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科学智慧火花
科普书评

图书名称:《宇宙的探索》(《蓝色梦幻丛书》)

主编:李良

出版社:科学普及出版社

ISBN:ISBN  978-7-110-09806-6

作者简介:北京大学地球物理系空间物理专业毕业。北京天文馆《天文爱好者》杂志社副编审。中国天文学会会员。中国科普作家协会演讲专业委员会委员。曾任中国空间科学学会科普与教育委员会委员。在报刊杂志发表科普文章300余篇。已创作出版科普书二十余种。曾多次应邀在大中小学、电台、电视台等进行科普讲座。

内容简介:探索未知世界是人类的天性,自古以来,正是在强烈的好奇心驱使下,人类不断加快宇宙探索的步伐,不断地取得新的成就。深入探究宇宙的结构,研究各种天体是如何起源、如何演化的,以及我们的宇宙未来向何处演化,这些问题看似与日常生活无用,实则关系着地球人的命运。探索宇宙时常面临着各种观测技术的挑战,在攻克这些困难的过程中,必将显著地提升人类的能力,并为实现在宇宙中的可持续发展提供技术基础。“宇宙演化”这一基础科学问题。已经正式写入我国的“十三五”规划。这一方面说明国家对天文科学的高度重视另一方面也是我国科学传播事业发展的结果。

书评人:罗保林

仰望闪烁星空 解读宇宙奥秘

远古的神话描摹说,自从盘古开天辟地,便有了“天圆地方”的宇宙,“四方上下曰宇,往古来今曰宙”。

仰望星空,观察天体运动探究天文——天穹上的图纹,人类怎么能识别上苍通过那些天穹的图纹给人类的启示?人们充满迷思地思索,那高天之上究竟都有些什么?每天又都在发生一些什么?

仰望星空满天繁星闪烁,太阳的升起月亮的出没,宇宙空间一幅迷幻而令人好奇的景象。人们面对的是距离地球不同的、性质各异的天体,是妙趣横生的星座与天体的演化。晴朗的夜空,一条横亘天际的淡淡光带,就是我们所在的银河。近百年来,人们才知道我们的银河系,也只不过是宇宙间千亿个星系之一,银河系之外还有许多类似的河外星系;而照耀我们的太阳也只不过是银河系内的千亿颗恒星之一。

宇宙是多样而又统一的物质世界。深入探究宇宙的结构,研究各种天体是如何起源、如何演化的,以及我们的宇宙未来向何处演化;这些关系着我们地球人命运的疑问,始终是人类心头难解的迷。

探索未知世界是人类的天性,自古以来,正是在强烈的好奇心驱使下,人类不断加快探索宇宙的步伐,不断地取得新的成就。为了发现宇宙的规律,人们通过长期、全面的观测来研究天象和天体的运动,观察和测量是天文学发展的永恒的基础。

你想详细了解我们周围宇宙的过去与未来吗?人类能够解开本身的奥秘和周围世界的谜团吗?感兴趣者不妨去读读李良先生的新作《宇宙的探索》(《蓝色梦幻丛书》之一),看看作者如何给你描画“宇宙演化”的景象,以及人类对太空奥秘不断探索的努力吧!

长期从事天文科普工作的资深作家李良先生,以其渊博的天文科学知识,用细腻的笔触详细地叙述了天文科学的古往今来,既有令人饶有兴味的古代天纹观测,也有现代天体物理探索让人惊异的最新研究成果。恰如一艘美丽的画舫从远古荡来,一路采撷太空中各种奇异的天象和人类不懈探索的成果,满船丰盛异彩纷呈,令读者耳目一新。作者在《宇宙的探索》全书中,用了十个主要章节向读者献上这些脍炙人口的天文科学大餐:第一章 仰望星空:天文学的萌发,第二章 妙趣横生的星座天体,第三章 太阳系的发现,第四章 引力、太阳和天体演化,第五章 银河 —我们的星系,第六章 宇宙究竟是什么模样,第七章 宇宙膨胀的发现,第八章 大爆炸与暴胀宇宙论,第九章 宇宙探奇:引力波与引力透镜,第十章 Ia型超新星与宇宙的命运。

自古以来人类总是在不断地探寻,宇宙是怎么产生的?建立在广义相对论基础之上的“大爆炸宇宙学”认为,宇宙是由一个致密炽热的奇点于 138 亿年前的一次大爆炸后,不断地膨胀形成的。大爆炸之初,物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在,宇宙经历了原初轻元素合成、光子退耦和中性原子形成;大爆炸之后的宇宙不断膨胀,导致温度和密度很快下降;随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、分子,并复合成为通常的气体;气体逐渐收缩、凝聚成星云,星云进一步形成第一代恒星、黑洞等几个重要的时期;各种星系、银河系、太阳系、行星、地球以及空气、水和生命就是在这个不断膨胀的时空里逐渐形成。从天文学角度来说,宇宙是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体。

也有宇宙学家推测,我们知道的这个宇宙是四维“体宇宙”中一个巨大黑洞喷射出来的物质形成的。当一颗四维恒星塌缩为一个黑洞时,其喷射的残骸形成了我们的宇宙。真是这样的话,我们或许要和主流的“大爆炸宇宙论”说再见了。

宇宙在演化过程中会有不同频段的引力波,其诞生之初产生的引力波是一种时空波动,是时空弯曲中的涟漪,它以波的形式从辐射源向外传播,并以引力辐射的形式传输能量。随着宇宙的演化而被削弱。从引力波既可以追溯到早期的宇宙,也可以看得到恒星的形成过程,看到一颗大质量恒星的衰亡,或者黑洞的并合。

原初引力波如同创世纪大爆炸的“余响”,将可以帮助人们追溯到宇宙创生之初的一段极其短暂的急剧膨胀时期,即所谓“暴胀”。在宇宙诞生最初的瞬间,宇宙中充满稠密的物质,以致由粒子间的碰撞而产生的引力波立即就被另一些粒子吸收了。随着宇宙迅速扩张的暴胀,宇宙的密度突然下降,暴胀激起释放出的原初引力波不再被吸收。从那时起,那些原始的扰动就在我们周围的空间蔓延开来。

近年来被发现的引力波,证实了爱因斯坦在一个世纪前的预测,使得我们对宇宙演化的了解更加深刻。

人类在星空的追踪探索中,发现在老年恒星中有一种归类为 Ia 型的超新星,它是恒星演化到晚期的一种极为壮观的高能爆发现象,具有可校准的光度,可当作标准烛光,用来测定宇宙学距离,从而探索我们的宇宙形状。宇宙学家们一般以为,由于万有引力的作用,宇宙膨胀已经减速。多年来,天体物理学界也一直认为宇宙在减速膨胀。宇宙膨胀的减速将决定宇宙会终结于烈火还是寒冰。

但是,美国的珀尔马特、澳大利亚的施密特却向科学界报告了他们的惊人发现:“通过对 Ia 型超新星测距,发现宇宙的膨胀是加速的”。珀尔马特等人的河外星系超新星观测证明,宇宙这块巨型面包膨胀的速率越来越快。这真是一个令科学界十分震惊的发现!面对观测结果,人们首先要提出的问题是:究竟是什么导致宇宙膨胀加速?对 Ia 型超新星等观测数据的拟合研究表明:宇宙中大约 75%是暗能量,还有大约 21%是不发光的暗物质,而我们熟悉的普通物质仅占4%左右。

宇宙正在加速膨胀的发现还揭示了暗能量的存在,动摇了宇宙学理论的根基,为人类从整体上研究宇宙提供了崭新的视角,堪称宇宙探索道路上的一个新的里程碑。暗能量向物理学提出了一大挑战,可能导致一种新的引力理论,或者为彻底理解时空结构指明方向。

据科学家推测,在暗能量作用下,宇宙未来也许有三种命运走向,即宇宙的密度随着时间推移可能会降低,或维持不变,或者增加;即宇宙未来命运取决于暗能量的密度和性质,其最终的命运可能朝着大约三个方向演化。

爱因斯坦曾在给一个对世界命运感到担忧的孩子回信中写道:“至于谈到世界末日的问题,我的意见是:等着瞧吧!”

浩瀚的宇宙和人类的未来,想象不到的问题太多了,正期盼着人类一代接一代的艰苦探索,去不断揭示宇宙的奥秘!