自有人类历史开始，哲学家们——现在还包括理论物理学家们——就一直试图在自己头脑中绘出世界。为了揭示规则，那些自然界的规则，那些对于我们每个人都明白无误地展现其存在的自然规则（虽然描述这些规则的语言在相当长的时间内都不为人类所知），他们将自己投入到那些事实上哪怕通过实验都无法到达的场景中。这种体验被称为想象实验，那些纯粹通过思想进行的实验。
在这本书中，你所体验的就是一系列这样的想象实验。它们让你神游今天已知的宇宙，探索未知的尽头。
薛定谔通过这种想象实验向我们显示那些奇怪的量子规则也能够出现在宏观日常世界中。他带给了我们一只既没有死去也没有活着，而且在死去的同时又是活着的猫。听起来的确很诡异，但现在已经证明他是正确的。
爱因斯坦也同样利用了许多想象实验。他想象了如果将光速作为一个不可超越的限速，现实世界将如何呈现。为了回答这个问题，他在想象中坐上一个光子，坐在光子上观察世界，结果就是他的狭义相对论。就是这个理论告诉你如果你乘坐的飞机飞得那么快，你的确会降落在四百年后的未来。这也被证明是正确的。
直觉——虽然它未必建立在得以让我们人类这一物种存活至今的常识之上，但也是在最近一个多世纪里推动众多新发现的重要力量。就像爱因斯坦的名言：想象力比知识更重要。
你在海岛沙滩上醒来时所看到在星空中的所有面容，都是那些过去及现在的巨人们。显然，我们无法将所有这些人一一列出，因为这样的人实在太多，但就是他们，曾经也正在让我们能够更好、更深入地了解我们所在的世界，片刻不停地丰富我们的知识，他们的贡献将在史册中永远流传。是他们创造了我们人类的故事。他们一页又一页地写出了我们今天所知道的智慧之书。他们中的大多数并不为普通大众所知，但他们的重要性无可否认。
然而，提及你当初为什么开始这次旅行，或许你已经意识到自己并没有找到将地球从太阳未来的爆炸中拯救出来的办法。你甚至没有找到一个方法让我们的地球免受在太阳爆炸之前就可能遇到的各种大灾难。但你的确找到了最有可能确保我们这个物种生存的工具：我们的大脑。我们的意识。我们的想象力。科学。
你已经看到我们的宇宙中存在着无数其他行星，或许有一天，它们之中会有能够欢迎我们的家园。
凭借今天的知识，我们还不能在人的一生中，甚至花一千辈子的时间内从宇宙的一个地方旅行到另一个地方，你只能在自己的想象中完成这样的旅行。但就在几代人之前，从欧洲到澳大利亚的旅行还需要花费几个月的时间，现在，同样的旅程只需要飞行几小时。我们不知道明天的技术会带给我们什么可能。我们也不知道广义相对论在明天会带给我们什么新东西，但到今天为止，如我前面讲过，它已经带给我们GPS。只是GPS而已。明天，或许它能让我们找到时空中的捷径，即所谓虫洞，它或许能够将两个距离遥远的地方连接起来，而无需穿越分隔两地的巨大距离。
至今为止，我们人类已经成功地旅行到了云层之上，甚至到了月球，我们也已将机器人送去太阳系的边缘。而你，通过一系列想象实验，已经旅行到了我们能够看见的疆界之外，更不要说人类真正踏足的地方。你已亲眼见到了我们至今对于宇宙所有已知和未知的领域。因为这些思想的旅行，你已经在整体上获得了直到二十一世纪初为止理论物理学的所有知识。
然而，你在这次旅途中所学到的有些东西或许有一天会被证明是错误的。暗物质、暗能量、平行宇宙与现实都只是一些理论想法，或许有一天这些都会被最终放弃，但无论如何，它们是我们现在最强大的思想。它们反映了今天我们人类如何努力理解我们所处的宇宙。几个世纪之后，这所有的一切，或许被否定，或许被接受，现在的我们无法知道。但我们既然生活在今天，就意味着我们被今天这些无比美妙的想法所围绕。
因此，在你开始自己寻找真理之前，让我们再次总结一下你所见到的东西，再加上一点点新的。
你已经知道，牛顿并没有发现自然的终极理论，我在本书早先所鼓吹的那个所谓能够解释万事万物的终极理论至今依然未被阐明，虽然弦理论或许能够成为这种理论的一个有力候选者。牛顿的理论甚至无法解释水星轨道的奇怪变化，更不用说时空的膨胀了。因此，在某种意义上说，他的理论是错误的。然而，他的理论依然伟大，甚至可以被称为是完美的理论：我们知道它的适用范围，我们也知道它在哪里、为什么会失败。大致上我们可以在所有我们人类大脑所能掌握的尺度上使用他的理论：在非常巨大和非常微小之间，以及不是非常高速，所涉及的能量也并非非常剧烈的场合。我们日常所经历的世界，我们的进化允许我们的感官所感知的世界，都在牛顿理论有效的范围之内。我们的常识都根植于这个世界。但在这个世界之外，还有着其他现实存在。有着那些非常快速、非常微小、非常巨大或非常高能的世界存在。在这些超越了我们日常生活经验的世界里，牛顿的理论就不再适用，我们的感官也毫无用处，但尽管如此，人类还是令人吃惊地揭示了统治那些我们所看不到的世界的自然规则。量子场理论适用于非常微小的世界，广义相对论则统治着非常巨大和能量非常密集的世界。在这两者之间，牛顿才是王者。当牛顿的理论不再适用时，奇怪的新现象就会出现，暗示着在我们现实世界疆域之外还存在着另外一些全新而神秘的现实世界。
量子场理论与广义相对论都开阔了我们的眼界和思想，将一个远比我们祖先所能想象的广阔得多的宇宙呈现在我们的面前，但是，这两大理论也都有着自己的局限性。然而，与牛顿的理论不同的是，到现在为止还没有人肯定地知道这些理论的局限之外是什么。通过这本书，你已浏览了这些无比成功的理论，在旅程的最后阶段，你还试图朝这些理论的局限之外迈出犹疑却又是尝试性的大胆一步。你进入了一个由弦和膜作为基本构成的宇宙，一个由多重现实与可能性所构成的宇宙。在这个与我们自己的完全不同的宇宙中，量子真空呈现出完全新奇而诡异的规则。
爱因斯坦眼光的卓越之处在于他看出了引力的本质并非牛顿所设想的那样，他证明了引力实际上是时空的弯曲与倾斜。引力、质量与能量都以非常直接的方式联系在一起：我们的宇宙有着一个基本构造，即时空，它被其所包含并位于其中的物质所影响，产生变形与弯曲。这些时空的弯曲对于周围物体与光所产生的影响就是我们所体会并感知到的引力。这就是广义相对论。它已经有一百多年了。要了解宇宙在某颗恒星周围的局部形状，了解它的引力如何影响了周围的环境，我们只需要知道那颗恒星所含有的能量就行了。从德国物理学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)开始，许多科学家做过这样的计算。
一九一五年，爱因斯坦发表他理论的同一年——那时全世界没有几个人搞得明白这个广义相对论意味着什么——史瓦西算出了一颗恒星外时空的精确形状。当时只有四十三岁的史瓦西是在第一次世界大战与俄国军队作战的前线上完成这些计算的。几个月后他就死于在前线染上的疾病。战争让太多的人失去生命，其中就包括许多像史瓦西那样原本可以帮助我们更好更快地认识这个世界的人。
有了史瓦西的工作，大家才能够猜测物体与光在恒星周围应该如何运动。它给出了水星的正确轨道，并显示光线本身也会被太阳弯曲。到了一九一九年，一个由英国天文学家亚瑟·爱丁顿爵士(Arthur Eddington)带领的考察团探测到了这个以前从未被注意到的现象。那年日全食时所摄下的照片显示靠近太阳的恒星们似乎没有在它们原本该在的位置上。相反，它们都精确地位于爱因斯坦的理论在考虑了它们所发出的光线被太阳周围变了形的时空所弯曲后预言它们应该出现的位置上。光线本身也受引力的影响。
史瓦西去世后不久，同样的计算被用在更大的天体——星系之上，预言了下述现象的存在：远处的宇宙中间将因弯曲的光线而出现奇特的宇宙海市蜃楼。这是因为更远处的星系之光在向我们地球旅行时被路途中所遇到的巨大天体所弯曲。因此，我们周围的星系就像巨大的宇宙透镜，让我们能够看到原本位于它们之后的物体，让我们在观察我们宇宙历史时看得更远、更深。这样宇宙级别的透镜和海市蜃楼在爱因斯坦的研究成果发表六十年后的一九七九年被观测到。而现在，我们的望远镜所拍摄的几乎每张宇宙深处的照片上都有它们的踪迹。顺带说下，它们显示了爱因斯坦对于引力的几何解释不仅适用于太阳周围，也同样适用于整个外太空。
广义相对论给了我们一个全新的宇宙图景。
你，我，所有人和所有事物，我们都被现在到达我们这里的信息所包围，这些信息来自过去，它们在现在，在此时此刻到达了我们身边。我们坐在我们可见现实的中心，这个现实中的所有一切都遵循爱因斯坦的规则，除了黑洞。同样的原则适用于我们对物质与光的理解：统治整个可见宇宙的规则与统治我们身边宇宙这一小块地方的规则完全一样。构成我们的物质，从我们皮肤上反射出来的光子，它们都遵循同样的量子规则，在我们的可见宇宙之中无处不是如此。
将遥远之处的规则与我们邻近处的规则相统一带给我们的是，我们发现自己的宇宙具有历史，大爆炸就在它的历史之中，宇宙那早已消散的历史时期依然能够从闪烁在我们头顶的星辰中读出，直到那没有光能够透过的时代。在我们宇宙过去的某个时刻，某个地方，宇宙的时空变得足够大，令光能够在其中自由穿行，这个时刻和地点，我们称之为临界最后散射面。当如今已经消散的那一时刻来临时，宇宙的温度高达3000°C。那个时刻之前，我们的宇宙不透光，那个时刻之后，宇宙变得透明。那时的辐射一直残存到今天，依然以一定的温度存在，被称为宇宙微波背景辐射。其中包含了我们宇宙过去存在的印迹。
关于那个时刻之前，我们对于夜空的观察只能向我们提供间接证据来猜测过去发生了什么。或许有一天我们能够利用不依赖于光信号的探测器，比如依靠引力波，那样的话我们将能够直接接收来自更远更早时空的信号，但我们现在还没到达那个目标。在此之前，我们只能试图重建我们的宇宙被禁锢在一个极端微小的体积中时曾经普遍存在的条件，来尝试了解当时所发生的事。
自从二十世纪七十年代以来，粒子加速器就已在这个领域里大显身手。
它们给我们赖以探索粒子与光的理论带来前所未有的巨大自信。量子场理论给了我们一个能够用来了解宇宙的现在与过去由什么构成的切实图景，直到据信时间与空间以我们所认识的方式出现之后的一千亿亿亿分之一秒，爱因斯坦的广义相对论则预言了时空的这种诞生过程的存在。
也是自从二十世纪七十年代之后，我们知道了广义相对论的局限，知道它所能达成的目标并非永无止境。在那里——它失效的地方，我们需要一种全新的理论，一种关于引力量子化的理论，甚至更多。那个理论到底是什么，我们今天还不了解。但我们的确知道这种理论一定存在。这也是黑洞蒸发给我们的提示。
当你缩小自身试图寻找那个新理论可能的藏身之地时，你进入了一个完全不同的现实之中，一个由弦和膜以及其他维度所构成的现实世界。这是迈向弦理论的第一步，弦理论目前或许可算是有可能成为量子引力理论，或那种可能统治一切的理论的几个候选者中最流行的一个，虽然它还缺少一个能被实验证实的预言。
在这些关于弦与膜的理论（有时被称为M理论）中，你的机器人伙伴结束了它作为你穿行在时空之内与时空之外的导游任务，因为你现在所进入的地方就算是人类目前所发明的最强大的计算机也无法计算。只有人类的思想能够到达那里。在那里，你终于能够自由理解你生活其中的世界。
我们几乎毫不怀疑未来会有更多的发现，既包括理论上的，也包括实验上的，它们将会把人类的知识推进得更远，打开通往全新宇宙图景的窗户，那些宇宙图景会比今天所有人最大胆的想象更令人难以置信。到那个时候，广义相对论和量子场理论也会与牛顿的理论一样成为完美理论，因为那时候我们会知道它们在哪里失效，以及为什么会失效，它们会被那些新理论所取代。然而现在，它们都只是表现出与当年牛顿理论表现出的同样意义上的错误。
正是有了这些错误，我们才能瞥见未知。
没有牛顿，没有可被我们用以对比的事物，我们甚至不会注意到水星轨道的细微漂移。
没有水星轨道运动的实际情况与牛顿理论对其预言之间的差异，没有那些牛顿理论无法解释当物体以极高速运动时所发生的状况，我们就无法得到爱因斯坦对于宇宙构造与其内容物之间相互作用的真知灼见。
没有爱因斯坦的方程式，我们就会与祖先们一样，对我们的宇宙具有历史这一事实一无所知。我们就无法建立模型解释我们的宇宙在整体上如何运行。
没有这个模型，你就无法发现暗物质。同样也无法发现暗能量。
为了找到正确，我们需要错误，这样我们才能向前进步。
下一次当你仰望星空，我希望你能够记起这个宇宙是多么的神奇、广袤和美丽。在探索不为人知的美与神秘的同时，正因为我们不断充实自己的知识，放飞想象，才有可能为人类找到一条长久生存下去的道路。
两大理论都适用于非常高速的世界。
这样的理论甚至可能有许多个，而非只有一个。