哈佛大学科学通识课：探索宇宙、地球与生命

好的科学始于好的问题，这是解读自然的“通用的钥匙”。本书对人类历史上重大的科学发现进行了有趣的探究。这些科学发现不仅改变了人类的生活状态，拓展了人类对自然的看法，而且启迪了更多思考，推进了人类文明的发展。本书的探究之旅分为三部分：仰望宇宙、俯视地球、内观生命。作者以平易近人的表达方式解读了一系列“科学本质”的问题，带领大众观察、理解、分析、判断，学会用科学的思想看待世界。本书如同一本侦探小说，读者可以像破案一样解读科学：观察自然现象，提出质疑，最终根据科学证据得出结论。

欧文·夏皮罗（Irwin Shapiro） 哈佛大学教授，美国国家科学院院士，美国人文与科学院院士。1983年至2004年任哈佛大学哈佛-史密森天体物理中心主任。1964年，夏皮罗基于广义相对论提出了引力时间延迟效应，又称“夏皮罗时间延迟效应”（Shapiro time delay）。该效应是广义相对论在太阳系中的四大经典实验验证之一，对研究黑洞和暗物质都有重要意义。 夏皮罗获得了美国天文学会的“丹尼·海涅曼”天体物理学奖、美国物理学会的“爱因斯坦奖”、美国地球物理协会的“查尔斯·A. 惠顿”奖、美国天文学会行星科学部的“杰拉德·柯伊伯”奖等众多科学奖项。3832号小行星就是以作者的名字命名。

第一部分 揭开宇宙的面纱 第1章 看得到的天体运动　2 历法　5 周　8 太阳日与恒星日 　11 第2章 为天体运动建模　15 托勒密的模型　18 哥白尼的模型　23 改进观测：第谷　27 改进模型：开普勒　28 第3章 望远镜与光速　33 望远镜　33 光速　37 第4章 万有引力定律、关于行星的发现，以及狭义和广义相对论　45 发现新行星　53 水星轨道近日点的移动　60 狭义相对论　63 广义相对论　64 第5章 宇宙距离阶梯　69 太阳系的距离　70 地球与恒星的距离　75 通过周光关系得出的距离　79 红移与距离的关系　84 宇宙距离阶梯的第五级　93 阶梯的整体特性　94 第6章 宇宙微波背景　95 黑体辐射　98 宇宙微波背景的发现　100 宇宙微波背景温度的空间波动　102 第7章 暗物质与暗能量　106 暗物质　106 暗能量　111 为什么粒子比反粒子多？　116 为什么引力比电磁力小很多？　117 还有别的宇宙吗？　118 第二部分　地球和化石 第8章 地球的起源、形状和大小　120 地球的起源　120 地球的形状　122 地球的大小　123 第9章 地球的内部　128 地震学　129 推断地球的结构　133 地震位置　136 里氏震级　138 地球的温度　139 压裂、地震和受污染的水　140 第　10 章 地表的演变　143 大陆漂移说　145 板块构造、恒温磁性和地球磁场　149 用热剩磁研究地球：有用且有趣　151 从板块构造看地球表面　157 测量当代板块运动　158 第　11 章 物质的结构　164 原子的现代模型　170 质子、离子和中子的发现　173 放射现象的发现　175 第　12 章 地球的年龄　179 现代物理的应用尝试　183 放射性年代测定　187 第　13 章 化石　192 化石的早期发现和科学处理　196 发现恐龙　200 第　14 章 蜥脚类恐龙：全面但不深入的介绍　202 蜥脚类恐龙的发现　203 巨型生物的演化　204 蜥脚类恐龙吃什么？怎么吃？　207 呼吸、血液和体温　210 防范捕食者　212 蜥脚类恐龙的繁衍　212 第　15 章 恐龙的灭绝　217 恐龙灭绝的新模型　217 灭绝模型　226 第三部分　生命的故事 第　16 章 生命的故事：达尔文、华莱士与孟德尔的贡献　234 达尔文与华莱士　236 孟德尔　243 孟德尔的成果复现　246 第　17 章 遗传的分子基础　249 DNA　的发现　250 进展与弯路　253 转化的原理　257 确定碱基比例，推翻四核苷酸假说　260 第　18 章 DNA：遗传分子与结构　263 揭示　DNA 的结构　265 第　19 章 DNA　的特性与功能　275 用来合成蛋白质的密码　276 中心法则　280 关于　DNA 的谜题　282 第　20 章 生命的起源、生命树，以及演化案例　285 生命的起源　285 生命树　288 演化之路：北极熊　290 演化之路：鲸　294 第　21 章 缓步动物、DNA　的应用，以及遍布全球的人类　302 缓步动物　302 演化实验　304 DNA　指纹　307 从　DNA 分析看黑死病　311 CRISPR-Cas9　及其影响　314 遍布世界的人类和我们的亲戚　318 第　22 章 寻找地外生命　320 太阳系中还有别的生命吗？　320 天体化学　325 系外行星　328 寻找外星生命　332 寻找地外智慧生物　333