书名: 给忙碌青少年的天体物理学套装8册

定价: 464

作者:

出版社: 未读

出版日期: 2021-05

装帧: 平装

开本: 32

ISBN: 9787557689803T

《给忙碌青少年的天体物理学》

★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。

《给忙碌青少年讲人工智能：会思考的机器和AI时代》

《给忙碌青少年讲人类起源：700万年人类进化简史》

★超豪华创作阵容，英国科普顶流，现今已有66年历史的《新科学家》杂志发起，英国皇家学会会员、人类学教授、心理学教授等5位专家共同创作。 ★人类有何特别之处？是如何做到的？还有哪些我们尚不知晓？按时间顺序讲述人类是如何一步步走到今天的，作为一个物种，我们是谁；作为一个个体，你需要知晓哪些。 ★中国猿人、土根原初人、乍得沙赫人、尼安德特人、丹尼索瓦人、霍比特人……化石、起源地、DNA追溯，揭开人类起源的终极真相。人类仍在进化，而且进化速度很可能相当迅疾。无论我们最终会走向何方，有一点似乎很明显，人类进化的故事才刚刚开始。 ★书后有创作者们精心策划的“Idea”，包括值得去的与人类起源有关的胜地，值得思考的问题，深度阅读的参考书，20个里程碑事件等有趣的内容……寓教于乐，既有知识密度，读起来又轻松有趣。

《给忙碌青少年讲地球科学：重新认识生命家园》

★超豪华创作阵容，英国科普顶流、现今已有66年历史的《新科学家》杂志发起，7位名校教授联袂创作。 ★地质科普作家、地质勘探高级工程师马志飞翻译 ★适宜的气候是如何产生的，咆哮的海洋与水系，不定性的火山与地质构造，狂暴的天气与气候，从已有的知识，到未知的学问，藏着令人着迷的规律。 ★书后附有精心策划的50个有用知识点，包括阅读建议和深度学习的参考书，地球史上的大爆炸、世界之最等有趣的内容……寓教于乐，既有知识密度，读起来又轻松有趣。

《给忙碌青少年讲太空漫游：从太阳中心到未知边缘》

★《给忙碌青少年讲科学》系列之一，超豪华创作阵容，英国科普顶流、66年历史的《新科学家》杂志发起。 ★超接地气的宇宙简史，奠定孩子科学宇宙观。通过我们无比熟悉的天体，讲述宇宙通识，太阳是由什么构成的，为什么会膨胀？土星环的形成机制是什么，冰质行星真的有冰吗？从太阳系开始，来一场纯粹的时空之旅。 ★沸腾不止的恒星、奇异的系外行星、银河系、河外星系、黑洞、恒星爆炸、星系碰撞……数不尽的亿万星辰是怎样的存在，宇宙的边界又在哪里……宏大、壮丽、神秘宇宙背后的原理一次讲明白。 ★书后附有精心策划的深入认识宇宙的热点清单，包括可做可看的事、著名的天文台胜地及天文爱好者必存的网络资源，观星者的故事、宇宙箴言等有趣的内容……寓教于乐，既有知识密度，读起来又轻松有趣。

《给忙碌青少年讲数学之美：发现数字与生活的神奇关联》

★超豪华创作阵容，英国科普顶流、现今已有66年历史的《新科学家》杂志发起，牛津等名校教授共同创作，中国科学院数学与系统科学研究院博士丁璐、吴宏图翻译。 ★数学的奇妙之处在于，它似乎是一种帮助我们更好地了解世界的通用语言。它的美在于从简单开始，仅使用最纯粹的抽象逻辑就可以建造一个似乎超越我们自己的世界。 ★数学头脑是怎样炼成的？无穷大是真的吗？胜率、算法、函数、随机性背后包含了哪些有趣又好玩的逻辑，数字谎言与偏差又是如何产生的……从数字的迷人性质谈起，覆盖整个数学发展史。 ★通过符号、方程、图形，了解数学在现实世界里的神奇功能，快速奠定数学学科的基本架构，激发学习兴趣，建立数学思维 ★书后有创作者们精心策划的“Idea”，包括审读阅读建议，数学悖论、古怪数，伟大数学家的介绍和数学冷笑话……寓教于乐，既有知识密度，读起来又轻松有趣。

《给忙碌青少年讲生命进化：从达尔文进化论到当代基因科学》

★超豪华创作阵容，英国科普顶流、现今已有66年历史的《新科学家》杂志发起，爱丁堡大学9所高校教授联合撰写，21世纪版《物种起源》，彻底把进化讲明白。 ★从达尔文进化论讲到当代基因科学，全面认识盲目、残酷却又丰富多彩的生命世界。 ★懂生命，知原理。人类为什么会脸红？动物是色盲吗？进化造就完美？自私的基因能让我们进化吗？ ★书后附有进化论主题的热点清单，包括值得去的景点，可在家尝试的进化实验，深入学习的资料及参考书，达尔文的逸事等有趣的内容……寓教于乐，既有知识密度，读起来又轻松有趣。

《给忙碌青少年讲粒子物理：揭开万物存在的奥秘》

★超豪华创作阵容，英国科普顶流、现今已有66年历史的《新科学家》杂志发起，欧洲7位前沿物理学教授联袂撰写。 ★粒子物理学不仅仅是微小世界的学问，它还回答了一系列关于我们自身存在的问题。神奇粒子在哪里、为什么要让粒子对撞、反物质是什么、为什么会有大爆炸，哪些粒子比较务实，0基础入门，了解万物运行之理。 ★通俗版万物简史。由物质的构成、基本力开始，由点到面，万物因何存在、时空因何扭转……了解物质世界的起源。 ★书后有创作者们精心策划的“Idea”，包括阅读建议和深度学习的参考书，粒子物理学箴言、以及相关的逸事……寓教于乐，既有知识密度，读起来又轻松有趣。

《给忙碌青少年的天体物理学》

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。

《给忙碌青少年讲人工智能：会思考的机器和AI时代》

人工智能究@是什么，它和人类智能有哪些异同？人类可以从人工智能身上学到什么，以及哪些是人工智能永远无法取代人类的？人工智能和电脑程序有何区别，电脑会逐步进化成人工智能吗? 从我们与设备的互动方式，到我们的出行方式，再到整个社会的运转，人工智能可能会给世界带来翻天覆地的变化。有人甚到认为，它还会改变人本身。 从如何让机器思考、自主学习应用场景，到未来的职业规划，以及我们即将遭遇的技术与伦理挑战，这本书将为你介绍在人工智能方面需要了解的一切。参照书中专业研究人员的介绍，你将快速了解那些正在改变我们未来的人在做什么，以及他们期待着怎样的结果。一方面，人工智能将使我们所有人更健康、更富有、更有智慧 ；另一方面，人工智能也可能会是我们犯下的*糟糕的错误之一。

《给忙碌青少年讲人类起源：700万年人类进化简史》

本书讲述从灵长类动物到现代文明兴起的整个过程中，人类是如何一步步走到今天的。按时间顺序讲述了人类进化的故事，我们为什么如此特别，我们是怎么做到的，还有哪些是我们还不知道的？自公元2000 年以来，我们对人类进化的理解已经被颠覆，但通过这些已知事实，你可以更加接近终极真相。作为一个物种，我们是谁？作为个体，你需要知晓哪些？

《给忙碌青少年讲地球科学：重新认识生命家园》

《给忙碌青少年讲太空漫游：从太阳中心到未知边缘》

一场始于太阳、环游宇宙的时空之旅。宇宙学专家导游，奠定你对宇宙的基本认知。从太阳开始，包括地球在内的八大行星各有怎样的不同；与我们朝夕相伴的月球有着怎样的秘密；太阳系之外的浩瀚星空中，数不尽的亿万星辰是怎样的存在，宇宙的边界又在哪里……太阳系中数百个光怪陆离的小世界、沸腾不止的恒星、奇异的系外行星、银河系、河外星系、黑洞、恒星爆炸、星系碰撞……囊括所有关于宇宙的必备常识。

《给忙碌青少年讲数学之美：发现数字与生活的神奇关联》

数学的奇妙之处在于，它似乎是一种帮助我们更好地了解世界的通用语言。它的美在于从简单开始，仅使用最纯粹的抽象逻辑就可以建造一个似乎超越我们自己的世界。 本书能给你提供一场从零开始步入数学殿堂的发现之旅。在简要介绍数学性质和涉及的范围之后，我们从数学开始的地方——数字的迷人性质谈起，来了解零、无穷、素数和不可忽视的古怪数，如“超越数”e、π 和虚数单位 i。这里有符号、方程和几何图形，也有存在正确答案的问题、看似普适的真理以及逻辑上无懈可击的证明。

《给忙碌青少年讲生命进化：从达尔文进化论到当代基因科学》

我们已经知道进化如何在过去的 38 亿年里把一个曾经荒芜的星球变得丰富多彩，让它拥有了如今围绕在我们身边的各种植物、动物、真菌和微生物。那么是进化催生了生命，还是生命成全了进化？究竟什么样的改变可以被称作进化，而所有的进化是否真的与生存息息相关？自私的基因推动了进化吗？进化本身也在进化吗？ 这本书探讨了进化的内在运作机制，并考量了由此引出的棘手问题——生命的出现是某种必然，还是一次意外？它是如何开始的？它有目的或方向吗？在众多的争议中，随着我们对进化的复杂性有了更多的了解，当下的人类又该如何看待自身在进化链条上的所作所为？

《给忙碌青少年讲粒子物理：揭开万物存在的奥秘》

如果说天文学是从宏观角度审视整个宇宙，那粒子物理就是从微观角度探索宇宙是如何在最小尺度上运作的。随着粒子物理研究的深入，人类似乎距离揭开万物存在之谜越来越近。同时，越来越多的谜题也开始不断涌现。粒子物理会让我们得到某种终极领悟，还是只提出另一种更深层次的谜题? 本书带你深入地壳，放眼宇宙，了解宇宙中所有物质的基础构成是什么，这些基本实体是如何结合在一起形成更复杂的物质的，又是如何施加我们所感受到的力的，暗物质是如何被发现的、大型强子对撞机加速器如何扭转时空、中微子粒子会如何成为解答宇宙谜团的钥匙……从微观世界直至无垠宇宙，了解万物运行之理。

《给忙碌青少年的天体物理学》

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

《给忙碌青少年讲人工智能：会思考的机器和AI时代》

1 依照我们的形象 2 会学习的机器 3 你能做的任何事情 4 生死攸关 5 探索未知世界 6 有创造力的机器 7 人工智能的真实风险 8 机器将接手地球吗？

结语 话题热点 名词表

《给忙碌青少年讲人类起源：700万年人类进化简史》

1 久远的起源 2 两条腿走路 3 露西和她的姐妹们 4 增大的大脑 5 我们最亲的近亲 6 全球征服者 7 文明及其他 8 一个特殊的物种 9 由所处的世界塑造而成 10　悬而未决的问题

结语 50 个想法 名词表

《给忙碌青少年讲地球科学：重新认识生命家园》

1 诞生之初 2 漫长的时间 3 地球内外 4 板块、地震和火山喷发 5 转变观念 6 大气、气候和天气 7 海洋 8 生命 9 欢迎来到人类世 10　气候变化

结语 50 个有用的知识点 名词表

《给忙碌青少年讲太空漫游：从太阳中心到未知边缘》

1 我们的恒星 2 铁与岩的世界 3 立于巨人之间 4 狂野边境 5 恒星的一生 6 恒星暮年 7 亿万颗行星 8 银河系的奥秘 9 探索星系 10 闪光和碰撞

结语 话题热点 名词表

《给忙碌青少年讲数学之美：发现数字与生活的神奇关联》

1 数学是什么 2 零 3 无穷大 4 素数 5 π、φ、e 和i 6 概率论、随机性和统计学 7 数学中的难题 8 日常生活中的数学 9 数字与现实 10 结论

49 个想法 名词表

《给忙碌青少年讲生命进化：从达尔文进化论到当代基因科学》

1 达尔文的发现 2 进化论究竟是什么？ 3 达尔文与DNA ：遗传学如何推动理论的进化 4 生命是如何开始的 5 自然界最伟大的创造 6 神话与误解 7 更深入的研究 8 进化之问 9 无私行为的进化 10 回顾《物种起源》 11 进化的未来

结语 进化论思想50 条 名词表

《给忙碌青少年讲粒子物理：揭开万物存在的奥秘》

1 神奇粒子在哪里 2 玻色子的力量 3 希格斯制造机 4 夸克的故事 5 反物质 6 与世无争的小家伙 7 致命的轻量级 8 超对称粒子以及更多 9 引力点滴 10 大型强子对撞机的继任者们 11 务实的粒子

结语 50 个想法 名词表

《给忙碌青少年的天体物理学》

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。

《给忙碌青少年讲人类起源：700万年人类进化简史》

我们真正的开端

在你脑海里排列一下吧。我们一代又一代的祖先，在时间上往回追溯，经过昔日的文明时代、冰河时代、走出非洲的一场史诗般的迁徙，一直追溯到我们物种的起源。在另一边，我们去追溯一只黑猩猩的祖先，那么要往回追溯多久，经过多少代，这两条线才会相交？ 关于我们和黑猩猩的谱系是何时分道扬镳的，人们进行了一些新的估算，结果表明，我们的某些既定观念简直大错特错。如果这些意见果真是正确的，那人类的史前史就需要从头重写一遍了。 遗传学是其中关键。DNA（脱氧核糖核酸）包含了一个物种过去发生的种种事件的蛛丝马迹，足以说明问题，包括关于共同祖先和物种形成的信息。从理论上来讲，计算物种形成的时间应该是件直截了当的事。当两个物种从一个共同的祖先中分化出来时，它们的DNA 之间的差异会变得越来越大，这主要是由于随机突变的积累所致。因此，两个相关物种之间的遗传差异数量与它们分化后的时间长度成正比。要想估算人类和黑猩猩发生分化的时间，遗传学家只要简单地计算一下黑猩猩和人类的DNA 匹配片段之间的差异数量，并将这个数字除以基因突变积累的速度即可。这就是所谓的分子钟法。 但这里有个问题。要想得出答案，我们就必须知道突变产生的速度有多快。而这又让我们绕回了起点：首先需要知道我们是在多久以前与黑猩猩发生分化的。为了避开这个逻辑问题，遗传学家转而从黑猩猩身上想办法。化石表明，黑猩猩是在1000 万—2000 万年前从我们的谱系中分化出去的。遗传学家采用这种折中方案，得出了每一代每个基因组中约有75 个突变的突变率。换言之，人类和黑猩猩的每一位后代都有75 个新突变并非遗传自父母。

《给忙碌青少年讲地球科学：重新认识生命家园》

神秘的开始

人们一般认为太阳系诞生的时间零点是45.67亿年前，而到了45.5 亿年前，地球约65% 的部分已经组装完毕。 早期的太阳系是一个充满活力的地方。在最初的几亿年里，碰撞很常见，地球很受伤。大约45.3 亿年前，就在幼年的地球乳臭未干时，灾难降临了。它被一个火星大小的物体扫了一脚。撞击将碎片抛入轨道形成了月球，碰撞产生的能量熔融了地球的表层，抹去了以前所有的地质记录。那些没有到达月球的汽化硅凝结为熔岩雨，沉积形成熔岩海。地球最终熔融到地核，形成固体表面的过程再次开始。 正如你稍后将看到的那样，这并不是月球诞生过程的唯一版本。然而，似乎可以肯定的是，暴力事件仍在继续，直到41 亿至38 亿年前的一次持续猛击才结束，也就是今天所说的“晚期重轰炸”。至于这一阶段究竟有多么激烈，持续了多长时间，目前仍在争论之中。 这些绝对暴力的事件是我们对地球最初5 亿年的认识存在偏差的原因之一，这是一个被称为冥古宙（Hadean）的地质时代，该名称源自古希腊神话中的冥王哈得斯（Hades）。科学家编造的故事最符合他们所掌握的证据，证据来自我们的物理和化学知识、动手实验的结果、对其他天体的观测以及计算机模拟。 目前科学家正在进行研究，并不断获得新的发现，建立新的模型，以回答我们的许多问题。那些被我们自以为已经掌握的理论在不断受到新证据的挑战，所以科学家的故事也在变化。 在我们尚未回答的问题中，有一个是关于地球上的水来自哪里。地球离太阳很近，在形成之初，它可能太热了，使得水很难从气云中简单地凝结出来。无论如何，在形成月球的大碰撞过程中，地球收集到的水很可能会蒸发掉。一种可能的解释是，水是后来才获得的，在后期重轰炸期，来自太阳系外的冰冷彗星和小行星将水送到了地球上。 还有一个问题是地壳是什么时候形成的。今天的地壳几乎全部由不超过诞生之初38 亿年的岩石组成，所以在地面上，冥古宙遗留下的痕迹很少。现存的古老岩石，绝大部分都被热和压力改变了。值得庆幸的是，有一种可能已经非常古老，被称为锆石的微小晶体，正在向我们传递重要信息。再加上不断改进的微量分析方法，这些发现可能会改写早期地球的故事。 还有一种方法可以让我们更多地了解冥古宙，在月球和火星上进行矿产勘探也可以揭示地球在大碰撞之前的样子。与地球不同的是，这些星球没有经历重新熔融，因此在它们的表面上找到真正古老岩石的机会要大得多。我们甚至会有如同中大奖一样的幸运，找到一块冥古宙时期被小行星撞击而进入太空，随后又降落在月球或火星上的碎片。 有了这些关于对地球诞生之初的知识基础，接下来让我们深入探讨那些让地球科学家、天体物理学家和古生物学家夜不能寐的问题。

《给忙碌青少年讲太空漫游：从太阳中心到未知边缘》

侧转行星

我们太阳系中绝大部分行星的自转轴方向都是相似的：自转轴与其公转轨道平面大致垂直。天王星却是个奇怪的特例。它的自转轴躺倒了，倾斜的角度接近98 度。 纵观太阳系，天王星的磁场也是最奇怪的。它的磁轴与自转轴的夹角约为59 度，不在行星的几何中心，磁力线从行星中心往南极方向的三分之一位置处涌出。我们地球的地磁场类似于一个条形磁铁产生的磁场，而在天王星上，两处相距不远的区域的磁场都可能是相反的。 与其他行星一样，天王星的磁场也在其周围形成了一个被称为“磁层”的气泡。一个在2017 年建立的模型表明，天王星磁层的边界每天都会猛然打开或关闭。 众所周知，磁层像屏障一样能保护行星免受太阳风的袭击。当行星磁层的运动方向和太阳风的方向一致时，太阳风就会像鸭子背上的水珠那样滑落。但如果水珠是逆着鸭子的羽毛冲去，鸭子就会被打湿了。同理，当太阳风以直角方向吹向天王星时，天王星的磁场会与太阳风交织在一起，并让一些带电粒子流过。 上述这个过程也叫磁重联，偶尔会在地球的两极附近出现，太阳风在吹入带电粒子流的过程中加剧了极光现象。亚特兰大佐治亚理工学院的卡罗尔·帕蒂及其学生模拟了天王星的这个过程，结果显示，天王星磁层的保护会关闭和开放，这种现象每天（此处指天王星上的一天，对应地球上的时间为17 小时）都会发生。这也可能会导致天王星上出现极光。

《给忙碌青少年讲数学之美：发现数字与生活的神奇关联》

如何思考数学

数学从业者是如何进行数学思考的？英国华威大学的伊恩·斯图尔特认为研究这一问题的学科类似于一门语言，但是由于其内在的逻辑性，这门语言可以自我发展。他说：“你可以在不确切知道它们是什么东西的情况下开始写，而语言会为你提供建议。”掌握足够的基础知识，你就可以快速进入球类运动员所称的“区域”。斯图尔特发现，在这种状态下，事情变得简单了许多，你会被数学推着向前走。 但是，如果你缺乏这样的数学能力呢？数学家兼作家亚历克斯·贝罗斯认为，将这一切都归功于天赋是错误的：即使是最好的数学理论领军人物，可能也需要几十年才能掌握他们的技艺。他认为人们不懂数学的原因之一就是他们根本没有足够的时间来学习。 勾勒出问题的轮廓会对解决问题有所帮助。比如负数。五只羊很容易想象，但是想象负五只羊真的有点难。只有当有人想出了一个聪明的主意，将所有现有数字0，1，2，3……排列在一条直线上时，负数的位置才变得明显。同样的情况，复数只有在描述它们的“复平面”出现后才真正兴起（请参阅第5 章）。 类比也是有帮助的。斯图尔特的建议是，如果想到椭圆时会给你压力，那么想象一个被压扁的圆圈，然后从那儿开始思考。总的来说，与把数学作为一门死板的逻辑学科的印象相反，解决任何问题的最好办法往往是对它进行简短的概述，跳过你无法解决的问题，然后回头补全细节。很多数学家说过，能够进行模糊思考是很重要的。

《给忙碌青少年讲生命进化：从达尔文进化论到当代基因科学》

长颈鹿的长脖子是怎么来的？

大多数人都认为，长颈鹿进化出长脖子是为了帮助它们获得食物。这种观点认为，如果有长脖子，长颈鹿就可以吃到高树上竞争对手够不到的叶子。但还存在另一种可能性，那就是超长的脖子可能与食物没有多大瓜葛，而与性有着千丝万缕的联系。 支持高处进食论的证据是模棱两可的。南非的长颈鹿确实会花费很多时间来啃食位于高处的树上的食物，但来自肯尼亚的研究表明，它们在食物匮乏的时候，也并非一定要伸颈索食。 有个长脖子是要付出代价的。因为长颈鹿的大脑距离心脏大概2 米，所以它的心脏必须硕大而有力。事实上，长颈鹿的血液要到达大脑，必须以远高于其他动物的血压将其泵出。那么，长颈鹿的脖子保持着这样的长度，必定该有巨大的回报。 有种存在争议的理论认为，长脖子是性选择的结果，换句话说，雄性进化出长脖子是一种争夺雌性的方式。雄性长颈鹿是通过“交颈缠斗”来争夺雌性的。它们肩并肩地站着，用后脑勺去撞对方的肋骨和腿。 为了在这样的打斗中获益，它们的头骨异常厚实，头顶上还长着角状的赘生物，名为“听骨”。简而言之，它们的头就是攻城槌。在这样的缠斗中，长而有力的脖子是种优势，人们发现，脖子长的雄性长颈鹿更容易获胜，而雌性也更喜欢脖子长的雄性。“为性进化出长颈”的观点虽然存在争议，但也有助于解释为什么长颈鹿的脖子比腿要长得多。 如果长颈鹿进化的目的是吃到更高的树枝上的食物，那照理说它们的腿也会以跟脖子相同的速度变长才对，但事实并非如此。“性选择带来了长脖子”这一观点的问题在于，这就意味着雌性长颈鹿不应该有长脖子，而它们的脖子显然也很长。有一种说法认为，长颈鹿的脖子之所以会变长，一开始可能确实是为了吃上难以够到的食物，但随后却被“劫持”了，用于实现求偶目的。一旦脖子到了一定的长度，雄性长颈鹿就可以用脖子当作棍棒来交颈缠斗—到了那个时候，性选择就取代了生态选择，让长颈鹿的脖子长到了目前这种极致的长度。

《给忙碌青少年讲粒子物理：揭开万物存在的奥秘》

大爆炸的小变故：揭开物质存在的奥秘

你家厨房灶台上的香蕉是宇宙中最大奥秘之一的化身，只是有待被剥开。它是由物质粒子组成的，就像你一样，这就是为什么你可以看到、感觉到并品尝它。你看不到的是，每秒大概有15 次，它会产生另一种粒子，一种几乎在瞬间就会消失在闪光里的东西。这个东西便是反物质。 反物质构成了一个完整的粒子镜像世界，这些粒子的质量与正常物质的粒子相同，电荷相反。不过这好像是后知之明。在我们这一带，反物质粒子只会产生于高能宇宙射线在大气层中的相互作用中，或者放射性衰变中，比如香蕉里的放射性钾-40 的衰变。 从某种意义上说，这并不奇怪，因为反物质和物质一旦相遇就会湮灭，释放出高能光子。但这就留下了一个谜团，那就是物质为什么会如此占优势？ 因此，也许是宇宙鸿蒙初开时的某个小小变故导致某些物质存活下来，并制造了所有的东西，从香蕉到黑洞，从海马到恒星。物质和反物质之间十亿分之一的差异就足够了，因为在大爆炸的超热“汤”中，粒子和反粒子会不断被创造和湮灭，让失衡不断加剧。