第1个回答 2022-08-15
1665年，死神正肆虐人间，一个名叫艾萨克·牛顿的学生为躲避瘟疫背井离乡。幸好他当年幸存了，因为牛顿是个与生俱来的思想家，敢于以一种全新的视角看待宇宙。牛顿在寻找宇宙天道的道路上迈出了第一步，寻找支配着自然界的各种神秘规律。
物体为何会动？为何会停下？而最经典的莫过于为何物体会落地？你可能想不到，解答这些简单的问题会改变世界，但确实如此。
牛顿意识到在宇宙的冥冥之中，有一种力在发挥作用，让所有的物体都彼此吸引，那就是引力。引力不止存在于地球上，而是作用于全宇宙，引力的大小取决于两个最基本的因素，物体的质量和它们之间的距离。
为了找到答案，牛顿发明了一种全新的数学语言，叫做：微积分。你不用知道微积分的原理，但它对23岁的牛顿来说颇为可贵。如今世界各地的科学家每天都在使用。
牛顿的工作成果使得人们可以预测一切，从行星绕恒星运行的轨道，到日月食的准确时间，再到雨滴的降落轨迹等。
当今的科学家们仍在做牛顿当年所做的那些事，他们都试图解开支配着世间所有事物的隐秘法则。人类能走到今天这一步，是因为我们站在巨人们的肩膀上，是因为科学先辈们一点一点地发现了宇宙的运行玄机。
在这些先辈中有一位叫詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。麦克斯韦对光非常着迷，这使他在1861年发明了彩色摄影，但这还只是这个科学奇才小试牛刀。当他开始深入研究一个全新的物理领域时，一切都发生了改变。那就是磁和电之间存在的非常魔幻的联系。
其实也没什么复杂的，当你把磁铁靠近电线时，会导致电线中产生电流，当你在电线中通电时，它会像磁铁一样，使指南针发生偏移，它们之间有何联系？麦克斯韦的高见是：磁和电这两种物理现象其实是同一种事物的两面，是一种能量波，一半是电一半是磁，他把这种能量波称为电磁波。
通过数学计算，他发现这些电磁波传输的速度非常惊人，高达每秒299792公里，而这一速度跟当时已经被测定的光速完全相同。这引出了一个不可思议的结论，光其实就是一种电磁波。
麦克斯韦用一组共四个方程式把电现象、磁现象以及光现象联系在了一起，这是人类科学史上最重大的发现之一。这些方程式叫做：麦克斯韦方程组，它们支配着一切光学和电磁现象。
从在北极和南极上空舞动的极光，到如今驱动全球发展的现代电气和通信技术，从电脑到发电机再到洗衣机，现代 社会 用的几乎每一台机器，都遵从着麦克斯韦揭示的规律。
可以说是电磁现象点亮了地球，这也是对这位伟人最好的纪念。
但光其实比麦克斯韦想象的要有趣得多，当时的他并没有意识到，他其实已经发现了揭示宇宙天道的一条最基本的线索，这条线索就是光速本身。
到19世纪末的时候，由于先前牛顿和麦克斯韦的突破性发现，一些关于宇宙的重大谜团似乎即将完全被揭开。这时两位美国物理学家偶然得到了一个出人意料的发现。
阿尔伯特·迈克尔森和爱德华·莫雷当时在研究麦克斯韦的发现所得推论：光是以每秒299792公里运行的一种波，正如同水波是在水中传播的能量波，声波是在空气中传播的能量波，光波肯定也是在某种物质中传播的。他们称这种物质为：光媒以太。
迈克尔森和莫雷主张：包括太阳和地球之间的空间，都充满着这种神秘的“以太”。他们相信太阳光是穿过这些以太到达地球的。如果是这样，这会导致他们所说的“以太”应该可以在地球上检测到。
他们设计了一项实验来测量它的效果，因为地球始终绕着太阳旋转，所以以太风肯定也无时不在，应该会影响光在地球上的速度。如果一束光是顺着以太风的风向传播，那光速应该会很快，如果光的传输方向和以太风完全相反，那在迎面而来的以太风的阻碍下，光速应该会减慢，而这两个光速之间的差异应该可以测量出来。
但他们就是测不出任何差异，不管光是朝哪个方向传播，他们都无法让光的速度加快或者减慢。
这结果很让人不安，光媒以太有可能并不存在。不仅如此，这也意味着光速在所有方向上都是恒定的。不管光是顺着哪个方向传播，光速都是保持不变的。迈克尔森和莫雷不得不尴尬地向科学界报告他们的推测是错的。以太根本就不存在。但这项实验也并不是彻底的失败，这是人类科学史上犯过的最重要的错误之一。
光是一种不依靠物质传播的波，多么奇怪的概念，而它的速度无法被改变也同样令人费解。这个发现导致了迄今最重大的突破，光速始终保持恒定这一发现，刷新了科学家对于宇宙的所有认知。
另一位科学巨匠阿尔伯特·爱因斯坦，发现了关于光属性的深层真相。爱因斯坦是如何深入探寻光速恒定不变这一现象对宇宙的意义？
爱因斯坦提出了一个简单的问题，一辆在高速路上行驶的小 汽车 ，假定它的表显速度是每小时120公里，那么他实际行驶速度到底是多少？你可能会想说实际和表显也许有一些偏差。
但爱因斯坦想表达的是：不同的地方观察这辆 汽车 ，你会得到不同的答案。
地球以约每小时1600公里的速度绕地轴旋转，所以从太空中看，这辆 汽车 的移动速度要快得多。
当然，地球本身也在以每小时108000公里的速度绕太阳运行。甚至连太阳也不是静止的，它在绕着银河系的中心运行。而银河系同样也在太空中移动着。
那 汽车 的速度到底有多快呢？这要取决于你在哪里观察它。时速可能是每小时120公里、1600公里、108000公里，甚至快很多。
问题在哪儿呢？任何人都能够理解，速度是相对于你的观察位置的，可当你发现跟 汽车 不同，光的速度不管在哪里观测都保持恒定的时候，关于速度的这一常识判断开始失效了。
爱因斯坦设计了一个思想实验，设想很简单比如打火机的火光，在不同观察位置的人看来会有何不同。
他想象有个人在行驶的车辆中玩弄他的打火机，车里有两个人看到了，他们和打火机之间的距离完全相同。爱因斯坦说，最有意思的问题并不是他们看到了什么，而是他们何时看到？因为他们在同一辆车里，在以同样的速度移动，因此两名观察者会在同一时间看到光。
可对车外的人来说呢？因为距离和速度不同，那必然是有先有后的。
仔细想想这其中的含义，这意味着我们无法判断某些事情是不是在同一时间发生的。现实如何取决于你所在的位置。如果把这个概念放大到整个宇宙的话，结论就更奇怪了。如果现实取决于你所在的位置，那你又如何得知真实的宇宙运行情况呢？
不仅如此，若我们无法判断两个事件是否同时发生，我们又有多大的几率能够揭开宇宙运行的终极原理呢？别担心，爱因斯坦为我们找到了答案，那就是他著名的狭义相对论。
爱因斯坦提出：现实是有弹性的，因为时间本身是有弹性的。
听起来可能很奇怪，但这种弹性还只是一个全新物理学概念的冰山一角。爱因斯坦进而提出，跟磁现象、电现象和光现象一样，时间和空间两者实际只有一个东西，即他所谓的时空。
而这个时空同样也有弹性，它可以被恒星、行星以及星系之类超重物体的质量弯折和扭曲。这些扭曲现象也可以解释牛顿在很多年以前发现的那种神秘的力量，引力就是时空的扭曲结果。扭曲时间和空间，听起来可能让人百思不得其解，但其实并不难。
试想有一艘小船保持直线航行，穿越一片平静的湖面，而这个湖永远也没有边界。平静的湖面就像是没有被扭曲的时空。现在想象在湖面下出现了一个大洞，水开始慢慢流失，湖面就被扭曲了，正如同行星扭曲了时空。效果就是湖水把船朝着那个洞拉过去，使它的行进路线变得弯曲，虽然这时船本身仍然是笔直地往前开。
这就跟一颗巨大的恒星或者行星对时空产生的效果一样，它导致时空在它周围扭曲，把物体吸附过去，这就是为什么物体会落地，即所谓的引力。
爱因斯坦深入探究了宇宙的基本结构，洞悉了它的内部原理，在他解释了光速恒定现象的十年后，他发现了时间和空间的扭曲会减小引力这种自然界的基本力。他的工作成果让我们对宇宙的认知前进了一大步。
虽然爱因斯坦开始逐渐揭示出宇宙运行机制，但他还是没能弄清它是如何运行的。他的理论是基于光的属性，即光是一种电磁波，以超高速穿越空无一物的空间，但这些理论没有揭示这些电磁波到底是什么。
1919年，名叫西奥多·卡鲁扎的德国理论家接受了这个挑战。卡鲁扎这个人对于各种形式的理论都非常严肃认真，据说他光靠看一本关于游泳的书就无师自通学会了游泳。
在把理论知识付诸实践的这方面，卡鲁扎天不怕地不怕，受到爱因斯坦成功解释引力的启发，卡鲁扎猜想同样的道理，是否也能用在电磁现象和光现象上呢。光波会不会是更为复杂的时空扭曲现象？就像是在宇宙这个湖面上泛起的涟漪。这是一个大胆的猜想，而答案是肯定的。
虽然有了这样的灵光乍现，可卡鲁扎却生不逢时。他的主张被一个新的物理学分支打入冷宫，后者对一切都提出了怀疑，那就是量子力学。
它的起因是物理学界把他们的注意力放在了研究宇宙中最小的一些粒子上。人们发现在原子内部，宇宙是一个奇怪而又混乱的地方，我们熟悉的那些物理规律在那里似乎并不是主流。
这个量子世界到底有多奇怪，通过一个看似简单的实验显露无疑。其中要用到一种名叫电子的亚原子微粒，一束电子透过两条狭缝被发射到一个检测器上，常识告诉我们，电子应该集中打在狭缝后方检测器上的那两条高亮度区域内。但结果并非如此，事实上，检测器检测到的撞击区域不只是两条线，而是很多条，这完全违背了所有人对于电子或者任何微小物质行为的预料，小小的电子似乎是在违背物理规律。
这种现实观多么令人不安，如果世间万物在亚原子水平上都是那么混乱，那由牛顿创立，由麦克斯韦延续，再由爱因斯坦和卡鲁扎完善的物理规律是不是也可以归结于此？一切都变得难以预料。或许宇宙的深层奥秘注定无法参透，超乎我们人类的理解能力。
亚原子世界混乱的运行机制和宏观世界有序的状态之间似乎自相矛盾，这可难倒物理学家们。
但没过多久，在20世纪50年代涌现出了一个对于随机性和概率有着天生敏锐直觉的人，那就是理查德·费曼，赌桌上的旷世天才。
费曼把他在赌博嗜好中用到的数学方法拿来解释量子世界的不确定性。他主张，就跟轮盘球遵循一定的概率法则一样，电子也是如此。玩轮盘赌的人都知道，虽然你不能准确地预测球会落在哪个号码上，但你可以计算出概率，也就是1/37。通过计算概率，费曼得以推断出决定某一特定的量子事件可能会如何发生的奇特规律。就这样，他驯服了量子世界，拯救了当时已岌岌可危的科学。
理查德·费曼给物理学家们帮了一个大忙，他关于量子世界可以预测的发现，意味着科学界可以继续对宇宙天道的求索。物理学现在开始致力于寻找最小的微观世界和最大的宏观宇宙之间的联系。
具体的方法就是重新审视自学游泳的西奥多·卡鲁扎长期遭到忽视的成果，物理学家们开始研究他的理论是否能应用在自然界最微小的粒子上。
在原子内部的世界里，电子围绕着一个原子核旋转，后者是由叫做中子和质子的粒子所构成，在这两者的内部有一些更小的粒子，叫做夸克。
夸克自身由物理学家称之为“弦”的东西构成，而弦是对时间和空间更为精妙复杂的扭曲。你可以把它们想象成是振动的小提琴弦，正如同小提琴弦，可以通过振动弹奏出不同的音符，每个亚原子弦也能通过振动产生出一种不同类型的基本粒子，正是这些最微小的粒子赋予了宇宙现在的模样。
弦理论是基于卡鲁扎和爱因斯坦提出的观点，主张这些亚原子弦的振动在时空中产生了微观层面上的细微扭曲，过程发生在令人匪夷所思的十维空间。如果弦以一种方式振动，它会产生某一种特定类型的基本粒子，比如说夸克。
如果它以另一种方式振动，它会产生出中微子，那又是另一种粒子。但最妙的是，弦理论有可能解释为什么这些粒子可以遵循它们现有的规律彼此互动，就好像是一首乐曲中的和声，而这也就是一切物理规律的起源，这些规律控制着宇宙中的万物。
从黑洞天体的行为到恒星的生命和死亡，小到一卷纸掉落在地上，或者一根磁铁指南针轻微抖动，这些最细小但也是最基本的动作，都在弦理论的全盘掌控之中。目前关于这种弦理论有几个不同的版本，综合在一起统称为“M理论”。好像没人知道这个M代表什么，可能代表主宰、奇迹、神秘，或许都沾边。
无论如何，在它最终完善以前，这个M理论做出了一个惊人的预测，我们的宇宙并非独一无二，还有很多很多宇宙。我们这个宇宙肯定只是无数宇宙中的一个。
我们看不见其他宇宙，因为它们超越了我们这个宇宙的极限，它们都有自己的 历史 和特性。有些很不稳定，塌陷回了它们最初的状态。有些无法形成恒星或者行星，所以是一片黑暗冷寂。还有些会膨胀，像我们的宇宙一样孕育出恒星和星系。
所以对宇宙的探寻，得到了一个出人意料的结果，我们同时发现了所有其他宇宙的玄机。目前看来，M理论是一套包含了宇宙万物规律的体系，也是科学史上的一个重要转折点。