美麗新視界

前言

幾年前，我和幾個(gè)朋友在英格蘭南岸旅游，前往著名的觀光勝地“灘頭岬”(beachvhead)。灘頭岬并不是以海灘著稱，那里最特別的是筆直聳立的白堊峭壁，崖頂長(zhǎng)滿鮮綠嫩草。當(dāng)天艷陽高照，碧藍(lán)天空美不勝收，還有棉絮般的白云點(diǎn)點(diǎn)散布。各色野花嬌艷綻放，裝點(diǎn)那片青翠欲滴的蔥綠草場(chǎng)，還有海鳥在上空盤繞尖嘯。那個(gè)夏日的午后真是太美了，友人也不禁贊嘆這美好景象。    這時(shí)，我突然有種感覺，只能用眩暈來形容：那種感受稱得上是恐慌，倏然涌起，好像我就要跌入無底深淵。我只得坐下喘息片刻才能回過氣。    不是因?yàn)閼已绿?，讓我喪膽，不是的。?dāng)時(shí)我是思緒狂涌，覺得面對(duì)這片美妙景致，自己卻完全視若無睹。藍(lán)天，綠草，艷陽高照，這一切似乎都像是凡俗的簾幕假象，遮掩住真實(shí)的世界。我的視力完全正常，卻覺得自己實(shí)際上似乎是完全看不到東西。峭壁、大海還有無邊的天空都是那么不可捉摸，我覺得這一切都像是在嘲笑我。多彩的表象都好像是藏匿在煙幕后方，我知道，這片壯麗景象背后的“真相”，一定更為豐富，也更為微妙。    在我頭頂盤繞的鳥兒，都感受得到磁場(chǎng)；昆蟲能夠?qū)σ苿?dòng)的陽光做出反應(yīng)；草、花也都能映射出紫外光。我們周圍的一切，都會(huì)爆射出無線電波，而太陽還放射出熾烈的紅外線和紫外線能量，強(qiáng)度照理講應(yīng)該會(huì)讓我們的感官受不了。結(jié)果我們對(duì)這一切，卻幾乎都是熟視無睹。    這種感覺倏忽即逝，再也不曾涌現(xiàn)，卻已經(jīng)點(diǎn)燃我的欲念，希望能設(shè)法構(gòu)建出世界的“真正”相貌，并探究出其中的“真相”。我們的肉眼所見，就算是在夏天午后最晴朗的日光下所看到的，也只不過是實(shí)際表象的極小部分。除了我們熟悉的彩虹可見色彩之外，大自然還藏匿了各式各樣肉眼看不見的能量，種類遠(yuǎn)比我們所見的多。宇宙還有隱秘的部分，這個(gè)深?yuàn)W、美麗但肉眼看不見的世界，一直是完全隱匿，直到近代才為人察覺。    從原子到無垠宇宙，我們發(fā)現(xiàn)了種種模式和作用力、形狀和物體。我們對(duì)這些東西都是熟視無睹，自然演化的視覺感官在此無能為力。這些發(fā)現(xiàn)都是在我們超越了極限，學(xué)會(huì)用其他方式來描繪圖像之后才實(shí)現(xiàn)的?！睹利愋乱暯纭肪褪翘接戇@些圖像的產(chǎn)生方式，以及我們可以怎樣解讀。    同時(shí)我們也深入原子核心(第1章)，進(jìn)入最細(xì)小的生命分子，并目睹藏身塵埃微粒，埋伏掠食的怪獸(第2章)。我們用掃描裝置來檢視人類的心思和內(nèi)體的細(xì)膩運(yùn)作，結(jié)果就連最荒誕的科幻預(yù)言也瞠乎其后(第3章)。我們觀看地球精彩的隱秘生活，用聲波、無線電波、紅外線和紫外線來揭露奧秘(第4章、第5章)。我們還把塑造地球、太陽、其他恒星和星系外觀的巨大力量和壯闊能量描繪出來(第6章)，這一切，我們通常都視而不見。我們還運(yùn)用電腦，推演現(xiàn)代數(shù)學(xué)的抽象過程，眼見美得讓人難忘，卻并不存在的事物(第7章)，這些現(xiàn)象告訴我們有關(guān)自然界的奧妙真相。    我們得以從不同角度，窺見現(xiàn)實(shí)的最終結(jié)構(gòu)，從最小的物質(zhì)組成，到整個(gè)宇宙的面貌。我們探索某處神秘的中間地帶，科學(xué)和藝術(shù)似乎就在此匯聚。    這里也提出迷人的問題。有沒有可能拍出原子的照片(見46頁)？用電子顯微鏡拍攝的跳蚤圖像，是誰添加了人工色彩，這又是為了什么(見70頁)？用放射性斷層掃描來探究心智，究竟能顯示出哪些意識(shí)現(xiàn)象，辦得到嗎(見100頁)？用r射線描繪的火星冰(水)蘊(yùn)藏圖示，在什么狀況下，表象并不能顯示全貌(見172頁)？我們能不能真正“看到”捉摸不定的微波能量的證據(jù)，確認(rèn)字宙是一次大爆炸所創(chuàng)造的(見192頁)？我們是不是每天都還要碰到迄今未知的自然模式？或者是不是最新的掃描技術(shù)，我們的電子儀器，只能揭露我們預(yù)想的現(xiàn)象？    如果《美麗新視界》能夠達(dá)成寫作目標(biāo)，那么我們就可以開始潛心思索，夏日晴朗午后的真實(shí)相貌為何——但愿我們有那種視覺能力來觀看。

內(nèi)容概要

　　打開《美麗新視界：我們前所未見的視覺極限》，我們可以深入觀察和解讀原子核心，進(jìn)入最細(xì)小的生命分子，目睹藏身塵埃的微粒，埋伏掠食的怪獸，檢視人類的心思和肉體的細(xì)膩運(yùn)作，觀看地球精彩的隱秘生活--這些美得讓人難忘，卻似乎并不存在的事物，我們通常都視而不見。這些現(xiàn)象或許可以告訴我們，有關(guān)自然運(yùn)作的奧妙和真相。我們得以從一切尺度，瞥見現(xiàn)實(shí)的最終結(jié)構(gòu)，從最小的物質(zhì)組成，到整個(gè)已知宇宙的可能相貌--科學(xué)和藝術(shù)匯聚于此。

作者簡(jiǎn)介

作者：（美國(guó)）皮爾斯·比卓尼 譯者：楊小山皮爾斯·比卓尼( Piers Bizony)，美國(guó)作家，身兼科學(xué)家與電視節(jié)目制作人，也為《焦點(diǎn)雜志》、《獨(dú)立報(bào)》、《標(biāo)準(zhǔn)晚報(bào)》、《連線》雜志等刊物撰稿。還著有《火星之河：探索生命的宇宙起源》等書。

書籍目錄

序肉眼看不見的世界 緒論隱秘的彩虹 化無形為有形：用鐵屑揭露磁場(chǎng)圖像 和未知輻射的初步接觸：發(fā)現(xiàn)無線電波 是花粉在動(dòng)？還是水分子在動(dòng)？從布朗運(yùn)動(dòng)學(xué)到的教訓(xùn) 從粒子的碰撞軌跡看出端倪：云室和泡室 讓原子高速對(duì)撞：威力強(qiáng)大的粒子加速器 鏡中的謎樣物質(zhì)：發(fā)現(xiàn)反粒子 絢麗的弧線和軌跡：尋覓基本粒子 粒子動(dòng)物園：介子、費(fèi)米子、玻色子、膠子 測(cè)不準(zhǔn)？但是抓得到！粒子探測(cè)器 重現(xiàn)大爆炸：探尋物質(zhì)的起源 晶體真是美麗：X射線衍射分析分子結(jié)構(gòu) 虛擬化學(xué)：用電腦來建構(gòu)分子模型 納米級(jí)的等離線圖：掃描穿隧式顯微鏡下的原子 粒子是物質(zhì)還是波？物質(zhì)具有波粒二象性 量子波的圖像：有如盲人點(diǎn)字 微芯片的隱秘生活：集成電路和摩爾定律 納米世界：把一個(gè)個(gè)原子堆疊成物質(zhì) 界定生命的分際：病毒是“生物”嗎？ 看得更精細(xì)：穿透式電子顯微鏡下的生物體 讓生物發(fā)光：熒光顯微鏡技術(shù) 綠意生機(jī)：把陽光化為生命 粒粒皆不同：花粉粒的獨(dú)特造型 怪獸展示場(chǎng)：掃描式電子顯微鏡呈現(xiàn)的昆蟲特寫 當(dāng)科學(xué)成為藝術(shù)：電子顯微鏡影像染人為色彩 擁擠的生態(tài)環(huán)境：灰塵里的隱秘生物 我們體內(nèi)的往來變通：從沒見過的血細(xì)胞細(xì)微構(gòu)造 記錄生機(jī)：看見活生生的完整細(xì)胞 電子錯(cuò)覺：來自火星的微生物 百年醫(yī)學(xué)功勛：發(fā)現(xiàn)X射線 畫作底下的瑕疵品：用射線來剖析藝術(shù)創(chuàng)作 把研究對(duì)象“切片”：電腦斷層掃描 不必掉淚的考古學(xué)：掃描脆弱的文物 圖唐卡門案：用新工具來偵辦遠(yuǎn)古謀殺案 效法海豚：人體的超聲波圖像 解讀人類密碼：找們的行為是由基因控制的嗎？ 透明的身體：磁共振造影技術(shù) 澎湃血流：磁共振血管攝影 抓住思維：觀察腦部的活動(dòng) 尋找自我：記錄腦部的電場(chǎng) 腦中圣靈：超覺狀態(tài)的影像 可視人：多層次的人體全身模型 終極掃描儀：開發(fā)太赫波段 我們看到的影像：人類的視覺能力 蜂類的視覺：昆蟲和紫外線視覺 真相曝光：紫外線線在法醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 偽科學(xué)？克里安照相術(shù)和超自然現(xiàn)象 遍熱：探測(cè)人類的體熱 馭流飛行：捕捉空氣的隱秘動(dòng)態(tài) 身受監(jiān)視：隱私無所藏 無處藏身：后向散射X射線技術(shù) 活生生的城市：城市中的時(shí)間之流 老大哥：監(jiān)看我們的日常生活 測(cè)定距離：雷達(dá)的典型掃描方法 觀測(cè)世界：從衛(wèi)星軌道上仔細(xì)觀察 雷達(dá)考古學(xué)：搜尋湮滅的文明蹤跡 終極地圖：以雷達(dá)資料建構(gòu)逼真的地貌模型 擁擠的天空：空中航行管制 照亮夜空：人類的蹤跡遍布全球 看到風(fēng)吹：畫出氣象的動(dòng)態(tài) 醞釀中的暴風(fēng)雨：極端氣候的圖像 警示征兆：從化學(xué)線索看出氣候變化 深八海底：用聲音來繪制海床 曾經(jīng)發(fā)生過的撞擊地球事件：用地震波資料犍立隕石坑模型 地質(zhì)板塊位移：看出地質(zhì)劇變 勘探寶藏：用太空光譜學(xué)來探測(cè)礦床 起伏的重力場(chǎng)：地球重力的不均勻現(xiàn)象 微妙的平衡：活生生的地球 回頭看地球：能不能從遠(yuǎn)方探測(cè)到地球上的生命？ 外星的景象：用雷達(dá)繪制的金星地貌 宛如親臨現(xiàn)場(chǎng)：火星地形的虛擬模型 火星上的水：勘測(cè)火星的化學(xué)成分 永不停歇的龐然大物：行星周圍的電磁能量 神秘的衛(wèi)星：小行星上的驚人發(fā)現(xiàn) 閃焰之下：看穿太陽的奇妙構(gòu)造 恒星的誕生：模擬太陽形成的模型 垂死的恒星：超新星爆炸 宇宙怪物：黑洞的恐怖威力 恒星的世代差距：星系的紫外線圖像 一億顆太陽的威力：神秘的v射線爆發(fā) 嚕雜的宇宙：用射電波來成像 創(chuàng)世的回聲：大爆炸殘余的微波 宇宙萬物大半遺失：尋找暗物質(zhì)和暗能量 大自然中的數(shù)學(xué)：斐波那契數(shù)列與黃金比 數(shù)學(xué)望遠(yuǎn)鏡：用電腦繪出分形圖案 湍流的世界：模擬流體的動(dòng)態(tài)門 完美的物體：數(shù)學(xué)抽象模型是源自真實(shí)世界嗎 電子花目：模擬植物的生長(zhǎng)門 生命是不是一場(chǎng)游戲？自然界的運(yùn)作方式門 比生命更真實(shí)：我們?nèi)绾闻袛鄶?shù)字特技的真實(shí)性 不可思議的宇宙：超過四個(gè)維度來思考 多重宇宙：宇宙是不是只有一個(gè) 真相美嗎？對(duì)稱和簡(jiǎn)潔的誘惑 看到是什么意思一我們?nèi)绾胃惺苌剩?宇宙電腦：真實(shí)是不是一種假象？ 預(yù)測(cè)末日：設(shè)想我們的可能結(jié)局 吸引外界注意：送往太空的信息 致謝

章節(jié)摘錄

插圖：1827年，蘇格蘭的植物學(xué)家布朗(Robert Brown，1773～1858)用簡(jiǎn)單的顯微鏡檢測(cè)懸浮在水中的花粉粒，他注意到花粉似乎是沿著曲折路徑，在顯微鏡視野中隨機(jī)移動(dòng)。他看到每顆微粒都在運(yùn)動(dòng)，初步推斷這種運(yùn)動(dòng)“并不是水流造成的，也并非液體逐漸蒸發(fā)的結(jié)果，而是肇因于粒子本身”。其他人也進(jìn)行觀察并推出結(jié)論，認(rèn)為布朗見到的是基本的“生命力”，是最細(xì)小的生物素材的生機(jī)表現(xiàn)。布朗的首度發(fā)現(xiàn)造成了轟動(dòng)。布朗是一位謹(jǐn)慎的科學(xué)家。甚至在他預(yù)備要發(fā)表研究結(jié)果的時(shí)候．還改寫文稿，提出警告，說明他觀察了另一批花粉粒．也看到類似的運(yùn)動(dòng)，而那批花粉放在顯微鏡下觀察之前，已經(jīng)在酒精中浸泡保存好幾個(gè)月，因此觀察時(shí)肯定已經(jīng)沒有生命了。當(dāng)然了，說不定花粉比他所想的更難殺死，盡管機(jī)會(huì)渺茫．卻也不無可能。因此．有必要多做一次實(shí)驗(yàn)來排除疑點(diǎn)。布朗把無機(jī)礦物樣本研磨成粉，加水讓粉末懸浮。他在顯微鏡下，又看到了隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)。倘若這是某種生命力的作用表現(xiàn)，那么我們就幾乎可以確定，這并不是肇因于微粒，原因必然存在于水中。這種實(shí)驗(yàn)我們都能做，只要用簡(jiǎn)單的兒童用顯微鏡就能進(jìn)行。這顯示水中有水分子！講得更明白一點(diǎn)，這證明水分子始終在運(yùn)動(dòng)。由于水分子實(shí)在是太小了，因此我們用普通的顯微鏡不能直接觀測(cè)到，不過由于水分子不斷沖撞懸浮于水中的微粒，我們才會(huì)看到微粒受到撞擊而隨機(jī)四處移動(dòng)(這種現(xiàn)象就稱為“布朗運(yùn)動(dòng)”)。但是，我們看不到這種真相。我們實(shí)際“看到”的，是微粒自己在一幅清晰的背景上四散逃竄，就像一群小蟲。布朗的實(shí)驗(yàn)讓我們懂得，事情的表象不見得都是真相。如今我們所發(fā)明的科學(xué)儀器，和布朗使用的黃銅小顯微鏡相比，i就像是體育場(chǎng)的照明設(shè)施和一根蠟燭的差別那么懸殊。不過我們還是必須謹(jǐn)慎，小心詮釋用新式儀器觀測(cè)到的結(jié)果。云室(cloud chamber)是物理學(xué)家威爾遜(Charles Wl JsorI，1869～1959)于1897年在劍橋大學(xué)發(fā)明的。當(dāng)時(shí)他是在研究天氣，想在實(shí)驗(yàn)室設(shè)法復(fù)制出小規(guī)模的云霧效應(yīng)，意外成就了這項(xiàng)結(jié)果。威爾遜在云霧室制造濃密的水蒸氣．隨后抽動(dòng)活塞，讓蒸氣擴(kuò)張，云室霎時(shí)成為接近真空的狀態(tài)。這時(shí)蒸汽也冷卻下來，只要略加刺激，就會(huì)凝結(jié)成小滴。此時(shí)再把亞原子粒子射入，粒子通過云室并撞擊水分子時(shí)，就會(huì)干擾分子的電荷，把分子“離子化”。水滴立刻在這種擾動(dòng)現(xiàn)象的周圍聚集，并在粒子后方留下清晰可辨的軌跡。到了1952年，美國(guó)物理學(xué)家格拉瑟(Donald GI．a(chǎn)ser，1926～)改變威爾遜的實(shí)驗(yàn)方法。他用的是泡室(bubble-cham—ber)．泡室內(nèi)裝了液態(tài)氫．小心加溫到液態(tài)氫要轉(zhuǎn)為氣態(tài)的臨界點(diǎn)，但讓泡室保持密閉，使液體不至于變態(tài)。接著略微降低泡室的壓力，隨后以亞原子粒子沖撞氫原子，結(jié)果便在液體中產(chǎn)生細(xì)小的氣泡。這兩項(xiàng)技術(shù)大體上完全相同．借助這類技術(shù)，研究人員就可以使用傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡看到粒子的移動(dòng)軌跡，并拍下照片。云室和泡室沿用了整個(gè)20世紀(jì)，研究人員借此測(cè)量磁場(chǎng)或其他因素左右粒子軌跡所產(chǎn)生的效應(yīng)(例如：強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)使電子的軌跡彎曲)，也因此革新了亞原子物理學(xué)。我們還能從云室和泡室觀察粒子碰撞和交互作用的結(jié)果。有些粒子會(huì)偏轉(zhuǎn)，也有些會(huì)相吸，或生成新粒子，多數(shù)新粒子還各自留下細(xì)小的軌跡。有些粒子會(huì)從軌跡室逃逸，有些則可能在瞬間消失。我們能夠研究復(fù)雜的粒子“事件”的歷史，卻從來沒有看到過粒子本身。根據(jù)量子物理法則，我們測(cè)量一個(gè)粒子，并不能同時(shí)準(zhǔn)確得知粒子的動(dòng)量與位置。我們不能同時(shí)界定那個(gè)粒子的精確空間位置，以及粒子在那一瞬間移動(dòng)得有多快。我們對(duì)其中一項(xiàng)數(shù)值知道得愈多，對(duì)另一項(xiàng)就愈沒把握。 盡管軌跡似乎很精確．然而界定軌跡的細(xì)小氣泡或水滴，直徑卻遠(yuǎn)大干粒子的直徑，大了一百倍到百萬倍之多。所以，才會(huì)有那么大的量子測(cè)不準(zhǔn)空間。19世紀(jì)末期的實(shí)驗(yàn)學(xué)家，已經(jīng)設(shè)法研究原子。他們把纖細(xì)的金屬絲裝入玻璃容器(陰極射線管)，將里面的空氣抽掉大半．并對(duì)金屬絲加熱。金屬絲受熱釋出電子束。然后實(shí)驗(yàn)學(xué)家用磁鐵來使電子束偏往不同方向。通常，研究者是把肉眼看不到的電子，導(dǎo)向一面硫化鋅屏幕。電子撞擊屏幕，電子的動(dòng)能就變換為可見光。接著，研究人員應(yīng)用高明的推理，計(jì)算出電子的物理特性。這就是電視顯像管的作用原理，而且還沿用至今。目前地球上最具威力的儀器——粒子加速器，也就是根據(jù)這項(xiàng)原理發(fā)明的。用來噴發(fā)射入加速器的粒子，可以用多種方式生成：可以從加熱的陰極射出：也可以用現(xiàn)成的重粒子束轟擊目標(biāo)，撞出其他粒子；放射性物質(zhì)也會(huì)自發(fā)生成粒子。隨后粒子便沿著很長(zhǎng)的銅管，在真空中向前飛奔，這根銅管就是加速器的主體。管道外表包覆了強(qiáng)大的微波振蕩器(稱為調(diào)速管)，會(huì)產(chǎn)生高速的電磁波前，陣陣波前推動(dòng)粒子，在銅管中大幅加速。加速器全線都裝有電磁體，用來限制粒子，讓粒子構(gòu)成一道窄束。管道末端設(shè)有泡室或云室，等候粒子抵達(dá)，接著便記錄粒子的軌跡(也就是纖細(xì)的氣泡或凝結(jié)的液滴構(gòu)成的軌跡)，隨后可以據(jù)此來推斷出粒子的質(zhì)量、動(dòng)量、位置或電荷等各種不同的性質(zhì)?，F(xiàn)代加速器的規(guī)模龐大，譬如美國(guó)加州斯坦福的直線型加速器，長(zhǎng)度達(dá)3千米?；匦铀倨鞲螅┤缛諆?nèi)瓦附近的歐洲粒子物理研究中心的那具加速器，直徑高達(dá)27千米，可以推動(dòng)粒子沿著圓形軌道移動(dòng)，加速繞行數(shù)干圈。粒子每繞行一圈，這部巨大機(jī)器周圍的電磁場(chǎng)就重新調(diào)節(jié)，進(jìn)一步加速粒子。直到粒子運(yùn)行到接近光速．才由控制磁場(chǎng)導(dǎo)引，轉(zhuǎn)向探測(cè)器射去。通常會(huì)有數(shù)十億個(gè)粒子成束通過，其中只有幾個(gè)會(huì)在探測(cè)器室內(nèi)互撞，并留下碰撞紀(jì)錄。加速器工程的精密程度，真是令人嘆為觀止——設(shè)備必須綿延好幾千米，重達(dá)好幾千噸，才能讓粒子束局限在不超過人發(fā)直徑的范圍里。簡(jiǎn)單來講，我們是憑借種種15妙的物理原理，造出世界上最大、最重、也最昂貴的科學(xué)儀器，來采測(cè)最細(xì)小的物質(zhì)。P16-20

編輯推薦

《美麗新視界:我們前所未見的視覺極限》：我們?nèi)庋鬯姷囊磺胁⒉皇沁@個(gè)世界的全貌！科技使你得以窺視人類未知的疆域。全彩四色銅版紙印刷，配多幅高清晰大圖，帶給你前所未見的視覺享受?？茖W(xué)與藝術(shù)完美的匯聚于本書。我們得以從一切尺度,瞥見現(xiàn)實(shí)的最終結(jié)構(gòu)，從最小的物質(zhì)組成,到整個(gè)已知宇宙的可能相貌。

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