求知簡史-從超越時空到認識自己 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

人類的探索必須繼續 

我們需要知道我們是誰，我們需要知道我們在哪裏以及我們是怎麼到達那裏的。科學直麵人性，伴隨我們去尋找光，尋找更多的智慧之光。

如果理性是我們在科學中所用到的工具，那它J不是科學前進的動力。我們並不試圖把理解SJ作為目的。我們的探求定義瞭我們自身，是我們之所以為人的印記：激情、夢想、挑戰與憂喜並存的經曆，生命不息前進不止的永恒渴望，我們知之甚少、令人生畏卻又充滿誘惑的各種感覺，各種奇觀等待著我們探索，遊離於我們的視野之外，卻又緩緩走嚮我們，如此神秘……

我們以Z擅長的方式探索自然，用的是我們的工具和直覺，模型和近似計算，充滿想象力的描述，比喻和畫像。我所理解的科學是無止境的求索，而沒有顯而易見的盡頭。隨著我們對SJ的瞭解更加深入，隨著我們的理論直麵數據，求之彌深，思之彌遠，我們意識到我們得到的答案有時是前進瞭一大步，有時也會倒退：知識島在變大，有時也會收縮，正如我們對宇宙又多瞭一層瞭解，或是否認瞭先前的謬誤。我們會看得更清楚，但永遠看不透。

渴望完整的知識未免太過天真。科學在求索的路上總會有錯誤的地方。也許我們渴望擁有確定無疑的答案，但必須承認不確定性，隻有這樣我們纔能進步。我們局限於有限的視野，被不完整的知識環繞著。我們所看到的一切，不過是洞穴壁上的影子。然而，如果把這些限製D作不可逾越的障礙，那J太過簡單化瞭。各種限製正是進步的觸發因素：它們可以增進我們對於SJ的瞭解，並知道怎樣去感受這個SJ；它們可以使我們更瞭解自身，同時又吸引著我們繼續前進，以尋求答案。我們不斷突破限製，並將一往無前，這樣我們纔能更好地瞭解我們是誰。科學也是這樣一直前進的——時而進步，時而倒退，但始終麵嚮前方——我們每個人都一樣，我們每個人的追求之心亦復如是。如果有YT我們對探索未知充滿瞭恐懼，那麼那YTJ是我們停止進步之日。

科學不僅僅是有關自然SJ的知識，它還是一種人生觀，一種生活方法，它是人類在充滿神秘、恐懼和奇跡的SJ上取得進步的共同願望。科學是我們深夜的裹腳布，是黑暗中的光明，是我們在共同努力尋求同一目標時提醒我們自己能做什麼的燈塔。科學既可以用來做善事，也可以用來釀惡果，而科學的這種兩麵性不過是反映齣人類本性的不穩定性及人性中創造和毀滅的兩種傾嚮。

隨著探索的進行，我們瞭解瞭自然的方方麵麵，我們要記得，無知之濱伴隨著知識之島而擴張：未知之海滋養著我們的成功。同樣我們也應記住，科學不過占領瞭知識島的一部分而已，還有許多其他認知方式，它們能夠，也應該互相補益。自然科學和社會科學理所D然地能夠闡釋各方麵的知識，但不應被寄以解答一切問題的厚望。若想把我們所能取得的成J全集中於知識島上之一隅，那將是何等狹隘的見解啊！

人類是具有多麵性的生物，人類尋求答案也會以眾多可以互補的方式進行。每種方式都服務一個目的，每種方式都不可或缺。和愛人共飲一杯紅酒，這杯紅酒的意義並不止於其化學上的分子構成，物理上的液體濃度，錶麵的光綫摺射，生物學上酒的發酵，以及我們對它的感官反應。除此之外，我們還會感受到它深紅的顔色與味道，與愛人做伴的愉悅，以及眼睛裏閃爍的愛意，加速的心跳，天涯共此時的深刻情感。即使這些反應大多以人類認知和神經細胞為基礎，將它們都簡單地說成可計算的數據集閤J是大錯特錯瞭。它們疊加在一起，構成瞭人類活著的意義，藉助它們，人類尋求著真理，尋求著友誼，尋求著理解與愛。

並非所有問題都有答案。若寄希望於科學解答一切難題，那麼之於人類J是消其神，鎩其羽，使人類不能多維度地存在於世。本書旨在探索科學知識的邊界，鑒於此，這也是一種錯誤的希望。在科學的框架內，尋求SJ起源和結局的答案，尋求意義與目的的答案；我們必須這樣做，我們必須一直如此。這也是我作為科學傢此生耗時Z多的事。D然，如果真以為科學探索之路會有盡頭，未知之海是有界限的，僅憑科學便可將其窮盡，那J是另一碼事瞭。如聲稱人類可以瞭解一切，可以一個接一個地撬開自然的秘密寶庫，像打開俄羅斯套娃那樣直到我們得到Z後一個，那將是多麼狂妄的想法啊！

承認人類知識的不完整性並不意味著人類智慧的失敗，也不意味著我們人類從此舉手投降，放棄探索。它意味著我們將科學置於人類王國之內，雖然科學是強有力的，但它也有犯錯的時候，雖然科學是我們描述SJ的Z好工具，但僅靠科學也是不夠的。科學並未反映齣上帝所賦予的真理，並不是由從完美的柏拉圖主義王國獲齣的發現所組成；科學反映齣人類的不安與憂慮，反映齣人類對於秩序和控製力的渴望，反映齣人類在無垠宇宙麵前的敬畏之心。

我們對於視界之外潛藏著什麼並不知曉，我們對宇宙初始狀態的思考一籌莫展，我們對如何對量子SJ進行確定性的描述難以措手。這些未知並非我們目前無知的錶現，也不是我們探索工具有限的證明。這些未知偷偷反映齣自然的本質，光速、時光之箭、不可改變的隨機性構成瞭它的邊界。“我們不知道”和“我們沒辦法知道”有著本質的區彆。針對這些未知的答案，J算找到瞭，其適用範圍也會FC有限。除非我們比光速更快，否則我們不能直接探索宇宙邊界之外的SJ；所有對於宇宙初始狀態的科學解答都嚴重依賴於科學框架中概念上的限製——場、守恒定律、不確定性、空間、時間和重力的本質；量子物理的非定域性使得對於微小SJ確定性的求索成為不可能。更籠統地說，所有科學探索都必然有其局限性。

我理解，對於一些人來說，他們很難承認科學的局限性並不損其美妙，亦不去其效力。我認為這種抗拒根植於一種過時的思考方式，這種思考方式把科學D作所有奧秘的徵服者，將獲得JD知識的虛幻目標與持續探索的動力相混淆。和這種思考方式相反，我認為還原科學的本來麵目會使之變得更加美麗，更加有力，這將讓科學與人類其他富有創造力的行為相結閤，使之變得引人注目，多姿多彩，D然，也和我們人類本身一樣並不完美。

甚至在我們身邊，在目前所知的疆界之內，我們隻能看到萬物之一毫。迴想起我們為暗物質和暗能量所環繞，構成我們可見SJ的物質隻占宇宙中各種物質的5%。此刻，不明的暗物質J在我們周圍。即使我們的工具不斷演進（這是毫無疑問的），即使我們Z終解開瞭暗物質和暗能量的奧秘，但我敢肯定，我們能獲取的信息隻有這麼多。意料不到的事無疑潛伏在我們眼皮底下，可能會使我們目前的SJ觀發生巨大轉變。

我們所謂的現實，是由各種不斷演變的觀點鑲嵌而成的圖案。

請再留意一下，我的觀點並非悲觀，並不是要人類放棄求索。恰恰相反，人類求索之路必須走下去。對自然的探索使我們活著有意義：我們會尋求更多答案，但同時心裏也很清楚，令人驚訝的新問題會層齣不窮。D我們從曆史角度來看待科學時，不僅需要我們學會接受知識的不完整性，同時還要將其視為前進不止的象徵，J和人類自身一樣。

和我們的祖先一樣，我們深深為大地的浩瀚所摺服，為隱藏在未知中嚮我們招手的美麗而摺服。是敬畏使我們有動力，並使我們昂然齣發。是敬畏架起瞭人類過去與現在的橋梁，並帶著我們走嚮未來，持續探索。我們無須將論點細分成“我們能知道一切”和“我們不能知道一切”，相反，讓我們擁抱內心深處的敬畏之情，擁抱內心深處的學習熱情，去發現，去一點一點照亮前方的路，使知識島的邊界進一步嚮外擴展，嚮裏擴展，嚮各個方嚮擴展——隻要我們繼續推進偉大的求知事業。讓我們咆哮吧，衝著知識之光的熄滅而咆哮。我們永遠不會滿足於輕輕步入漫漫長夜。我們要繼續發光：這纔是重要的，這纔是我們作為人的意義所在。

1. 改變SJ的觀測工具

——三個傑齣的人如何運用新的觀測工具改變我們的SJ觀

伽利略在1608年鞦天接觸到瞭産自荷蘭的望遠鏡，而在此之前，D榖在16世紀Z後三十年已細心測量瞭天體的運動。多虧瞭他的個人財富以及丹麥國王弗雷德裏剋二世的支持（弗雷德裏剋二世於1576年把哈文島奬給瞭D榖，包括島上所有農民、僕人……在D榖有生之年，隻要他願意繼續他的科學研究，那麼島上的一切都歸D榖所有1），D榖製造瞭整套測量儀器，這在D時是QSWY的。在望遠鏡誕生以前，天文測量都隻能靠肉眼觀察四分儀、六分儀、星盤和其他儀器，來測量天體的位置和運動。到瞭D榖時期，這些工具都演變成瞭角度測量儀，天文學傢用角度測量儀對天球進行角度測量，群星也J自然附屬於這個想象中的穹1；CY =CY。

於朗空無雲之夜踱步外齣，眾星璀璨（多達上韆個），綻於眼前，諸星間距似永恒，恰如鑲嵌於黑暗之中。夜色漸深，整個天穹自東嚮西，緩緩移動。古人夜觀天象，看到星辰的位置似乎固定不變，受此啓發，便將這天空中的圖畫賦予意義，稱之為星座。盡管同一星座在不同民族的神話中意義不同，人們想要從夜空中獲取信息的強烈願望卻在人類文化中無處不在。事實上，有關星辰的誤解可以清楚地錶明我們的感覺是怎樣欺騙我們的，星星既非靜態——有些星星的移動速度高達每小時幾韆公裏——也遠非人類所理解的平麵天穹，群星與地球的距離遠近不一，散布於星際空間那無窮無盡的三維立體體積裏。天穹和柏拉圖的洞穴寓言一樣，是齣於我們對現實的有限感知而産生的錯覺（但在這裏，天穹後麵應該沒有魔術師存在）。這一錯覺與我們和群星之間相距甚遠密不可分。正如一架高飛於空中的飛機，地麵之人望之如蟻行，而有些星體距離我們有成百上韆光年之遠，這些可見的星星因而看起來是靜止不動的。2

如果生活在北半球，透過長曝光照片則能看齣，天空繞著一個星體鏇轉，這個星體J是北J星。事實上，這是地球自轉時自轉軸始終指嚮北J星之故，而非天空圍繞北J星鏇轉：北J星（J現在而言）恰好與地球北J對齊。這種對齊方式會在隨後的幾韆年間漸行漸遠，因為地球自轉軸方嚮的漂移，像個搖搖欲墜的陀螺，這一運動被稱為歲差。

地球繞自身的軸鏇轉，這一反人類直覺的理念睏擾瞭人類觀察者幾韆年。這一理念認為，地球而非天空，每二十四小時自轉一圈。亞裏士多德學派的學者對此提齣瞭反駁，稱如果地球自轉，那麼雲和鳥J會被甩在後麵，拋嚮天空的石頭也會被留在天空。除厄剋方圖（Ecphantus）和赫拉剋利德斯（Heraclides）等少數希臘思想傢外，地球自轉這一在D時“荒誕不經”的想法直到兩韆年後纔被哥白尼重新提起。

為瞭測量恒星和行星的相對位置，天文學傢以地球的赤道為界，將天空分為兩個半球。北J星在北半球的上方。我們把高於或低於天球赤道的角度稱為“黃赤交角”（地球錶麵的緯度與赤道之間的角度也享其名）。因此北J的黃赤交角是90度。和從英國格林尼治的JD零點開始的地球經度相比，環天球赤道圈的位置被稱為赤經。一般而言，赤經度的零度是在春分點，也J是太陽穿過赤道的地點。3稍微復雜一些的地方在於，它和角度不同，正如緯度和經度（和赤緯）不同一樣。正確的提升是以小時、分鍾和秒來衡量的。天文學傢用地球自轉將兩個角度單位結閤到瞭一起。地球每24小時自轉360度，每小時鏇轉15度，每分鍾鏇轉0.25度（又名15弧分），每秒鏇轉15角秒（又名15弧秒）。因此，角度為15度的赤緯道之於零點是相隔瞭一個小時。比如說，要找到獵戶座參宿四恒星，那J從春分處以東5時52分（赤經）和赤道以北7度24弧角（磁偏角）處觀測。

再說說D榖·布拉赫，他那巨大的特製儀器使得他測量的行星運行JQ度達到瞭QSWY的8弧分。4D榖也知道，還需要結閤規律來解決行星軌道形狀的精度問題：他擁有的數據點越多，J越能JQ探測到行星穿越天空的運動。於是在1572年11月11日，外齣漫步迴到自己煉金術實驗室的D榖在仙後座看到瞭一顆新星。這一驚人現象如此耀眼，以緻新的發光天體竟能在光天化日之下被人看到。根據亞裏士多德的物理學，新的天體發光體是不可能存在的：天空是永恒不變的，改變隻會齣現在月球領域。任何一種天體現象都被視為大氣擾動，隸屬於“氣象學”的研究範圍。D榖以他的科學儀器，細心觀測瞭這一新的發光天體，直到它於1574年3月淡齣人們的視綫。

他的結論是革命性的：1先，“新星”比月球更遠；D二，它不是彗星，它沒有尾巴，也沒有穿越天空。D榖的結論是對亞裏士多德信條的D一次嚴肅挑戰。隻有擁有足夠理性的勇敢之人，纔敢宣稱某個現有規則是錯的，改變正在醞釀之中。D榖追求高精度的測量，因為在他看來在沒有數據支持的情況下去理解一些理論，J像空殼一樣，觀之覺美，卻缺乏內容支持。D榖變革性的現代思想由此可見一斑。

我們現在知道D榖觀測到瞭一顆碩大的超新星事件，即一顆爆炸以至於消亡的星體：他所以為的新星事實上是一顆正在消失的老年星體。D榖那瞭不起的儀器和勤奮使得他比前人看得更清楚；然而，正如科學SS經常發生的事情一樣，這也是我們爭論的焦點，即D榖的視野為他的見識所限。他對那些質疑他的人所發齣的責問對所有人都同樣適用：“自以為是的聰明人，觀察天空時，何其盲目。”

J好像天空在激勵著事情嚮前發展一樣，1577年，又一異象使得業已逐漸蔓延的反亞裏士多德主義之火燒得更旺：1577年，整個西歐都看見瞭大彗星，許多天文學傢皆有記載。D年的11月13日，D榖在日落前乘一艘漁船返航途中看到瞭大彗星，隨即對它展開瞭持續74天的追蹤。5將自己的數據與一位來自布拉格的天文學傢觀測的數據相比較後，D榖得齣結論：1577年大彗星距地球之遠至少三倍於月球。他注意到他們二人所觀測到的月球所處位置不同，而大彗星的情況也不同。D榖在這裏所用的技術叫視差，在確定與遠處物體之間的相對距離時J其有用。6另外一些天文學傢則證實瞭D榖的發現，這進一步動搖瞭亞裏士多德天體不變學說的根基。

在哥白尼於1543年發錶著作《天體運行論》三十年後，D榖得齣瞭這一發現，考慮到這一點，我們不難想象，D榖一定曾熱情主動地接受瞭日心模型。然而，事實並非如此。基於物理學和神學上的原因，他對哥白尼的理論仍持懷疑態度。他提齣瞭具有雙中心的奇怪混閤模型：地球仍位於創世的正中心，太陽和月亮以它為中心鏇轉，而其餘的星體則繞著太陽鏇轉。D榖的這種雙中心模型是源於他對《聖經》的堅信不疑以及對於觀察力量的信念：他細心繪製地圖，將星體在一年中不同時間相對於地球位置的任何跡象都做瞭比較（將他於1577年大彗星觀察中所用到的視差技術同樣應用於其他星體上），結果卻一無所獲。

如果地球繞太陽公轉，在一年中的不同時間，距地球較近的星體較距地球更遠的星體看似會處於不同的位置。D榖對此毫不知情，因為用裸眼來觀測齣恒星的視差是不可能的，即使用J好的儀器也是如此。D榖和其他人一樣，都是茫茫天空的盲目觀察者，但他比其他大多數人看得都要遠。D榖同樣沒有找到證明日心說正確性的新物理學，因此即使他的觀察和亞裏士多德將現實一分為二的舊觀點截然不同，他也沒有準備好將物理學冒險推進到一個全新的天地中去。

他FC勇敢地與天然水晶球之說決裂，在他的模型中，某些東西肯定與其他東西會有交錯重疊。他認為彗星繞著行星鏇轉，像著火的子彈那樣，隻在它們尾部留下碎裂的彈片，不過他並沒有足夠JQ的數據來證實這一點。拋棄人間奉若神明的“水晶球”給D榖帶來瞭巨大的挑戰：他需要解釋——如果沒有載著行星運動的水晶球體存在，天體是如何運動的呢？D榖對自己的數據J為自信，他隻說星體盤鏇在真空之中，而對於怎樣解釋他精心測量過的天體運行卻並無定論。他需要一個DZZ，一個擁有遠見和數學能力的人來證明他的模型重現瞭宇宙的安排。他需要開普勒。

科學SS很少有人像開普勒一樣既令人著迷而又纔華橫溢——他有些神經過敏，而同時又是個勇敢的德國天文學傢，在他Z黑暗的時刻，他將自己與矮小的哈巴狗等同視之，而事實上他是一位知識上的巨人，為宗教自由而抗爭的英雄。不正常的成長經曆和個人生活所帶來的悲劇在他身上留下瞭傷痕纍纍的情感烙印，作為17世紀頭十年間天主教和路德派之間劇烈宗教衝突的受害者，開普勒把心思投嚮瞭天空，探索著在他的生活中一直缺乏的秩序。7

早在1600年，開普勒便作為助手加入到D榖的研究中。D時，D榖這位天文學王子已不再得寵於丹麥王室，此前他是1都位於布拉格的神聖羅馬帝國皇帝魯道夫二世的皇傢數學傢。D榖為瞭保持其前半生的榮耀與光輝，為他自己、隨從以及他的儀器在距布拉格40公裏的貝納提基城堡建起瞭高度精密的天文颱。

從一開始，D榖與開普勒的初衷便大不相同。D榖想要一個理論傢來證明他所相信的片麵地心說，他相信這與他的觀察結果是一緻的，也閤乎《聖經》所宣揚的。開普勒作為一個堅定的哥白尼學派學者，他想用D榖的數據來建立一個真實的日心說宇宙模型。他們並肩作戰瞭十八個月，而他們之間的理論衝突則是史詩級彆的。D榖並不想將其耗費數十年精力的研究成果送給德國人開普勒，而開普勒則迫不及待地想要得到這些數據。在各種給予與索取之後，D榖Z終將他關於火星運動軌跡的數據贈予瞭開普勒。對D榖來說，這一慷慨之舉可謂用心巧妙，他知道火星擁有一個大的偏心軌道，這意味著火星軌道明顯偏離瞭一個簡單的圓形。8開普勒的工作便是去解答火星不完美軌道上所存在的圓周運動，從而與D榖的數據相匹配。

開普勒以為隻需短短數周便可得齣結論，而實際上這一工作花費瞭他將近九年的時間。1609年，他驕傲地發錶瞭《新天文學》（New AstroDmy），他在文中宣稱火星的軌道不是一個圓而是一個橢圓。開普勒嚴格遵照瞭D榖的數據，得到瞭這一令人難以想象的、與數韆年天文學理論相悖的結論。在嘗試將D榖的數據應用於各種圓和本輪數年後，開普勒將托勒密的偏心勻速點理論應用於太陽，將之稍稍偏離瞭行星軌道的中心。偏心勻速點理論是有效的，但兩個測量結果和該模型的預測並不吻閤，其誤差有8度。多數人在此時便會退齣研究，聲稱該模型是充分接近正確數據的較好方式，但開普勒卻迎難而上，或許他知道自己能做得更好。隻有那樣他纔對得起手中的珍貴數據。

於是開普勒繼續嘗試，直到他偶然得齣橢圓理論。這是他D二次嘗試該理論，早些時候業已放棄過一次：有時候答案J在你麵前，而你卻沒準備好迎接它。橢圓理論令人十分震驚。經開普勒之手，D榖通過裸眼觀察所得的精準數據，將在人類知識SS引發一場革命。科學SS沒有什麼比這個更能夠顯示齣JQ數據在我們整個SJ觀改變過程中所起到的革命性催化作用。在D榖與開普勒的故事中，我們看到觀察傢和理論傢相結閤的威力是多麼巨大，即使沒有想象中那樣富有戲劇性。在此我們引述一個愛因斯坦關於科學與宗教的ZM論斷：“科學沒有宗教J像瘸子，宗教沒有科學J像瞎子。”

開普勒並未止步於此。作為變革的代理人，他不能停留在僅僅以D榖的數據證明哥白尼的天文學理論這一點上：他必須提齣新的物理學定理來解釋這一切。其著作（《新天文學》）的副標題充分說明瞭這一切：《基於因果關係的新天文學和基於D榖先生的觀察從火星運動觀測中得齣的天體物理學》（A new astroDmy based on causation or a physics of the sky derived from the investigations of the motions of the star Mars founded on observations of the Dble Tycho Brahe）。這是基於天體的物理觀測的新天文學。開普勒不僅像他的先行者那樣追尋著描述性的天文學，他還想用物理學來解釋天文現象，他堅信星體的運動具有某種因果機製。這的確是革命性的，是天文學SS將因果法則囊括進來，以解釋作為力的作用結果的行星軌道的1次嘗試。開普勒認為太陽和行星本身具有磁性，它們之間的相互作用正是通過磁性。他的靈感來自於伊麗莎白一世的宮廷物理學傢威廉·吉爾伯特（William Gilbert）的著作，其書中將地球描述成一個巨大的天然磁石。如果地球是一塊磁石，開普勒認為太陽也將會是一塊磁石。兩塊“磁石”通過茫茫太空相互吸引，太陽和行星也一樣，即便它們相距甚遠。

開普勒在1605年的一封信中寫道：“我的目標是證明天體不是什麼非凡的生物體，而是一個有類似時鍾齒輪和發條裝置的機械……幾乎所有的運動都是通過某種單一乃至相D簡單的磁力産生的……”開普勒關於天體運動的物理原因的創造性見解將成為牛頓力學理論的基石，後者在17世紀纔會齣現。

在轉嚮其他話題之前，我要指齣另一例子來印證開普勒QWGR的現代性，他1609年的一本書的標題是這樣的：“……天空的物理……建立在觀察基礎之上……”開普勒關於宇宙的猜想天馬行空，引人注目，他也知道數據是自然與我們所創立的用於解釋自然的理論之間Z後的裁決者。盡管這對如今的我們來說是顯而易見的，但在D時卻並非如此。開普勒是一個過渡性人物，是即將到來的科學變革的先驅。但在D時，他並非孤軍奮戰，在遙遠的意大利，另一個哥白尼學派的學者即將走入曆史舞颱。

1610年，在開普勒發錶《新天文學》一年後，伽利略齣版瞭他的作品《星際信使》（Sidereus nuncius）。在這本小書中，伽利略開始改變我們看待宇宙的方式。他能這樣做，是因為他擁有觀測天空的有力新工具：望遠鏡。他所看到的是一個J為美麗而又復雜的宇宙，這種美與亞裏士多德理想化的不變宇宙中的空靈天體之完美截然不同。正如D榖的儀器使得他能以前人無可企及的精度來測量天空一樣，伽利略的望遠鏡也使他得以比前人看得更遠更清楚。正如在科學SS經常發生的那樣，新的觀察工具揭示齣物理現實全新且常常不可預料的方麵。知識島斷斷續續地擴大，新的島嶼重新界定瞭其海岸綫，並將過去的海岸綫或推入內陸之一隅，或推嚮遺忘的角落。

盡管早在1608年10月，荷蘭眼鏡師漢斯·李波爾（Hans Lipperhey）為自己製作的望遠鏡申請專利時（D局拒絕瞭他的請求），望遠鏡的消息便不脛而走，但伽利略所用的D一颱望遠鏡卻是他本人的發明。伽利略意識到這種新儀器具有巨大的潛力，於是決定對一位外交官朋友贈予他的望遠鏡樣品加以改進，他自己研磨瞭鏡片，並於1609年7月組裝成3倍望遠鏡。很快，他於8月嚮威尼斯參議院上呈瞭8倍望遠鏡，10月，他又製成瞭20倍望遠鏡來觀察天空。在改進望遠鏡的道路上，伽利略並非D自一人。早在1609年8月，英國人托馬斯·哈裏奧特（Thomas Harriot）便用6倍望遠鏡觀測到瞭月亮，不過他並未公布他的發現。9望遠鏡因伽利略而聞名，伽利略為把望遠鏡升級為研究天文學的新工具而做齣瞭不懈努力，望遠鏡也如一件武器一般，加速瞭SJ新秩序的誕生。

有關伽利略及其與天主教鬥爭事跡的著述頗豐，其中包括我自己的作品《跳動的宇宙》。這裏，我們將著重探討他的發現所帶來的影響以及他在發展實證科學方法論中起到的重要作用。實證科學方法論後來成為現代科學的標誌。

在《星際信使》一書中（從書名便可看齣伽利略將自己視為先知），伽利略描述瞭他通過望遠鏡所得到的三個主要發現，這些發現都與亞裏士多德的宇宙觀相悖：月球錶麵並不完美，和地球相似，充滿瞭高低起伏，和以太組成的完美無瑕的球體不同；將望遠鏡對準昴宿星團和獵戶座，看到瞭至少十倍於肉眼可見的星辰，這意味著銀河係和其他星雲並非雲狀物，而是由不計其數的星辰組閤而成；木星有四個衛星，伽利略巧妙地將之命名為美D奇衛星以紀念他的保護人意大利托斯卡納大公美D奇。後來的一些發現，例如金星錶麵發光麵的相位和太陽黑子的存在，更令伽利略堅信哥白尼是正確的，亞裏士多德錯瞭。10即使它們並不足以證明哥白尼的假說能自圓其說（D榖模型也可以做齣完整解釋），恒星視差法也可以。伽利略決定嚮SJ和教會宣布變革的時候到瞭，這Z終引起瞭宗教裁判所的憤怒。

伽利略點燃瞭天文研究現代化與革命性的烈火，但仍殘存著其保守性。有一點很特彆，他拒絕相信開普勒的橢圓軌道理論。相反，他援引14世紀法國哲學傢、牛津學者讓·布裏丹（Jean Buridan）的理論並對其加以改造，提齣瞭奇怪的圓周慣性定律，以證明星體是在繞太陽做圓周運動。後來他將此定律進一步演繹為綫性慣性定律：“除非受到乾擾，否則一個在水平錶麵運動的物體會朝同一方嚮勻速前進。”（例如滑冰者沿著結冰的湖麵這一平滑錶麵嚮前滑行。）牛頓隨後將這一定律應用於他的運動定律之中，並加入瞭有關力的定義：“除非受WQ不平衡力作用，否則物體會保持勻速。”順便說一下，“慣性”這個詞1次齣現於開普勒1618—1621年齣版的《哥白尼天文學概要》（Epitome AstroDmiae Copernicanae，分三捲齣版）。在這一早期現代天文學著作中，開普勒將他的橢圓軌道理論推廣至所有天體，並用D榖的數據成功證明瞭自己的數學公式。對他而言，慣性代錶瞭物體對於外力使其進入運動狀態的抵抗力。

對伽利略和開普勒來說，宇宙仍是封閉的，包含在固定的恒星天體之內。事實上，開普勒認為無限的宇宙是一可憎之物：“這一思考背後伴隨的是潛藏在我內心的隱秘恐懼；其實每個研究宇宙的人都會在想，既然這浩瀚無邊的宇宙沒有邊界和中心，因此其內在之物也J沒有確切的位置。”11

開普勒相信，上帝所創造的宇宙必將擁有幾何秩序和對稱性，它不會是無窮無盡無根無形的。他甚至將宇宙與基督教中的“三位一體”等同視之：太陽居中是聖父，周圍的恒星是聖子，充滿陽光的間距空間則是聖靈。為支撐其神學論點，開普勒堅持他與無限宇宙相左的觀察結果，並引用1604年超新星的例子（開普勒超新星，是近400年來Z後一顆靠肉眼J能觀測到的超新星）。無限宇宙的擁護者認為這顆新星生於宇宙深處，故而可見，在它升入虛空之後便會消失不見。開普勒反對這一觀點，稱新星並未移動。他進一步指齣無限宇宙是均質存在的，在任何地點看起來都一樣，而這是不可能的，因為人人都能看到，星座裏的星體是隨意分布的。

布魯諾（BruD）在異端裁判所所經曆的悲慘命運想必為開普勒銘記在心，伽利略更是如此。布魯諾被定罪，並被公開處以火刑，這多是因為其神學上的異端，而非他所支持的天文學。例如，他聲稱耶穌並非上帝之子，而是一個高明的巫師；所謂聖靈，是SJ的靈魂。然而，由於他堅信宇宙的無限性，每個天空之中發光的星體都如一個為眾多星球所環繞的太陽（他的這一觀點是多麼正確啊），且每個星球上智慧生物的存在也與地球中心論格格不入，這都與人類D濛上帝垂青的觀點産生瞭激烈衝突。

在伽利略和開普勒的基礎上，牛頓引爆瞭人類關於現實構想的下一個重大轉變。牛頓不僅通過復雜的計算得齣瞭萬有引力定律的JQ公式，而且打開瞭天堂的穹1；CY =CY，指齣瞭宇宙的無限性。像牛頓這樣大大拓展瞭知識島麵積的偉人，可謂是QWGR，後無來者。

2.宇宙的疆域

如果我們將視綫轉到現代宇宙學的話，事情可J有意思多瞭。如果將宇宙大爆炸後有限的時間和有限的光速聯係起來，J會對我們認知宇宙帶來一個難以逾越的障礙。這種界限十分新穎，與我們之前的概念有很大的不同，因為它並不取決於測量工具的精度，這些器具的精度往往反映的是“狹隘”的現實觀。這也JD是我們理解物理SJ的J限，這個J限的存在是伽利略、開普勒和牛頓所始料未及的。宇宙也許在空間上無邊無際，但是我們對此並不能打包票。我們處於一個信息的球形泡泡裏，好似池中之魚。J限之外存在些什麼，我們可以藉助模糊的視野推算齣這些事物的存在，但是我們不知道“那兒究竟會有些什麼”。300年之前，豐特奈爾J已體悟到要想在哲學以及科學領域看得更遠並掌握更多知識，J免不瞭經曆痛苦和狂喜的過程。我們冒著碰壁的危險一步步靠近宇宙的J限。如同先驅們曾經做過的一樣，我們隻能掙脫束縛纔能探索新的未知。不過目前我們還沒有這個能力。“宇宙之外”成瞭新的未知領域。

愛因斯坦的相對論關於時間倒流旅行的預言未免讓人沮喪。狹義相對論公然宣稱時間旅行是不可能發生的，因為D我們達到光速時，質量會增大到無窮大。在我寫下這些文字之後，在開車送兒子盧锡安上學的路上，隻有六歲的他J此和我展開瞭形而上學的討論：“隻有一樣東西能夠以光速旅行啊，爸爸，J是光本身啊！”的確如此。光之所以能做到這一點是因為它沒有質量。而物體或多或少都有能量，能量數值等於質量（m）乘以光速的平方（c2），也即愛因斯坦ZM的公式：E=mc2，光的穿梭可謂一刻不歇。光的能量計算公式異常簡單且僅由頻率f決定，即E=hf，其中h代錶普朗剋常數，這個微小的常數是自然領域中專為量子所設計的：光的頻率越高，則能量越大。光是由一係列的波組成的，但是E=hf這個公式並不能解釋光的運動規律。因此，這個公式隱藏瞭一個迷局，一個現代科學界Z大的迷局。

曆史重演，是愛因斯坦發現瞭光的能量計算公式。愛因斯坦為此做齣瞭他自認為是Z具革命性的邁進，也J是如同大多數人在19世紀將光視為是一種波一樣，人們還可以把光視作是一種粒子。這種微小的光粒子J被稱作光子。E=hfJ是計算單個光子能量的公式。一束光則會包含許多光子，因此它的能量往往是單個光子能量的整數倍。這一特性也被應用到瞭貨幣上。任何金融交易的數額（不管是以數美分計算，還是以數十億美元計算）Z終結果都會是1美分的整數倍。有一點顯而易見，大額交易與1美分之間的“量子”聯係被人逐步淡化瞭。不過J如美分都是貨幣一樣，每個光子都是光。1

實際上，蘊含在光束中的光子在波長不同的色光中可能會有不同的結構。例如，太陽光包含著從紅色到紫色的所有可見顔色，每種顔色的光都有自己的波長以及相關的光子結構。如果把光比作貨幣，太陽光好像是一位光顧貨幣兌換所的客人，它帶著許許多多不同種類的貨幣（一種貨幣象徵著一種顔色的光），而每一種貨幣又有自己的分製單位（J像帶有能量的光子一樣）。

我們從宇宙中所搜集到的大多數信息都是以電磁輻射的形式傳遞過來的。光學天文學——即用裸眼或是藉助望遠鏡收集可見光光子的傳統做法——J是其中一個例子。現在的天文學傢所仰望的星空，其所含波長各不相同，幾乎包括瞭從無綫電到伽馬射綫的所有電磁波頻譜。不過，對於我們所觀察的任何一種光綫來說，它們都有相同的速度J限。2因此，正如D你看到這本書時，你所看到的是它在1/1000000000秒之前的樣子；D你仰望夜空之時，你看到的是它過去的樣子。你看到的月亮跟你1.282秒前看到的月亮是一樣的，這是因為月地距離大緻為1.282光秒。同理，你看到的太陽跟8.3分鍾之前所看到的也是一樣的，因為地球與太陽的距離約為8.3光分。也許，J是在“現在”，太陽會突然爆炸，而你卻隻能在8分鍾之後纔意識到這一點，結果一切都晚瞭……

把目光聚焦在太陽係深處，接著我們可以感受到，行星環繞太陽運動時速度是大不相同的：地球與其他行星的距離並不固定，這取決於它們在各自軌道上與其他行星的相對位置。例如，地球與火星之間的距離從4.15光分（兩行星距離Z近，即皆在太陽同側時）到20.8光分（兩行星相距Z遠的點，即各在太陽一側時）不等。除非你是美國航空航天局的工程師並負責將宇航器送入另一星球，不然Z好在錶述距離時以太陽為參照。光從太陽抵達火星約需12分鍾，而到達海王星則需4.16小時。相比於太陽係的疆域，地球與太陽間8.3光分的距離可謂是小巫見大巫瞭。太陽係Z遙遠的星體為奧爾特星雲，這是一個充滿瞭冰凍小行星的帶狀區域，跟太陽以及其他行星的距離大約為1光年。這個氣體雲中薈萃著46億年前製造太陽、行星、衛星網絡時所收縮變形的許許多多的碎片。

任何2光年直徑內的天體（包括我們的地球）都有同一個起源。隨著我們走齣太陽係，來到陌生的宇宙空間，這些宇宙空間各自都有自己共同的起源及曆史。我們可以將這些星係看作是不同的傢庭，孩子們有共同的親本（即初始的氣體雲），但是接下來他們開始各自為政。離太陽Z近的星係是半人馬座，托勒密早在公元2世紀J已將其標記齣來。也J是說，你可以在南方天空用裸眼觀測到這個星座，並試著說服自己它是狀似半人半馬的生物。我們在半人馬星座中找到瞭距離太陽Z近的恒星——一個叫作半人馬座阿爾法星的三閤星，距地球約4.4光年，約閤42萬億公裏。在這個三閤星中，Z近的D屬距太陽4.24光年的比鄰星。因此，D你在看半人馬座阿爾法星（也許你還會錯誤地認為這是天空中的一顆單D恒星）時，你從這個恒星三閤星接收的視覺信息其實是4.4年前的。或許，這些恒星可能早已鬥轉星移瞭。不過，我們也能推測它們還在原來的位置上，這是因為我們知道它們的星體種類以及它們在各自生命周期處於何種進化階段。不過我們J是找不到——也不可能找到——直接證據證明它們仍待在原處。我們目前所觀測到的夜空其實是過去曆史的集閤。

對於身處南半球的人來說，半人馬座三麵與ZM的南十字星座相接。作為一個齣生在巴西的人來說，這個天體的指示性作用在我心中排名D一（遠超排在D二位的獵戶座）。南十字星座的形象齣現在巴西的國旗之上（澳大利亞、新西蘭、巴布亞新幾內亞和薩摩亞D立國的國旗上也有它的蹤影），它代錶瞭我們對天空的忠誠以及對宇宙起源的敬意。毫無疑問的是，這種信仰在16世紀早期被成群的虔誠而貪婪的天主教傳教士們所利用，並由此傳播到瞭南美洲；在他們看來，天空中的十字象徵著上帝的旨意：南美洲是一塊富饒而美麗的應許之地。懷揣著這個信念的傳教士紛至遝來，盡其可能地擄走瞭一切。

在南十字座畫一條連接兩個縱嚮恒星的假想綫並將其嚮下延長，這條延長綫J會一直指嚮南天J附近。縱然已在北半球生活數年，但是隻要有時間迴到巴西的話，我J會不由自主地仰望夜空，尋找南十字座的位置。隻有這樣我纔感覺貼近瞭那個多年來被自己稱作“傢”的那片璀璨星空。有趣的是，這個星座是由許許多多與我們相距數百光年的恒星所組成的；我們所看到的十字實際上是一個假象，一個投射在天穹的想象産物。

對於那些對外星生物以及星際旅行感興趣的人來說，以下內容尤其值得深思。如果我們用目前Z快的飛行器（時速大概為5萬公裏）駛嚮半人馬座阿爾法星係的話，到達的時間大概需要十萬年左右。即使我們能夠運用某些新科技造齣速度達到光速1/10的飛船的話，我們旅行至半人馬座阿爾法星係也需要花費44年。因此，除非我們組織的是為期數韆年的大型跨代移民遠行或是創造齣瞭前所未聞的全新宇宙旅行科技，否則要想實現星際探險還是任重道遠。要知道，這還隻是前往距離我們Z近的星係呢！

我們所處的星係——銀河係——直徑大約為十萬光年，即你從銀河係一端投射的光將花費十萬年纔能到達彼岸。換而言之，J在我們探求那些處於銀河係邊緣的星星時，我們所看見的實際是它們在我們還是智人（“現代人類”的一個分支）時的模樣，那時的智人纔剛剛開始統治地球。視綫迴到我們的鄰居仙女座星係，從那兒嚮我們投來的光可以溯源至兩百萬年之前，D時我們的人類祖先纔剛剛開始在非洲繁衍生息呢！

D天文學傢仰望宇宙時，他們所見的的確確是過去的曆史，從光源發齣的光可能來自數百萬甚至是數十億年前。這副圖景勾勒齣來的是一個不斷嚮外延伸的宇宙，這種情形要比靜態宇宙復雜那麼一點點。在靜態宇宙中，你所看到的即為你所得到的影像：如果可以明確知道物體離地球的距離的話，J能簡簡單單地通過距離除以光速的方法，計算齣光離開此物的時間。因為宇宙的膨脹裹挾著其內部所有星係以及其他光源，那麼這些光J會在相同的時間裏穿行過比靜態宇宙中更遠的距離。設想一下，一個遊泳者順流而行可以從水流中得到一個加速度，因此他在相同的時間內要比在遊泳館中遊得更遠。在這個不斷膨脹的宇宙中，一個從距地球26億光年的物體上發齣的光是在24億年前嚮我們發射的，而不是26億年前。兩種時間的差距會隨著物體間距離的增加而拉大。截至我寫這篇文章之時，人類已知距地球Z遠的物體達到瞭驚人的321億光年。從這個物體發來的光早在132億年前J已發齣，光綫穿行的距離要比在靜態宇宙中遠2.5倍。請記住，宇宙已經有將近138億年的曆史，我們接收這個物體上發來的光的時間幾乎涵蓋瞭整個宇宙曆史，也J是說此時距離大爆炸的時間僅僅過瞭6億年而已。

我確信，如果我這麼打比方的話，讀者是能夠明白我的意思的：在某種程度上，我們勢必要踢開磚牆、打碎魚缸、逾越阻礙我們前行的一切障礙。從理論上來說，這個點J叫作奇點，也即時間的起始。從實踐的角度來看，這道“牆”（從電磁輻射收集信息的角度來說）在我們認識到奇點的存在之前J已形成。在大爆炸過去大約四十萬年之後，宇宙經曆瞭一次深度的變形過程。要想知道其中緣由的話，請將早期宇宙設想為一個原始粒子聚集體，光子、質子、電子、中子以及少許輕原子核在這裏彼此猛烈撞擊。 3時間越靠前，宇宙的溫度也J越高，這些粒子間的相互作用也J越猛烈。因此，隨著時間的流逝，急劇膨脹的宇宙冷卻瞭下來：隨著宇宙的成長，這些粒子也J逐漸失去瞭原有的能量。這種能量流失以及冷卻作用使得原本在早前不可能發生的事情成為現實——一個電子和一個質子聚閤成為一個氫原子。在此之前，充斥在宇宙空間輻射中的光子能量十分巨大，以至於在電子和質子組閤成氫原子之前，它們J會被另一部分電子衝撞，使得聚閤過程停止。這是一種緊張的三角關係。隻有在光子失去活力後，這種三角關係纔以電子與質子之間的結閤而告終。結果Z簡單的原子得以産生；剩下的光子則從痛苦的愛恨糾葛中解脫，從此在宇宙中無拘無束地四散漫遊。這個過程J叫作“重組”，並以此標記宇宙從混沌到明晰的轉變過程。4

在重組過程之前，光子糾纏於與電子及質子之間的三角關係，緻使自身不能無拘無束地在宇宙空間裏穿梭。如果光子不能在宇宙空間中傳播的話，我們也J不能察覺到它們的蹤跡。早期的宇宙對任何電磁輻射來說都是模糊的：要弄清重組過程之前的情形J好似霧裏看花般終隔一層。不過，在重組過程剛剛過去不久，光子終於得以在宇宙中自由穿行。在專業術語中，我們將這種情況稱之為物質與輻射的“解耦”。“解耦”的光子散落在宇宙各個角落並組成瞭“宇宙微波背景輻射”，其餘的光子在D一個原子齣現時光輝便已冷卻。在重組過程中，輻射的溫度大約為4000開爾文，即7200華氏度（約3982℃）：這個時期宇宙的亮度跟管狀熒光燈差不多。讓光來吧！在宇宙膨脹的138億年之後，這些遺留下來的光子被冷卻到瞭令人發指的2.75開爾文，也即-454.7華氏度（約-235℃）。宇宙至此擺脫稚氣，外太空也被冰冷的黑暗所吞噬。

由此我們可以理解水平綫的概念是如何引導我們進入宇宙學領域的。在海邊，水平綫標誌著我們視綫的J限；但是我們也明白，縱然我們看不見，海洋還是會一直延伸到水平綫以下。宇宙也正是如此：宇宙中也有一個水平綫，從這裏發齣的光要在138億年後纔能到達地球，而宇宙的壽命也正好是138億年。即使宇宙的範圍遠不止於此，我們卻無法接收更遠的信號。相對論宇宙學使我們不得不麵對宇宙觀的J限。從物理的宇宙中，我們可以看到知識的島嶼。

用常規宇宙飛船突破光速實現宇宙旅行的夢想仍十分遙遠，也沒有跡象錶明狹義相對論所做的預言有任何紕漏。但即使在我於此為其辯論時，我們也不能BFB地確定狹義相對論沒有疏漏；而我們目前的因果架構以及時間次序並不是議題的Z終結論，這也是不可能的。我們應D在現有的科學知識上構建堅實的論點，但是也要在思想上對意外事件保持開放的態度。盲信科學論點始終不變這一態度是我們應D規避的陷阱。人們關於宇宙本質的觀點發生過多次轉變，我們應D通過對這些轉變的迴顧來明確一點——即沒有所謂“不可侵犯”的科學架構。改變，纔是進步的W一途徑。

關於宇宙，人類所知道（或能夠知道）的信息都來自於我們所居住的這個宇宙泡泡，它的疆域因為光速以及其擴張的曆史原因而受到瞭限製。但諷刺的是我們受製於宇宙；雖然這個空間不一定是像亞裏士多德、哥白尼或是愛因斯坦所認為的那樣有所界限，但是確實是一個人類暫時還無法逾越的空間。事實上，我們對“外界”——即宇宙水平綫以外的事物一無所知，除非外界信號能夠傳播到我們的空間。外界空間也許會存在瘋狂的生物，粉色的大象機器人也許會在曼巴星球上跳著桑巴舞，但是我們不知道——也很難知道這些事情。

目前我們探索早期宇宙的利器D屬宇宙微波背景輻射，也J是那些在重組過程中滯留下來的光子。通過多年以來超凡的觀測活動，從宇宙微波背景輻射探險者衛星（COBE）、威爾金森微波各嚮異性探測器（WMAP）以及現在的普朗剋衛星所搜集到的信息，連同地球上的太空觀察數據一道，為天文學傢繪製一套全麵的宇宙初生狀態圖景立下瞭汗馬之功。某些從微波背景輻射中得到的數值已經被不同的天文觀測證實，這一事實凸顯齣現代宇宙學已經成為由數據所推動的科學，已然脫離瞭充斥著猜想的早期階段。在宇宙形成之初，引力對物體所産生的推搡作用驚人地摺射齣D今眾星係分布的方式，而這些作用也被微波背景輻射光子用細微的溫度變化適時地記錄瞭下來。

那麼，目前對宇宙的觀測對我們有什麼啓發呢？1先，宇宙的幾何形狀是平麵的，如同（二維）桌麵的三維效果：除非是在靠近大質量恒星或星係的地方穿行，不然光在任何方嚮都是直綫傳播的。宇宙平麵構造隻是三種可能的構造理論中的一種。其餘兩種分彆是封閉構造理論和開放構造理論。封閉構造理論認為，如果你從一個方嚮一直走下去J會迴到原點，聽起來宇宙似乎類似於球麵，但請不要用三維的視角來理解它；而在開放構造理論中，如果我們粗略地以品客薯片錶麵的形狀做比方的話，宇宙呈現齣兩個方嚮相異的弧形（馬鞍，也經常作為該理論的一個示例比方）。

宇宙中的物質種類及其相對數量決定瞭宇宙的幾何形狀，也Z大程度決定瞭宇宙空間的樣貌。宇宙中有兩種針鋒相對的趨勢：其一是膨脹性，這是宇宙在其形成之初由於巨熱物體與放射物一道被擠入狹小空間中而造成的；其二是收縮性，來自於宇宙中所有物體的引力作用。任何一種勝利傾嚮都將決定宇宙的命運：宇宙的膨脹也許會永無止境，但如果宇宙中的物質足夠多的話，這一膨脹可能會遭遇逆轉，演變成坍縮運動。大爆炸也J會成為大坍縮。

由於愛因斯坦已經預言物質會影響宇宙空間的幾何形狀，因此上述兩種趨勢還會決定宇宙的形狀。物質密度不足的宇宙（所有物體的引力不夠大）會永遠膨脹下去，以此形成一個開放的幾何形狀。使宇宙停止膨脹的決定性單位容積能量被稱作“臨界密度”，即每個立方米中僅能容納大約5個氫原子。不斷地測量結果顯示，一般的原子物質隻能達到約每立方米0.2個，遠遠低於這個臨界密度（準確來說，隻有後者的4.8%）。5

要使得普通原子達到臨界密度J必須加入另外一種被稱作“暗物質”的物質。為什麼稱其為“暗”物質呢？這是因為這種物質不發光，也J是說它們不會發齣任何形式的電磁輻射。我們之所以知道它的存在，是因為星係移動的速度快於其本身能夠達到的速度。天文學傢也在測算那些像幽靈一樣圍繞在星係周圍的暗物質是怎樣扭麯星係空間的。這種空間扭麯十分壯觀。天文學傢通過觀察來自遙遠物體發齣的光在經過鄰近星係時所發生的情形，來觀測這種扭麯現象。這種現象也被稱作“引力透鏡效應”，因為它的原理FC類似於普通透鏡的功能——使光路在通過鏡片時發生摺麯。如果把包括微波背景輻射等觀測信息加在一起的話，宇宙中暗物質的數量約為普通物質數量的6倍，同時使得宇宙密度達到瞭臨界密度值的25.9%。暗物質的本質（即其成分）仍然是現代宇宙學和粒子物理學的核心謎團之一。盡管我們希望我們對暗物質的認識會隨著測算工具的進步而進步，但這跟宇宙水平綫的存在有所不同——因為後者是不能剋服的局限。

如今，人們更多地傾嚮於認為組成暗物質的物體是超對稱理論中的粒子，而這一理論來自於對D今粒子物理學的延伸，包括自然界的新對稱。讀者可以通過超弦理論來理解超對稱理論中“超”字的意思，前者為整閤廣義相對論與量子力學的備選理論。截至2014年鼕天，人們還沒有找到任何關於超對稱性理論的證據，盡管數十年以來這一理論一直為一部分物理學傢所孜孜追求、狂熱支持。不過在目前這個節骨眼上，我們還不明確自然界中有多少懷疑超對稱理論的存在。

另一種解釋暗物質的方法在於給愛因斯坦的廣義相對論挑刺，而不是假定存在一套新的粒子種類。廣義相對論給引力作用所做齣的解釋，隻適用於大型星係間。對此，同樣沒有任何證據證明這個解釋也適用於其他一些天文觀測並與之契閤。對暗物質本質的睏惑不解也從側麵凸顯瞭工具驅動科學發現（發現新的宇宙成分）的作用，這些謎題受限於目前科學探索工具的精度和適用範圍。我們知道星係有隱秘的一麵，但是我們J是不知道這個障眼法究竟是什麼。

如果我們隻考慮原子、暗物質和輻射（雖然其貢獻率幾乎為零）的總質量（和能量），那宇宙將是一個開放的幾何形狀，隻有臨界密度的30％左右。然而，這並非宇宙的全部圖景。如果存在一個宇宙常數或類似之物的話，它的作用會使得宇宙嚮外延展。迴想一下，正是愛因斯坦自己提齣的這個常數，使他所認為的封閉的宇宙靜態化，而在得知哈勃發現宇宙膨脹定律後將其棄置。在後來的一係列鬥轉星移之後，有兩組天文學傢通過測算，相D有力地證明類似於宇宙常數的物質不僅存在，還支配著我們宇宙視野中的一切物體。該測量是於1998年公布的，震驚瞭物理學界和天文學界。但沒有人願意相信這一點。而隨著時間的流逝，這一結果經受住瞭無數的考驗和批評。而且，藉助於強大的新工具，我們發現瞭一些前所未知的物體，同時也讓宇宙變得越加神秘。J如同對待暗物質一樣，我們知道那兒肯定有些什麼，但J是不知道它具體是什麼。

2011年，三組科研項目領頭人獲得瞭諾貝爾物理學奬，以此錶彰他們在發現“暗能量”時所做的貢獻。類似於一個宇宙常數，暗能量是一種神秘的實體，它不但能夠促使宇宙膨脹，而且能夠不斷加速宇宙膨脹的速度。更值得注意的是，如果按暗能量對宇宙密度所做的貢獻計算，人們會發現該數值略低於臨界密度的70％。如果你將所有組成宇宙密度的物體考慮進來的話，結果令人詫異：暗能量不僅遠遠蓋過瞭其他所有或明或暗的宇宙物體，它們的總數還增加瞭臨界密度。這聽起來有些矯揉造作，實則句句屬實。相比於其他可能的值來說，宇宙內所有物體的整體密度十分接近於宇宙的臨界密度。如今測量顯示，宇宙物質的平均密度等於臨界值，精度大約有0.05%。

乍一看，接近臨界密度的宇宙的確是鬼斧神工。但再仔細一想，能夠産生萬物的宇宙必須滿足各種嚴苛的條件纔行：密度不能太小，否則膨脹速度J會太快，物質便不能受引力約束進而形成恒星和星係；密度也不能太大，否則在星體誕生之前自然J會毀滅。能夠産生生命的宇宙必須要達到一定的年齡，這樣星體纔