前言

致謝

序篇：科學之始

篇知識的本質——了解宇宙可知事物的挑戰

１.覺醒

２.天地如一

３.眼見不為實

４.信息陷阱

５.止步不前的科學

第二篇自然知識——探索宇宙的挑戰

６.從太陽中心出發

７.行星展覽

８.太陽繫裡的流浪者

９.五個拉格朗日點

10.反物質真重要

第三篇自然之道——自然如何向探究者展現自己

11.恆定不變的重要性

12.速度極限

13.彈道飛行

14.關於密度

15.彩虹之上

16.宇宙之窗

17.宇宙的色彩

18.宇宙等離子體

19.火與冰

第四篇生命的意義——破解生命之謎的挑戰與勝利

20.塵歸塵

21.恆星鍛造

22.氣體雲

23.金發女孩和三顆行星

24.水

25.生存空間

26.宇宙裡的生命

27.我們的無線電泡泡

第五篇當宇宙變糟時——宇宙欲毀滅我們的種種方法

28.太陽繫裡的混沌

29.即將上映

30.世界末日

31.星繫發動機

32.摧毀他們

33.死亡黑洞

第六篇科學與文化——宇宙發現與公眾反應之間的糾葛

34.人雲亦雲

35.數字恐懼癥

36.有關困惑

37.科學沙灘上的足跡

38.暗裡乾坤

39.好萊塢之夜

第七篇科學與上帝——當認知方法發生衝突時

40.初始

41.聖戰

42.無知之界

參考文獻

人名索引

名詞索引

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覺醒



人類憑著自己的五官感覺探索周遭的宇宙，並稱這樣的探險為科學。

——愛德文·鮑威爾·哈勃（1889-1953），《科學的本質》

在我們的感官之中，視覺是特別的。眼睛不僅可以獲取房間裡的信息，還可以獲取整個宇宙的信息。少了視覺，天文學就不會誕生，我們測量自己在宇宙中位置的能力也必定受到制約。想想蝙蝠吧，無論它們代代相傳的秘密是什麼，可以確定的是肯定沒有一個與夜空的景色有關。

如果把人的五官感覺看做一組實驗儀器的話，那它們的敏銳程度和感知範圍都令人驚訝。我們的耳朵既能聽見航天飛機發射時震耳欲聾的轟鳴聲，也能聽見蚊子在頭頂上飛行的嗡嗡聲。我們的觸覺既能感覺到保齡球砸在大腳趾上的衝擊，也能感受到一毫克重的小蟲在胳臂上爬行的感覺。有人喜歡品嘗哈瓦那辣椒（據說是世界上辣的辣椒）的刺激，敏銳的舌頭能夠以百萬分之一的精度分辨食物的滋味。我們的眼睛能夠觀察陽光明媚的海灘上的耀眼沙地，同樣的眼睛也能在黑暗的禮堂裡毫不費力地發現幾百米外剛剛點燃的火柴。

不過，在我們被驕傲衝昏頭腦之前，也要注意在我們擁有較廣感知力的同時也失去了感知的精度：我們是以對數而非線性的關繫感知外界的刺激。例如，當把某個聲音的能量放大10倍的時候，你的耳朵聽到的變化要小得多。如果增大2倍，你幾乎不會注意到。我們感知光的能力也是這樣，如果你看過日全食，那也許會注意到隻有當日輪被遮擋超過百分之九十的時候纔會有人說天暗下來了。用於表示星星亮度的星等，熟知的表示聲音大小的分貝，以及衡量地震強度的震級都是用對數表示的，部分原因就是因為我們生來就是這樣看、聽和感覺世界的。



在五官感覺之外，我們還有什麼？是否存在超越五官以外的其它感知方式？

人體善於解析周圍即時環境的簡單信息，比如現在是白天還是黑夜，或是察覺有生物要掠食我們；但是如果沒有科學工具，就無法解析自然的其他部分是如何運作的。如果想知道外面有什麼，除了與生俱來的感知能力以外，還需要其它探測器。幾乎所有科學儀器的用處都是為了超越人類感官的廣度和深度。

有些人自誇擁有第六感，能夠知道或看到別人無法看到的東西。算命先生、通靈者以及神秘主義者是常見的聲稱擁有神秘力量的人。於是眾人對他們的能力神往不已，尤其是出版商和電視制片人。這種可疑的心理玄學之所以有市場，是因為人們希望至少有些人的確擁有這樣的天賦。

對我來說，的疑問是為什麼這麼多算命先生不到華爾街去炒期貨發大財，反而跑到電視臺靠接熱線電話維持生計。而且我們也從沒看見過這樣的頭條新聞——“算命先生中彩票大獎”。

和這個疑問完全無關的是，用來驗證心理玄學的雙盲對照實驗一再失敗，證明所謂心理玄學毫無根據，根本不是什麼第六感。

從另一個角度來說，現代科學擁有許多感覺。科學家們並沒有說這些是什麼特別的力量，隻說是特別的硬件而已。當然，終這些硬件把利用額外感知力采集到的信息轉換為人的天然感官可以解讀的簡單圖表和圖像。在科幻電視劇《星際迷航》原初繫列裡，從星艦降落到未知星球上的船員們總是帶著三度儀——一種能夠分析任何物體（有生命或沒有生命的）基本信息的手持設備。在待測物體上揮動三度儀，它就會發出使用者能夠聽懂的古怪聲音。

面對一團發光的未知物質，如果沒有三度儀那樣的分析工具，我們就無法獲得這團物質的化學或原子組成。我們既不清楚它是否有電磁場，也不知道它是否輻射γ射線、X射線、紫外線、微波或無線電波。我們更無法確定這團物質的細胞結構或晶體結構。如果這團物質離我們很遠，看上去隻是天空中的一個亮點，我們的五官感覺就無法判斷它的距離、速度、自轉等信息。我們更無力分析其光線的光譜信息和極化信息。

沒有硬件幫助我們分析，也沒有去觸摸它的特別衝動，我們隻能這樣向星艦報告：“船長，這有一團東西。”恕我冒犯哈勃，本章開篇的那段動人又充滿詩意的話應該改作：

    人類憑著自己的五官感覺，以及望遠鏡、質譜儀、地震儀、磁力計、粒子加速器和各種電磁頻譜檢測器，探索周遭的宇宙，並稱這樣的探險為科學。

請想像一下，假如我們生來就具有高度精密的可以調諧的眼球，呈現在我們面前的世界將會比現在豐富多少倍，我們發現宇宙基本性質的時間會快多少吧。把眼睛調到電磁頻譜的無線電波部分，白晝的天空就會變得像夜晚一樣黑暗。天空中散布著明亮的光點，那是那些著名的射電源，比如位於射手座幾個主星後面的銀河中心。把眼睛調到微波波段，我們會看見整個宇宙都被早期宇宙的餘暉照亮，那是一面產生於大爆炸之後、厚達38萬光年的光牆。調到X射線波段，你可以立刻定位黑洞的位置，看見物質不斷卷入其中。調到γ射線波段，你會看見宇宙裡各處的劇烈爆炸，差不多每天一次。觀察這些爆炸對周圍物質的作用，會發現物質溫度上升，並發射出其它波段的光。

如果我們有與生俱來的磁探測器，指南針就永遠不會被發明，因為沒人需要它。隻要對準地球的磁力線，磁北極就像奧茲國（童話《綠野仙蹤》裡的一個虛構的國度）一樣隱現在地平線上。如果我們的視網膜裡有光譜分析儀，就不會好奇地想知道我們呼吸的空氣的成分。隻要看一眼儀器，就知道空氣裡是否有充足的氧氣以維持人類的生命。我們也會在幾千年之前就已經知道銀河繫裡的恆星和星雲所含的化學成分與地球上的一樣。

如果我們長著內置多普勒運動探測儀的大眼睛，即使是史前的穴居人也能立刻看出整個宇宙正在膨脹，遙遠的星繫正遠離我們飛去。

如果我們的眼睛有高性能顯微鏡的分辨率，就沒有人會說瘟疫和其他疾病是神的惱怒和懲戒。你可以一目了然地看到致病的細菌和病毒玷污你的食物或者感染你皮膚的傷口。借助簡單的實驗，你可以很容易地分辨這些微生物哪些是有益的、哪些是有害的。那樣，術後感染的問題早在幾百年前就能被鋻別出來並得以解決了。

假如我們能夠探測高能粒子，就能在很遠的距離上定位放射性物質而不需要蓋革計數器。你甚至能看見氡氣從你家地下室的地板滲透出來，而無需花錢讓人幫你檢測。



從小對五官感覺的訓練，使我們作為成人能夠判斷生活中的事件和現像是否“合理”。問題是，過去一個世紀裡幾乎沒有什麼科學發現源自人類感官的直接運用，而是來自運用感覺更加靈敏的數學和硬件。這個簡單的事實說明為什麼普通人會認為相對論、粒子物理學和十維弦理論不合理。在這份名單上還有黑洞、蟲洞和大爆炸。實際上，這些概念對科學家來說也不完全合理，至少在我們運用所有技術手段進行了很長時間的宇宙探測之前是這樣的。終出現的是一個更新、更高層次的“公理”，它使科學家能夠創造性地思考，對陌生微觀世界裡的原子、或者對令人震驚的多維空間裡的情況做出判斷。20世紀德國物理學家普朗克對量子力學的出現作了類似的評論：

現代物理學給人印像深的莫過於一條古老的真理，它告訴我們：在我們的

感知之外，還有事實存在。在某些問題和矛盾上，事實對我們來說比豐富的經驗更有價值。（Planck，1931年，第107頁）



我們的五官感覺甚至會與愚蠢的形而上學的問題的合理答案相互衝突，比如“如果一棵樹倒下時附近沒有人，它會發出聲音嗎？”我的答案是：“你怎麼知道樹倒了？”但這樣的回答常常令人惱怒，所以我就打了個毫無意義的比方：“問：如果你聞不到一氧化碳的氣味，你怎麼知道它存在？答：因為你死了。”在現代，如果周圍的信息全靠五官感覺來獲取，那你的性命就難保了。

一直以來，探索新的感知方法令我們的非生物感知手段日漸豐富，讓我們對宇宙的認識逐步加深。每當找到新的方法，宇宙就展示出新一層的雄偉與繁復，就好像我們逐漸進化為感覺超級敏銳的人類一樣，令我們覺醒。