神秘的宇宙蛇

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内容简介: 把宇宙比喻成一条蛇,它的头部就是**的宇宙空间,尾巴就是微观世界粒子,这条蛇圈围成圆形,它的嘴里含着自己的尾巴。
在这样的宇宙蛇中,空间的大小被当作是一个个的阶梯,每个阶梯相差一个数量级,也就是十倍。天体系统像阶梯一级一级构成更大的系统,也就越来越接近了宇宙蛇的头部。如果沿着这样的思路继续下去,人们会问,宇宙蛇的头部在哪里,也就是宇宙的边界在哪里?
宇宙蛇嘴里含着自己的尾巴给了人们很好的启示,宇宙从微观世界而来。**的宇宙就和*小的量子世界紧密地联系到了一起。人们规定*小结构单元为普朗克长度,在三维空间内,这就是微观世界的极限,这就是宇宙蛇的尾巴。宇宙的所有秘密,都包含在这条尾巴里面,在这里,空间已经不是空间,空间是弯曲的维度,基本粒子就像是一根根的琴弦,它们在发生着振动,正是它们的振动,偶然产生出来生态万千的宇宙。
是上帝制造了宇宙吗?上帝就在微观世界中。

目录: 1 太阳的轨迹//001 
2 来看天堂//007 
3 太阳系边疆的革命//014 
4 太阳系的法制建设//023 
5 猎户座大星云的恒星婴儿在呕吐//031 
6 参宿四快要死了//036 
7 星云世界的动物园//041 
8 与发现脉冲星有关的故事//048 
9 双脉冲星最好的相对论实验室//057 
10 银河系在吞噬中长大//064
11 超级凤凰星系团和浴火重生的恒星//071
12 最遥远的引力透镜//077
13 宇宙的繁华都市与不毛空间//082
14 宇宙长得啥模样//089
15 宇宙的脉搏//094
16 M地球与 M矮星//117
17 到微观世界中去寻找上帝//125
18 宇宙蛇的秘密//133
19 宇宙的幽灵和幽灵的宇宙//142
20 寻找宇宙大爆炸的回声//150


前言: 在很多古老民族的世界观中,把宇宙看作是一条蛇,认为世界被它控制,它也同时代表着宇宙的神秘。尽管这只是古人最简单最朴素的认识,但是,把宇宙比作是一条蛇,确实是很合适,很符合天文科普的需求。
  在这样的宇宙蛇中,空间的大小被当作是一个个的阶梯,每个阶梯相差一个数量级,也就是十倍,比如,这个是1米,下一个就是10米,再下一个就是100米。在这样的数量级阶梯中,最低的阶梯是微观世界,最高的阶梯是137亿光年宏大的宇宙,这个空间被描述成一条蛇,这条蛇蜷围成圆形,头部代表最大的宇宙,尾部代表最小的空间,蛇嘴咬着自己的尾巴,这样最大的宇宙就和最小的量子世界紧密地联系到了一起,宇宙空间就被描述成一条宇宙蛇。
  人类对宇宙的认识最早从观测太阳开始,太阳在东方不同的地方出现,也就告诉我们不同的季节。认识宇宙,人们就要观测星空,于是认识了太阳系,认识到太阳系不仅有八大行星,还有小行星。发现的小行星,需要给它们起名字,这些名字都带着我们固有的观点,看看那些小行星的名字,完全是我们现实世界的翻版。
  太阳系不仅有小行星带,还有柯伊伯带,在20世纪90年代,那里不断出现体积大的天体,它们的大小超出固有的认识,让冥王星第九大行星的地位发生了动摇,于是,太阳系的边疆开始了一场革命,太阳系的法制建设又前进了一步,给天体起名字以及对它们种类的划分有了依据。
  太阳仅仅是一颗普通的恒星,它是从星云世界中诞生的,当一些宇宙尘埃聚集成团,并且从周围的空间吸收了足够的物质,就能够发出光芒,猎户座星云展示了恒星的诞生过程。同样是猎户座,也有恒星展示了恒星死亡的过程,红超巨星参宿四就要走到生命的尽头,它快爆发了。恒星的诞生和死亡是很正常的事情,它们活着的时候是一个球体,死亡和诞生之前都是星云,这些星云形形色色,千姿百态,展示了恒星生死轮回的美丽。
  恒星死亡之后,不仅会留下星云,其内核还会变成脉冲星,这是一种奇特的天体,它不停地向外界发射电磁波,十分让人迷惑,以至于在它的发现历史上,诞生了很多其他的故事。双脉冲星的出现更让人吃惊,它们让人们对宇宙的认识更进一步,它们直接验证了相对论的某些理论。
  地球在太阳系中,太阳系在银河系中,庞大的银河系是在不断地吞噬周围小星系的基础上长大的。尽管银河系很庞大,它也只是宇宙中的沧海一粟,它与周围40多个星系一起组成本星系群,由上百个星系组成的系统就称为星系团,很多个星系团聚集在一起就称为超星系团。
  天体系统就是这样,像阶梯一级一级构成更大的系统,也就越来越接近宇宙蛇的头部。如果沿着这样的思路继续下去,人们会问,宇宙蛇的头部在哪里,也就是宇宙的边界在哪里?当代最大的望远镜也无法回答这个疑问。幸好,宇宙中还有一种天然的望远镜,那就是引力透镜,它能够帮助人们看到宇宙深处的景象。人们发现,宇宙中物质的分布并不是均匀的,宇宙中有物质密集的地方,也有大片的空隙,那里都是没有天体的不毛之地。
  宇宙究竟是什么样子的,对这个问题的研究一直没有终极答案,一切说法仅仅是猜测。但是,宇宙是从哪里来的这个问题却有着明确的答案,它起源于一场大爆炸,于是,人们开始意识到,宇宙并不仅仅是空间大小问题,宇宙这个词汇本身还涉及宇宙的年龄这个问题。宇宙的年龄是137亿年,如果把宇宙的年龄浓缩为一年的话,在这一年最后一天的最后一秒,地球人类才出现,人的出现是宇宙演化历史上最重要的事情,人一出现就开始演化出智慧,并且用智慧改造周围的一切,试图认识宇宙,一步步地探求宇宙的秘密。
  同时人类也认识到,我们的地球也仅仅是宇宙中的一颗普通行星,宇宙中还会存在着其他有生命的行星,寻找到这样的行星,不仅能让我们找到智慧生命,也能给我们提供第二个家园。
  宇宙从哪里来?这个问题没有答案,但是,宇宙蛇嘴里含着自己的尾巴给了人们很好的启示,宇宙从微观世界而来。宇宙的大小是1026米,这就是宇宙蛇的头,但是,空间的最小尺寸也不能无限小,比10-20米更小的空间的情况,人们几乎是一无所知,人们规定最小结构单元是10-35米,这就是普朗克长度,在三维空间内,这就是微观世界的极限,这就是宇宙蛇的尾巴。宇宙的所有秘密,都包含在这条尾巴里面,在这里,空间已经不是空间,空间是弯曲的维度,基本粒子就像是一根根的琴弦,它们在发生着振动,正是它们的振动,偶然产生出来生态万千的宇宙。是上帝制造了宇宙吗?上帝就在微观世界中。
  认识宇宙,不仅要认识空间的大小,不仅要认识时空的脉动,还要认识宇宙中的物质都是什么,对现在的人类来说,宇宙中大概有95%的物质还是神秘的,是我们看不到的,它们被称为暗物质,迄今为止,人们还没有确切的办法证明暗物质的存在。
  为了探测宇宙,不仅使用了电磁波谱的所有波段,还可以使用中微子和引力波来探测,中微子探测器起到了作用,证明这条路可行,最难探测到的引力波也被探测到了。人类穷其所有的能力探求宇宙的奥秘,但是,知道得越多,也就越感到所知甚少,对这条神秘宇宙蛇的认识,还是仅仅了解了大概。

媒体评论: 文字创造出来的科普艺术
科普就是把复杂的知识通过简单的讲解让公众知道,文字科普是*简单、*原始的科普方式,它易于被公众接受和理解。科普面临着软与硬的问题,包含知识点较多的科普,科学概念较多,技术含量很高,这是硬科普,也叫做专业科普,因为太专业的内容很难被解说得简单易懂。而那些知识含量较少的科普,可以叫做软科普,由于贴近我们的日常认识,就容易被公众接受,或者说能被完全理解。
在评价科普作品是否成功的时候,我们一般只评价它是否易于被公众理解,而忽视了科普的软与硬的问题。毫无疑问,在这种评价中,那些生物和地理科普就很容易占到便宜,而那些物理相关的科普就很难获得认可。在物理相关的科普中,包含太多的概念,不了解这些概念,就读不懂科普。尤其是青少年,他们还没接触过那些抽象的物理概念,自然很难读得懂,这种情况在天文学科普中尤其突出。
古老的天文学是观测星象的学科,并把观测到的星象与人间事务联系在一起。当代的天文学,完全依靠观测技术的进步,大量的耗资庞大的观测设备出现了,它们形形色色、原理各异。它们的观测成就丰富了天文理论,导致天文物理知识大爆炸似的增长。这些物理知识很难被公众理解,这对天文科普提出了挑战。
《苍穹之上》天文科普丛书解决了这个问题,本丛书对新知识、新发现进行了趣味的选取,并在此基础上进行艺术的重新构造之后,打磨出一套图文并茂科普作品。不仅选题具有趣味性,在写作方法上也别出心裁,采用比喻、拟人、自述等多种写作手法,文风各异,把所述的内容变得浅显、有趣、易懂,让文字的科普作品充满了艺术性。这既不是科幻的艺术性,也不是童话式的艺术性,而是面对着大量艰深物理概念的艺术描述。
本丛书不是对天文科学知识进行简单的系统描述,它跟当前科普市场上的所有科普都不一样,这是艺术的科普,真正体现了科普的艺术性,这是消耗大量时间和精力的产物。
本套丛书重点反映的是*近十几年,尤其是*近几年的天文新发现。为了配合书中的文字讲解,搭配了大量的图片,这些图片或者来源于美国国家航空航天局,或者来源于欧洲航天局,特向这两个机构表示致敬,还有一些系统原理图片是作者自己绘制的。

书摘: 来看天堂
如果你有什么不愉快,那么来看天堂,人间有的东西,天堂里都有,不仅有政治家,科学家,文学家,也有各种事件,还有文学作品中的人物。当然,*重要的还有那秀美的山川,花鸟虫鱼。人间没有这个天堂,这个天堂在太空里,它们就是太阳系的小行星家族。这个家族成员众多,名字各异,组合在一起,比天堂还要热闹。
天堂里的神话
1801年元旦之夜,**颗小行星被发现,人们给它起了一个名字叫“谷神星”,从此以后,人们在太阳系的火星和木星之间发现了许多小行星,它们的名字都按照西方神话中的人物来命名。这样在1802年出现了智神星,1804年出现了婚神星,1807年出现了灶神星等。以后,随着小行星数量的增多,希腊和罗马神话中的人物一个个都升入了天堂。神仙也有七情六欲,也要结婚。2001年,名为爱神星的小行星就结婚了,它的情人不是别的小行星,而是一颗人造天体。
话还得从1996年说起,这年2月,美国宇航局发射了一颗小行星探测器,它的名字叫NEAR—苏梅克,2000年2月14日,这一天是情人节,它来到爱神星身边,围绕着爱神星运行并且为爱神星拍照。这个运行过程就像两个人在跳交谊舞,它们就是这样在一起谈恋爱。爱神星长得很不好看,那一座座的环形山就像一脸的麻子,但是,苏梅克并不在意。一年后,也就是2001年的2月12日,距离第二个情人节还有两天的时候,为了更好地探测爱神星,它遵照科学家的指示,降落在爱神星的表面,投入到爱神星的怀抱里。这一天就是它们举行婚礼的结婚纪念日。
在爱神星的表面,有相邻的两块地区分别叫做宝玉和黛玉,这对有情人在人间没有做成夫妻,但是在天堂里,在爱神的庇护下,他们却结为永久的夫妻。
“天堂”人物篇
19世纪下半叶,人们开始使用照相术来寻找小行星,利用大望远镜把一片天区拍成照片,然后在这幅照片上一个一个地寻找陌生的亮点。陌生的亮点如果不是彗星,就是小行星。这样陆续发现了更多的小行星,用希腊神话中的人物来命名就不合适了,因为没有那么多的人物。一般是先给它们一个临时编号,在发现的年代后边加两个拉丁字母,待确定轨道后,再给它们一个正式的名字。这个名字由发现者决定,这种方法一直延续到现在。这样,就出现了许多稀奇古怪的现象。有许多发现者的亲戚朋友甚至他们的宠物也都进入了天堂,真可谓“一人得道,鸡犬升天”。
当然,天堂里更多的是名人。有政治家,还有思想家和科学家,至于诺贝尔获奖者是**不能少的。一般情况下,以他们的名字命名成为**。中国现代天文学家就有叶叔华,王绶琯。古代的还有1802号张衡,2012号郭守敬,2027号沈括。外国知名科学家也很多,文学家和电影明星当然也**不能少,10930号就叫金庸。天堂里也有穷人和富人,所以还有扶贫者,5390号小行星就以一个扶贫者的名字来命名的,他叫许智明。如果你到天堂去旅游,可以去见见这些名人。
在天堂里是十分崇尚科学的,仅天文学家就有一千多位,还有许多科研机构,如费米国家加速器实验室,好几个大型天文台和望远镜,甚至连牛顿的名著《自然哲学的数学原理》也进了天堂。
所谓近水楼台先得月,那些有批准命名权的官员们当然也有一席之地,国际天文学家协会的历届所有的主席和秘书长也都升入了天堂。
为什么我们常说“仙乐飘飘”?因为天堂里有许多著名的音乐家。19世纪末,在德国海德堡天文台,有两位音乐素养很高的天文学家,他们分别发现了246颗和378颗小行星,于是,他们就让许多音乐家升入了天堂。他们中有指挥家、歌唱家、作曲家、乐器演奏家,还有一些歌剧中的人物。当然,*重要的还有名曲和乐器。所以,在天堂里,肯定有很多美妙的“仙乐”。
“天堂”风景篇
旅游者当然都想去看看山水风景,天堂里当然少不了名山大川,1584号就叫富士山,1149号就叫伏尔加河,224号就叫太平洋。1974年,中国紫金山天文台发现的两颗小行星就分别叫做钟山一号和钟山二号。12382号小行星叫做尼亚加拉瀑布,该瀑布位于地球上的美洲。当然,在天堂里也有地理和国度的划分,1124号叫中华,它是由我国天文学家张钰哲发现的,他把这个小行星的名字献给了自己的祖国。916号叫做美洲。还可以找到许多地球上知名的城市,比如北京和深圳。
天堂里有鸟语花香,生物是个大家族,2731号就叫咕咕鸟。天堂里还有许多地球历史事件的记录,比如埃及和以色列和谈,联盟号和阿波罗对接成功等。天堂里当然也有美人,埃及艳后就早早地在这里定居了,可是这位美人真是徒有虚名,它的样子酷似一根骨头。其实,天堂里的许多小行星都不是圆形,由于质量太小,它们往往呈不规则形状。
童话是一个温馨的世界,在天堂里,也有童话中的人物,在《爱丽丝漫游奇境记》中,许多奇奇怪怪的人物就很受天文学家的青睐,有跳来跳去的蚱蜢,还有会说话的植物。在2002年的小行星命名中,这个童话中的许多人物都进入了天堂。日本电视剧里的人物也不少。既然有这些人物,天堂里也该有喜怒哀乐。23880号小行星是由韩国人发现的,它的名字叫“感情”,这个单词在韩语里是再统一的意思,表达了韩国人希望南北统一的意愿。美国“9?11”事件发生后,天堂里不仅多了两位死难者,也多了同情、团结、宽容这三颗连号小行星。其中8992号宽容是中国紫金山天文台发现的。
更加有趣的是,编号为整数的小行星往往被授予荣誉称号,第1000号小行星叫皮亚齐,是以**个小行星发现者的名字命名的,第4000号小行星名字叫做联合国。第15000号小行星叫CCD,它是一种用于天文观测的电子设备,为发现那些天堂里的居民做出了很大的贡献。
“天堂”并不安全
天堂里的小行星数量巨大,轨道十分复杂,给地球带来了很大的威胁,恐龙的灭绝和地球上无数的陨石坑都可能是它们惹的祸,为了避免地球的再次灾难,人们加紧了对它们的研究。现在,由于大望远镜的使用,发现小行星再也不像以前那么困难了,每月国际天文联合会命名的小行星都有几十甚至上百个。
原来科学家以为,小行星只存在于木星和火星之间,可是后来发现,有些居民很不遵守交通规则,它们竟会跑到这个轨道以外去,有几个家伙就时常跑到地球的身边。还有些家伙跑到木星轨道以外,顺着木星往外找,人们又找到了许多小行星。现在人们发现,即使在冥王星以外,仍然有小行星存在。这样,天堂又和地狱连在了一起,因为,按照给大行星命名的规则,冥王就是地狱的统治者。于是,人们在给那些海王星外天体和冥王星外天体起名字的时候,就充分地考虑了这一点,它们分别用造物之神和阴间之神来命名。2002年的小行星命名中,就出现了两个海王星外天体,它们分别叫做混沌和伊克赛恩。
天堂是一个幻想中的世界,它是现实世界的翻版。小行星家族却是一个实实在在的世界,在给它们的命名中,必然带着我们这个世界深深的烙印。如果地球上的人类历史全被抹去,那么我们只要来看看天堂,也就了解了大概。