你参加过粒子们的狂欢舞会吗？你经历过地狱般的白矮星吗？你目睹过恒星的爆炸吗？你认识去银河系的路吗？你看见过太阳系诞生的过程吗？你触摸过生命之手在地球上的第一个造物吗？......我们将和乔一起穿越数十亿年的时光，探索无垠的宇宙。听他描述人类目前熟知的物理和化学现象，还有宇宙中的重大事件，例如宇宙大爆炸、超新星的形成、太阳系的出现、地球的诞生与进化、生物的降临等等。
它们就在那里。在无尽的雾气中，排列着一个又一个的宇宙，像一个又一个大圆球，安静地并排飘浮着。一片雾茫茫中，它们看上去几乎一模一样，尽管它们的内部截然不同。每个宇宙都像一个孤岛、一个封闭的系统，这个系统里有着自成一体的世界，孤独而悠然自得地存在着。它们孤立于彼此，对其他宇宙一无所知，几乎不可能和别的宇宙有什么联系。
突然，无尽的雾气中孕育出一个小小的炙热的气泡，它迅速膨胀起来。气泡中诞生了一个新宇宙，这就是我们的宇宙。
和其他宇宙一样，我们的宇宙也在诞生之初经历了短暂而关键的爆炸。为了存活下来，它必须储存很多能量，然后再大量消耗能量。这个过程在气泡内部引发了巨大的爆炸，也就是我们今天所说的宇宙大爆炸。随后，空间就产生了，时间开始流逝。某一刻，我们现在所知的种种物理定律也突然出现了。
气泡之外却仍然是一片风平浪静，无尽的雾气完全不受影响。巨大的爆炸只发生在气泡里的独立世界，其他宇宙对它一无所知——其他宇宙对除了自己以外的情况都漠不关心。
这个新产生的空间是一个三维空间。里面并不是空无一物，而是充满了宇宙吸收的能量。空间里的温度高得出奇，在这种极端的条件下出现了由纯粹能量构成的物质和反物质，它们一出现就开始消灭对方。这是因为物质和反物质相遇时会相互抵消，能量则会因此被再次释放。
不过，由于出现了一种奇特的“对称性破缺”状态，一些物质幸存了下来，使得物质的数量超过了反物质。它们也有可能是多出来的反物质，只不过我们弄错了，把它们叫作“物质”罢了。
这个宇宙刚刚形成的时候还很小，里面的空间弯曲得厉害。但是大爆炸让它像气球一样鼓了起来，瞬间膨胀成了一个巨大的结构。它的形状仍然是弯曲的，因此看不出边缘。如果在里面长时间飞行而不改变方向，就会回到起点。这就像在一个球形的表面行走，只要能一直保持在同一个方向上前进，最终一定会回到出发的地方。封闭宇宙中的空间在扩大，不过随着时间的流逝，它扩张的速度变慢了。
在膨胀的过程中，温度开始下降，四种最基本的、决定物质相互作用的力量形成了，它们就是物理学的四个基本力，我们现在用它们来描述和解释宇宙中的事件与奇观。
让我们从引力开始说起。引力也叫重力，它是一种吸引力，能够抓住有质量的物质。重力是一种弱力，但是在物质质量极大的情况下，它也会变得很强大。它让太阳系得以成型，并让其中所有巨大的物质（比如太阳和行星）形成完美的球体。
在行星上，我们可以感受到重力的作用，它确保星球上的物体拥有地面附着力，可以落在地上而不会飘在空中。苹果从树上掉下来，液体留在杯子里，天平能够称量物体的重量，都是因为重力的作用。如果称重的时候重量出乎意料，就可能让人们怀疑重力是不公平的，不过，其实重力才是最不容易被改变的、最正直的存在。
引力强大到能够影响我们的整个宇宙，大爆炸后一直持续着的空间扩张正因为它的存在而放慢了速度。它甚至有可能阻止这种扩张的发生，让空间重新合拢。但它也不一定能做到。要确认这种能力，还需要确认宇宙中的物质数量以及它们产生的引力影响。
宇宙中的第二大力是电磁相互作用力，它是因电荷而产生的。电荷分为正电荷和负电荷，异性电荷相互吸引，同性电荷相互排斥，这种吸引和排斥力会在电荷周围的电场中表现出来。
如果移动一个电荷，这个电荷的周围还会产生新磁场，新磁场进而把新的作用力施加到其他电荷上。这样的反应会在一瞬间发生无数次。
电磁相互作用可以引发很多奇妙的反应。我们把这些反应运用在电子设备里，得到很多令人惊喜的收获，也证明了电磁相互作用的实际运用。
电磁场可以脱离电荷独立存在。当一个孤独的电场快要崩溃的时候就会产生一个磁场，不过这个磁场的情况也不容乐观，它也会很快崩溃并产生另一个电场。这种事件不断重复发生，每发生一次都会放射出电磁波，让它们在空荡的空间中穿行。电磁波其实对我们来说并不陌生，光线就是一种电磁波。为了感受光线，我们特意进化出感知器官，可以用眼睛看到周围明亮的世界，可以感受到晒到背上的太阳的温暖。
光波飞行的速度非常快。这可是整个宇宙中最快的速度了，没有任何物质可以比它们更快了。
宇宙中第三大力是强相互作用力。从它的名字就可以看得出来，它是一种极强的力，但大多数人不会感受到它，因为它的作用范围太短了，只能在原子核中起作用，让原子核们聚集在一起。可以说，它是一种局限在原子核中的吸引力。虽然它是万物聚拢成型的原因，但是在我们的日常生活中，它没有什么实际意义。
接下来要说第四大力，也就是弱相互作用力。它不仅力量微小，而且和强相互作用力一样，作用范围非常短。当粒子经历放射性衰变或转变的时候，弱相互作用力就会在原子核中发挥作用。我们大多数人对这种力也非常陌生。
这四种力齐心协力地帮助宇宙成型。一开始，引力尝试着让宇宙聚合到一起（这是几乎不可能实现的任务），电磁相互作用引导着光和能量的传输，强、弱相互作用力则都参与到粒子和物质的产生及其衰变过程中。通常这种创造性的合作只能维持几分钟，在这一过程中幸存的物质随着大爆炸被甩入新产生的空间里。
一切平静、冷却下来以后，宇宙中的物质构成也稳定了，其中有四分之三氢、四分之一氦以及一小部分锂和铍，稀薄的气体充满了这个三维空间。随后还出现了无数光线。是的，这个充满了无尽雾气的明亮宇宙一定会在四种基本力的作用下变得更加有趣。
然而，在大爆炸之后的几分钟里，这个宇宙就安静了下来，事实上，它在接下来几十亿年中几乎没有发生任何变化。它只是在不断膨胀，变得更大、更凉、更暗了。直到某一刻，引力创造了第一个物质结构。它把物质团成一个大球，第一批恒星就此诞生。它们开始发光，使宇宙变得更加明亮。恒星们移动着，形成了恒星团和星系，接着，包含着数十亿颗恒星的超大型结构也形成了。
太阳和其他恒星一样，都是体型、质量很大的气体星球，我们在很远的地方就能看到它们。它们照亮四周，让环境变得温暖，让它们周围的生命（就像地球上这些生命）得以存活。太阳散发着光热，每天早晨都出现在地平线上。它是天空中最壮观的景象。
这些气体星球的内部温度很高，由此产生的巨大压力使原子核融合在一起，并产生新的元素——比如，氢融合产生氦，氦燃烧后成为碳和其他物质。这个过程会释放大量能量。恒星越大，就能孕育出越大的元素。恒星里这种原子核融合过程也叫燃烧，但这种核火和化学燃烧反应不同，这是一种核反应。
大约80亿年前，在距我们几千光年的恒星中发生了核反应，这对我们的历史至关重要。几千光年当然只是一个估计的数值，因为我们的宇宙还在不断扩大，很难说这个恒星是不是正好离我们那么远。
核火在一个刚刚度过壮年的恒星中肆意地燃烧着。每秒都有数百万吨的氢被转化成氦气，通过光和热的形式释放出难以想象的能量。而且，氢的燃烧不是唯一一个正在进行的核过程。恒星内部的巨大热量使氦气燃烧，并产生了碳和氧元素。
我们的故事正是从这个恒星开始的，它和我们今天的太阳非常相似。其中的核反应是一个三阿尔法过程，也就是三个氦核（也叫阿尔法粒子）碰撞后变成碳核。我们要说的就是关于碳原子的故事，故事的主人公名叫乔，他已经在宇宙中生活了80亿年。
我们将和乔一起穿越数十亿年的时光，探索无垠的宇宙。这位小小旅伴会向我们讲述他的经历，告诉我们碳原子如何度过他们的每一天。碳原子的日常生活不会总是很有趣，但是在数十亿年间还是出现了一些值得纪念的瞬间。其实，乔有时像囚犯一样，会被关在一片沉寂的环境中度过几百万年，看不到任何变化。好在乔非常有耐心。后来，他也有幸在几秒钟、甚至几分之一秒内体验了翻天覆地的转变。
乔的身体很小。碳原子的直径只有大约千万分之一毫米，但它们的数量惊人，仅仅在一个人体内的碳原子数量就多达27位数。在乔的带领下，我们能知道他的经历，了解他对事物的看法，通过他的视角看到一个截然不同的世界。我们将和他一起冒险进入人类从未接触过的新世界。
乔和其他原子一样穿着由电子做成的衣服，里面藏着他微小的原子核。原子核的结构非常紧凑，几乎占据了整个原子的质量。它由六个带正电的质子和六个与质子差不多重但不带电荷的中子组成。原子核通过强相互作用力聚成一团。
乔的电子带负电，他们围着原子核快速飞行着。这是因为原子核内的正电荷和电子的负电荷相互吸引。电子在自己的飞行轨道中嗡嗡地飞，形成一层电子壳，像云一样罩在原子外面。这个轨道很窄，只能容纳两个电子，现在完全被占领了。电子们认领了仅有的两个座位，阻止其他电子在这里落座。
现在我们大概知道乔长什么样了。但是，我们永远也不能真的看到他，因为光波太长了，不能把他的模样传送到我们眼中——它们比原子直径长一千倍以上，无法展现原子的图像。一定没人能通过这么长的光波看到这么小的物体。
乔出生在一个恒星的深处。在那里，因为核过程和引力而产生的高温高压足以为三阿尔法过程创造条件。虽然压力把所有物质紧紧地压在了一起，而且温度也高到了极点，但乔还是喜欢那里的环境。原子们可以在气态物质里自由移动——其实还是会遇到一些障碍，因为他们不断和其他原子撞到一起。
唯一让他烦恼的是氢原子。更糟糕的是，他的恒星中有很多讨厌的氢原子，后来乔也不得不和他们打交道。这些事情乔都会一一告诉我们。
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