【书 名】从大爆炸到大终结
【作 者】(英)本·吉利兰 著 萧耐园 译
【出版者】湖南科学技术出版社
【索书号】P159-49/4028
【阅览室】自然阅览室
作者简介
本·吉利兰，是一位获奖的科学作家和插画家。他于2005年开始为英国《地铁报》的通俗宇宙科学专栏写稿，为大众讲解科学知识，并因此赫赫有名。2013年他获得了Arthur Clarke爵士太空成就奖。
内容简介
本·吉利兰著的这本《从大爆炸到大终结》主要介绍宇宙是怎样形成的：我们如何发现大爆炸，能量如何成为物质，一系列物理定律如何使得物质相互作用产生了恒星、星系和生命，以及宇宙的未来是终结还是重生。如果宇宙不是我们想象的唯一存在，那么它的逝去并不会让我们对生命的存在感到迷茫。
●我们发现大爆炸，放弃了宇宙静止和永恒的观点。
●第一批物质粒子怎样形成，正是它们构成了我们的宇宙。
●基本作用力创造第一批复杂的结构，点燃第一批核火焰，促使宇宙摆脱黑暗。
●恒星作为宇宙压力锅烹饪出一些重元素来，坍缩星体造出了黑洞。
●培植几个大星系，并由黑洞经营我们的宇宙园地。
●黄色太阳作为热菜，献上我们的招牌菜——地球，并准备生命的配方。
●估量宇宙万物的结局，从宇宙切割出奇点并创造一个多元宇宙。
序言
你本身的奇迹
当人类首次考量自己的生存状态时，他面对的是一个环境恶劣的世界。早期人类以游猎方式按小型部族群居，无从把握自己的命运，所以他们设想自己的命运掌握在诸神手中。不管怎么说，把希望寄托于神迹，对于短暂而艰难的生涯来说，总比徒然悲叹要强。后来科学逐渐萌兴，通过搜集证据和验证想法，发现了支配宇宙的自然规律和机制。只要正确地运用雄辩的思想、证据和实验，即使奇迹也能解释。
随着科学破除了迷信的神迹，它揭示了一切奇迹中zuida的一个——你本身的奇迹。你的旅行开始于约138亿年前时空存在之前的那个时候，时间就从那时开始。在一无所有的某个地方，即将开始的宇宙中可能存在的一切都挤压在一个比zui小的粒子还小的所在。后来（原因尚不明白）所有这潜在的一切都在一次势不可挡的“大爆炸”中释放出来了，宇宙由此诞生。起初的宇宙是超高温的等离子体，就像一锅沸腾不已的热汤，逐渐膨胀并冷却，随着这一进程，从这锅汤里首批粒子结合生成。所有这些粒子以物质和反物质的两种类型产生。如果说物质和反物质是等量地产生的，那么在后来确实发生的两者互相湮灭的连锁反应中，宇宙本来会消失殆尽。可是由于我们尚不知道的原因，物质的数量稍稍多于反物质，于是宇宙（连同潜在的你）便得以存在至今。
不过你的存在还不是一个唾手可得的结论。随着宇宙的膨胀，物质向四周扩散。要是物质分布得十分均匀（就像把水倒进一个水桶），那么它将永远保持那样的状态。幸好膨胀的宇宙并非绝对均匀，在局部区域物质稍微密集些，引力便大行其道。越来越多的物质被吸引在一起形成了气态星云，星云坍缩产生了足够高的热量和压力，触发了核聚变反应，使首批恒星闪耀光芒，而且把原子压缩在一起产生了多种重化学元素，而你正是由它们构成的。
如果所有这些化学物质都封闭在恒星内部，那也没有用处。幸运的是这些早期恒星质量真大，而大质量恒星则是短命的，所以当恒星在炼成这些重元素后，作为超新星而爆发——把这些可再生的种子洒向宇宙的四面八方。如果物理定律稍微有些不同，这些恒星的质量就不会那么大，大到足以“砰蓬”爆发，那么构成你身体的化学元素只炼到一半，而且只能永远锁藏在一个个冷却的碳团里（指白矮星——译注）。几十亿年以后，经过几轮核聚变反应的循环，星系形成了，宇宙还存在着，称为银河系的一个星系将要见证随后的奇迹。
大约在45亿年以前，在一颗不起眼的恒星周围，有一颗行星从尘埃和冰块盘旋着的星周盘里凝聚而成。它有些不忍卒睹——只是一个有金属沉积、被烧焦的炽热熔岩球——但是它毕竟已经形成，而且与恒星的距离几近完美。它离得不太近，避免成为热不可耐的火炉，也离得不太远，不致成为大而无当的冰块。正是在这颗行星上生命应运而生，这看似代表了zuijia的机遇，而且似乎造就了一个很大的奇迹。
真正的奇迹来自于一个火星大小的行星状天体，它猛撞我们的幼年行星，把很大一团岩态物质抛向太空。这就形成了月球。生成月球的这次撞击也让地球自转轴歪向一侧，这就意味着太阳的能量不致于集中投射到单一区域，而且月球的引力也阻断了地球绕轴的无序晃动，这使得地球的气候稳定，阻止了气候的剧烈动荡（而这可能灭绝生命）。月球的诞生使地球成为生命的理想摇篮，但还不止于此，月球的引力推动着地球的海洋，潮汐日复一日地冲刷着今日大陆的海岸线。可能正是这种潮汐作用反复而有序地出露又淹没海滩，才是促使生命进化的首要原因。
对你来说这是zui后的奇迹……。这些首批单细胞的生命体，不论是什么机制导致它们演化，我们的祖先总来自它们之中。当你今天坐在这里读着这本书的时候，你和这些微小的浮游生物之间曾经存在一条连绵不断的纽带。38亿年以来，咱们祖先中的每一代都长时间地生存过，足以把它们的遗传因子留传给下一代。这是多么不可思议，经过近40亿年来的物种灭绝、弱肉强食、疾病流行、社会剧变、战争杀戮和饥荒肆虐，一条连绵不断的生命之链通向于你。
这就是我所称的奇迹。
在这本书里我们将描绘能量怎样成为物质，一系列物理定律如何导致物质相互作用，产生了恒星、星系和你。我们还将描述一些科学发现和突破，它们帮助我们理解宇宙是怎样形成的。
文摘
“起初上帝创造天地……”（译文转引自《旧约全书》，中国基督教协会、中国基督教三自爱国运动委员会印，1988年版）。基督徒认为万事万物就是这样开始的：这8个字说明了地球和宇宙怎样来到世上。你不认为它有点简单化了吗？一次意义非凡的事件就这样发生，经不起认真推敲。
那么现代科学又是怎样解释字宙是如何面世的呢？一定有很长很复杂的，裹杂着既繁复又难懂的术语，如“熵”“均匀性”和“各向同性”之类，不是吗？科学描述的“创生”那一瞬间甚至比《圣经》更简洁。读一本科学书籍（就有点像本书），它无不都告诉你宇宙诞生于一次“大爆炸”。只用3个字：3个普通的单音节字。就像小儿戏言，去描绘那大小几乎无法计算的字宙的诞生。
没有昨天的一日
是的，科学上这种初始的考虑有点令人失望，但是与《圣经》上一位超自然的神从魔法口袋里造出字宙的故事相比，科学上关于字宙如何创生的设想则与具体的证据关联着，它们就是我们能看见，能听到和能以可重复的实验得到的现实事物，难道不是这样的吗？
呃，不……不完全这样。
大爆炸学说的难点在于它不是实实在在地描述字宙是怎样诞生的。大爆炸这个词可能有些误导，它不是指空间、时间和物质从中产生的一次宇宙爆炸。相反，它描述宇宙在其创生之后的演化。
考虑大爆炸学说好比设想有一位没有人类生理学知识的陌生人来描述你的生平。这位陌生人会确切地描述从你出生那一刻以来你的成长，你与环境交融，但对你呱呱堕地时的第一时间发生了什么，他就只能猜测了。
大爆炸学说能描述字宙从它诞生过了亿分之一（又亿分之一、又亿分之一、又亿分之一）秒以来的发展，但是不能说明恰恰诞生的第一时间怎么样。
所以，正如科学所主张的，它不能说明宇宙怎样来到世上，它真是从一无所有中“喷涌”而出（好像从上帝的口袋里拽出来）的吗？它是不是宇宙创生、死亡、再创生的无穷循环中的一环？宇宙是唯一的吗？它的确是硕大的“瑞士奶酪”巨块中的一个空洞？我们将在后面探讨这些问题，不过眼下要面对我们自己。
关于宇宙大爆炸学说要告诉我们什么？
就这样，物理学能告诉我们关于宇宙诞生的许多东西，但是它不能说明在最初无限小的那一瞬间发生的事情。这里，在所谓的普朗克时期，物理定律完全失效，理论家们在从一组方程解得的数字面前焦头烂额，数字趋向于无限大（他们忌讳无限大）。经典物理学或量子力学都无法解释发生了什么。设想大爆炸学说是一本书：它是从第一章第一页的第二段开始的，虽然我们应该等待科学家写出第一段，但是我们还是能欣赏书的其余部分。
我们的故事从比最小的粒子还小的某些事物出发。这些最小事物中充满了所有的物质和能量，它们将存在于宇宙的整个历史中，也就是所有曾经出现或将要出现的星系、恒星、行星、卫星和生命中，它们压缩成一个能量无穷的一个点（只有单个质子大小的100000000000000000000分之一）于是它开始膨胀。
在宇宙创生的第一瞬间（诞生后的100000000000000000000000000000000000000000000分之一秒），它是极端致密和极度炽热的。当然，只是说它炽热还有些词不达义，就太阳中心来说，沸腾着的温度达1000万度，是“炽热的”，但是还要在这个数字后面添上19个零，才能表示早期宇宙到处一样的温度。
所有这种能量（热量和能量可以看成是同一种东西）意味着我们所熟悉的物质还不能形成，而且有朝一日将导致宇宙结构形成的所有基本作用力，即电磁作用力、强核作用力、弱核作用力以及引力（参看第4章作用于宇宙的力很强，第70页）都束缚在一起，这是单个统一的力。
在宇宙诞生后最初远不足一秒的时间里，膨胀比较缓慢，但是它一旦膨胀，便逐渐地趋向于越来越不致密和越来越不炽热。然后，有一件极其惹人注目的事情发生了：统一的力突然间分裂了，基本作用力互相分离，在这种情况下，巨大的能量爆发出来（有点像打开一个摇动过的可乐罐头）。这一能量喷发导致字宙以指数式膨胀，这个过程称为暴胀。就在100000000000000000000000000000000分之一秒里宇宙膨胀到10*78倍（这是10自乘78次）。就好像比质子还小的一个尖尖膨胀成一只葡萄柚（也相当于一只网球膨胀到今天的可观测字宙）那么大，瞬息间暴胀就平息下来，那时的宇宙只有现在的约干分之一大小。
在这个大为扩展了的宇宙里，曾经那么紧密地挤压在一起的能量能够向外扩散了，由于在任意给定的区域能量较小，它冷却下来，导致第一批物质粒子形成。（参阅第69页，关于物质怎样由能量形成的内容。）
