| 开本： |
| 纸张： |
| 包装： |
| 是否套装：否 |
| 国际标准书号ISBN：9787571350581 |
| 所属分类：图书>科普读物>宇宙知识 |
重磅推荐
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产品特色
编辑推荐
本书由知名天体物理学家、霍金科学传播奖得主尼尔·德格拉斯·泰森（ ）、查尔斯·刘（ ）和罗伯特·伊里翁（ ）联合力著，通过幽默风趣的语言，引导读者用物理学思维理解宇宙。本书打破传统天文科普按天体分类的叙述模式，从运动、物质、能量三大视角，帮助读者重构对宇宙的认知。
（）从第一性原理追问宇宙本质，探究统御万物的终极法则
本书从从身边的日食、潮汐等，讲到遥远宇宙的恒星核聚变、星系红移，它清晰地展示了科学家如何从这些具体现象出发，一步步追问，最终推导出万有引力、相对论、大爆炸宇宙论等驱动宇宙的统一、简洁的物理规律。化繁为简，从已知推断未知，真正看懂宇宙如何运行。
（）用物理学家的思维拆解宇宙，通过运动、物质、能量三大角度，洞穿纷繁现象，重构宇宙认知
这本书没有按照行星、恒星、星系的叙述顺序进行讲述，而是用运动、物质、能量三个最根本的概念拆解宇宙。行星的公转、恒星的燃烧、乃至宇宙的膨胀，都可以被归结为物质在能量驱动下的不同运动形式。这种视角剥离了复杂的天文名词，让读者能够建立一个理解从原子到星系的、统一而深刻的认知框架。
（）告别艰深，轻松读懂专业概念，让知识丝滑入脑
作者通过无数个巧妙的比喻和场景，将相对论、量子力学、宇宙膨胀等曾让人望而生畏的理论，变得简单易懂，让读者零压力地享受顶尖科学带来的思想乐趣。
（）精美印刷，高清插图
采用胶版纸印刷，图像清晰，色彩鲜活，书中的高清图片将最抽象的原理转化为直观的画面，帮助读者直观理解宇宙奥秘。
内容简介
全书从可见的日食、潮汐、彗星等日常现象入手，深入追问其背后统一、简洁的物理定律，带领读者从牛顿力学、相对论直抵量子力学、宇宙学的最前沿。它用生动的比喻和清晰的逻辑解释星系旋转、恒星演化、黑洞引力及宇宙膨胀等复杂现象，并深刻揭示了人与宇宙的血脉联系：构成我们身体的每一种重元素都源于古老恒星的壮丽死亡，驱动我们生命的能量与照亮太阳的能量遵循同一法则。
本书最终阐明，理解宇宙的规律即是理解我们自身的存在。我们不仅是宇宙的观察者，更是其亿年演化史诗的直接产物。
作者简介
作者简介：
尼尔·德格拉斯·泰森（ ）
知名天体物理学家、科普作家、纪录片主持人，哈佛大学物理学学士，哥伦比亚大学天体物理学博士，普林斯顿大学博士后，美国自然历史博物馆海登天文馆馆长。
年获“斯蒂芬·霍金科学传播奖”。年《发现》杂志“科学界聪明的人之一”。年《时代》周刊“全球大具影响力人物”。年《哈佛校友》杂志“具影响力的名哈佛校友之一”。年“杰出公共服务奖章”。年小行星以他的名字命名。年《时人》杂志“性感的天体物理学家”。
查尔斯·刘（ ）
纽约市立大学天体物理学教授，美国自然历史博物馆研究员，纽约天文学会主席，美国天文学会终身会员，哈佛大学学士，亚利桑那大学博士。著名深夜科学脱口秀《名人谈星》（）的联合主持人及常驻嘉宾 宋体作者简介： 宋体尼尔 宋体·德格拉斯·泰森（ 宋体） 宋体知名天体物理学家、科普作家、纪录片主持人，哈佛大学物理学学士，哥伦比亚大学天体物理学博士，普林斯顿大学博士后，美国自然历史博物馆海登天文馆馆长。 宋体年获“斯蒂芬·霍金科学传播奖”。 宋体年《发现》杂志 宋体“科学界 宋体聪明的 宋体人之一”。 宋体年《时代》周刊 宋体“全球 宋体大 宋体具影响力人物”。 宋体年《哈佛校友》杂志“ 宋体具影响力的 宋体名哈佛校友之一”。 宋体年 宋体“杰出公共服务奖章”。 宋体年小行星 宋体以他的名字命名。 宋体年《时人》杂志“ 宋体性感的天体物理学家”。 宋体查尔斯 宋体·刘（ 宋体） 宋体纽约市立大学天体物理学教授，美国自然历史博物馆研究员，纽约天文学会主席，美国天文学会终身会员，哈佛大学学士，亚利桑那大学博士。著名深夜科学脱口秀《名人谈星》（ 宋体）的联合主持人及常驻嘉宾 宋体罗伯特 宋体·伊里翁（ 宋体） 宋体科普作家，加州大学圣克鲁斯分校科学传播项目名誉主任，曾任美国科学作家协会教育委员会联合主席，麻省理工学院地球与行星科学学士。 宋体译者简介： 宋体郑捷 宋体中国科学院大学国家天文台天文学博士，中国科学院国家天文台高级工程师，中国科学院大学硕士研究生导师。长期从事光学天文观测和数据处理，天文软件和天文信息学等方面研究。 宋体江林巧 宋体中国科学院大学天体物理学博士，乐山师范学院教授，硕士研究生导师，川西南空间效应探测与应用实验室副主任，四川省天文学会理事。主要从事恒星与双星物理、共双星系外行星的观测与研究，长期致力于天文科普教育。
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目 录
引言
我们与宇宙的联系
运动
万物都在运动
物质
宇宙的成员
能量
宇宙现象的威力
前沿
运动、物质和能量的极限 宋体引言 宋体我们与宇宙的联系 宋体 宋体运动 宋体万物都在运动 宋体 宋体物质 宋体宇宙的成员 宋体 宋体能量 宋体宇宙现象的威力 宋体 宋体前沿 宋体运动、物质和能量的极限 宋体 宋体宇宙认知进展精选年表 宋体 宋体术语汇编 宋体
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媒体评论
这本书优雅而清晰地呈现了这个天文学黄金时代所带来的震撼发现和宇宙图景。
——安·德鲁扬（ ），著名作家、制片人，艾美奖获得者，卡尔·萨根遗孀
如果你曾经怀着敬畏和好奇的心情仰望天空，那么这本书就是值得你一读的作品。扔掉你的错误观念，享受这部光彩夺目、富有想象力和启发性的作品吧!你会发现一个辉煌的宇宙，并理解它是如何运作的。引人注目的图片和易于理解的类比将引导你了解当前关于宇宙中运动、物质和能量的前沿观点。享受这段旅程吧
——薇拉·鲁宾（ ），美国天文学家，暗物质研究先驱
我们不仅身在宇宙中，更为宇宙一员，这一日益成为共识的认知在这本通识指南中得到了精妙的阐述。
——蒂奠西·费里斯（ ），科普作家，加州大学伯克利分校名誉教授
作者们让宇宙的奥秘触手可及！清晰晓畅的描述中穿插着从日常经验中提取的简洁隐喻，他们善于向普通读者介绍我们的宇宙。无论是黑洞还是寒冷的暗物质，都在这里以一种看似简单却准确的方式被描述。 宋体这本书优雅而清晰地呈现了这个天文学黄金时代所带来的震撼发现和宇宙图景。 宋体—— 宋体安 · 宋体德鲁 宋体扬（ 宋体） 宋体，著名作家、制片人，艾美奖获得者，卡尔 · 宋体萨根 宋体遗孀 宋体如果你曾经怀着敬畏和好奇的心情仰望天空，那么这本书就是值得你一读的作品。扔掉你的错误观念，享受这部光彩夺目、富有想象力和启发性的作品吧! 宋体你会发现一个辉煌的宇宙，并理解它是如何运作的。引人注目的图片和易于理解的类比将引导你了解当前关于宇宙中运动、物质和能量的前沿观点。享受这段旅程吧 宋体—— 宋体薇拉 · 宋体鲁宾 宋体（ 宋体） 宋体，美国天文学家，暗物质研究先驱 宋体我们不仅身在宇宙中，更为宇宙一员，这一日益成为共识的认知在这本通识指南中得到了精妙的阐述。 宋体——蒂奠西·费里斯（ 宋体） 宋体，科普作家，加州大学伯克利分校名誉教授 宋体作者们让宇宙的奥秘触手可及！清晰晓畅的描述中穿插着从日常经验中提取的简洁隐喻，他们善于向普通读者介绍我们的宇宙。无论是黑洞还是寒冷的暗物质，都在这里以一种看似简单却准确的方式被描述。 宋体——耶利米· 宋体奥斯特里克 宋体哥伦比亚大学天文学教授， 宋体普林斯顿大学名誉教授 宋体我强烈推荐给任何想要寻找一份清晰、易懂、准确的宇宙指南以及想要了解我们在宇宙中位置的人。 宋体——《天文台》 宋体杂志 宋体这是一本关于一切伟大和渺小事物的深刻的入门书籍。 宋体——《纽约时报》（ 宋体） 宋体这本书为大众读者提供了独一无二的服务。在这个科学事实变得比科幻小说更奇怪、更惊人的时代，作者们证明，支配整个宇宙的法则与支配我们存在的法则是相同的。只要我们明白自己如何归属于宇宙，它的浩瀚和神秘就不再令人感到不安。我们可以在茫茫宇宙中泰然处之。 宋体——休·唐斯 宋体，著名电视主持人
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在线试读
我们所生活的宇宙充满着奇迹。在彗星尚未消逝于它们漫长的旅程中时，它们像火炬一样悬挂在天空。在夏日的傍晚，太阳在金色的余晖中缓缓落下，从天顶到地平线，无数星辰璀璨绽放。此时此刻，宇宙令我们心生敬畏。
然而，我们很少感知到与宇宙的联系。我们在这个温暖的星球上忙忙碌碌，明亮的蓝色穹庐将我们与宇宙分隔开来。太阳落下，夜色拉开帷幕之时，我们往往没时间看一眼夜空。即使我们注意到宇宙的壮丽，它似乎也与我们的生活完全无关。行星、恒星和星系在我们眼中显得如此之小，以至于我们无法理解它们的巨大尺寸；它们离我们如此之远，以至于我们无法感受它们之间巨大的空间鸿沟；它们如此之奇特，以至于我们无法理解它们的运作方式。我们在地球上的经历似乎与这些宇宙中的奇迹完全不同，自然在创造这些奇迹时显然遵循了另一套规则。我们能够奢望领悟宇宙的法则吗？
答案很明确：可以。天文学和物理学为我们提供了一个深刻的见解：我们生活中的基本力、物理量和自然变化过程与掌控宇宙运行的那些是相同的。事实上，自然法则在数量上比人类社会制定的法则要少，而且往往更简单。我们可以研究地球上的自然法则和我们附近宇宙空间的自然法则，然后用这些自然法则来理解那些我们永远无法触及的天体的行为。通过这样做，我们了解到，没有任何一堵“墙”将我们的地球和天空与宇宙的其他部分隔开。我们生活在同一个宇宙中。
我们与宇宙之间的某些联系很容易就能被发现。在阳光明媚的日子里，挂在窗户上的水晶用彩色的光带照亮了房间。类似地，我们用精心制作的光学元件来解析来自恒星和星系的光线，用特殊的仪器从这些彩虹一样的光谱中提取隐藏的细节，从而揭示这些天体是由什么物质组成的，以及它们是如何在宇宙中运行的。一条冲向看台的全垒打弧线，会让棒球迷们直观地感受到宇宙的运作规律，这条弧线完美地说明了引力一直存在。引力将我们固定在地面上，使月球保持在绕地球的轨道上，并引导我们的太阳绕着银河系中心运行。月球和太阳对地球的引力作用，还造就了我们看到的潮汐现象。在宇宙其他地方，更强的潮汐作用将卫星内部变成糊状，并将近距离绕彼此旋转的双星拉伸成椭球状。观察物体的旋转使我们意识到，宇宙中几乎所有的天体都处在旋转之中。孩子们都知道，陀螺的旋转可以防止它侧倒，而宇宙中的空间望远镜利用了相似的原理，使用三个陀螺仪来保持稳定的指向。在更大的尺度上来说，地球绕其轴线的日常自转搅动了周围的大气，并将风暴拉伸成螺旋状。其他行星也有类似的风暴，比如木星的大红斑。
我们与宇宙的有些联系令人惊讶，因为它们涉及的事件太极端，无法在地球上发生。例如，那些大质量恒星发生了巨大的爆炸，这些爆炸为星系注入了铁、钙和硅等重元素（天文学中将氢、氦之外的元素统称为重元素或金属元素）。这些重元素主要诞生于恒星内部的核聚变，宇宙没有其他更有效的方法来创造它们。爆炸后的碎屑飘散到星际气体和尘埃云中，这些富含重元素的星际气体和尘埃云坍缩成新一代的恒星、行星，从中甚至诞生了像我们一样的生命。换句话说，恒星“锻造”了构成我们血液、骨骼和计算机中芯片的元素，并在其死亡时将这些元素释放到宇宙中。尽管恒星本身看起来遥不可及，但恒星的产物就在我们周围。 宋体我们所生活的宇宙充满着奇迹。在彗星尚未消逝于它们漫长的旅程中时，它们像火炬一样悬挂在天空。在夏日的傍晚，太阳在金色的余晖中缓缓落下，从天顶到地平线，无数星辰璀璨绽放。此时此刻，宇宙令我们心生敬畏。 宋体然而，我们很少感知到与宇宙的联系。我们在这个温暖的星球上忙忙碌碌，明亮的蓝色穹庐将我们与宇宙分隔开来。太阳落下，夜色拉开帷幕之时，我们往往没时间看一眼夜空。即使我们注意到宇宙的壮丽，它似乎也与我们的生活完全无关。行星、恒星和星系在我们眼中显得如此之小，以至于我们无法理解它们的巨大尺寸；它们离我们如此之远，以至于我们无法感受它们之间巨大的空间鸿沟；它们如此之奇特，以至于我们无法理解它们的运作方式。我们在地球上的经历似乎与这些宇宙中的奇迹完全不同，自然在创造这些奇迹时显然遵循了另一套规则。我们能够奢望领悟宇宙的法则吗？ 宋体答案很明确：可以。天文学和物理学为我们提供了一个深刻的见解：我们生活中的基本力、物理量和自然变化过程与掌控宇宙运行的那些是相同的。事实上，自然法则在数量上比人类社会制定的法则要少，而且往往更简单。我们可以研究地球上的自然法则和我们附近宇宙空间的自然法则，然后用这些自然法则来理解那些我们永远无法触及的天体的行为。通过这样做，我们了解到，没有任何一堵 宋体“墙”将我们的地球和天空与宇宙的其他部分隔开。我们生活在同一个宇宙中。 宋体我们与宇宙之间的某些联系很容易就能被发现。在阳光明媚的日子里，挂在窗户上的水晶用彩色的光带照亮了房间。类似地，我们用精心制作的光学元件来解析来自恒星和星系的光线，用特殊的仪器从这些彩虹一样的光谱中提取隐藏的细节，从而揭示这些天体是由什么物质组成的，以及它们是如何在宇宙中运行的。一条冲向看台的全垒打弧线，会让棒球迷们直观地感受到宇宙的运作规律，这条弧线完美地说明了引力一直存在。引力将我们固定在地面上，使月球保持在绕地球的轨道上，并引导我们的太阳绕着银河系中心运行。月球和太阳对地球的引力作用，还造就了我们看到的潮汐现象。在宇宙其他地方，更强的潮汐作用将卫星内部变成糊状，并将近距离绕彼此旋转的双星拉伸成椭球状。观察物体的旋转使我们意识到，宇宙中几乎所有的天体都处在旋转之中。孩子们都知道，陀螺的旋转可以防止它侧倒，而宇宙中的空间望远镜利用了相似的原理，使用三个陀螺仪来保持稳定的指向。在更大的尺度上来说，地球绕其轴线的日常自转搅动了周围的大气，并将风暴拉伸成螺旋状。其他行星也有类似的风暴，比如木星的大红斑。 宋体我们与宇宙的有些联系令人惊讶，因为它们涉及的事件太极端，无法在地球上发生。例如，那些大质量恒星发生了巨大的爆炸，这些爆炸为星系注入了铁、钙和硅等重元素（天文学中将氢、氦之外的元素统称为重元素或金属元素）。这些重元素主要诞生于恒星内部的核聚变，宇宙没有其他更有效的方法来创造它们。爆炸后的碎屑飘散到星际气体和尘埃云中，这些富含重元素的星际气体和尘埃云坍缩成新一代的恒星、行星，从中甚至诞生了像我们一样的生命。换句话说，恒星 宋体“锻造”了构成我们血液、骨骼和计算机中芯片的元素，并在其死亡时将这些元素释放到宇宙中。尽管恒星本身看起来遥不可及，但恒星的产物就在我们周围。 宋体随着数千年来我们对自然世界研究的深入，我们对这些联系的认识不断增强。最早的自然哲学家，比如柏拉图（ 宋体）、亚里士多德（）和阿基米德（），试图用他们的 种感官结合逻辑和理性来解释宇宙。然而，他们先入为主的观念阻碍了这一进程。他们认为，地球静止在宇宙的中心，天体以完美的模式围绕着它运动。这些信念也影响了他们对物理原理的看法。例如，亚里士多德断言，重的物体比轻的物体下落得更快，但他从未验证过这一说法。现在，我们认识宇宙的方法借鉴了伽利略（ ）、牛顿（ ）、爱因斯坦（ ）和过去几个世纪其他伟大人物建立的科学方法。这些物理学家并不关心他们的研究结果是否符合人们直观上对宇宙运作的观点，相反，他们基于反复的实验和数学分析去谨慎地构建理论或提出假设。他们通过理论尽力解释一些难以理解的事物，预测前所未知的现象，并通过进一步的实验验证他们的预测。这些科学方法的核心是理性地描述自然的本质，而不是只靠科学家的想象去理解。 宋体例如，通过这种方式，牛顿系统地描述了物体如何以日常速度在宇宙中运动。很久以后，爱因斯坦发现了更基本的规律，以此来解释所有物体（包括那些速度接近光速的物体）的运动方式。牛顿的工作仍然是正确的，只不过它成了爱因斯坦理论的一部分。这个过程是典型的科学研究路径。现代技术提供了对自然更深入的见解，从而产生了更准确但核心越来越简单的新理论，但是几乎不会出现一种迫使我们推翻所有现存理论的完全令人惊讶的现象。 宋体现在，得益于创造性新技术的应用，我们的视野已经从地球表面延伸到太阳系之外。望远镜、光谱仪、电子相机和其他工具每天都在收集宇宙深处的数据，揭示我们用肉眼永远看不到的东西。科学家还使用计算机模拟在地球实验室中无法复现的过程，例如，引力将其看不见的 宋体“触须”延伸到整个宇宙，而我们可以用计算机模型揭示引力的普遍影响。这些程序计算了不同星系在数十亿年间的引力相互作用，以解释为什么宇宙演化成了今天这个样子。 宋体这些科学探究依赖于对自然界 宋体 个基本方面的研究：运动、物质和能量。运动是一个合理的出发点，因为万事万物都在运动——从静止物体中的原子到最遥远的星系。古代观测者通过细致地绘制太阳、月球、恒星和行星的运行轨迹，创立了天文学。今天，我们的望远镜和其他观测工具足够灵敏，已经可以探测到其他恒星周围的行星。但我们知道，天体的运动是不断变化的，哪怕它们在宇宙中的路径发生微小的变化，也会产生戏剧性的后果。因此，我们要对宇宙保持警惕，监测那些可能冲向我们的彗星和小行星。 宋体物质有多种形式，从我们家里熟悉的日常用品到宇宙中奇异的天体。这些形态各异的物体共享着一个由 宋体 多种独特元素组成的成分列表，其中大多数元素可以说是供不应求——我们的宇宙几乎由氢和氦组成，只加入了少量重元素。在地球上，我们习惯了那些存在于狭窄温度和压力范围内、使生命成为可能的物质，但其实这种环境在宇宙中罕见。在寒冷的星际空间中，只有稀薄分布的原子在飘浮；在恒星内部，高温高压的环境足以引发核聚变——这是一种人类仍在探索的能量来源；而宇宙中最奇怪的物质形态，如中子星和黑洞，则是我 宋体们在地球上永远无法创造出来的。 宋体物体在运动状态改变时会释放或者吸收能量。宇宙中天体爆发的能量让我们能够深入了解原本难以探测到的物质。每时每刻，宇宙中都有恒星在爆炸，把光子和中微子这样的 宋体“幽灵粒子”送入宇宙；星系中心的黑洞吞噬星际气体并释放出 射线；太阳则像一个不断翻腾的带电气体球，夹杂着扭曲和断裂的磁场，将危险的耀斑推向地球。各种各样的粒子在不断“轰击”我们和我们的星球，但进化使我们的眼睛只能感知到这些丰富能量形式的一小部分。不过，从地面上的巨型无线电接收机到轨道上的 射线望远镜和γ 射线望远镜，聪明的人类已经设计出了观察这些难以捉摸的电磁波的各式仪器。除了这些正在进行的研究，我们还面临着更严峻的挑战。当今宇宙学前沿的一些问题似乎非常难以解决：物质和能量是否在宇宙中别的地方创造了生命？物质的基本成分是什么？是否有一个可以描述宇宙中所有力和粒子行为的大统一理论？是什么引发了宇宙的诞生？在所有的星辰都燃尽之后，宇宙的最终命运是什么？ 宋体我们运用各种科学手段来探索这些问题的答案，这些手段已经揭示了自然界的一些普适规律。例如，空间探测器和地基探测器正在进行对地外生命的搜索，大型粒子对撞机越来越深入地发掘俄罗斯套娃一般的粒子结构。现代物理学带来的奇异成果表明，物质中那些最微小的成分，和宇宙有着相通之处。至于宇宙的未来，种种迹象表明，一种可怕的排斥力（即暗能量）充斥着宇宙，迫使它随着时间的推移加速膨胀。我们在探索遥远宇宙方面取得的进展，基于一个核心信念：适用于地球自然界的物理定律同样适用于整个宇宙。无论在哪里，引力常数和电子电荷等基本量在我们力所能及的测量精度下都保持不变。在地球上的实验室中，原子会发光或者发生放射性衰变，这些和它们在数十亿光年之外的宇宙中发光或衰变的行为是一样的。磁场也无处不在，并以同样的方式影响着带电粒子。 宋体除此之外，我们的太阳和银河系中数以亿计的其他成员一样，是一颗普通的恒星，而银河系也和宇宙中其他旋涡星系相似。我们所在的这颗行星，也只是无数冷热适中的宜居带岩石行星中的普通一员。大约 宋体 年前，哥白尼（ ）宣称，地球在宇宙中所处的位置并不特殊，这个规律今天依然适用。这使得我们可以自由地将从地球、太阳、银河系中获取到的知识应用到宇宙的每个角落，因为我们假设自然规律是普适的。 宋体在目之所及的范围内，宇宙看起来是各向同性的，任何一大片包含诸多星系的空间与另一大片空间中的星系具有相似的排列模式。宇宙创始之初留下的暗弱残痕，在整个天空中的分布是如此均匀，各个方向上的差异小于百万分之一。我们把这种大尺度的宇宙均匀性和各向同性称为宇宙学原理。这一切更加说明了我们这个小小的宇宙 宋体“街区”中的自然规律和其他地方都是一样的。 宋体实际上，当我们漫游宇宙时，会发现最大和最小的天体都按照同样的物理规律旋转着。在各种极端的尺度上，也暗藏着我们所熟知的宇宙：沙粒、人体、喷气式飞机、我们的行星以及它在宇宙中的邻居。在这个恰到好处的世界上，普适的物理规律为我们理解宇宙提供了模板。
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本书最终阐明，理解宇宙的规律即是理解我们自身的存在。我们不仅是宇宙的观察者，更是其亿年演化史诗的直接产物。
作者简介
作者简介：
尼尔·德格拉斯·泰森（ ）
知名天体物理学家、科普作家、纪录片主持人，哈佛大学物理学学士，哥伦比亚大学天体物理学博士，普林斯顿大学博士后，美国自然历史博物馆海登天文馆馆长。
年获“斯蒂芬·霍金科学传播奖”。年《发现》杂志“科学界聪明的人之一”。年《时代》周刊“全球大具影响力人物”。年《哈佛校友》杂志“具影响力的名哈佛校友之一”。年“杰出公共服务奖章”。年小行星以他的名字命名。年《时人》杂志“性感的天体物理学家”。
查尔斯·刘（ ）
纽约市立大学天体物理学教授，美国自然历史博物馆研究员，纽约天文学会主席，美国天文学会终身会员，哈佛大学学士，亚利桑那大学博士。著名深夜科学脱口秀《名人谈星》（）的联合主持人及常驻嘉宾 宋体作者简介： 宋体尼尔 宋体·德格拉斯·泰森（ 宋体） 宋体知名天体物理学家、科普作家、纪录片主持人，哈佛大学物理学学士，哥伦比亚大学天体物理学博士，普林斯顿大学博士后，美国自然历史博物馆海登天文馆馆长。 宋体年获“斯蒂芬·霍金科学传播奖”。 宋体年《发现》杂志 宋体“科学界 宋体聪明的 宋体人之一”。 宋体年《时代》周刊 宋体“全球 宋体大 宋体具影响力人物”。 宋体年《哈佛校友》杂志“ 宋体具影响力的 宋体名哈佛校友之一”。 宋体年 宋体“杰出公共服务奖章”。 宋体年小行星 宋体以他的名字命名。 宋体年《时人》杂志“ 宋体性感的天体物理学家”。 宋体查尔斯 宋体·刘（ 宋体） 宋体纽约市立大学天体物理学教授，美国自然历史博物馆研究员，纽约天文学会主席，美国天文学会终身会员，哈佛大学学士，亚利桑那大学博士。著名深夜科学脱口秀《名人谈星》（ 宋体）的联合主持人及常驻嘉宾 宋体罗伯特 宋体·伊里翁（ 宋体） 宋体科普作家，加州大学圣克鲁斯分校科学传播项目名誉主任，曾任美国科学作家协会教育委员会联合主席，麻省理工学院地球与行星科学学士。 宋体译者简介： 宋体郑捷 宋体中国科学院大学国家天文台天文学博士，中国科学院国家天文台高级工程师，中国科学院大学硕士研究生导师。长期从事光学天文观测和数据处理，天文软件和天文信息学等方面研究。 宋体江林巧 宋体中国科学院大学天体物理学博士，乐山师范学院教授，硕士研究生导师，川西南空间效应探测与应用实验室副主任，四川省天文学会理事。主要从事恒星与双星物理、共双星系外行星的观测与研究，长期致力于天文科普教育。
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引言
我们与宇宙的联系
运动
万物都在运动
物质
宇宙的成员
能量
宇宙现象的威力
前沿
运动、物质和能量的极限 宋体引言 宋体我们与宇宙的联系 宋体 宋体运动 宋体万物都在运动 宋体 宋体物质 宋体宇宙的成员 宋体 宋体能量 宋体宇宙现象的威力 宋体 宋体前沿 宋体运动、物质和能量的极限 宋体 宋体宇宙认知进展精选年表 宋体 宋体术语汇编 宋体
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这本书优雅而清晰地呈现了这个天文学黄金时代所带来的震撼发现和宇宙图景。
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我们不仅身在宇宙中，更为宇宙一员，这一日益成为共识的认知在这本通识指南中得到了精妙的阐述。
——蒂奠西·费里斯（ ），科普作家，加州大学伯克利分校名誉教授
作者们让宇宙的奥秘触手可及！清晰晓畅的描述中穿插着从日常经验中提取的简洁隐喻，他们善于向普通读者介绍我们的宇宙。无论是黑洞还是寒冷的暗物质，都在这里以一种看似简单却准确的方式被描述。 宋体这本书优雅而清晰地呈现了这个天文学黄金时代所带来的震撼发现和宇宙图景。 宋体—— 宋体安 · 宋体德鲁 宋体扬（ 宋体） 宋体，著名作家、制片人，艾美奖获得者，卡尔 · 宋体萨根 宋体遗孀 宋体如果你曾经怀着敬畏和好奇的心情仰望天空，那么这本书就是值得你一读的作品。扔掉你的错误观念，享受这部光彩夺目、富有想象力和启发性的作品吧! 宋体你会发现一个辉煌的宇宙，并理解它是如何运作的。引人注目的图片和易于理解的类比将引导你了解当前关于宇宙中运动、物质和能量的前沿观点。享受这段旅程吧 宋体—— 宋体薇拉 · 宋体鲁宾 宋体（ 宋体） 宋体，美国天文学家，暗物质研究先驱 宋体我们不仅身在宇宙中，更为宇宙一员，这一日益成为共识的认知在这本通识指南中得到了精妙的阐述。 宋体——蒂奠西·费里斯（ 宋体） 宋体，科普作家，加州大学伯克利分校名誉教授 宋体作者们让宇宙的奥秘触手可及！清晰晓畅的描述中穿插着从日常经验中提取的简洁隐喻，他们善于向普通读者介绍我们的宇宙。无论是黑洞还是寒冷的暗物质，都在这里以一种看似简单却准确的方式被描述。 宋体——耶利米· 宋体奥斯特里克 宋体哥伦比亚大学天文学教授， 宋体普林斯顿大学名誉教授 宋体我强烈推荐给任何想要寻找一份清晰、易懂、准确的宇宙指南以及想要了解我们在宇宙中位置的人。 宋体——《天文台》 宋体杂志 宋体这是一本关于一切伟大和渺小事物的深刻的入门书籍。 宋体——《纽约时报》（ 宋体） 宋体这本书为大众读者提供了独一无二的服务。在这个科学事实变得比科幻小说更奇怪、更惊人的时代，作者们证明，支配整个宇宙的法则与支配我们存在的法则是相同的。只要我们明白自己如何归属于宇宙，它的浩瀚和神秘就不再令人感到不安。我们可以在茫茫宇宙中泰然处之。 宋体——休·唐斯 宋体，著名电视主持人
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我们所生活的宇宙充满着奇迹。在彗星尚未消逝于它们漫长的旅程中时，它们像火炬一样悬挂在天空。在夏日的傍晚，太阳在金色的余晖中缓缓落下，从天顶到地平线，无数星辰璀璨绽放。此时此刻，宇宙令我们心生敬畏。
然而，我们很少感知到与宇宙的联系。我们在这个温暖的星球上忙忙碌碌，明亮的蓝色穹庐将我们与宇宙分隔开来。太阳落下，夜色拉开帷幕之时，我们往往没时间看一眼夜空。即使我们注意到宇宙的壮丽，它似乎也与我们的生活完全无关。行星、恒星和星系在我们眼中显得如此之小，以至于我们无法理解它们的巨大尺寸；它们离我们如此之远，以至于我们无法感受它们之间巨大的空间鸿沟；它们如此之奇特，以至于我们无法理解它们的运作方式。我们在地球上的经历似乎与这些宇宙中的奇迹完全不同，自然在创造这些奇迹时显然遵循了另一套规则。我们能够奢望领悟宇宙的法则吗？
答案很明确：可以。天文学和物理学为我们提供了一个深刻的见解：我们生活中的基本力、物理量和自然变化过程与掌控宇宙运行的那些是相同的。事实上，自然法则在数量上比人类社会制定的法则要少，而且往往更简单。我们可以研究地球上的自然法则和我们附近宇宙空间的自然法则，然后用这些自然法则来理解那些我们永远无法触及的天体的行为。通过这样做，我们了解到，没有任何一堵“墙”将我们的地球和天空与宇宙的其他部分隔开。我们生活在同一个宇宙中。
我们与宇宙之间的某些联系很容易就能被发现。在阳光明媚的日子里，挂在窗户上的水晶用彩色的光带照亮了房间。类似地，我们用精心制作的光学元件来解析来自恒星和星系的光线，用特殊的仪器从这些彩虹一样的光谱中提取隐藏的细节，从而揭示这些天体是由什么物质组成的，以及它们是如何在宇宙中运行的。一条冲向看台的全垒打弧线，会让棒球迷们直观地感受到宇宙的运作规律，这条弧线完美地说明了引力一直存在。引力将我们固定在地面上，使月球保持在绕地球的轨道上，并引导我们的太阳绕着银河系中心运行。月球和太阳对地球的引力作用，还造就了我们看到的潮汐现象。在宇宙其他地方，更强的潮汐作用将卫星内部变成糊状，并将近距离绕彼此旋转的双星拉伸成椭球状。观察物体的旋转使我们意识到，宇宙中几乎所有的天体都处在旋转之中。孩子们都知道，陀螺的旋转可以防止它侧倒，而宇宙中的空间望远镜利用了相似的原理，使用三个陀螺仪来保持稳定的指向。在更大的尺度上来说，地球绕其轴线的日常自转搅动了周围的大气，并将风暴拉伸成螺旋状。其他行星也有类似的风暴，比如木星的大红斑。
我们与宇宙的有些联系令人惊讶，因为它们涉及的事件太极端，无法在地球上发生。例如，那些大质量恒星发生了巨大的爆炸，这些爆炸为星系注入了铁、钙和硅等重元素（天文学中将氢、氦之外的元素统称为重元素或金属元素）。这些重元素主要诞生于恒星内部的核聚变，宇宙没有其他更有效的方法来创造它们。爆炸后的碎屑飘散到星际气体和尘埃云中，这些富含重元素的星际气体和尘埃云坍缩成新一代的恒星、行星，从中甚至诞生了像我们一样的生命。换句话说，恒星“锻造”了构成我们血液、骨骼和计算机中芯片的元素，并在其死亡时将这些元素释放到宇宙中。尽管恒星本身看起来遥不可及，但恒星的产物就在我们周围。 宋体我们所生活的宇宙充满着奇迹。在彗星尚未消逝于它们漫长的旅程中时，它们像火炬一样悬挂在天空。在夏日的傍晚，太阳在金色的余晖中缓缓落下，从天顶到地平线，无数星辰璀璨绽放。此时此刻，宇宙令我们心生敬畏。 宋体然而，我们很少感知到与宇宙的联系。我们在这个温暖的星球上忙忙碌碌，明亮的蓝色穹庐将我们与宇宙分隔开来。太阳落下，夜色拉开帷幕之时，我们往往没时间看一眼夜空。即使我们注意到宇宙的壮丽，它似乎也与我们的生活完全无关。行星、恒星和星系在我们眼中显得如此之小，以至于我们无法理解它们的巨大尺寸；它们离我们如此之远，以至于我们无法感受它们之间巨大的空间鸿沟；它们如此之奇特，以至于我们无法理解它们的运作方式。我们在地球上的经历似乎与这些宇宙中的奇迹完全不同，自然在创造这些奇迹时显然遵循了另一套规则。我们能够奢望领悟宇宙的法则吗？ 宋体答案很明确：可以。天文学和物理学为我们提供了一个深刻的见解：我们生活中的基本力、物理量和自然变化过程与掌控宇宙运行的那些是相同的。事实上，自然法则在数量上比人类社会制定的法则要少，而且往往更简单。我们可以研究地球上的自然法则和我们附近宇宙空间的自然法则，然后用这些自然法则来理解那些我们永远无法触及的天体的行为。通过这样做，我们了解到，没有任何一堵 宋体“墙”将我们的地球和天空与宇宙的其他部分隔开。我们生活在同一个宇宙中。 宋体我们与宇宙之间的某些联系很容易就能被发现。在阳光明媚的日子里，挂在窗户上的水晶用彩色的光带照亮了房间。类似地，我们用精心制作的光学元件来解析来自恒星和星系的光线，用特殊的仪器从这些彩虹一样的光谱中提取隐藏的细节，从而揭示这些天体是由什么物质组成的，以及它们是如何在宇宙中运行的。一条冲向看台的全垒打弧线，会让棒球迷们直观地感受到宇宙的运作规律，这条弧线完美地说明了引力一直存在。引力将我们固定在地面上，使月球保持在绕地球的轨道上，并引导我们的太阳绕着银河系中心运行。月球和太阳对地球的引力作用，还造就了我们看到的潮汐现象。在宇宙其他地方，更强的潮汐作用将卫星内部变成糊状，并将近距离绕彼此旋转的双星拉伸成椭球状。观察物体的旋转使我们意识到，宇宙中几乎所有的天体都处在旋转之中。孩子们都知道，陀螺的旋转可以防止它侧倒，而宇宙中的空间望远镜利用了相似的原理，使用三个陀螺仪来保持稳定的指向。在更大的尺度上来说，地球绕其轴线的日常自转搅动了周围的大气，并将风暴拉伸成螺旋状。其他行星也有类似的风暴，比如木星的大红斑。 宋体我们与宇宙的有些联系令人惊讶，因为它们涉及的事件太极端，无法在地球上发生。例如，那些大质量恒星发生了巨大的爆炸，这些爆炸为星系注入了铁、钙和硅等重元素（天文学中将氢、氦之外的元素统称为重元素或金属元素）。这些重元素主要诞生于恒星内部的核聚变，宇宙没有其他更有效的方法来创造它们。爆炸后的碎屑飘散到星际气体和尘埃云中，这些富含重元素的星际气体和尘埃云坍缩成新一代的恒星、行星，从中甚至诞生了像我们一样的生命。换句话说，恒星 宋体“锻造”了构成我们血液、骨骼和计算机中芯片的元素，并在其死亡时将这些元素释放到宇宙中。尽管恒星本身看起来遥不可及，但恒星的产物就在我们周围。 宋体随着数千年来我们对自然世界研究的深入，我们对这些联系的认识不断增强。最早的自然哲学家，比如柏拉图（ 宋体）、亚里士多德（）和阿基米德（），试图用他们的 种感官结合逻辑和理性来解释宇宙。然而，他们先入为主的观念阻碍了这一进程。他们认为，地球静止在宇宙的中心，天体以完美的模式围绕着它运动。这些信念也影响了他们对物理原理的看法。例如，亚里士多德断言，重的物体比轻的物体下落得更快，但他从未验证过这一说法。现在，我们认识宇宙的方法借鉴了伽利略（ ）、牛顿（ ）、爱因斯坦（ ）和过去几个世纪其他伟大人物建立的科学方法。这些物理学家并不关心他们的研究结果是否符合人们直观上对宇宙运作的观点，相反，他们基于反复的实验和数学分析去谨慎地构建理论或提出假设。他们通过理论尽力解释一些难以理解的事物，预测前所未知的现象，并通过进一步的实验验证他们的预测。这些科学方法的核心是理性地描述自然的本质，而不是只靠科学家的想象去理解。 宋体例如，通过这种方式，牛顿系统地描述了物体如何以日常速度在宇宙中运动。很久以后，爱因斯坦发现了更基本的规律，以此来解释所有物体（包括那些速度接近光速的物体）的运动方式。牛顿的工作仍然是正确的，只不过它成了爱因斯坦理论的一部分。这个过程是典型的科学研究路径。现代技术提供了对自然更深入的见解，从而产生了更准确但核心越来越简单的新理论，但是几乎不会出现一种迫使我们推翻所有现存理论的完全令人惊讶的现象。 宋体现在，得益于创造性新技术的应用，我们的视野已经从地球表面延伸到太阳系之外。望远镜、光谱仪、电子相机和其他工具每天都在收集宇宙深处的数据，揭示我们用肉眼永远看不到的东西。科学家还使用计算机模拟在地球实验室中无法复现的过程，例如，引力将其看不见的 宋体“触须”延伸到整个宇宙，而我们可以用计算机模型揭示引力的普遍影响。这些程序计算了不同星系在数十亿年间的引力相互作用，以解释为什么宇宙演化成了今天这个样子。 宋体这些科学探究依赖于对自然界 宋体 个基本方面的研究：运动、物质和能量。运动是一个合理的出发点，因为万事万物都在运动——从静止物体中的原子到最遥远的星系。古代观测者通过细致地绘制太阳、月球、恒星和行星的运行轨迹，创立了天文学。今天，我们的望远镜和其他观测工具足够灵敏，已经可以探测到其他恒星周围的行星。但我们知道，天体的运动是不断变化的，哪怕它们在宇宙中的路径发生微小的变化，也会产生戏剧性的后果。因此，我们要对宇宙保持警惕，监测那些可能冲向我们的彗星和小行星。 宋体物质有多种形式，从我们家里熟悉的日常用品到宇宙中奇异的天体。这些形态各异的物体共享着一个由 宋体 多种独特元素组成的成分列表，其中大多数元素可以说是供不应求——我们的宇宙几乎由氢和氦组成，只加入了少量重元素。在地球上，我们习惯了那些存在于狭窄温度和压力范围内、使生命成为可能的物质，但其实这种环境在宇宙中罕见。在寒冷的星际空间中，只有稀薄分布的原子在飘浮；在恒星内部，高温高压的环境足以引发核聚变——这是一种人类仍在探索的能量来源；而宇宙中最奇怪的物质形态，如中子星和黑洞，则是我 宋体们在地球上永远无法创造出来的。 宋体物体在运动状态改变时会释放或者吸收能量。宇宙中天体爆发的能量让我们能够深入了解原本难以探测到的物质。每时每刻，宇宙中都有恒星在爆炸，把光子和中微子这样的 宋体“幽灵粒子”送入宇宙；星系中心的黑洞吞噬星际气体并释放出 射线；太阳则像一个不断翻腾的带电气体球，夹杂着扭曲和断裂的磁场，将危险的耀斑推向地球。各种各样的粒子在不断“轰击”我们和我们的星球，但进化使我们的眼睛只能感知到这些丰富能量形式的一小部分。不过，从地面上的巨型无线电接收机到轨道上的 射线望远镜和γ 射线望远镜，聪明的人类已经设计出了观察这些难以捉摸的电磁波的各式仪器。除了这些正在进行的研究，我们还面临着更严峻的挑战。当今宇宙学前沿的一些问题似乎非常难以解决：物质和能量是否在宇宙中别的地方创造了生命？物质的基本成分是什么？是否有一个可以描述宇宙中所有力和粒子行为的大统一理论？是什么引发了宇宙的诞生？在所有的星辰都燃尽之后，宇宙的最终命运是什么？ 宋体我们运用各种科学手段来探索这些问题的答案，这些手段已经揭示了自然界的一些普适规律。例如，空间探测器和地基探测器正在进行对地外生命的搜索，大型粒子对撞机越来越深入地发掘俄罗斯套娃一般的粒子结构。现代物理学带来的奇异成果表明，物质中那些最微小的成分，和宇宙有着相通之处。至于宇宙的未来，种种迹象表明，一种可怕的排斥力（即暗能量）充斥着宇宙，迫使它随着时间的推移加速膨胀。我们在探索遥远宇宙方面取得的进展，基于一个核心信念：适用于地球自然界的物理定律同样适用于整个宇宙。无论在哪里，引力常数和电子电荷等基本量在我们力所能及的测量精度下都保持不变。在地球上的实验室中，原子会发光或者发生放射性衰变，这些和它们在数十亿光年之外的宇宙中发光或衰变的行为是一样的。磁场也无处不在，并以同样的方式影响着带电粒子。 宋体除此之外，我们的太阳和银河系中数以亿计的其他成员一样，是一颗普通的恒星，而银河系也和宇宙中其他旋涡星系相似。我们所在的这颗行星，也只是无数冷热适中的宜居带岩石行星中的普通一员。大约 宋体 年前，哥白尼（ ）宣称，地球在宇宙中所处的位置并不特殊，这个规律今天依然适用。这使得我们可以自由地将从地球、太阳、银河系中获取到的知识应用到宇宙的每个角落，因为我们假设自然规律是普适的。 宋体在目之所及的范围内，宇宙看起来是各向同性的，任何一大片包含诸多星系的空间与另一大片空间中的星系具有相似的排列模式。宇宙创始之初留下的暗弱残痕，在整个天空中的分布是如此均匀，各个方向上的差异小于百万分之一。我们把这种大尺度的宇宙均匀性和各向同性称为宇宙学原理。这一切更加说明了我们这个小小的宇宙 宋体“街区”中的自然规律和其他地方都是一样的。 宋体实际上，当我们漫游宇宙时，会发现最大和最小的天体都按照同样的物理规律旋转着。在各种极端的尺度上，也暗藏着我们所熟知的宇宙：沙粒、人体、喷气式飞机、我们的行星以及它在宇宙中的邻居。在这个恰到好处的世界上，普适的物理规律为我们理解宇宙提供了模板。
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