简介
大爆炸证明了神的存在吗？
我们的宇宙消失了大半？
你该如何在黑洞中生存？
UFO事件是真的吗？
火星人炸了我的狗？
天文学家为什么会谋杀他的宠物麋鹿？
……
在宇宙中，我们遇到了太多难以置信的东西，也面临了最大的谜团。
你想看的，这本书里都有！
充满激情的科学教育家蒂姆·詹姆斯继《元素周期表何以解释一切》和《量子和粒子物理学何以解释一切》之后，为我们带来了这部“科学三部曲”的收官之作！
现在，让我们把目光由微观转到宇宙，这个人类能研究的最大、最古老、最热、最冷、最奇怪的东西——一切的起点，一切的终点。
作者介绍
[英] 蒂姆· 詹姆斯 Tim James
高中教师，YouTube博主、博客博主以及Instagram博主，英国流行科学作家。他教授化学和物理，每年为物理研究所做讲座，也曾作为科学专家出现在BBC电台。
蒂姆是被尼日利亚的传教士抚养长大的。取得化学硕士学位后，他专攻量子力学。毕业后他直接进入课堂，把科学教给每一个愿意听的人。国内出版作品：《元素周期表何以解释一切》《量子和粒子物理学何以解释一切》《宇宙已知和未知的一切》。
部分摘录：
第一章 很大，很老，很怪 天文的边界 无论哪位作家想要描述宇宙的大小，都会面临困境，因为其所涉及的数字非常极端，以至于有些人认为根本没有尝试的必要。但关于宇宙的书籍，有哪本会连试都不试一下的呢？
我们需要先了解空间物理所涉及的数字。在谈到“很多”的时候，我们会随意抛出“百万”“十亿”这样的词，但这些数字差别很大。举例来说，1百万秒相当于11天半，十亿秒相当于31年（如果你还感到好奇，那么1万亿(1)秒相当于32个千纪）。当我们竭力思考将要发生什么的时候，请记住这个比较。
我们还需要了解一个事实：地球到太阳的距离是1.5亿公里（9300万英里）。假设你决定乘坐世界上最快的载人飞机SR-71黑鸟式侦察机（Lockheed SR-71 Blackbird）从地球飞往太阳，它的速度可以达到约每秒1公里（0.6英里），以这个速度从伦敦到旧金山只需要2.5个小时。
现在想象一下，你在11岁生日那天乘坐SR-71黑鸟式侦察机向太阳出发。你匀速行驶，一秒也不减速，在抵达目的地的时候，你已经中学毕业了。而这仅仅是单程。
地球绕太阳转的速度是SR-71黑鸟式侦察机的30倍。所以，如果想要有直观的感受，你可以回忆一下昨天的此刻你在做什么。不管你在做什么，你当时的位置和现在的位置相差250万公里（160万英里）。你正在以比子弹快50倍的速度飞行，每秒钟的路程相当于攀登三次珠穆朗玛峰。但即便地球的速度如此惊人，环绕太阳一圈也要花整整一年时间。
太阳可不是简单的火球，它能容纳100万个地球，这就像是在孕妇用的健身球里装满米粒，每一粒米都代表一个地球。太阳的质量如此大，能够吸引一定距离内的行星，最远可以到45亿公里（28亿英里）外的海王星。SR-71黑鸟式侦察机走完这段距离需要142年。
继续往外，我们就到了太阳系最大、最边缘的结构：奥尔特云（Oort cloud）。这是一个环绕太阳的、由冰和岩石组成的泡泡，半径为15万亿公里（9.3万亿英里）。从地球到奥尔特云，一束光需要经历一年半时间，SR-71黑鸟式侦察机则需要耗费47.5万年——比人类存在的时间还久。
离我们第二近的恒星是南门二恒星系（Alpha Centauri）——一个由比邻星（Proxima Centauri）、半人马座α星A（Alpha Centauri A）和半人马座α星B（Alpha Centauri B）构成的三合星系统，它到地球的距离是奥尔特云到地球距离的两倍。从地球到南门二，光需要4年时间，SR-71黑鸟式侦察机则需要120万年。
再往外，我们就到了其他的“太阳系”，比如名字很好听的沃尔夫359（Wolf 359）和名字不那么好听的拉兰德21185（Lalande 21185）。从地球到这两颗恒星，光需要8年，SR-71黑鸟式侦察机则需要240万年。距离还可以继续增加。
恒星簇集成碟状云。在没有光污染的乡村，当我们仰望夜空的时候，可以看到碟状云的边缘，就像一条光带从地平线的一端延伸到另一端——仿佛是星尘做的飞机云。
希腊人相信，这条发光的带状物是从女神赫拉乳房中喷溅而出的乳汁（milk），用于哺乳被遗弃在凡间的婴儿赫拉克勒斯(2)。这也是“galaxy”（银河系）一词的来源，希腊语中的“galaxias”就是“牛奶”的意思。这个故事也催生了银河系的另一个名称：the Milky Way。
银河系的大小一直是科学史上最大的谜，但2019年3月，美国航空航天局（NASA）的哈勃空间望远镜和欧洲航天局（ESA）的盖亚卫星“合作”，通过测量光密度，谨慎地计算出银河系的质量是太阳系的1.5万亿倍，其中包含大约2000亿颗恒星。这个数字相当于一朵云中水滴的数量。这太酷了！从字面意义上讲，我们真的生活在星云之中。
从这朵“云”的一边到另一边距离是100千万亿公里（6亿2000万亿英里），光穿行其间需要10.6万年。我们的太阳系绕着银河系的中心在轨道上运行，大约1.12亿年后到达轨道的另一边。这个数字对我们而言毫无意义，人类的历史甚至都没有达到过。
离我们最近的星云是仙女座星系（Andromeda galaxy），距离23百万兆公里（14百万兆英里），我们无法客观地看待这个数字。最接近的做法可能是这样的：我们想一想自己的银河系（SR-71黑鸟式侦察机要走300万年），仙女座星系到我们的距离是银河系大小的23000倍，其中包含1万亿颗恒星。我们所知的宇宙中至少有1000亿个星系，以上只是其中两个。
如果你在夜空中举起一粒沙子，它覆盖的区域至少包含10000个星系，每个星系都有数十亿颗恒星。至于有多少颗行星，只有雷神索尔(3)才知道。宇宙之大，超越巨大，超越庞大，超越博大，超越广大，超越宏大，超越浩大。我们只能用一个词来形容：“天文”。
它也很老 对宇宙年龄最精确的测量值大约是138亿年，误差在几十万年左右。这段时间足以一口气看完《加勒比海盗》（Pirates of the Caribbean）的五部电影。(4)如果你不喜欢看电影，还有另外一个很好的方法来想象时间的尺度。
天文学家卡尔·萨根（Carl Sagan）在1977年提出，我们可以把宇宙的一生压缩成一个日历年：宇宙诞生于1月1日的零点，现在的时刻是12月31日的午夜。【1】
在这个尺度上，人类的历史只持续了4分钟（实际持续了20万年）。相应地，恐龙在地球上游荡了1.7亿年，换算到宇宙历中只有四天——从12月25日的午餐开始，一直到12月29日残羹剩菜被一扫而空。
如果我们回到万物诞生之初，会发现在最开头的几千年里，一切都非常不同，因为那时还没有原子。当时，整个宇宙就像是发光的泡沫，充满了自由飘浮的电子、中子、中微子、质子和光子。直到38万年后，宇宙才冷却下来，足以让电子和质子结合并形成最简单的原子：氢和氦。或者，压缩到我们的宇宙历，1月1日零点后的大约14分钟，非原子的能量才形成稳定的粒子。
这些原子云叫作“星云”（nebulae），由于引力的作用，它们很快就开始向内收缩，原子核被压缩在一起，聚变成更重的元素。核聚变产生巨大的热量，足以对抗引力坍缩，从而使向内的引力与向外的热量辐射达到平衡。由此产生的热核等离子球就是第一个太阳——把轻元素烘烤成重元素的熔炉。不久，恒星摇篮也诞生了。
2016年3月，人类观察到了“GN-z11星系”，这是我们所知道的最古老的星系，似乎形成于宇宙诞生后的4亿年【2】；换算到宇宙历中是1月10日的下午3点，这个时候大概所有人都在想是否需要办一个健身房会员卡。
银河系中最古老的恒星表明，它形成于宇宙诞生后约8亿年，也就是1月21日左右，尽管那时诞生的恒星只剩下寥寥几颗。大多数初代恒星已经耗尽核燃料并解体，将更重的元素从恒星内部抛射出来，成为包括太阳在内的次代恒星的肥料。
形成我们太阳的物质在46亿年前（宇宙历8月31日夜晚）聚集在一起，但初代恒星的许多元素杂质并没有进入熔炉。相反，它们在太阳周围形成巨大的岩屑盘，这些岩石涡流最终变成了行星。
我们猜测行星是由岩屑凝结而成的，这并不是空穴来风：我们可以看到它正在发生。宇宙中有许多恒星等待观察，所以我们可以把望远镜对准那些刚刚凝聚起来的恒星。当然，每颗新生的恒星周围都有正在形成的行星。比如，七公增十七b行星（Smertrios）围绕着七公增十七恒星（HD 149026）运转，而名字不够有吸引力但更容易观察到的PDS 70b行星围绕着PDS 70恒星运转。【3】通过这些正在诞生的行星，我们可以实时观察行星诞生的每一个步骤。好吧，严格来说，这些行星诞生于很久以前，来自它们的光今天才到达地球。你知道我为什么这么说。
我们称之为“家园”的太阳系形成于宇宙历的9月1日正午，大约是太阳开始发光之后1亿年。四个内行星的外层大气被太阳风剥离，外行星的大气由于距离足够远而得以保留(5)。根据这一标准，太阳系可以划分为岩石内行星和气态巨行星两个区域。这两个区域之间有一圈小行星，它们是一颗夭折行星的残骸。
在宇宙历9月1日的大约下午6点，一颗叫“忒伊亚”（Theia）的小行星漫步到地球附近，并撞向了地球。撞击产生的碎片开始凭借自身力量绕着地球转动，最终在地球诞生1亿年后合并成另一个球体：月球。
在接下来的大约10亿年里，地球死气沉沉，遍地焦土。直到9月30日深夜以后，万物开始降温，大气中的水分凝结成海洋。不久之后，原始的生命形式开始在泥滩中发出咯吱咯吱的声音。这个过程仍然是科学界最令人兴奋的谜团之一。我们所知道的是，最早的植物在12月20日开始进行光合作用，并在5天后被前文提到的恐龙吃掉了。接着，人类出现了，在12月31日午夜前的4分钟大摇大摆地出现了。
我们可以想象在临近新年的时候每个人都大声地倒计时，那么苏美尔文明将在喊“十”的时候诞生，金字塔会在喊“九”的时候建成。倒数第四秒，罗马陷落了。倒数第三秒，维京人开始征服西欧。倒数第二秒，成吉思汗征服了亚洲，建立了史上最大的帝国。接着，在最后一秒，哥伦布登上了美洲的海岸，我们迎来了新一天的零点。
我们还可以放眼未来，继续拓展宇宙历的长度。关于下一个宇宙年太阳系将发生什么，我们可以做出可靠的预测。
从现在开始过3亿年，也就是1月8日，土星环会消失，变成雨水降落在土星表面(6)。如果你喜欢漂亮的行星环，不必担心：就在土星失去其装饰物的5000万年前，火星的卫星火卫一（Phobos）将在引力的作用下裂开，变成一个绕着火星的环，让火星拥有属于自己的呼啦圈。
再过50亿年，太阳中心的氢燃料也开始枯竭。目前，太阳的质量正在以每秒60亿千克的速度减少。一旦太阳消耗完氢能，引力就会占据上风，其外层就会崩溃。
与我们的直觉相反，在此之后，太阳的核心会继续受到长达数千年的压力，最终爆发出强烈的核聚变。它产生的能量将比以前任何时候都要高。太阳的外层会继续向太空中膨胀，它会变成一颗红巨星，吞噬水星、金星，最终也吞噬地球。在宇宙历的明年5月初，地球将永远消失。
再过10亿年，太阳的外层会溶解在周围的空间中，留下一个由发光原子组成的致密的核，这里曾是太阳燃烧的核心。我们把这个核叫作“白矮星”。白矮星是由氢、氦以及碳、氧等稍重元素组成的炽热的大晶体。说真的，白矮星就是炽热的大钻石，我不知道人们为什么通常不这样形容。
离我们最近的白矮星是大犬座（Canis Major）的天狼星B（Sirius B）。它比地球小得多，但在冬季，你可以用合适的望远镜看到它（至少在21世纪20年代初如此，之后它会隐匿在天狼星A后面，这是紧挨着天狼星B的大恒星）。其微弱的光点预示着我们的太阳将在宇宙历的明年6月变成什么样子。
太阳形成的晶体会缓慢散热，直到形成我们所说的“黑矮星”——恒星的冰冷残骸。然而，形成黑矮星所需要的时间比宇宙的年龄更长，因此宇宙中还没有这样的天体。但终有一天，太阳会凝结成一颗孤独的黑珍珠。巧合的是，这也是你刚刚看完的《加勒比海盗》电影中主船的名字。
