了得網自然科學_極簡宇宙史

第1章安靜的** 想像現在是一個溫暖無雲的夏夜，你在一個遙遠孤獨的火山島上，圍繞在你周圍的海面風平浪靜，如同內陸的湖泊，隻有極小的波浪衝刷著白色沙灘。周遭一切都是那麼寧靜。你躺在沙灘上，閉著眼睛，被白天陽光烘烤過的溫暖細沙將熱量緩緩地傳遞給空氣，空氣裡彌漫著香甜迷人的異域氣味。
萬籟俱寂。
突然，遠處傳來的一聲動物尖叫讓你一躍而起，你緊張地注視著眼前的黑暗。
什麼都沒有。
剛纔那個發出尖叫的不明生物現在已經安靜下來。說到底，你並沒有什麼可害怕的。對某些動物或魚類來說，這個小島可能隱藏著危險，於你卻**不同。你是人類，所有捕獵者中*強大的一種。你的朋友馬上就會過來與你喝一杯，你們正在度假，所以你躺回沙灘，繼續自己那些作為人類成員的思考。
廣闊的夜空中有無數光點在閃爍。它們是星星。隻需依賴裸眼，你就能在各個方向上看到它們。你小時候就有的疑問再次出現在你腦中：這些星星都是什麼樣的？為什麼它們不停閃爍？它們離我們多遠？現在的你還增添了疑惑：我們真的了解這一切嗎？一聲嘆息後，你再次躺回沙灘，放松自己，把這些愚蠢的問題扔到一邊：這些想法與我有什麼關繫？一顆小小的流星靜靜地滑過你頭頂的天空，你正要許願，一件不可思議的事發生了：就像要回答你剛纔的問題似的，你一下子穿越了五十億年時光，你意識到自己不再躺在沙灘上，而是處於外太空，漂浮在真空裡。你的視覺、聽覺和感知力都在，但身體卻不見了。你已成仙，隻剩下靈魂，你甚至還來不及回想自己到底經歷了什麼或喊聲救命，因為你現在正處於一種**特殊的狀態。
在你眼前幾十萬英裡的地方，一個球狀物正從遙遠的星空背景下飛過。它帶著深橙色的光芒，旋轉著朝你飛來。你很快就意識到這個球體的表面是熔化了的岩石，你所面對著的是一顆行星。一顆液態的行星。
震驚之餘，你不由發問：什麼樣的能源可以提供這麼多的熱量熔化這整個世界？然後，在你的右邊，出現了一顆星球，**巨大。與那顆行星相比，這顆星星的體積大得出乎想像。它也在旋轉。它也同樣在空間移動，而且看起來它還在變得*大。
那顆行星，雖然離你近許多，現在看起來就像是一個微不足道的橙色玻璃珠兒童玩具，被放在一個體積已經巨大卻還依然以驚人速度變大的球體邊上。與一分鐘前相比，那顆**又大了兩倍。現在，它散發著紅色光芒，如暴怒的怪獸般吐出有幾百萬度高溫的巨大等離子火舌，以接近光速的速度掠過星際空間。
你所看到的一切都帶著一種想像現在是一個溫暖無雲的夏夜，你在一個遙遠孤獨的火山島上，圍繞在你周圍的海面風平浪靜，如同內陸的湖泊，隻有極小的波浪衝刷著白色沙灘。周遭一切都是那麼寧靜。你躺在沙灘上，閉著眼睛，被白天陽光烘烤過的溫暖細沙將熱量緩緩地傳遞給空氣，空氣裡彌漫著香甜迷人的異域氣味。
萬籟俱寂。
突然，遠處傳來的一聲動物尖叫讓你一躍而起，你緊張地注視著眼前的黑暗。
什麼都沒有。
剛纔那個發出尖叫的不明生物現在已經安靜下來。說到底，你並沒有什麼可害怕的。對某些動物或魚類來說，這個小島可能隱藏著危險，於你卻**不同。你是人類，所有捕獵者中*強大的一種。你的朋友馬上就會過來與你喝一杯，你們正在度假，所以你躺回沙灘，繼續自己那些作為人類成員的思考。
廣闊的夜空中有無數光點在閃爍。它們是星星。
隻需依賴裸眼，你就能在各個方向上看到它們。你小時候就有的疑問再次出現在你腦中：這些星星都是什麼樣的？為什麼它們不停閃爍？它們離我們多遠？現在的你還增添了疑惑：我們真的了解這一切嗎？一聲嘆息後，你再次躺回沙灘，放松自己，把這些愚蠢的問題扔到一邊：這些想法與我有什麼關繫？一顆小小的流星靜靜地滑過你頭頂的天空，你正要許願，一件不可思議的事發生了：就像要回答你剛纔的問題似的，你一下子穿越了五十億年時光，你意識到自己不再躺在沙灘上，而是處於外太空，漂浮在真空裡。你的視覺、聽覺和感知力都在，但身體卻不見了。你已成仙，隻剩下靈魂，你甚至還來不及回想自己到底經歷了什麼或喊聲救命，因為你現在正處於一種**特殊的狀態。
在你眼前幾十萬英裡的地方，一個球狀物正從遙遠的星空背景下飛過。它帶著深橙色的光芒，旋轉著朝你飛來。你很快就意識到這個球體的表面是熔化了的岩石，你所面對著的是一顆行星。一顆液態的行星。
震驚之餘，你不由發問：什麼樣的能源可以提供這麼多的熱量熔化這整個世界？然後，在你的右邊，出現了一顆星球，**巨大。與那顆行星相比，這顆星星的體積大得出乎想像。
它也在旋轉。它也同樣在空間移動，而且看起來它還在變得*大。
那顆行星，雖然離你近許多，現在看起來就像是一個微不足道的橙色玻璃珠兒童玩具，被放在一個體積已經巨大卻還依然以驚人速度變大的球體邊上。與一分鐘前相比，那顆**又大了兩倍。現在，它散發著紅色光芒，如暴怒的怪獸般吐出有幾百萬度高溫的巨大等離子火舌，以接近光速的速度掠過星際空間。
你所看到的一切都帶著一種怪異的美感。事實上，你正經歷著某個宇宙中*劇烈的事件，詭異的是這怪異的美感。事實上，你正經歷著某個宇宙中*劇烈的事件，詭異的是這整個過程沒有一絲聲音。一切都那麼安靜，因為聲音無法在真空中傳播。
當然，這顆恆星無法維持這麼大的膨脹速率，但事實卻是現在它還在變大。它已經大到了你無法想像的地步，行星已被它熔化，摧毀一切的能量正源源不斷地從那顆**上襲來，吹向虛空。那顆星星依然不管不顧地繼續膨脹，直到它原先正常大小的約一百倍，然後，突然之間，它**了，把組成它自身的所有物質送入太空。
衝擊波穿過你幽靈般的身體，然後是塵埃，現在剩下的隻有飄往各個方向的星塵。星星已經不見了，變成了一片壯觀而多彩的塵埃雲，以可與上帝媲美的速度向星際真空中擴散。
慢慢地，**緩慢地，你恢復了意識，明白了剛纔所發生的一切，你的大腦終於對這可怕的現實有了清晰的認知。那顆死去的星星並不是天邊隨意的一顆普通星球，而是太陽。我們的太陽。而那顆在陽光裡熔化了的行星就是地球。
我們的星球，你的家園，沒有了。
你所見證的是我們的世界末日。這並不是一個想像中的終結，也不是瑪雅文明所作出的牽強附會的毀滅暗示。這是真實景像，早在你出生之前，你所見到的事件發生的五十億年之前，人們就已確信這是終會發生的真實景像。
在你試圖理清思緒時，你的意識又被瞬間送回現在，再次回到了你躺在沙灘上的身體之中。
你的心髒狂跳不止，坐起身來環顧四周，如同從一個怪夢中醒來。樹木、沙灘、大海和微風依然在那裡。你的朋友們正走過來，出現在你的視線之中。剛纔發生了什麼？你睡著了嗎？你看到的一切是個夢境嗎？一種不安的感覺開始在你身體裡彌漫，你不禁自問：這可能是真情實境嗎？太陽真的會在某天**？如果真的發生，人類又會怎麼樣？有人能夠從這種大毀滅中幸存嗎？我們的所有記憶，甚至關於我們自身存在的印跡都會湮沒在浩瀚宇宙之中嗎？再一次抬頭看著星光照耀下的一切，你竭力想要給自己一個答案。內心深處，你知道自己所經歷的不僅僅是一個簡單的夢境，雖然你的意識已經回來，與自己躺在沙灘上的身體合二為一，但你的確經歷了一次**時空的旅行，去了一個**遙遠的未來，窺得了一些本不該示人的秘密。
深呼吸慢慢地讓你平靜下來，你開始聽到一些奇怪的聲音，似乎微風、細浪、小鳥和星辰都以隻有你能聽到的聲音向你輕聲吟唱，突然之間，你聽懂了它們的歌詞。它是一種警告，也是一種邀請。它們喃喃地告訴你，關於人類所有可能的未來，隻有一條小道，能夠指引人類在太陽終將到來整個過程沒有一絲聲音。一切都那麼安靜，因為聲音無法在真空中傳播。
當然，這顆恆星無法維持這麼大的膨脹速率，但事實卻是現在它還在變大。它已經大到了你無法想像的地步，行星已被它熔化，摧毀一切的能量正源源不斷地從那顆**上襲來，吹向虛空。那顆星星依然不管不顧地繼續膨脹，直到它原先正常大小的約一百倍，然後，突然之間，它**了，把組成它自身的所有物質送入太空。
衝擊波穿過你幽靈般的身體，然後是塵埃，現在剩下的隻有飄往各個方向的星塵。星星已經不見了，變成了一片壯觀而多彩的塵埃雲，以可與上帝媲美的速度向星際真空中擴散。
慢慢地，**緩慢地，你恢復了意識，明白了剛纔所發生的一切，你的大腦終於對這可怕的現實有了清晰的認知。那顆死去的星星並不是天邊隨意的一顆普通星球，而是太陽。我們的太陽。而那顆在陽光裡熔化了的行星就是地球。
我們的星球，你的家園，沒有了。
你所見證的是我們的世界末日。這並不是一個想像中的終結，也不是瑪雅文明所作出的牽強附會的毀滅暗示。這是真實景像，早在你出生之前，你所見到的事件發生的五十億年之前，人們就已確信這是終會發生的真實景像。
P5－7 的死亡以及其他許多可能降臨的巨大災難之後依然存續。
這條小道就是知識、科學。
它是隻有人類纔擁有的旅程。
也就是你將要走上的那條。
又一聲尖叫劃過夜空，但這次它幾乎沒有引起你的注意。如同在你內心播下的種子正在發芽，你迫不及待地想去了解自己所在的宇宙。
你再一次抬起你謙遜的視線，以一個孩子的目光注視著滿天星辰。
宇宙是由什麼構成的呢？地球周圍是什麼？再遠些呢？我們可以看多遠？我們對宇宙的歷史知道多少？宇宙真有歷史嗎？波浪輕拂沙灘，和大多數人一樣，你懷疑人類是否能夠真正了解這些宇宙秘密，那些閃爍的群星似乎將你的身體帶入一種半催眠狀態。你能聽到那些正在走近的朋友們的交談，但奇怪的是，你感覺到這個世界變得與幾分鐘前不一樣了。周圍的一切都變得*加豐富和深刻，你的心靈和身體似乎成為某種巨大存在的一部分。這種存在遠大於以前你所能想像的一切。你的手、腿、皮膚……物質……時間……空間……圍繞在你周圍的互相糾纏的各種力場…… 一層你從未意識到的面紗顯然已被揭開，展現在你眼前的世界顯出了神秘而出乎意料的真實。你的意識迫不及待地想再次飛往星空，你感覺到一次非凡的旅行正要把你帶到那離你家園很遠很遠的地方。
第2章月亮如果你還在閱讀本書，說明你已穿越進入了五十億年後的未來。無論用什麼標準看，這都是一個不錯的開端。所以你可以自信地說自己的想像力很好。這是至關重要的一點，因為想要了解在二十一世紀初期我們理解宇宙真相的視角，就需要穿越時間、空間、物質、能量，而實現這種穿越所需要的全部技能，就是想像力。
雖然你沒有主動要求，但你還是在偶然間看到了人類，以及地球上一切生命所終將面臨的命運。如果我們不努力了解自然運行的規律，這個命運將成為現實。為了不被殘暴的瀕死太陽所吞噬並得以長期生存，了解如何纔能將自己的命運掌握在自己的手中將是我們僅有的機會。要實現這一點，我們必須揭開自然所遵循的法則，並學會如何利用它們。客觀地說，這是一項艱巨的任務。但在本書接下來的篇幅中，你將會看到至今為止我們已經積累起來的所有知識的大概。
通過在我們的宇宙裡的穿行，你將會了解什麼是引力，原子與其他粒子如何在互不接觸的情形下相互作用，你會發現構成我們宇宙的各種謎團，而這些謎團帶給了我們新的物質與能量。
在你看過所有已知的知識之後，你將躍入未知世界，看看幾位當今世界上*聰明的理論物理學家所研究的課題，以及他們為了解釋我們踫巧所在的宇宙中**奇怪的現實所作出的努力。平行宇宙、多元宇宙和超維度將出現在那裡。隨後，你的眼睛會被從這些奇跡所激發出來的、人類歷經千年所積累的知識與智慧點亮。你應作好準備。過去數十年的發現改變了我們曾經確信的知識：我們所在的宇宙不僅比我們期待的深邃廣闊許多，*有著**我們所有祖先所有想像力的美麗。還有一個好消息：我們所了解到的知識已經讓我們——人類——不同於地球上曾經存在過的任何其他生物。這是一件好事，因為其他生物中的大多數都已經滅*。恐龍曾經統治了地球表面約兩億年，而我們的時代纔過去區區幾十萬年。它們有著足夠時間對環境提出問題並作出一些解答，但它們沒這麼做。它們滅*了。**，我們人類至少有希望可以提前探測到威脅地球的小行星並使其轉向。因此，我們已經具有了恐龍所不具備的力量。雖然作為事後諸葛亮這麼說有些不公平，但我們多少可以把恐龍的滅*與它們缺少理論物理學知識聯繫起來。
現在，你依然躺在沙灘上，雖然，那個關於死亡太陽的記憶還在你的腦中栩栩如生。老實說，你還沒有太多知識，夜空中閃爍的星辰與你自身的存在看上去毫無關聯。塵世間物種的生死對它們也毫無影響。看上去那些在外太空流逝的時間所作用的尺度遠不是你的身體所能感受。地球上一整個物種的存在時間在那些遙遠閃亮的天神眼中不過是彈指一瞬…… 三百年前，從古至今*出名同時也是*出色的科學家之一，那位發現萬有引力的英國物理學家、數學家艾薩克·牛頓，就以下述方式看待時間：他認為，有一種人類的時間，被我們感知，並以鐘表計量；還有一種上帝的時間，是瞬間而非流動的。人類時間這條無限長直線，向前也向後延伸到無窮，在牛頓的上帝眼中，卻隻是一個瞬間。他隻在眨眼之間就已看到一切。
當然，你不是上帝，你觀看星空時，你的朋友在一旁為你靜靜地斟酒，你卻因巨大的使命感而無所適從。所有這一切都太大、太遙遠、太怪異……從哪裡下手呢？你並不是理論物理學家……但你也從不輕言放棄。你有眼睛，也有好奇的大腦，所以你選擇從你能關注到的東西開始。
天空一片黑暗。
有星光閃耀。
在群星之中，你的裸眼可以感覺到一條黯淡的光帶泛著白色微光。
不管這些白光到底是些什麼，你知道這條光帶名叫銀河。它的寬度大概是滿月直徑的十倍大小。年輕時你就已多次看過銀河，近來它卻很少被你注意。你現在注視著它，感到它在夜空裡如此明顯，你的祖先們一定早就注意到了銀河的存在。你猜對了。不過想起來頗具諷刺意味，雖然經過幾百年來人們對銀河本質到底是什麼的爭辯之後，我們現在已經知道了答案——但現代的光污染卻讓我們在*大多數人類聚居之處無法看到銀河。
然而，從你所在的熱帶小島上看去，它真切地掛在空中，顯現著自己。隨著地球的自轉與時間的流逝，銀河由東向西移過天空，就像白天運行的太陽一樣。
未來人類的可能生存地或許就在其中，在那遠在地球天空之外的某處，這一想法在你的腦海中逐漸清晰，並深深根植心中難以擺脫。你聚精會神，想用肉眼看穿整個宇宙。終於，你還是搖了搖頭放棄了這個野心。你知道太陽、月亮，一些行星如金星、火星和木星，你看得見的那幾百顆恆星①，還有那條模模糊糊發著白色微光的灰塵般的銀河遠遠不是宇宙中的一切。宇宙中還隱藏著許多奧秘，無法看見，或許就在那些星星之間，等著我們去揭示……如果你能夠觀察一切，你會怎麼做？當然，你會從地球近處開始，然後……然後你會飛向遠方，越遠越好，然後呢……你的思維已無法想像！看起來不可思議，但你的意識的確開始離開你的身體，向上，朝著星空飛去。
看著小島以及躺在上面的自己的身體迅速向下離去，一種天旋地轉的感覺向你襲來。你的意識，如同靈魂出竅，正在向上和向東飄升。雖然你還不知道這一切怎麼可能發生，卻已經升到了比地球上*高峰還高的空中。一個帶著異乎尋常紅光的月亮進入你的視野，掛在遠處的地平線上，在你還來不及想好該如何描述這件奇事的片刻之中，你的意識就已經朝著月亮飛去。你發現自己已經飛離了地球大氣層，飛行在位於我們所居住的行星和它**的自然衛星之間的三十八萬公裡虛空之中。從地球之外看去，月亮如同太陽一般發著白光。
你的知識之旅開始了。
在你之前，隻有十幾位人類成員到達月球，現在你虛幻的身子也成為他們中的一員，與他們一樣行走在月球表面。地球早已消失在月球的地平線下。你的意識帶著你進入了所謂的“黑暗面”，那個從未朝向過地球的一面。月球上沒有藍天，也沒有風，在月球上你能看到的星星比在地球上任何一個地方看到的都多得多，而且它們還不閃爍。所有這一切都是因為月球上沒有大氣層。
在月球，地面之上一毫米就是太空了。遍布月球表面的傷痕從未被氣候的變化抹平。到處都是隕石坑，都是那貧瘠的土地遭受撞擊的冰凍記憶。
當你準備走向月球朝向地球的那一面時，月球的歷史猛地湧入你渴求的大腦，你看著腳下的月球大地，目瞪口獃。
這是一種什麼樣的暴力！大概四十億年前，我們年輕的行星與另一顆行星撞在一起，後者大概有火星那麼大，這次撞擊從地球上扯了一塊物質下來，被帶入太空。在隨後的幾億年時間裡，所有那次撞擊產生的碎片聚到一起，形成了一個球體繞著地球運行。等這一切塵埃落定之時，就是你現在置身其上的月球的誕生之日。
如果這次撞擊發生在**，其劇烈程度足以將地球上的一切生命抹去。而當時，我們的地球上還是一片荒蕪，沒有生命。有趣的是，如果沒有這次災難性的踫撞，我們就不會有月亮照亮我們的夜晚，沒有潮汐變化，而地球上可能也不會出現如我們現在所熟悉的生命形式。當那顆藍色的地球躍過月平線，出現在你眼前時，你意識到這場***的災難事件所帶來的創生與破壞一樣偉大。
從這裡看出去，你所居住的行星，大小大概有在地球上看月亮時的四個月亮之大，它像是漂浮在有著星光閃爍的黑暗背景之上的一顆藍色珍珠。
從太空中觀看我們所在的世界是一種讓自己謙遜的方式，現在如此，將來也一定會如此。
你繼續在月球漫步，看著地球在月球的天空中升起，雖然一切看起來都寧靜安全，你還是知道自己沒有被這種表面的平靜所蒙蔽。在這裡，時間又有了另一層含義，地質年代中以往和現在的宙（地質年代中*大的年代單位）中發生的一切都被完好保存，宇宙中的暴力無時不在。傷痕累累的月球表面那些隕石坑就是這些暴力的*好提醒。在漫長的時間裡，那些漂浮在太空裡數十萬計的大山般的巨石不停地擊打著月球。它們也同樣擊打地球——隻是地球上的傷痕已經愈合，因為我們的世界有生命，用不停變化著的土壤將自己的過往深深掩蓋。
盡管如此，你忽然意識到，在這個殘酷的宇宙裡，盡管地球有著自愈的能力，但依然如此脆弱，幾乎毫無防衛…… 幾乎沒有。
不是**沒有。因為它有我們。有你。
那種創造了月球的撞擊大體來說隻會發生在過去。因為**已經不再有大的行星到處亂跑來威脅我們的世界，隻剩下一些小行星和彗星了——而且月亮也承擔了一部分從這些威脅中保護我們的責任。然而，還是處處都有危機潛伏，當你注視著掛在黑暗天幕中的藍色地球時，一團明亮的光球在你身後突然升起，提醒你未來地球的命運。
這個東西是一顆恆星，是我們所居住的行星附近*亮*狂暴的天體。
我們稱它為太陽。
它距離我們居住的世界一億五千萬公裡。
它是我們所用一切能量的來源。
這盞非凡的天體燈泡所發出的強光讓你目眩神迷，你發現自己已飛離月球，向著我們自己的恆星飛去，去探尋它的秘密。
第3章太陽如果人類能夠以某種方式收獲太陽在一秒鐘內輻射出的所有能量，它就足以滿足我們全世界五億年的能量需求。
你已離我們的恆星越來越近，意識到現在的太陽比你在五十億年後看到的小很多，那時的太陽已瀕臨死亡。然而，即便如此，現在的它依然很大。直觀地說，如果把太陽縮小到一隻大西瓜那麼大，我們的小小地球將會處於四十三米之外，而且你需要放大鏡纔能看到它。
你已經飛到了離太陽表面幾千英裡的高處。在你身後，地球已成為一個小小的亮點，隱藏於一片星光背景之中。在你前面，太陽占據了一半天空。到處都是等離子體氣泡的噴發。幾十億噸紅熱的物質就在你的眼前爆發，看上去就像被太陽磁場打開的隨機圓環，穿過你幽靈般的身體。即使以*苛刻的標準來看，這也是一種無與倫比的景像，看著這種巨大的能量，你不解是什麼讓太陽這麼獨特，與地球**不同。恆星怎麼會成為恆星的呢？這些能量從何而來？而這樣一個龐然大物又怎麼會有死去的**？為了回答這些問題，你飛向*險惡的地方：日核，太陽的心髒，太陽表面之下約五十萬公裡的深處。對比一下，地核大約隻有六千五百公裡深。
你頭朝下躍入這個明亮的火爐，還記得我們所呼吸、看見、觸摸或檢測到的，甚至構成你自己真正身體的所有物質，都由原子構成。原子是建造一切物質的基本構件。你可以把它們看成是你所在環境的樂高積木。與樂高積木不同的是，原子的形狀不是長方體。它們主要呈球形，具有一個緊密的球狀原子核和一些微小的電子在遠處高速旋轉。與樂高相同的是我們可以依據原子的大小將它們分類。它們中*小的一個被稱為氫原子。第二小的被稱為氦原子。這兩種原子加在一起構成了已知宇宙的百分之九十八的物質。的確很多。但與以前比，這個比例現在已經變小了，大概一百三十八億年前，這兩種原子幾乎構成了宇宙中所有的已知物質。**我們可以看到的除了氫與氦之外的原子還包括氮原子、碳原子、氧原子或銀原子等。它們顯然是後來纔出現的。這個過程是什麼樣的呢？你要去尋求答案。
隨著你在太陽中越潛越深，溫度變得越來越高，熱得難以想像。當你來到日核時，溫度大概是一千六百萬攝氏度，甚至*高。到處都有足夠多的氫原子，雖然它們都已被周圍的高能量剝光：它們的電子已經被松開，隻留下孤獨的原子核。這兒的壓力**高，原子核們被整個恆星加於自己核心的重量壓迫著幾乎無法動彈。這還不夠，它們還被迫彼此融合，變成一個*大的原子核。這一切就活生生地在你眼前發生：熱核聚變，一個用較小的原子核產生較大的原子核的過程。

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