大爆炸-宇宙通史- 第1部分

　　　　一百年前，我们甚至不知道银河系的存在，而今天我们已经知道宇宙大约起源于137亿年前，它由数以十亿的星系组成；
　　　　一百年前，我们还无从判断宇宙中是否有其他类似太阳系的行星系统，而现在我们已经找到了200多颗围绕银河系其他恒星旋转的行星，并且在探索生命起源的征途中；我们正不断的向前迈进；
　　　　一百年前，我们还只能用光学望远镜和照相干板研究天空，而现在我们采用最尖端的科技，从射电波段到伽马射线，从地面和空间来观测宇宙。
　　　　为什么会选择“大爆炸”这个题目？为什么背景截然不同的三个人会聚集到一起，满怀热情地花费两年时间，反复推敲，完成了这部关于“大爆炸”的着作？因为他们相信，每一个聪慧而好奇的人都应有机会听到它这个用一种通俗易懂的语言来讲述的奇异故事。这就是“宇宙通史”其中的理论只是在最近才开始被人们所接受。
　　　　这是一场“大爆炸”！空间、时间、物质以至宇宙都诞生在137亿年前。从这个不可思议的渺小的起始，以令人难以置信的速度膨胀着。布赖恩·梅、帕特里克·摩尔和克里斯·林陶特一起解释了这一切是如何发生的：从空间和时间开始存在的那一刻，到第一批恒星、星系和行星的形成，以及人类演化到能够反省自身的来历和归宿；在此之后，直到无限遥远的未来，那时地球早已被变成红巨星的太阳所吞没。这个故事是用清晰而直截了当的词语讲述的，严格按照事件发生的顺序，没有用到晦涩的数学。
　　　　“大爆炸”是一个引人入胜的故事。这是一部虚构的小说吗？作者们希望不是，因为它是建立在像阿尔伯特·爱因斯坦、斯蒂芬·霍金这样的伟大科学家们毕生的研究工作的基础上，其中也包含着我们这个地球成千上万个杰出头脑的贡献。
　　　　一起来欣赏这个故事，并让你的想象飞翔吧！

作者简介

　　　　帕特里克·摩尔爵士（Sir　Patrick　Moore）　大英帝国司令勋章获得者、皇家学会会员、皇家天文学会会员。终生研究月球，是许多月面特征的发现者，特别是在难于观测的边缘区域。他也是现代天文学的一位着名的诠释者。他主持的每月一次的BBC电视节目《夜空》，对宇宙探测和天文学的进展进行介绍。这个节目创办于1957年，那年世界上第一颗人造地球卫星斯普尼克1号发射升空。也就是从那时起，帕特里克就成为了一个家喻户晓的名字。他曾无数次地出现在广播和电视节目中，撰写了数百部书籍和文章，并在世界各地举办过讲座。他曾经激励了几代职业天文学家和天文爱好者，把他们一生的热情投入到这个迷人的领域里。
　　　　布赖恩·梅　大英帝国司令勋章获得者、名誉博士、皇家科学学院准会员、皇家天文学会会员。他是《夜空》节目的固定撰稿人，还是许多慈善机构的捐助人，例如墨丘利凤凰基金会、英国骨髓捐献协会等。布赖恩也可以被称为“梅博士”，因为赫特福德大学授予了他自然科学的荣誉博士学位。要联系布赖恩并分享他从相对论到摇滚乐等诸多方面的工作进展与心得，可以访问他的互动网站brianmay　
　　　　克里斯·林陶特博士　皇家天文学会会员。2000年加入《夜空》节目，作为帕特里克的共同主持人而着名。他在剑桥大学麦格达伦学院研究自然科学，最近在伦敦大学学院获得了天体物理学博士学位。他现在在牛津大学从事从早期宇宙到银河系中恒星形成的研究。

译者简介

　　　　李元；1925年生于太原，资深科普工作者，已从事科普事业60多年，中国科普研究所研究员。曾在中国科学院紫金山天文台、北京天文馆、中国科协工作。编着校译图书数十种，科普文章、论述近千篇。是北京天文馆创始人，曾获中国天文馆事业的先驱者奖状，建国以来成绩突出的科普作家证书，北京市和全国个人科普先进工作者称号。为中国太空美术事业的开拓者。1998年获国际天文学联合会授予的国际编号6741号小行星命名为“李元星”的殊荣，以表彰他对科普事业的杰出贡献。

目　录

　　　　前言
　　　　引言　天空的诱惑
　　　　我们身在何处
　　　　以光速前行
　　　　时间的历史
　　第一章　　万物肇始　大爆炸后10…43～10…32　秒
　　　　时间的开始
　　　　宇宙的尺度
　　　　自然界中的力
　　　　越大越冷
　　　　宇宙的同谋论
　　　　疯狂的暴胀
　　　　生活在一个平坦的宇宙中
　　　　暴胀之后
　　第二章　于是有了光　　大爆炸后30万～7亿年
　　　　大爆炸的回声
　　　　光的屏障
　　　　在时间上回看
　　　　引力，宇宙的力
　　　　昏暗时代
　　　　恒星能量的源泉
　　　　首批恒星的命运
　　　　黑洞，一个单向的旅程
　　　　超新星
　　　　伽马射线暴
　　　　相对论观测者的指南
　　　　虫洞，现实还是科幻小说
　　第三章　　演化中的宇宙　　大爆炸后7亿～90亿年
　　　　超大质量黑洞
　　　　我们的星系：银河系
　　　　旋涡星系
　　　　神秘的暗物质
　　　　为什么有暗能量
　　　　第五种力
　　　　宇宙剪切
　　第四章　　　恒星与行星　　大爆炸后90亿～92亿年
　　　　恒星的诞生
　　　　生命的化学
　　　　中年的恒星
　　　　太阳系的形成
　　　　今日太阳系
　　　　岩质行星
　　　　暗棕矮星
　　第五章　　生命的诞生　　大爆炸后92亿年到现在
　　　　月球的角色
　　　　我们的行星生命的摇篮
　　　　恐龙的梦魇
　　　　火星上有生命吗
　　第六章　　透视未来　　现在到大爆炸后187亿年
　　　　地球生命的结局
　　　　红巨星的太阳
　　　　白矮星坍缩了的太阳
　　　　中子星和黑洞
　　　　脉冲星
　　　　碰撞的恒星世界
　　　　引力波
　　　　末日？
　　第七章　　宇宙的结局　　　　大爆炸后187亿年向前
　　　　永不停息的膨胀
　　　　没有永恒
　　　　大撕裂
　　　　平行的宇宙
　　　　游戏的结局

前言

　　　　曾有一位天文学家认为这是一个荒诞不经的念头。如果不是他的感叹，我们可能今天不会在这里讨论所谓的“大爆炸”。
　　　　从20世纪40年代后期开始，英国天文学家弗瑞德·霍伊尔就是稳恒态假说的着名拥戴者，这个理论最初是由赫尔曼邦迪和托马斯戈尔德提出的。出于哲学上的原因，霍伊尔被宇宙在极大尺度上必然不随时间改变的观点所吸引。根据埃德温·哈勃在20世纪20年代的发现，霍伊尔和其他人注意到宇宙中的个体正在互相远离。因此，为了保证宇宙看上去不产生变化，稳恒态理论家们推论出新的物质必须在每个地方持续不断地产生以抵偿损失，即持续创生的概念，这样就能保证宇宙在实质上永远保持不变。与此同时，乌克兰宇宙学家乔治伽莫夫则反驳道，宇宙有可能从某个时刻起才存在，而且根本就不是处在一个稳定的状态下。在1949年的一次广播中，霍伊尔强烈地断言，当前的观测事实与那种要求所有物质在一次大爆炸中产生的理论相矛盾。于是无意中，霍伊尔为这种他耗费余生与之搏斗的理论创造了一个名字。
　　　　在20世纪50年代和60年代早期，两种理论交锋得很厉害。但是所积累的观测证据逐渐向那种霍伊尔认为难以接受的原始大爆炸倾斜。对稳恒态理论的致命一击出现在1964年，彭齐亚斯和威尔逊（最初无意间）发现了宇宙微波背景辐射上百亿年后大爆炸的回声，宇宙创生的混响。
　　　　大爆炸理论（更准确地说，是一套理论）如其所说，仅是一种理论。我们对于所居其中的宇宙进行观察与测量得到的事实证据，需要创建思辨的模型与之拟合。在天文学中，不断有模型被采纳，或被抛弃。因为远未找到所有事实，所以如果几年内我们这本书还不需要大规模重写的话，会令人感到很新鲜。当然我们在这里所讲的故事是出自目前大多数天文学家都认为比较好的一个模型。
　　　　我们的目标是按照事件发生的顺序讲述宇宙自身演化的故事，所以我们把一些历史轶事和次要话题的内容安排在灰色的栏目中而不放入正文。如果你希望专注地欣赏宇宙的故事，尽可以跳过灰色栏目中的内容，留待日后阅读。请记住，我们故事的主线始于第一章。每个后续的章节专门描述某个时段内发生的事件，从过去到现在，再到能够展望到的、几乎不可思议的遥远的未来。

引言　天空的诱惑

　　　　在一个明朗的夜晚仰望天空，如果你是在一个远离现代都市光污染的地方，就可以看到成百上千的星星，点缀着苍穹。很多人都知道这些不断闪烁的小小的光点就是一个个太阳，而其中许多都比我们自己的太阳要大得多、热得多，也有威力得多。而我们的地球只是一颗不起眼的行星，在宇宙中的地位就好比撒哈拉沙漠中的一粒细沙。但在这些之后隐藏着什么？宇宙是如何开端的？它是如何演化的？而如果真有一个终极存在的话，又将怎样消亡？
　　　　天文学家们正试图回答这些问题。我们这些小小的生命，居住在围绕着一颗普通恒星旋转的小小星球上，靠着从无限遥远的星星发出的光线，探索着宇宙深处的秘密，甚至向另外的世界发送自己制造的宇宙飞船，这是多么了不起的事情！很有可能我们只是宇宙中的初等生物，其他的文明早已超越了我们，但我们毕竟已经在探索所居住的这个宇宙的征途上起步了。在本书中我们将竭尽全力为你讲述宇宙的故事：从它远远早于地球存在时的诞生，如何演化到现在，以及它遥远的未来，那时地球甚至在记忆中都已经不存在了。这当中有许多我们不曾了解、可能永远也不会了解的奥秘。但从我们的祖先仰望繁星并自问“我们是谁”开始，直到今天，我们一直在这条路上探索着。
　　　　我们正生活在天文学的黄金时代。新的观测设备比如在朦胧的大气层外环绕地球的哈勃太空望远镜就在几十年前都还不可想象。在过去50年中我们能取得如此惊人的成就，另一个关键因素就是计算机不断增长的巨大威力。
　　　　没有哪个领域在近年来取得了像宇宙学在最大的尺度上研究宇宙的过去、现在和未来演化的学说这样辉煌的进展。在20世纪的大部分时间里，大多数天文学家都曾倾向于一种静态的宇宙，在最大的尺度上是均匀的而且不随时间变化。这与我们现在的看法差异实在是太大了。
　　　　我们身在何处
　　　　在下面的故事里，我们面对的是十分巨大的空间和时间跨度。地球是一个直径为12。800千米的圆球，在1。5亿千米的距离上环绕太阳运行。地球是八大行星之一，和众多小得多的天体一起组成太阳系。
　　　　大多数行星都有卫星。我们所熟悉的月亮是地球唯一的卫星，在环绕太阳的旅途中忠实地陪伴着我们。像行星一样，它自身只反射太阳光。月亮离我们不过40万千米，所以看上去是这样地引人注目。这也是人类曾经涉足的唯一的地外世界。1969年，当尼尔·阿姆斯特朗在月球静海荒凉的岩石上说出“这是一个人的一小步，但却是人类的一大步”时，生活在那时的人们都不会忘记那种激动人心的心情。
　　　　但太阳系只是宇宙的很小的单元，我们所在的星系银河系包含至少1000亿颗太阳，而且它们很多都伴有行星。我们尚不确定这些行星上是否存在任何形式的生命，无论这些生命是否具有智慧。
　　　　以光速前行
　　　　恒星都在遥远的地方。如果用英里或者千米来丈量它们之间的距离，就如同用英寸来表示伦敦离纽约有多远，这显然是过于繁琐了。幸运的是，我们有一个更好的计量单位。光的传播不是瞬间就能完成的，它以每秒钟约30万千米的速度行进。所以在一年的时间里光走过9。6万亿千米。这个距离称作光年，注意这是距离而非时间单位。离太阳最近的恒星有4光年远，而我们已经记录到的最远的天体则是在120亿光年之外。
　　　　从这么遥远的距离上望去，恒星仅是一个小小的光点。表面现象常给人以错觉。很多在任何晴夜中都能看到的星星不仅比太阳亮得多，而且还大得多。例如猎户座的参宿四，离我们300光年，是颗巨大的恒星，它的球体内甚至可以容纳下地球绕日公转的轨道。已经观测到它表面的一些特征，但是只有太阳才近到使我们有能力研究其真正细节的程度。事实上，我们关于恒星的大部分知识都来自对这颗近邻恒星的研究。幸运的是，太阳是一颗普通的恒星，既不过于暴烈也不过于孱弱，变化也不大。天文学家们把它归类为矮星，而实际上它的质量比平均值略高一些。像参宿四这种巨星的数量则比矮星的少得多。
　　　　通过观察恒星的颜色也能使我们了解到它们