布賴恩·格林是牛津大學(xué)的物理學(xué)博士，同時也是哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)和數(shù)學(xué)教授。他是物理學(xué)前沿理論研究的領(lǐng)軍人物，也是著名的科普作家。格林最擅長的，就是把復(fù)雜的物理概念用通俗易懂的方式表達(dá)出來。
一、宏觀宇宙學(xué)
宏觀宇宙理論是描述我們?nèi)庋劭梢钥吹降?，或者通過天文望遠(yuǎn)鏡可以看到的宇宙。
1. 牛頓對宏觀宇宙的認(rèn)知
牛頓提出了“絕對空間”的概念。絕對空間像一個“虛無”的舞臺，雖然什么都沒有，但我們所有的運動都發(fā)生在這個舞臺上。牛頓認(rèn)為“絕對空間”是描述物體運動的終極參照物，也就是說：一個物體如果相對于絕對空間靜止，那就是真正的靜止；如果相對于絕對空間做加速運動，那就是真的在加速運動。
但“絕對空間”理論無法解釋兩個現(xiàn)象：光速的恒定和引力的形成。
物理學(xué)家在實驗中發(fā)現(xiàn)，不管在什么條件下，光速始終是恒定的。也就是說，不管我們是把光源放在靜止的地面上，還是一列高速行駛的列車上，人們所測出的光速都是一樣的。這就不能用牛頓的“絕對空間”來解釋了。因為按照牛頓的解釋，如果一輛列車相對于絕對空間運動，人在車廂中也相對于列車做運動，那列車中的人相對于絕對空間的速度，就是列車的速度和他自己與列車相對速度的疊加。很明顯，絕對空間理論不能解釋“光速始終保持恒定”的現(xiàn)象。
“絕對空間”理論也不能解釋引力的形成。牛頓根據(jù)“絕對空間”模型所推導(dǎo)出的公式，能說明世間萬物之間都存在引力。但是這種引力到底是怎樣形成和傳導(dǎo)的，牛頓卻解釋不了。按照牛頓的理論，地球繞著太陽轉(zhuǎn)是因為太陽的引力。如果太陽突然消失，牛頓方程顯示，太陽的引力會瞬間消失，但是因為它離地球很遠(yuǎn)，太陽光到地球需要8分鐘的時間。這就表示，引力比光速還快?？墒悄?，我們都知道，光是物體運動的最快速度，這個結(jié)論就是在牛頓力學(xué)的情況下成立的，那如果說引力比光還快，這就出現(xiàn)了矛盾。
2. 愛因斯坦對宏觀宇宙的認(rèn)知
愛因斯坦打破了“絕對空間”的思考框架，提出了“相對空間”和“相對時間”的概念，也就是著名的“相對論”。
在愛因斯坦的相對論中，空間和時間是不可分割的，一個物體總是在不斷地穿越時間和空間。光速在愛因斯坦看來，就是穿越空間的最大速度，所以不管光源怎么運動，我們測量的光速都是恒定的。
相對論認(rèn)為，引力的產(chǎn)生是因為空間的變形。在相對論中，空間并不像牛頓說的那樣，是一個“虛無的舞臺”。事實上，空間是一個可以彎曲、可以拉伸的實體。我們可以把空間想象成一塊平整的布，如果在布上放一個球，放球的部分會凹陷下去。這種凹陷就會影響這個球周圍物體的運動。所以，地球之所以圍繞太陽轉(zhuǎn)，并不是兩者之間有什么連接，而是太陽因為自身的重量而扭曲了空間，改變了地球的運行軌跡。這也就解釋了引力產(chǎn)生的原因。
二、微觀宇宙學(xué)
微觀宇宙理論描述的是原子尺寸，或者更小尺寸下的宇宙現(xiàn)象的。相對論的提出可以很好地解釋宇宙在宏觀維度的規(guī)律，但如果我們把鏡頭轉(zhuǎn)移到比原子還小的微觀世界，會發(fā)現(xiàn)這里和宏觀宇宙完全不一樣。為了描述微觀宇宙的規(guī)律，物理學(xué)家建立了量子力學(xué)。
1. 微觀宇宙中的空間扭曲
在量子力學(xué)所描述的微觀世界中，空間是極度扭曲的、劇烈波動的，各種粒子的運動也是極度混亂的。所以，我們永遠(yuǎn)不可能知道一個粒子的精確位置和速度，我們所能做的，只是預(yù)測一個粒子出現(xiàn)在某個位置的概率。
2. 微觀宇宙中的糾纏效應(yīng)
糾纏效應(yīng)描述的是兩個粒子間一種相互影響的狀態(tài)。進(jìn)入糾纏狀態(tài)的兩個粒子，即使隔著十萬八千里，其中一個粒子的行為也會影響另一個粒子的行為。這種影響是無視距離并且實時發(fā)生的。
糾纏粒子的現(xiàn)象已經(jīng)被證明確實存在，并且通過實驗觀察到了，所以物理學(xué)家不得不承認(rèn)，微觀宇宙和宏觀宇宙的物理規(guī)律再次出現(xiàn)了沖突。因為根據(jù)相對論描述的宏觀宇宙規(guī)律，在空間中不同位置的物體，一定是不同的物體。如果一個物體想影響另一個，就必須用某種方式來突破把他們隔開的空間。
舉個例子，我們要想看到光、聽到聲音，就必須等待光波和聲波穿越空間的隔離，到達(dá)我們的眼睛和耳朵才可以。如果現(xiàn)在身在美國的一個人說了一句話，而身在中國的另一個人不需要借助任何工具就可以瞬間知道，這種情景在宏觀世界是不可能的。但在微觀世界中，不論兩個物體之間的空間有多大，量子力學(xué)都允許他們之間存在糾纏狀態(tài)。
三、“弦理論”假說
在“弦理論”中，宇宙的基本構(gòu)成不再是粒子，而是“弦”。這里的弦有點像彈奏音樂所用的琴弦，但是卻非常非常小。如果我們把電子看成太陽，那弦就相當(dāng)于一個氫原子的大小。所以，即使用現(xiàn)在最先進(jìn)的顯微鏡來觀察弦，也只能看到一個小點。而我們目前發(fā)現(xiàn)的各種粒子，其實只是弦的不同震動模式而已。
1. 十維的宇宙空間
在弦理論對宇宙的描述中，如果我們能夠看到非常小的空間，會發(fā)現(xiàn)其實空間中存在著一個接一個的蜷曲空間，你可以把它們理解成一個一個的小房子。房子的結(jié)構(gòu)決定了弦的震動方式。我們目前所發(fā)現(xiàn)的一切規(guī)律，在弦理論看來，都與弦的震動方式有關(guān)。所以，弦理論認(rèn)為宇宙的規(guī)律是由這些蜷曲空間來決定的。
2. 調(diào)和量子力學(xué)與相對論之間的矛盾
在弦理論中，弦是最小的尺寸，微觀宇宙的研究到了弦的長度就已經(jīng)算是盡頭了。在這個尺度下，空間雖然仍有波動，但已經(jīng)不那么劇烈了，相對論的數(shù)學(xué)部分，只需要一些修改就可以描述這些波動。
金句
1. 根據(jù)常識來獲取知識是一種效率很低，而且很容易出錯的方法。而物理學(xué)是只相信邏輯不相信常識的一門科學(xué)。對于物理學(xué)家來說，哪怕一個結(jié)論聽起來有多么違背常理，只要它能夠被證明，那就應(yīng)該被接受。
2. 有點諷刺的是，牛頓“絕對空間”的錯誤理論，反而更貼近生活中的各種現(xiàn)象。這就是物理學(xué)的魅力，讓我們可以通過科學(xué)研究來彌補(bǔ)感官上的不足，然后不斷提高自己對宇宙規(guī)律的認(rèn)知和理解。
3. 從物理學(xué)的角度來看，宇宙不可能由兩套不同的規(guī)則來搭建，宏觀和微觀的不同更像是一種人為的劃分，而不是自然規(guī)律。
4. 弦理論認(rèn)為，宇宙的規(guī)律是由這些蜷曲空間來決定的。這個就有點像生物學(xué)中的 DNA 遺傳因子，你的長相、性格等各種特征都是 DNA 決定的。所以我們可以把一個個的蜷曲空間看做是宇宙的 DNA，他們決定了我們所在的宇宙是什么樣子的。
5. 根據(jù)弦理論的說法，蜷曲空間的可能性大概有10的500次方，這就表示我們的宇宙成為現(xiàn)在這個樣子，只是一種偶然。這個結(jié)果和“多元宇宙假說”的結(jié)論不謀而合。
