物理学家梦里的星空是什么样的？

梦呓： 睡眠中讲话或发出除了鼾声以外的某种语音，俗称梦话。

Photo by Paul Volkmer on Unsplash

“行为必须谦卑，因为你来自粪土；

举止必须高尚，因为你源自群星。”

这句古老的塞尔维亚谚语实际上点出了一个物理事实，那就是我们，我们脚下的土地以及构成我们的种种元素几乎完全来自于已逝的恒星。极早期宇宙在膨胀中发生对称性破缺，在电子被质子俘获的时候，氢元素产生。由于宇宙质量分布的不对称，氢原子聚集在一起产生了早期的恒星（以及一些更庞大的东西，例如类星体）。恒星是一个巨大的核反应炉，随着恒星燃烧的时间越来越长，由本来的氢氦聚变逐渐发展到氦核以及更重核子的聚变；构成我们目前认知的世界的大多元素在这个反应炉中产生，比如碳，氮和氧。

stellar burning（恒星燃烧）

来源：https://www.jinaweb.org/news/status-and-future-direct-nuclear-reaction-measurements-stellar-burning

对于铁以后的元素，情况变得更复杂一些。恒星的引力不足以支持如此重核的聚变反应，这样的温度与压力条件只有在一些极端环境下产生，最常见的是恒星暮年的超新星爆发：在一场绚丽的烟火中，一些核子终于达到了被制造出来的条件，例如我们现在熟知的贵金属金（Au）和银（Ag）。在这场绚丽的烟火的最后，物质以可能高达0.1c的速度被抛射出，这通常会形成一个膨胀气体与尘埃组成的结构，常表现为一个星云。在这个超新星的遗体上经过漫长的时间后，物质开始慢慢凝结，新的恒星和行星开始产生；甚至行星上开始产生能思考的生命，并开始考虑为何碳一类的元素比金丰富的多这样的问题。

Southern Ring Nebula（南环状星云） 

来源：https://esawebb.org/images/weic2207b/

在城市的夜晚，星光常常被带着污染和微尘的厚厚大气所遮蔽，无处不在的光污染更是掩盖了星空的光芒，以至于满天繁星的景象竟只存在于想象或者照片记录中。这不得不说是一件悲哀的事情。星空一直以来寄托着人类的理想，从第一个仰望星空的人开始，人们一直在试图探索星空的秘密。无数的占星学者试图把星星运行的规律与地上发生的事件联系起来，人们对着星空祈求，卜问未来，爱情，财富或者别的东西；而星星只是在那里看着，它们似乎对人类的各种感情和想法没有兴趣，毕竟和它们相比，有机体的生命过于短暂，我们的分分合合，熙熙攘攘在它们看来不过是眨眼间演完的闹剧。在地上的生物出生，死亡，往复之时，星星只是按照它们既定的轨道运动，它们似乎一直在那里，永恒不变。

Robinson Crusoe《鲁滨逊漂流记》

来源：《Literary Constellations》：https://www.c82.net/work/?id=357

人类对宇宙，对我们所生活的这个外部世界的探索应该是从观察星空开始的。日夜交替让我们感受到时间的存在，星星的位置和运行规律被用于导航和制定历法。到了亚里士多德的时代，宇宙的形态已然基本确定：地球位于宇宙的中心；金木水火土五大行星以及太阳和月亮在自己的轨道上围绕地球旋转，外面是镶嵌着密密麻麻的恒星的巨大球壳。在这个模型思想的指导下，托勒密以其古典时代高超的数学技巧完善和总结了前人的结论。事实上，他用一系列本轮和均轮（约40-60个）的嵌套以近乎完美的精度解释了当时所有的观测结果，并能依此制定出极为精确的历法（在此模型基础上制定的格里高利历沿用至今）。

来源：https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/ptolemy.html

然而千年以后，不断精确的观测数据和对托勒密繁琐的数学的不满慢慢催生出新的理论。16世纪末，一位丹麦的贵族子弟第谷用毕生精力建立了那个时代最好的天文台并得到了当时最精确的观测数据；在生命的最后一年，他把工作托付给了年轻的开普勒，这位深受哥白尼思想熏陶，对天体与几何的和谐之美有着狂热追求的学者（也许更像一位占星学家）很快把自己的精力投入于对这些数据的研究之中并最终发表了开普勒三定律。第谷去世之后几年，荷兰一位眼镜商无意中发明了望远镜，很快被伽利略得知并制造出来，并最终引发了旷日持久的天文学革命。最终这场革命以日心说胜利而告终（尽管伽利略本人被教会逼迫放弃这一“异端邪说”），这无疑是那个资本主义初现萌芽的年代人们对教会思想控制做出反抗的一个缩影，并确实深刻地影响了后世人类的世界观。对星空的进一步认识催生了近代科学的建立，特别是物理学；其标志就是牛顿的工作，在吸收了开普勒和伽利略的成果后，他以开创性的思维创立了力学体系和万有引力定律，从此苹果掉落和月球围绕地球旋转的原因可以用同一种力解释。

19世纪奥地利画家爱德华·安德所绘的第谷画像

牛顿时代的人们对星空的看法已和前人大不相同。地球在自转并且绕着太阳公转，但是事实上并没有观察到因为地球运动而产生的恒星视差：不同时间（该时间内地球已发生运动）观察到的两颗恒星相对位置并未改变。这意味着那些看似“不动”的恒星距离地球极为遥远！基于这一事实，牛顿提出的宇宙是静态的，无限的，有无数颗恒星，并严格按照他的万有引力定律运转。（事实上，这个模型是不稳定的，以至于牛顿只能寄希望于上帝保证这台精密的机器不会崩溃。）在这个时代的人们心中，亚里士多德的球壳被彻底打破，宇宙变得如此庞大，星星之间的距离超乎想象，地球也不会因为人类的存在在宇宙中有什么特殊的地位。这种对星空的新认识潜移默化的改变了人们的世界观，也让人类得以认识到自己的渺小；在此之下，摆脱教会束缚，追求自我独立的思想也传播开来，渺小的人类开始寻找自己在宇宙中的独特意义。

艾萨克·牛顿--戈弗雷·内勒作于1689年

有时候我会感慨，我们比几百年前的先人多了解了太多东西。对于亚里士多德时代的人来说，如果你告诉他恒星距离我们无比遥远，地球也不是宇宙的中心，他也许会觉得你是个疯子；但是对于现代人来说，一个极大的宇宙的概念是可以接受的，甚至于一个孩子就会有关于行星和恒星的初步认识。这是科学进步的结果，但是这更是一种世界观的革新，而这恰是彻底改变文明进程的科技革命的副产物。想到这些，我就觉得我们所做的这些理论研究是有意义的：我们向未知发起冲锋，去求索世界的真相，也许我们今天无意中埋下的一个种子就在未来引发了新的革命，带来一些现在的我们想象不到的东西。谁知道几百年之后的人们会不会嘲笑现在的我们认知是如此肤浅呢？

来源：https://blogofthecosmos.com/2016/08/29/how-big-is-the-universe/

在寂静的夜晚独自漫步于夜空之下，人常常会产生一种难以抑制的孤独感。我们对着星空拷问自己的心灵，去寻找生命之意义。在行走之时，能实在感受到的只有头顶的星空和脚下的土地，当一切都安静下来，我似乎独自存在在亘古的时间和无垠的空间之中，这种感觉很像作为物理学研究者的我们漫步于物理学知识的殿堂时的感受。一位学者曾说“我只觉得自己好像是一个在海滨玩耍的孩子，有幸拾到光滑美丽的石子，但真理的大海，我还没有发现”，当我们真正面对大海或星空时，我们才能感受到自己的渺小。但我们绝不会因此妄自菲薄，正如前述的那位学者所说，我们是“站在巨人的肩膀上”，无数同我们一样“渺小”之人共同铸就了我们现今拥有的一切，创造了我们辉煌的文明和恢弘的物理大厦，而我们会追随前人的脚步前行。为了满足人类文明对外部世界无尽的好奇心，为了对真理的不懈追求，我们会一直不断求索，去实现属于我们独特的生命价值。

来源：https://www.whatsdannydoing.com/blog/night-sky-quotes-for-the-night

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