如果把人类文明的全部历史压缩成24小时，那么人类真正开始认识宇宙，可能只用了最后几秒。
可就是这短短几秒，我们已经把探测器送出了太阳系边缘，用望远镜看到了数百亿光年外的星系，甚至拍到了黑洞的“影子”。
看起来，我们距离宇宙真相越来越近。
但一个尴尬的事实也摆在面前：
人类知道得越多，宇宙反而显得越神秘。
我们知道宇宙大约有138亿年的历史，知道它正在膨胀，知道银河系只是数以千亿计星系中的一个，也知道普通物质只占宇宙总质量能量预算的一小部分。
可如果继续追问——宇宙为什么存在？暗物质是什么？暗能量是什么？黑洞吞进去的东西去了哪里？为什么宇宙中的物质比反物质多？我们突然发现，很多问题根本没有最终答案。
更可怕的是，其中一些问题，可能不是“现在不知道”，而是从物理规律上就存在无法观测的可能性。
01 宇宙为什么会存在？
这是所有宇宙问题的源头。
因为我们可以不断追问：地球为什么存在？太阳为什么存在？银河系为什么存在？宇宙为什么存在？可追到最后，就会出现一个非常令人头疼的问题：为什么不是“一无所有”？现代宇宙学已经能够相当准确地描述早期宇宙。
宇宙微波背景辐射、轻元素丰度、星系分布以及宇宙膨胀等大量证据，都支持热大爆炸宇宙学模型。
但“大爆炸理论”并没有真正告诉我们：
宇宙最初为什么会处于那个状态？
这两件事情不是一回事。
就像你可以详细描述一场火灾从第一分钟到第十分钟发生了什么，却仍然不知道火灾最初究竟是谁点燃的。
更麻烦的是，在宇宙极早期的极端条件下，广义相对论与量子理论无法自然地统一。
科学家因此一直在寻找一种能够同时描述引力和量子世界的理论。
也就是所谓的“量子引力”。
如果有一天真的找到了，它可能彻底改变人类对宇宙起源的认识。
但在那之前，“宇宙为什么存在”仍然是一个悬在物理学头顶的问题。
甚至还有一种可能：
所谓“大爆炸之前”，这个说法本身就是错误的。
因为如果时间本身就是宇宙演化的一部分，那么问“宇宙诞生之前发生了什么”，就有点像问：
“北极以北是什么地方？”
答案可能不是某个地点。
而是——
这个问题根本没有定义。
02 宇宙中大量存在的暗物质，到底是什么？
这是现代天文学最尴尬的事情之一。
我们能够看到恒星。
能够看到行星。
能够看到星云。
能够看到遥远星系。
甚至能够看到数十亿年前发出的光。
但宇宙中很大一部分物质，却从来没有被我们直接看到。
它就是：
暗物质。
按照目前主流宇宙学模型，普通物质大约占宇宙总质量能量预算的5%，暗物质约占27%，暗能量约占68%。
换句话说：
我们平时看到的太阳、地球、人类、房子、汽车、空气，全部加起来，也只是宇宙的一小部分。
剩下绝大部分，我们并不知道究竟是什么。
那么科学家为什么相信暗物质存在？
答案来自引力。
例如许多星系外围恒星的运行速度明显高于仅靠可见物质能够解释的程度。
如果没有额外质量，这些恒星按照传统计算似乎很难保持现在的轨道。
还有星系团中的引力透镜现象。
遥远星系发出的光经过巨大质量区域时会发生弯曲。
科学家可以根据这种“光线被掰弯”的程度反推出那里存在多少质量。
结果发现：
真正产生引力的东西，比我们看到的物质多得多。
于是暗物质成为目前最主流的解释之一。
但最令人抓狂的地方来了。
几十年来，全世界建造了大量地下实验室、粒子探测器和空间望远镜寻找暗物质。
到目前为止，我们仍然没有获得被广泛接受的暗物质粒子直接探测证据。
这就出现了一个非常奇怪的局面：
我们几乎可以确定有某种东西在“拉”着宇宙，却不知道它究竟是什么。
它可能是一种新粒子。
可能是轴子。
可能是其他尚未发现的粒子。
甚至还有科学家认为，问题可能出在引力理论本身。
所以暗物质真正的谜题不是“它在哪里”。
而是：
我们究竟是在寻找一种新物质，还是在等待一套新物理学？
03 让宇宙疯狂加速的暗能量，到底是什么？
如果说暗物质让科学家摸不着头脑，那么暗能量可能更夸张。
因为它不仅看不见。
甚至还在影响整个宇宙的命运。
20世纪90年代，天文学家研究遥远的Ia型超新星时发现了一个令人意外的结果：
宇宙膨胀正在加速。
这完全出乎很多人的预期。
按照直觉，宇宙大爆炸之后不断膨胀，随着引力作用，膨胀速度应该逐渐减慢。
结果却相反。
宇宙像是在越跑越快。
于是科学家提出了“暗能量”。
今天的标准宇宙学模型认为，暗能量约占宇宙总质量能量预算的68%。
注意这个数字。
68%。
也就是说，我们对于宇宙中占比最大的成分，至今没有真正弄清楚它是什么。
这件事放在任何其他科学领域，都会让人觉得不可思议。
我们连宇宙未来究竟会怎样，都因此留下了巨大的悬念。
如果暗能量就是一个恒定的宇宙学常数，那么宇宙可能会继续加速膨胀，星系之间越来越遥远。
如果暗能量随时间变化，那么未来宇宙可能完全不同。
甚至还有一些极端理论认为，如果暗能量性质发生剧烈变化，宇宙最终可能走向一种被称为“大撕裂”的结局。
当然，这只是理论可能性，并不是已经得到证实的未来预言。
真正的问题是：
我们现在连暗能量的本质都没有确定。
04 为什么宇宙没有被反物质“炸光”？
这一谜题，直接关系到：
为什么今天会有我们。
在粒子物理学中，很多粒子都有对应的反粒子。
电子对应正电子。
质子对应反质子。
当物质和反物质相遇时，可以发生湮灭并转化为能量。
那么问题来了。
宇宙诞生早期，物质和反物质理论上应该大量产生。
如果数量完全相同，那么经过一轮又一轮湮灭，最终应该留下大量辐射，而不是今天这个充满星系、恒星和行星的宇宙。
可现实显然不是这样。
物质赢了。
但为什么？
目前科学家知道一些能够产生物质—反物质不对称的物理机制，例如CP对称性破缺。
问题是：
我们已知的这些机制，似乎不足以解释今天宇宙中如此明显的物质优势。
所以很多物理学家怀疑：
宇宙早期可能存在我们还没有发现的新物理过程。
这意味着，宇宙最开始的那段历史，很可能隐藏着一种今天地球上的实验室还没有捕捉到的规律。
而这个谜题最有意思的地方就在于：
如果当初物质没有稍微“赢”那么一点点——
今天可能根本没有银河系。
没有太阳。
没有地球。
也没有人类。
从这个角度来看：
我们今天看到的整个宇宙，可能都是一场极其微妙的不平衡留下来的结果。
05 黑洞吞进去的东西，最后到底去哪了？
黑洞是宇宙中最让人着迷的天体之一。
它的引力强大到连光都无法逃脱。
但黑洞真正可怕的地方，不是“吸东西”。
而是：
它可能逼着现代物理学的两大支柱正面发生冲突。
广义相对论告诉我们，黑洞内部可能存在奇点。
量子力学却告诉我们，物理系统的信息不能随随便便消失。
那么，如果一个人、一颗恒星，甚至一台电脑掉进黑洞，它携带的信息最终去了哪里？
如果黑洞最终通过霍金辐射慢慢蒸发，那么信息有没有随着辐射重新回到宇宙？
如果回来了，信息到底藏在哪里？
如果没有回来，那么是不是意味着量子力学某些最基本的原则需要修改？
这就是著名的：
黑洞信息悖论。
几十年来，无数理论物理学家试图解决这个问题。
弦理论、全息原理、黑洞互补性等理论，都提出过不同方向的答案。
但目前仍然没有一个得到所有人认可的最终解决方案。
更让天文学家头疼的是：
我们已经发现一些存在于非常早期宇宙中的超大质量黑洞。
它们出现得实在太早。
按照部分传统成长模型，它们似乎没有那么多时间长到如此巨大。
那么它们究竟是怎么形成的？
是第一代恒星死亡后留下的黑洞迅速吞噬物质？
还是宇宙早期直接形成了巨大的黑洞种子？
又或者，我们对黑洞成长速度的理解仍然不完整？
黑洞可能正在逼迫人类回答一个最基本的问题：
空间、时间、物质和信息，到底是什么？
06 我们看到的宇宙，究竟是不是“全部”？
最后一个问题，可能是最令人无力的。
因为它不是技术问题。
而是宇宙本身可能不允许我们看到答案。
我们经常听到一个数字：
可观测宇宙直径大约930亿光年。
很多人第一次听到这个数字，会以为宇宙就是930亿光年大。
实际上完全不是这么回事。
“可观测宇宙”指的是：
从地球能够接收到信息的那部分宇宙。
因为宇宙有年龄限制。
光速也有限。
距离我们极其遥远的区域，即便现在存在着无数星系，它们发出的光也可能永远无法抵达我们。
所以：
可观测宇宙 ≠ 整个宇宙。
整个宇宙究竟有多大？
我们不知道。
它可能非常巨大。
可能有限。
也可能无限。
甚至存在一些区域，无论人类把望远镜造得多大，都永远无法看到。
这就意味着：
如果宇宙某个区域永远无法与地球产生因果联系，那么那里发生的一切，对于我们而言都可能成为永远无法验证的信息。
这是一堵真正的墙。
不是技术墙。
不是资金墙。
不是望远镜分辨率的墙。
而是：
物理规律本身设置的墙。
还有一个更奇怪的问题：宇宙可能正在告诉我们“理论还不够好”
如果你认为这6个问题已经够离谱了，还有一个现象值得关注。
那就是：
哈勃张力。
科学家测量宇宙膨胀速度，有两大类主要方法。
一种根据早期宇宙留下的宇宙微波背景信息推算。
另一种直接观察相对较近宇宙中的造父变星、Ia型超新星等天体。
结果，两种方法得到的哈勃常数存在明显差异。
根据NASA给出的数据，后期宇宙观测得到的数值大约在70—76公里/秒/百万秒差距，而从宇宙微波背景推算出的结果约为67—68公里/秒/百万秒差距。
数字看起来只差一点。
可在宇宙学里，这一点可能非常重要。
因为如果双方的数据最终都被证明没有系统性错误，那么就意味着：
标准宇宙学模型可能缺了一块。
可能是新的粒子。
可能是新的场。
可能是暗能量性质发生变化。
也可能是我们对宇宙早期演化的某些理解出现了偏差。
当然，现在还不能轻易宣布“新物理已经出现”。
科学需要证据。
但正是这些异常，让科学家继续往前走。
写在最后：宇宙真正可怕的地方，不是它大，而是它可能存在“认知边界”
人类总喜欢相信：
只要科技足够先进，就没有什么问题不能解决。
可宇宙未必会给我们这个机会。
有些答案，也许只是暂时不知道。
暗物质或许未来可以被直接探测。
暗能量或许会被新的观测彻底揭开。
黑洞信息悖论或许最终能够通过量子引力理论解决。
宇宙起源也可能在未来某一天迎来突破。
但还有一些问题，可能天然存在观测极限。
比如可观测宇宙之外究竟是什么。
比如宇宙是否无限。
比如时间在最初究竟意味着什么。
这些问题，也许并不是“科学家还没有找到答案”。
而是：宇宙可能根本没有把答案送到我们手里。但这并不意味着探索失去了意义。
恰恰相反。
从抬头看月亮，到望远镜看见遥远星系，再到今天研究黑洞、暗物质、引力波和宇宙早期结构，人类用了几千年，才从“星星是什么”走到“宇宙为什么存在”。
也许我们最终不会知道宇宙的一切。
但每解决一个问题，就会少一层黑暗。
而科学最迷人的地方，也许就在这里：
我们并不知道终点在哪里，却还是一代又一代地向前走。
因为在138亿年的宇宙历史中，真正不可思议的事情或许不是宇宙存在了这么久。
而是——在一颗普通恒星旁边的一颗普通行星上，竟然诞生了一个会仰望星空，并且试图弄懂整个宇宙的物种。
热门跟贴