★百万级畅销书《给忙碌者的天体物理学》青少版。全球现象级畅销书，横扫亚马逊、Goodreads等各大榜单，国家地理、探索频道、BBC、理查德·道金斯、《发现》《天文学》杂志等盛赞推荐。
★明星科普作家讲述精彩宇宙故事。卡尔·萨根的传人、霍金科学传播奖得主，全球网红科学家、美国家喻户晓的明星科普作家尼尔·泰森写给青少年的宇宙通识读物。
★图文并茂+趣味科普问答。用小学生就能懂的语言，揭开宇宙的神秘面纱。精美摄影图片，让孩子真实感受天体之美。趣味科普问答补充更多新鲜知识点，激发孩子好奇心和兴趣点。
★科普&教育界大V作序推荐。北京天文馆前馆长朱进，国家天文台研究员苟利军，中关村二小副校长、特级教师沈耘，人大附中三亚学校校长宓奇，作序推荐。
本书改编自著名天体物理学家尼尔·德格拉斯·泰森的超级畅销书《给忙碌者的天体物理学》，专为青少年打造，加入大量插图，哪怕是最复杂的概念都变得通俗易懂。
星星和超新星有什么区别？暗物质和暗能量究竟是什么？拥有“宇宙观”意味着什么？从简单的物理学基础到关于空间和时间本质的深刻问题，泰森向青少年细致地介绍了宇宙的诞生过程和相关发现，清晰地描述了宇宙运行的基本规则和人类目前未知的领域，他本人的冷幽默也给我们带来了很多乐趣。书中穿插的小问题妙趣横生，还有很多天文摄影照片和图表，帮助小读者更好地理解知识点。
尼尔·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson），生于1958年，美国家喻户晓的天体物理学家，科普作家。哈佛大学物理学学士，哥伦比亚大学天体物理学博士，普林斯顿大学博士后。美国自然博物馆海登天文馆馆长。
热门科普节目 StarTalk 主持人。还曾经在著名 美剧《生活大爆炸》第四季中客串，饰演自己。被誉为卡尔·萨根的接班人，主持了近年来大热的科普纪录片《宇宙：时空之旅》（COSMOS：A SPACETIME ODYSSEY，1980年史诗级科普片《宇宙》的更新版）。
泰森获得的主要荣誉有：
2017年获斯蒂芬·霍金科学传播奖。
2008年《发现》杂志（Discover magazine）“科学界zui聪明的 50 人之一”。
2007年《时代》周刊（TIME）100大全球zuiju影响力人物。
2007年《哈佛校友》（Harvard Alumni）杂志“zuiju影响力的 100 名哈佛校友之一”。
2004年 NASA 杰出公共服务奖章。
2001年小行星13123以他的名字命名。
2000年《时人》杂志（People）“zui性感天体物理学家”。
可爱的书。最后一章堪比卡尔·萨根本人。
——理查德·道金斯，英国著名演化生物学家、《自私的基因》作者
每个天文爱好者的书架上都应该有一本这样的书!
——《天文学》（Astronomy）杂志
当我好奇、聪明、可爱的小侄子过生日跟我要望远镜的时候，我同时给他买了这本书。不得不说，书的内容相当丰富，并以一种吸引年轻人的方式呈现出来。完美的搭配！
——美国亚马逊读者
我希望同学们在忙碌之余，不要忘了仰望星空，学会用宇宙视角看待世界万物。
——朱进，北京天文馆前馆长
在最需要的时间碰到最合适的书堪称乐事。这本有关宇宙的书就是为青少年量身定制的一部作品。
——苟利军，中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学教授
推荐序1 I
推荐序2 III
推荐序3 V
推荐序4 VII
自序 为了观星而遛狗 IX
1 有史以来最伟大的故事——宇宙大爆炸之初 001
2 如何与外星人聊天——通用的物理定律 021
3 帮超人找到母星——来自过去的光 033
4 不要随便去旅行——危险的星系际空间 047
5 看不见的奇怪朋友——神秘的暗物质 063
6 是爱因斯坦错了吗？——宇宙常数与暗能量 079
7 小元素与大星球——元素周期表里的宇宙 091
8 完美主义者——世界为什么是圆的 103
9 假鼻子与望远镜——捕捉不可见光 115
10 拜访太阳系邻居——行星、彗星和卫星 129
11 外星人眼中的地球——生命存在的证据 139
12 在小蓝点上眺望——用宇宙视角看万物 151
名词表 161
索引 167
图片来源 178
有史以来最伟大的故事——宇宙大爆炸之初
起初，近140亿年前，整个宇宙比这个句子末尾的句号还小。
到底有多小呢？不妨把这个句号想象成一张比萨饼，然后再把这张比萨饼切成一万亿片。万事万物——包括组成你的身体、你窗外的树木或建筑、你朋友的袜子、矮牵牛花、你的学校、我们这颗星球上最高的山脉和最深的海洋、太阳系乃至其他遥远星系的粒子，宇宙中所有的空间、能量和物质都挤在这个点里。
而且它很烫。
环境如此酷热，又有这么多东西挤在这么小的空间里，宇宙能做的事只剩下一件。
那就是膨胀。
飞快地膨胀。
今天，我们将这个事件称为“大爆炸”，在亿万分之一秒（确切地说，是一千亿亿亿亿亿分之一秒）的时间内，宇宙急速膨胀。
对于宇宙生命在最初这个瞬间的事情，我们到底了解多少？不幸的是，非常少。今天我们知道，四种基本力控制着世间的一切，从行星的运行轨道，到组成我们身体的粒子。但在大爆炸之后的那个瞬间，这四种力仍纠缠在一起。
宇宙在膨胀中冷却。
这个瞬间被科学家称为“普朗克时期”，因德国物理学家马克斯·普朗克（Max Planck）而得名。在这个瞬间快要结束的时候，有一种力从混沌中挣脱出来。这种力将组成星系的恒星和行星聚集在一起，让地球围绕太阳旋转，也让10岁的小朋友没法灌篮——它便是引力。引力无处不在，我们可以通过一个简单的实验体验它：请合上这本书，把它举到离你最近的桌面上方几厘米的位置，然后放手。接下来，你看到的便是引力造成的结果。（要是你的书没往下掉，请立即联系离你最近的物理学家，告诉他宇宙出了大麻烦）
不过，在早期宇宙最初的短暂瞬间，行星、书本和10岁的篮球运动员都不存在，所以引力也没处施展身手。引力最擅长操控庞大的物体，然而早期宇宙里的一切都小得超乎想象。
但这只是开始。
宇宙继续膨胀。
接下来，自然界中另外三种主要的力彼此分开。这些力的主要任务是控制充斥宇宙的粒子，或者说小块物质。
一旦这四种力完全分开，我们就拥有了搭建宇宙所需的工具。
大爆炸万亿分之一秒后
宇宙依然难以想象地小而热，但里面开始挤满粒子。这时候的粒子有两种，它们分别叫作夸克——听起来和“马克”押韵——和轻子。夸克的性质十分古怪。你永远不可能抓到落单的夸克，它总是和附近的伙伴“勾肩搭背”。我敢打赌，你至少认识一位这样的朋友或者同学。夸克就像那些不愿落单的孩子，哪怕上厕所都得搭伴。
两个或两个以上的夸克被分开得越远，将它们束缚在一起的力就会变得越强——它们就像被某种看不见的微型橡皮筋绑在一起。但要是夸克被分开得足够远，橡皮筋就会绷断，储存的能量就会在断裂的两头分别创造出一个新的夸克，于是被分开的伙伴各自获得了一位新朋友。假如同样的事情发生在你们学校里那些“连体婴”身上，他们每个人都会一分为二。当然，对你们的老师来说，这将是个大麻烦。
而另一方面，轻子却是“独行侠”。将夸克束缚在一起的力对轻子不起作用，所以它们不会聚集成群。最有名的轻子是电子。
除了这些粒子以外，宇宙中还充斥着沸腾的能量，能量被裹在波状的小包裹里，这些光能量团叫光子。
事情从这里开始变得奇怪起来。
宇宙如此炽热，所以光子会不断转化成物质-反物质粒子对，这些粒子对又会相互碰撞，再次转化为光子。但出于某些神秘的原因，这种转化有十亿分之一的概率产生一个落单的物质粒子，没有反物质粒子与它配对。要是没有这些孤单的幸存者，宇宙中就不会有物质存在。这是件好事，因为我们都是由物质组成的。
我们的确存在，而且我们知道，随着时间的流逝，宇宙不断膨胀、冷却。在它膨胀得比我们的太阳系还大的过程中，它的温度也在迅速下降。虽然这时的宇宙还很热，但它已经降到了1万亿开氏度以下。
大爆炸百万分之一秒后
宇宙已经从句号的亿万分之一膨胀到了和我们的太阳系差不多大，也就是说，直径近3 000亿千米。
1万亿开氏度，这个温度比太阳表面热得多，但比大爆炸之后的那个瞬间已经冷却了不少。这个温吞吞的宇宙温度和密度都不足以继续“烹制”夸克，所以夸克纷纷抓紧“舞伴”，创造出更重的粒子。它们的组合很快带来了我们更熟悉的物质形态，譬如质子和中子。
截至现在，大爆炸刚刚过去了1秒
宇宙的直径已经膨胀到了几光年，大约相当于太阳和离它最近的恒星之间的距离。温度降到了10亿开氏度。这还是很热，足以“烹制”小小的电子和它们的搭档——正电子。这两种粒子不断诞生，彼此湮灭，然后消失。但电子和其他粒子都遵循同一条法则：它们有十亿分之一的概率幸存下来。
其余的则相互摧毁。
宇宙的温度降到了1亿开氏度以下，还是比太阳表面热。
更大的粒子开始彼此聚合。组成我们今天能看见的宇宙——包括恒星和行星、你窗外的树木或建筑、你朋友的袜子、我的胡须——的原子所需的基本元素终于走到了一起。质子与中子、其他质子共同组成原子的核心，我们称之为“原子核”。
大爆炸已经过去了2分钟
正常情况下，宇宙中呼啸而过的电子会被质子和原子核吸引。电子带有一个负电荷，质子和原子核则携带正电荷，异性相吸。可这些粒子为什么会携带正电荷和负电荷呢？或者你还会问，异性为什么相吸呢？
它们就是这样。
我真想告诉你一个更好的答案，但宇宙没有义务为我们提供合理的解释。我只能说，这两个概念背后都有很多很多年的科学研究支持。
既然异性相吸，那么接下来你肯定觉得质子和电子会紧紧黏在一起。不过在接下来的几千年里，宇宙的温度还是太高，这些粒子根本无法安定下来。电子自由游荡，撞得质子东倒西歪，自由电子就爱干这事儿。
宇宙温度降到3 000开氏度（大约相当于太阳表面温度的一半）时，这样的局面就结束了，所有自由电子都和带正电的质子结合在了一起，它们结合产生的所有光子至今仍原封不动地在宇宙中穿行——直到今天，科学家仍能探测到这些光。我们将在第三章中进一步讨论这部分内容。
大爆炸之后38万年
宇宙继续膨胀，像一只不会爆炸的气球。膨胀过程中，宇宙逐渐冷却，引力开始起效。最开始的几十万年里，粒子到处乱跑，就像幼儿园操场上的小朋友。然后引力将这些碎片凝聚起来，形成宇宙中的城市，我们称之为星系。
近一千亿个星系成形了。
每个星系拥有几千亿颗恒星。
自序 为了观星而遛狗
9岁时，我决心要做一名天体物理学家。直到今天，我仍记得那个夜晚。天上满是星星：北斗、木星、土星……一颗流星坠向地平线，我看到一团云一般的东西在空中移动。但那不是云，而是我们在宇宙中的居所——银河系，这片宇宙空间中充斥着千亿颗恒星。近一个小时的时间里，我一直好奇地仰望着这方星空的运动。
直到灯光重新亮起，我才意识到自己坐在美国自然博物馆的天文馆里。
我刚才看到的只是一场星空秀，但这丝毫没有减弱它的冲击力。那天晚上，我知道了自己长大后想做什么——一名天体物理学家。
那时候，我连“天体物理学”这个词都拼不出，但它其实是个相当简单的概念。天体物理学研究的是行星、恒星等天体，以及这些天体的运作和互动机制。
天体物理学家会研究黑洞，这些“怪物”能吞噬自身影响范围内的所有光和物质。我们也会在天空中寻找超新星的踪迹，那是垂死的恒星在爆炸时迸发的璀璨光芒。
我们是一群充满好奇心的怪人。对天体物理学家来说，一年意味着我们这颗行星绕着太阳转了一圈。如果你去参加天体物理学家的生日派对，那你很可能听到大家一起唱：
祝你绕太阳转圈快乐……
我们时刻不忘科学。最近，我的一位演员朋友半开玩笑地给我读了一段经典睡前故事——《晚安，月亮》（Goodnight Moon）。不需要科学家的讲解你也知道，奶牛不可能像书里那样跳过月亮。但天体物理学家可以告诉你要完成这项艰难的挑战需要满足的条件：如果这头奶牛对准月亮在3天后应该运行到的位置，然后以大约4万千米的时速奋力一跃，那它没准真有机会跳过月亮。
9岁的我对天体物理学没什么了解，我只是想了解自己在天文馆星空秀里看到的景象，以及真实的宇宙是不是真的那么迷人。起初，我和朋友一起带着他自制的双筒望远镜偷偷爬上自家公寓的天台研究星空；后来，为了给自己买个望远镜，我开始替人遛狗。狗有大有小，有的脾气糟糕，有的温和可亲，有的披着雨衣，还有的穿靴戴帽。为了看星星，这些狗我都遛过。
在那之后的岁月里，我用过的望远镜越来越大，观星的地点也从纽约的屋顶天台换成了南美的山巅，但始终不变的是我对了解宇宙的渴望，以及与尽可能多的人分享这份渴望的热忱。
比如说你。
我并不指望每位读者在读完本书之后都马上立志成为天体物理学家，但这本书也许会激发你的好奇心。如果你曾仰望夜空，暗自琢磨：这一切意味着什么？它有着怎样的运作机制？我在宇宙中居于何等地位？那么我推荐你继续往下读。《给忙碌青少年讲天体物理》会帮助你理解一些主要的概念和发现，科学家对宇宙的思考正仰赖这些基础知识。如果我成功了，你就可以在晚餐桌上让父母大吃一惊，就可以给老师留下深刻印象。在晴朗的夜晚仰望星空时，你自己也将有更深的理解和感悟。
所以，让我们开始吧。我们可以从两个最大的谜团——暗物质和暗能量——开始，不过在此之前，不妨先阅读一下我心目中最伟大的故事——生命的故事。
尼尔·德格拉斯·泰森
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