从托勒玫、哥白尼、赫歇尔到哈勃，无数天文学家的不懈努力使我们的目光从地球扩展到太阳系、银河系、河外星系，乃至我们生存于其中的整个宇宙。约翰·格里宾编著的《再探大爆炸：宇宙的生与死》不仅将带您领略这一激动人心的科学历程，其笔触更深入到现代物理学的最前沿，生动地描述20世纪物理学的两大奇葩——由爱因斯坦创立的广义相对论和由普朗克、玻尔、海森伯等人奠基的量子物理学，如何在20世纪后半叶汇聚于宇宙学研究之中，并最终为我们初步揭开了宇宙的创世之谜。本书追踪了大爆炸理论的来龙去脉，不但向您展示了现代宇宙学的巨大成就，更让您身临其境地接触那些伟大的科学先驱者们，正是站在他们肩上，我们才有可能看得如此真切、如此深远。

《再探大爆炸：宇宙的生与死》内容如下：

茫茫宇宙始终是人类赞叹和歌咏的对象。可是，宇宙从何而来？它是否永远如此？千百年来，人们总是把这些问题留给宗教和哲学，不是归功于上帝的“第一推动”，就是将其当作形而上学者苦思冥想的话题。然而今天，科学家们正在努力构建一幅宇宙诞生与演化的生动图像：宇宙起源于100多亿年前的一个“原始火球”，或曰“大爆炸”，在经过极其猛烈的暴胀之后，不断膨胀和演化，直到形成现在这个丰富多彩的大千世界。20世纪90年代，COBE卫星测定了宇宙微波能量的微小变化，从而进一步支持了大爆炸理论。广受赞誉的科普作家和宇宙学家约翰·格里宾在《再探大爆炸：宇宙的生与死》中综合了最新科学发现，探索了宇宙的起源及其最终的命运。

译者序

第二版序

致谢

第一章 时间之箭

第二章 星云世界

第三章 天有多高

第四章 膨胀着的宇宙

第五章 宇宙蛋

第六章 宇宙的两把钥匙

第七章 标准模型

第八章 趋近关键

第九章 需要暴张

第十章 寻找短缺质量

第十一章 宇宙的生与死

附录 探秘的终结

注释

横贯宇宙

在这个路口上，沙普利畏缩了，作了错误的转折。这并不全是他的过失，因为他为整个宇宙构造一幅智力图画、一个想象模型的意图仍有赖于别人所作的观测和对观测的解释。但是这个错误改变了他的整个学术生涯，所以尽管他在同行中成就卓著、颇受尊重，但他后来总是回首1914年至1920年在威尔逊山的日子，那才是他一生事业的巅峰期。

沙普利对银河系尺度的高估使得麦哲伦云看来也只是我们星系的一个组成部分，而不是另外的星系。既然如此，其他星云，例如仙女座那个很大的旋涡状星云，在沙普利看来就必定也在银河系之内，或者至多是银河系的小小的伴星系。按照这幅图景，银河系基本上就是整个宇宙，向“上”已经到了极限。但是还有别的天文学家认为，星云必定也是星系，沙普利一定是把银河系的尺度高估了，尽管他们还不知道为什么会高估。持此观点最力的是利克天文台的柯蒂斯（Heber Curtis）。

柯蒂斯是另外一个沿反常途径走来的天文学家。他1872年生于密歇根州的马斯基根，攻读古典文学并在22岁时当上加州纳帕学院的拉丁语教授。后来他的兴趣转到了天文学上，当纳帕学院与太平洋大学于1897年合并时，他成了天文学和数学教授，这可是今天大学里的任何人听了都会大吃一惊的转折。在不同的天文台做了几次短期研究之后，柯蒂斯于1902年到了利克并在那里一直干到1920年，其中有一段时间去智利作南天观测。1909年从智利回来后，他全神贯注于确定旋涡星云的本质。拍摄得越来越好的照片终于使柯蒂斯相信，旋涡星云是和我们银河系一样的星系，它们中有些为我们从正面看去，因而整个盘面和旋涡结构都能看到，其他的则是从侧面看或是从某种倾斜的角度看。倘若果真如此，这些银河之外的星系必定距离非常遥远，在望远镜里看去才只是一小块云。但是又怎么测量那些星云的距离呢？对这个问题曾有过两种答案，在1920年前一直难分孰是孰非。答案之一，是基于对1885年看到的一次事件的错误理解。不幸的是，沙普利跟着错了。

1885年8月20日，哈特维希（Emst Hattwig）看到在仙女座星云出现了一颗新的恒星，即新星。这颗星又很快变暗并消失了，幸亏它在最亮时已被抓住。这是第一次看到与该星云有关联的单颗恒星。对这个事件的一种解释是，哈特维希目睹了银河系内一团涡动的气体和尘埃云里一颗新恒星的诞生。不论那颗星是什么，它短暂的光辉有仙女座星云的所有其余部分合在一起那么亮。一个判定究竟有多亮的机会似乎来到了，那是在1901年在英仙座方向上看到另一颗恒星爆发的时候。那颗新星离得很近，用视差法估算出是大约100光年。由于对仙女座星云没有更好的距离估计，那时的天文学家猜想两颗新星应该有同样的真实亮度，于是由视亮度得出前一颗新星的距离是1600光年。这意味着仙女座星云虽然相当大但仍在银河系范围之内。

这基本上就是沙普利的论证，用以支持他关于银河系是宇宙的主体、旋涡星云不过是些小小下属的主张。柯蒂斯相信星云本身都是星系，他也在寻找证据支持自己的观点。假定1885年在仙女座看到的新星实际上比1901年英仙座的那一颗要亮得多，如果仙女座星云像银河系那样也是一个星系，那颗新星就得在短时间里像10亿颗恒星那么亮，这在沙普利看来是荒唐的。谁能说他不对呢？但是我们现在知道，非常罕见的“超新星”的确有那么亮。而使我们得以知道这一点的原因之一，正是柯蒂斯决定寻找仙女座的其他新星并把它们的亮度与1885年的那一颗和1901年英仙座的那一颗相比较。

柯蒂斯终于在仙女座发现了另外几颗新星（迄今已有100多颗记录在案），这表明仙女座星云必定是许许多多恒星的集合，因为新星并不那么常见。而所有后来的那几颗都比1885年那颗要暗得多这一事实又作出启示，应该拿后来几颗同英仙座新星比较。这样重做的结果是使仙女座星云的距离增大了100多倍，远在银河系边界之外。究竟谁对，柯蒂斯还是沙普利？问题是如此重要而有趣，所以美国科学院于1920年在首都华盛顿组织了一场两人之间的大辩论，爱因斯坦也是听众之一。这场辩论被广泛报道，普遍的感觉是沙普利输了，而柯蒂斯对宇宙尺度的阐述是正确的。。这次失败之后，沙普利立即离开威尔逊山去了哈佛，担任哈佛大学天文台台长，该职位本是1919年皮克林去世后提供给他的。尽管沙普利对天文学又作出了许多其他贡献，但他对自己的这一决定必定感到懊悔，因为他看到威尔逊山的一位新人哈勃，正是从他停下来的地方起步。哈勃接过了沙普利的利用造父变星和球状星团估测距离的技术，而且他还得到了一架比60英寸（1.52米）望远镜更大更好的望远镜。

哈勃是海尔的勤奋活动的最大受益者。海尔并不满足于他的威尔逊山天文台里的60英寸（1.52米）望远镜，又说动了一个洛杉矶商人胡克（John D.Hooker）为一架主镜口径100英寸（2.54米）的望远镜掏钱。这架胡克望远镜是1918年建成的，是此后30年中世界上最大的望远镜。海尔本人心力交瘁，于1923年55岁时听从医生劝告，辞去了威尔逊山天文台台长之职。但当他在帕萨迪纳附近的家中过平静的退休生活时，又想着要建造一个小天文台和发明一种新型光谱仪来研究太阳。他又出来筹集资金，要在南半球建一座天文台，但却没有搞成，饱受了一次精神打击。但他很快又振作起来，投入了一项新计划，要建造一架更大的即口径200英寸（5.08米）的望远镜。洛克菲勒基金会于1929年出资600万美元，工程由加州理工学院负责实施，拟将望远镜建于加州的帕洛玛山上，海尔亲任工程规划组的主席。但是，海尔没有亲眼看到自己的这件最大杰作。他于1938年去世，而由于第二次世界大战和其他延误，望远镜的建成用了20年时间。1948年，海尔望远镜投入使用。1969年，威尔逊山和帕洛玛山的两个孪生天文台合名为海尔天文台，以颂扬这位把美国天文学提高到20世纪世界领先地位的伟大人物。而在这次命名的很久以前，哈勃就已经使所有天文学家睁开了双眼，看到了宇宙的真实尺度。

哈勃和沙普利一样也是密苏里州人，1889年生于马什菲尔德城，是当地一位律师的7个子女中的老五。他在芝加哥上了高中和大学，上大学时海尔正在那里当教授。哈勃体格强壮，本有人要他去做一名职业拳击手，去与当时的拳王约翰逊（Jack Johnson）一拼。他却接受了罗兹（Rhodes）奖学金远赴英国牛津大学学法律，成了代表牛津的运动员，还曾作为一名业余拳击手在一次表演赛上与法国冠军卡尔庞捷（Georges Carpentier）较量。他于1913年返回美国并在肯塔基当律师，但是只干了几个月就断定这并非自己喜爱的职业。他在芝加哥大学读书时部分地由海尔激发起来的对天文学的兴趣又复活了，于是他重返母校改读天文学，并在叶凯士天文台做研究助理。他于1917年完成学业并获得博士学位，又由海尔安排了在威尔逊山的一个职位。但他却应征入伍，作为一名步兵去法国打仗，在那里右臂曾被弹片击伤。1919年他终于来到威尔逊山，其时正逢新的100英寸（2.54米）望远镜刚投入使用，而沙普利又即将去哈佛。哈勃的机遇真是再好不过了。刚刚在1917年才由威尔逊山的里奇（George Ritchey）第一次从照片上证认出一颗新星，这启发了柯蒂斯去重新查看利克天文台以前拍摄的照片，并找到了证据，使河外星云的距离第一次能被直接测量。关于那些星云本质的争论已经延续了数百年，终于在1924年结束。100英寸（2.54米）望远镜与哈勃的组合，终于为人类绘出了一幅宇宙的新图景，而更惊人的发现正接踵而来。

P54-57

约翰·格里宾是当今的科普写作大家。他笔耕不辍，涉猎甚广。如果说他能将本书这样关于天文学和物理学的作品写得厚重、准确、清楚且又深入浅出，是与他作为剑桥大学天体物理学博士的功底有关，那么他在“隔行如隔山”的生命科学领域的名著《双螺旋探秘》，据该领域的专家说也堪称精品，这就更称得上难能可贵了。

本书是他的《大爆炸探秘》的第二版，中文书名定为《再探大爆炸》。两版都还各有一个副标题，第一版是“量子物理与宇宙学”，第二版是“宇宙的生与死”，反映出前后内容的变动。与第一版相比，第二版删去了许多关于哲学和量子物理学的讲述，那些篇章也很精彩，但删去之后的确使全书的主线更鲜明、结构更紧凑。第二版共计11章，其中有5章是新增的，第一章讲热力学第二定律的宇宙学意义，第八、九、十、十一章讲暴胀理论、暗物质，以及宇宙的未来命运。

关于宇宙膨胀，本书的基调仍是，由于引力的拖曳，膨胀必定是减速的。有趣的是，就在本书英文版出版的那一年（1998年），美国的两个各自独立的研究小组几乎同时公布了通过观测Ia型超新星而作出的惊人发现：宇宙的膨胀是在加速。这两个小组的3位代表人物珀尔马特（S.Perlmutter）、施密特（B.Schmidt）和里斯（A.Riess）因此获得了2011年的诺贝尔物理学奖。

目前学术界对宇宙加速膨胀的主流解释是引入所谓“暗能量”，其作用相当于“斥力”。结合其他途径的研究后，现在对宇宙成分的普遍认识是：将近73％是暗能量，将近23％是暗物质，而组成行星、恒星、星系以及星际、星系际介质的普通物质（即重子物质）仅为略多于4％。（但是，欧洲空间局普朗克卫星的最新观测结果与这个分配方案之间有着似乎不算很小的出入。）

我所倾向于赞成的观点是，暗物质的存在确凿无疑，尽管现在对其物理实质（是什么粒子）尚不得而知；而暗能量的立足基础则远没有暗物质那样实在，我宁可暂且把它看作“未知物”的代名词。2011年诺贝尔物理学奖奖励的成果是对宇宙加速膨胀的发现，而不是暗能量。暗能量在许多方面会使人联想起19世纪末、20世纪初的“以太”，那朵曾使当时的整个物理学界困惑、而最终导致了物理学革命和相对论诞生的“乌云”。物理学作为一门成体系的基础学科，迄今还只有两个时代，分别以牛顿和爱因斯坦为代表，现在依然是爱因斯坦时代。暗物质和暗能量会是带来物理学第三个时代的“乌云”吗？爱因斯坦那样的划时代天才何时出现呢？

我曾经觉得，本书没有写入宇宙加速膨胀和暗能量，是一个欠缺；但现在我已不那么认为了。本书很好地讲述了截至发现加速膨胀前的宇宙学故事，读者最好先了解这个故事，才能有准备地去听新故事。新故事的完成，也许还需等待若干年，等到认识了暗物质的实质、解开了暗能量之谜的时候。那‘时候，我希望是本书的作者，但也可能是别人，就可以写“三探大爆炸”了。

卢炬甫

2013年6月于厦门

这是一本清晰解读宇宙创生奥秘的指南。

——《自然》（Nature）

本书奇妙无穷，引人入胜又饱含学识，真是一位讲故事高手的作品。

——《经济学家》（The Economist）

这是高度抽象和数学化的现代宇宙学领域的一本最好的入门读物。

——罗恩-鲁滨逊（Michael Rowan-Robinson），前英国皇家天文学会主席