宇宙的第一縷光

1  越過地平線的光——人類翻越知識(shí)地平線的歷史 ............ 001
黎明之下，升起的是我們，而非太陽。科學(xué)是如此顛覆我們的視角，引導(dǎo)我們?nèi)ソ視阅切┩x大眾常識(shí)的真相。
2  旅伴——巨人肩膀上的巨人 ........................................ 007
在這場(chǎng)試圖尋覓甚至超越知識(shí)的極限的旅行中，我們需要明白帶什么上路，而誰又將與我們同行。
3  宇宙法則——力、時(shí)空和質(zhì)能在此統(tǒng)一 ........................ 011
簡短，并不意味著簡單。它揭露了許多曾被古代思想家們所忽視，但卻對(duì)描述我們的宇宙有著非凡意義的驚人特性。
4  認(rèn)識(shí)無知——科學(xué)的極限 ........................................... 019
一種科學(xué)理論，無論多么重要多么具有說服力，都可能被區(qū)區(qū)一個(gè)實(shí)驗(yàn)所駁倒，許多科學(xué)家都經(jīng)歷過此，包括愛因斯坦。
5  房間里的大象——遺留問題和科學(xué)革命 ........................ 025
科學(xué)，比想象中更為頻繁地借助于基礎(chǔ)卻難以理解的假設(shè)，而人們總是刻意地忽視其中某個(gè)嚴(yán)重的問題，并總想著早晚會(huì)有人來解決它。
6  要有光？——宇宙學(xué)說的演變 ..................................... 032
正是科學(xué)的飛速進(jìn)展，讓我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，我們?cè)趯ふ抑R(shí)之鑰的途中所依賴的路燈，點(diǎn)亮的不過是宇宙的一小部分。
7  空間——扭曲的直角坐標(biāo)系 ........................................ 039
至今絕大部分人依然和牛頓一樣，相信這世上的時(shí)間和空間從零開始一路自由延伸至無窮，仿佛打開時(shí)空的導(dǎo)航儀便可以直奔大爆炸，跟乘坐飛機(jī)去旅行一樣，輕而易舉。
8  地獄十分鐘——大爆炸后的瘋狂十分鐘 ........................ 046
我們要避免將宇宙的誕生，看作是太空中某個(gè)遙遠(yuǎn)未知點(diǎn)上所綻放的盛大煙火，而我們也絕非像觀看電影那樣在對(duì)它進(jìn)行觀測(cè)。
9  曾未有光——不透明的宇宙 ........................................ 059
在曾經(jīng)的某個(gè)瞬間，宇宙可能是不透明的，或者更恰當(dāng)?shù)卣f，它被一層光霧所籠罩，也就是說，這世上是沒有光的。
10  宇宙的縷光——蹺蹺板上的恒星 ........................... 063
恒星的一生，維持著引力和與之抗衡、產(chǎn)生大量能量的核聚變反應(yīng)之間的微妙平衡。失衡死亡，爆炸誕生。它就像搖滾演唱會(huì)里觀眾陸續(xù)亮起的手機(jī)和打火機(jī)那樣，點(diǎn)亮了宇宙。
11  特別的恒星——我們的太陽 ........................................ 068
太陽和太陽系的故事開始于約 45 億年前，迄今為止，太陽轉(zhuǎn)換了約等于地球質(zhì)量 100 倍的能量，這一驚人數(shù)字也相當(dāng)于太陽自身質(zhì)量的 0.03%。
12  太陽系的曙光——從原行星星云到太陽系 ..................... 073
我們似乎總是難以抑制地將這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的太陽系認(rèn)定為與眾不同，并相信它和宇宙的其余部分一樣，是為了我們才從混沌中演化出此刻的秩序。
13  地球與氣候——在宇宙間走鋼絲 .................................. 080
我們的存在，依賴于自然演變的時(shí)間節(jié)奏緩慢，但人類對(duì)氣候造成的影響，卻將這一切無限加速了。
14  生命的曙光——自發(fā)還是外來？ .................................. 084
我們從哪里來？盡管科學(xué)家和哲學(xué)家們嘗試以多種方式提供了五花八門的答案，但從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)角度上說，我們并未取得顯著的進(jìn)步。
15  星際移民——星系間的生命遷移 .................................. 091
生命，可能并不需要通過如巖石般巨大的飛船進(jìn)行星際移動(dòng)；外星人，也可能只是某種自古與我們共存的特殊生物形態(tài)。
16  其他太陽，其他世界——銀河系外的行星 ..................... 100
我們?cè)僖矝]有理由將地球視作一顆典型行星了，因?yàn)樵谟^測(cè)了成千上萬個(gè)案例后，我們發(fā)現(xiàn)，許多行星都具有自己鮮明的特色。
17  他們?cè)谀睦?mdash;—零或無窮的外星人 .............................. 110
外星人可能已經(jīng)數(shù)次造訪過地球，但如果這可能性真的如此之高，那為什么我們一直無法驗(yàn)證外星生物的存在？
18  宇宙的黑暗面——那些不發(fā)光的存在 ........................... 114
宇宙的大部分竟然暗黑且無法洞察，但如果想想在夜班飛機(jī)上看到的景色，就會(huì)明白這件事并不奇特。因?yàn)槲覀兯鼙鎰e的，只有光所點(diǎn)亮的那部分。
19  宇宙結(jié)構(gòu)——規(guī)范宇宙的力 ........................................ 122
盡管基本力的強(qiáng)度和覆蓋范圍天差地別，但正是歸功于它們，物質(zhì)才能井然有序地分布于宇宙的各個(gè)尺度。
20  黑洞——引力主宰 ..................................................... 128
當(dāng)天體質(zhì)量足夠大，極其微弱的引力將表現(xiàn)出與其不匹配的貪婪，支配著任何試圖反抗它的因素。此刻，引力才展現(xiàn)出它那不可戰(zhàn)勝的強(qiáng)大，甚至連光都無法逃脫。
21  新天文學(xué)——捕獲引力波 ........................................... 138
引力波幫助我們觀測(cè)宇宙中以黑洞和中子星為主的黑暗部分，并使我們有機(jī)會(huì)深入研究各種僅持續(xù)幾秒或幾分鐘的現(xiàn)象，這為天文學(xué)翻開了一個(gè)全新篇章。
22  接近無限大——宇宙的尺寸 ........................................ 150
可觀測(cè)宇宙的半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于宇宙年齡和光速的乘積。從人類尺度出發(fā)，以米作單位，需要經(jīng)過 27 個(gè)數(shù)量級(jí)單位，才能轉(zhuǎn)換至人類可抵達(dá)的距離。
23  接近無限小——原子和亞原子的微觀世界 ..................... 155
這是一個(gè)肉眼無法看見的、由量子力學(xué)所統(tǒng)治的世界，我們只能通過粒子加速器觀測(cè)。大部分發(fā)現(xiàn)都真正意義上讓人驚喜，而每一次，我們都以為探索到了盡頭。
24  大科學(xué)——無法預(yù)見的發(fā)明發(fā)現(xiàn) .................................. 165
科學(xué)，和所有其他文化形式一樣，是社會(huì)在其組成人數(shù)達(dá)到某個(gè)臨界值后所發(fā)展出來的活動(dòng)。它與日常生存無關(guān)，但從長遠(yuǎn)來看，卻提供了乍看之下并不明顯的好處。
25  宇宙實(shí)驗(yàn)室——來自宇宙的信使 .................................. 174
我們可以將宇宙看作一個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)室：在這里，物質(zhì)和能量，以在地球上無法企及的時(shí)間、空間及能量尺度，持續(xù)進(jìn)行著形色各異的實(shí)驗(yàn)。
26  一顆特別的粒子——粒子量杯 ..................................... 179
希格斯場(chǎng)就像一個(gè)玻璃杯，可以倒進(jìn)不同數(shù)量的液體，杯中液體的高度，也就是不同粒子的質(zhì)量，都是觀測(cè)數(shù)據(jù)（形成于宇宙誕生的初時(shí)刻），且理論無法預(yù)測(cè)。
27  反物質(zhì)——神秘的消失 ............................................... 183
一顆能量為負(fù)的粒子并不是那么容易被人們所接受，而且這樣一顆粒子將無法遏制地喪失正能量。它竟然是熵減的，相當(dāng)于一顆在時(shí)間上倒退的粒子。
28  搜尋太空反物質(zhì)——前沿科學(xué) ..................................... 190
正如卡爾 · 薩根所言：“非凡的結(jié)論需要佐以非凡的證據(jù)。”這就是為什么，接下來您所看到的這些事件尚未在任何科學(xué)期刊上發(fā)表。
29  新的地球，新的曙光——在火星上度過余生 ................. 199
今天，富可敵國的私人企業(yè)家參與進(jìn)空間探測(cè)領(lǐng)域，他們渴望將自己依賴新興經(jīng)濟(jì)的全球企業(yè)所積累的財(cái)富，投入到太空探索中去。傳奇的 SpaceX 創(chuàng)始人埃隆 · 馬斯克的目標(biāo)很明確，那就是在火星上度過余生。
30  航空曙光——從飛機(jī)到太空飛機(jī) .................................. 217
位于美國加利福尼亞州莫哈韋沙漠的航天發(fā)射中心，一個(gè)航天學(xué)界的傳奇之地。在這里，在這些位于機(jī)場(chǎng)跑道附近的小房子里，誕生了許多航天界前沿的創(chuàng)新。
31  相鄰星球的曙光——沖出太陽系 .................................. 224
我們真正應(yīng)該改變的是離開的方法，畢竟，能夠?qū)⑽矬w加速至與光速相近的，就是光本身！
32  衛(wèi)星越來越多，越來越小——小衛(wèi)星風(fēng)潮 ..................... 230
近 20 年，科技在電子元件小型化和節(jié)能化方面顯著進(jìn)步。每個(gè)人口袋里都攜帶著的手機(jī)，就和一顆衛(wèi)星相差無幾，一切功能都被集中在了這小巧的體積上。
33  未來的曙光——去向何方 ........................................... 239
我們認(rèn)識(shí)到，宇宙和它那無限的空間其實(shí)并不奇特：或許真正怪異的，是有意識(shí)對(duì)它們進(jìn)行觀測(cè)的——我們。
 鳴謝 ..................................................................... 249