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从古代开始，人类就对宇宙充满好奇。最初，人们认为地球是宇宙的中心，太阳和其他天体围绕地球运转，这就是地心说。后来，哥白尼提出了日心说，认为太阳才是中心，地球和其他行星围绕太阳运转。这一转变标志着人类对宇宙认知的重大突破。
爱因斯坦的相对论彻底改变了我们对时空的理解。在牛顿的经典物理学中，时间和空间是绝对的、不变的。但爱因斯坦发现，时间和空间实际上是相互关联的，形成了四维时空。更令人惊讶的是，质量和能量会使时空发生弯曲，这种弯曲就是我们感受到的引力。
1929年，天文学家哈勃通过观测发现，遥远的星系都在远离我们而去，而且距离越远的星系，远离的速度越快。这个发现彻底改变了我们对宇宙的认识。宇宙不是静止不变的，而是在不断膨胀。就像一个正在充气的气球，气球表面的每个点都在相互远离。
黑洞是宇宙中最神秘的天体之一。它们的引力如此强大，以至于连光都无法逃脱。黑洞有一个叫做事件视界的边界，一旦物质或光线越过这个边界，就再也无法返回。在黑洞的中心是一个奇点，那里的引力趋于无穷大，时空曲率也趋于无穷大，我们现有的物理定律在那里失效。
现代物理学面临着一个巨大的挑战：如何将描述宏观世界的相对论和描述微观世界的量子力学统一起来。相对论成功地解释了引力和大尺度的宇宙现象，而量子力学则精确地描述了原子和亚原子粒子的行为。但这两个理论在某些极端条件下会产生矛盾。物理学家们梦想找到一个万有理论，能够统一描述从最小的粒子到最大的宇宙结构的一切现象。