「自然法則真的使宇宙存在成為必要嗎？自然法則本身有必要存在嗎？沒有任何東西存在，甚至自然法則都不存在，這在邏輯上是說的通嗎？」

你要答案？沒人知道！

但是既然宇宙能夠被人類「看見」，而且人類就生活在宇宙之中，并且無時無刻不受著宇宙萬物的影響，那麼，研究宇宙的過去、現在和將來一定是意義的。

按照現代科學的解釋， 宇宙被認為由三種類型的「內容」組成：正常物質、「暗物質」和「暗能量」。其中「正常物質」可以理解為「可見物質」，它構成恒星、行星、人類和宇宙中所有其他可見物體的原子組成。在目前流行的宇宙模型中，70%被認為是暗能量，25%是暗物質，5%是正常物質。

宇宙「構成」比例

換一種說法，「物質」和「能量」是宇宙的兩個基本組成部分。科學家面臨的巨大挑戰是，宇宙中的大部分物質都是看不見的，大部分能量的來源也不為人所知。如果我們看不到宇宙的大部分，我們怎麼能研究宇宙呢？

在這張星系團Abell 2744的圖像中，藍色疊加顯示了暗物質的位置，暗物質約占星系團質量的75%。

宇宙充滿了數十億個星系和數萬億顆恒星，以及幾乎數不清的行星、衛星、小行星、彗星和塵埃和氣體云 —— 所有這些都在浩瀚的太空中旋轉。

但是，如果我們把它們「放大」來看，這些天體的組成部分是什麼，它們是如何產生的？

主要是氫氣

氫是宇宙中最常見的元素，其次是氦。它們加在一起，幾乎構成了所有普通物質。但這只占宇宙的一小部分，大約5%。其余的都是由看不見的東西組成的，只能間接檢測到。

這一切都始于大約138億年前的大爆炸，也就是「創世紀」。爆炸當時超高溫和超密集的物質突然迅速地向各個方向膨脹。根據美國宇航局的說法，幾毫秒后，新生的宇宙是中子，質子，電子，光子和其他亞原子粒子的大量沸騰，在大約8億開爾文度左右旋轉。

天體物理科學系天文學教授Neta Bahcall說，「構成元素周期表中所有已知元素的每一點物質以及宇宙中的每個物體（從黑洞到大質量恒星再到太空塵埃斑點）都是在大爆炸期間產生的」。

「我們甚至不知道在如此高溫，高度密集的環境中存在的物理定律」，Bahcall說。

宇宙大爆炸時的情景，我在138億年前某天拍下了這張照片。

大爆炸后大約100秒，溫度下降到仍然沸騰的1億開爾文度。大約380萬年后，宇宙已經冷卻到足以讓質子和中子聚集在一起形成鋰、氦和氫同位素氘，而自由電子被捕獲形成中性原子。

由于早期宇宙中有如此多的質子在旋轉，氫（最輕的元素，只有一個質子和一個中子）成為最豐富的元素，占宇宙原子的近95%。據美國宇航局稱，宇宙中近5%的原子是氦。然后，在大爆炸后大約200億年，第一批恒星形成并產生了其余的元素，這些元素占宇宙中所有普通物質剩余1%的一小部分。

其次是看不見的各種粒子

在大爆炸期間還創造了其他東西：「暗物質」。

暗物質還不能直接觀察到，但它的「指紋」保存在宇宙的第一束光或宇宙微波背景輻射（CMB）中，作為輻射的微小波動。科學家在1930年代首次提出暗物質的存在。幾十年后，在1970年代，美國天文學家維拉·魯賓（Vera Rubin）在恒星比預期更快的自轉速度中發現了更多暗物質的間接證據。

根據魯賓的發現，天體物理學家「計算」出暗物質也構成了宇宙中的很大一部分。但大約20年前，科學家發現宇宙中還蘊藏著比暗物質更奇怪的東西 —— 「暗能量」，被認為比物質或暗物質豐富得多。

關于「暗能量」，后面我會再寫出來分享給大家。

暗物質想象圖

「定義」宇宙比想象的更難

我們可以基于人類已有的認知，列出一長串組成宇宙物體的清單，并聲稱這就是宇宙。但是，這是不是不太嚴謹？宇宙不僅僅是它所包含的東西，對吧？

那麼，宇宙到底是什麼呢？困難在于，宇宙不是恒星或星系意義上的「東西」。

我們可以測量定義宇宙性質的物理量，例如宇宙微波背景輻射（CMB）的溫度波動，或者宇宙的膨脹率。但即使是這些度量也不是針對宇宙的，而是針對宇宙中的事物的。CMB就像浴缸里的水，而不是浴缸本身。宇宙膨脹率實際上是根據遙遠星系的光譜測量其紅移。一旦我們看到愛因斯坦的廣義相對論預測宇宙幾何作為一個整體可以膨脹或收縮，它與宇宙幾何學的膨脹有關的推論就出現了。

愛因斯坦的方程模擬了宇宙，也就是說，它們試圖描述其最顯著的特征，以便我們可以在理論（生成方程）和測試它的觀察之間建立聯系。但是我們永遠不應該把模型方程的解等同于真實的東西。

因此，與其說宇宙是一個事物，不如說它是一個概念。

但我們還是強行給宇宙一個「定義」吧

歐洲航天局公布的首張宇宙全景圖

稍微嚴謹一點的說法是，「宇宙」這個詞等同于它所包含的事物（星系，CMB......）和它的幾何形狀（彎曲的、扁平的、靜態的、膨脹的......）。事實上，即使我們試圖將宇宙起源建模為比物理過程更抽象的理論層面上，即所謂的量子宇宙學的一部分，當我們計算給定宇宙從「虛無」中出現的機率時，我們將宇宙等同于了具有給定幾何形狀和材料含量的實體（是不是大腦快冒煙了？）。

其他幾何和物質內容意味著其他模型宇宙，但是這些模型遠非真實的東西。

我知道這聽起來有些詭異，但宇宙就是這樣，人類只能按照自己非常受限的認知去定義「人類所理解的宇宙」，而無法像「造物主」那樣鳥瞰整個宇宙。所以這個關于宇宙的定義只適用于宇宙中的人類，外星人可能不會認同。