一本就通：宇宙史

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。

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。

《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）

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。