【假一罚四】如何漫游宇宙大爆炸

你是不是正在寻找一个令人一生难忘的假期？那么，给你一个包含所有已知时间的假期怎么样？请前往宇宙大爆炸的现场看看吧，一切都是从那里开始的——它创造了整个宇宙！前往时间和空间的诞生之地，自然危险重重，充满困苦，但是这本友好的漫游指南会随时待命，为你旅行中的每一步提供贴身帮助。这本必不可少的手册将会为你说明：你应该在什么时候看什么；需要采取什么措施来避免自己的身体被完全分解为原子尘埃；以及应该如何大限度地从穷尽宇宙的生命也只能享受一次的旅程中获取新知和感悟，从你需要了解的科学发现到产生它们的历史环境，可谓无所不包。你要想美美地享受假期，第一步都是要先到达目的地。但是，大爆炸是“何时”而不是“何地”——因此，到达那里需要一种非传统的思维和坚定的信念。物理学定律可能会让人们实现时间旅行，不过也可能不会，而现有的具备理论可行性的交通方式往好里说，也要动用整个宇宙的能量，而且极其致命。时间箭头在传统的物理学中，时间有一个单一的、不可逆转的方向，那就是从过去指向现在，再到未来。有时这被称为“时间箭头”。决定时间方向的力量之一是熵（entropy），这是一个丰富而含糊的概念，被定义为无序、随机或不能做功的能量。物理学定律表明，熵总是增加的。例如，熵增意味着破碎的玻璃不能自动重新拼接起来。时间维度然而，爱因斯坦意识到，时间并不是绝对的。相反，对于不同的观测者来说，时间流逝的速度不同。在相对论（relativity）的概念中，时间被视为与长度、高度、深度并存的另一个维度，这四个维度共同组成了一个可以扭曲、变形的结构（被称为“时空”）。这种对时间的思考方式提出了一种有趣的可能性，即时空可以被扭曲，这样我们就可以在第四个维度（时间）中旅行， 正如我们在其他三个维度中所做的那样。让我们一起扭曲时空吧！扭曲时空并不容易，它需要巨大的质量或者能量（相对论告诉我们，质量和能量可以相互转化）。为了开启去往大爆炸的一生难忘的假期，你可能想要考虑“曲速引擎”这个选择，包括虫洞（wormhole）和宇宙圆柱体。快子远距离传送（tachyonic teleportation）给我们提供了另一种到达早期宇宙的途径，用这种方法就不用把现存的宇宙搭进去。只不过从你的视角来看，在这个过程中你可能难逃一死。我们将在接下来的几页中看一看每一种选择。但是，首先我们需要绕开亚原子物理（subatomic physics）这个奇异的世界。

宇宙是如何起源的？行星、恒星和星系是如何形成的？宇宙的终极命运是什么？自古以来，人类就对浩瀚的星空充满了好奇。如果你也对宇宙的起源和演化很感兴趣，那就请前往宇宙大爆炸的现场看看吧，或许你心中所有的疑问都可以在那里找到答案！因为一切都是从那里开始的——它创造了整个宇宙，即创造了时间和空间！当你旅行到大爆炸时，你不仅是在进行一段穿越时空的旅行，更是在穷尽物理学本身——从极大到极小，从无限长到无限短，以及从我们所知的物质到亚原子粒子、基本力及其他。这是一场奇异的、脑洞大开的且充满科幻色彩的漫游之旅，一部完备的、精妙的宇宙演化史。本书以通俗易懂的语言、贴近生活的视角，向普通读者介绍宇宙学知识，并将140亿年的宇宙演化历程化繁为简，犹如庖丁解牛般细致入微，让艰深难懂的知识变得生动有趣。从只有纯能量的普朗克期，到见证暗物质和暗能量的诞生的大统一时期，再到也许是创世史上伟大的表演的暴胀期，物质以“夸克汤”的形式存在的电弱时期，直到宇宙演化的下一个阶段——夸克时期、强子期和轻子期，迎来了宇宙史上伟大的战争——物质和反物质之间的大决战。然后是光子时期、复合时期、黑暗时期，最后是第一代恒星被点燃、可见光第一次照亮整个宇宙的复兴时期，恒星和星系就此形成。这还是一场重温宇宙学科学史的漫游之旅，一部由我们人类书写的、浪漫的科学史诗。本书作者是一个讲故事的高手，他选择绕过一切枯燥成分，用介于科学与科幻之间的叙事手段，化繁为简，同时赋以宏观视角，为我们提供了一个新奇而烂漫的阅读视野。宇宙究竟有多大？从公元前3世纪利用几何学来估计地球、月球和太阳之间的距离的古希腊人，到16和17世纪的天文学家乔瓦尼·卡西尼和伽利略，再到18世纪末、19世纪初发现了“宇宙岛”星云并预测了银河系的终结的赫歇尔，人类对宇宙尺度概念的拓展从来没有停止过。从伽利略的自由落体实验到牛顿的水桶实验，再到爱因斯坦的相对论，一代代物理学巨擘是如何完善描述宇宙的理论体系的？时空的结构是什么？引力又是如何影响时空的？哈勃是如何通过红移效应发现宇宙正在加速膨胀的？人们又是如何通过哈勃常数来计算宇宙的年龄的？描述宇宙起源的“大爆炸”与“稳恒态”理论模型的提出背后又有哪些有趣的科学故事？此外，本书还单独用一个章节讲述了探索宇宙的先驱人物及其重要贡献，用一个个鲜活的人物角色将宇宙学的科学史完整地串联起来，给了普通读者一次非常难得的机会，得以窥见伟大科学发现的诞生过程。这堪称科学精神与人文精神的完美结合！我们仰望星空，我们更仰望探索星空的先驱！