视频｜科学家首度发现人类的灵魂是超弦
人的构成是什么？
人类的灵魂真的存在吗？
生从何来？
死又何往？
……
人有没有灵魂？这是争论不休的问题，但有些人却因此进行研究灵魂的工作，希望从这项研究，可以证明人有灵魂。科技发展到今天，我们已经由看得见的物质研究到了看不见的原子、质子、夸克到中微子。现在又发现了比中微子更小物质--超弦。科学家说，人类的灵魂就是超弦。
超弦是一种物理学理论。科学家们认识它不久。1968年，嘉博略尔发现了弦的图形。此后，理奥纳特博士进一步理解为一小团类似橡皮筋那样可以扭曲抖动的有弹性的线段。后来科技界有了超弦理论。
现在科学家们普遍认为，物质世界是由超弦的震动产生的。超弦是宇宙具有独立生命意识的最微小的生命体。人类的灵魂其实就是其中一种超弦。科技界终于触及到了灵魂的环节。
先不说灵魂，我们先来看看什么是超弦理论？
超弦理论认为，不存在粒子，只有弦在空间运动，各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。自然界中所发生的一切相互作用，所有的物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来解释。
最为奇特的是，弦并不是在平常的三维空间运动，而是在我们无法想象的高维空间运动。我们过去关于空间的观念都是错误的，空间正在以一种陌生得令人惊讶的方式活动着。
粒子的下面是什么？
众所周知，物质是由原子组成，而原子由原子核和电子组成，原子核又由质子和中子组成，质子和中子又由夸克组成。那么，夸克和电子又是由什么构成的呢？科学家发现，夸克和电子都不可再分了，似乎是没有内部结构的点粒子，因此把它们称为基本粒子。基本粒子是一切物质的基本单元，就像英语里的“字母”一样。
但是，已知的基本粒子并不仅仅是夸克和电子两种，而是多达数百种，而且，每一种基本粒子都有它们的反粒子。我们现在把所有的基本粒子分为三大类，通常称为“族”：轻子族，包括电子、中微子等；夸克族，包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克这六种夸克和各自的反夸克；媒介粒子族，包括光子、胶子等。非常奇怪的是，除了夸克和电子外，大部分基本粒子都不组成更大的物质结构，例如，中微子总是在宇宙中独来独往，不与其它物质发生相互作用；媒介粒子则只在其它粒子间传递力的作用；还有很多粒子像介子、超子等都极不稳定，通常在极短时间内衰变成其它粒子。
我们知道，电子能像地球绕太阳旋转那样绕着原子核运动，但电子能不能也像地球那样进行自转呢？按理说，这是不可能的，因为物体在自转时，其转轴上有一个固定不动的中心点，电子既然是一个点状粒子，那它就不会有什么多余的“中心点”，它的自旋也就无从谈起。但科学家证实，电子仍然像地球那样，既公转，也自转，而且永远地以固定不变的速率旋转，这是电子自身固有的性质，称为“内禀自旋”。而且，所有的基本粒子都有与电子相同的自旋。
然而粒子的自旋与地球自转是不一样的，地球的自转是连续的，粒子的自旋则是间隔性的，也就是说，它的自旋是一跳一跳着进行的。
每一种粒子的所有成员都是相同的，我们不可能把两个电子或者中微子区别开来。而不同种类的粒子则有着明显的不同，其主要区别就在于它们的质量、电荷以及内禀自旋都各不相同。
这些基本粒子性质各不相同的原因是什么？它们为什么在不停地自旋？这些不同的粒子还能不能找到更深层的、统一的内部结构？这些问题长期以来都在困绕着科学家们。
为何有四种力？
进一步的问题就是，这么多不同种类的粒子是如何联系在一起的？假如宇宙是由很多微小的、相互间没有关系的物质微粒组成的，它们中的任何一个都像被隔离的，那么，在这样的一个宇宙中，就会既无恒星，又无行星和生命，只是一个寂寞的、完全没有事件发生的微粒集合。
幸运的是，事实并非如此，宇宙中存在着各种类型的力，是它们把散沙般的基本粒子结合在一起，组成了各种各样的物质，并安排了宇宙间的秩序。这些力从本质上都可归结为四种基本力：引力、电磁力、强力和弱力
这四种力的来源是不一样的。引力源于物体质量的相互吸引，两个有质量的物体间就存在引力，物体的质量越大，引力就越大。电磁力是由粒子的电荷产生的，一个粒子可以带正电荷，或者带负电荷，同性电荷相斥，异性电荷相吸。如果一个粒子不带电荷，则不受电磁力的影响，不会感受到排斥力和吸引力。强力主要是把夸克结合在一起的力，所以也叫核力。像电磁力一样，也起源于电荷，不过只是夸克间的电荷，物理学家称之为“颜色电荷”。弱力的作用是改变粒子而不对粒子产生推和拉的效应，像核聚变和核裂变这两个过程都是受弱力支配的。
四种力的相对强度以及作用范围都有着巨大的区别。从相对强度上来说，假定以电磁力的强度为一个单位强度，则强力要比这个单位大出100倍，弱力只有 1/1000，引力小到几乎是可以忽略不计的：在微观世界中，它只有电磁力的10的40次方分之一！从作用范围上来说，引力的作用范围是宇宙范围的；电磁力的作用范围在理论上可以达到无限远，但实际上，大多数物体正负电荷相互抵消，其外部都呈电中性；而强力和弱力的作用范围则极小，只能在粒子范围内发生作用。
这四种强弱悬殊、性质各异的基本力，完全控制了我们的宇宙。
现在问题又来了：为什么有四种基本力？为什么不是五种、三种或者一种？这四种力为什么如此不同？为什么强力和弱力只能在微观尺度上发挥作用，而引力和电磁力却具有无限的作用范围？还有，为什么这些力的固有强度会有那么大的差别？
最后的问题是，所有这些力有没有一个共同的根基？如果有，它们为何又分裂了？
终于，超弦理论来了。
粒子怎样变成弦？
一连串的疑惑不得不使科学家认真考虑：也许在基本粒子内部存在一种更深层的结构，这种结构尚未被我们所理解。自20世纪60年代以来，在科学家孜孜不倦地努力下，一个新的理论逐渐浮出水面，这就是超弦理论。超弦理论认为，在每一个基本粒子内部，都有一根细细的线在振动，就像小提琴琴弦的振动一样，因此这根细细的线就被科学家形象地称为“弦”。
拨动吉他一根弦，你会听到一个音。拨动另一根弦，你会听到另一个不同的音调，因为不同的弦振动的模式不同。一个音乐家通过一个吉他的六弦合奏，使这些弦在不同频率振动，便可创造出无数美妙的音乐。像琴弦的不同振动模式弹出不同的乐音那样，粒子内部的弦也有不同的振动模式，只不过这种弦的振动不是产生什么音乐，而是产生一个个粒子。不同粒子的性质由弦的不同振动行为来决定，电子是以某种方式振动的弦，上夸克又是以另一种方式振动的弦，如此等等。
弦与粒子质量的关联是很容易理解的。弦的振动越剧烈，粒子的能量就越大；振动越轻柔，粒子的能量就越小。这也是我们熟悉的现象：当我们用力拨动琴弦时，振动会很剧烈；轻轻拨动它时，振动会很轻柔。而依据爱因斯坦的质能原理，能量和质量像一枚硬币的两面，是同一事物的不同表现：大能量意味着大质量，小能量意味着小质量。因此，振动较剧烈的粒子质量较大，反之，振动较轻柔的粒子则质量较小。
依照弦理论，每种基本粒子所表现的性质都源自它内部弦的不同的振动模式。每个基本粒子都由一根弦组成，而所有的弦都是绝对相同的。不同的基本粒子实际上是在相同的弦上弹奏着不同的“音调”。由无数这样振动着的弦组成的宇宙，就像一支伟大的交响曲。
在量子理论中，每一个粒子还具有波的特性，这就是波粒二象性。现在我们明白了，粒子的波动性就是由弦的振动产生的。
以前，我们想象所有的物质粒子都是点状的东西，没有空间大小。但现在我们明白了，那一个个点粒子其实并不是一个个实体的点，而是包含有一片片更微小的空间结构，这样的空间结构的振动乍看起来像是一个个点，是因为我们目前还没有更精微的探测技术。
物理学家还发现，弦的振动模式与粒子的引力作用之间存在着直接的联系。同样的关联也存于弦振动模式与其它力的性质之间，一根弦所携带的电磁力、弱力和强力也完全由它的振动模式决定。
弦如何运动？
弦本身很简单，只是一根极微小的线，弦可以闭合成圈（闭弦），也可以打开像头发（开弦）。一根弦还能分解成更细小的弦，也能与别的弦碰撞构成更长的弦。例如，一根开弦可以分裂成两根小的开弦；也可以形成一根开弦和一根闭弦；一根闭弦可以分裂成两个小的闭弦；两根弦碰撞可以产生两个新的弦。
但是当一根弦在时空中移动时，它就没那么简单了。弦的运动是如此的复杂，以至于三维空间已经无法容纳它的运动轨迹，必须有高达十维的空间才能满足它的运动（十维空间是数学方程计算的结果）。就像人的运动复杂到无法在二维平面中完成，而必须在三维空间中完成一样。
点粒子内部的空间不是三维的，可能还有很多维，这似乎非常不可思议，不过，认真想起来，高维空间的存在完全是合理的。为了看清这一点，我们可以举一个水管的例子。我们知道，水管的表面是二维的，但是当我们从远处看它时，它却像是一维的直线。这是为什么呢？原来，水管的那两维很不一样，沿着管子伸展方向的一维很长，容易看到；而容易绕着管子的那一个圆圈维很短，“卷缩起来了”，不容易发现。你必须走近水管，才能看清绕着圆圈的那一维。
这个例子表明了空间维度的一个微妙而又重要的特征：空间维有两种。它可能很大延伸得很远，能直接显露出来；它也可能很小，卷缩了，很难看出来。水管比较粗大，绕着管子的那一维很容易就看到。假如管子很细——像一根头发丝或毛细管那样细，要看那卷缩的维可就不那么容易了。
在最微小的尺度上，科学家业已证明，我们宇宙的空间结构既有延展的维，也有卷缩的维。就是说，我们的宇宙有像水管在水平方向延伸的、大的、容易看到的维——我们寻常经历的三维，也有像水管在横向上的圆圈那样的卷缩的维——这些多余的维紧紧卷缩在一个微小的空间，即使用我们最精密的仪器也根本不能探测它们。
那些看不见的维可能会有多小呢？我们最先进的仪器能探测到百亿亿分之一米的结构，如果那些维度卷缩得比这个尺度还小，我们就看不见了。科学家的计算表明，卷缩的维可能小到普朗克长度（即10的负33次方厘米），是目前的实验远远不可能达到的。
为什么需要多维空间？
理解了宇宙的空间有更多维存在，再回过来看相对论与量子理论是如何产生矛盾的，我们就很容易理解了：这两个理论在日常的三维空间里是不可能统一的，它们的矛盾是必然的，只有在高维空间里才能得到统一。
为了更好地理解这一点，我们可以举一个三维世界和二维世界的例子。我们首先假设有一些生活在二维平面世界的生命，它们的世界里只有长和宽，根本无法理解第三维——“高”这一维。因此，它们对三维世界的感知只限于三维物体在平面世界的投影，或者三维物体与平面世界的接触面，试想一想，一个平面生命怎么能够通过投影来想象三维物体的丰富性和完整性呢？当三维物体与平面世界接触时，三维物体在平面世界上的零碎片段，比如一张桌子的四根脚柱、人印在地面上的两双鞋印，更让平面生命摸不着头脑——这些拼不到一起的碎片究竟意味着什么呢？它们不能想象，四片互不相连的印迹怎么会构成一张完整的桌子呢？那断断续续的鞋印上怎么会有一双完整的鞋呢？而且，鞋的上面竟然还有一个更加完整的人！用二维的眼光来打量这些碎片，你永远不可能将它们拼成一个整体。
于是有一天，一个足智多谋的平面生命偶然想出一个绝妙的主意。它宣布，平面世界之外还有一个“向上”的第三维，如果顺着这些碎片“向上”看，其实碎片是一个完整的整体！这真是个惊人的见解，大多数平面生命都困惑不解。
相对论和量子理论的遭遇与这种情况非常相似，在我们的三维空间里，它们就像两块互不相干的碎片，永远也拼合不到一起。但把空间“向上”抬一抬，把宇宙变为十维空间，相对论和量子理论这两块看似互不相干的碎片就会令人震惊地结合得天衣无缝，成为一个更完整的理论大厦的两根互相依存的支柱！虽然我们在三维空间中无法想象和描述一个多维的空间，但我们却能通过复杂的数学方程推导出它的存在。
什么是M理论？
人们自然而然地问，为什么有6个维度是蜷缩起来的？这6个维度有何不同之处？为什么不是5个或者8个维度蜷缩？这种蜷缩的拓扑性质是怎样的？有没有办法证明它？因为弦的尺度是如此之小(普朗克空间)，所以人们缺乏必要的技术手段用实验去直接认识它，而且弦论的计算是如此繁难，不用说解方程，就连方程本身我们都无法确定，而只有采用近似法！更糟糕的是，当第一次革命过去后，人们虽然大浪淘沙，筛除掉了大量的可能的对称，却仍有5种超弦理论被保留了下来，每一种理论都采用10维时空，也都能自圆其说。这5种理论究竟哪一种才是正确的？人们一鼓作气冲到这里，却发现自己被困住了。弦论的热潮很快消退，许多人又回到自己的本职领域中去，第一次革命尘埃落定。
一直要到90年代中期，超弦才再次从沉睡中苏醒过来，完成一次绝地反攻。这次唤醒它的是爱德华威顿。在1995年南加州大学召开的超弦年会上，威顿让所有的人都吃惊不小，他证明了，不同耦合常数的弦论在本质上其实是相同的！我们只能用微扰法处理弱耦合的理论，也就是说，耦合常数很小，在这样的情况下5种弦论看起来相当不同。但是，假如我们逐渐放大耦合常数，它们应当是一个大理论的5个不同的变种！特别是，当耦合常数被放大时，出现了一个新的维度--第11维！这就像一张纸只有2维，但你把许多纸叠在一起，就出现了一个新的维度--高度！
换句话说，存在着一个更为基本的理论，现有的5种超弦理论都是它在不同情况的极限，它们是互相包容的！这就像那个著名的寓言--盲人摸象。有人摸到鼻子，有人摸到耳朵，有人摸到尾巴，虽然这些人的感觉非常不同，但他们摸到的却是同一头象--只不过每个人都摸到了一部分而已！格林(Brian Greene)在1999年的《优雅的宇宙》中举了一个相当搞笑的例子，我们把它发挥一下：想象一个热带雨林中的土著喜欢水，却从未见过冰，与此相反，一个爱斯基摩人喜欢冰，但因为他生活的地方太寒冷，从未见过液态的水的样子(无疑现实中的爱斯基摩人见过水，但我们可以进一步想象他生活在土星的光环上，那就不错了)，两人某天在沙漠中见面，为各自的爱好吵得不可开交。但奇妙的事情发生了：在沙漠炎热的白天，爱斯基摩人的冰融化成了水！而在寒冷的夜晚，水又重新冻结成了冰！两人终于意识到，原来他们喜欢的其实是同一样东西，只不过在不同的条件下形态不同罢了。
这样一来，5种超弦就都被包容在一个统一的图像中，物理学家们终于可以松一口气。这个统一的理论被称为"M理论"。没人知道这个"M"确切代表什么意思，或许发明者的本意是指"母亲"(Mother)，说明它是5种超弦的母理论，但也有人认为是"神秘"(Mystery)，或者"矩阵"(Matrix)，或者"膜"(Membrane)。
在M理论中，时空变成了11维，由此可以衍生出所有5种10维的超弦论来。事实上，由于多了一维，我们另有一个超引力的变种，因此一共是6个衍生品！这时候我们再考察时空的基本结构，会发现它并非只能是1维的弦，而同样可能是0维的点，2维的膜，或者3维的泡泡，或者4维的…我想不出4维的名头。实际上，这个基本结构可能是任意维数的：从0维一直到9维都有可能！M理论的古怪，比起超弦还要有过之而无不及。
不管超弦还是M理论，它们都刚刚起步，还有更长的路要走。虽然异常复杂，但是超弦/M理论仍然取得了一定的成功，甚至它得以解释黑洞熵的问题--1996年，施特罗明格(Strominger)和瓦法(Vafa)的论文为此开辟了道路。在那之前不久的一次讲演中，霍金还挖苦说："弦理论迄今为止的表现相当悲惨：它甚至不能描述太阳结构，更不用说黑洞了。"不过他最终还是改变了看法而加入弦论的潮流中来。M理论是"第二次超弦革命"的一部分，如今这次革命的硝烟也已经散尽，超弦又进入一个蛰伏期。PBS后来在格林的书的基础上做了有关超弦的电视节目，在公众中引起了相当的热潮。或许不久就会有第三次第四次超弦革命，从而最终完成物理学的统一，我们谁也无法预见。
值得注意的是，自弦论以来，我们开始注意到，似乎量子论的结构才是更为基本的。以往人们喜欢先用经典手段确定理论的大框架，然后在细节上做量子论的修正，这可以称为"自大而小"的方法。但在弦论里，必须首先引进量子论，然后才导出大尺度上的时空结构！人们开始认识到，也许"自小而大"才是根本的解释宇宙的方法。如今大多数弦论家都认为，量子论在其中扮演了关键的角色，量子结构不用被改正。而广义相对论的路子却很可能是错误的，虽然它的几何结构极为美妙，但只能委屈它退到推论的地位--而不是基本的基础假设！许多人相信，只有更进一步地依赖量子的力量，超弦才会有一个比较光明的未来。
灵魂和超弦理论之间的关系
据英国《每日邮报》报道，美国和英国的两位著名科学家提出了一项引人注目的理论，认为构成灵魂的量子物质离开神经系统而后进入宇宙时便会出现濒死经历。根据他们的理论，意识是大脑内一台量子计算机的程序，即使人死后，这个程序仍可以在宇宙中存在。这种现象可以解释一些人出现的濒死经历。
这项类宗教理论由美国亚利桑那州大学意识研究中心负责人和麻醉学与心理学系教授斯图亚特-哈默罗夫博士提出，立基于他与英国物理学家罗杰-彭罗斯爵士提出的一项与意识有关的量子理论。根据他们的理论，人类的灵魂存在于脑细胞内被称之为“微管”的结构内。他们指出人类的意识活动是这些微管内量子引力效应的结果。这种理论被称之为“调谐客观还原理论”(Orch-OR)。
根据他们的理论，人类的灵魂是大脑内神经元细胞之间的交互作用。它们由宇宙内的基本物质构成，可能在时间诞生后就已经存在。这种观点与佛教和印度教的观点类似，即意识是宇宙的一个组成部分。此外，与西方的哲学唯心主义也有相似之处。
哈默罗夫认为，在濒死经历中，微管失去了它们的量子态，但里面的信息并没有遭到破坏。也就是说，灵魂离开肉体，重回宇宙。哈默罗夫在纪录片《科学频道-穿越虫洞》中表示：“心脏停止跳动，血液停止流动，微管失去了它们的量子态，但微管内的量子信息并没有遭到破坏，也无法被破坏，离开肉体后重新回到宇宙。如果患者苏醒过来，这种量子信息又会重新回到微管，患者会说‘我体验了一次濒死经历’。如果没有苏醒过来，患者便会死亡，这种量子信息将存在于肉体外，以灵魂的形式。”
Orch-OR理论遭到以经验为根据的思想家的猛烈抨击，在科学界也引发巨大争议。《赫芬顿邮报》报道称，很多科学家向这一理论发出挑战，美国麻省理工学院的物理学家马克斯-特格马克便是其中之一。在2000年发表的一篇文章中，特格马克批评了Orch-OR理论。这篇文章被很多反对者引用。哈默罗夫认为量子物理学研究将最终证明Orch-Or理论，最近发现的量子效应验证了很多重要的生物学过程，例如嗅觉、鸟类的导航以及光合作用。
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英国医生山姆.帕尼尔是世界上再度用科学实验证明“灵魂”真实存在的人。他的实验设计是这样的：如果病人死后“灵魂”能漂起来，还能看到自己的身体，看到医生们在抢救他的身体，看到天花板上的灯，那么如果在天花板的下方放一块板，板的上面放一些小物体(只有山姆自己知道是什么物体，别人不知道)，那么“灵魂”就应该能看到这些小物体。如果这个病人能被抢救过来，能够说出板上的小物体是什么，那么就能区分出“灵魂”到底是虚无飘渺的想象呢，还是一个客观存在的实体。
山姆对100多个病人进行了研究，发现其中有7个被抢救过来的病人醒来后能说出自己“灵魂”离体时看到的景象，特别是板上的小物体，说的全都对。山姆的实验获得了成功。
山姆的实验具有开创性的意义，他是世界上首次用科学实验的方法，证实了“灵魂”的客观存在。“灵魂”是一个客观存在的实体，有一定的大小，可以飘起来，可以移动，它是人生命存在的另一种形式，而不是虚无飘渺的想象。
1960年，美国麻萨诸赛州州立医院丹甘‧马克吐加博士，举行了一项试验——他订制了一个病床，床脚连接在一具灵敏的台秤上。马克吐加博士安置一位濒临死亡的病人躺在上面，准备测量病人临终之际的体重变化。从病人在死亡以前三小时四时分，就开始记录病人体重的变化。起初病人的体重很正常地以每小时一盎斯的比例减少。那是由于呼吸而散发水分，和因流汗而从皮肤蒸发水分所致。不料三小时四十分之后，当病人断气的一剎那，台秤的指针一下子下降了许多。根据记录，那突然下降的重量，约有四分之三盎斯(约21克)，和先前缓慢的减少，迥然不同。并且自那时以后指针就一直没有变动，换句话说：在那一瞬间，有四分之三盎斯重量的东西，从病人的身上离开而去。他经过了六次相同的试验，都发生同样的情形。
而法国的神经病学家安利‧巴拉迪博士经过长期研究的结果，进一步有了新的发现，就是：人在死前的剎那间，若及时用超速相机来拍摄的话，很可能会有意想不到的现象出现在胶片内。在1907年4月，他的儿子不幸遭遇严重的车祸，当被送进医院面临死亡的剎那间，巴拉迪博士抓紧机会，用超速相机一连拍下数十张照片。结果，在冲洗之后，发现其中一张照片，里面有一团奇怪的白影。接着在同年的10月，他的妻子患重病濒临死亡边缘，他压抑住心中的悲伤，在妻子的病榻旁边，布置了最高度的摄影机。当他的妻子呼吸急促将断气之前，他就开始按动活门拍摄，然后每隔十五分钟，再拍摄一回。在他的妻子死后的24小时内，他守候在病房，冷静地从事灵魂的拍照工作。事后，这些胶片被冲洗出来，结果拍摄到从尸体内逐渐冒升出来的白影。
过了十年之后，有位希华特‧加林顿博士因为看到在伦敦圣汤姆斯医院服务的W‧J基尔奈博士发表的论文，说明以一种叫作“泰西亚柠”的染料染过的布幕，若用来透视人体，可以看到从人体散发出如雾一般，而且发亮的东西。于是加林顿博士订制了一套这种布幕，请求一位作医生的朋友给予帮助，将布幕送到一位病危少女的病房。他和医生从布幕后面透视那位垂死少女的动态，想不到他们竟然从布幕上看到从病人身体发散出像雾一般的东西，映成朦胧的光体；那一光体又开始变化，终于形成了躺在床上那位少女的影子。于是，一幕奇怪的情景在这时候发生了，那少女躺臥形状的影子慢慢地离开病床，向着天井方面上升。这种情景，使加林顿博士不禁惊奇呼叫一声：“啊！那影子从她的身体离开而去。”那一具微微发亮的影子，在空中像在游泳一般地飘向病房的一个角落，终于消失了。加林顿博士这时冲向病床，发现那位少女果然死了。
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世界上唯一有价值的东西就是一个人充满活力的灵魂。——爱默生
灵魂不能像肉体那样愚蠢地忍受痛苦，灵魂能支持肉体，但肉体却不能支持灵魂，灵魂有办法在思考中治愈自己的创伤，就像女裁缝的炭斗可以烫平衣缝一样。——巴尔扎克
所谓人生，是一刻也不停地变化着的。就是肉体生命的衰弱和灵魂生命的强大、扩大。—— 列夫•托尔斯泰
人类明白了肉体的药不灵验时，才寻找出灵魂之药。—— 费谢特
如何更好地解释宇宙、灵魂等未解之谜，我们期待着科学家的继续攀登，用更加准确的理论来阐释和分析！