《宇宙已知和未知的一切》蒂姆詹姆斯|宇宙已知和未知的一切|暗能量|蒂姆·詹姆斯|黑洞

《宇宙已知和未知的一切》是英国科学教育家蒂姆·詹姆斯的“科学三部曲”收官之作，继《元素周期表何以解释一切》和《量子和粒子物理学何以解释一切》之后，本书将读者带入了一场探索宇宙奥秘的壮丽旅程。

蒂姆从宇宙大爆炸理论入手，探讨了宇宙的起源，并分析了这一理论对现代宇宙学的影响。描绘了宇宙从极热极密的状态逐步冷却、膨胀，形成星系、恒星、行星乃至生命的漫长过程。详细介绍了宇宙的构成元素，包括暗物质、暗能量等神秘成分，以及它们对宇宙结构和演化的重要作用。探讨了黑洞、中子星、超新星等极端天体现象，以及它们对宇宙学和物理学的影响。深入剖析了UFO、外星生命、时间旅行等公众关注度极高的未解之谜，结合科学理论与推测，给出了独到的见解。介绍了现代天文学和宇宙学的前沿研究，如引力波探测、暗物质搜寻等，展示了人类对宇宙未知领域的持续探索。

宇宙起源与大爆炸：大爆炸理论：宇宙从一个极度高温、高密度的状态开始膨胀并冷却，形成了我们今天所看到的宇宙。证据与观测：通过观测宇宙微波背景辐射、星系红移等现象，科学家们验证了大爆炸理论。宇宙年龄与大小：根据现有数据，宇宙的年龄约为138亿年，且仍在不断膨胀中。宇宙的结构与组成：星系与星云：宇宙由无数星系组成，每个星系包含数十亿颗恒星、行星、尘埃和气体。暗物质与暗能量：科学家发现宇宙中大部分质量以暗物质形式存在，而暗能量则推动宇宙加速膨胀。宇宙大尺度结构：宇宙在大尺度上呈现出纤维状、片状和空洞等复杂结构。黑洞与宇宙极端现象：黑洞的定义与特性：黑洞是宇宙中引力极强的区域，连光也无法逃脱其引力范围。黑洞的形成与演化：恒星在燃料耗尽后塌缩可能形成黑洞，超大质量黑洞则位于星系中心。黑洞内的生存假设：虽然理论上在黑洞中生存是不可能的，但科学家提出了如时间膨胀等假设性讨论。UFO与外星生命探索：UFO现象记录：历史上多次记录到不明飞行物（UFO）事件，但至今未有确凿证据表明其来自外星。外星生命搜寻：科学家通过望远镜观测、无线电信号搜索等方式寻找外星生命的迹象。火星生命假说：火星曾是宜居星球的假说引发了对火星生命的广泛探讨和实验。科学趣闻与宇宙谜团：天文学家与宠物麋鹿：书中提到的天文学家谋杀宠物麋鹿的故事，实则是对科学界奇闻异事的幽默化表达。火星人炸了我的狗：这一虚构的标题反映了公众对火星及外星生命的好奇与想象。宇宙中的未解之谜：如暗物质本质、宇宙最终命运等仍是科学界亟待解决的问题。科学教育与公众认知：科学教育家角色：蒂姆·詹姆斯作为科学教育家，致力于通过通俗易懂的方式普及科学知识。未来展望与宇宙探索：太空探索计划：随着科技的发展，人类将不断推进太空探索计划，如火星殖民、深空探测等。宇宙学的未来发展：科学家将继续深入研究宇宙的本质、起源和命运，以解开更多宇宙谜团。人类在宇宙中的位置：随着对宇宙认识的不断深入，人类将更清晰地认识到自己在宇宙中的位置和角色。

书中不仅有严谨的科学论述，还穿插了许多生动有趣的故事和案例，如天文学家与宠物的趣事，使得科学知识更加贴近生活、易于理解。探讨了科学探索对人类认知、哲学思考以及文化观念的影响，展现了科学与人文的紧密联系。作者蒂姆·詹姆斯以其独特的视角和生动的笔触，将宇宙的浩瀚与神秘展现在读者面前，让人仿佛置身于一场穿越时空的旅行之中。

精彩原文摘录：

阴谋论让人兴奋、容易理解，而且让我们觉得自己很聪明，因为我们看到了一个被隐瞒的真相。
人类的大脑习惯于处理简单的问题，所以当我们面对真实的宇宙，就好像......嗯.....宇宙错了。
希腊人相信，这条发光的带状物是从女神赫拉乳房中喷溅而出的乳汁(milk),用于哺乳被遗弃在凡间的婴儿赫拉克勒斯(2)。这也是“galaxy”(银河系)一词的来源，希腊语中的“galaxias”就是“牛奶”的意思。
人类身具五感，探索周遭宇宙，并把这种冒险称为“科学”。
想正确地理解宇宙，我们必须放弃本能的、直觉的、简单的解释。在这趟旅途中，我们不需要这些东西。这是科学最奇怪的地方。
在1994年的一次会议上，NASA就生命的定义达成一致，认为生命是“一种符合达尔文进化论并且可以自我维持的化学体系”,这一定义被大多数天体生物学家认可。
但暗能量对应的质量约占宇宙的75%,暗物质占宇宙的23%。而我们能看到的所有物质——所有的星系、星云、重子桥、恒星、彗星、小行星和行星，只占宇宙的2%。
行星是这样的天体：a)绕恒星运转；b)有足够的引力维持球形；c)独占整个轨道。只满足前两个条件的天体就是矮行星，当时已知的矮行星包括下面五颗：谷神星、冥王星、阅神星、妊神星和鸟神星。
我们可以想象在临近新年的时候每个人都大声地倒计时，那么苏美尔文明将在喊“十”的时候诞生，金字塔会在喊“九”的时候建成。倒数第四秒，罗马陷落了。倒数第三秒，维京人开始征服西欧。
这种时空弯曲使有质量的物体相互吸引，我们把它称为物体之间的引力。本质上，引力就是时空弯曲的产物。物体越重，时空曲率越大，由此产生的引力场也就越强。
地球绕太阳转的速度是SR-71黑鸟式侦察机的30倍。所以，如果想要有直观的感受，你可以回忆一下昨天的此刻你在做什么。不管你在做什么,你当时的位置和现在的位置相差250万公里(160万英里)。
继续往外，我们就到了太阳系最大、最边缘的结构：奥尔特云(Oortcloud)。这是一个环绕太阳的、由冰和岩石组成的泡泡，半径为15万亿公里(9.3万亿英里)。
物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何移动。
不同的化学物质发射和吸收不同频率的光，所以如果我们分析来自遥远天体的光，就能确定它们的组成。
在弦理论看来，粒子本质上是一种错觉。宇宙中只有一种结构，而且这种结构并不是小块的物质，而是以不同方式振动的能量束。以一种方式振动的弦具有电子的属性，以另一种方式振动的弦具有胶子的属性。
所有的生物都面临着同样的基本挑战：竞争有限的资源，确保后代的生存，抵御竞争对手，等等。好斗的倾向的确有助于实现其中一些目标，却妨碍了整个社会的运转。
民意不应该影响真理，因为事实并不是一种民主政治(事实是独裁，大自然说什么就是什么)。
今天的每一个人，无论成长在怎样的环境，无论有何等的智力水平，都曾经经历过焦虑和虚无。
金星是最热的行星，温度高达460℃,其雨水的主要成分是浓硫酸，还没有落地就沸腾了，然后又飞回空中。金星大气压是地球的90多倍，所以在金星表面行走就像是在海底行走。金星上的雪是硫化铅颗粒，而不是冰。
事实上，我接触过的地平论者通常都是博学而明智的人，他们并不像人们经常贬抑的那样是近亲结婚的乡巴佬。他们提倡怀疑主义和实证主义，这归根结底是真正的科学价值观。
我们倾向于把人类当成固态，但人类是由大约37万亿个细胞组成的，而且每个细胞都是一小袋液体。人类与其他生命一样，都是行走的海洋、会说话的海洋。
对宇宙年龄最精确的测量值大约是138亿年，误差在几十万年左右。
我们知道，物体的温度不可能达到绝对零度(-273℃),因为在绝对零度下粒子将完全静止。而粒子不可能完全静止，这是由于量子力学中有一种叫“海森堡测不准原理”的东西。
如果一种信仰很容易被打败，那么它一开始就不那么可靠。
反物质不能长时间存在，主要原因是它会被普通物质吸引。普通物质和反物质在相遇时就会湮灭，将其所有能量转化为中性的光粒子，也就是光子。
银河系的超大质量黑洞叫作人马座A*,质量是太阳的260万倍(2)。
黑洞并不是像吸尘器一样吸东西。就像月球不会被地球吸过来，只要速度足够快，你也可以绕着黑洞运转。黑洞只是一个具有强大引力的区域，你可以掉进去，但不会被吸进去。
物理定律允许粒子存在的最大质量是0.02毫克(mg),也就是“普朗克质量”,以量子物理学家马克斯·普朗克(MaxPlanck)的名字命名。就像宇宙有一个极限速度(光速),粒子也有一个极限质量。
目前我们有两套用于描述宇宙的物理定律。关于重物质的物理学，由广义相对论来处理；关于微小物体的物理学，交由量子力学来处理。
我们所能看到的极限，我们称之为“哈勃视界”,位于144亿光年处。
广义相对论的核心命题是，时空物质会因质量和能量的存在而变形。
记住，我们对过去、现在和未来的全部理解，都是基于信息永不消失的理念。而黑洞蒸发会给这一理念带来麻烦。霍金辐射似乎在暗示，信息可以在我们不知道的情况下消失，现实的大块部分可能会被抹去。
这种现象叫“多普勒频移”,可以在任何一种波上观察到。光表现得像一种波，把能量从一个点传递到另一个点，所以当物体靠近你或远离你的时候，它不仅听起来不同，看起来也不同。
在我看来，亚瑟·查理斯·克拉克(ArthurC.Clarke)用以下方式对费米悖论做出了最好的回答：“有两种答案，要么我们是宇宙中最孤独的，要么我们不是宇宙中最孤独的。两者同样可怕。”
宇宙中每隔几百万年就会出现一颗强大的超新星，释放出被称为“γ射线爆发”的高能辐射。如果其中一颗距离我们不到几千光年，那么它的爆发足以分解地球的臭氧层，让我们暴露在能致癌的太阳紫外线之下。
形成我们太阳的物质在46亿年前(宇宙历8月31日夜晚)聚集在一起，但初代恒星的许多元素杂质并没有进入熔炉。相反，它们在太阳周围形成巨大的岩屑盘，这些岩石涡流最终变成了行星。
开普勒是罗马皇帝鲁道夫二世(RudolphlⅡ)的首席占星师，他的任务是根据布拉赫提供的天文数据为皇帝占星。开普勒本人并不相信占星术，但他背叛了自己，因为人总要想办法支付账单的。
发现质量和能量可以相互转换(E=mc2),以及发现在空间中移动越快，在时间中移动就越慢——这是狭义相对论的一部分。
随着宇宙膨胀、时空展开、物质冷却，事物开始以某种方式运行，这种方式我们称之为“存在”。
问题就在这里。在早期宇宙，也就是大爆炸刚开始之后，一切都是由光构成的。光要想变成普通粒子，就必须同时产生对应的反粒子。反粒子会与普通粒子重新结合。
阿库别瑞提出了这样一个设想：飞船前部的时空收缩，飞船后部的时空膨胀，一端形成引力场，另一端形成反引力场。通过扭曲飞船周围的时空，你根本不用担心接近光速的问题，因为从严格意义上来说你没有移动。...
大爆炸理论目前面临三个棘手的问题：1.视界问题。2.宇宙之外有什么?3.大爆炸的成因。
海王星也有太阳系中最不寻常的降雨，它的大气条件正好适合高层大气中的碳雪花结晶，从而形成由钻石构成的小冰雹。
爱因斯坦的广义相对论方程描述了这些轨道系统，而且规则很简单：中央天体越重，维持在它周围轨道上需要的移动速度就越快。如果一颗行星减速，来自恒星的引力就会把它拉过去，这颗行星就会被吞噬。
这就是宇航员在太空会经历失重的原因。不是因为没有引力(太空中有引力),而是因为飞船自身的动量使其沿直线运动，但地球的引力把它拉向地心。宇航员并不是真的在飘浮，而是在下落。
这听起来有点毛骨悚然，但好消息是在这个过程中你感受不到任何疼痛。因为尽管你的脚被拉伸了，但“哎哟”的信号并不会传递到你的大脑，原因是神经也被拉长了。
马尔达西那和萨斯坎德指出，从低维环境中获取高维信息的原理，可以应用于解决信息问题。如果这是对的，那么任何三维空间的信息都可以巧妙地编码在包围它的二维边界之上。
物体越重，被弯曲的光束就越多；如果物体足够重，我们也许就能看到它的后面。
你甚至可以自己用一台老式阴极射线管(CRT)电视来检测。把它调到“雪花屏”状态，这就是微波信号在空间中传播的混乱的网状结构，其中大约1%的静电来自CMB。这是大爆炸的余晖。
一束光到达地球需要时间，因此当我们看到遥远的物体，实际上看到的是光离开时的样子，而不是它现在的样子。我们甚至不可能实时看到月亮，因为月球距离地球1“光秒”,也就是说，月光到达地球需要整整一秒钟。
万有引力的拉力暂时等于暗能量的推力，宇宙既没有减速，也没有加速。但暗能量有一个优势：它的强度在任何地方都是相同的，而引力随着距离的增加而减小。
卡尔·施瓦西的方程描述了同时存在的两种奇点。一种把所有东西都拉进来，一种把所有东西都推出去。理论上来说，到达黑洞奇点的过程似乎可以反过来，我们将其命名为“白洞”。
根据大爆炸假说，随着时空的膨胀，宇宙会冷却下来，自由飘浮的粒子会结合形成原子。冷却的过程会涉及大量的能量损失，能量以短波长γ射线的形式从粒子中释放出来。
暗物质不与可见光发生相互作用，这意味着我们用以观察的普通技术都失去了用武之地。我们知道它拥有一种属性：质量。我们只能够根据这一属性来判断。
还记得我们可能生活在黑洞之内吗(非常老套)?这是否意味着我们的三维宇宙可能是现实之外的某个二维表面的全息图?令人不安的是，这是有可能的。
整体效果是，当你整个人都被拉进去的时候，脚会更靠近中心，所以每进入1毫米，引力就增强1000倍，你的身体会因此被拉伸。这个过程物理学家称之为“意大利面化”(没有开玩笑)。
重要的并不是物质向外爆炸填满了真空，而是真空本身开始“存在”,解开了结，呈现出(3+1)维的特征。这也并不是很久以前的事情，它正在发生，宇宙正在“大爆炸”,而我们就处在“大爆炸”里面。
氧是一种非常活跃的元素，纯净的氧气无法长时间存在，因为它通常会进入岩石和海洋。一颗行星想要维持氧气大气层，唯一的方法是行星上不断有东西在制造氧气。
时间的流动方式并不是我们想象的那样，相反，它从一个瞬间跳到另一个瞬间，创造出了时间的错觉，这个过程类似于在电影胶片上快速播放单个的帧，从而创造出运动的错觉。