心中的小宇宙-書評一篇
最近隨著馬斯克把跑車送去火星的新聞，宇航科技再次火了一把。美國的全民宇航夢是從阿波羅登月開始的，那個時候拜電視的廣泛普及，讓數以千萬的觀眾看到了振奮人心的火箭騰空。阿姆斯特朗在即將登月的時候，還通過NASA對全世界講述了中國嫦娥的故事。加拿大著名的網紅宇航員---克里斯?哈德費爾德就坦言他是因為小時候看了登月的電視直播，才下定了做宇航員的決心。
（Elon Musk送上火星軌道的Tesla電動車）
片面的太空遐想始於大劉的《三體》，之後便一發不可收拾，直接一口氣看完了大劉的所有作品。還是意猶未盡，就開始看阿西莫夫全集。漸漸的才發現，自己的理論知識太單薄，於是開始了天體物理學的科普之旅。作為新年讀書計劃的一部分，今天來彙報下讀書進度，也來分享下一本超級好看的科普讀物--Astrophysics for People in a Hurry(暫譯為《天體物理學速讀》)。
片面並不是為了耍帥，只不過這本書真的沒找到中譯本。這本出版於2017年初的著作非常淺顯易懂，比片面之前看過的入門科普書都要來得輕鬆的多。作者Neil DeGrasse Tyson(泰森)是個物理學家出身的自媒體網紅。學術上成就平平，但在出版業和傳媒界確是個香餑餑。國家地理的很多有關天文的紀錄片都有他出境。這樣的科學家寫出來的東西也非常接地氣。
（翠花，你看封面這麼花花綠綠的，俺就知道是本好書）
既然沒有中譯本，那片面也來乾乾農夫山泉的活兒，做個知識的搬運工。作為科普讀物，這本書的結構很好，從一個很能引起讀者好奇心的問題(宇宙大爆炸理論)入手，引出來幾個重要概念，然後再逐個解釋。
大爆炸理論
宇宙大爆炸是怎麼回事呢？其實就是宇宙里所有的東西都壓縮到一個點上。科學家當然也不知道為啥會這樣，也許上帝覺得無聊想捏個橡皮泥？但是用力過猛了，這麼多物質和能量當然不想聚集在一起。所以大家就開始加速擴散。在這個過程中，溫度和物質密度下降，逐漸出現了一些基本粒子，之後繼續冷卻出現了恆星等天體。在這個過程中還出現了些匪夷所思的物質，比如暗物質和暗能量。
（大爆炸理論的宇宙時間線，喇叭口形狀表示宇宙在加速擴張）
反物質
先說說暗物質，我之前總把這傢伙個反物質搞混。那反物質是啥？它們的物理屬性和我們所熟悉的物質相反。比如正物質的質子帶正電，反物質的質子帶負電。由於正反物質像水火一樣無法相容，他們相遇時就會湮滅。啥意思？就是說他們是反應將質量完全轉化為能量釋放了。這有啥了不起？裂變核彈的原理就是在核反應時，原子核內極小一部分物質(0.7%)轉化為能量才釋放出如此威力。正反物質相遇則是100%轉化為能量。以當年投在廣島的那顆原子彈為例，如果用反物質做炸彈只需要一克就能產出同樣的效果哦。。。
暗物質
扯遠了，繼續說暗物質。先聲明下，科學家現在也不知道暗物質是啥。。。搞這麼個星戰范兒的名字就是用來占坑兒的。這看來有點兒不嚴謹了吧？都不知道是啥，就說這東西存在？科學家是不是看本山大叔的小品已經不過癮了？其實還真不是。推導出暗物質的理論依據非常充分。這裡舉個例子來說明，省去數學運算。
想像你用一根很細的線扯動一個鐵球圍繞你旋轉。當轉動的速度不快的時候，繩子的強度可以帶動球來旋轉。可是當速度越來越快的時候，會達到一個臨界速度：細線的強度不足以拉動球做高速旋轉。於是家裡的玻璃被砸了。以上的這個例子中細線就代表了引力，手相當於星系的中央黑洞，球相當於圍繞它轉動的恆星。科學家們觀測到很多星系裡，外圍的恆星運行速度遠大於逃逸速度。就是說，如果在鐵球例子中按這麼個速度旋轉，別說是你家玻璃，連隔壁老王的門都被砸漏了。換句話說，還有個看不見的、更強力的繩子在拉扯著鐵球。那麼是什麼物質提供了這個隱形線呢？暗物質。
目前我們所知的暗物質的唯一屬性便是它可以產生引力。其他我們已知的觀測手段一概觀測不到它。當然也有人大膽的假設暗物質根本不存在，而是萬有引力的模型有問題。也就是說，繩子的強度本身就算錯了。當然以我的數學水平，還沒參透這種修正公式的合理性。而且歷史上除了愛因斯坦敢在牛頓頭上動土以外，還沒有誰能修正萬有引力的模型。所以科學界的主流觀點還是相信暗物質是存在的。
暗能量
等等，等等，你說的這麼高深。但是好像有個邏輯錯誤啊。既然引力那麼牛叉，把所有的物質都不停地拉近，再加上做好事不留名的暗物質，那宇宙應該是在不停地縮小啊！這就引出了我們更加一無所知的暗能量。暗能量也是用來填坑的。。。它的提出就是為了補齊我們現有觀測數據和理論模型的差距。我們觀測到的宇宙是在不停地擴張的(感興趣的可以搜搜「紅移」)。但如果所有的物質都僅靠引力相互吸引，那我們的宇宙應該是在坍縮啊！鐺鐺鐺鐺～暗能量就這樣閃亮登場了！它可以產生反引力，也就是說它產生萬有「斥」力。更不可理喻的是，相對於我們熟悉的物質，它們是宇宙中更為普遍的存在。我們能直接觀測到的各式各樣的天體，佔據了宇宙質能總量的不足一成。暗物質不到3成，而暗能量占近7成。想像一下，我們引以為豪的人類文明，所能利用的資源對比全宇宙來說簡直是渺小到無法形容了。
引力波
書中沒有追隨熱點，仔細討論一下引力波。但是想必很多人都很感興趣：為什麼一個這麼玄幻的概念被主流媒體大肆宣傳，搞到盡人皆知？片面在這裡刷刷大刀，聊聊這個發現為啥重要。愛因斯坦大家都知道，他最著名的研究成果想必也盡人皆知，就是相對論。相對論又分成廣義和狹義相對論，引力波最主要的貢獻就是再次通過觀測手段證實了廣義相對論。還是很玄幻？沒問題，再聊點兒具體的。廣義相對論認為，時間和空間其實是一個整體，即為時空(space-time)。這種介質並不只為物質的存在提供了平台，還受到身處其中的物質的影響。愛因斯坦認為引力的本質，就是大質量的物體扭曲了時空，而靠近它的物質則因為這種扭曲而產生了被拉近的勢能。引用一句經典評論：時空告訴物質如何運動； 物質告訴時空如何彎曲。
（雙星系統的高速旋轉產生引力波的示意圖）
引力波作為相對論的強有力證據，證明了時空確實被掰彎了（別瞎想啊，時空是沒有性別的）。所以諾獎授予引力波其實就是在向老愛致敬，畢竟當年老愛也只是因為光電效應獲獎，而非相對論。有人也說這是追授愛因斯坦為烈士，我倒是覺得像老愛這種大咖，諾獎授予他其實是諾獎的殊榮。再說說這麼高大上的探測手段有啥卵用呢？
首先人類多了一個感知宇宙的維度，基本和開了寫輪眼差不多。回顧人類科技史，有多少新發現是因為技術手段的發展而實現的？我相信，就像曾經列文虎克發明顯微鏡，進而發現微生物一樣；引力波的發現也會再給人類帶來一輪技術爆炸！
其次引力波與其他探測手段互為輔證。怎麼講？大家應該都知道引力波被媒體熱炒了兩輪。第一波新聞是因為引力波探測器發現了黑洞合併發射的信號。第二波則是因為檢測到了雙中子星合併。而且一反常態的是，第二波新聞熱度要大於第一波。啥情況？因為雙中子星合併有其他信號可以交叉證實。直到這次事件，之前所有發出引力波的事件都無法被其他手段輔助證實。也就是說，當時還存在一種可能性：搞引力波研究的其實都是大騙子，打著科學的旗號在圈納稅人的錢。可雙中子星信號一被檢測到，科學家徹底摘掉了騙子的嫌疑，可以光明正大的繼續伸手要經費了。
說了這麼多玄而又玄的東西，意義何在呢？作者給出了非常多深刻的見解，其中幾條我真心認為是我有興趣了解天體物理學的原因：
搬運工筆記
首先是讓我們胸懷擴增幾個數量級。既然宇宙如此之大，未知如此之多，我們是否要重新審視我們的日常生活呢？看看人類內部的殺戮，政治的傾斗，利益的糾葛。如果每個人都抱著一個宇宙的胸懷，似乎這些原則問題也就沒不算啥了。於是乎我們的生活就會省去很多煩惱。不過，片面在這裡坦言，臣妾做不到啊。。。不過這是一個很好的心理調劑。下一次在公交車上被人踩了下腳時，想想暗物質也許就沒那麼生氣了。下次買到假貨賠點兒錢時，想想暗能量也許就沒那麼沮喪了。
第二是讓我們有機會逃離思維定式。天體物理學和我們的生活極為遙遠，而思考其中問題所需要的是我們日常生活中很少用到的邏輯推演能力。如果每天我們都沉浸於生活的瑣事，思維很快就僵化了。何不暫時把自己抽離出來，舒展下僵持的神經元？也許重新審視自己的問題時，就可以跳出圈外來思考了呢。
第三是擁有一個有益身心的興趣。當然這不局限於此學科，可以是二寶媽感興趣的心理學，也可以是建築學，美學，藝術欣賞。家父曾經和我談論過天體物理學的相關問題，這讓我非常驚訝。老爺子快60了，依然能保持一顆求知的心，實在讓我欽佩不已。希望我步入中老年的時候依然能做到這樣自學不輟。
第四是我覺得最重要，但很多人看來很不靠譜的目的：我們每個人都要為人類文明傳播打基礎。記得我最愛的大劉的短篇小說《朝聞道》里假定了一個場景，那就是人類的精英必須用自己的生命向高級文明的生物換取他們夢寐以求的知識，而且這些用生命換來的知識卻無法再傳遞給其他人。也許大劉的設定有些極端，無法理解的同學強烈推薦去看看。但他表達的中心思想就是，文明一定要以探索宇宙終極奧義為最終目標，否則便沒有存在的意義。
扯遠了扯遠了，回來說我們自己文明的事。假定我們的文明能延續到太陽壽命的極限，那麼生存的本能一定會驅使我們把自己的文明傳播出去。雖然這個倒計時還有50億年，但是誰知道科學家有沒有算錯？或者其他不可抗因素會導致地球不再宜居呢？恐龍前輩就沒來得及搞出宇航技術，而被小行星團滅了。
（對比太陽壯年和暮年的尺寸：老年太陽大到吞沒了水星和金星，地球到時候會是一片火海，不再是宜局星球。綠色地帶為宜居地帶，上圖為現在的太陽，地球和火星身處其中。下圖為125億年後的太陽，宜居帶遷移到木星和土星。）
為了這微乎其微但影響巨大的風險，人類願意付出多少來避免呢？
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