沿着科学先辈的脚步，我们一点一点发现了宇宙运行的奥秘。
物体为什么会移动？为什么停下来了？而最经典的就是物体为什么会落地。你可能认为回答这些简单的问题不会改变世界，但事实就是如此。
牛顿意识到宇宙中有一种力在起作用，使一切物体相互吸引，那就是引力。引力不仅存在于地球上，而且作用于整个宇宙。引力的大小取决于两个基本因素，物体的质量和它们之间的距离。
为了找到答案，牛顿发明了一种全新的数学语言，叫做微积分。你不需要知道微积分的原理，但是对于已经23岁的牛顿来说还是相当有价值的。现在全世界的科学家每天都在使用它。
牛顿的工作使人们能够预测一切，从行星围绕恒星的轨道到日食的确切时间，再到雨滴的轨迹。
今天的科学家还在做牛顿当年做的事情。他们都试图说明支出匹配世界上一切的秘密法则。人类走到今天，是因为我们站在巨人的肩膀上，是因为科学先辈们一点一点发现了宇宙运行的奥秘。
这些祖先中有一个名叫詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。麦克斯韦对光很着迷，这让他在1861发明了彩色摄影，但这只是对这位科学天才的一次考验。当他开始研究一个全新的物理学领域时，一切都变了。这就是磁和电之间非常神奇的联系。
其实也没什么复杂的。当你把磁铁放在电线附近时，它会在电线中产生电流。当你给电线通电时，它会像磁铁一样偏转指南针。他们之间有什么联系？麦克斯韦的洞见是，磁和电这两种物理现象其实是同一事物的两面，是一种能量波，一半是电，一半是磁。他把这种能量波称为电磁波。
通过数学计算，他发现这些电磁波的传播速度非常惊人，高达每秒299792公里，与当时已经测得的光速完全一致。这就得出一个不可思议的结论，光其实是电磁波。
麦克斯韦用一组四个方程把电现象、磁现象和光现象联系起来，这是人类科学史上最重要的发现之一。这些方程被称为麦克斯韦方程，它支配着所有的光学和电磁现象。
从北极和南极上空舞动的极光，到驱动全球发展的现代电气和通信技术，从计算机到发电机到洗衣机，现代社会使用的几乎每一台机器都遵循着麦克斯韦揭示的规律。
可以说电磁现象照亮了地球，这也是对这位伟人最好的纪念。
但光其实比麦克斯韦想象的有趣得多。当时他并没有意识到，自己其实已经发现了一条揭示宇宙中天庭的最基本线索，而这条线索就是光速本身。
到19年底，由于牛顿和麦克斯韦的突破性发现，一些关于宇宙的重大谜团似乎被彻底揭开了。后来，两位美国物理学家偶然发现了一个意外的发现。
阿尔伯特·迈克尔逊和爱德华·莫雷当时正在研究麦克斯韦的发现，得出结论:光是以每秒299792公里速度传播的波，就像水波是在水中传播的能量波，声波是在空气中传播的能量波，光波也必然在某种物质中传播。他们称这种物质为:光介质以太。
迈克尔逊和莫雷认为，太阳和地球之间的空间充满了这种神秘的“以太”。他们认为阳光通过这些以太坊到达地球。如果是这样，这将导致他们所谓的“以太”在地球上应该是可探测的。
他们设计了一个实验来测量它的效果，因为地球总是绕着太阳转，所以以太风肯定无处不在，这应该会影响地球上的光速。如果一束光沿着以太风的方向传播，光速应该很快。如果光的传播方向与以太风完全相反，那么在迎面而来的以太风的阻碍下，光速应该会变慢，两者的速度差应该是可以测量的。
但他们就是检测不出任何区别。无论光向哪个方向传播，他们都无法加快或减慢光的速度。
这个结果非常令人不安，光介质以太可能不存在。不仅如此，这也意味着光速在各个方向都是恒定的。无论光向哪个方向传播，光速都保持不变。迈克尔逊和莫雷不得不尴尬地向科学界报告，他们的推测是错误的。以太不存在。但这个实验并不是彻底的失败，这是人类科学史上犯下的最重大的错误之一。
光是一种不依赖物质传播的波。多么奇怪的概念，而且它的速度无法改变，同样令人费解。这一发现导致了迄今为止最重要的突破，光速始终保持不变的发现刷新了所有科学家对宇宙的认知。
另一位伟大的科学家阿尔伯特·爱因斯坦发现了关于光的性质的深刻真理。爱因斯坦是如何探索光速不变现象对宇宙的意义的？
爱因斯坦提出了一个简单的问题。假设一辆车在高速公路上行驶的表观速度是每小时120km，那么它的实际速度是多少？你可能想说现实和表象可能会有些偏差。
但爱因斯坦想表达的是，你在不同的地方观察这辆车，会得到不同的答案。
地球以大约每小时1600公里的速度绕轴旋转，所以这辆车从太空中的移动速度要快得多。
当然，地球本身也是以每小时108000公里的速度绕着太阳转。甚至太阳也不是静止不动的，它是绕着星系中心运动的。而银河系也在太空中运动。
这辆车有多快？这取决于你在哪里观察它。速度可能是120km/h，1600km/h，108000km/h，甚至更快。
有什么问题？谁都能理解速度是相对于你的观察位置而言的，但是当你发现光速无论在哪里观察都是恒定的，不像汽车，这种关于速度的常识性判断就开始失效了。
爱因斯坦设计了一个思维实验，想法很简单，比如打火机的光，对于不同观察位置的人会有所不同。
他想象一个人在行驶的车辆里玩打火机，车上的两个人看到了。他们和打火机之间的距离完全一样。爱因斯坦说，最有趣的问题不是他们看到了什么，而是他们什么时候看到的。因为他们在同一辆车里，以相同的速度移动，所以两个观察者会同时看到光。
但是车外的人呢？因为距离和速度不一样，肯定是先有后有。
仔细想想这是什么意思，也就是说我们无法判断某件事是否同时发生。现实取决于你在哪里。如果把这个概念放大到整个宇宙，结论就更奇怪了。如果现实取决于你在哪里，你怎么知道真实的宇宙？
不仅如此，如果我们不能判断两个事件是否同时发生，我们揭开宇宙运行终极原理的几率有多大？别担心，爱因斯坦为我们找到了答案，那就是他著名的狭义相对论。
爱因斯坦提出现实是有弹性的，因为时间本身就是有弹性的。
这听起来可能很奇怪，但这种弹性只是一个全新物理概念的冰山一角。爱因斯坦进一步提出，和磁现象、电现象、光现象一样，在时间和空间中都只有一种东西，就是他所说的时间和空间。
这个时空也是弹性的，可以被恒星、行星、星系等超重物体的质量弯曲扭曲。这些扭曲也可以解释牛顿多年前发现的神秘力。引力是时空扭曲的结果。扭曲时空听起来可能令人费解，但其实并不难。
想象一下，一艘船在平静的湖面上直线航行，湖面永远没有边界。平静的湖面就像一个没有扭曲的时空。现在想象一下，湖下面有一个大洞，水开始慢慢流走，湖水扭曲了，就像星球扭曲了时空一样。效果是湖水将船拉向洞口，使其路线弯曲，尽管船本身仍在直线前进。
这就好比一颗巨大的恒星或行星对时空的作用，导致时空在其周围扭曲，吸引物体，这就是物体落地的原因，所谓引力。
爱因斯坦深入探索宇宙的基本结构，了解其内部原理。在他解释了光速不变的现象十年后，他发现时间和空间的扭曲会降低自然的基本力量重力。他的工作使我们对宇宙的理解向前迈进了一大步。
尽管爱因斯坦开始逐渐揭示宇宙的机制，但他仍然未能理解它是如何工作的。他的理论是基于光的性质，即光是一种以超高速穿越真空空间的电磁波，但这些理论并没有揭示这些电磁波是什么。
1919年，一位名叫西奥多·卡鲁扎的德国理论家接受了这一挑战。卡鲁扎对各种理论都很认真。据说他仅仅是通过阅读一本关于游泳的书就学会了游泳。
在将理论知识付诸实践方面，卡鲁扎无所畏惧。受到爱因斯坦成功解释引力的启发，卡鲁扎想知道同样的原理是否也可以应用于电磁现象和光现象。光波会不会是更复杂的时空扭曲？就像宇宙湖上的涟漪。这是一个大胆的猜测，答案是肯定的。
尽管有这样的顿悟，卡鲁扎还是生错了时间。他的想法被物理学的一个新分支忽略了，这个分支质疑一切，就是量子力学。
是物理学界把注意力放在了宇宙最小粒子的研究上造成的。发现宇宙在原子内部是一个陌生而混乱的地方，在这里我们熟悉的物理规律似乎并不是主流。
这个量子世界有多奇怪，通过一个看似简单的实验揭示出来。使用一种叫做电子的亚原子粒子。一束电子通过两个狭缝发射到探测器上。常识告诉我们，电子应该集中在狭缝后面探测器上的两个高亮度区域。但结果并非如此。实际上，探测器探测到的撞击区域不仅仅是两条线，而是很多条线，这完全违背了大家对电子或者任何微小物质行为的预期。小电子似乎违反了物理定律。
这种对现实的看法是多么令人不安。如果世界万物在亚原子层面都如此混乱，那么由牛顿创立、由麦克斯韦延续、由爱因斯坦和卡鲁扎完善的物理定律是否也能归于此？一切都变得不可预测。也许宇宙的深层奥秘注定是无法穿透的，超出了我们人类的理解范围。
亚原子世界的混沌运行机制和宏观世界的有序状态之间似乎存在矛盾，困扰着物理学家。
但没过多久，在20世纪50年代，一个对随机性和概率有着敏锐直觉的人出现了，那就是理查德·费曼，一个赌桌上的杰出天才。
费曼用他在《赌博爱好》中使用的数学方法解释了量子世界的不确定性。他认为，就像轮盘球遵循一定的概率定律一样，电子也是如此。玩轮盘赌的人都知道，虽然你无法准确预测球会落在哪个数字上，但是你可以计算出概率，就是1/37。通过计算概率，费曼能够推断出决定特定量子事件如何发生的奇怪定律。就这样，他驯服了量子世界，拯救了当时岌岌可危的科学。
理查德·费曼帮了物理学家一个大忙。他发现量子世界可以预测，意味着科学界可以继续寻找宇宙的天堂。物理学现在致力于寻找最小的微观世界和最大的宏观宇宙之间的联系。
具体方法是重新审视西奥多·卡鲁扎(Theodore Kaluza)自学游泳这一被长期忽视的成就，物理学家开始研究他的理论能否适用于自然界最小的粒子。
在原子内部的世界中，电子围绕着一个原子核旋转，原子核是由叫做中子和质子的粒子组成的，在原子核内部还有一些更小的叫做夸克的粒子。
夸克本身是由物理学家所谓的“弦”组成的，弦是时空更微妙更复杂的扭曲。你可以把它们想象成振动的小提琴弦，就像小提琴弦一样，可以通过振动奏出不同的音符。每个亚原子弦也可以通过振动产生不同类型的基本粒子，正是这些最小的粒子赋予了宇宙现在的样子。
弦理论是建立在卡鲁扎和爱因斯坦提出的观点基础上的，他们声称这些亚原子弦的振动在时空中产生微观层面的微妙扭曲，过程发生在不可思议的十维空间中。如果一根弦以某种方式振动，就会产生某种类型的基本粒子，比如夸克。
如果以另一种方式振动，就会产生中微子，中微子是另一种粒子。但最棒的是，弦理论可能解释了为什么这些粒子可以根据它们现有的定律相互作用，就像一段音乐中的和声一样，而这是所有物理定律的起源，物理定律控制着宇宙中的一切。
大到黑洞天体的行为，小到恒星的生死，小到一卷落在地上的纸，或者磁罗盘的轻微晃动，这些最小但也是最基本的动作都在弦理论的整体控制之下。这个弦理论目前有几个不同的版本，统称为“M理论”。好像没人知道这个M代表什么。它可能代表优势，奇迹，神秘，或所有这些。
无论如何，在最终完善之前，这个M理论做出了一个惊人的预言，我们的宇宙不是唯一的，还有很多很多个宇宙。我们的宇宙一定只是无数宇宙中的一个。
我们看不到别的宇宙，因为它们超出了我们宇宙的界限，它们都有自己的历史和特点。有些是不稳定的，会塌回到原来的状态。有的不能形成恒星或行星，所以又黑又冷。其他的将会膨胀并产生像我们宇宙一样的恒星和星系。
所以对宇宙的探索取得了意想不到的结果，我们同时发现了所有其他宇宙的奥秘。目前看来，M理论是一个包含宇宙万物规律的体系，也是科学史上的一个重要转折点。