宇宙根本不是我们所想象的那个样子！

当我们以为那满天繁星就是宇宙的全部时，其实星星之外还隐藏着无数的黑洞、反物质、暗物质和暗能量。在我们的宇宙中，普通发光物质仅占宇宙总能量的0.4％！当我们以为宇宙无边无际、无始无终时，科学家却已证明：宇宙有开端，也是有限的，但没有边界……而在我们已知的宇宙之外，也许还有无数个不相连通的宇宙……

本书以揭示宇宙真面目为主线，从宇宙诞生开始，介绍了宇宙的空间形状、维持宇宙各星系的引力、宇宙的膨胀、看不见的暗物质、暗能量和看得见的反物质，然后对几种最新颖的宇宙理论如人择原理、平行宇宙等做了介绍，最后探讨了宇宙的维度、时间旅行以及宇宙真相能否被认识的问题。

本书可作为青少年及普通读者学习有关宇宙进化的参考书。通过阅读本书可以学到有趣的宇宙知识，了解天体演变的秘密。

第一章 回到宇宙最初时刻

 捕捉宇宙大爆炸的信号

 “大爆炸”的真实含义

 火：宇宙的第一推动力

 无厘头的宇宙之初

 宇宙婴孩的成长留影

 知识链接

 物理学家兼恶作剧专家——伽莫夫

 宇宙早期像盆粥

 宇宙第一冬是下“雪”

 宇宙没发生过大爆炸

第二章 住在弯曲时空中

 宇宙中，每一条路都带你回家

 宇宙的可能结构

 古怪的拓扑宇宙

 宇宙像个足球

 宇宙也许没那么小

第三章 引力波的汪洋

 被假设出来的引力

 引力透镜的戏法

 中子星上的灯塔

 行星在井中飞驰

 时空为什么这样崎岖

 这是一个波动的时空

 中子双星的死亡之舞

 暗夜里的时空暴动

 倾听永不消失的引力波

 让黑洞变成玻璃球

 知识链接

脉冲星

引力波带来的新境界

第四章 宇宙大撕裂

 宇宙在玩变速跑

 宇宙命运的真正主宰

 爱因斯坦甩不掉的错误

 两次改变宇宙进程

 我们终将孤独

 万物将被撕裂

 知识链接

哈勃定律

我们身体里的暗能量

暗能量只是太空灰尘

第五章 暗物质的模样

 扑朔迷离的暗物质

 暗物质长得像个球

 捕捉暗物质粒子

 没有暗物质，怎么解释宇宙

 知识链接

 发现暗物质星系

 把暗能量也取消掉

第六章 追捕反物质

 反物质为什么那么少

 反物质躲在宇宙深处

 反物质宇宙VS 正物质宇宙

 正、反物质不均衡

 宇宙深处的反物质喷泉

 反物质收割机

第七章 宇宙是为我们定做的

 猴子弹出了名曲

 宇宙必须是 亿岁

 恰到好处的核力

 引力：又是恰到好处

 四维时空：依然恰到好处

 精心调制的宇宙膨胀

 巨大宇宙只为人类存在

 知识链接

宇宙是台巨大的电脑

第八章 不断分岔的宇宙

 光是“双头怪”

 波粒二象性

 上帝在掷骰子吗

 不断分岔的宇宙

 广阔无边的多重宇宙

 “薛定谔猫”长大了

 知识链接

薛定谔量子猫

第九章 宇宙是十维的

 粒子之内有什么

 为何有四种力

 物理学大厦的矛盾

 超弦来了

 弦如何运动

 十维时空的宇宙

 虚弱的万有引力

 引力是高维宇宙的孩子

 空间中的裂缝

 大统一的宇宙

 知识链接

多维空间什么样

宇宙中存在多维时间吗

第十章 “虫洞”和时间机器

 回到过去杀死自己的祖父

 超光速世界

 奇异的“虫洞”

 “虫洞”与时间机器

 “世界线”不可改变

 开启平行宇宙的大门

 让时间跳回往日

 量子时间机器

第十一章 宇宙只是一个超级幻象

 让人恼火的宇宙幻觉

 宇宙是全息相片吗

 寻觅大鲨鱼

 万物皆为一体

 被隐藏的世界

 一沙一宇宙

 知识链接

什么是全息相片

UFO事件的全息特性

超自然其实很自然

把世界看成一个整体——戴维· 玻姆

第十二章 我们能了解宇宙吗

 均匀宇宙难题

 弦论发出挑战

 大爆炸之前的宇宙

 宇宙的朝代

 暴胀时代

 辐射时代

 恒星时代

 简并时代

 宇宙将会变得越来越暗

 黑洞时代

 黑暗时代

 宇宙超出人类的理解

 知识链接

宇宙将会变得越来越暗

第一章 回到宇宙最初时刻

捕捉宇宙大爆炸的信号

现代宇宙学开始于20世纪20年代。此前，人们一直坚信：宇宙是无限的，时间上二无始无终，空间上无穷无尽，因而宇宙是不灭的。然而在1929年，美国著名天文学家埃得温·哈勃对遥远星系进行观测后发现，其他星系几乎在所有方向上都在“逃离”我们而去，而且星系越远，离开我们的速度就越快——宇宙似乎正在不断地膨胀！

这意味着什么呢？

这意味着宇宙不是一成不变的，而是在不断变大。倘若我们沿着宇宙历史的方向溯源而上，那么我们就应该承认，今天的宇宙是从某个更小、更密的状态演变而来的，也就是说，宇宙应该有一个开端！

1946年，美籍俄罗斯裔天文学家伽莫夫(见图1-1)结合比利时天文学家勒梅特的宇宙蛋理论，提出了“大爆炸”理论。

宇宙诞生之前，没有时间和空间，也没有物质和能量。在大约137亿年前，宇宙由密度和能量无限大的奇点爆炸产生，此后不断膨胀。因为爆炸产生的辐射无处可逃，宛如气球内部的气体永远充满气球，气球膨胀，气球内部气体的密度将变小。同样，宇宙膨胀时，充满其中的辐射的密度也变小，对应的温度逐渐下降。刚开始宇宙中充斥了高能光子，连原子都无法形成，因为电子即使被原子核抓到后，也会很快被高能光子打跑。宇宙继续膨胀，高能光子变成了低能光子，于是原子、分子和天体相继产生。地球、空气、水和生命等就在这个不断膨胀的时空里逐渐形成。

大爆炸理论要为人所接受，必须要有充足的证据。1964年，美国两位科学家彭加斯和威尔逊用一架庞大的天线进行巡天扫描，发现无论天线指向哪个方向，总会收到一种信号噪声，这种神秘的微波噪声非常稳定，无论白天黑夜，也无论春夏秋冬都存在。他们曾怀疑过线’路发热问题，也曾怀疑过线路的不均匀，甚至把怀疑的目光瞄到了鸽子头上，因为有一对鸽子曾在天线旁筑过巢，并在那里留下了白色的鸽子粪！但是科学家们赶走了鸽子，清除了鸽子粪，降低了线路温度，并使线路尽量均匀，那幽灵般的微波噪声却没有丝毫减弱，想尽一切办法，都不能驱除这个噪声。在天空的任何一个方向上，都可以接收到这种稳定不变的微波噪声。

经过分析，两人确定，这个噪声幽灵来自宇宙！宇宙中充斥着一种均匀的微波辐射。他们称之为“宇宙微波背景辐射”。宇宙微波背景辐射的发现，为“宇宙大爆炸”理论提供了有力的佐证。因为根据这个理论可以预言，今日宇宙必定到处充斥着温度约3K(K即开尔文，国际温标，3K=-270．16℃)的背景辐射。虽然辐射已经冷却到接近绝对零度(绝对零度=-273．16℃)，光子的能量已经非常低，但它仍然像充满气球的气体那样充满宇宙，会从空间所有方向照射地球，它无处不在，任何普通天线都能捕捉到。比如，将电视机调到播送节目所用频率之外的某个频率，就会看到屏幕上全是跳动的白点，听到咝咝的噪声，引起这种噪声的外来信号中，大约有1％是“天电”，它是137亿年前的大爆炸直接播送到我们居室中的信号(见图1-2)。

宇宙大爆炸理论经过众多科学家反复论证和不断完善后，逐渐成熟，成为广为人知的权威理论。然而是什么原因使大爆炸得以发生呢？宇宙边缘和宇宙之外是什么样子？

“大爆炸”的真实含义

要弄清楚这些问题，首先得深刻理解“大爆炸”的真实含义。

许多人都这样想象宇宙创生的场景：星系像是一颗炸弹爆炸时产生的碎片，它们向外猛飞穿越空间。这种想法其实是错误的，宁宙并不是由处在空旷空间中的巨大的原始原子爆炸并向外飞溅产生的。存宇宙之初，窄问本身就是在人爆炸中产生的，一切从无开始，膨胀成为现今的宇宙。  P2-4

宇宙——篝火在墙壁上的投影

宇宙根本不是我们所想象的那个样子！

当我们以为那满天繁星就是宇宙的全部时，其实星星之外还隐藏着无数的黑洞、反物质、暗物质和暗能量。在我们的宇宙中，普通发光物质仅占宇宙总能量的0.4％！当我们以为宇宙无边无际、无始无终时，科学家却已证明：宇宙有开端，也是有限的，但没有边界……而在我们已知的宇宙之外，也许还有无数个不相连通的宇宙。

宇宙更为惊人的秘密是：我们的宇宙也许只是千千万万个宇宙中的一个，我们的宇宙是为我们的存在而定做的，甚至我们这个宇宙仅仅是一个巨大的幻象！英国物理学家霍金曾经这样感叹：“也许我们不过是高维空间的投影，就像闪烁的篝火在洞穴墙壁上的投影。”

宇宙的真相能否被我们所了解，还是个未知数。

《大科技》杂志社推出本套丛书，目的是给读者开启一扇了解新世界和新理论的窗口，激发广大读者的科学想像力，介绍一些最新的科学理论和假说，希望能对促进中国产生世界级的科学家有所助力。

——《大科技》杂志社社长、总编辑 王亦军

在中国的科普界中，本土出产的杂志、书籍少之又少，而精品更是凤毛麟角。本套丛书包罗了宇宙学、地球科学和生物学中的大量前沿理论，把高深的理论用通俗、有趣的语言讲述出来，让读者在轻松的阅读中获得丰富的科学营养，可谓科普领域的一道精品大餐。

——《环球科学》(即《科学美国人》中文版)杂志社执行副主编 郭涛

中国的科学普及事业同世界发达国家相比，还处于追赶者的地位。幸好，现在的中国有一批立志于科学普及事业的人，在为科学之昌明做着扎实而细致的工作。作为一名科学作家，我与本套丛书的几位主笔算是同一战壕的同志，对他们的学识和文笔尤为钦佩，也相信这套丛书是一套内容佳、价值高的科普力作。

——科学作家、南方周末科学记者 黄永明