通向宇宙的三級階梯：從太陽到黑洞，再到神秘的暗物質（簡體書）

如果科學家摸不到太陽，怎麼知道它的組成呢？如果們看不到黑洞，怎麼能肯定它們存在？引力物理學家戴維·加芬克爾和科幻作家理乍得·加芬克爾兄弟倆在《通向宇宙的三級階梯》中就解答了諸如此類的問題。這本書帶我們探究宇宙學中某些*復雜的現象，看科學家怎樣通過觀察、間接檢驗和理論來獲得關於宇宙的知識。如果你想要了解更多關於宇宙的知識，看這本書沒錯，它展示的是科學家揭示宇宙奧秘的方法。

戴維·加芬克爾（David Garfinkle），美國奧克蘭大學物理系教授，主要研究領域為引力生物學。

理查德·加芬克爾（Richard Garfinkle）.美國科幻作家，著有《仙事》（Celestial Matters，Tor Books，1996）、《轉瞬之間》（All of an Instant，Tor Books，1999）等。其中，《仙事》獲得了1997年的康普頓·克羅克獎（Compton Crook Award），該獎每年頒發一次，獎勵一本科幻、奇幻類處女作品。

庾君偉，北京大學天文學系研究生畢業，對天文痴迷。曾在Monthly Notices of the Royal Astronomical Society等國內外核心期刊發表科研論文5篇。

如果科學家摸不到太陽，怎么知道它的組成呢？如果看不到黑洞，怎么能肯定它們存在？引力物理學家戴維·加芬克爾和科幻作家理查德·加芬克爾兄弟倆在《通向宇宙的三級階梯(從太陽到黑洞再到神秘的暗物質)》中就解答了諸如此類的問題。這本書帶我們探究宇宙學中某些*復雜的現象，看科學家怎樣通過觀察、間接檢驗和理論來獲得關于宇宙的知識。如果你想要了解更多關于宇宙的知識，看這本書沒錯，它展示的是科學家揭示宇宙奧秘的方法。

為什麼人們知道明天太陽會照常升起？為什麼我們知道日常生活中有很多常識是正確的？比如說，冰上很滑或者用火柴可以點燃燃氣爐。
我們看到太陽每天都會東昇西落，感受到在冰上行走會打滑，每天都會使用天然氣，等等。這都是我們的日常生活經驗。但是，我們如何獲得那些遙遠物體的信息呢？例如，太陽和星星。此外，我們又如何獲得那些我們看不見的物體的信息呢？比如物理學家研究的暗物體：黑洞、暗物質和暗能量。我們將通過探尋存在於科學家思維中的三類世界來發現這些物體，即我們看見的世界、我們能夠弄清楚的世界，以及我們自認為知道的世界。
路在哪裡？
在通向宇宙的旅程中，我們將會探索三類不同的隱喻世界：感知世界、探測世界和理論世界。科學的理解正是建立在這三類世界的相互聯繫之中。
“感知世界”就是我們每天所經歷的一切，包括我們的所見、所聽、所聞、所觸、所嘗，以及帶來的相關記憶。我們的思維，大多數時間都沉浸在這個感知世界裡。現實中，我們好像是在這個感知世界裡生活，然而實際上，我們每天都會多次觸及它的邊界。
假設你正在用手機給你的朋友打電話。你看著手機鍵盤，然後按鍵撥號。很快，你就會聽到朋友的聲音。在你問“這是如何實現的呢”這個問題之前，這些都是感知世界的一部分。你的朋友在數英里之外，你聽到他的聲音是因為你耳朵旁的這個“金屬塑料盒”。這是怎麼回事呢？
要想弄明白究竟是怎麼回事，需要知道手機的作用，以及它是如何與你周圍的世界發生聯繫的。朋友的手機會吸收他的聲音在周圍空氣中產生的振動，然後發出振動形式相同的無線電波。無線電波被你的手機接收之後，就會產生相同的振動，於是你就听到了朋友的聲音。其實，你聽到的並不是你朋友真實的聲音，而是手機根據無線電波信號“重建”的複製品。值得注意的是，這裡用到了一種我們看不見、聽不到、聞不出、摸不著的特殊事物，即無線電波。那麼，我們是怎麼得知無線電波的存在的呢？又如何證明前面的解釋是正確的呢？
我們有一些設備，如手機和其他的無線電接收器，可以產生我們能夠察覺到的效應（如朋友的聲音或者最喜歡的電台播放的音樂）來反映無線電波的存在。利用這些設備，我們可以將這個世界未被感知到的部分（如無線電波）和已被感知到的部分（如聲音）聯繫起來。像這些我們不能直接意識到它們存在，但是可以通過間接方法（也就是利用設備）證實其的確存在的部分，就是我們所說的“探測世界”。正如我們一直生活在感知世界裡一樣，我們也一直生活在這個探測世界裡。

致謝
前言

第1級階梯太陽
第1章看得見卻摸不著
第2章那個發光的東西是由什麼組成的？
第3章核聚變：能量就隱藏在眼皮底下

第2級階梯黑洞
第4章舊引力理論和新引力理論
第5章相對論中的黑洞
第6章恆星的一生
第7章搜尋黑洞
第8章引力波

第3級階梯暗物質和暗能量
第9章星系尺度
第10章暗物質是什麼？
第11章所有的解決方法
第12章暗能量、反引力和愛因斯坦的失誤回到地球
第13章路線圖
第14章科學，就是如此

簡明天文學術語表
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第1章看得見卻摸不著
我們每個人都會有屬於自己的感知世界，它是通過每個人的感知系統領悟周圍的生活環境和生活經歷，從而形成的個性化的感知世界。比如，高瞻遠矚的人和目光短淺的人對周圍世界的感知就會不一樣。但是，不同的感知世界之間最主要的區別在於感受者位置的不同。
在感知世界裡，有兩類物體是可以分辨的。第一類是那些我們看得見、聽得到、也許還能聞得著的，離我們較遠的物體；第二類是那些我們能直接觸摸，能感知它們存在的，離我們較近的物體。要分辨某個物體屬於第一類還是第二類，取決於我們的位置和物體所在位置之間的關係。比如，遠處的高山屬於第一類物體，而當我們站在山上時，此時的山就屬於第二類物體。同樣，電視節目裡的颶風完全不同於在附近肆虐的颶風。
滿天的星星就屬於第一類物體，我們只能遠遠地觀察但無法觸摸。但這種依賴於觸覺的二分法，有個很重要的例外：太陽。太陽離我們既不是太近，也不是太遠，它和我們有著最密切、最直接的聯繫。太陽光照在我們身上，溫暖著我們，有時候還可能曬傷我們。白天，有太陽的時候，我們會感受到陽光的溫暖；晚上，沒有太陽時，我們會感覺到黑夜的寒冷。儘管太陽在我們的日常生活中處於主導地位，儘管它的光芒耀眼奪目並且溫暖著我們的肌膚，但是，它對我們是可望而不可即的。然而，耀眼的光芒，驅使科學必須去了解太陽。如果不了解太陽，就不能說我們了解周圍的世界，但遙遠的距離加劇了我們弄清楚太陽性質的難度。
為了了解太陽，古代的學者們用各自的方式對太陽進行觀測。假設我們處在古代學者們的感知世界中。對於太陽，我們知道的比我們看見的要少得多。不難想像，將古時的觀測轉化成對太陽的了解，其程度將會如何。我們可以從所感知的太陽和所關心的方面開始。我們看見太陽的光，看見它每天從東方升起，在西方落下。我們能感覺到它的溫暖，還能感覺到這種溫暖和白天的長度變化隨著太陽的運動以年為周期重複地出現。
經驗告訴我們，太陽運動和四季變換是緊密相關的。歷史上，人類大部分時間計量與此有關，而且人們很快就學會瞭如何運用，但人們並不明白其中的原因，因為缺少揭示這種週年變化現象所需要的觀測儀器。我們的祖先在有限的事實基礎上創造了複雜的理論。這些複雜的理論，本質上不屬於科學，主要是宗教和神話，是為宗教目的服務的。然而，本章的目的不是要深入探討與太陽有關的神話故事，更多的是想尋找這些神話背後隱藏著什麼，努力去探測太陽的各個方面，並弄明白這些探測結果是如何被總結並轉化為我們如今所了解的太陽理論的。
太陽的光、熱和運動是我們能直接觀測到的最明顯的三個方面。幾個世紀以來，運動是天文學理論和觀測的基礎。天文學家和其他人都想知道星星在天空中是如何運動的。
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