柏拉图的《洞穴寓言》
Allegory of the Cave
古希腊哲学家柏拉图在他的作品《洞穴寓言》(Allegory of the Cave)中，描述了这样一群囚徒：他们终生居住在一个黑暗洞穴中，脖子和脚被锁住，无法环顾四周，只能面向洞穴岩壁。在囚徒身后，有一堆篝火。在篝火与囚徒之间，有着形形色色的物体，火光将那些物体的影子投射到囚徒眼前的岩壁上。这些二维影子就是囚徒们所能看到的全部，他们认为这就是现实世界。但真实情况是，世界要比他们认为的二维世界多出一个维度，锁链让他们无法回头看到这个真实的世界。
柏拉图的这一寓言，可能说出了我们的真实处境。

已知与未知的宇宙
宇宙学家用几个简单的方程(其中最重要的几个是爱因斯坦写出来的)和5个独立参数，就能描述整个宇宙的历史——从今天一路回溯到大爆炸后的一刹那。这5个独立参数为：普通物质、暗物质和暗能量各自的相对能量密度，以及早期宇宙量子涨落的幅度和功率谱。
他们用一个标准的宇宙学模型——∧ 冷暗物质(lambda Cold Dark Matter，∧-CDM)模型，描述了数百个甚至可能是数千个观测数据点，这些数据覆盖的空间尺度从百万光年到百亿光年，到达了可见宇宙的边缘位置。不过研究人员推测的这一宇宙演化版本，仍然有很多令人感到棘手的漏洞。

问题1：我们并不理解这5个参数
哪怕只是数十年以前，天文学家都还相信，普通物质(元素周期表里的那些物质)是宇宙质量能量的主要形式。后来的宇宙学观测彻底颠覆了这个观念(这也带来了3个诺贝尔奖)。我们现在知道，在宇宙全部能量密度中，普通物质只占5%，暗物质则占到了25%。暗物质是一种未知的物质形式，科学家通过引力作用推测出了它们的存在。宇宙中剩下的70%是暗能量，普通物质的引力作用理应让宇宙的膨胀减慢，而暗能量这种神秘的东西却加速了宇宙的膨胀。暗物质和暗能量是什么?它们为何能占据25%和70%的宇宙成分?这些问题我们不得而知。
暴胀可能是让我们理解宇宙大尺度结构的最好假说了。暴胀能“拉直”宇宙，抹平时空的弯曲部分，让宇宙的温度变得均匀。就像宇宙放大镜一样，暴胀也把宇宙初期微小的能量密度量子涨落放大到宇宙学尺度。这些涨落最终变成大尺度结构的种子，也就是星系、恒星、行星和包括我们在内的生命的种子。

宇宙是三维的吗?
我们也许正生活在一个巨大的宇宙洞穴中，这个洞穴在万物之初就出现了。按照标准说法，宇宙是由一个密度无限大的点经过大爆炸而产生的。但通过最近开展的一些计算工作，我们可能会将宇宙的诞生追溯到大爆炸之前的纪元里，那时的空间要比现在的宇宙空间多出一个维度。即将开展的一些天文观测，可能会找到这个“原初宇宙”( protouniverse)留下的一些蛛丝马迹。
以往的经验告诉我们，宇宙有3个空间维度和1个时间维度，我们将这种几何结构定义为“三维空间宇宙”。但在我们的新宇宙模型里，这个三维宇宙不过是一个四维宇宙的投影。明确来说，我们整个宇宙诞生于高维宇宙中的一次恒星塌缩。这次塌缩在四维宇宙中产生了一个四维黑洞;黑洞的三维表面，就是我们生活的宇宙。
或许，不同维度之间的界限，并不像我们想象得那么难以逾越;或许，宇宙基本原理是存在于另一个维度中的，然后被转换到我们看到的这个三维世界中;或许，就像柏拉图寓言中的囚徒，日常经验欺骗了我们，让我们误以为世界是三维的，只有当我们把目光投向第四个维度时，一切才会豁然开朗。
通过严谨地研究四维宇宙，或许可以帮助我们了解宇宙的本质，回答宇宙起源之谜，比如创世的闪光——大爆炸之谜。现代宇宙学认为，在大爆炸之后，宇宙紧接着进入了空间极速膨胀的时期——暴胀(inflation)，在此期间早期宇宙的体积增加了1078倍以上。不过，暴胀学说仍没能回答，是什么导致了大爆炸。相比之下，四维宇宙模型回答了这个终极谜题：宇宙究竟从何而来?

问题2：我们并没有真正理解暴胀
是什么驱动了暴胀的发生?如何提供这么大的能量?
在我们的想象中，在大爆炸结束后极短的时间内，宇宙充满了能量，这些能量以一种假想粒子的形式存在，即“暴胀子”(inflaton)。“暴胀子”不仅能解释宇宙早期的加速膨胀，也能解释如今的宇宙结构，因为在早期宇宙中， “暴胀子”场能量的微小量子涨落，是唯一能导致显著的能量密度差异的机制。
不过，我们不知道“暴胀子”的性质，不知道它从何而来以及如何找到它，甚至不确定它是否真的存在。
此外，物理学家不知道暴胀是如何自然地停止的——这就是所谓的“优雅退场疑难”(graceful exit problem)。如果一种能量场驱动了宇宙以指数级膨胀，那么，是什么让这个能量场突然“关闭”?对于暴胀发生之前的宇宙——宇宙诞生的最初万亿亿亿亿分之一秒(10-36秒)内，我们也没有一个确定的描述。

问题三：我们不理解大爆炸是如何开始的
宇宙学领域的最大挑战是，如何理解大爆炸本身的性质：在一个密度无穷大的点——奇点(singularity)，一切时间、空间、物质突然剧烈地喷薄而出。
从奇点中有可能跳出一个高度混乱的宇宙，那个宇宙温度有剧烈的空间涨落，也就是说，在宇宙空间中，不同点的温度有着巨大的差异。如果温度的涨落太大的话，暴胀可能都没有机会发生。因此，奇点的问题不能全靠暴胀来解决。
奇点虽然奇怪，但并非极其罕见，我们在另一个地方——黑洞的中心，也能瞥见其魅影。黑洞是巨星塌缩的遗骸。所有的恒星都是核聚变反应炉，在那里，轻元素(主要是氢)聚合成重元素。核聚变过程提供了恒星一生的大部分能量。不过最终，核燃料耗尽，引力开始起主宰作用。在引力作用下，一颗比太阳至少重10倍的恒星会发生塌缩，然后引爆超新星爆发。如果恒星再大一些，达到15~20个太阳质量或者更大的质量，超新星爆发结束后会留下一个致密的核心，这个核心会失控地塌缩，形成黑洞。
black hole singularity

黑洞是一片连光线都无法逃脱的空间区域，而光速是任何形式的物质可以达到的速度上限，因此任何物质只要跨过了黑洞的边界——一个被称为事件视界(event horizon)的二维面，便有去无回。
在黑洞的奇点处，已知的物理规律也同样不再适用。与大爆炸不同的是，黑洞的奇点被视界包围着。视界的作用就像是一层坚固的包装纸，防止任何奇点信息泄露出去。黑洞的视界挡住了黑洞外部的观察者，使他们无法观察到奇点的那些不可思议的性质，因此我们能够用熟悉的物理定律来描述和预测我们所能观测到的世界。黑洞具有简单、光滑、均匀的时空结构，因此仅仅用质量、角动量以及电荷就可以充分描述了。
与黑洞中的奇点相反，大家普遍认为，大爆炸的奇点没有事件视界。我们的理论正是提供了这样一个方法，在这个理论中，宇宙大爆炸其实是一个幻景。我们的理论可以将大爆炸的奇点包裹起来，正如事件视界将黑洞奇点包裹起来一样。这样我们就避开了可怕的大爆炸奇点。

四维宇宙中的黑洞
与普通的事件视界相比，大爆炸奇点的“隐身斗篷”有一个关键的不同之处。因为我们感知到的这个宇宙有3个空间维度，因此遮蔽宇宙大爆炸中心奇点的东西也应该是三维的，而不应该像视界一样是二维的。黑洞的二维事件视界是三维空间的恒星塌缩产生的，那我们也可以做出这样一种假设：遮蔽大爆炸奇点的三维事件视界，就应该是四维宇宙里的恒星塌缩产生的了。
额外维理论要求空间维数超过直观的三维，这一想法的提出时间，几乎与广义相对论一样久远。最近，科学家利用额外维的思想建立了所谓膜世界(brane worlds)的宇宙学理论。

膜世界理论的基本思想是，我们的三维宇宙是一个子宇宙，它嵌在一个更大的四维(甚至更高维)空间中。这个三维宇宙被称为膜(brane)，它所嵌入的大宇宙被称为体(bulk)。我们所知的所有物质和能量形式都束缚在这个三维膜之上，如同电影投影到银幕上——就像柏拉图寓言中，洞穴中的囚徒认为，墙壁上的投影就是真实世界。但引力例外，它能渗透到更高维的“体”之中。

洞穴比喻比较有深度！

说那么多干嘛 你说他存在他必存在 你说他不存在他也存在 因为你心中想过他 他在你心中自然出现过 只是你未曾发觉而已

洞穴人很有意思

看