20世紀上半葉，愛因斯坦用相對論描述了空間和時間的運作方式，而波耳和他年輕的門徒們則用一系列方程捕捉到了物質奇怪的量子特性。20世紀下半葉，物理學家們在此基礎上，把這兩個新理論廣泛應用在了自然界的各個領域：從宏觀世界的宇宙構造，到微觀世界的基本粒子。這節課我先講宇宙的構造，下節課再說基本粒子。
這節課主要由簡單的圖示組成。這是因為在實驗、測量、計算和嚴格的推導之前，科學首先是視覺活動。科學思想得益於以新的方式「看」事物的能力。下面我會試著帶大家體驗一番這樣的視覺之旅。
下面這幅圖反映了幾千年來人們對宇宙構造的認識：地在下，天在上。
第一次偉大的科學革命是2600年前由阿那克西曼德（Anaximander）發起的，他想弄明白為什麼太陽、月亮和星辰都圍著我們轉。於是宇宙變成了下面這幅圖的樣子：
現在天空不僅在地面的上方，還把地球包圍了起來，而地球是一塊飄浮在空中、不會墜落的大石頭。很快就有人——或許是巴門尼德（Parmenides），或者畢達哥拉斯（Pythagoras）——意識到，對一塊飛在空中的土地而言，最合理的形狀就是球形，因為球體在各個方向上都是相等的。亞里士多德用很多具有說服力的科學論述證明了地球是圓的，天空環繞著大地，星辰在天空中運行。結果宇宙變成了這樣：
這是亞里士多德在他的著作《論天》中描述的宇宙，這張圖也代表了從地中海文明時期到中世紀結束之前，人們對宇宙的認知。但丁和莎士比亞在學校裡學的就是這樣的宇宙圖。
下一個對宇宙認知的飛躍是由哥白尼完成的，後來的「科學大革命」也由此開啟。其實，哥白尼的宇宙觀和亞里士多德的並沒有多大區別。
但它們之間確實存在一個關鍵的不同，哥白尼重拾了一個古老的觀點。他深思熟慮後指出，處在那些行星運動中心的不是我們的地球，而是太陽。我們的地球只是那些行星中的一員，一邊高速自轉，一邊繞著太陽旋轉。
我們的知識持續增長，借助不斷改進的科學儀器，我們很快知道，太陽系只是不計其數的星系中的一個，而我們的太陽也只是眾多恆星中普普通通的一顆，是浩瀚銀河系星雲中的滄海一粟而已。
但是在20世紀30年代，天文學家們對星雲（恆星之間近乎白色的雲團）進行精確的測量後發現，銀河系本身也只是眾多星系間浩瀚星雲中的一粒塵埃。這些星系一直蔓延到我們最強大的天文望遠鏡也看不到的地方。世界現在成了一片均勻的、沒有盡頭的疆域。下面的圖像不是畫出來的，而是太空軌道上的哈勃望遠鏡拍到的一張照片。它向我們展示了最強大的望遠鏡可以看到的宇宙最深處。如果用肉眼看的話，將會是漆黑夜空中極其微小的一片。通過哈勃望遠鏡我們卻可以看到無數遙遠的光點。圖中的每一個黑點都是一個星系，其中有上千億個如太陽般的恆星。近幾年我們發現，絕大多數這樣的恆星周圍都有行星環繞。所以在宇宙中還存在著不計其數的像地球一樣的行星。無論望向夜空的哪個方向，我們都會看到這樣的畫面：
這片均勻無邊的宇宙並不像看上去那麼簡單。就像我在第一節課中解釋過的那樣，空間不是一馬平川，而是彎曲的。宇宙佈滿了星系，所以我們想像它的紋理會像海浪一樣起伏，激烈處還會產生黑洞空穴。我們再看一幅繪製的圖片，看看被這些巨浪攪動的宇宙是什麼樣子。
我們今天終於知道，這個佈滿星系、富有彈性的浩瀚宇宙是大約150億年前由一個極熱極密的小星雲演化而來的。為了表現這一點，我們不再需要畫出宇宙的樣子，而應畫出宇宙的整個歷史，如下圖所示：
宇宙誕生的時候就像一個小球，大爆炸後一直膨脹到它現在的規模。這就是我們現在對宇宙最大程度的瞭解了。
還有別的什麼嗎？宇宙爆炸之前還有什麼東西存在嗎？或許還有。我們在兩課之後再講吧。那麼還有沒有與我們類似或者完全不同的宇宙呢？這我們還無從知曉。