但是，这些如此丰富的复杂性究竟来自何处？严格来说，质子和中子并非真正的基本粒子。相反，它们也是组合物。一个质子实际上是由3个叫作“夸克”的实体组成的（两个“上夸克”和一个“下夸克”），这3个夸克通过强原子力（或色力）绑定在一起，介于其间的是几乎无质量的“胶子”，它们在很短的距离内进行交换。夸克携带了1/3单元的电荷（一个单元为一个电子所携带电荷），能够经受所有基本的相互作用——引力、电磁力、强相互作用及弱相互作用。一个中子也是由3个夸克所组成的，一个上夸克，两个下夸克。
碳原子的原子核。
10-14米
亚原子粒子
遍布宇宙的基本要素，包括光子、希格斯玻色子等。诸如质量、电荷及量子力学“自旋”等的性质刻画出一组不同的族群。亚原子粒子的存在时间是短暂的，它们在不同的条件下被创造和毁灭，其能量和质量可交换。
请深吸一口气，接下来还有更多粒子等着我们。刚刚提到的只是质量最小的夸克，还有一些质量稍大的粒子（并未在质子或中子中找到），它们有着不同的“味道”，被叫作“奇夸克”“粲夸克”“顶夸克”以及“底夸克”。另外，质子质量和中子质量的99%都来自夸克的动能（运动的能量）及胶子的能量（感谢爱因斯坦的相对论）。如果能拆分出单个的夸克，则它本身几乎是没有质量的。在质子或中子中，这3个夸克也成了一片虚无的夸克和反夸克云，叫作“海夸克”。
如果以上这些没有给你带来任何安全感，那么欢迎你来到亚原子的奇异世界。在你穿过空荡的原子后，这里是一片崭新的富有活力之地。
让我们暂停下来，思考一下。50亿年前，我们只是宇宙中零星存在的、污垢般的“元素”，飘浮在太空中，这些元素自行组成了电子、夸克和胶子。现在，我们是能够自我维系的生命形式，已经进化出对自身和周边宇宙的认知。我们的大脑使用着860亿神经元，经历了许多代的更迭，我们发明出了能够揭露本质的数学结构，而它与我们的日常经验基本毫无共通性。
这种情况被享誉世界的爱因斯坦总结出来，他十分震惊地宣布，宇宙中最让人无法理解之事恰恰在于宇宙是可以理解的。换句话说，真正让人无法理解的，就是宇宙能够理解它自己。
质子和中子本身是复合物。
10-15米
10-16米
10
时空深处的旅程终点
10-16米，10-17米，10-18米，以及……10-35米
从1/10飞米到普朗克尺度
从近似质子半径到几乎空无一物
这里将是最后一个量级。从10-16米开始，或者说从质子这一量级开始，我们跳到了一条通向兔子洞底部的路径上。
令人震惊的是，我们的最终目标指向了第19个数量级。这段旅程与前几章中从整个可见宇宙到熟悉的地月系统这一部分类似。但这所有一切都发生在一个质子之内。
质子的内部结构比我们所预想的要复杂和混乱得多。虽然我们已探测出这个复合物只包含2个上夸克和1个下夸克，但是这只是一部分而已。
拉到更近处来观察，我们发现，这个复合粒子的结构包含一堆胶子和成对的夸克与反夸克，后者在不确定性原理的容差范围内出现又消失。能量和时间被借出又被平衡；物质在宇宙记账员生气之前出现又消失。
如果在某一瞬间，你能够挑出所有互为补充的夸克和反夸克，那么质子内部将只剩下2个上夸克和1个下夸克。这3个夸克也就是外界世界能够探测到的东西，它们具有不对称性。
质子的内部是一片虚拟粒子海。
在这些量级以及此般异样的环境中，我们有必要改变早先的一种观点：现实是由“粒子”和“波”组成的（然而波的数学应用在这些量级中仍然是值得一提的重要部分）。相反，经过深思熟虑，我们用“场”和“量”予以替换，这种说法更易理解。
从石质工具到场理论
场是一种数学函数，是一种代数的精巧设计，能够生成一种在某些时刻取决于物理位置（x，y，z）以及时间的结果。这个结果可能是一条橡皮筋的长度，可能是大气的压力或者在特定地点、特定时间的海平面高度。场的概念十分抽象，所以它可能也适用于所有物理量和各种现象，从深奥的数学族群到政治家的自我认知范围，而不仅仅适用于物质。
虚拟的糊状物。
10-17米
严格地说，你也能创建一个适用于物理中许多基本现象的场。比如，电磁力能够用场的数学来表示。同样，爱因斯坦的广义相对论公式也能用场来解释。事实上，物理中场的一个重要性质就是，它并不需要关注它自身与它所处其中的媒介的关系。
场能够移动，也能被改变，变得有能力携带波。这些波或许只能以特殊状态存在。关于场携带波的行为，如果我们忽略一大堆使之得以实现的数学物理原因，那么简单来说，这一行为使我们来到了“量”这一观念的边界。
想象一种场，其中的能量能够使波以一定幅度、频率和均势（静息水平）进行传播，就像池塘水面上的涟漪。但碰巧这些波的频率是不连续的。存在一个最小的潜在频率（或者说潜在的最长波长），而且该频率并非为0。这就像是池塘的涟漪绝不会超过某个最大距离。
这些便是相对论量子场的特性。最小的潜在频率实际上与量子场对应。就像池塘中波及范围最远的涟漪般，这种量子具有最小的能量，而能量又与我们之前所说的粒子（感谢爱因斯坦的著名公式：E=mc2）的质量对应。其他形式的场不需要大量的粒子，例如量子色动力学和无质量胶子的场理论。
你可能已经晕头转向了，所以我们便将这里画为底线吧：最好将那些所谓的粒子看作各种相对论量子场的量子，也就是量子场所能形成的最低频的涟漪。无论这些粒子是电子、质子、夸克、胶子，还是从中微子到希格斯玻色子的其他东西，它们都是量子场的激发源。所以，当我们讨论到亚原子物理时，我们实际上讨论的是来自场的回弹。当你听到科学家们因探测到一种希格斯粒子而感到激动时，实际上，让他们激动的并非那种粒子，而是粒子所揭露的希格斯场的存在。
这是一种思考亚原子宇宙的方法。我们正在触及人类知识的真实底线和调查工具的局限性。场、波和量只是我们寻求洞察世界基础的一个方面。它们也恰好给我们提供了一些科学史上对世界特性所做的最为精准的理论预测。
10-18米
物理宇宙说明
数学语言允许我们尽力解决物理现实的性质。但是随着我们理解的不断深入，从结数学和物理基本定律到统计力学及其复杂性，再到相对论、量子力学和其他理论，我们的理解越来越不完整。
自始至终
目前对于不确定性原理的认知告诉我们，在10-35米的量级，宇宙不再表现出任何可接受行为的表象，至少不再体现任何我们所知的规则。
我们知道，光需要5×10-44秒来走过10-35米这一段距离，这两者就是普朗克时间和普朗克尺度（两个基于真空特质的物理常数）。我们在其他性质的常数组合，例如光的速度、引力常数、普朗克常数（与光和物质的量有关）以及π中，追寻着普朗克时间和普朗克长度的起源。从这个角度来说，初看上去，普朗克单元可能只是有趣的数字游戏。
然而我们怀疑，某些重要的事情在这一量级发生了。
似乎这一尺度没法再进行进一步的真实测量：位置和时间的整体观念因不确定性而崩塌。理论物理指出，在这个级别，时间—空间的结构不再是平滑的。相反，时空可能是“离散的”（discretized），它们能够量化成不可分割的位。在这一量级，我们真的需要量子引力理论来面对现实。然而我们目前还没有形成一套完整的理论。
这个量级也是虚拟黑洞出现并消失的尺度，就好像它们也是场的量子一样。对于人们广泛讨论的弦理论来说，这也是有意义的最小尺度了：大约是形成所有元素粒子（是的，弦、场、量子引力，所有这些混在一起）的震动弦的大小。
关于超小量级的另一种令人感兴趣的说法是，时空本身变成了量子泡沫。如果这种说法正确，那么我们所熟知的简单的空间几何将无法在这样微小的范围中存续。相反，时空会扭曲并震荡，带着不确定性的怒火冒泡、颤涌。这种量子泡沫的想法可以延伸到虚拟粒子（量子）在真空中不断地出现又消失的观念。正是这种真空虚拟“海”，可能与我们在最大量级上看到的推离宇宙的暗能量相关。在量子泡沫的假设中，时空的结构因虚拟的扭曲和反转而扭动。
我们是否有希望证实量子泡沫的存在呢？可能会有那么一天吧。在10-19米这一尺度（很小，但距离10-35米还远着呢），我们能够确认时空仍然是平滑而有规律的。但在尺度之梯的底部到底是什么，现在仍不得而知。
端到端
现在，在穿越了60多个数量级后，我们迎来了我所谓的“现在该结束了”之时。当然了，我们也从这里开始，从普朗克尺度开始，不断提升数量级，直至充满闪闪发光的宇宙尘埃和结构的可观测宇宙。其本身并不像一颗复合粒子，而更像一个散布着能量和活力的地方。
这段旅程将带着我们从一个质子内部，到一个碳原子内部，到一条脱氧核糖核酸内部，再到一个虱子细胞表面的细菌细胞内部；虱子在鸟的鸟喙上，鸟藏身于大象皮层上，大象身处东非大裂谷的一小片灌木丛中，大裂谷坐落于一颗岩石行星的一块浮动地壳的大型大陆一角，这颗岩石行星深藏在一颗恒星的引力井之中，恒星处于孤寂的星际空间，而星际空间内有一片旋转的，由气体、尘埃和暗物质组成的星系，这是一组星系和其他星系超星系团的一部分，分布在一片138亿岁、正在膨胀、大部分空荡荡的时空之中。
我们的宇宙环境影响了我们看待现实的方式。
可伸缩宇宙的所有尺度。以“10的幂”次来看，人类几乎存在于不可思议的大与难以想象的小之间的中间位置，而在最后阶段，从10-19到10-35米的缩放程度与从人类到质子内部的缩放程度相当。
这些方向与焦点的选择很是有趣，因为这必然反映出人类这一物种以及我们自身所处的特定环境中的一些问题。如果这本书在100年或1 000年后写就，会是什么样子？如果这本书由1亿光年之外的外星生物执笔，又会是什么样子？
那些假想的作家、艺术家和设计师（或那些外星球上的类似角色）会遵循同样的轨迹，当然在细节上会有所不同。地球上的另一块大陆会被放大，一块不同的岩石、水或生命会被放上舞台。或者，它们笔下有可能会出现一个完全不同类型的星系：一个新的恒星宿主，另一个行星家园。
然而在本书呈现的时空范围内，对人类自身而言，我们所走的这条路径并不陌生。在自然界中，无论是场、量子及宇宙中的各种力，还是复杂因素、新事物和组织的潮涨潮落，一些基本定律总在其中发挥作用。这些规则形成了一种语言，这种语言如此丰富，足以超越时间或空间的分隔。而我们只需要学习如何翻译它。
这项任务是很有可能完成的，我们将尝试做更多这样的翻译。解剖学表明，现代人类已经存在了约10万年。这只是宇宙年龄的0.0007%。人类只是走过了宇宙漫长历史中的短短一瞬，而我们的科学已经能带领我们跨越60个数量级了。
换句话说，如果将宇宙年龄等同于一个人的一生，那么宇宙只不过花费了5个小时的时间，让我们人类这种生命形式出现，并对宇宙有所理解。
结束点：普朗克尺度，最为和谐的时空结构的深处。
10-35米
我们正在通过计算机和算法，通过我们的医疗优势和不断累积的知识来加速并扩展我们的思维。这些思想是最宝贵的东西；我们需要珍惜这70多亿不同思想。漫步在当今这颗岩石星球的某些地方的人，可能就是能将我们带往下一级别观念的人。这个人可能身处于任何地方，从非洲到亚洲，从大洋洲到欧洲，或者美洲。这个人更有可能就是你。
而下一段旅程至少会同这一段一样精彩。
另一个地方，另一个尺度的故事。
知识链接
在任一量级，我们已知的事情有哪些呢？以下是一张非常不完整的清单。
0.001飞米（fm，1飞米是10-15米）或更小：高级LIGO引力波探测器在频率40赫兹时的粗略镜像位移灵敏度
0.84飞米：质子的有效直径
0.1纳米（nm，1纳米是10-9米）：氢原子的有效直径
0.14纳米：碳原子的有效直径
0.8纳米：氨基酸平均大小
2纳米：DNAα螺旋的直径
4纳米：球状蛋白的大小
6纳米：肌动蛋白丝的直径——细胞骨架的一部分
7纳米：细胞壁的厚度
20纳米：核糖体的大小
25纳米：微管（细胞的细胞骨架或结构支撑的管状结构形成部分）的外径
30纳米：较小的病毒（如猪圆环病毒，它的基因组为单股环状DNA，由1768个碱基对组成）的直径
30纳米：鼻病毒（普通感冒病毒）的大小
50纳米：核孔的大小
100纳米：逆转录病毒（如HIV）的大小
120纳米：大型病毒（正粘病毒，包括流感病毒）的大小
150～250纳米：大型病毒（杆状病毒、副流感病毒）的大小
150～250纳米：已知较小的细菌的大小
200纳米：中心体（动物细胞中的圆柱状细胞器）的大小
200纳米（200～500纳米）：溶酶体（真核细胞中的细胞器，帮助分解蛋白质、碳水化合物等）
200纳米（200～500纳米）：过氧化物酶体（真核细胞的细胞器，帮助打断长链脂肪酸）的大小
750纳米：约一个巨型拟菌病毒的大小
110微米（μm，1微米是10-6米）：原核生物（细菌、古细菌等）的普遍大小
1.4微米：丝状埃博拉病毒的最大长度（约80纳米宽）
2微米：大肠杆菌（一种细菌）的大小
3微米：真核细胞内的大型线粒体大小
4微米：小型神经元的大小
5微米：植物细胞内的叶绿体长度
6微米（3～10微米）：细胞核的平均直径
7微米：人类红细胞的直径
9微米：小型阿米巴虫的直径
10微米（10～30微米）：大部分真核动物细胞的直径
10微米（10～100微米）：大部分真核植物细胞的直径
160微米：最大的巨核细胞的直径
200微米：人类卵子直径
500微米：最大的大型细菌，硫珠菌属的直径
800微米：大型阿米巴虫的直径
1毫米：枪乌贼的巨大神经细胞的直径
40毫米：巨型阿米巴虫Gromia Sphaerica的最大直径
5.8厘米：小臭鼩的大小
12厘米：鸵鸟蛋的直径
1米：刚出生的大象的高度
3米：长颈鹿脖子里最长的神经细胞的长度
13米：巨型（雌性）乌贼的长度
15米：成年座头鲸的长度
32米：成年蓝鲸的长度
39.7米：泰坦巨龙阿根廷龙的估测长度
3 000米：已知最大的蜜环菌，即奥氏蜜环菌的占地直径
8 848千米：珠穆朗玛峰的海拔高度
10.994千米：挑战者深渊（北太平洋马里亚纳海沟最深的区域）的深度
21千米：火星上奥林帕斯山的高度，测量基于全球基准
300千米：南非维勒德福特（Vredefort）小行星撞击坑的直径
504千米：土卫二的直径
950千米：谷神星（离太阳最近的矮行星）的直径
6 000千米：东非大裂谷的长度
6 000千米：约整个南极洲最长路径的长度
6 794千米：火星直径
92 000～117 580千米：土星B环的内环半径与外环半径
160 000千米：太阳最大的太阳黑子的直径
384 400千米：月球到地球的平均距离
1.496亿千米：地球到太阳的平均距离
16.43亿千米：红超巨星参宿四的直径
42.8亿千米：冥王星到地球最近路径的长度
86亿千米：质量相当于太阳质量的10亿倍的黑洞形成的事件视界的直径
740亿千米（约2.86光天）：一个人体内的所有DNA首尾相连的近似长度
40.14兆千米：地球到比邻星的距离
2.35千兆～2.69千兆千米（约24 100光年）：地球到银河系中心的预估距离
2.1千兆千米（约220 000光年）：仙女座星系（M31）的直径
3.1千兆千米（约326 000光年）：从中央超质量黑洞中喷射出的天鹅座A辐射的总长度
525千兆千米（约5 800万光年）：所有人类（当前活着的74亿人口）的DNA首尾相连的近似长度
13吉兆千米（13.8亿光年）：斯隆长城宇宙结构的长度（大尺度丝状结构），约为可观测宇宙大小的1/60
296吉兆千米（312.17亿光年）：目前检测到的最远的宇宙天体——原星系的同步移动半径距离，距离大爆炸4 000万年
880吉兆千米（930亿光年）：可观测宇宙的直径（同步移动距离）
注释
1．从一颗散发着微光的尘埃到整个星系
第1章既是情景设置、旅程计划，同时也开始努力传达每一件事的重要性。房间里充满尘埃这一场景来自本书较早的一个版本，在这个版本中，我试图给出一个友好的（可能相当知识论的）速成课，该课程有关一些术语的真正意义，如宇宙、存在等。阿曼达·木恩（Amanda Moon）建议我用另一种方式进行表述，在此对其表示感谢。
这些事实和数字的来源十分广泛。其中许多，比如我们星系中的恒星数量或者已存活的人类数量，都是“常识”，科学家们很快就了解到，这是表达“总量估算”的一种方式。例如，对银河系中恒星数量的估算仍饱受争论，人们给出的数量从我所引用的2 000亿，到多达4 000亿。可观测宇宙中星系数量的最新结果比之前所认为的要多10倍，这一下子让恒星数量从2 000亿变成了超过10 000亿。参见：Christopher J. Conselice et al., “The Evolution of Galaxy Number Density at z < 8 and Its Implications,” The Astrophysical Journal 830, no. 2 (2016): 83。
出现差异是因为没人会真的一个个数清楚这些恒星或星系。相反，对于银河系中的恒星，人们是根据我们从银河系中接受了多少光线、银河系的估算质量，以及我们预测每颗恒星贡献了多少质量和光线来推测的。一部分关于银河系质量和含量的有趣资料来自：Jorge Peñarrubia et al., “A Dynamical Model of the Local Cosmic Expansion,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 433, no. 3 (2014):2204–2222; and Timothy C. Licquia and Jeffrey A. Newman, “Improved Estimates of the Milky Way's Stellar Mass and Star Formation Rate from Hierarchical Bayesian Meta-Analysis,” The Astrophysical Journal 806, no. 1 (2015): 96。
有很多关于我们目前对宇宙学之理解的伟大著作。年代久远但仍然经典的作品包括史蒂文·温伯格的短篇《宇宙最初三分钟：关于宇宙起源的现代观点》（Steven Weinberg, The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe, updated version, New York：Basic Books, 1993）；约翰·格里宾的经典著作《大爆炸探秘》（John Gribbin, In Search of the Big Bang: The Life and Death of the Universe, new edition, New York: Penguin, 1998）。更多时下的著作包括劳伦斯·克劳斯笔下有争议却精彩绝伦的《无中生有的宇宙》（Lawrence Krauss, A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather Than Nothing, New York: Free Press/Simon and Schuster, 2012）；以及肖恩·卡罗尔的《大图景：论生命的起源、意义和宇宙本身》的相关部分（Sean Carroll, The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning, and the Universe Itself, New York: Dutton, 2016）。
我在书中提到，我们的宇宙可能比目前的宇宙视界要大250倍。这一说法来自：Mihran Vardanyan et al., “Applications of Bayesian Model Averaging to the Curvature and Size of the Universe,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 413, no. 1(2011): L91–L95。至于那些认为“完整的”宇宙要大得多的估算，当然了，世事难料。一开始的宇宙膨胀能够提供给你几乎任何你能接受的大小10倍，10倍又10倍，10倍又10倍，直到10的122次方。这一说法来自：Don N. Page, “Susskind's Challenge to the Hartle-Hawking No-Boundary Proposal and Possible Resolutions,” Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2007, no. 1 (2007): 004。难怪很多物理学家最后从事金融行业。
我发现多重宇宙的观念很迷人，很有逻辑性，但“一定在开玩笑”。从物理学角度来看，你很难否认有很多理论想法都指向多重宇宙这一方向。但是，用老话来说：非凡的观点需要非凡的证据，而现在证据还没有浮出水面。
宇宙的“发泡性”，有时也叫作“宇宙网”，是宇宙值得注意的一个方面。这种规模庞大的组织主要因引力对原始物质分布的拉动及物质原始的速度场而受到影响。关于宇宙物质分布的两个项目是Sloan Digital Sky Survey (www.sdss.org)及6dF Galaxy Survey (www.6dfgs.net)。
2．看不见的黑暗与空白
若没有一些极端的思想实验，那么宇宙普遍的空旷（纵观所有尺度）是一件让人难以欣赏的事。为了这里的粗略计算（back-of-the-envelope calculations），我假设所有恒星都有同样的物理大小，当然它们并非如此，大部分恒星直径都小于太阳半径的70%，少量巨型恒星的大小却可达太阳体积的1 000多倍。将太阳的半径作为平均值只是一个简单却可行的粗略估算。我在这里辩证地讨论黑洞，但个人感觉指出物理所允许和不允许的是很重要的。黑洞的物理大小（由事件视界决定）并不与质量成正比，它与“普通”物质并不一样，这一点确实有些反常。
反映星际或星系际空间中物质密度的数据取的是典型的平均值。这当中有很多区别。这些数据来源于一个世纪以来的天文观测。
星系际的真空是物质密度在宇宙超大尺度内初始变化的有趣表现。它们倾向于“自我清洁”，因为低密度宇宙区域（约1 000万到1亿光年范围）有着稍大的宇宙膨胀率。真空中的星系也表现出不同的历史和特性。相关评论参见：P.J.E. Peebles, “The Void Phenomenon,” The Astrophysical Journal 557, no. 2 (2001): 495–504。
我们关于银河、仙女座及所有其他伴星系的观念在过去20年中已经有了巨大的进步。有很多新的、小型星系因为机器和计算的进步而被发现。这可谓是“大数据”的一个优秀案例了。对上亿颗恒星及其颜色的绘制和分析，使得天文学家可以识别那些分布在银河系明亮恒星掩盖之下的黯淡的、弥散的星系——也就是我们需要了解、学习的宇宙的其余部分。其中一份参考资料为：Martin C. Smith et al., “The Assembly of the Milky Way and Its Satellite Galaxies,”Research in Astronomy and Astrophysics 12, no. 8 (2012): 1021。
暗物质问题依然存在，尽管我们多次试图解决它。目前为止，在物理圈里有一种观念逐渐崭露头角：要么暗物质的特性比我们所认为的还要诡异得多（由性质更奇特的粒子组成），要么我们在某些事上犯了大错。
银河系的中心区域必然是难以目睹的。与其相比，我们仿佛生活在文明世界外围的阴冷山洞里。当然了，我们并不知道是否有什么东西正在注视着观测它。银河系中心区域的“艺术品”确实置身于一片全然的光亮中，并且这种环境制造了很多乐趣。
描述我们的星系是件非常有趣的事，因为事实上，我们仍然没有明确所有的细节。这多半是因为我们无法轻易看见整个星系；我们身处其中，陷得太深，就像在种子的深处。但我们有希望做得更好。太空考察例如GAIA任务将会彻底改变银河系的现有地图，至少也会改变银河系的一部分。参见：http://sci.esa.int/gaia。
描述星系大小的信息图表让人震惊。在过去几年，关于银河系如何对抗其他星系，有很多讨论，但毫无疑问，银河系之外还是有不少怪物的。参见：Juan M. Uson et al., “Diffuse Light in Dense Clusters of Galaxies. IR-Band Observations of Abell 2029,” The Astrophysical Journal 369(1991): 46–53。
恒星在星系中的位置持续地变动着，我们的恒星也是如此。参见：C. A. Martínez-Barbosa et al., “The Evolution of the Sun's Birth Cluster and the Search for the Solar Siblings with Gaia,”Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 457 (2016): 1062–1075。
3．万物，过去和现在
这一段旅程的量级有些难以处理。事实上从10光年到92光时（这里只是粗略跨度）的虚拟旅程，也就是太阳系内的伸缩的尺度对人眼来说似乎并不那么令人激动。我们有些咬牙切齿地想弄清接下来该做些什么。我们本可以让这段旅程依然无聊而又现实，但我们意识到这样做可能会让我们错失过去与现在的深层联系。它并非总是如此无聊！这也是这一章在空间和时间（以及物质状态）上进行同步缩放的原因（从大约50亿年前开始）。
宇宙中的第一批恒星极其重要，但我们对此仍然知之甚少，相关资料参见：Volker Bromm,“The First Stars,” Annual Review of Astronomy and Astrophysics 42 (2004): 79–118。
关于恒星如何产生元素并将它们喷射到宇宙中这件事，你可以写上一整本书，而人们已经这么做了。参见：Jacob Berkowitz, The Stardust Revolution: The New Story of Our Origin in the Stars (Amherst, New York: Prometheus Books, 2012)。
关于形成恒星和原恒星盘、原行星盘及行星的天文物理是个热门话题。事实上，这真的是新数据能把我们淹没的另一个前沿科学领域。这一部分的图解（在整本书中我最喜欢的部分之一）反映了这些新数据。除了哈勃望远镜和其他观测设备，某些最令人激动的图片和观念来自阿卡塔玛大型毫米及次毫米波数组（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，简称ALMA），它位于智利海拔5 000米的高原上。你可浏览：www.almaobservatory.org。
太阳系最后诞生的过程中产生的问题（地球的水含量，火星的质量，内圈行星的缺乏）也是现代研究的前沿。这一领域的述评可参见：S. Pfalzner et al., “The Formation of the Solar System,” Physica Scripta 90, no. 6 (2015): 068001。
有时候，天文学家认为我们当今的太阳系像是一个“化石”。这并非是什么不好的说法：最具能量和多样性的活动发生在45亿年前。我们只是生活在诞生期尾声的一段缓慢进化的过程中。参见：John C. B. Papaloizou and Caroline Terquem, “Planet Formation and Migration,”Reports on Progress in Physics 69, no. 1 (2006): 119。
4．行星的生存家园
大揭秘：这才是起草这本书时的第1章。我想要想出一种方式，来连接太阳系的尺度和我们日常生活的尺度。这一点很难。向夜晚的天空挥舞手电，看着一束光线向上攀升而逐渐消逝是我记忆中孩童时期做的事。某些地方那些光子（或者它们当中的一部分）仍然竞相逃往太空。仔细想想，这可是相当了不起的！
系外行星当然算得上是大新闻了。在20世纪90年代中期前，我们并不知道有多少恒星也有行星围绕。现在我们知道了，恒星基本上都是这样。我的书《如果，哥白尼错了》深入讨论了与其他世界有关的科学（Caleb Scharf , The Copernicus Complex, New York: Scientific American/Farrar, Straus and Giroux, 2014）。也有很多其他的资源。如果你们想密切并私人地关注最新的系外行星原始数据，有两个页面非常有用：http://exoplanet.eu（The Extrasolar Planets Encyclopaedia）和http://exoplanets.org。
已有多名研究员拿出关于地外行星总数的统计推断。部分案例可见：Courtney D. Dressing and David Charbonneau, “The Occurrence of Potentially Habitable Planets Orbiting M Dwarfs Estimated from the Full Kepler Dataset and an Empirical Measurement of the Detection Sensitivity,”The Astrophysical Journal 807, no. 1 (2015): 45, and Daniel Foreman-Mackey et al., “Exoplanet Population Inference and the Abundance of Earth Analogs from Noisy, Incomplete Catalogs,” The Astrophysical Journal 795, no. 1 (2014): 64。
“荒原狼”行星的证据目前仍有争议，并且这一证据来自引力透镜数据。我的猜想是某些研究可能会高估了这一总数，但确实有一些孤独的星球，从它们的诞生系统中被不稳定的轨道弹射出去。
比邻星b的表面图像实际上是大量科学猜想的产物。比邻星b与其明亮的、低质量的（红色色调）的恒星间的亲密度表明，为了维持大气层，行星也需要强烈的磁场。磁场可能会引起大气中的极光，也会与地球物理活动息息相关。因此才有这些不同特征的描述。
正如物理学和地球物理学揭示的很多东西所显示的那样，我们过分简化了行星内部。这不仅是因为我们没有足够的信息来做得更好，也因为我们希望对物理系统的简化能使人更直观地了解它们。如果你好奇地球这样的岩石行星到底有多复杂，可以阅读一下最新的地球物理研究，例如：Kei Hirose et al., “Composition and State of the Core,” Annual Review of Earth and Planetary Sciences 41 (2013): 657–691, and George R. Helffrich and Bernard J. Wood, “The Earth's Mantle,” Nature 412 (2001): 501–507。
在我开始写这本书的大纲时，NASA的新视野计划在早先几个月迈出了历史性的一步：它飞越了冥王星。虽然没人知道我们能期盼些什么，但我不认为人们只想预测冥王星有多有趣或多复杂。这颗冰冷的星球将会改变我们的心态：一开始就被困在恒星系统的寒冷末端并不会让行星变得迟钝或无聊。参见http://pluto.jhuapl.edu。
我发现潮汐十分迷人，因此我把它们也放进了书里。行星潮汐导致能量的消散，包括行星或卫星（甚至太阳！）的自转能量以及公转能量。这些缓慢的力量消散切实地改变了星球的形状以及穿越宇宙的轨道。关于“系外卫星”含义的技术研究这块，我再次厚颜地推荐自己的一篇论文：“The Potential for Tidally Heated Icy and Temperate Moons around Exoplanets”，The Astrophysical Journal 648, no. 2 (2006): 1196–1205。
5．我们称之为地球的世界
在这一章的开始，我想强调几个特别的想法，包括我们认为地球真的恰好在此刻就是适合我们的星球这一事实。纵观其45亿年历史，地球很少以现在这般形态示人。而这样的趋势将一直持续到未来。我也想强调某些我们认为理所当然的行星特性。举个例子，地球表面的水含量图形，相当令人惊讶。我们可能是一个海洋星球，但所有的海洋加起来总量实际上并不多。美国地质调查局网站是更多有趣信息的藏宝箱：https://www.usgs.gov及http://water.usgs.gov/edu/earthhowmuch.html。
对于地球上最古老的岩石究竟是什么这一问题，仍然有一些争论。但锆石十分具有说服力。关于锆石的有趣研究之一，是锆石内部含有钻石这一发现。该发现提供了40亿年前地球地壳构造形成过程的线索。相关资料参见：Martina Menneken et al., “Hadean Diamonds in Zircon from Jack Hills, Western Australia,” Nature 448 (2007), 917–920。
对于有机物用氧改变了地球的大气这件事，还存有相当大的争议，而这样的改变究竟发生在何时仍不得而知。参见：Donald E. Canfield et al., “Oxygen Dynamics in the Aftermath of the Great Oxidation of Earth's Atmosphere,” Proceedings of the National Academy of Sciences 110, no. 42 (2013):16736–41。目前的标准说法是：蓝藻细菌是主要的制氧源头。也许它们是，也许它们不是。
地球从太阳那接收到的能量总数是十分巨大的。希望它们能被传导到这里。人类能量消耗的数量估算真的只是估算而已。例如，国际能源署（International Energy Agency，简称IEA）提供了一些数据与计算，参见：https://www.iea.org。
