如果宇宙可以伸缩：用诗意的语言、惊艳的插画，揭示1027到10-35米全尺度下的63个宇宙。 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子版 mobi 在线

浩瀚的宇宙如何形成？

万物遵循着何种秩序？

生命的起源和构成是怎样的？

世界的本质是什么？

是否存在平行宇宙？

人类如何走到今天？

宇宙如何影响我们看见现实的方式？

……

《如果宇宙可以伸缩》将会告诉你这些问题的答案。

屡获大奖的天体生物学家凯莱布·沙夫利用前沿科学技术，从可观测宇宙的极限开始， 以1027到10-35米的距离，通过63个不同尺度进行观测，穿越大约930亿光年，展现了全部已知的现实宇宙和可想象宇宙的范围；并结合广受好评的艺术家罗恩·米勒的100多幅精美原创插图和信息图，带领读者走进一场史诗般的视觉穿越之旅。

《如果宇宙可以伸缩》在星系、恒星和行星、海洋和大陆、植物和动物、微生物、原子，以及许许多多其他事物之间实现了穿越，*终到达亚原子世界。在那里，时空结构本身混淆了所有已知的物理规则，颠覆了人们的认知和想象。

前言  宇宙是一张可伸缩的地图

PART 1  1027~1014米的14个宇宙：包罗万象的浩瀚远景  

1 从一颗散发着微光的尘埃到整个星系

2 看不见的黑暗与空白

3 万物，过去和现在

PART 2  1013~10-1米的15个宇宙：生命存在的现实世界 

4 行星的生存家园  

5 我们称之为地球的世界

6 生命的法则，未曾停止的探索

PART 3  10-2~10-35米的34个宇宙：万物从有到无的虚空

7 消失在宇宙背景中的物质碎片

8 亚原子世界，开启尺度颠覆之门

9 难以置信的空洞

10 时空深处的旅程终点

知识链接

注释

致谢

凯莱布·沙夫

哥伦比亚大学天体生物学系主任，主要研究系外行星、外行星以及地外生命。

       出生于英国，先后获得杜伦大学物理学学士学位、剑桥大学天文学博士学位，之后在美国宇航局（NASA）戈达德太空飞行中心和位于马里兰州的空间望远镜科学研究所从事X射线天文学和观测宇宙学的博士后工作。

       全球知名科普作家，爱德华·威尔逊科学写作奖、钱布利斯天文学著作奖获得者，著有多本畅销书和多篇科普文章。

罗恩·米勒

        插画家和作家，其作品多次出现在《国家地理》《科学美国人》《海底两万里》等著名书刊中。

曾担任美国国家航空航天博物馆阿尔伯特·爱因斯坦天文馆的艺术总监。

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前言  宇宙是一张可伸缩的地图

你想知道自古以来史诗级的故事吗？

很久以前，你体内的原子遍布在几万亿千米大小的空旷宇宙中。过去的几十亿年里，从来没有任何迹象表明，这些原子终会组合在一起，成为你的眼睛、皮肤、头发、骨骼，或是你大脑中的860亿神经元。

这些原子中有很多来自恒星的深处——可能是好几颗恒星，它们自身可能相隔几万亿千米之远。随着这些恒星发生爆炸，它们向外喷吐出灼热的气流，这些气流裹挟着物质，填进了几十亿星系中一个星系的一小部分，排列在几乎一万亿兆千米的时空中。

尽管这些原子零散地分布在宇宙中，但它们终变成了我们的世界——地球的一部分。它们逐渐冷却，慢慢聚集在一起，因重力而沉降，形成新的物质，比它们漂浮在宇宙中时的密度大一千万亿倍。经过大约45亿年，它们渐渐形成了各种不同的样子。

这些原子中的一部分形成了早的复杂生命的微观气泡，那时那些复杂生命仍栖身于空空荡荡的海洋和大陆。而正是这部分原子，遨游在整个地球环境中时，不断地被释放，被吞并。

它们存在于一只，或者可能是几千只三叶虫的壳上。它们存在于触须中，根茎上，脚上，翅膀上，血液中，以及这之间的无数细菌上。当一亿年前，这些生物向外看向太空时，有些原子就漂浮在它们的眼前。而另外一些可能在恐龙蛋的卵黄中扎了根，或者就附着在冰河世纪时期一只生物呼出的气体上。对其他一些原子来说，这是它们次被整合进活的有机物里，而在这之前的漫长岁月里，它们在海洋和云朵中，在几万亿滴雨滴或者几十亿朵雪花中穿行。现在，在这一瞬间，它们就在这，创造了你。

每个原子本身都是一种一百亿分之一米大小的化合物——恰好处于一个我们看得见的现实和量子世界之间的宇宙边缘。电子占据了原子空间的大部分区域。中子和质子聚集在原子核周边，比原子本身小十万倍，而它们本身由其他更小的东西组成：夸克和胶子。电子可能没什么实际意义上的大小，但也可以认为电子比原子核要小一千万倍。138亿年前的某一刻，所有原子的所有这些化合物都被挤压在一个非常非常小、有巨大能量的时空源头里。虽然这个源头现在已经扩大了很多，但我们仍然处于这个封闭空间之中，和那些可能存在于十亿光年之外的东西一起存在于此。即使是在现在，我们也并非真的毫无联系。

这是个相当离奇的故事，然而它并非虚构。这是我们现在对过去138亿年里究竟发生了什么所做出的好的推测与讲述了。

《如果宇宙可以伸缩》试图挖掘出这个故事的更多部分，让你能够认识到我们对于整个自然界知道（或不知道）些什么。为了做到这一点，我们将会采取一种行之有效的方法，也就是做一个简单的假设：用放大了10倍的视野来观察宇宙，从宇宙可观测的边缘直达现实深处。

游历于不同尺度下的自然界这一奇思妙想并非新近才出现的，这一想法在科学上的实现早可追溯至1665年出版的罗伯特·胡克（Robert Hooke）著作《显微术》。类似的还有1957年基斯·博克（Kees Boeke）的开创性巨作《宇宙观：40次跳跃中的宇宙》（

Cosmic View: The Universe in 40 Jumps

），1968年加拿大国家电影局（National Film Board of Canada）发行的短片《宇宙伸缩》（

Cosmic Zoom

），1977年查尔斯·伊姆斯和蕾·伊姆斯导演的《十的次方》（

Powers of Ten

），以及随后的众多衍生物，它们充分展示了我们对宇宙之旅的普遍的爱。

似乎现在到了拿出一些成果的时候了，我们不仅需要引入全面更新的核心材料，还应将重心更聚焦于宇宙错综复杂的连接性上。与我手里的原子相关联的，可能是另一边的原子，或者另一颗行星上的原子，或者横跨大半个宇宙的原子。在我们身上起作用的物理原理，在其他尺度上、其他宇宙时间中也同样有效。在我们日常生活中出现的形态和层展现象（emergent phenomena），会以无数惊人的方式在自然界中共享同样的规则与特质。

无论是手指和脚趾的数量，还是现代数学与测量单位，我们总能看到10的幂这种概念在10的倍数和1/10间来回变换。将这些连续的量级放在一起，我们就拥有了一种语言，用来表达远在我们日常经验之外的宇宙连续性与相关性。10的幂让我们在宇宙万物与空无一物间自由伸缩。

这本书只是概要，如果你愿意的话，叫它小抄也行。这本书并不能详述宇宙历史及其内容的每一个精确细节。相反，它会把我们所知的现实世界看作一张可伸缩的、有着预设途径的地图。用电子游戏来比喻的话，本书就是一种“铁轨射击游戏”（rail shooter）。只不过这条轨道是沿着宇宙的物理尺度铺展开的——从开始，一直缩小到底部。

在我们书写并以图表展现这段旅程时，我们不断地苦苦思索如何建设这条铁路。宇宙有着三维的空间，而其中棘手的那个，我们称之为时间。在这一路上，有数以万亿有趣的东西值得一看。而我们试图在“总览全线”与“确保观览了绝妙景点”之间找到平衡。

在这一旅途中，某些地方真的很有挑战性——甚至在第1章，你就需要辨别暗物质、扩张的宇宙，甚至更奇怪的东西，比如多维宇宙，以及多维版本的你。在第3章，你会看到太阳系的宏伟起源。到了第6章，你会困惑于意识的本质。而在第9章，你需要了解量子力学的阐释方式。别担心，书中精美的插图和信息图表将会照亮你的前路，为你指引方向。

我们对现实的种种观感融汇在一起，形成了光怪陆离的数据与知识。我们希望，在找寻自己与这些数据、知识间的关联时，你能乐在其中。记住，这是任何一个人的宇宙，当然，也是你的宇宙。

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编辑推荐

媲美《星际穿越》，继畅销书《如果，哥白尼错了》之后，会讲故事的科学家凯莱布·沙夫全新力作。

凯莱布·沙夫联合知名艺术家罗恩·米勒用诗意的语言、100多张惊艳的插画揭示1027到10-35米全尺度下的63个宇宙，堪比一场动人心魄的史诗级宇宙穿越之旅。

《自然》《科克斯评论》《出版人周刊》《书单》争相力荐。

湛庐文化出品。

书摘插图

前言  宇宙是一张可伸缩的地图

你想知道自古以来史诗级的故事吗？

很久以前，你体内的原子遍布在几万亿千米大小的空旷宇宙中。过去的几十亿年里，从来没有任何迹象表明，这些原子终会组合在一起，成为你的眼睛、皮肤、头发、骨骼，或是你大脑中的860亿神经元。

这些原子中有很多来自恒星的深处——可能是好几颗恒星，它们自身可能相隔几万亿千米之远。随着这些恒星发生爆炸，它们向外喷吐出灼热的气流，这些气流裹挟着物质，填进了几十亿星系中一个星系的一小部分，排列在几乎一万亿兆千米的时空中。

尽管这些原子零散地分布在宇宙中，但它们终变成了我们的世界——地球的一部分。它们逐渐冷却，慢慢聚集在一起，因重力而沉降，形成新的物质，比它们漂浮在宇宙中时的密度大一千万亿倍。经过大约45亿年，它们渐渐形成了各种不同的样子。

这些原子中的一部分形成了早的复杂生命的微观气泡，那时那些复杂生命仍栖身于空空荡荡的海洋和大陆。而正是这部分原子，遨游在整个地球环境中时，不断地被释放，被吞并。

它们存在于一只，或者可能是几千只三叶虫的壳上。它们存在于触须中，根茎上，脚上，翅膀上，血液中，以及这之间的无数细菌上。当一亿年前，这些生物向外看向太空时，有些原子就漂浮在它们的眼前。而另外一些可能在恐龙蛋的卵黄中扎了根，或者就附着在冰河世纪时期一只生物呼出的气体上。对其他一些原子来说，这是它们次被整合进活的有机物里，而在这之前的漫长岁月里，它们在海洋和云朵中，在几万亿滴雨滴或者几十亿朵雪花中穿行。现在，在这一瞬间，它们就在这，创造了你。

每个原子本身都是一种一百亿分之一米大小的化合物——恰好处于一个我们看得见的现实和量子世界之间的宇宙边缘。电子占据了原子空间的大部分区域。中子和质子聚集在原子核周边，比原子本身小十万倍，而它们本身由其他更小的东西组成：夸克和胶子。电子可能没什么实际意义上的大小，但也可以认为电子比原子核要小一千万倍。138亿年前的某一刻，所有原子的所有这些化合物都被挤压在一个非常非常小、有巨大能量的时空源头里。虽然这个源头现在已经扩大了很多，但我们仍然处于这个封闭空间之中，和那些可能存在于十亿光年之外的东西一起存在于此。即使是在现在，我们也并非真的毫无联系。

这是个相当离奇的故事，然而它并非虚构。这是我们现在对过去138亿年里究竟发生了什么所做出的好的推测与讲述了。

《如果宇宙可以伸缩》试图挖掘出这个故事的更多部分，让你能够认识到我们对于整个自然界知道（或不知道）些什么。为了做到这一点，我们将会采取一种行之有效的方法，也就是做一个简单的假设：用放大了10倍的视野来观察宇宙，从宇宙可观测的边缘直达现实深处。

游历于不同尺度下的自然界这一奇思妙想并非新近才出现的，这一想法在科学上的实现早可追溯至1665年出版的罗伯特·胡克（Robert Hooke）著作《显微术》。类似的还有1957年基斯·博克（Kees Boeke）的开创性巨作《宇宙观：40次跳跃中的宇宙》（

Cosmic View: The Universe in 40 Jumps

），1968年加拿大国家电影局（National Film Board of Canada）发行的短片《宇宙伸缩》（

Cosmic Zoom

），1977年查尔斯·伊姆斯和蕾·伊姆斯导演的《十的次方》（

Powers of Ten

），以及随后的众多衍生物，它们充分展示了我们对宇宙之旅的普遍的爱。

似乎现在到了拿出一些成果的时候了，我们不仅需要引入全面更新的核心材料，还应将重心更聚焦于宇宙错综复杂的连接性上。与我手里的原子相关联的，可能是另一边的原子，或者另一颗行星上的原子，或者横跨大半个宇宙的原子。在我们身上起作用的物理原理，在其他尺度上、其他宇宙时间中也同样有效。在我们日常生活中出现的形态和层展现象（emergent phenomena），会以无数惊人的方式在自然界中共享同样的规则与特质。

无论是手指和脚趾的数量，还是现代数学与测量单位，我们总能看到10的幂这种概念在10的倍数和1/10间来回变换。将这些连续的量级放在一起，我们就拥有了一种语言，用来表达远在我们日常经验之外的宇宙连续性与相关性。10的幂让我们在宇宙万物与空无一物间自由伸缩。

这本书只是概要，如果你愿意的话，叫它小抄也行。这本书并不能详述宇宙历史及其内容的每一个精确细节。相反，它会把我们所知的现实世界看作一张可伸缩的、有着预设途径的地图。用电子游戏来比喻的话，本书就是一种“铁轨射击游戏”（rail shooter）。只不过这条轨道是沿着宇宙的物理尺度铺展开的——从开始，一直缩小到底部。

在我们书写并以图表展现这段旅程时，我们不断地苦苦思索如何建设这条铁路。宇宙有着三维的空间，而其中棘手的那个，我们称之为时间。在这一路上，有数以万亿有趣的东西值得一看。而我们试图在“总览全线”与“确保观览了绝妙景点”之间找到平衡。

在这一旅途中，某些地方真的很有挑战性——甚至在第1章，你就需要辨别暗物质、扩张的宇宙，甚至更奇怪的东西，比如多维宇宙，以及多维版本的你。在第3章，你会看到太阳系的宏伟起源。到了第6章，你会困惑于意识的本质。而在第9章，你需要了解量子力学的阐释方式。别担心，书中精美的插图和信息图表将会照亮你的前路，为你指引方向。

我们对现实的种种观感融汇在一起，形成了光怪陆离的数据与知识。我们希望，在找寻自己与这些数据、知识间的关联时，你能乐在其中。记住，这是任何一个人的宇宙，当然，也是你的宇宙。

媒体评论

本书令人爱不释手。凯莱布 · 沙夫生动的写作和诗意的语言，与罗恩 · 米勒绘制的精美插图相得益彰。

《自然》

沙夫和米勒带领读者展开了一段壮观的旅程，从宇宙*遥远的地方开始，到原子*深处结束......在《如果宇宙可以伸缩》一书中，米勒令人惊叹的精美插图与沙夫引人注目的写作实现了完美融合。本书用通俗易懂的语言揭示出复杂的宇宙奥秘和一些科学设想，这无疑将激励所有年龄层的读者更多地了解我们神秘的宇宙。

《科克斯评论》

从可见宇宙的边缘到原子的心脏，《如果宇宙可以伸缩》是描述了一段奇妙旅程的奇迹之书。

《出版人周刊》

杰出的作者和插画家的一次有价值的合作，其灵感继承了经典纪录片《十的次方》。

《书单》

前言

前言  宇宙是一张可伸缩的地图

你想知道自古以来史诗级的故事吗？

很久以前，你体内的原子遍布在几万亿千米大小的空旷宇宙中。过去的几十亿年里，从来没有任何迹象表明，这些原子终会组合在一起，成为你的眼睛、皮肤、头发、骨骼，或是你大脑中的860亿神经元。

这些原子中有很多来自恒星的深处——可能是好几颗恒星，它们自身可能相隔几万亿千米之远。随着这些恒星发生爆炸，它们向外喷吐出灼热的气流，这些气流裹挟着物质，填进了几十亿星系中一个星系的一小部分，排列在几乎一万亿兆千米的时空中。

尽管这些原子零散地分布在宇宙中，但它们终变成了我们的世界——地球的一部分。它们逐渐冷却，慢慢聚集在一起，因重力而沉降，形成新的物质，比它们漂浮在宇宙中时的密度大一千万亿倍。经过大约45亿年，它们渐渐形成了各种不同的样子。

这些原子中的一部分形成了早的复杂生命的微观气泡，那时那些复杂生命仍栖身于空空荡荡的海洋和大陆。而正是这部分原子，遨游在整个地球环境中时，不断地被释放，被吞并。

它们存在于一只，或者可能是几千只三叶虫的壳上。它们存在于触须中，根茎上，脚上，翅膀上，血液中，以及这之间的无数细菌上。当一亿年前，这些生物向外看向太空时，有些原子就漂浮在它们的眼前。而另外一些可能在恐龙蛋的卵黄中扎了根，或者就附着在冰河世纪时期一只生物呼出的气体上。对其他一些原子来说，这是它们次被整合进活的有机物里，而在这之前的漫长岁月里，它们在海洋和云朵中，在几万亿滴雨滴或者几十亿朵雪花中穿行。现在，在这一瞬间，它们就在这，创造了你。

每个原子本身都是一种一百亿分之一米大小的化合物——恰好处于一个我们看得见的现实和量子世界之间的宇宙边缘。电子占据了原子空间的大部分区域。中子和质子聚集在原子核周边，比原子本身小十万倍，而它们本身由其他更小的东西组成：夸克和胶子。电子可能没什么实际意义上的大小，但也可以认为电子比原子核要小一千万倍。138亿年前的某一刻，所有原子的所有这些化合物都被挤压在一个非常非常小、有巨大能量的时空源头里。虽然这个源头现在已经扩大了很多，但我们仍然处于这个封闭空间之中，和那些可能存在于十亿光年之外的东西一起存在于此。即使是在现在，我们也并非真的毫无联系。

这是个相当离奇的故事，然而它并非虚构。这是我们现在对过去138亿年里究竟发生了什么所做出的好的推测与讲述了。

《如果宇宙可以伸缩》试图挖掘出这个故事的更多部分，让你能够认识到我们对于整个自然界知道（或不知道）些什么。为了做到这一点，我们将会采取一种行之有效的方法，也就是做一个简单的假设：用放大了10倍的视野来观察宇宙，从宇宙可观测的边缘直达现实深处。

游历于不同尺度下的自然界这一奇思妙想并非新近才出现的，这一想法在科学上的实现早可追溯至1665年出版的罗伯特·胡克（Robert Hooke）著作《显微术》。类似的还有1957年基斯·博克（Kees Boeke）的开创性巨作《宇宙观：40次跳跃中的宇宙》（

Cosmic View: The Universe in 40 Jumps

），1968年加拿大国家电影局（National Film Board of Canada）发行的短片《宇宙伸缩》（

Cosmic Zoom

），1977年查尔斯·伊姆斯和蕾·伊姆斯导演的《十的次方》（

Powers of Ten

），以及随后的众多衍生物，它们充分展示了我们对宇宙之旅的普遍的爱。

似乎现在到了拿出一些成果的时候了，我们不仅需要引入全面更新的核心材料，还应将重心更聚焦于宇宙错综复杂的连接性上。与我手里的原子相关联的，可能是另一边的原子，或者另一颗行星上的原子，或者横跨大半个宇宙的原子。在我们身上起作用的物理原理，在其他尺度上、其他宇宙时间中也同样有效。在我们日常生活中出现的形态和层展现象（emergent phenomena），会以无数惊人的方式在自然界中共享同样的规则与特质。

无论是手指和脚趾的数量，还是现代数学与测量单位，我们总能看到10的幂这种概念在10的倍数和1/10间来回变换。将这些连续的量级放在一起，我们就拥有了一种语言，用来表达远在我们日常经验之外的宇宙连续性与相关性。10的幂让我们在宇宙万物与空无一物间自由伸缩。

这本书只是概要，如果你愿意的话，叫它小抄也行。这本书并不能详述宇宙历史及其内容的每一个精确细节。相反，它会把我们所知的现实世界看作一张可伸缩的、有着预设途径的地图。用电子游戏来比喻的话，本书就是一种“铁轨射击游戏”（rail shooter）。只不过这条轨道是沿着宇宙的物理尺度铺展开的——从开始，一直缩小到底部。

在我们书写并以图表展现这段旅程时，我们不断地苦苦思索如何建设这条铁路。宇宙有着三维的空间，而其中棘手的那个，我们称之为时间。在这一路上，有数以万亿有趣的东西值得一看。而我们试图在“总览全线”与“确保观览了绝妙景点”之间找到平衡。

在这一旅途中，某些地方真的很有挑战性——甚至在第1章，你就需要辨别暗物质、扩张的宇宙，甚至更奇怪的东西，比如多维宇宙，以及多维版本的你。在第3章，你会看到太阳系的宏伟起源。到了第6章，你会困惑于意识的本质。而在第9章，你需要了解量子力学的阐释方式。别担心，书中精美的插图和信息图表将会照亮你的前路，为你指引方向。

我们对现实的种种观感融汇在一起，形成了光怪陆离的数据与知识。我们希望，在找寻自己与这些数据、知识间的关联时，你能乐在其中。记住，这是任何一个人的宇宙，当然，也是你的宇宙。

书籍介绍

浩瀚的宇宙如何形成？

万物遵循着何种秩序？

生命的起源和构成是怎样的？

世界的本质是什么？

是否存在平行宇宙？

人类如何走到今天？

宇宙如何影响我们看见现实的方式？

……

《如果宇宙可以伸缩》将会告诉你这些问题的答案。



屡获大奖的天体生物学家凯莱布·沙夫利用前沿科学技术，从可观测宇宙的极限开始， 以1027到10-35米的距离，通过63个不同尺度进行观测，穿越大约930亿光年，展现了全部已知的现实宇宙和可想象宇宙的范围；并结合广受好评的艺术家罗恩·米勒的100多幅精美原创插图和信息图，带领读者走进一场史诗般的视觉穿越之旅。

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《如果宇宙可以伸缩》在星系、恒星和行星、海洋和大陆、植物和动物、微生物、原子，以及许许多多其他事物之间实现了穿越，最终到达亚原子世界。在那里，时空结构本身混淆了所有已知的物理规则，颠覆了人们的认知和想象。