宇宙簡史

前言

　　在意識啟蒙之初，我們的祖先，無論男女，便都認(rèn)識到了兩種事物的存在——一是他們自身，二是他們周圍的環(huán)境。他們開始思考自己究竟是誰、來自何處。他們還渴望了解夜空中那點(diǎn)點(diǎn)的星光、四周的植物、動物、空氣、陸地和海洋，并且開始思索自身的來源和歸宿。但是在幾千年前，這些基本的思考都被擺在了次要的位置，因?yàn)楫?dāng)時(shí)最為重要的謎團(tuán)似乎已被解開，答案是：地球是整個宇宙的恒久不變的中心。畢竟，太陽、月亮以及所有恒星看起來的確都是在圍繞著地球運(yùn)轉(zhuǎn)。在所知有限的情況下，人們便會很自然地認(rèn)為自身和自身的家園具有特殊的地位。從這種“中心感”當(dāng)中，他們能獲得一種安全、至少是滿足的感覺——人們相信，宇宙的起源、發(fā)展以及命運(yùn)是由某種超越自然的事物所控制的?！　∥覀兊淖嫦茸隽嗽S多深入、細(xì)致的思考，但是他們所做的也僅限于此。那個時(shí)期是邏輯思考的巔峰時(shí)期，而經(jīng)驗(yàn)實(shí)證的地位則要低得多。不過，他們所做的努力，依舊啟動了神話、宗教、哲學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。直到幾百年前，地球中心論的地位及人們對超自然力的信仰終于有了些許動搖。在文藝復(fù)興時(shí)期，人們開始帶著更具批判性的眼光來看待自身及宇宙，并且意識到，單單就自然中的問題進(jìn)行思考是不夠的，他們還需要對自然做出觀察。于是，實(shí)驗(yàn)成為人們探尋過程中的中心環(huán)節(jié)。任何觀點(diǎn)都必須在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，得到數(shù)據(jù)證實(shí)后，才能被視為有效；而那些未能得到實(shí)驗(yàn)證明的觀點(diǎn)則會遭到淘汰。“科學(xué)方法”由此誕生——它是有史以來，促進(jìn)自然科學(xué)發(fā)展的最為有力的工具，而現(xiàn)代科學(xué)時(shí)代也在此時(shí)拉開了序幕?！　〗裉?，科學(xué)方法已然成為全世界所有自然科學(xué)家手中的工具。一般來說，科學(xué)方法包括以下步驟：首先，對研究對象進(jìn)行觀察，搜集數(shù)據(jù)；接著提出觀點(diǎn)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋；最后通過客觀實(shí)驗(yàn)來證明該觀點(diǎn)是否正確。已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的觀點(diǎn)在經(jīng)過篩選、收集之后，將會被傳播出去：而那些未能得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)的觀點(diǎn)則被淘汰——這有點(diǎn)類似于本書將提到的那些演化過程中的事件。就這樣，通過對各種觀點(diǎn)的不斷選擇和修改，科學(xué)家們才得以將真理和謬誤區(qū)分開來，我們也才得以汲取到更為準(zhǔn)確的、對現(xiàn)實(shí)世界的描述。當(dāng)然，這并不是說科學(xué)一定可以揭示出真理——無論這真理是什么——科學(xué)只是幫助我們一步步地接近真理?！　”M管我們一直強(qiáng)調(diào)客觀性，但在某些情況下，客觀性卻阻礙了現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展。因?yàn)?，科學(xué)工作者通常都具有強(qiáng)烈的熱情和個人價(jià)值感，但是，在長時(shí)間的反復(fù)觀察中，客觀性會漸漸地凸現(xiàn)出來，并將控制我們，最終使得結(jié)論完全不為任何實(shí)驗(yàn)者、機(jī)構(gòu)或任何一種文化的觀點(diǎn)所影響。正如理性的調(diào)查方法能夠幫助我們描述自然現(xiàn)象一樣，科學(xué)方法能夠幫助我們達(dá)到一個對于宇宙的本質(zhì)、內(nèi)容及運(yùn)轉(zhuǎn)的較為客觀的共識?！　〗裉斓奈覀?nèi)耘f在循著先輩們的路徑向前探索，也仍舊在問著同樣基本的問題：我們究竟是誰？我們從何而來？萬事萬物又從何而來？所幸，在現(xiàn)代科技的惠澤下，今天的探詢工作有了許多精妙的工具，我們可以借助天文望遠(yuǎn)鏡來更好地觀察恒星和星系構(gòu)成的宏觀宇宙，可以通過顯微鏡來看清細(xì)胞和分子組成的微觀世界，還能夠利用離子加速器來探索原子核及夸克構(gòu)成的次原子領(lǐng)域。有了無人駕駛的宇航船，我們便能采集到從地球上無法觀察到的信息；有了功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，我們便能有條不紊地處理龐大的數(shù)據(jù)流、有待確認(rèn)的觀點(diǎn)以及各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)?！　∥覀兩钤诩夹g(shù)的時(shí)代——這是一個科學(xué)技術(shù)得到前所未有飛速發(fā)展的時(shí)代。盡管科技很可能將我們打敗甚至替代，但它也在幫助我們不斷地了解自身以及那廣袤無垠的宇宙。　　文藝復(fù)興時(shí)期以來，人類取得的最為顯著的科學(xué)發(fā)現(xiàn)便是：地球并不是宇宙的中央，也并不具有任何特殊地位。利用科學(xué)方法，人們發(fā)現(xiàn)自己居住的星球在宇宙中并無任何獨(dú)特之處。大量研究、尤其是近幾十年中的研究表明，我們所處的這名叫地球的石頭，不過是宇宙中一顆平淡無奇的行星，它圍繞著一顆名叫太陽的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)著，只是那一片叫做銀河的星群中無數(shù)星星里的一顆。而銀河，也只不過是散布在廣袤穹宇中的無數(shù)星系中的一支。 　　而現(xiàn)在，剛剛邁入新千年的我們，在現(xiàn)代科學(xué)的幫助下，正描繪著一幅壯麗的圖畫。我們逐漸認(rèn)識到了各種事物——小到夸克和微生物，大到類星體和人類思想——之間的聯(lián)系，并且正試著破解宇宙演變的歷程，即宇宙歷史上，由射線、物質(zhì)、生命組成的群體所發(fā)生的一系列的、各種各樣的變化。這些變化影響了廣闊無垠的宇宙空間，跨越了無法估量的時(shí)間長度，因?yàn)橛辛怂鼈儯覀兊男窍?、恒星、行星以及我們自身，才能夠誕生。 　　可以肯定的是，大自然中變化無處不在。有些變化十分微妙，比如每天的太陽光照，或者地球上陸地的漂移。而有些變化則要劇烈得多，如巨大的恒星發(fā)生毀滅性的超新星爆炸，或者大片陸地因火山或地震而發(fā)生斷層。無論我們是通過望遠(yuǎn)鏡去探索宏觀自然，還是通過加速器去了解微觀自然，抑或只是用肉眼去觀察周圍的世界，我們都能看到變化的發(fā)生。 　　于是，我們?yōu)檫@無所不在的變化取了一個更好聽的名字——宇宙演變，這一概念涵蓋了演變的各個方面：無論是粒子、恒星演變、行星演變、星系演變、化學(xué)演變、生物演變，抑或是文化演變。 　　如今，對宇宙的統(tǒng)一看法已逐漸形成——宇宙萬物，包括具有感知力的人類，都處于與時(shí)間密切相關(guān)的變化當(dāng)中。變化——即某事物形式、本質(zhì)或內(nèi)容的改變——時(shí)刻伴隨著萬物的起源、演變以及命運(yùn)，不論該物體是否具有生命。從大片星系到一小朵雪花，從恒星、行星到生命本身，我們都能從中發(fā)掘出～種貫穿所有自然科學(xué)的內(nèi)在模式——沿著變幻紛呈的宇宙中萬物的形成、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的“時(shí)間軸”，這一席卷一切的觀點(diǎn)已得到了普遍認(rèn)同。 　　古希臘的赫拉克利特說得好：萬物都在演變，惟有變化不變。除開一些細(xì)節(jié)上的謬誤，這句話應(yīng)該稱得上是人類做出的最為精辟的結(jié)論。而在大約25個世紀(jì)之后的今天，科學(xué)家們正在不斷地發(fā)現(xiàn)此類細(xì)節(jié)——其結(jié)果既富有創(chuàng)見又具備統(tǒng)一性，甚至稱得上是令人驚奇。我們?nèi)缃癫粌H明白了無數(shù)恒星是如何形成、如何消亡、如何產(chǎn)生組成世界的物質(zhì)，還了解到生命的產(chǎn)生是物質(zhì)演變的自然結(jié)果。如今，我們可以充滿把握地將以下所有過程用知識紐帶聯(lián)系起來：原始能量演變?yōu)榛玖Ｗ印⒘Ｗ友葑優(yōu)樵?、原子再演變?yōu)楹阈桥c星系、恒星演變?yōu)榛驹亍⒒驹匮葑優(yōu)榻M成生命體的分子、分子再演變?yōu)樯旧?、生命演變?yōu)橹腔凵?、智慧生命演變?yōu)槟軇?chuàng)造文化和技術(shù)文明的生命。 　　*** 　　若要回答“我們究竟是誰”這樣一個基本的問題，我們還得往遠(yuǎn)古時(shí)代追溯——一直追溯到幾十年前我們的誕生日之前、幾百年前的文藝復(fù)興時(shí)期之前、千萬年前人類文明誕生之前、幾百萬年前我們的先祖出現(xiàn)在森林中之前、甚至要從10億年前，地球上出現(xiàn)多細(xì)胞生物時(shí)再往前追溯，一直追回到距離現(xiàn)在幾百億年的那個時(shí)候。 　　為了能在宇宙演變的背景中理解人類的古老來源，我們必須把眼界拓寬，將思路放寬，去看一看很久、很久之前，世界是什么樣子。例如，我們回到50億年前，那時(shí)候地球上還沒有生命，事實(shí)上連地球都不存在，太陽、月亮、太陽系也都不存在，這些天體尚處于形成時(shí)期，它們還只是圍繞著更古老的恒星星系邊緣旋轉(zhuǎn)的一些星云，而那些更為古老的恒星，已經(jīng)以各種形式存在了很久。 　　如今，現(xiàn)代科學(xué)已將多種學(xué)科結(jié)合起來——其中有物理學(xué)、天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)等等——并試圖通過學(xué)科交叉的方法解決兩個最基本的問題：物質(zhì)及生命的起源。假如我們能破解宇宙演變中的一系列事件，很可能也能夠弄清楚我們究竟是誰，尤其是生命如何在地球上出現(xiàn)的問題，甚至能夠了解生命體是如何占領(lǐng)地球、生成語言、創(chuàng)造文化、發(fā)展科學(xué)、探索宇宙、乃至研究自身的，雖然做到這一點(diǎn)看來很不可思議。 　　作為有感知的人類，我們正將目光投向賦予我們生命的宇宙，所讀到的，是一個自然的故事，一個宇宙的故事，一個有關(guān)人類起源的，內(nèi)容豐富的，持續(xù)進(jìn)行的故事，它是一首現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域的造物史詩——一部在目前階段、人人都可將它當(dāng)作真理來相信的史詩。 　　*** 　　本書將涉及以下主題：空間與時(shí)間、物質(zhì)與生命以及將它們?nèi)诤显谝黄鸬母鞣N能量轉(zhuǎn)換。在這里我們將討論關(guān)于宇宙、地球以及我們自身的問題。我們也將在此總結(jié)現(xiàn)代科學(xué)對一些古老哲學(xué)問題的解答，如：我們究竟是誰？我們從何而來？何時(shí)誕生？我們周圍的萬物——空氣、陸地、海洋、星辰——從何而來？世間一切物質(zhì)的次序、形態(tài)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等特征又從何而來？而我們作為智慧生命，如何與宇宙間其他事物聯(lián)系在一起？這些問題總的來說就是：我們的起源與歸宿分別是什么？地球、太陽、乃至宇宙的起源與歸宿是什么？ 　　本書主要面向?qū)Υ笞匀淮嬖趶V泛興趣的讀者，盡可能地用淺顯易懂的語言，解釋當(dāng)代科學(xué)的理論，同時(shí)又不乏準(zhǔn)確性和前沿性。但必須事先向讀者們說明的是，對于一些基本的問題，我們至今還沒有得出明確的答案，科學(xué)家們即便攜手合作，也總是難以解開那些偉大而高深的謎團(tuán)。畢竟只是在近幾十年，我們才擁有了足夠的科技水平，來將這些問題由哲學(xué)領(lǐng)域引入科學(xué)領(lǐng)域。 　　研究者們意識到，我們擁有的知識并沒有明確的邊界，而是朝著邊緣漸漸變得稀薄?？茖W(xué)前沿的研究就像是迷霧中的戰(zhàn)爭，每一個步驟的進(jìn)行并不是實(shí)時(shí)可見的，我們總是在主觀猜測的迷霧散去，客觀事實(shí)漸漸浮出水面之后，才能獲得對某問題的清晰認(rèn)識。之所以這樣說是因?yàn)榻裉斓目茖W(xué)領(lǐng)域日新月異，新的信息層出不窮，這就要求我們必須采用學(xué)科交叉的辦法，對這些信息加以研究，就好比，僅在不到100年之前，我們還不知道星星為什么會發(fā)光，宇宙是依照怎樣的遺傳法則，才繁衍出如此多的星系，我們甚至不知道宇宙是否具有一個確切的起源。還有一個原因是，科學(xué)作為一種“進(jìn)展中的事業(yè)”，總是包含著許多個人因素，于是在有效、正確的觀點(diǎn)當(dāng)中，往往夾雜著許多錯誤的開端，偶爾甚至?xí)幸恍┗闹嚨倪壿?。一個比較準(zhǔn)確的說法是，對于某些最基本的問題，我們的答案相當(dāng)于一幅鉛筆草圖，許多細(xì)節(jié)還有待描畫。 　　在本書中，我們將用描述和演示的方法，來探究自然和宇宙的本質(zhì)。貫穿本書的一個科學(xué)觀點(diǎn)是，組成我們身體的原子與整個宇宙是相關(guān)聯(lián)的。我們還將對一些宇宙演變的現(xiàn)時(shí)表現(xiàn)進(jìn)行闡釋——這便是宇宙生物學(xué)、宇宙起源學(xué)，它們是全新的科學(xué)哲學(xué)——正是通過這些表現(xiàn)，星系、恒星、行星及生命才得以在各種變化中誕生，這些變化可能是漸進(jìn)性的，也可能是階段性的：可能是生成性的，也可能是發(fā)展性的。我們對于作為人類自身的看法，以及對于我們在宇宙中地位的看法，都深深地受到了這兩門學(xué)科的影響，因此，本書試圖將宇宙生物學(xué)與宇宙起源學(xué)的基本部分結(jié)合起來。 　　總而言之，本書提供了最為廣闊的視角，供讀者探究宇宙這幅最為壯闊的圖畫。它試圖通過最頂級的科學(xué)知識，來解釋一些最為基本的問題——也許這些問題并不是與21世紀(jì)最為相關(guān)，或最為實(shí)用的問題，但它們卻都是非常基礎(chǔ)的。我們對于包羅萬物的宇宙，對于這無與倫比的廣袤圖景已經(jīng)形成了一些認(rèn)識，并渴望在最大范圍內(nèi)了解射線、物質(zhì)、生命的本質(zhì)和運(yùn)行。在探尋自然的過程中，我們還發(fā)現(xiàn)，科學(xué)研究者們正處在一個新時(shí)代的開端。 　　我著于25年前的另一部作品：《宇宙的開端：物質(zhì)與生命的起源》，是本書的原始版本。我于20世紀(jì)70年代在哈佛大學(xué)參與了一門跨學(xué)科課程的建設(shè)，那本書便是基于該學(xué)科而著成，并受到學(xué)生和公眾的普遍歡迎，甚至得到了同仁們的普遍認(rèn)可，盡管該書的語言十分通俗，卻仍然贏得了幾項(xiàng)文學(xué)獎項(xiàng)。但是，在該書出版至今的幾十年中，科學(xué)界發(fā)生了許多的變化，全世界的研究者們獲得了大量的新的觀察數(shù)據(jù)，對于宇宙演變的許多方面也得出了更多理論創(chuàng)見，雖然總的知識框架沒有變，卻多出了許多細(xì)節(jié)知識。 　　今天，天文學(xué)家們已經(jīng)建立起早期宇宙的以及古老星系的模型，但是仍然未能解開一些最為神秘的宇宙謎團(tuán)。生物學(xué)家們進(jìn)一步認(rèn)識了生命進(jìn)化的速度及節(jié)奏，并再次肯定了新達(dá)爾文主義，卻仍然對自然選擇之外的一些變化機(jī)制存在爭議。環(huán)境學(xué)家們在控制地球生態(tài)方面已取得了巨大進(jìn)步，卻仍舊無法預(yù)知?dú)夂蜃兓拈L期逆轉(zhuǎn)趨勢?；瘜W(xué)家們對生命起源所需的條件有了更精確的認(rèn)識；地理學(xué)家們描繪出了精確的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，以輔助比較行星學(xué)的研究：而人類學(xué)家們則搜集了大量的遠(yuǎn)古人骨、手工制品，來揭示人類的過去——但是，這些極為細(xì)致的信息處處都存在問題。 　　和這些在某一領(lǐng)域內(nèi)所取得的成就同樣重要的，是近10年內(nèi)，學(xué)科交叉的特點(diǎn)在科學(xué)界越來越顯著，那些專業(yè)性極強(qiáng)的研究者們?nèi)缃褚才c其他領(lǐng)域的同仁進(jìn)行交流——如天文學(xué)家與恒星學(xué)家，宇宙學(xué)家與粒子物理學(xué)家，生物學(xué)家與數(shù)學(xué)家，神經(jīng)學(xué)家與計(jì)算機(jī)科學(xué)家?，F(xiàn)在，“跨領(lǐng)域思考”的地位越來越高，各學(xué)科之間早就不該存在隔閡。而且，許多領(lǐng)域的研究方法正由簡化主義轉(zhuǎn)變?yōu)橄糸u主義，多學(xué)科交叉在21世紀(jì)可謂前景無限。我們正在進(jìn)入一個學(xué)科結(jié)合的時(shí)代，聯(lián)合統(tǒng)一的趨勢又一次沖到了前列。 　　說完這些，現(xiàn)在要談?wù)勎宜_(dá)到的“統(tǒng)一”，這涉及一切“窗外能看到的”，自然中的事物——主要是我們周圍的世界中能夠觀察到的事物，如原子、恒星、行星以及動物。我并沒有發(fā)現(xiàn)任何支持宇宙連線、11維空間或是多重宇宙的證據(jù)，此外，我也不認(rèn)為人類主義的推理有任何可取之處，人類主義較弱勢的原理——有感知的生命從宇宙中誕生——只不過是宇宙演變作用的另一種說法，而較為強(qiáng)勢的原理——宇宙是為了人類而誕生——就像是目的論的演繹。比起通過“天意”或“多元宇宙”來解釋一些物理常量的無聲的價(jià)值(如光的速度，電子的能量等)，我更傾向于等到科學(xué)足夠成熟的時(shí)候，我們能夠自然地理解這些自然界看似精妙的變化。這有點(diǎn)類似于數(shù)學(xué)，當(dāng)人們研究π值的時(shí)候，誰能夠預(yù)先想到，圓的周長與直徑的比值競?cè)皇?.14159……這樣一個奇怪的無窮循環(huán)數(shù)，而不是3、3.1或其他更加干脆一點(diǎn)的數(shù)字？而如今，我們已經(jīng)擁有了足夠的數(shù)學(xué)知識，了解到這不過是一條幾何計(jì)算定理，一個標(biāo)準(zhǔn)的圓形并沒有什么神秘的——當(dāng)然，它的組成是非常精妙的，不然就成不了圓了。正是因?yàn)棣芯哂羞@種特殊的價(jià)值，一個圓才能由無數(shù)的優(yōu)美弧線組成。同樣的道理，正因?yàn)槲锢沓Ａ繐碛衅涮囟ǖ膬r(jià)值，自然界的規(guī)則系統(tǒng)，包括生命，才能夠存在。 　　令人欣慰的是，我在《宇宙開端》一書中所提出的“變化無處不在”的觀點(diǎn)至今并沒有發(fā)生多少改變。要說有什么改變，那就是如今的宇宙演變學(xué)受到了非平衡熱動力學(xué)的極大推動，這是一門前沿性學(xué)科，描述能量流在開放的復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)的運(yùn)動——這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)可能是星系、恒星、行星或生命?？梢钥隙ǖ卣f，我們在二十多年前搭建的那個骨架上增添了不少新鮮肌肉。 　　為了使本書趨于完美，我們做了大量的修改、更新、和擴(kuò)充工作。在保留原著的討論范疇、時(shí)間順序以及通俗易懂的文字風(fēng)格的前提下，我做了如下改動： 　　完全刪除了原書中討論科學(xué)理論的部分，用最新的理論代替它們，通過最新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，來更好地解釋宇宙演變歷程。 　　解釋重要觀點(diǎn)時(shí)，在原書中鉛筆草圖的基礎(chǔ)上，增加了兩百多張照片，以便為這些觀點(diǎn)提供更多客觀證據(jù)。 　　重新組織了原書中討論化學(xué)及生物演變的部分，擴(kuò)大了這些部分的篇幅，并加入了最新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。 　　增加了關(guān)鍵詞索引，以幫助讀者更好地探索這一范圍廣、跨學(xué)科、涉及多個科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科。 　　為了本書中所探討的宇宙演變歷程清晰易讀，我沒有引用當(dāng)下任何專家的觀點(diǎn)，若是引用現(xiàn)階段在該領(lǐng)域進(jìn)行研究的學(xué)者們的觀點(diǎn)，本書一直強(qiáng)調(diào)的概念清晰度將受到影響。畢竟，比起通過引用各位學(xué)者的觀點(diǎn)來增加本書的權(quán)威性，描繪出本學(xué)科的總體結(jié)構(gòu)更為重要。我們姑且可以說，本書中的所有敘述，是建立在人類各個科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家們獲得的成果上的，這些成果為我橫跨各個領(lǐng)域撰寫本書提供了很大的幫助。 　　許多同仁曾給予我?guī)椭?，讓我得以對本書主要的論題形成更好的看法，并且搜集到更多有關(guān)宇宙演變的細(xì)節(jié)材料。他們中間有幾位甚至影響到了我以何種方式教授、寫作、研究這一概括性極高的學(xué)科。我尤其要感謝喬治·菲爾德教授及已故的哈洛·沙普萊教授，他們都是哈佛大學(xué)天文臺的主任——我要感謝菲爾德教授在25年前，在我的職業(yè)生涯開始時(shí)，邀請我一同研究這門跨學(xué)科的科目：我要感謝沙普萊教授在半個多世紀(jì)之前，富有啟發(fā)性地開辟了一條跨學(xué)科教學(xué)及研究的道路(即他所說的宇宙圖像學(xué))。我還要感謝我的妻子羅拉，是她徒手繪制了本書中的所有插圖，將藝術(shù)都引入深思的美感與科學(xué)的精確性完美地結(jié)合在一起。需要感謝的還有邁克爾·哈斯克爾、羅賓·史密斯、弗雷德·斯皮爾以及一位不知名的修改者，他寫出了一份詳細(xì)的讀書筆記，改進(jìn)了本書的內(nèi)容及寫作風(fēng)格。特別需要感謝的，是上一批選擇了我的宇宙演變課程的將近4000名學(xué)生，他們堅(jiān)持著該學(xué)科的唯一前提——永遠(yuǎn)保持好奇心，讓我在思考這一新世紀(jì)的主要世界觀并形成自己的創(chuàng)見時(shí)受益匪淺。

內(nèi)容概要

　　像簡森描述的那樣，通過描繪宇宙進(jìn)化的藍(lán)圖，科學(xué)家可以發(fā)現(xiàn)生命體是如何成功地在陸地上生存、發(fā)展出語言以及創(chuàng)造出文化的?！　　队钪婧喪贰诽峁┝艘粋€震撼性的視角：在這里你可以看到不同的變化是如何通過難以想象的空間和時(shí)間跨度，以及通過需要和機(jī)遇的結(jié)合演化生成銀河系、星系、地球以及我們?nèi)祟愖陨?。　　《宇宙簡史》作者埃里克·簡森是塔夫斯大學(xué)物理學(xué)、天文學(xué)和教育學(xué)教授。

作者簡介

作者：（美國）埃里克·簡森 譯者：熊況

書籍目錄

前言序章 宇宙學(xué)概論第一章 粒子時(shí)代轉(zhuǎn)瞬即逝的簡單體第二章 星系時(shí)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)的層級第三章 恒星時(shí)代鍛造元素的熔爐第四章 行星時(shí)代生命的棲息地第五章 化學(xué)物質(zhì)時(shí)代物質(zhì)加能量第六章 生物學(xué)時(shí)代復(fù)雜性持續(xù)第七章 文化時(shí)代從智力到技術(shù)后記 一個全新的時(shí)代

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：從地球上觀察宇宙時(shí),我們可以看到許許多多、形形色色的物體和現(xiàn)象:有五顏六色閃爍著的氣態(tài)星云團(tuán),有不停釋放能量的爆炸恒星,還有在太空深處旋轉(zhuǎn)著的強(qiáng)大星系。在看不見月亮的漆黑夜晚,通過天文望遠(yuǎn)鏡,你將能看到一幅由各種天體組成的壯麗的天文建筑圖——它們就像一顆顆鑲嵌在夜空中的寶石。這些天體不僅僅是極富藝術(shù)性和美感的杰作,它們中的每一個都是光的集合,正是這些光線為我們照亮了宇宙的許多方面。對于宇宙進(jìn)化主義者來說,恒星、行星、星云、新星、星系,以及其他所有的天體都具有重要的意義,它們能幫助我們確定人類在整個宇宙中所處的地位。在本書隨后的幾章里,我們將討論人類的智慧在宇宙中所處的位置,但是在本章中,我們會把重點(diǎn)放在宇宙學(xué)家們所提出的幾個大問題上。光只是射線的一種——即所謂的人眼能夠感知的那種射線。當(dāng)光線進(jìn)入我們眼中時(shí),角膜和晶狀體會將光線聚焦在視網(wǎng)膜上,這時(shí),進(jìn)入眼中的光線將引發(fā)一些微小的化學(xué)反應(yīng),這些反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電信號,對大腦產(chǎn)生刺激,于是人便能感知到光的存在。和光有所不同的是,無線電波、紅外線、超聲波以及×光及伽馬射線等等都是肉眼不可見的射線。但是,任何射線都是一種能量,這一物理特性決定了射線的易變性;射線同時(shí)也是一種信息——一種最為原始的,從一個點(diǎn)傳達(dá)到另一個點(diǎn)的信息,例如,從某顆恒星傳達(dá)到我們的眼中。只有依靠這些單向傳遞的信息流,我們才能有希望去探索宇宙深處的奧秘。天體物理學(xué)家們總是通過研究天體所發(fā)出的射線來獲取有關(guān)這些天體的信息,我們之所以把這門學(xué)科叫做“天體物理學(xué)”,是因?yàn)樗且晕锢韺W(xué)作為研究射線的基礎(chǔ)。如今,這門學(xué)科的重點(diǎn)在于“物理學(xué)”,“天體”只不過是個前綴。倘若沒有扎實(shí)的物理學(xué)功底,任何一名天文學(xué)家恐怕都很難有所建樹。曾經(jīng),在那些羅曼蒂克的夜晚,天文學(xué)家們通過長長的望遠(yuǎn)鏡望向夜空,驚嘆著眼中的景象,發(fā)現(xiàn)了許多天文學(xué)的基礎(chǔ)現(xiàn)象,但這樣的年代?經(jīng)一去不返了,隨之成為歷史的還有那一本本厚厚的名稱目錄和一沓沓的曝光影像盤。今天的天體物理學(xué)家們想要了解的不僅僅是天體的位置、明亮度或者顏色,和從前的傳統(tǒng)天文學(xué)相比,當(dāng)代天文學(xué)已經(jīng)具備了相當(dāng)多的應(yīng)用物理學(xué)特征。推動天體物理學(xué)家們進(jìn)行研究的最大動力,是對于自然運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律的探尋。我們不僅想了解人眼可見范圍之外的事物,以及宇宙在“不可見”范圍內(nèi)的狀態(tài)一事實(shí)上,大部分的射線都屬于這個范圍——我們還想知道宇宙中那無數(shù)的天體是如何形成的,它們具體的運(yùn)行方式是怎樣,物質(zhì)與射線是如何相互作用的,我們尤其想要了解的是,所有已知宇宙系統(tǒng)之間那無止境的變化是如何在能量的引導(dǎo)下發(fā)生的。我們所探究的問題,已經(jīng)漸漸地由“是什么?”變成了更有深度的“怎么樣?”。在某種程度上,人類社會賦予了天文學(xué)家和天體物理學(xué)家們觀察宇宙的任務(wù)。我們的任務(wù)是要弄清楚宇宙中存在哪些物質(zhì),并且弄清楚存在于地球之外的一切物質(zhì)的狀態(tài)及本質(zhì);同樣地,“宇宙生物學(xué)”是要探明宇宙中存在哪些生命,盡管到目前為止,地球是唯一被證實(shí)有生命存在的星球。和數(shù)據(jù)充分的?代宇宙物理學(xué)迥然不同的是,宇宙生物學(xué)在現(xiàn)階段還沒有任何數(shù)據(jù)。但如果有一天,我們在地球之外的地方發(fā)現(xiàn)了生命的存在,那么,我們的研究重點(diǎn)將會轉(zhuǎn)變?yōu)橛钪姹尘跋碌纳飳W(xué)研究。值得注意的是,宇宙科學(xué)家和大部分科學(xué)家之間存在本質(zhì)上的不同,后者是在位于地球上的實(shí)驗(yàn)室內(nèi),對地球上的物質(zhì)進(jìn)行研究,而前者研究的是距離地球十分遙遠(yuǎn)的,陌生的物質(zhì)。在地球上,科學(xué)家們可以對其所做的實(shí)驗(yàn)加以控制,這有助于他們發(fā)現(xiàn)有關(guān)地球上物質(zhì)的更多的特征。他們可以清楚地對研究的對象進(jìn)行控制,或是對用以研究的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行調(diào)試。例如,當(dāng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種新的礦砂時(shí),可以在實(shí)驗(yàn)室里通過對一系列不同種類的礦砂進(jìn)行取樣,比較它們的體積、形狀及組成,來確定這種新礦砂的特征。此外,他們還可以通過各種方法來對這種礦砂進(jìn)行研究——可以對它進(jìn)行超高溫加熱或超低溫冷凍,甚至可以將它置于不同強(qiáng)度的電場或磁場當(dāng)中;還可以像地理學(xué)家常做的那樣,用錘子敲敲它。通過觀察礦砂對各種不同環(huán)境的反應(yīng),研究者們便可以充分地了解其性質(zhì)?？傊?在地球上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),我們可以有意地對實(shí)驗(yàn)的媒介進(jìn)行各種控制,來推進(jìn)對某種地球物質(zhì)的研究進(jìn)程?？墒菍δ切┻h(yuǎn)離地球的物質(zhì),哪怕利用當(dāng)代文明中最為先進(jìn)的工具,我們也無法對其進(jìn)行控制。遠(yuǎn)離地球的外太空環(huán)境是無法由我們控制或操縱的,在大部分情況下,天文學(xué)家們都是在和觸摸不著的射線打交道——這些由宇宙天體放射出的射線偶爾能被人眼觀察到或是被地球上的儀器檢測到,它們是一種信號,在由遙遠(yuǎn)天體傳播到不可見的茫茫宇宙深處時(shí),能被暫時(shí)地捕捉到。

媒體關(guān)注與評論

本書講述了很多關(guān)于宇宙進(jìn)化的重要課題——從宇宙的形成到物質(zhì);從銀河系、星系、重物質(zhì)到太陽、地球;從生命、復(fù)雜的生命到社會。它傳遞了關(guān)于這些領(lǐng)域很多有價(jià)值的信息,同時(shí)也為我們顯示了簡單的系統(tǒng)是如何轉(zhuǎn)變成為更加復(fù)雜的系統(tǒng)的。 　　——尼爾·康門斯 緬因州大學(xué)《一個嚴(yán)重的錯誤:關(guān)于宇宙里真正的自然的誤解》一書的作者。 這是一種把所有的事物放在進(jìn)化范疇內(nèi)的綜合方法。簡森清晰地描述了科學(xué)方法是如何發(fā)揮作用的。不僅?此,簡森通過蘇格拉底式的方式解釋在宇宙進(jìn)化中的大量的概念和經(jīng)驗(yàn)觀察。他也通過這種問答的方式清楚地講述了在這一領(lǐng)域很多未解之謎現(xiàn)在已經(jīng)研究到了哪一步。　　——保羅·魯奎因 華盛頓州立大學(xué)《生命和宇宙的起源》一書的作者

編輯推薦

《科學(xué)圖書館·科學(xué)新文獻(xiàn):宇宙簡史》：我們周圍的一切——空氣、陸地、海洋和星星——是如何起源的？物質(zhì)的有序性、結(jié)構(gòu)、組成來源于哪里？這些問題正是埃里克·簡森（經(jīng)典著作《宇宙的黎明》的作者）所研究的科學(xué)范圍，是他在輝煌的迷人的宇宙探索中提出的問題。在介紹關(guān)于宇宙起源新的發(fā)現(xiàn)和一些有爭議的理論時(shí)，簡森提供了一種富有創(chuàng)造性和綜合性的方式。他帶領(lǐng)我們走過了宇宙進(jìn)化中的7個時(shí)代一一從沒有固定形狀的射線時(shí)代到人類文明的起源。在這個歷程里，他把宇宙進(jìn)化中最微觀以及最宏觀的方面展示出來，也包括了它們之間最復(fù)雜的相互作用。利用最近在天文物理學(xué)和生物化學(xué)研究方面的突破，簡森論述了當(dāng)代科學(xué)的觀點(diǎn)：所有的物體之間是有著內(nèi)在聯(lián)系的——從夸克、類星到微生物以及人類的精神。所有的自然科學(xué)領(lǐng)域的研究者開始透過物體的結(jié)構(gòu)來確認(rèn)它們之間內(nèi)在的聯(lián)系一一從一種震撼的、包容的視角來研究宇宙中物體的組成、結(jié)構(gòu)和功能。像簡森描述的那樣，通過描繪宇宙進(jìn)化的藍(lán)圖，科學(xué)家可以發(fā)現(xiàn)生命體是如何成功地在陸地上生存、發(fā)展出語言以及創(chuàng)造出文化的?！队钪婧喪贰诽峁┝艘粋€震撼性的視角：在這里你可以看到不同的變化是如何通過難以想象的空間和時(shí)間跨度，以及通過需要和機(jī)遇的結(jié)合演化生成銀河系、星系、地球以及我們?nèi)祟愖陨?。埃里克·簡森塔夫斯大學(xué)物理學(xué)，天文學(xué)和教育學(xué)教授，領(lǐng)導(dǎo)懷特中心從事科學(xué)教育工作。他也是《宇宙的黎明》、《物質(zhì)和生命的起源》、《宇宙進(jìn)化》、《自然界復(fù)雜性的增加》等一系列著作的作者。

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