【怀念卡尔.萨根系列】 宇宙 （连载）

edgu

宇宙　Cosmos

萨根最著名的作品。《宇宙》的电视片是一个
传奇，这本书同样如此。它与电视片相辅相成，
但并不完全是一个脚本，而是一部独立存在的
巨著，是时间、空间、地球、生命、人类和文
明的历史，一首真正的宇宙之史诗。从来没有
任何一部科普作品能这样恢宏、优美、光彩夺
人，像伟大的文学作品一样触及心灵深处。























宇宙


卡尔·萨根　著　　周秋麟、吴衣俤等译　李元校

扫校底本：《宇宙》，吉林人民出版社，支点从书　1998年10月第1版


引　言




　　长期艰苦的研究工作终将揭示现存的奥秘。但是人的生命是有限的，即使将毕生都贡献给太空，我们也不可能透彻地研究这样巨大的课题……所以，只有经过相当长的历史时期，人们才有可能获得对太空的全面认识。将来有一天，我们的后代会因为我们不懂得那些对他们来说十分浅显的东西而感到吃惊……还有许多东西有待于发现，那时候，我们将被我们的子孙所忘却。如果我们的宇宙不能为每一代人都提供可探索的奥秘，那么，这个宇宙就太渺小，太可悲了……大自然是不肯将其天机一下子全都泄露给我们的。

　　——塞尼卡《大自然的问题》第七卷“第一世纪”

　　在古代的日常谈话和生活习惯中，最普通的世事也会跟宇宙间发生的最大事件联系在一起。驱虫咒就是一个很好的例子。公元前1000年的亚述人以为地龙（蚯蚓）是牙痛的病魔，他们的咒语以宇宙的起源为开头，以治愈牙痛为结尾：


阿努造天空，
天空造地球，
地球造江河，
江河造水流，
水流造沼泽，
沼泽造地龙，
地龙去找沙麦斯和埃，
哀求哭泣泪涟涟：
“你何以供我餐，
你何以供我饮？”
“是否以你干无花果。”
“干无花果！于我
何所用？
提携我吧，居我于牙缝与齿龈间！……”
哦，地龙，你出言不逊
愿埃以其巨掌
惩治你！
(治牙痛咒语)
疗法：将二等啤酒和食油等渗和在一起：默诵三遍以后将该药敷在病牙上。

　　我们的祖先渴望了解宇宙，但是他们没有其正找到了解的办法。他们设想了一个既离奇又规则的小宇宙，其中，阿努、埃、沙麦斯诸神掌管着一切。在这个小宇宙里，人类如果不是起着核心作用的话，起码也起着重要的作用。我们人类跟大自然密切地联结在一起；用二等啤酒治牙痛的疗法也与最深奥的宇宙学联系在一起。

　　今天，我们已经找到了一种有效和精确地了解宇宙的方法，我们把这种方法称为“科学”。科学已经表明，宇宙是如此浩瀚而古老，因此人间世事往往显得无足轻重。随着人类的成长，人类与宇宙疏远了，宇宙似乎与人类的日常生活无关紧要。可是科学发现，宇宙不但横无际涯、辽阔瑰丽，不但可以为人类所了解，而且，从现实和深远的意义上说，人类的命运和宇宙息息相关。人类大大小小的活动都可以追溯到宇宙及其起源。本书探讨的就是这种宇宙观。

　　1976年的夏秋，作为“海盗”号着陆舱模拟飞行队的成员，我跟我的百人科学工作队一起探索了火星。在人类历史上，我们的宇宙飞船首次在另一个星球上着陆了。探索的结果（详见第五章）是引人注目的，这一使命的历史意义是举世公认的。然而，大众对这样伟大的事件却几乎一无所知。报刊采取了漫不经心的态度，电视对此置若罔闻。当他们知道“火星上是否存在着生命”这个问题的答案仍然悬而未决的时候，他们的兴趣更是有减无增。他们不容许有任何似是而非、模棱两可的答案。当我们宣布火星的天空是浅黄色而不象原先所误认为的那样是蓝色的时候，记者们一致报以善意的嘘声——即使在这一点上，他们也希望火星跟地球一个样。他们认为，越是证明火星不像地球，读者和观众的兴趣就越小。然而，火星的气势磅礴、景色宏伟。根据个人经验，我确信、全世界对探索行星及其许多类似的科研课题都怀有极大的兴趣——例如生命的起源、地球、宇宙、地外文明的研究、人类和宇宙的联系等等，我还确信，这种兴趣可以通过电视这个最有力的传播媒介而得到激发。

　　“海盗”号资料分析及探索计划处处长 B·金特里·李是一个具有非凡组织能力的人。我们俩的看法是一致的，我们都跃跃欲试，决定就这些问题做点工作。李建议我们组织一个专门的电视制作公司，用生动活泼、通俗易懂的方法传播科学。后来，我们接洽了若干项目，但是其中最有趣味的是KCET（美国公共广播局洛杉矶中心站）提出的要求。最后，我们一致同意制作一部关于天文学的13集电视连续片。这一套电视片要以人类为中心展开，以普通观众为服务对象，既要场面壮观，又要配乐和谐；既要有教育意义，又要给人以美的享受。我们跟担保人进行了洽谈，雇了一名监制人，结果我们承担了一项为期3年的叫作“宇宙”的制片任务。 在写这本书的时候，我们估计这部电视片在世界上的观众有1亿4千万，占地球这个行星的人口的3%。我们相信，大众远比人们普遍所想象的要聪明得多；也相信关于宇宙的性质和起源的最深奥的科学问题能够激发一大批人的兴趣和热情。当前这个时代正处在文明大道的十字路口，也许也正处在人类进化的十字路口。不管今后走哪一条路，我们的命运已经跟科学牢牢地联结在一起。了解科学已经关系到我们的生死存亡。此外，科学是一种乐趣，人类的进化注定我们要乐于了解科学，因为了解科学的人生存的可能性更大。《宇宙》这部电视系列片和本书为如何传播科学的思想、方法和乐趣提供了一个很好的例子。

　　本书和电视系列片是同时形成的，从某种意义上说是相辅相成的。本书里的许多插图取自为电视系列片摄制的稀有图片。但是本书的读者和电视观众不尽相同，因此编辑方法也就不一样。书籍的一个最大优点是可以让读者反复阅读那些晦涩难解的部分，而电视只有在录像磁带和录像光盘的新技术出观之后才有可能这样做，书籍的作者可以自由选定一个章节主题的范围和深度，而一个非商业性电视节目则只能限制在58分零30秒钟之内。在许多问题上，本书的讨论比电视系列片更深入。有些题目本书并没有讨论，但在电视片里讨论了。本书模仿坦尼尔关于艾丽斯和她的朋友在高重力和低重力环境中的组画能否通过严格的电视剪辑还是一个问题。今我欣慰的是，画家布朗画的那些优美的插图及其说明在本书里可以说是适得其所的另—方面，电视片里所介绍的“宇宙历”本书没有收录——部分原因是“宇宙历”在我的《伊甸园的飞龙》里已经讨论到了；同样，我在本书里也没有详细讨论罗伯特·戈达德的生平事迹。因为在《布罗卡的脑袋瓜》一书中有一章专门介绍了他的情况。但是电视系列片中的每一集都跟本书相应的章节密切相关。我希望读者观众能够受益于两者，且相得益彰。

　　为了明晰起见，我在若干情况下不止一次地介绍了某个概念——先是轻描淡写，然后由浅入深。例如在第一章里，“宇宙物质”这个概念先是简单地介绍一下，后来才进行深入讨论。又如第二章里关于“突变”、“酶”、“核酸”的讨论也是如此。有些概念不是按历史的先后次序阐述的，例如古希腊科学家的思想到第七章才介绍。对约翰尼斯·开普勒的讨论却放在第三章。但是我认为，只有先了解古希腊人因一步之差而没有完成的伟业，我们才能够对他们的成就做出充分的估价。

　　科学跟人类的其他活动是不可分割的，所以讨论的时候免不要涉及到社会、政治、宗教和哲学的许多问题。有时候是一带而过，有时候则正面论述。

　　即使拍摄科学电视系列片也常常受到世界性军事行动的干扰。当我们在莫哈夫沙漠用与“海盗”号着陆舱一样大小的模型进行探索火星实习时，我们经常受到在附近试验场进行轰炸航线演习的美国空军的阻扰。在埃及的亚历山大，从早晨 9 点到11点，我们的旅馆是埃及空军扫射航线的演习目标。在希腊的萨莫斯，因为北大西洋公约组织军事演习，他们在地下和山坡上构筑大炮、坦克掩体，所以我们迟迟不能获得自由拍摄权。在捷克斯洛伐克，由于在一条农村公路上使用步话机组织拍片的后勤工作，引起了一架捷克斯洛伐克空军战斗机的注意。这架战斗机一直在我们的头顶上盘旋，我们用捷克语向他们再三保证不会对他们的国家安全构成威胁后才离去。在希腊、埃及和捷克斯洛伐克，我们拍摄小组所到之处都有国家保安机关特工人员的陪同。起初，当我们征求在苏联卡卢加拍摄的意见，并建议就俄罗斯宇宙航行学先驱康斯坦廷·齐奥尔科夫斯基举行讨论会时，我们的要求受到了阻拦。后来我们才知道，那是因为那里即将对不同政见者进行审判。我们拍摄小组人员无论到哪一个国家都受到友好款待，但是全世界到处都有军事活动，每一个国家都忧心忡忡。我的经验更使我决心在电视系列片和本书的有关章节探讨社会问题。

　　科学的真谛在于其自身日臻完善。新的实验结果和新的学术思想不断地解破旧谜。例如，在第九章里，我们讨论了太阳所产生的难以捕捉的粒子（称为“中微子”）似乎太少这个事实，同时我们还列举了一些不同的见解。在第十章里，我们怀疑宇宙里是否有足够的质量可以最终阻止遥远星系的退行，我们也怀疑宇宙是否能永存不朽。加利福尼亚大学弗里德里克·莱恩斯的实验对这两个问题的认识可能有一定的影响。莱恩斯相信他已有两种发现，其一是中微子以三种不同的状态存在，只有一种可以用观察太阳中微子的望远镜捕捉到，其二是中微子不同于光，是有质量的，因此宇宙空间里所有中微子的引力有助于闭合宇宙而防止它无限膨胀。未来的实验将证实这些观点正确与否，但是这些观点的出现说明了人们勇于不断地对已被普遍接受的基本科学理论进行重新估价。对科学来说这正是最为重要的。

　　因为这是一个规模巨大的工程，所以不能对每一个有贡献的人都表达我的谢意。然而，我还要特别感谢 B·金特里·李及《宇宙》电视系列片全体制作人员——包括老一辈制片人杰弗里·海恩斯－斯太尔斯和戴维·凯纳德以及监制人艾德里南·马龙，画家乔恩·龙伯格（他那富有独创性的布景设计与组织能力对《宇宙》的拍摄起了关键性的作用）、约翰·阿利森、阿道夫·沙勒、里克·斯特恩巴赫、唐·戴维斯、布朗和安妮·诺西亚；顾问唐纳德·戈德史密斯、欧文·金杰里奇、保罗·福克斯和黛安妮·阿克曼、卡墨伦·拜克；KCET管理人员，特别是格雷格·安多尔弗（他首先把KCET的建议传达给我们）、丘克·艾伦、威廉·拉姆和詹姆斯·洛珀，《宇宙》电视系列片的担保人和合作制片人，其中包括大西洋里奇菲尔德公司、公共广播公司、阿瑟·维宁·戴维斯基金会、艾尔弗雷德·斯龙基金会、英国广播公司和波利特尔国际组织。其他协助人员的名单列在书后。当然，归根结底，我要对本书的内容负责。我还要感谢蓝灯书屋的全体工作人员，特别是感谢本书编辑安·弗里德古德和设计罗伯特·奥利西诺的卓越的工作和在电视系列片及本书最后限期眼看就要发生冲突的时候所表现出来的耐心。我特别感激我的助理谢利·阿登，她任劳任怨，不但出色地承担了第一稿的打字任务，还出色地承担了几个制作阶段不同稿子的打字任务。当然这只是她对《宇宙》拍摄工作的许多贡献之一。我对下列人员感激不尽：康奈尔大学校方（他们给我两年的假期搞这个项目）和康奈尔大学的同事及学生，还有国家航空和航天局喷气推进实验所及“旅行者”号摄像队的同事们。

　　安·德鲁彦和史蒂文·索特都是这部电视系列片的合著者，他们对写成《宇宙》这本书的贡献尤其大、他们对本书的基本思想及其相互间的联系，对全书的内容及其措词，经常提出宝贵的意见。我深切地感激他们对本书进行严格的审阅，对修订初稿所提出的建设性和创造性的意见，以及对本书内容有重大影响的电视片文稿所作的重要贡献。我在跟他们多次的讨沦中所感受到的乐趣是我从事《宇宙》这项工程的主要报偿之一。

　　　　　　　　　　　　　1980年5月于

　　　　　　　　　　　　　伊萨卡和洛杉矶

[ Edited by  edgu on 2008-6-13 10:39 ]

edgu

第一章　宇宙的边疆




　　人类被创造之前称为致命笑巫、黑夜之巫、蓬头与黑巫……他们生性聪明，洞察一切，对周围的事物一目了然，因而对苍穹和地球图谋不轨……(后来造物主说)“他们无所不知……我们该如何对付他们呢？让他们目光短浅吧，让他们眼界狭窄吧！……我们难道不是要把他们造成头脑简单的动物吗？他们难道也要成为神吗？”

　　　　　　　　　　《凯查马耶族圣经》

　　地的广大，你能明透吗？
　　光明的居所从何而至？
　　黑暗的本位在于何处？

　　　　　　　　　　《圣经·约伯记》

　　我索取荣誉的对象不应该是太空，而应该是我的灵魂。假如我拥有一切，我就无所用心。好大喜功则为宇宙汪洋所吞没，开动脑筋则领悟世界。

　　　　　　　　　　布菜斯·始斯卡《感想录》

　　已知的事物是有限的，未知的事物是无穷的；我站立在茫茫无边神秘莫测的汪洋中的一个小岛上。继续开拓是我们每一代人的职责。

　　　　　　　　　　 T.H.赫胥黎

　　宇宙现在是这样，过去是这样，将来也永远是这样。只要一想起宇宙，我们就难以平静——我们心情激动，感叹不己，如同回忆起许久以前的一次悬崖失足那样令人晕眩颤栗。我们知道我们在探索最深奥的秘密。

　　宇宙的大小和年龄不是一般人所能理解的。我们的小小行星只不过是无限永恒的时空中的一个有限世界。从宏观来看，大多数人类所关心的问题都可以说是无关紧要的，甚至是微不足道的。但是，我们人类朝气蓬勃、勇敢好学、前途无量。几千年来，我们对宇宙及我们在宇宙中所处的地位作出了最惊人的和出乎意料的发现。人类对宇宙的探索，回想起来是很令人兴奋的。这些探索活动提醒我们：好奇是人类的习性，理解是一种乐趣，知识是生存的先决条件。因为我们在这个宇宙中只不过是晨空中飞扬的一粒尘埃，所以，我们认为，人类的未来取决于我们对这个宇宙的了解程度。

　　我们探索宇宙的时候，既要勇于怀疑，又要富于想象。想象经常能够把我们带领到崭新的境界，没有想象，我们就到处碰壁。怀疑可以使我们摆脱幻想，还可以检验我们的推测。宇宙神奥非凡，它有典雅的事实，错综的关系，微妙的机制。

　　地球的表面就是宇宙汪洋之滨。我们现有的知识大部分是从地球上获得的。近来，我们已经开始向大海涉足，当然，海水才刚刚没及我们的脚趾，充其量也只不过溅湿我们的踝节。海水是迷人的。大海在向我们召唤。我们的本能告诉我们，我们是在这个大海里诞生的。我们还乡心切。虽然我们的夙望可能会冒犯“天神”，但是我相信我们并不是在做无谓的空想。

　　因为宇宙辽阔无垠，所以那些我们所熟悉的适用于地球的量度单位——米、英里等等已经没有意义。我们用光速来量度距离。一束光每秒钟传播18.6万英里，约30万公里，也就是7倍于地球的周长。一束光从太阳传播到地球用8分钟的时间，因此我们可以说，太阳离我们8光分。一束光在一年之内约穿过10万亿公里(相当于6万亿英里)的空间，这个长度单位——光在一年里所通过的距离——称为一光年。光年不是度量时间的单位，而是度量距离的极大单位。

　　地球是宇宙中的一个地方，但决不是唯一的地方，也不是一个典型的地方。任何行星、恒星或星系都不可能是典型的，因为宇宙中的大部分是空的。唯一典型的地方在广袤、寒冷的宇宙真空之中，在星际空间永恒的黑夜里。那是一个奇特而荒芜的地方。相比之下，行星、恒星和星系就显得特别稀罕而珍贵。假如我们被随意搁置在宇宙之中，我们附着或旁落在一个行星上的机会只有1033分之一①。(1033，在10之后接33个0)。在日常生活当中，这样的机会是“令人羡慕的”。可见天体是多么宝贵。

　　从一个星系际的优越地位上，我们可以看到无数模糊纤细的光须象海水的泡沫一样遍布在空间的浪涛上，这些光须就是星系。其中有些是孤独的徘徊者，大部分则群集在一起，挤作一团，在大宇宙的黑夜里不停地飘荡。展现在我们面前的就是我们所见到的极其宏伟壮观的宇宙。我们隶属于这些星云，我们所见到的星云离地球80亿光年，处在已知宇宙的中心。

　　星系是由气体、尘埃和恒星群(上千亿个恒星)组成的，每个恒星对某人来说都可能是一个太阳。在星系里有恒星、行星，也可能有生物、智能生命和宇宙间的文明。但是从远处着眼，星系更多地让人想起一堆动人的发现物——贝壳，或许是珊瑚——大自然在宇宙的汪洋里创造的永恒的产物。

　　宇宙间有若干千亿(1011)个星系。每个星系平均由1000亿个恒星组成。在所有星系里，行星的数量跟恒星的总数大概一样多，即1011*1011=1022。在这样庞大的数量里，难道只有一个普通的恒星——太阳——是被有人居住的行星伴随着吗？为什么我们这些隐藏在宇宙中某个被遗忘角落里的人类就这样幸运呢？我认为，宇宙里很可能到处都充满着生命，只是我们人类尚未发现而已。我们的探索才刚刚开始。80亿光年以外嵌着银河系的星系团催迫着我们去探索。探索太阳和地球就更不用说了。我们确信，有人居住的这个行星只不过是一丁点儿的岩石和金属，它靠着反射太阳光而发出微光。在这样的大距离里，它已经消失得无影无踪。

　　但是，这个时候，我们的旅程只到达地球上的天文学所通称的“本星系群”。本星系群宽达数百万光年，大约由20个子星系组成，是一个稀疏、模糊而又实实在在的星系团。其中的一个星系是M31，从地球上看，这个星系位于仙女星座。跟其他旋涡星系一样，它是一个由恒星、气体和尘埃组成的巨大火轮。M31有两个卫星，它通过引力——跟使我呆在坐椅上相同的物理学定律——将矮椭圆星系束缚在一起。整个宇亩中的自然法则都是一样的。我们现在离地球200万光年。

　　M31 以外是另一个非常相似的星系，也就是我们自已的星系。它的旋涡臂缓慢地转动着——每2亿5千万年旋转一周。现在，我们离地球4万光年，我们正处于密集的银河中心。但是， 假如我们希望找到地球的话，就必须将方向扭转到银河系的边远地带，扭转到接近遥远的旋涡臂边缘的模糊的地方。

　　我们印象最深刻的是，恒星即使在两个旋臂之间，也像流水一样漂浮在我们的四周——气势磅礴的自身发光的星球，有些虽然象肥皂泡一样脆弱，却又大得可以容得下1万个太阳或1万亿个地球；有些小如一座城池，但密度却比铅大100万亿倍。有些恒星跟太阳一样是孤独的；多数恒星有伴侣，通常是成双成对，互相环绕。但是那些星团不断地从三星系逐渐转化成由数十个恒星组成的松散的星团，再转化成由百万个恒星组成的璀璨夺目的大球状星团。有些双星紧靠在一起，星体物质在他们之间川流不息，多数双星都象木星与太阳一样分离开来。有些恒星——超新星——的亮度跟它们所在的整个星系的亮度一样；有些恒星——黑洞——在几公里以外就看不见了。有些恒星的光彩长年不减；有些恒星闪烁不定，或以匀称的节奏闪烁着。有些恒星稳重端庄地转动着，有些恒星狂热地旋转着，弄得自己面貌全非，成了扁圆形。多数恒星主要是以可见光成红外光放出光芒；其他恒星也是X光或射电波的光源。发蓝光的恒星是年青的星，会发热；发黄光的恒星是常见的星，它们已经到了中年；发红光的恒星常常是垂亡的老年星；而发白光或黑光的恒星则已奄奄一息。银河里大约有4千亿个各种各样的恒星，它们的运转既复杂又巧妙。对于所有这些恒星，地球上的居民到目前为止比较了解的却只有一个。

　　每个星系都是太空中的一个岛屿，它们与其邻居隔光年之距遥遥相望，我可以想象，在无数星球上的生物对宇宙的模糊认识是如何产生的：他们在开始的时候都以为，除了他们自己小小的行星以及他们周围的那些区区可数的恒星以外，再也没有其他的星星了。我们是在与世隔绝的情况下成长起来的，我们对宇宙的正确认识是逐渐形成的。

　　有些恒星可能被数百万个没有生物的由岩石构成的小星球所包围，这些小星球是在它们演化的某个初级阶段冻结而成的行星系。大概许多恒星郡有跟我们类似的行星系：在外围具有由大气环所包围的行星和冰冻卫星，而在接近中心处则有温热的、天蓝色的、覆盖着云的小星球。在一些行星上可能已经有高级动物，他们也许正在从事某种巨大的工程建设来改造他们的行星世界，他们是我们宇宙中的兄弟姐妹。他们跟我们的差别很大吗？他们的形状、生物化学、神经生态、历史、政治、科学、技术、艺术、音乐、宗教、哲学等方面的情况如何？也许有一天我们会知道的。

　　我们现在已经回到了我们的后院——离地球1光年的地方。包围着我们的太阳的是一群巨大的雪球，这些雪球由冰块、岩石和有机分子组成：它们就是彗核。每当恒星经过的时候都对它们产生一定的引力作用，最后迫使它们当中的一个雪球倾倒到内太阳系。由于太阳热的作用，冰块被蒸发，于是就出现了美丽的彗尾。

　　我们现在来到我们星系的行星上。这些星球相当之大，它们都是太阳的俘获物。由于重力作用，它们被迫作近似圆周运动。它们的热量主要来自太阳。冥王星覆盖着甲烷冰，它唯一的伙伴是它的巨大卫星卡戎。冥王星是被太阳照亮的，因为太阳离它很远，从漆黑的天空中看上去，太阳只不过是一个明亮的光点。巨大的气体星球海王星、天王星、土星——太阳系的宝石——和木星部分别有一个冰冻卫星作伴相随（这些行星近年均被发现有更多的卫星甚至卫星群相伴随。——编著）。在气体行星及其冰冻卫星的内侧就是充满岩石的温暖的内太阳系。例如，在那里有红色行星——火星。在火星上有高耸的火山、巨大的裂谷、席卷火星的大沙暴，并且，完全可能还有一些初级形态的生物。所有太阳系的行星都绕着太阳运转。太阳是离我们最近的一个恒星，它是一个令人恐怖的氢气和氦气的热核反应炉，它的强光照耀着整个太阳系。

　　经过一番漫游之后，我们终于回到了我们这个弱小的浅蓝色星球。宇宙汪洋茫无际涯，范围之大，难以想象，而这个星球仅是其中之一，完全淹没于宇宙汪洋之中，它的存在可能仅仅对我们有意义。地球是我们的家，我们的母亲。人类是在这里诞生和成长的，是在这里成熟起来的。正是在这个星球上，我们激发了探索宇亩的热情。也正是在这里，我们正在痛苦和不安之中掌握我们自己的命运。

　　人类有幸来到地球这个行星上。这里有充满氮气的蓝天，有碧波荡漾的海洋，有凉爽的森林，还有柔软的草地。这无疑是一个生机勃勃的星球。从整个宇宙来看，它不但景色迷人，天下稀有，而且到目前为止，在我们的行程所经历过的所有时空当中，只有这个行星上的人类开始对宇宙进行探索。必定有许多这样的星球散布在整个宇宙空间里，但是，我们对它们的探索从这里开始。我们有人类百万年来用巨大的代价积累起来的丰富知识。我们这个世界人才济济，人们勤学好问。我们的时代以知识为荣。我们是很幸运的。人类是宇宙的产物，现在暂时居住在叫做“地球”的星球上。人类返回家园的长途旅行已经开始。

　　跟许多其他的发现一样，人类发现了地球是一个小星球。那是在古代的近东地区，在被一些人称为公元前三世纪的时代，在当时最大的城市——埃及的亚历山大发现的。在这个城市里住着一个名叫埃拉托斯尼的人，当时一个最羡慕他的人称他“贝塔(β)”——希腊文的第二个字母。这是因为，他说埃拉托斯尼是世界上第一个无所不知的人。但是埃拉托斯尼显然几乎在所有的领城里都是“阿尔法(α)”(希腊文的第一个字母)。他是一个天文学家、历史学家、地理学家、哲学家、诗人，戏剧批评家和数学家。他的著作从《天文学》到《痛解论》，样样都有。他还是亚历山大市图书馆的馆长。有一天，他从该馆的一本手抄本里读到下面—段话：在南部边疆西因前哨靠近尼罗河第一大瀑布的地方，在6月21日正午， 直立的长竿在地面上没有投下阴影。在夏至那天——一年当中白昼最长的一天，接近中午的时候，圣堂圆柱的阴影越来越短，最后在正午消失掉。这时太阳从头顶上直射下来，在一口深井的井水里可以看到太阳的倒影。

　　上述的观察是很容易为人们所忽略的。长竿、阴影、井里的倒影、太阳的位置——日常生活中这样简单的事情有什么重要的意义呢？但埃拉托斯尼是一个科学家，他当即想到做一个实验，实地观察一下亚历山大的直立长竿是否在6月21日正午会在地面上投下阴影。结果他们的实验证实；长竿在地面上投下了阴影。

　　埃拉托斯尼自我思忖：为什么在西因的长竿不投下阴影，而同一时刻在北边的亚历山大的长竿却投下明显的阴影呢？假设在一幅古埃及的地图上有两根等长的垂竿，一根直立在亚历山大，另一根直立在西因。假定在某一个特定的时刻两根长竿都没有在地面上投下阴影，这一点很容易理解——只要地球是扁平的。这时候，太阳在头顶直射。如果两很长竿在地面上投下等长的阴影的话，在扁平的地球上也说得通：这个时候太阳光线以同样的角度斜射在这两根长竿上。但是在同一时刻，在西因没有阴影，而在亚历山大却有明显的阴影，这究竟是怎么一回事呢?

　　他认为唯一可能的答案是：地球的表面是弧形的，而且弧度越大，阴影长度的差别就越大。因为太阳离我们如此之远，所以阳光照射到地球的时候是平行的。长竿与太阳光线的夹角不同，它们在地面上投下阴影的长度也就不同。就投在地而上的阴影长度的差别而言，亚历山大和西因之间的距离必定是它们在地面上的偏差角——约7度。也就是说，假如将长竿插入地心，它们就会在那里相交成7度角。7度相当于整个地球圆周360度的1/50。埃拉托斯尼知道亚历山大和西因之间的距离约800公里，因为他雇人步测过。800公里乘50等于40 000公里：这就是地球的圆周长度（原注：如果改用英里作量度单位，亚历山大和西因之间的距离约等于500英里，那么地球周长即为500英里×50＝25 000英里）。

　　这个答案是正确的。埃拉托斯尼唯一的工具是长竿、眼睛、脚和头脑，再加上对实验的兴趣。凭着这些东西，他推断出地球的圆周长度，误差只有百分之几，这在2200年前是一个非凡的成就。他是第一个正确地测量出一个行星的大小的人。

　　那时的地中海以航海业驰名，亚历山大是当时我们这颗行星上最大的海港。当你知道地球是一个直径不太大的星球时，难道你不想出海去探索吗？难道你不想去探索那些未被发现的国土，甚至去做环球航行吗？比埃拉托斯尼早400年的时候，一支腓尼基舰队受雇于埃及法老尼科，曾经环绕非洲一周。他们从红海启航（很可能是乘没有甲板的敞口船），顺着非洲东岸南下，再从大西洋北上，最后从地中海返航。这次史诗般的旅程花了3年的时间，相当于现代“旅行者”号宇宙飞船从地球飞往土星所需的时间。



　　根据亚历山大城阴影的长度，可以测出角A的度数。根据简单的几何公式（“两平行直线被第三条直线所截，内错角相等”），角B等于角A。于是，在测出亚历山大城阴影的长度后，埃拉托尼推算出亚历山大城和西因城在地球表面的距离（偏差角——译注）是：∠A＝∠B＝7°

　　在埃拉托斯尼的发现之后，勇敢而好冒险的水手多次进行过伟大的航海尝试。他们的船只很小，他们的航海仪器很不完善，他们仪根据测程仪和罗盘推算船位，并且尽可能沿着海岸航行。在陌生的大海里，他们虽然能够通过一夜又一夜地观察星座与地平线的相对位置来测定船只的纬度，但却不能够测定船只的经度。熟悉的星座对在陌生大海里的人一定是一个极大的安慰。星星是探索者的朋友，在当时就是地球远洋航船的朋友，而现在则是太空宇宙飞船的朋友。埃拉托斯尼算出地球的圆周长度之后，有些人可能尝试过环球航行，但是在麦哲伦以前，没有人获得成功。勇敢和冒险的故事在早期一定被说成是水手和航海家——世界上最讲究实际的人——拿他们的生命跟亚历山大的一个科学家的数字打赌！

　　在埃拉托斯尼时代，人们造出了地球仪，用以表示从空间看到的地球。这种地球仪在他们了如指掌的地中海地区基本上还是切合实际的，但是离开他们家乡越远，这种地球仪就变得越不符合实际。我们现在对宇宙的认识也难免遇到这种不愉快的情况。在第一世纪，亚历山大的地理学家斯特拉博写道：

　　“那些试图环球航行的人，返回的时候并没有说他们曾经受到大陆的阻碍，因为大海始终是敞开的。他们之所以返回，是因为信心不足、缺乏粮食……埃拉托斯尼说过，如果广袤的大西洋不是一个障碍的话，我们可以很容易地通过海路从伊比利亚抵达印度……在温带完全有可能有一、两个可居住的陆地……当然，如果(我们星球的另一部分)有人居住的话，住在那里的人跟我们是不同的，所以我们要把那里看成是另一个世界。”

　　人类就是这样开始千方百计地探索其他世界的。

　　后来对地球的探索是全球性的，有到中国和波利尼西亚去的，也有从中国和波利尼西亚出发的。当然，克里斯托弗·哥伦布发现美洲及随后几个世纪的历程算是达到了高潮，因为到那个时候，从地理上探索地球的任务已告结束。哥伦布的第一次航行与埃拉托斯尼的计算最直接相关。哥伦布对自己的“印度群岛冒险计划”简直着了迷，他不打算顺着非洲海岸航行，然后向东驶抵日本、中国和印度，他决心闯入陌生的西部海洋——即象埃拉托斯尼所大胆预见的那样，“通过海路从伊比利亚抵达印度”。

　　哥伦布曾经是旧地图的行商，也是古代地理学家——其中包括埃拉托斯尼、斯特拉博和普图利米——的著作和关于他们的著作的热心读者。但是，为了推行“印度群岛冒险计划”，为了使船只和船员能够在长途航行中生存下来，地球必须比埃拉托斯尼所说的小，所以，哥伦布在计算的时候耍了个花招。正如萨拉罗卡大学的考察人员准确无误地指出的那样，从哥伦布能找到的所有书本上，他采用了最小的地球圆周长度和最大的亚洲东延范围，甚至还再加以夸大。假如哥伦布在旅途中没有遇到美洲的话，他的探险就会彻底失败。

　　现在地球已经经过彻底的探索，再也不可能发现什么新大陆或失落的土地。但是，过去我们用来探索并定居住地球最遥远的地区的技术，现在可以用来飞离我们这个行星，去进行宇宙探险，去发现其它星球的秘密。飞离地球我们能够居高临下地对它进行观测，能够看到埃拉托斯尼测量出来的整个地球的球体及其大陆的轮廓，从而证实古代许多制图家有卓越的才华。埃拉托斯尼和亚历山大其他地理学家看到这些该会有多么高兴啊？

　　从某种意义上说，人类大约在公元前300年之后的600年时间里，在亚历山大这个城市开始了智力的冒险，这种冒险把我们引导到宇宙的海岸。但是，关于这个大理石般的光荣城市的形状以及人们的感觉，却没有任何记载可查，压制和惧怕已使人们几乎把古亚历山大遗忘得一干净。它的居民形形色色，简直不可思议，既有马其顿和后来的罗马土兵，埃及的祭司，希腊的贵族，腓尼基的水手，犹太商人，也有来自印度和撒哈拉沙漠南部非洲的访问者。在亚历山大兴盛的大部分时期内，除了大量的奴隶以外，人们都和睦相处，互相尊重。



　　这座城市是亚历山大大帝创建并由他从前的一个侍卫建成的。亚历山大鼓励重视外来文化，提倡虚心求知。根据传说——这种传说是否真实无关宏旨——他是在红海中世界上第一个钟形潜水器里降生的。他鼓励他的将土们与波斯和印度的女子通婚。他尊重其他国家崇拜的神。他搜集异国的生物（包括替他的老师亚里士多德搜集的—头象）。为了把他的城市建成世界贸易、文化和知识的中心，他不惜工本。这座城市因为有以下这些名胜而光彩夺目：30米宽的林荫大道，优雅的建筑和雕像，亚历山大陵，还有那座大灯塔——古代世界七大奇迹之一。

　　然而，亚历山人最大的奇迹是它的图书馆及其附属的博物馆(实际上是—个纪念9位文艺女神的公共场所)。在这个传奇般的图书馆里，至今残存最多的是图书馆附属建筑“塞里皮恩”里的那个一度被人遗忘的阴湿的地下室。它的唯一残物可能就是几个腐朽的书架，但是，这个地方曾经是我们这个行星上最伟大城市的智囊和荣誉，它是世界历史上第一个真正的科学研究所。该图书馆里的学者对整个宇宙进行了研究。“宇宙”(cosmos)这个词来自希腊语，意思是“天地万物，井然有序”，从某种意义上说，它是“混沌”(chaos)的反义词。它暗示了天地万物之间的相互联系，表明了人类对错综微妙的宇宙机制的敬畏。这是一个学者云集的地方，他们在这里研究物理学、文学、医学、天文学、地理学、哲学、数学、生物学和工程学。科学和学识发展了，天才在那里茁壮成长。亚历山大图书馆是我们人类最先系统而认真地搜集世界知识的地方。

　　除了埃拉托斯尼之外，还有天文学家希帕恰斯，他绘制了星座图并估算了恒星的亮度；欧几里得，他以卓越的才能将几何学进行系统的分类，并对正在费力地解一道数学难题的国王说：“通往几何学的道路中可没有为皇家铺设的康庄大道”；色雷斯的狄俄尼斯，他给词类作了定义，他对语言学的贡献，就象欧几里得对几何学的贡献一样；赫罗菲勒斯，生理学家，他确证智力活动的中心是在脑部而不是在心脏；亚历山大的赫伦，齿轮火车和蒸汽机的发明者，《自动装置》——第一本论述机器人的专著——的作者；佩尔加的阿波洛尼厄斯，数学家，他论证了圆锥曲线的各种形式（原注：之所以称为圆锥曲线是因为它们是以不同的角度从圆锥体上切割而成的，18个世纪这后，阿波洛尼厄斯论圆锥曲线的著作终于被约翰尼斯·开普勒首次用来理解行星的运动）——椭圆、抛物线和双曲线——(我们现在知道)这些曲线是行星、望星和恒星的运行轨迹；阿基米德，列昂那多·达·芬奇之前最伟大的力学天才；还有天文学家和地理学家托勒密，他编著了我们今天称为假科学的星占学；他的地心说统治了1500年。这个事实说明智慧并不能保证不犯大错误。在那些伟大的男子之外，还有一位伟大的女性——海帕希尔，她是数学家和天文学家，是这所图书馆最后一个名人，她的殉难与该馆建成七个世纪后的毁灭有密切关系。关于这个故事，我们后面还会谈到。

　　在亚历山大大帝之后的那些统治埃及的希腊国王们很重视学问，在几个世纪的时间里，他们始终扶植科研工作，并在图书馆里为时代的精萃保持良好的工作环境。该馆有10个研究大楼——分别用于不同学科的研究，许多喷泉和柱廊，几个植物园，一个动物园，几个解剖室，一个天文台，还有一个大餐厅，闲暇的时候，人们在厅里讨论问题。

　　这个图书馆的心脏是它的藏书。图书管理员到处搜罗世界各国的文化和文字，他们派人到国外尽可能买进图书资料。停泊在亚历山大的商船受到JC的搜查——搜查的目标不是走私货，而是图书。他们借来古书卷，誊抄之后再还给主人。虽然该馆的精确藏书数难以估计，但是收藏50万卷是完全可能的，而且全部都是纸莎草纸的手抄本。这些书都到哪里去了呢？创造这些书卷的古典文明崩溃了，连图书馆也被蓄意摧毁了。只有一小部分作品幸存下来，剩下的就是一些可怜的零零星星的碎片。这些可望而不可即的残片是多么令人心焦啊！例如，我们知道这个图书馆的书架上有一本萨摩斯天文学家阿里斯塔恰斯的著作，他论证说地球是行星之一，也是绕太阳运转的，他还论证说恒星离我们极为遥远。这些结论都是完全正确的，但是我们却等到将近2000年后才重新发现这些真理。我们对阿里斯塔恰斯这本著作损失的认识要提高10万倍，才能理解古典文明的伟大成就及其毁灭的悲剧性。

　　我们今天的科学已经远远地超过了古代科学，但是我们对历史的认识还存在着不可弥补的缺陷。试想一想，多少历史上的谜只要用亚历山大图书馆的一张借书证就可以得到解答。我们知道有一套三卷的世界史现在丢失了，作者是一个名叫彼罗萨斯的巴比伦祭司。该书第一卷论述从“创世”到“大洪水”时期，他认为这个时期是43.2万年，也就是说比《旧约全书》的年代纪还要长100倍。我很想知道书里到底写了些什么。

　　古人懂得宇宙的历史已经很长了，他们试图了解它的遥远的过去。我们现在知道宇宙远比我们所想象的要古老得多，我们已经考察了宇宙空间，知道我们住一个模糊星系的最遥远的角落里，住在一粒环绕着一颗平凡的恒星的尘埃上。如果我们是无限的空间里的一小点的话，我们在无限的时间里也占据了一瞬间。我们现在知道我们的宇宙——或者至少它的最近的化身——大约有150亿年或200亿年的历史了。这就是所谓的“大爆炸”以来的时间。在宇宙的开初是不存在星系、恒星或行星的，也没有生命或文明。当时的宇宙只不过是—个充满整个太空的均匀的辐射火球。从大爆炸时的混沌过渡到我们现在开始认识的宇宙，是我们有幸瞥见的物质和能量的最可怕的转化。在我们发现其他更聪明的智能生物之前，我们现在的人类就是最引人注目的转化结果——大爆炸的远代子孙。我们的使命是了解并进一步转化诞生我们的宇宙。

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①我们用美国科学界的标准单位表示大数字：1个billion(10亿)=1000,000,000=109；一个trillion(万亿)=1000,000,000,000=1012，等等。指数表示1之后0的个数。

edgu

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yugoking

我看看看

dcrunner

最后能否贴个txt的电子书上来

bigsun

我顶一下

maithon

这个支持，现在都没时间坐下来看这类书了，

yfy

没有电子版,这个一直很期待!