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你知道暗能量嗎？你又了解暗物質(zhì)嗎？浩瀚的宇宙中到底隱藏著多少未解之謎？人類對宇宙探索的腳步又走到了哪里？《現(xiàn)代天文學(xué)——拓展宇宙》緊跟時代步伐，讓你探索宇宙、追求知識的好奇心得到最大的滿足。在這里，沒有晦澀的語言，有的是形象的表達(dá)；沒有抽象的術(shù)語，有的是生動的故事；沒有簡單的說教，有的是豐富的知識。很多天文學(xué)家對宇宙的熱愛是從仰望星空開始的，現(xiàn)在的你，可能也喜歡仰望星空，但是當(dāng)你低下頭時，有這樣一本書幫你答疑解惑。說不定，下一個天文學(xué)家就是你呢！

    現(xiàn)代科學(xué)與發(fā)明的關(guān)鍵性進展建立在一些看似簡單卻具真知灼見的想法之上，那就是——科學(xué)技術(shù)與人們的生活息息相關(guān)。事實上，它們也正是我們探尋這個世界的秘密、重新塑造這個世界的一部分，也在某種程度上改變了人類的生活。
    在一百多萬年前，現(xiàn)代人類的祖先開始將石塊制成工具，這樣他們便可與周圍的食肉動物競爭。大約從3.5萬年之前開始，人類開始在巖洞的石壁上繪制精美的壁畫與其他手工藝品，這些都表明技術(shù)已與人們頭腦中的想象、與人們所操的語言交融在一起，一種嶄新的躁動難安的藝術(shù)世界的帷幕漸次拉開。人類不僅僅在塑造著他們所處的世界，還用藝術(shù)的方式去表現(xiàn)它，用自己的頭腦去思考，思考世界的本真及其含義。
    技術(shù)是文化的基本組成部分。許多地方的神話傳說中都有一個叛逆者的形象，他輕而易舉地摧毀了既定的順序，而代之以令人耳目一新的、飽含顛覆性的可能。在許多神話里，都可提煉出這樣一個例子：一個叛逆者，例如一只來自美國的山狗或是烏鴉，從上帝那兒偷來了火種，并將它交到人類手上。所有的技術(shù)工具，無論是火、電還是鎖在原子與基因中的能量，都如同一把雙刃劍，仿佛從那個叛逆者手中接過來似的，它們發(fā)出的能量既可以治愈人類的創(chuàng)傷，又可以給人類致命的一擊。
    一個技術(shù)的發(fā)明者常常會從科學(xué)發(fā)現(xiàn)中尋找靈感。就像我們所知道的一樣，當(dāng)今的科學(xué)遠(yuǎn)比技術(shù)要年輕，回溯歷史，便可發(fā)現(xiàn)它起源于大約500年前的文藝復(fù)興時期。在那個時期，藝術(shù)家與思想家們開始系統(tǒng)地探尋自然的秘密；而第一個現(xiàn)代科學(xué)家，例如列奧納多·達(dá)·芬奇（Leonardo da Vinci，1452—1519）與伽利略·伽利萊（Galileo Galilei，1564—1642），在一些器具的幫助下，通過做實驗，拓展了人們對于物體在空間中的位置的認(rèn)識。緊接著，一場革命性的解放運動轟轟烈烈地展開了，最具代表性的則是以下幾位天才：在機械制作與數(shù)學(xué)方面有著卓越貢獻的艾薩克·牛頓（Isaac Newton，1643—1727）；發(fā)現(xiàn)生物進化規(guī)律的查爾斯·達(dá)爾文（Charles Darwin，1809—1882）；在相對論與量子物理方面有著開創(chuàng)性貢獻的阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）以及現(xiàn)代基因?qū)W的鼻祖詹姆斯·D.沃森（James D.Watson，1928—）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916—2004）。當(dāng)今科技領(lǐng)域新出現(xiàn)的基因工程、微縮工藝以及人工智能等各領(lǐng)域都有著能夠獨當(dāng)一面的主導(dǎo)者。
    像牛頓、達(dá)爾文以及愛因斯坦這些鼎鼎大名的名字都能夠緊密地與那些科技革命聯(lián)系在一起，這些革命代表了現(xiàn)代科技中作為個體的入的重要性。這一系列的每本書都遴選了10萬位在科學(xué)技術(shù)方面作出杰出貢獻的先鋒者，并將目光集中在他們的人生與成就上。每一本書都開辟了一個新的領(lǐng)域：海洋科學(xué)、現(xiàn)代遺傳學(xué)、現(xiàn)代天文學(xué)、法醫(yī)學(xué)與數(shù)學(xué)模型。盡管最早的開拓者起到了重大的作用，但這套書所論述的重點則是20世紀(jì)以來甚至是當(dāng)今的研究者們。
    每一卷的傳記都按著一定的順序排列，這種順序反映了作為個體的研究者們的重大成就的變化過程，但是他們的人生經(jīng)歷常常是枝蔓纏繞，不那么容易一下子看清的。每個人的具體成就都離不開他們當(dāng)時所處的環(huán)境，也離不開他們工作中的協(xié)作者以及給他們的研究提供幫助的外界力量。牛頓有一句名言：“倘若說我能（比其他人）看得更遠(yuǎn)，那是因為我站在巨人的肩膀上�！泵恳晃豢茖W(xué)家或發(fā)明家的成就都不是無源之水，而他們甚至要經(jīng)過一個跟前人暗暗較勁的過程才能超越他們。作為個體的科學(xué)家與發(fā)明家也與他們的實驗室的其他同事乃至別的地方的人發(fā)生著種種聯(lián)系，有時還得益于廣泛的集體的努力，例如20世紀(jì)末啟動的政府贊助與私人贊助，它們?yōu)槿祟惢蚪M的研究提供了一些細(xì)微的幫助�？茖W(xué)家與發(fā)明家們不但影響著經(jīng)濟、政治與社會力量，反過來也受著它們的影響。在本書所屬的這個系列中，科學(xué)和技術(shù)活動與社會制’度的發(fā)展之間的關(guān)系也是一個重要的議題。
    在傳記之外，本書還備有擴展材料，提供了另外一些特定的研究對象。每一章后面都附了一份年譜以及擴展閱讀的建議。除此之外，在每本書的末尾還附有學(xué)科發(fā)展年表。在書中還插入了以下一些工具條，以便給我們提供一種更好的視角，從而更快地進入到那個_由科學(xué)家與發(fā)明家共同構(gòu)建的世界中去：
    相關(guān)鏈接：描寫一些具有個性特征的工作與科技發(fā)展的聯(lián)系
    親歷者說：為發(fā)現(xiàn)與發(fā)明提供第一手資料
    爭論焦點：對由發(fā)現(xiàn)與發(fā)明所引起的科學(xué)或倫理問題的探討
    其他科學(xué)家：描述的是一些在這項工作中起到重要作用的人
    相關(guān)發(fā)明：展示了一些與之類似的或相關(guān)的發(fā)明
    社會效應(yīng)：提供了有關(guān)發(fā)明創(chuàng)造對我們所在的社會或個人生活的影響的相關(guān)訊息
    科學(xué)成果：解釋了一名科學(xué)家或發(fā)明者如何應(yīng)付一項具體的技術(shù)上的難題或者說挑戰(zhàn)
    未來趨勢：描述了隨著時間的變化，這些技術(shù)所發(fā)生的進展，相關(guān)的一些數(shù)據(jù)也在此處被公布
    在這套書中，我們講述的是人類不斷尋求真理、勇于探索、不懈創(chuàng)新的故事，我們也希望親愛的讀者能夠被這些故事所吸引、鼓舞，得到一種潛在的力量。我們希望能夠給讀者鑄造一座橋梁，一起走進科學(xué)與發(fā)現(xiàn)、發(fā)明的世界，并且能夠盡情游弋于這個廣闊的世界中，在其中找到內(nèi)心更深刻的共鳴。

    4  宇宙煙花——喬治·加莫夫和宇宙大爆炸
    哈勃確定星系在宇宙中四處逃散，就像一群逃避災(zāi)難的人。但是什么是星系逃散？什么讓星系開始彼此遠(yuǎn)離？
    哈勃從來沒有給出過這些問題的答案，但是其他科學(xué)家卻做出了回答。1922年，在哈勃和赫馬森公布宇宙膨脹證據(jù)之前，俄國氣象學(xué)家和數(shù)學(xué)家亞歷山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）認(rèn)為宇宙源于一場爆炸。比利時天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家和牧師喬治·亨利·勒梅特（Georges Henri Joseph eduard Lemaitre）在1927年提出了相似的觀點。
    弗里德曼和勒梅特的結(jié)論都建立在愛因斯坦相對論的基礎(chǔ)上，相對論推斷宇宙要么在膨脹，要么在收縮（直到1917年愛因斯坦改變了相對論的規(guī)則）。勒梅特用斯萊弗和哈勃早期的銀河系光譜紅移標(biāo)尺表明膨脹是最有可能的選擇。愛因斯坦最初的理論讓弗里德曼和勒梅特推斷在遙遠(yuǎn)的過去的某一時刻，宇宙的所有物質(zhì)和能量是匯聚在一點的——愛因斯坦把這叫做奇點。由于未知的原因，奇點發(fā)生爆炸，勒梅特稱之為“無法想象的美麗煙花”。
    起初很少有宇宙學(xué)家知道弗里德曼和勒梅特的觀點，相信折中觀點的人就更少了。不過，在20世紀(jì)40年代晚期和20世紀(jì)50年代，出生在俄國的科學(xué)家喬治·加莫夫（George（）amow）讓他們的理論廣為人知并且可以被實驗證明，他還做了大量工作使這一理論被人們接受。加莫夫是一個知識淵博的人，他在核物理學(xué)、基因科學(xué)和天文學(xué)、宇宙學(xué)領(lǐng)域都作出了杰出貢獻。他是第一個把當(dāng)時對原子內(nèi)部的發(fā)現(xiàn)和星體本質(zhì)以及宇宙起源聯(lián)系起來的科學(xué)家。
    量子天才
    加莫夫1904年3月4日出生在當(dāng)時俄羅斯的敖德薩（Odessa），是吉奧吉·加莫夫的兒子。他的父母都是老師。加莫夫在小時候就對數(shù)學(xué)和科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，后來當(dāng)他父親在他13歲生日時給了他一個小型望遠(yuǎn)鏡后，他的興趣里又增加了天文學(xué)。
    1922年，年輕的加莫夫在敖德薩的諾臥羅薩大學(xué)（the Novorossia University）學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。1923年，他轉(zhuǎn)到列寧格勒大學(xué)（the University of Leningrad），即現(xiàn)在的圣彼得堡大學(xué)（the University of St.Petersburg），在那里他的課程包括物理、宇宙學(xué)和數(shù)學(xué)。他在列寧格勒大學(xué)學(xué)習(xí)到1929年，不過可能沒有獲得學(xué)位。
    1928年，在德國格廷根大學(xué)（the University of Gottingen）的一次夏季課程讓加莫夫接觸到核物理學(xué)的偉大發(fā)現(xiàn)，其中就包括量子力學(xué)——敘述了物理規(guī)律對原子和亞原子的影響，比如說電子、質(zhì)子和中子。加莫夫立刻把這些新知識應(yīng)用到原子通過放射性自然衰變的理論。量子力學(xué)之前也曾經(jīng)被用來描述原子的結(jié)構(gòu)，但是加莫夫卻是第一個把它應(yīng)用到原子核層面的科學(xué)家。
    1928—1929年，對這個俄國年輕人印象深刻的著名丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）安排加莫夫在丹麥哥本哈根大學(xué)（the University of Copenhagen in Denmark）的理論物理研究所（the Institute for Theoretical Physics）工作。加莫夫?qū)δ芰康挠嬎阈枰觅|(zhì)子轟擊原子核使其裂變，這樣的研究為后來的科學(xué)家對核裂變和核聚變的研究打下了基礎(chǔ)。他還開始研究太陽和其他恒星內(nèi)部的高熱原子核反應(yīng)。他的一些研究成果后來被用于氫彈開發(fā)和致力于和平的核能研究領(lǐng)域。
    作為洛克菲勒的合作伙伴，加莫夫接下來的幾年（1929—1930年）與另一位著名的物理學(xué)家恩那斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）在英國劍橋大學(xué)的卡文迪什實驗室（Cavendish Laboratory）共事。在盧瑟福的指導(dǎo)下，加莫夫設(shè)計的一個實驗為愛因斯坦的物質(zhì)能量守恒定律提供了強有力的支持。加上這一早期成果，就像依曼·哈珀（Eamon Harper）在2000年年初在《喬治·華盛頓大學(xué)學(xué)報》上寫到的一樣，加莫夫“在自己的25歲生日前把自己排人了核物理領(lǐng)軍人物的行列”。
    加莫夫在哥本哈根大學(xué)又度過一年（1930—1931年）之后，蘇聯(lián)政府為他在列寧格勒大學(xué)提供了一份教師職務(wù)，并且堅決要求他回國接受這份工作。從1931年起，加莫夫在列寧格勒大學(xué)教了幾年物理，但是他卻一直想要離開這個國家。他曾經(jīng)有過一次和妻子試圖乘橡皮艇穿越黑海的失敗紀(jì)錄。最終，他和他的妻子柳波娃·沃明澤娃（LyubovVokhminzeva）（二人在1931年完婚）借著1933年10月到布魯塞爾參加國際索爾韋理論物理會議（the International Solvay congt-ess ontheoretical plwsics）的機會成功離開了蘇聯(lián)，并且再也沒有回去。
    從原子到恒星
    加莫夫在巴黎皮埃爾·庫里研究所（Pierre Curie Institute）和英國倫敦大學(xué)簡短停留一段時間后，1934年來到了美國。他進入了喬治·華盛頓大學(xué)，在那里度過了他職業(yè)生涯的大部分時間。1939年，加莫夫很自然地成為了美國公民。
    在喬治·華盛頓大學(xué)的第一年，加莫夫繼續(xù)對核物理的研究。1936年，他和匈牙利裔美國物理學(xué)家愛德華·泰勒（Edward Teller）提出了描述β衰變的理論：一個原子核會釋放出一個高速的電子（β粒子）。這是加莫夫?qū)宋锢硭鞒龅淖詈笠粋€重要貢獻。
    之后加莫夫開始把他對核物理的專業(yè)知識應(yīng)用到天文學(xué)上一一個被哈伯稱為在當(dāng)時大膽至極的決定。加莫夫和少數(shù)幾個天文學(xué)家在當(dāng)時開始相信化學(xué)元素是由太陽和其他恒星熾熱的內(nèi)部發(fā)出的高熱原子核反應(yīng)產(chǎn)生的，但是他們無法確定這一過程是如何實現(xiàn)的。首先，被認(rèn)為構(gòu)成恒星內(nèi)部的質(zhì)子非常強烈的相互排斥（因為它們帶有同屬性的電荷）著，因此無法相互融合成比氫重的元素。不過，在加莫夫早期解釋放射性自然衰變的“核勢壘隧道效應(yīng)”理論中，加莫夫認(rèn)為，根據(jù)量子力學(xué)，質(zhì)子可以非常頻繁地穿越電子勢壘而完成聚變，完美地解答了這一問題。
    在1938年和1939年，在加莫夫的啟示下，德國著名物理學(xué)家漢斯·貝特（Hans Bethe）和曾經(jīng)做過加莫夫?qū)W生的美國物理學(xué)家查爾斯·克里奇菲爾德（Charles.Critchfield）提出了一系列反應(yīng)，通過這些反應(yīng)，氦以下的輕量元素可能在恒星內(nèi)部形成。同時，加莫夫自己也敘述了在稱為超新星的爆炸星體中可能發(fā)生的核反應(yīng)。1942年，加莫夫再度與泰勒合作，加莫夫用他早期的一些核物理成就發(fā)展出預(yù)測紅巨星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論。
    ……

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