故事裏的人生
故事|小說|閑話人生
宇宙是如何開始的？
哈姆雷特說：“我可能僅是個一隅之君，卻給自己冠以宇宙之王。”我認為，他的意思是，盡管我們人類的體能非常有限，特別是像我這樣的身體狀況，但是我們的心智卻可以自由地探索整個宇宙，並大膽地去到那些連《星際爭霸戰》的勇士們都懼怕進入的地方。宇宙真的是無限的，還是隻是非常大？ 宇宙有開始嗎？ 宇宙會一直存在？還是僅僅很長一段時間？ 有限的人如何理解無限的宇宙？ 即便是嚐試，這難道不是我們自命不凡的表現嗎？
像普羅米修斯一樣，冒著為人類盜火而招致懲處的風險，我相信，人類有能力而且應該嚐試去了解宇宙。 作為懲罰，起初普羅米修斯被永久地鎖在岩石上。最終，他幸運地被赫拉克勒斯解救了。 在了解宇宙方麵，我們已經取得了顯著的進步。 雖然我們現在還沒有，但是我願意相信，用不了多久，我們就會對宇宙有一個全麵地了解。
按照中非的博尚皋人（Boshongo）的說法，一開始隻有黑暗，水和偉大的神博姆巴（Bumba）。 一天，博姆巴感覺肚子痛。然後，他吐了太陽。太陽曬幹了一些水，土地裸露了出來。博姆巴的肚子仍在痛，而後他又吐了月亮，星星和一些動物，如：豹子、鱷魚、烏龜，最後是男人。
與許多其他神創造論一樣，這些創造世界的神話也在試圖回答那些我們關心的問題。為什麽有人類存在？ 人類來自哪裏？ 通常給出的答案是人類起源比較近，十分明顯，因為人類的知識與技術水平還在不斷提高。因此， 人類不可能已經存在了很長時間，它會進一步發展。 例如，根據烏赦（1）主教的說法，神創造的世界始於公元前4004年10月22日下午6點。 另一方麵，山地和河流等自然環境，在人的一生中變化很小。 因此，人類賴以生存的環境，被認為或是自古有之的無人曠野，或是與人類同時創造。
然而，並非所有人都對這樣一個宇宙開始的解釋感到滿意。 例如，著名的希臘哲學家亞裏士多德認為宇宙一直無始無終地存在著。 原有的總是比後造的完美。 亞裏士多德提出，我們所看到的人類文明的進步，是因為人類文明被像洪水或者其他自然災害一再摧毀，人類不斷重建文明的結果。相信宇宙是永恒的，其動機是避免談及神創造並且掌管宇宙的議題。 相反，那些相信宇宙有開始的人，把它當作論據，來證明上帝作為宇宙創造和推動者的存在。
如果相信宇宙有開始，那麽，顯而易見的問題是：“在開始之前發生了什麽？ 在創造世界之前，上帝在做什麽？ 他是否為那些提出這些問題的人準備好了地獄？”宇宙是否有開始是德國哲學家，伊曼紐爾.康德非常關注的問題。 無論如何，他都覺得存在邏輯上的矛盾，或者說是反諷。 如果宇宙有一個開始，那麽，為什麽它要等待無限長的時間之後，才開始？ 他稱之為立論。 另一方麵，如果宇宙無始無終地存在著，那麽為什麽到現階段需要無限長的時間？ 他稱之為對立麵。 立論與其對立麵的依據，是建立在康德，也包括其他人，對於時間是絕對、永恒不變的假設的基礎之上的。 也就是說，時間從無限的過去到無限的未來，完全獨立於任何可能存在或者不存在的宇宙。
這仍然是今天許多科學家腦海中的畫麵。 然而，1915年，愛因斯坦給我們帶來了具有開創性意義的廣義相對論。 在廣義相對論裏，空間和時間不再是絕對、永恒不變的，不再被看作是物質世界所發生事件的固定背景。 相反，它們是由宇宙中的物質和能量塑造的動態量。 它們僅僅在宇宙中才有意義，所以討論宇宙開始前的時間毫無意義。這就像問南極的南極點在哪裏一樣的無聊，沒有意義。
盡管愛因斯坦的理論統一了時間和空間，但是關於空間本身，廣義相對論並沒有告訴我們太多。似乎很明顯的一點是，空間來一直在延續。雖然沒有合乎邏輯的理由確定這些不存在，但是我們卻不希望宇宙的邊界是一堵牆。像哈勃太空望遠鏡這樣的現代儀器，讓我們能夠探究、窺測太空深處。我們看到的是數以億萬計的形狀各異、大小不同的星係，有巨大的橢圓型星係，也有像我們銀河係一樣的螺旋星係。每個星係都包含數以億計的恒星，其中許多恒星都有行星圍繞著它們。我們所處的星係，阻擋了我們在某些方向上的視野，但除此之外，伴隨著宇宙中一些局部高密度和空隙的存在，星係在整個太空中大致是均勻分布的。星係的密度在非常遠處，看起來在下降。但這似乎是因為它們離得太遠，我們無法看清它們的緣故。到目前為止，我們知道宇宙，仍在無休止地繼續存在著，無論它走多遠，它都是一樣的。
盡管宇宙看起來在太空中的每個位置，似乎都大致相同，但它隨著時間，肯定是在變化的。直到上個世紀初，宇宙是變化的這一點才得到確定。在此之前，人們認為宇宙基本上是不隨時間改變的。它可能已經存在了無限長的時間，這樣的認識，卻似乎導致了一個有違邏輯的、荒謬的結論。如果宇宙已經延續了無限長的時間，經過無限長時間，由於恒星的輻射，整個宇宙應該已經被加熱到了與恒星相同的溫度。即使在夜晚，來自於所有那些被加熱到與恒星具有同等溫度的恒星或是塵埃雲，所發出的光，會把整個天空照得如同太陽一般明亮。因此，我們做的所有觀察發現天空在夜晚是黑的，這一點至關重要。這意味著，我們今天看到宇宙狀態，不會永遠不變地存在下去。過去必定發生了些什麽，由此引發恒星在一段有限的時間內發光、發熱。這樣， 那些非常遙遠的恒星所發出的光，就沒有足夠的時間到達我們身邊。這就給為什麽夜晚的天空不會到處閃爍著亮光，提供了合理的解釋。
如果恒星一直都在那裏，為什麽他們在幾十億年前，才突然亮起來？讓恒星開始發光的時鍾是什麽？這些問題，讓像伊曼紐爾.康德這樣的、相信宇宙的存在是永恒不變的哲學家們感到困惑。就像幾千年前，烏赦主教所下的定論一樣，許多人相信宇宙被造的樣子，就像我們現在看到的樣子，從未改變。然而，20世紀20年代，伴隨著位於威爾遜山上的百英寸的天文望遠鏡所獲得的觀測結果，人們對於宇宙認識的分歧開始出現了。首先，埃德溫·哈勃（2）發現許多微弱的光線，稱為星雲，實際上是其他星係，像太陽一樣的大量恒星，但距離十分遙遠。要讓這些恒星看起來如此的小而且微弱，它們必須距離我們十分遙遠，以至於它們所發出的光，需要花費數百萬，甚至數十億年才能到達我們。這表明宇宙開始到現在，絕不可能隻是幾千年前。
但是，哈勃的第二發現更為引人注目。 通過分析來自其他星係的光線，哈勃能夠測量出這些星係是在向我們靠近，還是離開我們越來越遠。 令他非常驚訝的是，他發現這些星係幾乎都在離我們遠去。而且，他們離我們越遠，他們離開的速度就越快。 換句話說，宇宙正在膨脹。 星係間的距離變得越來越大。
二十世紀，偉大的知識成果之一是宇宙膨脹的發現。 它完全出乎意料，它完全改變了對宇宙起源的探討。 如果星係間彼此正在分開，那麽在過去，它們一定彼此靠得更近。按照目前星係的擴張速度計算，我們可以估計大約在10到150億年前，它們彼此之間一定非常接近。所以，看起來那就是宇宙開始的時候，所有的一切，都集中在空間中的同一點上。
但是，許多科學家不滿意對宇宙有開始的解釋，因為它似乎意味著物理學的崩塌。 人們不得不援引一種外部能力，為了方便起見，我們稱之為上帝，由祂來確定宇宙是如何開始的。由此，他們把宇宙理論向前推進了一步，承認宇宙在膨脹，但沒有開始。這些理論的代表之一是由赫爾曼·邦迪（3）、托馬斯·戈爾德（4），以及弗雷德·霍伊爾（5）於1948年提出的穩態理論（6）。
按照穩態理論的解釋，隨著星係彼此間分離、膨脹，宇宙空間會不斷創造新的物質，新星係的形成來源於這些新創造的物質。 宇宙永遠存在，並且在任何時候看起來都是一樣的。穩態理論所定義的後一個屬性，有一個明顯的好處，它讓我們可以通過觀察來檢驗其真偽。 劍橋射電天文學組，在馬丁·賴爾（7）的領導下，對20世紀60年代早期的弱源無線電波，進行了一次調查。 這些弱源無線電波在太空中，相當均勻地分布著，顯示出大多數弱源無線電波都來自河（8）外星係。 平均而言，更弱的信號源距離會更遠。
穩態理論預測了無線電波源的數量與其強度之間的關係。 但是，結果顯示觀察得到弱電波源比預測的更多。這表明過去電波源的密度更高。這與穩態理論的基本假設相反，即一切都是不隨時間而改變的。由於這個和其他一些原因，穩態理論最終被放棄了。
回避宇宙有一個開始的另一種嚐試是，假設開始有一個收縮階段，但是由於旋轉和局部不規則，物質不會全部落到同一點。相反，物質的不同部分會相互錯過，宇宙會再次膨脹，同時始終保持有限的密度。 實際上，兩名俄羅斯人，葉夫根尼·利夫希茨（9）和艾紮克.卡拉尼可夫（10）聲稱，已經證明了沒有精確對稱的一般收縮總會導致亂跳，同時始終保持有限的密度。 這一結果，對於馬克思列寧主義的辯證唯物主義來說，非常便利，因為它繞開了創造宇宙這一尷尬問題。由此，葉夫根尼·利夫希茨和艾紮克.卡拉尼可夫的這一理論，成了蘇聯科學家的信條。
我開始宇宙研究，正值利夫希茨和卡拉尼可夫，關於宇宙沒有開始的結論發表的當口。我意識到這是一個非常重要的問題，但我並不相信利夫希茨和卡拉尼可夫的論據。
我們的習慣思維總是受“事出有因”的思維方式影響。過去的事件影響後來的事件，這樣一環扣一環，環環相扣。事件之間有一係列的因果關係，一直可以追溯到過去，形成一條因果鏈條。但是，假設這個鏈條有一個開頭，假設有第一個事件。那麽，第一個事件的起因又是什麽？這不是許多科學家想要解決的問題。他們通過像俄羅斯人所闡述的，以及像那些穩態理論家所聲稱的——宇宙沒有開始，抑或認為宇宙的起源不屬於科學領域，而屬於形而上學或宗教等這樣一些方法，試圖繞開這個問題。在我看來，這不是真正的科學家應該采取的立場。如果科學定律止步於宇宙開始時，難道這些科學定律就不會在其他時段崩塌嗎？如果科學定律隻是偶爾適用，那麽它就不是科學定律。我相信，我們應該在科學的基礎上嚐試理解宇宙的起源。這也許是超出我們能力限度的任務，但至少我們應該進行嚐試。
羅傑·彭羅斯（11）和我設法通過幾何定理證明，如果愛因斯坦的廣義相對論是正確的，而且某些合理條件得到滿足，宇宙必定有一個開始。 很難用數學定理來爭論，但是利夫希茨和卡拉尼可夫，最終不得不承認宇宙應該有一個開端。 雖然宇宙有開始的想法，可能不受共產主義思想的歡迎，但是意識形態從來無法阻礙物理科學的發展。炸彈需要物理學，關鍵物理學是有用的。然而，蘇聯的意識形態確實通過否認遺傳的真相，來阻止生物學的進步。
雖然羅傑.彭羅斯和我的定理，證明了宇宙必定有一個開始，但關於那個開始的本質並未給出更多的信息。 定理證明，宇宙開始於宇宙大爆炸，整個宇宙被碾碎、擠壓在一個物質密度無限大的，被稱之為“時空奇點”的奇點裏。愛因斯坦的廣義相對論在時空奇點裏，將不在適用。因此，人們不能用它來預測宇宙開始的方式。 顯然，這個問題超出了科學所能回答的範圍。
1965年10月，在我第一個“奇點”結論出來後幾個月，通過對宇宙背景微弱的微波輻射的觀測發現，確認了宇宙有一個物質密度極高的開始。這些微波與微波爐中的微波爐相同，但強度卻低得多。這些宇宙背景微波，隻能把你的披薩餅加熱到零下270.4攝氏度（零下518.72華氏度），用它來解凍披薩效果不會好，更不用說用它烹飪了。事實上，你可以親自去觀察這些背景微波。幾乎肯定，那些用過模擬電視機的人，許多人都看到過微波造成的現象。如果你把電視機的頻道，選擇成一個空頻道，電視機屏幕上，你看到的類似雪花的小白點就是由宇宙背景微波輻射引起的。對宇宙背景微波的唯一合理解釋是，這些微波是早期的高溫熾熱和高密集狀態留下的輻射。隨著宇宙膨脹，輻射會冷卻，直到它隻是我們今天觀察到的微弱微波殘餘。
宇宙始於一個奇點，並不是我或其他許多人都滿意的想法。愛因斯坦的廣義相對論在靠近“大爆炸”處失效的原因，在於它是所謂的經典理論。也就是說，它是基於無需解釋的、不證自明的常識性的假設——每個粒子都具有明確定義的位置和明確定義的速度。在這種所謂的經典理論中，如果我們知道宇宙中所有粒子，在某一時間的位置和速度，就可以計算出在過去或將來的任何時間它們的狀態。然而，在二十世紀初期，科學家發現他們無法準確計算出在極短距離內會發生什麽。這不僅僅是經典理論不夠好的問題。似乎有一定程度的隨機性或不確定性，在我們的理論中無法消除。它可以歸結為，德國科學家維爾納·海森堡（12）在1927年提出的不確定性原則。人們無法準確預測粒子的位置和速度。對位置的預測越準確，對速度的預測誤差就越大，反之亦然。
愛因斯坦強烈反對宇宙被偶然性操縱的觀點。 用他的格言，表述他的感受是“上帝不擲骰子。”但是，所有的證據都表明上帝完全是一個賭徒。 宇宙就像一個，到處被擲的骰子在滾動、賭輪被轉動的巨大的賭場。 每次骰子投擲或輪盤旋轉時，賭場老板都會麵臨賠錢的風險。 但是在大量賭注中，賭場老板要確保賠率平均值對他/她有利。 這就是賭場老板如此富有的原因。 你贏得對抗的唯一機會，就是把你所有的錢都放在幾個擲骰子或輪盤賭上。
宇宙也像擲骰子一樣。 當宇宙很大時，骰子翻滾變化的次數非常多，最後平均值結果可以預測。 但是，當宇宙非常小，在宇宙大爆炸附近時，被擲骰子的翻滾變化次數很少，不確定性原理在此就顯得非常重要。為了理解宇宙的起源，有必要將不確定性原理，引入愛因斯坦的廣義相對論。 至少在過去的三十年裏，這一直是理論物理學的巨大挑戰。 我們還沒有解決這個問題，但我們取得了很大進展。
現在，假設我們試圖預測未來。 因為我們隻知道粒子的位置和速度的某種組合，所以我們不能對粒子的未來位置和速度做出精確的預測。 對特定位置和速度的組合，我們隻能給出概率。 因此，對於特定的宇宙未來，有一種確定的可能性。 現在，假設我們試圖以同樣的方式理解過去。
鑒於我們現在可以做出的觀察的性質，我們所能做的就是為宇宙的特定曆史時段分配概率。 因此，宇宙必定具有許多可能的曆史，每個曆史都有自己的概率。 有一個英格蘭再次贏得世界杯的宇宙曆史，雖然可能性很低。宇宙有多個曆史的觀點聽起來可能像科幻小說，但它現在被接受為科學事實。 這要歸功於理查德·費曼（13）他曾在著名的加州理工學院（California Institute of Technology）工作，並在條形街演奏邦戈鼓。 費曼理解事物如何運作的方法是為每個可能的曆史分配一個特定的概率，然後用這個想法進行預測。 這個方法非常適合預測未來。所以，我們假設它對探求過去也同樣有效。
科學家們正在努力將愛因斯坦的廣義相對論和費曼的多重曆史觀結合起來，形成一個完整的統一理論，描述宇宙中發生的一切。如果我們知道宇宙在某一時段的狀態，這個統一的理論將使我們能夠推算宇宙如何演化。但統一理論本身並不能告訴我們宇宙是如何開始的，或者它的初始狀態是什麽。為此，我們需要額外的東西。我們需要所謂的邊界條件，告訴我們宇宙邊界發生的事情，空間和時間的邊緣。但是，如果宇宙的邊界隻是處於空間和時間的正常點，我們就可以跨過邊界，並對邊界以外的地方宣誓主權。另一方麵，如果宇宙的邊界處於鋸齒狀的邊緣，在那裏空間或時間被碾壓、物質密度趨於無窮大，那麽要定義有意義的邊界條件將是非常困難的。因此，究竟需要什麽邊界條件，現在還不清楚。選擇哪一組邊界條件更合理，似乎沒有邏輯基礎。
然而，加州大學聖塔巴巴拉分校的詹姆斯·哈妥（14）和我意識到第三種可能性。 也許，宇宙在空間和時間上沒有邊界。 初看，這似乎與我前麵提到的幾何定理直接矛盾。 那些定理表明宇宙必須有一個開始，一個時間的邊界。 然而，為了用數學方法，更好地定義費曼的技法，數學家們想出了一個被稱為“虛構時間”的概念。“虛構時間”與我們體驗的實時時間無關。為了完成數學運算，用“虛構時間”代替真實時間，這是一個數學技巧。我們的想法是在假想的時間裏沒有邊界。 這消除了嚐試創造邊界條件的必要。 我們稱之為無邊界方案。
如果宇宙的邊界條件是，在它的假想時間內沒有邊界，那麽宇宙將不會隻有一個曆史。 在虛構的時間裏，有許多曆史。並且，每個“虛構曆史”都會是一個與真實時間相對應的曆史。 這樣看來， 我們擁有超級豐富的宇宙曆史。是什麽從一堆所有可能的宇宙曆史中，挑選出我們所生活的、這個特別的曆史，或者說這一曆史集合呢？
有一點，我們可以很快注意到的是，在宇宙可能的曆史中，許多都不會經曆，像我們人類自身的發展所必須的星係以及恒星的演化過程。智能生命的進化，也許不需要星係和恒星演化的伴隨，但是這種可能性不大。 因此，事實上，作為眾生存在的事實，我們可以提出這樣的問題，我們被限製生活在有這樣宇宙曆史的宇宙中，“為什麽宇宙是這樣的？”我們所在宇宙的曆史，暗示它是擁有星係和恒星的少數宇宙曆史中的一員。這是所謂的人擇原理（15）的一個例子。 人擇原理說宇宙必須或多或少地像我們所看到的樣子，因為如果它不同，那麽就沒有人會在這裏觀察它。
許多科學家不喜歡人擇原理，因為它似乎隻不過像擺擺手而已，並沒有太大的預測能力。 但人擇原理可以給出一個精確的表述，它在處理宇宙的起源問題時，似乎是必不可少的。 M-理論（16）是“完整統一理論”的最佳候選者，它為宇宙提供了大量可能的曆史。 大多數這些曆史都不適合智能生命的發展。 要麽它們是空的，要麽持續時間過短，要麽過於彎曲，或者以其他方式出錯。 然而，根據理查德.費曼的多元宇宙曆史的觀點，這些無生命存活的曆史，可能具有相當高的概率。
我們並不關心，究竟有多少不含智慧生命的宇宙曆史。 我們感興趣的是那些有智慧生命存在的曆史子集合。 並不要求這些智能生命像人類一樣。小綠人（17）也可以。 事實上，他們也許會做得更好。 人類並沒有出色的智能行為記錄。
作為人擇原理功用的一個例子，我們考慮一下空間方向的數量。 我們都生活在三維空間中，是一個我們共有的經驗事實。 也就是說，我們可以用三個數字，來表示空間中一個點的位置。 例如：緯度、經度和海拔高度。 但是，為什麽空間是三維的？ 為什麽不像科幻小說所描述的，是二維、四維，或者其他維度的？事實上，在M-理論中，空間有十個維度（同時具有一個時間維度），十個維度中，有七個被認為是卷曲得非常小的維度。隻留下三個大，而近似平坦的維度方向。 它（三維空間）就像一根飲料吸管。吸管的表麵是二維的。 然而，在一個方向上，它被卷曲成一個小圓圈。因此，從遠距離看，吸管看起來像一條一維的直線。
為什麽我們沒有生存在一個具有八個卷曲的維度，加上兩個已知維度的宇宙曆史中呢？因為二維空間裏的動物將難以消化食物。如果它有一個貫穿身體的腸道，就像我們一樣，腸道就會將動物身體分成兩半，而這個可憐的生物會被“肢解”，無法生存。因此，對於像智能生命這樣複雜的任何事物，兩個維度的空間是不夠的。三維空間有些特殊之處。在三維空間中，行星在恒星周圍可以具有穩定的軌道。這是由於羅伯特·胡克（18）在1665年發現，並由艾薩克·牛頓（Isaac Newton）詳細闡述的萬有引力反平方律（S/4πr²=I, S – 引力強度）中，所定義的引力的結果。想一下，兩個相距一定距離的物體間吸引力。如果該距離加倍，則它們之間的力除以4。如果距離增加三倍，則將力除以9，如果是四倍，則將力除以16，依此類推。這就導致了行星具有穩定的軌道。
現在，讓我們來考慮一下四維空間的情況。萬有引力會遵循“逆立方律”。如果兩個物體之間的距離加倍，那麽引力將被除以8，三倍就除以27，如果是四倍，則除以64。四維空間中的“逆立方引力定律”妨礙行星在恒星周圍形成穩定的軌道。他們要麽最終墜入恒星，要麽逃逸到黑暗和寒冷外太空。同樣，原子中的電子也不會具有穩定軌道，這樣我們所知道的物質，就不會存在。因此，雖然“多重宇宙史”的想法，允許宇宙具有任何數量的線性維度，（近似平直的）但隻有三維空間的宇宙史才會有智能生命。隻有在這樣的宇宙史集合中，才會提出這樣一個問題：“為什麽空間有三個維度？”
我們觀察到的宇宙的一個顯著特征與阿諾·彭齊亞斯（19）和羅伯特·威爾遜（20）發現的微波背景有關。 宇宙微波背景輻射本質上是一個宇宙初期狀態的化石記錄。 這輻射無論從哪個方向看，結果都差不多。不同方向之間的差異大約是十萬分之一。需要回答的是為什麽有如此微小的差異。一種被普遍接受的解釋是，在宇宙曆史的早期，它經曆了一個至少以數億倍計數的急速膨脹的時期。這個過程被稱為膨脹擴張。這種膨脹擴張，與通常困擾我們的價格通脹相反，它對宇宙的演化是有利的。如果全部情況是這樣的話，在所有方向上，微波輻射都會是完全相同的。 那麽，那些微小的差異來自哪裏呢？
1982年初，我寫了一篇論文，提出這些差異源於宇宙膨脹期間的量子波動。量子波動是根據不確定性原理，推導出的結果。此外，這些量子波動還是建構我們宇宙，星係、恒星，還有們的種子。這個想法與黑洞視界中所謂的霍金輻射（21），具有相同的機製，這是我十年前所預測的。過去與現在，所謂霍金輻射提法的唯一區別就是，過去稱霍金輻射來自黑洞視界，現在說該輻射來自宇宙視界。所謂“宇宙視界”就是，那條把宇宙的可見部分（譯者注：物質、正能量）與不可見部分（譯者注：暗物質、負能量）分割開來的“地平線”。那年夏天，我們在劍橋舉辦了一個研討會，該領域的所有領軍人物悉數到場。在這次會議上，我們建立了大部分現在的宇宙膨脹圖景，其中包括，導致星係形成，以及我們存在所需要的所有重要的密度波動。有幾個人為最終的結果做出了貢獻。這是在1993年宇宙背景探測者（COBE）（22）衛星發現宇宙微波波動之前的十年。因此，在這裏, 理論領先於實驗。
又過了十年，在2003年，隨著威爾金森微波各向異性探測器（23）（WMAP）所獲取的成果，宇宙學成為了一門精密科學。 WMAP衛星攝製了一幅宇宙微波背景溫度的精彩圖片，一張顯示宇宙年齡誤差小於1%的宇宙照片。你看到的不均勻是宇宙膨脹造成的結果，它意味著宇宙的某些區域的密度略高於其他區域。額外密度的物質間的相互引力，減緩了該區域的擴張，並最終導致墮塌，形成星係和恒星。所以，仔細看太空微波背景輻射圖，它就是宇宙全部結構的藍圖。我們就是早期宇宙中量子波動的產物。上帝確實在擲骰子。
繼WMAP之後，今天有普朗克巡天者（24）衛星，可以拍攝具有更高分辨率的宇宙圖像。普朗克正在認真測試、驗證我們的理論，甚至有可能發現膨脹過程中的引力波的印記。這就像是把“量子引力”寫在了太空上。
可能還有其他更多宇宙。M-理論預測，與許多不同的可能宇宙曆史相對應，許多宇宙都是從無到有的。隨著宇宙演化到現在，繼而走向未來，每個宇宙都有許多可能的曆史和許多可能的狀態。大多數的狀態與我們觀測到的宇宙完全不同。
我們依然熱切盼望，設在日內瓦的歐洲核研究中心（CERN）的大型強子對撞機（25）（LHC）能夠為M-理論，提供第一手的證據。從M-理論的角度來看，它（LHC）隻能探測低能量。但是，我們也許有幸看到基本理論中的弱信號，例如超對稱性。我認為，發現已知粒子的超對稱夥伴，將徹底改變我們對宇宙的理解。
2012年，在日內瓦歐洲核子研究中心的大型強子對撞機發現了希格斯粒子（26）。這是二十一世紀，新的基本粒子的首次發現。大型強子對撞機仍然有希望發現超對稱性。但即使大型強子對撞機找不到任何新的基本粒子，目前正在計劃建造的下一代加速器，仍有可能發現超對稱性。
在熱大爆炸初始階段的宇宙本身，是測試M-理論的終極高能實驗室，以及檢驗我們關於時空和物質構建模塊想法的地方。不同的理論，在當前的宇宙結構中留下的“指紋”不同。因此，天體物理數據可以為我們提供，有關統一所有自然力的線索。可能還有其他宇宙，但不幸的是我們永遠無法探索它們。
我們已經看到了宇宙起源的一些東西。但是，留下了兩個大問題。宇宙會終結嗎？我們的宇宙是獨一無二的嗎？
那麽，最可能的宇宙曆史的未來表現將會是什麽？似乎有多種可能性，這些可能性與智能生命的存在相互兼容。它們取決於宇宙中的物質數量。如果物質數量超過一定的臨界值，星係之間的引力將減緩宇宙的擴張。
最終，他們將開始相互靠近，並在一次宇宙大墮塌中，聚集壓碎在一起。這將是宇宙曆史的終結。我在遠東的時候，他們不讓我提及“宇宙大墮塌”的話題，因為擔心引發股市震蕩。但是，市場還是崩了（譯者注：1997亞洲金融危機），也許是什麽人走漏了“宇宙大墮塌”的消息。（譯者大笑）在英國，人們似乎並不擔心二百億年後，宇宙可能會結束。在世界末日到來之前，你還有足夠的時間吃喝玩樂。
如果宇宙的密度低於臨界值，太弱的引力將無法阻止星係四散逃逸。所有恒星的能量最終都會燃燒殆盡。宇宙將變得更加空曠、更加寒冷，最終變成死寂，這種“死法”似乎缺少戲劇性。（譯者注：這是宇宙終結的另外一種方式，稱為“冷死”；“宇宙大墮塌”導致的宇宙終結，稱為“熱死”）不過，距離世界末日，我們還有幾十億年的時間。
在這一章裏，我試圖解釋了關於宇宙的起源、未來和宇宙本質方麵的一些問題。 原始宇宙是小而密集的，它就好像一個堅果，宇宙就開始了。然而，這個“堅果”裏，卻包含了宇宙演化的所有信息。所以，哈姆雷特一點沒錯，我們這些被包裹在小小“堅果”中的人類，卻可以視自己為無限空間的王。
大爆炸之前發生了什麽？
按照（宇宙）無邊界假設，詢問宇宙大爆炸之前發生的事情是毫無意義的。這就像問南極的南部在哪裏一樣無趣。因為宇宙開始前，沒有時間可言。時間的概念隻存在於我們的宇宙中。
注釋：（資料來自：維基百科）
1）詹姆斯·烏赦（英語：James Ussher，或拚為Usher，/????r/，1581年1月4日－1656年3月21日），生於愛爾蘭都柏林，在1625年至1656年間，曾任愛爾蘭教會阿瑪（Armagh）教區大主教兼任全愛爾蘭天主教會大主教。他也是一位曆史學家，在他的著作《烏赦年表》（Ussher chronology）中，根據聖經記載及曆法考證，認為世界創造於公元前4004年10月23日禮拜天。
2）埃德溫·鮑威爾·哈勃（英語：Edwin Powell Hubble，1889年11月20日－1953年9月28日），美國著名的天文學家。 哈勃證實了銀河係外其他星係的存在，並發現了大多數星係都存在紅移的現象，建立了哈勃定律，是宇宙膨脹的有力證據（參見大爆炸理論）。哈勃是公認的星係天文學創始人和觀測宇宙學的開拓者。並被天文學界尊稱為星係天文學之父。 為紀念哈勃的貢獻，小行星2069、月球上的哈勃環形山以及哈勃太空望遠鏡均以他的名字來命名。
3）赫爾曼·邦迪（英語：Hermann Bondi，1919年11月1日－2005年9月10日），生於奧匈帝國維也納，英國籍數學家與物理學者。他最有名的事跡，是與弗雷德·霍伊爾、托馬斯·戈爾德，三人共同提出穩態理論。但他在學術上最顯著的成就來自於對廣義相對論的理論貢獻。
4）托馬斯·戈爾德（英語：Thomas Gold，1920年5月22日－2004年6月22日）[2]是一位生於奧地利的天文物理學家，他曾擔任康乃爾大學天文學教授、美國國家科學院院士、皇家學會院士[2]。戈爾德是1950年初提出現已幾乎被廢棄的宇宙穩恒態理論的三位年輕科學家之一。戈爾德的研究是跨學科的，涉及生物物理學、天文學、航空航天工程和地球物理學。
5）弗雷德·霍伊爾爵士（英語：Sir Fred Hoyle，1915年6月24日－2001年8月20日），生於英國英格蘭約克郡賓利，英國天體物理學家。他是最早將恒星核合成過程加以理論化的物理學者之一。
6）穩態理論（英語：Steady State Theory），又譯為穩恒態理論、恒穩狀態學說，是物理宇宙學中的一個宇宙模型假說。穩態理論假設，隨著宇宙擴張，新的物質會不斷產生，使宇宙符合完美宇宙學原理（Perfect Cosmological Principle）。 穩態理論與大爆炸理論同時出現，在20世紀前半獲得不少物理學家的支持。在1960年代後，隨著越來越多的天文學與物理學證據支持大爆炸理論，認為宇宙的年齡有限，現今穩態理論已被視為是過時的假說。
7）馬丁·賴爾爵士（英語：Sir Martin Ryle，1918年9月27日－1984年10月14日），英國射電天文學家，賴爾開發出革命性的射電望遠鏡係統，且使用這套係統對弱射電源準確定位和成像。1964年賴爾與馮堡（D.D. Vonberg）首度發表了無線射頻的天文幹涉儀概念（縱然另有聲稱認為悉尼大學的約瑟夫·波悉在同年較早時候已實際製作出天文幹涉儀。）賴爾在大學中利用經改良的設備，能觀察到當時已知宇宙中最遠的星係，賴爾也是劍橋大學卡文迪許實驗室天體物理組的第一位教授，並創辦了大盾射電天文台，1972至1982年間受任命為皇家天文學家。 賴爾與安東尼·休伊什共同獲得1974年的諾貝爾物理學獎，是諾貝爾獎第一次授獎表彰天文研究。
8）銀河星係（古稱銀河、天河、星河、天漢、銀漢等）[18]，是一個包含太陽係 [19]的棒旋星係。直徑介於100,000光年[20]至180,000光年[21]。估計擁有1,000億至4,000億顆恒星[22][23]，並可能有1,000億顆行星[24][25]。太陽係距離銀河中心約26,000光年，在有著濃密氣體和塵埃，被稱為獵戶臂的螺旋臂的內側邊緣。在太陽的位置，公轉周期大約是2億4,000萬年[15]。從地球看，因為是從盤狀結構的內部向外觀看，因此銀河係呈現在天球上環繞一圈的帶狀。 銀河係中最古老的恒星幾乎和宇宙本身一樣古老，因此可能是在大爆炸之後不久的黑暗時期形成的[9]。在10,000光年內的恒星形成核球，並有著一或多根棒從核球向外輻射。最中心處被標示為強烈的電波源，可能是個超大質量黑洞，被命名為人馬座A*。在很大距離範圍內的恒星和氣體都以每秒大約220公裏的速度在軌道上繞著銀河中心運行。這種恒定的速度違反了開普勒動力學，因而認為銀河係中有大量不會輻射或吸收電磁輻射的質量。這些質量被稱為暗物質[26]。 銀河係有幾個衛星星係，它們都是本星係群的成員，並且是室女超星係團的一部分；而它又是組成拉尼亞凱亞超星係團的一部分[27][28]。整個銀河係對銀河係外的參考坐標係以大約每秒600公裏的速度在移動。
9）葉夫根尼·米哈伊洛維奇·利夫希茨（俄語：Евге?ний Миха?йлович Ли?фшиц，1915年2月21日－1985年10月29日），蘇聯物理學家。[1] 利夫希茨是朗道的學生，是他的《理論物理學教程》的主要合著者。 在廣義相對論領域，利夫希茨是BKL猜想[2]（關於一般曲率奇點的性質）的提出者之一，這被廣泛認為是經典引力課題中最重要的開放問題之一。
10）艾薩克.馬科維奇.卡拉尼可夫 (俄語: Исаак Маркович Халатников; 1919年10月17日) 出生在前蘇聯，是一名物理學家，他的工作在廣義相對論方麵，以對彼林斯基-卡拉尼可夫-利夫希茨的奇點理論（BKL singularity ）的發展所著稱。
11）羅傑·彭羅斯爵士（英語：Sir Roger Penrose，1931年8月8日－），英國數學物理學家與牛津大學數學係W. W. Rouse Ball名譽教授。他在數學物理方麵的工作擁有高度評價，特別是對廣義相對論與宇宙學方麵的貢獻。他也是娛樂數學家與具爭議性的哲學家。羅傑·彭羅斯是科學家理昂內·彭羅斯與瑪格麗特·雷瑟斯的兒子，為數學家奧利佛·彭羅斯與國際象棋大師強納森·彭羅斯的兄弟。
12）維爾納·海森堡（德語：Werner Heisenberg，1901年12月5日－1976年2月1日），德國物理學家，量子力學創始人之一，“哥本哈根學派”代表性人物。1932年，海森堡因為“創立量子力學以及由此導致的氫的同素異形體的發現”而榮獲諾貝爾物理學獎。他對物理學的主要貢獻是給出了量子力學的矩陣形式（矩陣力學），提出了“不確定性原理”（又稱“海森堡不確定性原理”）和S矩陣理論等。他的《量子論的物理學原理》是量子力學領域的一部經典著作。
13）理查德·菲利普斯·費曼（英語：Richard Phillips Feynman，1918年5月11日－1988年2月15日），美國理論物理學家，量子電動力學創始人之一，納米技術之父。由費曼提出或完善的費曼圖、費曼規則（Feynman rules）和重整化計算方法是研究量子電動力學和粒子物理學的重要工具。費曼個性十足，愛出風頭，平易近人且喜愛搞怪，有很多逸聞流傳於世。在1999年英國雜誌《物理世界》對全球130名領先物理學家的民意調查中，他被評為有史以來10位最偉大的物理學家之一。[11]費曼父母皆為立陶宛猶太人，來自白俄羅斯，然而費曼本人是無神論者。 費曼業餘愛好廣泛，如打邦哥鼓、破譯瑪雅文明的象形文字、研究如何撬開保險櫃的鎖及逛脫衣舞廳等。他自己搜羅了不少這類故事，整理成了自傳《別鬧了，費曼先生！》。該書後來成為暢銷大眾讀物。費曼是少數幾個在大眾心目中形象生動鮮活的前沿科學家之一。
14）詹姆斯·伯克特·哈妥（英語：James Burkett Hartle，1939年8月20日－），美國物理學家，自1966年起任教於加州大學聖塔芭巴拉分校(UCSB)物理係。他著名的成就包括有廣義相對論、天文物理學與量子力學詮釋等領域。在與史蒂芬·霍金合作之下，他提出了“哈妥-霍金宇宙波函數”——其為惠勒-得衛特方程式的一個特殊解，用以解釋大霹靂宇宙學的初始條件。 與默裏·蓋爾曼等人合作，哈妥協助架構現代版的哥本哈根詮釋，其基礎為一致性曆史(consistent histories)。與Dieter Brill合作，他發現了布裏爾-哈妥幾何子(Brill-Hartle geon)，其為一項近似解，實現了惠勒所提議的一個假設現象——一個重力波波包(gravitational wave packet)被局限在時空中的一塊緊致區域，所憑借的是自身場能量的重力吸引。他也是近期一本廣義相對論教科書的作者[1]
15）人擇原理(anthropic principle)或人存定理，是一種認為物質宇宙必須與觀測到它的存在意識的智慧生命相匹配的哲學理論。有些支持者提出人擇原理解釋了宇宙的年齡和為什麽物理常數能夠保證有意識生命的存活。所以他們也認為這個宇宙能給予智能生命（可觀測者）存活的那麽高的標準是一件正常的事情[1][2]。 約翰·D·巴羅和法蘭克·迪普勒給出的強人擇原理（SAP）指出宇宙存在的某些機能的協調性最終會導致智慧生命的湧現。而有些以布蘭登.卡特為首、對SAP持有批評態度的人給出了弱人擇原理（WAP）, 指出表麵上的調和宇宙往往是選擇偏差所帶來的（尤其是幸存者偏差）比如，隻有那些最終有能力給出生命生存條件的宇宙中能有生命，觀察並給出調和性的解釋。多數情況，這個對多重宇宙論的爭論，應該在統計出宇宙總體的數量以及從這些中找出有選擇偏好（我們作為觀察者所在的宇宙協調性）後才能給出結論。
16）M理論（英語：M-theory）是物理學中將各種相容形式的超弦理論統一起來的理論。此理論最早由愛德華·威滕於1995年春季在南加州大學舉行的一次弦理論會議中提出。威滕的報告啟動了一股研究弦理論的熱潮，被稱為第二次超弦革命。
弦理論學者在威滕的報告之前已經識別出五種不同的超弦理論。盡管這些理論看上去似乎非常不一樣，但多位物理學家的研究指出這些理論有著微妙且有意義的關係。特別而言，物理學家們發現這些看起來相異的理論其實可以透過兩種分別稱為S對偶和T對偶的數學變換所統合。威滕的猜想有一部分是基於這些對偶的存在，另有一部分則是基於弦理論與11維超重力場論的關係。
盡管尚未發現M理論的完整表述，這種理論應該能夠描述叫膜的二維及五維物體，而且也應該能描述低能量下的11維超引力。現今表述M理論的嚐試一般都是基於矩陣理論或AdS/CFT對偶。威滕表示根據個人喜好M應該代表Magic（魔術理論）、Mystery（神秘理論）或Membrane（膜理論），但應該要等到理論更基礎的表述出現後才能決定這個命名的真正意義[1]。
有關M理論數學架構的研究已經在物理和數學領域產生了多個重要的理論成果。弦理論學界推測，M理論有可能為研發統合所有自然基本力的統一理論提供理論框架。當嚐試把M理論與實驗聯係起來時，弦理論學者一般會專注於使用額外維度緊致化來建構人們所處的四維世界候選模型，但是到目前為止，物理學界還未能證實這些模型是否能產生出人們所能觀測到（例如在大型強子對撞機中）的物理現象。
17）小綠人（俄語：зелёные человечки[注 1]，烏克蘭語：зелен? чолов?чки）指著俄國裝備的秘密武裝人員。這種叫法在2014年初俄羅斯非正式部隊占領克裏米亞期間被首次使用[1]。由於其著綠色的製服和先進的武器裝備，當地居民起初也稱他們為“火星人”[2]。俄羅斯聯邦國防部長謝爾蓋·紹伊古則稱這些武裝人員為有禮貌的人（俄語：Вежливые люди，烏克蘭語：Вв?члив? люди）[3][4]。
18) 羅伯特·胡克（英語：Robert Hooke，又譯胡克，1635年7月28日－1703年3月3日），英國博物學家、發明家。在物理學研究方麵，他提出了描述材料彈性的基本定律——胡克定律，且提出了萬有引力的平方反比關係。在機械製造方麵，他設計製造了真空泵、顯微鏡和望遠鏡，並將自己用顯微鏡觀察所得寫成《顯微術》一書；“細胞”的英文：cell，即由他命名。中文翻譯後即稱為細胞。在新技術發明方麵，他發明的很多設備至今仍然在使用。除去科學技術，胡克還在城市設計和建築方麵有著重要的貢獻。但由於與牛頓的論爭導致他去世後鮮為人知，近來對胡克的研究逐漸興起。胡克也因其興趣廣泛、貢獻重要而被某些科學史家稱為“倫敦的萊奧納多”
19) 阿諾·彭齊亞斯（德語：Arno Penzias，1933年4月26日－），德國出生的美國射電天文學家，猶太人，1964年與羅伯特·威爾遜一起發現了微波背景輻射，並因此獲得1978年諾貝爾物理學獎。 彭齊亞斯1933年出生於德國的慕尼黑，後隨全家移居美國。是1939年二戰爆發前最後一批逃離納粹德國的難民。到達美國後就讀於紐約市立學院，1954年畢業於物理係，畢業後在陸軍通訊兵團服役。兩年後，彭齊亞斯進入哥倫比亞大學就讀，1958年獲得碩士學位，1962年獲得博士學位。而後任職於新澤西州霍姆代爾附近克勞福德山的貝爾電話公司。1964年，彭齊亞斯和同在貝爾電話公司工作的威爾遜使用一具為早期通訊衛星設計的天線，接收到了來自天空的均勻、且不隨時間變化的訊號。1965年，他們二人在《天體物理學報》上發表了題為《在4080兆赫上額外天線溫度的測量》的論文，宣布了這個發現。隨後，普林斯頓大學的狄克等人在同一雜誌上解釋道，這就是宇宙微波背景輻射。宇宙微波背景輻射的發現為宇宙大爆炸理論提供了有力證據。彭齊亞斯和威爾遜也因此獲得1978年諾貝爾物理學獎。
20) 羅伯特·威爾遜（英語：Robert Wilson 1936年1月10日－），美國射電天文學家，1964年與阿諾·彭齊亞斯一起發現了微波背景輻射，並因此獲得1978年諾貝爾物理學獎。 威爾遜1936年出生於美國得克薩斯州的休斯敦，父親是一位化學工程師。威爾遜1957年以優秀的成績畢業於萊斯大學，而後進入加州理工學院攻讀研究生。在那裏，他受到著名天文學家弗雷德·霍伊爾的影響，支持穩恒態宇宙學。1962年獲博士學位。1963年威爾遜轉往貝爾實驗室設在新澤西州霍姆代爾的研究中心，與彭齊亞斯進行合作，於1964年使用一具為早期通訊衛星設計的天線發現了宇宙微波背景輻射。威爾遜致力於使用射電天文的方法研究星際分子、測定星際物質中各種同位素的相對豐度。1976年 威爾遜成為貝爾實驗室無線電物理研究部的主任，1978年與彭齊亞斯一起獲得諾貝爾物理學獎。
21) 霍金輻射（英語：Hawking radiation）是以量子效應理論推測出的一種由黑洞散發出來的熱輻射。此理論在1974年由物理學家史蒂芬·霍金提出。[1]有了霍金輻射的理論就能說明如何降低黑洞的質量而導致黑洞蒸散的現象。 而因為霍金輻射能夠讓黑洞失去質量，當黑洞損失的質量比增加的質量多的時候就會造成縮小，最終消失。而比較小的微黑洞的發散量通常會比正常的黑洞大，所以前者會比後者縮小與消失的速度還要快。 霍金的分析迅速成為第一個令人信服的量子引力理論，盡管目前尚未實際觀察到霍金輻射的存在。在2008年6月NASA發射了GLAST衛星，它可以尋找蒸發的黑洞中γ射線的閃光。而在額外維度理論，高能粒子對撞也有可能創造出會自我消失的微黑洞。 2010年9月，一項模擬重力研究的結果被部分科學家認為是首次展示出霍金輻射的可能存在與可能性質。然而，霍金輻射仍未被實際觀測到[2][3]。
22) 宇宙背景探測者（COBE），也稱為探險家66號 ，是建造來探索宇宙論的第一顆衛星。他的目的是調查宇宙間的宇宙微波背景輻射（CMB），而測量和提供的結果將可以協助提供我們了解宇宙的形狀，這工作也將可以鞏固宇宙的大霹靂理論。根據諾貝爾獎委員會的看法：“宇宙背景探測的計劃可以視為宇宙論成為精密科學的起點。” [1] 這個計劃的兩位主要研究員，喬治·斯穆特和約翰·馬瑟在2006年獲得諾貝爾物理獎。
23) 威爾金森微波各向異性探測器（英語：Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，簡稱WMAP）是美國宇航局的人造衛星，目的是探測宇宙中大爆炸後殘留的輻射熱，2001年6月30日，WMAP搭載德爾塔II型火箭在佛羅裏達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心發射升空。
由於宇宙間殘存著大爆炸的熱輻射（即為宇宙微波背景輻射），而WMAP的目的就是測量這些熱輻射的極小差異。這計劃由查爾斯·本內特教授及約翰·霍普金斯大學所領導，與美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心及普林斯頓大學合作。WMAP太空船在2001六月30日七點46分46秒於佛羅裏達升空，是COBE太空任務的繼承者之一，也是中級探索者係列衛星的一員。2003年，為了紀念曾為研究計劃一員的宇宙學家大衛·威爾金森，MAP更名為WMAP。WMAP在圍繞日-地係統的L2點運行，離地球1.5×106公裏。2012年十二月20日，研究團隊發布了WMAP九年數據及相關影像。
WMAP的測量在建立最近的宇宙標準模型（宇宙常數－冷暗物質模型，或稱ΛCDM模型）中扮演了關鍵的角色。宇宙常數－冷暗物質模型是是一種以宇宙常數型態表示的暗能量為主導的宇宙模型，這模型與WMAP數據及其他宇宙學數據吻合，並且緊密的相互趨近。在宇宙常數－冷暗物質模型中，宇宙年齡為137.72 ± 0.059億年。由金氏世界記錄鑒定，WMAP的任務使宇宙的年齡精確度優於1%。現在的宇宙膨脹速率（見哈勃常數）為69.32 ± 0.80 （公裏/秒）/百萬秒差距。宇宙的組成中有 4.628 ± 0.093%的一般重子物質，有24.02+0.88−0.87%既不吸收也不放射光的的冷暗物質（CDM），有71.35+0.95−0.96% 使宇宙加速膨脹的的暗能量。而中微子在宇宙含量中占不到1%，但WMAP的測量發現其存在。該團隊於2008年首次發現，證實了宇宙中微子背景輻射的存在，中微子的有效種類為3.26 ± 0.35。尤拉平麵幾何的曲率（Ωk）為-0.0027+0.0039−0.0038。WMAP的測量在很多方麵也支持宇宙是平坦的，包括平坦測量。
24) 普朗克巡天者是歐洲空間局在視野2000年的第三個中型的科學計劃。她的設計目標為以史無前例的高靈敏的角解析力獲取宇宙微波背景輻射在整個天空的的各向異性圖。普朗克巡天者將提供幾個宇宙學和天體物理學的主要訊息，例如，測試早期宇宙的理論和宇宙結構的起源。在計劃獲準之前的企畫案名稱為宇宙背景輻射各向異性衛星和背景各向異性測量（Cosmic Background Radiation Anisotropy Satellite and Satellite for Measurement of Background Anisotropies.，縮寫為COBRAS/SAMBA） 在任務被核準後，更改為現在的名稱以尊崇在1918年獲得諾貝爾物理獎的德國科學家馬克斯·普朗克（1858-1947）。 普朗克巡天者已於2009年5月14日由亞利安五號火箭和赫歇爾太空天文台一起發射升空。這是和美國國家航空航天局合作的計劃，將補全WMAP探測器測量大尺度連漪的不足之處。
25) 大型強子對撞機（英語：Large Hadron Collider，縮寫：LHC）是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織的對撞型粒子加速器，作為國際高能物理學研究之用。LHC已經建造完成，2008年9月10日開始試運轉，並且成功地維持了兩質子束在軌道中運行，成為世界上最大的粒子加速器設施。大型強子對撞機是一個國際合作計劃，由全球85國中的多個大學與研究機構，逾8,000位物理學家合作興建，經費一部分來自歐洲核子研究組織會員國提供的年度預算，以及參與實驗的研究機構所提撥的資金。 大型強子對撞機本預計於2008年10月21日開始進行低能量對撞實驗。但2008年9月19日，大型強子對撞機第三與第四段之間用來冷卻超導磁鐵的液態氦發生了嚴重的泄漏，據推測是由於聯接兩個超導磁鐵的接點接觸不良，在超導高電流的情況下融毀所造成的。依據歐洲核子研究組織的安全條例，必需將磁鐵升回到室溫後詳細檢查才能繼續運轉，這將需要三到四周的時間。要再冷卻回運作溫度，也是得經過三四周的時間，如此正好遇上預定的年度檢修時程，因此必須延遲開始運作的時間。 2009年11月23日，大型強子對撞機進行了在修複完成後的第一次試撞。[1] 2015年4月5日，經過兩年的精心維護與升級，大型強子對撞機再度啟動，預計今年夏天將會進行13TeV質子質子碰撞實驗，探索未知領域，例如，尋找暗物質、分析希格斯機製、研究誇克-膠子等離子體等等[2]。
26）希格斯玻色子（英語：Higgs boson）是標準模型裏的一種基本粒子，是一種玻色子，自旋為零，宇稱為正值，不帶電荷、色荷，極不穩定，生成後會立刻衰變。希格斯玻色子是希格斯場的量子激發。根據希格斯機製，基本粒子因與希格斯場耦合而獲得質量。假若希格斯玻色子被證實存在，則希格斯場應該也存在，而希格斯機製也可被確認為基本無誤。[注 3][1][2][7]:401-405 物理學者用了四十多年時間尋找希格斯玻色子的蹤跡。大型強子對撞機（LHC）是全世界至今為止最昂貴、最複雜的實驗設施之一，其建成的一個主要任務就是尋找與觀察希格斯玻色子與其它種粒子。[8]2012年7月4日，歐洲核子研究組織（CERN）宣布，LHC的緊湊渺子線圈（CMS）探測到質量為125.3±0.6GeV的新玻色子（超過背景期望值4.9個標準差），超環麵儀器（ATLAS）測量到質量為126.5GeV的新玻色子（5個標準差），這兩種粒子極像希格斯玻色子。[9]2013年3月14日，歐洲核子研究組織發表新聞稿正式宣布，先前探測到的新粒子暫時被確認是希格斯玻色子，具有零自旋與偶宇稱，這是希格斯玻色子應該具有的兩種基本性質，但有一部分實驗結果不盡符合理論預測，更多數據仍在等待處理與分析。[1][2][注 4] 希格斯玻色子是因物理學者彼得·希格斯而命名。[注 5]他是於1964年提出希格斯機製的六位物理學者中的一位。2013年10月8日，因為“次原子粒子質量的生成機製理論，促進了人類對這方麵的理解，並且最近由歐洲核子研究組織屬下大型強子對撞機的超環麵儀器及緊湊μ子線圈探測器發現的基本粒子證實”，弗朗索瓦·恩格勒、彼得·希格斯榮獲2013年諾貝爾物理學獎。[12]
