认识宇宙的历程
思想的诞生
宇宙，可能是一个永恒的事物。在137亿年前，宇宙发生了一次大爆炸，这也许不是它诞生的标志，而是宇宙从一种形态转变为另一种形态的节点，这种转变为智慧的生命出现提供了前提条件。
随着宇宙温度的不断降低，宇宙中逐渐出现物质粒子。从纯能量状态转变到各种介子，然后形成了夸克。游离的夸克与胶子又组成了质子，质子与电子形成中子，随后质子和中子以不同数量、不同比例相互结合，产生了组成宇宙物质的各种元素的原子。
在环境比较适宜的区域，有机分子化合物得以形成，这些有机物质经过漫长的演变和进化，便形成了生命体。而人类无疑是目前已知的生命结构的最高级形式。自从人类智慧生命出现后，宇宙中便产生了思想与精神，宇宙从单一的客观物质世界变成了一个由客观物质和主观意识共同存在的统一，正是这种对物质的反映产生的意识，在逐渐影响并改变着宇宙的发展。
人类是渺小的，但是思想是伟大的。
思想促使着人类思考，而精神促使着人类去探索，当人类面对这个广阔无际的宇宙时，对它的深不可测和神秘产生了无限的好奇。
尽管有着伟大的思想，但人类还是无法全面认识宇宙，因为思想只有在对客观事物的不断认识中才能得以成熟和完善，进而改变客观世界。这也许是人类的一种本能，在某种“机制”的驱使下，对未知世界进行探索，从而丰富自己的思想，这也是人类毕生的追求。
人类用自己的方式去理解宇宙，必不可少的付出就是实践，从实际中获得了解宇宙和影响宇宙的规律，这种行为也是人类永恒的使命，因为宇宙也是永恒的存在。
视野的扩展
人类对宇宙的探索是一个漫长的过程，首先是从认识我们生存的这个星球开始。
在人类远古时期，曾一直认为我们生活在一块平坦的陆地上，而这块“平坦的陆地”是被某种巨大的动物所驮，具体究竟是什么动物，各个不同地区流传着不同的概念。在中国古代认为是一只巨大的鲸，而在西方则是海龟，总之说法不一。既然是一块平坦的大陆，它是一块二维平面，那么就有两种可能：如果它有边界，它的面积就应该是有限的；如果没有固定的边界，那么它的面积将无限大。人们当时受到交通工具发展程度落后的制约，始终没有找到真正的“边界”，无法一探究竟。
当时人类的思想仅仅停留在二维世界里，他们认为如果要想确定一片地域的面积，必须要找到它的边界，从而进行测量，否则就别无他法。希腊著名科学家亚里士多德，早在公元前340年，就意识到我们脚下的大地是球形而不是一块平面。在他的《论天》一书中，他指出：在发生月食时，地球在月亮上的影子总是呈圆形，而只存在地球本身是球形的前提下才符合观测事实，但是这种猜测得不到实践的检验。
直到1522年9月8日，伟大的航海家麦哲伦完成了历史上的第一次环球航行，人类终于弄清了自己星球的模样，世界上的海洋都是相连的。从那时起，人类意识到自己生活在的这个“平面”其实并不平坦，是一个拥有着三个维度的闭合球面，而这个球面没有边界，但是面积却是有限的。人类也同时意识到，一个面域要想实现“有限而没有边界”的形态，那么它必须超越面域通常仅具有的两个维度，而拥有额外的第三个维度。从此人类开始了解三维世界，成为真正意义上的三维空间的生物。
麦哲伦的伟大之处不仅在于此，他还让我们人类的视野向整个宇宙空间扩展，既然人类生活在一个闭合球面之上，这使得球面没有任何支撑点而完全“悬浮”于一个更广阔的空间当中，这个空间便是我们的宇宙。
早期的人类，只能理解宇宙是一个无限广阔的三维空间。公元前140年左右，由希腊学者欧多克提出，后经托勒密与亚里士多德完善而成的地心说，曾一度把地球看成是宇宙的中心。到了中世纪后期，随着观察仪器的不断改进，人们对行星位置和运动的测量愈加精确，实际的结果也与地心说模型产生越来越明显的偏差。
公元1530年，波兰天文学家哥白尼在其著作《天体运行论》中，提出了日心说模型，描述了地球围绕太阳运行的事实，虽然认为太阳是宇宙中心的说法与实际不符，但是哥白尼的理论让人类对宇宙有了进一步的了解。
公元1610年，意大利科学家伽利略利用自己发明的33倍光学望远镜，证实了太阳并不是宇宙的中心，而是银河系之中一颗普通的恒星，宇宙就是由无数个星系组成的庞大系统。伽利略的理论扩大和加深并改变了人类对物质运动和宇宙的正确认识，同时也在物理学、数学和天文学上取得了发展，为牛顿的理论体系奠定了基础。人类对宇宙的了解从科学的角度上越来越完善。
20世纪20年代，美国天文学家埃德道 哈勃在观测宇宙中的其他星系及彼此之间的距离时，发现了光谱红移现象，依照多普勒效应可知，物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化；波源向着观测者运动，波被压缩，波长变短；波源远离观测者运动，波被扩张，波长变长。
恒星发出的光经三棱镜折射形成光谱带，这条光谱带中光线波长排列形成红和蓝的两端，红端光谱波长最长；蓝端最短。恒星中的特有元素要吸收某个波长的光线，使这种波长的光线在光谱带中某个特定的位置上缺失。将缺失位置与实验室光源被吸收特性光线波长位置进行对比，可以得知该恒星相对地球的运动情况。
哈勃通过研究大量的观测数据，发现宇宙中80%的恒星或星系的吸收特性光线都向光谱红端移动，而且红移随着星体与地球的距离增大成正比例增加，这种规律称为哈勃定律。它表明宇宙中大部分星体都远离地球而去，而距离地球越远的星体，离开的速度越快。随后不久，宇宙膨胀的理论被提了出来。
1965年，美国物理学家彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射。1992年宇宙微波背景辐射探测卫星（COBE），在太空检测到背景辐射微弱信号的存在，人类最终意识到宇宙是在很早（大概137亿年）以前，在一次“剧烈的爆炸”中诞生的。给宇宙赋予一个时间的起点，在那个起点宇宙的体积便是零。之后随着急剧的膨胀，变成了现在的形态，按照这种理论推测，如今的宇宙必定具有有限的空间和体积，但是人类通过现有的技术手段和理论，还无法观测和计算分析出限制宇宙有限空间形态的边界。如果没有这个边界，宇宙的体积将会无限大，而在有限的时间（137亿年）膨胀至无限大，必须具备无限高的膨胀速度！这一点是难以接受的，除非137亿年以前的大爆炸并不意味着宇宙的诞生，而是宇宙从一种形态到另一种形态的转变。那么该如何理解宇宙的运动形式呢？
宇宙的形态
我们可以举一个简单的例子来说明：在公元1620年，英国人西斯 培根在病榻上观察地图，他突然发现南美洲东海岸线与非洲西海岸线有着惊人的相似，他意识到这两块大陆在史前曾经连接的可能性。后来他这种想法发展成为大陆漂移说理论，到现在最终被证实。在2亿年以前，南美洲与非洲曾相连在一起，后来随着非洲板块和美洲板块的移动，两块陆地相互分开。
地球的陆地是由六大板块组成，分别是亚欧板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块和南极洲板块。这几大板块永恒地运动着，它们在漫长的历史进程中有时相互合并，也有时相互离开，山脉和海沟也就由此形成。板块处在海平面以上的部分称之为大陆，它们的位置在漫长的历史发展中，随着板块的移动会不断地发生变化。
现在我们将宇宙三维空间简化成地球二维球面，而宇宙空间中的星系就好比是地球大陆。大陆随板块一起运动，由曾经连在一起，到经过漫长的演变，大陆之间彼此分离，形成了今天的地球陆地地形。这种运动历程和宇宙从历史与现在的演变颇为相似，宇宙中的星系也拥有着永恒的运动，星系之间在宇宙早期时相距很近，甚至以很高密度的物质形态聚集。随着宇宙的膨胀，星系之间的距离逐渐变远，而不像地球球面始终不变，仅仅是上面的大陆单纯地移动。
因为地球球面为有限面积的闭合曲面，现在相互远离的大陆，在经过很长的一段时间后会重新运动到一起，这种离合运动会周而复始地循环下去。如果宇宙的三维空间也具备闭合的形态，星系间的相对距离就有再次缩短的可能。
这使我们在研究宇宙形态上陷入了“有限”和“边界”双重矛盾当中，那么宇宙空间是否具有这种有限而没有边界的形态呢？“有限而没有边界”的概念最早由伟大的科学家史蒂芬 霍金提出，用来描述宇宙时空的起源，我们以此作为启迪对宇宙空间进行简单的想象。
对于一个三维空间来说，要实现“有限而没有边界”的形态我们确实很难想象，这好比在麦哲伦时代以前，人类无法想象一个二维球面世界如何拥有这种双重形态一样。但是我们现在已很容易地理解，如果二维面能够具备这样的形态，它只需要增加一个额外的维度就可以实现。我们可以很快得到这样的假设：如果一个三维空间增加了额外的维度，那么它是否就也可以具备“有限而无边界”的形态呢？
然而，三维空间与二维平面相比要复杂得多，可能需要增加多个维度，才能将所有边界相互连通，实现一个闭合有限的空间，这个空间将是多维空间。
麦哲伦在公元16世纪历经3年的时间实现了环球航行，证明了地球球面闭合。而我们如今当然希望能有像麦哲伦那种精神的人，去完成一次更具有伟大意义的实践，使人类能对宇宙有一个全新的认识。所以能够实现环宇航行，才是人类的终极梦想。
人类从地球出发，沿着某一固定的方向飞入宇宙深处，经历了长年累月的飞行，如果人类能够再次回到地球的话，那么也就可以证明我们的宇宙就和地球闭合球面一样，具备有限而无边界的特征。无论我们朝向哪个方向飞行，最终都会返回至出发点，这也使宇宙拥有一个非常奇特的现象，即宇宙没有里外之分。
为了理解这一概念，我们先回到地球球面上来，如果甲站在地球表面的赤道线之上，在甲前方不远处有乙，此时甲对“乙站在自己的前方”的这种现象没有任何异议，因为乙在甲前方的距离与地球赤道周长相比要短得多。当乙沿赤道线逐渐离甲远去，而甲保持站立方向不变时，他自己会始终在乙的后方，而如果乙远离甲的距离达到或刚好超过赤道周长一半时，甲会觉得自己突然站在了乙的前方。这就是在方向未发生变化，仅仅是尺度由短变长所引起的前后位置颠倒的现象。所以在地球表面上没有严格意义上的前与后，同样也就没有严格意义上的左和右。
在宇宙中，用一个小盒包裹住一只小虫，整个宇宙被这个小盒分成里外两个有限部分，所有人都会认为这只小虫在盒子的里面，因为小虫所处的部分边界非常明显。但是闭合宇宙意味着体积有限，当这个小盒子表面积逐渐扩大，使内部容积达到或超过宇宙体积的一半时，小虫则看不到限制它活动范围的边界，就会突然间感觉自己“跑”到了小盒的外面，尺度上的变化也造成了里外颠到的现象。
我们无需考虑宇宙的“外面”是什么，宇宙的外面就是宇宙的里面，我们永远无法“飞出”宇宙，因为宇宙没有绝对“里外之分”的边界，所有空间均是闭合的，所以也不存在“宇宙之外”的世界。有朝一日，我们也许会证实这一事实，如果宇宙真的无边无际，那么我们只能一直朝前飞行，永远也不能返回地球。
能源概论
航天器的动力之本
人类目前的航天技术，只能维持人类在近地轨道活动，前文对此已经论述过。1977年，美国相继发射了“旅行者”1号和“旅行者”2号星际探测器，人类把历史上旅行家伟大的探索实践精神寄托在这两艘探测飞船上，就是希望能够早日实现遨游太空的理想。
目前，飞得最快最远的“旅行者”1号探测器经过30多年的飞行，已经距离太阳大约120个天文单位（约合180亿千米）。它正处在太阳系边缘和恒星际空间的滞留区域（Stagnation region）。在这一区域，太阳风粒子出现减速，甚至是回流现象。滞留区域内边界（Inner edge）距离太阳约合 113 个天文单位。“旅行者”2 号探测器距离太阳大约为150亿千米，现在它们依然以每年飞行5.3亿千米的距离，不断刷新航天器太空飞行距离的纪录。预计这两艘飞船所携带的核电源，可为其提供一直到2025年所使用的电量，使得我们在地球上能与它们取得联系。
假设我们在地球上，一个人的步行速度是5千米/时，地球赤道周长4万千米，那么走完整个赤道周长，也只需5年左右的时间。而现在我们即便用速度最快的航天器，速度可达到22.5万千米/时（这是美国“信使”号水星探测器在2011年3月进入水星轨道附近时，创造的人类航天器最快速度纪录），要想飞跃整个太阳系，也得需要几十年的时间，更不用说跨越银河系和整个宇宙了，因为银河系半径为10万光年，它和整个宇宙相比还是显得微不足道。
要想缩短时间，必须提高航天器的速度，这也是所有航天工作者梦寐以求的目标，“对速度的追求永无止境”这不仅是计算机研发人员，更是航天科研人员的心声。