一些理论家认为，简单地降低暴胀初期的能量只会导致更多问题。这就为大爆炸之后物质和能量的不均匀分布留出了更多时间，以使宇宙停止暴胀。随着能量集中程度的降低，大爆炸之后的初始暴胀以及暴胀让宇宙变得平滑的可能性将呈指数级下降。与我们所观测到的宇宙不同，宇宙一开始更可能是非常粗糙、扭曲和不均匀的。
我们需要更完整的理论。也许，深入理解量子引力可以让我们放弃大爆炸和暴胀理论，转而接受一个更温和的宇宙开端。也许，大爆炸是从之前的紧缩阶段温和地反弹到当前的膨胀阶段的，而且通过一定时间的缓慢紧缩，就有可能使空间、物质和能量的分布变得平滑，并在不产生任何B模式的情况下产生热点和冷点。
随着对这一新闻的深入理解，科学家需要重新考虑是否运用更灵敏的方法来探测B模式。无论最终会发现什么，都将会改变我们对大爆炸的理解。这一点具有新闻价值。
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ANOMALIES
异常
斯蒂芬·亚历山大（Stephon Alexander）
达特茅斯学院理论物理学家；著有《宇宙的结构》。
近期，物理学的处境和物理学家在20世纪面临的处境类似，当时正处于发现量子力学和广义相对论的前夕。1894年，光速不变原理的共同发现者、美国首位诺贝尔物理学奖获得者艾伯特·米切尔森（Albert Michelson）宣称：“物理学的重要基本原理均已牢固地确立。”当时许多物理学家相信，与这些原理相冲突的少数实验异常现象无关紧要，它们最终会被经典物理学解释。然而，在一代人的时间里，诞生了量子力学和爱因斯坦的相对论，没有人再运用经典物理学来解释这些实验异常现象了。
2012年，我休了一年假，受戴维·斯珀格尔（David Spergel）之邀，在普林斯顿大学待了一年。斯珀格尔是研究威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，简称WMAP）的顶尖科学家之一，这种探测卫星能以最精确的方法测量大爆炸的“余辉”，即宇宙微波背景辐射。根据宇宙学标准模型，这种形式的波促使宇宙形成了当前的结构。这一点得到了广泛认同。宇宙暴胀这一有关宇宙早期的最好理论，与最精确的理论广义相对论和量子场论是一致的。
暴胀理论虽然成功地预测了威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星所观测到的现象，但难以解释那些一直出现的异常现象，这与19世纪末的情况类似。我和普林斯顿大学的同事花了一整年的时间来寻找这些异常现象的原因，但毫无成效。斯珀格尔安慰我道：“探测卫星发现的异常可能来源于实验条件的影响，而非太空中的特殊现象。如果普朗克卫星也发现同样的异常，那我们就必须得认真对待了。”2014年，普朗克卫星对宇宙微波背景辐射的各向异性进行了更为精确的观测，发现了半球异常（hemispherical anomaly），这也许是最重大的新闻。
什么是半球异常？
宇宙微波背景辐射中的波动印证了暴胀理论的一个推测：如果不考虑这些小波动，从最大尺度上来看，宇宙无论从哪个方向或角度来看都是相同的。这个推测与现代宇宙学的一个支柱性理论一致，那就是哥白尼原理。在宇宙微波背景辐射各向异性的形成时期，背景辐射中的波动（平均来看）同样被认为是各向同性的。暴胀理论预测了这一特性：时空的快速膨胀消除了所有的各向异性，同时在不同方向上形成相同数量的波动。这意味着，如果将宇宙分成两个半球，我们应该会在两个半球看到同样的统计特征。
然而，威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星和普朗克卫星都观测到了各向异性在数量上的区别。如果我们进行某些调整，对暴胀理论做少许修改，便可以解释这一异常现象。不过，这样做似乎有些奇怪，因为暴胀理论本来就是用于证明宇宙早期是平稳的，以及早期的各向异性促使后来星系的形成。也许有人会认为，这给其他关于宇宙早期的理论提供了脱颖而出的机会，比如反弹／循环宇宙论（bouncing/cyclic cosmologies）。然而，目前尚未出现十分引人关注的理论。
在日内瓦的大型强子对撞机中，科学家分别通过超环面仪器和紧凑型缪子螺线管探测器实验发现了质子以接近万亿电子伏的能量发生碰撞时产生的异常现象。这两项实验均发现了光子的超量产生。如果这一发现始终能保持统计上的显著性，我们将需要高于粒子物理学标准模型的理论才能解释这两种异常现象。
对于我和同事而言，这两种异常现象都是好事。这是否会促使我们修改现有的标准模型呢？也许超级理论，比如，超对称理论、弦理论、圈量子引力论、大一统理论中有一种能解释异常现象？这些异常现象是否通过某种未知的方式相互联系在一起？也许，这些问题会带领我们走上全新的道路。无论是哪种情况，对于一名理论物理学家来说，现在都是幸福的时刻。
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LOOKING WHERE THE LIGHT ISN'T
眺望光到不了的地方
布莱恩·基廷（Brian G. Keating）
加利福尼亚大学圣迭戈分校物理系、天体物理学和空间科学中心教授。
几十年来，寻找中微子的科学家就像醉汉一样，采取了在路灯下寻找钥匙的搜寻策略。结果便是，就像醉鬼找不到钥匙，寻找中微子的科学家也同样一无所获。
1916年，爱因斯坦发表了广义相对论。100年之后，根据爱因斯坦的预测，我们即将可以测量最后一种基本粒子的质量。这不是旧新闻吗？在测量了希格斯玻色子的质量之后，我们不是已经知道所有基本粒子的质量了吗？答案是“既是又不是”。
根据粒子物理学标准模型，共有16种亚原子粒子，分为：夸克、轻子（如电子）、玻色子（如光子），再加上希格斯玻色子。它们可以组成一个表格，这让我们想起了门捷列夫的元素周期表，除了没有周期性和明显的顺序之外，区别并不大。
六种轻子（不参与强相互作用力的粒子）中包含三种不同的中微子：电子、μ介子和τ中微子。虽然这三种轻子对于物质的组成不可或缺，但我们至今仍无法准确地测量出它们的质量。粒子的质量是其最重要的特征，对物理学界来说，无法测量其质量似乎有些尴尬。不过，这一尴尬局面即将会化解。
中微子产生于聚变和放射性衰变等原子核反应，终极反应炉就是宇宙大爆炸。与光一样，中微子也是稳定的，它们的生命周期也是无限长，同样也不存在可以让它们发生衰变的粒子。中微子在太空中传播时会改变其物理性质（阶段类型），这就是所谓的振荡（oscillation）现象。2015年的诺贝尔物理学奖被授予了梶田隆章和阿瑟·麦克唐纳（Arthur McDonald），以奖励他们发现了中微子的振荡现象，这表明中微子具有质量。他们的成果彻底反驳了约翰·厄普代克（John Updike）的诗《宇宙之痛》（Cosmic Gall）中的内容。中微子虽然很小，但具有质量。感谢梶田隆章和麦克唐纳，我们不仅知道了中微子拥有质量，而且了解了粒子的质量下限，它降低了。这三种中微子中至少有一个的质量大于1/20电子伏，最重的基本粒子是电子，质量比这大1 000万倍。最重要的是，这些中微子的质量下限为实验提供了目标临界值，剩下的工作就是建造足够精确的质量测量工具了。
由于无法在地面实验中收集足够多的中微子以测量质量，宇宙学家将星系团作为测量中微子质量的天平。星系团中的发光物质中散布着大量中微子，它们的质量可以通过广义相对论提出的引力透镜效应来测量。无论明暗与否，所有物质均会对光线产生引力扭曲作用。引力透镜效应改变了光子的传播路径，阿瑟·爱丁顿在1919年发生日全食现象时证明了这一点。在没有太阳对时空造成扭曲的情况下，恒星的位置与存在扭曲时的位置不一样，光线的传播路径也发生了偏移，我们可以通过偏移的量算出造成引力透镜效应的物质的质量。
那么，我们应该使用哪种光线来测量悄无声息的中微子的质量呢？太阳系内明显没有足够多的中微子来扭曲太阳光线。最合适的光线是最古老、数量最多、温度为3开尔文的宇宙微波背景辐射。这种辐射的光子与中微子一样，都产生于大爆炸。宇宙微波背景辐射是宇宙的背景，通过这种背景辐射，星系团中所有物质（包括中微子）的质量都可以被计算出来。
2015年，普朗克卫星运用一种之后被用于计算中微子质量的技术发现了宇宙微波背景辐射中的引力透镜效应。这种基于宇宙微波背景辐射的极化特征的技术于2016年得到了大幅度改进，主要用于南极和智利阿塔卡马沙漠部署的上万个被冷却至0.3开尔文以下的探测器。
中微子属于典型的暗物质，数量多、颜色暗淡（只通过引力透镜效应与光发生作用）、呈电中性，暗物质具有的必要属性中微子都具备。虽然我们知道中微子不是宇宙“丢失”的质量的主要存在形式，但它们是唯一已知的暗物质。在测量了中微子的质量后，我们将会通过中微子缩减暗物质的候选范围。就如同存在多种普通物质，比如从夸克到原子，我们也希望能够找到几种不同的暗物质，也许最终会得出一张有关暗物质的周期表。
科学家仍在以直接的方式寻找暗物质。2016年，液态惰性气体实验将进行多项升级，可能会有所斩获。不过，到目前为止，直接性的探测实验只确定了除中微子以外的其他暗物质的质量上限。也许，中微子会是我们唯一能发现的暗物质。
广义相对论的下一个百年可能与第一个百年一样激动人心。约翰·惠勒曾说：“时空赋予物质移动方式，物质赋予时空扭曲方式。”我们已经了解了这种扭曲，现在我们想要知道暗物质还有哪些，以及除了黑暗之外，哪里更有可能找到未知物质。
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SIMPLICITY
简单
尼尔·图罗克（Neil Turok）
理论物理学家，加拿大圆周理论物理研究所主任；著有《宇宙内部》（The Universe Within）。
我们正处于一个具有历史意义的时代。科学仪器使我们看到了遥远的宇宙边缘，并帮助我们研究最小粒子。与主流理论不同的是，这两项探究都十分简单。我认为，这种简单也许代表着一种全新的科学理论，它将引发物理学的下一次革命，并完全改变我们对宇宙的理解。
颇具讽刺意味的是，虽然当前的实验观测结果非常清晰且令人振奋，但理论研究却完全陷入了僵局，主要的物理学模型不仅复杂且晦涩，还不断被新的实验数据否定。一些物理学家提出了“多元宇宙”假说。在多元宇宙中，所有的物理定律只可能在某个区域内成立，因此（他们希望）至少有一个区域和我们所在的宇宙类似。然而，我认为，实验数据更有可能指向相反的方向。宇宙不是杂乱的，也不是不可预测的，而是完全规整的。宇宙结构可能简单到和原子的结构类似。也许大家最终都会接受这一点。
功能最强大的“显微镜”——大型强子对撞机，已经发现了希格斯玻色子。这种粒子是希格斯场的基本粒子，是填充空间并赋予粒子质量和电荷等属性的介质。希格斯场对于我们理解粒子物理学和宇宙学都具有非常重要的意义。对于真空能量（即暗能量）来说，它的意义也很重大。通过天文观测可知，真空能量的密度非常小。此外，根据大型强子对撞机的测量和粒子物理学标准模型可知，希格斯场恰好处于当前宇宙状态的不稳定与稳定的临界点上。希格斯玻色子的发现代表着量子场论的胜利，后者是量子力学和居于主导地位的相对论相结合的产物。不过，量子场论很难解释希格斯玻色子的质量和真空能量的密度。这两个问题的本质是一样的。已知场和粒子的量子涨落在短距离上变得非常剧烈，这大幅度修正了希格斯玻色子的质量和暗能量的密度，这两者的实际值比观测值要大得多。
为了解决这些问题，许多理论物理学家提出，可能还存在未知粒子，该粒子的主要作用是抵消已知粒子的影响，使希格斯玻色子的质量和暗能量的密度不受量子的影响。然而，目前为止，大型强子对撞机还没有发现类似的粒子。自然界似乎有控制短距离内量子现象的更简单的方法。这是我们应该进一步研究的问题。
与此同时，当前最强大的天文望远镜普朗克卫星正在探索广阔的宇宙，并且取得了重大成果。所有的成果可归纳为6个因素的数值：当前宇宙的年龄和温度；暗能量和暗物质的密度（目前只能描述，但没有准确值）；以及宇宙大爆炸后各处物质的初始密度的变化强度，对距离的轻微依赖性。不过，该卫星并没有发现诸如引力波和密度模式等比较复杂的信息。自然界在这些方面比我们设想的要简单。
物理学上最大的长度单位是哈勃长度(16)，它是由暗物质定义的。通过使宇宙加速膨胀，暗能量将离我们较远的物质拉扯得越来越远，并形成最终能观测到的宇宙的边界。物理学上最小的长度单位是普朗克长度（1.6×10-35米），即能相互碰撞形成黑洞的光子的最小波长。普朗克长度范围内的物理特性超出了所有已知对撞机的能力研究范围，这一距离内的物质属性在宇宙最早期就已经形成了。因此，宇宙的简单结构可能是物理定律在这种极端情况下变得简单的一种迹象。
宇宙中所有复杂的物体明显都处于“复杂的中间区域”，包括恒星、行星和生命体。哈勃长度和普朗克长度的几何意义在于，两者之间的区间是生命所在的区间，我们生活在这一区间，大自然的复杂性也发生于这一区间。这一点着实令人惊讶。
上述的异常现象需要一种全新的理论来解释，该理论需要在最大和最小距离附近保持简单性，在宇宙的开端和终结附近也要如此，这样才能解释我们当前的世界。实际上，理论和实验数据都表明，在这两种极限距离附近，物理定律应该与距离无关。这种全新的理论不应该考虑质量、长度和时间，而仅仅考虑信息及其关系。一旦实现，这将是一种统一所有的力、粒子以及整个宇宙的宏大理论。
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THE LHC IS WORKING AT FULL ENERGY
大型强子对撞机正以全功率运行
戈登·凯恩（Gordon Kane）
理论物理学家，宇宙学家，密歇根大学教授；著有《超对称理论及其他》（Supersymmetry and Beyond）。
近期，物理学界最吸引人的新闻是，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机终于达到了所设计的最大运行能量和强度。这一新闻如此重要的原因在于，该对撞机终于达到了发现新粒子［超伴子（superpartner）］的条件。如果发现了这种新粒子，我们就可以通过公式来表达并验证物理世界最根本的理论。
一个多世纪前，麦克斯·普朗克（Max Planck）发现量子理论后便立即意识到，最根本的理论的公式应该使用物理常数来表达，这些常数包括：牛顿的引力常数G、爱因斯坦的恒定光速c，以及普朗克常数h。根据这一公式可得，宇宙的大小为10-33厘米，其寿命为10-43秒，这与我们所在的宇宙相去甚远。物理学家需要解释当前的宇宙如此之大、如此古老、如此之冷及如此之暗的原因。量子理论可以将普朗克长度、我们和宇宙的尺度与物理定律联系起来，因为在这个理论中，所有物质的虚粒子（virtual particle）都参与了上述公式，将不同的范畴联系了起来。
然而，上述设想只有在超对称理论中才成立。在该理论中，我们熟知的粒子，比如夸克、电子和玻色子都有对应的超伴子——超夸克、超电子和超胶子。在大型强子对撞机进行的碰撞实验中，根据爱因斯坦的质能方程式E= mc2，参与碰撞的粒子产生的多余的能量转变成了未知粒子的质量。
不过，超对称理论并没有告诉我们超伴子的质量应该是多少。有一些观点认为，它们的质量不会太大。这样，我们便能通过对撞能量的不断提高来产生这些粒子了。然而，目前还没有产生这种粒子。最近10年，越来越多的人开始研究弦理论和膜理论（M-theory），并且对超伴子的质量有了更多推测。弦理论和膜理论的区别与本文关系不大，不过为了保持数学上的一致性，以及成为关于引力与其他力的量子理论的一部分，这两种理论必须包含九维或十维空间（还有一维的时间）。为了预测超伴子的质量，我们必须将其放在三维空间来研究。这一点已经可以实现。
2015年下半年，大型强子对撞机开始了第二次运行，并在2016年大幅度提高了运行能量。最重要的一点是，根据弦理论和膜理论的预测，利用大型强子对撞机，我们将能发现超粒子。这将打开探究普朗克长度内部世界的大门，并推动实验科学朝着最根本的理论前进。大型强子对撞机以全功率和最高强度运行，并将在几年内收集大量实验数据，这应该是近几年内最重要的科学新闻。
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NEW PROBES OF EINSTEIN'S CURVED SPACETIME—AND BEYOND
打开爱因斯坦扭曲时空的新钥匙
史蒂夫·吉丁斯（Steve Giddings）
理论物理学家，加州大学物理系教授。
描述时空的量子属性是当今物理学界最重大的研究课题之一。这一课题面临的真正挑战是，寻找有用的实验指导。令人激动的是，关于经典时空的理论，我们即将会得到一些新的关键性实验数据，这也有助于量子时空的研究。
物理学界将关注点投向了大型强子对撞机，认为它有可能会发现新粒子，其依据是这种新粒子会分解成光子对。如果后者真的存在，而不是统计上的异常，那么这种新粒子一定是其他维的引力子。如果情况属实，这将成为世纪性的重大发现。虽然这可能会成为打开量子时空的一把钥匙，但我们应当在获取更多数据、了解了对撞机内部发生的具体情况之后，再做分析。
多方面的成就显示，我们已经进入了天文学的新时代。首先，我们建造的用于探测引力波的长达数公里的设备达到了可能发现时空波动的精确度，这种时空波动产生于碰撞实验中或者中子星的合并过程。实际上，当我写下这篇文章时，这些探测设备已经发现了一些新现象。如果这些现象可以成为证据，将会证明广义相对论的一个主要推论，并开辟天文学的新分支，后者正在检测遥远的天体释放的引力波。通过对从宇宙大爆炸中遗留下来的宇宙微波背景辐射的精确测量，我们也有可能发现引力波，即便有科研团队在2014年撤回了这方面的不确定声明。地面引力波探测设备可能在这一竞争中最终获胜。无论哪方获胜，这一进步都将鼓舞人心。
更多关于广义相对论的重要推测将通过事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）来证明。这一望远镜用于研究银河系的中央黑洞，其质量约为太阳质量的400万倍。目前该望远镜正在建造中。事件视界望远镜实际上是一个射电望远镜阵列，最终目标是组成一个类似于地球大小的望远镜阵列。这样我们就可以研究银河系的中央黑洞，以及相邻星系M87中质量为太阳质量60亿倍的黑洞。实际上，利用已完成部署的部分阵列，我们已经可以看到大小接近中央黑洞视界的结构。当引力强大到物体的速度需接近光速才能逃离黑洞时，事件视界望远镜就能探测到这种引力。这会促使我们以全新的方式研究引力。
我们更关注的是事件视界望远镜可能发现的时空的更根本的量子特性。在2014年的“Edge年度问题”中，我曾写道：“我们关于时空的基本理解是时候让位于更根本的量子结构了。”这样做的理由有很多，其中之一是，如果我们试图用现代物理学来解释黑洞的演变，基本的物理定律（包括时空概念本身）都相互矛盾。虽然霍金曾预测，当黑洞通过辐射释放粒子时，量子力学将不再起作用，但目前的证据表明，我们不应该抛弃量子力学。如果当黑洞向外辐射粒子时，量子力学还起作用，量子信息必须同时逸出。这与我们当前对时空的理解是相违背的。
在当前关于时空的场和粒子传播速度的理论中，没有物体的速度可以超过光速，因此它们是无法逃逸出黑洞的。这与量子信息应该从蒸发的黑洞中逸出的观点相悖。因此，问题就变成了：我们应该如何修改关于黑洞的理论，使之允许量子信息逸出？这种修改必须包括黑洞的视界。有科学家假设，揭示量子特性的新现象会终止于视界。不过，这一假设不太合理，而且会导致出现与被重新命名为“黑洞防火墙”的悖论相关的其他疯狂结论。更加合理的说法是，修改关于时空的定义，使其能应用于黑洞视界的外部区域，这一区域可能是几倍于视界半径的范围，而且，至少应该包含引力很强的范围。总之，若要保留量子力学，就需要对对当前时空的定义做一定的量子化修改，并将其扩展至事件视界望远镜可以观测到的范围。做此修改的主要目的是，提高我们对宇宙现有时空特性的理解以及事件视界望远镜的可观测。
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SUPERMASSIVE BLACK HOLES
超级黑洞
杰里米·伯恩斯坦（Jeremy Bernstein）
史蒂文斯理工学院荣誉退休教授，前《纽约客》专栏作者。
我觉得最吸引人的新闻是，许多星系中央存在超级黑洞，包括银河系。这些黑洞来自哪里，它们诞生于什么时期？它们并不是源自恒星的坍塌。目前，我还没有发现具有较强说服力的解释，也许它们诞生于宇宙大爆炸之前。
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GIGANTIC BLACK HOLES AT THE CENTER OF GALAXIES
星系中央的超级黑洞
卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）
知名理论物理学家，圈量子引力理论开创者之一，当前在法国带领量子引力研究小组；著有《七堂极简物理课》。
越来越多的证据显示，银河系中央存在一个超级黑洞，名为人马座A*，其质量约为太阳质量的400万倍。绝大多数星系的中央都存在类似的黑洞，而且有的黑洞的质量达到太阳质量的几十亿倍。你能想象比太阳大几十亿倍的黑洞吗？
这些超级黑洞的存在再一次加深了我们对宇宙的认识。显然，这些超级黑洞在宇宙的演变过程中起到了主要作用，但目前我们对这样的作用还不太了解。天文学家正在建造与地球大小相当的射电望远镜阵列，后者会将许多已有的射电望远镜组合起来，来直接观察人马座A*。
这些超级黑洞是我们知识的边界。我们虽然知道它们会吞噬物质，但并不知道它们最终的结局。在黑洞内部，空间和时间似乎都停止了，或者说，可能变成了我们不了解的东西。宇宙仍然充满未知。
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THE UNIVERSE IS INFINITE
无限的宇宙
鲁迪·拉克（Rudy Rucker）
数学家、计算机科学家，赛博朋克先驱；与布鲁斯·斯特林（Bruce Sterling）合著《超现实网络空间》（Transreal Cyberpunk）。
许多宇宙学家认为，宇宙是无限的。这就是我要讲述的新闻。由于最近参与的活动不太多，我在2016年才知道这种观点。
30年前，人们普遍认为，宇宙空间是四维超球面的有限三维超曲面，类似于三维球面的有限二维曲面。这一超球面诞生于宇宙大爆炸，并在不断地膨胀。在遥远的将来，这一超球面将会失去膨胀的驱动力，开始大坍缩，这一过程可能孕育着下一次大爆炸。空间并不是无穷大的，也不需要时间起始点。当前宇宙的大爆炸可能来源于上一次的大坍缩。这种膨胀-坍缩的过程类似于珍珠链。这种理论相当工整。
在此之后，实验宇宙学家找到了计算宇宙曲率的方法，计算结果似乎为零，也就是说当前的宇宙类似于广阔无垠的平原，而非超球面的超曲面。宇宙空间很可能具有反向曲率，也就是像一个具有双曲率的马鞍形状，这意味着宇宙是无限的。
如果你不喜欢无限，可能会说：“那好吧，虽然我们是处于无限的空间中，但大部分都是真空。宇宙就是一个空洞、无限的空间，数量有限的星系散布在其中，彼此相距甚远，类似于一个火星四溅的孤独火箭。”不过，许多宇宙学家则会反驳：“不，无限空间中的星系也是无限的。”
星系源自哪里？宇宙学家给出了一种包含了相对论和宇宙膨胀理论的解释：无限空间的每一个原点都将发生大爆炸。一道光闪过之后，包含无限星系的无限空间就诞生了。
不过请注意，我在这里谈论的不是“多元宇宙”理论，而是古老而美好的“行星-太阳”这样的单一宇宙。宇宙学家告诉我们，这类宇宙将会在空间和时间中无限延续，而且存在无数多个与地球类似的行星。也许，我们只能找到极少数这样的行星。不过，知道还有这样的行星存在，感觉真好。
那么，这会对坐在家中的我们产生什么影响呢？如果我们了解了宇宙是无限的，也许精神上就会开阔一点儿，自由一点儿，或者内心会变得平和，感觉一切都没有那么重要。不过，我建议将这当成一种放松的方式，而非认为什么都无所谓的借口。
在无限的宇宙中，有人类居住的行星就像无垠草原上的蒲公英，珍贵而美丽，尤其对于生物而言。我们珍视地球是因为我们是地球的一部分，即便地球没有那么特别。这就像我们对家的珍视一样，家虽然不是唯一的，但却是属于自己的，这就足够了。
也许，有人想知道更多，但就我所知，宇宙学家目前还未掌握宇宙变化的实质，还不太了解宇宙的起源、膨胀，以及其中的暗能量和暗物质。也许可以说，他们对宇宙一无所知。
一无所知也许是一件好事，因为这意味着我们很快就能发现一些真正有趣、特别的东西，也许是在明年、10年后、20年后。届时可能会出现取之不尽的免费能源、反重力、远距离传送？谁知道会出现什么呢？存在无限可能，未来是光明的。
生活在无限的宇宙中真好。
THE DETECTION OF GRAVITATIONAL WAVES WOULD NOT MERELY PROVIDE A DEFINITIVE TEST OF EINSTEIN’S CENTURY-OLD THEORY; IT WOULD SERVE TO OPEN UP A WHOLE NEW WINDOW ON THE UNIVERSE.
探测引力波不仅能证明爱因斯坦的广义相对论，更重要的是，它会为我们研究宇宙指明全新的方向。
——保罗·戴维斯，《升级版LIGO和升级版VIRGO》
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ADVANCED LIGO AND ADVANCED VIRGO
升级版LIGO和升级版VIRGO
Paul Davies
保罗·戴维斯
著名理论物理学家，宇宙学家，天体生物学家；著有《可怕的寂静：对外来文明的进一步搜寻》（The Eerie Silence: Renewing Our Search for Alien Intelligence）。
2015年是爱因斯坦提出广义相对论的100周年。当时正处于第一次世界大战的迷雾中，这位伟人在普鲁士科学院做了4场讲座。人们普遍认为，广义相对论是人类知识成就的巅峰，并且已经通过了许多实验的检验。不过，在对广义相对论进行了几十年的彻底研究之后，物理学家仍需要找出它的缺陷。
一项关键性的实验尚在进行中。爱因斯坦在公布著名的引力场方程后不久，就想到了这个方程的一个很好的解，它描述了宇宙本身几何结构的波动——一种以光速传播的波，被称为引力波。探测引力波是实验物理学领域多年以来的主要任务。2016年上半年，这一任务终于有了曙光。
一套用于探测源自宇宙剧烈事件的引力波的激光系统现已升级，被称为激光干涉引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory，以下简称LIGO）。有消息称，它已经获得了一些新发现。这套系统使用激光光束来探测非常细微的引力作用。在欧洲，功能与此类似的系统——升级版室女座干涉仪（以下简称VIRGO），也即将投入使用。这两套系统是对现有系统的升级，虽然现有系统验证了所用技术的可行性，但精度还不足以检测到超新星或中子星发生碰撞时所产生的引力波暴。这两套系统即将开始发挥作用。
探测引力波不仅能证明爱因斯坦的广义相对论，更重要的是，它会为我们研究宇宙指明全新的方向。现有的常规望远镜可以观测从无线电到伽马射线的整个电磁波谱，而LIGO和VIRGO这两套新系统可以观测全新的波谱，这会促使形成新的天文学分支。这样一来，我们便可以观测黑洞碰撞事件以及其他特殊的宇宙现象。
每当有新技术用于宇宙探索时，都会获得令天文学家感到震惊的新成果。一旦通过引力来研究宇宙的引力天文学成型，科学家将会在未来几十年内带来许多重大发现。
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THE NEWS IS NOT THE NEWS
新闻并不是真正的新闻
弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）
麻省理工学院理论物理学家，2004年诺贝尔物理学奖得主；著有《美丽之问：宇宙万物的大设计》（A Beautiful Question: Finding Nature’s Deep Design）。
在冰雪覆盖的加拿大东侧拉布拉多地区，冬天白雪皑皑，而到第二年开春，大部分雪都会融化。如果降雪比融化的多，冰雪层将变厚，反之则变薄。这是一种非常精妙的平衡，如果这一平衡发生一点点倾斜，比如，冰雪厚度的增加超过了2.5厘米，气候将会发生重大变化：大型冰川将变大，北美洲将被冰雪覆盖。如果格陵兰岛或者南极洲的冰雪厚度减少2.5厘米，海平面将上升，北美洲的海岸将被淹没。
这两种过程都曾在历史上反复发生过，周期大概是几万年。这种变化可能来源于地球轨道的周期性变化。当前，我们正处于相对少见的冰雪间隔期，这一时期还将持续5万年。众所周知，过去几十年里，人类活动已经让平衡向融化这一边倾斜。这可能会酿成大灾难。
这些重大新闻来源于长期的观察，它们很容易淹没在各种各样的新闻当中。现在所谓的新闻都不是真正的新闻。
对于人类来说，最大的新闻是：科学的发展使人类掌控物理世界的能力不断得到提升。理查德·费曼曾就这一问题发表过深刻见解：“以人类历史的长远观点来看，比如距今一万年以后，19世纪最重大的发现毫无疑问是詹姆斯·麦克斯韦发现的电磁场。”
基于同样的道理，20世纪最重大的发现是关于物质的基本定理的，包含三部分：相对论、量子力学，以及核心理论粒子物理学标准模型包含的特定力和定律。从化学和工程学的角度来看（包括所有的实用角度），我们已经掌握了自然能提供的所有知识。
我冒昧地猜测，21世纪最重大的发现将是一系列新发现的集合，这些新发现将来源于物理世界的基础理论，即量子物理学的深层次运用。21世纪，我们将会更有效地获取并存储太阳中的能量；制造更轻、强度更高的材料；发明出更强大、更通用的照明工具、传感器、通信工具和计算机。
我们已经掌握了游戏规则，随着人类的创造发明，我们将学会如何以一种良性循环的方式参与这场游戏。
SCIENCE IS AN EMPIRICAL ENTERPRISE, AND WE SHOULD ALWAYS BE WILLING TO CHANGE OUR MINDS WHEN NEW EVIDENCE COMES IN.
在新的发现面前，我们应当随时做好改变观念的准备。
——肖恩·卡罗尔，《我们已经知道组成人类的所有粒子和力》
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WE KNOW ALL THE PARTICLES AND FORCES WE'RE MADE OF
我们已经知道组成人类的所有粒子和力
Sean Carroll
肖恩·卡罗尔
著名理论物理学家；著有《生命的法则》(17)《大图景：论生命的起源、意义和宇宙本身》（The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning, and the Universe Itself）。
有时候，新闻是悄然降临的。1897年，英国物理学家约瑟夫·汤姆孙（Joseph Thomson）发现了电子，这标志着构建粒子物理学标准模型的开始；2012年，希格斯玻色子的发现意味着该标准模型的完成。“粒子物理学标准模型”这一名称对于描述夸克、轻子以及将它们结合在一起的玻色子这样一个激动人心的理论来说，太过于平淡了。诺贝尔物理学奖得主弗兰克·韦尔切克（Frank Wilczek）将引力与爱因斯坦的相对论结合起来，这样描述该标准模型的核心内容：这一理论完整地描述了组成人类和日月星辰，以及我们在地面实验中所能观测到的所有力和粒子。
物理学领域还有很多我们并不了解的东西：暗物质和暗能量的属性；大爆炸发生时发生了什么；黑洞内部是什么样的；粒子和力为什么会呈现出我们所观察到的特性。我们虽然完全不了解基本粒子和力是如何组成复杂的结构的，但对组成我们日常生活的方方面面有了更深的了解。
宇宙中是否存在我们尚未发现的粒子和力？答案是必然存在。根据量子场论的原则，如果新的粒子和力与组成我们世界的现有粒子和力之间的相互作用足够强烈，我们就可以在实验室中发现它们。虽然我们一直在努力寻找，但目前尚未有发现。任何新的粒子，要么是质量太大无法通过实验产生，要么是半衰期太短无法通过实验发现。任何新的力，要么是作用距离太短无法被发现，要么是太弱对粒子毫无影响。虽然粒子物理学远未达到成熟的阶段，但在理解人类自身及其所处的环境方面，这一领域以后的发现不再会有所助益。
我们将会继续探索。也许，“在时空中穿梭的粒子和力”并不是研究宇宙最基本的方式。我们可能会发现一种超乎想象的新的客观事实，如同在19世纪，我们认识到空气和水是由原子和分子组成的。然而，空气和水不会因为我们发现原子和分子就不再是流体。在预报天气方面，我们当前仍然是从温度、气压和风速这三个角度来描述的，而不是列出大气中的原子和分子的运动方式。1 000年或100万年以后，粒子物理学标准模型仍然是思考人类组成的有效方法。
粒子理论描述了组成人类和世界的所有粒子和力，这种观点可能存在错误吗？事实上，我们经常犯错。太阳也许明天不会再升起，人类可能是容器中的大脑，宇宙可能是上周四才诞生的。科学是基于经验的。在新的发现面前，我们应该做好随时改变观念的准备。不过，量子场论是一种特殊的基础理论，是唯一符合量子力学、相对论和区域性要求的理论。在日常生活中，违背量子场论的现象将会成为科学史上最令人震惊的发现之一。虽然存在这种可能，但可能性并不大。
2012年，大型强子对撞机发现了希格斯玻色子，这证明粒子物理学标准模型的基本结构是连续的、正确的。这一理论是人类思想史上最伟大的成就之一。我们已经了解了组成自身的基本粒子，而若想研究清楚这些粒子是如何组成纷繁复杂的世界的，则需要几代人的努力。
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COMPUTATIONAL COMPLEXITY AND THE NATURE OF REALITY
计算复杂性与现实的本质
阿曼达·格夫特（Amanda Gefter）
科学作家；著有《闯入爱因斯坦的草坪》（Trespassing on Einstein's Lawn）。
在过去100年间，物理学家一直在尝试将爱因斯坦的广义相对论和量子力学统一起来。广义相对论描述的是时空的几何结构，而量子力学描述的是粒子的行为。长期以来，这些努力没有获得什么进展，不过现在，这一情况出现了转机。
其中一个重要转机是，公式“ER=EPR”的提出。这个公式凝聚了物理学家胡安·马尔达塞纳（Juan Maldacena）和伦纳德·萨斯坎德的很多心血。公式左边的“ER”代表爱因斯坦-罗森桥，这是一种连接太空中两个相距甚远的点的几何隧道，又称为虫洞。公式右边的“EPR”分别代表爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和纳森·罗森。这三位物理学家首次指出了量子纠缠的幽灵式相关性，即在量子纠缠中，两个相距遥远的粒子的状态相互关联。公式中间是“等号”，表示时空的几何结构和纠缠粒子的关联属于同一问题的两个不同方面。“ER=EPR”这一公式虽然看起来简单又低调，但实际上是结合广义相对论和量子力学的一种激进的表达。
从直观上来看，两者的联系十分明显。虫洞和量子纠缠都无视了空间的限制，两者都属于某种捷径。虫洞能让我们直接穿越一段遥远的距离，而无须穿越其间的空间；同样，粒子状态的改变将会立即影响它的纠缠粒子，即使这两个粒子中间隔着许多星系。
