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《宇宙观:一场跨越时空的宇宙探秘之旅》,[英]尼古拉斯·米拥著,屈艳、左文文译,机械工业出版社2020年7月出版,定价:69元
■王媛媛
“天地四方曰宇,往古来今曰宙”,可见从古代起,人们就已经将目光投向我们身处的星球之外,并开始思考遥远过去和未来的事情了。时至今日,我们对于宇宙的探索仍在继续。借助高科技的手段,现在对宇宙有了更多了解。如果说发展科技还有人的一些功利心作为动力,那么探索宇宙则纯粹是出于最本真的好奇心。
《宇宙观:一场跨越时空的宇宙探秘之旅》是一部从古至今观宇宙的书。作者尼古拉斯·米拥有英国剑桥大学理论粒子物理学博士学位。
本书从牛顿提出万有引力定律开始,展示了宇宙的物理法则;第二部分是从宇宙的起源开始讲起,介绍了恒星发光的原因以及各类天文事件的发生原因、现象以及探测手段;而最后一部分,作者写到了人们很关心的外星人的话题。
翻开本书,不仅能够领略真实的宇宙中的群星荟萃,也能一瞥物理学和天文学史上灿若星辰的伟大科学家,似乎每一个重要里程碑都是由一个又一个天才式的人物奠定的。这也使本书读起来具有趣味性。
牛顿提出的万有引力定律解释了为何人们会看到那么多星球悬挂在天空之上,而他建立的完整的力学体系,更是成为认识宇宙这项事业的根基。
托马斯·杨在对光的本质问题上提出与牛顿相反的看法:杨氏双缝实验证实了光的波动性。光的波动性和粒子性之争直到爱因斯坦证实光同时既是粒子又是波才宣告结束。爱因斯坦提出的量子电磁辐射理论为激光器的发明奠定了理论基础,而激光和干涉仪是探测引力波、验证爱因斯坦广义相对论的关键手段。
正是因为有这么多智慧的大脑孜孜不倦地探索,终于一点一点揭开了宇宙的奥秘。
生活在现代的我们或许很难想象,仅仅在上个世纪,当时的人们对宇宙的认识与现在有多么大的不同。当时科学家计算的宇宙寿命与今天认定的也不同。
受限于当时的科技水平,早先科学家根据掌握的证据,认为宇宙的寿命约为20亿~30亿年,而地球的寿命为46亿年——地球的寿命比宇宙的寿命长!这让科学家很是困扰。
直到上世纪50年代初期,德国天文学家巴德提出有两类星族(而不是只有一类)的概念。运用这一新的概念,人们对宇宙年龄的估计值大幅提高,解决了地球年龄比宇宙年龄大的疑难。
而被广泛用于测定星系间距离的方法则是由一位女性提出的。她就是当时哈佛天文台雇佣的大量女性计算人员之一 ——莱维特。她对造父变星进行研究,发现造父变星越亮,其光变周期就越长。因此可以根据造父变星的光变周期推断光度,再根据亮度随着距离变化的关系推断出造父变星与地球的距离。
天文学史上另一位做出极大贡献的女性天文学家是佩恩。她在博士期间用了新的方法计算太阳的元素含量,得出的结论是太阳的大部分是氢元素,其次是氦元素。这与当时普遍认为的太阳与地球地壳元素含量相同的观点大相径庭,她也因此饱受质疑。幸而4年后,她的发现就得到了认可。她的这一发现揭示了太阳发光的真正原因。
天文观测手段的升级离不开物理学的发展,而天文观测的结果也在验证物理学的定律,推动物理学的发展。
在上世纪,关于宇宙的起源问题,伽莫夫和霍伊尔曾各执一词。伽莫夫持有的观点是宇宙在一次大爆炸中形成,而霍伊尔则认为宇宙一直存在,在时间上没有起点和终点,虽然宇宙在膨胀,但同时也会持续不断地产生物质。
两种理论难辨真假之时,伽莫夫及其合作者赫尔曼意识到,大爆炸的后果是可以检验的。如果大爆炸理论正确,那么宇宙中应该随处都有大爆炸留下的辐射遗迹。
科学史上总是有一些出乎意料的惊喜发现。1964年,贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊从他们建造的极端灵敏的喇叭天线中发现了去除不掉的微波噪声,后来证实,这就是伽莫夫和赫尔曼曾预言的大爆炸的遗迹。因此,这一发现支持了大爆炸理论。
在地球上的所有重元素都来自于恒星爆炸,组成我们身体的每一个原子都曾经是宇宙中的尘埃。从这个角度来说,关心宇宙就是关心我们自己。而生活在这颗美丽的蓝色星球上,我们很容易陷于周遭的一切繁杂之中,忘记关心我们置身的这个宇宙。
《中国科学报》 (2020-09-10 第7版 书评)