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你知道暗能量嗎？你又了解暗物質(zhì)嗎？浩瀚的宇宙中到底隱藏著多少未解之謎？人類(lèi)對(duì)宇宙探索的腳步又走到了哪里？《現(xiàn)代天文學(xué)——拓展宇宙》緊跟時(shí)代步伐，讓你探索宇宙、追求知識(shí)的好奇心得到最大的滿(mǎn)足。在這里，沒(méi)有晦澀的語(yǔ)言，有的是形象的表達(dá)；沒(méi)有抽象的術(shù)語(yǔ)，有的是生動(dòng)的故事；沒(méi)有簡(jiǎn)單的說(shuō)教，有的是豐富的知識(shí)。很多天文學(xué)家對(duì)宇宙的熱愛(ài)是從仰望星空開(kāi)始的，現(xiàn)在的你，可能也喜歡仰望星空，但是當(dāng)你低下頭時(shí)，有這樣一本書(shū)幫你答疑解惑。說(shuō)不定，下一個(gè)天文學(xué)家就是你呢！

    現(xiàn)代科學(xué)與發(fā)明的關(guān)鍵性進(jìn)展建立在一些看似簡(jiǎn)單卻具真知灼見(jiàn)的想法之上，那就是——科學(xué)技術(shù)與人們的生活息息相關(guān)。事實(shí)上，它們也正是我們探尋這個(gè)世界的秘密、重新塑造這個(gè)世界的一部分，也在某種程度上改變了人類(lèi)的生活。
    在一百多萬(wàn)年前，現(xiàn)代人類(lèi)的祖先開(kāi)始將石塊制成工具，這樣他們便可與周?chē)氖橙鈩?dòng)物競(jìng)爭(zhēng)。大約從3.5萬(wàn)年之前開(kāi)始，人類(lèi)開(kāi)始在巖洞的石壁上繪制精美的壁畫(huà)與其他手工藝品，這些都表明技術(shù)已與人們頭腦中的想象、與人們所操的語(yǔ)言交融在一起，一種嶄新的躁動(dòng)難安的藝術(shù)世界的帷幕漸次拉開(kāi)。人類(lèi)不僅僅在塑造著他們所處的世界，還用藝術(shù)的方式去表現(xiàn)它，用自己的頭腦去思考，思考世界的本真及其含義。
    技術(shù)是文化的基本組成部分。許多地方的神話(huà)傳說(shuō)中都有一個(gè)叛逆者的形象，他輕而易舉地摧毀了既定的順序，而代之以令人耳目一新的、飽含顛覆性的可能。在許多神話(huà)里，都可提煉出這樣一個(gè)例子：一個(gè)叛逆者，例如一只來(lái)自美國(guó)的山狗或是烏鴉，從上帝那兒偷來(lái)了火種，并將它交到人類(lèi)手上。所有的技術(shù)工具，無(wú)論是火、電還是鎖在原子與基因中的能量，都如同一把雙刃劍，仿佛從那個(gè)叛逆者手中接過(guò)來(lái)似的，它們發(fā)出的能量既可以治愈人類(lèi)的創(chuàng)傷，又可以給人類(lèi)致命的一擊。
    一個(gè)技術(shù)的發(fā)明者常常會(huì)從科學(xué)發(fā)現(xiàn)中尋找靈感。就像我們所知道的一樣，當(dāng)今的科學(xué)遠(yuǎn)比技術(shù)要年輕，回溯歷史，便可發(fā)現(xiàn)它起源于大約500年前的文藝復(fù)興時(shí)期。在那個(gè)時(shí)期，藝術(shù)家與思想家們開(kāi)始系統(tǒng)地探尋自然的秘密；而第一個(gè)現(xiàn)代科學(xué)家，例如列奧納多·達(dá)·芬奇（Leonardo da Vinci，1452—1519）與伽利略·伽利萊（Galileo Galilei，1564—1642），在一些器具的幫助下，通過(guò)做實(shí)驗(yàn)，拓展了人們對(duì)于物體在空間中的位置的認(rèn)識(shí)。緊接著，一場(chǎng)革命性的解放運(yùn)動(dòng)轟轟烈烈地展開(kāi)了，最具代表性的則是以下幾位天才：在機(jī)械制作與數(shù)學(xué)方面有著卓越貢獻(xiàn)的艾薩克·牛頓（Isaac Newton，1643—1727）；發(fā)現(xiàn)生物進(jìn)化規(guī)律的查爾斯·達(dá)爾文（Charles Darwin，1809—1882）；在相對(duì)論與量子物理方面有著開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)的阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）以及現(xiàn)代基因?qū)W的鼻祖詹姆斯·D.沃森（James D.Watson，1928—）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916—2004）。當(dāng)今科技領(lǐng)域新出現(xiàn)的基因工程、微縮工藝以及人工智能等各領(lǐng)域都有著能夠獨(dú)當(dāng)一面的主導(dǎo)者。
    像牛頓、達(dá)爾文以及愛(ài)因斯坦這些鼎鼎大名的名字都能夠緊密地與那些科技革命聯(lián)系在一起，這些革命代表了現(xiàn)代科技中作為個(gè)體的入的重要性。這一系列的每本書(shū)都遴選了10萬(wàn)位在科學(xué)技術(shù)方面作出杰出貢獻(xiàn)的先鋒者，并將目光集中在他們的人生與成就上。每一本書(shū)都開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域：海洋科學(xué)、現(xiàn)代遺傳學(xué)、現(xiàn)代天文學(xué)、法醫(yī)學(xué)與數(shù)學(xué)模型。盡管最早的開(kāi)拓者起到了重大的作用，但這套書(shū)所論述的重點(diǎn)則是20世紀(jì)以來(lái)甚至是當(dāng)今的研究者們。
    每一卷的傳記都按著一定的順序排列，這種順序反映了作為個(gè)體的研究者們的重大成就的變化過(guò)程，但是他們的人生經(jīng)歷常常是枝蔓纏繞，不那么容易一下子看清的。每個(gè)人的具體成就都離不開(kāi)他們當(dāng)時(shí)所處的環(huán)境，也離不開(kāi)他們工作中的協(xié)作者以及給他們的研究提供幫助的外界力量。牛頓有一句名言：“倘若說(shuō)我能（比其他人）看得更遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏稀！泵恳晃豢茖W(xué)家或發(fā)明家的成就都不是無(wú)源之水，而他們甚至要經(jīng)過(guò)一個(gè)跟前人暗暗較勁的過(guò)程才能超越他們。作為個(gè)體的科學(xué)家與發(fā)明家也與他們的實(shí)驗(yàn)室的其他同事乃至別的地方的人發(fā)生著種種聯(lián)系，有時(shí)還得益于廣泛的集體的努力，例如20世紀(jì)末啟動(dòng)的政府贊助與私人贊助，它們?yōu)槿祟?lèi)基因組的研究提供了一些細(xì)微的幫助�？茖W(xué)家與發(fā)明家們不但影響著經(jīng)濟(jì)、政治與社會(huì)力量，反過(guò)來(lái)也受著它們的影響。在本書(shū)所屬的這個(gè)系列中，科學(xué)和技術(shù)活動(dòng)與社會(huì)制’度的發(fā)展之間的關(guān)系也是一個(gè)重要的議題。
    在傳記之外，本書(shū)還備有擴(kuò)展材料，提供了另外一些特定的研究對(duì)象。每一章后面都附了一份年譜以及擴(kuò)展閱讀的建議。除此之外，在每本書(shū)的末尾還附有學(xué)科發(fā)展年表。在書(shū)中還插入了以下一些工具條，以便給我們提供一種更好的視角，從而更快地進(jìn)入到那個(gè)_由科學(xué)家與發(fā)明家共同構(gòu)建的世界中去：
    相關(guān)鏈接：描寫(xiě)一些具有個(gè)性特征的工作與科技發(fā)展的聯(lián)系
    親歷者說(shuō)：為發(fā)現(xiàn)與發(fā)明提供第一手資料
    爭(zhēng)論焦點(diǎn)：對(duì)由發(fā)現(xiàn)與發(fā)明所引起的科學(xué)或倫理問(wèn)題的探討
    其他科學(xué)家：描述的是一些在這項(xiàng)工作中起到重要作用的人
    相關(guān)發(fā)明：展示了一些與之類(lèi)似的或相關(guān)的發(fā)明
    社會(huì)效應(yīng)：提供了有關(guān)發(fā)明創(chuàng)造對(duì)我們所在的社會(huì)或個(gè)人生活的影響的相關(guān)訊息
    科學(xué)成果：解釋了一名科學(xué)家或發(fā)明者如何應(yīng)付一項(xiàng)具體的技術(shù)上的難題或者說(shuō)挑戰(zhàn)
    未來(lái)趨勢(shì)：描述了隨著時(shí)間的變化，這些技術(shù)所發(fā)生的進(jìn)展，相關(guān)的一些數(shù)據(jù)也在此處被公布
    在這套書(shū)中，我們講述的是人類(lèi)不斷尋求真理、勇于探索、不懈創(chuàng)新的故事，我們也希望親愛(ài)的讀者能夠被這些故事所吸引、鼓舞，得到一種潛在的力量。我們希望能夠給讀者鑄造一座橋梁，一起走進(jìn)科學(xué)與發(fā)現(xiàn)、發(fā)明的世界，并且能夠盡情游弋于這個(gè)廣闊的世界中，在其中找到內(nèi)心更深刻的共鳴。

    4  宇宙煙花——喬治·加莫夫和宇宙大爆炸
    哈勃確定星系在宇宙中四處逃散，就像一群逃避災(zāi)難的人。但是什么是星系逃散？什么讓星系開(kāi)始彼此遠(yuǎn)離？
    哈勃從來(lái)沒(méi)有給出過(guò)這些問(wèn)題的答案，但是其他科學(xué)家卻做出了回答。1922年，在哈勃和赫馬森公布宇宙膨脹證據(jù)之前，俄國(guó)氣象學(xué)家和數(shù)學(xué)家亞歷山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）認(rèn)為宇宙源于一場(chǎng)爆炸。比利時(shí)天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家和牧師喬治·亨利·勒梅特（Georges Henri Joseph eduard Lemaitre）在1927年提出了相似的觀點(diǎn)。
    弗里德曼和勒梅特的結(jié)論都建立在愛(ài)因斯坦相對(duì)論的基礎(chǔ)上，相對(duì)論推斷宇宙要么在膨脹，要么在收縮（直到1917年愛(ài)因斯坦改變了相對(duì)論的規(guī)則）。勒梅特用斯萊弗和哈勃早期的銀河系光譜紅移標(biāo)尺表明膨脹是最有可能的選擇。愛(ài)因斯坦最初的理論讓弗里德曼和勒梅特推斷在遙遠(yuǎn)的過(guò)去的某一時(shí)刻，宇宙的所有物質(zhì)和能量是匯聚在一點(diǎn)的——愛(ài)因斯坦把這叫做奇點(diǎn)。由于未知的原因，奇點(diǎn)發(fā)生爆炸，勒梅特稱(chēng)之為“無(wú)法想象的美麗煙花”。
    起初很少有宇宙學(xué)家知道弗里德曼和勒梅特的觀點(diǎn)，相信折中觀點(diǎn)的人就更少了。不過(guò)，在20世紀(jì)40年代晚期和20世紀(jì)50年代，出生在俄國(guó)的科學(xué)家喬治·加莫夫（George（）amow）讓他們的理論廣為人知并且可以被實(shí)驗(yàn)證明，他還做了大量工作使這一理論被人們接受。加莫夫是一個(gè)知識(shí)淵博的人，他在核物理學(xué)、基因科學(xué)和天文學(xué)、宇宙學(xué)領(lǐng)域都作出了杰出貢獻(xiàn)。他是第一個(gè)把當(dāng)時(shí)對(duì)原子內(nèi)部的發(fā)現(xiàn)和星體本質(zhì)以及宇宙起源聯(lián)系起來(lái)的科學(xué)家。
    量子天才
    加莫夫1904年3月4日出生在當(dāng)時(shí)俄羅斯的敖德薩（Odessa），是吉奧吉·加莫夫的兒子。他的父母都是老師。加莫夫在小時(shí)候就對(duì)數(shù)學(xué)和科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，后來(lái)當(dāng)他父親在他13歲生日時(shí)給了他一個(gè)小型望遠(yuǎn)鏡后，他的興趣里又增加了天文學(xué)。
    1922年，年輕的加莫夫在敖德薩的諾臥羅薩大學(xué)（the Novorossia University）學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。1923年，他轉(zhuǎn)到列寧格勒大學(xué)（the University of Leningrad），即現(xiàn)在的圣彼得堡大學(xué)（the University of St.Petersburg），在那里他的課程包括物理、宇宙學(xué)和數(shù)學(xué)。他在列寧格勒大學(xué)學(xué)習(xí)到1929年，不過(guò)可能沒(méi)有獲得學(xué)位。
    1928年，在德國(guó)格廷根大學(xué)（the University of Gottingen）的一次夏季課程讓加莫夫接觸到核物理學(xué)的偉大發(fā)現(xiàn)，其中就包括量子力學(xué)——敘述了物理規(guī)律對(duì)原子和亞原子的影響，比如說(shuō)電子、質(zhì)子和中子。加莫夫立刻把這些新知識(shí)應(yīng)用到原子通過(guò)放射性自然衰變的理論。量子力學(xué)之前也曾經(jīng)被用來(lái)描述原子的結(jié)構(gòu)，但是加莫夫卻是第一個(gè)把它應(yīng)用到原子核層面的科學(xué)家。
    1928—1929年，對(duì)這個(gè)俄國(guó)年輕人印象深刻的著名丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）安排加莫夫在丹麥哥本哈根大學(xué)（the University of Copenhagen in Denmark）的理論物理研究所（the Institute for Theoretical Physics）工作。加莫夫?qū)δ芰康挠?jì)算需要用質(zhì)子轟擊原子核使其裂變，這樣的研究為后來(lái)的科學(xué)家對(duì)核裂變和核聚變的研究打下了基礎(chǔ)。他還開(kāi)始研究太陽(yáng)和其他恒星內(nèi)部的高熱原子核反應(yīng)。他的一些研究成果后來(lái)被用于氫彈開(kāi)發(fā)和致力于和平的核能研究領(lǐng)域。
    作為洛克菲勒的合作伙伴，加莫夫接下來(lái)的幾年（1929—1930年）與另一位著名的物理學(xué)家恩那斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）在英國(guó)劍橋大學(xué)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory）共事。在盧瑟福的指導(dǎo)下，加莫夫設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)為愛(ài)因斯坦的物質(zhì)能量守恒定律提供了強(qiáng)有力的支持。加上這一早期成果，就像依曼·哈珀（Eamon Harper）在2000年年初在《喬治·華盛頓大學(xué)學(xué)報(bào)》上寫(xiě)到的一樣，加莫夫“在自己的25歲生日前把自己排人了核物理領(lǐng)軍人物的行列”。
    加莫夫在哥本哈根大學(xué)又度過(guò)一年（1930—1931年）之后，蘇聯(lián)政府為他在列寧格勒大學(xué)提供了一份教師職務(wù)，并且堅(jiān)決要求他回國(guó)接受這份工作。從1931年起，加莫夫在列寧格勒大學(xué)教了幾年物理，但是他卻一直想要離開(kāi)這個(gè)國(guó)家。他曾經(jīng)有過(guò)一次和妻子試圖乘橡皮艇穿越黑海的失敗紀(jì)錄。最終，他和他的妻子柳波娃·沃明澤娃（LyubovVokhminzeva）（二人在1931年完婚）借著1933年10月到布魯塞爾參加國(guó)際索爾韋理論物理會(huì)議（the International Solvay congt-ess ontheoretical plwsics）的機(jī)會(huì)成功離開(kāi)了蘇聯(lián)，并且再也沒(méi)有回去。
    從原子到恒星
    加莫夫在巴黎皮埃爾·庫(kù)里研究所（Pierre Curie Institute）和英國(guó)倫敦大學(xué)簡(jiǎn)短停留一段時(shí)間后，1934年來(lái)到了美國(guó)。他進(jìn)入了喬治·華盛頓大學(xué)，在那里度過(guò)了他職業(yè)生涯的大部分時(shí)間。1939年，加莫夫很自然地成為了美國(guó)公民。
    在喬治·華盛頓大學(xué)的第一年，加莫夫繼續(xù)對(duì)核物理的研究。1936年，他和匈牙利裔美國(guó)物理學(xué)家愛(ài)德華·泰勒（Edward Teller）提出了描述β衰變的理論：一個(gè)原子核會(huì)釋放出一個(gè)高速的電子（β粒子）。這是加莫夫?qū)宋锢硭鞒龅淖詈笠粋€(gè)重要貢獻(xiàn)。
    之后加莫夫開(kāi)始把他對(duì)核物理的專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用到天文學(xué)上一一個(gè)被哈伯稱(chēng)為在當(dāng)時(shí)大膽至極的決定。加莫夫和少數(shù)幾個(gè)天文學(xué)家在當(dāng)時(shí)開(kāi)始相信化學(xué)元素是由太陽(yáng)和其他恒星熾熱的內(nèi)部發(fā)出的高熱原子核反應(yīng)產(chǎn)生的，但是他們無(wú)法確定這一過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的。首先，被認(rèn)為構(gòu)成恒星內(nèi)部的質(zhì)子非常強(qiáng)烈的相互排斥（因?yàn)樗鼈儙в型瑢傩缘碾姾桑┲�，因此無(wú)法相互融合成比氫重的元素。不過(guò)，在加莫夫早期解釋放射性自然衰變的“核勢(shì)壘隧道效應(yīng)”理論中，加莫夫認(rèn)為，根據(jù)量子力學(xué)，質(zhì)子可以非常頻繁地穿越電子勢(shì)壘而完成聚變，完美地解答了這一問(wèn)題。
    在1938年和1939年，在加莫夫的啟示下，德國(guó)著名物理學(xué)家漢斯·貝特（Hans Bethe）和曾經(jīng)做過(guò)加莫夫?qū)W生的美國(guó)物理學(xué)家查爾斯·克里奇菲爾德（Charles.Critchfield）提出了一系列反應(yīng)，通過(guò)這些反應(yīng)，氦以下的輕量元素可能在恒星內(nèi)部形成。同時(shí)，加莫夫自己也敘述了在稱(chēng)為超新星的爆炸星體中可能發(fā)生的核反應(yīng)。1942年，加莫夫再度與泰勒合作，加莫夫用他早期的一些核物理成就發(fā)展出預(yù)測(cè)紅巨星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論。
    ……

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