万物简史：八卦的时候讲知识？这本书做到了

万物简史：[美] 比尔·布莱森 著 / 严维明 陈邕 译  豆瓣评分：8.7     评价人数：7464人

宇宙的故事

一、宇宙是怎么诞生的

宇宙诞生于距今100亿到200亿年前。把现在到宇宙创建之时的每个粒子塞进一个根本谈不上大小的极小地方。这就是所谓的奇点。奇点并不是一个悬在漆黑无边的虚空中的孕点，奇点四周没有四周，我们也无法问一声它在那里已经多久，空间和时间都并不存在。奇点在科学上称之为t=0的时刻发生了著名的大爆炸。

大爆炸的第一秒钟，产生了引力和支配物理学的其他力。不到1分钟，宇宙的直径已经有1600万亿公里，而且还在迅速扩大。这时候产生了大量热量，温度高达1000万摄氏度，足以引发核反应，其结果是创造出较轻的元素，主要是氢和氦，还有少量锂。3分钟以后，98％的目前存在的或将会存在的物质都产生了。

二、太阳系的形成

大约46亿年之前，一股直径约为240亿公里、由气体和尘埃组成的巨大涡流，积储在现在太阳系所在的空间，然后99.9％的物质都被用来形成了太阳。在剩下的飘浮物质当中，两颗微粒飘到很近的地方，被静电吸到一起，地球开始孕育。在整个初生的太阳系里，同样的情况正在发生。尘粒互相碰撞，构成越来越大的团块。这些团块大到了一定程度，可以被称做微行星，这些微行星再无休止地碰撞，分解。

在不断的碰撞合并中，在不过2亿年的时间里，很可能还不到，地球就基本形成了。大约在45亿年以前，一个火星大小的物体撞上了地球，炸飞了足够的材料形成了月球。据认为，构成月球的大部分材料来自地壳，不是地核，这就是月球上极少有铁的原因，而地球上铁却很多。

当地球还是它最终大小的大约三分之一的时候，它很可能已经开始形成大气，主要由二氧化碳、氮、甲烷和硫组成。二氧化碳是一种强有力的温室气体。它是一样好东西，要是我们没有受益于温室效应，地球很可能已经永久被冰雪覆盖，生命也许永远找不到一块立足之地。在之后的5亿年里，年轻的地球继续受到彗星、陨石和银河系里其他碎块的无情撞击。 这个过程产生了蓄满海洋的水，产生了成功形成生命所必不可少的成分。这是个极不友好的环境，然而生命还是以某种方式开始了。

三、奇点为什么会爆炸

很可能是有无数个宇宙，每个都有不同的特性，不同的组合，我们的宇宙只是众多宇宙的一部分或其中之一，大爆炸到处不停地发生。这也是为什么我们周围的一切都那么恰到好处，因为我们只是生活在一个组合的方式恰好适于我们存在的宇宙里。  

四、永远也到不了宇宙的边缘

即使你沿着一条直线往外走，你也永远到不了宇宙的边缘。你会回到起始的地方，因为，按照爱因斯坦的相对论，空间是弯曲的，恰好使其无限而又有限。此外，根据大多数理论，要到看不见的宇宙边缘的光年数，需要用几百万个“0”来表示。简而言之，现有的空间比你想像的还要大的多，你不必再去想像空间外面还有空间。

五、不断膨胀的宇宙

哈勃在20世纪30年代初得出结论：天空中的所有星系（除我们自己的星系以外）都在离我们远去。而且，它们的速率和距离完全成正比：星系距离我们越远，退行速率越快。这的确是令人吃惊的。宇宙在扩大，速度很快，而且朝着各个方向。你无须有多么丰富的想像力就能从这点往后推测，发现它必定是从哪个中心点出发的，这为大爆炸理论奠定了基础。

要是恒星在一个静止的宇宙里不停燃烧，就会使整个宇宙酷热难当--对于我们这样的生物来说当然是太热了。一个不断膨胀的宇宙一下子把这个问题基本解决了。        

六、容易忽略的谬误

书上的太阳系图只是为了教学而非实际情况，因为无法按比例来画太阳系图。在一张成比例的太阳系图上，如果将地球的直径缩小到大约一粒豆子的直径，土星便会在300多米以外。

七、有没有外星人

从统计角度来看，外层空间存在有思想的生物的可能性还是很大。银河系里估计有1000亿颗到4000亿颗恒星，而银河系只是大约1400亿个星系之一。

康奈尔大学的一位教授想出了一个著名的方程式，旨在计算宇宙中存在高级生命的可能性。据测算，任何两个文明社会之间的平均距离至少在200光年。所以就算有外星人他们很有可能也来不了，因为太远。就算他们从望远镜里看我们，也只是看到200年前的我们。

八、大爆炸产生了98%的物质，对我们的存在至关重要的2%是哪儿来的呢

要打造对于我们的存在至关重要的重物质：碳、氮、氧以及其他重元素，你非要有大爆炸释放出来的那种热量和能量不可。可是，大爆炸只发生过一次，而那次大爆炸没有产生重元素。因此，它们是从哪儿来的？超新星提供了解释。

要是恒星坍缩到原子核的那种密度，原子实际上已经被压成一团，它们的电子不得不变成核子，形成了中子。这样就形成了一颗中子星。一颗中子星核的密度非常大，里面的一调羹物质会重达900亿千克。然而，不仅如此。这样的一颗恒星坍缩以后会释放出大量的能量，足以产生宇宙里最大的爆炸，这种由此产生的爆炸叫做超新星。

九、暗物质和暗能量

宇宙的至少90％，也许多达99％，似乎是由"暗物质"组成的，一种我们看不见的东西。我们生活在一个多半连看都看不见的宇宙里，而却毫无办法。至少有两个主要嫌疑的名字受到注意：据说，它们不是"WIMP"（"弱互相作用大质量粒子"，即大爆炸留下的看不见的微小物质），就是"MACHO"（"晕状大质量致密天体"，实际上只是黑洞、棕色矮星和其他光线很暗的恒星的另一种说法）。

近来有迹象表明，宇宙的星系不仅在离我们远去，而且离去的速度越来越快。看来宇宙不仅充满暗物质，而且充满暗能量。科学家们有时将这称之为真空能或第五元素。有理论认为，空空荡荡的太空其实并不空空荡荡--物质和反物质的粒子在不停地产生和消失--是它们在把宇宙以越来越快的速度往外推移。

我们的地球

一、外貌

根据牛顿的学说，地球自转产生的离心力，造成两极有点扁平，赤道有点鼓起。因此，这颗行星稍稍呈扁圆形，而科学家们后来历尽千辛万苦的实地测量结果显示，牛顿是对的。

二、体重

1797年，67岁高龄的卡文迪许花了将近一年时间，经过实验测算，宣布地球的重量略略超过60000亿亿吨。 今天科学家通过最精密灵敏的仪器测得地球重量的最准确估计数是59725亿亿吨，与卡文迪许的结果只相差1％左右。

三、年龄

测定地球年龄的问题在于，你需要有极其古老的岩石，要是岩石年轻得多，测出的年代显然会比较年轻，从而得出错误的结论，而真正古老的岩石在地球上是很难找得着的。

芝加哥大学的克莱尔·彼得森提出了一个假设，即许多陨石实际上是太阳系早期留下来的建筑材料，因此多少保留着原始的内部化学结构。测定了这些四处游荡的岩石的年代，你也就（接近于）测定了地球的年龄。彼得森任劳任怨地干了7年，才收集到可用于最后测试的样品。1953年春，他终于得出了结果，地球的确切年龄为45.5亿年。

四、板块构造学说

今天我们知道，地球表面是由8-12个大的板块（取决于你怎么界定大小）组成的；它们都在以不同的速度朝不同的方向移动，它们与所在陆块只有一种附带关系。比如，冰岛从中间一分为二，在板块上一半属于美洲，一半属于欧洲。与此同时，新西兰是巨大的印度洋板块的组成部分，虽然这个国家远离印度洋。哈萨克斯坦原来一度与挪威和新英格兰相连。总之，岩石是会来来往往的。

通过全球定位系统，我们可以看到欧洲和北美洲正以指甲生长的速度--大约以人的一生两米的速度--渐渐远离。

板块构造学不仅解释了地球的表面动力学--比如，古代三趾马是怎么从法国跑到了佛罗里达。而且还解释了它的许多内部活动，地震、群岛的形成、碳循环、山脉的位置、冰期的到来、生命本身的起源等等都受其影响。

但是还有许多地面特征构造地质学无法解释。比如澳大利亚在渐渐倾斜、下沉。在过去的1000万年里，它一方面朝北向亚洲漂移，另一方面它的主要边缘下沉了将近200米，这些现象目前还是个谜。

相对论都说了点啥

一、狭义相对论

狭义相对论著名的等式E=mc2，等式中的E代表能量，m代表质量，c2代表光速的平方。这个等式的意思是：质量和能量是等价的。它们是同一东西的两种形式：能量是获释的质量；质量是等待获释的能量。由于c2（光速的平方）是个很大的数字，这个等式意味着，每个物体里都包含着极其大量的能量。

爱因斯坦的理论解释了放射作用是怎么发生的：一块铀怎么源源不断地释放出强辐射能量，而又不像冰块那样融化，因为它把质量极其有效地转变为能量。该理论解释了恒星为什么可以燃烧几十亿年而又不把燃料用尽。

狭义相对论里缺少一样东西，那就是引力。狭义相对论之所以"狭义"，是因为它研究的完全是在无障碍的状态下运动的东西。但是，要是一个运动中的东西--尤其是光--遇到了比如引力这样的障碍会怎么样？

二、广义相对论

爱因斯坦用了十年提出了广义相对论：空间和时间不是绝对的，而是既相对于观察者，又相对于被观察者。想像一列100米长的火车在以光速的60％行驶。对于立在站台上望着它驶过的人来说，那列火车看上去会只有60余米长，车上的一切都会同样缩小。要是我们听得见车上的人在说话，他们的声音听上去会含糊不清，十分缓慢，他们的行动看上去也会变得很笨拙。 然而车上的人并不觉得自己变了形。在他们看来，倒是立在站台上的我们古怪地变小了，动作变慢了。

在"广义相对论"的众多概念中，最具挑战性的，在于时间是空间的组成部分这个概念。我们本能地把时间看做是不可改变的，广义相对论指出，时间是可以更改的，不断变化的，时间甚至还有形状。一份时间与三份空间结合在一起形成一份"时空"。

通常，时空是这样解释的：请你想像一个平坦而又柔韧的东西--比如一块地毯--上面放个又重又圆的物体，比如铁球。铁球的重量使得下面的底垫稍稍伸展和下陷。这大致类似于太阳这样的庞然大物（铁球）对于时空（底垫）的作用：铁球使底垫伸展、弯曲、翘起。现在，要是你让一个较小的球从底垫上滚过去，它试图做直线运动，就像牛顿运动定律要求的那样。

然而，当它接近大球以及底垫下陷部分的时候，它就滚向低处，不可避免地被大球吸了过去。这就是引力--时空弯曲的一种产物。凡有质量的物体在宇宙的底垫上都能造成一个小小的凹坑。从这个观点来看，引力不是一种'力'，在某种意义上，引力并不存在，使行星和恒星运动的是空间和时间的变形。

神奇的量子物理学

一、世界的基本组成单位——原子

原子的基本工作形式是分子。一个分子就是两个或两个以上以相对稳定的形式一起工作的原子：一个氧原子加上两个氢原子，你就得到一个水分子。

原子不可思议地长寿。你身上的每个原子肯定已经穿越几个恒星，曾是上百万种生物的组成部分，然后才成为了你。有人测算，我们每个人身上多达10亿个原子。据说，原子的寿命大约为1035年。

每个原子都由三种基本粒子组成：带正电荷的质子，带负电荷的电子，以及不带电荷的中子。质子和中子装在原子核里（原子核很小--只有原子全部容量的千万亿分之一，但密度极大，它实际上构成了原子的全部物质）。而电子在外面绕着旋转。质子的数量决定一个原子的化学特性。有一个质子的原子是氢原子；有两个质子的原子是氦原子；有三个质子的原子是锂原子；如此往上增加。你每增加一个质子就得到一种新元素。

一般来说，中子数量与质子数量大致相等，但也可以稍稍多一点或少一点。增加或减少一两个中子，你就得到了同位素。

原子主要是空荡荡的空间，你坐在椅子上，其实没有坐在上面，而是以1埃（一亿分之一厘米）的高度浮在上面，你的电子和椅子的电子不可调和地互相排斥，不可能达到更密切的程度。

二、不按套路出牌的电子

传统的电动力学理论认为，飞速转动的电子很快会把能量消耗殆尽，然后盘旋着飞进原子核，给二者都带来灾难性的后果。玻尔认为电子只能留在某些明确界定的轨道上，不会坠入原子核。根据这种新的理论，在两个轨道之间运行的电子会在一个轨道消失，立即在另一轨道出现，而又不通过中间的空间。这就是著名的"量子跃迁"。

三、原子核没炸全靠它

另一个问题是，带正电荷的质子怎么能一起待在原子核里面，而又不把自己及原子的其他部分炸得粉碎。卢瑟福设计出了一种模型，说明原子核不会爆炸的原因。他认为，质子的正电荷一定已被某种起中和作用的粒子抵消，他把这种粒子叫做中子。后来他的同事找到了中子，证明了这个猜想。

四、超距作用

沃尔夫冈·泡利在1925年的"不相容原理"中提出：粒子有个特性，叫做自旋，根据量子理论，你一确定一个粒子的自旋，那个姐妹粒子马上以相反的方向、相等的速率开始自旋，无论它在多远的地方。这个现象在1997年得到了证实，瑞士日内瓦大学的物理学家把两个光子朝相反方向发送到相隔11公里的位置，结果表明，只要干扰其中一个，另一个马上作出反应，这种作用称为超距作用。

超距作用完全违反了狭义相对论。什么也超不过光速，而物理学家们却在这里坚持认为，在亚原子的层面上，信息是可以以某种方法超过光速的，但是迄今为止谁也解释不清楚粒子是如何办到这件事的。

五、薛定谔的猫

为了说明量子世界那充满不确定性的性质，薛定谔提出了一个著名的思想实验：假设把猫儿放进一只箱子，同时放进一个放射性物质的原子，连着一小瓶毒药。要是粒子在一个小时内发生衰变，它就会启动一种机制，把瓶子击破，使猫儿中毒。要不然，猫儿便会活着。但是，我们无法知道会是哪种情况，因此从科学的角度来看无法作出抉择，只能同时认为猫儿百分之百地活着以及百分之百地死了。

六、强核力和弱核力

量子物理学在一定程度上打乱了物理学，突然之间，你需要有两套规律来解释宇宙的表现--用来解释小世界的量子理论和用来解释外面大宇宙的相对论。相对论的引力在粒子的层面上证明不起作用。为了解释是什么把原子拢在一起，就需要有别的力。

20世纪30年代发现了两种：强核力和弱核力。强核力把原子捆在一起，是它将质子拢在原子核里；弱核力从事各种工作，主要与控制某种放射衰变的速率有关。弱核力尽管叫做弱核力，它比万有引力要强1亿亿倍；强核力比这还要强得多，但它的影响只传到原子直径的大约十万分之一的地方。这就是原子核的体积如此之小、密度如此之大的原因，也是原子核又大又多的元素往往很不稳定的原因：强核力无法抓住所有的质子。

七、标准模型

20世纪60年代，物理学家默里·盖尔曼发明了一种新的粒子分类法：所有强子（物理学家用来指受强核力支配的质子、中子和其他粒子．）都是由更小的，甚至更基本的粒子组成的，它们最后被称做夸克。

随着人们对夸克的进一步了解，出现了所谓的标准模型。在物质的基本材料中有夸克；夸克由名叫胶子的粒子黏合在一起；夸克和胶子一起形成了原子核的材料，即质子和中子。轻子是电子和中微子的来源。夸克和轻子统称为费密子。玻色子是产生和携带力的粒子，包括光子和胶子。希格斯玻色子也许存在，也许不存在；这完全是为了赋予粒子质量而发明出来的。

标准模型很笨拙，而且不完整。一方面，它根本没有谈到引力。为了赋予粒子以质量，你不得不引入假设的希格斯玻色子，它是否真的存在我们还不知道。

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