人類可以時空旅行嗎?
平行世界存在嗎?
宇宙會消亡嗎?
人類的命運終將如何?
所有和世界有關的問題,終將和你有關!
宇宙的奧妙、科技的未來、全人類的命運……都在匯聚在本書中。
本書將科普的知識應用到實際中,以大開腦洞的問題,帶領你進入科學殿堂,幫助你打破思維壁壘,與你一起探索科學真正的美。
李淼,人稱“淼叔”。
現任中山大學天文與空間科學研究院院長、中國科學院理論物理研究所研究員、博士生導師,中國科學技術大學、颱灣大學客座教授。研究方嚮為宇宙學和超弦理論,是該研究領域中國有發言權的科學傢,被譽為世界影響力的中國學者之一。
李淼是中國引力波計劃的發起人,物理學傢,是劉慈欣激勵推薦的物理課老師,同時也為馬雲、羅振宇、徐小平單獨授課。
第一課 微波爐裏有場宇宙大爆炸
第二課 宇宙果然有一個開端
第三課 生命的起源和意義
第四課 萬物的基本
第五課 關於時間的一切
第六課 夜空的星辰
第七課 最美理論
第八課 夜越暗越美麗
第九課 令人著迷的引力波
第十課 世界是如何運轉的
第十一課 黑洞
第十二課 宇宙的一生
第一課微波爐裏有場宇宙大爆炸
20萬年前,人類進化成智人,有瞭思考能力。從此,當人們看到天上的星星,看到日升月落,就會産生疑問:太陽是怎麼來的?月亮是怎麼來的?大地是怎麼來的?風雨雷電、山川樹木又是怎麼來的?由此引發的各種疑問可以概括為三個問題:我們從哪裏來?我們嚮何處去?我們是誰?這一切都要追溯到宇宙的開天闢地。
今天我們就講一講第一個問題:我們從哪裏來?
關於這個問題,幾乎所有文明的早期神話都給齣瞭類似的答案,隻是,不同文明的神話情節稍有不同。
比如,在中國的神話中,創世之初有一個中央大帝叫混沌,還有南北兩個大帝分彆叫倏和忽。混沌經常款待倏和忽,倏和忽為瞭報答混沌,於是決定為混沌鑿開七竅,但混沌死在瞭這場“手術”中。混沌死之前,還生瞭一個兒子,名叫盤古。盤古開天闢地,纔有瞭我們這個宇宙。
希臘神話的脈絡與中國神話很接近。希臘人也認為在宇宙之前隻有一片混沌,統治混沌的大神叫卡俄斯,卡俄斯的意思就是混沌。卡俄斯生齣瞭地母蓋亞、地獄之神、黑暗之神、黑夜之神和愛神。看起來,這段故事非常類似中國的遠古神話,認為在天和地齣現之前,世界就是一片混沌。
當然,提起各國古代文明不得不提印度文明和埃及文明。在佛教之前,印度神話中最主要的宗教就是婆羅門教,它認為在我們這個宇宙之前還有一個宇宙,在那個宇宙之前還有第三個宇宙。宇宙總是在輪迴,而主宰宇宙輪迴的有三大神:濕婆、梵天和毗濕奴。濕婆既主毀滅又主生殖,估計毀滅是他的主要任務。“濕婆”這個詞翻譯得有點不好,我小時候總認為他是一位很壞的婆婆,其實不然,濕婆是“Shiva”的音譯。他毀滅一個世界,梵天就重建一個世界。看過電影《少年派的奇幻漂流》的人一定記得派的媽媽講的那個故事,毗濕奴在海上睡覺,睡夢中張開嘴,嘴裏有一個宇宙。當然,這是宗教的詩化,在婆羅門教中,毗濕奴的工作是維持宇宙的運行。
埃及神話裏開始時也是混沌,不過,世界起始於一個很不起眼的地方,混沌中的一個土丘。我和你一樣,當然不再相信兒時聽到的盤古開天地的故事。現在,我們嚮能夠遇上的任何一位天文學傢或宇宙學傢討教,得到的迴答雖然在細節上完全與神話不同,但概念上完全類似。我們從物理學領域講起。在 20世紀 60年代,電視機已經被發明齣來瞭。人們發現,電視機打開後會發齣嗡嗡聲,但不知道這些嗡嗡聲是哪裏來的,而且無論把電視天綫扭轉到哪個方嚮,嗡嗡聲都不會消失。後來科學傢發現,這種聲音來自宇宙深處無所不在的一條條微波背景輻射。我們都很熟悉微波,大傢都用過微波爐,微波爐的基本原理就是用電來産生微波,再由微波加熱食物中的分子和原子。其實,整個宇宙就是一個巨大無比的微波爐。那麼,宇宙中的微波是從何而來的呢?科學界的一個理論已經可以迴答這個問題瞭,這個理論就是宇宙大爆炸理論。
那麼,這個宇宙大爆炸理論是怎樣描述宇宙的呢?在這裏,我們可以打個比方。你也許已經有瞭經驗,就是你在麵包坊做麵包或者在傢裏廚房用麵包爐烤麵包的時候,你會發現,本來一團麵非常小,比如說隻有直徑 5厘米大小的麵團,在熱量烘烤之下,慢慢地膨脹,越脹越大,這就有點像宇宙膨脹。有人提齣這樣的問題:宇宙從哪裏開始爆炸的呢?這個問題其實源於一個錯誤的看法。我們不妨再來看一看微波爐裏的麵包,如果你把這塊麵包隨便切下來一片,問,這片麵包是從哪裏來的?迴答一定是從剛剛開始的那一小塊直徑 5厘米大小的麵團裏來的。盡管這個麵團很小,隻有直徑 5厘米,但這 5厘米裏麵到處都有麵粉,並不是一個點。而你從一大塊麵包上切下的一片麵包實際上是來自那直徑 5厘米麵團裏的一小塊,也就是說,一個烘烤
宇宙大爆炸而成的大麵包並不是從某一個點來的,而是來自最初的一個小麵團,這個麵團的每一個點經過烘烤之後都長成一大塊麵包。我們藉這個比喻來描述宇宙膨脹,宇宙的每一寸空間都是從一個更小的宇宙裏的一小塊空間來的,而不是從一個點來的。不是說宇宙深處有可能存在著一個非常奇特的地方、一個點,宇宙就是從那個點爆發而來,不是這樣的。
在古代,人們有很多類似的錯誤認識。比如,地心說認為大地是一切的中心,由此順水推舟地認為整個宇宙是地球膨脹開的。而事牛頓實並非如此,如今宇宙中的一切都來源於 138億年前的一小塊空間,地球是從一小塊空間來的,太陽是從另外一小塊空間來的,月亮是從另外一小塊空間來的,而更遠的地方,銀河係裏麵的其他行星,甚至在銀河係之外的其他恒星和星係,都各自是從一小塊空間來的。當然,所有這些小塊的空間後來膨脹得越來越大,組成瞭如今浩瀚的宇宙,但是在很久以前,它們都是非常小的,那時由它們組成的宇宙也是很小的。如果追溯到 138億年前,我可以得齣一個準確的結論:當時的宇宙隻有比籃球大不瞭多少的一塊空間,而這籃球大小的一小塊空間經過 138億年,膨脹得巨大無比,成瞭現在的模樣。
那麼,宇宙大爆炸理論的道理何在呢?這個理論是無中生有的嗎?是我們的先民坐在草地上看著星星構想齣來的嗎?不是。這就說明瞭我們的科學與遠古神話故事之間有著根本的不同。我們有我們的道理,有邏輯推理,有科學基礎與科學理論,其中最根本的科學理論就是愛因斯坦的相對論。
大傢都很熟悉愛因斯坦的相對論,但是對於“相對”二字,人們經常有一種錯誤的認識,以為相對論說的是空間相對、時間相對、人與人之間觀點相對等。其實,相對論講的並不是這些,而是更加簡單的道理。相對論是說,無論是時間還是空間,它不是死闆一塊,也不是一成不變的,而是非常像我們之前所說的那塊小麵團,會隨著時間的變化而變化,而且這塊小麵團如果受熱不均,它有的地方就會被發得更大一點、疏鬆一點,有的地方可能受火力小一點,也就發得小一點。這是一種很形象的比喻。在愛因斯坦的相對論中,宇宙就相當於一個麵團,空間和時間不是一成不變的、死闆的,而是隨時在變化的。愛因斯坦為什麼會得齣這樣的結論呢?這就要追溯到一個更基本、更古老的理論——萬有引力。
在牛頓看來,地球能夠不停地繞著太陽鏇轉是因為受到瞭一個看不見的力的牽扯,這個力就是萬有引力。當然,我們感受不到太陽與地球之間的萬有引力,但我們可以感受到地球對我們自身的萬有引力。例如,我們不可能跳離地球。我們有時候會開玩笑說,拉自己的頭發離開地麵,其實這是不可能的,為什麼呢?因為地球對我們有萬有引力,地球是拉著我們的。
序
李淼:我要帶你觸及人類知識的最遠處
大傢好,我是李淼,大傢都叫我淼叔。我是一名正兒八經的物理學教授,研究的是天體物理學和弦論。在過去十多年裏,我在做物理學研究的同時,還在做科普。我始終相信,這個世界上,沒有我們不能理解的事物,也沒有不能傳授給大眾的知識。我們每一個人每一天都在學習,同時都在將自己的知識傳遞給彆人。
在我的小學時代,我除瞭養金魚就是養鴿子。恢復高考的時候,我上高一,數學和物理的基礎等於零,就像現在的孩子初入小學,數學和物理基礎也等於零。突然來瞭高考,我翻齣媽媽學生時代舊箱子中的教科書,裏麵解釋物體運動的牛頓定律以及解釋飛機飛行的貝努利定律,就像陽光一樣,照亮瞭之前對我來說是完全未知的世界。
如果不好奇,不去追問,世界的麵目就像萬事萬物對於一個完全懵懂無知的人——本來就是那樣,何必去追問和理解?而一旦心智的大門被打開,就會一發不可收。我就是這樣,讀瞭北京大學的天體物理專業還不夠,還要去中國科學技術大學讀研究生,進而齣國。
我迴國後開始做科普,這纔慢慢發現,將自己研究的東西講給彆人聽是一件多麼愉快的事。開始的時候,我還擺脫不瞭自己的專業局限,喜歡用專業的名詞講復雜的事,於是就有瞭《超弦史話》這樣比較專業的作品。
用有趣的方式給所有人講知識
三年前,我在中山大學開瞭一門課,叫作人與宇宙的物理學,大受歡迎。這門課是用講故事的方式將日常的、眼前發生的和遙遠未來的不可思議的事情講給大學生聽。這個時候,我齣版瞭《三體中的物理學》,入圍瞭 2015年度中國好書,得瞭十幾項奬。
今年年初,在博雅小學堂,我給孩子們講量子力學,這是我做科普的一個轉摺點。現在,在喜馬拉雅 FM給更多的人講宇宙、量子力學、人類以及科技未來,對我來說是另一個轉摺點。如今,我有一種自信,我能夠將學到的知識用有趣的方式,講給所有人聽。
今年年初,應羅振宇和徐小平之邀,我在北京給二十餘位創業者講瞭一個上午的物理學。沒想到,在提問環節,創業者們腦洞大開,提瞭很多我都沒有想到的“熵”這個概念在公司以及商業運作中的作用,“第三種文化”在目前科技公司中的種種錶現……
那麼為什麼要給一群創業的人講物理呢?用羅振宇的話說就是要“把我們的認知框架放在人類目前知識的最遠處,來重新假設我們的環境”。
我為什麼要做科普類收費節目?
2016年 12月 2號,在上海錄完“淼叔開腦洞”節目的第二天,我應中山大學傳播與設計學院院長張誌安的邀請,去他們學院講“新媒體時代的科普”。我講瞭自己做科普的經曆。直到五年前,我纔醒悟,科普的第一要素不是嚴謹和準確,而是有趣和故事性。科普從來不是布道,而是新媒體時代下的“服務行業”。
科普在中國麵臨的最大睏境,是科普創作者跟不上受眾的需求。國內已經有越來越多的人開始對科普感興趣,一些科普讀物每年可以賣到幾十萬冊,這在十年前是無法想象的。然而,科普的受眾增加瞭,科普的提供者卻遠遠不夠。在當當、亞馬遜等圖書購物網站的科普類暢銷榜上,排在前幾名的永遠是國外科普作者的作品,如《時間簡史》《萬物簡史》等,鮮少見到優秀的國內科普作品。
那麼,我為什麼要在喜馬拉雅 FM開一檔與物理、宇宙以及科技生活有關的收費節目?這當然與我前麵談到的幾個要素有關,越來越多的人想瞭解我們生活在其中的宇宙,想瞭解我們從何處來,又要嚮何處去。越來越多的年輕人覺得時間不夠用,卻沒有時間去讀科普與知識類的書,從節約時間的角度,我應該去做一檔節目,人們可以利用上下班途中和鍛煉身體時的碎片時間來聽。換句話說,我應該是第一批做知識服務的人。
為什麼我要從宇宙講起?
“淼叔開腦洞”這個節目會和你談到宇宙學、超新星、引力波……還會談到日常生活中的量子力學,會談到人類在地球和宇宙中的位置,最後還會談到我們的未來科技生活,我們應該為未來做哪些準備。
為什麼一開始要談宇宙?人類的起源、生命的起源、地球的起源,所有的起源問題都離不開宇宙的起源。過去十餘年,我主要研究暗能量,我覺得對這個世紀性物理學問題的解答將幫助我們認識到作為一個動態的宇宙,它為何存在,它的未來將是什麼樣子的。並且我一直相信,我們人類在宇宙中有一個獨一無二的位置,人類的使命是將文明在時間上延續下去,在空間上散布在宇宙中。
我的節目在一個強大團隊的支撐下做瞭起來,希望這檔節目能夠讓訂閱者獲得一些重要的知識點,啓發思考。就像羅振宇在他的感想中說的,我們必須重新構建認知,認知是我們創業的唯一障礙,構建新認知是我們唯一的資源。也許你認為自己不是創業者,但你的未來生活依賴於你的知識結構,你是你自己未來生活的創業者。
坦白說,這本書的深度遠超我的預期,它不僅僅是一本關於天體物理的科普讀物,更像是一次深刻的哲學叩問。作者的筆觸中流淌著對存在本身的好奇與追尋,他不僅僅是在“告訴”我們宇宙是如何運作的,更是在引導我們思考“為什麼”會是這樣。書中對暗物質、暗能量這些前沿未知領域的探討,沒有草率地下結論,而是極其審慎地梳理瞭目前的科學睏境與可能的突破方嚮,這種科學的謙遜態度令人印象深刻。每次讀到關於宇宙終極命運的討論時,我都會陷入長久的沉思,那種對未知邊界的探索欲望被極大地激發瞭。文字的力量在這裏得到瞭充分體現,它將冰冷的公式和數據轉化成瞭可以被感知的、具有生命力的畫麵,讓人在知識的盛宴中,同時完成瞭對自身在時空坐標中位置的重新定位。
評分對於一個平時隻看小說和傳記的讀者來說,這本書無疑是一次大膽的嘗試,但收獲的驚喜度是百分之百的。它的可讀性做得非常齣色,完全沒有一般科普書籍那種晦澀難懂的架勢。作者的語言風格時而幽默,時而深沉,如同與一位博學的朋友進行深夜長談,他總能在我快要迷失在專業術語的迷宮時,適時地拋齣一個非常接地氣的類比,瞬間點亮思路。我特彆喜歡那種敘事節奏上的變化,時而快進到宇宙的宏觀圖景,時而又慢鏡頭般地聚焦於某個特定天體現象的形成過程,這種動靜結閤的閱讀體驗,極大地保持瞭讀者的注意力。與其說是在閱讀,不如說是在進行一場精心設計的、沉浸式的教育之旅,充滿瞭探索的樂趣和發現的激動。
評分這本書在結構上的精妙布局,是其成功的關鍵之一。它並非綫性地從A講到Z,而是采用瞭知識點的螺鏇上升式推進,每一個章節的拓展都建立在前文紮實的基礎上,使得知識的積纍是層層遞進、自然而然的。章節之間的過渡銜接得天衣無縫,仿佛是宇宙自身的演化規律在文字中得到瞭體現,一切都顯得那麼順理成章,無可辯駁。我發現自己不再是被動地接受信息,而是主動地在腦海中構建自己的宇宙模型。閱讀到後期,甚至能感受到一種強大的知識體係的建立感,這對於提升一個普通讀者對科學的整體認知框架非常有幫助。作者在確保信息準確性的同時,對復雜理論的簡化處理達到瞭爐火純青的地步,展現齣極高的教學藝術。
評分我必須承認,在翻開這本書之前,我對宇宙的理解僅停留在媒體上碎片化的信息層麵。然而,這部作品提供瞭一個堅實而全麵的知識框架,徹底重塑瞭我的世界觀。它不僅僅是羅列事實,更重要的是構建瞭一種看待世界的全新視角——一種基於自然規律的、宏大而又謙卑的視角。那種對宇宙間各種基本作用力之間精妙平衡的描述,讓我對自然法則産生瞭前所未有的敬畏。書中對科學史的穿插介紹也頗為精彩,讓讀者瞭解瞭人類認知邊界是如何一步步被拓寬的,這使得整個閱讀過程充滿瞭人性的光輝和智慧的傳承感。讀完之後,我感覺自己對頭頂那片星空有瞭更深層次的理解和情感聯結,那種震撼是持久而深刻的。
評分這部作品的敘事風格簡直是教科書級彆的精彩。作者在構建宏大宇宙圖景的同時,絲毫不忽略對微小細節的捕捉與描摹,這種張弛有度的掌控力讓人嘆服。閱讀的過程就像是跟隨一位經驗老到的宇航員,他不僅精準地導航我們穿梭於星係的洪流之中,更能用極其生動的語言,為我們描繪齣那些我們肉眼永遠無法觸及的壯麗景象。從宇宙大爆炸的奇點之初,到星雲的塵埃如何凝聚成形,再到恒星的生老病死,每一個階段的描述都充滿瞭物理學的嚴謹性,但卻被包裹在極富文學性的外衣之下。我尤其欣賞作者對於時間尺度的處理方式,那種跨越億萬年的敘事,非但沒有讓人感到枯燥或遙遠,反而營造齣一種令人敬畏的史詩感。書中的邏輯推演流暢自然,即便是對復雜概念的闡述,也總能找到最恰當的比喻,使得非專業背景的讀者也能輕鬆跟上思想的脈絡,領略到宇宙演化的精妙與必然。
評分京東圖書一做活動我就買,上癮啊,現在就等書櫃瞭
評分孩子喜歡的書,乘著活動,多屯些~購書,京東速度是杠杠的!
評分作為淼叔的新學生,當然要買幾本淼叔的書來瞭解物理啦
評分很好!一套都買瞭,淺顯易懂,真是文題相符,小孩喜歡!
評分這本書買瞭兩遍。。。拿來送人一本,看起來不錯,跟孩子一起學習
評分給同學的生日禮物,他比較喜歡宇宙類的,希望他會喜歡
評分吾消費京東商城數年,深知各産品琳琅滿目。然,唯此寶物與眾皆不同,為齣淤泥之清蓮。使吾為之動容,心馳神往,以至茶飯不思,寢食難安,輾轉反側無法忘懷。於是乎緊衣縮食,湊齊銀兩,傾吾之所有而能買。東哥之熱心、快遞員之殷切,無不讓人感激涕零,可謂迅雷不及掩耳盜鈴兒響叮當仁不讓世界充滿愛。待打開包裹之時,頓時金光四射,屋內升起七彩祥雲,處處皆是祥和之氣。吾驚訝之餘甚是欣喜若狂,嗚呼哀哉!此寶乃是天上物,人間又得幾迴求!遂沐浴更衣,焚香禱告後與人共賞此寶。人皆贊嘆不已,故生此寶物款型及做工,超高性價比之慨,且贊吾獨具慧眼與時尚品位。産品介紹果然句句實言,毫無誇大欺瞞之嫌。實乃大傢之風範,忠義之商賈
評分一本通俗易懂的好書,值得閱讀
評分宇宙愛好者的最好讀物,我和我孩子5年級都十分喜歡。
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