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探索宇宙的秘密系列套装(5册)-电子书下载

人文社科 3个月前 (07-15) 171次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

简介

星际穿越
最简明清晰的时间与空间理论入门读本。基普·索恩教授,电影《星际穿越》的唯一科学顾问,以浅显易懂的语言一一破解了宇宙中让人瞠目结舌的奇景——大爆炸、黑洞、时空弯曲、潮汐力、虫洞、引力弹弓、星际旅行等,解释了所有推动剧情的天体物理学理论,还就内容的真实性将书中的科学知识分为三种:科学事实、有根据的推测和猜想,并做了明确的标注,以帮助我们解开所有剧情设计与时空旅行之谜!
如果,哥白尼错了
16世纪,哥白尼建立日心说,将地球从其在宇宙中的独特地位降级为平庸之辈,开启了一场科学革命。几个世纪以来,这种思想一直影响着我们。然而,新近的研究结果暗示人类确实生活在一个特殊的地方,在一个特殊的时间,作为一系列不可能事件的产物。这对哥白尼的原理提出了挑战。所以,哥白尼真的错了吗? 从微小的微生物到远离地球的系外行星, 顶级天体生物学家凯莱布·沙夫将带领我们进行一场科学探险,为寻找人类在宇宙中的未来和意义提供一种新的可能。
人类为什么要探索太空
英国著名天文学家、世界级太空旅行专家克里斯·英庇颠覆式新作。本书讲述了人类从走出非洲到飞出地球的史诗般历程,揭示了冒险基因如何驱动人类的进化,以及人类将来如何在地球之外的浩瀚宇宙中繁衍生息。 在《人类为什么要探索太空》这本书中,作者结合了专业的天文学知识和前卫的技术,带我们回顾了太空探索事业的过去、现在和未来,从最早的天文学家到今天的前沿研究人员,从人类早期的飞天之梦到今天的火箭技术,从人类第一次登陆月球到未来的星际旅行,甚至移民太空,成为银河系公民及其所需的技术,每一部分都是一个精彩的科幻故事,内容翔实而有趣。如果你对人类的命运和群星灿烂的未来感兴趣,《人类为什么要探索太空》是不二之选。
如果宇宙可以伸缩
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,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。
宇宙的结构
物理与音乐看似是对立的,但在《宇宙的结构》一书中,斯蒂芬•亚历山大将带领我们走过他非凡的探秘旅程——从毕达哥拉斯到爱因斯坦,从爵士乐到理论物理学,从天籁之音到弦理论,并揭示出:宇宙结构的起源实际上可能与爵士乐的即兴演奏有着很大的相似之处,那就是都是一种振动与共振! 《宇宙的结构》这本书最迷人之处在于,它既是一本关于历史的回忆录,又是一本推广物理学的前沿科普著作,还是一本普及爵士乐的轻松读物。斯蒂芬•亚历山大关于宇宙结构和相关历史的研究,和他的人生故事一样,值得一读。

部分摘录:
探索之梦 走出非洲 当地球上的人口数量只有100万时,我们梦想过外部世界会有什么吗?
20万年前,解剖学意义上的现代人首先出现在非洲东北部。 1 人类生命的摇篮位于现今的埃塞俄比亚。在接下来的10万年里,人类在非洲大地上不断扩散。我们的远古祖先没有文字记载,也没有可用来记载的书面语言,只有骨头和散布的史前器物得以遗存。这些史前器物展示了一个顽强而勇敢的物种,他们为逝者举办葬礼,用尖锐的燧石制造矛和箭来狩猎,在洞穴的墙壁上画画来记录生活的场景。在油灯或火焰闪烁的光芒中,这些令人浮想联翩的图画好似“活”了一般,向我们讲述着几千年前他们的恐惧和梦想。
现代基因技术让我们得以重建我们的远古祖先走出非洲的旅程——这是一场史诗般的迁徙,和几千年后人类第一次踏入太空一样勇敢。
地球上的生命是由单一的遗传密码组合在一起形成的。由4个字母表示的碱基对,会对每一种生物体的独特功能和形态进行编码。这4个碱基分别是A、C、G和T,其中A代表腺嘌呤,C代表胞嘧啶,G代表鸟嘌呤,T代表胸腺嘧啶,它们共同构成了“扭曲的梯子”,也就是DNA的梯级。在DNA分子中,A与T配对,C与G配对。当DNA分子从中间分裂时,每一边都会变成新的DNA分子的模板。遗传密码确定了活细胞用来制造蛋白质的20种氨基酸的序列。
如果遗传密码被完美地转录和表达,进化就将不复存在,生命也会变得十分无趣——它将变成一条死胡同,因为再也不会出现“适者生存”这一现象了。当基因蓝图(即基因型)在特定的环境中被表达时(即表现型),就会发生一类变异。比如两株克隆的幼苗,一株生长在肥沃的土壤中,另一株生长在被风吹袭的山上,两者最终会发育得完全不同。另一类随时间发生的变异,是在遗传物质因突变或不完美复制而改变后产生的。当变异随时间增长,生物多样性的级联反应就出现了,并将接受自然选择的检验。其结果是,从40亿年前的“最后的共同祖先”那里,生命的DNA发展出了许许多多的分支。 2 这个原始细胞既是所有动物和植物的祖先,也是所有微生物的母亲。包括人类在内的有性繁殖的生物,以一种让每个子代有别于亲代的方式混合亲代双方的DNA。通过这种方式,基因变异和进化的速度大大加快,尤其是在小种群当中。 3
DNA和实物证据是遗传人类学用来追踪人类迁徙的两大工具。我们身上都有来自最后一个共同祖先的DNA,从中我们可以得知人类起源的时间和地点。DNA通过有性繁殖进行混合,但有些特殊的DNA序列从亲代遗传到子代时不会发生变化。例如,Y染色体只通过父亲遗传给儿子,因此,男性能追踪其父系血统。同时,线粒体DNA只能通过母亲遗传给孩子,因此,男性和女性都能追踪到母系血统。这两种DNA序列会发生偶然的无害变异,从而成为可遗传的“遗传标记”(Genetic Marker)。在一个特定的地理区域内,任何特定的遗传标记都会迅速扩散,经过几代之后,在当地种群的每一个成员身上,几乎都能发现这一标记。当人们从一个地方迁移到另外一个地方时,他们体内携带的遗传标记也会发生迁移。科学家研究了众多土著居民的不同遗传标记,从而绘制出了早期人类的迁徙地图。
以从全世界不同土著部落中精心挑选出的7万多个成员的DNA为“画笔”,基因地理工程(The Genographic Project)绘制出了一幅人类迁徙的图景。这项工程的大部分研究经费来自美国国家地理学会(National Geographic Society),该学会已经从探索地球转向了探索人类的内心世界。基因地理工程也存在争议,一些土著居民声称该工程别有目的,因而拒绝参与。然而,通过众包的形式,该工程取得了重大进展。作为向开源数据库提供DNA的回报,超过60万人获得了自己的遗传史。 4 利用丰富的资源和功能强大的计算机,在过去的10年时间里,超过10万条遗传标记得以确定。这个工程的负责人是斯宾塞·韦尔斯(Spencer Wells),他是美国国家地理学会的常驻探险家。他说:“有史以来最伟大的史书就藏在我们的DNA中。”
人类的DNA讲述了无畏的人类勇于探索的故事。
大约在6.5万年前,人类第一次踏上了离开非洲大陆的冒险之旅,很可能是从非洲之角穿越曼德海峡,到达阿拉伯半岛。如今,曼德海峡是世界上最繁忙的船运航线之一。但在当时,最后一个冰川期使得海平面降低后,曼德海峡只是一条又窄又浅的通道。冒着危险离开非洲的那个部落可能只有几千人,但这并不是一次单独的探险,而是几个世纪以来众多小部落进行的一系列探险中的一次,这些部落由关系松散的家庭成员组成。在扩散的过程中,他们逐渐走向繁荣兴旺,先后在中亚和欧洲定居下来。到5万年前,他们迁徙到了中国南部和澳大利亚。到4万年前,他们已经遍布欧洲。得益于欧洲南部和亚洲适宜的生存环境,人口数量迅速增长。
在迁徙的最后阶段,人类非常大胆,迁徙的过程也极具戏剧性。尽管地中海周围和中东地区的气候条件更适宜人类生存,但一些游牧民还是向北继续探险。最近一次冰川期很短,但无畏的人类仍横穿西伯利亚冻土地带,呈弧形扩散开来。地球大气层中的大部分水分被巨大的冰原吸收,海平面因此下降了数百米。这使得我们的祖先在大约1.6万年前能穿过横跨白令海峡的大陆桥。有证据表明,在大约3 000年后,他们才到达加利福尼亚南部地区。随后,他们只花了几千年时间就向南穿越了美洲大部分地区。纵观人类迁徙的路线图,我们的祖先从冰冻的阿拉斯加荒原,扩散到荒凉的巴塔哥尼亚地区,其迁徙速度之快,让人难以置信——这种迁徙不可能仅仅是出于对食物和住所的简单需求。
上面介绍的时间线会受到人类经由海洋迁徙的可能性的影响。有迹象表明,大约2.5万年前,一小群人紧紧抓住大块浮冰的边缘,完成了从欧洲出发,横穿大西洋到达北美洲的艰难航行。在澳大利亚,一绺土著居民的头发改写了人类定居这片大陆的故事。按照传统的解释,一些离开了非洲的人类向东迁徙,从东南亚远航到澳大利亚,并定居下来。但在2011年,研究人员对一绺头发进行了基因测序,这绺头发是澳大利亚的土著居民于1923年捐赠给一位英国人类学家的。结果显示,相比与欧洲人或者亚洲人的关系,澳大利亚的原住民与非洲人的关系更近。因此,现今的澳大利亚原住民,可能是生活在非洲之外的最古老的人类种族的后代。 5
在非洲大草原上繁衍生息了数万代之后,人类在几百年的时间里就扩散至整个美洲。从离开舒适区和拥抱未知的角度来看,这种对新世界快速且有目的的探险,与我们决定发展科技以离开地球一样激动人心。
遗传物质能告诉我们人类是如何通过迁徙遍布全世界的,却无法告诉我们他们为什么要这么做。若想回答这个问题,我们必须了解人类的本性。
冒险基因,渴求探索世界的内驱力 受气候、食物供应或交配需求的驱动,动物史诗般的迁徙常会上演,且几乎所有的动物迁徙都是季节性的。但人类是个例外,人类也会进行系统的、有目的的长距离多代迁徙,但并不全是为了获取必要的资源。让我们的祖先冒险驾驶小船穿越像太平洋这样的大片水域的强烈欲望,与将来某一天促使我们移民火星的驱动力有关。这种强烈的欲望源自文明和基因的混合。
行为心理学家艾莉森·高普尼克(Alison Gopnik) (1) 发现,人类将玩耍和想象连接起来的方式十分独特。虽然哺乳类动物在幼崽阶段很顽皮,但这种顽皮很快就会转变为诸如捕猎和打斗之类的技能练习,这些技能是成年动物必须具备的。人类的小孩会在成人的庇护和帮助下发育成长,这个过程会持续很长一段时间。 6 根据高普尼克的观点,人类会通过创建能检验假设的假想场景来玩耍,就像小小科学家一样。如果我将这两种液体混合在一起,会发生什么呢?如果我穿过树林,那我能依靠记住的标记,找到回去的路吗?我能用乐高积木在沙发和咖啡桌之间搭座桥吗?小孩子都是大胆的假想者。当小孩子掌握了必要的运动技能后,他们就会在智力探索的驱动下对自然环境进行观察和研究。
通过玩耍来丰富假想场景对生存而言并不是必须的,但智力探索是人类特有的偏好。“不安分守己”不仅存在于我们的思想中,还存在于我们的基因中。
人类和猴子、猩猩共享了超过95%的DNA,因此,我们和最近的祖先有非常多的共同点。然而,特定的发育基因使得我们和猩猩,以及其他原始人类有着明显的区别:我们的身高相对较矮,因此能适应长距离行走;我们的手更适合操作工具;我们大脑里的语言和认知区域更大。这些基因由以前被标记为“无用”的DNA区域控制,现在这些区域被公认为理解物种进化的关键所在。 7
在控制一种极其重要的神经递质方面,一种被称为DRD4 的特殊基因起着核心作用,它因此受到了人们的广泛关注。DRD4 基因是控制多巴胺的基因之一,而多巴胺是一种能影响动机和行为的化学信使。DRD4 基因的一种变体是7R,拥有7R基因的人更有可能去冒险,去探索新领域,去寻找新奇的事物,而且性格更外向,也更活跃。在全世界范围内,大约1/5的人携带着7R形式的DRD4 基因。
有趣的是,7R变异最早可能发生在大约4万年前,也就是在人类大规模迁徙出非洲之后不久,此时人类开始在亚洲和欧洲分散居住。有的研究直接将7R基因与迁徙联系起来。加州大学欧文分校(University of California Irvine)的教授陈传升的研究表明,在亚洲主要的静止人口中,目前只有1%具有7R基因,而在现今的南美洲人中,有60%具有7R基因。大约1.6万年前,南美洲人的祖先从亚洲出发,经过极远距离的旅行,才到达南美洲(如图1-1)。 8
图1-1 DRD4 等位基因的出现频率与长距离迁徙之间的关系
注:此图显示了近3万年来,39个种群中DRD4 等位基因的出现频率与长距离迁徙之间的关系。在现代人群中,DRD4 基因的长变体,或者说7R变体与多动症是相关联的。
那么,是否存在“探险基因”呢?不存在。一个基因要和其他基因联合起来才能发挥作用,而且人类的行为会受到环境因素的影响,因此基因并不能决定人类的命运,我们也不会因为单个基因的影响就去探险。此外,未知往往意味着危险,因此,刺激我们去探险的基因并非一种选择性优势。再者,如果这种基因得以表达,反而会带来不利的影响。相比未携带7R变体的人,携带7R变体的人患多动症的概率要高出2.5倍,性行为混乱(这在文化上是遭到反对的,但实际上是一种进化优势)的概率要多一半,而且他们更容易酗酒和药物成瘾。任何一个狩猎-采集社会的安全运转,都需要社会成员紧密合作,并保持稳定的社会关系,寻求刺激的人太多是非常危险的,而且这些人极具破坏性。
然而,在资源短缺或面对压力的情况下,这种特殊的变异的优势就体现出来了。7R基因的携带者不仅能更好地适应变化,也不会轻易受到惊吓。 9 他们在做决定的时候很少感情用事,他人的负面情绪对他们的影响也很小。对处于危险的陌生环境中的人而言,情绪波动小和强大的情绪忍耐力是非常宝贵的特质,因为在面临威胁时制订计划和解决复杂问题都需要这些特质。这种“冒险”基因型甚至可能有助于人们对抗压力、焦虑和抑郁。

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