宇宙史话：人类如何认识宇宙的故事

"一本人人都能看懂的宇宙史话 一本像小说一样好看的宇宙探索史 一部关于宇宙的史诗，恢宏！大气！ 一场人类群星的思维盛宴 "

本书蕴含着两个互相独立又错综交合的历史故事。其一是作为客观世界的宇宙，它有一个时间上的起点，有自己的演化历史，经历了大爆炸、暴胀、膨胀及加速膨胀等过程。其二是人类通过几百年的仰望星空，几代天文学家、物理学家的不懈努力，最终认识宇宙的结构及变迁的经过。在这之后的历史中，不仅有哥白尼、伽利略、爱因斯坦、哈勃等耳熟能详的明星，更有诸如弗里德曼、勒维特、勒梅特、伽莫夫、胡马森、兹威基、霍伊尔等许多被忽略的角色。他们独特的背景、性格、经历构成了人类认识宇宙的历史。

程鹗，1984毕业于北京大学物理系。1990年在美国宾夕法尼亚州州立大学获得物理博士学位。从事6年博士后研究后于1996年离开学术界转为软件开发。现已离职，以个人兴趣进行科普、历史方面通俗写作。已出版《捕捉引力波背后的故事》。

第1章 爱因斯坦无中生有的宇宙常数 // 1 第2章 寻觅宇宙的中心 // 10 第3章 坐井观天看银河 // 19 第4章 察“颜”观色识星移 // 28 第5章 挑战爱因斯坦的宇宙 // 36 第6章 “后宫”中丈量宇宙 // 44 第7章 20世纪初的宇宙大辩论 // 55 第8章 哈勃打开的宇宙新视界 // 64 第9章 一个牧师的宇宙观 // 72 第10章 哈勃的“新”发现 // 80 第11章 爱因斯坦错在哪里？ // 88 第12章 勒梅特的“宇宙蛋” // 97 第13章 宇宙万物始于“伊伦” // 104 第14章 宇宙的年龄 // 114 第15章 宇宙大爆炸的余波 // 123 第16章 于最细微处见宇宙 // 132 第17章 大爆炸之后的困惑 // 140 第18章 磁单极之谜 // 149 第19章 暴胀的宇宙 // 157 第20章 泡泡中的宇宙 // 168 第21章 在大尺度上探求宇宙微妙细节 // 177 第22章 涡旋星云中的秘密 // 185 第23章 揭开宇宙的黑暗一面 // 196 第24章 胆小鬼和猛男 // 205 第25章 新生宇宙的第一张照片 // 215 第26章 爱因斯坦又错了吗？ // 225 第27章 宇宙距离阶梯之超新星 // 234 第28章 角逐遥远的超新星 // 246 第29章 宇宙的膨胀在加速 // 257 第30章 称量星系的体重 // 269 第31章 神秘可测的浩瀚宇宙 // 279 第32章 我思，故我在……这个宇宙 // 289 第33章 宇宙之有生于无 // 299 第34章 天若有情天亦老 // 309 参考文献 // 319 索引 // 325

     爱因斯坦无中生有的宇宙常数 1907年年底，德国的《放射性和电子学年鉴》编辑邀请瑞士专利局的一位“二级技术专家”（technical expert second class）撰写一篇关于相对论的年度综述。 当时28岁的阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）刚刚从“三级技术专家”提升到“二级技术专家”，个人生活随着工资的上涨而略有改善。但他对写这篇综述文章显然比对专利局中的本职工作更为上心。 狭义相对论（special theory of relativity）这时已经被发表两年多了，也逐渐被物理学界接受。但爱因斯坦对他自己这个理论的“狭义”始终耿耿于怀。之所以有这个定语，是因为它有着两个明显的缺陷：一是不能与艾萨克·牛顿（Isaac Newton）的万有引力定律和谐，后者的瞬时“超距作用”特性违反相对论中作用力传播速度不能超过光速的；二是这个理论只适用于匀速运动的“惯性参照系”，无法应用于有加速度的系统。 就当爱因斯坦坐在专利局里纠结如何综述这两个不足之处时，他脑子里突然冒出个思想火花：如果一个人在空中自由落下，他是感觉不到重力的，即处于“失重”状态。这还不仅仅是他自己的感觉，如果他在下落过程中放开手里的苹果，他也不会看到苹果像牛顿所说的会落下地面，而是会“静止”地停留在他手边。 爱因斯坦后来说那是他一辈子所产生的“快乐的想法”a，并由此推论出他有名的“电梯思想实验”：一个处于封闭电梯中的人没有办法知道他的失重是因为电梯在坠落，还是电梯其实是浮游于不存在重力的宇宙空间。反过来，如果这个人感受到重力，他也不可能知道那是因为电梯停在地球表面，还是正在没有重力的太空中加速上升。 于是，重力与加速度并没有区别，只是着眼点不同。这样，狭义相对论的两个缺陷其实是同一个，可以同时解决。在狭义相对论中，时间、距离等概念不再，而是“相对”于所在的参照系。在推广的相对论中，重力或万有引力也不再，只是相对于所在的参照系是否加速而存在。 这样，他为年鉴撰写的狭义相对论综述的后面又加上了一节，成为走向“广义相对论”（general theory of relativity）的座路标。转眼又是好多年过去了。爱因斯坦早已告别专利局，成为正式且越来越有名的物理学家。他对如何推广相对论也有了逐渐清晰的想法：苹果落地、月亮绕地球转等重力现象其实是因为地球的质量让其附近的空间弯曲了，苹果和月亮只是在弯曲的空间中做惯性运动。而且，不只是苹果、月亮这类“物体”，即使是没有质量的光，也会在大质量附近随着空间而弯曲。 但直到1915年，他仍然在寻求一个完整理论的征途上屡败屡战，不得要领。那年夏天，爱因斯坦去哥廷根大学访问讲学，与那里的数学大师戴维·希尔伯特（David Hilbert）切磋。两人都有直觉，广义相对论的数学形式已经几乎触手可及，正等待着那后的突破。 回到柏林后，爱因斯坦进入近乎癫狂状态。次世界大战已经打响，德国实行战时管制，限量供应生活必需品。偏偏此时，他妻子带着两个儿子离家出走，让他一个人在公寓中自生自灭，吃不上一顿可口的饭菜。他们夫妻为了金钱和孩子不停地在通信中打着笔战。但更让他忧心的是与希尔伯特的信件来往，从对方来信中越来越明显地可以看出希尔伯特有可能抢先发现并发表广义相对论场方程。 为了不失去优先权，爱因斯坦提前安排 11 月在普鲁士科学院举行每周一次的学术讲座，“时间”发布他的进展。11月4日讲开始时，他内心里对这个系列的走向其实还十分迷茫。在讲座之外，爱因斯坦整天除了给夫人、希尔伯特及其他同事朋友写信外，便是埋头演算，一次又一次发现、修正自己推导中的错误。终于在11月中旬，他尝试用正在建构中的新公式推导水星公转轨道近日点进动问题时，一举得到了与牛顿力学不同而与实际观测几乎完美符合的数值。 这是他新理论的个成功，解决了一个困扰天文学家、物理学家几十年的老问题。已经不那么年轻的爱因斯坦突然兴奋莫名、心慌意乱，竟连续3天没能平静。 P1-3