1900年，英國物理學(xué)家開爾文勛爵曾經(jīng)斷言：“物理學(xué)中已經(jīng)沒有什么可發(fā)現(xiàn)的了。剩下的工作只是不斷地提高精確度。”但是三十年后，量子力學(xué)和愛因斯坦的相對論使這個領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化。今天，沒有物理學(xué)家敢宣稱我們對宇宙已經(jīng)全然了解。恰恰相反，每一次新發(fā)現(xiàn)，都會打開一個更大、隱藏著更深層疑問的潘多拉魔盒。

暗能量

不管天體物理學(xué)家怎么計算，都無法拼湊出一個完整的宇宙。即便引力在時空體中不斷地把宇宙向回拉，宇宙的結(jié)構(gòu)仍然在越來越快地向外擴展。為了解決這個問題，天體物理學(xué)家設(shè)想存在一種看不見的反引力載體，是它在不斷地把時空推向解體。他們把這種東西叫“暗能量”。在一種人們普遍接受的暗能量模型中，暗能量是一種“宇宙常量”：一種空間本身固有的特點，能夠產(chǎn)生一種“負壓”，使空間不斷地擴大。隨著空間的不斷擴張，會有更多的空間產(chǎn)生出來，因而空間固有的暗能量也會越來越多。基于對宇宙膨脹速度的觀測，科學(xué)家已經(jīng)知道，所有暗能量加起來，占到了宇宙總量的70%以上。然而無人知曉該如何尋找暗能量。

暗物質(zhì)

很明顯，宇宙物質(zhì)總量的84%既不吸收光，也不發(fā)光?！鞍滴镔|(zhì)”，正如其名，無法被直接看到，也從未被間接檢測到。我們只是從它施加在可見物質(zhì)、輻射和宇宙結(jié)構(gòu)上的引力效應(yīng)，來推斷暗物質(zhì)的存在和特點。據(jù)信這種虛無縹緲的物質(zhì)散布在星系外圍，它們可能是由“弱相互作用重粒子（WIMP）”構(gòu)成的。人們在全球各地設(shè)置了多個傳感器，來尋找這種粒子，但是到目前為止，一個也沒發(fā)現(xiàn)。

時間之箭

時間之所以會向前推進，是因為宇宙的一種屬性——“熵”，大致可以理解為無序的程度——只會增加，因此無法在事件發(fā)生之后使熵反轉(zhuǎn)。熵的增加是一個邏輯問題：無序排列的粒子比有序排列的粒子要多，因此隨著事件發(fā)生變化，它們會趨向于走向無序。但是這背后的問題是，為什么過去的熵如此之低？換句話說，為什么一個在小空間內(nèi)塞滿了大能量的嬰兒宇宙會那么有序？

平行宇宙

天體物理學(xué)數(shù)據(jù)顯示，時空可能是“平坦”的，而不是彎曲的，因此它可能是永恒的。如果是這樣的話，那么我們所能看到的這片區(qū)域（我們把它當(dāng)作“宇宙”）只不過是一個無限大的“多元宇宙”中的一小塊。與此同時，量子力學(xué)定律又表明，每一小塊宇宙（可能存在著10^10^122個）中，粒子排列的可能性是有限的。因此，由于存在著無限多這樣的小塊宇宙，粒子排列的方式在無限多次后，是會重復(fù)的。也就是說存在著無限多個平行宇宙：有與我們完全相同的（存在著和你完全相同的一個人），有與我們只在一個粒子的位置上有差異的，也有與我們在兩個粒子的位置上有差異的，如此一直延續(xù)，直至一個與我們完全不同的宇宙。

這個邏輯是不是有錯？如此古怪結(jié)果會不會是真的？如果沒錯，那我們又該如何對平行宇宙的存在加以檢驗？

物質(zhì)和反物質(zhì)

物質(zhì)為什么會比帶相反電荷、自轉(zhuǎn)方向相反的同胞——反物質(zhì)多？這實際上也是在問世間的一切為何會存在。一種假設(shè)認(rèn)為，宇宙對物質(zhì)和反物質(zhì)是一視同仁的，如果是這樣的話，那么在宇宙大爆炸時，會產(chǎn)生相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。但是如果那樣的話，所有的一切都會徹底湮滅：質(zhì)子會和反質(zhì)子湮滅，電子會和反電子（正電子）湮滅，中子會和反中子湮滅，等等，剩下的只會是一片沒有物質(zhì)的光子之海。但是事實上物質(zhì)要多出一點，沒有完全湮滅，因此才有了我們。為什么會如此？人們?nèi)匀话偎疾坏闷浣狻?/span>

宇宙的命運

宇宙的命運非常依賴于一個值——Ω，宇宙物質(zhì)和能量的密度。假如Ω大于1，那么時空就像一個巨大的球體表面那樣，是“封閉”的。如果沒有暗能量，那么這樣的宇宙最終會停止膨脹，并開始收縮，最后在所謂的“大擠壓”事件中結(jié)束。如果宇宙是封閉的，但是又存在暗能量，那么這個球形宇宙會永遠膨脹下去。

如果Ω小于1，那么空間的幾何學(xué)特征就會像馬鞍那樣，是“開放”的。如果是這樣，那宇宙會首先發(fā)生“大凍結(jié)”，然后發(fā)生“大撕裂”：宇宙的加速膨張首先會使所有星系和恒星解體，使一切將陷于寒冷和孤寂之中；然后還會進一步發(fā)展，連原子也無法再繼續(xù)結(jié)合在一起，一切都將分崩離析。

如果Ω等于1，宇宙就將會是平坦的，它在各個方向上都會是無限平整的。如果沒有暗能量，這樣平整的宇宙將會以持續(xù)下降的速率膨脹，直到最后達到平衡。如果存在暗能量，那么這個平坦的宇宙最終也會經(jīng)歷失控的膨脹，導(dǎo)致“大撕裂”。

還是順其自然吧。

波函數(shù)的塌縮

支配電子、光子和其它基本粒子奇特領(lǐng)域的是量子力學(xué)法則。粒子和小球不同，更像一種在大范圍內(nèi)存在的波。每個粒子分布的可能性，都可以用“波函數(shù)”來描述。我們由此獲知的，是它的位置、速度和其它特點的可能性，而非確切數(shù)值。粒子實際上是所有特點的一組數(shù)值，直到你通過實驗測量這組數(shù)值中的一個——比如位置——當(dāng)你測量的那一刻，粒子的波函數(shù)就“坍縮”了，此時它的位置將是唯一的。

為什么對粒子的測量會導(dǎo)致它的波函數(shù)發(fā)生坍縮，并由此產(chǎn)生我們可以理解的現(xiàn)實？這個問題，被稱為量子測量問題，看起來可能非常難懂，但是我們對現(xiàn)實的理解，或者說要探究現(xiàn)實究竟是否存在，都有賴于這個問題的答案。

弦理論

當(dāng)物理學(xué)家把所有基本粒子描述為一維的弧圈，也就是以不同的頻律顫動的“弦”時，物理學(xué)變得簡單了。弦理論允許物理學(xué)家把統(tǒng)轄粒子的量子力學(xué)與統(tǒng)轄時空的廣義相對論進行調(diào)和，并把自然界的四種基本作用力統(tǒng)一在一個框架內(nèi)。但是問題在于，要讓弦理論行得通，宇宙就必須存在10至11個維度：三個大的維度，六至七個被壓縮的維度，再加上一個時間維度。被壓縮的維度，和顫動的弦本身，都存在于比原子核還小十億萬億倍的尺度上。我們無法對如此小的尺度加以檢驗，因此，弦理論既無法通過實驗被證明，也無法通過實驗被證偽。

渾沌中的秩序

物理學(xué)家無法明確地用一組方程對流體行為進行描述，無論是水、空氣，或其它液體和氣體。實際上，連這方面的通用解決方案，也就是所謂的納維-斯托克斯方程是否存在也是不清楚的，即便有這樣的方案，也不知道它是否能夠?qū)λ械牧黧w進行描述，不知道那里是否存在著永遠也無法獲知的“奇點”。因此，我們?nèi)匀晃茨軐Υ笞匀坏幕煦鐮顟B(tài)有很好地了解。物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家仍然在彷徨，天氣僅僅是難以預(yù)測，還是其本身就無法預(yù)測？是湍流超越了數(shù)學(xué)的描述能力，還是我們沒有找到正確的方法？