当我们仰望星空，宇宙不只是黑暗深空；当我们细致入微，物质不再是完美无缺。同样的条件，不同的结果，同样的观察者，不一样的现象。

我们怎么知道暗物质存在？

这些恒星本应从星系的边缘飞出去，就像转盘上的乒乓球。为了让这个速度合理，天文学家必须在计算中让星系大大增加质量，这样才能把这些恒星拉拢在一起

暗物质如何相互作用？

暗物质是物质，它有质量，所以它有引力。

宇宙饼图是从哪里来的？

这张图片抓拍了宇宙形成时逃出来的第一批光子。更重要的是，它们形成的褶皱数量和图案会真实地反映宇宙中暗物质、暗能量和常规物质的比例。

暗能量可能是什么？

量子力学给了我们不同的世界，相对论使我们放弃了绝对空间和时间的想法。

最基本的物质粒子是什么？

由暗物质构成的物理学家一定认为他们的物质才是正常的。或许我们的确不该太拿自己当回事儿。

在日复一日的物理探索中，我们发现了十二种物质粒子。其中六种被称为“夸克”（quark），剩余的六种被称为“轻子”（lepton）。

物质的原料是什么？

羊驼的总质量不仅仅包括它各个部分的质量，还包括使这些部分维持在一起的能量。

夸克的质量只占质子或中子质量的约1%，其余质量都来自使夸克聚集在一起的能量。

粒子质量有什么奇怪之处？

你是由粒子构成的，这并不意味着大部分的你是空的，这意味着你就是空的。

这两种质量一样吗？

相对论把引力描述为质量和能量周围的空间弯折和扭曲。

引力为什么这么弱？

引力是单向作用力，只会使物体相互吸引，而不会使它们分开。

引力子是基本粒子还是漫画中的超级恶棍？

这里的问题在于，广义相对论非常完美，我们觉得它很可能是对自然的正确解释。可是，另一个基础理论—量子力学—似乎也是对自然的正确解释，但我们还没有办法把它们合并到一起。

这种东西有可能存在吗？

在没有任何物质粒子的尽头，空间的概念也就终止了。那没有物质的地方又是什么呢？反正不是空的空间。

我们要找的是哪种空间？

我们发现空间会扭曲、荡漾和膨胀。

空间如何弯曲？

如果空间各处都具有正曲率，那它最终只有一种形状，那就是球形，更严谨的说法是球状体。

我们现在看到的是平坦的空间，这意味着宇宙在早期就极其平坦，或者存在其他的机制维持空间的平坦。

我们可以回到过去吗？

时间旅行是不可行的，因为它违反了因果律，另外，对养雪貂这件事，你要三思而后行。这就是著名的雪貂悖论。

为什么时间只会进不会退？

整体而言，熵永远是增加的。

每个人感受到的时间都一样吗？

如果你坐的沙发固定在地球上，你在空间维度上（相对于地球）的运动速度为零，那你在时间中的运动速度就可以快一些。

但如果你坐在火箭上，而火箭（相对于地球）以接近光速的速度运动，那么你在空间中穿行的速度会非常快，为了保证在以地球为参照系的时空中，你的总速度不会超过光速，对于地球上的时钟而言，你在时间维度中的速度必须变慢。

什么是维度？

在物理学和数学领域，维度指的是运动的方向。如果你画了一条直线，那么沿着这条线进行的运动就叫作一维运动。

这就是维度的含义：每个维度都代表一个独立的运动方向，独立的意思是，你在某一个方向上的运动与其他方向上的运动无关。

如何理解四维空间？

如果世界确实有第四维，而你忽然可以在该维度上运动了，那你就能观察世界是如何沿着第四个维度变化的。在沿着第四维运动时，你会发现周围的三维世界在发生变化。

其他谜团的答案和维度更多的空间有关吗？

我们不敢肯定。更多维度存在的可能及其对引力的削弱作用目前还停留在理论层面。

如果一个粒子在其他维度中运动，那么你会发现它比那些没有在其他维度运动的粒子更重。

弦理论

弦理论指出，宇宙不是由零维点状粒子构成的，而是由微小的一维弦构成的。这里说的“小”不是迷你棉花糖那么小，而是10^−35米那样的尺度。

为了与我们的经验相符，弦理论中增加的这些维度也是自我闭合的环状维度，而不是可以无限延伸的那种维度。

宇宙的速度极限

宇宙中有一个速度极限，这件事真的很奇怪。

事情变得更离奇

你们俩看到了事件完全不同的结果。贝莎看到光束同时击中目标靶子，而你看到了光子先击中其中一个靶子。神奇的是：你们俩都是对的！

打破因果链

没有什么东西能跑得比光还快，因为那将破坏因果律（比如拉里看到光子在离开手电筒之前就击中了靶子）

为什么是这个速度？

光速由随机的量子力学过程决定，也就是说，宇宙的其他部分有着完全不同的光速值。

μ子一直在超光速旅行！

比如，一个高能的μ子能够比光子更快地穿过一个冰块。严格地讲，这确实是“比光还快”的运动，尽管这看起来很狡猾

如果一架飞机飞得比声速还快，那么它会产生音爆。当一个μ子以比光还快的速度穿过一块冰时会发生什么呢？会产生“光爆”！这也被称为切伦科夫辐射。

宇宙射线是什么？

是的，我们每天被数以百万计的超高能粒子连续轰炸，却不知道它们是怎么来的。

镜像粒子

如今，几乎每一种我们知道的带电粒子都被证实拥有反粒子。

反粒子湮灭

当两个粒子完全湮灭时，其中储存的巨大能量被释放了出来

“电子性”和“μ子性”必须守恒。你不能用一个非电子来毁灭一个电子。你只能用电子的反粒子去做这件事。

一个相反的你

实际上，我们的物质没有本质上的“物质性”，反物质也没有“反物质性”。

奇特的物质

引力对反物质的作用会不会和物质相反呢？如果这是真的，而且我们找到了利用这种“反重力”性质的方法

大谜团3：宇宙太光滑了

我们不太可能正好位于宇宙微波加热的中心，所以我们只能得出这样的结论：整个宇宙的温度都差不多。

我们在宇宙中的位置

宇宙的结构层级分明：卫星绕着行星转，行星绕着恒星转，恒星绕着星系的中心转，星系绕着它们的星系团的中心转，星系团绕着超星系团的中心转。奇怪的是，事情到此为止了。

宇宙的大小

因为空间本身可以扩张得比光速快，所以我们可以看到原本在我们的视野之中后来又超越了我们视野的东西。因此，可观测宇宙的半径最大为465亿光年。

可观测宇宙可能永远也无法追上真实的宇宙，这意味着我们可能永远也看不到宇宙中的一切。

最小距离

这个数字非常非常小，只有10^-35米，也就是0.00000000000000000000000000000000001米。我们称这个数字为普朗克长度。

最小粒子

要知道电子和夸克是否由更小的粒子组成，一种方法就是让它们用越来越高的能量去撞击。如果撞击能量比让电子和夸克维持在一起的能量还要高，那么它们就会被拆散，我们也就能知道它们是由更小的部分构成的了。

引力与量子力学的统一

我们就有了能解释多数基本作用力的伟大粒子理论（量子力学），以及引力的伟大理论（广义相对论）。

我们怎样才能知道大功告成了？

想知道我们是否找到了万物之理，有一个方法是数一数这个理论涉及多少个人为的数字。这样的数字越少，我们就越接近“洋葱”的中心。

我们能跟他们学物理吗？

这仍然是最大的科学谜团之一：生命有多稀有？

一个勉强凑数的结论

“宇宙为什么存在？”——这听起来就离归入哲学范畴的那类问题不远。

就像可观测宇宙一样，可检验宇宙也在不断膨胀