13次時空穿梭之旅（簡體書）

科林·斯圖爾特（Colin Stuart）：
曾榮獲歐洲天文學新聞獎二等獎，英國皇家天文學會成員，科學及天文學作家，曾出版《科學大問題》《為什么宇宙那么重要》等作品。《13次時空穿梭之旅》于2016年出版，本書一經出版便登上各大暢銷書排行榜且位居前列，成為英國幾乎人手一冊的科普暢銷書，使科林·斯圖爾特一躍成為歐洲備受關注的科普作家。

序
引言

第一章 太陽、月亮以及那些行星
羅伯特·斯塔威爾·鮑爾爵士（Sir Robert Stawell Ball）1881

第二章 一顆隕星的故事
詹姆斯·杜瓦爵士（Sir James Dewar）1885

第三章 太空遨游
赫伯特·霍爾·特納（Herbert Hall Turner）1913

第四章 穿越時間與空間
詹姆斯·霍普伍德·金斯爵士（Sir James Hopwood Jeans）1933

第五章 生活中的天文學
哈羅德·斯潘塞·瓊斯爵士（Sir Harold Spencer Jones）1944

第六章 對宇宙的探索
伯納德·洛維耳爵士（Sir Bernard Lovell）
弗朗西斯·格雷厄姆-史密斯爵士（Sir Francis Graham-Smith）
馬丁·賴爾爵士（Sir Martin Ryle）
安東尼·休伊什（Antony Hewish）1965

第七章 時光機
喬治·波特爵士（Sir George Porter）1969

第八章 行星
卡爾·薩根（Carl Sagan）1977

第九章 起源
馬爾科姆·朗蓋爾（Malcolm Longair）1990

第十章 宇宙洋蔥
弗蘭克·克洛斯（Frank Close）1993

第十一章 時間之箭
尼爾·約翰遜（Neil Johnson）1999

第十二章 在空間與時間中漫游
莫妮卡·格雷迪（Monica Grady）2003

第十三章 如何在太空中生存
凱文·方（Kevin Fong）2015

紀實圖集
后記
圖片說明
作者手記

時間之箭 尼爾·約翰遜 1999

1. 時間旅行是否有可能？
2. 光波的運動有多快？
3. 光陰流逝的差別是如何產生的？
4. 原子躍遷的過程是怎樣的？

約翰遜的講座探討了一些最精深的問題，也許可以涉及我們對世界的體會。我們是這樣長大的：我們理解時間的基本機制，一臺時鐘的所謂穩定的特性，就是當時間過去一秒，它也會走過一秒。然而物理學中的發現，尤其是過去的20世紀及其前后的發現，讓一切都發生了徹底的改變。我們將會看看，改變你感受到的時間的速度是否有可能實現，并正面解決一個或許可以被稱作最大難題的難題：時間旅行是否有可能？

約翰遜這樣開始了他的第一場講座：“1999年是非常特殊的一年……因為它不僅是千年之交，同時是皇家科學院成立200年之年。所以，還有什么主題比討論時間更合適呢……在本系列講座中，我們將會發現，對于‘時間究竟是什么’這個問題，這200年的科學發展徹底改變了我們的認識……我們將會看到，我們如何通過觀察光波，得到了有關時間本身的一些變革性發現。”
我們可以將光想象成一種波，具有上上下下振動的重復性圖案，就像我們在海灘上可以看到的那種波浪。然而，光波的傳播究竟有多快？約翰遜邀請聽眾席中一個名叫海倫（Helen）的女孩幫助他做一個驗證，道具包括一臺微波爐以及一些棉花糖。微波爐發射的微波是一種形式的光，類似無線電波還有我們肉眼能看到的可見光。約翰遜向微波爐中放了一盤棉花糖，而爐中的轉盤早已被移除。微波爐的烹飪方式并不均勻，發射出的微波會在一些位點上下移動，這些地方就會蘊含更多能量，但其他部分就不會有這么多，這就在爐內造成了一些“熱點”。當棉花糖被取出后，很容易看出，有一些已經被熔化而其他的一些還沒有。“真的可以看到一幅圖案。”約翰遜說道。相鄰兩條熔融棉花糖帶之間的距離，就等于微波波長的一半。借助一把尺子，海倫計算了糖帶之間的距離約為0.12米。將這一結果與微波振動的頻率相乘就可以得到速度。幸運的是，微波爐的背后就寫有頻率數值2450兆赫（每秒24.5億次振動）。海倫在計算器上將上述兩個數字相乘之后，得到每秒2.94億米的結果。約翰遜展示了一張卡片，上面寫的是公認的光速數值，即每秒3億米。
“事實證明，海倫不僅計算出了光速，她還算出了宇宙中移動速度最快的事物。”約翰遜說，“這個發現的故事實際上是科學中最偉大的革命之一……并且它告訴我們一些事，這些事徹底讓時間發生了變革。”這便是阿爾伯特·愛因斯坦的工作。“光速的問題讓他很發愁。”約翰遜講道。愛因斯坦得出結論，認為光速對所有觀測者來說都是一樣的，“不管你坐在這兒，還是正乘坐大巴回家，又或是你坐在‘進取號’星艦（譯注：著名科幻電影《星際迷航》中一艘星艦的名稱）上。在他提出這一想法之后，已經被操作過的每一個實驗似乎都證實，光速對所有觀測者來說都是一樣的”。
愛因斯坦有關光速的一些觀點，對我們理解時間來說有著意義深遠的暗示作用，而我們之所以能看到這一點，還需要感謝另一位志愿者魯比（Ruby）參與了實證。她盤腿坐在一輛木制的小車上，手中握有一只球，而球的內部有盞燈，代表光線的一個脈沖。她先是上上下下地扔著球，不過隨后約翰遜便拉著車在地面上移動，而攝像機鏡頭一直跟隨著球中發出的光。我們看到球正在沿著鋸齒形的波狀軌跡運動。“某種奇怪的事情發生了——我們看到了與魯比眼中不同的現象。魯比坐在推車中，（對她來說）球在不變的距離上運動……上上下下，不管她是固定不動，還是我拉著她運動，都是如此。然而，對我們來說……球不僅會上下運動，也在跟著向前走——它運動的距離更遠。”還記得這顆球是代表光的脈動吧？而我們剛剛同意光速對所有觀察者來說都是固定的，而速度等于距離除以時間。“那么如果速度保持不變而距離卻不同了……那么時間對魯比和和我們來說就勢必不等同了。”約翰遜說道，“現在這問題開始讓人大開眼界了。”
“想象一下魯比還有一個雙胞胎姐妹。魯比乘坐一艘太空飛船離開了很多年，（然后）又回來了。魯比在太空飛船上計算的時間，與她的孿生姐妹在地球上計算的時間可不同。”對魯比來說，消逝的時間更短，因此當她回到家時，會發現她現在比她的孿生姐妹要年輕，盡管她們出生在同一天。“光陰流逝的不同，取決于你是如何運動的。”約翰遜說，“這太奇幻了，所以我覺得我們應該仔細驗證，看看是不是真的如此。”
英國國家物理實驗室的約翰·萊弗蒂（John Laverty）帶著他的“同卵雙胞胎”來到了現場，那是一對高度精確的原子鐘。萊弗蒂在我們面前將它們進行同步，這樣就會顯示同樣的時間，只有四十億之一秒的誤差。“約翰，如果我們帶上其中一臺鐘來一次旅行再帶著它回來，那么到最后一場講座時，我們是否能夠證明愛因斯坦的理論？”約翰遜問道。“沒錯。”萊弗蒂說道。