這是一部令人驚豔的傑作
透過當今最先端科學眼界來審視宇宙,探究人和宇宙的關係
幫助讀者在無止境的宇宙尋得立足點。
克里斯多夫‧波特(Christopher Potter)以生花妙筆解析我們所稱宇宙的意義。
他講述無物如何滋生有物,有物又如何化育萬物。萬物和無物的有形寫照是什麼樣子?
當科學描述一件由事物生成的實相,這時它是在做什麼?
無物和萬物之間,就是我們棲身的處所。
有史以來第一遭,從夸克到超星系團,從爛泥到智人,
本書一舉鋪陳宇宙的完整生命史。
宇宙一度是完全對稱的,如今已經走過137億年歷史。
氣體雲霧交織出我們在現今宇宙發現的一切繁複構造:繁複層級的星辰或者哺乳類的腦子。
波特以風趣筆調陳述科學的歷史和哲學,他還闡明,科學一次次把人類在宇宙間的首要地位拿掉,然而宇宙的反應,卻是又把我們擺回那個核心位置。
波特秉持智慧,胸懷好奇橫越宇宙,從它孕育之初來到最後的終點──還一路探索當中的萬物。
作者簡介:
克里斯多夫‧波特(Christopher Potter)
住在倫敦和紐約市,曾任第四權(4th Estate)出版公司的發行人暨總經理。
譯者簡介:
蔡承志
全職科普書譯者。
各界推薦
名人推薦:
《一本就通:宇宙史》不僅是專為詩人寫的物理學,還可能正是空前最接近詩歌或音樂的科學著述。波特以簡練優美文筆,寫出通俗易解的創新著作。
──希薇亞‧納薩(Sylvia Nasar,生於1947年,《美麗境界》作者)
多年以來,我總私下期盼能有人執著我的手,領我穿梭時空──希望有個人能和我同樣對所有遇上的奇特事物咸感驚嘆,期望他能為科學論述遍灑詩句更增滋味。謝天謝地,克里斯多夫‧波特終於現身了。
──黛瓦‧梭貝爾(Dava Sobel,生於1947年,《經度:尋找地球刻度的人》[Longitude]、《伽利略的女兒》和《行星絮語》[The Planets]作者)
《一本就通:宇宙史》為我們帶來一劑對抗存在眩暈的解藥,幫你在無止境的宇宙尋得立足點。
──馬特‧里德利(Matt Ridley,生於1958年,《23對染色體》作者)
我讀過的最佳科普書之一
──斯圖亞特‧傑弗瑞斯(Stuart Jeffries),《衛報》(The Guardian)
本書檢視令人驚詫的萬象歷史,論述清晰文筆流暢,讀之能增廣見聞,能啟人思維……凡是曾因害怕科學太過難解裹足不前的讀者,都能從波特這本書得到親切指引……各個課題比重相當,波特穩健鋪陳,彰顯所有課題都是如何相互連貫。
──《出版人周刊》(Publishers Weekly)推薦書評
幾年來論述最周詳,也是對普通人最有用的科普書籍……廣博、優雅,結構嚴謹……波特把量子物理學者的怪異、深奧世界和我們相當狹隘的想像力串接起來。
──倫敦《週日泰晤士報》(The Sunday Times)
讀來有趣之極……一部美妙的宇宙論述,內容兼顧科學史、哲學和演化……我花了一晚閱讀,起初愈讀愈振奮,接著就感到眩暈,最後則目瞪口呆,一股敬畏油然湧現。波特為我們棲居的宇宙,寫出一部美妙論述……每頁我都讀得津津有味。
──威廉‧利斯(William Leith),《旗幟晚報》(The Evening Standard)
就一本讀物來講,這裡頭該內化的東西太多了──而一本書哪還需要其他讚譽──你肯定得再讀一遍。即便如此,這裡把波特引自聰明人愛迪生的話修改重述,你對任何事物的了解,或許都還不到百分之一的百萬分之一。最後定論:讀吧。
──吉伯特‧克魯茲(Gilbert Cruz),《時代》(Time)
筆鋒含帶感情,論述極其澄澈、淵博、幽默,胸襟寬廣,波特穿越太空浩瀚真空對我們轟擊。處處可見衛星、行星和旋轉黑洞等真相,他引領我們來到擴張宇宙的外緣。接著他把我們引入我們自己內部種種迷你宇宙,沉浸在原子和粒子成分元素,乃至於量子論當中。
──《每日電訊報》(The Daily Telegraph)
克里斯多夫‧波特的新書席捲空間和時間,雄心勃勃力圖披露科學對我們在宇宙間地位的發現成果,寫來平易近人,卻無走馬看花之失……波特以他明晰、權威的筆調,還有處理艱澀課題的嫻熟手法,寫出一本值得閱讀的好書失……凡是對「重大問題」深感興趣的人,全都會喜歡這部最新綜論。
──《新科學家》(New Scientist)
近幾年來巡禮科學暨科學史的最佳概論之一失……論述出色,所有篇幅都淺顯易讀,為普通人述說科學知識現況……從日常經驗寫起,如實闡明最奧祕的現象,波特簡明論述課題,卻無簡略之失。
──《科克斯書評》(Kirkus Reviews)推薦書評
好讀又富詩意,為我們介紹當前我們對大霹靂、相對性、演化、生命、粒子物理學,以及對宇宙整體的最新認識。波特來到這裡,執著我們的的手,引領我們穿行宇宙,而且他還是個出色的嚮導。
──潔莎‧克里斯賓(Jessa Crispin),全美公共廣播電台(NPR)《我們喜愛的書》(Books We Like)
令人嘆服……波特的筆調明晰,論述令人信服……他的成果令人欽敬,把歷經幾百年的老問題寫得清新,甚至顯得急迫……他最擅長踏後一步來檢視「大局」,深究科學發現的哲學蘊涵,尤其最後幾章還更顯高明。
──《環球郵報》(The Globe and Mail)
克里斯多夫‧波特是位高明寫手,他的科學興趣著眼探尋宇宙奧祕,他的書為普通人鋪陳出一段精彩旅程,成功描繪出科學演進和科學求知的繁複進程。《一本就通:宇宙史》是通俗科學的勝利果實,一清二楚簡潔道出當前課題的重大意義。
──麥可‧布雷迪(Michael Patrick Brady),《俗務》(PopMatters)網路雜誌
這部廣博著述規模浩瀚,其中帶有某種令讀者自謙的成分,就像仰望夜空,欣賞星座,盤桓蒼穹,照亮黑暗……波特輕鬆把物理學、哲學、古人類學和普魯斯特編結在一起,構成一部壯闊綜論。
──《獨立報》(The Independent)
名人推薦:《一本就通:宇宙史》不僅是專為詩人寫的物理學,還可能正是空前最接近詩歌或音樂的科學著述。波特以簡練優美文筆,寫出通俗易解的創新著作。
──希薇亞‧納薩(Sylvia Nasar,生於1947年,《美麗境界》作者)
多年以來,我總私下期盼能有人執著我的手,領我穿梭時空──希望有個人能和我同樣對所有遇上的奇特事物咸感驚嘆,期望他能為科學論述遍灑詩句更增滋味。謝天謝地,克里斯多夫‧波特終於現身了。
──黛瓦‧梭貝爾(Dava Sobel,生於1947年,《經度:尋找地球刻度的人》[Longitude]、《伽利略的女兒》和《行星絮語》[T...
章節試閱
26次方的差別
人是萬物的尺度:是測知存在的事物存在的尺度,也是測知不存在的事物不存在的尺度。
──普羅泰戈拉(Protagoras,約西元前490至前420年)
要想得知我們在宇宙間的位置,我們就必須知道,宇宙間的哪處位置存有哪些事物。科學家以公尺作為測量事物的單位,所以我們一開始就從米尺入手。我們會見到我們能成就哪些發現,同時,假使我們總歸要被宇宙的尺寸壓垮,那麼至少我們也許能夠查明,引發暈眩的源頭是在哪裡。
如果我們採每次一公尺來量測宇宙,進度就會很慢。這樣謹慎行事很快就會變得很無聊。若是讓每個步驟都放大10倍,也就是科學家所說的提高一個「數量級」(order of magnitude),那麼我們就可以探勘得更深、更快。量測得數為1-10公尺之間的所有物體,全都歸入同一個數量級,這就是我們的第一個等級。我們在宇宙間漫步的下一個等級,是介於10-100公尺之間的長度,依此類推。回顧童年時代,身量還不比米尺高出多少的時候寫出的地址,我們可以從住所這裡出發,去尋找那個地址的不同範圍。
從1公尺到10公尺(100-101公尺)
多數人的身高並沒有太大差別。約翰‧濟慈(John Keats)身高1.54公尺,英國海軍上將納爾遜勳爵和瑪麗連‧夢露的身高都是1.65公尺。史蒂芬‧金(Stephen King)和奧斯卡‧王爾德(Oscar Wilde)都是1.9公尺。18和19世紀期間,就平均而言,歐裔美國人是世界上最高的族群。如今,最高的族群見於赫塞哥維納(Herzogovina)*和蒙特內哥羅(Montenegro)**,那裡的男性平均身高為1.86公尺。第二高的族群是荷蘭男子,身高1.85公尺。19世紀末,荷蘭族群以身量短小著稱。過去兩千年間的倫敦人以維多利亞時代的族群最為矮小。20世紀之前的倫敦人以薩克遜時代的族群身材最高。
*波士尼亞南部地區。
**巴爾幹半島上小國。
巨人症和侏儒症會造成罕見的極端身高變化,和平均值可以相差達20%。就我們所知,歷來最高的人是個叫羅勃特‧瓦德羅(Robert Wadlow, 1918-1940)的美國人,身高2.72公尺。
我們日常生活接觸的物體,尺寸大半介於1公尺到10公尺之間。現存最大的陸地動物,幾乎全都介於這個尺寸區間。成年長頸鹿是最高的陸地動物,通常高可達4.8公尺到5.5公尺。已知最高大的個體是5.87公尺。
從10公尺到100公尺(101-102公尺)
不過,現存最長的陸地動物是蟒蛇。最長的一件樣本於1912年在印尼捕獲,測得長度10.91公尺。藍鯨可以長到30公尺長,不過得活得夠久才行,由於受獵捕影響,多數藍鯨都長不了這麼大,而且全球現今種群數量,已經從20萬頭縮減到1萬頭。最長的陸地動物是俗名靴帶蟲(bootlace worm)的巨縱溝紐蟲(Lineus longissimus)。蘇格蘭聖安德魯斯(St. Andrews)海岸找到的一件樣本長約55公尺。
從前的陸地動物都比較大。不久之前,雷克斯暴龍(Tyrannosaurus rex)還號稱最大型的肉食型恐龍。迄今已發掘的雷克斯暴龍標本當中,最大的一件叫做蘇(比較正式的名稱是FMNH PR2081)。蘇的身長12.8公尺,體重也許有6、7公噸。據信蘇生存於6,700萬年前。另一種肉食型恐龍叫做南方巨獸龍(屬名:Giganotosaurus),化石1993年在阿根廷出土。迄今發現的最大標本長13.2公尺。據稱棘龍(屬名:Spinosaurus)的體型舉世無匹,體長可以長到16公尺和18公尺之間,然而1910年在埃及出土的原始標本,已經在二戰期間遭戰火摧毀,後來又找到的化石只有一件顱骨。
*一公噸相當於1,000公斤,英制所採英噸(「長噸」)則相當於1,016公斤,差距並不大。
我們可以假定,不論我們擁有哪種化石證據,都只代表曾經存活的眾多恐龍當中的少數。此外,我們手中的證據,就連我們已知的那寥寥少數,往往也都只是根據少數骨頭推知。有一件骨骼的完整程度相當罕見,那種恐龍名叫布氏腕龍(Brachiosaurus brancai),或稱為長頸巨龍(屬名:Giraffatitan),以好幾批出土物件拼湊而成。那件骨骼身高12公尺,總長22.5公尺,體重有可能達60公噸,生存於侏羅紀末期約1.4億年前。自從1970年代以來,其他屬於植食型的更大型恐龍紛紛出土,不過牠們的大小,都是根據不完整(往往非常不完整)的骨骼估計而得。整個恐龍類群當中最長、最大的一種,相信就是易碎雙腔龍(Amphicoelias fragillimus)了,長58公尺,重122公噸,然而這種恐龍的重建工作,卻只以一節脊椎骨的一幅素描為依據(骨頭實物已經遺失),所以這個尺寸充其量只能說是推測的。
納爾遜紀念柱高度約51.8公尺(含高5.5公尺的納爾遜像)。在2006年之前,那根紀念柱還號稱高56.39公尺。沒有人想到要去核驗。
從100公尺到1,000公尺(102-103公尺)
有一棵喬木勉強擠進這個區帶,號稱歷來發現的最高樹木,那是棵紅杉,高112.51公尺,發現於2006年。攀緣植物省藤(屬名:Daemonorops)的某些植株長可達兩百餘公尺。小孩子喜歡站在東西頂上眺望。成人也保留了這股熱情。有史以來,人類都不斷營造力所能及的最高建築。西元前2600年左右一段短暫時期,埃及國王斯尼夫魯(Snerferu)的紅金字塔是世界上最高的人造建物。據信那是世上第一座側邊平滑的金字塔。埃及另一座金字塔,吉薩大金字塔在西元前2570年左右落成,高146公尺,成為世界最高建物,這個頭銜直到1311年,高160公尺的林肯主教座堂完工方才撤銷。幾個世紀以來,主教座堂相互爭鋒競逐這項紀錄。科隆主教座堂(1248年動工,1880年落成)在1880-1884年間都是世界最高建築。再往後五年期間則由高169公尺的華盛頓紀念碑穩據寶座,直到1889年艾菲爾鐵塔完工那年方才易手,鐵塔計至頂層高300.65公尺,把旗杆納入則達312.27公尺。
若把建築和高塔分歸兩類,那麼在一段非常短暫期間,華爾街40號就是世界最高的建築,高282.5公尺。那棟建築花不到11個月就建成,不過後來高度紀錄被克萊斯勒大廈打破,那時兩棟建築都還沒有啟用。克萊斯勒大廈有一座螺塔,那是偷偷打造的,在1929年10月23日添加上去,讓大廈增高到319公尺。美國汽車製造商沃爾特‧克萊斯勒(Walter Chrysler, 1875-1940)擁有世界最高建物的夢想成真,卻只持續了一年多就難以為繼。帝國大廈在1931年完工,遙遙領先位居榜首,樓高381公尺。
當今世界最大的建物是杜拜的杜拜塔。這個頭銜是在2007年9月12日贏得。那時樓高已達555.3公尺,超出多倫多的加拿大國家塔(CN Tower)兩公尺。依設定目標,到2009年杜拜塔完工時,樓高當超過818公尺*。
*實際完工高度為828公尺。
從1公里到10公里(103-104公尺)
在一般起伏地帶,目光所及的地平線位於數公里外。我們以肉眼環視地表,只見地平線為視野劃出一道界線,就如伸張手臂或邁開腳步所及範圍也為肉體劃定一條空間疆界。
*東肯塔基州民眾稱表觀地平線距離為「見」(see),也就是肉眼見得到的最遠距離。
當你環顧平原或眺望大海,再假定你並不是高得離譜,那麼地平線的絕對最遠距離,就可以達到5公里左右(這是住在這般尺寸星球上頭必然得出的結果)。若眼前有一片遠山景色,那麼我們能夠看見的距離,顯然還會遠上許多。最高的山峰是珠穆朗瑪峰達8.848公里。
最深的礦坑位於南非一處金礦,那處礦區稱為陶托那(TauTona,意思是「大獅子」),深3.6公里。
海洋底下的地殼厚度介於5-7公里之間。
從10公里到100公里(104-105公尺)
儘管世界上最高的建築還不到1公里高,理論上,以最新建材營造的建築,高度上限可達18公里。
太平洋最深地點位於海平面下11.034公里,這樣一來,最深海洋的深度便超過最高山峰的高度。
許多小孩子都會動手向下挖掘,期盼能一路挖到地球的另一邊。成人也有一項全力深掘的挖地計畫,1970年5月24日,計畫在俄羅斯鄰近挪威國境的科拉半島(Kola Peninsula)展開。鑿出的幾個鑽孔當中,最深的一個在1989年鑿成。開鑿作業在1992年中止,因為那時情況已經明朗,地底下的溫度高達攝氏300度,鑽頭無可避免都要熔化。這幾個鑽孔當中,最深的一個達到12.262公里,這也是人類鑿出的空前最深鑽孔。
各大洲底下的地殼厚度平均為34公里,有些部分還可達80、90公里厚。
最高的雲(稱為夜光雲)呈銀藍色,通常到夏季月份才在兩極上空形成,距離地面約80公里。不過近幾年來,夜光雲數量已經增多,而且朝南遠達猶他州都見得到。
在美國,曾經飛航離地超過80.5公里的人都稱為太空人。
地球的大氣並沒有邊界。大氣只會達到無限稀薄的程度。不過,大氣的四分之三質量都涵納在離地11公里以內範圍。實務上我們以卡門線(Karman line)來界定大氣的邊緣,這個名稱得自匈牙利裔美籍工程師西奧多‧馮‧卡門(Theodore von Karman, 1881-1963),因為他發現,約達100公里高度就很難產生空氣動力學升力。
地球有時會運行通過滿布星塵和小岩石的區域(通常都是彗星通過太陽附近時留下的殘屑),這時其中部分物質,就可能進入地球的上大氣層。這種衝撞產生的摩擦作用造就出我們眼中的流星。英仙座流星雨(又稱為聖勞倫斯的淚水)每年八月見於北半球,觀測歷史超過2,000年。每年都有幾百噸纖細的塵埃顆粒,從外太空直接下衝飄向地表。抵達地表的大塊物質稱為隕石。
從100到1,000公里(105-106公尺)
在500公里高空繞地運行的軍事衛星,能夠分辨出20公分長的地面物體。
哈伯太空望遠鏡在1990年發射升空,軌道高度為600公里。運作初期出了個問題,由於主鏡研磨作業出錯,連帶影響望遠鏡的功能。1993年執行了一項出色的修復作業,回復那台望遠鏡的預期功能。根據這台望遠鏡蒐集的資訊,我們這座星系(銀河系)所含恆星數量估計值,在一夜之間增長了一倍。
目前已經有好幾顆人造衛星,在服役期限結束之後炸毀。2007年1月11日,中國把他們風雲系列氣象衛星的1號C星炸毀,爆破碎片比柳橙大的少說達2,400件。這些碎片要全部落回地球得花好幾百年。好些人造衛星也因此必須移往新的軌道。根據估計,在低於一千公里高度繞地運行的人造碎屑,直徑超過10公分的至少有18,500件,超過1公分的則為60萬件。
目前在距離地表160-2,000公里的軌道繞地運行的人造衛星總計為417顆,換言之,這些衛星都是一腳站在本數量級,同時跨足下一個數量級。在這些軌道運行的衛星統稱低地軌道衛星(LEOs , Low Earth Orbit satellites,亦稱近地軌道衛星)。目前仍在太空中持續組裝的國際太空站就是個低地軌道衛星。該衛星的運行高度距地介於319.6-346.9公里之間,每天繞行15.77周。這顆衛星從地表肉眼可見。
霍伊爾在1948年預言,第一張從外面看向地球的照片,會成為「一項新觀點,威力和史上一切觀點同樣強大。」1968年12月,阿波羅8號在軌道上首次拍下了這種影像,拍攝高度介於181.5和191.3公里之間。這幅照片叫做「地出」(Earthrise),據說它對環境保護主義哲學確實產生了強大衝擊,而環境保護運動也正是在1970年代開始發揚光大。阿波羅8號在當年聖誕夜播送了一段電視畫面,顯示船員齊聚朗讀〈創世紀〉章節,在當時成為史上收視率最高的電視節目。
* 哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope,簡稱為HST),為直徑2.4公尺的反射式望遠鏡,以人造衛星繞行地球的方式置於太空中,所以拍攝的天體影像能不受大氣干擾,彌補地面觀測的不足。
從1946年提出構想到發射,建造HST的計畫不斷遭遇困擾延遲;1990年4月,美國太空總署(NASA)終於將HST發射上太空;發射後,主鏡又立即被發現有球面像差,嚴重降低觀測品質,之後歷經NASA四次派遣太空人執行維修工作,恢復且增添觀測儀器,讓HST得以捕捉太空中難得的鏡頭,為人類揭開神秘的宇宙面紗。
2009年執行最後一次的哈伯太空望遠鏡維修任務,總成本近10億美元,期將使HST服役至2014年,是目前服役時間最長也是最知名的太空望遠鏡。
* 國際太空站(International Space Station,簡稱為ISS),為近地軌道建造中的國際研究設施,是人類有史以來最大型的太空計畫,ISS完成後,可提供6名太空人同時居住和工作。由多國聯手合作建造的ISS,主要功能是在微重力場環境下從事研究實驗,包括生物學、物理學、化學等基礎學科,還有醫學、工業等應用研究,研究成果也將由各國共享。而觀察太空人長久暴露在微重力狀態下的影響,對於有朝一日人類或者移居地球外的星球時也將有所助益。
26次方的差別
人是萬物的尺度:是測知存在的事物存在的尺度,也是測知不存在的事物不存在的尺度。
──普羅泰戈拉(Protagoras,約西元前490至前420年)
要想得知我們在宇宙間的位置,我們就必須知道,宇宙間的哪處位置存有哪些事物。科學家以公尺作為測量事物的單位,所以我們一開始就從米尺入手。我們會見到我們能成就哪些發現,同時,假使我們總歸要被宇宙的尺寸壓垮,那麼至少我們也許能夠查明,引發暈眩的源頭是在哪裡。
如果我們採每次一公尺來量測宇宙,進度就會很慢。這樣謹慎行事很快就會變得很無聊。若是...
目錄
新來乍到
26次方的差別
量測萬象
這不是在講你,談科學發展沿革
天地萬象運行不輟
另闢蹊徑
燭照物質的光
有物和無物
歡慶繁星誕生
反覷自身
瓜瓞綿綿
進出非洲
我們在那裡
致謝詞
新來乍到
26次方的差別
量測萬象
這不是在講你,談科學發展沿革
天地萬象運行不輟
另闢蹊徑
燭照物質的光
有物和無物
歡慶繁星誕生
反覷自身
瓜瓞綿綿
進出非洲
我們在那裡
致謝詞