自有人類歷史開始，哲學家們——現在還包括理論物理學家們——就一直試圖在自己頭腦中繪出世界。為了揭示規則，那些自然界的規則，那些對於我們每個人都明白無誤地展現其存在的自然規則（雖然描述這些規則的語言在相當長的時間內都不為人類所知），他們將自己投入到那些事實上哪怕通過實驗都無法到達的場景中。這種體驗被稱為想像實驗，那些純粹通過思想進行的實驗。
在這本書中，你所體驗的就是一系列這樣的想像實驗。它們讓你神遊今天已知的宇宙，探索未知的盡頭。
薛定諤通過這種想像實驗向我們顯示那些奇怪的量子規則也能夠出現在宏觀日常世界中。他帶給了我們一隻既沒有死去也沒有活著，而且在死去的同時又是活著的貓。聽起來的確很詭異，但現在已經證明他是正確的。
愛因斯坦也同樣利用了許多想像實驗。他想像了如果將光速作為一個不可超越的限速，現實世界將如何呈現。為了回答這個問題，他在想像中坐上一個光子，坐在光子上觀察世界，結果就是他的狹義相對論。就是這個理論告訴你如果你乘坐的飛機飛得那麼快，你的確會降落在四百年後的未來。這也被證明是正確的。
直覺——雖然它未必建立在得以讓我們人類這一物種存活至今的常識之上，但也是在最近一個多世紀裡推動眾多新發現的重要力量。就像愛因斯坦的名言：想像力比知識更重要。
你在海島沙灘上醒來時所看到在星空中的所有面容，都是那些過去及現在的巨人們。顯然，我們無法將所有這些人一一列出，因為這樣的人實在太多，但就是他們，曾經也正在讓我們能夠更好、更深入地瞭解我們所在的世界，片刻不停地豐富我們的知識，他們的貢獻將在史冊中永遠流傳。是他們創造了我們人類的故事。他們一頁又一頁地寫出了我們今天所知道的智慧之書。他們中的大多數並不為普通大眾所知，但他們的重要性無可否認。
然而，提及你當初為什麼開始這次旅行，或許你已經意識到自己並沒有找到將地球從太陽未來的爆炸中拯救出來的辦法。你甚至沒有找到一個方法讓我們的地球免受在太陽爆炸之前就可能遇到的各種大災難。但你的確找到了最有可能確保我們這個物種生存的工具：我們的大腦。我們的意識。我們的想像力。科學。
你已經看到我們的宇宙中存在著無數其他行星，或許有一天，它們之中會有能夠歡迎我們的家園。
憑借今天的知識，我們還不能在人的一生中，甚至花一千輩子的時間內從宇宙的一個地方旅行到另一個地方，你只能在自己的想像中完成這樣的旅行。但就在幾代人之前，從歐洲到澳大利亞的旅行還需要花費幾個月的時間，現在，同樣的旅程只需要飛行幾小時。我們不知道明天的技術會帶給我們什麼可能。我們也不知道廣義相對論在明天會帶給我們什麼新東西，但到今天為止，如我前面講過，它已經帶給我們GPS。只是GPS而已。明天，或許它能讓我們找到時空中的捷徑，即所謂蟲洞，它或許能夠將兩個距離遙遠的地方連接起來，而無需穿越分隔兩地的巨大距離。
至今為止，我們人類已經成功地旅行到了雲層之上，甚至到了月球，我們也已將機器人送去太陽系的邊緣。而你，通過一系列想像實驗，已經旅行到了我們能夠看見的疆界之外，更不要說人類真正踏足的地方。你已親眼見到了我們至今對於宇宙所有已知和未知的領域。因為這些思想的旅行，你已經在整體上獲得了直到二十一世紀初為止理論物理學的所有知識。
然而，你在這次旅途中所學到的有些東西或許有一天會被證明是錯誤的。暗物質、暗能量、平行宇宙與現實都只是一些理論想法，或許有一天這些都會被最終放棄，但無論如何，它們是我們現在最強大的思想。它們反映了今天我們人類如何努力理解我們所處的宇宙。幾個世紀之後，這所有的一切，或許被否定，或許被接受，現在的我們無法知道。但我們既然生活在今天，就意味著我們被今天這些無比美妙的想法所圍繞。
因此，在你開始自己尋找真理之前，讓我們再次總結一下你所見到的東西，再加上一點點新的。
你已經知道，牛頓並沒有發現自然的終極理論，我在本書早先所鼓吹的那個所謂能夠解釋萬事萬物的終極理論至今依然未被闡明，雖然弦理論或許能夠成為這種理論的一個有力候選者。牛頓的理論甚至無法解釋水星軌道的奇怪變化，更不用說時空的膨脹了。因此，在某種意義上說，他的理論是錯誤的。然而，他的理論依然偉大，甚至可以被稱為是完美的理論：我們知道它的適用範圍，我們也知道它在哪裡、為什麼會失敗。大致上我們可以在所有我們人類大腦所能掌握的尺度上使用他的理論：在非常巨大和非常微小之間，以及不是非常高速，所涉及的能量也並非非常劇烈的場合。我們日常所經歷的世界，我們的進化允許我們的感官所感知的世界，都在牛頓理論有效的範圍之內。我們的常識都根植於這個世界。但在這個世界之外，還有著其他現實存在。有著那些非常快速、非常微小、非常巨大或非常高能的世界存在。在這些超越了我們日常生活經驗的世界裡，牛頓的理論就不再適用，我們的感官也毫無用處，但儘管如此，人類還是令人吃驚地揭示了統治那些我們所看不到的世界的自然規則。量子場理論適用於非常微小的世界，廣義相對論則統治著非常巨大和能量非常密集的世界。在這兩者之間，牛頓才是王者。當牛頓的理論不再適用時，奇怪的新現象就會出現，暗示著在我們現實世界疆域之外還存在著另外一些全新而神秘的現實世界。
量子場理論與廣義相對論都開闊了我們的眼界和思想，將一個遠比我們祖先所能想像的廣闊得多的宇宙呈現在我們的面前，但是，這兩大理論也都有著自己的局限性。然而，與牛頓的理論不同的是，到現在為止還沒有人肯定地知道這些理論的局限之外是什麼。通過這本書，你已瀏覽了這些無比成功的理論，在旅程的最後階段，你還試圖朝這些理論的局限之外邁出猶疑卻又是嘗試性的大膽一步。你進入了一個由弦和膜作為基本構成的宇宙，一個由多重現實與可能性所構成的宇宙。在這個與我們自己的完全不同的宇宙中，量子真空呈現出完全新奇而詭異的規則。
愛因斯坦眼光的卓越之處在於他看出了引力的本質並非牛頓所設想的那樣，他證明了引力實際上是時空的彎曲與傾斜。引力、質量與能量都以非常直接的方式聯繫在一起：我們的宇宙有著一個基本構造，即時空，它被其所包含並位於其中的物質所影響，產生變形與彎曲。這些時空的彎曲對於周圍物體與光所產生的影響就是我們所體會並感知到的引力。這就是廣義相對論。它已經有一百多年了。要瞭解宇宙在某顆恆星周圍的局部形狀，瞭解它的引力如何影響了周圍的環境，我們只需要知道那顆恆星所含有的能量就行了。從德國物理學家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)開始，許多科學家做過這樣的計算。
一九一五年，愛因斯坦發表他理論的同一年——那時全世界沒有幾個人搞得明白這個廣義相對論意味著什麼——史瓦西算出了一顆恆星外時空的精確形狀。當時只有四十三歲的史瓦西是在第一次世界大戰與俄國軍隊作戰的前線上完成這些計算的。幾個月後他就死於在前線染上的疾病。戰爭讓太多的人失去生命，其中就包括許多像史瓦西那樣原本可以幫助我們更好更快地認識這個世界的人。
有了史瓦西的工作，大家才能夠猜測物體與光在恆星周圍應該如何運動。它給出了水星的正確軌道，並顯示光線本身也會被太陽彎曲。到了一九一九年，一個由英國天文學家亞瑟·愛丁頓爵士(Arthur Eddington)帶領的考察團探測到了這個以前從未被注意到的現象。那年日全食時所攝下的照片顯示靠近太陽的恆星們似乎沒有在它們原本該在的位置上。相反，它們都精確地位於愛因斯坦的理論在考慮了它們所發出的光線被太陽周圍變了形的時空所彎曲後預言它們應該出現的位置上。光線本身也受引力的影響。
史瓦西去世後不久，同樣的計算被用在更大的天體——星系之上，預言了下述現象的存在：遠處的宇宙中間將因彎曲的光線而出現奇特的宇宙海市蜃樓。這是因為更遠處的星系之光在向我們地球旅行時被路途中所遇到的巨大天體所彎曲。因此，我們周圍的星系就像巨大的宇宙透鏡，讓我們能夠看到原本位於它們之後的物體，讓我們在觀察我們宇宙歷史時看得更遠、更深。這樣宇宙級別的透鏡和海市蜃樓在愛因斯坦的研究成果發表六十年後的一九七九年被觀測到。而現在，我們的望遠鏡所拍攝的幾乎每張宇宙深處的照片上都有它們的蹤跡。順帶說下，它們顯示了愛因斯坦對於引力的幾何解釋不僅適用於太陽周圍，也同樣適用於整個外太空。
廣義相對論給了我們一個全新的宇宙圖景。
你，我，所有人和所有事物，我們都被現在到達我們這裡的信息所包圍，這些信息來自過去，它們在現在，在此時此刻到達了我們身邊。我們坐在我們可見現實的中心，這個現實中的所有一切都遵循愛因斯坦的規則，除了黑洞。同樣的原則適用於我們對物質與光的理解：統治整個可見宇宙的規則與統治我們身邊宇宙這一小塊地方的規則完全一樣。構成我們的物質，從我們皮膚上反射出來的光子，它們都遵循同樣的量子規則，在我們的可見宇宙之中無處不是如此。
將遙遠之處的規則與我們鄰近處的規則相統一帶給我們的是，我們發現自己的宇宙具有歷史，大爆炸就在它的歷史之中，宇宙那早已消散的歷史時期依然能夠從閃爍在我們頭頂的星辰中讀出，直到那沒有光能夠透過的時代。在我們宇宙過去的某個時刻，某個地方，宇宙的時空變得足夠大，令光能夠在其中自由穿行，這個時刻和地點，我們稱之為臨界最後散射面。當如今已經消散的那一時刻來臨時，宇宙的溫度高達3000°C。那個時刻之前，我們的宇宙不透光，那個時刻之後，宇宙變得透明。那時的輻射一直殘存到今天，依然以一定的溫度存在，被稱為宇宙微波背景輻射。其中包含了我們宇宙過去存在的印跡。
關於那個時刻之前，我們對於夜空的觀察只能向我們提供間接證據來猜測過去發生了什麼。或許有一天我們能夠利用不依賴於光信號的探測器，比如依靠引力波，那樣的話我們將能夠直接接收來自更遠更早時空的信號，但我們現在還沒到達那個目標。在此之前，我們只能試圖重建我們的宇宙被禁錮在一個極端微小的體積中時曾經普遍存在的條件，來嘗試瞭解當時所發生的事。
自從二十世紀七十年代以來，粒子加速器就已在這個領域裡大顯身手。
它們給我們賴以探索粒子與光的理論帶來前所未有的巨大自信。量子場理論給了我們一個能夠用來瞭解宇宙的現在與過去由什麼構成的切實圖景，直到據信時間與空間以我們所認識的方式出現之後的一千億億億分之一秒，愛因斯坦的廣義相對論則預言了時空的這種誕生過程的存在。
也是自從二十世紀七十年代之後，我們知道了廣義相對論的局限，知道它所能達成的目標並非永無止境。在那裡——它失效的地方，我們需要一種全新的理論，一種關於引力量子化的理論，甚至更多。那個理論到底是什麼，我們今天還不瞭解。但我們的確知道這種理論一定存在。這也是黑洞蒸發給我們的提示。
當你縮小自身試圖尋找那個新理論可能的藏身之地時，你進入了一個完全不同的現實之中，一個由弦和膜以及其他維度所構成的現實世界。這是邁向弦理論的第一步，弦理論目前或許可算是有可能成為量子引力理論，或那種可能統治一切的理論的幾個候選者中最流行的一個，雖然它還缺少一個能被實驗證實的預言。
在這些關於弦與膜的理論（有時被稱為M理論）中，你的機器人夥伴結束了它作為你穿行在時空之內與時空之外的導遊任務，因為你現在所進入的地方就算是人類目前所發明的最強大的計算機也無法計算。只有人類的思想能夠到達那裡。在那裡，你終於能夠自由理解你生活其中的世界。
我們幾乎毫不懷疑未來會有更多的發現，既包括理論上的，也包括實驗上的，它們將會把人類的知識推進得更遠，打開通往全新宇宙圖景的窗戶，那些宇宙圖景會比今天所有人最大膽的想像更令人難以置信。到那個時候，廣義相對論和量子場理論也會與牛頓的理論一樣成為完美理論，因為那時候我們會知道它們在哪裡失效，以及為什麼會失效，它們會被那些新理論所取代。然而現在，它們都只是表現出與當年牛頓理論表現出的同樣意義上的錯誤。
正是有了這些錯誤，我們才能瞥見未知。
沒有牛頓，沒有可被我們用以對比的事物，我們甚至不會注意到水星軌道的細微漂移。
沒有水星軌道運動的實際情況與牛頓理論對其預言之間的差異，沒有那些牛頓理論無法解釋當物體以極高速運動時所發生的狀況，我們就無法得到愛因斯坦對於宇宙構造與其內容物之間相互作用的真知灼見。
沒有愛因斯坦的方程式，我們就會與祖先們一樣，對我們的宇宙具有歷史這一事實一無所知。我們就無法建立模型解釋我們的宇宙在整體上如何運行。
沒有這個模型，你就無法發現暗物質。同樣也無法發現暗能量。
為了找到正確，我們需要錯誤，這樣我們才能向前進步。
下一次當你仰望星空，我希望你能夠記起這個宇宙是多麼的神奇、廣袤和美麗。在探索不為人知的美與神秘的同時，正因為我們不斷充實自己的知識，放飛想像，才有可能為人類找到一條長久生存下去的道路。
兩大理論都適用於非常高速的世界。
這樣的理論甚至可能有許多個，而非只有一個。