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《宇宙的寂寞心靈》




精彩的人物，動人的文字，帶來全然的閱讀感動與深邃想像！

愛因斯坦、哈伯、惠勒、桑德志、霍金等人，全世界最頂尖的一群科學家，在黑暗的宇宙舞台綻放出燦爛的智慧火花。

他們站立在渺小的地球上，亦身為渺小的人類，
竟膽敢思索浩瀚宇宙的起源、演化歷程與未來的命運。
這是他們的愛與憎，狂喜與傷悲，他們的瘋狂奇想與研究勇氣，
同時也是他們最精彩奔放的生命故事。

我們所居住的宇宙究竟有多大？有多老？它未來的命運又是如何？

二十世紀後半期，研究這些問題的「宇宙學」臻於顛峰，百花齊放，熱鬧非凡，愛因斯坦、哈伯、桑德志、霍耶、皮伯斯、沙多維契、霍金、惠勒、潘洛斯、施賴姆、谷史等眾家英雄好漢，帶著各自的獨門功夫相繼登場，包括廣義相對論、哈伯常數、大霹靂、黑洞、奇異點、暴脹理論等等，且看他們如何從籍籍無名的小子，逐漸蛻變成萬人景仰的科學大師！他們等於是科學時代的宣教士，創造神話的人，也是馳騁宇宙的太空騎士。他們有人嚴肅、有人熱情，或率性，或害羞，或富於隱喻想像，乃至粗魯草莽，大言不慚，但都無損對宇宙的狂熱與專注。

作者奧弗拜也承繼這些好漢的拚命三郎精神，長年近身觀察這群最頂尖的宇宙研究者，與他們一同追南逐北，上天下地，分享挫折也一同興奮，成就了這些動人的篇章，讓讀者時而開懷大笑，時而沉思默想，時而又感動得難以自己，同時在這一波波奮鬥與探問當中，看到近一個世紀以來，最綿密完整的宇宙學研究面貌。

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  作者介紹

  
  
  
  
  
  奧弗拜（Dennis Overbye）
  
  曾於麻省理工學院修讀物理學。目前為《紐約時報》科學版副主編，文章經常發表於《紐約時報雜誌》、《時代》雜誌，亦為知名科普雜誌《發現》與天文雜誌《天空與望遠鏡》的撰稿者與編者。《宇宙的寂寞心靈》曾獲美國物理協會（American Institute of Physics）一九九二年科學寫作獎，也獲得同年「美國國家書評獎」非文學類和《洛杉磯時報》年度書獎科學類的提名。近期新著有《戀愛中的愛因斯坦》（Einstein in Love）。
  
  





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  譯者介紹

  
  
  蔡承志
  
  專業譯者，參與Discovery頻道字幕翻譯，譯作包括《數字的異想世界》、《我們都是機器人》、《鳥類的祕密生活》、《恐龍與史前生物百科全書》、《始祖鳥、羽毛與鳥類進化之謎》、《螞蟻．螞蟻》、《約翰．惠勒自傳》等。
  
  
  
  

宇宙的寂寞心靈－目錄導覽說明

• 導讀一 爭睹宇宙奧祕的天才群像 ／ 傅學海
  導讀二 他們正在創造歷史！ ／ 吳俊輝
  作者序 不朽真理的代言人
  
  第一部艙中人
  第一章來自蒼穹的聲音
  第二章巨型糖果販賣機
  第三章宇宙模型之爭
  第四章宇宙邊緣的營火
  第五章霍金和黑洞
  第六章黑洞之王
  第七章誤打誤撞大霹靂
  第八章創造星系的人
  
  第二部費米樂園
  第九章展開宇宙長征
  第十章永恆的輪迴
  第十一章 費米樂園
  第十二章 美麗獲得勝利
  第十三章 不想研究宇宙的宇宙學家
  第十四章 終極的白吃午餐
  
  第三部宇宙幽微之處
  第十五章 哈伯常數大戰
  第十六章 Z計畫
  第十七章 微中子的春天
  第十八章 茲威基的復仇
  第十九章 占星家的咒語
  第二十章 宇宙如何飛起來？
  
  第四部最後的紳士
  第二十一章桑德志的放逐歲月
  第二十二章宇宙停止膨脹的那一天
  第二十三章天國
  
  後記宇宙學的黃金年代
  尾聲而今安在否？
  
  

自序
不朽真理的代言人

一九五四年，美國《財星》雜誌刊出文章介紹美國科學現況，針對十位深具潛力的年輕科學家製作專題報導，並刊出他們的照片。其中有一位是天文學家，照片顯示他在帕洛瑪山（Palomar Mountain）上，倚靠著一座著名的兩百英寸（約五公尺）望遠鏡的基座；他身影清瘦，穿著一件短夾克，咧嘴微笑，兩頰有酒渦，前額高聳，一束捲髮懸垂。他的眼神晶亮，神情自信而嚴肅，就像位空戰英雄。

他的名字，叫做亞倫．桑德志（Allan Sandage）。

桑德志確實有資格自豪。文章刊出時，他只有二十八歲，剛在一年前得到博士學位，他身旁那具兩百英寸望遠鏡則是當時最著名的儀器，全世界只有少數人有資格使用，他是其中一位。他不但擁有使用特權，排到的夜空時段也比其他人更暗，天空更清澈，但責任也最重大。《財星》雜誌如此描述：「他正協助定義宇宙的年齡和結構。」

那幅影像--一位臉上帶著酒渦的瀟灑年輕人和他的新望遠鏡--相當引人注目，而那也是個引人注目的時刻：有了這些新工具，還有熱情聰明的年輕人，科學即將解開宇宙的謎團了！桑德志成為史上第一個肩負起裁定宇宙命運重責大任的人。

五年之後，在地球另一端的印度境內，旅居當地的宗教學者史密斯（Huston Smith）和達賴喇嘛有次奇妙的會晤。這位西藏的宗教、政治領袖，在中國入侵他的祖國之後逃到印度。根據藏傳佛教的傳統說法，達賴是第十四世活佛；他本名丹增嘉措（Tenzin Gyatso, 1935~ ），是位相當好學的人。

史密斯在多年之後回憶，人們通常覲見活佛都只是行禮如儀，時間短促，雙方談話內容相當簡潔，來者講完要說的客套辭令，便致敬、鞠躬離去。「你來自何方？」達賴也只是為了禮貌而問。但當史密斯向達賴喇嘛表示自己在美國的麻省理工學院教授哲學和宗教時，學養豐富的達賴聽畢立刻拋掉客套辭令，讓史密斯有點驚訝。「待個幾分鐘，」達賴喇嘛說，「我想和你談談。」

接著，達賴便要史密斯說明，當時各陣營就宇宙起源所展開激烈論戰的狀況。那時候，天文學家集結成兩個陣營，分別擁護彼此相左的宇宙史觀。第一個是所謂的「大霹靂理論」，這項理論主張宇宙大約在一百億年前經歷了一場猛烈的變動，或許會在數十億年之後，以同樣壯觀的「大崩墜」終結。這種觀點相當神奇，讓人聯想起西藏佛教徒所稱的「劫」（kalpa）：世界毀滅，重生輪迴。另一個理論則是「穩態說」（steady state），它斷言宇宙無窮無盡、永恆不變。達賴聚精會神聆聽史密斯的說明，即根據帕洛瑪天文台的最新說法，目前較傾向支持大霹靂。達賴喇嘛點頭微笑。「當然囉，」他說，「對於這一點，我們也有自己的立場。」

傳統上，宇宙學書籍在論述宇宙的起源時，都會先重述某些古老或原始社會的生動創世神話，部分原因或許是為了要顯示，我們已經跨越傳說而有了長足的進步。更重要的是，這會讓我們想起我們是誰？來自何方？我們為什麼會死？等等諸如此類的問題。我成長於一九五○年代的美國；我們這一代可以算是史無前例的世代，我們一直相信，科學應該有辦法驗證創世神話。當時帕洛瑪的天文學家才剛開始探索宇宙，最後他們也會得到定論。我和我的朋友們在成長的過程裡，就和達賴喇嘛一樣讀到各種科學論戰，包括大霹靂和穩態理論、彎曲時空、膨脹宇宙的謎團，以及能量和物質之間的相互轉換，不過這些爭執對我們的生活影響不大，也沒有像達賴那麼在意。

一路上，科幻電影伴隨我們成長，我們都認定，在我們有生之年，人類終將征服太空，並發現宇宙起源的驚人神奇現象。我在童年看到原子彈、電晶體的發展，還出現了電視機、冷凍食品，甚至連迷幻藥也是科技成就下的產物。科學家在當時都成為英雄，而科學則如同出賣靈魂般製造出原子彈，更發現了DNA，於是陶陶然認為時機已經成熟，可以著手解答最根本的幾項問題了。科學很容易令人迷醉。我們的上一代（由於成長時代關係，他們認定發明真空管收音機就已是奇蹟）卻沒有敲鑼打鼓慶賀，兩代落差讓偏見更深，使我們更加覺得不需要理會他們那套陳腐作法。所以啦，達賴為什麼不該聽從天文學家的意見？

接下來，蘇聯的史普尼克號人造衛星在一九五七年轟轟烈烈地升空，對於我們這一代人而言，那是個重大的時刻。隨後，舉世沉迷於科技當中，認為它攸關國家安全，影響所及使得一九五○年代末、六○年代初，最好、最聰明的學生都投身於科學，或至少會考慮走這條路；猶如十年之後，他們轉而投身法學院，又過了二十年，唉，卻進入企業管理學院一般。事實上，開疆拓土本來就是一條漫長又艱辛的道路，因此多數人最後都轉行至其他領域，有些去銷售電腦，還有人則渾渾噩噩度日。最後只有少數人能堅持下去，成為宇宙學家。

這本書就是關於字宙學家的故事。

這本書是講二十世紀後半期宇宙學研究的面貌，也是講一群男女菁英分子的故事，他們擁有電腦晶片、地底的粒子加速器、十噸重的鍍鋁鏡片、電波望遠鏡，而且具有幽默感，也深感自豪，奮力鑽研的是我在童年時期不斷思索的課題。他們是這個科技時代的宣教士，也是創造神話的人。

所有關於宇宙可能從無變有的觀點，包括我們的骨頭和血液的原子，都是在很多光年之外、在誕生於數十億年前的星體中冶煉成形，還有組成原子的粒子，都是源起於創世最初百萬分之一秒的能量和作用力不是更像神話？我們全都是宇宙製品，也是宇宙這個最終謎團的活生生證據。我們是有生命的塵埃，有意識的星塵。

現代版本的宇宙史是個很棒的故事，說不定還是個正確的版本呢。或許這正是人類的本性，宇宙學家（或所有時代的巫醫）總是認為，他們就將要敲開永恆真理之門，就要破解宇宙最後的祕密。但他們錯了，而且一直以來都是如此，這也可能是人類宿命的一部分。經由不斷的嘗試錯誤和懷疑，科學得以逐步進展，結果科學也成了一大堆不成功的「終極理論」的墳場。不過，這一路下來，至少宇宙學家犯下的錯誤都不盡相同。

所以，就某方面而言，這本書也是關於寫失敗的故事，不過也同時談到了膽識、希望、頑固、自豪、才華和運氣。我要從書中人物的觀點來講這個故事。當然，口述歷史都有扭曲不實；沒有人有辦法分身介入所有研究。任何發現或理論突破，都要踏著無數無名英雄的肩膀往上爬。你愈深入鑽研某些科學成果，便愈難釐清某項觀點究竟是源自何人何處；因此，我只將本書的篇幅保留給那些全心鑽研某個特殊主題和觀點的人，主要是那些待在高山天文台上的寂寞心靈，而不會著墨於提出想法之後卻跑去做別的事情的人。至於有些人認為我將他們的貢獻遺漏不提，我要說聲抱歉，但希望他們至少了解原因何在。當然，任何評論不當之處，則全都是我的錯。

這裡提到的故事，原則上只是具有代表性，並沒有涵蓋一切的意思；並不是每一位宇宙學家都會在書裡出現。我試圖以我的觀點來描述主流科學的發展；不用添加任何神祕說法，正統宇宙學就已經夠古怪神奇了。此外，我要向某些讀者道歉，這本書納入不少的物理學知識，好讓讀者能夠了解宇宙學家到底如何工作和講話，但我又不想加入太多的知識，免得這本書變成了參考書般。有些時候我顯然處理得不夠好，但請記住，很多時候物理學家也好像聽不懂其他同行所說的話。

這個故事中參雜了爭吵與不和、關愛與忠誠這應該不會讓人感到太過驚訝吧。宇宙學家絕少同聲一氣，就算出現了大家共同擁戴的宇宙史觀也一樣。科學家永遠根據一套規則來問所有關於宇宙的問題。從某個角度來看，宇宙是「外在」的，問題則來自「內在」；而答案則由同時感覺到混亂、神祕和希望的心中浮現。

即便連本書這樣精簡的宇宙學史，裡面一樣是百家爭鳴，不過在眾聲喧嘩中，我聽見了一個聲音，它比起其他人都來得更為響亮；有這麼一個人對宇宙心懷更多疑惑與更大的希望，他的堅定毅力超過凡人。

一九八五年一月，我在美國亞利桑那州土桑市（Tucson）所舉辦的一個天文學研討會上第一次碰到桑德志，不過在此之前，我早已耳聞關於他的種種傳奇。當時，桑德志操作帕洛瑪山的兩百英寸望遠鏡已達三十年，這具二十世紀最著名的科學儀器，在他手裡就像自家後院的小望遠鏡。他透過這部望遠鏡反覆觀測宇宙，從攝影感光板上的陰影、謎樣的光譜線條和數學運算中，一點一滴地蒐集線索，以研究宇宙的大小和命運。觀測宇宙是樁莊嚴使命，對此，桑德志的心理負擔也相當重，這種工作會吸引批評家的注意。而如果桑德志不曾和你辯論一二，那麼你在天文學界就無足輕重。

我第一次遇到他時，他正在和幾個天文學家團體就宇宙的大小和年齡等問題爭論不休。表面上，他們的爭執完全無解。有好幾年的時間，《紐約時報》似乎每隔幾個月就會發表新聞，說某個團體糾正了對方的看法，如今宇宙的年齡是兩百億年，而不是一百億年云云，或反之。我也聽說桑德志把電話拆掉，不再和同行講話，至於媒體就更不用講了。

那次研討會期間，有一晚，桑德志和我開車進入沙漠尋找一個晚宴地點，舉辦地點聽說是在一處老舊的電影製片廠。我告訴他，我認為宇宙有兩套歷史，一套是自然事件發生史，剛開始是大爆炸，創造出了宇宙，接著星系形成、太陽發光、再到製造個人電腦。另一個則是我所謂的宇宙祕史，也就是宇宙學家艱苦奮鬥、想像，還有彼此爭執的故事。我要了解的是宇宙祕史。我要向大眾解釋，為什麼《紐約時報》會把宇宙描繪得這麼像溜溜球，先大，後小，一天是無窮無盡，隔天又註定要塌縮。

「天文學是科學中的不可能任務，」桑德志笑著說，一邊駛越沙丘，就在接近土桑市時，我們倆在沙漠中迷了途。「而我們竟然還能了解其中一些東西，實在不可思議。」他繼續說道。

經過多次延期，十個月之後，我們再次在聖地牙哥見面。桑德志成年之後，只在一家機構服務過，那就是卡內基學會的威爾遜山、帕洛瑪暨拉斯坎培那斯天文台，當時他適逢學術假年休，在聖地牙哥租了一間海濱小屋。在兩個禮拜期間，我們每天見面兩次，通常是在拉荷雅（La Jolla）海灘上的一間餐廳酒吧，我們談笑、生氣、抱怨、取笑、戲謔、喝咖啡。他不看報刊，不寫日記，不做任何紀錄，生活中只有工作日誌、感光板、筆記本、專業文獻，還有論文；除了科學以外不做任何紀錄。他每次談話都想要說服我，他不記得任何生活瑣事，也不知道任何星系和宇宙一切事物。不過他的「不知道」，卻相當於別人的百科全書。

隨後幾個月中，我幾次出外旅行，經常與他年休時的流浪生活狹路相逢。我習慣事前不通知就踏進他的辦公室，不論是在檀香山、巴爾的摩或帕薩迪納都一樣。而他總是會抬眼看著我，然後遮住臉孔，假裝受到驚嚇，並誇張地呻吟著：「喔，慘了！」

桑德志，一位身著短夾克的年輕人，為什麼經常在這個故事裡出沒？只因為他自開始研究宇宙學、想要破解宇宙之謎以來，投入的時間比所有人都來得更長，也更具熱情。他可以說是整個世代宇宙學家的學術研究之父。理論學家用豐富的想像力幻想出量子泡沫，所根據的就是桑德志彙整發黃日誌裡的枯燥數字，以及用帕洛瑪的龐大望遠鏡觀測到的模糊斑點。

所有人在求知歷程中可能經歷到的事情，桑德志幾乎全都體驗過。我寫這本書愈久，便愈能感受到，桑德志的故事是宇宙學研究的典範，也是科學研究的典範。


五年以來，我始終尾隨宇宙學社群的研究步伐追南逐北。除了不時去騷擾桑德志，我還不斷在世界各地迷人地區（宇宙學家不是笨蛋，他們也懂得享受）所舉辦的宇宙學研討會上出沒。我花了好幾個禮拜，全程參加阿斯彭物理研究中心（Aspen Center for Physics）的專題研討會，理論學家每個夏天都會擺脫電話與學生，齊聚一堂辯論爭執。我攀登山峰，和天文物理學家共享多不勝數的法式晚餐。我在歐洲核子研究組織（European Organization for Nuclear Research, CERN）期間，儘管身染鏈球菌喉炎，還是花了一個禮拜時間四處走動；我還前往費米實驗室，坐在控制室內觀察質子被地球上最高能量推動、互相轟擊的場面；我步行尾隨霍金（Stephen Hawking），他的輪椅吱嘎作響，我還幫忙將他抬上講台。我還在帕洛瑪天文台，坐進兩百英寸望遠鏡的主焦點觀測艙，這裡正是當初發現類星體（quasar）的觀測處。

在本書撰寫期間，許多物理學家和天文學家對我特別禮遇，投入大量時間給我協助（其中許多人最後並沒有出現在本書定稿裡）。我無法逐一羅列。在此特別感謝桑德志、霍金、惠勒（John Wheeler）、施賴姆（David Schramm）、坦曼（Gustav Tammann）、皮伯斯（Jim Peebles）、塔利（Brent Tully）、塞雷（Alex Szalay）、魯賓（Vera Rubin）、波馬克（Joel Primack）、谷史（Alan Guth）、甘恩（Jim Gunn）、史德曼（Gary Steigman）、胡克拉（John Huchra）、施密特（Maarten Schmidt）、史瓦茲（John Schwarz）、戴維斯（Marc Davis）、索恩（Kip Thorne），以及阿倫森（Marc Aaronson，已過世）。許多人協助數不清支援，功不可沒，包括阿斯彭物理研究中心的孟希莫（Sally Mencimer）、當時服務於加州理工學院的麥瑞迪斯（Dennis Meredith）、費米實驗室的皮爾森（Margaret Pearson，已過世）、加州大學里克天文台（Lick Observatory）的古斯塔弗森（John Gustafson），還有美國物理協會的赫瑞恰斯（Jean Hrichus）和維爾特（Spencer Weart）。特納（Michael Turner）耐心閱讀整篇手稿，提供了許多有用的修正意見。美國物理學會推動物理學史彙整計畫期間，訪問過桑德志和皮伯斯，本書有部分觀點即由此取材，承蒙物理學史中心的維爾特主任慨然允諾，准予引用。

自本書一九九一年出版以來已過數年，期間有許多人為文評述，指出其中大小錯誤。如今（一九九九年）預備發行第二版，我要對以下人士特致謝忱：James Felt、Andrew Fraknoi、John Gribbin、Kevin Krisciunas、Walter Lewin、Jane Opalko、Jay Pasachoff、Joel Primack和Gerald Wasserburg。撰寫本書多年期間，有許多人提供情感支持與鼓勵，實在無法一一列舉致謝，包括我的兄弟Gordon Overbye、Tom Franzel、Kalia Doner、Amazons of Phoenicia、Tom Dworetzky、James Polk、Joan Munkacsi、Conrad Fenwick、Gary Greene、Pat Sims、Bil Jaeger、Kathy Cahill、Ron Kriss、Suzanne Richie，gang at Misty's。哈夫納夫婦（Dan and Alex Hafner）在關鍵時刻借我一部電腦，發揮重大價值。我的水管匠William Heckeroth和會計師Bernie Becker也產生決定性影響，值得記上一筆。我還要感謝《天空與望遠鏡》及《發現》雜誌的編輯群，已故的Joseph Ashbrook，以及Lief Robinson、Leon Jaroff和Gil Rogin，謝謝他們的鼓舞與激勵。我要特別對Gary Taubes表達謝意，他介紹我認識Kris Dahl而成為我的經紀人，她抱著耐心、信心，還鞭策我，讓我安然渡過所有危機。我的編輯Richard Kot也有很大的貢獻，不可勝數，提到他，我怕說太多會有其他出版社要來挖角；我還是希望獨占他。共同生活的Lula 和Rebecca Blackwell-Hafner與我一同歷經艱困共度患難。我對Natalie Angier虧欠良多，她對我的情意可說高與天齊。

專文推薦
他們正在創造歷史！
◎吳俊輝（美國航太總署長期太空科學家、國立臺灣大學物理系暨天文物理研究所教授）

從小我也喜歡閱讀科普的讀物，但看完後常覺得書中的世界距離我好遙遠，要不就是書中的偉大科學家受到神化，或早已辭世成為歷史人物，再不就是其中的內容太深，讓人無法理解。但是，這本《宇宙的寂寞心靈》，讓現在長大後的我感觸很深，因為書裡所提到的數十位被譽為「偉大」的宇宙學家之中，有很多位不但都還活著，而且我也幾乎全都認識，並和其中幾位有很熟的交情。其中最著名的，莫過於英國劍橋大學的霍金（Stephen Hawking）教授（《時間簡史》及《胡桃裡的宇宙》的作者），我的博士論文，就是在他的「重力暨相對論小組」中完成的！

探索宇宙的奧義，一直是令人著迷的話題，打從中國的易經開始，宇宙學的發展已經有數千年的歷史。最令人興奮的是，在過去的這數十年間，宇宙學的發展幾乎逼近了它的高峰，在觀測上不但有驚人的突破，在理論上也有極重要的進展。這本書的原文在一九九一年出版，雖然在其後至今的十多年間，宇宙學又有幾項重大的進展，但這些重要進展的伏筆，卻都很巧妙地包羅在這本書的內容之中。因此，我看這本書的時候，心中有一種感動，看到一門顯學是如何透過一群科學家的努力而得到突破，而其中最令人百感交集的，便是前面所提到的：這群科學家其實都是人，活著的人，而且正默默地在我們的身邊，創?造?歷?史。

第三類接觸

一本成功的科普書，首重能夠拉近讀者和那深奧學問間的距離。這本書所採用的手法，是摻入對當事人的人性描述，藉以活化書中的科學家與知識。我相信大家看了以後，應該會同意我的看法。我之所以特別感動，是因為我認識許多書中的人物，而這些對「人」的認識與了解，讓我對日後的研究產生了很大的動力，尤其是更深深地體會到「成功不是偶然的」這句話的含意。很多的科普書都將一些偉大的科學家加以神化，忽略了他們身為「人」的本質，這本書正適切地加強了對人性描述的部分，還原了這些科學家的人格特質，不但發人深省，更讓人進一步地了解偉大科學家之所以偉大的原因。

以我個人的體驗為例，我自兒時就常夢想能夠親睹霍金教授的丰采，經過一番努力後終於如願以償，不但見到了他本人，也正式成為他相對論小組下的門生，這就像是電影中，接觸外星人的心情與情節一樣。在他門下的那三年間，我的研究室就在他的對面，不但每天見到他，一起吃午餐，他也正式要求我們（研究小組內所有的博士生）每週五和他共進午餐，不是打屁聊天，而是向他輪流報告我們的研究進度。他很嚴厲，問題都很尖銳，而最令人受不了的，是被他用電腦合成的語音責備，你絕對很難體會那種被電腦語音拷問和責罵的感覺！我一開始總覺得，這個人怎麼這樣，一點都沒有所謂偶像那種可人的氣質與親和力，但日子久了，我才慢慢體會到，原來就是他這種追根究柢不馬虎的精神與毅力，讓他不但成為科學界不可一世的偶像，也成為目前世上存活最久的肌肉萎縮症患者。在他門下的那段日子裡，我們常常搞不懂他的問題和想法，而他也常常因此而生氣，我想這正是菜鳥科學家和偉大科學家之間的差別，也正是偉大科學家之所以經常淪為「寂寞心靈」的原因，他們真的是難遇知己啊。

但話說回來，私底下的霍金教授也有和一般人無異的可愛面，以及獨特的個性。例如，當我們要求和他拍照時，他一定會問他的護士，檢查儀容是否夠帥氣。由於平日他進食不但需要護士們餵食，還需要戴上如幼兒使用的圍兜，以免自嘴中掉落的食物弄髒了衣服；他在閱讀時也要助理幫他戴上老花眼鏡，並在輪椅前架上書架子，請人幫他翻書。這些都是他「不准」出現在相片中的東西。平常他也不喜歡別人推他的電動輪椅，堅持要自己操控。因此，如果你發現他辦公室附近的走道上堵滿了人，就表示前面一定是霍金教授，正因他堅持要自己操控輪椅，因而通不過走道上的某些障礙。由於大家都知道他的脾氣，所以也就習慣了，不會有人抱怨，只是新來的菜鳥看到走道堵滿人時，常會搞不清楚發生了什麼事。

再舉另外一個例子，美國加州大學柏克萊分校的司慕特（George Smoot）教授。他曾是開啟現代宇宙學大門的宇宙背景探測衛星（Cosmic Background Explorer, COBE）觀測計畫之主要領導人，我在劍橋念博士的時候，就常被他的大名轟得震耳欲聾。他是個著名的實驗觀測宇宙學家，當時我對他的了解，主要是透過媒體上的專訪與報導，以及拜讀他的學術論文和科普文章。然而很幸運地，我從劍橋拿到博士，到柏克萊從事博士後研究時，因參與一項宇宙微波背景輻射的觀測計畫和他結識，爾後也受到他的提拔成為美國航太總署（NASA）的長期太空科學家。就如同認識霍金的經驗一般，剛開始的幾個月間，他在我心中的偶像形象馬上幻滅，轉化成一種對「人」的了解。當時我常覺得，為什麼這個人老是背著一個小背包，只出一張嘴，就能在計畫中扮演重要的角色呢？而我們年輕一輩的科學家卻要花很多的時間執行實際上的理論推導和電腦計算，才能在計畫中占一席之地啊。經過兩年多之後，我終於明白，如果沒有他的那張嘴，觀測計畫的籌備工作以及之後的數據分析工作，可能要花上更長的時間才能夠達成。這就好比一個頂尖棒球隊的教練或球隊顧問，根本不需要親自下場揮棒或投球，卻是要扮演球隊成敗的關鍵角色。我現在每週都因一項國際合作的觀測計畫，和他一起透過電話越洋開會。從他身上，我看到一個人可愛的一面，也見識到一個優秀科學家的特質。

此外，像書中提到的劍橋大學涂若克（Neil Turok，早期是普林斯頓大學教授）教授，是我博士學位的主考委員，也常為我指點迷津，但私底下他是個很親切、很可愛、很迷糊、常常忘東忘西的人；加州大學柏克萊分校的戴維斯（Marc Davis）教授，我在加州大學的三年間，他的辦公室就在我隔壁，我們常一起去吃午餐及討論宇宙學，他雖然在去年暑期間中風，但堅強的毅力讓他至今已幾乎完全康復，也重回研究崗位主持宇宙深度探索計畫（DEEP Survey）的進行；另外還有在很年輕時就提出「宇宙暴脹理論」的谷史（Alan Guth）、提倡黑暗能量（即所謂的第五項元素）理論的斯坦哈特（Paul Steinhardt）、帶領費米實驗室（Fermi Lab）宇宙學研究團隊的柯爾勃（Rocky Kolb）及特納（Mike Turner）、對超新星的研究突破扮演重要角色的菲利潘柯（Alexei Filippenko）、對宇宙殘陷的研究有重要貢獻的維蘭金（Alex Vilenkin）、自年輕時期起就對宇宙學的多項領域有重要貢獻的皮伯斯（Jim Peebles）等，我也常因學術上的需要而和他們多所接觸。與這些知名的宇宙學家接觸時，我感覺他們和一般的人並沒有太大的不同，也就是說，我如果不跟你提起他們的身分，你可能感覺不出他們有什麼特別之處，或許只感受到他們之中少數人的怪異脾氣。但是，他們都有一股共同的特質，那就是一股深不可測的自信，和對自己想法的堅持。他們在成名的路上，都有各自的挫折，沒有人自始至終就是天生的明星。

學無止境

宇宙學發展至今，已有多項重大的突破，例如已經確定宇宙的幾何是幾近（如果不是完全）平坦的、宇宙中的總質能有近七成為暗能量、約兩成為暗物質、宇宙的年齡約為一百四十億年、宇宙的大小可能是有限大等，但即使如此，全球宇宙學領域的科學家，仍然日以繼夜地挑戰新問題，進行新的觀測。例如，二○○三年二月，美國航太總署的威金森微波各異向性探測器（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP）觀測到宇宙早期的詳細面貌，目前也還繼續地收集觀測資料；二○○九年，歐洲太空總署（ESA）發射一枚新的人造衛星，叫做普朗克衛星（Planck satellite），它將一窺宇宙大霹靂後不久的更詳細面貌；美國目前正在執行的史隆數位巡天計畫（Sloan Digital Sky Survey, SDSS），也將在未來的十年內，探索宇宙中至少百萬個以上的星系；目前我所參與的美國MAXIPOL觀測計畫，以及臺灣的宇宙微波背景輻射陣列望遠鏡（Array of Microwave Background Anisotropy, AMiBA）觀測計畫，也都是為了探索宇宙的本質而設計的。

我們不會因為目前宇宙學領域的既有成就而怠慢了自己的腳步，相反地，我們會因受到目前新成果的激勵而加快研究的進度，以便能對這浩瀚的宇宙有更進一步的了解。就如同《宇宙的寂寞心靈》的書名一般，我們宇宙學家挑戰新問題時，外人通常不了解我們到底在幹什麼，即使是物理界的同儕，也不見得能理解我們實際的研究內容及目標，因此在過程中總是令人感到寂寞的。再加上如同書中所舉的許多例子，新的宇宙學成果通常需要多年時間的醞釀，就好比一項長期投資需要數年的時間才能收到效果一般，這寂寞的漫長過程，實在是一般人所無法想像。

我自「出道」至今，已參與多項的宇宙學觀測計畫，沒有一項是在七年內得到重要突破的。反觀國內的生態，撥經費的政府機構似乎都缺乏遠見，給了一筆錢就希望在數年內看到突破性的成果，或是目前看不到重要的成果就不願意繼續撥經費，這種缺乏遠見與專業判斷的問題，難免讓人憂心。國內負責審理計畫、決定撥不撥經費的人，以及他們聘請的所謂「國外先進」，實在都應該讀讀這本書，以體會宇宙學和其它科學領域的差異。如果真要在國內發展宇宙學、深植宇宙學的基礎，就要有長期的決心與支援。但話說回來，這幾年國內在基礎科學領域所投注的資源，確實比我十多年前出國時要多很多，還是值得肯定的。

總之，我們很幸運地能夠在有生之年見證宇宙學的突破與發展，我也很慶幸自己能在這股洪流中不缺席。希望這本書能讓大家一窺宇宙的真實面貌，和它背後那群科學家的寂寞心靈。科學的研究，是永遠不會有終點的，所以，讓我們一起繼續努力吧！

導讀
爭睹宇宙奧祕的天才群像
◎傅學海（國立臺灣師範大學地球科學系副教授）

宇宙一直是迷人而難解的，不論是遼闊的空間，還是遙遠的時間，都令人難以想像與接受。更不用說，最近幾年的各種論說充斥著學術界與報章媒體，讓人眼花撩亂，很難聚焦。

《宇宙的寂寞心靈》一書將二十世紀以來，天文學家對宇宙論的論述、發展、困境與爭論，依據時間先後，娓娓道來，讓人一探宇宙的奧祕，認識相關的理論、觀測證據與人物，以及這些傑出科學家的衝突、思索、興奮、沮喪等等的歷程。作者常用第一人稱的親身經歷述說情節，添加了可讀性。

作者奧弗拜是著名的科普作家，目前為《紐約時報》科學版副主編，他也是全球知名科普雜誌《發現》與天文雜誌《天空與望遠鏡》的撰稿者與編者，文章廣泛散見各雜誌。他日前完成《戀愛中的愛因斯坦》（Einstein in Love）一書。《宇宙的寂寞心靈》曾分別獲得美國國家書評獎一九九二年非小說類和《洛杉磯時報》年度書獎科學類的提名，也獲得美國物理協會（American Institute of Physics）一九九二年科學寫作獎。

本書雖然談論宇宙學，但是看得出來，作者主要是以「人」為中心，以觀測哈伯常數的桑德志為主軸，描述自偉大的天文學家哈伯以來，天文學家與宇宙論學家對於宇宙的觀測與探索，以及彼此依存、爭論與發展的歷程。時間縱深雖不到一百年，但卻是宇宙學的黃金年代，也是大霹靂說從純理論、藉著觀測證據浮出檯面，到成為主流的歷程，可以說是二十世紀最重要而精采的科學故事之一。

桑德志絕對是本書的要角之一，看著他意氣風發，被捲進爭論漩渦，淡出過著近乎隱居的生活，最後又證明他的觀測數據符合決定性的觀測結果，一個天文觀測學家就這樣從年輕的不可一世，到中年的時不我與，確實反映了學術界的起伏動盪，也讓我們看到學術人士的堅持、為理念奮戰、有所為與有所不為的一面。

全書縱覽

美國加州帕洛瑪山兩百英寸望遠鏡與哈伯，幾乎已經成為天文史上的傳奇。這座世界上最大、產出眾多的望遠鏡，使得帕洛瑪成為二十世紀天文史的「聖山」。而哈伯利用這個望遠鏡所做的工作，揭示了宇宙正在膨脹之中，打破了過去認為宇宙亙古不變的想法，使得全球報章媒體與一般大眾都熱烈討論宇宙膨脹與大霹靂說，也使得宇宙論成為當代顯學，迄今不衰。

本書開頭便點出哈伯與桑德志的傳承、大霹靂說與穩態說的爭論，接下來則敘述了類星體的發現、引發的迷惑與謎團的破解。類星體，使我們所知的宇宙疆域擴張至一百多億光年之遠，趨近宇宙起源之處；敘述類星體的同時也描述了桑德志生涯中第一個重大的挫折，生動描繪出學術界的恩怨情仇。

黑洞與霍金，這無疑是宇宙研究史上重要的兩個傳奇。霍金所撰寫的《時間簡史》一書，不但成為有史以來最暢銷的科普書之一，也讓他成為全球知名的傳奇人物。而書中有兩章除了精要介紹黑洞的概念外，也可由此一窺霍金的個性與感情面。隨後談到的宇宙微波背景輻射的發現與氦豐度的問題，前者是大霹靂成為主流的關鍵，後者則是大霹靂的堅強證據之一。美國貝爾實驗室兩位年輕人潘佳斯與威爾森，在測試一個喇叭狀天線的訊號時，無意中發現了宇宙背景輻射，兩人因此獲得一九七八年諾貝爾物理獎。

威爾森曾經訪問過臺灣，也針對一般民眾舉辦演講，當年的我特地參加親睹風采，會場擠滿了三百多位聽眾。演講中，他扯斷一條橡皮筋，纏上數片紙團，用兩手拉橡皮筋，展示宇宙膨脹、星系隨之伸展的情形，讓我印象深刻。演講後開放聽眾提問，有一位聽眾問他成功的祕訣。威爾森回答是辛勤的工作，外加一點機緣。這回答真是令我一輩子難忘，在我們的制式教育中，所受到的教導是努力工作，成功隨之而來。威爾森卻以親身的經歷與體驗，說明成功還需要一點機緣。這兩位年輕人力圖排除雜訊、找出原因時，辛苦地做了許多工作，意外發現宇宙微波背景輻射而獲得諾貝爾獎。同時期的狄克則沒有那麼幸運，他辛苦地從事理論計算、設計製造儀器、試圖偵測，卻被兩位年輕人先一步偵測到宇宙微波背景輻射而錯失諾貝爾獎。

一旦相信宇宙是由大霹靂形成之後，很本能的會問兩個問題，一個是宇宙形成後如何演變？另一個則是宇宙的結局將會如何？書中接下來便探討宇宙的演變過程，到底是先形成一小塊、一小塊再聚合成星系、星系團等大尺度結構，還是先形成大尺度結構，再分解成小塊小塊形成星系？作者生動敘述兩派學說的創立者，以及兩派之間的爭論，可以清楚看出這些傑出人物的個性與風格。

隨後再回到哈伯常數的測定。哈伯常數的精確數值非常重要，關係著宇宙的大小與年齡。但是要精確測出哈伯常數，就需要觀測遙遠的星系，而距離越遠的星系，距離測量的誤差就越大，甚至無法得到可靠的數值，這就陷入一個死胡同。為了解決這個困境，桑德志費盡心思找出各種方法，也竭盡所能發揮觀測技巧，希望能觀測那些可以作為距離指標的各種黯淡天體。至於宇宙的命運，宇宙到底是永遠膨脹呢？還是總有一天會逆向收縮至宇宙末日？科學家提出另一種策略，即測量宇宙空間的質能密度，這只需觀測局部的空間，不需要像哈伯常數一樣深入到數十億光年以外的宇宙深處。如果密度超過臨界值，則宇宙遲早被重力拉回而造成宇宙末日，反之則永遠膨脹下去。

書中再則敘述量子力學、量子色動力學與宇宙論的進展與實驗，建立宇宙大霹靂之後數秒內發生的情景，希望將大尺度重力和原子核內的小尺度作用力整合起來。這是宇宙學家與粒子物理學家攜手合作與競爭的故事，也是理論與實驗相互競逐的故事。這部分的專有名詞或許連物理學家也不容易弄得清楚，可能需要反覆多看幾遍與反芻才能抓住大意，不過秉持作者的一貫風格，這幾章的人物故事也是相當精采。

量子理論和廣義相對論捉對廝殺難分難解之時，提出「宇宙暴脹理論」的谷史從中殺出一條血路。谷史的中學、大學及其後的研究生涯曲折迴繞，充分顯示出美國教育制度的極大彈性。對於優秀的傑出年輕學子，必須為他們提供能夠充分發展的環境，也須充分尊重他們的興趣與意願，這部分確有值得國內教育界參考與反省之處。敘述暴脹理論的同時，作者也安排了一個小插曲，顯示出霍金頑強個性傳奇的陰暗面，相當有趣，值得一讀。

前面曾經提到測定哈伯常數的重要性，這場爭論延續了十多年。桑德志得到哈伯常數約為五十，顯示宇宙年齡約為一百五十億年。然而另一些研究群提出哈伯常數約為一百，顯示宇宙年齡不到一百億年。全世界都等著看，到底哪一個數值才是對的；我在那個紛擾的年代，每次教書提到宇宙論時，雖然我個人比較偏向低的數值，卻也無奈總得將兩者相提並論。由此看來，測定哈伯常數需要新的方法與技術，書中也敘述一批年輕人另起爐灶，設計靈敏的電子儀器，可以進行廣泛的星系紅移觀測而推算比較精準的哈伯常數。

此外科學家逐漸發現，宇宙的命運端視物質的密集程度而定，物質多而密，宇宙便會被強大的重力吸引，最後形成一場末日般的「大崩墜」；另一方面，物質少而稀，則宇宙將永遠膨脹下去。女性天文學家魯賓研究星系的旋轉現象時，發現她所測出的質量遠比光學觀測所得的質量多得多，這些無法直接觀測到的物質被稱為「暗物質」。暗物質的本質引起了重大的爭論，許多人都想解決這個疑難。本書敘述兩大陣營分別擁護「熱暗物質」（微中子）與「冷暗物質」（大質量弱作用粒子）的不同觀點，兩派引經據典爭論不休，不過到目前為止，暗物質究竟為何仍處於探索、揭密的階段。

宇宙的起源永遠是動人心弦的論題。書後也具體探討宇宙的創生理論，整合廣義相對論與量子力學的「量子宇宙學」已經春芽初萌，即將成為「時尚」。讀者也可以在書末看到桑德志的數據歷經挑戰、奚落終於被確認，作者認為這是傳承交棒的時刻，交織著欣慰、感傷，是一種難以言喻的情緒。

本書最早於一九九一年出版，在這十多年中，宇宙論方面的觀測與理論有許多新發展，本書在後記〈黃金年代〉一文中，簡短補充一些最新進展。此外，人總是好奇的，對這些傑出人物與天才，人們有更多的好奇。尾聲〈爾今安在否？〉對於書中人物給了最新的簡介。多數人仍在崗位上，有些人年老辭世，也有些人英年早逝，回顧英豪來時路，不禁讚歎、唏噓，情緒也是一時難以平息。

宇宙、物理與科學人

借用英國大文豪狄更斯在《雙城記》中開頭的話語：「這是最好的時代，這是最壞的時代；這是智慧的年頭，這是愚昧的年頭；這是信仰的時期，這是懷疑的時期；這是光明的季節，這是黑暗的季節。」宇宙學的發展也正處於希望與失望交錯的時代，如同波濤洶湧，許多新的想法提出，旋即如泡沫般消失，少數概念被保留下來，卻又受到修訂……。宇宙學正等待黎明的到來，目前似乎看到一絲曙光。

宇宙學正處於百花齊放、百鳥齊鳴的時代。在這領域的學者都想一統各種作用力，提出符合觀測數據的「大一統理論」。「留名青史」的想法也許低估或侮辱了他們，事實上他們最大的樂趣是想找出宇宙創生的奧秘，名聲、諾貝爾獎……不過是伴隨而來的副產品。也靠著這些執著尋夢、逐夢踏實的一群人，讓我們得以一窺天文觀測者辛勤觀測到的宇宙點滴、理論家腦中不可思議的想像，以及兩者結合共創的宇宙圖像。

科學與技術常常互補，本書之中也呈現了這種趨勢。觀測數百萬光年至數千萬光年之外的星系影像，尋找其中的造父變星，測量其亮度變化的週期，是獲得這些星系的精確距離的重要關鍵。哈伯常數建立在遙遠星系造父變星的亮度變化週期上，但是要觀測這些遙遠的黯淡光點並不容易。新的電子感光技術、太空望遠鏡等新的技術一出現，常被這些辛勤工作的傑出人物用來探索宇宙的奧祕。技術促進科學的發展，科學又常讓技術更上一層樓。

由於人類目前的技術所能製作的粒子加速器，能量仍然距離所需的等級差得太遠，無法產生理論預測的粒子，因此大霹靂這個理論，給粒子物理學家提供了一個絕佳的舞台，做為驗證「標準模型」的最佳工具。在宇宙創生的瞬間，溫度、密度都高得讓所有作用力都等價齊觀，隨著宇宙膨脹、溫度降低，才逐漸形成目前的宇宙。我們應該可以找到一些宇宙創生時的遺跡，作為檢驗「大一統理論」的證據。大霹靂理論在宇宙學家與粒子物理學家之間搭起一座橋樑，看起來，這座橋在未來仍會續存好一陣子。

本書洋溢著人性，字裡行間流露出傑出人物的鮮明個性與情操。科學家與你我凡人一樣，時而高貴、時而矯情，人性的光明面與陰暗面同時共存。雖然仍有少數例外，也常有不合求去的例子，不過科學界確實已越來越依賴團隊合作，不論團隊大小，合作夥伴常是榮辱共存。另外值得強調的是，不論是直接或間接，思想傳承在學術界仍是重要的因子，如此一來，科學方得以站上前人的足跡而繼續前行，但同時也需要一些才華洋溢的天才開創新路。

早在兩千多年前，古希臘學者已經提出對宇宙的看法。西方文藝復興時期現代科學興起，至今不到六百年間，我們對宇宙的看法已經數次更替。自從量子論與廣義相對論提出以後，出現許多有關宇宙論的科普書籍，但是很少能像《宇宙的寂寞心靈》一樣，將「後量子論與廣義相對論」時代的宇宙論，呈現比較完整的面貌。這是一本敘述二十世紀科學家發現宇宙的故事。

宇宙極其浩瀚，時間的延續超乎一般人的想像。就像登高山常有孤寂之感，這些探索宇宙的族群，全球為數再多也屬於稀有一族，往往無法與人分享探索宇宙的甘苦，是屬於寂寞、孤獨的一群。然而這些孤寂的心靈，在他們的圈子裡互相爭辯、挖苦、研討，宇宙的圖像才一小塊、一小塊的呈現。目前即使無法一窺宇宙全貌，悲觀者甚至認為不可能縱窺宇宙全貌，但是我們確信，這些探索宇宙奧祕的孤寂心靈，仍會持續探索下去。

編／譯者：蔡承志
語言：中文繁體
規格：平裝
分級：普級
開數：25開15*21cm
頁數：624


出版地：台灣