《给忙碌者的天体物理学》部分书摘

1 宇宙没有义务让你理解。——尼尔·德格拉斯·泰森

2 生活在21世纪开端，有时我们并不知道这个时代有多特殊。但是，只要我回想起青年时代读到的关于天文和宇宙的科普书籍，就发现在短短的三十年中，人类在理解宇宙这件事上走了多么远。

3 生命是脆弱的。地球偶尔会与个头较大又任性的彗星和小行星相撞，这种事件在历史上很常见，足以毁掉我们的生态系统。仅仅6500万年前（距离我们的时间不到地球历史的2%），一颗百亿吨的小行星撞击了现在墨西哥的尤卡坦半岛，抹杀了超过70%的地球动植物种类——包括所有著名的超级恐龙。这次大灭绝使我们的哺乳动物祖先能够填补新的空缺，而不是继续充当霸王龙的开胃小菜。这些哺乳动物中一个脑袋很大的分支，我们称之为灵长类，其中一个属种（智人）拥有了足够的智慧来发明科学的方法和工具——去推断宇宙的起源和演化。

4 物理定律的普适性告诉我们，如果我们降落在另一个拥有繁荣文明的外星球上，它们将按照我们在地球这里发现和检验过的同样的定律运行——即使外星人怀有不同的社会和政治信仰。

5 科学的繁荣不仅在于物理定律的普适性，也体现在物理常数的存在和持久性上。

6 “我们永远不会飞起来”“飞行将永远不具有商业可行性”“我们永远无法分裂原子”“我们永远无法打破音障”“我们永远到不了月球”。但它们的共同点是，没有既定的物理定律支持这些说法。“我们永远不会超越一束光”这一说法是一个性质完全不同的预测。它遵循了基本的、经过时间考验的物理原则。

7 星系际空间虽然是很吸引人的所在，但是如果你选择去那里，那对你的健康而言是非常危险的。让我们忽略因为你温暖的身体试图与3K的宇宙温度达到平衡而把你冻死的事实，让我们忽略由于缺乏大气压力会导致你窒息、血细胞爆裂的事实。这些都是很普通的危险。

8 不同天体环境里，暗物质和普通物质之间的比例变化很大，在星系和星系团这样的大型天体中是最为明显的。对于最小的天体，如卫星和行星，并不存在物质和引力间的差异。例如，地球表面的引力可以完全由我们脚下的东西来解释。如果你在地球上超重，不要责怪暗物质。

9 科学不只是要看到，它是关于测量的，最好是用一些不是你自己眼睛的东西去测量，因为眼睛所见无法摆脱脑中的包袱。而这些包袱往往是一大堆先入为主的观念、僵化的成见和彻头彻尾的偏见。

10 无论白天还是晚上，每一秒钟你身体上的每一平方厘米都有1000亿个来自太阳的中微子穿过，但根本不会与你身体的原子发生相互作用。尽管如此不可捉摸，但在特殊情形下，中微子仍然是可以被阻止的。如果你阻止了一个粒子，就说明你已经探测到它了。

11 迄今为止最精确的测量结果显示，暗能量是宇宙中最主要的东西，目前占据了所有质量-能量的68%，暗物质占了27%，一般物质仅占5%。

12 如今在夜空中可见的遥远的星系，最终将会消失在可以企及的视野之外，而它们离我们远去的速度比光速还要快。如此的宇宙壮举，并不是因为它们以这样的速度在太空中运动，而是因为宇宙的结构本身以这样的速度承载着它们。没有物理定律能阻止这一点。再过大约一万亿年，居住在我们银河系里的所有人可能根本就不知道还有其他星系存在。我们的可观测宇宙将只包括一个由邻近的长寿恒星组成的系统。在这繁星满天的黑夜之外，还会有无尽的虚空——那是深空黑暗的脸庞。

13 我们是否也错过了宇宙过去的一些基本章节？宇宙历史这部大书的哪一部分被标记了“拒绝访问”？我们的理论和方程式中，还缺少什么本应存在的东西，让我们苦苦追寻却可能永远找不到答案？

14 在世界各地的白垩纪、古近纪地层交界处，都发现了可追溯到6500万年前的铱元素。并非巧合的是，当时凡是比登机箱大的陆地物种都灭绝了，包括传奇一般的恐龙。

15 除了晶体和破碎的岩石，宇宙中很少有东西天然就带着棱角。虽然许多物体形状奇特，但从简单的肥皂泡到整个可观测的宇宙，球形物体的名单实际上是无穷无尽的。在所有形状中，球形最受简单物理定律的青睐。

16 自然界中的球形是由诸如表面张力之类的力制造的，它们希望使物体在各个方向都变得更小。液体的表面张力使肥皂气泡在各个方向挤压空气，它会在被形成的瞬间，用尽可能少的表面积来包围那部分空气。这就产生了具有最高强度可能的气泡，因为除非必要，肥皂膜就不需要扩张得更薄。只要用大学一年级的微积分，你就可以证明这种，也是唯一的一种，对封闭的体积来说具有最小的表面积的形状，是一个完美的球体。事实上，如果所有的装运箱和超市里的所有食品包装都是球形的，那么每年可以节省数十亿美元的包装材料费用。例如，一盒超大份的麦片，可以很容易地装入一个半径为12厘米的球形纸箱。但实用性更占上风——没有人想要在球形包装盒滚下货架后去满地追赶它们。

17 从最深海沟到最高山脉之间的高度大约只有20千米，但是地球的直径将近13000千米。因此，与在它表面上走动的微小人类的认识相反，地球作为一个宇宙天体，是非常平滑的。如果你有一个宇宙超级无敌大手，用它拂过有高山深海的地球表面时，会感到像台球一样光滑。那些昂贵的地球仪上高耸的山脉，其实是严重夸大了实际情况。这就是为什么尽管地球有山脉和山谷，以及在两极方向上略扁，但从太空看起来，地球与完美球体并无二致。

18 虽然艺术画中会把小行星带描绘成太阳系盘面上遍布奇石的一片区域，但那里的小行星总质量不到月球的5%，而月球自身的质量仅比地球质量的1%大一点。听起来无关紧要。但是它们的轨道不断地受到扰动，因此形成了数以千计的危险小行星，其椭圆轨道与地球的轨道相交。一个简单的计算表明，它们中的大部分将在1亿年内撞击地球。那些大于1千米的小行星碰撞所产生的能量足以破坏地球生态系统，并将地球上的大部分陆地物种置于被灭绝的危险之中。

19 目前发现的小行星已经有数十万颗，可能很快就会多得起不出名了。但不管那一天是否到来，我都颇感欣慰的是，以我的名字命名的那一块宇宙碎片并不孤单，因为在行星之间，跟它在一起的还有一大串以真实和虚构人物命名的其他碎块。我也很高兴，目前，我的小行星没有朝地球冲过来。

20 当你进入太空时，更多的细节又消失了。从轨道高度约400千米的国际空间站窗口看出去，在白天你可能会认出巴黎、伦敦、纽约和洛杉矶，不过这是因为你在地理课上学过它们的位置。到了晚上，它们向四处蔓延的城市灯光使其显得更加明显。在白天，与传言不同，你看不到吉萨的大金字塔，也看不到中国的长城，它们毫不醒目的很大一部分原因是它们都是用取自周围环境的土和石头建成。虽然长城有万里之长，但它只有6米宽——比公路都窄。

21 氧——是宇宙中第三丰富的元素，排在氢和氦之后，

22 我们大多数人都很容易受到人定胜天这类强势思维的影响。我曾经也是这样，直到后来我在生物课上学到“一厘米结肠里的细菌要比这个世界上存在过的人的总数还要多”。这类信息会让你对究竟是谁（或是什么）在实际掌控你我而思虑再三。

23 如果一个巨大的基因鸿沟将我们和我们在动物王国中最近的亲戚分隔开来，我们就可以理直气壮地赞颂我们的聪明才智。我们可能有资格四处炫耀，认为我们离我们的近亲物种很远且截然不同。但并不存在这样的鸿沟。相反，我们与自然的其余部分是一个整体，我们的位置既不高于也不低于自然，而是属于自然。

24 就拿水来说吧。水很平常，也很重要。一个250毫升杯子里的水分子的数目，比世界上所有海洋里的水按杯计算的数目还要多。这一杯水里的分子数目之多，能够匀出1500个分子到世界上的每一杯水中。无可回避的是：你刚才喝的一些水曾流经过苏格拉底、成吉思汗和圣女贞德的肾脏。空气怎么样呢？也是至关重要的。你每一次呼吸吸入的空气分子数目，比在地球整个大气层里的空气按“一呼吸”计算的数目还要多。这意味着你刚才呼吸的空气曾经通过了拿破仑、贝多芬、林肯和比利小子[插图]的肺部。

25 想知道我们是由什么构成的吗？又一次，宇宙视角提供了一个比你的预期更让你震惊的答案。宇宙中各种化学元素是在大质量恒星尤其是其生命结束时发生剧烈爆炸的火焰中锻造出来的，这些元素丰富了它们所在的星系。结果呢？宇宙中四种最常见的活跃元素氢、氧、碳和氮，也是地球生命体中四种最常见的元素，碳更是生物化学的基础。我们不只是生活在这个宇宙之中，宇宙就存在于我们的身体之中。

26 宇宙视角来自科学的前沿，但它并不仅仅是科学家独占的。
它属于每个人。
宇宙视角是谦逊的。
宇宙视角是精神上的——甚至是救赎的——但不是宗教的。
宇宙视角让我们能够以一种思想同时把握宏观和微观。
宇宙视角使我们的头脑对非凡的想法保持开放，但又不至于使我们脑洞太大以至于容易轻信我们被告知的任何事。宇宙视角使我们睁开眼睛看宇宙，它不是被设计用于抚育生命的慈爱摇篮，而是一个寒冷、孤独、充满危险的地方，迫使我们重新评估所有人对彼此的价值。宇宙视角表明地球是一颗尘埃。但它是一颗珍贵的尘埃，目前，它是我们唯一的家园。宇宙视角在行星、卫星、恒星和星云的图像中发现着美，同时也颂扬着塑造它们的物理定律。宇宙视角使我们的眼界能够超越我们的环境，让我们超越寻找食物、住所和伴侣的原始需求。宇宙视角提醒我们在没有空气的太空中，旗帜不会飘扬——这也许是象征着在太空探索中我们不必掺杂进任何狂热的爱国情绪。宇宙视角不仅包含了我们与地球上所有生命的遗传亲缘关系，而且也珍视我们与在宇宙中任何尚未发现的生命之间的化学亲缘关系，以及我们与宇宙本身的原子亲缘关系。

27 我们每个人如果至少一周一次——即使不能一天一次——思考在我们面前有什么宇宙真理未被发现，也许就会诞生一位聪明的思想家、一个巧妙的实验或一个充满创新的太空项目。我们可能会进一步思考，那些发现将来有一天会如何改变地球上的生命。如果没有这样的好奇心，我们就跟那些守着能满足自己所有需要的几十亩地，因而表示没有必要出门冒险的旧时代农夫没有什么区别。然而，如若我们所有的祖先都如此认为，那些农夫就会仍然是用棍子和石头追逐晚餐的穴居人。在我们短暂停留在这个星球上的这段时间，我们欠我们自己和我们的后代一次探险的机会——部分原因是探索本身的乐趣。但还有一个更高尚的理由：当我们对宇宙的认识停止增长的那一天，我们就有可能面临着倒退到幼童式观点的风险，即我们固执地以为宇宙仍然围绕着我们转。在那个不容乐观的世界里，拥有武器却资源匮乏的人和国家将基于他们“浅陋而狭隘的偏见”采取行动。而那将是人类启蒙的劫难——直到一个充满远见，从而能够再次拥抱而不是畏惧宇宙视角的新文化的兴起。