn)樗鼈儙в幸欢ǖ哪芰?，且能量就是質(zhì)量，釋放它們意味著聚合而成的新原子核質(zhì)量會變小。而這些丟失的質(zhì)量變成能量讓恒星發(fā)光。

有合就有分。有核聚變必然存在核裂變——這樣自然界才能保持平衡呀。

而控制這一過程的場是弱核力量子場。它的作用力攜帶者被稱為W和Z玻色子，它能將一種夸克變成另一種，這會造成原子的電荷不平衡，原子核就會發(fā)生衰變，即原子的放射性。

當(dāng)原子核發(fā)生衰變時(shí)，它會分裂并發(fā)出中微子、夸克組合、電子與光子。中微子會無視物質(zhì)的存在，穿越而過，不會對我們造成危險(xiǎn)。但后面三種都很危險(xiǎn)。

其中的夸克組合被稱為α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)氦原子核就要想法設(shè)法偷到兩個(gè)電子。它可能周圍原子中搶兩個(gè)電子，在這種情況下，那個(gè)被奪走電子的原子又會去尋找其他電子……皮膚上的原子失去電子后就會發(fā)生放射性灼傷。這就是α粒子危險(xiǎn)的原因。

放射性衰變發(fā)射的第二種粒子是非常高能的電子，它能將遠(yuǎn)處正常的電子打飛，同樣帶來放射性灼傷。

第三種類型是高能光子，伽馬射線。伽馬射線能夠在擊中原子后將其電子帶走，同樣灼傷我們的皮膚。但是更危險(xiǎn)的是，它們可以穿過皮膚，給身體內(nèi)部造成局部混亂，不僅僅是趕走電子，還會破壞分子，例如DNA分子。

但是，無需太過擔(dān)心，放射性是隨時(shí)隨地始終發(fā)生的一種自然現(xiàn)象，甚至在我們的體內(nèi)也存在，只是水平非常低。除非經(jīng)受了高水平的放射性輻射，否則沒有什么大不了的。

事實(shí)上，我們應(yīng)當(dāng)感謝放射性的存在。的確，它能殺死你，但是沒有它，你甚至不可能來到這個(gè)世界。地幔層是放射性的，當(dāng)原子在那里衰變時(shí)，它們所釋放出來的粒子撞擊鄰居，產(chǎn)生熱量，保持了我們地球的溫暖。如果沒有放射性，地球表面就是一片冰冷，我們所知的生命都不會存在。

第五部分，帶著我們在前兩部分學(xué)到的時(shí)空與量子場的知識，作者帶我們沿時(shí)間向回走，直到時(shí)空開始出現(xiàn)時(shí)起，再次重新審視之前提到過的大爆炸理論。

這期間我們看到了宇宙中一個(gè)個(gè)基本量子場，以及它們一個(gè)個(gè)合并成一個(gè)的樣子，宇宙變成一鍋基本粒子濃湯的樣子，到處都是物質(zhì)和反物質(zhì)，他們相遇后湮滅，宇宙變成一鍋能量濃湯。此時(shí)，到達(dá)了被稱為“大爆炸”的時(shí)間：在這個(gè)時(shí)間，大統(tǒng)一場所儲存的能量開始轉(zhuǎn)化成粒子。

這個(gè)時(shí)間再往前，所有能量變成了另一個(gè)場，被稱為“暴脹場”，從后往前看，整個(gè)宇宙以無法想象的速度坍縮到自身。到這里，由于引力對時(shí)空帶來的彎曲過于強(qiáng)烈，時(shí)空沒有了意義，我們也就無法再向回走。

時(shí)空旅行就此結(jié)束，起碼到目前為止，時(shí)空旅行也只能在文學(xué)藝術(shù)作品里想一想，尚未真的實(shí)現(xiàn)。那我們那些曾經(jīng)經(jīng)歷的人和事情呢？真的就永遠(yuǎn)的消失了嗎？

物理終極就是哲學(xué)，一種人文關(guān)懷。

過去發(fā)生的事情、過去存在的人，他們已經(jīng)成為一系列圖像在時(shí)空中移動(dòng)。從它們身上反射出來，或與他們發(fā)生了哪怕最微小作用的所有光及其他不帶質(zhì)量的粒子都形成了他們存在的記憶，這些影像成為一個(gè)圓殼以地球?yàn)橹行囊怨馑傧蜻h(yuǎn)方的未知世界擴(kuò)散，成為在那里雖不可見但卻無處不在的場里面的小小漣漪，或許會被外星人設(shè)置的光線捕捉器收集，永遠(yuǎn)伴隨著我們的宇宙。

繼續(xù)回到我們的暴脹場。當(dāng)我們到達(dá)暴脹時(shí)期的開端，你到達(dá)了另一道墻，這道墻被稱為“量子引力墻”，或者“普朗克時(shí)期”。那時(shí)的宇宙如此之小，需要一個(gè)能將巨大變成極小的理論，能把量子規(guī)則用在宇宙本身上面的理論。這些我們都沒有。

它和臨界散射面不同：臨界散射面擋住的是光，普朗克墻的擋住的是現(xiàn)代知識。

當(dāng)科學(xué)家們說宇宙年齡是一百三十八億年，他們指的是時(shí)間和空間這兩個(gè)概念開始在宇宙中有意義以來，時(shí)間已經(jīng)過去了一百三十八億年，但并不意味著我們的宇宙從那里開始，也不意味著這是唯一存在著的宇宙，也不是曾經(jīng)存在過的唯一一個(gè)宇宙。

第六部分我們不得不進(jìn)入了一個(gè)純理論的世界。沒有實(shí)驗(yàn)可以證明或者證偽，科學(xué)家們只能通過計(jì)算進(jìn)行推測。

比如，平行世界理論。我們現(xiàn)在知道，粒子在沒有被觀察前，具有所有的可能性，當(dāng)被觀察后，發(fā)生了坍縮，只留下了一種可能性。薛定諤的貓?jiān)谖覀兇蜷_箱子之前，既是死的又是活的，而在打開箱子之后，只能是死的或者是活的，二選一。

但這里存在一個(gè)問題：量子物理學(xué)規(guī)定，只要那里存在某些東西，它就能轉(zhuǎn)化成一些別的什么，但絕對不能憑空消失。當(dāng)你打開盒子，當(dāng)活著的小貓?zhí)鰜淼臅r(shí)候，你沒見到的那個(gè)可能性去哪里了？既然它在某個(gè)階段是真實(shí)的，那么那只死貓去哪里了？

平行世界理論對此進(jìn)行了解釋：沒有什么坍縮發(fā)生，所有的可能性都依然存在，整個(gè)宇宙在每次做出選擇時(shí)產(chǎn)生了分支，緣于實(shí)驗(yàn)或是其他觀察。因此應(yīng)該存在著無法想象之多的許多平行宇宙，其中每一種可能性，每一種可能的后果都以事實(shí)存在。

這真實(shí)一種瘋狂的理論啊。目前這種平行世界理論還未得到實(shí)驗(yàn)上的證據(jù)支持或反駁。

再比如，暗物質(zhì)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)的存在，但是沒有人知道它到底是什么。任何地方只要有物質(zhì)的存在，邊上就有暗物質(zhì)伴隨。但是直到今天，我們依然對暗物質(zhì)由什么構(gòu)成一無所知。我們知道它存在，我們知道它在哪里，我們有它在我們整個(gè)宇宙的各個(gè)星系內(nèi)部和星系周圍分布的地圖，我們甚至還知道它不是什么，但我們對它是什么卻一無所知。

暗能量也一樣。據(jù)推測，那是一個(gè)巨大的能量，是暗物質(zhì)的量的三倍之多，是構(gòu)成我們普通物質(zhì)的量的十五倍。

今天，依據(jù)NASA衛(wèi)星的估算，我們宇宙的能量構(gòu)成如下：

暗能量：72%

暗物質(zhì)：23%

我們已知的物質(zhì)（包括光）：4.6%

所以我們今天能看到的東西，或許只是整個(gè)宇宙的極小極小的一部分。

除了暗物質(zhì)暗能量，還有令科學(xué)家的哲學(xué)世界觀崩塌的黑洞蒸發(fā)理論：黑洞在蒸發(fā)，粒子可以從它內(nèi)部泄露出來，掉入其中的一切未必永遠(yuǎn)被禁錮其中。

為什么說這一理論對科學(xué)家們來說是一種哲學(xué)上的災(zāi)難呢？

根據(jù)霍金的計(jì)算，不同的材料進(jìn)入黑洞，最終產(chǎn)生的粒子輻射，全都沒有差別，不顯示任何物質(zhì)的信息，除了質(zhì)量。這就是說，人類、幾本書與石頭在黑洞眼中都一樣，對于我們所有人來說，黑洞只在乎我們的質(zhì)量，其他都無關(guān)緊要。

我們以前一直認(rèn)為，掉進(jìn)黑洞的東西并沒有丟失，只是儲藏在其中，但現(xiàn)在，黑洞能夠蒸發(fā)，只是剝奪了其中一切物質(zhì)的信息，事物開始從現(xiàn)實(shí)中消失了，黑洞成為我們宇宙的記憶流失處?？茖W(xué)既然永遠(yuǎn)沒辦法重獲這些在黑洞中失去的過去，那么去描述并理解我們宇宙整個(gè)過去的希望是不是就應(yīng)該被放棄？

不過好消息是，黑洞蒸發(fā)至今尚未被任何實(shí)驗(yàn)證明，不管是直接的還是間接的。

最后一部分則完完全全進(jìn)入了現(xiàn)代知識未知的領(lǐng)域，是科學(xué)家們的假想。

科學(xué)家們設(shè)想了大爆炸之前發(fā)生的事情：暴脹時(shí)期和泡泡宇宙。

暴脹時(shí)期發(fā)生在大爆炸之前。暴脹場將曾經(jīng)非常微小的宇宙在一個(gè)短到無法想象的時(shí)間里變得非常巨大，暴脹場和它的基本粒子隨后通過E=mc2衰變?yōu)榧兡芰浚尫懦龇浅＞薮蟮哪芰浚麄€(gè)宇宙變得難以置信的熾熱。暴脹場的物質(zhì)變成了能量，將后來的一切場激發(fā)出來。

同時(shí)，根據(jù)理論，暴脹場不是那種“一次性”的場，不會只出現(xiàn)一次。因此，它應(yīng)該不止一次觸發(fā)了宇宙大爆炸，而且是很多次，無限次。早已存在的宇宙中又出現(xiàn)了新的宇宙氣泡。

氣泡宇宙中的氣泡宇宙，里面還有氣泡宇宙。你我或許就生活在一個(gè)氣泡宇宙中。

而暴脹時(shí)期之前又發(fā)生了什么呢？

暴脹前是普朗克墻，這里是時(shí)間與空間不再具有意義的時(shí)刻與位置。

通過已有的現(xiàn)代知識和技術(shù)，普朗克尺度之外的世界是無法探測的。它的尺度是從一百個(gè)普朗克長度到一個(gè)普朗克長度之間。從實(shí)驗(yàn)上說，沒有人知道在那里會有什么發(fā)生。設(shè)想你的視力只有一米的分辨率，想象一下你看到的世界會是什么樣子。你甚至無法看到身邊的嬰兒，直到他們長到1米高時(shí)，才突然出現(xiàn)在你面前。

因此，我們不知道墻后的年輕宇宙是怎樣的。

這有兩方面意義：

1、這個(gè)宇宙本身就遵循量子世界的一條基本原則：只要沒有人觀察，所有的可能性都會——也的確——發(fā)生。也就是說，在普朗克墻后面，可能就是我們宇宙的全部全部所有的可能。

2、因?yàn)槲覀兊臒o法探測，我們也就無法知道自然會把什么東西隱藏在那個(gè)尺度里。但是我們的現(xiàn)實(shí)正根植于非常微小世界的某個(gè)地方，這是構(gòu)建我們世界的本質(zhì)所在，也是構(gòu)建我們自己的本質(zhì)所在。

正是由于第二點(diǎn)原因，非常重要的原因，科學(xué)家們提出了弦理論：

在普朗克尺度，宇宙中最基本的元素是量子弦。這根弦并不由任何東西構(gòu)成，但其中包含著許多種振動(dòng)，相互疊加。

弦的振動(dòng)產(chǎn)生的不是聲音，而是光，一個(gè)光子，電磁作用的攜帶者。

除了像吉他一樣的弦，還有閉合的環(huán)，也在振動(dòng)，它的基本振動(dòng)對應(yīng)的是引力子，引力的攜帶者。

那些構(gòu)成宇宙所有物質(zhì)的基本粒子，都能用這些弦的振動(dòng)來表示。

這些弦還能夠自由出入你的宇宙。從你的宇宙中離開，進(jìn)入另一個(gè)平行宇宙。

那些閉合的環(huán)狀弦從一個(gè)宇宙移動(dòng)到另一個(gè)宇宙，或許一些能量能夠離開你所在的宇宙，或許黑洞通過扭曲變形的時(shí)空管道將兩個(gè)臨近的膜連在一起，或許兩個(gè)宇宙的引力將它們相互吸引。

是不是有可能，在另外的膜中，有可能也有人類生活？黑洞會不會就是連接兩個(gè)世界的通道？尚未到達(dá)的奇點(diǎn)是不是通向另一個(gè)現(xiàn)實(shí)？暗物質(zhì)和暗能量的源頭是不是也在這個(gè)場景中？

宇宙極大，我們還不能遍歷；宇宙極小，我們還不能看清。