下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
在宇宙中，每秒有数十亿的高能微小粒子以近乎光速轰击地球的大气层。它们被称为宇宙射线，虽然根本不是射线，而是主要来自氢原子或氦原子的质子。与我们从太空中接收到的其他能量不同，它们也并非来自太阳。如果真的来自太阳的话，它们的浓度大概就会像来自太阳的光和热一样，在一天之内不断变化，但到达地球的宇宙射线能量似乎在不同的时间和地点都是恒定的。
大多数宇宙射线被认为来自我们的星系之外，可能是超新星大爆炸的结果。有些宇宙射线的爆发与特定的超新星有关，但我们并不清楚它们是否都有这样的起源。其中主要的问题在于，粒子的电荷使它们在穿越空间时很容易改变方向，使得其来源难以确定。
以大多数标准来看，矮星系的系统是相当巨大的。它们囊括了几十亿颗恒星，可能横跨几百甚至上千光年，但与银河系10万光年里的2000亿—4000亿颗恒星相比，它们依旧是小矮星——而银河系甚至也不算是一个大星系。目前为止，我们在银河系的运行轨道上只发现了不到30个矮星系，但根据估算，其数量应该远不止于此。
我们一般认为，在早期宇宙，星系主要是由气体云和暗物质相互作用形成的。但问题在于，如果基于这种理论的星系模型进行运算，计算机模拟预测给出的结果会显示银河系周围有约500个矮星系正在形成。一种可能性是，我们预测的矮行星确实都在那里，但由于包含过多暗物质，所以我们无法观测它们；另一种理论则认为，这是因为较大的星系一直在以我们无法理解的方式吞噬较小的星系。
在整个已知的宇宙中，磁场无处不在。行星、恒星和星系之间的气体都存在一个非常小的磁场。产生这样的磁场需要大量的带电物质，或者有大量此类物质的运动，但究竟是星系的形成导致了磁场的产生，还是磁场在星系的形成中起了重要作用，我们尚不清楚。
2015年的研究表明，电磁等离子体的不稳定性可以导致这种磁场的产生。有观点认为，宇宙大爆炸后造成宇宙的大规模膨胀，在此过程中形成的大量等离子体构成了现在的宇宙。因此，这项研究结果与宇宙主要由等离子体构成的观点一致，这似乎是迄今为止解释宇宙磁场形成的最佳理论。
来自世界各地的大量证据表明，地球曾在770年左右遭受过一次大规模的辐射爆炸。在日本，研究人员对774年至775年形成的树木年轮中的碳14含量进行了检测，结果表明，该年份的碳14含量增加了1.2%，而通常的数字为0.05%。日本研究人员表示，这种增长只能是极其高能的宇宙射线撞击地球造成的。欧美地区的树木中也发现了类似的碳14增长，而对775年南极冰芯的检查也支持宇宙射线理论。但是，导致这场爆炸的原因依旧存在巨大争议。
有一种理论认为，这是一次能量极大的太阳耀斑爆发现象，但如果真的是太阳耀斑，从地球上应该就能很清楚地看到它，可是历史上并没有观测到这种耀斑的记录。另一个说法认为，这是一次超新星爆炸，但那势必会留下至今依旧可见的残骸，而目前我们也并未发现这种残余物。
最近出现的新说法认为这其实是几千光年外的两颗中子星对撞产生的伽马射线暴，但这种爆发被认为是十分罕见的。在别的星系中曾发现过它们的存在，但人们对其知之甚少，也无法验证它们可能在775年冲击过地球的理论。
伽马射线是一种能量极高的电磁辐射。它们在1900年首次被探测到，1967年美国卫星首次在太空中发现了大规模的伽马射线暴，这些卫星原是为探测核武器的秘密试验而设计的。据估计，一个典型的伽马射线暴在几秒钟内释放的能量相当于我们的太阳在其100亿年寿命中释放的能量。这种爆发可以持续几毫秒到几分钟，是已知宇宙中最明亮的电磁现象。所有已知的伽马射线暴都发生在银河系之外，有时是在数十亿光年之外。它们被认为由恒星坍塌或宇宙碰撞时释放的窄束强辐射组成。
有人认为，长伽马射线暴是在超新星爆发时一颗高质量的恒星坍缩形成中子星或黑洞时产生的，而短伽马射线暴可能是双中子星碰撞或合并的结果。彗星和中子星的碰撞也被认为是可能的诱因。但伽马射线暴非常罕见，在100万年里的任何星系中发生的次数都寥寥无几，所以我们的确缺乏足够的证据来确定其原因。对科学而言，这无疑是不幸的；但对我们全人类而言，这也许是件幸事。因为据估计，如果一波伽马射线暴直冲地球而来，将会导致地球生物的大规模灭绝。
1916年，爱因斯坦根据他的广义相对论预言了引力波的存在。他把引力波看作时空扭曲中的涟漪，以引力辐射的形式传递能量。而在此后的一个世纪里，虽然有大量的间接证据证明其存在，但引力辐射和引力波从未被直接观测到。
问题之一就是，如果引力波的涟漪真的存在，根据预测，它会十分微小。而在2014年，美国的航天员宣布他们截获了“引力波穿过原始天空的直观图像”。但在几个月内，人们就开始怀疑这一自称探测到由宇宙大爆炸引起的引力波的声明。
接着在2014年底至2015年初，又有论文提出了进一步的质疑。因此公平地说，我们依旧不知道爱因斯坦预言的引力波是否真的存在。
宇宙大爆炸之前发生了什么？黑洞内部又发生了什么？诸如此类的疑问，甚至提出这样的疑问是否有意义，对物理学家来说几乎是哲学难题。它们背后的问题与奇点的概念有关，在这个点上，数学和物理法则都不再成立。
如果想要追溯宇宙起源，或者预测一颗巨大坍塌恒星的未来，我们都要面对一个问题，那就是巨大的质量会占据越来越小的空间，密度将不断增加，直至大到相当于除以0，但这在数学中是不可能实现的。而在宇宙大爆炸这个例子中，这个问题被巧妙地避开了。因为它标志着时间本身的开始，所以问宇宙大爆炸“之前”发生了什么是没有意义的。黑洞也规避了这个问题，因为信息无法从黑洞中逃脱，所以它们实际上就不存在了。
但是，奇点的存在真的能帮助我们了解事情的全貌吗？1969年，理论物理学家罗杰·彭罗斯提出了某种宇宙监察假设——我们加上了“某种”，是因为彭罗斯本人也没有试图精确地定义它。根据他的想法，世界上可能存在某种物理元定律，使得每个奇点都伴有一个“事件视界”，就像黑洞的外沿一样，超过这个界限后一切都是不可知的。这样一来，奇点也就成了通常物理学定律的禁区，与其相关的问题将被定义为不存在。
这是个很有趣的想法，但在彭罗斯提出这个问题后的近50年里，他的宇宙监察假设既无法被证实也无法被证伪，甚至连具体的论证方式都没能达成一致。
直到最近，我们才对宇宙有了一个简单的认识：一切始于宇宙大爆炸产生的巨大能量爆发，它把一切都向外抛去，创造出自己的空间，从而形成一个不断膨胀的宇宙。然而，宇宙中所有物质的万有引力必然会减慢这一膨胀过程，使物质距离更近或者达到稳定状态，或者造成“大坍缩”，使万物都回到它原来的奇点。
但在20世纪90年代，对遥远星系动态的测量结果显示，宇宙膨胀的速率不减反增。我们已经有了暗物质的概念——无形且不可见，却能通过其质量施加引力；现在我们又引入了暗能量，这是一种无处不在的力量，而它似乎就是宇宙加速的幕后推手。
但如果暗能量可以超出引力将物体分开，那这种现象已经持续了多久呢？暗能量，或者任何引起意外加速的因素，都被视为空间本身的属性，所以其在整个空间的密度被认为是恒定的。随着物质的进一步扩散，宇宙密度也在不断减少。可以假定，在宇宙膨胀的某个阶段，总的内向引力将超过暗物质的外向拉力，只有宇宙大爆炸的外向能量才能阻止“大坍缩”发生。也正是内向引力使得物质聚拢，恒星和星系才得以形成。知道暗能量的作用何时会大于引力，才是我们理解早期宇宙如何形成以及最终如何结束的关键。
2010年，科学家宣布发现了一颗围绕红矮星格利泽581运行的行星，这颗行星与其恒星的距离只有地球到太阳距离的1/7，但格利泽581的能量也要比太阳弱得多。计算结果显示格利泽581g（该行星的名字）处于可能存在生命和宜居条件的范围之内。
由于格利泽581及其行星所含的其他条件（如大气和地质）也不排除生命存在的可能性，格利泽581g被誉为首个太阳系外发现的潜在宜居行星。但它距地球有20光年，从地球发射的任何探测器都需要大约50万年甚至更长的时间才能到达，所以我们不大可能很快就得到答案。
另外还存在一个问题，那就是根据后来的观测结果，人们对格利泽581g是否存在也产生了怀疑。
虫洞是爱因斯坦为科幻世界做出的最伟大的一个贡献。如果科幻电影制片人想要他的星际飞船指挥官以超光速航行到极远的距离，或进行时空穿梭，甚至去往另一个宇宙，就可以用这个简单的解决办法：从虫洞抄近道。但虫洞真的存在吗？
“虫洞”这个名字是美国物理学家约翰·惠勒在1957年提出的，它的概念源于爱因斯坦的广义相对论方程。这些方程被发现存在数学上的有效解，这将允许在时空连续体上走捷径。虽然目前还没有虫洞存在的证据，但物理学家们对它的兴趣从未减退。连霍金都曾表示，穿越虫洞的旅行也许是可能的。
有一个在数学层面上很合乎情理的观点，认为虫洞可以经由黑洞进入平行宇宙，但这种穿越很可能是致命的。第二个关于可穿越虫洞的想法是，可以用一种名为“异物质”的具有暗能量的东西使其稳定下来。同样，这种异物质也尚未被发现，但物理法则也没排除其存在的可能性。第三个是“量子泡沫”假说，该假说基于宇宙大爆炸时形成宇宙结构的亚原子粒子，认为其可以产生微型虫洞，而随着宇宙的膨胀，如今这些虫洞已经大到足以穿越了。
所以，物理法则无法完全排除虫洞的存在，但也没有绝对的理由承认其存在。