100 多 年 来 ， 英 国 皇 家 科 学 院 的 科 普 讲 座 都 讲 了 啥 ？

英 国 皇 家 科 学 院 科 普 讲 座 精 选 集 ， 共 13 篇 。 作 者 简 介 ： 科 林 · 斯 图 尔 特 （Colin Stuart）： 曾 荣 获 欧 洲 天 文 学 新 闻 奖 二 等 奖 ， 英 国 皇 家 天 文 学 会 成 员 ， 科 学 及 天 文 学 作 家 ， 曾 出 版 《 科 学 大 问 题 》《 为 什 么 宇 宙 那 么 重 要 》 等 作 品 。《13 次 时 空 穿 梭 之 旅 》 于 2016 年 出 版 ， 本 书 一 经 出 版 便 登 上 各 大 畅 销 书 排 行 榜 且 位 居 前 列 ， 成 为 英 国 的 科 普 畅 销 书 。 书 籍 摘 录 ： 引 言 对 很 多 人 来 说 ， 皇 家 科 学 院 的 圣 诞 讲 座 不 过 是 节 假 日 安 排 中 的 一 部 分 ， 就 跟 肉 馅 饼 和 火 鸡 差 不 多 。 这 项 世 界 闻 名 的 活 动 自 从 1825 年 起 几 乎 每 年 都 会 举 行 ， 只 是 在 1939 — 1942 年 ， 因 战 争 而 被 迫 中 断 。 自 1966 年 起 ， 该 讲 座 便 在 电 视 上 播 放 ， 从 而 惠 及 了 全 世 界 越 来 越 多 热 爱 科 学 的 听 众 ， 如 今 他 们 还 可 以 在 皇 家 科 学 院 网 站 上 在 线 观 看 。 这 个 点 子 出 自 维 多 利 亚 时 代 的 著 名 科 学 家 迈 克 尔 · 法 拉 第 （Michael Faraday）—— 他 渴 望 能 够 用 科 学 发 现 教 育 并 激 励 大 英 帝 国 的 年 轻 人 —— 故 而 讲 座 总 是 会 在 阿 尔 伯 马 尔 大 街 21 号 那 座 知 名 的 “ 法 拉 第 讲 堂 ” 举 行 ， 这 也 是 皇 家 科 学 院 自 1799 年 成 立 以 来 的 总 部 所 在 地 。 每 一 年 ， 来 自 全 英 国 的 年 轻 人 都 会 蜂 拥 到 皇 家 科 学 院 ， 倾 听 科 学 界 最 新 的 发 展 ， 观 看 那 些 令 人 惊 叹 的 实 验 演 示 。 皇 家 科 学 院 前 院 长 劳 伦 斯 · 布 喇 格 （Lawrence Bragg） 爵 士 在 给 他 的 讲 座 助 理 比 尔 · 科 茨 （Bill Coates） 的 一 封 信 中 ， 很 好 地 总 结 了 这 一 点 ：“ 不 要 谈 论 科 学 ， 要 给 听 众 展 示 科 学 。” 每 一 年 ， 讲 座 都 充 满 了 各 种 令 人 惊 叹 的 发 现 与 奇 思 妙 想 。 过 去 讲 座 的 名 人 众 多 ， 从 戴 维 · 阿 滕 伯 勒 （David Attenborough） 爵 士 到 理 查 德 · 道 金 斯 （Richard Dawkins）， 从 南 希 · 罗 思 韦 尔 （Nancy Rothwell） 夫 人 到 海 因 茨 · 沃 尔 夫 （Heinz Wolff）。 不 过 在 本 书 中 ， 我 们 主 要 聚 焦 于 那 些 主 题 与 太 空 和 时 间 相 关 的 讲 座 。 天 文 学 是 最 古 老 的 科 学 之 一 ， 一 代 又 一 代 人 凝 视 着 夜 空 ， 试 图 弄 明 白 我 们 在 宇 宙 中 的 位 置 。 然 而 ， 随 着 认 知 的 逐 渐 加 深 ， 我 们 也 开 始 感 激 微 型 世 界 —— 原 子 世 界 在 我 们 来 到 这 里 的 故 事 中 所 扮 演 的 重 要 角 色 。 本 书 挑 选 的 每 一 个 讲 座 系 列 在 最 初 演 讲 时 都 有 好 几 小 时 那 么 长 ， 在 圣 诞 与 新 年 期 间 上 演 好 几 天 。 本 书 的 目 的 并 不 是 要 像 演 讲 时 那 样 对 每 个 讲 座 进 行 详 细 而 深 入 的 报 告 ， 而 是 突 出 一 些 穿 插 其 中 的 迷 人 话 题 ， 带 着 读 者 行 走 一 段 天 文 发 现 的 旅 程 。 我 们 将 看 到 我 们 对 太 阳 、 恒 星 、 月 球 以 及 行 星 的 了 解 在 几 个 世 纪 中 是 如 何 发 展 的 ， 以 及 当 时 的 顶 尖 科 学 家 在 展 示 宇 宙 或 更 深 远 的 奇 观 与 复 杂 状 态 时 所 使 用 的 技 术 。 第 十 一 章 时 间 之 箭 （ 节 选 ） 尼 尔 • 约 翰 逊 （Neil Johnson） 1999 1. 时 间 旅 行 是 否 有 可 能 ？ 2. 光 波 的 运 动 有 多 快 ？ 3. 光 阴 流 逝 的 差 别 是 如 何 产 生 的 ？ 4. 原 子 跃 迁 的 过 程 是 怎 样 的 ？ 约 翰 逊 的 讲 座 探 讨 了 一 些 最 精 深 的 问 题 ， 也 许 可 以 涉 及 我 们 对 世 界 的 体 会 。 我 们 是 这 样 长 大 的 ： 我 们 理 解 时 间 的 基 本 机 制 ， 一 台 时 钟 的 所 谓 稳 定 的 特 性 ， 就 是 当 时 间 过 去 一 秒 ， 它 也 会 走 过 一 秒 。 然 而 物 理 学 中 的 发 现 ， 尤 其 是 过 去 的 20 世 纪 及 其 前 后 的 发 现 ， 让 一 切 都 发 生 了 彻 底 的 改 变 。 我 们 将 会 看 看 ， 改 变 你 感 受 到 的 时 间 的 速 度 是 否 有 可 能 实 现 ， 并 正 面 解 决 一 个 或 许 可 以 被 称 作 最 大 难 题 的 难 题 ： 时 间 旅 行 是 否 有 可 能 ？ 约 翰 逊 这 样 开 始 了 他 的 第 一 场 讲 座 ：“ 1999 年 是 非 常 特 殊 的 一 年 …… 因 为 它 不 仅 是 千 年 之 交 ， 同 时 是 皇 家 科 学 院 成 立 200 年 之 年 。 所 以 ， 还 有 什 么 主 题 比 讨 论 时 间 更 合 适 呢 …… 在 本 系 列 讲 座 中 ， 我 们 将 会 发 现 ， 对 于 ‘ 时 间 究 竟 是 什 么 ’ 这 个 问 题 ， 这 200 年 的 科 学 发 展 彻 底 改 变 了 我 们 的 认 识 …… 我 们 将 会 看 到 ， 我 们 如 何 通 过 观 察 光 波 ， 得 到 了 有 关 时 间 本 身 的 一 些 变 革 性 发 现 。” 我 们 可 以 将 光 想 象 成 一 种 波 ， 具 有 上 上 下 下 振 动 的 重 复 性 图 案 ， 就 像 我 们 在 海 滩 上 可 以 看 到 的 那 种 波 浪 。 然 而 ， 光 波 的 传 播 究 竟 有 多 快 ？ 约 翰 逊 邀 请 听 众 席 中 一 个 名 叫 海 伦 （Helen） 的 女 孩 帮 助 他 做 一 个 验 证 ， 道 具 包 括 一 台 微 波 炉 以 及 一 些 棉 花 糖 。 微 波 炉 发 射 的 微 波 是 一 种 形 式 的 光 ， 类 似 无 线 电 波 还 有 我 们 肉 眼 能 看 到 的 可 见 光 。 约 翰 逊 向 微 波 炉 中 放 了 一 盘 棉 花 糖 ， 而 炉 中 的 转 盘 早 已 被 移 除 。 微 波 炉 的 烹 饪 方 式 并 不 均 匀 ， 发 射 出 的 微 波 会 在 一 些 位 点 上 下 移 动 ， 这 些 地 方 就 会 蕴 含 更 多 能 量 ， 但 其 他 部 分 就 不 会 有 这 么 多 ， 这 就 在 炉 内 造 成 了 一 些 “ 热 点 ”。 当 棉 花 糖 被 取 出 后 ， 很 容 易 看 出 ， 有 一 些 已 经 被 熔 化 而 其 他 的 一 些 还 没 有 。“ 真 的 可 以 看 到 一 幅 图 案 。” 约 翰 逊 说 道 。 相 邻 两 条 熔 融 棉 花 糖 带 之 间 的 距 离 ， 就 等 于 微 波 波 长 的 一 半 。 借 助 一 把 尺 子 ， 海 伦 计 算 了 糖 带 之 间 的 距 离 约 为 0.12 米 。 将 这 一 结 果 与 微 波 振 动 的 频 率 相 乘 就 可 以 得 到 速 度 。 幸 运 的 是 ， 微 波 炉 的 背 后 就 写 有 频 率 数 值 2450 兆 赫 （ 每 秒 24.5 亿 次 振 动 ）。 海 伦 在 计 算 器 上 将 上 述 两 个 数 字 相 乘 之 后 ， 得 到 每 秒 2.94 亿 米 的 结 果 。 约 翰 逊 展 示 了 一 张 卡 片 ， 上 面 写 的 是 公 认 的 光 速 数 值 ， 即 每 秒 3 亿 米 。 尼 尔 • 约 翰 逊 ， 来 自 ： wamc “ 事 实 证 明 ， 海 伦 不 仅 计 算 出 了 光 速 ， 她 还 算 出 了 宇 宙 中 移 动 速 度 最 快 的 事 物 。” 约 翰 逊 说 ，“ 这 个 发 现 的 故 事 实 际 上 是 科 学 中 最 伟 大 的 革 命 之 一 …… 并 且 它 告 诉 我 们 一 些 事 ， 这 些 事 彻 底 让 时 间 发 生 了 变 革 。” 这 便 是 阿 尔 伯 特 • 爱 因 斯 坦 的 工 作 。“ 光 速 的 问 题 让 他 很 发 愁 。” 约 翰 逊 讲 道 。 爱 因 斯 坦 得 出 结 论 ， 认 为 光 速 对 所 有 观 测 者 来 说 都 是 一 样 的 ，“ 不 管 你 坐 在 这 儿 ， 还 是 正 乘 坐 大 巴 回 家 ， 又 或 是 你 坐 在 ‘ 进 取 号 ’ 星 舰 （ 译 注 ： 著 名 科 幻 电 影 《 星 际 迷 航 》 中 一 艘 星 舰 的 名 称 ） 上 。 在 他 提 出 这 一 想 法 之 后 ， 已 经 被 操 作 过 的 每 一 个 实 验 似 乎 都 证 实 ， 光 速 对 所 有 观 测 者 来 说 都 是 一 样 的 ”。 爱 因 斯 坦 有 关 光 速 的 一 些 观 点 ， 对 我 们 理 解 时 间 来 说 有 着 意 义 深 远 的 暗 示 作 用 ， 而 我 们 之 所 以 能 看 到 这 一 点 ， 还 需 要 感 谢 另 一 位 志 愿 者 鲁 比 （Ruby） 参 与 了 实 证 。 她 盘 腿 坐 在 一 辆 木 制 的 小 车 上 ， 手 中 握 有 一 只 球 ， 而 球 的 内 部 有 盏 灯 ， 代 表 光 线 的 一 个 脉 冲 。 她 先 是 上 上 下 下 地 扔 着 球 ， 不 过 随 后 约 翰 逊 便 拉 着 车 在 地 面 上 移 动 ， 而 摄 像 机 镜 头 一 直 跟 随 着 球 中 发 出 的 光 。 我 们 看 到 球 正 在 沿 着 锯 齿 形 的 波 状 轨 迹 运 动 。“ 某 种 奇 怪 的 事 情 发 生 了 —— 我 们 看 到 了 与 鲁 比 眼 中 不 同 的 现 象 。 鲁 比 坐 在 推 车 中 ，（ 对 她 来 说 ） 球