上下百亿年：太阳的故事pdf/txt下载_在线阅读全文

编辑推荐

这是“吴大猷科普奖”金签奖和“2014中国好书”奖获得者卢昌海的科普力作，典型的“卢氏”风格之作。篇幅短小而内容丰富，包括太阳的外部形态到内部结构，时间跨度从远古时代到科学前沿，甚至几十亿年后的未来；叙述严谨而布局新奇，尽管从虚拟的古希腊“穿越”始，但文中论点都有论据，逻辑推理严密；文字活泼生动而又有张力，文中大量使用口语、俗语及网络语言，穿插着的作者的评论却直指人心。书中还有一个特点，引导读者运用逻辑推理、初等几何知识和简单的物理学原理，推算某些物理参数，亲身体验科学探索的感觉。

内容简介

本书将从一次虚拟的古希腊之旅开始，逐步深入地向读者介绍太阳这颗带给我们光和热，并且能让我们观察细节的既普通又独一无二的恒星。本书既介绍了我们对太阳的当前了解，也回溯了科学家们探索太阳奥秘的过程，并且还穿插了一些让读者可以自己参与的模拟探索。本书的内容涵盖了与太阳有关的从外部形态到内部结构，再到物理机制的各个方面。本书融语言的生动风趣与内容的严谨翔实于一体，可以让读者在享受阅读愉悦的同时体会科学的严谨与激动人心，并学到丰富的知识。

作者简介

卢昌海，出生于杭州，本科就读于复旦大学物理系，毕业后赴美留学，于2000年获美国哥伦比亚大学物理学博士学位，目前旅居纽约。著有《那颗星星不在星图上：寻找太阳系的疆界》、《太阳的故事》、《黎曼猜想漫谈》（获第七届吴大猷科学普及著作原创类金签奖）、《从奇点到虫洞：广义相对论专题选讲》、《小楼与大师：科学殿堂的人和事》（入选“2014中国好书”），并曾在《南方周末》、《科学画报》、《现代物理知识》、《数学文化》（任特约撰稿人）等报纸、杂志上发表一百多篇科普及专业科普作品。

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目　　录

一. 重返古希腊
二. 天文自助游：推算太阳的大小和远近
三. 地心说 vs 日心说
四. 日食——既寻常又稀有的奇观
五. 插曲：爱丁顿在 1919
六. 阳光里的奥秘
七. 物理自助游：推算太阳的质量、光度和表面温度
八. 光明的源泉　恐怖的核心
九. 细小的粒子　巨大的谜团
十. 标准太阳模型 vs 粒子物理标准模型
十一. 光子大逃亡
十二. 太阳的脉搏
十三. 谜团锦簇的太阳大气层
十四. 太阳的过去和未来

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前　　言

《太阳的故事》初版于2011年，是我的第二本书，也是我迄今所有书中最受冷遇的一本。如今，清华大学出版社以不怕亏损的绝大勇气为此书出修订版，本该“避亲”的我也不便袖手旁观，就厚颜为此书“吆喝”几句吧。
《太阳的故事》虽然书名超土，题材也不稀有，但在我眼里，却是比其姊妹篇《寻找太阳系的疆界》写得更用心力并且也更好的。（《寻找太阳系的疆界》由清华大学出版社初版于2009年，修订版更名为《那颗星星不在星图上：寻找太阳系的疆界》，于2013年出版。）为什么呢？因为后者是单纯的“历史题材”，而且是“寻找太阳系的疆界”这单一领域内的历史，受到惯常的全局性时间顺序的限制。昔日鲁迅的《中国小说史略》被诬为抄袭时，鲁迅在回应时说过这样一句话：“自然，大致是不能不同的，例如他说汉后有唐，唐后有宋，我也这样说，因为都以中国史实为‘蓝本’。我无法‘捏造得新奇’”。像《寻找太阳系的疆界》那样的题材也有类似的尴尬：别人依天王星、海王星、冥王星的顺序写，我也只能这样写。不仅如此，由于“寻找太阳系的疆界”是比“中国小说史”还单一得多的领域，就连每个行星的发现者、发现过程等等也都没得挑拣，更遑论“捏造得新奇”。因此对作者来说，虽可作——并且也作了——文笔上的发挥、细节上的考辨、以及局部结构上的规划等，总体的写作自由度是比较小的，相应地，独特性也就比较低。

《太阳的故事》初版于2011年，是我的第二本书，也是我迄今所有书中最受冷遇的一本。如今，清华大学出版社以不怕亏损的绝大勇气为此书出修订版，本该“避亲”的我也不便袖手旁观，就厚颜为此书“吆喝”几句吧。 
《太阳的故事》虽然书名超土，题材也不稀有，但在我眼里，却是比其姊妹篇《寻找太阳系的疆界》写得更用心力并且也更好的。（《寻找太阳系的疆界》由清华大学出版社初版于2009年，修订版更名为《那颗星星不在星图上：寻找太阳系的疆界》，于2013年出版。）为什么呢？因为后者是单纯的“历史题材”，而且是“寻找太阳系的疆界”这单一领域内的历史，受到惯常的全局性时间顺序的限制。昔日鲁迅的《中国小说史略》被诬为抄袭时，鲁迅在回应时说过这样一句话：“自然，大致是不能不同的，例如他说汉后有唐，唐后有宋，我也这样说，因为都以中国史实为‘蓝本’。我无法‘捏造得新奇’”。像《寻找太阳系的疆界》那样的题材也有类似的尴尬：别人依天王星、海王星、冥王星的顺序写，我也只能这样写。不仅如此，由于“寻找太阳系的疆界”是比“中国小说史”还单一得多的领域，就连每个行星的发现者、发现过程等等也都没得挑拣，更遑论“捏造得新奇”。因此对作者来说，虽可作——并且也作了——文笔上的发挥、细节上的考辨、以及局部结构上的规划等，总体的写作自由度是比较小的，相应地，独特性也就比较低。 
《太阳的故事》则不同，它侧重于历史但不是单纯的“历史题材”，而是科普与科学史的融合；而且它的历史部分也并非单一领域内的历史，而是涉及到天文和物理的多个分支。这种复杂性给了作者很大的写作自由度。作为结果，《太阳的故事》的整个结构——以“穿越”而始，由几何至物理，从核心到外围，最后以太阳“通史”为终——都是我自己规划，并且自认为比较独特的。这其中以《重返古希腊》为开篇的“穿越”式写法更是我很久以前就萌生的一个写作思路的贯彻，在我自己是颇为珍视的。另外，从内容上讲，《太阳的故事》涉及的知识点比《寻找太阳系的疆界》多得多，对科学方法和科学探索过程的介绍也深入得多；在写作过程中，则参阅和甄选了多得多的资料。这些对作者来说都是更用心力并且也更好的地方。 
　　因此，《太阳的故事》出修订版是我非常乐意见到的。 
　　不过另一方面，我也必须坦白，这修订版所“修订”的基本上也就只是“版”，以内容而论实在是微不足道的（因此已有初版的读者不必再次破费）。这一点其实是我所有作品的修订版共有的特点。之所以如此，主要是——如我在《小楼与大师：科学殿堂的人和事》（《小楼与大师：科学殿堂的人和事》由清华大学出版社出版于2014年）一书的自序中所述——由于我写作速度较慢，“使得写作过程往往长到了对题材的兴趣将尽而书稿远未完成的程度”。由此造成的后果，则是书稿的完成之日，往往也就是兴趣的透支极限，从而在很长的时间之内都不会再对同一题材感兴趣，更不会去修订。从某种意义上讲，一本书出版后，在我眼里它本身也就成为了历史，除订正笔误外，在文字上我一般是让它维持原貌的。对这种有懒惰之嫌的做法，容我略作辩白：我作为一个喜欢买书的人，屡次吃过大幅变更内容的“修订版”的亏。比如有一年我买了一套有关民国大师的三卷本的“大书”，还没高兴太久，就听说该书出了修订版，“新增10万字全新内容”，让“故事真正完整”。那一刻的心情，固然有一分是叹服作者的勤奋，却有九分是为自己的版本缺了“10万字全新内容”，及故事的并非“真正完整”而沮丧。我希望，喜欢我作品的读者无需在短短几年间就尝到同样的沮丧——当然，前提是作品本身不会在那样的时间内过时，而这，我寄望于写作时付出过的心力，以及科学史这个我所侧重的领域本身的相对稳定。 
　　最后，让我以对修订之处的罗列，来结束自己的“吆喝”吧： 
1. 增添了一篇“自序”（即本文）。 
2. 订正了几处笔误（大都为措辞、标点、译名的微调）。 
3. 变更了书名——“太阳的故事”这个超土的书名作为本书受冷遇的替罪羊，遭到了编辑的撤换。我效仿昔日的历史畅销书《上下五千年》，提议了“上下百亿年”作为新书名。 
4. 增添了手绘插图。 
5. 增添了人名和术语索引。 
　　以上就是对这本修订版的说明，但愿有更多的读者注意到并喜欢上本书。

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媒体评论

作者的语言和文笔太生动了，好像是在与读者面对面座谈，又好像牵着读者的手，在科学和历史的领域内为读者导游，娓娓道来，用的是口语，大白话，调皮的网络语言。
——北京大学秦克诚教授

在线试读部分章节

十四. 太阳的过去和未来
　　按我们目前对物理学定律的了解，在四维的物理时空中，我们可以在三个空间维度中自由运动，却只能在时间中 “随波逐流”，既不能回到过去，也无法随意前往未来。可人类的好奇心却偏偏对许多事物的过去和未来颇怀有浓厚兴趣，大至宏伟的宇宙，小至普通的生命，人类都想知道它的过去和未来。就连懵懵懂懂的小孩有时也会问：我是从哪里来的？我们太阳之旅的最后一站就要来回应这种好奇心，去探索太阳的过去 (起源) 是怎样的？它的未来 (归宿) 又将如何？这些问题不仅是我们的好奇心所系，而且与人类的命运不无关系——假如人类能在地球上存在得足够久的话。
　　但过去和未来既然是去不了的地方，我们又如何能探索呢？这个看似严重的问题并没有难倒科学家。事实上，我们这整个太阳故事，都是在探索去不了的地方：从太阳的核心到它的大气层，哪儿都不是我们能去的，但通过科学方法，我们依然得到了许多能与观测相印证，从而有很高可信度的结果。探索太阳的过去和未来也是如此。从某种意义上讲，它甚至比前面几章的探索还略微容易些，因为有大量的参照物可供借鉴。那参照物就是其它天体，它们各有各的年龄，有的尚处于 “襁褓” 阶段，有的是 “小伙子”，有的已 “人到中年”，有的则已步入 “古稀”。通过对它们的观测，我们就能知道太阳的过去和未来大致会是什么样子的，并印证有关太阳演化的理论或假说。这就好比对不同年龄的人进行观察，我们就能知道自己的过去和未来大致会是什么样子的。
　　当然，我们也不能低估这种探索的难度。毕竟，判断天体的年龄是需要知识的，那种知识的获取则是有一定难度的。事实上，单是破除天体永恒完美的宗教式观念，从而使天体的年龄概念有意义，就经历了一个漫长的过程 (参阅第三章)。对天体年龄的具体判断则更复杂，在理论和观测上都是很有难度的。直到今天，科学家们仍在为观测及判定某些特定年龄段的天体而努力着。这种难度导致的一个结果，就是有关太阳演化的早期理论大都带有较大的猜测性，而且主要局限于关注太阳的起源。至于太阳的归宿，在连太阳为什么会发光那样的问题都尚未得到解决的年代，是很难进行有价值的探索的，因此直到二十世纪三十年代之后，才有值得一提的发展。今天，随着太阳模型的逐步完善以及观测、计算技术的快速发展，我们对太阳演化的研究已变得越来越定量，也越来越有可信度了。当然，这一切距离 “结题” 无疑还差得很远，这么大的课题几乎注定是要长期探索的。

十四. 太阳的过去和未来 
　　按我们目前对物理学定律的了解， 在四维的物理时空中， 我们可以在三个空间维度中自由运动， 却只能在时间中 “随波逐流”， 既不能回到过去， 也无法随意前往未来。 可人类的好奇心却偏偏对许多事物的过去和未来颇怀有浓厚兴趣， 大至宏伟的宇宙， 小至普通的生命， 人类都想知道它的过去和未来。 就连懵懵懂懂的小孩有时也会问： 我是从哪里来的？ 我们太阳之旅的最后一站就要来回应这种好奇心， 去探索太阳的过去 (起源) 是怎样的？ 它的未来 (归宿) 又将如何？ 这些问题不仅是我们的好奇心所系， 而且与人类的命运不无关系——假如人类能在地球上存在得足够久的话。 
　　但过去和未来既然是去不了的地方， 我们又如何能探索呢？ 这个看似严重的问题并没有难倒科学家。 事实上， 我们这整个太阳故事， 都是在探索去不了的地方： 从太阳的核心到它的大气层， 哪儿都不是我们能去的， 但通过科学方法， 我们依然得到了许多能与观测相印证， 从而有很高可信度的结果。 探索太阳的过去和未来也是如此。 从某种意义上讲， 它甚至比前面几章的探索还略微容易些， 因为有大量的参照物可供借鉴。 那参照物就是其它天体， 它们各有各的年龄， 有的尚处于 “襁褓” 阶段， 有的是 “小伙子”， 有的已 “人到中年”， 有的则已步入 “古稀”。 通过对它们的观测， 我们就能知道太阳的过去和未来大致会是什么样子的， 并印证有关太阳演化的理论或假说。 这就好比对不同年龄的人进行观察， 我们就能知道自己的过去和未来大致会是什么样子的。 
　　当然， 我们也不能低估这种探索的难度。 毕竟， 判断天体的年龄是需要知识的， 那种知识的获取则是有一定难度的。 事实上， 单是破除天体永恒完美的宗教式观念， 从而使天体的年龄概念有意义， 就经历了一个漫长的过程 (参阅第三章)。 对天体年龄的具体判断则更复杂， 在理论和观测上都是很有难度的。 直到今天， 科学家们仍在为观测及判定某些特定年龄段的天体而努力着。 这种难度导致的一个结果， 就是有关太阳演化的早期理论大都带有较大的猜测性， 而且主要局限于关注太阳的起源。 至于太阳的归宿， 在连太阳为什么会发光那样的问题都尚未得到解决的年代， 是很难进行有价值的探索的， 因此直到二十世纪三十年代之后， 才有值得一提的发展。 今天， 随着太阳模型的逐步完善以及观测、 计算技术的快速发展， 我们对太阳演化的研究已变得越来越定量， 也越来越有可信度了。 当然， 这一切距离 “结题” 无疑还差得很远， 这么大的课题几乎注定是要长期探索的。 
　　现代太阳演化理论的奠基者一般被认为是德国哲学家康德 (Immanuel Kant, 1724-1804)。 1755 年， 这位对自然科学怀有浓厚兴趣的哲学家在《自然通史和天体论》(General History of Nature and Theory of the Heavens) 一书中提出了太阳系起源的所谓星云假说 (nebula hypothesis)。 康德这一假说的灵感由来是比较特别的， 因为在他那个年代， 人们对其它天体的年龄还缺乏认识， 从而无法以它们为参照物。 康德是从一个完全不同的角度， 即太阳系与当时正被陆续发现中的星云之间的相似性， 而得到的灵感。 不过， 康德毕竟是哲学家而不是科学家， 他的著作虽然提出了星云假说的雏形， 却也充斥着纯粹的臆想， 比如他认为绝大多数行星上都存在居民， 而且在这纯属臆想的东西之上， 还言辞凿凿地提出了离太阳越远的行星上的居民越优秀那样的荒唐结论。 对此， 英国哲学家罗素 (Bertrand Russell, 1872-1970) 作过一句很幽默的评价： “这种见解作为地球人的谦虚值得赞许， 但并无任何科学依据”。 
　　继康德之后对星云假说作出重大贡献的是法国数学家拉普拉斯 (Pierre-Simon Laplace, 1749-1827)。 1796 年， 他在科普著作《宇宙体系论》(The System of the World) 的附录中独立地提出了星云假说。 拉普拉斯对星云假说的论述作为一部科普读物的附录， 明显不如康德的论述来得详细， 但却比康德的论述更紧凑、 更物理、 更注重于为假说寻找观测依据， 并且也更注重于一些后来被证实为重要的因素， 比如星云的自转。 由于拉普拉斯在科学界的声望要明显高于康德， 他对星云假说的 “插足” 在很大程度上促成了这一假说在即将到来的十九世纪的流行。 为了纪念拉普拉斯的贡献， 后人将他的名字与康德并列， 将星云假说称为康德-拉普拉斯星云假说， 简称星云说。 
　　虽然有拉普拉斯作后盾， 星云说的 “星运” 依然不是一帆风顺的， 在经历了十九世纪的风光后， 星云说开始面临越来越多的细节性困难， 甚至一度走向了衰落。 与这种衰落遥相呼应的， 则是一些其它假说——比如灾变说 (认为行星源于外来天体与太阳的碰撞)、 爆发说 (认为行星源于太阳的爆发)、 俘获说 (认为行星是太阳的 “俘虏”) 等——的 “揭竿而起”。 当然， 即便在所谓的衰落期， 星云说仍有一定的发展， 只是不再象十九世纪那样唯我独尊而已。 二十世纪八十年代之后， 随着新恒星周围的行星盘被观测天文学家所发现， 星云说的命运迎来了新的转机。 时至今日， 星云说虽依然面临一些困难 (太阳系作为一个比太阳更复杂的系统， 它的起源理论存在困难是意料中的事)， 其主流地位却已基本无可撼动。 而且星云说的困难大都集中解释行星和卫星的某些特征上， 对于太阳的起源， 则几乎已达到了铁板钉钉的确切度。 事实上， 即便在所谓的衰落期， 星云说的对手们也很少挑战它对太阳起源的描述， 而将注意力集中在行星和卫星上。 
　　有着两百多年历史的星云说奠定了研究太阳过去 (起源) 的理论框架， 那么对太阳未来 (归宿) 的研究又如何呢？ 这方面的研究历史要短得多。 这是因为决定太阳未来的最重要因素： 太阳的能量来源， 以及那来源可以支撑多久， 直到二十世纪三十年代末才得到初步解决 (参阅第八章)。

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