為了使讀者看清人類在自然界中的位置，看清今天的科學(xué)在人類歷史上的地位，《探索系列叢書·探求宇宙的秘密：從哥白尼到愛因斯坦》特別介紹了地球上文明的起源和進(jìn)步，介紹了自然科學(xué)的誕生和發(fā)展。本書以哥白尼、伽利略、牛頓和愛因斯坦的貢獻(xiàn)為主線，來描述自然科學(xué)的重大成就和重要思想；以霍金和彭羅斯的貢獻(xiàn)為核心，來闡述當(dāng)代的時(shí)空理論，介紹相對論研究的最新成果。
《探索系列叢書·探求宇宙的秘密：從哥白尼到愛因斯坦》概覽古今、縱橫中西。闡述了宇宙是如何起源的、如何發(fā)展的、將向何處去，時(shí)間有無開始、有無終結(jié)，黑洞、暗物質(zhì)是否存在、會(huì)對宇宙產(chǎn)生什么樣的影響，等等問題。語言生動(dòng)、幽默，通俗易懂，圖文并茂，是難得的科學(xué)普及佳作。
本書是一本適應(yīng)面較寬的科普讀物，中學(xué)生、大學(xué)生和研究生都可以從中獲取有益的知識(shí)。書中主要介紹了物理學(xué)和天文學(xué)發(fā)展的不平凡歷程和一些最新成果，特別是有關(guān)相對論、黑洞和宇宙演化的知識(shí)。本書收集了許多科學(xué)家的珍聞趣事，介紹了一些重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折過程。希望廣大讀者能在輕松、愉快的情況下讀完本書，并有所收益。也希望有志于科學(xué)研究的年輕人能從書中得到一些啟發(fā)，增強(qiáng)自己的科學(xué)研究能力。
為了使讀者看清人類在自然界中的位置，看清今天的科學(xué)在人類歷史上的地位，本書特別介紹了地球上文明的起源和進(jìn)步，介紹了自然科學(xué)的誕生和發(fā)展。本書以哥白尼、伽利略、牛頓和愛因斯坦的貢獻(xiàn)為主線，來描述自然科學(xué)的重大成就和重要思想；以霍金和彭羅斯的貢獻(xiàn)為核心，來闡述當(dāng)代的時(shí)空理論，介紹相對論研究的最新成果。書中還包含了作者本人的一些研究心得。
作者在本書中列舉了許多事例以期說明：歷史上，青年是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的主力軍。
在物理學(xué)的長期教學(xué)與研究中，作者深感需要一本通俗介紹物理思想并帶有趣味性的輔助讀物，同時(shí)把科學(xué)史融入其中，使學(xué)生能在避開繁雜的數(shù)學(xué)計(jì)算、較為輕松的情況下，掌握深?yuàn)W理論的主要思想，了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折歷程，學(xué)到科學(xué)研究的方法。
歐美、日本的教授對中國學(xué)生的考試能力普遍感到欽佩，但覺得中國學(xué)生的科研能力遠(yuǎn)不如考試能力那樣出色。這反映了中國學(xué)校教學(xué)成功的一面和失敗的一面。一般說來，中國學(xué)校普遍強(qiáng)調(diào)刻苦學(xué)習(xí)、強(qiáng)調(diào)基本功、強(qiáng)調(diào)做練習(xí)，中國學(xué)生投入的精力和時(shí)間遠(yuǎn)非歐美學(xué)生可比。但由于經(jīng)濟(jì)條件的限制，中國學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)比歐美學(xué)生少。而且，在教學(xué)過程中，中國教師往往不注意突出物理思想，不注意讓學(xué)生了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱難過程，不注意培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的方法和興趣，這就造成了中國學(xué)生“考試見長、科研見短”的奇特局面。
在目前我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力已得到較大發(fā)展的情況下，應(yīng)該給學(xué)生提供更多的動(dòng)手機(jī)會(huì)，去做更多的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，改進(jìn)我們的教學(xué)方法，豐富學(xué)生的物理思想，增進(jìn)學(xué)生對科學(xué)發(fā)展史的了解，也會(huì)有助于我國學(xué)生科研能力的提高。
作者希望本書能起到科普讀物和輔助教材的雙重作用，使一般青年讀者和物理專業(yè)的學(xué)生都能從中獲益。本書是一次新的嘗試，錯(cuò)誤之處在所難免，歡迎廣大讀者批評(píng)指正。
趙崢，1943年出生于四川成都，1967年畢業(yè)于中國科技大學(xué)物理系，1981年于北京師范大學(xué)天文系獲碩士學(xué)位（導(dǎo)師劉遼教授），1987年于布魯塞爾自由大學(xué)獲博士學(xué)位（導(dǎo)師普利高津教授）。曾任北京師范大學(xué)物理系主任，中國引力與相對論天體物理學(xué)會(huì)理事長�，F(xiàn)為北京師范大學(xué)物理系教授，理論物理博士生導(dǎo)師、教育學(xué)博士生導(dǎo)師。
一、文明的起源和腳步
1．地球上文明的出現(xiàn)
2．海洋文明
3．大河文明
4．美洲文明
5．文明的繁榮
二、自然科學(xué)的誕生
1．哥白尼與日心說
2．偷看上帝的秘密
3．伽利略的天才發(fā)現(xiàn)
4．不得已的認(rèn)罪聲明
5．開普勒的悲壯人生
三、牛頓與經(jīng)典物理學(xué)
1．上帝說：“讓牛頓去吧！”
2．經(jīng)典物理學(xué)的“圣經(jīng)”
3．萬有引力
4．這片空間會(huì)荒廢嗎
5．走下神壇的牛頓
四、愛因斯坦與相對論
1．兩朵烏云
2．魔鬼說：“讓愛因斯坦去吧！”
3．別了，以太和絕對空間
4．狹義相對論的成就
5．雙生子佯謬
6．狹義相對論的困難
五、彎曲的時(shí)空
1．平行線只有一條嗎
2．慣性力等效于引力
3．萬有引力是時(shí)空的彎曲
4．神秘的引力波
5．偉人和凡人
六、人造的太陽
1．哥本哈根學(xué)派
2．三次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的家庭
3．蘑菇云中的太陽
4．中國的原子彈
5．探索無窮小
七、白矮星、中子星與黑洞
1．歷史上的黑洞
2．白矮星和它的研究者
3．“小綠人”，脈沖星和中子星
4．黑洞的形成、構(gòu)造與特點(diǎn)
5．轉(zhuǎn)動(dòng)的黑洞
八、霍金與黑洞的熱性質(zhì)
1．激發(fā)的黑洞
2．黑洞熱嗎
3．沸騰的黑洞
4．信息疑難
5．堅(jiān)強(qiáng)的天才
九、膨脹的宇宙
1．均勻的宇宙
2．有限而無邊的宇宙
3．膨脹或脈動(dòng)的宇宙
4．α，β，γ建立的火球模型
5．宇宙有限還是無限
6．暗物質(zhì)與暗能量
7．連接宇宙的蟲洞
8．撐開蟲洞的異常物質(zhì)
十、我們了解“時(shí)間”嗎
1．令人懷疑的奇點(diǎn)
2．長溝流月去無聲
3．“同時(shí)”這個(gè)概念存在嗎
4．時(shí)間沒有開始和結(jié)束
5．熱與引力，熱與時(shí)間
結(jié)束語
主要參考文獻(xiàn)
大約100億～200億年前，在虛無縹緲中發(fā)生了一次大爆炸。爆炸產(chǎn)生的高溫原始火球，急劇地膨脹，在膨脹過程中形成了構(gòu)成今天的物質(zhì)的基本單元（光子、電子、夸克等）。然后，膨脹速度減慢，溫度逐漸降低，原子核和原子相繼出現(xiàn)，在距今約數(shù)十億年的時(shí)候，恒星與星系開始形成。這些星系一直演化至今，并留下大爆炸的余熱（大約為絕對溫度2．7K）。這就是我們的宇宙，它從“無”中誕生，是真正的“無中生有”。中國古代的思想家老子就曾經(jīng)說過，“萬物生于有，有生于無”。
古人說，“天地四方日宇，古往今來日宙”，宇宙就是空間、時(shí)間和物質(zhì)的總稱。牛頓認(rèn)為，空間就像一無所有的空箱子，時(shí)間則是像河流一樣永遠(yuǎn)均勻流逝的東西。我們中國的孔子，對時(shí)間也有類似的看法，“子在川上日，逝者如斯夫，不舍晝夜”。物質(zhì)就在這無限的空間和無窮的時(shí)間中永恒地游動(dòng)。愛因斯坦的相對論認(rèn)為，時(shí)間和空間是一個(gè)不可分割的整體，稱為四維時(shí)空。物質(zhì)的存在會(huì)造成時(shí)空彎曲。沒有物質(zhì)的時(shí)空是平直的，有物質(zhì)的時(shí)空是彎曲的。如果物質(zhì)消失，彎曲的時(shí)空會(huì)變得平直，但依然存在。晚年的愛因斯坦則進(jìn)一步認(rèn)為，時(shí)間和空間不過是物質(zhì)伸張性和廣延性的表現(xiàn)。按照牛頓經(jīng)典物理學(xué)和愛因斯坦相對論的看法，如果沒有物質(zhì)，時(shí)間與空間依然存在。按照愛因斯坦晚年的看法，則不存在一無所有的時(shí)間和空間，如果沒有物質(zhì)，也就沒有了時(shí)間和空間。
我們的地球誕生于大約46億年前。隨著溫度的下降，地球表面的熔巖逐漸凝固，形成陸地和山脈，空中的水汽化為傾盆大雨，在地球上漸漸形成了海洋。大約35億年前，原始生命誕生于風(fēng)雨雷電之中，它們最先生活于海洋，然后逐漸登上陸地。在距今1億～2億年前，我們的地球成了恐龍的世界。
隨著一些巨大災(zāi)變的產(chǎn)生（例如小行星對地球的撞擊、大規(guī)�；鹕奖l(fā)等），物種的進(jìn)化也在漸變中產(chǎn)生突變。大約5000萬年前，哺乳動(dòng)物已經(jīng)取代爬行動(dòng)物成為地球的主宰。距今l000萬年前，一批猿猴從樹上來到了地面，成為能夠直立行走的類人猿。在長達(dá)1000萬年的漫長歲月中，它們從簡單地使用樹枝、石塊，發(fā)展到制造簡單的工具，學(xué)會(huì)了用火，形成了語言。在距今約200萬年的時(shí)候，成長為史前的人類。
人類的最大特點(diǎn)之一是具有思維和意識(shí)。原始人的思維是簡單而模糊的，有點(diǎn)像今天的兒童，他們還分不清夢幻與現(xiàn)實(shí)，分不清想象與真實(shí)。他們與自然界抗?fàn)幍牧α窟�不夠大，他們在生活勞動(dòng)中摸索各種各樣的規(guī)律，逐漸產(chǎn)生了原始的宗教和崇拜。他們崇拜山川雷電，崇拜日月星辰，崇拜各種動(dòng)物與植物，崇拜巖石，崇拜烈火，崇拜祖先，崇拜生育。他們由氏族聯(lián)合成部落，從母系社會(huì)過渡到父系社會(huì)。在大約6000多年前，終于形成了古代的文明。他們以自己崇拜的東西，作為氏族和部落的象征，這就是“圖騰”。今天，作為中華民族象征的龍，就是原始圖騰的化身�！叭A”字在古代與“花”字不分，中華民族是由無數(shù)的氏族與部落在漫長的歲月中逐漸融合而成的，就像一座絢麗的百花園。龍身上潛藏著各個(gè)部落的原始圖騰。龍首先可以看成蛇與鱷魚的綜合化身。6000年前的黃河、長江流域，溫暖而濕潤，植物繁茂，動(dòng)物昌盛。不但存在大量的蛇，而且存在許多兇猛的鱷魚。鱷魚在下雨前常發(fā)出類似于打鼓的聲音。在原始人類看來，鱷魚不僅兇猛強(qiáng)大，而且還似乎能呼風(fēng)喚雨，自然引起他們的恐懼與崇拜。龍的角像鹿角，尾巴像馬尾，鱗像魚鱗……它暗示我們，中華民族的血管里流淌著蛇圖騰、鱷圖騰、魚圖騰、馬圖騰、鹿圖騰等眾多部族的血液，中華民族是眾多偉大部族融合的結(jié)晶。
在遍布沒有開化的野蠻部族的世界上，偶然誕生的最初文明，會(huì)影響和壓迫周圍的蠻族，反過來也會(huì)受到蠻族的不斷沖擊，甚至有可能被蠻族所消滅。那種認(rèn)為文明會(huì)按部就班地誕生，一旦產(chǎn)生就不會(huì)消失，一旦進(jìn)步就永遠(yuǎn)不會(huì)倒退的觀點(diǎn)是缺乏根據(jù)的。例如，最早轉(zhuǎn)入農(nóng)耕的部族創(chuàng)立太陽巨石文化，并有了一定的數(shù)學(xué)、天文知識(shí)和較為先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，當(dāng)然會(huì)對周圍蠻族產(chǎn)生好的影響。但是，他們崇拜太陽和巨石，用俘虜?shù)幕钊巳プ骷榔罚ㄋ^血的犧牲），驅(qū)趕和奴役周圍的蠻族，這必然遭到蠻族的抗拒和反擊。
美洲瑪雅文明的神秘失蹤，很可能與蠻族的攻擊有關(guān)。文明的誕生，很像溶液中晶體的誕生。在溶液中偶然凝聚而成的晶種，會(huì)不斷被重新溶解，只有當(dāng)溶液飽和之后，才會(huì)有個(gè)別凝聚晶種成長起來。人類的文明也是這樣，在蠻族的海洋中，文明不斷地產(chǎn)生著、消亡著，整個(gè)蠻族的素質(zhì)在文明的生滅中不斷提高，最后終于有幾個(gè)文明生存、延續(xù)，并成長起來。
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