致謝

前言



第一部分　宇宙



第一章　宇宙誕生時的情景

WMAP衛星

宇宙的年齡

暴脹

多元宇宙

M理論和11維空間

宇宙的終結

逃往超空間



第二章　荒謬的宇宙

本特利佯繆

奧伯斯佯繆

愛因斯坦的反叛

相對論的矛盾

彎曲空間的「力」

宇宙學的誕生

宇宙的未來



第三章　大霹靂

愛德溫．哈伯，貴族天文學家

都卜勒效應和膨脹的宇宙

哈伯定律

大霹靂

喬治．伽莫夫，宇宙小丑

宇宙的核廚房

微波背景輻射

弗雷德．霍伊爾，反對者

穩恆態理論

BBC演講

星星中的核合成

反對穩恆態理論的證據

星星的誕生

鳥屎和大霹靂

大霹靂的餘震

Ω和暗物質

COBE衛星



第四章　暴脹和平行宇宙

暴脹的誕生

尋找統一

大霹靂理論的統一

虛假真空

磁單極問題

平面問題

地平線問題

對暴脹理論的反作用

混亂的暴脹理論和平行宇宙

宇宙從無到有

其他宇宙會是什麼樣子

對稱性破壞

對稱性和標準模式

可檢測的對稱性

超新星——回到Λ

宇宙的相

將來



第二部分　多元宇宙



第五章　空間入口和時間旅行

黑洞

愛因斯坦─羅森橋

旋轉的黑洞

觀察黑洞

伽瑪射線爆發

范．斯托庫姆的時間機器

哥德爾宇宙

索恩時間機器

負能量問題

臥室中的宇宙

哥特時間機器

時間弔詭



第六章　平行量子宇宙

陰陽魔界

怪物的智力：約翰．惠勒

決定論或不確定？

森林中的樹木

貓的問題

原子彈

路徑之和

魏格納的朋友

去相干

多個世界

存在來自位元

量子計算和遠距傳輸

量子遠距傳輸

宇宙的波函數



第七章　M理論：所有弦理論之母

M理論

弦理論的歷史

10個維度

弦的浪潮

宇宙之音

超空間中的問題

為什麼是弦？

超對稱性

推演標準模型

M理論

超重力之謎

第11個維度

膜世界

二元性

麗莎．藍道爾

相互碰撞的宇宙

微型黑洞

黑洞與訊息弔詭

全息宇宙

宇宙是一個電腦程式嗎？

到盡頭了嗎？



第八章　設計者宇宙？

宇宙意外

人擇原理

多重宇宙

宇宙的演化



第九章　尋找來自第11維度的回聲

GPS與相對論

重力波探測器

LIGO重力波探測器

LISA重力波探測器

愛因斯坦透鏡和愛因斯坦環

你家起居室中的暗物質

超對稱暗物質

史隆巡天觀測

修正大氣熱擾動

將電波天文望遠鏡綁在一起

對第11個維度進行測量

大型強子對撞機

桌面加速器

未來



第三部分　循入超空間



第十章　萬物之終結

熱力學三定律

大崩墜

宇宙的五個階段

智慧生命能夠倖免於難嗎？

脫離宇宙



第十一章　逃離宇宙

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類文明

Ⅰ類文明

Ⅱ類文明

Ⅲ類文明

Ⅳ類文明

資訊分類

A至Z類

第一步：創立一種萬有理論，並對其進行測試

第二步：找到自然出現的蟲洞和白洞

第三步：發射探測器穿越黑洞

第四步：建立一個慢動作的黑洞

第五步：建立一個嬰宇宙

第六步：建造巨型原子擊破器

第七步：內爆機制

第八步：建造曲速引擎機

第九步：利用來自壓縮態的負能量

第十步：等待量子躍遷

第十一步：最後的希望



第十二章　超越多重宇宙

歷史觀念

哥白尼原理 VS. 人擇原理

量子意義

多重宇宙的意義

物理學對宇宙的意義是怎麼看的

創建我們自己的意義

向Ⅰ類文明過渡



詞彙表

推薦書目

譯名對照表

《平行宇宙》推薦



葉永烜，中央大學天文研究所教授：



　　如果你有時感嘆人生便像是滾滾長江東逝水中的一個泡沫，時生時滅，意義何在？這本書便是為你而設。一閱之後，便會知道原來整個宇宙很可能也是如此。身為絃論的一個先行者，再加上無與倫比的說書人身份，加來道雄教授把整個宇宙論從愛因斯坦的相對論說起，以致當今最夯的M理論，如數家珍，娓娓道來，可以說是一本奇書。更奇妙的是這些聽來像是魔術一樣的多維世界的生滅，很多時候可以套用數學理論描述。又使你覺得不只是宇宙，連生命也有個秩序和方向。特別感動的是看到天文學者瑪格利特．蓋勒教授說：「我爭取做一些有創造性的事。我爭取教育人民。」這可說是《平行宇宙》中最寶貴的訊息！



傅學海，臺灣師範大學地球科學系天文組副教授：



　　這是一本描述「已知的未知」之書，物理學家發展出弦論來探討現存的宇宙，認為我們現存的這個宇宙，可能是多平行宇宙中的一個。全書充滿想像力與智力的探索，混雜著觀測資訊、理論解構與學理上可能的時空旅行。



　　我與多數人一樣，從電視上的科學頻道上認識加來道雄。他在節目中以學理探討各種目前屬於科幻層次的內容，例如光炮、時間之旅等。加來道雄是理論物理學者，是研究弦論的權威之一，也是知名的科普作家，他在本書中，以物理觀點探討穿越時空的可能性，也從哲學、宗教的觀點來看宇宙，甚至討論宇宙是否與上帝有所牽連。



　　本書分為三部分，對宇宙論的源起、發展與最新發展，廣泛而全面性的整理。第一部分從最近的宇宙背景觀測結果出發，探究大霹靂學說，彙整過去對宇宙論的種種探討，並切入多元宇宙與弦論的概念，以及能否在多元宇宙間移動。



　　第二部分是重心，以愛因斯坦的廣義相對論的時空結構談起，探討在時空中旅行的學理與最新發展。第三部分則是宇宙終極與生命文明的發展，如果我們現存的這個宇宙終將趨向死寂，文明能否轉換至另一個適合的宇宙存續發展，就如同歷史上的「發現新大陸」般，移民到「發現的新宇宙」。



　　過去許多人瘋迷黑洞、蟲洞，現在最夯的則是暗能量、多元宇宙、平行宇宙。加來道雄以深厚的學養、條理分明帶點詼諧的筆觸，帶領讀者進入時空之旅，探索時間機器、高維空間、平行宇宙，是一趟結合觀測數據與理論探索的心靈饗宴。



前　言



　　宇宙學是研究宇宙整體的科學，包括宇宙的誕生和它的最終命運。毫不奇怪的是，它經歷了緩慢的、痛苦的演變，這種演變常常被宗教的教條和迷信所籠罩。



　　宇宙學的第一次革命是在十七世紀引進望遠鏡時產生的。在偉大的天文學家尼古拉．哥白尼（Nicolaus Copernicus）和約翰．克卜勒（Johannes Kepler）工作的基礎上，伽利略．伽利萊（Galileo Galilei）藉助於望遠鏡的幫助展示了天空的壯觀，首次為天空的認真科學研究打下了基礎。宇宙學的這個第一階段進展在艾薩克．牛頓（Isaac Newton）的工作中達到了頂點，他最終確定了控制天體運動的基本定律。天體的規律現在不再是魔法和神秘，而是受到可以計算和可以複製的力所支配的。



　　宇宙學的第二次革命是在二十世紀引進大型望遠鏡產生的。例如威爾遜山上的一架望遠鏡有一面巨大的直徑一百英寸〔二．五四公尺〕的反射鏡。在二十世紀二○年代，愛德溫．哈伯（Edwin Hubble）利用這架巨大的望遠鏡推翻了幾個世紀以來有關宇宙是靜態的和永恆的教條。他證明天空中的星系正以巨大的速度離地球而去，即宇宙在擴張。這就證實了愛因斯坦廣義相對論的結果，它說空間─時間的構造不是平的和線性的，而是動態的和彎曲的。這就產生了宇宙起源第一個似乎可信的解釋，即宇宙開始於「大霹靂」，大霹靂將星星和星系飛快地向外送到太空。由於喬治．伽莫夫（George Gamow）有關大霹靂和弗雷德．霍伊爾（Fred Hoyle）有關元素起源的先驅工作，已經出現了一個概括宇宙演化的框架。



　　現在正在進行第三次革命。大約只有五年時間。它是由新的電池、高技術儀器，如太空衛星、鐳射、重力波探測器、X射線望遠鏡和高速超級電腦產生的。我們現在有了關於宇宙性質的最權威的資料，包括它的年齡、它的組成、甚至它的將來和最終的死亡。



　　現在，宇宙學家認識到宇宙正以脫韁奔逃的模式在膨脹，無限制地膨脹，速度越來越快，隨著時間越長宇宙變得越來越冷。如果這樣繼續下去，我們將面臨大凍結的前景，這時宇宙將陷入黑暗和寒冷，所有的智慧生命都將死亡。



　　本書即是寫這個第三次大革命。不同於我先前關於物理的書《超越愛因斯坦》（Beyond Einstein）和《穿越超空間》（Hyperspace），是向大眾介紹高維和超弦理論的新概念。在《平行宇宙》中注意的問題不是空間─時間，而是在過去幾年時間內展現的宇宙學的革命性發展。這些發展是根據從世界各地的實驗室和抵達的最外圍太空得到的新證據和理論物理的新突破。我的意圖是不需要任何以前的物理學和宇宙學的背景，就能讓讀者瞭解這些發展。



　　書的第一部分集中在對宇宙的研究上，總結宇宙學早期階段的進展，最後談「暴脹」理論，它給了我們至今為止對大霹靂理論的最完善表述。書的第二部分特別集中在多宇宙理論的出現，即世界是由多個宇宙組成，我們的宇宙只是其中之一。討論蟲洞、空間和時間彎曲的可能性，以及高維空間可能會怎樣連接它們。超弦理論和M理論使我們在超越愛因斯坦原始理論的道路上走出重要的一步。它們給我們進一步的證據，說明我們的宇宙只不過是眾多宇宙中的一個。書的第三部分討論大凍結，現在科學家都把它看做是我們宇宙的結局。我也提出一個認真的、儘管是推測的一種可能性。在一萬億年後，遙遠將來的高等文明也許能利用物理定律離開我們的宇宙，進入另一個更友好的宇宙，開始重新誕生的過程，或在時間上回到宇宙溫暖的時期。



　　隨著我們今天收到的大量新資料，以及新的工具，像是能夠掃描天空的太空衛星，與城市大小般的新原子對撞機接近完成，物理學家感到正在進入一個宇宙學的黃金時代。簡而言之，對物理學家、宇宙起源與命運的探索者來說，一個偉大的時代即將來臨。