現(xiàn)在的人都很忙碌。你或許認為自己不需要知道天體物理學(xué)。這本書在忙碌者的舒適區(qū)上空捅了一個小窟窿，帶你爬出舒適區(qū)，站在上面向上眺望看宏大而無意義的星空，然后探尋我們無知的邊界。
《給忙碌者的天體物理學(xué)》，這本書的作者尼爾?德格拉斯?泰森（Neil deGrasse Tyson），是美國家喻戶曉的天體物理學(xué)家，科普作家。還曾經(jīng)在著名美劇《生活大爆炸》第四季中客串，飾演自己。
一、大爆炸
宇宙起源于一粒塵埃。極小的塵埃，一個非常非常小的點，比一個標(biāo)點符號的一萬億分之一還要小。里面包含了現(xiàn)在宇宙世界的所有能量和物質(zhì)。
沒有人知道這粒塵埃之前的宇宙是什么樣。當(dāng)天體物理學(xué)家認識到這樣一粒塵埃的存在時，它就嘣的一聲爆炸了。?
最開始的千億億億億億分之一秒內(nèi)，天體物理學(xué)家也不知道發(fā)生了什么。這個瞬間就是從時間t=0到t=10 ^-34秒。他們把這段時間叫做普朗克時期，這個時候宇宙的長度是10^-35米，叫普朗克長度。普朗克成了“我不知道”的代名詞。
在尷尬的普朗克時期之后，天體物理學(xué)家說，宇宙是一鍋沸騰的粒子湯。
即使你坐在最前排，也什么都看不到。湯里面沒有任何我們熟悉的物質(zhì)，一塊肉也沒有。只有基本粒子和它們的反物質(zhì)。
如果物質(zhì)是1，反物質(zhì)就是-1。它們結(jié)合就會變成一道光，一粒光子。如果你有一天遇到反物質(zhì)的“你”，一握手你們倆都會合成一道光，消失在宇宙中。
那個時候的世界溫度足夠高，只有比電子還小的夸克和輕子和他們的反物質(zhì)兄弟。
光子自發(fā)地把能量轉(zhuǎn)換成物質(zhì)和反物質(zhì)粒子對，物質(zhì)和反物質(zhì)彼此握手湮滅，重新轉(zhuǎn)換成能量——光子對。物理學(xué)家已經(jīng)可以用E=mC2來理解這一刻的宇宙。
隨著宇宙繼續(xù)膨脹到大于現(xiàn)在太陽系尺度時，宇宙溫度迅速下降到1萬億開爾文以下。這時時間過去了百萬分之一秒。
夸克輕子湯變成強子湯。每10億次粒子湮滅（由此留下10億個光子），才會有一個強子幸存。這些孤獨的幸存者最終將笑到最后：它們是產(chǎn)生星系，恒星，行星和牽牛花的終極物質(zhì)來源。
如果沒有在物質(zhì)和反物質(zhì)之間十億零一與十億的不平衡，宇宙中的所有物質(zhì)都將自我湮滅，留下一個由光子組成的宇宙，沒有別的----永遠是“要有光，就有光”的景象。
大爆炸的第一秒，宇宙的溫度是10億開爾文。宇宙這個大鍋里現(xiàn)在煮的是電子和正電子。10億分之一的電子幸存下來，其他的電子和他們的反物質(zhì)伙伴握手湮滅在光的海洋。
在38萬年的時間里，宇宙溫度降到3000開爾文，就是太陽表面溫度的一半。宇宙這鍋湯不再沸騰，自由電子跟原子核發(fā)生結(jié)合，留下無處不在的可見光。最后慢慢形成元素，星系，恒星和行星，然后是地球。
從無數(shù)10億分之一的概率中幸存下來的一個電子到幸存下一個適合生命生長的地球，到“幸存”下來的有智慧的生命，人只是獲得了生命的星塵，是宇宙在這一瞬間偶然的過客。宇宙不是為人類而存在。
沒有了電子的騷擾，光子在沒有間斷的路徑上穿越宇宙。
隨著光子的能量越來越弱，可見光變成紅外線，再變成微波。微波可以存在500億年。現(xiàn)在的宇宙當(dāng)中充滿了這種微波光子。天體物理學(xué)家把它叫做宇宙微波背景CMB。憑借這個發(fā)現(xiàn)美國貝爾電話實驗室的物理學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜獲得了1978諾貝爾獎。
光從宇宙遙遠的地方達到我們這里需要時間。如果我們向太空深處眺望，實際上是在從時間上往回看。光子在穿越宇宙時與不同的物質(zhì)相遇，而表現(xiàn)出不同的溫度。
人們借助CMB，解釋宇宙的過去，現(xiàn)在和未來，這是宇宙的“顱相學(xué)”。
二、暗物質(zhì)，暗能量和牛頓，愛因斯坦
CMB成了天體物理學(xué)家認識宇宙的起點和工具。
那么天體物理學(xué)家在宇宙里找到了什么呢？
暗物質(zhì)的存在。暗物質(zhì)有著超過普通物質(zhì)6倍以上的引力，卻沒有相對應(yīng)巨大的質(zhì)量。
如果所有質(zhì)量都對應(yīng)有引力，那么所有的引力都對應(yīng)有質(zhì)量嗎？我們不知道。也許對物質(zhì)來說這樣沒錯，但是對引力我們還并不理解。
質(zhì)量很小，引力巨大，天體物理學(xué)家把這些有著與質(zhì)量不相稱的引力的存在叫做暗物質(zhì)。
宇宙中存在很多星系團，它的成員星系運動速度比星系團逃逸速度更快。暗物質(zhì)帶來的引力維持了星系團的穩(wěn)定，讓他們即使歷經(jīng)100億年依然存在。
我們已經(jīng)知道天體物理學(xué)家是通過微波光子CMB來觀測宇宙中的物質(zhì)。暗物質(zhì)不與光發(fā)生作用，只是可以通過牛頓萬有引力定律推算到它的存在。也就是說，暗物質(zhì)是根本不是由物質(zhì)組成。
如果是這樣，我們所在的宇宙可能只是“多重宇宙”的無數(shù)個宇宙之一。聽起來異想天開而且難以置信。但是比第一次提出地球是繞著太陽轉(zhuǎn)的還要瘋狂嗎？比起太陽只是銀河系中上千億顆恒星之一呢？或者是銀河系只是宇宙中千億個星系之一呢？
暗能量，另一個燒腦的概念。
愛因斯坦廣義相對論是最強大和應(yīng)用范圍最廣的理論模型之一。廣義相對論描述了宇宙萬物在引力作用下運動的數(shù)學(xué)細節(jié)。
引力是質(zhì)量對其他質(zhì)量或者能量場導(dǎo)致的局域時空曲率的反映。換句話說，質(zhì)量的集中會導(dǎo)致時空結(jié)構(gòu)的彎曲。這些彎曲指引著運動質(zhì)量沿著被稱為“測地線”的直線運行。在我們看來測地線像是彎曲的軌跡，我們稱之為軌道。
地球會繞著太陽轉(zhuǎn)動，就是因為太陽巨大的質(zhì)量在它周圍“刻劃”出一個個橢圓形的軌道，地球在引力的牽引下沿著其中一個軌道向前滾動。
20世紀(jì)美國理論物理學(xué)家約翰 惠勒說得最好，他把愛因斯坦的概念總結(jié)成“物質(zhì)告訴空間如何彎曲，空間告訴物質(zhì)如何運動”。
愛因斯坦還在他的相對論里加了一個常數(shù)Λ，代表反引力。這樣就可以把宇宙解釋成靜止的，一個不穩(wěn)定的靜態(tài)宇宙，這是愛因斯坦時代的著名的“迷信”。
1929年天體物理學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙不是靜止的，而是正在膨脹。愛因斯坦把Λ從公式中劃掉，稱這是他一生中“最大的錯誤”。因為這讓他錯過了預(yù)測宇宙膨脹的機會。
但是六十九年后科學(xué)又把愛因斯坦的Λ請回來。這回是天體物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹速度比我們想象的還要快。這證明宇宙間確實存在一種排斥力。他們給Λ一個正式的名稱“暗能量”。波爾馬特，施密特和里斯因為這一發(fā)現(xiàn)分享了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎。
迄今為止最精確的測量結(jié)果顯示，暗能量是宇宙中最主要的東西，目前占據(jù)了所有質(zhì)量-能量的68%，暗物質(zhì)占了27%， 普通物質(zhì)僅占5%。 地球還有地球上的人類創(chuàng)造的一切，全部的文明和財富，加起來只是宇宙的一個零頭不到。
毫無疑問，愛因斯坦最大的錯誤是宣稱那個Λ是他的最大的錯誤。
暗能量的斥力產(chǎn)生于真空，更大的斥力產(chǎn)生更多的真空，更多的真空產(chǎn)生更大的排斥力，迫使宇宙進入無休止的指數(shù)加速膨脹。任何沒有被銀河系束縛在附近的東西都將以越來越快的速度退行，如今夜空中可見的遙遠的星系最終會消失在可以企及的視野之外，而它們離開我們的速度比光速還要快。
再過1萬億年，銀河系的居民可能根本不知道其他星系存在，除了無盡虛空。除非當(dāng)代天體物理學(xué)埋下可以保持萬億年的時間膠囊，否則末日之后的科學(xué)家將不知星系是何物。
“在我的夢中我不止一次想到：我們是否也錯過了宇宙過去的一些章節(jié)？宇宙歷史這部大書的那一部分被標(biāo)記了‘拒絕訪問’？我們的理論和方程式中還缺少什么本應(yīng)存在的東西，讓我們苦苦追尋卻可能永遠找不到答案？”
三、宇宙視角
知道我們是由什么構(gòu)成的嗎？
想知道我們是由什么構(gòu)成的嗎？又一次，宇宙視角提供了一個比你的預(yù)期更讓你震驚的答案。宇宙中各種化學(xué)元素是在大質(zhì)量恒星尤其是其生命結(jié)束時發(fā)生劇烈爆炸的火焰中鍛造出來的，這些元素豐富了它們所在的星系。結(jié)果呢？宇宙中四種最常見的活躍元素氫，氧，碳和氮也是地球生命體中四種最常見的元素。碳更是生物化學(xué)的基礎(chǔ)。
我們不只是生活在這個宇宙中，宇宙就存在于我們的身體之中。
當(dāng)你在地球上游蕩時，會看到高山和海溝。你應(yīng)該知道，從最深海溝到最高山脈之間的高度只有20千米，但是地球直徑將近13000千米。
當(dāng)你在太陽系游蕩時，用一只宇宙超級無敵手拂過高山深海的地球表面，你會感到地球像臺球一樣光滑，和一個完美球體并無二致。
當(dāng)你在銀河系游蕩時回望地球，地球不過是宇宙中一顆藍色塵埃。
有人說過，天文學(xué)令人感到謙卑并能培養(yǎng)個性。除了這張從遠處拍攝我們這個微小世界的照片，大概沒有別的更好辦法可以揭示人類妄自尊大是何等愚蠢。
宇宙視角使我們的眼界能夠超越我們的環(huán)境，讓我們超越尋找食物，住所和伴侶的原始需求。
宇宙視角讓我們更自由，有更廣闊的心胸格局，不再妄自尊大。人是獲得了生命的星塵，是宇宙在這一瞬間偶然的過客。宇宙不是為人類而存在。
在紐約海登天文館有一個叫做《通向宇宙的護照》游學(xué)活動項目，會帶領(lǐng)游客經(jīng)歷一場從天文館到宇宙邊緣的虛擬旅程。在這場秀中，你會看到地球，然后是太陽，接著又看到銀河系里億萬星辰漸漸縮小成穹幕下的一個幾乎看不見的小點。
有了宇宙游學(xué)的經(jīng)歷的孩子，心胸格局一定會更不同吧。
