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☆★☆美国NASA太空任务专家李杰信博士最新科普作品

　　我来自何处？走向何方？宇宙缘何而起？

　　宇宙的起源，自古以来便是人类不断追寻的问题，
　　让我们一起循着科学的轨迹在点点繁星中探索宇宙的奥妙。

　　宇宙是一切事物的起始点，那么关于开始之前的开始又是什么？

　　20世纪初，哈伯发现宇宙是膨胀的。从膨胀的宇宙往回看，体积一路变小，最终一定会缩到小得不能再小。那一天就该是宇宙的生日，宇宙的起始点。

　　这么大块头的宇宙，缩到一小丁点的体积，温度和压力都应朝无穷大方向攀升。在这样一个难以想像的高温高压状态，合理推测，宇宙生日那天，就该有个大爆炸，即大霹雳。

　　1965年，天文学家们竟然听到了宇宙在137亿年前爆炸时残留下来的微弱回音。这个纤细的宇宙婴啼以电磁微波现形，性质诡异，人类竟半世纪之功，前后送了三个昂贵的科学卫星上天，蒐集了大量宇宙在大霹雳时遗存下来的第一手证据。

　　在本书中，李杰信博士抽丝剥茧，以易懂的科普语言，带领读者解读这份最古老的宇宙起源秘笈，进而和读者一起欣赏，在量子力学的操控下，深植在宇宙演化基因中丽质天生的缺陷美。

作者简介

李杰信（Mark Lee）

　　台湾大学物理系毕业，洛杉矶加州大学物理博士、麻省理工学院科技管理硕士。先入加州理工学院喷射推进实验室，后进美国航空暨太空总署（NASA）总部，担任太空任务科学家和资深技术顾问，管理太空基础物理科学飞行实验任务。

　　李博士发表过60余篇科学及科技管理论文，曾获颁NASA「杰出成就奖章」、「杰出服务奖章」和太空人办公室「银斯努匹奖」；又获太平洋国际太空学会颁发「国际太空年松长纪念奖」。在台湾，曾获「李国鼎通俗科学写作第一奖」、行政院新闻局「优良图书金鼎奖」和台南第一中学「杰出校友奖」等。

　　此外，李博士热心投身科普教育，成立「美国促进中国科普协会」，并担任会长；举办过两届「中国青少年太空梭科学实验活动」。着有中文科普书籍《追寻蓝色星球》、《我们是火星人？》、《生命的起始点》、《别让地球再挨撞》。曾任《中国时报》「浮士绘版」和中国《中国科技财富杂志》的专栏作家。

推荐序──人人好奇的宇宙起源∕高涌泉
推荐序──终极关怀∕刘大任
自　序
导　读
第一章　静止的宇宙
第二章　宇宙膨胀了
第三章　宇宙有多大？
第四章　超均匀
第五章　宇宙电磁微波
第六章　黑体辐射
第七章　不均匀
第八章　平直
第九章　黑暗的宇宙
第十章　暴胀
第十一章　何去何从
后　记──神话国
中文索引
英文索引

作者序

起源类的知识，我最喜爱。

　　1999年，写完《追寻蓝色星球》，地球生命的起源，引起了我强烈的好奇。火星个头小、散热快，极可能比地球抢先达到生命起源条件；生命在火星成形后，乘坐频繁出发的陨石列车，抵达地球，播种生命，这是目前无法排除的可能模式。《我们是火星人？》写出我的看法：地球生命的起源，可能和火星有密切关连。再往深层追究下去，火星肯定也不是宇宙生命的发源地。《生命的起始点》一书，将宝押在生命可能起源于一条单股的核糖核酸RNA分子上。只要条件凑齐了，RNA 分子在宇宙中任何时间任何地点都可能发生。如果发生的地点在地球，那可能是42亿年前的事。

　　生命起源的来龙去脉当然无比重要，但它只是宇宙在万事俱备、只欠东风情况下的一个锦上添花的现象。想想看，不管是RNA也好，DNA也罢，它的分子中肯定要有质子、中子（甚或夸克）和电子等基本材料。问完了生命化学分子怎么来的这个问题后，我们还得追问下去，宇宙中这些基本建材质子、中子和电子等是怎么来的呢？

　　追寻质子、中子和电子等物质的起源，在概念上，就是追寻宇宙的起源。

　　其实我们仰望星空，看到的都是物质的宇宙。几千年来，人类看着这本深邃的天书，天问不息，辛勤探究。

　　但人类恆久看到的却是一个静止的宇宙。天穹中点点繁星，都似乎坚固不动，人类只好接受宇宙是永恆存在的，它就是已经连续在那，如今如往昔，不需出生地，更不需出生日（no where, no when）。

　　20世纪初期，人类终于看到了，宇宙竟然是膨胀的。膨胀的宇宙往回看，它的体积应是一路缩回去。缩到最后，体积就小到不能再小，那一天就该是宇宙的生日、宇宙的起始点。

　　膨胀的宇宙，石破天惊，给人类带来了对宇宙起源的追寻。

　　宇宙虽然浩瀚无边，但内涵并不复杂，远比一个小萤火虫简单得多。所以，追寻宇宙起源，人类目前所掌握的物理知识，还能挺一阵子。

　　从物质来追寻宇宙的起源，是正面仰攻，本是最自然不过的线索，就像用人类骨骼化石去追寻人类起源一样直接。阿尔佛1948年的论文就是以这个思维出发，去追寻週期表上化学元素的起源。1977年，温伯格写出了脍炙人口的《最初三分钟》，为宇宙物质起源定下了精确的时间表。

　　但人类很难预料得到，在这条路上追到底，竟然只找到了宇宙的4%，其他96%竟然深藏在重重的黑幕之后，不在我们能看得到的线索之内。

　　这是一个令人类震憾的迷惑。

　　看来沿物质线索追寻宇宙起源的这条路，走起来并不顺畅。1965年，宇宙电磁微波首次在人类文明的舞台上出现。不错，这个电磁微波纪录的是宇宙在大霹雳后37.6万年时的天空影像，在时间上，的确比温伯格的最初三分钟要晚了许多。但电磁微波出身于宇宙原始电浆火球，是大霹雳宇宙从第一时间就配备的纪录仪器，如影随形，同步实况录下了宇宙大霹雳中每个动作，可追溯到宇宙起源时间到一千亿亿亿亿分之一秒，即10-35秒。

　　宇宙电磁微波中含有宇宙的超均匀、不均匀、平直和更多的讯息在内。尤其是微波的不均匀和平直特性，竟然唿唤出了宇宙暗能量部分和宇宙组成物质的成分比例。

　　所以，追寻宇宙起源，如果只以我们能看到的一般物质为主要线索，所得到的讯息只能在宇宙4% 的成分中打转，和以宇宙电磁微波为线索比较，讯息量的落差有如天上地下。

　　知道宇宙中含有23% 的暗物质和73% 的暗能量后，人类不但没变得比以前聪明，反而更加迷惑了。

　　但至少现代人类已经能够肯定，我们能看得到的仅仅是宇宙的4%，这是20世纪人类一项伟大的成就。

　　这本书写的，就是现代人类先找到宇宙的4%，再又深深跌入那96%未知的黑暗宇宙深渊的故事。

　　宇宙在137亿年前的那个生日，太难理解。137亿年的宇宙太年轻，在那之前，宇宙藏到哪里去了？

　　「生也有涯，知也无涯」，庄子二千多年前的名言，至今仍然好用。老子更上一层楼，点出「绝学无忧」。两位先圣可能怕人类对知识追求到走火入魔，良莠不齐，小则造成自身精劳神疲，大则导致祸国殃民。

　　近些年来，一些在灵修上有突破的朋友，对知识的追求，已适可而止。他们指出，在灵修的道路上，爱因斯坦和佛洛伊德，只得499分。相比起来，甘地和特雷莎修女，700分。耶稣和佛祖，1,000分。

　　分数多少，是估计个体对其他生灵影响的能量。每增加1分，能量增加10倍。芸芸众生，一辈子能增加5分，已不枉过客匆匆的一生。

　　从灵修的角度来看，伟大的科学家们被挡在500分以下，对人类影响能量望尘莫及于特雷莎修女，是因为他们对逻辑推理能力的「自恋的虚荣」（vanity of self-admiration）。

　　我相信灵修的程度，只达到人是有灵性的地步，但自己认为灵性是随着肉身生，跟着肉身亡，没有前生来世，更无轮回。

　　不知道会不会有那么一天，我也选择了关上知识的大门，开始追求灵性上的进修。但在现在这一刻，我清楚地知道，我和知识的尘缘未了，仍然和它魂魄相依。

　　感谢我的同窗至友---哈佛大学的电磁物理专家蔡武阳（1942-）博士，在百忙之中，为本书做了一次关键性的技术校阅。

　　还有许多朋友为本书校读润色，在此不克一一致谢。

推荐序一

人人好奇的宇宙起源

　　在当今各式各样的科学之中，宇宙学是一门相当奇特的学问──它既是人类对于自然最古老的探索，却同时也是最崭新的科学。它的古早性从以下的一个例子即可知：在西藏传承的古代印度佛典里，有十四个没有答案的问题，称为「十四无记」，这些问题包括了「自我和宇宙是永恆的吗？」、「自我和宇宙是变易的吗？」、「自我和宇宙既是永恆又是变易的吗？」、「自我和宇宙有起点吗？」、「自我和宇宙没有起点吗？」、「自我和宇宙既有起点，又没有起点吗？」等，每个大问题都牵涉宇宙，所以自古以来，人类对于宇宙究竟怎么一回事即充满好奇。

　　但是古人万万没想到的是，在这些他们认定永远找不到答案的问题当中，居然有一部分在二十世纪出现了解答。例如，我们已经知道宇宙诞生于约137亿年前，所以宇宙的确有个起点，而且是变易的！古人其实有非常好的理由相信我们回答不了「十四无记」──起码在涉及宇宙的部分，这理由就是我们不可能让时间倒流而回到过去，因此便不可能了解宇宙最初是怎么开始的。既然科学家宣称找到了答案，那么他们一定寻到了不可思议的方法，让他们即使在没有时光机的情况下，也能够有信心地推论出137亿年前──那个连银河系还都不存在的时候──所发生的事。

　　我相信没有人不好奇科学家到底怎么能够回答宇宙有无起点的问题，大家必定想知道究竟是那些人、在什么时候、发现了什么现象，使得科学福尔摩斯们得以拼凑出宇宙完整的图像。这趟寻求宇宙起源的科学之旅其实高潮迭起，有很多出人意料之外的转折，有各式各样有趣的人物参与，其中有无名的英雄，也有无意遇上宝藏的幸运儿，他们的故事一般大众会感兴趣也听得懂，讲述这些故事就是本书的主旨。

　　作者李杰信博士任职于美国航太总署（NASA），这个机构资助了许多关键的宇宙探索活动，着名的例子之一就是「宇宙背景探测器」（COBE）太空实验计画，这个探测器（卫星）所蒐集到关于宇宙微波背景辐射的数据，让其两位计画主持人斯穆特（George Smoot）与马瑟（John Mather）获得2006年诺贝尔物理奖。李博士因为工作关系，对于斯穆特与马瑟两人的研究历程，有第一手的了解，他将不少外人所不知的故事（例如第七章「黑脸白脸」一节）写进书中，成了这本《宇宙起源》最重要的特色。

　　当然，除了第一手的故事与历史叙事之外，本书对于相关的天文与物理知识也有生动的说明，所以适合作为宇宙学入门书。一本很棒的科普书会让读者在阅读之后，对于主题产生更高的兴趣，进而想去寻找更详细、更清楚精确的相关科学书籍来阅读，李杰信博士的《宇宙起源》有成为这样一本书的潜力。

高涌泉（国立台湾大学物理学系教授）

推荐序二

终极关怀

　　杰信传来他的新着《宇宙起源》，要我写篇序。坦白说，我觉得很惶恐。虽然一直关心他多年努力不懈的科普工作，但我对他的专业，基本是个门外汉，能说什么呢？

　　但杰信，就是希望见到非物理专业的观点！

　　那就勉为其难吧。

　　忽然想到三年前写过一篇文章《两种文化观》，也许从这里切入。

　　1959年5月，英国小说家斯诺（C. P. Snow，不是写《西行漫记》的那位斯诺）在剑桥大学演讲，提出了一个新观点，发人深省，题目是〈两种文化观和科学革命〉。他认为，西方知识界严重两极分化，一个集团叫做「科学家」，另一个集团，他称为「文学学者」。两个集团相互排斥，你瞧不起我，我看你也不是东西。

　　「两种文化观」在过去半个世纪成为针对西方知识界提出的的严重警告，显然涉及教育上过分强调「专业化」。大学教育分工过细，物理博士不读莎士比亚，文学博士连基本物理观念都搞不清楚。一个社会，出现这种文化现象，有什么危险？小自个人生活态度，家庭和人际关系，大至公众价值和国家理想，都可能出现僵硬和偏枯。

　　欧美先进国家，早在四、五十年前开始自觉审查，检讨得失，至今仍未妥善解决，而我们所属的东亚，包括近三十年勇勐崛起的大陆，自从跳上经济发展的快车，几乎完全没有任何怀疑，除了创造财富，其他多不考虑。主政者满脑子都是「建设」，社会风气崇尚「务实」，年轻的，一代又一代，当然只能相信「掌握数理化，走遍天下都不怕！」

　　经济快车有没有翻车的危险？这个问题，考虑的人不多。

　　杰信和我，都是在「快车」出发前后那段时间， 接受台湾的制式教育，培养出来的「产品」。出国后，眼界开阔，才有自修成才的机会。现在，他的专业水平已经是世界一流，成为美国太空总署的「主要科学家」。我有幸通过自觉努力，避开了文学学院式教育，摸索出一条生路。这些年来，我们经常见面，不但「言不及义」，而且通过交流，逐渐形成一种「互补式」的友谊。我听他讲天文物理，他也常问我有关文学艺术的问题。终于，彼此都养成习惯，我开始读些科学，他做得更澈底，每次开长途，必听语音书，往往一大本一大本的文学经典，华盛顿、纽约跑上几次，《白鲸记》、《战争与和平》……，都收入囊中。

　　本来都是标准的「两种文化观」产品，即所谓的「单面人」，幸好「心有不甘」，才有自救机会。

　　天文物理也好，文学艺术也好，表面看来，南辕北辙，但却在某个地方相通。什么地方呢？简单说，就是「人类的终极关怀」。

　　我来自何处？走向何方？宇宙缘何而起？它有没有目的？这一类看似无解的问题，其实是最终沟通不同专业的秘密渠道。

　　1976 年，我在联合国环境规划署服务。这是庞大的联合国系统中，总部设在黑非洲的第一个机构。赤道附近待了三年，交过一些非洲朋友。基本上，可以这么说，不论出身哪个部族，都各有一套盘古开天辟地的神话传说。篇幅所限，我只介绍一个康巴族的故事。

　　人类的第一对夫妻是恩盖．穆隆古（Ngai Mulungu，即「全能神」）和恩盖．姆瓦团吉．瓦．恩扎（Ngai Mwatuangi wa nzaa，即「分指神」）合力从地洞中拉出来的。人本来是不死的，穆隆古神派变色龙送信，变色龙慢吞吞一路鬼混，等牠到达，另一名信差织布鸟早已飞到，传达了死亡讯息。人从此有了死亡。但康巴族相信，死亡不代表完全消失，因为人的生殖繁衍抵消了一部分死亡，此外，人死并非绝灭，他进入「艾姆」（aimu）精神世界，持续死生相续。那个持续死生相续的世界，叫做「亚亚亚尼」（yayayani）。

　　这个神话故事，我们很容易理解，它对现实世界和人类前途最关心却无解的重大事件，通过想像，做出了符合人类思维逻辑的解释。最让我们感到特别的是「分指神」，这是其他部族原始神话中少见的，突出了康巴族对人之所以异于其他生物的敏锐观察。手指分开才有可能完美掌握工具。

　　康巴族和其他民族有关人类和宇宙起源的神话故事告诉我们两个事实。

　　第一，世界上，不论哪个民族，不论地域，不论文明发展程度，终极关怀是共同的。

　　第二，在有关「终极关怀」的知识追求中，有一个从无到有，从简单到复杂，从玄想到可验证的明显发展轨迹。简单说，就是人类知识从神话传说、巫术、宗教、哲学到科学的发展过程。

　　杰信费尽心血给我们写的这本《宇宙起源》，可以说，就是当代最尖端科学研究对人类原始终极关怀的概要图说，而且是运用最平常的科普语言提供给我们这些门外汉的最新《福音书》。

　　我知道，真正深入堂奥的天文物理宇宙理论，根本就是数学，是我们无法企及的天书。杰信这本书，不但嘉惠像我这样「心有不甘」的门外汉，对于有志于天文物理的初高中和大学青年，更是掌握当代最新信息的系统学习材料。

　　我早就谈过，中文文化环境里，非常需要像卡尔．塞根（Carl Sagan，1934-1996）这样既通达尖端又能以通俗语言着书立说的科普家。这个梦想，看来将印证在杰信身上，他至今已推出六本书，还在整理更多资料。

　　我们继续期待。

刘大任（作家）