【历史学课】20180407 解读：《极简宇宙史》

作者介绍

克里斯托弗·加尔法德（Christophe Galfard）《极简宇宙史》作者，剑桥大学理论物理学博士，史蒂芬·霍金的亲传弟子，于2000—2006年师从霍金，从事有关黑洞信息悖论的研究。与史蒂芬·霍金及其女儿合著有儿童文学作品《乔治开启宇宙的秘密钥匙》，在全球45个国家出版发行。目前，加尔法德主要致力于向公众传播现代科学知识，并长期做客法国电视台和广播节目。

作品简介

我们的存在的确让太阳系与众不同。夏夜，你躺在沙滩上，仰望夜空。一颗小小的流星安静滑过，还来不及许愿，不可思议的事情发生了：你一下子穿越五十亿年，走进时光的旅行……霍金亲传弟子、物理学博士克里斯托弗·加尔法德带领我们踏上一场关于宇宙的过去、现在和未来的惊奇之旅。不需要图表和方程式，只需凭着奇诡的想象，我们就可走向衰亡的太阳表面，飞越遥远的星系，感受来自黑洞的死亡魅力……你可以轻松读懂时至今日的宇宙神奇，继续探究关于上帝的存在、时间的起源以及人类的未来。

作品序言

在开始之前，我想与你们分享两件事。第一个是承诺，第二个是愿望。我的承诺是，在这整本书中将只出现一个方程式。就是这个：E=mc2。而我的愿望是，在这本书里，我将不会放弃任何一个读者。在这本书里，你将会开启一个行程，去探访我们今天的科学所认识的宇宙。在我内心深处，我坚信我们每一个人都能看懂这些东西。那个旅程开始于一个离家很远的地方，世界的另外一边。

媒体评论

写给一无所知者的宇宙——银河的绚烂、万有引力的定律、相对论的奥秘，所有这些物理学、天体物理学的复杂定律对你而言将不再神秘，只因有作者生动活泼的讲解。从无限大的宇宙到无限小的世界，我们可以尽情去理解、去感受，特别是去憧憬我们居住的星系上永恒的诗意。——《观点》

可以说这是一部关于宇宙的公路电影，即在茫茫宇宙中的遨游，在宇宙理论世界中的漫步。这同样是一场关于如今解释宇宙两大理论——爱因斯坦的相对论和量子力学——的旅行，让我们用想象重新构造宇宙。

——《新发现》

核心内容

《极简宇宙史》原名《掌中宇宙》（The Universe in your Hand），这本书的中文版总共364页大约30万字左右。小编会用大约7000字转述书中精髓，再用1000字解读总结给各位亲！下面小编将为亲转述这本作者克里斯托弗·加尔法德是法国人，曾入读法国中央理工学院，之后到英国剑桥继续深造，于 2000-2006 年师从物理学巨擘斯蒂芬·霍金，获剑桥大学理论物理学博士学位。加尔法德从霍金身上学到的不只是学术，也包括科普的技艺，他目前主要从事科普工作，曾与霍金父女合著《乔治开启宇宙秘密的钥匙》，另出版科普童话《云间王子》三部曲（有中译本）。本书原为英文版，出版于 2015 年。

1.宇宙的童话

虽然中文名叫“极简宇宙史”，但比《时间简史》篇幅还大，算不上特别简短。本书的特色在于讲解上的浅易简单要胜过同类科普著作，作者声明，整本书中只用到一个科学公式：E=mc2，对这一公式的阐释也通俗易懂。但本书不仅涉及相对论和量子力学的基本知识，也介绍了当代宇宙学的若干前沿概念和理论，如黑洞蒸发、暴胀、弦理论等等。本书吸收了童话的写法，基本以第二人称“你”讲述（为方便在解读中用“我们”代替）。　　通过发生在读者身上的一系列上天入地，变大变小的冒险奇遇来阐述宇宙原理。虽然亲切易懂，但全书在不同知识点间跳跃，有些顾此失彼。在这场走马观花的宇宙旅行中，我们的印象也不免浮光掠影之弊。这或许也是浅易向的科普需要付出的代价。

2.一百三十亿光年:一次宇宙之旅 　　

一个夏夜，我们躺在沙滩上望着星空，不知道遥远的宇宙和自己有什么关系。忽然之间，我们仿佛穿越了五十亿年的时光，看到了太阳发生了爆炸，摧毁了渺小的地球。这让我们感到了宇宙所蕴含的力量，于是开始了一场虚拟的宇宙旅行。这场旅行当然首先从太阳系开始，加尔法德带我们潜入巨大的太阳五十万公里之深的内核，在这里初步介绍了太阳释放能量所依赖的核聚变反应。随后是对各大行星的迅速漫游，此后我们飞向了比邻星，那是一颗红矮星，和太阳很不一样，但仍然是以核聚变为基础的，事实上，这也是银河系三千亿颗恒星共同的能量反应基础。

在明白这一点之后，我们就可以很快掠过一条条星河，进入银河系怪异的中心。发现那里是一个巨大的黑洞。随后，我们飞升于银河系之上，看到十万光年的尺度上，四条气势磅礴的旋臂围绕着核心转动，太阳在其中只是微不足道的荧光。然而当我们望向别的方向，发现其他微弱的光晕其实也是星系。每一个星系中都有千亿颗的恒星和行星，其中有没有智慧生命至今还是一个谜……

我们继续往外飞去，发现银河系不过是一个巨大星系群的一员。而宇宙中还有无数这样的星系群，甚至更巨大的星系团和超星系团，银河系在其中又成了一点荧光。我们尽情探索着广大宇宙，直到大约一百三十亿光年外，光线越来越微弱，我们终于来到了一个光也穿不过的地方，这是一堵不透明的时空之墙，被称为“临界最后散射面”。在困惑中，我们又回到了当初的沙滩上，结束了这一次宇宙漫游。通过这一次简略的宇宙之旅，加尔法德让读者对宇宙的大小和结构有了一个初步的印象，在接下去的篇章中，他开始更详细地向我们讲解这一系列现象背后的秘密。

3.理解“外部空间” 　

人类对宇宙的理解从引力开始。加尔法德幽默地说，只要不想死的人就绝不会从楼顶或悬崖跳下去，因为他们直观地理解引力。牛顿力学是对引力的系统化数学把握，从而揭开了宇宙奥秘的一角。不过，只有到了爱因斯坦，才深刻地理解了引力本质上不是一种力，而是质量导致时空“弯曲”的结果。因此，宇宙并非空旷的空间，而拥有一种时空弯曲的构造。因为物质运动会导致时空构造的变化，所以宇宙拥有其演化的历史。所谓“宇宙学”从此应运而生。

理解宇宙的另一把钥匙是光。光以每秒三十万公里的高速运动，虽然快得不可思议，但跨越广袤的空间仍然需要显著的时间。譬如，我们所看到的太阳就是八分钟之前的太阳。所看到的星星，更可能是数年前甚至数百年前的了。因此，我们在第一部分中看到的宇宙，并不是一个同时存在的恒定世界，而是从地球上观察到的、不同时空的切片。

因为不同原子会吸收不同波长的光造成不同的光谱，所以科学家可以利用遥远的星光去研究恒星的元素构成。但奇特的是，遥远星系的光谱会与地球上的略有不同，而稍微偏向红色的一端，而且星系越远，其偏离就越显著。科学家发现，这是因为空间自身的膨胀，导致光的波长变长，从而出现这样的“红移”效果。所以，实际上四面八方的其他星系，都在离地球而去。当然，宇宙不可能以地球为中心，空间的膨胀定然发生在其各个角落。这意味着宇宙在过去比现在要小，而且越往前越小。

逻辑的结论是，在过去的某一时刻之前，宇宙是一个没有时间也没有空间的点，然后在每一点上都发生了“大爆炸”，才造成了今天的宇宙。然而，证据何在呢？加尔法德将我们引回到“临界最后散射面”的问题。原来在宇宙某一阶段之前，物质是如此稠密，以至于光无法长距离散射就会被吸收，这就是我们所看到的时空之墙。当宇宙进一步扩大，变得透明之后，其中的光才散射出来，成为一种背景辐射，由于宇宙的极度膨胀，那些光已经成为了微波，也即是“微波背景辐射”。

微波背景辐射的发现打开了通向宇宙诞生之谜的大门，我们可能渴盼立刻去了解宇宙开端的奥秘，但是加尔法德提醒道，在此之前，还需要了解关于宇宙的许多基础知识，才可能进入那神秘的领域。

4.光速到底有多快 　

在这一部分，加尔法德主要通过一次虚拟的光速飞行来阐释狭义相对论中的“钟慢”和“尺缩”效应。我们乘坐近乎光速的飞船去游览其他星球，几小时后当返回地球时才发现整个地球已面目全非。原来时光竟已经过去了四百年。因为当我们以光速运动时，体验到的时间流逝也会比旁人快很多（当然，从旁人的角度来看，是我们的时间流逝变慢了）。与此同时，正前方的距离也会缩短很多。另一个显著效应是，我们会变得越来越重，即质量越来越大。

关于这些奇特效应，加尔法德解释道，这是因为，一切实体都不可能超越光速。当我们在自己的时空中以几小时跨越几百光年时，速度并没有变成每小时一百光年，而因为距离变短了，几百光年也不过变成了几光时，所以仍然可以维持光速不变。同时，因为我们已经接近光速，这就使得进一步加速到光速变得越来越困难，从而无法打破光速的不可超越性。如果要加速到光速，我们的质量就需要是无穷大了。唯有本身没有质量的光子能够轻松以光速运动，对它来说，时间停止了。

加尔法德补充道，试图通过光速旅行来实现长生不老是不可能的。因为我们感觉到的时间仍然是一样的。拿刚才的例子来讲，我们花了四百年去外星球再回来，但在自己看来，也不过是过去了几个小时而已，可没有享受四百年的人生。

5.跃入量子世界 　

在本部分中，我们缩小后潜入量子世界来讨论宇宙的微观构成。将一块金子不断切割，最后得到的可以称为金子的最小实体就是金原子。对其他物质也是一样，那么原子又是由什么构成的呢？在此，加尔法德并没有像一般科普书那样直接讲质子、中子和电子等，而是以量子场的概念来统摄微观世界。

磁铁的吸引力就是一种基本的量子场，称为电磁场。电磁场产生了携带电磁力的虚光子，将磁铁和铁拉在一起。电磁场宛如无处不在的海洋，而电子和光子不过是海上的涟漪。事实上，一切物质都是量子场的海洋所构成的，都是场的一部分。在电磁场中，电子才可能借到能量，进行跃迁或产生量子隧穿效应。而任何两颗电子都是一模一样的，因为它们并不是独立的实体，只是场的表现。电子的场特性使之不可能在轨道上像微粒一样堆积，而必须进行有秩序的排列，其波状结构不可重叠，这被称为泡利不相容原理。因此物质之间才可能相互排斥，无法相互穿过。也因此才可能在原子间共享电子，形成了更大的分子结构，造成了世间万物。这一切都有赖于电磁场。

但在原子核的中心，起作用的是另一种场。几种夸克由携带强大力量的胶子的相互运动粘合起来，无法分离，形成了质子和中子。在这里存在的是“强相互作用场”。胶子甚至可以在质子和中子之间往来，将它们牢牢束缚住，保证了原子核的稳定存在。电磁场和强相互作用场赋予了世界以坚实的存在，但还有第三种场——“弱相互作用场”的存在，它能够释放一些粒子（W 及 Z 玻色子），让夸克之间发生转化，从而让质子和中子发生转化，令原子核破裂，这也就是放射性衰变的起源。本质上，我们在核弹和核电站中利用的就是这样的力量。

6.暴胀场：空间与时间的源头 　

加尔法德再次带领我们回到了宇宙空间中。我们看到在看似空旷的真空中，仍然不断有粒子产生和消失。原来，并没有真正的“真空”，真空就是遍布宇宙的量子场，它赋予具体的粒子以能量，让其独立存在，又会将其吞噬。在真空中存在上述提到的三种场以及引力场，这些场在极高的能量作用下可能融合起来。譬如高达一千万亿度的温度可以让电磁场和弱相互作用场融合为一。然而要融合其他的场以构建大统一理论，目前人类还达不到如此高的能量，其中蕴含着创世的秘密——宇宙大爆炸。

在具备这些基本的知识后，我们便跟随加尔法德前往时间的源头，再回到一百三十八亿年前，穿过临界最后散射面后，我们发现被稠密的粒子浓汤所包围，其中蕴含着此后构成宇宙万物的基本材料。再往前追溯，就到达了物质与反物质的碰撞，正是它们的湮灭产生了光子。再继续向前，温度上升到一亿亿度之后，强相互作用场消失了，被禁锢的夸克获得了自由，与它们的反身相互作用，变成了纯粹的能量……

最后，所有的能量都变成了一个场——“暴胀场”，是它让宇宙产生了最初的膨胀。然而再向前，当一切坍缩为一个时空点时，我们的一切知识都已经失效，这场旅行又难以为继了。似乎一切都走到了尽头，但加尔法德说，要探究宇宙最初的状态，我们还可以从引力与量子理论的结合入手。

7.引力理论 VS 量子理论

引力理论和量子理论各成体系，又难以弥合，老死不相往来，是我们难以探索时空之源的致命缺陷。因为如果引力可以用量子理论处理，微观时空会量子化，变成既是粒子又是波，但这显然是不存在的。为了更清楚地刻画这一点，加尔法德在这里花了一些篇幅讨论量子力学中的不确定性原理，以及其宏观效应“薛定谔的猫”，引出平行宇宙的概念，即每一次量子态叠加的坍塌，都会衍生出不同的宇宙。

随后我们再次回到爱因斯坦的宇宙，飞腾于银河系之上。这时有了一个奇怪的发现：银河系的恒星质量加起来，似乎不足以维持其稳定存在和运动，也就是说，在银河系中还有更多不可见的物质——“暗物质”，在起引力作用，这些暗物质在其他星系也普遍存在。同时宇宙还在加速膨胀，证明在宇宙中普遍潜伏着一种未知的能量——“暗能量”。暗物质与暗能量加起来占宇宙质能总量的 95%，而可见物质还不到 5%。

我们随即驰向黑洞，那里隐藏着和大爆炸之前类似的、物质无限密集的“奇点”，可能有着量子理论与引力理论结合的秘密。在靠近黑洞时，我们不慎进入了无法逃脱的黑洞中，我们落向奇点，被引力的潮汐撕得粉碎……然而忽然间，奇迹发生了，我们逃脱了黑洞的控制，重新回到黑洞视界之外。

这是为什么？因为组成我们的粒子本质上是发散于宇宙之中的波，这种发散并不受视界的控制，我们可能通过量子跃迁逃出黑洞。虽然表述得如同神话，但这却也是霍金所发现的黑洞蒸发现象。虽然天文学上的巨大黑洞蒸发的时间漫长无比，但是微观世界中普朗克长度的黑洞却可以极快蒸发。这也证明了在微观世界中结合引力和量子的理论可能。无论如何，这些探索为研究宇宙创生提供了基础。

8.迈向已知世界之外的第一步

随即发生的暴胀期则让宇宙空间以远远高于光速的速度膨胀开来（这并不违反光速不可超越原理，因为膨胀的是空间本身，而没有任何东西在空间中以超光速运动）。宇宙在各个方向上的微波背景辐射温度几乎一样，就证明了暴胀发生之快，以至于如今不可能再有相互作用的宇宙各区域仍然保留了一开始的某些共同特性。

但另外一方面，宇宙在奇点时期仍然有些量子起伏，这些波动也被暴胀之后的宇宙所冻结了，这体现在微波背景辐射上极其细微的差异——相差大约千分之一度。这些差异导致了物质密集程度的差异，才能够形成各个星系团、星系和恒星。从这个意义上说，宇宙的结构就是量子作用的产物。

暴胀也提示出，暗能量的存在可能就是暴胀场的遗留。并且暴胀可能在宇宙的某些区域还在继续发生。在已有的宇宙中出现一个新的宇宙，然后再出现一个新的宇宙……这种层层嵌套的结构可能无穷无尽，而我们的宇宙也许就被套在另一个宇宙里。

事实上，这种“外宇宙”的可能是我们的宇宙创生前存在的诸多可能之一。因为奇点也处于我们未能观测的量子态叠加中，所以我们的宇宙可能有各种各样的前历史，它们发生在我们宇宙之前的“虚时间”之中，这是霍金所提出的“无边界猜想”。

以上，我们在百亿光年的广漠宇宙中探索宇宙创生前微小的奇点时期的蛛丝马迹，然而另一方面，我们也在物质的最小单元中发现比宇宙更大的结构。当我们再次回到量子世界时，我们接近了最小的普朗克长度。这时发现了神秘的量子弦，原来，量子弦的振动构成了基本粒子。开放的弦是光子，而闭合的弦是引力。所以弦论可能提供了弥合引力和量子理论的一把钥匙。

更神奇的是，量子弦所振动的空间不是三维的，而是十维的，它们不同的振动方式有 10500种可能性，每一种皆对应一个宇宙。不同宇宙间可以通过闭合的引力弦相互作用，我们的宇宙只是更广袤时空中的一张薄膜而已。也许在不同膜的碰撞中，蕴含着宇宙诞生的真正秘密？我们的探索终于到了终极。

恍惚间，我们结束了在膜世界的漫游，又回到了原来的海滩，凝视着星空，发现它们幻化成了牛顿、爱因斯坦、薛定谔、霍金等等许多先哲的面容，正是一代代科学伟人揭示了这个宇宙的一个又一个奥秘，将人类的智慧与毅力写在群星之间。全书末尾的这段描写，或许是书中最动人的段落。好，这本书的精髓解读到这里就基本描述完毕，如果你对这本书内容感兴趣，不妨读读全书。我们身处智能时代，它是社会发展的大趋势，可能会造福人类，也可能会给人类造成各种各样的困难。不管怎样我们只能接受而无法拒绝，因为我们都一样生活在趋势的大潮中.......下面接入本书总结阶段......

解读总结

《极简宇宙史》的主人公——那个作者加尔法德设想中的读者，沉迷于宇宙之旅，身边人都觉得他疯狂。不过纵观人们对宇宙认识的历史，突破性的进步正是来源于一个个疯狂的念头：太阳系不是宇宙中心，地球不是太阳系中心，我们足下的地球是圆的，还有爱因斯坦的理论未被证实之前也颇多争议，以及颠覆想象的多重宇宙、弦理论。

理论物理不断发展，技术的进步提供了更多昔日无法证明的实验条件。谁又能断言今天我们深信不疑的观点不会在明日被推翻、被更迭？谁又知道下一个惊人的突破不是诞生于某个普通人疯狂的臆想中？被嘲笑的想象也可能在某天、某个角落石破天惊。作者加尔法德为我们指了一条路，带着基本的概念走近宇宙，其后却不做过多评判但凭读者诉说：大美无言，无尽的想象是每个人独有的星空。

如是观之，不难理解梵高创作的《星空》为何如此受到追捧，怪诞却旖旎的想象赋予了广阔天际无穷的可能。梵高感慨：“要是我笔下的人物看起来很美，那我倒要绝望了；我才不想让他们看起来仅仅达到学术上的正确。”爱因斯坦的话则更精辟也更显悖谬：“如果你们理解了我所要告诉你们的事情，那么显然我没有讲清楚。”科学和艺术的本质在天才眼中如出一辙。

想象你正搭载着机器猫的时光机，与无数星辰擦身而过，渐渐湮灭的小天体如钻石般闪耀，倾诉着黑洞的存在。而两个黑洞撞击在了一起，就像在橡胶膜上高速运动的铁球压出痕迹，巨大的能量造成时空扭曲，也震荡到你身边。这不是科幻小说，作为时间旅行者，你有幸见证了时下最炙手可热的“引力波”。

迄今为止，所有的宇宙学知识，专为文科生提供的知识。当我们阅读这本《极简宇宙史》后，我们可以做到：提到天体物理或者霍金的黑洞，不会立时大脑瘫痪，减少对辐射、核能的恐惧，理解爱因斯坦的相对论，明白时间旅行的前提条件，可以更加自信地看硬科幻如小说或电影作品，认识到生命的无常和独特，人生观可能有所改变……

毫无疑问，加尔法德的这部书，才是真正的宇宙科普。比看科幻小说更过瘾，因为都是基于真正的科学。比看魔幻小说还有趣，因为想象力很有代入感。相比之下我们国内讲宇宙学科普的，基本都是拼凑党。唯一遗憾的就是译者硬伤太多。好，这本书的其它精彩文字图片，均在文后的下方，欢迎您来互动阐述您的想法，我把这本书非常实用的细节精华基本为您转述出来见上文，附加了小编个人对这本书所列历史、天文学科相关问题的初步理解，您可以点击文本复制粘贴为已所有，为什么我这样慷慨？因为无论你是否署名我的作品它都是我的思想和精神，这是无法改变的，历史已经证明了这一点，有时间后缀您的想法和问题。书后我们有找时间一起切磋学习，共同进步。解读总结到这里全部结束了，就到这里吧，我们下本书再会！

作品精选

第1章安静的爆炸

想象现在是一个温暖无云的夏夜，你在一个遥远孤独的火山岛上，围绕在你周围的海面风平浪静，如同内陆的湖泊，只有极小的波浪冲刷着白色沙滩。周遭一切都是那么宁静。你躺在沙滩上，闭着眼睛，被白天阳光烘烤过的温暖细沙将热量缓缓地传递给空气，空气里弥漫着香甜迷人的异域气味。

万籁俱寂。

突然，远处传来的一声动物尖叫让你一跃而起，你紧张地注视着眼前的黑暗。

什么都没有。

刚才那个发出尖叫的不明生物现在已经安静下来。说到底，你并没有什么可害怕的。对某些动物或鱼类来说，这个小岛可能隐藏着危险，于你却完全不同。你是人类，所有捕猎者中最强大的一种。你的朋友马上就会过来与你喝一杯，你们正在度假，所以你躺回沙滩，继续自己那些作为人类成员的思考。

广阔的夜空中有无数光点在闪烁。它们是星星。只需依赖裸眼，你就能在各个方向上看到它们。你小时候就有的疑问再次出现在你脑中：这些星星都是什么样的？为什么它们不停闪烁？它们离我们多远？现在的你还增添了疑惑：我们真的了解这一切吗？一声叹息后，你再次躺回沙滩，放松自己，把这些愚蠢的问题扔到一边：这些想法与我有什么关系？

一颗小小的流星静静地滑过你头顶的天空，你正要许愿，一件不可思议的事发生了：就像要回答你刚才的问题似的，你一下子穿越了五十亿年时光，你意识到自己不再躺在沙滩上，而是处于外太空，漂浮在真空里。你的视觉、听觉和感知力都在，但身体却不见了。你已成仙，只剩下灵魂，你甚至还来不及回想自己到底经历了什么或喊声救命，因为你现在正处于一种非常特殊的状态。

在你眼前几十万英里的地方，一个球状物正从遥远的星空背景下飞过。它带着深橙色的光芒，旋转着朝你飞来。你很快就意识到这个球体的表面是熔化了的岩石，你所面对着的是一颗行星。一颗液态的行星。

震惊之余，你不由发问：什么样的能源可以提供这么多的热量熔化这整个世界？

然后，在你的右边，出现了一颗星球，非常巨大。与那颗行星相比，这颗星星的体积大得出乎想象。它也在旋转。它也同样在空间移动，而且看起来它还在变得更大。

那颗行星，虽然离你近许多，现在看起来就像是一个微不足道的橙色玻璃珠儿童玩具，被放在一个体积已经巨大却还依然以惊人速度变大的球体边上。与一分钟前相比，那颗巨星又大了两倍。现在，它散发着红色光芒，如暴怒的怪兽般吐出有几百万度高温的巨大等离子火舌，以接近光速的速度掠过星际空间。

你所看到的一切都带着一种怪异的美感。事实上，你正经历着某个宇宙中最剧烈的事件，诡异的是这整个过程没有一丝声音。一切都那么安静，因为声音无法在真空中传播。

当然，这颗恒星无法维持这么大的膨胀速率，但事实却是现在它还在变大。它已经大到了你无法想象的地步，行星已被它熔化，摧毁一切的能量正源源不断地从那颗巨星上袭来，吹向虚空。那颗星星依然不管不顾地继续膨胀，直到它原先正常大小的约一百倍，然后，突然之间，它爆炸了，把组成它自身的所有物质送入太空。

冲击波穿过你幽灵般的身体，然后是尘埃，现在剩下的只有飘往各个方向的星尘。星星已经不见了，变成了一片壮观而多彩的尘埃云，以可与上帝媲美的速度向星际真空中扩散。

慢慢地，非常缓慢地，你恢复了意识，明白了刚才所发生的一切，你的大脑终于对这可怕的现实有了清晰的认知。那颗死去的星星并不是天边随意的一颗普通星球，而是太阳。我们的太阳。而那颗在阳光里熔化了的行星就是地球。

我们的星球，你的家园，没有了。

你所见证的是我们的世界末日。这并不是一个想象中的终结，也不是玛雅文明所作出的牵强附会的毁灭暗示。这是真实景象，早在你出生之前，你所见到的事件发生的五十亿年之前，人们就已确信这是终会发生的真实景象。

在你试图理清思绪时，你的意识又被瞬间送回现在，再次回到了你躺在沙滩上的身体之中。

你的心脏狂跳不止，坐起身来环顾四周，如同从一个怪梦中醒来。树木、沙滩、大海和微风依然在那里。你的朋友们正走过来，出现在你的视线之中。刚才发生了什么？你睡着了吗？你看到的一切是个梦境吗？一种不安的感觉开始在你身体里弥漫，你不禁自问：这可能是真情实境吗？太阳真的会在某天爆炸？如果真的发生，人类又会怎么样？有人能够从这种大毁灭中幸存吗？我们的所有记忆，甚至关于我们自身存在的印迹都会湮没在浩瀚宇宙之中吗？

再一次抬头看着星光照耀下的一切，你竭力想要给自己一个答案。内心深处，你知道自己所经历的不仅仅是一个简单的梦境，虽然你的意识已经回来，与自己躺在沙滩上的身体合二为一，但你的确经历了一次超越时空的旅行，去了一个非常遥远的未来，窥得了一些本不该示人的秘密。

深呼吸慢慢地让你平静下来，你开始听到一些奇怪的声音，似乎微风、细浪、小鸟和星辰都以只有你能听到的声音向你轻声吟唱，突然之间，你听懂了它们的歌词。它是一种警告，也是一种邀请。它们喃喃地告诉你，关于人类所有可能的未来，只有一条小道，能够指引人类在太阳终将到来的死亡以及其他许多可能降临的巨大灾难之后依然存续。

这条小道就是知识、科学。

它是只有人类才拥有的旅程。

也就是你将要走上的那条。

又一声尖叫划过夜空，但这次它几乎没有引起你的注意。如同在你内心播下的种子正在发芽，你迫不及待地想去了解自己所在的宇宙。

你再一次抬起你谦逊的视线，以一个孩子的目光注视着满天星辰。

宇宙是由什么构成的呢？地球周围是什么？再远些呢？我们可以看多远？我们对宇宙的历史知道多少？宇宙真有历史吗？

波浪轻拂沙滩，和大多数人一样，你怀疑人类是否能够真正了解这些宇宙秘密，那些闪烁的群星似乎将你的身体带入一种半催眠状态。你能听到那些正在走近的朋友们的交谈，但奇怪的是，你感觉到这个世界变得与几分钟前不一样了。周围的一切都变得更加丰富和深刻，你的心灵和身体似乎成为某种巨大存在的一部分。这种存在远大于以前你所能想象的一切。你的手、腿、皮肤……物质……时间……空间……围绕在你周围的互相纠缠的各种力场……

一层你从未意识到的面纱显然已被揭开，展现在你眼前的世界显出了神秘而出乎意料的真实。你的意识迫不及待地想再次飞往星空，你感觉到一次非凡的旅行正要把你带到那离你家园很远很远的地方。

第2章月亮

如果你还在阅读本书，说明你已穿越进入了五十亿年后的未来。无论用什么标准看，这都是一个不错的开端。所以你可以自信地说自己的想象力很好。这是至关重要的一点，因为想要了解在二十一世纪初期我们理解宇宙真相的视角，就需要穿越时间、空间、物质、能量，而实现这种穿越所需要的全部技能，就是想象力。

虽然你没有主动要求，但你还是在偶然间看到了人类，以及地球上一切生命所终将面临的命运。如果我们不努力了解自然运行的规律，这个命运将成为现实。为了不被残暴的濒死太阳所吞噬并得以长期生存，了解如何才能将自己的命运掌握在自己的手中将是我们仅有的机会。要实现这一点，我们必须揭开自然所遵循的法则，并学会如何利用它们。客观地说，这是一项艰巨的任务。但在本书接下来的篇幅中，你将会看到至今为止我们已经积累起来的所有知识的大概。

通过在我们的宇宙里的穿行，你将会了解什么是引力，原子与其他粒子如何在互不接触的情形下相互作用，你会发现构成我们宇宙的各种谜团，而这些谜团带给了我们新的物质与能量。

在你看过所有已知的知识之后，你将跃入未知世界，看看几位当今世界上最聪明的理论物理学家所研究的课题，以及他们为了解释我们碰巧所在的宇宙中非常奇怪的现实所作出的努力。平行宇宙、多元宇宙和超维度将出现在那里。随后，你的眼睛会被从这些奇迹所激发出来的、人类历经千年所积累的知识与智慧点亮。你应作好准备。过去数十年的发现改变了我们曾经确信的知识：我们所在的宇宙不仅比我们期待的深邃广阔许多，更有着超越我们所有祖先所有想象力的美丽。还有一个好消息：我们所了解到的知识已经让我们——人类——不同于地球上曾经存在过的任何其他生物。这是一件好事，因为其他生物中的大多数都已经灭绝。恐龙曾经统治了地球表面约两亿年，而我们的时代才过去区区几十万年。它们有着足够时间对环境提出问题并作出一些解答，但它们没这么做。它们灭绝了。今天，我们人类至少有希望可以提前探测到威胁地球的小行星并使其转向。因此，我们已经具有了恐龙所不具备的力量。虽然作为事后诸葛亮这么说有些不公平，但我们多少可以把恐龙的灭绝与它们缺少理论物理学知识联系起来。

现在，你依然躺在沙滩上，虽然，那个关于死亡太阳的记忆还在你的脑中栩栩如生。老实说，你还没有太多知识，夜空中闪烁的星辰与你自身的存在看上去毫无关联。尘世间物种的生死对它们也毫无影响。看上去那些在外太空流逝的时间所作用的尺度远不是你的身体所能感受。地球上一整个物种的存在时间在那些遥远闪亮的天神眼中不过是弹指一瞬……

三百年前，从古至今最出名同时也是最出色的科学家之一，那位发现万有引力的英国物理学家、数学家艾萨克·牛顿，就以下述方式看待时间：他认为，有一种人类的时间，被我们感知，并以钟表计量；还有一种上帝的时间，是瞬间而非流动的。人类时间这条无限长直线，向前也向后延伸到无穷，在牛顿的上帝眼中，却只是一个瞬间。他只在眨眼之间就已看到一切。

当然，你不是上帝，你观看星空时，你的朋友在一旁为你静静地斟酒，你却因巨大的使命感而无所适从。所有这一切都太大、太遥远、太怪异……从哪里下手呢？你并不是理论物理学家……但你也从不轻言放弃。你有眼睛，也有好奇的大脑，所以你选择从你能关注到的东西开始。

天空一片黑暗。

有星光闪耀。

在群星之中，你的裸眼可以感觉到一条黯淡的光带泛着白色微光。

不管这些白光到底是些什么，你知道这条光带名叫银河。它的宽度大概是满月直径的十倍大小。年轻时你就已多次看过银河，近来它却很少被你注意。你现在注视着它，感到它在夜空里如此明显，你的祖先们一定早就注意到了银河的存在。你猜对了。不过想起来颇具讽刺意味，虽然经过几百年来人们对银河本质到底是什么的争辩之后，我们现在已经知道了答案——但现代的光污染却让我们在绝大多数人类聚居之处无法看到银河。

然而，从你所在的热带小岛上看去，它真切地挂在空中，显现着自己。随着地球的自转与时间的流逝，银河由东向西移过天空，就像白天运行的太阳一样。

未来人类的可能生存地或许就在其中，在那远在地球天空之外的某处，这一想法在你的脑海中逐渐清晰，并深深根植心中难以摆脱。你聚精会神，想用肉眼看穿整个宇宙。终于，你还是摇了摇头放弃了这个野心。你知道太阳、月亮，一些行星如金星、火星和木星，你看得见的那几百颗恒星①，还有那条模模糊糊发着白色微光的灰尘般的银河远远不是宇宙中的一切。宇宙中还隐藏着许多奥秘，无法看见，或许就在那些星星之间，等着我们去揭示……如果你能够观察一切，你会怎么做？当然，你会从地球近处开始，然后……然后你会飞向远方，越远越好，然后呢……你的思维已无法想象！

看起来不可思议，但你的意识的确开始离开你的身体，向上，朝着星空飞去。

看着小岛以及躺在上面的自己的身体迅速向下离去，一种天旋地转的感觉向你袭来。你的意识，如同灵魂出窍，正在向上和向东飘升。虽然你还不知道这一切怎么可能发生，却已经升到了比地球上最高峰还高的空中。一个带着异乎寻常红光的月亮进入你的视野，挂在远处的地平线上，在你还来不及想好该如何描述这件奇事的片刻之中，你的意识就已经朝着月亮飞去。你发现自己已经飞离了地球大气层，飞行在位于我们所居住的行星和它唯一的自然卫星之间的三十八万公里虚空之中。从地球之外看去，月亮如同太阳一般发着白光。

你的知识之旅开始了。

在你之前，只有十几位人类成员到达月球，现在你虚幻的身子也成为他们中的一员，与他们一样行走在月球表面。地球早已消失在月球的地平线下。你的意识带着你进入了所谓的“黑暗面”，那个从未朝向过地球的一面。月球上没有蓝天，也没有风，在月球上你能看到的星星比在地球上任何一个地方看到的都多得多，而且它们还不闪烁。所有这一切都是因为月球上没有大气层。

在月球，地面之上一毫米就是太空了。遍布月球表面的伤痕从未被气候的变化抹平。到处都是陨石坑，都是那贫瘠的土地遭受撞击的冰冻记忆。

当你准备走向月球朝向地球的那一面时，月球的历史猛地涌入你渴求的大脑，你看着脚下的月球大地，目瞪口呆。

这是一种什么样的暴力！

大概四十亿年前，我们年轻的行星与另一颗行星撞在一起，后者大概有火星那么大，这次撞击从地球上扯了一块物质下来，被带入太空。在随后的几亿年时间里，所有那次撞击产生的碎片聚到一起，形成了一个球体绕着地球运行。等这一切尘埃落定之时，就是你现在置身其上的月球的诞生之日。

如果这次撞击发生在今天，其剧烈程度足以将地球上的一切生命抹去。而当时，我们的地球上还是一片荒芜，没有生命。有趣的是，如果没有这次灾难性的碰撞，我们就不会有月亮照亮我们的夜晚，没有潮汐变化，而地球上可能也不会出现如我们现在所熟悉的生命形式。当那颗蓝色的地球跃过月平线，出现在你眼前时，你意识到这场宇宙级的灾难事件所带来的创生与破坏一样伟大。

从这里看出去，你所居住的行星，大小大概有在地球上看月亮时的四个月亮之大，它像是漂浮在有着星光闪烁的黑暗背景之上的一颗蓝色珍珠。

从太空中观看我们所在的世界是一种让自己谦逊的方式，现在如此，将来也一定会如此。

你继续在月球漫步，看着地球在月球的天空中升起，虽然一切看起来都宁静安全，你还是知道自己没有被这种表面的平静所蒙蔽。在这里，时间又有了另一层含义，地质年代中以往和现在的宙（地质年代中最大的年代单位）中发生的一切都被完好保存，宇宙中的暴力无时不在。伤痕累累的月球表面那些陨石坑就是这些暴力的最好提醒。在漫长的时间里，那些漂浮在太空里数十万计的大山般的巨石不停地击打着月球。它们也同样击打地球——只是地球上的伤痕已经愈合，因为我们的世界有生命，用不停变化着的土壤将自己的过往深深掩盖。

尽管如此，你忽然意识到，在这个残酷的宇宙里，尽管地球有着自愈的能力，但依然如此脆弱，几乎毫无防卫……

几乎没有。

不是完全没有。因为它有我们。有你。

那种创造了月球的撞击大体来说只会发生在过去。因为今天已经不再有大的行星到处乱跑来威胁我们的世界，只剩下一些小行星和彗星了——而且月亮也承担了一部分从这些威胁中保护我们的责任。然而，还是处处都有危机潜伏，当你注视着挂在黑暗天幕中的蓝色地球时，一团明亮的光球在你身后突然升起，提醒你未来地球的命运。

这个东西是一颗恒星，是我们所居住的行星附近最亮最狂暴的天体。

我们称它为太阳。

它距离我们居住的世界一亿五千万公里。

它是我们所用一切能量的来源。

这盏非凡的天体灯泡所发出的强光让你目眩神迷，你发现自己已飞离月球，向着我们自己的恒星飞去，去探寻它的秘密。

第3章太阳

如果人类能够以某种方式收获太阳在一秒钟内辐射出的所有能量，它就足以满足我们全世界五亿年的能量需求。

你已离我们的恒星越来越近，意识到现在的太阳比你在五十亿年后看到的小很多，那时的太阳已濒临死亡。然而，即便如此，现在的它依然很大。直观地说，如果把太阳缩小到一只大西瓜那么大，我们的小小地球将会处于四十三米之外，而且你需要放大镜才能看到它。

你已经飞到了离太阳表面几千英里的高处。在你身后，地球已成为一个小小的亮点，隐藏于一片星光背景之中。在你前面，太阳占据了一半天空。到处都是等离子体气泡的喷发。几十亿吨红热的物质就在你的眼前爆发，看上去就像被太阳磁场打开的随机圆环，穿过你幽灵般的身体。即使以最苛刻的标准来看，这也是一种无与伦比的景象，看着这种巨大的能量，你不解是什么让太阳这么独特，与地球完全不同。恒星怎么会成为恒星的呢？这些能量从何而来？而这样一个庞然大物又怎么会有死去的一天？

为了回答这些问题，你飞向最险恶的地方：日核，太阳的心脏，太阳表面之下约五十万公里的深处。对比一下，地核大约只有六千五百公里深。

你头朝下跃入这个明亮的火炉，还记得我们所呼吸、看见、触摸或检测到的，甚至构成你自己真正身体的所有物质，都由原子构成。原子是建造一切物质的基本构件。你可以把它们看成是你所在环境的乐高积木。与乐高积木不同的是，原子的形状不是长方体。它们主要呈球形，具有一个紧密的球状原子核和一些微小的电子在远处高速旋转。与乐高相同的是我们可以依据原子的大小将它们分类。它们中最小的一个被称为氢原子。第二小的被称为氦原子。这两种原子加在一起构成了已知宇宙的百分之九十八的物质。的确很多。但与以前比，这个比例现在已经变小了，大概一百三十八亿年前，这两种原子几乎构成了宇宙中所有的已知物质。今天我们可以看到的除了氢与氦之外的原子还包括氮原子、碳原子、氧原子或银原子等。它们显然是后来才出现的。这个过程是什么样的呢？你要去寻求答案。

随着你在太阳中越潜越深，温度变得越来越高，热得难以想象。当你来到日核时，温度大概是一千六百万摄氏度，甚至更高。到处都有足够多的氢原子，虽然它们都已被周围的高能量剥光：它们的电子已经被松开，只留下孤独的原子核。这儿的压力非常高，原子核们被整个恒星加于自己核心的重量压迫着几乎无法动弹。这还不够，它们还被迫彼此融合，变成一个更大的原子核。这一切就活生生地在你眼前发生：热核聚变，一个用较小的原子核产生较大的原子核的过程。

作品目录

前言

第一部分宇宙

第1 章安静的爆炸

第2 章月亮

第3 章太阳

第4 章我们的天体家庭

第5 章太阳之外

第6 章庞然大物

第7 章银河系

第8 章宇宙尽头的第一道墙

第二部分理解外部空间