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宇宙中最不可理解的事情,就是宇宙是可以被理解的

我们今天所有的天文知识,正是来自于我们投向夜空的一瞥。智慧果一旦吃下,知识的雪球便越滚越大,积累的速度也越来越快。站在现在的宇宙这个点,我们已经能够描述从138亿年前已证实的“大爆炸”开始,到1060亿年后可能的“大坍缩”为止的“宇宙全史”。

《宇宙之美:从大爆炸到大坍缩,跨越200亿年的宇宙编年史》(以下简称《宇宙之美》)以时间为序列出200个主题,从已证实的宇宙起源(大爆炸)直至宇宙可能的结局(大坍缩),全面梳理了宇宙的历史。该书由法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心专家权威撰写,每个主题均运用高度简练的话语呈现每一次思想碰撞或重大发现,配以一副色彩绚丽、引人遐想的图片。由欧洲核子研究中心(CERN)、欧洲空间局(ESA)、美国国家航空航天局(NASA)、德国马克斯普朗克学会、欧洲南方天文台(ESO)、哈勃望远镜精选计划等供图,全四色200余大画幅高清图片,铜版纸印刷。本书真可谓是一场科学与艺术结合的天文学盛宴。

这是一部宇宙全史

仰望星空,几乎是我们每个地球人的本能。在晴朗的夜晚,一轮皎洁的明月就足以吸引我们全部的注意力……古往今来的人,无一例外都有同样的体验吧。对于从小长在现代城市里的我,直到成人后的一次祖国西部之旅,才第一次见识到真正的星空,千万颗星星向你眨着眼,那是人生中无与伦比的震撼。星空并不像城市里看到的那样沉寂静默,而是密密麻麻,异常喧闹,让人余生只愿在这样的天空下度过。我们今天所有的天文知识,正是来自于我们投向夜空的一瞥。智慧果一旦吃下,知识的雪球便越滚越大,积累的速度也越来越快。站在现在的宇宙这个点,我们已经能够描述从138亿年前已证实的“大爆炸”开始,到1060亿年后可能的“大坍缩”为止的“宇宙全史”。

《宇宙之美》正是这样一部集合人类已知宇宙知识的野心之作。这本书按照宇宙演化的时间顺序编排,选取了200个里程碑来讲述这一宏大的宇宙生命乐章。我们知道,人类对于宇宙的认识,是先从离我们最近的世界里上演的天文现象开始的。在四大古文明时期,就已经有对于太阳系五大行星的观测与记录了。到中世纪,我们还在为地球中心论和太阳中心论争执不已,并有许多科学前驱为此付出过生命。直到20世纪,人类才第一次冲破地球引力,真正登上了另外一个天体,并从宇宙中回望自己的家园。虽然万有引力的发现和相对论的提出,让我们可以回答诸如宇宙起源和宇宙消亡的问题,但构成宇宙物质四分之三的暗物质,对我们来说仍然神秘。我非常喜欢爱因斯坦的一句话,他说,“宇宙中最不可理解的事情,就是宇宙是可以被理解的”。跨越上百亿年、横亘上千亿光年的故事,是我们人类在这个浩瀚宇宙中微不足道的一隅,用短短几千年的时间发现并谱写的。《宇宙之美》的内容蔚为大观,完美呈现了我们的宇宙全史,再现了这一热血澎湃的发现之旅,读之依然令人大开眼界,激动不已!

人类所处的宇宙在沿超星系赤道平面上某一片段的图像,其中橙黄色线条标示出星系移向拉尼亚凯亚引力“吸引槽”的轨迹。图中橙黄点即为本超星系团上的一个个显示。本超星系团边界之外的移动显示(蓝色线条标示)汇入相邻的超星系团(如上方的沙普利[Shapley]超星系团和后发座超星系团)的吸引槽

宇宙认识与认识宇宙

本书的独特之处在于,它以我们现在已知(或推测)的某一天文事件的实际发生时间,而非按照人类认识宇宙的时间线编写而成。在书的下方有两个时间轴,表示了为以大爆炸为起点纪年的事件日期和以公历纪元的事件日期。

本书的前半部分——“宇宙初期”“太阳系的诞生”“现在的宇宙”三章,讲述的是人类出现之前宇宙的模样。而本书编排的妙处,在于讲述一个主题的时候,会告诉你发现这个主题的相关人物与故事。你会知道我们对于宇宙的认识,是如何一点一滴积累起来的。

138亿年前,也就是所有故事的开端,是我们现在耳熟的“大爆炸”,它的理论基于爱因斯坦于1915年提出的广义相对论和哈勃在1929年观测到的星系退行现象。而首次提出“大爆炸”(Big Bang)这个词的却是一位态宇宙模型的支持者天体物理学家弗雷德 · 霍伊尔,他绝没有想到自己发明的这个词进而汇成为天文词汇中的“明星”。(见P14)

在大爆炸50亿年后,银河系开始形成,这让我们与一位传奇天文学家威廉·赫歇尔见面了。他不仅是天王星的发现者,更因为出众的制作望远镜的能力,证明可银河系从侧面观察时就像一个由恒星构成的圆盘。银河在西方叫作milky way,这个名字上就可以看出,在这之前,我们一直把银河看成一条带子;从这以后,我们知道,银河这个方向上其实是银河系恒星更密集的地方。(见P64)

不仅人类自身的历史充满了偶然与冲突,就是宇宙自身也是如此。假如1.6亿年前,小行星带没有发生相撞,从而形成巴普提斯蒂娜族(Baptistina family)行星,那么今天不会有人类,甚至也不会有月球!2007年,科学家通过计算机模拟技术成功重建了巴普提斯蒂娜族小行星的运动路径。他们据此证明了该家族中的两个成员是两个著名陨石坑的“罪魁祸首”:一个撞击了月球,另一个则撞击了地球,并造成了恐龙的灭绝!(见P122)

本书的后半部分——“古代天文研究”“近代天文研究”“现代天文研究”三章,讲述了古今中外对于天文学的探索。这一段非常巧妙地编入了古希腊、中国、阿拉伯、玛雅、伊斯兰、近代欧洲等文明对于天文学的各自贡献,你可以领略人类认识宇宙的回肠荡气的曲折故事。

1901 年,安提基特拉机械在基特拉岛和克里特岛间的一艘沉船中被发现,直到2005年的一个世纪后,通过拍摄的X 线照片,才知道这个小型青铜机械由100 多个零件组装而成,其中含30 多个齿轮传动装置。原来这台机械可用于计算太阳和月球的运动,还可预测交食现象、行星运动、公历和奥运会日期。它真是古希腊科技的一个绝佳缩影!(见P212)

完成于7 世纪中叶的敦煌星图,是目前世界上已知的最早星空图。中国的星空是皇权社会的真实写照,是对中国古代天文学很中肯的评语。但我们的天文学记录对于科学家来说也是巨大的宝藏,因为古代的天文学家曾非常忠实地用文字记录下了彗星经过、超新星爆发等各种不同的天文现象。(见P220)

更令我们叹为观止的是位于印度西北部的斋普尔的简塔 · 曼塔(Jantar Mantar)天文台,此天文台修建于1728年,配有全套星象观测的石制天文仪器,体量宏大。该天文台由印度王公杰伊 · 辛格二世主持,他还曾用梵语翻译欧几里得、托勒密、约翰 · 弗拉姆斯蒂德和牛顿的著作以及乌鲁伯格的星表。(见P276)

最后的一章“未来的宇宙”则展望了我们派出的空间探测器的未来历程,并预告了宇宙的最终命运。

天体物理学的诞生、宇航学的助力,无疑是了解宇宙的绝佳武器。“天体粒子物理学”是一门诞生在21世纪的新学科,结合了粒子物理学、天体物理学和宇宙学。极大(天体物理学研究宇宙大尺度结构和大爆炸之后的宇宙演化)与极小(粒子物理学的研究对象是小尺度物质结构和粒子间相互作用的基本规律),看似矛盾却可统一(宇宙学则用来检验早期宇宙是无穷小的理论),这是宇宙的奇妙。(P350)

当带着人类信息的旅行者2 号飞到天空中最亮的星星天狼星附近时,旅行者1 号已经飞行了4 万年,此时时钟指向公元296 000年;地球上生命的终结将发生在12亿年后,希望这个时候人类早已殖民银河系;40亿年后,银河系和仙女座大星云将发生大碰(融)撞(合),最终将演变成一个庞大的椭圆星系;77.6亿年后,太阳将演化成白矮星;然而就算人类走得再远,也会迎来宇宙终结的一天,大爆炸1200 亿年后,宇宙在暗能量引力和万有引力的双重作用下发生大坍缩(Big Crunch)。大坍缩是大爆炸的逆向运动,从形式上来说,一切很完美。

敦煌星图里的北极星图,1900 年中国丝绸之路上一寺院中发掘的宇宙地图。该图为所有文明中已知的最早星空图,完成于7 世纪中叶。

科学与人文的完美结合

就像我们抬头望向天空,被云诡波谲的天空深深吸引,运用哈勃、斯皮策等空间望远镜看向宇宙身处的科学家,也时时被天地大美震撼着,没有哪一位人类的艺术家可以创造出这一没到窒息的图景,他们感慨道。

本书在选材上也非常宽泛,并非只局限于科学领域。可以想见,人类的进程是各种思想交汇影响的。如古希腊时期先贤泰勒斯,他以精准地预测了公元前585 年5月28日发生的日食,并测量出埃及金字塔的高度而青史留名(不仅是哲学史,还有天文学史)。(见P186)“宇宙岛”这个概念的雏形来自于著名哲学家康德,他设想了一个存在多个星云的宇宙,而星云是与太阳所在的恒星集团相似的天体系统。他还明确指出这些天体系统从正面看呈圆形,从侧面看呈椭圆形。康德所处的18世纪,人类已经可以使用望远镜观测到星云这种圆盘状天体。这种把宇宙比喻成海洋,而把星系比作岛屿的说法,在今天看来很形象,也仍然不失其准确性。(见P64)

除了西方哲学家的身影,本书还关注了东方的智者。佛教中缘起、性空、无常的概念与2500年后的量子力学中的部分概念惊人地相似,因为在量子力学中,粒子不能被看作拥有速度、位置等确定属性的实体,但两个相互作用的粒子不管相隔多远,始终互相关联,因为它们都是整体的一部分。(见P192)在天文学的发展历史上,也少不了女性科学家的身影。本书介绍了天文学领域的女性第一人——亚历山大的希帕提娅(Hypatia)的故事,她是著名的女性科学家、数学家、天文学家,因参与调整星盘闻名,后被狂热的基督徒用石块砸死,遂成为支持实证主义、科学和女权主义的女英雄。(P218)天文学的发展似乎也离不开科幻小说的推波助澜,《从地球到月球》奠定了凡尔纳预言小说大师无可争议的地位,同时却出乎意料地预测了美国的探月计划,尤其是阿波罗8号的绕月飞行任务。(见P298)

最后的最后,在黑洞和其他所有由核子构成的天体消失后,宇宙的温度将接近绝对零度,变成一片虚无,只剩下逐渐失去活力的光子。那时连时间也失去了意义。可面对这样的宇宙,作者仍然联想起一副由瓦西里 · 康定斯基(Wassily Kandinsky)创作于1907年的画作《运动1号》(Movement 1)。让我们跟着科学家的眼睛,试图理解这古今一体吧(见P411)。

未来,宇宙中可能只剩下光子。这些光子太过沉寂而无法进行反应。这让人联想起瓦西里 · 康定斯基(Wassily Kandinsky)的画作《运动1 号》(Movement 1)。这幅画创作于1907 年,在莫斯科的一家画廊里展出多年。

走向未来

谜一样的宇宙,是我们诞生的家园,但和我们每一个生命体一样,也会走向终结。读这本书,就像沿着时间行走,一路上看到过令人惊愕的绚烂星空奇景,认识了揭开宇宙神秘面纱甚至献出生命的科学家,编览世界各地人类探索广袤星空留下的伟大遗迹,并欣赏到艺术家创作的宇宙幻想作品。

读完本书,我们不仅可以回答一些天文学上的问题了:比如,星系的颜色从哪里来?我们一定要担心宇宙射线吗?太阳将所归何处?存在其他的宇宙吗?为什么只有我们的宇宙演进化出了智慧生命?同时,更能深深体味到天文学之美、宇宙之美,以及科学之美、艺术之美,我们身为人之美。站在宇宙的尺度来重新思考人生的定位,或者也是我们迷恋天文学的一个原因吧。

而对于科学家来说,寻找宜居的系外行星也是一个梦想,毕竟我们的征途是星辰大海。人类天性中就渴望了解未知,对外界世界的探索也塑造了我们自身。前不久最新的消息传来,人类又在木星新发现了12颗卫星,仅仅在太阳系还有很多未知等待我们去发现。希望这本书成为更多朋友探寻未知,激发自己好奇心的起点。就像本书引用的帕斯卡《思想录》中的一句话,它将永远激励着我们前行(见P262):

人只是一根芦苇……一根会思考的芦苇。用不着宇宙全副武装将其粉碎;一股浪、一口气、一滴水都足以使其灭亡。然即便宇宙使人灭亡,人类仍比杀死他们的宇宙更高贵,因为他们知道自己要死亡,也知道宇宙相比他们的优势,而宇宙对此却一无所知。
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