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大爆炸简史：一场伟大的比赛，赛场就是宇宙本身 [:1700924353]
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大爆炸简史：一场伟大的比赛，赛场就是宇宙本身 第3章：大辩论
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已知的总是有限的，未知的则是无限的；从知识上说，我们像是处在一个令人费解的无边海洋中的小岛。我们每一代人的任务就是多回收一点土地。
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——T. H.赫胥黎
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了解宇宙的人越少，对它的解释就越容易。
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——莱昂·布伦士维格
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使用不充分的数据所造成的错误要比根本不使用数据所造成的错误少得多。
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——查尔斯·巴贝奇
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理论会崩溃，但好的观察永不褪色。
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——哈罗·沙普利
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首先，获取事实，然后你才能随心所欲地曲解它们。
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——马克·吐温
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天堂的轮子在你上方，向你展示她永恒的荣耀，但你的眼睛仍然只盯在地上。
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——但丁
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科学包含两个互补的链条——理论和实验。理论家考虑的是这个世界是如何运作的，并建立起描述实在的模型，而实验家则是通过将这些模型的结果与实际进行比较来检验这些模型。在宇宙学领域，爱因斯坦、弗里德曼和勒迈特等理论家已经发展出相互竞争的宇宙模型，但如何来检验它们是个很大的问题：你如何拿整个宇宙来做实验？
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谈到做实验，天文学和宇宙学便被其他学科撇到一边去了。生物学家可以通过触摸、闻味、刺、捅，甚至品尝来感知他们研究的生物对象。化学家可以通过煮、烧和在试管中混合化学物质来更多地了解它们的特性。物理学家可以轻松地增加摆的质量和改变摆的长度来研究摆动为什么呈现这样一种方式。但是，天文学家只能冷眼旁观，绝大多数天体是那么遥远，他们只能通过检测这些星体发出并到达地球的光来进行研究。与主动深入各种各样的实验不同，天文学家只能被动地观察宇宙。换句话说，天文学家只可以看，但无法碰触。
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尽管存在这样严重的限制，天文学家还是能够发现关于宇宙及其中天体的诸多信息。例如，1967年，英国天文学家乔瑟琳·贝尔就发现了一种被称为脉冲星的新型恒星。当她第一次在记录仪上看见规则的光脉冲信号时，她将其标记为“LGM”，即“小绿人”，因为它看上去就像智慧生物播出的一条信息。今天，当她站在讲台上讲授脉冲星时，贝尔·伯内尔教授（她现在被这么称呼）会让听众传阅一条折叠的小纸带。它上面说的是：“在拿起这条纸带的时候，你已经用了数千倍于世界上所有望远镜从所有已知的脉冲星那里收到的能量。”换句话说，像其他恒星一样，这些脉冲星辐射能量，但它们是那么遥远，天文学家经过几十年的密集观察，也才收集到来自它们的这么一点点能量。不过，尽管能量如此微弱，但天文学家已经能够从中推断出有关脉冲星的几个事实。例如，它们表明，脉冲星是恒星生命的最后阶段，是由称为中子的亚原子粒子构成的，其直径一般为10千米，它是如此致密，以至于一小匙脉冲星物质竟重达10亿吨。
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只有通过观察收集到尽可能多的信息天文学家才有可能开始检查理论提出的模型，并检验它们是否正确。而为了检验所有模型中最大的模型——竞争性的大爆炸模型和稳恒态宇宙模型——天文学家将不得不将自己的观察技术推向极限。他们必须建造巨型望远镜，它包含硕大无比的镜面，由几个天文台共同安装调试，设备需要建造巨大的仓室来容纳，选址在深山山顶上。在我们考察20世纪大望远镜做出的新发现之前，我们首先需要了解一下截至1900年的望远镜发展的历史，看看这些早期设备是如何对改变我们的宇宙观做出贡献的。
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凝望深空
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伽利略之后，在设计和使用望远镜方面的下一个伟大先驱是弗里德里希·威廉·赫歇尔。赫歇尔于1738年出生在汉诺威，他最初是作为一个音乐家开始他的职业生涯的，跟着他父亲到汉诺威守备营作一名乐手。但在1757年的哈斯登柏克战役（七年战争的高潮）之中，他考虑要改变职业生涯。他遭到猛烈的炮火袭击，决定放弃他的工作和国家，到国外去过一种较为安静的音乐家生活。他选择了定居英国，因为此前汉诺威的乔治·路易斯已于1714年作为乔治一世登上英国王位，从而建立了汉诺威王朝。赫歇尔认为他去那儿应能获得表示同情的欢迎。他为自己取了个英国化的名字，叫威廉·赫歇尔，并在巴斯买了一套房子，由此作为一个优秀的双簧管演奏家、作曲家、指挥家和音乐老师过上了舒适的生活。然而，随着岁月的流逝，赫歇尔逐步对天文学感兴趣起来。这种兴趣从最初的业余爱好慢慢变成一种全身心的投入。最终他成为了一名全职的专业天文学家，并被他的同行们认为是18世纪最伟大的天文学家。
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图32 威廉·赫歇尔，18世纪最著名的天文学家。为在夜晚观星，他穿着大衣戴着围巾。
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赫歇尔在1781年做出了他最有名的发现。他白手起家建造了一个望远镜，并在家里的花园里进行观察。他经过几个晚上的观察，辩认出天空中有一个新的天体在缓慢地移动。他开始以为这是一颗以前未曾发现的彗星，直到它变得清晰他才看清楚，这个天体没有尾巴，实际上是一颗新的行星，太阳系增加了一个大的成员。千百年来，天文学家只知道，除了地球外，还有其他5颗肉眼可见的行星（水星、金星、火星、木星和土星），但现在赫歇尔确定了一个全新的世界。他将它命名为Georgium Sidus（乔治之星），以纪念他的君主英王乔治三世，一位汉诺威老乡。但法国天文学家主张称这颗新的行星为“赫歇尔”，以纪念其发现者。最后这颗行星被命名为Uranus（天王星）——罗马神话中Saturn（土星）之父，Jupiter（木星）之祖父。
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在后花园工作的威廉·赫歇尔，在欧洲奢华的宫廷天文台失败的地方获得了成功。他的妹妹卡罗琳一直担任他的助手，在助他成功上起到了至关重要的作用。虽然她自己就是一位杰出的天文学家，在她的职业生涯中曾发现了8颗彗星，但她却全身心地投入到支持威廉的工作中。在建造新望远镜的那段艰苦日子里，她和他并肩奋斗；在漫长寒冷的夜晚，她协助他观察夜空。她曾写道：“每个片刻闲暇都被抓来用于恢复一些进行中的工作，没时间考虑是否要换件外套，天长日久，衣服上一道道褶子被磨破，前后都沾满了溅上去的树脂……我甚至不得不把食物弄碎了喂到他嘴里。”