中文字幕：马成长 旧语新思 http://growupsoft.blog.163.com
试想一下，我们的太阳的大小 只是一粒沙子。
现在，我们的太阳只是 众多星星中的一个。
即使只考虑我们自己的银河系
它也被超过2000亿颗的星星所环绕。
在广大的星星沙滩中 我们的太阳只是一个小颗粒。
而银河系本身也只是
分散在整个宇宙中的 1000亿个星系中的一员。
据估计， 在宇宙中恒星的数目
比全世界所有海滩上 的沙粒数目还要多。
试想一下这样的情况。
宇宙的规模和范围 多么令人惊叹！
但是，作为一个科学家， 我更觉得人类是如此了不起,
关于宇宙是什么样子的， 人类已设法推断出如此之多。
让我尝试把这一成就 置于这样的情境之中。
我们生活在一粒极小的灰尘上， 灰尘绕着一粒沙子。
从我们的角度， 我们已经成功地推断出
所有这些沙滩的大小和形状。
在我看来， 这是人类最伟大的成就之一，
我很乐意告诉你这个故事: 我们如何取得这一成就的。
这部影片是令人惊讶的故事： 我们如何向上凝视着，
从我们孤立的、 毫不起眼的角度，
开始推断所有万物的 形状、大小和起源。
这个故事 是关于我们如何
在最大尺度上来理解现实世界。
这是一个关于万物的故事。
中文字幕翻译：马成长 旧语新思 http://growupsoft.blog.163.com
我想让你暂停一下， 思考这个基本的问题。
我在这里， 坐在夜空下。
我上面是大气 大气之后是月亮，
然后就是星星。
星星之后是什么呢？
万物的总和又是什么?
这是一个问题， 我们会时不时地问这个问题。
我记得小时候, 成长在巴格达,
在夏天， 我们会把床搬上屋顶
我记得在夜晚，躺在床上， 仰视星空
很好奇 空间是否永远延续开去
宇宙是否有一个边缘。
今天，我们开始明白
这个问题实在是非常复杂。
但在500年前，这似乎 有一个很简单的答案。
你瞧，当时流行的信念是 地球是封闭在
一个巨大的旋转薄球壳中， 星星被固定在球壳适当的位置。
当你仰望黑夜的星空，
不难想到，为什么人们相信 我们生活在这个壳中。
但在16世纪，
发生了一些事情 打破这个宇宙观。
这是一个事件， 将把人类带上
揭示万物的 真实大小和形状旅程。
这是一个Ia型超新星。
一颗爆炸的恒星。
这一事件的规模 几乎难以想象。
它发出的光比我们的太阳 明亮50亿倍。
1572年，像这样的超新星 在行星地球上就能看见。
当时，它被简单的称为 奇迹。
任何人看到它，那一定是 一个极其令人震惊的
神秘的景象。
这在夜空中的新光源
比金星更明亮 甚至大白天也看得见。
随后，毫不意外地，许多人 对这一离奇的令人不安的事件
寻求宗教的解释。
对于1572年的新星， 一些知识分子提出
一个可能的解释，
这是1570年以前 三名智者(圣经典故)看见过的星星。
它就是那颗照亮过伯利恒的星星， 现在它回来了。
所以这颗新星正在宣布某件事
这件事的极端重要性应该 与上帝在人间的化身一样重要
这一奇迹使整个欧洲的 许多人着迷和困惑。
在英国，它激发了一个人的想象力
他就是宁静的沃灵福德的 牛津郡镇的国会议员(MP)。
他的名字是托马斯·迪格斯。
但正当 迪格斯 要开始 研究这个神秘的新星时，
它开始变暗淡。
迪格斯的朋友,导师和同道， 天文学家，名叫约翰·迪伊
与他一起推断， 这一奇迹可能是一个移动的星星，
而星星移动 以前认为是不可能的。
它在接近地球时 会变明亮
它远离地球时 就会逐渐消失。
现在，虽然这一理论是错误的， 却让迪格斯开始考虑
环绕地球的星星 的真实性质。
那种关于星星都被安排在
一个巨大的薄球壳上的说法 变得似乎非常不可能了
也许这明显的壳 只是一种假象？
托马斯·迪格斯又花了四年时间
才发表他奇怪的想法。
他发表的东西， 是一个简单的图的形式，
附加在哥白尼著作的 翻译版的后面。
(哥白尼)就是那个第一个提出
太阳在宇宙的中心的人。
瞧瞧这个。
这一边是哥白尼的模型。
绝对是革命性的。
他把太阳置于中心， 地球在环绕太阳的轨道上，
与其他行星其他行星一样。
而在最外层 是固定的恒星 -
stellarum fixarum. (恒星天球)。
这一边是迪格斯的图， 包括英文翻译。
完全相同， 但他把哥白尼的恒星
移出到它们的固定球壳之外
把它们分散到 无尽的空间中。
迪格斯的图描述了 激进的新宇宙图像。
在夜空中的星星 现在存在于一个无限的空间。
迪格斯的图，不像哥白尼的， 迪格斯显示为无限。
他说，这是一个球体， 恒星固定其中没有上限。
就是在这一刻 也许欧洲人开始思考
无边界的，无限的世界， 一个没有尽头的世界。
迪格斯的宇宙新图像 是革命性的。
在此之前，我们被包含在 一个嵌有星星的小球壳内。
现在我们被悬浮在 一个无限的静态的宇宙。
但是，这个关于万物的图片 导致了一个奇怪的悖论。
如果这个无限的宇宙包含了 无限多的恒星，
那么为什么夜晚的天空 如此黑暗？
在传统的老式的宇宙观中，
宇宙是无限的 和静态的。
人们很快就认识到，
一个静态、无限的宇宙 是荒谬的。
这是因为， 在这样的宇宙，
会有无限多的恒星
我们的每条视线都将遇到 这些恒星中的一个。
宇宙 - 静态无限 宇宙 - 不能暗。
它应该是泛着 如太阳一样明亮的光明。
我们知道，那不是我们的宇宙。
在我们的宇宙， 夜空是黑暗的。
虽然托马斯·迪格斯最先 提出这个问题，
这个问题后来却被称为 奥伯斯佯谬。
问题听起来简单，
却直到20世纪 才找到一个真正满意的答案：
为什么夜晚的天空 不像白天一样明亮。
解决奥伯斯佯谬将 需要许多伟大的科学家，
他们不怕 自己的想法与众不同。
彻底的与众不同。
你看看，解决这个佯谬 完全关系到如何
理解已有的万物 的形状、大小和起源。
如果没有这一理解， 这个谜题就不可能解决。
你瞧，我们停留在地球这里，
我们没有渠道 来个星际旅行。
因此，我们必须让我们的头脑 来个智力上的飞跃。
通过简单的查找，
迪格斯和他的同时代人 已经开始了科学之旅
去理解万物 实际上可能的样子。
但是，托马斯·迪格斯的见解 提出来后的200年，
在理解宇宙能到达的 最遥远距离上
没有取得什么进展
然而，到18世纪末的时候， 一切将改变。
直到1700年结束， 对于天文学家来说
一切处于太阳系之外的东西， 都是很乏味无趣的。
在那之前，天文学就是 关于我们的太阳系的科学 -
地球和行星， 卫星和彗星。
恒星是一种被赞美的 颇为有趣的背景。
在1800年左右 这一状况改变了。
这个在巴思市的很小的 不起眼的房子一度是天文学家
威廉·赫歇尔和他的妹妹， 和忠实的助手，卡罗琳的家。
他们将同心协力，开发和 建立一个新一代的望远镜
使他们能够 看到外太空的更深处
比之前任何人看得更远。
威廉·赫歇尔出生于 汉诺威，但在1761年
搬到了英格兰，寻求作为一个音乐家 和作曲家的事业发展。
但他很快就发展出 一种对天文学的激情
并开始利用业余时间 建造望远镜。
赫歇尔不久就完善了一种 制造望远镜的技术
这种技术从艾萨克·牛顿爵士 那里借鉴而来。
望远镜使用金属镜
它比玻璃镜片能够 捕获的星光要多得多
而其他天文学家常用的只是玻璃镜片。
这间小房间 在赫歇尔的房子后面
用作他的工作间。
正是在这里，他把各种金属 一起放进熔炉冶炼
为他的望远镜制造反射镜。
而且，他将用不同的金属， 不同的组合，进行实验，
让它们尽可能地反光。
然后，他在妹妹卡罗琳的帮助下，
最后会花上数小时
将镜子表面抛光 以达到所需的精度。
你要记住， 这是一个相当
危险的，密闭的环境。
地板仍带有熔融金属 导致的伤痕
它们会洒出来， 使铺地石开裂。
凭借其强大的望远镜， 赫歇尔和他的妹妹卡罗琳
会一夜又一夜地搜索天空， 对恒星进行编目。
他们看到的宇宙 揭示出宇宙本身
是一个具有动态复杂性的宇宙， 一个自然，有机运动的宇宙，
一个具有无尽奇迹的地方。
赫歇尔望远镜的设计 具有革命性，使他成名。
有了它，他发现了 一个新的行星，天王星，
这一发现将为他赢得 国王之天文学家的工作。
这个新的角色，给他时间 和资源，以启动
一个更宏伟的任务，就是 试图绘制宇宙中所有恒星的地图
绘制关于万物的图片。
在1785年，赫歇尔发表了 这一令人印象深刻的图片。
它显示了银河系的一个近似图像，
我们的太阳居住在中心。
赫歇尔看到，我们是 巨大的恒星盘的一部分，
一个巨大的由许多个太阳组成的星系， 而且似乎有一个清晰的边界。
这就好像显示了 赫歇尔的工艺实际上
让他能够看到万物的边缘。
但很快令人不安的问题 开始浮现出来。
赫歇尔和其他人 观察到奇怪的云状物体
点缀着天空，
人们称之为星云。
这些星云有些似乎 具有独特的形式
和复杂的结构。
一些天文学家开始 提出激进的想法。
也许银河系并不是唯一的万物。
或许这些星云自身 其实是巨大星系
就像我们的银河系， 事实上存在于太空深处。
不幸的是，没有办法 圆满地回答这个问题。
问题是，
对于所有赫歇尔的 伟大技术成就，
和所有那些他与卡罗琳 苦心凝视太空度过的
漫长而寒冷夜的夜晚而言， 有一个问题
他们解决不了。
他们没有精确的方法 测量外层空间中的距离。
这种方法 等到赫歇尔死后才出现。
这种巧妙的方法
用来测量太空深处物体的距离。
这项技术被称为 恒星视差。
如果你从两个角度看一个物体 就像看你的手指一样，
它将会在你的参考系中移动。
通过观察它移动了多少， 你可以计算出
它有多远。
我的手指相对于 它后面的建筑物而言
在两帧图片之间 移动了很多。
现在,一个名叫弗里德里希·贝塞尔的 天文学家得出
当地球在其绕太阳的 公转轨道相对两侧时
拍摄恒星的图片，就有可能 实际看到的恒星的位置移动。
通过观察恒星的位置移动多少，
你就可以得出 恒星离我们有多远。
贝塞尔计算， 比较接近的恒星，
天鹅座61，一定有大约 100万亿公里之遥。
但虽然这种技术 令人惊讶，
它仍然有非常严重的局限性。
地球轨道的直径 是300万公里。
这意味着视差法 只能测量
大约300万亿公里开外的物体，
对银河系的大小而言 这只是很小一部分。
很快,我们就清楚,在天上 有大量的天体
实际上是不可能测量的,
尤其是那些神秘的星云。
它们仍然是一个谜， 直到20世纪初
它们点燃了一场大辩论。
一群天文学家认为， 只有一个星系，我们的星系，
那就是我们的星系，银河系 我们看到的其他一切，
球状​​星团，星云， 都因为某种原因，在银河系内部。
还有其他天文学家认为 不是这样，
许多这些星云自身就是宇宙中的巨岛， 难以想象的远离我们。
双方的观点都有证据。
直到1920年代初
这个谜题仍然是 激烈辩论的一个源头。
这名女子是科学史上 最伟大的无名英雄之一
她将帮助人们解决这个谜题。
她在哈佛大学天文台工作
她的名字叫是亨丽爱塔·勒维特。
勒维特的工作就是对 世界各地天文台拍摄的
恒星照相底片进行测量和分类。
她是一位杰出的科学家, 热爱她的工作。
这是一张太空的 照相底片，
勒维特亲手研究过它。
你可以看到她的显眼的标记
用来突出 图像内的微小细节。
数以百计的星星的细微特征
被一丝不苟的记录下来。
正是这种能力，将有助于 她想出一个绝妙的主意，
这个主意将有助于解开 宇宙的真实大小的难题。
这个主意依赖于 找到一种客观的方式
来定义一颗恒星的真实亮度。
勒维特着迷于一类恒星， 称为造父变星，
在夜晚的天空中脉动。
她的突破在于，她发现
变星亮度与它们的 闪烁速度精确相关。
让我解释一下。
这两颗星在闪烁 同样的速度，这意味着它们应该
完全是相同的亮度。
如果一颗星星看起来更暗淡些， 你就可以计算
它比起那个 更亮的星星来说远多少。
勒维特的方法意味着，
她知道造父变星的真实亮度。
她找到了一种方法来测量 恒星的距离，
哪怕它处于远远超过 视差方法能测量的地方。
但是，如果不能使用望远镜，
她的工作就不能 更进一步。
她被禁止在男权至上的
天文观测台工作。
但她的发现 现在给了天文学家一个工具
来测量神秘的星云的距离。
我们的银河系 可能包含现有万物的想法
即将崩溃。
对宇宙的规模的真正理解
只是最近的事。
在1920年代，人们还绝对相信
宇宙由一个星系组成，
在全世界，例如在美国， 一些最好的天文学家，
当真持有这种看法，并有充分的 证据表明这种看法是真实的。
他们错了。
最终解决这场大辩论 的证据之发现
得益于强大的新建的 胡克望远镜
建造在威尔逊山天文台
在洛杉矶郊区。
使用这个令人 难以置信的技术装置，
和亨丽爱塔·勒维特的 计算距离的巧妙方法，
一个年轻的天文学家 将作出一个发现
这个发现将改变我们的宇宙观 并让他名垂千古。
这个天文学家就是 埃德温·哈勃。
哈勃与勒维特是 完全不同类型的科学家。
他个性鲜明，性格外向， 极端自负。
但他还是一个极富天赋的、 富有远见的科学家。
他出生并在美国长大 但在英格兰度过了一些时间，
这似乎 有一个持久的印象
因为人们听到他 徘徊在天文台附近
嘴里喊着“By Jove!”
和“What-Ho!”之类的东西， 非常浓厚的英国口音。
这个才华横溢、激情四射 古里古怪的哈勃
迅速为自己在天文学界 赢得了名声。
但直到1923年，
他才在仙女座星云
发现一些东西，
从而将揭示我们 宇宙的真实大小。
我来到了 伦敦学院大学天文台
与天文学家史蒂夫·福西博士见面，
亲自来看看哈勃的启示是什么。
我们要把仙女座的坐标
键入到这里的控制台。
因此，零小时43分钟...
“对哈勃和他的助手， 米尔顿·赫马森来说
“研究仙女座星系是一个漫长 而艰苦的过程。
“但是，今天，我们可以对它 快速定位和拍摄极其详细的照片。”
这是一幅图像，我们 几个星期前拍摄的。对。
如果我放大，你会看到就在那
是“哈勃”造父变星， 他发现的第一个造父变星
解锁了整个问题。
因为大概就在这时, 他可以利用勒维特的方法
来确定这个造父变星有多远。
没错。一旦他看到了这 并把它作为一个变星，
然后，他就有了一把钥匙 来确定这个物体有多亮。
然后他就推出，这个星体 不可能在我们自己的银河系。
它得离我们有 数百万光年之远。
绝对是的，就是它。 你看这个核心区域，
但是，当我们调整这里的对比度， 我可以增加对比度
就能看到 星系的一些细节。哦，哇！
旋臂。你看到尘埃带的轮廓
在仙女座内的数十亿颗恒星的背景中，
通过寻找仙女座的一颗星
并测量它的一次脉动究竟 要花多长时间，
哈勃就能够利用 勒维特的工作
精确计算它有多远。
这是照相底片
哈勃在上面标记出 他新发现的造父变星。
使用它，他计算出仙女座星系
比银河系能到达的最远处 还要远很多很多倍。
仙女座星系的确 是一个岛宇宙，
一个巨大的恒星星系。
我们现在知道，仙女座 超过250万光年远。
这意味着今天到达我们这里的 来自仙女座的光线，
在现代人类进化出来之前 就已经在其旅途上了。
这是我们的邻居。 这是我们的邻居，
离我们最近的 巨大的星系邻居。
我一定要记住，我在这里 所看到的，是千真万确的事情。
这些光子已经旅行了 数百万年
才达到我的眼睛。没错。
这些是光子 直接从仙女座而来
正直达我的瞳孔。
今天，我们有能力 看到仙女座
这种能力哈勃曾经梦寐以求。
我们现在估计，仙女座
包含超过一万亿颗星。
它仅仅是数目巨大的 众多的星系中的一个
这些星系遍布我们的宇宙。
在1923年，宇宙 只是银河系的规模。
到了1924年，我们发现 我们周围的空间
比银河系要大数十亿倍
几乎无法想象的宇宙复杂性 就位于这一空间。
哈勃曾证明，在我们的银河系之外
还有众多的星系， 他把宇宙的边界向外推后。
但他还没有看到空间的边缘。
他还没有看到万物。
目前仍没有线索
我们的宇宙有多大， 甚至，它可能是什么形状。
要了解有关万物的 奇异的真相
仅有观测是不够的。
还需要数学 -
一个功能强大的新型数学 将能够描述
空间本身离奇的属性。
当你试图了解宇宙， 人们很容易就会想到，
你要做的就是进行很多很多观测， 看看那里有什么东西，
把它们整合到 您的宏伟画面中。
但问题是，除非你有某种想法， 设想图像应该是啥样的，
否则你就不知道 该去做什么观测，
你不知道什么是重要的。
纵观科学发展史，
每隔一段时间就会有人 带着一种新的数学概念出现。
关于空间的新数学思想 如此怪异，
如此与常识相去甚远， 系统地阐述它们
需要经过2000多年的努力 和爱因斯坦的天才奉献。
但是，当这一切准备停当， 这些怪异的新型数学
将会导致一场革命
如何理解我们周围的空间的革命。
很好。那么，什么是空间？
我们认为，我们知道答案。我可以 谈论这个宽敞的房间。
在这里有很多空间。
或密闭空间。没有 足够的体积，没有足够的空间。
但是，难道只有当空间中 放有东西时空间才存在吗？
只有当它被墙壁封闭时 空间才有意义吗？
想想两个物体之间的距离。
如果你把物体移走 这种间隔是否依然存在？
如果没有起点和终点
我们还能给距离赋予什么意义？
最终，问题是这样的 -
空间本身是有形式吗？
空间是否有结构或形状？
或者它只是事件发生的地方？
首先描述空间属性的 是2000多年前的数学家
欧几里得在他的传奇文献 《几何原本》中给出的。
在这本书中，他预设了一套简单的， 关于空间的逻辑规则，
在今天，我们称之为 欧几里得几何。
欧几里得几何是我们每天 都见到的我们周围的几何。
如果你坐在一个房间里，它是 通常的矩形房间，
你看到的是大量的直线，直角，
您会看到平行线，这个窗户， 窗口的两边平行。
如果你延长它们，它们会 保持完全相同的距离，
它们永远不会相交。
如果你走近了看， 你会看到另一件事
那就是你画的任何三角形， 三角形的角度
加起来总是为180度。
这就是欧几里得几何的特点。
人们常常认为 这就是所谓的几何学，
没有别的可能。
对于欧几里得自己， 以及其后2000年
几乎所有的数学家而言，
这些规则不只是 从数学上来说是真的，
它们也是物理现实本身 真实的表述。
因此，他们认为两条平行线
将永远保持平行。
一个在真实空间中的三角形
其角度之和总是180度。
但是,尽管听起来 可能很奇怪,
它实际上并不总是如此。
大约250年前， 在德国北部的一个小镇，
一个数学家诞生了，他有能力和创意开始
拆分欧几里得几何,
并开始改变我们关于空间的想法。
他的名字就是 卡尔·弗里德里希·高斯。
高斯在他的职业生涯中解决了许多 重大问题，但是从年轻的时候开始，
他开始猜测欧几里得的规则
可能并不像每个人想象的那样绝对。
具体来说，高斯开始注意到 在弯曲空间，
可能存在其他类型的几何， 不同于欧几里得的几何规则。
例如，在球的表面，
三角形的角度之和 可以超过180度。
许多其他人完善和发展了 高斯的思想。
但他最伟大的成就之一 就是给了我们一个巧妙的方法
来准确地测量曲率。
这个方法因其简称为“绝妙定理” 而为人所知。
让我用这个地球仪来解释一下。
我们可以看到，它是三维的，
因为我们可以 退后一步来看它。
但是，如果你是一只蚂蚁， 停留在球的表面呢？
它怎么会知道， 这个表面是弯曲的？
所以，想象你是这只蚂蚁， 你开始在北极。
面朝南方， 向下移动向赤道。
在赤道上，你仍然面朝南方， 你沿着赤道，
侧身移动。
然后，您在到达了某点， 然后你开始往后退
所以你仍然面朝 相同的方向，
回到了北极。
现在，看看这里发生了什么。
在整个路程中，你一直指向南方 但是，当你回到
你的出发点时，你 面向着不同的方向。
对这一现象的理解 给了我们一个方法来
计算一个表面的曲率, 而从不离开表面。
“这是一种惊人的洞察力。”
但它仅适用于弯曲的表面， 也就是二维曲面。
现在轮到高斯的一个高才生， 伯恩哈德·黎曼
用一种方式拓展这些想法
以便将这些想法应用到 我们周围的三维空间上。
这将是一个大胆，古怪，
非数学家式的、 听上去很是荒唐的概念。
在他只有26岁时，黎曼把他 奇怪的几何学新思想
放在一次演讲中， 这次演讲成为数学家之间的传奇。
在1854年6月，黎曼面对激动万分的观众 进行了他的演讲。
在这些演讲中，他详细论述了怎样 借用高斯关于曲面的思想，
推广这些思想 使它们不仅能用于二维曲面
还可以用于 任何维度的空间曲率。
好了，的确，我相信这一切 听起来相当复杂。
在任何维度中弯曲的空间， 我们究竟是什么意思啊？
因此，让我试着解释一下。
东西就在这里，高斯谈到 弯曲的二维曲面。
好，在这里我们有一张纸， 它是二维的。
所以，如果我把它弯曲，我们可以 看到和理解这一曲率。
但仅仅是因为它嵌入 在三维空间中。
现在，如果我们弯曲三维 又会如何？
可以推测， 我们需要一个第四维。
但是，你怎么得到这个 四维空间？
跨出我们的三维世界 是不可能的。
无论你在宇宙中旅行到哪里，
无论你走多远， 你始终被困在三维空间中。
黎曼的天才之处在于
你不需要站在第四维 来断定空间是否弯曲。
你确实可以就在三维空间里 断定三维空间是否弯曲。
但是，对黎曼而言，这仍然始终 是一个纯粹的数学概念。
这将需要爱因斯坦， 把这些数学思想整合起来，
把柔韧的，弯曲的 非欧几里得几何
应用到我们周围的真实空间。
我认为关于整个非欧几何的故事
最重要的一点就是
它显示了数学和现实世界 是如何关联起来的。
故事开始于数学家的闲逛
问，“可以有不同于欧氏几何的几何学吗?”
如果有人说， “你为什么要研究那？”
他们会说：“不知道。” “它有什么用吗？”
“不知道，只是觉得这很有意思。”
但他们闲逛着， 发现一个惊人的答案 -
不同的几何学是有可能的。
而即使到了这一时刻，没有人 把这个思想应用到任何实际中。
然后时机成熟了， 爱因斯坦一路走来，说，
“这就是我所需要的， 这是真实的物理学。”
而突然之间，这一深奥的数学
对科学事业至关重要了。
爱因斯坦表明，我们不是生活 在欧几里得的平坦世界，
而是在高斯和黎曼的 奇异的，弯曲的世界。
在短短的几年之内，
爱因斯坦竭力驯服 这些最困难的
抽象的数学思想， 直到他与卓别林共进晚餐的日子。
这一切都拜他一生中的 巅峰工作所赐 -
广义相对论。
在广义相对论中， 爱因斯坦采用了
高斯和黎曼的数学
并用它来画一个革命性的 物理世界的图像。
他证明了，正如高斯曾怀疑的， 我们周围的空间几何
并不总是规则的， 平直的，欧几里得类型的。
但如果我们周围的空间 是弯曲的，扭曲的，
当然,我们必须能够观察到, 是这样吧?
嗯,我们观察到了 -只是 不是以你可能期望的方式。
这就是爱因斯坦的主要见解。
他证明了，正是 空间具有弯曲、形变的能力，
空间的柔韧性， 对自身几何属性的改变，
才产生了我们 称之为引力的力
对。
现在，从牛顿时代以来，
引力被认为是一种力， 它把所有物体拉在一起。
所以，如果我放开这个苹果，
就仿佛有一根无形的 橡皮筋
把它拉向地球。
但爱因斯坦的广义相对论 为我们提供了一个
完全不同的画面， 一个全新的角度。
因此，尽管引力显示出 是一种力，
实际上它只不过是 空间本身的曲率而已。
当一个物体落下时，它完全不是 被引力拉下来的，
它只是顺着最简单的路径 通过弯曲的空间。
但广义相对论的方程 并没有就此结束。
这些方程显示， 正是由于质量的存在
造成了空间的 弯曲和变形。
我们在地球上有重力的原因 是因为实际上是地球
使它周围的空间弯曲了。
在爱因斯坦的宇宙理论中，
空间成为一个动态的实体， 反作用于空间中的物质。
空间知道引力体的存在， 并以很有趣的方式
改变自身的几何属性 来对这种存在作出响应。
这样，一个在16，17， 18，19世纪里非常乏味的，
静止的物体， 突然在爱因斯坦的理论中，
它就变成了一个动态的、 几乎活着的物体。
爱因斯坦的理论表明， 空间本身，
整个宇宙，万物，
不仅是难以想象的大， 它还有一个形状和结构。
它是可塑的。
一切都可以弯曲和变形。
高斯，黎曼和爱因斯坦， 他们给出了一种
我们身处其中的空间和时间 能够如何弯曲的描述。
他们发现，空间和时间 并不是固定不变的
供宇宙的行为表现出来的舞台。
它们实际上是 演出的一部分。
人们很快就意识到，因为 广义相对论
适用于一切事物， 它给了物理学家一种方法
使他们能够置身宇宙之外， 来设想
宇宙作为一个整体 会如何表现。
而当他们这样做了之后， 他们看到一些
非常令人困惑的东西。
这些方程给出的 对宇宙的描述
看起来荒谬可笑。
方程描述的东西 实际上是在膨胀。
这似乎很荒谬， 整个宇宙居然
可能是某种移动的， 有机的，膨胀的实体。
也正是这样一个奇怪的预测，
即使是爱因斯坦 也拒绝相信它。
爱因斯坦推翻了 人类几千年来
关于时间和空间的常识概念。
但他仍然不能接受
整个宇宙可能是 动态的和不断变化的结论。
事实上，他是如此坚信 宇宙是静态的，他准备
修改他原来的方程 给方程增加额外一项，
这一项被称为宇宙常数 这样就使宇宙稳定了。
但爱因斯坦是在试图 修复并没有损坏的东西。
到这里，我们的故事 返回到埃德温·哈勃。
有了胡克望远镜的装备， 哈勃将揭示
爱因斯坦曾拒绝相信的真理
在发现了我们的银河系 只是众多星系中的一个后，哈勃开始
研究其他这些星系 移动的方式。
哈勃知道，当光源 接近我们时，光波会
被压缩，并显示为蓝色。
如果一个光源是在后退， 光波将被拉伸
显示为红色。
他看到的情况令人震惊。
所有遥远的星系 都是红移的。
它们都正在远离我们。
不仅如此， 越是更远的星系，
离开我们的速度越快。
哈勃的观测和爱因斯坦的 广义相对论
是一致的。
但是，最关键的地方 在这里，并不是这些星系
在穿过空间 相互远离。
而是星系之间的
空间构架本身在膨胀。
所以宇宙作为一个整体 变得越来越大。
这就是哈勃和爱因斯坦 的工作所揭示出来的。
不久爱因斯坦就访问了哈勃 亲自察看了观测数据。
接下来他就会承认 修改他的方程
是他最大的科学失误。
那么，为什么空间 会这样膨胀？
不久哈勃和爱因斯坦 就达到了一致意见。
如果空间构架在膨胀
这意味着，此前， 宇宙是较小的。
把时钟往回拨，倒回去足够远... ...
..结果似乎是 存在一个点
我们的整个宇宙就从这点开始。
观测数据正指向 宇宙创生的时刻。
但许多科学家并不相信 这一显而易见的大爆炸。
这个飞跃似乎跨得太远了。
但有一件证据
具有使大家信服的说服力。
大致情况是，如果宇宙大爆炸 发生过，那么
宇宙创生一段时间后，
一定会有一道闪光 放射到整个宇宙。
现在宇宙的每一个部分 都应该被这束光所充满。
结果就是这样。
只是碰巧是一种 相当不寻常的形式。
并不像它听起来的那样， 宇宙大爆炸火球的遗迹
实际上在电视上就可以看到。
让我解释一下 这是怎样成为可能的。
想象一下，这气球 是我们的宇宙。
这是短短几十万年。
这个时候， 非常奇怪的事情发生了，
因为宇宙突然对 原子形成时出现的可见光
变得透明。
这好比是一层雾已消散了
光突然能够自由旅行 穿过整个宇宙。
在空间的每一点， 光子开始不受阻碍地旅行
整个宇宙充满了耀眼的光芒。
但在早期宇宙的炎热骚动中 释放出来的这光
并没有永远明亮。
随着空间的膨胀， 它沿着光谱延伸
从可见光降到 到微波频率。
而就是这些微波， 被电视天线检测到。
令人难以置信的是，
这些静电干扰的近百分之一 是宇宙创生的余辉本身。
它是宇宙最早期光的
展宽了的残留物。
今天，通过人造卫星，能够绘制一幅 宇宙变明亮的时候的
全宇宙地图， 其精度令人难以置信。
这是宇宙的第一个黎明 的化石光。
这是宇宙有一个开端的 令人信服的证据。
利用微波辐射， 宇宙学家甚至能够标注年代。
我们的整个宇宙有 137亿岁。
这万物的发端就是 回答那个问题所需要的最后一部分信息
那个问题由 托马斯·迪格斯第一个提出
时间是在400多年前。
它最终将给我们 一个满意的解释：
为什么夜晚会变黑。
OK，事情就是这样， 我希望这一切都言之成理。
越远的恒星， 就要用越长的时间，
它的光才能到达地球。
因此，如果宇宙 是永远存在的，
那么在那里的所有光线 就都会有时间到达我们这里
夜空将由于星光而灯火辉煌。但事实并非如此。
这就是原因。
想象当宇宙 比今天
更年轻，也更小的时候。
在宇宙另一边的一束光 朝向我们所在的制高点。
开始一段旅程
但是，随着空间的膨胀，
光需要穿越的距离 持续地越来越大。
快进到今天，这束光 仍然还没有达到我们这里。
所以，无论我们怎样 努力地看着天空，
我们还是根本无法看到它。
我们只能看到这样的恒星 它们的光能够有时间到达我们这里
这个时间应该在 自宇宙大爆炸以来的137亿年内。
这个区域被称为 可观察的宇宙。
这里没有足够的恒星 来照亮夜空。
所以，我们只看到 这样的恒星和星系的光
它们的光有机会到达我们这里， 这就是为什么夜晚会变黑。
我们看着理所当然， 最简单的事实
即夜晚的天空是黑暗的，
其含义令人难以置信的深刻。
用了200多年来建立理论， 思考，还要等到
广义相对论提出之后， 最终我们才能理解
为什么夜晚的天空是黑暗的。
通过推理、观察和想象， 我们发现了
更好的方法来 投射我们的小岩石(地球)以外的情形
这块小岩石翻滚着穿过太空。
我们已经变得比以往任何时候 都更加熟练
来描绘万物的图像。
这是一个宇宙处于起步阶段时的 计算机模拟。
利用这个模拟，我们可以看到引力 的力量在数十亿多年里
对宇宙的塑造。
这个图片最亮的 白色和黄色区域
显示的是星系和星系群 形成的地方。
你可以看到， 在宇宙演变时，
一种奇怪的隐藏的结构 如何开始涌现。
这就是宇宙之网。
这是迄今为止我们的最佳画面， 展示了从最大尺度来说
万物看起来可能是什么样的。
它显示了大量的星系团 由广阔的细丝
连在一起，每一个星系团 都含有数万亿的恒星。
其规模之大有时 是很难估计的。
但光要穿越这幅图中的距离
需要几乎100亿年的时间。
但这副令人难以置信的 关于万物的图片注定要改变。
我们开始明白， 在遥远的未来，
宇宙将成为一个可怕的 暗淡荒凉的地方。
1998年，一个 天文学家团队发表了一篇论文
报告他们在遥远的星系 看到了超新星爆炸。
他们希望 非常准确地测量
宇宙膨胀的速度有多快。
现在，他们期望能够发现 只需要宇宙中的所有物质的引力
的牵引，膨胀的速度就能慢下来。
但他们大错特错了。
宇宙是越来越大， 越来越快。
膨胀的速度 正在加速。
似乎有某种神秘的 力量把万物相互推开。
我们仍然不明白 这股力量的起源，
但它一直被冠以暗能量的名称。
这还有一个迷人的 但又令人不安的后果。
如果宇宙膨胀 持续加速下去
那么我们可见的宇宙 将要变得空空荡荡。
让我解释一下。 试想，我在一个遥远的
星系上，你可以从地球看到这个星系。
随着我们之间的空间的伸展， 在未来的某个时刻
由于空间膨胀得太快，以至于 光也无法跑过它，
那样我所在的星系 就会从你的视野消失。
这就意味着
在遥远的未来， 从现在开始大约1000亿年之后，
如果智能生命形式 仍然存在于我们的银河系，
他们仰望太空，就只会看到 存在于我们的银河系中的恒星。
所有其他星系 都已经消失了。
而且他们将孤独地独处于 一个巨大的，黑暗的，空旷的区域。
我这里有一个盒子。如果我尽我所能地 移去里面的所有一切
会发生什么？
那么，还会有什么东西 存在于这个盒子的空间中？
里面难道真的是虚无的吗？
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