奇观

继广受欢迎的《寻找薛定谔的猫》《深奥的简洁》后，约翰·格里宾又将读者的注意力吸引到了一些看似不可能，却令人惊叹的天体物理学奇观上。比如：

“只有当天空中的太阳与月亮看上去一样大，地球上的生灵才能看到日全食的奇观，而这美妙的巧合不早不晚，就发生在人类文明出现的那一刻。

“水在桶中旋转，沿桶壁上升，形成凹状液面，是因为它‘感受’到了遥远星系宇宙万物的引力。

“地球上所有复杂生命的共同祖先是一种单细胞生物，但是如果没有月球这个‘大功臣’的‘维稳’作用，原始生物就不可能演化出人类这样的生命形式。”

这将是一次颠覆我们认知的奇妙科学之旅，正如《物理世界》所言：“格里宾巧妙地将这些点连在一起，展现出一幅比各部分之和更令人惊叹的更大的图景。

约翰·格里宾（John Gribbin）

剑桥大学天文物理学博士、英国著名科学读物专业作家，曾任职于《自然》科学期刊、《新科学人》杂志，目前身份为英国萨塞克斯大学天文学荣誉高级研究员

格里宾著作颇丰，写作范围极其广泛，内容涉及量子物理、宇宙起源、气候变化等。

目前他已创作了超过100本科普著作，获得英美多种奖项肯定，并被译成30多种语言广为流传，包括《寻找薛定谔的猫》《霍金传》等，其中，《寻找薛定谔的猫》更被普遍认为是《时间简史》之前好的一部有关量子物理学的著作。

2009年，格里宾被英国科学作家协会授予“终身成就奖”。

序 知识的尽头

科学是一门探索未知的学问。当某个科学理论被推翻的消息，赫然成为各大报纸头条，在大众眼中变成科学界的又一次“滑铁卢”时，我那些非科学家出身的朋友偶尔会向我们投来同情的目光。前不久，科学家发现宇宙其实正在加速膨胀，现有的宇宙大爆炸模型过于简单，需要修改。听到这个消息，我的朋友曾替我惋惜：“那么漂亮的理论居然是错的，你一定很伤心吧？”完全不会！当有新的证据涌现，暗示我们可能需要用新的理论来解释这个世界时，优秀的科学家高兴都来不及，怎么会伤心呢？正是那些源源不断的新想法，构成了科学的命脉。如果所有理论都完美无缺，并且准确无误地阐释了这个世界（我指的是整个宇宙，不光地球），那么科学家早就没事可干，可以退休了。

你可能会想，科学家怎么还没失业呢？我们对这个世界已经了如指掌，还有什么需要他们探索的吗？历史告诉我们，做人一定要谦虚，不能自满。19世纪末，物理学家们普遍认为，有了牛顿力学和麦克斯韦电磁学这两大支柱，我们已经吃透了物理世界的所有基本规律，没有什么需要后人去发现的。1894年，以测量光速闻名的美国物理学家迈克耳孙（Albert Abraban Michelson）说：

“现在就说‘未来物理学不会再有比过去更惊人的奇迹’显然言之过早，但是事实很有可能是，我们的前辈已经建立起牢固的理论大厦，大多数基本原则都已成形，留给后人去做的就是将这些理论严格套用到他们所看到的所有物理现象上。这个时候，测量学的重要性越发突出。物理学界更加需要的是定量研究，而不是定性研究。某位著名的物理学家甚至说，未来的物理学真理，要到小数点第六位之后去寻找了。”

上述言论刚发表不久，科学家就发现了X射线，狭义相对论、广义相对论、量子力学也相继诞生。这些伟大的科学奇迹，绝对比过去的经典理论更举世震惊。幸好迈克耳孙在第一句话里给自己留了点余地，否则老脸都要挂不住了。经过这次“打脸”，科学家们学会了永远不要说：留给后辈去做的，只有一些零碎的修补工作。

但是，为什么我们知道得越多，有待发现的就越多呢？让我打个比方，假设你面前有一张很大的白纸，纸上有一个小圆圈，这个圆圈代表我们对这个世界的全部认知，我们知道的一切都在圆内，我们不知道的一切都在圆外，我们知道得越多，这个圆圈就越大，周长也变得更长，这意味着已知与未知的边界在扩大。正如满匙爱乐队（Lovin’Spoonful）在《她依然是谜一般的女子》（She is Still a Mystery）中唱的：“我看到得越多，我没看到得也就越多。”因此，在可预见的未来，科学家依然任重道远。他们需要建立更多假说（或猜想），持续进行实验或观测，排除不正确的猜想。

每当出现激动人心的宇宙观测数据，证实爱因斯坦的猜测是对的（媒体总喜欢以“爱因斯坦是对的”为标题），相对论者会不会很兴奋？或多或少吧。不过，如果有观测结果跳出来唱反调，说广义相对论固然很好，但它并不总是对的，他们会更兴奋。这就是实验的意义。科学家们做实验，不是为了“证明爱因斯坦是对的”，而是为了找到理论不适用之处。

因此，不管媒体怎么大做文章，好的科学家做实验，从来不是为了证明自己心爱的理论是对的 ，而是为了找到它们不适用的地方。那里往往蕴藏着尚未探知的奥秘，等待科学家们去挖掘（如果他们好好挖，说不定会挖到一个诺贝尔奖）。

美国物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）有一段很著名的话：

“如果它与实验相悖，它就是错的。这句话听着简单，却是科学研究的关键。不管一个猜想有多美，不管提出猜想的人是谁，不管他有多了不起，不管他有多聪明，只要这个猜想与实验相悖，它就是错的。”

这段话与柯南·道尔的名言不谋而合。科学家正是通过实验（或观测）来消除不可能的猜测，《天演论》的原作者赫胥黎（Thomas Henry Huxley）将这称为“科学的巨大悲剧——用一个丑陋的事实，杀死一个美丽的假说”。

不过，一个好的科学家不会像道尔那样，把话说得如此绝对。一旦排除了所有不可能，从人类现有的认知水平来看，剩下的极有可能是真相，但不一定是最终的真理，也许只是又一个美丽的假说，尚未遇到将其扼杀的丑陋事实罢了。在接下来的阅读中，请读者始终牢记这一点，并随我将视线转向一些（基于人类现有的认知）看似不可能的真相上。

约翰·格里宾

2020年5月

序 知识的尽头

第一章 月亮的奥秘

第二章 宇宙之始，犹可知也

第三章 宇宙正在加速膨胀

第四章 人类能够探测到黑洞并合的涟漪

第五章 牛顿、主教、水桶和宇宙

第六章 蝴蝶效应

第七章 复杂生命的共同祖先

第八章 人类在冰期中成长

补充读物

致谢