从“一锅基本粒子粥”到星辰大海
——《宇宙的故事:星辰大海的探索之旅》创作谈

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《宇宙的故事:星辰大海的探索之旅》:冯磊著;人民邮电出版社出版。 |
20世纪初,英国物理学家开尔文断言,物理学大厦已经落成,后世学者只需做一些简单的修补工作。但彼时,物理学的天空被“两朵乌云”笼罩:迈克耳孙—莫雷实验和黑体辐射的“紫外灾难”。正是它们,引发了20世纪物理学的两场革命:相对论与量子力学。
21世纪初,科学家同样做了回顾与展望,发现物理学的天空出现了更多的“乌云”。这些难解之谜,可以归结为“两暗一黑三起源”:“两暗”是指暗物质和暗能量,“一黑”是指黑洞,“三起源”分别是指宇宙起源、天体起源和宇宙生命起源。近年来,科学家对这些问题的研究突飞猛进,我们对宇宙的认识也从茫然与猜测,来到了精确测量与严格求证的阶段。
《宇宙的故事:星辰大海的探索之旅》就是一本介绍宇宙学最新进展的科普书。我想层层递进地展示现代宇宙学的波澜壮阔,使它宛若一场迷人的探险之旅。全书从“光”这个宇宙的信使出发,介绍人类如何测量天体质量、洞察宇宙膨胀的历史,进而由测量结果与理论之间的矛盾,引出暗物质和暗能量这两个物理概念,探讨“两暗”如何对宇宙演化产生决定性影响。基于对宇宙膨胀历史的测量,科学家提出了大爆炸宇宙学模型,预言宇宙起源于138亿年前的一次史诗级“爆炸”:早期宇宙是“一锅基本粒子粥”,随着时空膨胀,温度逐渐降低,原子得以形成,它们像滚雪球一样聚集到一块,形成了恒星,而恒星聚集起来,形成了星系、星系团。
这138亿年的风风雨雨,充满哲学的思辨意味。《庄子》有云:“至大无外,谓之大一;至小无内,谓之小一。”“至大无外”就是宇宙,“至小无内”就是基本粒子,宇宙学就是一门“至大”与“至小”有机统一的学问。
宇宙的本质,我们真的可以理解吗?南宋词人吴潜在《满江红·齐山绣春台》中写道:“问古今、宇宙竟如何,无人省。”当然,现代宇宙学家并没有这么悲观。经过多年的努力,现代宇宙学已经脱离了哲学的范畴,成为一门独立的学科。大爆炸宇宙模型提供了非常多的、可以精确检验的预言。这些预言也被越来越精确的实验测量所证实。随着测量手段的进步,宇宙学研究已经进入了“精确宇宙学”时代,我们对宇宙的认识也越来越深入。
对于复杂的天体物理过程和宇宙学新知,我力求用案例和比喻形象化地将其描述出来。物理学家霍金曾说:“在书中多写一个公式就会让销量减半。”加之多次走进中学开展科普活动,我发现中学生朋友们对描述性内容还能保持兴趣,一旦出现复杂公式,不少同学就会眉头紧锁。所以在本书写作前,我定下一个规矩:绝不出现一个数学公式。写作过程中,有无数次写下公式的冲动,最终都忍住了。
希望本书是一把钥匙,开启一扇探索宇宙的大门,如果启发一部分读者走上宇宙学研究道路,那就更好了。对大部分读者来说,探寻宇宙的奥秘,会给人生一些启迪。学过宇宙学,你会发现人类的渺小和人生的短暂。烦恼的时候,试着抬头仰望星空,想想无垠的宇宙,也许烦恼会烟消云散。当然,也不要走向另一个极端,因人的渺小而怀疑人生的意义。生命是一份异常珍贵的礼物,组成生命的每一种元素、每一个原子都经历了亿万年的宇宙史诗。我们应该好好把握当下,活出自己的精彩。
《 人民日报 》( 2025年06月13日 20 版)
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