[1]《科学的历史》（Allen Lane, London ，2002）。

[2]《起源》（Dent, London，1980），我本人和另外几位作者编写。

[3]对于我这里称作模型的东西，人们一般用“理论”一词来描述。一般而言，我更喜欢用“模型”一词，因为对于非科学人士，这个词比起“理论”，其误导性要小一些；但在某些情况下，比如说“爱因斯坦的理论”，“理论”一词已经成为整个术语的一部分，难以割弃。不过，我所说的关于科学模型的话，同样适用于科学理论。

[4]艾萨克·牛顿曾提出过不错的光的粒子模型，但是该模型后来被波动模型超越。

[5]见《物理法则之特性》。

[6]因此，确切地说，光是一种原子能。出于历史的偶然在作怪，人们通常所说的“原子能”实际上应称为“核能”。

[7]此处的“光”并非仅指可见光，而是任何形式的电磁辐射，包括无线电波、X线等。

[8]我们指的是4种粒子，详加解释似有些多余了。

[9]“圆满”总是意味着模型能做出符合实验结果的预测。

[10]粒子物理学家们用电子伏（electron Volt，缩写为eV）作为度量质量的单位。质子的质量差不多是10亿电子伏，或者记为1 GeV。因此，1个X粒子的质量约为10¹⁵GeV。事实上，物理学家们同时用电子伏度量能量和质量，因为爱因斯坦发现质量与能量是彼此统一的。爱因斯坦著名方程式中的系数c²在实际中的作用正如算式中的一样，分毫不差。

[11]例如，1个中子（位于原子核外部与内部情况不同）的半衰期大约是10.3分钟。

[12]比较一下，1个电子的质量是51.1万电子伏。

[13]picometer：据《维基百科》，皮米（picometer, pm）是长度单位，1皮米相当于1米的1兆（即1万亿）分之一。有时在原子物理学中称为微微米（micromicron）。国内一些词典解释为“皮（可）米，微微米，百亿分之一米”，有误。——译者注

[14]但是，这里可能有必要提醒诸位，世界是否确实是由微小的弦构成的这个问题并不重要，重要的是它是否表现得犹如是由微小的弦构成的。

[15]这种事情在科学领域是司空见惯的。曾几何时，据说世界上能够理解广义相对论的仅仅三人而已。如今，这已成为大学课程。一代人的思想革命，到了下一代已平淡无奇。

[16]乔治·艾博特（George Abbot）的经典作品《平面国》（Flatland），以及伊恩·斯图尔特（Ian Stewart）根据其改编的《超平面国》（Flatterland）描述了这种情形。

[17]提到宇宙诞生那一刻，我也使用“大爆炸”这一术语，尽管严格说来，它指的是大爆炸之后片刻的火球阶段。

[18]我们稍后会谈到这一点带给我们的一个警示。

[19]他本人也承认，这个观点其实源自我提出的一个想法，但是我没有预见到这个想法的含义。

[20]有关这些理论的更多细节，请参阅我的《混沌初开》（In the Beginning，1993）一书或者李·斯莫林（Lee Smolin’s）的《宇宙历程》（The Life of the Cosmos，1997）。

[21]为了更好地理解这一比喻，你必须想象有这样一本书：页数无限多，纸张无限薄。

[22]开氏温标与摄氏温标的度量单位跨度是一样的，但是开氏温标始于绝对零度，即-273℃。注意其缩写为K，不是°K。因此，273K相当于0℃，以此类推。

[23]相比之下，恒星中心温度对应的能量尚不到1/10个吉电子伏（10亿电子伏）。

[24]当然，中子由夸克构成，而反中子由反夸克构成。但是，确实存在具有反物质对应体的真正中性量子粒子。

[25]值得指出的是，仅仅是BABAR实验自身，作为斯坦福线性加速器中心一部分的研究，就已经涉及了约600名科学家和工程师，他们分别来自加拿大、中国、法国、德国、意大利、荷兰、挪威、俄罗斯、英国和美国。我们无需再历数下去了，但这一点足以说明，科学现在是团队的游戏，不再是纯个人的追求。

[26]当然，所有这些数字都是近似值。如果更精确的研究表明，这一比例比这稍稍高一些或是低一些，没有人会过于担心。

[27]影响到我们在后面的1个章节讨论的1个条件，但并不影响这里的讨论。

[28]而且在这些重子物质中，不超过1/5的，即不超过宇宙保持扁平所需的质量的百分之一的物质，是以明亮的恒星和星系的形式存在。

[29]由于光穿越空间所需的时间是固定的，而宇宙对象的红移能告诉我们在不断扩大的宇宙中它到我们的距离，红移可以被看作“回溯时间”。例如，红移6的回溯时间对应的是125亿年。重组发生的地点的红移是1000。

[30]令许多天文学家感到惊奇和欣喜的是，在2005年年底，一个研究斯皮策太空望远镜红外线观测结果的小组的报告说，他们在红外波段看到了背景辐射的微弱的辉光（这与宇宙微波背景辐射截然不同），这可能是星族Ⅲ原始恒星受到高度红移的光，隔开130亿光年的空间看到它们的景象。这是支持计算出的电离过程发生时间的独立证据，但仍然不等于能够帮我们直接想象那么久之前的恒星个体是何种情况。

[31]算一下我们就知道，即使有100亿个这种粒子，加起来只有可见宇宙质量的0.003%。不过这倒不是什么问题，因为在整体尺度上，宇宙非常接近光滑与同质化。与此类似，对于一片规范种植的玉米地，只需显示百分之一的玉米秆，我们就能知道这块地长势如何，因为这片地的样子是统一的。

[32]在他的语言中就是“dunkle（kalte）Materie”。

[33]这里我得告诉大家，你不能改变扩张速度以及暗物质的数额，来“调整”这个问题，这里涉及的所有参数之间达到了相当微妙的平衡，这可能表明，只有出现30:70的划分，才会出现这一局面。

[34]有时也被称为“旋涡星系”，但是这个名词并不好，因为并非所有圆盘星系显示出旋涡的样子。

[35]这恐怕是一种时代价值观变迁的标志，哈勃望远镜是以做出了开拓性贡献的天文学家的名字命名的，而詹姆斯·韦伯太空望远镜却是以美国国家航空航天局局长的名字命名的！

[36]根据方程式的原理，虽然对于附近的物体（红移小于1）来说，红移增加1倍，意味着距离增加1倍，但是接近宇宙大爆炸时刻，该尺度就失效了，因此，宇宙大爆炸本身的红移是无限大的。举例来说，红移7对应的距离约为130亿光年，但红移20对应的红移“仅仅”是大约135亿光年，而不是390亿光年。宇宙背景辐射的来源，其红移约为1000。

[37]对宇宙结构模式的观测表明，冷暗物质粒子的质量必须小于质子质量的500倍（小于500电子伏特），而加速器实验已经排除了任何质量小于40电子伏特的可能。

[38]他们所用的Massive（巨大）一词，在这里的意思是它们“有一点”质量，并不是说它们特别重。

[39]我必须承认，如果时间对称性出现这么微小的破缺，我个人倒不会感到灰心丧气。

[40]对于这里，以及本书其他地方所使用的“理论”一词，我感到不太满意。假如我是在面向学术读者写作，我会更仔细地区分“理论”（它植根于坚实的实验和观察中）以及“模型”和“假设”等概念，后二者包含更多假想的意味。但是，在非科学家中间，“理论”一词也被广泛使用，我在这里使用的就是它的这种宽泛的含义。

[41]人们有一种感觉，广义相对论只有在描述完整的宇宙的时候才是完美无缺的，不存在边缘（没有边界条件），因此他这样做也是非常自然的。

[42]宇宙常数确实是对方程所做的最简单补充，是所谓的“积分常数”的一个实例。

[43]被称作是完全萨克斯—瓦福效应（integrated Sachs-Wolfe effect）。

[44]顺便说一句，如果宇宙的膨胀正在加速，那么宇宙的年龄应该略微（只是略微）超过138亿年。计算这一年龄的时候是假设宇宙膨胀没有加速，但如果宇宙现在膨胀的速度比过去加快了，那么它过去膨胀的速度更慢，因此必须经过更长的时间才达到目前的规模。

[45]而且如果周围没有引力的作用，它还会在小尺度上占据主导地位。一个空间内，如果完全没有任何物质，它仍然含有暗能量，该空间会以加速度膨胀。如果我们把两个微小的粒子放入这个空间，它们会受到暗能量的推动，彼此越来越快地离开对方。

[46]“第五元素”这一名称是从古希腊人那里借来的，古希腊人认为物质世界是由4种“元素”（火、土、空气和水）构成的，而把充满了宇宙空间的东西称作“第五元素”。他们认为这是一种完美的物质，因此，这个词后来也指“精华”的意思。

[47]与此完全等同的论点也适用于其他自然“常数”的讨论，但在这里不方便详细讨论人择宇宙论。

[48]参见《星尘》（Stardust）。

[49]如果我们极其严格精确，我们还要计算当2个质子转换成中子时产生的2个电子的质量；但每个电子的质量只1个质子质量的0.05%，所以以上的论点仍然有效。

[50]这一过程还有一些“副链式反应”，涉及略微不同的相互作用。这是当1个氦3原子核碰到1个氦4原子核发生的反应，但是这些反应释放的能量只占总能量的一小部分。

[51]每秒钟太阳内部氢转变成氦的量，大体相当于北美密歇根湖的湖水中氢的总量。

[52]对天文学家来说，除了氢和氦，其他所有的都是“重”元素。此外他们还将除了氢和氦以外所有的元素称作“金属”，这么做的目的大概只是激怒化学家。

[53]转引自米顿（Mitton，2005）。

[54]见戴维·阿内特在《弗雷德·霍伊尔的科学遗产》（The Scientific Legacy of Fred Hoyle）一书中收录的文章，D.高夫编辑，剑桥大学出版社，剑桥，2005年。

[55]与作者的对话。

[56]此外还有其他的，相比之下重要性略低的链式反应也参与这一循环，这也使天文学家有机会玩一玩文字游戏，一语双关地将CNO双循环称作“两轮车”（英语“自行车”拼作bicycle，字面上讲就是“两个轮子”，而“轮子”恰好和“循环”是同一个词），甚至还造出了CNO“三轮车”的说法，不过这些对我们这里探讨的话题来说都无关紧要。

[57]不过请记住，在这样的恒星上，碳只是一种次要的成分，而且在恒星生命的这一阶段，大多数碳仍然是由氢和氦构成的。

[58]苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（1910—1995）是一位印度裔美国籍物理学家和天体物理学家。钱德拉塞卡在1983年因在星体结构和进化的研究而与另一位美国籍物理学家威廉·艾尔弗雷德·福勒共同获诺贝尔物理学奖。——译者注

[59]大家不要忘了，正是核聚变使恒星能够保持较低的温度，防止其坍缩！

[60]至少当我[与玛丽·格里宾（Mary Gribbin）一起]在《星尘》一书中谈到这一话题的时候无须如此。

[61]实际上，这项调查主要的目的是寻找类星体。暗弱恒星的发现算是意外的收获，这突出说明了这样的大项目所具有的优点——其一就是这样的项目可以收集大量的数据，并用许多不同的方式来处理这些数据。

[62]詹姆斯·吉恩斯引自“致理查德·本特利的信”，《天文学和宇宙进化论》（Astronomy and Cosmogony，剑桥大学出版社，剑桥，1929）。如果我们把牛顿的评论应用到星系，而不是恒星，会看出他的想法很有先见之明；但是，很显然，他不知道银河系是巨大的宇宙中数千亿个星系中的一个。

[63]用天文学家更常使用的单位来描述，是有大约10至13秒差距；视差为1秒的距离相当于3.26光年。

[64]即使是普通的红光，也比波长较短的光更容易穿透尘埃。正是由于这个原因，落日的光芒照射到我们眼前的时候，要透过灰尘更多的地球大气层的下层，因此会呈现红色。

[65]所有这一切发现使这种复合体具有了另一个名称——巨分子云（giant molecular clouds）。

[66]这些平均数取的是中位数。

[67]位于星云边缘的尘埃温度较高，因为它能吸收来自外部的能量，但这对于星云寒冷的核心没有什么影响。

[68]说它们是“小型”集群，是因为在宇宙形成初期一同形成的球状星团的体积比这要大得多，可能含有100万个独立的恒星。

[69]天文单位是天文学家使用的一个距离单位。它相当于地球到太阳的平均距离，约1.5亿千米。

[70]这些微妙之处，以及其他一些区别，我将在我与玛丽·格里宾合著的《深奥的简洁》（Deep Simplicity）一书中加以讨论，这里就不详加说明了。

[71]还有其他的原子也能构成4个化学键，最值得一提的就是硅。但是碳原子的数量有硅原子的8倍之多，而且在任何情况下，硅构成的化学键比碳构成的要弱。

[72]许多书都讲述过此中的细节，包括我自己所写的《寻找双螺旋》（In Search of the Double Helix，伦敦企鹅出版社，1995年）。

[73]这种糖中的原子与乙酸和甲酸甲酯中的原子是完全一样的，只是排列方式不同。另外，乙酸和甲酸甲酯也已经在星际云中探测到了。

[74]这一“分支”是恒星的光度与光谱类型的标准关系图上的一个区域，这个图称作“赫罗图”。赫罗图（Hertzsprung-Russel diagram，简写为H-R diagram）是丹麦天文学家赫茨普龙及由美国天文学家罗素分别于1911年和1913年各自独立提出的。后来的研究发现，这张图是研究恒星演化的重要工具，因此把这样一张图以当时两位天文学家的名字来命名，称为赫罗图。——译者据《维基百科》

[75]当然，前提是这一进程能够持续足够长的时间；并非所有的恒星都能到达这一点。

[76]不过这并不意味着AGB星的大气层中有红宝石和蓝宝石。那里所含的这些材料是处在“无定形阶段”。

[77]原作者在这里借用了出自《圣经·创世记》的说法ashes to ashes，戏拟为coal to coal（本是煤炭，仍要归于煤炭）。圣经原文是：你必汗流满面才得糊口，直到你归了土，因为你是从土而出的，你本是尘土，仍要归于尘土。——译者注

[78]相比之下，另外一个极端则是氦，它占到宇宙中重子物质的28%，但它不能与任何物质形成稳定的键，因此生命分子中根本没有它的影子。

[79]一些低热量甜味剂的奥秘正在这里。如果它们是用左旋糖制造的，即使味道仍然是甜的，可人体无法吸收它们。

[80]这一点很难形象地描述，但圆偏振光的表现就好像是光波本身在空间移动的时候就发生旋转，就像把螺丝旋入一块木头一样。

[81]比较一下，我们就能知道这一轨道有多长了：海王星是距离太阳最远的行星，它离太阳的距离刚刚超过30个天文单位。

[82]这比在银河系中明亮的恒星的数量还要多几百倍。

[83]如果诸位允许我在此也小小地沾沾自喜一下的话，我想说在我的1981年出版的《创世纪》（Genesis）一书中，我也表达了类似的观点。

[84]或者，我们可以引用德国哲学家亚瑟·叔本华（1788—1860）的话：“所有的真相都要经历三个阶段。首先，它会被人嘲笑。接下来，它会遭到激烈的反对。第三步，它会被公认为不言自明之事实。”

[85]大家读一下马丁·里斯（Martin Rees）《我们最后的世纪》（Our Final Century，2003年出版）一书，就能很好地感受到这一点。

[86]这里我们说只能是“基本”无恙，是因为在这一长期的生命阶段内，太阳实际上会逐渐变热，在不太遥远的将来，即使细菌能够生存下去，这种变化也会让人类这样的生命形式感到不适。

[87]彼得·施罗德，罗伯特·史密斯和凯文·艾普斯，《天文学与地球物理学》（Astronomy and Geophysics），卷42，页6—26（2001年12月）。

[88]严格地说，是距离太阳核心1.496亿千米；太阳的半径为140万千米，因此距离太阳的表面“只有”1.482亿千米。

[89]当然，到这种情况发生的时候，离太阳更远的地方，如木星冰冷的卫星木卫二上，将有可能成为温暖并适合于生命生存的地方。一些天文学家因此认为，在宇宙中寻找生命的空间时，也应考察周围存在行星系统的亚巨星，而不只是搜寻像太阳一样的恒星。

[90]对较小的黑洞来说，这种情况发生得更迅速，因此远未到质子衰变时，小型黑洞早已消失了。

[91]幻影能量在另外一种情况下，也可以是有益的。比如在《星际之门》（Stargate）等科幻小说中提到的可以穿越时空的“虫洞”，在真实的宇宙中不可能真的存在，因为引力会将它们关闭。但是，如果存在幻影能量，就可能用它来支撑虫洞打开，抵抗引力的作用。

[92]由于在该过程中没有能量会损失（它根本没有地方去！），反弹的能量和碰撞的能量一样，因此这种循环可以永远进行下去。在某种意义上说，碰撞中没有任何摩擦会将能量消散。