前言

当我的孙女儿艾莉森出生的时候，我最早对她说的那些话里有一句是“欢迎来到宇宙”。这是我的合作者尼尔·德格拉斯·泰森在广播里和电视上说过很多次的话。实际上，这是他的标志性用语之一。当你诞生的时候，你就成了一位宇宙公民。对你来说，四处看看，对周围感到好奇，是你对宇宙的义务。

尼尔第一次感受到宇宙的召唤，是他在9岁那年参观纽约海登天文馆的时候。作为一个城市里的孩子，他在天文馆穹幕的演示中第一次看到夜空里的辉煌景象。从那一刻起，他决定成为一名天文学家。嗯，他如今是这个天文馆的馆长。

实际上，我们都被宇宙触摸过。你体内的氢原子是在宇宙本身诞生的时候锻造出来的。你身体内的其他元素是在遥远的、很久以前消失的恒星里制造出来的。当你用手机联系朋友时，你应该感谢天文学家——手机制造技术依赖麦克斯韦方程组，而这个方程组的正确性依赖天文学家对光速的测量并得到了证实。手机上的定位系统告诉你所在方位，帮助你进行导航。这需要依赖爱因斯坦的广义相对论，而广义相对论由天文学家测量星光经过太阳附近时的偏折所证实。你知道在直径为15厘米的硬盘上可以存储的信息量的上限是什么以及这依赖黑洞物理学吗？一个更加通俗的例子是，你每年经历的季节变换直接依赖地球自转轴相对于地球围绕太阳运行的轨道平面的倾角。

我们写作这本书的目的在于让你更熟悉你居住的宇宙。写作这本书的想法开始于我们3个人在普林斯顿大学为非科学专业的学生讲授一门关于宇宙的本科新课程，那些学生可能以前从来没有学过任何一门科学课程。为此，我们的同事兼本科教育主任娜塔·巴寇选择了尼尔·德格拉斯·泰森、迈克尔·A.施特劳斯和我。尼尔在向非科学人士解释科学方面的天赋是显而易见的，迈克尔当时刚发现了宇宙中最遥远的类星体，而我刚刚获得了普林斯顿大学杰出教学校长奖。这个课程大张旗鼓地开讲了，吸引来了如此之多的学生，以至于我们无法在自己的楼里上课，不得不搬到了物理系最大的演讲厅。尼尔讲授“恒星和行星”，迈克尔讨论“星系和类星体”，我讲授“爱因斯坦、相对论和宇宙学”。《时代》杂志也提到了这门课，当时该杂志授予尼尔“2007年全世界最具影响力百人奖”。尼尔是一位教授，他会像跟他的学生聊天一样向你介绍各种知识。

我们讲授这门课几年之后，决定把我们的想法写成一本书，提供给那些渴望更深入地理解宇宙的读者。

我们从天体物理学的视角带你遨游宇宙，试图从这个角度理解正在发生的事情。我们会告诉你牛顿和爱因斯坦是怎样获得他们最伟大的想法的。你知道斯蒂芬·霍金非常有名，但我们会告诉你是什么让他出名的。在关于他生平故事的伟大电影《万物理论》中，埃迪·雷德梅尼由于逼真地演绎了霍金而赢得了奥斯卡影帝的称号。在这部电影中，霍金在凝视着火炉时突然有了他最伟大的想法。我们会告诉你电影遗落的东西：霍金为何曾经并不相信雅各布·贝肯斯坦的工作，但他最终确认了它，而且用它得到了一个新的结论。也就是这个雅各布·贝肯斯坦发现了在你的15厘米硬盘里能够储存多少信息。这一切都是有关联的。在本书关于宇宙的所有话题之中，我们特别关注那些让我们最具热情的方面，而且我们期待能够把我们的激动之情传递出去。

本书的三位作者，从左到右依次是施特劳斯、戈特和泰森。

图片来源：普林斯顿大学，丹尼斯·艾波怀特。

自从我们开始授课以来，天文学知识又增加了许多，本书也反映了这一点。尼尔关于冥王星地位的观点已经被国际天文学联合会在2006年的一次历史性投票中认可。数以千计的围绕其他恒星运行的新行星已经被发现。我们会讨论这些。包括正常的原子核、暗物质和暗能量的标准宇宙学模型如今已经达到了相当精密的程度，这要归功于哈勃太空望远镜、斯隆数字巡天计划、威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和普朗克卫星的探测结果。物理学家已经通过欧洲的大型强子对撞机发现了希格斯粒子，让我们朝希望中的万有理论更靠近了一步。激光干涉仪引力波天文台（LIGO）实验已经直接发现了两个相互绕转的黑洞并合时所发出的引力波。

我们会解释天文学家如何确定有多少暗物质，以及我们如何知道它不是由普通物质（包含质子和中子的原子核）构成的。我们会解释我们如何知道暗能量的密度，以及我们怎么知道它具有负压。我们会谈到当前对宇宙起源及其未来演化的推测。这些问题把我们带到了今天物理学认知的前沿。我们还收录了来自哈勃太空望远镜、WMAP和“新视野号”探测器的精美照片，“新视野号”向我们展示了冥王星和冥卫一。

宇宙是多么神奇！尼尔会在最开始的一章中向你证明。这让许多人激动不已，同时又感到自身渺小、微不足道。但是，我们的目的是让你有能力去理解宇宙，这应该让你感觉到强健有力！我们已经理解了引力如何产生作用，恒星如何演化，宇宙的年龄是多少。这些都是人类思想和观测能力的胜利——这些事情应该能让你为自己身为人类的一员而感到骄傲。

宇宙在向你招手，让我们开始吧！

J.理查德·戈特
美国新泽西州普林斯顿大学