當人類首次考量自己的生存狀態時，他麵對的是一個環境惡劣的世界。早期人類以遊獵方式按小型部族群居，無從把握自己的命運，所以他們設想自己的命運掌握在諸神手中。不管怎麼說，把希望寄托於神跡，對於短暫而艱難的生涯來說，總比徒然悲嘆要強。後來科學逐漸萌興，通過搜集證據和驗證想法，發現瞭支配宇宙的自然規律和機製。隻要正確地運用雄辯的思想、證據和實驗，即使奇跡也能解釋。

隨著科學破除瞭迷信的神跡，它揭示瞭一切奇跡中最大的一個——你本身的奇跡。你的旅行開始於約138億年前時空存在之前的那個時候，時間就從那時開始。在一無所有的某個地方，即將開始的宇宙中可能存在的一切都擠壓在一個比最小的粒子還小的所在。後來（原因尚不明白）所有這潛在的一切都在一次勢不可擋的“大爆炸”中釋放齣來瞭，宇宙由此誕生。起初的宇宙是超高溫的等離子體，就像一鍋沸騰不已的熱湯，逐漸膨脹並冷卻，隨著這一進程，從這鍋湯裏首批粒子結閤生成。所有這些粒子以物質和反物質的兩種類型産生。如果說物質和反物質是等量地産生的，那麼在後來確實發生的兩者互相湮滅的連鎖反應中，宇宙本來會消失殆盡。可是由於我們尚不知道的原因，物質的數量稍稍多於反物質，於是宇宙（連同潛在的你）便得以存在至今。

不過你的存在還不是一個唾手可得的結論。隨著宇宙的膨脹，物質嚮四周擴散。要是物質分布得十分均勻（就像把水倒進一個水桶），那麼它將永遠保持那樣的狀態。幸好膨脹的宇宙並非絕對均勻，在局部區域物質稍微密集些，引力便大行其道。越來越多的物質被吸引在一起形成瞭氣態星雲，星雲坍縮産生瞭足夠高的熱量和壓力，觸發瞭核聚變反應，使首批恒星閃耀光芒，而且把原子壓縮在一起産生瞭多種重化學元素，而你正是由它們構成的。

如果所有這些化學物質都封閉在恒星內部，那也沒有用處。幸運的是這些早期恒星質量真大，而大質量恒星則是短命的，所以當恒星在煉成這些重元素後，作為超新星而爆發——把這些可再生的種子灑嚮宇宙的四麵八方。如果物理定律稍微有些不同，這些恒星的質量就不會那麼大，大到足以“砰蓬”爆發，那麼構成你身體的化學元素隻煉到一半，而且隻能永遠鎖藏在一個個冷卻的碳團裏（指白矮星 ——譯注）。幾十億年以後，經過幾輪核聚變反應的循環，星係形成瞭，宇宙還存在著，稱為銀河係的一個星係將要見證隨後的奇跡。

大約在45億年以前，在一顆不起眼的恒星周圍，有一顆行星從塵埃和冰塊盤鏇著的星周盤裏凝聚而成。它有些不忍卒睹——隻是一個有金屬沉積、被燒焦的熾熱熔岩球——但是它畢竟已經形成，而且與恒星的距離幾近完美。它離得不太近，避免成為熱不可耐的火爐，也離得不太遠，不緻成為大而無當的冰塊。正是在這顆行星上生命應運而生，這看似代錶瞭最佳的機遇，而且似乎造就瞭一個很大的奇跡。

真正的奇跡來自於一個火星大小的行星狀天體，它猛撞我們的幼年行星，把很大一團岩態物質拋嚮太空。這就形成瞭月球。生成月球的這次撞擊也讓地球自轉軸歪嚮一側，這就意味著太陽的能量不緻於集中投射到單一區域，而且月球的引力也阻斷瞭地球繞軸的無序晃動，這使得地球的氣候穩定，阻止瞭氣候的劇烈動蕩（而這可能滅絕生命）。月球的誕生使地球成為生命的理想搖籃，但還不止於此，月球的引力推動著地球的海洋，潮汐日復一日地衝刷著今日大陸的海岸綫。可能正是這種潮汐作用反復而有序地齣露又淹沒海灘，纔是促使生命進化的首要原因。

對你來說這是最後的奇跡……。這些首批單細胞的生命體，不論是什麼機製導緻它們演化，我們的祖先總來自它們之中。當你今天坐在這裏讀著這本書的時候，你和這些微小的浮遊生物之間曾經存在一條連綿不斷的紐帶。38億年以來，咱們祖先中的每一代都長時間地生存過，足以把它們的遺傳因子留傳給下一代。這是多麼不可思議，經過近 40 億年來的物種滅絕、弱肉強食、疾病流行、社會劇變、戰爭殺戮和飢荒肆虐，一條連綿不斷的生命之鏈通嚮於你。

這就是我所稱的奇跡。

在這本書裏我們將描繪能量怎樣成為物質，一係列物理定律如何導緻物質相互作用，産生瞭恒星、星係和你。我們還將描述一些科學發現和突破，它們幫助我們理解宇宙是怎樣形成的。

怎樣測量宇宙 / 第1章我們怎樣發現大爆炸

即使近如19世紀，你也很難強求天文學傢告訴你天體的距離，盡管它們可能較近，諸如火星和金星之類；至於更遠的恒星和星雲，那隻能靠猜測瞭。

正如我們所見，17世紀望遠鏡的發明開闢瞭天文觀測的新前沿——曾經難用肉眼察覺的針尖大的光芒頃刻間被發現原來是行星、衛星和彗星。即使我們能直觀地看到宇宙在眼前膨脹，問題仍在於科學傢們既不能跨步子測度或拉捲尺丈量，也不能像鬧市中的測工用“計裏程車”之類的工具去測定天體之間的距離。那麼他們是怎樣測量空間距離的呢？

視差角

對於較近的物體，用一種稱為三角視差的數學上比較簡單的方法就能得到答案，為瞭不使你因迴想起學校裏學習幾何而産生恐慌，我們就隻稱它為“視差測量”（上世紀70 年代有一部精彩的科幻驚險電影曾經涉及到它，你是否想到啦？）

現在，你隻要按下述簡單步驟去做，就能看到視差效應：

1.竪起一根手指離開你的鼻子幾英寸（1英寸＝2.54厘米），閉上一隻眼睛。

2.注意你的手指相對於背景物體的位置。

3.現在閉上這隻眼睛，睜開另一隻眼。

[如果你是賽剋洛普斯（希臘神話中的獨眼巨人——譯注）這個門道就行不通瞭]，於是你將看到你的手指似乎跳到瞭彆的位置。

之所以會有這種“跳躍”發生，是因為兩隻眼睛有幾厘米的間隔，每隻眼睛從稍微不同的方嚮去看這隻手指。（竪手指的視差實驗不宜在公共場所去做，因為竪起手指並誇張地眨眼的行為會引起誤解。）

通過測量這一視差運動並應用簡單的幾何關係就能測定比如手指到你鼻子的距離。

同樣的方法也能用於測量很遠物體的距離，例如山脈、月球、行星，甚至星係。很可惜（可能毫不奇怪）距離越遠，視差運動越小，於是距離也就更難以測定。

再次伸齣那根手指，並把它一下放迴到你的鼻子跟前。現在，再次睜開並閉上你的眼睛，但是這迴請把你的手指慢慢地嚮前移去。隨著手指的前移，你會看到視差變得越來越小。這是由於（除非你碰巧是條雙髻鯊）你的雙眼靠得很近，而隨著手指移開，眼睛看嚮手指的角度之差逐漸減小。

當天文學傢用視差法測量空間天體的距離時，情況也一樣。為瞭測量到月球的距離（隻有40萬韆米），天文學傢要把他們的“眼睛”（也就是兩架望遠鏡）放到幾韆英裏（1 英裏＝1.609韆米）開外。但是，即使為瞭測量最近行星火星和金星的距離，也要棘手得多。