現(xiàn)在的人都很忙碌鼎俘。你或許認(rèn)為自己不需要知道天體物理學(xué)。這本書在忙碌者的舒適區(qū)上空捅了一個(gè)小窟窿辩涝，帶你爬出舒適區(qū)贸伐，站在上面向上眺望看宏大而無意義的星空，然后探尋我們無知的邊界怔揩。
《給忙碌者的天體物理學(xué)》捉邢，這本書的作者尼爾?德格拉斯?泰森（Neil deGrasse Tyson），是美國家喻戶曉的天體物理學(xué)家商膊，科普作家伏伐。還曾經(jīng)在著名美劇《生活大爆炸》第四季中客串，飾演自己晕拆。
一藐翎、大爆炸
宇宙起源于一粒塵埃。極小的塵埃实幕，一個(gè)非常非常小的點(diǎn)阱高，比一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的一萬億分之一還要小。里面包含了現(xiàn)在宇宙世界的所有能量和物質(zhì)茬缩。
沒有人知道這粒塵埃之前的宇宙是什么樣赤惊。當(dāng)天體物理學(xué)家認(rèn)識(shí)到這樣一粒塵埃的存在時(shí)，它就嘣的一聲爆炸了凰锡。?
最開始的千億億億億億分之一秒內(nèi)掂为，天體物理學(xué)家也不知道發(fā)生了什么裕膀。這個(gè)瞬間就是從時(shí)間t=0到t=10 ^-34秒。他們把這段時(shí)間叫做普朗克時(shí)期勇哗，這個(gè)時(shí)候宇宙的長度是10^-35米昼扛，叫普朗克長度。普朗克成了“我不知道”的代名詞。
在尷尬的普朗克時(shí)期之后抄谐，天體物理學(xué)家說渺鹦，宇宙是一鍋沸騰的粒子湯。
即使你坐在最前排蛹含，也什么都看不到毅厚。湯里面沒有任何我們熟悉的物質(zhì)，一塊肉也沒有浦箱。只有基本粒子和它們的反物質(zhì)吸耿。
如果物質(zhì)是1，反物質(zhì)就是-1酷窥。它們結(jié)合就會(huì)變成一道光咽安，一粒光子。如果你有一天遇到反物質(zhì)的“你”蓬推，一握手你們倆都會(huì)合成一道光板乙，消失在宇宙中。
那個(gè)時(shí)候的世界溫度足夠高拳氢，只有比電子還小的夸克和輕子和他們的反物質(zhì)兄弟募逞。
光子自發(fā)地把能量轉(zhuǎn)換成物質(zhì)和反物質(zhì)粒子對(duì)，物質(zhì)和反物質(zhì)彼此握手湮滅馋评，重新轉(zhuǎn)換成能量——光子對(duì)放接。物理學(xué)家已經(jīng)可以用E=mC2來理解這一刻的宇宙。
隨著宇宙繼續(xù)膨脹到大于現(xiàn)在太陽系尺度時(shí)留特，宇宙溫度迅速下降到1萬億開爾文以下纠脾。這時(shí)時(shí)間過去了百萬分之一秒。
夸克輕子湯變成強(qiáng)子湯蜕青。每10億次粒子湮滅（由此留下10億個(gè)光子）苟蹈，才會(huì)有一個(gè)強(qiáng)子幸存。這些孤獨(dú)的幸存者最終將笑到最后：它們是產(chǎn)生星系右核，恒星慧脱，行星和牽牛花的終極物質(zhì)來源贺喝。
如果沒有在物質(zhì)和反物質(zhì)之間十億零一與十億的不平衡菱鸥，宇宙中的所有物質(zhì)都將自我湮滅，留下一個(gè)由光子組成的宇宙躏鱼，沒有別的----永遠(yuǎn)是“要有光氮采，就有光”的景象。
大爆炸的第一秒染苛，宇宙的溫度是10億開爾文鹊漠。宇宙這個(gè)大鍋里現(xiàn)在煮的是電子和正電子。10億分之一的電子幸存下來，其他的電子和他們的反物質(zhì)伙伴握手湮滅在光的海洋躯概。
在38萬年的時(shí)間里登钥，宇宙溫度降到3000開爾文，就是太陽表面溫度的一半楞陷。宇宙這鍋湯不再沸騰，自由電子跟原子核發(fā)生結(jié)合茉唉，留下無處不在的可見光固蛾。最后慢慢形成元素，星系度陆，恒星和行星艾凯，然后是地球。
從無數(shù)10億分之一的概率中幸存下來的一個(gè)電子到幸存下一個(gè)適合生命生長的地球懂傀，到“幸存”下來的有智慧的生命趾诗，人只是獲得了生命的星塵，是宇宙在這一瞬間偶然的過客蹬蚁。宇宙不是為人類而存在恃泪。
沒有了電子的騷擾，光子在沒有間斷的路徑上穿越宇宙犀斋。
隨著光子的能量越來越弱贝乎，可見光變成紅外線，再變成微波叽粹。微波可以存在500億年±佬В現(xiàn)在的宇宙當(dāng)中充滿了這種微波光子。天體物理學(xué)家把它叫做宇宙微波背景CMB虫几。憑借這個(gè)發(fā)現(xiàn)美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜獲得了1978諾貝爾獎(jiǎng)锤灿。
光從宇宙遙遠(yuǎn)的地方達(dá)到我們這里需要時(shí)間。如果我們向太空深處眺望辆脸，實(shí)際上是在從時(shí)間上往回看但校。光子在穿越宇宙時(shí)與不同的物質(zhì)相遇，而表現(xiàn)出不同的溫度啡氢。
人們借助CMB始腾，解釋宇宙的過去，現(xiàn)在和未來空执，這是宇宙的“顱相學(xué)”浪箭。
二、暗物質(zhì)辨绊，暗能量和牛頓奶栖，愛因斯坦
CMB成了天體物理學(xué)家認(rèn)識(shí)宇宙的起點(diǎn)和工具。
那么天體物理學(xué)家在宇宙里找到了什么呢？
暗物質(zhì)的存在宣鄙。暗物質(zhì)有著超過普通物質(zhì)6倍以上的引力袍镀，卻沒有相對(duì)應(yīng)巨大的質(zhì)量。
如果所有質(zhì)量都對(duì)應(yīng)有引力冻晤，那么所有的引力都對(duì)應(yīng)有質(zhì)量嗎苇羡？我們不知道。也許對(duì)物質(zhì)來說這樣沒錯(cuò)鼻弧，但是對(duì)引力我們還并不理解设江。
質(zhì)量很小，引力巨大攘轩，天體物理學(xué)家把這些有著與質(zhì)量不相稱的引力的存在叫做暗物質(zhì)叉存。
宇宙中存在很多星系團(tuán)，它的成員星系運(yùn)動(dòng)速度比星系團(tuán)逃逸速度更快度帮。暗物質(zhì)帶來的引力維持了星系團(tuán)的穩(wěn)定歼捏，讓他們即使歷經(jīng)100億年依然存在。
我們已經(jīng)知道天體物理學(xué)家是通過微波光子CMB來觀測(cè)宇宙中的物質(zhì)笨篷。暗物質(zhì)不與光發(fā)生作用瞳秽，只是可以通過牛頓萬有引力定律推算到它的存在。也就是說率翅，暗物質(zhì)是根本不是由物質(zhì)組成寂诱。
如果是這樣，我們所在的宇宙可能只是“多重宇宙”的無數(shù)個(gè)宇宙之一安聘。聽起來異想天開而且難以置信痰洒。但是比第一次提出地球是繞著太陽轉(zhuǎn)的還要瘋狂嗎？比起太陽只是銀河系中上千億顆恒星之一呢浴韭？或者是銀河系只是宇宙中千億個(gè)星系之一呢丘喻？
暗能量，另一個(gè)燒腦的概念念颈。
愛因斯坦廣義相對(duì)論是最強(qiáng)大和應(yīng)用范圍最廣的理論模型之一泉粉。廣義相對(duì)論描述了宇宙萬物在引力作用下運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)。
引力是質(zhì)量對(duì)其他質(zhì)量或者能量場(chǎng)導(dǎo)致的局域時(shí)空曲率的反映榴芳。換句話說嗡靡，質(zhì)量的集中會(huì)導(dǎo)致時(shí)空結(jié)構(gòu)的彎曲。這些彎曲指引著運(yùn)動(dòng)質(zhì)量沿著被稱為“測(cè)地線”的直線運(yùn)行窟感。在我們看來測(cè)地線像是彎曲的軌跡讨彼，我們稱之為軌道。
地球會(huì)繞著太陽轉(zhuǎn)動(dòng)柿祈，就是因?yàn)樘柧薮蟮馁|(zhì)量在它周圍“刻劃”出一個(gè)個(gè)橢圓形的軌道哈误，地球在引力的牽引下沿著其中一個(gè)軌道向前滾動(dòng)哩至。
20世紀(jì)美國理論物理學(xué)家約翰 惠勒說得最好，他把愛因斯坦的概念總結(jié)成“物質(zhì)告訴空間如何彎曲蜜自，空間告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)”菩貌。
愛因斯坦還在他的相對(duì)論里加了一個(gè)常數(shù)Λ，代表反引力重荠。這樣就可以把宇宙解釋成靜止的箭阶，一個(gè)不穩(wěn)定的靜態(tài)宇宙，這是愛因斯坦時(shí)代的著名的“迷信”戈鲁。
1929年天體物理學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙不是靜止的仇参，而是正在膨脹。愛因斯坦把Λ從公式中劃掉荞彼，稱這是他一生中“最大的錯(cuò)誤”冈敛。因?yàn)檫@讓他錯(cuò)過了預(yù)測(cè)宇宙膨脹的機(jī)會(huì)待笑。
但是六十九年后科學(xué)又把愛因斯坦的Λ請(qǐng)回來鸣皂。這回是天體物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹速度比我們想象的還要快。這證明宇宙間確實(shí)存在一種排斥力暮蹂。他們給Λ一個(gè)正式的名稱“暗能量”寞缝。波爾馬特，施密特和里斯因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)分享了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)仰泻。
迄今為止最精確的測(cè)量結(jié)果顯示荆陆，暗能量是宇宙中最主要的東西，目前占據(jù)了所有質(zhì)量-能量的68%集侯，暗物質(zhì)占了27%被啼， 普通物質(zhì)僅占5%。 地球還有地球上的人類創(chuàng)造的一切棠枉，全部的文明和財(cái)富浓体，加起來只是宇宙的一個(gè)零頭不到。
毫無疑問辈讶，愛因斯坦最大的錯(cuò)誤是宣稱那個(gè)Λ是他的最大的錯(cuò)誤命浴。
暗能量的斥力產(chǎn)生于真空，更大的斥力產(chǎn)生更多的真空贱除，更多的真空產(chǎn)生更大的排斥力生闲，迫使宇宙進(jìn)入無休止的指數(shù)加速膨脹。任何沒有被銀河系束縛在附近的東西都將以越來越快的速度退行月幌，如今夜空中可見的遙遠(yuǎn)的星系最終會(huì)消失在可以企及的視野之外碍讯，而它們離開我們的速度比光速還要快。
再過1萬億年扯躺，銀河系的居民可能根本不知道其他星系存在冲茸，除了無盡虛空屯阀。除非當(dāng)代天體物理學(xué)埋下可以保持萬億年的時(shí)間膠囊，否則末日之后的科學(xué)家將不知星系是何物轴术。
“在我的夢(mèng)中我不止一次想到：我們是否也錯(cuò)過了宇宙過去的一些章節(jié)难衰？宇宙歷史這部大書的那一部分被標(biāo)記了‘拒絕訪問’？我們的理論和方程式中還缺少什么本應(yīng)存在的東西逗栽，讓我們苦苦追尋卻可能永遠(yuǎn)找不到答案盖袭？”
三、宇宙視角
知道我們是由什么構(gòu)成的嗎彼宠？
想知道我們是由什么構(gòu)成的嗎鳄虱？又一次，宇宙視角提供了一個(gè)比你的預(yù)期更讓你震驚的答案凭峡。宇宙中各種化學(xué)元素是在大質(zhì)量恒星尤其是其生命結(jié)束時(shí)發(fā)生劇烈爆炸的火焰中鍛造出來的拙已，這些元素豐富了它們所在的星系。結(jié)果呢摧冀？宇宙中四種最常見的活躍元素氫倍踪，氧，碳和氮也是地球生命體中四種最常見的元素索昂。碳更是生物化學(xué)的基礎(chǔ)建车。
我們不只是生活在這個(gè)宇宙中，宇宙就存在于我們的身體之中椒惨。
當(dāng)你在地球上游蕩時(shí)缤至，會(huì)看到高山和海溝。你應(yīng)該知道康谆，從最深海溝到最高山脈之間的高度只有20千米领斥，但是地球直徑將近13000千米。
當(dāng)你在太陽系游蕩時(shí)沃暗，用一只宇宙超級(jí)無敵手拂過高山深海的地球表面月洛，你會(huì)感到地球像臺(tái)球一樣光滑，和一個(gè)完美球體并無二致描睦。
當(dāng)你在銀河系游蕩時(shí)回望地球忱叭，地球不過是宇宙中一顆藍(lán)色塵埃隔崎。
有人說過，天文學(xué)令人感到謙卑并能培養(yǎng)個(gè)性韵丑。除了這張從遠(yuǎn)處拍攝我們這個(gè)微小世界的照片爵卒，大概沒有別的更好辦法可以揭示人類妄自尊大是何等愚蠢。
宇宙視角使我們的眼界能夠超越我們的環(huán)境撵彻，讓我們超越尋找食物钓株，住所和伴侶的原始需求实牡。
宇宙視角讓我們更自由，有更廣闊的心胸格局轴合，不再妄自尊大创坞。人是獲得了生命的星塵，是宇宙在這一瞬間偶然的過客受葛。宇宙不是為人類而存在题涨。
在紐約海登天文館有一個(gè)叫做《通向宇宙的護(hù)照》游學(xué)活動(dòng)項(xiàng)目，會(huì)帶領(lǐng)游客經(jīng)歷一場(chǎng)從天文館到宇宙邊緣的虛擬旅程总滩。在這場(chǎng)秀中纲堵，你會(huì)看到地球，然后是太陽闰渔，接著又看到銀河系里億萬星辰漸漸縮小成穹幕下的一個(gè)幾乎看不見的小點(diǎn)席函。
有了宇宙游學(xué)的經(jīng)歷的孩子，心胸格局一定會(huì)更不同吧冈涧。
