简介
本书内容涵盖了多门学科，作者希望让每个人都能理解这些题材，而不必依赖他们在相关领域中的背景。
对于学生，这本书将为他们提供跳出思维限制，深刻地思考并提出问题的手段。对于寻求知识的普通读者，它提供了一个机会，让他们发现一个新世界，并分享发现的神奇。对于教育者，它会提供让他们考量与沉思的一个外在世界的大图像，用于启发新一代思想家与革新家。
NASA天文学家写给大家的万物解答，以“宇宙级”宏观视角，综合天文学、物理学，化学，生物学、考古学等科目，解答你对宇宙、星系，地球，生命，文明起源的种种疑问。
宇宙在138亿年前诞生，空间与时间也同时出现。宇宙一秒钟久的时候，引力、弱核力量、强核力量以及电磁力也都存在了，而基本粒子都已获得它们的体积了。宇宙十分钟久的时候，氢与氦形成了。在接下来的几十亿年后，星系形成、行星系统诞生、地球出现的生物慢慢地进化，变成今日的植物以及动物。
在这本书中，作者描述了宇宙的诞生、生命的起源、文明的开始。他思考了空间以及时间的性质、粒子的起源、一开始的星星以及星系。读者会学到行星系统以及地球的起源、地球如何出现生物，以及农产业的开始。我们会看到地球上第一个城市、第一个语言、第一个文明。
作者介绍
巴赫拉姆·莫巴舍尔（Bahram Mobasher）：科学家，天文学家。在美国航空航天局（NASA）任职7年，曾在欧洲航天局（European Space Agency）任职，现任美国加州大学河滨分校（University of California Riverside）物理学以及观测天文学教授，拥有来自英国杜伦大学（University of Durham）的观测宇宙学博士学位，他在莱斯特大学（University of Leicester）以及伦敦帝国理工学院（Imperial College London）进行博士后研究。他写过或者合著过超250篇科学文章。
部分摘录：
对了解我们自身起源的渴望，是定义人类好奇心的有机组成部分。这里的主要挑战是在对真实的求索中找到对整个世界运行机理的合理解释，并试图解答如下问题：为什么事物会是它们现在这种样子？如果人类在这个恢宏的宇宙图像中扮演了某种角色，那是一种什么样的角色？在这一旅程中，新的想法会直面强有力的实验的检验，新的假说必须符合自然现象。这就是所谓的科学方法——尽量通过科学的、数学的、可以验证的定律来解释人们观察到的现象。只有在得到了实验验证之后，一种解释才会被接受。所以，如果人们对这个世界中任何事物的起源做出一种假定，它都应该首先得到确定，然后得到经验证实。
在试图解答诸如自然现象的起源这类深刻的问题时，我们经常会见到抽象或猜测性的解释。对于这类问题的探索，以及哲学家和科学家思索这个问题的方式经过了千百年的演变。人们过去采取的方式是抽象的，但后来，当人类能够用科学手段观察自然现象时，我们逐渐可以将模型与真实世界联系，并能完全理解让事物具有其性质的密码。最令人神往的工作莫过于破解这些密码，发现隐藏在它们背后的真实。
在理解周围的世界活动中，人类走过了漫长的道路。我们当然应该为此而骄傲，但同时也应该承认，在这个世界上，人类并没有占据独一无二的地位。我们对于宇宙知道得越多，这一点就越清晰。将人类与其他造物相区别的是我们所具有的思考和想象的能力，以及从经验当中学习的能力。本章将简单地回顾思想的进化和人们用于理解大自然隐藏的奥秘的不同方法，并通过引申法阐述人类的起源。尽管人类的思想进化在开始时发展得很慢，但加速非常迅猛。
本章回顾了人类知识的逐步积累、不同科学学科涌现的时刻，并以古希腊哲学家们的工作为起点，总结了改变人类世界观的重大发现。随之而来的是人类获得了观察的能力，从而引发了科学革命。本章讨论了现代科学的进步、导致这一进步的因素，以及这一进步如何改变了我们的宇宙观和我们周围的世界。当不同的科学学科在科学革命之后出现时，人们已经不可能再孤立地学习单一学科了。例如，化学依赖于物理定律，而生物学严重依赖于理解化学的过程。为了深刻地理解起源问题，我们需要发现的恰恰是这些看上去各自独立的领域之间的关系。
对于真实的早期探索[1]
第一批古希腊哲学家试图使用从基于信仰到基于知识的方法，通过逻辑寻找真实。他们属于前苏格拉底（Socratic）哲学家学派，寻找真实的、单一的、绝对的原理。第一位前苏格拉底学派的哲学家是泰勒斯（Thales，公元前624—前546年），他也是第一个赞成所有物体都来源于水这个单一终极物质的人。因此，他相信万物是统一的。泰勒斯是第一位对数学、天文学和哲学的开创性方法进行统一的哲学家，也是第一位用理论和假说解释自然事物的哲学家。阿那克西曼德（Anaximander，公元前610—前546年）是泰勒斯的学生，是第一位科学哲学家，他相信自然是遵循定律的，并试图将自然现象解释为一系列因果关系。历史上有记录的最早的科学实验由阿那克西曼德完成。尽管在历史记录中，巴比伦人（Babylonians）创建了天文学，但人们通常认为，阿那克西曼德是第一个用非神学方法考虑宇宙学的人。他试图运用观察与实验的方法研究宇宙的不同方面及其起源，并探索了天体力学。另一位著名的泰勒斯的学生是毕达哥拉斯（Pythagoras，公元前570—前490年），他是第一个自称哲学家（即“智慧热爱者”）的人，也是第一位纯数学家，被人称为“数字之父”。毕达哥拉斯是第一个通过数学方法解释自然的人，而且他看到了数学表达的世界之美。在追寻形而上学基础和道德应用方面，有一位超越了物理学理论的前苏格拉底学派的哲学家，他就是赫拉克利特（Heraclitus，公元前535—前475年）。赫拉克利特有关具有内在秩序与理性的持续变化的宇宙的想法，形成了后来的欧洲世界观的基础。赫拉克利特与埃利亚的巴门尼德（Parmenides of Elea，公元前515—前450年）是同代人，后者是一位非常有影响力的前苏格拉底学派哲学家，被称为“形而上学之父”。巴门尼德在做出断言的时候遵循推理证明的方法，否定变化的现实。西方哲学史上的一个转折点由此出现，对在他之后包括柏拉图（公元前428—前348年）之内的哲学家具有重大影响。
两位深受巴门尼德思想影响的早期希腊哲学家是阿那克萨哥拉（Anaxagoras，公元前500—前428年）和恩培多克勒（Empedocles，公元前490—前430年）。阿那克萨哥拉在自然科学方面有许多洞见，在他的时代很有革命意义。例如，他是第一个解释日食成因的人，其想法推动了后来的原子论的发展。恩培多克勒被认为是古代世界四大经典元素——土、水、气、火的宇宙理论的创造者，后来，在许多个世纪中，这一理论一直是人们的标准信条。德谟克里特（Democritus，公元前460—前370年）是最后一批前苏格拉底学派的哲学家之一，他发展了一个自然界的唯物论模式，并对建立原子论的哲学流派做出了重大贡献。尽管他是苏格拉底的同时代人，但他的观点更接近前苏格拉底学派的哲学家。
以上讨论总结了人类对于真实的早期探索，这些探索为此后两千年间对于自然的科学理解奠定了基础。从泰勒斯到德谟克里特的近三百年间，人类获得的基础成就是能够考虑简单的观察，并解释自然携带的信息。这也有助于解释自然现象所经历的从最初假定到最后模型的思想的发展。这说明了人类是如何开始思考自身在宇宙中的地位以及起源问题的。在这个时期，对于思想的发展有所贡献的重大方法，是由苏格拉底（Socrates，公元前469—前399年）建立的对话和谈话的力量，人称苏格拉底问答法。在探讨自然的真实方面，这种方法发挥了重要作用，它不但由苏格拉底的学生们在发展与对比各种想法时使用，而且在此后很长一段时间内产生了重大影响。
第一批世界模型
第一个宇宙模型是苏格拉底的学生柏拉图提出的。在他的著名著作《蒂迈欧篇》（Timaeus）中，柏拉图解释了宇宙和其中的一切是如何诞生的。他的观点与后来的中世纪神学家的观点不同。他认为宇宙并不是无中生有地被创造出来的，而是由已经存在的土、水、气、火四大元素生成的，这些元素组成了各种复合物，构成了世界。柏拉图的宇宙是由恒星、行星、太阳和月球组成的，它们都在不同的球面上围绕地球旋转。他的结论是，月球旋转的球面是与地球最近的，其次是太阳的球面，接着是更远的其他行星，恒星则是最遥远的。柏拉图认为天体必须是对称的，具有完美的形状，而这是它们能够存在的唯一可能方式。柏拉图的学生亚里士多德（Aristotle，公元前384—前322年）运用观察的方法提出了他有关自然现象的模型，并解释了这些模型的理性论证。亚里士多德的宇宙是不随时间变化的，永远以同样的方式存在。在将近1900年的时间内，人们广泛接受了亚里士多德的地心说宇宙模型，认为这是唯一可行的宇宙模型，直到哥白尼革命（Copernican revolution）之后，情况才有所改变。这些年间，人们已经对地心模型进行了修正，但该模型的基本原则一直未变。
尽管亚里士多德为宇宙的地心模型奠定了哲学基础，但他并没有以天文学观察为基础仔细地添加细节。公元2世纪，托勒密（Ptolemy，公元90—168年）开发了一套标准地心模型，其中以组合圆运动解释人们观察到的行星运动。然而，要使他的模型与观察结果匹配，托勒密只能偏离亚里士多德的某些原理。尽管许多人试图修正托勒密的模型，但直到16世纪中叶，有关行星球面结构的不确定性仍然未能得到解决。
尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473—1543年）出版了一部题为《天体运行论》〔De revolutionibus orbium coelestium （On the Revolution of Heavenly Bodies）〕的著作，他在书中试图通过让太阳取代地球居于宇宙中心的方式来纠正这些偏差。哥白尼相信，每颗行星的大小和速度取决于它们与太阳的距离。这是一个革命化的概念，常被人称为“哥白尼革命”。尽管哥白尼的断言当时遭到了反对，但它为未来的发现铺设了道路。
一个以观察为基础的世界模型
丹麦人第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601年）是最后一位用肉眼观察天象的天文学家。他准确地观察了天体的位置和它们在天球上的运动，对其进行了角度测量。通过对一次超新星爆发和一颗彗星的观察，他得出一个结论：它们比月球离我们更远。这种测量非常重要，因为亚里士多德和托勒密的模型认为，彗星和超新星是气象或者大气现象。因此，布拉赫提供了反对经典天文学的第一批证据之一。他也提出了一个新模型，其中行星围绕太阳旋转，太阳则率领所有的行星围绕着位于中心的地球旋转。布拉赫做出了他那个时代有关天体位置的最准确的测量。他的助手约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler，1571—1630年）利用了这些数据，把它们总结为数学模型，得到了行星运动的三大定律。开普勒受到了新柏拉图思想的影响，相信“几何图形为创世者提供了装点整个世界的模型”。开普勒是第一个发现行星运动遵循的宇宙定律的人。他最初的模型为行星围绕太阳的旋转假定了一条圆形轨道，但他发现，这与布拉赫测量的行星的准确位置有8弧分的偏差。他并没有将这一点归咎于观察误差，而是修正了自己的模型，并最终发现，当假定行星沿椭圆轨道公转时，理论与观察能够得到最佳匹配，这时太阳处于椭圆的一个焦点上（开普勒行星运动第一定律）。他也发现了行星的轨道速度和它们的轨道与太阳的距离之间的关系（开普勒行星运动第二定律）。通过尝试许多模型的结合，他最后得出了开普勒行星运动第三定律，即任何行星围绕太阳公转周期的平方都与轨道的长半轴的立方成正比。这一定律完美符合当时的观察数据，这些数学模型也得到了此后无数次独立实验的证实。开普勒行星运动定律的重要意义在1687年得到了清楚的展现，当时艾萨克·牛顿应用这些定律，得到了万有引力定律。
1610年，意大利天文学家、哲学家、工程师伽利略·伽利莱伊（1564—1642年）利用自己刚刚研制的望远镜，观察到了围绕木星旋转的4个天体，也就是说，他实际上发现了木星的4颗卫星。这与亚里士多德的宇宙学矛盾，后者认为所有天体都围绕地球旋转。伽利略于同年注意到，金星与月球一样有位相。托勒密的地心学说完全无法解释这种观察结果，而日心说则预测金星会有不同的位相。这些观察结果摈弃了亚里士多德的地心宇宙观点，支持行星围绕太阳旋转的日心体系。这一事件影响了科学与哲学的基本概念和人类的世界观。
科学革命
艾萨克·牛顿（1642—1727年）生于伽利略去世的那一年。在他于1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿为万有引力概念和后来的运动定律奠定了基础。牛顿结合了开普勒定律和由克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens，1629—1695年）发现的与离心力[2]相关的定律，证明向心力（即令物体沿着圆形路径运动的力，力的方向永远指向该物体的圆形轨道的中心）确实是让行星运动的力，而且太阳与其行星之间的引力与它们之间的距离的平方成反比。这是牛顿万有引力定律的诞生过程，它让科学发生了革命性的变化。应用这一定律，牛顿预言了彗星的轨道、行星的运动以及许多其他天体现象。牛顿的工作无可辩驳地证实了太阳系日心模型的有效性，否定了亚里士多德的世界模型。牛顿的万有引力定律和运动定律成功地解释了此前350年间人们对于太阳系内各天体的观察结果。
除了万有引力定律，后牛顿时代的另一项重要发现，是对于电、磁和光现象是同一种现象的不同表现形式的理解。这种思想由苏格兰数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879年）于1860至1871年间开发的4项方程予以阐述。人类第一次成功地表达了一种统一力，这种力被命名为电磁力。麦克斯韦证明了，电磁波传播的速度等于光速，而光是一种遵照麦克斯韦方程建立的定律传播的电磁扰动。牛顿和麦克斯韦共同为延续到今天的现代科学奠定了基础。
牛顿的世界观于20世纪初受到了挑战。随着在自然科学不同领域内发生的突破，一种新的世界观崭露头角。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955年）推出了他的狭义相对论，粉碎了人类到那时为止有关世界的见解。爱因斯坦是以麦克斯韦的电磁理论为基础推导他的理论的。根据他的论证，出现在麦克斯韦方程中的光速是一个无视产生它的光源的速度的常数。接着，爱因斯坦进一步提出，物理定律在任何参照系中都是不变的。这两个概念形成了狭义相对论和现代物理学的基础。
