编辑推荐
“大爆炸”理论从开始被质疑到随后获得众多支持,是一部有血有肉的天文学观测历史,如此空前的一个宇宙事件,西蒙·辛格完成得很生动。
作者以大量有价值的故事材料,清晰而有趣地将宇宙开端呈现给了大众读者,难得有比这个作品更好的阐述的了。
作者是一个写故事的高手,不但将不同观点的代表人物写得很生动,还将情节的发展写得有理有据、悬念迭起,这要归功于作者的写作视角和严谨逻辑。
本书介绍了哈罗·沙普利,希伯·柯蒂斯,伽莫夫,霍伊尔等众多科学家,配备了有关他们的珍贵图片,你可能不知道他们的名字,但你不能不钦佩他们的才华。
2018年新版的《第*推动丛书》全新设计了版式和封面,简约个性,提升了阅读体验,让科普给你更多想象。
随书附赠价值39.6元由汪洁、吴京平掰开揉碎,带你懂科学好书的《经典科普解读课》6折券。
内容简介
本书主要讲述“大爆炸”理论作为宇宙的开端被逐渐接受的过程,介绍了一些鲜为人知的人物对这个理论所作的努力。这是一场惊心动魄的辩论过程,伽莫夫用打油诗反击稳恒态已过期,霍伊尔则继续嘲笑大爆炸模型和那些相信它的人,最终大爆炸理论以良好的预言能力表现出了说服力和包容性。
从这本书中我们可以读到的有:大爆炸到底是什么意思?每个人都听说过大爆炸理论,但有多少人敢夸口懂得它?为什么宇宙学家相信大爆炸理论是对宇宙起源的精确描述?那些拼着命也要坚守这种非正统理论的科学家都是谁?
作者简介
西蒙·辛格(Simon Singh),剑桥大学粒子物理博士学位获得者,前BBC节目制作人,他执导的纪录片《费马大定理》获得英国电影学院奖(BAFTA),同名科普读物成为畅销书。同样畅销的还有《密码本》(The Code Book),这是BBC专题系列《保密的科学》的底本。
西蒙·辛格与理查德·怀斯曼在爱丁堡国际科学节(2014)交谈
译者介绍:
王文浩,清华大学工程物理系教授。
精彩书评
“西蒙是个非常有才华的故事大王,他从来不会错过让他的叙事变得更清晰、更生动的机会。”
——《星期日独立报》
“这本写得很棒的书用非常清晰的语言表达了宇宙理论的精要。”
——《自然》
“辛格用简单的类比和解释性的图表,让我们中*不擅长数学的人也能清楚地了解人类在探索周围的黑暗空间的过程中所积累的历史知识。”
——《星期日电讯报》
“如果你对故事感兴趣,但又畏惧数学,不必担心;西蒙·辛格已经为我们剥离了大部分数学,他精心睿智地梳理出人类认识宇宙过程中的所有大概念。”
——《每日邮报》
“一个清晰的模型。”
——《经济学家》
“辛格是讲故事的高手,能发掘出天体物理学家工作中所蕴藏的各种趣闻轶事。”
——《卫报》
“一个史诗般的故事,充满了勇气和悲剧、英雄和烈士。”
——《每日电讯报》
“即使宇宙学家不知道宇宙去往哪里,但至少他们已经发现它打哪儿来。任何想了解这一卓越成就的人都可以从辛格的这本书开始看起。”
——《星期日邮报》
“了解近代科学工作的*佳入门途径。”
——《时代·高等教育补充》
“非常通俗易懂……辛格将他故事里的有血有肉的主角写活了。”
——《新科学家》
目录
第1章 起源
从神话到宇宙学,从史前到1900年
第2章 宇宙理论
爱因斯坦的引力理论如何蕴含了宇宙创生的那一刻
第3章 大辩论
对宇宙的观察如何推断出宇宙的膨胀
第4章 宇宙的异端
理论和观测是如何走到一起给出大爆炸模型的
第5章 模式的转变
各种相互竞争的宇宙学理论之间的战斗终于结束
第6章 尾声
大爆炸模型的突出问题是什么
附录:什么是科学?
词汇表
精彩书摘
第3章 大辩论(部分)
到了大辩论这年,沙普利已经确立了自己作为新一代有前途的天文学家的地位,但他还是感到柯蒂斯浓重的阴影笼罩着自己,因此,当他们乘坐的南太平洋列车在亚拉巴马州抛锚时,他高兴地感到终于有机会摆脱对手的恐吓性做派了。沙普利把时间花在了寻找车厢周围的蚂蚁上,这方面他已经研究并收集了许多年。
图 39 大论战的两个主角:年轻的哈罗·沙普利(左),他相信星云位于银河系之内;资深的希伯·柯蒂斯,他认为星云是独立的星系,远在银河系之外。
当大辩论的夜幕终于降临时,沙普利的神经已被会议议程的主要事项——长篇大论的颁奖仪式——弄得极度疲劳。对获奖者的表彰和获奖者的演讲似乎没完没了。当时没有一滴酒可以帮助提振精神,因为禁酒令在那年的早些时候开始生效。在台下,爱因斯坦低声对他的邻座说道:“我刚刚得到了一个关于永恒的新理论。”
最后,大辩论终于占据了舞台中心,当晚的主项正式拉开序幕。沙普利率先开始发言,他给出了星云在银河系内的理由。在演讲中,他依靠两个证据来支持他的观点。首先,他讨论了星云的分布,它们一般都处于银河系扁平平面的上方或下方,极少在银盘平面本身之内,这个带状区域就是后来众所周知的隐带。沙普利这样来解释这种情形,他声称星云是一团孕育新生恒星和行星的气体云。他认为,这样的云团只存在于银河系的上方和下方可触及的地方,并随着恒星和行星的逐渐成熟而飘向平面的中心。因此,他可以根据银河系是唯一的星系这一点来解释隐带。然后,他转向他的对手,声称隐带与他们的宇宙模型不兼容:如果星云代表的是穿插在整个宇宙中的星系,那么它们应该出现在银河系周围的各个地方。
沙普利的第二个证据是1885年曾出现在仙女座星云的一颗新星。顾名思义,新星不是新的恒星,而是一颗原先非常暗淡的恒星在亮度上突然增强的结果,其能源得自对其伴星的盗取。1885年的这颗新星的亮度只有整个仙女座大星云的亮度的十分之一,如果仙女座只是由位于我们银河系边缘上的少量恒星构成的话,这一点就非常好理解。但如果仙女座,像他的反对者所声称的那样,是一个自成一体的星系,那么它就将由上千亿颗恒星组成,而新星(其亮度是仙女座的十分之一)就会像亿万颗恒星加起来一样亮!沙普利认为这是荒谬的,因此唯一合理的结论就是,仙女座星云不是一个独立的星系,而只是我们银河系的一部分。
对于一些人来说,这种水平的证据是绰绰有余了。天文学史专家艾格尼丝·克拉克事先已了解沙普利的证据,并在此之前曾写道:“现在我们可以信心十足地说,没有一个称职的思想家,面对所有这些可获得的证据,仍坚持认为单个星云是一个与银河系等级相同的恒星系统。”
然而对柯蒂斯来说,事情还远远没有解决。在他看来,沙普利例举的情形有弱点,他攻击他的两个主要论点。两人都有35分钟的时间陈述各自的理由,但是他们的风格迥异。沙普利给出的是一个基本上非专业性演讲,旨在让来自不同学科的科学家都能听懂。而柯蒂斯则从细节上提出了无情的反击。
关于隐带,柯蒂斯认为,这是一种错觉。他认为,星云,作为星系,是对称地点缀在空间各处的,并且远远超出了银河系范围。依据柯蒂斯的理解,天文学家无法看到银河系平面内的很多星云的唯一原因,是因为它们的光被占据银道面的所有恒星和星际尘埃阻断了。
接下来是对沙普利的另一个支柱——1885年的新星——的攻击。柯蒂斯不认为这里有什么异常。在星云的旋臂里人们已经观察到许多其他新星,而且它们全都比著名的仙女座新星要微弱得多。事实上,观测到的大多数星云新星都是这样极其微弱的,柯蒂斯辩称道,这证明星云一定是遥远得令人难以置信,远远超出了银河系的范围。总之,柯蒂斯不准备仅仅因为一颗35年前的明亮的新星就放弃自己珍爱的模型。柯蒂斯再次重申了他的未经证实的多星系模型:
在思想家心目中所形成的概念中很少有比这个想法更重要的了。这就是说,我们,在数以百万计的恒星所构成的银河系中的一个恒星的小卫星中的微不足道的居民,可以超越其界限而看得更远,并看到其他类似的星系,它们的直径有数万光年,每一个都像我们银河系这样,由上十亿颗太阳组成,而且,在我们这样做的时候,我们正渗透到更大的宇宙中,其距离从五十万至一亿光年不等。
柯蒂斯在他的演讲中还提出了各种其他证据,有些用于支持他自己的理论,有些用于攻击沙普利。他相信他已经提出了一个令人信服的理由,并在不久之后写信给他的家人道:“华盛顿的辩论圆满收场,我一直认为我的表现相当出色。”但事实是这场辩论没有明确的胜利者,如果说有那么一点偏向于柯蒂斯的观点,沙普利也是将其归因于风格而非实质内容:“我记得,我宣读我的论文,柯蒂斯介绍了他的论文,可能他不用介绍得很充分,因为他是一个善于表达的人,不怯场。”
大辩论对于将注意力集中到一个远未解决的问题上的成效并不大。但它敏锐地反映了引导进行科学前沿研究的性质,在科学前沿,相互竞争的理论彼此相互校正,所依据的却只有最薄弱的硬数据。每一方用来支撑自己观点的意见都缺乏严谨、细节和体量,因此太容易被反对者贴上数据有缺陷、不准确或随意解释的标签。除非有人能够确立一些具体的观察手段来可靠地给出星云的距离,否则这些竞争性理论都不过是猜测。理论的可接受性似乎取决于其支持者的个性,而不是任何真实的证据。
大辩论涉及人类在宇宙中的位置,解决这个问题需要在天文学上有重大突破。一些科学家,如大众天文学作家罗伯特·鲍尔,认为这样的突破是不可能的。在《天堂的故事》一书中,他的观点是天文学家有知识上的局限性:“我们已经到达这样一个点,人的智力开始无法让他看清前途,他的想象力已被其试图实现其已有知识的努力所压垮。”
一些古希腊人在驳斥测量地球的大小或到太阳的距离等可能性时也有过类似的表述。然而,第一代科学家,包括埃拉托色尼和阿那克萨哥拉,发明了一系列能让他们量度地球和太阳系的技术。随后,赫歇尔和贝塞尔采用亮度和视差的方法来测量银河系的大小和恒星的距离。现在,是到了该有人站出来发明一种可以跨越宇宙的衡量标准,一种可以解决星云的真正本质的方法的时候了。
……
穿越时空的宏伟史诗:宇宙的起点与演化 宇宙,这个浩瀚无垠、深邃神秘的存在,自古以来便激发着人类最原始的好奇与最宏大的想象。我们是谁?我们从何而来?我们又将去向何方?这些哲学层面的终极追问,最终将我们引向了对宇宙本身的探索。而在这无尽的宇宙长河中,有一个至关重要的起点——一场被誉为“大爆炸”的创世事件,它标志着我们所知宇宙的诞生,也是一切存在之源。 本书并非对某一本特定著作的详细介绍,而是旨在带领读者踏上一段穿越时空的宏伟史诗般的旅程,深入探寻宇宙自那最初的瞬息万变,直至今日我们所见的壮丽图景的演化历程。我们将一同追溯那决定性的“第一推动”,理解宇宙为何会以如此复杂而有序的方式展开,并在其中寻觅人类自身存在的痕迹与意义。 追溯奇点的黎明:大爆炸理论的基石 要理解宇宙的起点,我们必须首先触及“大爆炸”理论。这并非一次我们想象中爆炸式的轰然巨响,而是一个关于时空、物质和能量如何从一个极端致密、高温的状态迅速膨胀并冷却的过程。在那个遥远的过去,宇宙的尺度可能比一个原子还要小,其密度和温度高到我们难以想象。然而,正是这个微小的奇点,孕育了日后所有的星系、恒星、行星,乃至我们赖以生存的生命。 本书将从宇宙学的视角出发,详细阐述支持大爆炸理论的关键证据。我们会探讨宇宙微波背景辐射——那是大爆炸留下的“余晖”,它均匀地弥漫在宇宙的每一个角落,携带着早期宇宙的信息。我们将分析星系红移的现象,这如同宇宙在向我们传递的“多普勒效应”,证明了宇宙正在不断膨胀,而遥远的星系正加速远离我们。此外,轻元素丰度——宇宙中氢、氦等元素的比例,也与大爆炸理论的预测高度吻合,进一步夯实了这一理论的根基。 我们将深入剖析大爆炸模型的核心要素,包括暴胀理论的引入。在极短的时间内,宇宙经历了一个指数级的快速膨胀,这解释了宇宙的平坦性、均匀性以及大尺度结构的形成。我们将了解暗物质和暗能量这两个宇宙中的神秘“隐形巨头”,它们在宇宙的演化过程中扮演着至关重要的角色,却至今仍是科学家们竭力探索的谜团。 从粒子到星系:宇宙的物质演化 大爆炸并非终点,而是一系列令人惊叹的演化过程的开端。当宇宙从极端高温的状态中冷却下来,基本粒子开始出现,随后质子和中子形成。在宇宙诞生后的几分钟内,元素的形成进入了一个关键时期——核合成。在这个过程中,大量的氢和氦被制造出来,奠定了宇宙中最基本的物质构成。 本书将生动描绘这一物质演化的壮丽画卷。我们将追溯夸克、轻子等基本粒子的诞生,理解它们如何通过强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用,最终组合成原子核,进而形成原子。我们将详细介绍宇宙的“黑暗时代”,在这一时期,宇宙中还没有恒星发光,只有弥漫的原子气体。 随后,引力开始发挥其塑造宇宙的魔力。在物质分布不均匀的区域,引力将气体和尘埃聚集起来,形成了第一代恒星。这些早期恒星可能比我们今天看到的恒星更加巨大、炽热,它们在宇宙中留下了深刻的印记,并通过核聚变反应,在恒星内部制造出比氢和氦更重的元素。当这些巨星走到生命的尽头,它们以壮观的超新星爆发的形式,将这些新合成的元素散播到宇宙空间,为下一代恒星和行星的形成提供了原材料。 我们将详细探讨恒星的生命周期,从它们在星云中孕育,到在核聚变反应中燃烧,再到最终的死亡——白矮星、中子星或黑洞。我们将审视星系的形成与演化,理解恒星如何在引力的作用下,聚集形成巨大的星系。我们将看到,我们的银河系,以及宇宙中无数的星系,都是通过一次次碰撞、合并,在漫长的岁月中逐渐成长起来的。 生命的种子与星辰大海 在恒星的内部,在星系的旋臂中,在行星的轨道上,宇宙的故事仍在继续,并最终触及我们最关心的生命问题。我们将在书中探索,构成生命的基本元素,如碳、氧、氮等,是如何在恒星的炉火中锻造,又如何在超新星爆发中播撒到宇宙各处的。我们将思考,宇宙中的哪些条件可能孕育出生命,并审视我们对地外生命的探索。 本书将不仅仅局限于天文学的知识,更会融入天体物理学、宇宙化学等相关学科的视角,以期更全面地展现宇宙的演化。我们将讨论行星的形成,从围绕年轻恒星旋转的尘埃盘中,如何通过吸积和碰撞,逐渐凝聚成大小不一的行星。我们将聚焦于我们所处的太阳系,以及地球这个独特的蓝色星球,是如何在宇宙的舞台上,成为孕育生命的摇篮。 人类的视野:理解我们在宇宙中的位置 随着我们对宇宙理解的不断深入,我们也在不断重新定义自己在宇宙中的位置。从古人仰望星空,将天体视为神灵的象征,到伽利略用望远镜窥探月球的环形山,再到现代科学家利用先进的观测设备和理论模型,揭示宇宙的宏大叙事,人类的视野正在以前所未有的速度拓展。 本书将鼓励读者以一种更广阔的视角来看待自身的存在。我们并非宇宙的中心,而是由宇宙物质构成的,并与宇宙共同演化的一个组成部分。这种认识,既能带来一种渺小感,也能带来一种深刻的归属感——我们是星尘的后代,与宇宙万物共享着同样的起源。 我们将探讨人类在认识宇宙的过程中所扮演的角色,以及科学精神在推动我们理解宇宙中的重要意义。我们鼓励读者保持对未知的好奇,勇于质疑,并珍视每一次科学探索所带来的启迪。 结语:永恒的探索与无限的可能 宇宙的宏大,远超我们的想象;宇宙的演化,是一个仍在书写的传奇。本书旨在为读者打开一扇通往宇宙深处的大门,让你们能够感受到宇宙的壮丽、理解它的过去、审视它的现在,并对它的未来充满遐想。 我们希望,通过这段跨越时空的旅程,读者能够收获对宇宙更深刻的理解,认识到人类在宇宙中的渺小与伟大,并激发出对科学探索更浓厚的兴趣。宇宙的奥秘远未被穷尽,每一次新的发现,都将为我们描绘出更加清晰、更加令人惊叹的宇宙图景。而我们,作为这个宇宙的一部分,将永远保持着对这片星辰大海的敬畏与探索的热情。这不仅仅是一次知识的传递,更是一次对生命、对存在、对我们所处的世界的一次深度思考。