【现货速发】宇宙

　　吴国盛（清华大学科学史系教授）：
　　他是未来科学家的指路神，甚至，他还是外星人首先要造访的地球人。

　　刘慈欣（科幻作家）：
　　《宇宙》在20世纪80年代初期真的为我打开了看科学的第三只眼。

　　阿西莫夫（科普、科幻作家）：
　　我生平只遇到过两个人比我更聪明，萨根是其中之一。

　　李淼（南方科技大学物理系教授）：
　　在我看来，过去一百年间没有比卡尔·萨根更好的科普作家。

　　
　　《宇宙》由知名天文学家卡尔·萨根所著，是影响深远的一本天文科普名著，是豆瓣9.5分同名传奇纪录片的姊妹篇。《宇宙》一书将科学思辨和人文精神结合，从我们身边的锁事追溯到万物的开端，从浩渺的宇宙视角审视人类自身。作者在天文、生物、化学和地理学之间进行"异花授粉"，将科学与历史、艺术、人类学和哲学交织，向我们描述了宇宙了前生今世，帮助读者拥抱科学，了解人在宇宙中的位置。

　　
　　《宇宙》由知名天文学家卡尔·萨根所著，是影响深远的一本天文科普名著，是豆瓣9.5分同名传奇纪录片的姊妹篇。《宇宙》一书将科学思辨和人文精神结合，从我们身边的锁事追溯到万物的开端，从浩渺的宇宙视角审视人类自身。作者在天文、生物、化学和地理学之间进行"异花授粉"，将科学与历史、艺术、人类学和哲学交织，向我们描述了宇宙了前生今世，帮助读者拥抱科学，了解人在宇宙中的位置。

　　
　　[美] 卡尔·萨根
　　卡尔·萨根（1934-1996），知名天文学家、科普作家。理性思维和浪漫幻想的捍卫者。普利策奖得主，《时代周刊》封面人物，外星智慧交流组织会长，NASA杰出公共服务奖章得主，获美国国家科学院公共福利奖章、美国物理教师协会奥斯特奖章，美国天文学会行星科学分会主席，第2709号小行星用"萨根"命名，设计并主导先驱者号"地球名片"和旅行者号"星际唱片"重大太空探索项目。
　　译者简介
　　虞北冥，科幻、科普译者。毕业于北京师范大学语言文学专业、英国埃塞克斯大学英语文学专业。曾任《科幻世界》杂志译文版编辑，译著有《接触》《玩家1号》《信使》《暗影之年》《洄游》《光影游戏》等。
　　科学顾问
　　于浩然，北京师范大学天体物理学博士，厦门大学天文系副教授，博士生导师。主要研究领域为宇宙学，宇宙大尺度结构的数值模拟。在我国天河二号超级计算机上进行的中微子宇宙学模拟获得2017年中国天文十大科技进展。

　　前言   001
　　章   星海之滨   009
　　第二章   宇宙的复调   023
　　第三章   和谐世界   043
　　第四章   天堂和地狱   074
　　第五章   红星蓝调   100
　　第六章   旅行者的故事   129
　　第七章   夜空之脊   153
　　第八章   时空之旅   183
　　第九章   恒星的一生   203
　　第十章   永恒的尽头   227
　　第十一章   记忆挥之不去   251
　　第十二章   银河百科全书   270
　　第十三章   谁为地球代言   292
　　致谢   316
　　附录1
　　归谬法和2的平方根   320
　　附录2
　　五个毕达哥拉斯正多面体   321
　　    

　　
　　《宇宙》由知名天文学家卡尔·萨根所著，是影响深远的一本天文科普名著，是豆瓣9.5分同名传奇纪录片的姊妹篇。《宇宙》一书将科学思辨和人文精神结合，从我们身边的锁事追溯到万物的开端，从浩渺的宇宙视角审视人类自身。作者在天文、生物、化学和地理学之间进行"异花授粉"，将科学与历史、艺术、人类学和哲学交织，向我们描述了宇宙了前生今世，帮助读者拥抱科学，了解人在宇宙中的位置。

　　
　　[美] 卡尔·萨根
　　卡尔·萨根（1934-1996），知名天文学家、科普作家。理性思维和浪漫幻想的捍卫者。普利策奖得主，《时代周刊》封面人物，外星智慧交流组织会长，NASA杰出公共服务奖章得主，获美国国家科学院公共福利奖章、美国物理教师协会奥斯特奖章，美国天文学会行星科学分会主席，第2709号小行星用"萨根"命名，设计并主导先驱者号"地球名片"和旅行者号"星际唱片"重大太空探索项目。
　　译者简介
　　虞北冥，科幻、科普译者。毕业于北京师范大学语言文学专业、英国埃塞克斯大学英语文学专业。曾任《科幻世界》杂志译文版编辑，译著有《接触》《玩家1号》《信使》《暗影之年》《洄游》《光影游戏》等。
　　科学顾问
　　于浩然，北京师范大学天体物理学博士，厦门大学天文系副教授，博士生导师。主要研究领域为宇宙学，宇宙大尺度结构的数值模拟。在我国天河二号超级计算机上进行的中微子宇宙学模拟获得2017年中国天文十大科技进展。

　　第1章 星海之滨

　　初创造成形的人被唤作"笑巫"、"夜巫"、"不洁者"和"黑巫"……他们有智慧，通晓天地间的一切。他们睁开眼，便洞悉万物。他们依次望向天堂的穹顶、大地的圆脸……（然后造物主说）："他们无所不知……该拿他们怎么办呢？让他们的眼睛只能顾及近旁；让他们只看得到大地之脸的片段吧！……我们所造的，不该是简单的自然生物吗？难道要让他们也成神吗？"
　　--《波波尔·乌》 ，基切玛雅人
　　已知有涯，而未知无涯；我们如同立于荒岛之上，被苍茫大海所困。每一代人的任务，都是填出一小块新的陆地。
　　--T.H.赫胥黎（1887）

　　宇宙即一切。过去是，将来亦如是。对宇宙的遐思即便再卑微渺小，也能撼动人心--那是脊柱上传来的刺痛、嗓子里的哽咽，或者某种模模糊糊、从高处坠落的久远记忆。如此，我们知道，那伟大的谜团近了。
　　宇宙的规模和年龄远超常人想象。我们的行星家园只是迷失在永恒和无限间的小小一点。从宇宙的角度来看，人类的关注无关紧要，甚至微不足道。但这个物种年轻、好奇、勇敢，而且充满希望。近几千年来，我们对宇宙以及我们在宇宙中所处的位置有了惊人的发现。这些发现不仅令人振奋，还提醒我们，人类已经进化到了以学习为乐，并以获取知识为生存先决条件的地步。我相信，人类的未来取决于对宇宙的了解程度。毕竟苍穹浩瀚，我们不过是晨空中一粒飞扬的尘埃。
　　探索宇宙，需要兼具想象力和怀疑精神。想象力能开启未知世界，少了它，我们将一事无成。怀疑精神则可以区分幻想和现实，检验我们的推测。宇宙有无法穷尽的优美天体，错综的关联、微妙的法则，可供探索的无限空间。
　　地球位于星海边缘。人类的绝大部分知识都在这里学得。如今，我们刚向海洋探出一小步，被海水濡湿了脚趾--至多到脚踝。怡人的水温，宛如海洋的呼唤。内心深处有个声音说，那里是起源，是游子渴望回归的故乡。这渴望可能会触犯某些神明，但我相信它并无不敬之意。
　　在地球上所用的单位，比如米或者英里，放在宇宙尺度下会失去意义，得改用光速来衡量距离。光在一秒内能飞行186,000英里，也即300,000公里，可绕地球七圈。太阳发出的光抵达地球需要8分钟，因此我们说太阳距离地球8光分。给一年的时间，光能跑出十万亿公里，或者六万亿英里。光在一年里飞过的距离，叫做光年。它度量的不是时间，而是距离--非常遥远的距离。
　　地球是宇宙里的一个地点，但绝不是一个。它甚至并不典型。实际上，没有哪个星球、恒星或者星系能够算作典型，因为宇宙的绝大多数地方都是空的。真正典型的是广袤、寒冷的真空，那里陌生而荒凉，处于永夜之中。与之相比，行星、恒星和星系显得稀缺而美丽。如果我们被随机抛进宇宙某处，落在行星或者附近的概率会小于1/1033（1后面跟33个0）。这样的数字极难在日常生活中见到，可见星球多么稀少。
　　如果位置合适，我们能在星系间的深空里看到无数微弱、纤细的须卷状光芒。它们如同海上的泡沫，被空间的波浪打散。那些光就是星系。其中一些独行流浪；大多数则群集于一处，在宇宙无垠的黑暗中漂流。现在展现在我们眼前的，就宇宙宏伟的尺度。我们已经来到了星云的王国，它距离地球80亿光年，位于已知宇宙的中央间。
　　星系由气体、尘埃和恒星组成--数以十亿计的恒星。只要身旁存在行星，每颗恒星都可能是某个文明的太阳。也许那里正有许许多多的生命和智慧生物在繁衍生息，不过从远处看，星系更容易让人联想到可爱的收藏品，就像贝壳或者珊瑚，它们是大自然在浩瀚星海中劳作亿万年的成果。
　　宇宙里星系的数量多达几千亿（1011）个，每一个都包含了几千亿恒星。如果星系中的行星数量和恒星差不多，那它们就有1011×1011=1022，整整百万亿之多。面对如此惊人的数字，生命只存在于一颗普通恒星--也就是我们的太阳--旁的宜居行星上，这概率得多小呢？生活在星海一隅的我们，凭什么成为这样的幸运儿呢？在我看来，更可能的情况是宇宙间到处都有生命，只是还不为我们所知。人类才刚刚开始探索之旅。
　　从80亿光年之外看过来，连银河系所在的星系团都微不可见，更别说小小的太阳跟地球了。这个距离上，它们根本无法观察。即使凑到近旁，地球也不过是岩石和金属构成小点，微弱地反射着阳光，丝毫不像一颗有文明存在的星球。
　　现在我们旅行到的地方，被地球上的天文学家叫做"本星系群"。它横跨数百万光年，由二十多个星系组成。这是个稀疏模糊而低调的天体群。从地球上看，其中一个叫M31的星系位于仙女座中。和其他漩涡星系类似，它是个由恒星、气体和尘埃组成的大风车。两个矮椭圆星系像卫星一样绕着M31转。束缚着它们的引力规则，和让我坐稳椅子的力量是同一种东西。整个宇宙的物理法则都一样。现在，我们离家200万光年。
　　M31外侧，有个与它非常相似的星系，就是我们的银河。它的旋臂缓缓转动，每25亿年才划过一圈。到了这个距地球四万光年的地方，我们开始朝着银河系巨大的中心区域坠落。但且慢，如果想找到地球，我们就得换个方向，沿一条遥远的旋臂，去它边缘附近的僻静地方。
　　即使在旋臂之间，我们也会被眼前的景象震撼：那是汇聚成河的群星。它们大小不一，形态各异：有的脆弱如肥皂泡，体积却大得惊人，足以容纳上万个太阳，或万亿个地球；有的小如市镇，然而密度比铅大一百万亿倍；有些恒星茕茕孑立，像我们的太阳一样形单影只；但多数恒星彼此相伴。它们通常是相互绕转的双星，然而你也能见到从三星系统到几十颗恒星组成的恒星系团，甚至容纳百万恒星的巨大球状星团。有些双星近得仿佛黏在一起，甚至有恒星物质在两者间流动，多数则彼此分离相当于木星和太阳的距离；超新星爆发的光芒，和它所在的整个星系一样明亮；而只要走到几公里开外，黑洞就会变得不可见；有的星体光芒安稳，有的明灭不定，有的则按照规则的节奏闪烁。有的星球通体圆润，庄严而典雅；有的转速过快，把自己拉成了扁平状。多数星体发出的是可见光或红外光，但另有一些则是X射线或者射电电波的强烈来源。年轻的恒星发蓝光，高热量；中年的恒星发黄光，光源稳定；红色的恒星往往年事已高；还有挣扎在死亡边缘的白矮星、黑矮星。银河里大概有四千亿颗各种各样的恒星，它们以复杂而有序的轨迹运动着。所有这些星体里，地球人比较了解的，迄今为止只有一颗。
　　每个恒星系都是太空里的一座岛屿，与邻居相隔数光年。我可以想象，在无数世界里演化繁衍的生物，在初获智慧的启蒙时，都会认为他们渺小的行星和微不足道的几个太阳就是一切。我们在隔绝中各自成长，对宇宙的认识无法一蹴而就。
　　许多恒星也许被数百万了无生气的碎岩包围，永远停留在了演化的早期阶段。但或许，也有不可胜数的恒星系和太阳系差不多：边缘是巨大的气态行星和冰冷的卫星，接近中心的地方，则有着小而暖、蓝白色、有云层覆盖的行星。或许在某些这样的星球上，已经进化出了智慧生命，他们甚至对地表进行了大规模的工程改造。这些物种是我们在宇宙里的兄弟姊妹。他们会和人类有多大的不同？他们会有什么样的生命形式、身体结构、神经系统、历史、政治、科学、技术、艺术、音乐、宗教和哲学？或许有一天，我们能认识他们。
　　现在，我们终于来到自家的院落，离地球只有一光年的地方。冰雪、岩石和有机分子凝结成巨大的雪球，构成太阳系的外圈：它们就是彗星的核。每隔一段时间，从附近经过的恒星会导致引力扰动，牵动其中一颗雪球进入内太阳系。冰雪被太阳加热蒸发，就成了可爱的彗尾。
　　旅程继续深入，更大的星球映入眼帘。这些行星被太阳俘获，受引力牵引，只能沿近乎圆形的轨道运动，地表温度也主要源自阳光。冥王星覆盖着甲烷冰，与其巨大的卫星"卡戎"结伴而行。在冥王星附近远眺，我们会发现太阳不过是漆黑天空里的一个明亮光点。海王星、天王星、土星--太阳系的宝石们--还有木星，都是巨大的气态行星，被一颗颗冰封的卫星拱卫着。从这些气态行星和冰山卫星处再前进一步，我们就进入了温暖、多岩的内太阳系。举个例子，红色的火星上有高耸的火山、巨大的裂谷、横扫地表的尘暴，说不定还存在着简单的生命。当然，所有星球都绕着近的恒星太阳公转。太阳由氢和氦组成，它们不断发生热核反应，为整个星系输送光和热。
　　终于，漫游临近终点，我们回到了星海之滨--那颗小巧、脆弱的蓝白色星球。星海浩渺，远超人们狂野的幻想。它包含的众多世界里，地球实在微不足道。可能只在我们眼里，它才显得无比重要。地球是我们的家，它养育了我们。人类在这里诞生，演化至今，在这里走向成熟，在这里培养出探索宇宙的热情，也是在这里，怀揣着痛苦与不安，摸索着走向未知的命运。
　　欢迎来到地球--这里有充满氮气的蓝色天空、液态水的海洋、凉爽的森林与草地，到处都焕发着勃勃生机。我得说，即使从宇宙角度来看，地球也是个美到令人心醉的稀罕地方。我们如此漫长的时空旅行中，目前一个能真实证明宇宙中存在智慧生命的地方，就是地球。太空里肯定还有很多类似的世界，然而只有这里是我们的起点。人类一代又一代的先祖以千万年光阴为代价，终于积累起了足够的智慧。生活在当下是一种幸运，我们身边有那么多才华横溢、求知若渴的同族，与此同时，对知识的探求又得到了普罗大众的尊重。人类生于群星，暂居于地球，现在终于开始了漫长的返乡之旅。
　　公元前三世纪时，人类伟大的城市位于近东地区的埃及，名为亚历山大。正如其他许多重要发现，人类正是在这里次意识到，地球只是寰宇中的小小一隅。
　　埃拉托色尼，一位亚历山大的居民，被同时代的人称为"贝塔"。这个外号不无嫉妒之意，因为贝塔是希腊字母表的第二个字母，这是在说埃拉托色尼不管干什么都只能排老二。但很显然，埃拉托色尼其实是个"阿尔法"。他同时是天文学家、历史学家、地理学家、哲学家、诗人、喜剧评论家和数学家。他写的书题材广泛，既涉及天文学，又包含治愈痛苦的方法。埃拉托色尼还是亚历山大图书馆的馆长。有天，他在一本莎草纸书里读到：每年的6月21日中午，赛伊尼（尼罗河瀑布附近的城市）南边，垂直的树木都没有影子。夏至日是一年中白昼长的一天，随着正午临近，神庙石柱的阴影越来越短，直至消失，而太阳的倒影出现在了深的井底。换言之，阳光从头顶直直地照射下来。
　　这个观察似乎乏善可陈。树木、阴影、井里的倒影、太阳的位置，都不过是些日常琐事，能有多重要呢？但埃拉托色尼是个科学家，他对这些琐事的思考改变了世界；某种意义上，它们定义了世界。埃拉托色尼想出了一个简单的试验：6月21日那天，他要看看亚历山大港的垂直立木会不会留下影子。他后来获得了试验结果：影子依然存在。
　　埃拉托色尼问自己，为什么明明是同一时刻，赛伊尼的树木影子消失，而遥远北方的亚历山大影子却依旧明显。请想象一张古埃及地图，上面有两根等长的杆子，一根立在亚历山大，一根立在赛伊尼。假设某一时刻，两根杆子都没有留下影子，那这很容易理解--只要地球是平的，阳光从顶上垂直洒下就行。当然，如果它们的影子等长，那同样能证明大地是平的，因为无论何时，阳光照在两根杆子上的角度都相同。但赛伊尼的杆子没有影子，亚历山大的影子却清晰可见，这该作何解释呢？
　　他意识到，问题只有一个答案：地表是弯曲的。不仅如此，曲率越大，阴影的长度差异就越明显。太阳离得如此遥远，阳光照射到地球上时可视为完全平行。根据阳光照射角度不同，木杆会投下长度不同的影子，而根据影子的长度，可以推算出亚历山大和赛伊尼之间，有大概7度的夹角。也就是说，如果这些杆子向下延长，直达地心，那么它们会形成7度角。7度差不多是地球整个圆周360度的五十分之一，埃拉托色尼又雇人测量，得知亚历山大和赛伊尼之间相隔约800公里，那么800乘以50，约等于四万公里。所以，地球的周长就得出来了。
　　他算得没错。埃拉托色尼仅有的工具是木杆、眼睛、脚、大脑，还有对实验的兴趣。仅仅用这些东西，他就推算出了地球的周长，而误差不过百分之几。对2200年前的人来说，这真是了不得的成就。他是世界上个精确测量出行星大小的人。
　　当时，地中海是世界上航海业昌盛的地区，而亚历山大是世界上的海港。当你知道地球是个不大不小的球体以后，难道不想展开一场探险之旅，去寻找未被开拓的土地，甚至试着环绕地球么？埃拉托色尼诞生四百年前，埃及法老尼科就雇佣过一支腓尼基舰队沿着整个非洲绕了一圈。他们可能乘着简陋的敞篷船扬帆起航，从红海出发，沿着非洲东海岸一路向南抵达大西洋，然后北上穿过地中海返回起点。这史诗般的航行历时三年，相当于今天"旅行者号"探测器从地球飞到土星的时间。
　　通过亚历山大港影子的长度，可以测出角A的度数。而只需要简单的几何学（如果两条平行线与第三条线相切,内错角相等），就可以得知角B等于角A。通过测量亚历山大港的阴影长度，埃拉托色尼得出结论，赛伊尼和亚历山大的偏差角是∠A=∠B=7°。

　　埃拉托色尼之后，许多勇敢的航海家展开了伟大的航行。他们的船很小，导航设备也简陋不堪。他们采用航位推测法，尽可能沿着海岸线航行。通过夜复一夜地观察星座相对于海平面的位置测定纬度，但经度只能靠猜。看到熟悉的星座在未知的海域升起，那一定是莫大的安慰。星辰一直是航海家的朋友。过去，他们的船航于海面，现在则行于天空。有许多古代航海家尝试环绕世界，真正取得成功要得等到麦哲伦的时代。水手和航海家大概是世上务实的人，但他们竟然敢把性命押在亚历山大港的古代数学家身上，这是怎样的勇气和冒险精神啊！
　　埃拉托色尼时代，人们就造出了地球仪。观察地球仪就仿佛从天空俯瞰大地。在探索得较为充分的地中海地区，绘图还算准确，但离得越远就越离谱。我们目前对宇宙的了解其实也与此类似。一世纪时，亚历山大的地理学家斯特拉博如此写道：
　　那些想要环游世界的人回来说，阻止他们前进的并不是未知的大陆，海洋也往往平静如常。问题在于他们缺少定位手段和物资补给……埃拉托色尼说，如果大西洋不那么宽广，也许我们从伊比利亚出发，就能轻松抵达印度……很可能在温度适宜的地区，还有一两块适合居住的大陆。如果（世界的那个部分）不但有居民，而且和我们有很大不同，应该视之为另一个世界。
　　不管怎么看，这都是人类探索其他世界的开端。
　　后来，从中国到波利尼西亚，各地的人们都开始了对世界的探索。当然，地理大发现的高潮是由哥伦布掀起的，从他抵达美洲算起，人类花了几个世纪终于清楚了大地的形状。哥伦布的首次航行直接源于埃拉托色尼的计算。埃拉托色尼说过"从伊比利亚到印度"，哥伦布也这么想。他决定往西航行，直达日本、中国和印度，而不是按照传统航线从非洲一路向东。
　　哥伦布本是个四处兜售地图的小贩，他孜孜不倦地阅读了古代地理学家，包括埃拉托色尼、斯特拉博和托勒密的著作。问题在于，要开辟去印度的贸易捷径，让船只和海员度过漫长的旅途，那地球就必须比埃拉托色尼计算的尺寸更小。正如萨拉曼卡大学教职人员所指出的，哥伦布在计算时耍了花招。他选用了各种推测里小的地球周长，以及所有地图中往东延伸多的亚洲，甚至在这个基础上还作了夸张。要不是半路撞上了美洲，哥伦布的冒险就会成为一场彻头彻尾的失败。
　　现在地球表面已经被探明，不可能还有什么新的大陆或者失落王国在等待发现。但让我们探索和居住在地球偏远地区的科学技术，正带我们离开这颗星球深入太空，去寻找新的世界。从太空回望这颗早已被埃拉托色尼推算过大小的球体，还有各块大陆的轮廓，你不得不为那些古代地图测绘者们击节叫好。要是埃拉托色尼和其他亚历山大的地理学家也能像从这样的视角欣赏大地，那他们会多么开心啊。
　　以公元前300年的亚历山大港为起点，随后整整600年里，人类一直在进行智识的冒险。正是这场冒险，终于把我们带到了星海之滨。但回望那座光辉灿烂的大理石之城，你会发现它已经荡然无存--对知识的排斥和恐惧抹掉了人们对古亚历山大的记忆。
　　那是座多么伟大的城市啊！它的人口结构极其复杂，马其顿人和后来的罗马士兵、埃及祭司、希腊贵族、腓尼基水手、犹太商人、从印度和撒哈拉以南地区来的旅行者，所有这些人--除了庞大的奴隶人口--在亚历山大港兴盛期的绝大多数时间里和睦相处，相互尊重。
　　这座城市由亚历山大大帝奠基，他的近身护卫官 建造。亚历山大大帝欣赏外来文化，对待知识的态度十分开明。据说--姑且不论事实如何--他是世界上个乘坐潜水钟抵达红海海底的人。他鼓励将士和波斯人、印度人通婚，对不同国家的宗教也保持尊敬。他收集奇珍异兽，曾献给他老师亚里士多德一头大象。以他为名的城市规模宏大，是世界贸易、文化和学术中心。这里有宽达三十米的主干道，优美的建筑和雕像。亚历山大本人的陵墓也在这座城里。港口巨大的灯塔，位列世界七大奇迹。

　　
　　没有一本天文类书籍，甚至是一本科学类的书籍，能与《宇宙》的雄辩和对知识的广泛涉猎相提并论。--BBC

　　《宇宙》迷人且富有想象力，易读而丰富多彩。--《纽约时报》

　　作为一名天文学家，萨根一只眼睛探索星空，一只眼睛探索历史，第三只眼睛，也就是他的心灵，探索人类境况。--《每日新闻》

　　就反映科学的奇妙、振奋与快乐而论，从不曾有任何人像萨根这样广博，也很少有人像萨根这样出色。--美国科学院

　　他的研究改变了行星科学……他给予人类的礼物价值无可估量。--美国国家科学基金会

　　萨根是当