能量不是连续的，时空可以弯曲，银河系不是唯一的星系，宇宙在膨胀……这些发现对19世纪的物理学家来说根本无法想象。那些我们曾经认为固定不变的事物，最终都随着我们对自然的更深刻理解而发生了变化。

即使到了今天，我们对宇宙全貌的理解也不超过5%，还有95%是完全未知的暗物质和暗能量。这是一个令人兴奋的时代，因为有如此之多的谜题等待被解开。为了回答这许许多多的难题，有时物理学家也会提出一些疯狂的想法。

假如光速曾经更快

我们都知道，真空中的光速是宇宙中的速度极限。爱因斯坦的相对论告诉我们，任何物体的运行速度仅是接近这一极限都会引发一连串问题，比如时间膨胀、长度收缩等。只有像光子这种无质量的物体才能达到这一极限速度。

光速的恒定和有限，也让我们意识到星际殖民计划是件多么遥不可及的事。例如，就算宇宙飞船以光速飞向离我们最近的恒星系统，也将耗时4年多。

但如果光速是可变的呢？

假如光速是无限的，那么无质量的粒子和它们所携带的信息可以从一个点瞬间移动到另一个点，因与果会一同来到，一切都会同时发生。宇宙将没有历史、没有未来，我们所理解的时间也会消失……这当然不会是我们所希望看到的宇宙。

然而，如果光速可以更大的话，那么就可以解决宇宙学中一个大难题——为何宇宙各处的温度基本都是相同的。要知道自宇宙大爆炸发生以来，并没有足够的时间让宇宙中的任意两点实现这种热平衡。

宇宙微波背景上相隔非常遥远的两个点，为何有相同的温度？

标准的宇宙学模型会用暴胀来解决这个问题。暴胀理论认为，在极早期的宇宙中，空间会突然膨胀得比光速还快，这种超光速在爱因斯坦的相对论中是被允许的，如此一来就把一个均匀的温度带向遥远的地方。但暴胀模型必须具有很强的灵活性，这样才能与现有的观测结果相匹配。

1997年，Joao Magueijo和他的同事Andreas Albrecht开发了一个简单的与暴胀相抗衡的模型。这一模型可追溯到20世纪30年代英国物理学家狄拉克（Paul Dirac）的一个想法，他认为自然界的物理学常数可能不是恒定的。Magueijo和Albrecht意识到，如果光在早期宇宙中被提高到更快的速度，那么光可以快速移动，使得相距遥远的不同区域拥有相同的温度。

如今，Magueijo也提出了在宇宙微波背景的涨落中测试可变光速的方法，使乍听之下非常激进的想法变成物理学家可以实际检验的东西。假如光速真的可变，那就意味着宇宙中的自然法则并不总如我们今天所看到的一样。

假如有一个反物质世界

当物质和反物质相遇时会发生湮灭。

对许多人而言，反物质似乎依然存在于科幻小说之中。但其实，无论是我们的身体，还是日常食用的香蕉，许多事物都会释放出非常微量的反物质。

上个世纪20年代，狄拉克为了解释像电子这样的微小、快速移动的基本粒子的行为，成功地将量子理论与狭义相对论结合在了一起。他书写下了一个优雅、简洁的统一方程，而那个方程还蕴藏一个令人意想不到的结果。狄拉克方程预言了，每一种物质粒子都有一种相应的反粒子，除了电荷相反，这种反粒子与粒子的性质一样。

更令人惊喜的是，仅三年之后，安德森（Carl Anderson）便在宇宙线中发现了电子的反粒子——正电子。然而，反物质的存在也引发另一个大谜题：最先进的理论模型告诉我们，在宇宙诞生之初，应该有等量的物质和反物质被创造出来。但显而易见的是，我们生活在一个由物质主导的世界。那么，那些反物质粒子都在哪里？

首先，反物质粒子不可能在离物质粒子很近的周围，因为一旦它们相遇就会相互湮灭，并会产生X射线的高能闪光。粒子在各种小尺度上的行为或许能使得物质略多于反物质，但这不足以解释我们所看到的这种巨大差异。

莫非缺失的反物质在别的我们不知道的地方？比如在完全由反物质构成的恒星和星系中？反物质构成的恒星所发出的光与普通恒星相同，而且反物质恒星也会像我们的太阳通过太阳风释放出粒子一样，放出反粒子风。当这些反粒子与星系外的普通物质接触时，也会释放出在宇宙中可见的X射线。但到目前为止，我们还没有看到过任何类似的东西。

在今天的宇宙中，正电子和反质子都可以被相对容易地制造出来，比如当高能粒子在已经死亡的恒星周围的强磁场中发生碰撞时。大多数氦是在宇宙诞生的最初几分钟内产生的，因此，找到反氦，就等同于找到能产生大量反物质的过程。恒星是唯一可以产生碳以及更重的原子核的地方，所以如果发现一个反碳原子核，则可以证实在宇宙的某个地方有着一颗反物质恒星。

想要寻找这些反粒子信号，就必须将探测器发送到太空，因为反粒子一旦与我们的大气层接触，就会即刻湮灭。因此，这类搜寻工作不仅对探测技术有着极为苛刻的要求，还需要足够久的时间才可能收集到有意义的、足以说明问题的事件。

假如宇宙不止三维

三维是我们描述这个世界的最完美维度吗？

我们生活在一个三维空间中。当然，算上时间，那可以说我们生活在一个四维时空中。尽管时间是一个奇怪的单向维度。一直以来，物理学家认为可能有超出上下、左右、前后的空间维度存在。

19世纪后期，英国数学家查尔斯·霍华德·辛顿提出，我们所感知到的不同物体之间的运动关系可被视为是四维空间中的物体在穿过我们的三维宇宙。这是什么意思呢？我们可以设想一下当一个球穿过二维平面时的画面，我们会看到一个半径随时间的推移先扩大再缩小的圆：

上个世纪二十年代初，在爱因斯坦提出描述引力的广义相对论的几年后，一个名叫卡鲁扎（Theodor Kaluza）的年轻波兰数学家试图通过在已知的四维时空上再增加一个额外的空间维度，来统一自然界中的两种基本力——引力和电磁力。卡鲁扎设想的这个维度非常非常小，小到我们根本无法察觉它的存在。

但真的存在额外维度吗？如果存在，那么空间中又有多少维呢？在卡鲁扎发表其经典论文的100多年后，我们仍然没有答案。如今，物理学家想要做的是把引力、电磁力，以及在卡鲁扎时代之后才发现的强力和弱力全部统一起来。或者说，物理学家想要找到的是一个能够统一广义相对论和量子理论的量子引力理论。

许多科学家都认为弦理论是迄今为止最完整、最有希望的量子引力理论。弦理论假设，在最基本的层面上，宇宙中所有的物质都是由微小的弦组成的。弦的不同振动方式对应着不同的基本粒子，比如电子、光子或引力子。弦理论描述了一个有着10个维度的宇宙，除了我们已知的4个维度，还有6个维度被隐藏起来了。今天，物理学家仍在努力地构思各种实验，试图证明或否定这些额外维度的存在。

参考来源：

https://www.templeton.org/news/over-gravitys-rainbow

https://magazine.caltech.edu/post/quantum-gravity

封面图&首图：NASA/ESA