你在本书第一部分中在已知宇宙中的游历，就像是在你那小岛上绕着树林散步并惊叹树木的美丽。散步结束后，你肯定会回到小屋，邀请你的朋友小酌并告诉他们外面风景多么美丽，海风多么清新。而你的朋友也有足够的理由问你为什么这里长着这么多树，它们的叶子为什么是绿色的，以及为什么这些植物长成现在的样子……

如果宇宙就是我们的树林，我们需要了解些什么？除了质疑你吃进去的虾的新鲜程度，你那些朋友又应该对大场景提出哪些问题？除了看看，还能理解到什么？还有就是，严肃地说，你是不是真的有可能像这样出去旅行？

最后一个问题的答案很简单：如果是你的身体，或者是乘坐宇宙飞船，答案是否定的。就我们所了解——至今为止——除了你的意识之外，没有任何其他方式或物体可能这样在空间与时间中穿行。没有任何带有信息的东西可以以比光速更快的速度旅行。所以，你的意识在第一部分里所做的是飞过一个按照今天所知道的宇宙做出的3D冻结图画，一个依据地球上所建的所有望远镜所拍到的所有照片拼接而成的宇宙再现模型。你或许会反驳说你看到物体在运动，不是一个静止的画面……没错。让我修正一下，这是一个“几乎”冻结的画面。那，我们可以从中推断出什么？是不是有某种定律可以决定所有东西的演化？

你以意识进行旅行之后的第二天早晨，在你那位彻夜照顾你的朋友离开小屋替你取早餐的时候，你的直觉告诉你她就在外面某个地方，虽然你看不到她，对不对？你没有想象她忽然化成一团烟雾穿越到过去去猎杀恐龙，割下恐龙的一条腿来做早餐，再带回来给你吃。我同意，那样的确很酷，但依据跳下悬崖或窗户不是一个好主意的同样理由，你的想象不会发生。为什么这不会发生的根本理由很难在此阐述或证明，但我们必须在试图揭开我们宇宙谜团的过程中假定一些事情。而这正好就是我们要作的第一个假定，或者“基本原理”：为了了解大自然，我们必须超越我们的感官所告诉我们的感知，而为了实现这一点，我们必须假定，在相似条件下，大自然在任何时间与空间都遵循同样的定律——无论在此处还是彼处，在现在还是过去或未来，在我们看到的时候还是没看到的时候。我们把这个称为宇宙第一原则。我用了粗体字，因为它很重要。如果没有这个假定，我们就完全丧失了推理能力，无法对于我们没有看到的地方、离我们太远的地方或过去的事情作出任何猜测，你的朋友说不定就真的进行时光旅行猎杀恐龙去了。

事实上，有很多东西暗示这个第一原则是正确的，至少在我们通过望远镜所能看到的宇宙中是正确的。

以太阳为例。

我们知道太阳会释放什么微粒、以什么频率发光和释放什么样的能量。

我们在它们从太阳表面飞出到达地球时探测到它们。那么其他更远的恒星呢？它们是依照同样的核聚变反应发光，还是有着完全不同的机制？它们是像点燃的木块似的燃烧火团，还是像太阳一样的等离子体？我们没有很多工具帮助我们回答这些问题。我们只有一个：光。从这些恒星发出的光。

恒星们的许多秘密被写在里面，其中我们已经解开的一个秘密就是物理学的定律在各处都适用。因为光是我们了解宇宙的关键，让我们先看看光到底是什么。

光，别名电磁辐射，可被认为既是微粒（光子），又是波。你在后面将会看到，两种描述不仅都适用于描述宇宙，而且要了解我们的世界，两种描述缺一不可。在这里，我们暂时只把它看作波就够了。

要描述海洋里的波浪，你需要说明两点：它们的高度以及相邻两个波峰之间的距离。高度在描述中的重要性不言而喻：面对离你越来越近的五十米高的巨浪，还是二毫米高的小浪，如果你足够聪明的话，会作出完全不同的反应。对于光波，道理也是一样：光波的高度代表着我们所称的强度。

现在让我们再来看看波峰之间的距离。同样，海洋里相隔几百米的波浪与非常接近的波浪之间有着很大差别。这个距离有着很贴切的名字：波长。

波长越长，在一个固定的时间段里到达的波浪数目就越少，这个数目又称为波的频率。直观地说，波长越短（频率越高），波所带的能量就越大，你可以让你朋友在一分钟里以每秒一次或每秒一百次的频率打你。或许你的朋友会选前者，因为他不想累死，但我想你最好还是不要这么要求。对于光，也是如此。波长越短，光线所带能量越高。

与我们祖先想象的不同，我们的眼睛是光的接受器，不是发射源。而且它们并不能够探测到所有种类、强度和波长的光线。如果光线太强，会伤害你的视网膜，几秒钟就能让你变盲。你直视太阳、激光，或任何太强的光源，就会如此。我们仅能看见那些既不太强也不太弱的光线。

我们眼睛对于光线波长相关的缺陷则更微妙一些。百万年来，我们的祖先（这里我们包括了远远还没有展现出人类影子时就已存在的那些）在进化过程中，他们的感光器官适应于他们生存所最需要的光线。为了采摘果实，或者发现自己面前的剑齿虎，看清绿色、红色或黄色比看到掉落到远处黑洞里的恒星所发出的X光重要得多。因此我们的眼睛对于自己每天生活中必需的光线更为敏感。如果我们只能探测X光，估计早就在地球上灭绝了。

因此，与所有存在的自然光相比，我们的眼睛所能见到的只是很小一部分。但宇宙不管这些，照样发出各种光线。我们又给它们取了个贴切的名字，我们称能够被眼睛看到的光为“可见光”，我们还给它们分了组，取了各自的名字：颜色。区分两种颜色的标准通常比较随意，但的确存在着一种严格的数学定义，基于距离，也就是它们波长的定义。

有些动物的眼睛进化得略有不同，有一些动物能够看到的光线比人类所能看到的略多。例如，蛇可以看到红外线，而一些鸟类能看到紫外线，两者都在人类可见光范围之外。但没有一种动物具有能够看到一切光线的器官。只有我们。而且我们在这方面做得相当出色。

包围着我们的各种光线，从最低到最高能量依次是：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X光和伽玛射线。无线电波有着很长的波长，波峰之间距离可从一米到十万公里或更长，而伽玛射线，其波长短于一毫米的十亿分之一——但它们都是光线。我们所建造的所有望远镜都是为了捕捉它们的，无论它们来自何处，强度如何，我们能通过各种技术从各个不同窗口观察宇宙。当你观看天空时，无论是肉眼还是使用某种望远镜，你都能捕捉到并处理从外太空某个遥远的光源所发出的光波。我先前已经说过，你在本书第一部分所访问的是以我们所拍摄到的所有照片构建的一个3D模型。但那时你可能还没有注意到，虽然它首先是一个穿越空间的旅行，但因为光线的传播也需要时间，不是即刻到达，因此你的旅程同时也是时间上的穿越。

现在你那些小岛上的朋友或许会问一个有趣但沉重的问题：我们是不是都曾经在某个地方，比如晚饭桌上或别的场合，听到过某个人说起，我们在天空中所见到的星星实际上都已经死了？

是真的吗？那些恒星都已死去？

肯定不是。至少不是我们所看到的所有恒星都已死去。

让我们看看。

假设你有一位阿姨，那位喜欢在圣诞节送每个人一只丑陋的水晶花瓶作礼物的远亲，她住在悉尼。她多少有些老派，从不告知任何人自己的近况，只有在每年一月自己生日的那天，站在自家门前信箱边拍一张照片，随信寄出。在明信片的背后，她永远这样写：

今天是我生日，

祈愿听到您的声音，

爱你的阿姨。

又：希望你喜欢我送你的花瓶。

虽然每次你都提醒自己一定要记得她的生日，但问题是你总是忘记。等你收到明信片时，对她来说已经不是“今天”了，甚至一月都已经结束了。

同往常一样，你希望她没有一直坐在电话边等到现在……不管怎样，这个故事的要点是，现在你拿在手中的，她在寄出卡片前一分钟所拍的照片，未必反映了她现在的样子。她甚至可能已经死了，你无法知道，就如天上那些恒星一样。别担心，你的阿姨一切都好，你还能收到好几次花瓶，你也还可以作出几次努力让她使用电子邮件而不是明信片。

那样肯定会快许多。但依然不会即刻，不可能即刻。就算是电子邮件，你也只能在她发出后一秒不到的时间中收到。所以，依然有可能在你收到信息前，她就已经死去。

讨论这些的目的不是要将你变成偏执狂，觉得任何人（或任何事物）都已经死去。我们的目的是说明对于空间中所发生的事，最快的通信方式是利用光。而光，尽管很快，却也远远不是即刻到达。在外太空，光的传播速度超越一切，可以到达惊人的每秒299,792.458公里。在你读完这句话的时间里，光走过的距离可以绕地球二十六圈。它很快，是最快的旅行者，但与我们考虑的星系间距离相比，却显得慢得出奇。

任何恒星发光的时刻，它所发出的光线都带着自己的信息。这些信息以光速穿越空间，经过很多时间后才能被我们看到。这意味着我们在天空中看到的那些最远的恒星可能已经死了。但不是所有的恒星都死了。比如太阳就没死，或者更准确一点：此刻无人知晓，但在八分二十秒之前太阳还没死。

你在第一部分中已经看到，太阳发出的光线要花八分二十秒才能走完我们与它之间的1.5亿公里的距离。意味着如果太阳从现在起不再发光，我们也只有在八分二十秒之后才知道这个（相当大的）灾难。这还意味着，在地球上，你只能看见八分二十秒以前太阳的样子。永远不可能是当下的样子。

在一个晴朗的白天闪耀的太阳事实上永远不会是你看到它时的样子。甚至它都不在你看到它在的地方。在它的光线到达你的皮肤所需要的八分二十秒时间里，太阳在它绕着银河系中心旋转的轨道上移动了大约117,300公里。

我们所探测到的最遥远星光在到达我们的望远镜的旅途上走了一百三十八亿年时间，出发于宇宙黑暗世纪，当宇宙开始变得透明之时。

一百亿年是一个很长的时间，虽然它们发出的光到达你这里，让我们看得到它们，但那些发光的巨大恒星基本上已不会存活到现在。

位于从太阳到宇宙边缘之间的恒星也一样如此。

例如，在二〇一四年一月二十四日，天文学家在夜空中看到位于遥远星系里的一颗恒星爆炸，他们看着爆炸发生，其光芒到达了他们所用的望远镜。在我们看来，这颗恒星死于二〇一四年一月二十四日。但任何居住在它边上的人会在爆炸发生的彼处见证这一事件：一千二百万年以前。

从地球上研究宇宙，现代技术没留给我们多少选择：我们需要使用光。没有人能够旅行到宇宙的另一边。没有人能够心灵传送。最终，观察夜空就如同接收来自各处的明信片。大量明信片。发自我们宇宙历史上的各个时间与地点。将这么多明信片拼接起来，我们可以重建从地球上观察到的，你的宇宙的一小段历史。

你在本书第一部分中所旅行的就是宇宙的这样一个切片。

1. 事实上，最近的研究显示，我们的眼睛可以感受到一些（通常情况下不可见的）红外线。我们的大脑如何处理这些信号尚不清楚。​​​​​

   ​