描述
开 本: 128开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787550294912
4前言
8序
370术语表
380索引
384致谢
表面之下
12表面之下
15气泡室轨迹
15金原子
16乙酰双氧铀
17硅晶体
18DNA
18DNA的X射线衍射图谱
20乙肝病毒粒子
21骨骼肌
22艾滋病病毒粒子
23流感病毒粒子
24嗜热细菌
25豌豆叶片叶绿体
27受孕过程中的精子
27大肠杆菌
28肝细胞
28人眼晶状体
30感染艾滋病的细胞
30颗石藻
32二氧化碳晶体
32瑞典常春藤花粉
35雪花晶体
35原生质体
36硅藻骨架
36硅藻
39蓼属植物花粉
39朊病毒
40圣诞玫瑰叶
41蜗牛牙齿
42血栓
43人类头发
45炭疽杆菌
45针叶树
46牙本质
47蜘蛛外骨骼
48玫瑰花瓣
48啤酒酵母
50黑色素瘤
51染色体
53树叶上的“石细胞”
53人类精子
54舌头表面
55今生颗石藻
56胶原纤维
57囊胚
58放射虫类骨架
59水壶水垢
60有孔虫
60蝴蝶翅膀
62太阳虫目变形虫
63甲虫外骨骼
64尘螨
65蛋壳
66小肠
67蜜蜂的眼睛
68松炭
68毛囊
70钟形虫
70鹅毛
72橄榄叶鳞屑
73岩藻生殖窠
74骨组织
74根毛
76叶毛
76桃花心木
78蒲公英种子
79皮肤
80角闪石
80酒石酸晶体
82维生素C
82陨石
85鲨鱼鳞片
85眼睛虹膜
86雪花晶体
87睫毛
88输卵管中的卵子
88壁虎脚掌
90血管
91鬣蜥蜴皮肤
92轮虫群落
93家蝇
94色素细胞
96水螅
96滨草
98团藻菌落
视野之外
103蜘蛛丝
104指纹
105火星陨石
106鲕状石灰岩
107人类小脑
108鱼鳞
108蚊子叮咬
110叶脉
111康沃尔花岗岩
112叶片骨架
112蜻蜓眼
114蜂巢
115水螅水母
116三叶草种子
117捕蝇草
118蛾的翅
118蛙的卵
120蒲公英种子头部
121人的胚胎
123捕蝇草
125海蝴蝶
125松质骨
127内耳
127凤梨科植物种子
129鳟鱼幼仔
129心瓣膜
130牛奶滴落小皇冠
130颈动脉
132深海龙虾幼虫
133虹鳟鱼卵
135蜘蛛和蛛网
135静脉曲张的血管
136袋鼠藤
137指尖
138小肠
138人的肾脏
140欧鼹鼠
141锥螺
142麝香锦葵
143鮟鱇鱼
144手掌
144融化的冰块
146腰椎
1473个月的胎儿
148大脑扫描图像
149肺动脉
150栗色鹑螺壳
15020周的双胞胎胎儿
152腹部动脉
153船艄壳
154支气管造影片
154头部血管
地球
158太平洋岛礁
159伊朗曼河
160澳大利亚乌卢鲁（艾尔斯岩）
161智利山谷冰川
162法国巴黎
163美国纽约
164西伯利亚布拉斯科夫水库
164意大利维苏威火山
167美国科罗拉多河三角洲
167印度孟买
168墨西哥蒙特雷
169荷兰的围垦地
170阿根廷巴拉纳河三角洲
171沙特阿拉伯的沙漠灌溉
172毛里塔尼亚的理查特结构
173俄罗斯勒拿河三角洲
174塞纳加尔河
175南极洲格雷厄姆地
177南极洲旁的冰山
177珠穆朗玛峰
178莫桑比克洪水
179马达加斯加贝齐布卡河
180阿拉伯半岛的埃尔凯丹平原
181日本东京湾
183埃及-以色列边境
183英国伦敦及其周边
184魁北克陨石撞击坑
185巴布亚新几内亚拉包尔火山
186台风敖德萨
187飓风邦妮
188非洲中部的雨林
188中国黄河
191西伯利亚戈拉孔德坑
191埃及苏伊士运河
192恒河三角洲
193夏威夷的库雷环礁岛
194正在减少的巴西雨林
195美国密西西比三角洲
196阿联酋沙漠
197瑞士和意大利的阿尔卑斯山脉
198加利福尼亚圣安德烈亚斯断层
199亚德里亚海中的水华
200危地马拉市
201苏丹的灌溉农田
202中国长江
203中国吐鲁番盆地
204坦桑尼亚乞力马扎罗山
205土耳其的伊斯坦布尔和博斯普鲁斯海峡
206亚马孙河和内格罗河的交汇处
206埃及尼罗河三角洲
208澳大利亚大堡礁
209美国东部大峡谷和鲍威尔湖
210加拿大拉布拉多海岸
210南极洲的冰山崩解
212加勒比海冯卡门漩涡
213澳大利亚艾尔湖
215层积云
215瑞典南部
216太平洋上空的云和火山烟
216阿根廷上空的暴风云
218佛罗伦萨飓风
219美国佛罗里达半岛
220美国科德角和长岛
221非洲之角
223北美洲暴风雪
223南极洲
224日落时的大气层
224南极光
226月落
227太空实验室的日出
飞向太阳系
231阿波罗13号拍摄的地球
231展现欧洲和非洲的地球
232阿波罗17号拍摄的地球
233展现东南亚和大洋洲的地球
234阿波罗15号拍摄的南美洲
234地球升起
237狮子座流星雨
237满月
238月球
238月球表面
240月坑
241梯摩恰里斯陨石坑
242月球背面
244月球的南半球
245月球背面表面
247哈雷彗星
247彗核
248海尔-博普彗星
248摩豪斯彗星
250日冕
251太阳和太阳黑子
252太阳的X射线图像
253日珥
254太阳表面
257冕环
258水星
259水星表面
259水星表面陨坑
260金星
262金星上的火山（阿尔法区）
263金星上的德瓦纳深谷
264金星上的西芙山
264金星表面的陨坑
267火星
269火星上的水手谷
269火星上的阿尔及尔盆地
270火星上的奥林匹斯山
271火星上的“脸”
272火星冲沟
273火星陨石坑
274小行星 243 艾达
277木星，埃欧和欧罗巴
278苏梅克-列维9号彗星撞击木星
278木星上的极光
281木星环
281埃欧（木卫一）上的火山
282欧罗巴（木卫二）
283欧罗巴的表层
284卡利斯托（木卫三）
286土星
286土星环
289天王星
291海王星
291海王星的云体
292海王星和特里同
294冥王星和卡戎
太阳系之外
299银河系
301银河系的南半球景观
301银河系中心，银河
302木星和土星移动到金牛座
302昴宿星
302北斗七星和北极星
304仙后座
304北天极
306螺旋星云（NGC 7293）
307螺旋星云（NGC 7293）
中的彗星结
308心宿二和心宿增四星星云
308心宿二
310哑铃星云（M27，NGC 6853）
311彗状云球（CG4）
312猎户座
313猎户星云（M42，NGC 1976）
315猎户座星云（M42，NGC 1976）局部
315猎户座星云（M42，NGC 1976）梯形区域
317马头星云
317船帆座超新星残骸
318环状星云（M57，NGC 6720）
319蝴蝶星云（哈勃5号）
321锥状星云（NGC 2264）
321面纱星云
323礁湖星云（M8，NGC 6523）和三裂星云（M20，NGC 6514）
323三裂星云（M20，NGC 6514）
324蟹状星云（M1，NGC 1952）
325行星状星云（NGC 6751）
327天鹰星云（M16，NGC 6611）
327天鹰星云（M16，NGC 6611）中的尘埃柱
329南十字星座
329一个疏散星团（NGC 3293）
330钥匙孔星云和海山二
330恒星诞生星云（NGC 3603和NGC 3576）
332人马座中的星云
333气泡星云（NGC 6822）
334球状星团杜鹃座47（NGC 104）
335球状星团半人马座欧米茄
（NGC 5139）
336刺魟星云
337麦哲伦云
338大麦哲伦云
338超新星1987A
341超新星残骸和脉冲星
（PSR 0504-69）
341超新星1987A的回光
342仙女座星系（M31，NGC 224）
342仙女座星系（M31，NGC 224）的核
345星暴星系 NGC 253
345大熊座中的M81（NGC 3031）和M82（N过程3034）
347半人马座A星系（NGC 5128）
347半人马座A星系（NGC 5128）中的尘埃带
348螺旋星系M83（NGC 5236）
349涡状星系（M51，NGC 5194）
的核
351草帽星系（M104,NGC 4594）
353室女星系团
353天秤座中的NGC 5903和
NGC 5898
354巨椭圆星系M87（NGC 4486）
355巨椭圆星系M87
（NGC 4486）的核
357触须星系
（NGC 4038和NGC 4039）
357天炉座星系团
359斯蒂芬五重星系
359老鼠——碰撞着的星系
（NGC 4676）
360后发星系团
361蝌蚪——碰撞着的星系
（UGC 10214）
362车轮星系
363类星体和伴星系
365星系团阿贝尔2218
365类星体射电天图
366爱因斯坦十字
369哈勃深空
人类已经有能力认识周围的世界，事实上，这种认识对人类——甚至是任何物种都至关重要。很久以来，人们一直认为包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉在内的这五种感觉已经足够应对外部世界。然而，如果我们认为人类是为了努力存活下来，才进化出了这些感觉，那么还有非常重要的第六感觉，即痛觉，可以反映出我们身体的内部环境。实际上，也许还有另一种感觉，即时间的流逝感。这种感觉一直以来是隐藏的，提醒我们生命并非永恒，但如今，这种感觉似乎每天都表现出来。本书中，时间与我们产生的很多想法都有重大关系，因为在没有任何帮助的情况下，我们无法欣赏到在极短和极长的一段时间内发生的动作是如何的重要和美丽。
大多数人类都有完整的感觉，与视觉和听觉相关的器官位于身体的高处，方便我们看得更远，听得更广。眼睛和耳朵是成对存在的，这样我们就拥有了三维的视野和能感知方向的听力，二者协调工作，每分每秒都在完善我们对于地点和空间的感知，使我们能对周围的环境做出反应。和别的生物相比，我们的感觉不算敏锐，但是却和大脑这个复杂精密的信号处理系统相连。
在人体中，大脑这个器官不仅关系着生命的基本要素，同时也神奇般地从各种感觉中所提供的信号里产生了自我意识和知觉。拥有庞大处理能力的大脑处理传入信息的途径，则与“生存”之间的关系微乎其微，比如对美的欣赏。而正是同一个大脑帮我们创造了艺术和科学。艺术与美感是本书中图像的基础，并且是贯穿始终的主题。书中的很多照片所展示的地点和事物，由于某些原因，是无法直接欣赏到的。有些照片的主体体积太小或者运动速度太快，以至于我们根本注意不到；而一些则十分巨大和遥远，出现时间相当长。寻根究底去探索这些事物，完全出于人类在科学的进程中形成的好奇心，但是探索之后得到的这些图像，总是超乎寻常地美丽，也让人受益匪浅。
尽管人体的所有感觉组合在一起才形成了人类的经验，但向大脑传达信息最丰富多样的还是眼睛。视觉图像不过就是一张瞬间快相，随着眼睛掠过不同场景，这张快相在每一秒内都要刷新许多次。视觉能在很短时间内提供大量信息。我们的眼睛能分辨出颜色、尺寸、形状、花纹、亮度和其他许多信息，帮助我们建立起视觉感观，也可能会有感官质量和实际用途。眼睛可以促使大脑在一间拥挤的房间中立即辨别出熟人的脸。而这一瞥，也能捕捉到心情和环境，同时传递出友好或警惕。眼睛除了能表达感情之外，感知光线的能力也是一流，使人类仅在星光的闪烁下就能看到地球表面。不过，在满月稍强的光亮下，也就是亮度大约比正午阳光弱一百万倍时，我们就可以自由活动。在没有任何帮助的情况下，我们的眼睛可以辨认出200万光年以外、与人类生活的银河系差不多大的仙女座星系。同样的一双眼睛，在大约同样短的时间内，就能看到手背上约20微米粗的汗毛。
然而，这项不可思议的技能也是有限的。与其他感觉一样，进化后的眼睛能够适应地球环境，也就是一层显然很独特却十分脆弱的空气和水，围绕在温和的黄色恒星附近的岩石行星上。我们的生命被这个恒星，即太阳的光所照亮，所以眼睛对黄绿光最敏感绝对不是偶然，因为黄绿光是地面森林的颜色，而我们的祖先早期就住在那里。同时，眼睛对光谱中的蓝光段最不敏感。自然界中很少有蓝色的危险因素，崇拜天空的蓝色也对生存没什么帮助，倒是对绿色和黄色的食物需要仔细辨别。此外，血红色带来的冲击力无疑也是至关重要的信号。与之类似，由于在进化上没有急迫的需求，我们也无法看到星星微弱的颜色，或是比跳蚤更小的东西。大自然总是给予人类最宝贵的天赋。
人眼最多能看到彩虹中所有的色彩，有时甚至比这个范围还小。这些色彩的波长范围从最短（蓝紫光）到最长（红光）。彩虹中所有的颜色，包括红光和紫光，都来自白光，也能重新组合产生白光。这个发现来自英国一位数学家及物理学家艾萨克?牛顿爵士（1643－1727），1666年，牛顿已经揭开了色彩的本质，并给出了对自然界色彩的解释。这里提到的波长，指的是电磁波的波长，而牛顿对电磁波一无所知。可见光只是电磁波谱上很小的一部分，用音乐术语来说的话，可见光的波长仅仅覆盖了小于一个八度的范围。而处于电磁波谱中间，波长为550纳米的黄绿光，相当于C调中央的位置。1纳米及其微小，是1米的十亿分之一（10-9），但电磁波谱的整个范围非常广——从短波γ射线到长波无线电波——这个范围十分惊人，相当于75个八度。这些各种各样带有能量的电磁波，物理性质相同，均以光速传播，但各自的特性不同。几乎所有的电磁波对人眼来说都是不可见的，有些甚至对生命是有害的。本书中，我们将拓宽人类相对狭窄的视野，使用摄像及其他一些近些年发展的间接成像技术，展现不可见光中的一部分。
人类无法直接用肉眼看到热量、紫外光、无线电波和X射线等，因此无法了解全部的自然世界。不仅如此，更多情况下，自然世界不能全部展现出来的原因，在于有些事物太小、太短暂、太微弱、太遥远，或者是太大而无法被肉眼发现。在这些看不见的世界中，大大小小的层次，都充满了激发人类好奇心与兴趣的东西。不过我们有必要去了解这些隐藏的世界吗？对于日常生活来说，恐怕没有必要，毕竟千秋万代的人类子孙对地球外的宇宙一无所知。在发明望远镜之前，连太阳和月亮都十分神秘。现在我们已经知道，宇宙中存在数十亿个星系，其中每一个都包含无数个像太阳一样的恒星。知道这些，并不会对我们的日常生活造成任何直接影响，但是如果不了解这些的话，我们的知识就变得相当贫乏。
上个世纪，随着高精度显微镜的出现，以及通过其他一些方式，人类能够对极其微小的事物进行研究。正因为如此，人类才懂得蝴蝶的翅膀如何呈现出色彩，能够欣赏到细菌和病毒的存在，也能看到晶体的本质和原子的结构。基于这些发现，人类在医药、计算机芯片、核武器领域发展出各种技术，大大改变了我们的生活方式，尽管这些改变并不都是向着好的方向发展。了解到人类所认识到的最小和最大的实体，能帮助我们在事物的格局中找到自己的位置。更让人惊讶的是，我们发现人类所处的位置，正是我们已知事物里最小和最大的中间。地球（当然也包括人类）不是世界的中心，这一确切的观点最先由15世纪的天文学家尼古拉?哥白尼（1473－1543）得出，后来又被17世纪早期的意大利天文学家伽利略?伽利雷（1564－1642）所证实。这些有力的观点为文艺复兴确定了方向，改变了人们的观念，为人类指出通向现代科学的道路。
科学进步让我们注意到了自然世界中各种大小的事物，但是“第七种感觉”，才真正让我们意识到时间的长河以及我们真切地置身其中。这个意义上的时间几乎是感知不到的，但是我们在一天又一天、一年又一年中能意识到它时间的流逝。从人类这一物种的角度来说，存在时间远远不到100万年，但我们生活的这个行星，却已经围绕太阳转了40亿年。而整个宇宙产生的时间更久，是地球绕太阳公转时间的3倍。
我们仍旧有很多东西要学，也许还有足够的时间。本书中的很多图像都由特殊设备获得，而这些设备是专门用来拓展人眼视力范围并开阔人类思维空间的，其中最重要的就是显微镜和望远镜。尽管人类从很早开始就懂得用曲面玻璃的放大和缩小功能，但将镜片组合到一起的仪器却是400年前才出现的。人们经过反复试验，终于制造出了仪器成品，尽管成像效果并不完美，却产生了巨大的影响。现代科学的发展，正是归功于这些早期的光学技术。
光学显微镜可以将附近小范围内通常照明较好的场景，放大到眼睛视网膜或其他光敏探测器中。最早的光学显微镜放大倍数很低，如今最高级的光学仪器放大倍数可以达到1500倍。放大率不受技术本身限制，而是受到仪器所使用波长的限制。光学望远镜大约与显微镜出现在同一时期，即17世纪早期，二者工作原理相似，但光学望远镜能够采集到大范围的图像，有时甚至是遥远的地方十分微弱的光线下，然后形成缩小像，方便人眼看到或者记录下来。虽然二者都大大拓宽了人类的视野，但只有在与摄影技术结合之后，才让更多的人看到，我们的世界并不只有我们眼睛看到的那样。如果说显微镜和望远镜是科学与技术的结合，那么19世纪40年代中摄影技术的发明则为艺术地呈现提供了可能。而本书中将要探索的，就是三者的相互作用。
70年前，显微镜的潜能被开发出来，即利用电子束而非可见光来成像。这项进步10要归功于德国的科学家厄恩斯特?卢斯卡（1906－1988）。电子束能产生比可见光更短的波长，允许显微镜看到小的分子甚至是单个原子。这些在电子光学磁透镜研究上的进展也让扫描电子显微镜的构思成为可能，之后便发展为极具生产性的图像制作机器，用来检测带有诸多精致细节的物体表面，堪称完美。从那以后，扫描显微镜所利用的原理就促进了一系列光学衍生品的诞生，使用到的扫描粒子束包括激光和其他外来的光学混合电子束。在技术高超的人手中，这些现代仪器能够拍摄出十分壮观而精细的图片。如果显微镜工作者还有对于照片的见解，那么这些利用科技所呈现出的图像，也能同时成为艺术品。
在望远镜的发展过程中又形成了另一个类似的分支，不过其动机和机械原理却截然不同。望远镜与双筒镜无疑可以完成地球表面的工作，并且，望远镜最早是因为在军事和航海方面为人类提供了便利而被重视起来。但是只有在天文领域，望远镜才变得不可或缺。与显微镜一样，自从伽利略在1609年最早将设备用于探索天空之后，仪表化的改变大大超出了我们的认知。尽管大多数天文望远镜都能照相，但在专业的天文领域，照相并不是望远镜最基本的用途。对天文学家而言，望远镜更像是一个聚光设备，而不是一个照相机；望远镜越大，则能聚集起来更多的光用作分析。很久以前人们发现，大面积的反光镜比透镜更容易制造，所以大部分的望远镜都是反射镜。这其中就包括射电望远镜，当镜头或者普通成像无法适用某些波长时就会被用到。
当然，最大的望远镜还是来自于自然界。大约100年前，理论物理学家阿尔伯特?爱因斯坦（1879-1955）预言：看不到的重力能够使光线弯曲。听上去不大可能发生，但这个预言已经很多次找到了依据，其中最富戏剧性的一次是在1979年，人们发现在某个相对较近的星系团中意外出现的拱形结构，竟然是视线中位于同一直线的另一个非常遥远的星系扭曲产生的图像，该遥远星系的光线在重力的聚焦作用下被“放大”。
通常情况下，即便自己愿意，天文学家也无法像显微镜工作者那样能与自己研究的东西互动。相反，他们都是依靠接收的射线所携带的信息来研究与人类生活的生物圈迥异的另一个世界。深邃的太空中展现着惊人的美丽——这些宇宙景观能揭示出非常遥远的地方的化学及物理性质，尽管这些地方可能早就不复存在了。除了各种各样的显微镜和望远镜，人类还有其他办法探索隐藏的世界，通常是使用看不到的电磁波。德国物理学家马克思?冯?劳厄（1879－1960）于1912年发明的X射线射是一种成像技术，当一束单色X射线入射到晶体时，会产生衍射纹样，反映出该晶体内部的分子结构，其精度让任何显微镜都望尘莫及。正是X射线衍射让我们发现了DNA这一“生命分子”的双螺旋结构。传统的X射线照片就是一张简单的射线照片，肌肉和骨骼显示出不同的透明度。不过一些更加复杂的技术，如计算机X射线轴向分层造影扫描图（CAT扫描），能够用三维图像十分清楚地显示出人体的内部结构和其他不透明结构。其余的成像技术，如核磁共振（MRI），使用强大的磁力来激活人体内的原子释放无线电波并呈像，同样也可以探察到隐藏在皮肤、脂肪或是肌肉下精细的结构。
在另一个不同的频率范围内，超声波束能够穿透身体，在图像中显示出子宫内的胚胎，在更大的规模上，穿过地球的地震波能够显示我们脚下这个行星的深层结构。所以，我们总是用各种波长对地球照相，用来监测时时刻刻都在变化着并影响天气的大气循环和水蒸气循环。用一些其他波长的卫星，不管看得见还是看不见，来检测庄稼、光污染和城市扩张，并寻找矿物资源。轨道上的这些眼睛搜集到的数据，每天都会以数据形式传回地球，只不过我们看到的那些景象并没以常规形式下的图像保存下来。然而，这并不会降低它们的趣味、美丽和实用性，反而拓展了我们探索地球之外其他星球和世界的能力。如果把探测器带入太空，并对准地球以外的空间，就能看到遥远的物体发射的红外线和紫外线，而这些光线从未到达过地球表面。哈勃太空望远镜（HST）的职责就是探测这些光线。与地表望远镜相比，其直径2米的反光镜也许是微不足道的，但在工作中，它接收到的光线绝不会被大气层扰乱。自1990年发射升空后，哈勃太空望远镜耗资巨大，但同时也产生了早期工作人员无法想象的科技红利。尽管望远镜输出的信息都是公开的资源，但大部分无法被我们看到，只是在科学文献中被做成一张张数据表格和光谱折线图表。本书中出现了一些由哈勃太空望远镜拍摄的照片，相比其他望远镜和研究学会做出的贡献，这些照片更容易让人们理解科学，尤其是天文学。
然而，像哈勃太空望远镜这样的卫星并不一直待在地球周围，之后的行星探测器已经可以提供遥远行星的景象，这些景象从未被人眼看到过。与地面望远镜不同的是，大多数（但绝不是所有）有用的信息是以不同形式的图片呈现出来的。从遥远的太空看地球，会看到一个引人注目的新形象，会看到一个脆弱的行星绕着附近一颗恒星运行，行星上面居住着人类和我们已知的所有生命。行星探测器离地球越远，众多天体中的地球就越显得无足轻重，而我们的感官则延伸得越远。
从难得的视角以不同寻常的方式看到的这些自然图像给人类带来了惊人的启发，本书中许多照片都是如此。当然，所有图片都经过精心挑选，带有一定的视觉冲击力。也许它们看上去并不都是美的，最终能刺激读者的，还是这些令人叹为观止的丰富种类。除了种类，本书的图片在最大和最小这两端呈现出了模糊一致性，给我们带来极大的启发。在亚原子的水平上，没有足够的信息来形成足够清晰的图片；而在十分巨大的规模里，关于时空起始的信息又相当贫乏。由于宇宙的自我扩张，宇宙的起始变得十分模糊。而在两头中间，则是一个充满无穷奥妙的世界，这个世界让所有对宇宙感兴趣的人感到身心愉悦。
——大卫·马林
《从粒子到宇宙：肉眼看不见的极美世界》让我们以新的视角去看待我们生活的这一片天地，让我们更能像诗人威廉•布莱克说的那样，“一沙一世界，一花一天堂。把无限握进手中，让永恒在刹那收藏”——泰晤士报教育副刊
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