物理学几乎能够解释从微观粒子到宏观天体现象的所有事物构成，是一门获得过无数丰硕成果的体系。但事实上，在构成其基础的重要部分中仍存在知识空白，也有一些东西还无法整理成理论。
《多云的宇宙(物理学未解的七朵乌云)》列出了质子衰变论、黑洞大爆炸、埃弗莱特的多宇宙理论、异端的宇宙、暗物质和暗能量、量子力学，以及宇宙原理与人类原理等物理学七大领域中存在的未解谜团，讲述人们为解开这些谜团留下的行踪、付出的努力及产生的各种理论碰撞，并对走出困境表达了自己的观点。

小谷太郎，1967年出生于日本东京，物理学博士，毕业于东京大学物理学专业，专业研究领域为宇宙物理学和宇宙探测装置开发。他曾先后在日本理化学研究所、美国宇航局戈达德太空飞行中心、东京工业大学、早稻田大学任职。

乌云一 质子衰变论
探寻支配基本粒子界的规则
终极的基本粒子的条件
6种夸克与6种轻粒子
5种媒介粒子与希格斯玻色子
基本粒子的大统一理论
神冈探测器的忧郁
获得诺贝尔奖的可爱的“神冈探测器”
能估算质子寿命的装置
严密监测3000吨水
也许大统一理论是错误的
超新星1987A
神冈探测器的数据震惊世界
中微子天文学的诞生
被巧妙更改的“ND”的意义
中微子震荡
质子衰变是如何形成的？
乌云二 黑洞大爆炸
发现奇妙的天体
开端是相对论
能计算引力的史瓦西解
无黑洞论
19岁青年的怪异“星溃说”
恰如其名的“黑洞”
印证其存在的天体被接二连三地发现
熵与霍金辐射
据说黑洞具有熵？
熵是指“难以掌握的信息量”
放入10种气体分子的箱子的状态如何？
状态的数量在理论上不可能是无限的
熵会根据温度产生变化
并不是真正的黑色宇宙洞穴
书和你的身体都会辐射电磁波
改变了黑洞概念的“霍金辐射”
黑洞与宇宙的寿命
结局是大爆炸
引发了理论物理学业界的大爆炸
黑洞的热力学
物理学的未解决难题：“信息悖论”
宇宙最终的结局是什么
乌云三 埃弗莱特的多宇宙理论
量子力学的诞生
身边的物理法则难以解释的世界
量子力学宛如禅机问答
粒子具有波动性意味着什么？
不可思议的哥本哈根解释
神的骰子与薛定谔的猫
玻尔愤怒的大反驳
多宇宙理论出现
研究生的学说逐渐获得了粉丝
多世界是否真实存在？
确认猫的生死
基于多宇宙理论的量子计算机
量子力学是极具实践性的
乌云四 奇异的宇宙论
着手对宇宙的描述
宇宙究竟是怎样的形态？
宇宙是否有边缘？是有限还是无限？
“用望远镜能看到自己的后脑勺”
爱因斯坦的狼狈
过于自由的宇宙世界说法
奇怪的宇宙说法层出不穷，退缩的天才
四散的银河
哈勃拥护派和观望派
米尔恩宇宙爆炸
霍伊尔，从无到有创造物质
爱因斯坦的失败
宇宙微波背景辐射
通过空调了解初期宇宙的景象
解释98%的宇宙物质的由来
霍伊尔命名宇宙大爆炸
彭齐亚斯和威尔逊清扫鸽子粪便
宇宙微波背景辐射带来了什么
乌云五 暗物质和暗能量
发现“看不见的物质”
我们都是“银河系人”
宇宙最大的天体——河外星系
兹威基的“冰冷的暗物质”
令人惊讶的先驱性和令人遗憾的人格
暗物质究竟是什么？
有说法认为暗物质是没有光的星星
有说法认为暗物质是黑洞
黑暗且沉重，但量不够
有说法认为，暗物质是中微子
比预想的轻
有说法认为，暗物质是轴子或超对称粒子或基本粒子
未曾见过的基本粒子“轴子”
基本粒子倍增，超对称性理论的兴起
还有更多奇妙的暗物质候补选项
发现“看不见的能量”
进一步加速！宇宙膨胀！！
爱因斯坦所摒弃的宇宙理论再次复活
我们只了解了5%的宇宙
乌云六 量子力学
量子力学的界限
问题是什么
赞美量子力学伟大的微观世界
颠覆理论的“普朗克长度”的世界
漏洞的元凶是引力
只有名字但难以实践的新理论
备受期待的量子引力理论
可能解决所有问题的超级理论
可能解明黑洞的特异点
可能解决信息悖论
可能了解宇宙的初始
可能解决观测问题
可能解释人类智慧的秘密
图灵的证明
为什么电脑没有智慧
离完成还需要几步？
一次实验需要300万年以上
超现实的“弦论”
十一次元的幻想
我们就像是被压碎的仙贝一样
漂浮着布的宇宙印象
超弦论的华丽“成果”
对宇宙这一实验装置的期待
引力波带来的量子引力发展？
乌云七 人类原理
宇宙原理与人类原理
谦恭的“宇宙原理”
科学让人谦虚……
宇宙的温柔
太阳恰到好处地赐予了我们生命
地球是特别的行星吗？
生命原本只应该出现在时机刚好的星球
弦论所提出的无数宇宙
依据“人类理论”侃侃而谈
通货膨胀理论所描绘的“多元宇宙”
以“生命的诞生”为前提来思考物理理论的派系
人类原理能预言宇宙的加速膨胀吗？
哥特推论
哥特推论与柏林墙
哥特推论与人类灭亡之日
哥特推论与银河系大帝国
就算是瞎猜也无法否认
地球之外还有生命吗？
上个世纪所学的知识已经落后于时代了
向太阳系内发送探测器
太阳系外还有5 000个行星
令人期待的类地球型行星的大气构成
尝试询问宇宙人，人类原理是否是正确的
参考文献

物理学和化学通常带给人的印象是冷静、理性和远离
世俗的。
遵循严密的逻辑理论，追究事物原理，通过数据与计
算引导出结论，即使这种结论违背常理和预期，也会被当
作宇宙法则接受。科学家大多都会给人留下这样的印象。
然而，人类所研究的科学实际上并不都是如此完美的
。
有时，新人的正确主张会遭到顽固权威的否定，也会
出现与冷静、理性无关的相互指责。但正是这些也许谈不
上理性的争论推动了科学进步，因为科学的道路上不会永
远一帆风顺。
本书的主题是宇宙论和量子力学等现代物理学中存在
的未解决问题，将介绍各种（有时候会）令研究者们吵得
面红耳赤、拍桌怒吼的论点，并借此指出具有代表性的现
代物理学问题点，以研究其根本问题为基础进行简明易懂
的解说。
物理学几乎能够解释从微观粒子到宏观天体现象的所
有事物构成，是一门获得过无数丰硕成果的体系。但事实
上，在构成其基础的重要部分中仍存在知识空白，也有一
些东西还无法整理成理论。如何填补这一空白，目前还不
得而知。
·具有连光都无法逃脱的超强引力的天体——“黑洞
”。这一概念最早被提出时，天文学者曾对其又怕又憎。
那么黑洞在最后时刻会爆炸这一说法是不是真的呢？
·“量子力学”作为微观物体的物理学法则，它在创
始期曾被指出基本原理中仍有不完善的部分，但其解决方
案一直拖延至今，已经近一个世纪了。虽然我们在日常生
活中经常使用量子力学的应用产品，但其实并不清楚这些
产品是如何运作的。
·宇宙空间中充满了被称作“暗物质”（Dark
Matter）的不明正体的“物质”，近年来又出现了名为“
暗能量”（Dark Energy）的不可知存在。现在宇宙的95%
都还是一个谜。
如果这些新的成分继续被发现，“宇宙标准论”将受
到质疑，那么我们是否还能将其视作是真正的标准呢？我
们对宇宙的理解是否在某些地方仍有不足呢？
也许这些问题是现代物理学出现漏洞的前兆，也许有
的问题只能等从头审视物理学的基础之后才能解决。
现代物理学可能有漏洞，这个想法令人振奋，并且多
数研究者也认同这一观点。
各位是否也期待某一天，我们能在打破物理学基础的
同时解决这些问题呢？

20世纪初，物理学上空笼罩的两朵“乌云”中诞生了了相对论和量子力学；21世纪，物理学上空笼罩着七朵“乌云”，会诞生什么样的全新理论？！基本粒子大统一理论完全正确吗？暗物质和暗能量到底是什么？宇宙最终的结局会怎样？地球之外还有生命吗……站在物理学前沿，探索物理学七大谜团，了解最新的理论构想。

基本粒子的“大统一理论”是极富盛名的理论，它认为质子是有寿命的，在很长时间之后将会衰变成其他粒子。
但为了观测这一衰变而建造的实验装置，在远超理论家预言的漫长时间里都没有观测到质子衰变现象(反而分析了来自超新星的中微子，从而诞生了中微子天文学这一新领域)。
那么，现在的理论是正确的吗？
探寻支配基本粒子界的规则
终极的基本粒子的条件
我们身边的物体、我们自己的身体、太阳和月亮等，这个世界上所有物质都是分子、原子这些微观粒子的集合体。
原子是由中心的原子核和围绕在原子核周围的电子所构成。原子核是由质子与中子的微粒融合而成。质子与中子则是由名为“夸克”的粒子构成。虽然一个接一个的物理用语可能会让人应接不暇，不过如果无视研究的顺序和年代来试着描绘微观世界的话，大致上如图1-1所示。
自然界中这些微观的小团体是否是无界限、无秩序的呢？是否有支配他们的统一法则呢？思考这些并对其进行分类是人类的习性。在19世纪，人类对多种元素进行了成功分类并制成了周期表。
20世纪初首先明确的是，原本被视作创造物质的基本粒子的原子，其实并不是基本粒子。
原子由原子核与电子构成，而原子核由质子与中子聚集而成。给予原子一定的撞击的话，电子会四散分离。给予原子核更强的撞击或将其放置于自然界中，发现原子核也会分崩离析。
这样一来，我们就得到了分辨什么是基本粒子的提示，即如果其分裂部分还能分解，就不是基本粒子。
无法再做任何分解的粒子就是终极的基本粒子。
而由各部分构成的复合粒子也是有大小的。由于它由多个部分构成，所以备部分之间必然有间隔，从而产生了架构，当然就不可能不可见。
如果是大小和架构都不可见，呈完全点状的粒子，那它就有可能是基本粒子。
6种夸克与6种轻子
通过摧毁微观粒子，对其部分和构造进行调查得知，质子与中子属于复合粒子。质子与中子都是由3个名为“夸克”的基本粒子构成。
将电子称作基本粒子其实更为合适。
质子与中子是由“下夸克”(down quark)与“上夸克”(up quark)这两种夸克构成，除此之外，夸克还有其他种类，包括“奇异夸克”(strange quarks)、“粲夸克”(charm quark)、“底夸克”(bottom quark)、“顶夸克”(top quark)。
这6种夸克被分类为基本粒子而非复合粒子(实际上，夸克有3种不同量的“色荷”，3×6：18种，这里暂不做介绍)。
基本粒子的数量看似增多了，但我们开始探寻基本粒子的原因是期待能用少数的基本粒子来解释复合粒子。
不过与复合粒子的总数相比，6种夸克仍算少数。将6种夸克排列组合，能创造56种以上的“核子”。核子是质子与中子的总称。
事实上，如果提高粒子加速器的能量，可以创造几十、上百种核子，而这种看似混乱的状况能用6种夸克清楚地说明。
要介绍2017年以来的基本粒子(见图1-2)，就必须列出部分粒子名称。由于为这些粒子命名的研究者都是凭个人喜好取名，所以先请各位稍微熟悉一下这些无秩序且陌生的粒子名称。
与电子同等的基本粒子已经被发现，它们是“μ子”和“τ子”。这些粒子与电子一样带有电荷。
去除电子、μ子、τ子中的电荷后，发现它们含有中性的基本粒子，也就是“电子中微子”“μ子中微子”“τ子中微子”这三种粒子。如果将电荷所伴随的质量去掉的话，3种中微子的质量几乎为零。
3种中微子和带电荷的电子、μ子、τ子共6种被统称为“轻子”。
P3-6