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问题1:宇宙空间怎么可能不是无限的呢?
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问题2:在有限的时间中,如何能创造出无限的空间?
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问题3:我们的宇宙会膨胀成什么样?
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问题4:大爆炸是从空间中的什么地方开始的?
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问题5:大爆炸是从某个单独的点开始发生的吗?
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问题6:如果宇宙的年龄只有140亿年,那么我们如何能看到300亿光年远的东西?
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问题7:星系退行的速度比光速还快,这不违背相对论吗?
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问题8:星系是真的在远离我们,还是仅仅只是空间在膨胀?
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问题9:银河系在膨胀吗?
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问题10:大爆炸奇点的存在有证据吗?
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问题11:通过暴胀,宇宙从虚无中生出我们周遭的万物,这难道不违背能量守恒定律吗?
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问题12:是什么导致了大爆炸?
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问题13:大爆炸之前有什么?
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问题14:我们宇宙最终的命运是什么?
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问题15:暗物质和暗能量是什么?
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问题16:我们人类是微不足道的吗?
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让我们一起来探索这些问题吧!在接下来的4章里,我们将回答其中11个问题。你会发现剩下的5个问题令人极其纠结。但是,首先让我们回到那个幼儿园小朋友的问题上,这将是本书第一部分的中心主题:空间是无边无际的吗?
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被低估的空间
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我父亲曾给过我一个建议:“如果你遇到一个无法回答的难题,那么在所有你不能回答的问题里,先选择一个简单一些的问题来处理。”怀着同样的精神,让我们先问一个更简单的问题:在不与我们的观测结果相违背的前提下,空间最小能有多小?图1-1描绘了人们对这个问题的回答随着时间发展而变化的情况。从图中可以看出,几个世纪以来,这个问题的答案发生了翻天覆地的改变:今天我们已知的宇宙比狩猎的祖先们所知道的最远距离——他们一生所行走的距离,大了10亿兆(1021)倍。并且,这种视野的扩张不是一锤定音,而是屡次上演。每次,当我们有能力把窥探宇宙的镜头拉得更远一些时,就会发现,之前所发现的一切只是一个更庞大物体的一小部分。而从图1-2中可以看到,一个国家也只是一颗行星上的一小片土地,而这颗行星只是太阳系的一小部分,而太阳系只是银河系的小小一隅,银河系只是一个星系团的一个小角落,这个星系团也仅仅只是可观测宇宙的一小部分,甚至连可观测宇宙,在我看来都只是一层或几层平行宇宙中小小的一个。
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图1-1 从这张图中可以看到,我们认为的宇宙下限,随着时间的推移在逐渐扩大。而在纵坐标上,相邻刻度之间的差距竟有10倍之多!
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图1-2 每次,当我们有能力把窥探宇宙的镜头拉得更远一些,就会发现,之前所发现的一切只是一个更庞大物体的一小部分:一个国家也只是一颗行星上的一小片土地(左图1),这颗行星只是太阳系的一小部分,太阳系只是银河系的小小一隅(左图2),银河系只是一个星系团的小角落(右图2),这个星系团也仅仅只是可观测宇宙的一小部分(右图1),甚至连可观测宇宙,在我看来都只是一层或几层平行宇宙中小小的一个。
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就像把头埋在沙子里的鸵鸟一样,人类总是一次又一次地假定,我们能看见的范围就是宇宙的全部了,并总是错误地认为我们人类位于宇宙的中心。在探索宇宙的漫长道路上,宇宙的大小总是一次又一次地被低估,这几乎成了一个永恒的主题。然而,图1-2却反映出第二个主题,也是我认为非常有启发性的一个主题:我们不但一次又一次地低估了宇宙的尺度,还一次又一次地低估了人类智慧理解宇宙的能力。山顶洞人的大脑与我们现代人的大脑差不多大小,当夜幕来临,既然他们不会坐在家里看电视,那么一定会仰望星空,并提出诸如“天上那些玩意儿是什么”“它们从哪里来”这样的问题。他们传颂着优美的神话故事,却没有意识到自己具有解答这些问题的潜能。秘诀不在于飞向群星深处去亲自勘察这些天体,而在于放飞你的想象。
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