这周正值十一假期，利用长假旅游很好，说明一个人对外界充满好奇。哪怕只是不断赶路，到一处自拍几张发个朋友圈算数，也说明这个人对他以陌生环境为背景的自拍会吸引到多少人点赞很好奇。排除在社交平台获得点赞这样的低级趣味，出门旅游究竟是想收获什么呢？至少能长见识吧。所谓长见识，其实是为了撑开格局。比如，我在重庆生活久了，去了一次珠穆朗玛峰，才知道什么叫高山，我对山高的尺度不再停留在缙云山；我听说佛系青年这个词很久了，去了一次白马寺，才领略了什么是佛教，不再是一个只知道华岩寺和少林寺的人。
但仅知道这些是远远不够的，当我登上珠穆朗玛峰，第一时间——当然是自拍，拍完呢？是赶紧说两句“这山真高啊、这山真高啊”？不是，我想问为什么珠峰只能这么高（因为地球引力不允许更高，再高就会压塌，火星引力不如地球，所以火星上的山最高可达2万米）。而对于直径是1.3万公里的球体——地球来说，一座不到10公里的山，就像台球上的一粒微尘，根本不影响我们对其光滑表面的认知。当我来到中土佛教第一寺——白马寺，不是赶紧和佛祖进行利益交换——磕头烧香换得佛祖保佑，而是从白马寺的历史想到两千多年来这片土地上为什么会频繁出现灭佛运动（因为拆除寺庙使国库有了钱和军队有了兵源）。
这两个例子就是我所理解的撑开格局——从时间和空间两个维度展开。历史学能提升我们时间维度的认知，而天文学则能同时提升时间和空间维度的认知。论时间，你我身上的每一个原子，都可以追溯到133亿年前宇宙大爆炸；论空间，我们只是在这个宇宙的一个平凡角落（室女超星系团的外围），一个平凡星系（银河系）中，一块平凡的区域（猎户旋臂）上，一颗平凡的恒星（太阳）旁边……注意，是这个宇宙，到底有没有多个宇宙，有多少宇宙，最负责任的回答是——不知道。
当然，科普天文学并非为了在别人感动于大好河山之际泼冷水，赢得智力优越感。学习天文学，恰恰是为了懂得谦卑。
这本《给忙碌者的天体物理学 》是著名天体物理学家尼尔·德格拉斯·泰森的新作，他更著名的身份则是科普达人，有个拍得特别漂亮的系列纪录片叫《宇宙》就是他主持的。
有史以来最伟大的故事
140亿年前（书中为140亿年，如今准确的数据应该是133亿年），已知宇宙所有的空间、所有的物质、所有的能量，都包含在一个极小极小的尺度之内，比这句话末尾的句号的一万亿分之一还要小。那是一个致密的奇点。
宇宙诞生到万亿分之一秒
首先是引力逐渐分离出来，其它三种自然力仍然统一。随着时间达到10的-35次方秒，宇宙继续膨胀，稀释了所有曾集中的能量，刚才还保持统一的作用力分裂成“弱电力”和“强核力”，后来弱电力分裂成电磁力和“弱核力”，于是未吃宇宙架构的四种作用力就全都登场了：决定放射性衰变的弱核力，把原子核束缚起来的强核力，使得分子结合在一起的电磁力，把大团物质聚集在一起的引力。
万亿分之一秒到百万分之一秒
在强核力和弱电力分道扬镳之前、之中、之后这段极短的时间里，宇宙变成了由夸克、轻子和它们的反物质兄弟——还有承担它们相互作用力的玻色子——共同组成的一大锅沸汤。强有力的理论证据表明，在极早期宇宙中的一段时间，某种作用力分离之时，赋予了宇宙一种非同寻常的不对称性，其中物质粒子的数量略微超过反物质粒子：比例为十亿零一比十亿。
百万分之一秒到一秒
夸克开始形成中子和强子， 而上面所说的那个令人困扰的微小的“物质-反物质不对称性”到了强子中。请注意这个几乎可以忽略的比例，按道理一个物质粒子和一个反物质粒子会湮灭，正因为每十亿多出来的那么一个物质粒子，构成了后来宇宙中物质集合体，比如星系、恒星、行星、玫瑰、奶牛、你和我……
一秒到两分钟
宇宙尺度已经增长到了几光年（1光年约10万亿千米），大约相当于从太阳到离它最近的恒星的距离。随着宇宙继续降温，降到1亿开尔文以下时，质子与质子当然还有中子发生融合形成原子核，孵化出一个婴儿宇宙，其中90％的原子核是氢，10％是氦，还有微量的氘（重氢）、氚（超重氢）和锂。
两分钟到38万年内
在这漫长的时光里，宇宙温度仍然足够高，高能电子可以自由地在光子之间漫游，就像来回击球一样不断地吸收和发射光子，发生相互作用。但是，当宇宙温度低于3000开尔文（大约是太阳表面温度的一半）时，这种自由自在就戛然而止了，所有的自由电子都跟原子核发生了结合。它们的联姻留下了无处不在的可见光，不仅为那一刻天空中的所有物质留下了永远的印记，也宣告了原初宇宙粒子和原子的形成过程已经完成。
38万年到10亿年
宇宙继续膨胀并冷却，这时物质因为引力作用聚集成团，形成了我们所称的星系，数量近1000亿。每个星系都含有几千亿颗恒星，恒星核心发生着热核聚变。那些质量超过太阳数十倍的恒星，其核心具有足够高的压力和温度，从而制造了比氢要重的几十种元素，正是基于这些元素，才构成了行星，为生命勃发提供了场所。
第90亿年
在宇宙的一个平凡角落（室女超星系团的外围），一个平凡的星系（银河系）中，一块平凡的区域（猎户旋臂）上，一颗平凡的恒星（太阳）诞生了。从其中形成太阳的气体云包含了足够多的重元素，凝聚生成了一系列相互绕转的天体，其中包括几颗岩石行星和气态行星、数以万计的小行星和数十亿颗彗星。在最初的几亿年里，在轨道上残留的横冲直撞的大量碎片被吸积到更大的天体上。随着在太阳系中留下来的可吸积物质越来越少，行星表面开始冷却。一颗离太阳位置刚刚好的行星逐渐形成。如果它离太阳更近，海洋就会被蒸发掉；如果离得更远，海洋就会结冰。无论哪种情况，这颗行星都不会诞生生命。这颗行星，就是地球。
到了此处，恐怕任何人都忍不住想问，宇宙开始之前是怎么回事？为什么会有宇宙大爆炸？谁提供了那个源动力？非常负责任地告诉你：不知道。这个世界如今没有任何人知道。谁说谁知道，那一定是忽悠人。
如今，我们只知道，我们身体里的每一个原子都可以追溯到宇宙大爆炸，以及50多亿年前发生爆炸的大质量恒星里的核聚变。
我们是获得了生命的星尘，然后被宇宙赋予了发现自我的使命——而我们的旅程才刚刚开始。
科学的信心
13亿年前，遥远的宇宙深处，质量分别相当于太阳的29倍和36倍的黑洞合并，变成了质量相当于太阳的62倍的大黑洞，剩下的差不多3倍的太阳质量全部转化成了能量——相当于突然增加了10的21次方个太阳。
那时，地球上还是单细胞生物的天下。那些能量的涟漪向各个方向荡漾开去，过了8亿年，地球上才进化出复杂的生命，包括花朵、恐龙和飞行生物，还有一个哺乳动物的脊椎动物分支。
直到最近一万年，那个分支中灵长类的一个分支，发生了一种促使语言产生的基因突变，，从此，那个分支——智人——将发明农业、文明、哲学、艺术和科学。而智人里一位20世纪的科学家将从他的大脑中发明相对论，并预言那个能量——引力波的存在。
在这个人预言整整一个世纪之后，在宇宙中旅行了13亿年的引力波，终于到达了地球，并被人类的科学技术成功地捕获。百年前的预言终于被证实。 这个猛人，就是爱因斯坦。
而这一切的根基，是什么呢，就是物理定律在宇宙普遍适用，元素周期表也已经清晰呈现了宇宙的物质。由此我们可以得出一些有趣的洞见：比如，遇到外星人，我们肯定不可能用中文英文交流，你想和他握手可能会被解读为是攻击性行为，但你说光速恒定、说万有引力定律，就可以接着讨论。又如，外星生物大概率和地球生命一样是碳基生物，因为宇宙中碳最适合组合成稳定的大分子，同时它又特别特别多。
星系之间和行星之间
在大的漩涡星系之间是矮星系、类星体，比如我们银河系最近的星系位于200万光年之外，在历史上被称为仙女大星云，在某种程度上说是银河系的一个更大、更明亮的孪生兄弟。而麦哲伦星系就是银河系周边的矮星系。在所有曾被可靠地调查过的空间区域里，矮星系的数量要比大星系多得多，比例超过10比1。 在星系团的高密度环境中，两个或两个以上的大星系经常发生碰撞，留下的是一场大混乱。
行星之间比较空旷，如果把太阳系比作一个球体，那么太阳、所有行星以及它们的卫星所占据的体积只占这个球体的万亿分之一略多一点儿。但行星之间的太空并非空无一物，而是包含各种形式的大石块儿、小石块儿、冰球、尘埃、带电粒子流，还有远航的太空飞船。太空里还遍布着巨大的引力场和磁场。地球在轨道上的运行速度是每秒30千米，每天能扫到数百吨的流星体——其中大部分还没有一粒沙子大。流星体冲进大气层时由于能量极高，以至于几乎全部刚一接触就气化了，随即在地球上层大气中燃烧殆尽。我们地球上的这些脆弱物种，有赖于这层大气保护罩才得以生存演化。 月球，很可能就是一颗游荡的火星大小的原行星与地球任性碰撞的后果。
特别要提一下木星，它以其强大的引力场拦住了许多彗星的去路，否则它们将会在内太阳系肆虐。木星充当了地球的引力盾牌，就像一个魁梧的壮汉，让地球拥有了长期（数亿年）的相对和平和安宁。没有木星的保护，地球上的生物将很难进化成有趣的复杂生命，并且总是会生活在毁灭性撞击带来的灭绝危机之中。
其实，星系之间（也包括之中）的真空里最奇异的事情是，它是虚粒子的沸腾海洋——无法探测的物质和反物质对突然出现又消失。这一奇特的量子物理学预言被称为“真空能量”，它表现为向外的压力，作用与引力相反，在完全没有物质的情况下也依然蓬勃发展。正在加速的宇宙（暗能量能力的展现），可能就是被这种真空能量驱动的。
真正的主角与配角
根据万有引力，我们知道距离越远引力越小，那么在每个星系边缘的星体轨道速度应该随着距离增加而下降，但实际观测结果是仍然很快。是牛顿定律和广义相对论错了吗？
牛顿定律和广义相对论没有错，错了就惨了，整个物理学的根基崩塌，那个破坏力，无法想象。其实，在每个旋涡星系远远超出可见边缘的那些遥远区域，存在某种形式的暗物质。在整个宇宙中，平均而言，暗物质的引力大约是所有可见物质总引力的6倍。
暗物质的效应是真实存在的。我们只是不知道暗物质是什么。暗物质似乎不通过强核力相互作用，所以它不能形成原子核。它还没有被发现通过弱核力进行相互作用，而甚至是难以捉摸的中微子也存在弱相互作用。它似乎并没有与电磁力相互作用，所以它不会产生分子，也不会聚集成致密的暗物质球。它既不吸收、发射光，也不反射或散射光。正如我们从一开始就知道的，暗物质确实会施加引力，而普通物质对此会产生响应。但仅此而已。经过这么多年，我们还没有发现它能做什么别的事情。现在，我们只能满足于把暗物质作为一个陌生的、隐形的朋友来对待，在宇宙需要我们召唤它的时候请它施以援手。
爱因斯坦的广义相对论没有错，但爱因斯坦也犯过错，大错，一个有些憋屈的大错。当年，我佛爱因斯坦就想，一个不稳定的静态宇宙，应该存在一种和万有引力相对于的“反引力”，于是他提出了一个宇宙常数——Λ，并写到了广义相对论方程式之中。
后来，研究发现，宇宙并非静态的，而是宇宙在膨胀。爱因斯坦于是抛弃了这个宇宙常数，还说这是自己犯过的最大的错误。没过多久，大家才发现，爱因斯坦犯过的最大的错误，就是他放弃了宇宙常数。 越来越多的证据表明，越遥远的星系，与银河系相对退行的速度就越快。也就是，那个“反引力”不仅存在，而且随着真空的增长，宇宙中物质和（我们熟悉的）能量密度逐渐减小，而Λ对宇宙状态的相对影响变得更大。
Λ突然获得了一个物理实相，于是它需要一个名字，所以“暗能量”登上了宇宙戏剧舞台的中央。这个名字非常恰当地体现了它的神秘，又体现了我们对其成因的无知。迄今为止最精确的测量结果显示，暗能量是宇宙中最主要的东西——它才是宇宙的主角，目前占据了所有质量-能量的68％，暗物质占了27％——配角，一般物质仅占5％——我们就在这5%里面。
由于暗能量导致宇宙加速膨胀，那么，任何没有被银河系束缚在附近的东西都将以越来越快的速度退行，成为时空结构加速膨胀的一部分。如今在夜空中可见的遥远的星系，最终将会消失在可以企及的视野之外，而它们离我们远去的速度比光速还要快。再过大约一万亿年，居住在我们银河系里的所有人可能根本就不知道还有其他星系存在。我们的可观测宇宙将只包括一个由邻近的长寿恒星组成的系统。在这繁星满天的黑夜之外，还会有无尽的虚空——那是深空黑暗的脸庞。
暗能量是宇宙的基本属性，它最终将会削弱人类后代理解未来宇宙的能力。
怎样发现另一个地球
书中较少了几种发现类地行星的方法，今后星际移民就靠它了。
1.监视恒星，看它们是否定期地晃动。一颗恒星的周期性晃动暴露了它周围行星的存在。与大多数人的想法不一样，行星不是简单地绕其主星公转，而是和它的主星围绕着它们共同的质心一起转动，行星越大，恒星晃动的幅度就越大，当你分析恒星的光谱时就可以更容易地做出预测。
- 用无线电波（射电波）和微波来侦测， 现代文明会制造大量的无线电波和微波，而小型岩石行星在自然状态下，几乎不会发出任何无线电波。
3.对行星大气进行化学分析，宇宙化学依赖于光谱学——通过光谱仪分析光。如果一个星球上充满了动植物，它的大气层将富含生物标记，也就是生命的光谱证据。无论这种标志物是来源于生物（由某种或所有生命形式产生）、人类活动（由广义的智人物种产生），还是科技（由技术产生），这些证据都将难以隐藏。
但以上办法都存在一些缺陷，综合验证得出的证据会更有力。第一颗太阳系外行星是在1995年被发现的，如今已经上升到3000颗，大多数是在银河系里太阳系附近的一小块儿区域里发现的。所以，系外行星的数量应该还有很多。毕竟，我们的星系有超过1000亿颗恒星，而已知的宇宙蕴藏着数千亿个星系。据推测，仅在银河系就有多达400亿颗类地行星。
宇宙的视角
在人类创建的所有学科中，天文学被公认是而且无疑是最崇高、最有趣、最有用的。因为，通过这门科学所获得的知识，不仅地球之大部分被发现……；而且我们的能力随着它所传达的思想的宏大而扩展，我们的心灵因为超越了低级狭隘的偏见而得到升华。—— 詹姆斯·弗格森
有人说，研究天文学引发了人们最强烈的渺小感和无意义感。作者不赞同这样的观点，反而，他觉得充满力量和激情。人脑只有1400克重，而它产生的思维活动却能让我们找到我们在宇宙中的位置，这让我感到自己很强大。很多人其实误读了大自然。出于一种毫无道理的自大，首先源于对所谓意义的幻想，另一方面“人是万物之灵长，宇宙之精华”的文化假设也助长了这种自负。
研究天文学，让我们认识到人类并非空间和时间的主人，而是作为一个伟大的宇宙存在链的参与者，与现存的和已灭绝的物种都有直接遗传联系，而且可以追溯到近40亿年前地球上最早的单细胞生命。
也许你认为：我们比细菌更聪明。是的，我们比任何曾经在地球上奔跑、爬行或匍匐的其他生物都更聪明。但我们有多聪明呢？我们比最聪明的黑猩猩好得多——但它们的遗传特征与我们的差异微乎其微。貌似一个巨大的基因鸿沟将我们和我们在动物王国中最近的亲戚分隔开来，我们就可以理直气壮地赞颂我们的聪明才智。
其实，我们与自然的其余部分是一个整体，我们的位置既不高于也不低于自然，而是属于自然。对数量、尺度和规模做简单的对比就可以很好地消除人类的自负。
一个250毫升杯子里的水分子的数目，比世界上所有海洋里的水按杯计算的数目还要多。这一杯水里的分子数目之多，能够匀出1500个分子到世界上的每一杯水中。无可回避的是：你刚才喝的一些水曾流经过孔子、苏格拉底、成吉思汗和圣女贞德的肾脏。
你每一次呼吸吸入的空气分子数目，比在地球整个大气层里的空气按“口数”计算的数目还要多。这意味着你刚刚可能吸入了被嬴政、贝多芬、林肯和居里夫人呼出的气体分子。
宇宙中的恒星数目比任何海滩上的沙粒还多，比地球形成之后经历的秒数还要多，比曾经生活过的所有人写下的文字和发出的声音还要多。
如果你想看过去的全景，宇宙的视角将带你去那里。光从太空深处到达地球是需要时间的，所以你看到的天体和现象并不是它们现在的样子，而是它们曾经的样子，几乎能够追溯到时间本身的开端。在这个可推算的范围内，宇宙进化的全景连续不断地展开。
想知道我们是由什么构成的吗？又一次，宇宙视角提供了一个比你的预期更让你震惊的答案。宇宙中各种化学元素是在大质量恒星尤其是其生命结束时发生剧烈爆炸的火焰中锻造出来的，这些元素丰富了它们所在的星系。结果呢？宇宙中四种最常见的活跃元素氢、氧、碳和氮，也是地球生命体中四种最常见的元素，碳更是生物化学的基础。
我们不只是生活在这个宇宙之中，宇宙就存在于我们的身体之中。
几个世纪以来，宇宙的发现一次又一次使我们对我们自身的看法降级。地球在天文学上曾经被认为是独一无二的，直到天文学家得知，地球只是绕太阳运行的又一颗行星。然后我们推测太阳是独一无二的，直到我们得知，夜空中无数恒星其实都是太阳。然后我们认为我们所在的星系即银河系是整个已知宇宙，直到我们确定，天空中的无数模糊天体是其他星系，布满我们已知宇宙的图景。今天，我们多么容易假设只存在这一个宇宙。然而，现代宇宙学新出现的多种理论，以及对不可能存在任何独一无二的事物的不断重申，要求我们继续包容对我们的独特性期冀的最新冲击：多重宇宙。
宇宙视角源自基础知识。但它又不仅仅是你所知道的知识，而是关乎拥有智慧和洞察力把那些知识用于评估我们在宇宙中的位置。
这是一张著名的照片。1990年，旅行者1号探测器即将飞出太阳系的时候，在距离地球60亿公里的地方，美国国家航空航天局命令它回头再看一眼，拍摄了60张照片。照片上的光带是相机镜头反射的太阳光。其中的这一张上正好包括了地球 —— 就是图中那个亮点。
泰森的老师，天体物理学家、也是著名的科学作家卡尔·萨根，看了这张照片非常感慨，他在1996年的一个颁发学位典礼上就此说过一段非常著名的话：
我们成功地（从外太空）拍到这张照片，细心再看，你会看见一个小点。就是这里，就是我们的家，就是我们。在这个小点上，每个你爱的人、每个你认识的人、每个你曾经听过的人，以及每个曾经存在的人，都在那里过完一生。这里集合了一切的欢喜与苦难，数千个自信的宗教、意识形态以及经济学说，每个猎人和搜寻者、每个英雄和懦夫、每个文明的创造者与毁灭者、每个国王与农夫、每对相恋中的年轻爱侣、每个充满希望的孩子、每对父母、发明家和探险家，每个教授道德的老师、每个贪污政客、每个超级巨星、每个至高无上的领袖、每个人类历史上的圣人与罪人，都住在这里 —— 一粒悬浮在阳光下的微尘。
地球是这个浩瀚宇宙剧院里的一个小小舞台。想想从那些将领和帝王们挥洒出的血河，他们的光荣与胜利只为了让他们成为了这一点上一小部分的短暂主宰。想想栖身在这点上一个角落的人正受着万般苦楚，而在几乎不能区分的同一点上的另外一个角落里亦同时栖身了另一批人。他们有多常发生误解？他们有多渴望杀了对方？他们的敌意有多强烈？
我们的装模作样，我们的自以为是，我们的错觉以为自己在宇宙里的位置有多优越，都被这暗淡的光点所挑战。我们的星球只是在这被漆黑包裹的宇宙里一粒孤单的微粒而已。我们是如此的不起眼——在这浩瀚之中，我们不会从任何地方得到提示去拯救我们自身。
……
一直有人说天文学是令人谦卑，同时也是一种塑造性格的学问。对我来说，希望没有比这张从远处拍摄我们微小世界的照片更好的示范，去展示人类自大的愚蠢。对我来说，这强调了我们应该更加亲切和富同情心地去对待身边的每一个人，同时更加保护和珍惜这暗淡蓝点，这个我们目前所知唯一的家…
