这是一次精心策划的太空冒险！
登上乘坐卡拉维尔号飞船，我们出发吧！
第1天，我们大部分时间都在深度睡眠中，由AI精心照顾。
第2天，我们首先会看到拐角处的月球。月球周围还有很多奇妙的物体。
第10天，环顾太阳系行星，介绍它们及类地行星、类木行星。
第153天，我们来到了太阳系的边缘。
5年287天，到达TRAPPIST-1星系——最有可能存在地外生命的星系。
19年140天，银河系像珍珠项链环绕在飞船周围，我们会看到黑洞。
33年227天，详解星系的形成、发展和演化机制。
经过33年227天的旅行，最后我们重返地球。
这是一次不可思议又合乎科学的太空旅行，
也是一堂别开生面的物理课！
关于太空的幻想，关于行星的秘密，都将在本次旅程中揭晓！
彗星、行星、恒星、黑洞、超新星，量子、相对论、地外生命……
一切扑面而来，所有知识符合科学原理。
下船的那一刻，你就是太空探险家！抬头看看星星，那是我们的未来和使命。

潘书文，文学博士。2007年毕业于北京外国语大学意大利语专业，同时获得文学法学双学士学位。现任教于南京师范大学外国语学院意大利语系。2013年罗马大学访问学者。主要研究领域为意大利文学、文化符号学。主持教育部2019年度人文社会科学研究青年基金项目一项。在《当代外国文学》《外国文学动态》《中国社会科学报》等刊物上发表论文多篇。

引言：旅行者的梦想
第一部分 行前准备
1.狭义相对论的玩笑
2.出色的望远镜和显微镜
3.宇宙多么浩瀚
4.（几乎）与光一样快！
5.反物质推进和其他
第二部分 旅程
6.旅程开始了
7.月球，星空一瞥
出发后第2天
8.木星，太阳系的长子
出发后第9天
9.太阳系的边界
出发后第 153天
10.另一颗恒星与另一颗行星
出发后的5年287天
11.银河之王
出发后的 19年 140天
12.在无尽的虚无中，
这是一个没人想去往的地方
出发后的33年227天
13.准备回家
出发后的33年294天
致谢

引言 旅行者的梦想
出出发去探索新的事物
，是所有旅行者与生俱来
的使命和梦想。从人类开
始探索周围的小世界开始
，这样的梦想就未曾改变
过。探索的范围也越来越
广：从居住的洞穴附近，
到村庄的边界之外。然后
，跨过高山，越过海洋；
到达令人炫目的山巅，潜
入海洋的深渊；向着极地
永恒的寒冷出发，又闯入
难以穿越的丛林、干旱贫
瘠的沙漠中。人类总是不
畏艰险、勇往直前，并不
带有理性的目的。推动人
类前进的绝不仅是采集、
捕猎、开拓殖民地以及扩
展自己的领地。事实上，
最重要的推动力是认知的
渴望，哪怕冒着丧失生命
的风险。这种渴望，就像
一块烙印着人类原始天性
、具有象征意义的化石，
如今仍存留在科学人的脑
海中，存留在先驱者的脑
海中，存留在始终探寻新
的边界、并渴求突破的学
者的脑海中。
很快，人类的探索范围
就超越了地球，目光开始
转向天空，那个浩瀚的、
寒冷的、黑暗的天空。黑
色的夜空里满是远得无法
企及的星辰，正因为这一
点，它显得更加神秘，充
满吸引力。一开始，探索
天空只是柏拉图的愿望。
随后，出现了第一次跃入
虚无宇宙的尝试，但很快
就带着胆怯被地球这个温
暖的家召唤回来。再后来
，人类又向前迈出了勇敢
的一步：坐在几立方米的
钢制的空间里，进入太空
轨道中。最后，人类终于
能做到斩断和地球的联系
，征服月球，这一事件使
得地球最终成为苍穹中的
一个客体。
一切才刚刚开始。尽管
不是采用直接的方式，我
们已经用带有“人类智慧”的
仪器，观察和触碰了行星
、卫星，甚至彗星。我们
的太空探测器已经到达了
太阳系的边缘，并轻声向
我们叙述着浩瀚的、冰冷
的“宇宙之空”。在这样的宇
宙中，探测器一直都在飞
行，并且，只要时空存在
，它们就会一直飞行下去
。它们离家越来越远，承
载着我们认识未知、征服
未知的渴望。
那么，现在等待我们的
又是什么呢？可以打赌的
是：很快，我们对太阳系
就会十分熟知。我们为何
不穿越太阳系，到达太阳
系以外的较近的恒星去看
一看呢？我们为何不去银
河系漫游一番呢？然后，
离开银河系，穿越到其他
成千上万的星系中去观察
一下呢？然后……再然后…
…
然后，美梦消失了，我
们醒过来，发现自己的生
物属性是有限的；发现在
宇宙无尽的时空面前，生
命留给我们的时间是短暂
的；发现我们对能量和新
技术的需求是迫切的；发
现物质所受的速度是有限
制的，这样的客观规律是
无法避免的。那么，我们
已经到达了梦想和旅程的
终点吗？或许不是。作为
人类这样一种勤劳、充满
好奇心的生物，我们可以
尽情地发3挥自身的聪明才
智，去进行颠覆性的发明
和创造，去破解物理规律
，拓展认知局限，从而获
得开拓者的胜利。
太空旅行者的目的便是
去认识星球、发现未知、
发现地外生命的各种形态
。根据逻辑推理，我们不
要期待地球附近的太空和
银河系外的太空有什么太
大的差异。天文观测告诉
我们：在仪器目前可探测
的范围之内，外太空相对
而言都是相同的。同样，
根据合乎情理的推断，几
乎可以肯定的是：无数和
地球相似的行星上存在着
多样的生命形式，可能类
似于我们人类，甚至比人
类更加聪明。
尽管存在一些不切实际
的目标，人类渴求直接探
索宇宙的愿望如此强烈。
通过使用太空探测器，有
些目标已经达成。然而，
在这一事实面前，我们仍
然可以问自己：载人航天
飞行的必要性是什么？回
答可能是多样的，有一些
原因也肯定不是科学层面
的。显然，观察、描述宇
宙所体会的愉悦感是无价
的，就好像把人类理想的
旗帜插上美洲新大陆所带
来的荣耀感一样。还有其
他的各种潜在因素推动着
载人航天飞行，这些我们
也不能忽视，诸如一些政
治、法律、经济因素等，
它还是国家荣耀和威望的
象征。当然，人类空间探
索也面临种种问题：巨额
的花费、技术的限制等。
事实告诉我们：20世纪70
年代初，当人类为“阿波罗
计划”付出巨大的代价之后
，就再也没有人登上离我
们如此之近的月球，也没
有登陆离我们很近的其他
星球。除此以外，人类生
物属性的限制，尤其是物
理因素的限制，极大地阻
碍了我们探索太阳系外的
空间，例如：无限遥远的
、我们大脑完全无法想象
的距离，还有光速造成4的
旅行障碍，这一点，爱因
斯坦已经通过相对论的正
确性予以了证明。
相对论并没有带领我们
进入科幻世界，它用跃入
超时空、头朝下跌入“虫洞”
、曲率发动机等概念，让
我们看到了远距离时空旅
行的希望。它给予了我们
小小的安慰，至少是理论
上的安慰，它告诉我们：
无须打破物理和生物规律
，我们也可能用接近光的
速度，完成星际旅行。时
空间隔的相对性使得宇航
员能够完成一些短暂的旅
行，他们十分渴望在银河
系内外探索未知。但这些
旅程对于在家等待他们的
人来说却是漫长的，旅程
总是将他们与家人的时空
轨道和命运隔离开来。
我们通过近几十年的努
力，在宇宙的“地图”上留下

真实模拟的太空生活。飞行中深度睡眠时我们的身体会有什么感觉？透过飞船的大窗户，我们能用肉眼看到什么？如何与地球的家人联系，和打电话一样方便吗？
全面、系统、前沿的太空科普。风趣、好读，直戳科普嗨点。干货补充，足够硬核。
“上帝粒子”希格斯玻色子发现者，“科学界的奥斯卡”科学突破奖获奖者著作。

“虚空”的概念在众多世界中得到了发展，要知道，“虚空”是作为哲学上的一个抽象概念首次出现，是纯粹基于逻辑上的合理性考虑而被创造的。在公元前5世纪，德谟克里特提出的原子论就将存在与充实、非存在与虚空联系在一起，存在等同于物质，或多或少被充实的原子填满。此后，亚里士多德的争辩否认了虚空的存在。再后来，沿着亚里士多德的路径，人们提出了一个非常出名的论断，认为自然界“畏惧”虚空，因此，它不断地将自己填满，直到所有的空间被物质占据。人类第一次真正地用科学方式探索自然界要到1644年，在那一年，物理学家埃万杰利斯塔．托里拆利从一个特定的容器中抽取了一部分空气，从而展示了大气压的存在，随后又展示了物理学意义上“真空”的存在。不久以后，人们观察到随着高度的提升，大气压会降低，因此，在高海拔地区应该可以证实真空的存在，或者，如果按照今天的说法，在宇宙空间中可以发现真空。然而，即使是这样，我们也不能绝对地看待真空存在的问题，非黑即白、非空即满的处理方式是不对的。真空并不是绝对存在的，我们脑海里通过直觉轻易形成的想法不够正确。你只要想想在星际空间中．每10如立方厘米的体积中仍有1克气体（通常是氢气），这样的体积相当于一个边长为地月距离三分之一的立方体的体积！即使在极端条件下，当我们能够去除多余的气体时，在每立方厘米的星际空间中，我们仍可获得大约300个中微子，以及极大数量的光子、暗物质和暗能量。（关于这些布满宇宙的奇妙的基本粒子，我们后面会简短介绍。）
随着人类对外太空的研究逐步深入，以及天文学和天体物理学的发展，通过利用越来越先进的科学仪器（比如望远镜），人类终于实现了小小的认知突破。无论在空间还是时间方面，人类探索宇宙的步伐都越来越深远。向高空观望，我们发现了一些来自过去的信号，比如光。许多人都知道：我们此刻观察的一颗星星正是它100年、1000年，甚至100万年前的样子，这不同的年份根据它距离地球的远近得出，它和地球的距离通常以光年表示。为什么我们看到的星星是若干年前的样子呢？那是因为星星发出的光恰好经过了那段（有限的）时间才到达我们这里。光走过的路程很远，该路程将我们与星星远隔。因此，将目光投向更深远的地方能使我们观察到更古老的事物。正因如此，一张星空的照片能将相隔久远，甚至数十亿年的各种事件融为一体。
我们必须意识到，通过恒星散发出的肉眼可见的光芒探索宇宙仅仅是聪慧的科学家们使用的方法之一。这种方法可以追溯到伽利略时期，他用自己发明的望远镜实现了早期的天文观察。光的辐射——或者相同波长的电磁辐射，在本质上受到各种因素的制约。首先，光信号的衰减与距离有着密不可分的关系。如果光线来自远方光源，距离越远，强度就越弱，这无疑限制了对远距离物体的细致研究。此外，地球的大气层和光污染也是限制观察的因素。在干旱的南美洲沙漠，通过大型望远镜，人们才能较好地进行观察。或者，更先进的方式是在轨道卫星上放置天文望远镜，比如著名的哈勃空间望远镜。
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