一、 最美理論
1. 1905年 ，愛因斯坦科學期刊《投了三篇文章》
- 第一篇指出了原子的存在
- 第二篇奠定了量子力學的基礎
- 第三篇提出了《狹義相對論》
狹義相對論對牛頓的萬有引力提出了質疑，和自由落體的認知產生了矛盾，愛因斯坦花了十年的時間解決，提出了《廣義相對論》
牛頓想像物體是在空間中運動的：所有物體都做直線運動，直到一個力使它們的軌道發生彎曲，至於這個容納世界的空間是由什么做成的，牛頓沒有給出答案。
愛因斯坦出生前的幾年，法拉第和麥克斯韋發現了“電磁場”：一種無處不在的真實存在，可以傳遞無線波，可以振動，波動
愛因斯坦收電磁場啟發：引力場不彌漫於空間，因為它本身就是空間。
2. 空間是一種物質
廣義相對論對宇宙做出了驚人的簡化：空間是構成世界的“物質”之一，這種可以波動、彎曲、變形的實體。
太陽會使其周圍的空間發生彎曲，所以地球並不是在一種神秘的力量牽引下圍着太陽轉，而是在一個傾斜的空間中行進。
無論是行星圍繞太陽轉，還是自由落體，都是因為空間發生了彎曲。
3. 愛因斯坦方程式
空間和時間在有物質的地方會發生彎曲，
預言：高空中，時間會過的比較快
4. 黑洞
當一個大恆星燃燒完自己所有的燃料時，它就會熄滅。殘留的部分因為沒有燃燒產生的熱量的支撐，會因為自身的重量而坍塌，導致空間強烈彎曲，最終形成一個真真正正的洞。
5. 宇宙大爆炸
宇宙空間可以膨脹和收縮。
空間不可能一直保持靜止，它一定是不斷膨脹的。
空間會像海平面一樣起伏。后來人們觀測到“引力波”效應證實
一切源於朴素的直覺：空間和引力場本是一回事
二、 量子
量子力學誕生於1900年
1. 普朗克假設
電磁場的能量都分布在一個個的“量子”上，也就是能量是不連續的。
2. 量子理論誕生宣言
愛因斯坦指出光是由光子構成
3. 量子躍遷
尼爾斯波爾提出，原子內電子的能量和光能一樣，只能是特定值，電子只有在特定的能量下才能從一個原子軌道“跳躍”到另一個原子軌道，並同時釋放或吸收一個光子
4. 量子理論方程
1925年，量子理論方程終於出現，取代了整個牛頓力學。
年輕的德國天才維爾納,海森堡率先列出方程式
量子力學中，沒有一樣東西擁有確定的位置，除非它裝上了別的東西。
沒有量子力學就不會出現晶體管。
然而方程式並不描述物理系統內發生了什么，而只能說明一個物理系統如何影響另一個物理系統？
三、 宇宙的構造
20世紀上半時期，愛因斯坦用相對論描述了空間和時間的運作方式
玻爾和他年輕的門徒們用一系列方程捕捉到了物質奇怪的量子特性
20世紀下半時期，物理學家們在兩個基礎上，把兩個新理論應用在了自然界的各個領域：從宏觀世界的構造，到微觀世界的基本粒子
人類宇宙構造的認知歷史
天和地
2600年前，阿那克西曼德發起，為什么太陽、月亮和星辰都圍着我們轉
巴門尼德或畢達哥拉斯，意識到對一塊空中的土地而言，地球最合理的形狀是球形，后被亞里士多德證明，《論天》著作
哥白尼反對地心說，提出太陽才是行星運動的中心
后來知道太陽系只是不計其數的星系中的一個
20世紀30年代，銀河系也只是眾多星系浩瀚星雲中的一粒塵埃
宇宙是大約150億年前由一個極熱極密的星雲演化而來
四、 粒子
原子組成
- 原子由一個原子核和圍繞它的電子組成
- 原子核由緊密聚集的質子和中子構成
- 質子和中子由更小的誇克構成
- 誇克由“膠子”的粒子“黏”在一起
粒子理論
理查德費曼、蓋爾曼和一群意大利人導出，建立在量子力學的基礎上，被稱為“基本粒子標准模型”
缺陷：每個星系周圍都有一團巨大的雲狀物，我們通過它對星體的引力和它使光發生偏折的現象發現，無法解釋，被稱為“暗物質”，不是原子、中微子、光子
五、空間的顆粒
20世紀兩大明珠
- 廣義相對論，是宇宙學、天體物理學、引力波、黑洞及其他許多研究的起源
空間不是一個靜止的盒子，而是一個不斷運動，像一個移動中的巨大軟體動物，可以壓縮和扭曲，我們被包在里面。 - 量子力學，是原子物理、核物理、基本粒子物理、凝聚態物理等學科的基礎。
所有的場都由量子構成，具有精細的顆粒狀結構，於是物理空間當然也是由量子構成
它們相互矛盾，矛盾點：
廣義相對論中的空間和時間是光滑且彎曲的，但到了波爾的量子力學當中，空間在微觀尺度上是瘋狂、劇烈漲落的
相互矛盾的偉大理論
- 牛頓整合了伽利略的拋物線運動和開普勒的天體橢圓運動，發現了萬有引力
- 麥克斯韋將電和磁的理論結合起來，提出了電磁場方程
- 愛因斯坦在解決電磁學和經典力學的明顯沖突時，發現了相對論
圈量子引力
試圖把廣義相對論和量子力學結合起來
描述：沒有包含着世界的空間，也沒有發生於其中的時間，只有空間和物質的量子持續相互作用的基本物理過程
六、概率、時間和黑洞的熱
1. 熱的本質
原子和原子團組成的分子處在不斷運動的狀態中，熱空氣的分子跑得快，冷空氣的分子跑得慢
熱量從熱的物體跑到冷的物體遵循統計學的概率：一個快速運動的熱物體原子更容易裝上一個冷物體的原子，碰撞過程能量守恆，最終傾向於平均分布
2. 黑洞的熱
發生在黑洞這種物體上的量子效應
七、我們
我們由原子和光信號構成，我們同我們周圍所有生物由共同的祖先繁衍而來
世間萬物都在不斷相互作用，不斷地交換信息，自然界中連續不斷的信息交流是如何塑造我們和我們的思想的？
意大利科學家朱利奧托諾尼提出“整合信息理論”，試圖界定系統要有怎樣的量化結構，才能具有意識。比如，描述我們清醒時和睡着時，大腦物理層面究竟發生了什么變化。
我們的愛與真誠與生俱來，我們天生就渴望懂得更多，渴望不斷學習，我們對世界的認知在不斷增長。我們渴望探索空間紋理的細微之處，探索宇宙的起源，時間的本質，黑洞的現象，以及我們思維的運行。