人类拥有着无限的求知欲。我们不停的发出疑问，并试图阐明背后的原理。到目前为止，我们在理解宇宙的奥秘上已经做的相当好了。但还远远不够，每当我们解决了一个问题，就会立即产生一个新的谜题。下面我简述八个大问题，科学家为此绞尽脑汁，却还不知道我们离真理有多远。但他们已经开始了一系列探测计划帮助我们寻找答案。

1. 我们从哪里来？

△ 宇宙经历了一次又一次的膨胀和收缩

我们有很说服力的证据表明，宇宙诞生于约138亿年前。但这是否真的是故事的开始？有没有可能，在那之前宇宙就存在了？我们的宇宙是否是由两个平行宇宙对撞而产生的？又或者宇宙是一直在循环的？老实说，我们可能永远也得不到真正的答案……

任务：高能X-射线卫星EXIST

△EXIST

未来的太空望远镜将更好的研究从遥远伽玛射线暴发出的光线，这或许可以帮助物理学家寻找“圈量子引力”理论的证据，该理论预言了大爆炸是由之前存在的宇宙坍缩而形成的。

扩展阅读：《最最基本的大问题：宇宙是如何开始的？》。

2. 什么是暗能量？

△ 通缉暗能量

或许它是一种未知的力或能量，占据了宇宙总质量-能量的68.3%。或许是一种神秘的引力性质，又或许跟额外维度有关。我们对它一无所知。只知道是它导致了宇宙加速膨胀。

任务：WFIRST （2020年代中期）

△WFIRST的艺术描绘

NASA研发的宽视场红外巡天太空望远镜（WFIRST）将调查暗能量究竟是一种能量或者一种引力现象。

扩展阅读：《如果能量不守恒……》。

3. 时间的箭头

△ 时间的不对称性：破蛋不能够重圆

从直觉上我们都知道，时间是方向不对称性的，它只向前流逝，一个破碎的鸡蛋永远无法自发的“破蛋重圆”。有一些人认为这是热力学第二定律所导致的，有一些人则认为是暗能量的结果。甚至有一些人在鼓吹时间之前的时间，即在大爆炸之前的一个时期，时间实际上是逆流的。

任务：太空引力波探测器站 （2030年代）

△eLISA引力波探测器

超灵敏太空阵列允许我们研究时空的涟漪——它们来自大爆炸之前，携带着宇宙诞生之前的状态的信息。

扩展阅读：《时间之箭：从熵到大爆炸再到万物理论》，《暗能量是导致时间总是指向未来的幕后黑手？》。

4. 什么是暗物质？

△ 暗物质有许多候选者，比如轴子、WIMP等

通过引力效应，科学家推测暗物质占据了宇宙总质量-能量的26.8%。科学家提出了许多暗物质的候选者，比如WIMPs、轴子和额外维物质等。但也有可能根本不存在暗物质，只是目前最好的引力理论——广义相对论需要得到修正。我们仍然在黑暗的迷雾之中......

任务：欧几里得探测器 （2020年？）

△ 欧几里得卫星的艺术描绘

欧洲航空局提出了欧几里得任务，通过精确地测量宇宙膨胀来寻找暗物质的本质。

扩展阅读：《探索宇宙的黑暗面》。

5. 为什么是物质？

△ 氢：由质子和电子组成；反氢：由反质子和正电子组成

当物质和反物质相遇时，它们会湮灭产生能量。科学家认为在宇宙诞生后，应该有等量的物质和反物质产生，结果就是全部湮灭，只留下一片能量。但现在我们看到宇宙中有碳基生命、行星、恒星和星系。是什么导致现在的宇宙中只剩下物质？而没有反物质？

任务：LHCB

△LHCb探测器

在CERN的大型强子对撞机（LHC）中的“美丽实验”（或称为底夸克实验）中，科学家通过研究底夸克的相互作用试图理解物质-反物质不一致的秘密。

扩展阅读：《为什么我们都是由物质组成？而不是反物质？》，《对称性的又一次胜利》。

6. 万物皆由弦构成的吗？

△ 世界是由一维的弦组成的吗？

10到26维，D-膜和S-对偶，卡拉比-丘流行和M-理论。欢迎来到奇异的弦理论世界！在这里，一维弦的振荡构成了我们世界的一切。但问题是：我们要怎么验证它的正确性？

任务：天文测量

△ 等效原理

通过超级灵敏的下一代望远镜对太阳系以外的天体进行精确测量，或许能够探测到违反爱因斯坦的等效原理的迹象，有些人认为这是弦理论的一个强有力证据。

扩展阅读：《十个问题，带你认识弦理论》，《爱因斯坦的陀螺》。

7. 我们是孤独的吗？

△ 上行为德雷克方程，下行为Adam Frank提出的新方程

宇宙中存在着生命——我们的存在证明了这一点。但是，我们是唯一吗？或许在宇宙的各处都有生命在演化着？如果有其它的外星智慧生命，他们会跟我们问一样的问题吗？又或者他们不想被我们找到？

任务：突破倾听

△ 从左自右：Yuri Milner、Stephen Hawking、Martin Rees、Frank Drake、Ann Druyan 和 Geoff Marcy

这个一亿美元的项目，是由俄罗斯亿万富翁Yuri Milner发起资助的。目标是扫描离我们最近恒星，甚至是星系中有可能是智慧来源的射电和光信号。这是寻找外星生命最雄心勃勃的计划。

扩展阅读：《人类在宇宙是孤独的吗？》，《外星人究竟在哪里？一个你可能不会喜欢的答案》。

8. 我们何处去？

△宇宙的可能面临的命运？

宇宙的最终命运是什么？宇宙会在某个时刻突然停止膨胀，并开始收缩回到它刚诞生时的状态吗？或者它将不断地膨胀下去，并最终将一切撕裂？又或者宇宙将达到热寂状态，一切事物都将处于一个温度，但随着持续膨胀，宇宙会变得越来越冷，直至陷入一片死寂？又或者，未来人类将足够强大到能够掌控时空的命运？只要时间能告诉我们……

任务：下一代望远镜

△ 詹姆斯·韦太空望远镜

新的望远镜，比如詹姆斯·韦伯太空望远镜和引力波探测器，将帮助我们正确的测量宇宙的膨胀率，允许我们更精确的测量宇宙中的密度。