序章
极小又极大的世界

1.宇宙是由数学语言写成的

东京大学数学物理联合宇宙研究所成立于2007年10月，是一个非常年轻的研究机构，我担任了该研究所的所长。该研究所的名字看上去很严肃，不过在国外多使用简称IPMU（研究所英文名字的首字母缩写），这种叫法或许稍会让人觉得亲切一些。研究所名字中的“数学物理”指的是数学和物理。数学和物理携手联合，恐怕会让一些在初高中不擅长理科的人退避不迭。

但是，它实际上完全不可怕。

我们研究的课题，是任何人都曾想要了解的东西。例如，小时候仰望星空时，大家可能产生过下面的疑问。

宇宙是如何开始的？

远方的星星是由什么构成的？

我们为何存在于宇宙之中？

宇宙今后会何去何从？

我们的研究，就是尝试回答这些朴素的问题。

在自然科学不发达的时代，这些问题是哲学家的课题。几千年来，人类一直在思索这些问题，但现在仍然有许多未解之谜。

不过，时代已然发生巨变。近十几年来，科学技术飞速发展，人造卫星、巨型天文望远镜、地下实验设施、粒子加速器等成果相继问世。借助科学的力量，我们离解开那些追寻了千年的谜题更近了一步。

近十年来，在宇宙研究领域，研究者在各种各样的实验中，得到了众多令人震惊的数据。以这些数据为基础的理论得到了进一步发展，许多独特的新观点也随之诞生。

得益于此，我们对宇宙的认识也发生了革命性的变化。这种变化对人类宇宙观的冲击程度，可与当年从“地心说”到“日心说”的转变相匹敌。

“日心说”的提倡者伽利略初次用天文望远镜观测星空，是在1609年。2009年被定为“国际天文年”，就是为了纪念400年前的这一壮举。

伽利略用自制的望远镜，发现了木星的周围存在4颗卫星，这些卫星的运动方式类似于围绕地球旋转的月球。于是他认为，既然木星的卫星能围绕木星旋转运动，那么地球围绕太阳旋转运动也不奇怪。随后，这一想法成了他宣扬日心说的证据之一。从这个意义上来说，400年前伽利略将望远镜对向星空的那一刻，对人类而言可谓历史性的瞬间。

说起来，同时是天文学家和物理学家的伽利略，曾留下这样一句名言：

“宇宙是由数学语言写成的。”

因此，如果不使用数学，那么我们就无法理解自然界的结构和奥秘。

我们这些物理学家研究宇宙时会与数学携手而行，有的读者了解到这件事后可能会觉得不可思议。不过，正如伽利略所言，如果不借助数学家的力量，那么就无法解开宇宙之谜。因此，我们消除了数学和物理学的界线，创造了一个可以共同进行研究的场所（不过，本书中不会涉及高等数学的内容，请大家放心）。