觀念天文學（上下）套書

歡迎光臨宇宙

戈特（本書作者之一）

在孫女艾莉森出生的時候，我對她說的第一句話就是：「歡迎光臨宇宙。」和我一起寫這本書的另一位作者泰森（Neil deGrasse Tyson），也曾多次在電台和電視上說過這句話，這已經成為他的招牌臺詞之一。當你出生之後，你就成為宇宙的公民。而這個宇宙也應該會吸引你四處張望，讓你對自己所在的周遭環境萌生好奇。

泰森9歲時首次去紐約的海頓天文館參觀，就感受到宇宙的呼喚。他是在城市長大的小孩，第一次看到投射在天象儀圓頂上的璀璨夜空，當下決定要成為天文學家。如今，他是這座天文館的館長。

事實上，我們和宇宙的關係千絲萬縷。我們身體擁有的氫，是在宇宙誕生時鍛造出來的；我們體內的其他元素，則是由很久以前死亡的遙遠恆星所製造的。當你打手機給朋友時，也該感謝天文學家。手機科技的基礎是馬克士威方程式，而這些方程式是因為天文學家量測過光速才得到證實。你手機內用來定位和導航的全球定位系統（GPS），需要用到愛因斯坦的廣義相對論，而這項理論則是因為天文學家量測到星光通過太陽附近時會受到偏折，而獲得證實。此外，你可知道，一顆直徑6英寸的硬碟可以儲存的資訊有上限，而且和黑洞物理學有關嗎？在更尋常的層面上，我們每年所感受的季節變換，與地球的地軸跟繞太陽公轉軌道面的傾角有直接關係。

我們寫這本書的目的，是想幫助你深入了解我們所在的宇宙。這本書起源於我們三人在普林斯頓大學開給大學部非理工科學生選修的天文課程，而這類學生在此之前可能從未修過科學課程。為了這門課，我們的同事兼大學部教務主任妮塔．貝寇（Neta Bahcall），排了泰森、史特勞斯（Michael Strauss）和我來教這門課。

泰森在對科學家以外的人講述科學上很有天分，所以是顯而易見的選擇。史特勞斯剛發現宇宙最遙遠的類星體，而我剛獲得普林斯頓大學校長頒發的傑出教學獎。這門大張旗鼓開設的課，吸引了非常多學生選修，我們那棟大樓的教室容不下，只得改到物理系最大的講堂上課。泰森主講「恆星與行星」，史特勞斯講授「星系與類星體」，而我則負責「愛因斯坦、相對論與宇宙論」。泰森在2007年獲選《時代》雜誌全球百大最具影響力人士，雜誌也報導了這門課。這本書除了擁有諸多特點之外，你還可以親自體驗到泰森身為教授的功力，以及他的教學內容。

我們在教這門課數年之後，決定把內容寫成書，造福渴望深入了解宇宙的讀者。

我們將以天文物理學的觀點，從理解現象背後緣由的角度，帶領你們進行一趟宇宙之旅。我們將分享，牛頓和霍金是如何找到他們最重要的發現。你當然知道霍金（Stephen Hawking）是一位很著名的科學家，但我們會提到他為何而聲名大噪。「愛的萬物論」是敘述霍金生平的一部精采電影，讓艾迪．瑞德曼（Eddie Redmayne）因為對霍金的出色演繹，獲頒奧斯卡最佳演員獎。電影中，霍金凝視壁爐時，他最偉大的構想突然出現在腦海中。我們會告訴你這部電影沒提到的事情，例如，霍金為何不相信貝肯斯坦（Jacob Bekenstein）的研究，但最後反而證實了貝肯斯坦的結果，並獲得截然不同的新結論。就是這一位貝肯斯坦，發現了你手邊那顆6英寸硬碟可以儲存的資訊量有上限。這些結論看似天差地別，但實際上卻是有直接的關聯。不過，跟宇宙有關的所有議題實在太多了，在這本書裡，我們把焦點專注於我們最喜愛的一些題材上，希望你能感染到我們對天文學的熱愛。

自我們動手寫書之後，天文學領域又增加了不少新知識，而這本書也反應了這些增長。舉例來說，國際天文聯合會在2006年舉行了一次歷史性的投票，認同泰森對冥王星的看法。我們也投注部分篇幅，討論在其他恆星周圍發現的數千顆行星。我們現在對於標準宇宙模型（包含一般物質、暗物質和暗能量）已有相當精確的認知，這些了解築基於哈伯太空望遠鏡、史隆數位巡天計畫、威金森微波異向性偵測器（WMAP）和普朗克衛星的成果上。物理學家已經在歐洲的大型強子對撞機裡找到希格斯玻色子，讓我們在完備萬有理論的工作上，向前邁進了一大步。雷射干涉儀重力波天文台（LIGO）也直接偵測到了兩顆黑洞迴旋掉向對方時所發出的重力波。

我們將解釋天文學家如何決定到底有多少暗物質，以及我們為何知道暗物質不是由一般物質（原子核內有質子和中子的那種物質）所組成。我們會解釋如何找出暗能量的密度，以及我們為何知道暗能量具有負壓力。此外，我們也會介紹目前對宇宙起源和宇宙歸宿的一些臆測。這些問題會把我們帶到物理知識的前沿。在本書中，你會看到哈伯太空望遠鏡、WMAP衛星和新視野號太空船，拍攝到的冥王星及其衛星冥衛一的美妙影像。

宇宙精采無比。在第1章裡，泰森會說明宇宙為何讓人敬畏有加。宇宙或許讓許多人大感振奮，但是同時也讓人深覺渺小。但本書的目標是想賦予你理解宇宙的能力，讓你信心十足。人類已經知道重力如何作用、恆星如何演化，以及宇宙的年齡有多大。這些都是人類經由思索和觀察所獲得的重大成就，應該會讓你覺得何其有幸，能夠身為人類這個物種的一份子。

宇宙在呼喚了，讓我們啟程吧。

於普林斯頓，紐澤西

★各界推薦

身為宇宙的公民，探索宇宙是我們的義務。泰森、史特勞斯、戈特這麼認為，於是他們導覽了這趟令人振奮的旅程，從充滿塵埃的偏遠星系，到愛因斯坦理論的廣闊景色。

——《自然》（Nature）期刊

三位作者以輕鬆的會話語氣下筆，文中常點綴著幽默的天外飛來一筆，例如，簡短比較dwarfs和dwarves的用法，評論「星際爭霸戰」中那些會說英語的外星人……這套書很棒的地方是，不只展現我們目前對宇宙的認識，也說明了我們是怎麼知道的。

——《科學》（Science）期刊

讀完這套書，就像是經歷了專業科學家親自導覽的個人博物館之旅……作者用平易近人的文筆，表達具挑戰性的內容，帶領讀者從我們的太陽系，來到可見宇宙的邊緣，直到我們需要認識宇宙的一切事情，以及如何知道這些的方法。

——《出版人週刊》（Publishers Weekly）

這些作者在每一章節發聲時，展現出各自的獨特風采，使讀者能深刻感受到他們分享的科學，這些科學從一個心靈傳給另一個心靈，幾乎就像是口述歷史般，最後化為溫暖的歡迎，歡迎你光臨宇宙。

——萊文（Janna Levin），宇宙學家，《Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space》作者

從這套生動、愉悅的書中，讀者能盡情享受偉大的想法。

——柯許納（Robert P. Kirshner），天文學家，《The Extravagant Universe》作者

三位作者都是各領域的專家，也是魅力十足的作者。真是好書，書市上幾乎沒有可以與之媲美的同類書籍。

——凱羅（Sean Carroll），宇宙學家，《The Particle at the End of the Universe》作者

這套書以睿智巧妙的方式，包羅了許多宇宙學的前沿進展，讓身為天文學家的我十分佩服。我非常喜歡讀這套書。

——殷丕（Chris Impey），天文學家，《Dreams of Other Worlds》作者之一

泰森出生在美國航太總署成立的那一年，九歲時他在參觀了紐約的海頓天文館之後，確認了宇宙學將是自己一輩子的志業。

他生長於紐約，成長過程一路上的是紐約的公立學校，高中畢業於布朗克斯科學高中，後來獲得哈佛大學物理學士，哥倫比亞大學天文物理學博士，在天文物理學翹楚的普林斯頓大學進行博士後研究。

他曾在普林斯頓大學開設給非理工科學生修的天文學通識課，結果大受歡迎並造成轟動。

泰森熱中與大眾溝通，是美國最知名的科學傳播者，目前他在扭轉他生命的海頓天文館擔任館長。

普林斯頓大學天文物理教授，以研究類星體，及星系在宇宙中的三維分布著稱。

普林斯頓大學天文物理名譽教授，相對論和宇宙論專家。曾獲普林斯頓大學校長頒發傑出教學獎。

成功大學物理系教授。

開過天文學概論、普通天文學及天文物理等課程。曾獲成功大學「發表頂尖國際期刊」及「通識課程優良教師」等獎項。因長期參與「每日天文圖」翻譯工作，於2016年獲頒中華民國天文學會「譚天獎」。

譯有譯有《宇宙必修課》與《觀念天文學》（上）等書。

國立交通大學物理研究所教授。

他在NASA成立的那年出生、航海家一號發射那年上大學、超新星SN1987a大放異彩的那年拿到博士學位。研究專長包含宇宙學、高能物理，喜歡教書與說故事；編寫過給高中生的審訂本物理教材，翻譯了繪本《來自星星的我們》和《太空喵艦長：星際奇航》。

希望透過各種方式，讓小朋友到成人都能找到學習科學的樂趣。他認為自己是世界上最幸運的物理學家，覺得自己就和世界上的每個人一樣─都非常、非常特別。

畢業於台大物理系。著有《邏輯學的故事》、《邏輯學入門》（與林照田教授合著）；譯有《語言與真實》、《超高效心智圖學習法》、《學微積分，也學人生》、《我在MIT燃燒物理魂》、《世界第一好懂的科學課》等。