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现代物理学提出：空间是否可以被分割成越来越小的单位，直至无限小？空间是否会延伸到越来越大的区域，直至无穷大？

哲学问道：虚无和无限的本质是什么？无限中的人意味着什么？

现代科学提出：意识是否可还原为物质大脑及神经元？

哲学问道：人类是拥有自由意志的吗？

莱特曼通过十余篇随笔，探讨了这些科学与人文交叉领域的大小问题——从微笑的神经科学，到记忆的反复无常，到宇宙中生命的特殊性，再到大爆炸之前发生了什么，以诗意的方式，带着我们对宇宙、生命、心灵以及比我们大得多和小得多的事物进行一次小小的深入思考。

原子内部包含着一个无限小的宇宙，而在我们的望远镜之外，存在着一个无限大的宇宙。在这想象的两端之间，是我们人类，脆弱而短暂，紧紧攥着眼前那一小部分现实的一角。

可能的不可能

虚无与无限之间

虚无

大爆炸之前是什么？

虚无

原子

现代的普罗米修斯

思想

1000亿 

微笑

注意力的剖析

永生

童年的幽灵房

为无序辩护

神迹

自然中的孤独家园

生命特殊吗？

无限

宇宙生物中心主义

知晓无限的男人

注释

[美] 艾伦·莱特曼 （Alan Lightman） 著

理论物理学家。诗人、小说家、散文家。

麻省理工学院人文学教授，跨科学与文学任职的开先河者。

普林斯顿大学物理学学士，加州理工学院理论物理学博士，康奈尔大学天体物理学博士后；先后任职哈佛大学天文学助理教授、哈佛-史密松森天体物理中心研究科学家、麻省理工学院科学与写作教授与物理学高级讲师。

小说《爱因斯坦的梦》被翻译为30余种语言，衍生出50多部戏剧和音乐作品。另著有《g先生：关于宇宙创造的小说》《诊断》《双人舞：艾伦·莱特曼科学散文选》等。作品入围美国国家图书奖。

吴峰峰  译

中山大学英语笔译硕士，有多部艺术类、哲学类、教育类书籍翻译经历。

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可能的不可能

我下面要给你们讲的事，几无可能，却是事实。你是从你母亲体内的一粒小小的种子成长起来的，而她也来自她母亲体内的一粒小小的种子。以此类推，层层追溯，穿越昏暗的时间长廊，直到10万年前，在非洲大陆的某个洞穴中，我们会看见一个坐在火堆旁的女人。她不知道什么是城市，也不知道汽车、电为何物。但如果我们沿着时间线，追寻她繁衍后代的踪迹，终，我们又会回到你这里。倘若从10万年前的女性祖先到如今的你，每一代人都在同一张羊皮卷上按下指印，那么这张羊皮卷上留下的指印将多达数千枚。如果这个故事听起来似乎并没有不可思议，或者至少没有那么难以理解的话，我们不妨回溯到更早之前。根据现代技术对从动物化石中提取的DNA（脱氧核糖核酸）的分析，你的那位祖先是更原始的生物的后代，而那些生物的起源则还要早，可溯源到在原始海洋里蠕动和旋转的单细胞生物体。这些早的生命是在数十亿次无生命分子的随机碰撞中偶然形成的，它们能够繁衍出更多的同类，并从汹涌的大海中汲取能量。此前的地球，只有古老的空气—甲烷、氨气、水蒸气和氮气—吹过沸腾的火山。再往前，这些气体还在原始的太阳系星云中旋转、凝结。

虚无与无限之间

……我们来回看帕斯卡在《思想录》中是如何从物理、哲学和心理层面围绕人类来描述无限的。帕斯卡本可以简单地阐述说，宇宙延伸至无限，可能是无限小，也可能是无限大。但他没有这样做，而是以人来衡量宇宙的尺度。首先，与无限大相比：“一个人在无限之中又是什么呢？”然后与无限小相比：“谁能不赞叹我们的躯体呢？它在宇宙中本来是不可察觉的……而与我们所不可能到达的那种虚无［极度渺小］相形之下却竟然一下子成了一个巨灵、一个世界，或者不如说成了一个全体！”人类有着“大自然所赋给他在无限与虚无这两个无底洞之间的一块质量”。凭借对事物大小的认识，现在的我们可以很具体地指出人类在宇宙层级中所处的位置。人体要对半分多少次，才能达到原子的大小？答案是33次（人们直到20世纪才知道这一答案）。反过来想，人体的体积要翻多少番，才能和一颗标准的恒星一样大呢？就以太阳（那是帕斯卡所知道的的物体）为目标吧，答案是30番。因此，从指数大小来看，人体的体积接近于太阳和原子体积的中间值——当然，原子不是无限小，太阳也不是无限大，不过在自然中，前者是微不足道的东西，而后者则堪称庞然巨物。因此，尽管帕斯卡没有我们今天所拥有的宇宙定量知识，但他说，我们人类至少在物理层面介于大与小之间，确实是有道理的。

大爆炸之前是什么？

量子宇宙论是一门推测性的科学。首先，宇宙的诞生是一场只此一次的演出，而我们并没有在场观看。更重要的是，要想探寻宇宙的开端，就必须了解物质和能量在极大密度状态下的引力现象，也就是我们在《虚无与无限之间》中讲到的“量子引力”。物理学家们认为，在这一量子时代，我们如今看到的整个宇宙比一个原子还小得多——大约是一个原子的1亿亿亿分之一（前提是宇宙确实经历了一个膨胀时代）。其温度接近10亿亿亿亿度，时间和空间如沸水一般汹涌。当然，其中的情形是难以想象的。但理论物理学家尝试着以笔、纸还有数学计算来推演它。在这一密度无法估量的小点中，我们认知中的时间以某种未知的方式诞生了。又或者，时间也许早已存在，只是从那里开始有了方向，指向未来。物理学家希望在未来50年左右的时间里，弦理论或其他新的理论将能够可靠地解释量子引力，包括解释宇宙是如何开始的。在那之前，包括霍金、安德烈·林德（Andrei Linde）和亚历山大·维连金（Alexander Vilenkin）在内的一些深度影响力的物理学家就不同的假设展开了辩论，每种假说都有着大量的计算支撑。但这是一个狭窄的领域，胆小勿入。卡罗尔这样向我解释它的魅力：“高风险，高收益。”然后，我们就一头扎进了这一奇幻的兔子洞。

原子

发现了新的微粒之后，汤姆孙教授提出了后来被称为“葡萄干布丁”的原子结构模型：一个均匀地分布着正电荷的球形“布丁”，其中散布着带负电荷的电子。带正电荷的“布丁”需要和带负电荷的电子达到平衡，因为大多数原子是电中性的。

15年后，出生于新西兰的伟大物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）和他的助手们发现，原子根本就不是个布丁。它更像一个桃子。在它的中心有一个坚硬的核，其中包含着所有正电荷和几乎原子的全部质量。而这个坚硬的核中的新粒子被称为“质子”和“中子”。质子带正电荷，中子不带电荷。原子像桃子的这一结论，是在卢瑟福用亚原子粒子轰击原子薄膜后得出的。某些粒子在撞击薄膜后，以很大的角度偏离了轨道，仿佛是撞上了原子内部的一个硬物。如果原子结构像布丁那样的话，偏转的角度应该很小才对。“这是我这辈子遇到过的不可思议的事，”卢瑟福低沉地说，“这就像是你朝着一张纸巾发射了一枚38厘米长的炮弹，而炮弹还会反弹回来击中你一样，令人难以置信。”原子中心的硬核，即原子核，其大小是整个原子的十万分之一。打个比方，如果一个原子像波士顿红袜队主场芬威球场那么大，那么其密集的中心核就只有一粒芥菜籽的大小，而电子则在外层的看台上优雅地绕着轨道运行。事实上，除了几乎没有重量的电子构成的薄雾，原子体积的99.999 999 999 999 9%都是空的。因为我们和其他物体都是由原子构成的，所以我们的身体也基本上都是空的，这是事实。这种巨大的空虚也许是分割不可分割事物所带来的令人不安的结果。

永生

我有件事要坦白。虽然我相信自己只是一个原子的集合体，相信我的意识正随着一个个神经元的消逝而消逝，但我仍然对意识抱有幻想。我会接受这种错觉。100年后，甚至1000年后，我体内的一些原子仍将留在这里，留在我躺着的地方，对此，我十分欣慰。未来，这些原子不知道自己是从哪里来的，可它们曾经是我的一部分。有些曾组成了我脑袋里关于母亲跳波萨诺瓦舞的记忆；有些曾是我住过的间公寓里的酸臭味的记忆；有些曾经是我的手的一部分。如果此刻我可以给我身体中的每一个原子贴上标签，在每一个原子上印上我的社会保障号码，那么在接下来的1000年里，不管它们如何在空气中飘浮、与土壤混合、成为某种花草或树木的一部分、在海洋中溶解然后再次漂浮到空中，它们都有迹可循。有些无疑将成为其他人——某个具体的人——的一部分。有些将成为其他生命的一部分，其他记忆的一部分。或许这也是一种永生。

神迹

与此同时，如果说有另一种现实存在于物质宇宙之外，并且可以随意进入我们这个时空，在我看来这绝不可能，因为我从没有见过任何其存在的证据。我们形成自己的世界观，须以自己或者信任之人的经验为基础。在这方面，我一直相信“奥卡姆剃刀”理论：面对解释同一事件的各种猜想，我会选择其中简单的那一种（也就是需要少假设的那一种）开始验证，直到它被证明是错误的。倘若物质世界中的事件都可以用自然法则来解释，为什么要引入超越自然的因素呢？在我看来，摩西分海以及其他传说没有相关文献作为佐证，也就无法证实。更何况，它们与我眼中的现实相违背。而我眼中的现实，来源于自身认识自然过程中无数次大大小小的经验，从童年时期的实验到对物理学的研究探索，再到我的日常生活。

综上所述，我仍然认为自己是一个有灵性的人。我说的灵性，是相信比自己更伟大的事物，欣赏美，遵守某些道德行为准则（如黄金法则）。灵性并不要求相信神迹。

每个夏天，我都会和我的妻子在缅因州的一个小岛上度假，远离所有的城市。夜晚，天空很暗。有时，风平息了，潮汐沉寂，海水平静，我能看见水面上闪烁着无数的点点星光，随着海水的波动轻轻起伏、荡漾。尽管我十分清楚其中的科学原理，但我仍对这一切感到敬畏并为之深深着迷。在我眼中，这已经是神迹了。

自然中的孤独家园

自然没有目的，只是单纯地存在。我们会觉得自然很美好或者很可怕，但这些感觉都是人类构建出来的。作为有思想的生物，我们很难接受自然是完完全全无意识的。我们觉得自己与自然紧密联系。殊不知，这只是一厢情愿，完全不对等。因为另一方根本没有思想意识。而正是这种无意识，加之其不可思议的力量，令我在希腊航行时害怕不已。

2014年，联合国政府间气候变化专门委员会的报告记录了由人类导致的温室气体和全球变暖正在造成的破坏，天气模式变化，海平面上升，干旱和风暴，还有对人类居住条件及农业的威胁。读到这份报告时，我们要关心的不应该是如何保护地球。以自然的能力，人类是奈何不了它的，何况，它不在乎100年后人类是否还存在。我们应该关心的是如何保护自己。因为我们只能指望自己。

宇宙生物中心主义

已 故 的 杰 出 理 论 物 理 学 家 弗 里 曼· 戴 森（Freeman Dyson）在1979年曾沉迷于一个无比大胆的科学想象：在极其遥远的未来，宇宙和智慧生命的命运将会如何？这里所说的未来，不是几十万年之后，那时的地球将进入下一个冰河期；甚至也不只是几十亿年之后，那时的太阳会膨胀，变成一颗“红巨星”并吞噬地球。我们这里谈论的未来，是指数百万亿年后，太空中的所有恒星都已燃烧殆尽，行星也会在流浪恒星的引力影响下被拽离轨道，甚至被带到更远的地方。令人稍感惊讶的是，戴森写道：“如果不将智慧生命的活动考虑在内，那就不可能对宇宙的遥远未来进行详细的预测。”他接着描述了智慧生命在这个严峻的未来生存下来的一个可能方案——将意识和记忆从血肉之躯转移到大型粒子结构中去，如漂浮的星云。为了生存，这些“智慧结构”必须进入长时间的休眠，即使在活动期间，也要对日益减少的能量精打细算。

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“因果关系不是宇宙的基本法则，”佩奇说道，“它只是我们从经验中总结出来的粗略的概念。”绝对的因果关系可能只是一种错觉，是我们的大脑和科学用以理解世界的一种方式。

神经科学家还说，人脑中无数个神经元之间的联系会随着时间的推移而改变。果真如此的话，意味着宇宙会在我们的头脑中不停地变换、再变换。

通过当时的一系列极为精密的实验，人们发现粒子和反粒子的行为方式并不完全相同。二者与其他粒子相互作用的方式会表现出细微的不对称性，所以在宇宙创生之初，产生与摧毁的粒子和反粒子数量其实不等。在大批粒子与它们的反粒子携手湮灭后，一些粒子会留下来，就像在舞会上落单找不到舞伴的男孩，孤独地坐在长凳上。这些被剩下的粒子以及使之成为可能的不对称性，便是我们存在的原因。

编辑推荐

梁文道、蔡康永盛赞的理论物理学家，科学家中的桂冠诗人莱特曼

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追溯2000年的物理验证，撷取4个世纪的科学突破：从亚里士多德、帕斯卡、牛顿、爱因斯坦到当今科学家如暴胀学派的创始人阿兰·古斯，莱特曼带读者在量子物理、遗传学、神迹和正在膨胀的宇宙中探索存在之意义。

聚焦于无限与虚无：140亿年、100亿亿亿亿亿分之一秒……宇宙中存在着无法想象的无限大和无限小的数字与丰富的“虚无”的概念。莱特曼用前沿的物理理论切入广大的主题——无限、虚无、永生、神迹、思想、宇宙大爆炸之前等，带读者解决诸如宇宙起源和意识本质等大问题。

让复杂的科学变得容易理解：莱特曼在书中融入了自己的故事和观点，并用比拟的天赋让相当特别和怪异的物理学变得令人熟悉且易读

媒体评论

科学需要诗人，莱特曼正是科学家和人文学者的结合。

──《纽约时报》

莱特曼以一种有趣且易于理解的方式探讨了像宇宙的起源和意识的本质这样的大问题，为我们带来了一系列关于虚无和无限的可能性和不可能性的沉思，并讨论了我们在宇宙中的位置如何介于两者之间。

——《华尔街日报》

莱特曼有两大突出的天赋。一个是比拟。物理学可以相当和怪异，但莱特曼能够让它变得令人熟悉且易读。另一个是擅长搭建科学和个人之间的桥梁……《宇宙的无限与虚无》是美丽的论证，是对浪漫主义时代“科学扼杀奇迹”这一旧观念的有力反驳，在他的笔下，科学只会使奇迹倍增。

——《美国学者》期刊

一次令人大开眼界、有见解、有知识的科学漫游。复杂的科学变得容易理解。

──《科克斯书评》

诗人物理学家莱特曼怀着对存在的深情敬意，撷取了四个世纪以来的科学突破。他挑战了我们关于生与死的二元论，令《宇宙的无限与虚无》满是微妙又深刻的寓意。它闪闪发光。

——玛丽亚·波波娃（美国评论家）

莱特曼对物理世界的敬畏是富有感染力的。他说话时带着科学家的权威，尤其是哈佛天体物理学家的权威，以及小说家的口才……《宇宙的无限与虚无》是是一本入门读物，它不仅描述了现代科学令人兴奋的发现，还介绍了前沿科学家及其研究。莱特曼在书中融入了自己的故事与声音。

——《出版人周刊》

光芒四射，令人兴奋。莱特曼赋予科学事实以敬畏之心，引导读者在量子物理、遗传学、神迹和正在膨胀的宇宙里开启了一次生动而富有启发的思想之旅。每一篇都提供了新的坐标，唤起了读者的回忆，加深了理解。

                                                              ——《书单》杂志

书籍介绍

现代物理学提出：空间是否可以被分割成越来越小的单位，直至无限小？空间是否会延伸到越来越大的区域，直至无穷大？

哲学问道：虚无和无限的本质是什么？无限中的人意味着什么？

现代科学提出：意识是否可还原为物质大脑及神经元？

哲学问道：人类是拥有自由意志的吗？

莱特曼通过十余篇随笔，探讨了这些科学与人文交叉领域的大小问题——从微笑的神经科学，到记忆的反复无常，到宇宙中生命的特殊性，再到大爆炸之前发生了什么，以诗意的方式，带着我们对宇宙、生命、心灵以及比我们大得多和小得多的事物进行一次小小的深入思考。

原子内部包含着一个无限小的宇宙，而在我们的望远镜之外，存在着一个无限大的宇宙。在这想象的两端之间，是我们人类，脆弱而短暂，紧紧攥着眼前那一小部分现实的一角。

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在科学的引导下，人们在虚无和无限这两个无底洞之间发现了可观察到的最小和最大事物的极限。莱特曼将带领我们在宇宙中开启一次生动而富有启发的思想之旅。