图书在版编目（CIP）数据

越弱越暗越美丽/李淼著.—南京：江苏文艺出版社，2013.4

ISBN 978-7-5399-5870-5

Ⅰ.①越…Ⅱ.①李…Ⅲ.①科学知识－普及读物Ⅳ.①Z228

中国版本图书馆CIP数据核字（2012）第309626号

书 名：越弱越暗越美丽

著 者：李 淼

责任编辑：郝 鹏 孙金荣

策划编辑：董曦阳

特约编辑：王光灿

文字校对：陈晓丹

封面设计：水玉银

出版发行：凤凰出版传媒股份有限公司 江苏文艺出版社

出版社地址：南京市中央路165号，邮编：210009

出版社网址：http：//www.jswenyi.com

经销：凤凰出版传媒股份有限公司

印 刷：三河市杨庄双菱印刷厂

开本：890毫米×1280毫米 1/32

印张：8

字数：200千字

版次：2013年4月第1版 2013年4月第1次印刷

标准书号：ISBN 978-7-5399-5870-5

定价：35.00元

（江苏文艺版图书凡印刷、装订错误可随时向承印厂调换）

推荐序一 聆听宇宙的音乐

严锋（《新发现》主编）

李淼老师是中国科学院理论物理所的研究员。他研究的课题有量子场论、全息暗能量模型、宇宙学矩阵模型、微波背景辐射谱和暴涨宇宙、弱引力猜想等等。这些令人望而生畏的名词可以归结为一个问题，那就是我们的宇宙是什么，从哪里来，到哪里去。

这也就是传说中的终极问题。从前，此乃神职人员的专属领地。后来，哲学家将之视为自己的最高使命。有时候，文学家和艺术家们也会挤进来分一杯羹。现在，薪火相传，接力棒到了科学家手里。更准确地说，其实科学家一直在关注这样的问题。对宇宙本质的好奇，从来都是科学发展的根本性动力。只不过，越来越强大的观测研究工具，日新月异的理论模型，为科学在本原问题上赢得了越来越强势的话语权。

不幸的是，这也让科学在这个问题上的解释越来越深奥，越来越远离日常语言，远离直观的想象，甚至远离我们熟悉的常识与理性。科学家们说着巫师一样的语言，画着谶纬一样的符号，做着魔法一样的实验。公众以敬鬼神而远之的态度仰望着他们，世界越来越分裂为两块：凡人的世界与科学家的世界。这是一种奇怪的悖论，一方面科学与每一个人的生活越来越密切，另一方面科学却越来越超越普通人的理解。

这种分裂在中国还有其他的因素。这些年，我参与编辑大众科学杂志《新发现》。现在国家对科研投入越来越大，成果越来越多。但是当我们的记者想要采访一些课题组的时候，却往往吃闭门羹。想要约一些成名科学家写稿，更是难上加难。这也可以理解，因为现在的大学和研究所都实行量化考评机制，项目与SCI论文成了衡量人生价值的最基本尺度。大众科普工作，往往很难进入专业研究人员的视域。再说啦，即使他们有心写，也未必写得好。

曾经与台湾科普作家王道还老师聊天，他说台湾也有这种情况。科普被视为“不务正业”，好像只有学术上失败的人才会去做。在另外一些科学更为发达的国家，科普的工作却有许多知名的科学家来承担。比如堂堂牛津大学，就设有西莫伊公众理解科学教授教席，其职责就是向公众解释科学家所做的工作。大名鼎鼎的理查·道金斯，就是这一尊贵席位的第一个任职者。

说到这里，我对李淼老师的敬意与感谢就要溢出了。从2006年5月号开始，他为《新发现》杂志开设“惯性参照系”专栏，将近7年的时间，约80篇文章，风雨无阻，从未间断。本书中的许多文章，就出自该专栏，读来格外觉得亲切。这些文章谈天说地，从宇宙到人心，从牛顿到王朔，从巧克力到命运，涉及的知识领域广阔得惊人。职业科学家的专业训练，加上飞翔灵动的多维视角，使李老师的文笔既冷静又热烈，既坚实又充满弹性。我的一个基本观感是：啊，原来我们也有这样的科学家！

有一次，在微博上看到有人质疑李老师不专心科研，大搞旁业。李老师火了（科学家也是有脾气的），当场甩出一个链接，上面有他近年的科研成果。然后……然后那些人就都闭嘴了。事实上，恰恰是战斗在第一线的科研工作人员这样的身份，才让李老师对最前沿的问题有切身的认识和权威的发言。难忘今年关于希格斯波色子激动人心的消息传出，李老师几乎是通宵守候，疯狂刷屏，在第一时间向公众解释那些天书般的话语的意义。在那样的时分，我们能真切感受到李老师对自己专业的深爱。那是一种最纯粹的喜悦，当世界最隐秘的真相稍纵即逝，惊鸿一瞥。

李老师一个主要研究方向是弦论，他应该是中国在这个领域最有发言权的科学家。这个理论认为，组成所有物质的最基本单位是一些“弦”。这听上很有一种音乐的感觉。事实上，李老师是一个音乐爱好者，特别喜欢拉赫玛尼诺夫的钢琴协奏曲。他也是诗歌爱好者，喜欢里尔克，也喜欢自己写诗，有一段时间几乎是一天一首。他还特别喜欢与文学青年交往。最近，他又迷上了科幻。在成都开科幻大会的时候，在刘慈欣和韩松等人的“启发”下，他开始琢磨着自己动手写科幻。说老实话，当他拿出第一个科幻的片段的时候，我还有些不当回事。捞过界了吧，李老师？但等到他很快又拿出第二篇的时候，我惊讶于他进化与变异的迅速。按照这样的速度发展下去，有什么是不可能的呢？

我和李老师仅见过一面。但那一面是难忘的。当时时间很紧，机会难得，赶紧向他打听几个要紧问题的答案：

问：宇宙从何而来？

答：大爆炸。

问：宇宙大爆炸之前是什么样子的？

答：很多人，包括霍金，认为大爆炸从奇点（无穷小的一点）开始。

问：奇点之前是什么？

答：这个现在差不多也已经搞清楚了，很多科学家认为是量子涨落。

（稍微解释一下，量子涨落就是无中生有，有能量，但是没有物质，——没有物质！）

问：量子涨落之前是什么？

答：这已经超出了科学的范畴。

（在我的一再追问下，李老师最后还是把他对量子涨落之前状态的猜想告诉了我。）

李老师告诉我的是什么？这个坑就让大家读了这本书后，自己从中寻找吧。

2012年12月26日于上海

推荐序二 星空、诗人、梦想及其他

蓝蓝（著名诗人）

在我看来，没有什么比一个天文学家和一个诗人有更密切的联系了。

任何一个民族的创世神话，都与天地宇宙相关。它不仅涉及到天地如何诞生，也涉及到人的本性、人的诞生。它指向人与万物的联系，人与自然和永恒渴望融为一体的隐秘冲动。人借助语言做一个生存之梦，以便寻求生的意义，借助隐喻向无限之宇宙敞开自我之有限，并在将世界符号化的过程中，摆脱孤立无援的生存意识——赋予宇宙万物以意义，则此意义保证人之世界的意义。这也是一个诗人执著于追问世界何以成为世界、人何以成为人的原因。

能有幸将天文学家与诗人身份合而为一的并不多见，李淼先生则是一个代表。

和李淼的理论文章相比，我读他的诗歌更多一些。我好奇于一个科学家是如何用文字将他的所思所感转化为诗句而不是公式。我曾对他说过这样的话：“和诗的内容相比，文科生更好奇科学家的思维方式，比如‘潜意识回路放电’。和科学家比较相像的地方是，文科生也迷恋无知，那是想象力和创造力开始的地方。”

这里的“潜意识回路放电”是他诗中的一个句子，这样的句子文科生很少能写出来。我对那些能够知道我所不知事物秘密的人同样也充满好奇——他们是如何同世界发生关系的？以什么样的方式、通过什么样的途径？这种好奇源于对存在的认知渴望，正如加缪所说的那样——“我不感到厌烦的地方，就是我学不到任何东西的地方。”这里，“学不到任何东西”自然是指未知世界的地平线一直在你面前，引领你不断向前走，这是通往生而非死的道路。

我对星空的迷恋自童年起保持至今。儿时满天灿烂的繁星和划过夜空的流星，是我最早对永恒与死亡的认识。我的外祖母曾说：“一颗天上的星星坠落，就是地下一个人死了。”无边无际的星空不仅仅给我带来了无限遐思，也带来了对死亡的恐惧。

及至开始读书上学，当一个老师告诉我“你看到的星星也许早已经熄灭，因为它的光要走很多万年才能抵达你的眼睛”时，我的震惊无以言表。——或许，这就是我真正对“时间”、“宇宙”等概念感兴趣的开始，那时，我的梦想是成为一个天文学家。

阴差阳错，最终走上了文学的道路，幸运的是，诗歌与星辰宇宙的联系是如此密切，盖因诗歌语言是一个巨大的隐语系统，它须借助世界万物的形象来表达作者的所思所想，并在这一过程中使万物互相发生联系，从而确立一个人在世界和语言中的存在。或许，这也能解释李淼先生作为一个科学家写诗的理由。

自波德莱尔以来，人与自然的隔离愈来愈远，古老的事物也渐渐失去了它的象征，这意味着我们在丧失赖以立足的精神世界。但在那片日渐缩小的梦的王国，依然还有人继续着造梦人的工作——当一个象征的世界面临解体时，重建与自然的关系仍然是创世纪工作的一部分，诗人通过语言的创造，给自己一个可返回的家园，而科学家则用艰辛的探索，将想象力付诸人与宇宙的连接。还用说吗，浏览一下《越弱越暗越美丽》这本书的目录，便知李淼兴趣之广泛——社会、家庭、婚姻、物理、数学、传说、宗教、神话、音乐、艺术等等，不一而足。正如他不惮于以一个颇有建树的科学家身份为广大读者写科普文章一样，此中的意义仍然围绕着从最细微的地方开始，重建人们的宇宙观以便获得一种有助于我们生活的宇宙感——这不仅关乎人们如何走出精神的困境，也关乎恢复生命和世界的基始关系，因而“弱”实则是一股强大的力量，隐喻性的语言则更是折射明晰的光芒。也正是因为世界的本质是倾向于隐匿的，人类才能更多地激发其精神力量，点燃语言的烛火，去照亮我们的存在。

一位学者曾精辟地引用柏拉图的话：“不参与永恒理念世界的本质，就没有任何东西能够存在。”正如时间是我们所有悲伤的来源，探索时间的秘密，也正是探索我们存在的秘密。尽管科学家们是通过其“观念模型或理论结构”的途径来接近事实存在，但毋庸置疑，这样的观念和理论恰恰也是其想象力和感受力组成的体系。且看一段李淼的诗句：

只能通过一次性的事物看见你

彗星一样美丽的前额

只一次抬头，空中两轮明月

相对的酒窝

（《想象》）

这里，必有一死的生命，和月亮星辰之永恒象征联系在一起，正是我们悲痛的一个原因，也是我们渴望“热爱”之不朽的向往。而理性告诉我们，月亮星辰若不仅仅是个象征，那么它们的存在也是一个有限的生命，每念至此，更会令我们倍加珍惜“现在”，盖因我们的停留不会长久，我们互相凝视的时刻也不会长久。不知死，焉知生？若无短暂，何求永恒？作为诗人的李淼和作为科学家的李淼在此融为一体，以诗句将我们日常生活某个瞬间的感受引入更广阔的事物之中，汇入生命的汪洋，使我们逐渐接近思维和存在的本质。

在他最近创作的《感想种种》这首诗里，有这样的句子：

在一分钟之内完成的梦，

竟朦胧了一生

李白有诗云：“生者为过客，死者为归人。天地一逆旅，同悲万古尘。”这些诗句和李淼一样，都在书写时间的奥秘：虽有与天地同悲之情，亦有对“时间”这一概念的觉醒。哲学家圣·奥古斯丁曾经说：“什么是时间？如果没有人问我，我还知道。可是当我想向人们解释什么是时间时，我坦白，我不知道。我甚至不知道我所不知道的是什么。”尼采曾说：“是不是呢？时光流逝，而一切非永恒的东西不是只是一个谎言吗？”一切运动并变化的——消逝、熄灭、诞生、衰落——都在确切无疑地证明着时间的存在，粒子的运动、种子的萌芽、花朵的绽放，都像是对时间的赞歌和验证其存在的证据。不过，按照相对论的说法，倘若速度和光速相等，那么时间就不存在了。在李淼的诗中，时间的概念同样也不再是我们日常所知的持续流动的时间，“一分钟”和“一生”亦是相等的。我在一本书中看到过爱因斯坦给一位友人遗属的唁电中说：“如果时间是相对的，那么我们就不知道他是否真的先于我们而死了。因此我们不要悲痛。”这位伟大科学家的话，和诗人的诗句一样，将我们从令人绝望的线性时间的深渊解救出来。但无可否认的是，李淼也深知：“只能通过一次性的事物看见你”，这一次性的事物难道不是把我们心爱的一切拿走的时间那冷酷的手吗？

……我不知道什么是时间。

当“时间丧失了与空间结合在一起的那种力量，就丧失了其现时性”。

而李淼则知道：“幸福，就是静默中看见的忧伤。”在一个记忆中，时间和空间被完好地保存，停留在没有时间的“静默”之中，那些美好的瞬间在诗人赋予的意义里跨越了时间和死亡，使它们保留在永恒之中，带着人心中的无限忧伤。

关于创造力，李淼在书中是这样陈述的：“创造力是什么？创造就是第一个做最简单的东西。”这句话让我想起宋代理学家陆象山和明代王阳明的观点，即圣人易做。这两者都需要专注和精神的想象力活动。只不过做“第一个”比做“圣人”更为艰难，盖因最简单的东西务必通过复杂而回归，并为世界带来新的发现和发明，此过程便是创造，无怪李淼对于“不动脑子”的思维复制做法感到恶心，可见想象力与创造力是孪生兄弟，在精神活动中两者缺一不可。

一本《越弱越暗越美丽》在手中，仿若矗立在我面前一座巨大的秘密之山，我对其中无数我所不了解的诸如“额外维”“宇宙撕裂”“暗宇宙”“模拟黑洞”等稀奇古怪但和我们的生活息息相关的东西充满好奇，我没有任何理由拒绝这本充满魅力的书，它也像黑洞一样吸引着我进入其中一探究竟。纵观当今世界，各种学科、职业越来越细化的分类，也不断加速着对人的异化，其中各种对世界认知的隔阂，也在事实中造就思想精神的高墙。我一直相信所有的书都是一本的说法，我也愿意看到一个受人尊敬的天文物理学家朝向书写一本百科全书、以其开拓更为旷阔世界的努力，而这正是此书带给我的惊喜。

为李淼先生的此书写序，作为一个“科学盲”我诚惶诚恐。然而无论作为诗人还是科学家，唯一共同之处便是想象力与创造力的必需，这两者都对超验之物无比热爱，都要借助我们的想象力去创造出对幻想之物的“体验”，科学如此，诗歌如此，美和爱亦如此——难道不是吗？当我们的所思所想——

有些形成在梦中

不稳定的扶梯上，

有些则形成于

看到一首诗之后，就像

登上一个孤岛

（《感想种种》）

2012年12月7日于西三旗

自序 一个理论家的自白

数学家哈代同学写过一本《一个数学家的自白》，这是通常的翻译，严格地说，应该翻译为“一个数学家的辩解”。我没有哈代的成就，也就只能自白而不能辩解了。

哈代写那本书，本意是想说明研究纯数学的动机。他有英国人的贵族精神，认为纯数学的价值就是它的自身。知识不一定有用，或者说，不一定有功利的效用。

纯粹数学不需要辩解，因为对数学发展的推动除了来自其他学科的要求，还有数学本身发展的需要，这包括数学概念的自我创新，基于数学本身提出的难题和逻辑扩张。

理论物理则完全不同，尽管有些时候理论物理的问题也是自身逻辑扩张的结果（如广义相对论），但最终要实验来检验。不能证伪的理论不是科学。然而，我研究理论物理，起初的动机恐怕和哈代一样，只是出于好奇，只是觉得理论物理本身很美。因为，将世界上的万物纳入几个原理上简单的方程本身就是一个奇迹。这个奇迹为什么会发生，到现在也没有人知道答案。

我大学毕业以后从宇宙学开始做研究，经过超对称、超弦，转了一个圈子又回到宇宙学，当然，弦论也还在做，二十多年下来，研究的基本是纯理论问题。最终回到宇宙学，还是因为弦论发展的结果，虽然实验也起了很大的作用。七八年前，宇宙微波背景辐射谱中的涨落的测量，不断有新结果，几乎每周都听到新闻，自然不知不觉地对我产生了影响。台大黄伟彦教授不遗余力地推动宇宙学研究，对我再次研究宇宙学也起了很大的作用。

弦论到了21世纪，面临很大的难题。弦论自身的确提出了很多问题，例如，如何解释一个不为零的宇宙学常数，或暗能量？如何回答粒子物理中的问题？我们到底在容纳粒子标准模型的同时，能不能够确切地作出新的粒子物理预言？这个问题单子可以开得很长，但很遗憾，没有一个问题在可见的未来能够得到回答。这就是弦论目前遇到的大难题。十年前，我还在相信弦论自身的逻辑发展足以推动弦论的发展，直到有一天我们一举写下基本方程，计算出一些重要的物理量。现在我基本改变了看法，不觉得弦论下一步的重大进展会来自理论自身的发展，而是觉得实验将起到关键的作用。关键的实验可能来自宇宙学，也可能来自LHC（即Large Harden Collider，大型强子对撞机），更有可能来自目前我们还不知道的某些实验。

所以，我经常对我的学生说，你研究纯弦论问题可以，但是要记住，你只是在研究数学物理，不是理论物理本身。数学物理有自身的价值判断，你要按照这些价值判断做研究，这样才可能不至于在做不动研究的时候突然发现自己做了一辈子不知所云的事情。我甚至说，如果LHC的实验还不能证明超对称是存在的话，你需要打算做一点与物理更密切的问题了，虽然出于爱好，你还可以继续研究纯弦论问题。

什么是纯弦论问题？这包括弦论的基础，如何写出弦论在不同时空中的基本方程；弦论有没有基本原理，如果有，是什么？弦论中的一些“理想问题”，如现实中不存在的黑洞的量子性质；弦论与数学的关系，特别是与微分几何以及代数几何的关系，等等。这些问题，一时半会儿还看不到与任何具体的物理问题有关。

弦论还有一大片研究领域可以称之为应用弦论，例如最近几年，很多人用弦论来研究粒子物理中的强相互作用，这类问题完全是物理问题，可以和实验作直接的对比。有趣的是，弦论近来有“入侵”凝聚态物理的倾向。例如，有人用弦论来研究相对性和非相对论性流体、超导、其他临界现象，这些研究还刚起步，但很有前途。应用弦论正是我希望年轻的一代重视的领域，好在在我的鼓吹之下有一些人开始研究了。

二十多年来，我一直是一个纯粹知识派，所持的观点是，知识不一定要有用。这个看法到今天基本没有改变，所改变的是策略。我不再像年轻时那样，认为在我自己的领域纯粹思维可以导致重大进展，作为个人，更加感到无力。我开始想做一些与物理实验直接相关的研究，这一方面是弦论目前处境导致的，一方面是觉得自己的年龄渐大，已经没有本钱来“享受”纯粹思维的乐趣了。说得直白一点，就是不甘一辈子只做了也许根本与现实世界无关的研究，想趁还能够做研究的时候打几个赌，翻点本钱回来。尽管如此，我目前研究的宇宙学问题中有一部分在很多人眼中也还是太玄。例如我想知道宇宙大爆炸的起源，我想知道在我们的视界之外还存不存在其他宇宙区域，其中物理规律可能和我们这个区域完全不同。我还想知道物理常数是偶然的，还是逻辑上可以完全确定的，等等。这些问题看上去很玄，其实是和目前以及将来的实验相关的。这些问题不是我前面说的纯粹弦论问题。除了我提到的宇宙学“终极问题”之外，我也研究小问题，更实际的问题。

近几年来写一点科普文章，主要动机也是想做一些对他人有用的事情，即使写博客，也是如此。写科普和写博客，最好的期望是读者能从我这里得到知识，最差也是一种有趣的交流。对我自己，其实是扩展知识范围的好机会。我甚至开始入侵文化领域，看一些文化书籍，写一点评论，甚至写点诗，这都是希望在完善自己的同时，为他人提供某种精神上的免费消遣。至于能够做到什么程度，就不是自己应该计较的事情了。

- 新生活

- 四年之痒

- 王朔的时间简史

- 雀巢巧克力的秘密

- 点击率、引用率和谷歌数

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- 从量子到量子文学

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- 中国神话中的现代宇宙学（一）

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- 中国神话中的现代宇宙学（三）

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- 中国神话中的现代宇宙学（五）

- 新科学

- 科学和宗教矛盾吗？

- 科学与宗教的分野

- 东方神秘主义和物理学

- 诗歌PK科学

- 玻璃球艺术

- 科幻会影响科学吗？

- 粒子物理的前景

- 诺贝尔奖获得者的公开信

- 世界是平的（一）

- 世界是平的（二）

- 新世界

- 我是谁？

- 理论家的荣耀和尴尬

- 我的科学与文学

- 我的专业我的诗

- 我的爱因斯坦梦

- 人类的一大步

- 学者、知识分子和知道分子

- 第三种文化

新生活

四年之痒

我比较感兴趣人类学家费希尔（Helen Fisher）谈的一个新发现，关于七年之痒。她过去一直以为自己有一个很好的解释七年之痒的理论。她认为，人类通常在共同产出两个后代之后，婚姻的化学键趋于脆弱，双方都愿意寻找新的配偶。而人类将第二个后代培养到开始满地乱跑的时候，平均刚好七年过去，这个时候，婚姻的双方都可能有寻找新鲜感的愿望。翻检所谓百度百科，我们看到百度对七年之痒的解释：“七年之痒”是个舶来词，意思是说许多事情发展到第七年就会不以人的意志为逆出现一些问题，婚姻当然也不例外。结婚久了，新鲜感丧失。从充满浪漫的恋爱到实实在在的婚姻，在平淡的朝夕相处中，彼此太熟悉了，恋爱时掩饰的缺点或双方在理念上的不同此时都已经充分地暴露出来。于是，情感的“疲惫”或厌倦使婚姻进入了“瓶颈”，如果无法选择有效的方法通过这一“瓶颈”，婚姻就会终结。

如果我们相信百度，中国人的爱情应该是天下最长久的，居然可以长达七年。至于海枯石烂和执子之手、与子偕老，自然是诗化语言，只有爱情之火燃烧到最高温时当事人才会相信。而据费希尔的观点，人类的情感周期一般是18个月到3年。所以百度百科是不可信的，这和我们流行的很多观点一样，很水。

当然，七年之痒即使在西方也不是来自于某种社会科学的研究，这个名词来自于玛丽莲·梦露的一部电影，电影中的主角结婚了七年，男主角产生了七年之痒，此人对楼上的小女生有了贼心，却一直没有贼胆。按照费希尔的看法，七年之痒应该是进化在百万年过程中产生的不可磨灭的烙印，如果配对七年之后还不另行配对，即使有了贼心和贼胆，贼也可能没了。我们也许和费希尔一样，相信离婚的高峰发生在结婚的七年之后，虽然谁也没有统计资料。

结婚和离婚在一个正常的社会是一件正常的事，虽然我们和费希尔一样没有基因层次上的证据，但我们相信这是人的本性。只有在一个变态的社会，绝大多数人才会不仅在任何一个给定的时间只有一个配偶，即使在任何给定的一生，也只有一个配偶。几十年前，我们就曾经有过这样一个社会，那时，离婚是非常不光彩的事，离婚的双方被怀疑一定有不可告人的目的，或者有不可告人的作风问题。至于一个独身女人或一个独身男人，与一个已婚男人或女人有婚外恋，那就更加被人不齿，前途有了问题。

时至今日，离婚成了正常生活的一部分，有人开始担心现在的社会离婚率太高，离婚年龄越来越低。现在80后有了所谓闪婚闪离的现象。前段时间我读《新周刊2007年度佳作》，记者将80后的闪婚闪离看成是年轻一代缺乏对爱情的信心的表现。我们看一下费希尔的研究，就会发现其实这是社会回归正常的现象。

某一天，费希尔在麻省的一个小别墅里研究来自联合国的人口统计资料。她翻检很多关于离婚的统计，试图证明她的七年之痒理论，即离婚的高峰发生在男女双方生了两个孩子之后。她非常失望地发现，一个又一个国家，一个十年又一个十年，证据指向离婚高峰发生在结婚后的第四年，而不是第七年。资料说明，离婚的配偶没有任何后代的占39%，只有一个后代的占26%，而有两个后代的仅占19%。而且，很多离婚的人说，离婚的原因是爱情的高烧减退，除非他们有了一个孩子。这样看来，离婚时有了一个孩子和希望有一个孩子的占离婚的大多数。离婚也大多发生在接近30岁的时候。

经过很长时间的思索，费希尔终于得出结论：当人类还处于打猎时代，女性的大劳动量和低蛋白的营养抑制了排卵，而且她们还要亲自给婴儿哺乳，所以两个孩子的年龄间隔比较大，平均是四年。也就是说，在古代，生一个后代的周期是四年。这样，离婚的高峰发生在有一个孩子之后。虽然费希尔没有说，但她的理论的潜台词是，离婚的主要动力来自于女方，因为在小孩四岁之后，女方和她的亲戚完全可以抚养这个孩子了。而且，女人倾向于得到不同的基因以保存和延续物种。

也许上述对女性不利的观点是强加给女性的偏见，因为我们知道，对婚姻的忠诚和从一而终是女性独有的，至少在中国是这样。也许从一而终的观念是我们这个道德伦理之邦强加给女性的，使得中国的女性不仅对男方忠诚，也痛恨男方的出轨，虽然千万年来她们的基因中已经有了四年之痒的种子。我这个人类学外行不妨提出我自己的理论：在中国，女性一方面受到文化传统的制约，希望自己和男方从一而终，这样使得男方的基因不致肥水流向外人田；另一方面，生物学方面的四年之痒现象又让她们潜意识中有他人肥水流向自家田的愿望，导致当今中国婚姻愈来愈趋向不稳定。有了这个认识，我们就可以合理地解释目前的小三现象。男性比女性也好不了多少，而他们的花心在表面上可以一眼看出，他们的目的是传播自己的基因。

学习了费希尔理论后，我对感时恨别的安妮宝贝式的自恋女子多了一层认识，原来当她们抒发对爱情的依恋和无奈的同时，私下自有她们的四年之痒。

王朔的时间简史

王朔在一次采访（原文为《王朔：我现在真正有无所畏惧的感觉》，见《三联生活周刊》，2007年第4期）中提到他读的几本书，这几本书分别是《时间简史》《金刚经》《坛经》《杜尚访谈录》《一颗原子的时空之旅》。所有这些书中，我只读过《时间简史》，那也几乎是史前发生的事了。我在美国的时候，听说《时间简史》很好卖，霍金自己也很得意，认为他的书比麦当娜的《性》更加畅销是一件得意的事。一直没有机会看，后来出了很漂亮的图画版本，就为女儿买了一本，顺便看了。第一觉得写得并不十分通俗，所以于不懂物理的人并没有太大的益处；第二觉得也不如温伯格的《最初三分钟》，后者即使物理学家看了也有收获。霍金的书，可能真的像麦当娜的书一样，时尚的人拿来看了，对于书中描写的东西有一个朦胧的印象，满足了感观的需要，也满足了时尚的虚荣。

《一颗原子的时空之旅》的作者是劳伦斯·克劳斯（Lawrence M.krauss），是一个研究宇宙学的人。他在美国有很大的名气，主要是因为写了《〈星际迷航〉的物理学》，《星际迷航》是一部在美国连续演了几十年的科幻电视连续剧。《一颗原子的时空之旅》中译本发表于2003年，可惜我没有看过这本书，不敢评论。我推测，克劳斯的书应该比《时间简史》通俗，因为我听过他的演讲。最近的一次是2005年在新加坡参加纪念爱因斯坦的物理年会，他讲暗能量。演讲之后，我记得同样被邀请去做演讲的一位在美国的华人教授很愤愤不平，因为克劳斯太会演讲了，很有煽动力，这位教授不平他忽悠听众。不过，他还是承认宇宙学中的任何话题在西方特别是美国很有市场，因为富人关心宇宙和人类的起源，以及宇宙和人类向何处去。富人关心了，就不愁政府不支持宇宙学研究。

王朔看的另外几本书我一本也没有看过。虽然王朔作为著名的老愤青很看不上时尚，那几本书何尝不是时尚？他曾开过一个他讨厌的词的单子，其中包括“米兰·昆德拉、博尔赫斯、海德格尔、哈贝马斯、维特根斯坦、玛丽·杜拉斯、张爱玲、王家卫”，如果我们将这个单子自然延长，就会有《金刚经》、杜尚、霍金，没准哪一天还包括王朔自己。我在这里写王朔又何尝不是在揪住时尚的尾巴？

我试过读《金刚经》，效果是我理解《金刚经》比王朔理解《时间简史》还要困难。比方说，世尊对须菩提说：“须菩提，彼非众生，非不众生。何以故？须菩提，众生众生者，如来说非众生，是名众生。”让我弄懂这句话，不如让我去看几个将范畴论用到弦理论中的莫测高深的公式。

说到众生，从采访中能看出，王朔读《时间简史》与追求众生平等有关。他说：“我给你看两眼，我都写到物质起源了，我看了《时间简史》那几本书，明白这回事，众生平等不是瞎说的。众生平等多牛啊。”我想他的意思不是霍金同学突然变成了一个社会思想家，他的意思是，通过物理、宇宙，他看到了人类的渺小。你再有名，再有个“王朔时代”，与宇宙的140亿年年龄比起来，不过一瞬。有时代的人都这样了，你在这个物质社会中做了一次官，掌握过几回资源，或是有过几次话语权，都是无足轻重。我想这可能是王朔将宇宙学科普拿来和佛经一起读的原因。

争论50后、60后、70后还是80后又有什么意思？可见王朔还在修行的过程中。50后、60后掌握资源，70后奋斗，80后搅局吹牛，等时间一平移，还是如此，只是将0前面的数字变动一下而已。我觉得，除了科学，任何从事其他人类活动的人大体可以作如是观。为什么科学就不同了？科学这里有个规范，有个很难打破的规律，你做出了成绩，不论你是什么“0”后。阿尔伯特同学26岁时发现狭义相对论和光量子，就相当于现在的80后。当然，不要说中国，就是全世界，人类的创造力高峰期似乎变了，没有哪个80后这么牛了。所以，才有了“0”后的战争。

第一个看到王朔将物理学理解错了的大概是三联的记者袁越。在他的博客“土摩托日记”中，他指出以下这些话“（人人平等）绝无例外，因为是守恒的”“涅槃是什么啊？就是能量圈”“物质泯灭以后变成光子，光子泯灭以后变成辐射”都是胡说八道。

胡说八道是没有问题的，我们再将王朔的几段话拿出来看一下：

拿高中物理完全可以把《金刚经》重新解一遍，说的就是能量守恒，其实就是教你生命的源头、归宿是哪儿。涅槃是什么啊，就是能量圈，人死后会回到物质状态了，物质也会湮灭的，物质湮灭以后变成光子，光子湮灭以后变成辐射，辐射是能量。只是用不同的语言说，其实聊的是同一件事，这就是宇宙真理。

物质会湮灭这不错，但物质不会随随便便地湮灭，它需要反物质。物质反物质遇到一起就会湮灭，变成光子或者其他什么。通常，物质不会湮灭，物质只是变化了。在地球上，经常发生的是化学变化，物理变化很难，很难将一个原子核变成另外一个原子核，更谈不上湮灭了。接着，王朔说光子湮灭成辐射就更搞笑了，辐射就是光子，光子就是辐射，没有分别。这里我们认真纠错绝没有完全否定王朔说的人生的意义，我不反对王朔这么思考人生。

接着他说：

我们都在这个循环中，根本没有什么，昙花一现而已，别再自己吹牛了。宇宙有一个基本法则，任何偶然都是必然的，别投机取巧，没有便宜事，因为能量守恒。你把一个人杀了，你无非改变他的物质存在的状态，能量还在。哪儿去了，转为负数，坠着你。能量守恒，就是从原点出发必返回原点，中间不管跳多远，飞多高，变多大，最后归零。但是零不是什么都没有，这说起来就长了，我得写才能说清楚。

他这里的“转为负数”比较有意思。能量可以是负的，结合能就是如此，引力能也是如此。宇宙中的物质大多来自于引力的负能，王朔应该知道宇宙开始于暴涨，物质能量都是那时起源的，能量守恒，有了物质，就有了很大的引力负能，是不是坠着你，我们不得而知。自然，人死了不是转为负能，这是明明白白的事。

我想王朔在这里关心的不是物质之间的转化和能量守恒，他关心的是两个终极问题，宇宙和生命的起源和归宿。王朔活到五十，开始向哲学的路上走，开始成仙了。对于这样一个人，这是不可避免的。早就有人说过，王朔的玩世不恭其实是一种认真，他在新浪的视频中就说，他比谁都认真。骂人是认真，灭这个灭那个是认真，没有比他更认真的了。我相信他这些话，一般人如果还是为了吃为了穿，或者为了吃得好穿得好，或者为了有身份，不会这么认真，不会开始讲生死问题。生死对他的触动很大，他说：“那时候有一些事情，梁左、我哥、我爸在那几年前后去世，我突然觉得死亡离我特别近。我多怕死啊。我得知道死是怎么回事啊。”

这和西方有宗教信仰的人一样，西方从富人到一般人，都想知道死这一终极问题的答案，他们有一个精神生活。科学之于他们，不仅仅是为了解决今生的现实问题，不仅仅是现世的生存，还包括三生中的“往生”“来生”。现在有一个著名的Templeton基金会，Templeton这老头子特别支持研究宇宙学，特别支持用非正统的方法的人、没有得到其他资助的人。他甚至计划在中国也支持几个这样的人。西方的“实用科学家”们无论怎么抱怨，都不能阻止政府花大钱来做高能物理、宇宙学、空间探索这些大科学计划。因为这里有一个很深层次的原因，有一个需求。王朔这样的少数人在东方也有这样一个需要。

袁越同学还反对文科的同学谈理科的事：

我并不是说霍金比王朔牛多少，起码霍金就写不出“有请作家吃饭的没有？”这样有趣的话来。而且，霍金的这本《时间简史》也写得不咋地，远不如王朔的小说好玩，我看完立刻送人了。但是，假如霍金会说中文的话，他绝对有权利评论王朔，但是王朔却没有权利评价霍金，甚至连拿霍金当思想武器的资格都没有，因为王朔根本不可能理解霍金的思想，连人家的皮毛都碰不到。这就是文理科的区别，你还别不服气。

他说的每一句话我都赞同。不过我和袁越的看法不同的是，王朔如果想建立什么思想体系是可以来找理论物理帮忙的，只要他不捞过界就行。他也可以借用《时间简史》来支持他的想法，支持他的不屑和骂人。历史上那些利用科学来装饰他们的哲学理论的不懂科学的人、半懂半不懂的人还少了？悟一下道不妨，建立一个思想体系也不妨，只是不要认真地说，一说就错。不用说学文的人了，就是学理的人去说别人的行当，同样容易错。

王朔的愤青只是愤在表面上。其实，我们谁的骨子里没有愤青的成分？王朔只是比大多数人敢说而已，他没有什么顾忌，年少成名，也算成功人士。他自己说，他年轻的时候不是不说，只是别人不知道而已。这种个人的成功，既是他骂人的资本，也是他开始在《时间简史》和《金刚经》里寻找他思想武器的原因。

什么人敢说我现在有真正无所畏惧的感觉？佛敢说，知生死而后无所畏惧。孔子说五十而知天命，我不知道是不是有这个意思。王朔到没到这个份上？可疑。但他开始成仙了应该是没有疑问的。

雀巢巧克力的秘密

雀巢产品自从1988年首次在中国设厂，中国人很少有不知道的，最为流行的还是雀巢速溶咖啡。“雀巢咖啡，味道好极了”，也许是流传最广的广告语。雀巢咖啡在中国的大行其道，还是得力于中国咖啡文化的原始性，因为真正喜欢咖啡的人还是喜欢现煮的新鲜咖啡，而不是速溶咖啡。雀巢的品牌虽然有一个多世纪了，我最近才知道雀巢的奇巧巧克力的生产也是从1988年开始，该产品本来是英国糖果公司能得利的产品。

和奇巧巧克力一样有名的是气泡巧克力（Aero chocolate），这种巧克力内部充满气泡，有点像蜂巢。如何在巧克力内部形成分布均匀的蜂巢至今是不传之秘。根据一个物理博客Bee的说法，这种巧克力即使是实心部分可可的含量也不算多，大部分是暗物质，我们不知道成分的物质。我在网上查了一下雀巢的中文网站，发现五大类雀巢巧克力，却没有气泡巧克力。估计中国和美国一样，人们更讲究实在，不喜欢大部分是真空的巧克力。

其实在宇宙中，所谓真空也充满了能量，虽然能量密度非常低，大约只有每立方厘米10-29克，也就是说，宇宙平均起来每立方米只有几个质子。但由于“真空”占的体积非常大，所以这种真空暗能量占宇宙的总能量近75％，剩下的25％大部分是暗物质，不发光只有引力相互作用的物质，最少的部分是类似组成我们身体的可见物质。所以，Bee说，我们的宇宙很像雀巢的气泡巧克力。

将宇宙比喻成巧克力易于女孩子理解我们的宇宙。过去我在博客上曾经把宇宙比喻成我们的和谐社会，这样做则有利于关心国家大事的人理解宇宙。我是这样说的：

在和谐宇宙模型中，74％是暗能量，22％是暗物质，4％是重子物质，或者叫发光物质。咦，22％这个数字似乎和美国的中产阶级的比例接近。赶紧谷歌一下，看到一篇文章说，布鲁金斯学会在研究了全美100大城市，包括12大主要城市及其郊区后发现，从1970年到2000年，美国中产阶级家庭占全部家庭的比例由28%降至22%，看来22％应该基本代表了美国中产阶级的比例。为了证实这个说法，我也查了一下英文的文章，有几篇文章似乎证实了这种说法。

我不知道美国富裕阶层所占的比例是多少，按照和谐宇宙这个比例，如果能达到4％就和谐了。剩下的74％就算穷人了。

这么看来，和谐宇宙中，4％是所谓的精英，rich and famous，要不然怎么叫可见物质，或者重子物质呢。22％的暗物质团结在精英物质周围，74％的暗能量和精英没有亲和力，只好均匀地分布在宇宙中。

原来造物主早就明白和谐宇宙应该是什么样子的。

不过在中国，4％不是和富裕阶层联系起来的，而是中产阶层的比例。也有个说法，中国的中产阶级占的比例是5％。

然而许多人却不愿意承认自己属于中产阶层，特别是在公司里工作的所谓白领。大学里教书的教授们更是怨气冲天，更不愿意承认自己就是中产。看来，谁都不愿去做和谐社会中的那部分暗物质。中国只有5％的中产，是不是这种谁都不认账造成的？

比喻说完了，我们聊几句宇宙中暗物质本身。暗物质存在的主要证据是星系（如银河系）的转动速度和星系在星系团中的转动速度。星系的转动速度就是恒星绕着星系的中心运行的速度，根据牛顿万有引力理论，这和恒星离星系中心的距离以及在此距离之内的物质质量有关。早在20世纪30年代，瑞士天文学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）就发现，可见的物质不足以解释某些星系的转动速度，从而提出了暗物质假设：在可见的物质外，还存在看不见的物质。经过几十年的研究，人们发现，暗物质不是一般地暗，是非常地暗，除了改变引力场之外，暗物质和物质之间，暗物质和暗物质之间，基本没有相互作用。

有人通过改变牛顿万有引力公式来代替暗物质解释星系的转动速度，在一段时间内，这个可能性还不小。最近，天文学观测到一个子弹星系团（bullet cluster）碰撞事例，支持暗物质的存在，不支持那些修改的引力理论。看来，最简单的暗物质假设是最可靠的理论。

暗物质到底是什么？我们只能肯定它不是什么。例如，我们肯定暗物质不是普通的物质，但不能排除它可能是和物质类似的，没有什么电磁作用的物质，虽然这种可能性并不大。有人还推测暗物质是不发光的小天体，这个可能性也不大。我们知道，中微子是已知粒子中最“不可捉摸”的粒子，和物质的相互作用非常微弱（一束中微子需要一光年厚的铅才能被吸收一半）。但中微子太轻，不大可能与星系结成一个团。看来，暗物质是我们在实验室中还没有发现的粒子的可能性最大。

目前，粒子物理学家们最喜欢的暗物质粒子候选者有两个，一个是轴子（axion），这种粒子甚至比中微子更加“不可捉摸”，轴子的命名者是诺贝尔奖获得者弗朗克·韦尔切克（Frank Wilczek）。目前，有很多实验试图探测到轴子，甚至有些实验已经声称探测到了轴子，比如DAMA，一家位于意大利大萨索山的实验室。但这些声称没有被其他实验所证实。另一个大家都很喜欢的暗物质候选者是超对称理论中的最轻的中性粒子。这种粒子的探测则需要高能加速器，例如明年将运转的大型强子对撞机。

宇宙这块超级气泡巧克力的主要成分比雀巢气泡巧克力的成分还要神秘，我们现在主要研究活动的目的之一，就是企图让上帝交出他制造这块巧克力的配方。

点击率、引用率和谷歌数

一个名人的流行程度，现在经常用这个名人在网络上出现的频率来判断。在西方，比较权威的搜索引擎是谷歌（Google），又译成古狗；在中国，人们常用百度。我过去为了好玩，专门搜索过提及李宇春的网页数，百度的结果是近1000万，谷歌的结果是550万，这还是2008年一月份的事。同样，每个网站也追求点击率，有的网站纯粹是出于商业考虑，有的网站则完全是追求知名度而已。新浪博客上的老徐（徐静蕾）博客的点击率已经超过2000万，那里的名人博客似乎都在竞赛点击率。

既然搜索数和点击率如此重要，不免有人要出来研究如何更加科学地计算有效搜索数。我的一个过去研究物理的朋友现在就在研究这个。谷歌自己早在1998年就研究出一套办法，叫作谷歌网页排名算法。一个网页的排名不仅仅靠被链接的次数，还要看链接这个网页的那些网页自己的排名，所以，这是一个相互纠缠的算法。

“有些人是受欢迎的却不一定有声望，有些人有声望但受欢迎的程度不够。举例来说，一个侦探小说作家可以卖出很多书，却不一定能得到文学批评家的尊重。相反，一个诺贝尔文学奖得主在文学专家们眼中的地位很高，但永远上不了纽约时报的畅销排行榜……”2008年一月份出现一篇研究如何将谷歌算法用到评价学术刊物影响因子的学术文章，以上是这篇文章开头的一段话。汤姆森科技信息集团一直通过计算一个刊物上发表文章的平均引用率来确定该刊物的影响因子，这个影响因子准确地说只是反映了刊物的受欢迎的程度。

学术文章的引用率在西方一直是一个评价一篇文章影响力的重要依据。在中国，引用率引起大家的注意，并成了评价一个研究者成就的指标是20世纪末的事情。一方面，这代表了进步：一个研究工作如果没有什么影响，当然就不会很重要；另一方面，过分强调引用率也不行，会带来许多负作用，例如，年轻的研究者会特别注意流行的研究方向和问题，完全为了多挣引用率。加之，不同领域中同行的多寡不同，同行引用习惯不同，引用率很难作横向比较。文小刚（麻省理工学院的一位教授）说过一句话，引用率只反映了一般研究者对该项工作的评价，而一般研究者平均说来并没有太多的超前意识。中国国家基金委的一些人也意识到只强调引用率的负面效果，但到目前为止也没有更好的办法。不过，用引用率作参考还是一件好事。我在台湾待过，那里的许多领域从来不看引用率。

谷歌网页排名算法可以用来取代普通的引用率，避免文小刚说的缺点。这个算法的主要想法是，评价一个演员在演艺界的地位不但要计及有多少演员认可他，还要看认可人自身的地位。这样，演员们的地位指数形成一个互相关联的系统。在具体计算时，可以假定所有演员的影响程度一样大，然后通过计及每个演员受欢迎的程度并反复叠代，最终可以得出这些演员的真实声望。例如，喜欢超女李宇春的粉丝中有很多既没有影响也没有品位的人，他们自身的影响因子等于零，他们欣赏李宇春不能用来计算李宇春的影响因子。

李宇春的粉丝数是流行度（popularity），不同于流行度的是声望（prestige）。好莱坞一部电影的票房是流行度，能否获得奥斯卡的提名就要看声望了。同样，引用率是流行度，而谷歌数是声望。我们现在经常宣传的《科学》（Science）、《自然》（Nature）这些刊物的影响因子大，也不过是流行度高而已。政府有关部门在过去数年不遗余力地强调这些杂志的重要已经在年轻人中造成不好的影响。如果你去各大学BBS的科学版看看，经常看到宣传这些杂志上发表文章的帖子，不是去祝贺谁谁完成了一篇高水准的文章，而是去祝贺谁谁又在Science上发表了一篇文章。可喜的是，我昨天去参加一个项目答辩的预演，当答辩人提到这些杂志时，一个人站出来说，现在再强调这些会引起专家们的反感。

说到《科学》和《自然》，我想起我们这行的《核物理B》（Nuclear Physics B）。这刊物在我做学生的时候是粒子物理中影响最大的，那时不论是老师还是学生，如果能在《核物理B》发文章就牛大发了，如果能发表几篇文章，就成大师了。现在的情况是，如果在《科学》或者《自然》上发表几篇文章，也成大师了。不知道这样的枯木大师遇到黄药师的时候（黄药师的名言：枯木这点微末功夫，也称什么大师？），还谈不谈《科学》《自然》？

四月份有一篇研究工作将谷歌数用到《物理评论》（Physical Review）系统，他们的样品是这个系统在1893年至2003年之间发表的35万余篇文章。他们发现，谷歌数排名第一的是一篇首次在粒子物理中引入某个参数的文章，这篇文章的引用率排名仅仅是第54名。而引用率最高的一篇文章谷歌数排名第三。排名在第十的文章在《物理评论》系统中的引用率只有100多次。请注意，引用率达到100次的文章虽然是好文章，但距离引用最多的3000余次要差很多。谷歌数排名前十的文章的作者除了少数人外，都获得过诺贝尔奖。

现在，按中国的许多部门规定，必须以SCI统计的引用率为准，只有大图书馆才能得到这些统计，而且肯定不准。谷歌数虽然更加客观，但不切实际，谁来为你做这个烦琐的计算呢？

别致的博彩

现代社会中的人因为要打发时间发明了很多游戏，博彩大概是影响我们生活最大的游戏方式之一。虽然我自己从来没有玩过，但我儿子就玩过足彩，输赢我从来没有问过。

博彩玩到物理领域大概是绝无仅有的了。但最近确实就发生了，这是就欧洲核子中心大型强子对撞机是否在今年（指2011年，下同）发现上帝粒子开的盘口。花费近一100亿欧元打造的大型强子对撞机集近100个国家、超过10000位科学家和工程师之力，目的是找到所谓上帝粒子。

什么是上帝粒子？用物理学家的术语就是黑格斯粒子，这是一种奇特的粒子，与自然界几乎所有的粒子都有耦合，并将赋予这些粒子质量。正是由于它在粒子物理学中的特殊地位，美国实验物理学家利昂·莱德曼（Leon Lederman）在一本科普读物中将这个粒子称为上帝粒子。上帝粒子与众不同的另一个特点是，它也许是自然界中仅有的无自旋粒子，至少在粒子标准模型中是如此。所以，找到上帝粒子一方面是对标准模型的最终验证，另一方面是打开了通往理解世界为什么有质量、在这些质量背后是否还有我们不知道的秘密的大门。当然，粒子物理学家建造大型强子对撞机的另一个目的是找到很多理论家预言的新世界中的东西，例如超对称、大额外维、微型黑洞，等等。

大型强子对撞机于2010年3月30日开始进行质子与质子的对撞实验，每单个粒子能量为3.5万亿电子伏，一直在提高亮度（即单位面积的粒子流量），但维持在这个能量上。也许要再过一两年，能量才会提高到对撞机的设计能量，每个粒子7万亿电子伏。令一些理论粒子物理学家失望的是，所谓超对称、大额外维、微型黑洞还没有一个愿意浮出水面。也许，这些令人着魔的神奇物理现象将永不浮现，这当然会给予一些乐于构造这些理论模型的物理学家以重大打击，但对另一些观望的物理学家却是好事。毕竟，大设计应该比我们能够预想到的来得更神奇。我们还会有更好的发现新物理的机会。或许，大型强子对撞机在今后两年到三年会给我们带来惊喜。

那么，英国著名的博彩公司Bookies开的盘口是什么？在粒子物理学家聚集在法国东南部城市格勒诺布尔参加欧洲高能物理会议之前，为今年发现黑格斯粒子博彩公司开出的赔率是12∶1，也就是说，如果黑格斯粒子今年被发现，你投1块钱赌注就会赢12块。赔率越高，代表博彩公司越不看好。7月20日到27日，欧洲高能物理会议之后，博彩公司将赔率下降到1∶3，也就是说你下赌注3块，只能赢1块，与之前的赔率差了36倍。也就是说，会议之后，博彩公司突然改变主意，开始看好黑格斯粒子在今年就会被发现。

改变博彩公司态度的重要的原因是，大型强子对撞机的两个重要实验组独立得到一些倾向支持黑格斯马上就会浮现的结果。实验组ATLAS发现，在质量120到145京电子伏（1京等于10亿）之间，有一些反常事例，置信度大约是99%。而另一个小组CMS也在120到145京电子伏之间看到了一些反常事例，可信度不确定。在粒子物理实验中，只有99%即2个9的置信度是远远不够的，一般人们需要6个9，即只有百万分之一的不可靠性才会相信一个粒子被发现了。

物理学家如何去发现上帝粒子？最直接的办法是看粒子衰变的产物。在粒子物理世界，除了少数几个粒子，所有粒子都是不稳定的，黑格斯也非常不稳定，例如它会先衰变成很重的中间玻色子（一种传播弱相互作用的粒子），中间玻色子再衰变成其他粒子。每个这样的衰变都有其特殊性，实验物理学家们利用的就是这些特殊性。寻找一个粒子，就像在人群中寻找一个人，找这个人的相貌特征。如果我们将这群人叫作背景或本底，那么我们要找的人是背景之上的特殊面孔。

ATLAS在大约100个背景事件之中看到了20个例外事件，CMS也类似。正因为两个独立的实验在类似的背景中看到了类似的例外事件，才让人们有理由相信黑格斯粒子的质量大约位于120到145京电子伏之间。这个质量是质子的120倍到145倍。

做物理实验，我们不但要寻找黑格斯粒子的证据，还要排除黑格斯的质量范围。目前，ATLAS小组认为黑格斯粒子质量不太可能在155到190京电子伏之间，排除率是95%。CMS则在149到206京电子伏之间排除了黑格斯，排除率也是95%。

美国费米国家实验室的太伏对撞机（即每个粒子的能量近一太电子伏特，等于一万亿电子伏特）即将于今年9月关闭。在关闭之前，在该对撞机上做实验的两个独立小组也获得了对黑格斯粒子质量的限制。他们也或多或少地排除了较大质量的黑格斯粒子。

所以，博彩公司还开出了以下关于质量区间的赔率：

6/1 130 GeV 或者更低

13/8 131～140 GeV

5/2 141～150 GeV

7/4 高于150 GeV

举例来说，如果你打赌黑格斯质量低于130京电子伏，那么你下注1块可赢6块。这个低质量区间是一些超对称模型比较看好的。博彩公司比较看好的质量区间是131～140京电子伏，其次是150京电子伏以上。

如果让我押宝，我打赌上帝粒子将在今年出现，可信度达4个9，即4个标准误差。需要等到明年才能完全确定这个粒子。到明年年底，大型强子对撞机积累的数据大约是目前已经积累的数据的10倍。在这么多数据的基础上，黑格斯粒子将展示它的面目，而超对称粒子等理论物理学家已经预言的新粒子将不会出现，但我不排除完全没有被预言过的新粒子会出现。

生活中的对数

我觉得如果将生活中一些经验数字化的话，刻度应该是对数而不是实际数字。天文学中经常用对数作为坐标，因为涉及到的数字跨度太大。例如，从太阳系的大小（以冥王星为界）到银河系的大小跨度大约是8个量级，很难用数字直接比较。

天上看到的星星的亮度也是用对数分等的，通常用的星等是1850年Pogson制定的，如果两颗星的亮度差一等，其实是差了2.512倍。天上最亮的星大约是-1等，太阳的（目视）星等是-26.75，比最亮的星低（其实是高）25等，也就是差了10个量级。满月的星等是-12.6，比太阳其实暗了100万倍左右，只是我们并不觉得。可见，眼睛看到的亮度观感是比较接近对数的，否则如果我们以白天的亮度为标准，那么即使是满月的晚上也可能是满眼漆黑。

人的眼睛不仅对亮度是对数的感受，我觉得对物体的大小也是对数的感受。我们在测视力时用的视力表，上一行的E字要比下一行的E字大固定的倍数——这是我的猜测，需要专家来确认。在我写下以上两句话后，我的一位博客读者告诉我，其实视力表又叫对数视力表，对数视力表中相邻的两行相差1.259倍，也就是说，每十行相差十倍。而视力用视标来记录，每增加一行，视标增加0.1，这显然与E的大小成对数关系了。

我们人类很善于利用对数，我开始怀疑除了视觉外，听觉、味觉、触觉都有对数的因素，否则就很难理解为什么我们对同类也喜欢用对数分等。果然，查一下噪音的单位分贝，原来也是对数。声音的响亮度用声音对耳朵产生的压强来刻画，基本单位是巴斯卡和微巴斯卡。人的听觉范围非常大，从20微巴斯卡到20亿微巴斯卡，跨度是8个量级。显然，还是用对数来标度响亮度比较方便，就有了分贝（dB）这样的单位。人的最低听觉阈值是20微巴斯卡，这个响亮度定为0分贝，人能分辨的最高响亮度为130分贝。这样，和星等一样（两个相等星等的星加在一起所得的星等数，不是将两个星等数简单地相加），两个相等分贝的音源加在一起所得的分贝数，并不是简单的一个音源分贝数的两倍。例如，60分贝加60分贝的结果是63分贝，而不是120分贝。

将视觉和听觉推广到味觉，那么如果我们感到一种辣椒比另一种辣椒的辣度高一倍，很可能更辣的辣椒所含的导致辣感的成分要高得多。和视觉以及听觉不同，这次我没有去查支持我的猜想的材料。

我还有一个非常民科的猜想，我觉得智商到了一定程度也是对数的，例如智商110的人比100的人聪明了不是10%，而是若干倍，同理，智商150的人比智商140的人也聪明了若干倍。这个倍数是很主观的，与人数比例无关。当然，我的这个猜想是非常政治不正确的，觉得自己的智商较低的人有理由反对我。好在本篇专栏不是科普，最多是科学随笔，其中应该允许表达作者的一些感受和猜想。

我前面说到我们在与同类打交道时，也喜欢用对数对同类做分类或分等级。从乐透彩到各种大小奖励，一等奖和二等奖之间的差别是很大的。有时为了强调少数人的幸运，我们还会设特等奖，当然这是变相的一等奖。在这种情况下，如果我中了三等奖，其实已经泯然众人了。在每一个行当中，特别是那种有明星效应的行当，对数的分类也难避免。例如演员，一线演员和二线演员之间的差别也是很大的。

朗道同学更用对数来分类物理学家，朗道等级的基数是10。在他的分等中，爱因斯坦是0.5级的，玻尔、海森伯、狄拉克是1级的。不过，如果爱因斯坦是0.5级的，那么在他的那个等级中的人应该有3人左右，另外两人是谁呢？我觉得爱因斯坦的伟大即使是朗道当时也没有完全感受到，按照今天的眼光，老爱应该是0级的，如果这么分，那么玻尔、海森伯、狄拉克等人应该是0.5级的。1级的物理学家，我觉得后来的费曼和朗道等人应该能够进入，加上一些发现标准模型的人以及凝聚态物理里面的少数人。

我既提到智商又提到智慧——朗道等级其实是对智慧的划分。智商与智慧之间有一定的关联，但没有绝对的一一对等的关联。我对智商的对数猜想很难用占人群比例来作为计算的基础，因为所谓智商的高斯分布与对数之间没有简单的关系。但朗道等级似乎很合理，智慧也似乎是可以取占人群比例的对数来计算等级的。

我们在一年前恢复了教授分级制度，如果仅就人数来看，教授之间相差一级，的确是差了一定的倍数，虽然工资之差不是等比的，是等差的，而且差别还特别小。

对数划分法不仅仅用在精英身上，也用在更大的人群上。例如，Google发明的PageRank大约是个对数的划分，但不是数值越小越好，是数值越大越好。一个网站或一个博客可能得到的最大的PageRank是10，最小的是0。Google设计这个等级它自己当然不会吃亏，等级是10，而新浪的主页只有8，我的博客的PageRank是6，荣幸地从2007年3月的5晋升了一级。

我相信人是生而平等的，我同样知道人类社会是天生不平等的，否则为什么最好的足球球星的年薪可以到1000万欧元，而次好的只有几百万，再次好的只有几十万，有的甚至只有几万？

智商与智慧

在科学时代，高智商肯定是一个人值得夸耀的东西。即使在一个不科学的时代，如中国的宋代，另一种智商也是值得夸耀的东西，如会做诗或会写文章，那时人们将这类人叫作才子。才子或聪明人，都是你太有才了的表现。

我们不想在这里解析什么是智商，恐怕专业研究智商的人都没有就智商是什么达成一致。

新一期的《三联生活周刊》在讨论翡翠的同时，也讨论了国际门萨组织，这是一个会员比较多的高智商组织。我觉得这两个题目都比较无聊，因为翡翠只是东方人对玉石的一个最大的迷思（myth），可能在西方人眼中和雨花石的价值区别不大。而所谓高智商门萨俱乐部，纯粹是一种大脑手淫的组织，“大脑手淫”这话不是我发明的，是《三联》这期一篇文章说的。

能够进入门萨，智商高是无可怀疑的。我过去在美国曾经买过一本门萨的题目集，能够在短时间内做对的题目很少，当然，那本书中的题目都是高难题目。那么，进入门萨的门槛有多高？根据《三联》的文章和维基，你通过考试证明你是人类中就智商来说是2%的就可以了。换句话说，中国人口13亿，大约有2600万人可以进门萨。门萨的会员只有10万人，有50个国家门萨协会，中国应该是新进。区区10万人，可见很多高智商的人没有进入门萨，或者不知道这个俱乐部的存在，或者不屑进入。不屑进入门萨的，我们知道有费恩曼同学。

《三联》提到，香港人在做门萨考试的时候，有80%的人可以通过，一方面说明这些人有备而来，另一方面是否证明了中国人的确很聪明？

门萨会员的一般智商到底有多高，这要看人类的2％的智商平均是多少。我查百度的门萨条，得到的解释是门萨会员的入会门槛要智商达到148，真不知道百度的资料来源是什么。148是相当高的智商了，我不能肯定麦当娜能否达到，因为据说她的智商是140。另一方面，门萨的会员Geena Davis的智商也是140，可见百度是胡说八道。美国影星中高智商的还有：朱蒂·福斯特（Jodie Foster），智商132；莎拉·斯通（Sharon Stone），智商154。

有趣的是，没有结婚的朱蒂·福斯特生了两个孩子，第一个孩子来自于一家精子银行的精子，很成功，精子的提供者的智商是160。由于第一个孩子很成功，朱蒂的第二个孩子来自于同一个精子捐献者。

谁比谁傻多少？这是我们的时代的一句名言，说明绝大多数人不认为高智商有什么了不起。在某种意义上，智商高的确不等于将来的成就大。小时了了，大未必佳，我们见过太多的长大了很失败的神童。智商不等于智慧，充其量智商是小智慧而已，而通常的智慧是大智慧。

智慧有很多种，不同的智慧在不同的方面取得成就。有人喜欢说爱因斯坦小时候学习成绩不好，这也是误传，或者也是一种迷思，爱因斯坦小时候的确很聪明，智商不低。我们找不到爱因斯坦的智商记录，但一家网站说爱因斯坦的智商是160，和提供朱蒂精子的那位捐献者一样高，却低于其他一些名人，如演员詹姆斯·伍兹（James Woods），他的智商是180。象棋大师鲍比·费舍尔（Bobby Fischer）的智商高达187。

在最近一次组会之后的例行工作餐上，我和学生聊智商问题，说研究物理和数学的智商一般不低，但高智商不等于智慧。华人陶哲轩据说智商超过220，百万人中才能出一位（所有已知的名人中还没有这么高的），他能否成为高斯那样的大师还需要时间来证明，也许他的智商远远高于证明了庞加莱（Jules Henri Poincare）猜测的佩雷尔曼（Perelman）。老实说，就我接触过的弦论界人士而言，威滕（E.Witten）的智商应该是最高的，相信远高于160，但威滕是否能够达到爱因斯坦的高度恐怕大成问题，毕竟，爱氏是250年才出一位的物理学家。

研究科学在需要智商的同时更需要洞见和耐心，相信这三个因素都是形成智慧不可或缺的，因此爱因斯坦说过，也许最终决定一个人成就大小的不是聪明程度，而是他的气质。气质，也许就是洞见和耐心的综合。

爱因斯坦160的智商当然很高了，在我的弦论同行中大概算高的了。我相信弦论界应该有不少高于160的，但在弦论的传统中，我们很少强调气质，却太多地强调跟主流，所以弦论界的不少智商被浪费了，没有转化成智慧。

纯粹为了好玩，我们看看其他一些高智商的物理学家和数学家。霍金的智商，很荣幸地，和爱因斯坦一样高，160。可惜他们两人在大科学家中不算高，牛顿同学的智商高达190（真不知道他们是怎么算出来的），和牛顿一样高的是天文家兼数学家拉普拉斯，数学家兼哲学家维根斯坦。哲学家George Berkeley的智商也达到了190。比他们高的有：数学家帕斯卡，195；莱布尼兹达到205；而歌德达到可怕的210。

看到这个名单我们不必泄气，因为还有很多大科学家的名字没有被提到，极有可能说明这些人的智商没有达到这个高度。

最后，为了鼓励一下我们自己，我要提一下教授的平均智商和CEO们是一样的，是最高的，在112～132之间，高于医生、作家、电脑专家和工程师，后者是第二高的群体，在108～129之间。所以，当我们说文科傻妞时，千万要弄清楚她是不是作家，如果是作家，比我们差不了多少。我记得一位不那么有名的作家对我说过，写作，是一件需要高度创造性的事情。而所谓的新闻作家的平均智商比较低，在97～116之间。这些人有可能是文科傻妞。

我在雾都北京

我在美国得的上呼吸道过敏，时间是1991年，在加州的第二年。起初以为是感冒，但过了数周不好，只好看医生——恰好是第一次享受美国医保，才知道过敏了。那时过敏药没有今天先进，吃了打瞌睡，不流鼻涕了，鼻子却堵上了。后来到了美国东部，一到春天生不如死，流鼻涕还是小事，眼睛通红，一觉醒来早上几乎睁不开眼，眼睛被凝固的分泌液粘住了。回国后，过敏症状逐年减轻，几年前几乎不再过敏了。

最近两年过敏重新光顾我，尤其是今年（2011年），不吃药几乎天天打喷嚏，流鼻涕。我没有看医生，只是吃点过敏药。我怀疑和北京空气污染有关，因为据有关方面报告，北京PM2.5指数很少低于200的，最高竟达500，是标准的10倍！和别人交流，不少人说最近呼吸有问题，或者开始打喷嚏。空气污染严重到肉眼可见，白天以及傍晚，北京几乎成了雾都，当然不是水汽的雾，是雾霾的雾。雾霾更准确地叫灰霾。

这不是一篇关于污染的科普文章，所以我们回到文学。说起文学，与雾都有关的最有名的作品该是英国19世纪维多利亚时代小说家狄更斯的小说《雾都孤儿》。这部书是狄更斯第二部小说，作于他25岁至27岁之间。当然，小说的主题与雾都的雾无关，而是与当时伦敦下层人的生活有关。英国工业革命是现代物质社会的肇始，起于1733年的纺织技术突破，终于1844年英国铁路系统的完成。在这一个多世纪期间，英国成为世界工厂，狄更斯写这部小说的时候，英国工业革命接近尾声。所谓雾都，指伦敦经常为大雾所笼罩。我年轻时无知，以为以英国阴沉的天气，伦敦的雾就是寻常的雾，后来才知道伦敦的雾其实是空气污染，很类似现在北京的灰霾。不过我不十分肯定狄更斯时期伦敦是不是已经成为雾都，也许还没有。狄更斯小说的英文名也没有“雾都”两个字，原名直译就是《奥利弗历险记》。据说20世纪初，伦敦多数人用煤作为燃料，没有风时灰霾聚集不散，导致蔚为奇观的雾都，英国人称这种景象为伦敦之雾，或干脆叫“大烟”。伦敦成为雾都，也和这个城市在1831年至1925年之间是世界第一大都市有关。1952年12月，伦敦一场持续四天的灰霾在以后数周导致4000人早亡，10万人生病。最近的研究估计至少有12000人早亡。这个事件直接导致1956年空气清洁法案出台，时至今日，伦敦已不复雾都奇观。

时间到了21世纪，2004年，当时地球上污染最严重的城市是乌兰巴托，原因是这个城市很冷，市民以烧煤和木材取暖，那时PM2.5达到近300。这个数字，我们今天在北京常看到，我们甚至还常看到400以上的数字。所以，住在北京的人觉得北京是雾都一点也不奇怪。

为了有个诗意的结尾，我提一下美国名诗人卡尔·桑德堡的短诗《雾》。桑德堡既继承了美国诗人惠特曼的自由体诗风格，同时是一位意象派诗人。我在网上看到数种翻译，都不满意，我自己翻译如下：

雾来了

附在小猫的足上

坐在

安静的后腿上

俯视港口和都市

然后继续前行

蓝蓝的翻译是我看到的最好的：

蹑着细柔的脚步

雾，来了

它坐下，静静俯瞰

港口和城市

踞蹲片刻，又

起身悄悄离去

但原文中的猫只是隐含在她的翻译中。老实说，我的鼻子不停地告诉我，北京的雾没有猫那么可爱。

我们的创造力哪去了？

Making the simple complicated is commonplace; making the complicated simple，awesomely simple，that’s creativity.

让简单的事情变得复杂是平庸，让复杂的事情变得简洁，是创造力。

——爵士音乐家查理·明格斯（Charles Mingus）

一个人一生总得创造点什么。那些历史上留名的人，不是因为挣了多少钱，吃了多少可口的东西，娶了多少老婆，而是因为第一个说螃蟹很好吃，或者女人美得像朵花类似的事情。当然我不是说一个人必须在历史上留名。作为普通人，吃点好的穿点好的也就够了，轻轻松松过一生，死的时候不十分痛苦，就是幸福的人生了。

我们总说中国有四大发明，说起来特有面子，至少一些媒体喜欢这么说。这么说的原因，自然还是为了名。我们没有听说哪个非洲国家爱炫耀他们是出产狮子的国度，或者他们是第一个发明火和发现石头用途的人，不是因为确确实实他们没有说，而是因为他们的媒体不够发达。其实火和石头用途的发明发现比火药的发明用途大多了，没有火和石头根本没有人类，我小时候大人们如是说。

其实每个人都有一些创造力，一般人平时看不出来有什么创造力的原因大约是因为懒，或者是环境没有压迫感。至少我自己体会比较深。比如平时如果家里的电器出了麻烦，又或者其他什么东西坏了，不能立刻找到专家来修，逼得我瞎鼓捣，用平时看不出有什么用途的东西当工具或者代用品，居然大多数情况下也能搞定，说明在受压迫的情况下人最有创造力。

创造力不能彰显的第二个原因是绝大多数人不喜欢花时间和精力去创造。别人创造出来的模式自己去套一下多轻松啊。这种现象更是每天每时每刻都能看到。在研究领域，一个特有创造力的人，比如说威滕同学，写出一篇很有创意的文章，立刻有一大帮特聪明的人跟上，写出无数类似注解的文章。我说这些人特聪明是因为不够聪明的人还不能跟得这么快。这些人往往聪明反被聪明误，一辈子跟风地注解别人的工作，哪里还有什么时间做出自己的东西。当然，我不反对大家这么做，既然火被发明出来，总得有用的人不是？

创造力是什么？创造就是第一个做最简单的东西，我想这应该是共识，虽然我在开头引了查理·明格斯的话。在学术领域，将简单的东西变成复杂的遍地都是，将复杂的变成简单的东西偶尔见一回两回。

为什么中国近现代发明创造不多？原因倒不是没有感到压迫，而是我们的聪明人太多，结果时时刻刻在跟风，并且大环境迫使我们去跟风。人家将飞机发明出来了，我们不去照搬而是另外发明一个当然是傻子，同理，我们不必重新发明电灯，不必重新发明电动机，不必重新发明电脑，等等。

虽然我很同情照搬的简单易行，很多情况下却让我恶心着了。就写文章来说，昨天流行“十大”，于是就不断地有人写“十大最性感的香港女星”“男大学吸引女大学生的十个最有效的办法”“历史上最荒唐的十个皇帝”“十大最恶心的职业”“十大最赚钱的职业”，等等。今天流行“什么什么，拿什么来拯救你”，于是媒体和网上一片拯救他人的英雄。我经常看牛博网，倒不是因为那里的博客们都很牛，只是因为有少数几个有趣的人，还有很多打架的。最近那里也开始流行流行了，因为这样简单，可以不费脑子地每天写一篇博文。流行之一就是博客的题目用“内有什么什么慎入”，这本是王小山同学的发明，用这种标题以广招徕。结果越来越多的人开始“内有什么慎入”了。老实说提这一点我也是照搬，因为“不许联想”（网络著名ID）最近提到了。我不是不想说点别的用以表现创造力，确实我被这种不费脑子的流行恶心着了。

大到学术和文化，小到写博客，都可以看到我们创造力的贫乏。当然根据我的观点，倒不是创造力的贫乏，而是创造的欲望的贫乏。我过去提到过我做事一阵一阵的，大概就是因为做一件事久了，例如看历史文章久了，就开始腻味了，因为那些人不是学当年明月，就是学易中天，或者于丹。

我个人很难理解创造欲望的贫乏。不是炫耀，我自己做研究，现在总是以求新为主，这样研究完成了才有快感。我很难理解那些做注释的人。

李白说“古来圣贤皆寂寞，惟有饮者留其名”，如果有闲有钱到这地步，与其去学人家，还真不如喝酒去。

额外维、魔术与灵魂存在

在物理学中，额外维并不陌生，最早可以追溯到1919年，Theodor Kaluza在研究爱因斯坦广义相对论时发现，如果加上第五维空间（其实是第四维，如果将时间除外），麦克斯韦理论会自动出现。这个新颖的想法直到1921年才发表。1926年，Klein建议这个第五维应该是一个很小的圆，这个圆的周长最多比著名的普朗克长度大一个量级（普朗克长度是10-33厘米），用目前的探测手段是绝对探测不到的（欧洲的大型强子对撞机探测的最小距离是10-18厘米）。（Kaluza是一个奇人，据说能够说写17种语言，传说他和《生活大爆炸》中的谢尔登一样，三十多岁时通过读书学习游泳，并在第一次下水时就成功了。）

看过《自然辩证法》的人都知道，19世纪就有一些做魔术的人号称利用了第五维空间。数学上，有了第五维，很多在三维空间做不到的事就可以做到。例如，两个相扣的环，在三维空间必须打破一个环才能解开扣子，但如果多了一维，将其中一个环在第五维平移，就解开了。也许我们不能想象一个四维空间，那么我们在两维空间和三维空间中做一个类似的实验。在一张纸上，画一个圆，在这个圆中画一个点，或者随便画一个东西。很明显，如果我们想将这个点或其他什么拿出这个圆，在纸面上必须打破外面的圆才能够做到。但是如果有了第三维，这个点可以先移出纸面，然后再放回纸面，很容易就可以放在圆的外面。

我们问，假如真的存在额外维，19世纪的魔术真的可以在现实中实现吗？很多人会以为可以。这就犯了一个常人容易犯的、在物理学中却是很明显的错误。我们都知道量子力学中的测不准原理：如果将一个物体的位置测准了，那么这个物体的速度或动量就不会被测准。测不准原理同样适用于额外维，假想我们看到的物体，包括我们自己，在额外维中是固定在一点的，这就违背了测不准原理。假定额外维大到只有10-18厘米（其实应该更小），那么将一个粒子在这么小的圆上固定，需要的能量远大于一个质子的能量（是质子质量的一万倍），考虑到物体都是由质子和中子组成，那么我们需要比该物体能量大一万倍的能量才能将这个物体在额外维中固定。为了降低能量而不违背测不准原理，所有我们日常看到的物体在额外维都是弥散的，换句话说，是在额外维中均匀分布的。所以，即使存在额外维，理论上我们也无法将两个扣在一起的环解开。

最近有人假托凤凰卫视在网上写了一个“震惊全球”的“报道”：“美国时间5月3日下午，哈佛大学著名物理学家丽莎·蓝道尔（Lisa Randall）向媒体宣称，经过9年的精心研究和无数次的实验发现，灵魂确实存在。”这个报道，很容易就看出是假的。首先，蓝道尔是理论家，不做实验，而该文说蓝道尔做了一个核裂变的实验，发现一个微粒离奇地消失。这个“报道”还提到我的名字，虽然没有说我和该新闻有什么关系。

至于微粒是否会通过额外维消失，以及灵魂是否和额外维有关系，通过我们在前面关于额外维的解释，就很清楚答案了，当然是不可能。

说回到蓝道尔。第五维当然不是她第一个提出来的，前面我们已经说过，Kaluza是第五维这个物理概念的鼻祖。那么，蓝道尔做了些什么以至这么有名？1998年，三位物理学家在超弦理论的启发下重新研究了额外维理论。他们发现，如果我们的世界是额外维中的一个膜（三维空间加一维时间），那么额外维不必像Kaluza－Klein理论中的那么小。如果我们要求新的理论与已有的实验不矛盾，那么至少要有两个额外维，这些额外维的周长大约是100微米，比起10-18厘米要大得多。额外维越多，其长度就越短。为什么我们至今没有看到这么大的额外维？因为所有物体包括我们自己都局限于只有三维空间的膜上。也许你会问，物体在额外维空间中有固定位置不是和前面说的测不准原理矛盾吗？解释是，测不准原理引起的能量是膜的能量，而不是物体的能量。蓝道尔和桑壮在1999年修改了这个理论，在他们的新理论中，额外维只有一维，但其长度变小了，只有10-18厘米左右，我们的世界还是处于一个膜上。

生物和人类存在灵魂吗？至少科学上没有证明。按照很多宗教的看法，灵魂是无形的，不占空间。那个伪报道说灵魂和额外维有关，在蓝道尔－桑壮的理论中，所有基本粒子都局限在膜上，除了引力子。如果灵魂有形，那么灵魂是由引力子构成了的？

纯粹出于好奇，我去英文维基查了灵魂。词源上，在古希腊那里与生命、精神和知觉有关。除了各种宗教之外，希腊哲学家用过类似的词汇。柏拉图认为，灵魂是一个人的本质，决定一个人的行为。灵魂是无形的，在一个人去世后，灵魂会在后来的身体内复活。亚里士多德认为，灵魂是一个人的本质，但不同意柏拉图的灵魂不灭。他认为灵魂就是一个人的活动力，一个人死了，灵魂也就不存在了。亚里士多德的定义很接近现代人对思维的定义。

理论研究的花车效应

电视剧《北京人在纽约》中有句著名的台词：“如果你爱一个人，就送他去纽约，因为那里是天堂；如果你恨一个人，就送他去纽约，因为那里是地狱。”这句话可以理解为：一个人如果在那里获得成功，那么纽约就是天堂；如果失败，纽约就是地狱。纽约许诺给所有人以同等的机会，但并不兑现给他们同等的成功。

其实就做学问来说，美国是广义的纽约，它给你机会。虽然这些机会并不像我们想象的那样充满玫瑰色，但毕竟是存在的。只不过由此要承受的巨大压力，也可以将一个人毁灭。这里我谈一个问题，足以说明现实不容乐观的一面。在美国，年轻人从做研究生开始，就要面对“发表或者灭亡”（publish or perish）。发表不仅仅是简单的发表，你选择研究的课题必须是第一流研究单位里第一流学者所引导的，否则发表得再多，面对的还可能是“发表也得灭亡”（publish and perish）。如此一来，研究的跟风效应在美国就变得特别明显，而跟风就得找个风头上的人作为标杆。英语中有个说法是“bandwagon effect”，我翻译成“花车乐队效应”——在花车乐队中，那个领头的吹鼓手，往往是个著名的人，是潮流制造者。毫无疑问，美国科研领域不乏这种浩浩荡荡的花车。

作为在美国混过的人，我深为压力所害，当时没少写过垃圾文章，有的文章现在简直羞于再看。离开美国后，这种压力大大减少了，才开始在中国做一些自己真正感兴趣的研究，有时这些研究被同行忽略，有时也得到一些关注。得到关注的多少并不重要，重要的是我觉得在做自己真正喜欢的研究，而不是迫于压力跟风。

但好景不长，中国这块自由研究的乐土开始被“西风东渐”，有些领域慢慢美国化了，甚至和美国相比有过之而无不及。这种风气的愈演愈盛和近十年来中国各个单位以及评价系统过度强调SCI论文以及引用数有关。为什么我这么说？其实很简单，当某个领域的某个具体问题或某个单篇研究论文形成花车乐队效应时，跟风写一篇论文是相对容易的，这样的文章也不难发表。更加不健康的是，一些理论研究领域形成一种风气（包括整个国际同行领域），任何一篇新文章总要引用花车乐队中的所有文章。因为如果作为作者的你不这么做，后果可能有两个：一是大多数跟上花车乐队的作者会写电子邮件给你，要求你引用他们的论文；二是如果你坚持不引用，那么后续的花车乐队作者们也不引你的文章。这就造成了有趣的现象，不论论文本身的质量甚至内容的正确与否，任何一篇论文都会有很多的引用频次。

举一个例子。两年多前哈佛某著名教授写了一篇论文，这篇论文有一定新意，但可以看出并不属于那种带来新概念或者有重大潜在前途的文章，但该论文很快得到跟风研究，在不到半年的时间内被引用了60余次。更为有趣的是，所有最早跟上的40篇文章都被引用了50次以上。所以，你很难根据被引用的次数来判断这些文章的优劣。只有那些不错的文章被引了100次以上。最早跟风的50篇文章之后，其他跟风文章被引用的次数开始低于50次，而且衰减得厉害。而最近这个方向的25篇文章，不是没有被引就是引用次数只有一两次。这位哈佛著名教授在被问起这件事的时候，自嘲地说，他的文章广泛被引用的原因是文章题目起得好。

仅仅三个月前，花车乐队效应在我研究的领域再次出现。这回，一些人发现加州伯克利大学的彼得·霍扎瓦（Petr Horava）教授2009年一月份写的一篇论文很有意思，于是开始将他的想法用到宇宙学以及其他方面，很快，花车乐队应运而生了。效应最明显的时候，每天有一篇或数篇文章出现。我的学生注意到这个情况，跟我说他想在这方面做点研究。我很快嗅出其中味道，并且在博客上写了两篇博文谈这件事。写博文的主要原因在于想指出，这次和上次一样，是亚洲人特别是中国人加剧了花车乐队的效应。

当然，博文几乎完全没有效果，跟风还是在如火如荼地进行，我于是决定和另一位学生站出来批评一下这个方向。很快，我们找出了霍扎瓦工作的漏洞，写了一篇论文。巧合的是，我们的论文在网上出现前一天，另一组人找到这个方向的另一个漏洞。两篇论文双管齐下，的确给这个花车乐队狠狠浇了两盆冷水，于是效应被抑制，最近一个月来，这个方向上的论文已经不多见了。我知道，即使我们不写那篇批评论文，迟早会有别人来写，但是如果晚写一段时间后果将是什么呢？可以想象，会有更多的垃圾论文被制造出来。

认知是一种幸福

有人说人类有别于其他动物的地方是拥有两种能力：语言和数学。有了语言与数学或逻辑推理能力，我们不但有了交流的工具，也有了理解这个世界的能力。当然，世界是可以理解的这个事实本身就是一个奇迹，我们并没有真正理解为什么会这样，这是科学的终极问题之一。

既然有了这两种能力，认知和创造（我指的是知识上的创造与艺术上的创造）就成为人类一种本能，完全或极大限度地发挥这种本能能够给我们带来愉悦甚至幸福。弗洛伊德在一篇著名的论文中分析了达·芬奇的不可思议的创造力，他认为达·芬奇通过创造满足了自己，而达·芬奇终身未娶，创造的满足代替了其他方面的满足。

2011年网络杂志Edge向西方知识界提出的年度问题是：What scientific concept would improve everybody’s cognitive toolkit？即什么科学概念将改变我们的认知（工具）？很多科学家、人文学者以及媒体精英的回答都很有意思，我特别关注了物理学家的回答，觉得弗朗克·维尔切克（Franck Wilczek）和马塞洛·戈里瑟（Marcelo Gleiser）的回答最有意思。

维尔切克认为这个将改变我们认知工具箱的科学概念是潜伏层（hidden layers），准确地说是神经元的潜伏层。他说，人类的很多工具通常有接受层与输出层。例如，最早的人工神经网络就是由这两层组成的，由于过于简单，一些稍微复杂的功能都很难实现。比如，仅有两层的感知器就不能在白色的背景上数出黑色圆圈的个数。经过数十年努力，直到20世纪80年代，人们才认识到，只要在接受层与输出层之间加上一层或两层，就能大大增强神经网络的功能。今天，这种多层网络用于高能加速器，例如大型强子对撞机粒子碰撞事件的图像萃取，比人的能力要高效得多。

戴维·休伯尔（David Hubel）和托斯坦·维泽尔（Torstein Wiesel）发现，视觉皮质中的潜伏层的功能是收集视觉对象的各种特征最后综合成整体图像，他们因此获得1981年度的诺贝尔生理和医学奖。人类视觉是通过接受数目巨大的光子，投射到平面上再通过潜伏层才形成三维图像的。人造机器人的视觉就很难达到人类视觉的高度。维尔切克认为，潜伏层将所谓的呈展现象（Emergence）具体体现出来了。

戈里瑟认为“我们是独特的”将在我们未来的认知中起到举足轻重的作用。其实，认识到我们是独特的以及为什么我们是独特的，本身就是一项人类认识自己的重要任务。很多人并没有认识到“我们是独特的”。

人类非常独特，因为地球本身就很独特，地球提供的各种环境和条件也很独特。这种看法有点违背所谓的哥白尼原理。哥白尼原理认为地球和太阳系不是世界中心，当然这个原理原来只涉及到太阳系在宇宙中的空间地位，后来人们将它推而广之，例如很多人认为宇宙中存在很多各色各样的智慧生命，就像《星球大战》中出现的那些。

戈里瑟的观点是，像人类这样的智慧生物在整个宇宙中是罕见的。他首先论证，在生命与智慧生命之间存在巨大的鸿沟。他对智慧生命的定义是拥有发现科学和技术的能力，而不是像海豚那样的生命。所以地球上只有人类符合智慧生命的定义。仅就生命而言，例如单细胞生物，也许不是地球上的特有现象，也许很多有着类似地球环境的太阳系外行星上也有。地球在形成数亿年后这样的生命就出现了，所以简单生命出现并不难。而且，生命在很多极端条件下也能存活。

但是，单细胞生命的出现并不意味着多细胞生命接着就会出现。生命在适当的环境下变化，只要存活即可，并不一定演化出多细胞生命直至智慧生命。进化论只是说适者生存，而不是更加聪明者生存。在进化过程中，只要一个环节出错，我们人类就不会出现。人类出现的一些条件都很特别：长期存在的具有保护作用的富氧大气层；地球稍微倾斜的地轴，被地球唯一的体积较大的卫星月亮所稳定；臭氧层和地磁场共同保护生物免于被宇宙射线轰击；地表板块构造调节二氧化碳使得全球气温长期稳定；我们的太阳相对较小、相对稳定而不会偶尔释放大量的等离子体……具备所有这些条件是很难的。另外，即使在宇宙某个角落存在其他智慧生命，由于非常遥远，我们实际上是孤独的。

戈里瑟的观点与人择原理有点相关。人择原理的第一条应用是地球为什么这么独特。因为如果地球不这么独特，就不会出现人类，我们就不会在这里问这个问题。推而广之，如果我们的宇宙不这么独特，我们就不存在从而不会追问关于我们宇宙的一些深刻的科学问题。人类的出现非常偶然，恰恰是这种偶然性让人类变得更加珍贵，而不是毫无意义。

认知能力无疑是人类独有的。这种能力使得人类可以认识世界，一种非常奇妙的“自我认识”能力，也就是说，宇宙的规律使得人类出现——也许是偶然出现的，而人类出现又使得宇宙规律本身呈现出来。仅仅这一点，我觉得认知就是一种幸福。

当然，认知也带来人类独有的悲哀感受。人活着就有生老病死，还有很多很多其他种类的痛苦，有些痛苦也许是人类独有的。也许，科学发展将渐渐为人类解脱一些痛苦。我过去说过，未来科学最大的目的之一就是为人类带来更多的幸福感。

原子钟在滴答

西方人提醒你注意时间时，往往会说“时间在滴答”（Time Is Ticking），当然翻译成更文雅的说法是“时间在流逝”。

滴答本身说明计时是怎么完成的，沙漏就是一种计时方式，假定一定体积的沙流出需要一个固定的时间。与之类似的是利用某些运动的周期性，例如一天就是太阳升起到降落到再升起，而一年则是季节的一个周期变化。古人早就注意到这些自然现象的周期性而制定出历法，最早的历法已经有五千年了。而水钟在古巴比伦和古埃及可以上溯到公元前16世纪。据说机械钟在西方可以追溯到13世纪，却没有保留下来的实物。保留下来的最早的机械钟制造于1430年，这是用弹簧驱动的钟。最早的记录分（没有秒）的时钟制造于1475年，后来出现了记录秒和分的钟。

伽利略第一个注意到钟摆的运动是周期性的，他似乎也有过利用钟摆来制造时钟的想法。惠更斯计算了一秒钟对应的摆长是99.38厘米，制造了第一个用钟摆驱动的时钟。可见，钟表的原理和精确度与某个被利用的周期运动有关。机械钟一般能准确到一天误差一秒就算好的了，我们日常生活中也不需要更准确的时钟。

科学实验和高技术需要更准确的计时。戴过表的人都知道石英表，石英表的计时原理是石英晶体振荡的周期。石英晶体的振动被交流电转变成电压的周期变化，这个变化被线路探测到，这就是石英钟的计时原理。石英晶体振荡周期与石英的具体形状和大小有关，寻常石英钟的振荡频率是32，768赫兹，也就是说在一秒钟内振荡了32，768次。所以，振荡一次就是1/32，768秒。如果这个振荡频率精确到个位数，那么一天下来，振荡次数的误差不大于8万次左右（也就是一天内的秒数），这样石英钟的一天误差就能够保持在秒的范围。为什么选择32，768这个频率呢？因为这个数字恰好是2的15次方，这是利用二进位的数字钟需要的。石英晶体的振荡频率会受到温度的影响从而影响时钟的精确性。经过温度校准的石英钟可以准确到每年误差大约是10秒钟。

20世纪50年代，精确计时进入原子钟时代。原子钟的最基本原理是利用原子能级跃迁辐射的电磁波的周期性，或电磁波的频率。例如，可见光的频率大约是400太赫兹以上，也就是4×10^14。如果我们能控制光的频率，就有可能利用它来计时。可惜，一般情况下，光的频率并不好控制，因为外界的因素使得每个谱线出现宽度。20世纪30年代，原子物理学家拉比发现了磁共振技术，当原子经过均匀磁场后，再通过一定频率的电磁场就会从一个能级跳到另一个能级，辐射出的电磁波具有固定的频率。但是，如果起初的磁场不够均匀，辐射出的电磁波就会有一定宽度（频率不固定）。拉比在1945年就建议利用这个原理制造原子钟。2011年11月4日去世的拉姆齐是拉比的学生，他在20世纪40年代改进了拉比的方法，让原子在进入均匀磁场前先经过一定频率的电磁场，这样原子先后两次通过振荡的电磁场，这样的话，原子辐射出来的电磁波的频率的宽度就变小了。拉姆齐因此获得1989年度诺贝尔物理学奖（而他的老师拉比早在1944年就获奖了）。拉比和拉姆齐的工作使得制造原子钟成为可能。

原子钟是怎么工作的呢？我们这里以最准确的铯原子钟为例。铯两个能级跃迁辐射的电磁波频率是9，192，631，770赫兹，如果我们制造一个仪器将铯的振荡周期正好乘以这个数，就是一秒。这个仪器的工作原理如下：将液体铯蒸发成气体，然后让气体铯原子通过一个磁场，这个磁场将处于不同能级的铯分离出来。低能级的原子得以通过U形的空腔。这些低能级铯原子随即被波长为3.26厘米的微波照射，一部分被激发打到热丝上再被电离，电离的铯原子经过电路放大。这样，调整照射铯原子的微波的频率使得电流达到最大，微波的频率正好就是9，192，631，770赫兹了。这个频率电子化后用来控制一个石英晶体，保证其振荡频率为500万赫兹。这是原子钟的输出。

目前最精确的铯原子钟可以达到每天误差为一纳秒，这个精度是什么概念？这等于说这个钟300万年的误差是一秒。最早的原子钟利用的不是铯原子，而是氢原子。

原子钟可以用来精确地确定时间。那么长度用什么来定？有趣的是，也是通过原子钟的计时。原因是，物理学家发现真空中的光速是不变的，与我们在什么惯性系中测量无关。所以光速在1983年就被定为299，792，458米/秒。如果我们能够精确确定时间，那么长度就可以用光速来决定，例如，我们规定一米等于光在1/299，792，458秒内跑的距离，这大约是3.3356纳秒。前面我们提到，原子钟一天可以精确到一纳秒，这个精度就是10-14，我们也由此决定了长度的精度也是这个量级。

时间测量的精度以及长度测量的精度在现代科学实验中越来越重要。例如，惊人的中微子实验告诉我们中微子的速度也许超光速了，这就要求时间测量的精度达到数毫秒的误差不超过纳秒。自然，原子钟达到这个精度很容易，但是，测量中微子速度还涉及到两地原子钟的同时性校准。实验家认为，时钟的校准不会是个问题。

缸中的大脑

美国1999年科幻片The Matrix，中译《黑客帝国》，讲的是到了2199年，大部分人类生活在虚拟世界中，我们被一个叫母体（Matrix）的机器控制了。生活在母体中的人，生活完全是虚拟的，或虚假的，就像一个计算机程序。那么，在这里虚拟是什么意思，是如何达到的呢？

程序员尼奥同时又是一名黑客，被一位抵抗组织的领袖莫菲斯找到，并让他在一颗红色药丸和一颗蓝色药丸中选择一颗服用。选择红色的，他会看到母体的真相；选择蓝色，他会忘掉这一切，回到正常生活中。他选择了红的，进入了一个可怖的世界：他生活在一个充满液体的缸里，身上插满了电线和管子，周围都是类似的缸子。母体就是用这个缸子来控制他的，他在母体中的一个程序员和黑客的生活，其实全是母体通过这个缸子来控制的。

缸中的大脑，是一个用来思考关于现实、知识、真理和思维的理想实验。在该理想实验中，我们假想一位疯狂的科学家将一个人的大脑浸在一个装满营养液的缸里，然后将大脑的神经连接到一台超级电脑中，电脑通过模拟脉冲让大脑以为它仍然生活在一个现实世界中，大脑可以看到平时能够看到的东西，感受到自己可以指挥手脚，等等。这样，大脑不知道自己是浸在缸里的大脑，还是现实世界中的一个人。

缸中的大脑通过电脑虚拟了一个人生，而《黑客帝国》不仅虚拟了众多人类的人生，还虚拟了整个世界。这个问题的极端版本是，我们这个世界，这个宇宙，是虚拟的吗？其实没有所谓的地球，没有太阳系，没有我们通过科学仪器观测到的遥远的星体和星系，一切都是一个超级电脑和一个超级程序虚拟出来的。这个虚拟世界有一个完美的物理学体系，例如牛顿万有引力定律、核物理学、宇宙大爆炸理论。所以这些，都是虚拟的。

问这种问题的第一个人，也许是笛卡尔。笛卡尔在一本书中提出六个哲学冥想，他放弃一切信念，企图用纯思考建立对我们周围世界的知识体系。第一个冥想是，他是否真的存在，还是在做梦，还是被一位邪恶的天才蒙蔽了以致他以为他存在。这第一个冥想其实就是笛卡尔版本的“缸中的大脑”。当然，更早的虽然并不系统的问题是庄子问的：我是在梦中变成蝴蝶，还是蝴蝶梦到了我？如果我在做梦，或是缸中的大脑，那么我所有的信念都是不真实的，不可靠的。

在笛卡尔的第二个冥想里，他回答了第一个冥想提出的问题，我是存在的。假如我相信我感受到的一切，我当然是存在的。假如我相信我被邪恶的天才欺骗了，那么我不会是不存在的，因为他不可能欺骗一个不存在的东西。所以笛卡尔说：我是，所以我存在（I am，I exist）。这句话的意思是，我的知觉本身决定了我是存在的。

缸中的大脑比笛卡尔问题更形象化，也更简单化，因为这个理想实验假设了我们的经验可以约化为大脑的感知。假设这个约化是正确的，美国哲学家希拉里·普特南认为我不能是缸中的大脑。假如我是缸中的大脑，并且我能证明我是，这说明我这个缸中的大脑接受到我在缸中的信号。但是，我接受的信号都是关于虚拟世界的，这个信号怎么可能是关于真实存在的缸子呢？普特南的论据的核心是，我们不可能感知外部世界，换句话说，我所感知的一切组成一个自洽的体系，在这个自洽体系外部的世界不可定义，不可感知。

当然，《黑客帝国》中的尼奥被抵抗组织想办法拔掉他身上的管子并脱离了缸子，所以他可以肯定存在两个世界，一个是母体中的虚拟世界，一个是离开母体的世界。但我们不能用这部科幻电影中的逻辑思考我们的世界，因为我们当中谁也没有离开我们的“母体”，我们甚至没有见过曾经离开过“母体”的人。所以，我们无法感知和定义外部。

那么，我们的世界，我们的宇宙，到底是不是虚拟的？笛卡尔和普特南的回答都不够令人满意，我上面的回答也不够令人满意。也许我们永远无法证明我们是真实存在的而不是虚拟的。也许设计我们宇宙这个奇妙程序的程序员永远不会让我们知道还存在一个外部世界。既然我们永远不会知道，那么这个外部世界对我们来说完全没有意义，所谓真实和虚拟就不存在任何区别。我的另一个论据是，假如有一天我们的科学和技术发展到我们能够确认我们是虚拟的，我们就有能力寻找出设计我们的是谁，就像尼奥。那时，我们的功能不亚于他，那将是一个有趣的景象。

“同人于野”（网络著名ID）写了一篇《这个宇宙不是母体》。他反驳我们的宇宙是母体的论据是：1.如果我们是虚拟的，这个程序需要维护、升级，但这似乎从来没有发生过；2.宇宙太大了，设计这个程序的天才如果只是对人类感兴趣，宇宙中的大多数东西完全是多余的，浪费的；3.物理定律一旦规定了就没有更改过，为什么？

他的所有论据都可以反驳。例如第一条，我们完全可以假想设计天才一开始就设计了天衣无缝的程序，程序停摆不会在以后的过程中被记录下来。我觉得第三条比较难反驳，因为第三条的成立说明这个程序员确实很天才，让一切看上去那么自洽，并且很无趣，程序一旦做好了就不想更改了。但你不妨假想确实有这么一位天才而无趣的程序员。

其实，缸中的大脑还可能有另一种版本：我们的世界是真实的，不是虚拟的，但确实是某位天才在史前实验室中制造出来的。因为我们可以假想有一天，我们自己在实验室中利用巨大的能量制造出一个小宇宙，这个小宇宙和我们的实验室通过一个固定大小的隧道连接起来，但隧道之外，这个小宇宙不断膨胀，渐渐演化出一个新的巨大的宇宙（但隧道大小不变，所以我们的实验室还是安全的），其中产生新的物种和新的智慧生物。

物种大灭绝：过去和未来

最近几年灾难频繁发生，地震、海啸、大干旱。尤其是在中国发生的两次地震破坏极大，让人们开始疑神疑鬼，配合好莱坞“科幻大片”《2012》，许多人真的觉得大灾难即将临头，也许是2012，也许是不远的将来的另一个年份。甚至连牛顿研究《圣经》得出的数字2060都再次被人们翻出来炒冷饭。

从很长的时间尺度上来看，大灾难，大到和六千五百万年前使得恐龙彻底灭绝的那场被称为K-T灭绝事件（白垩纪第三纪物种灭绝）一样的灾难在未来都有可能发生，那时可能是《2012》中的大洪水淹没整个地球，也可能是核冬天的降临，也可能是火山爆发引起的玄武岩熔浆的大面积覆盖，特别是最后一项，地球上至少发生过11次。

物种灭绝自地球上存在生物以来发生过很多次，有规模大的，也有规模小的。最大的物种灭绝有五次。上一次，六千五百万年前，白垩纪末，恐龙灭绝，75%的物种灭绝，但恐龙的灭绝给哺乳动物的发展带来了机会；再上一次，两亿五百万年前，三叠纪到侏罗纪之间，48%属灭绝，包括祖龙和兽孔目，大多数两栖动物灭亡，而恐龙得到发展的空间；两亿五千一百万年前，二叠纪—三叠纪灭绝事件，这是最大的一次灭绝事件，又叫大灭绝，83%属灭绝，含有脊椎动物、昆虫和植物；三亿七千万年前，晚期泥盆纪灭绝事件，70%种灭绝，可能持续了两千万年；四亿五千万年前，奥陶纪和志留纪灭绝事件，57%属灭绝。

对我们来说，最有名的灭绝事件是白垩纪第三纪物种灭绝，这次物种灭绝和人类最终出现有直接关系。恐龙完全消失，哺乳动物得以大发展。所以，物种灭绝看上去非常可怕，却也是生物进化的重要条件之一。地质上，在白垩纪与第三纪的地层之间，有一层含铱的黏土层叫K-T界线，恐龙的化石只能在这个界线的下面发现。这次灭绝事件很可能是彗星和小行星撞击地球引起的，也可能是长时间的火山爆发引起的，或者两者并存，前者是引起后者发生的原因。小行星撞击使得大量灰尘进入大气层，降低植物的光合作用，改变地球的生态环境和食物链。杂食性、食虫性以及食腐动物在这次灭绝事件中存活多，说明它们较少受到食物链被破坏的影响。在这次事件发生之前，哺乳类动物体型大多很小，接近老鼠的大小，这是它们得以存活的原因之一。

五次大规模物种灭绝中的最大的一次是二叠纪—三叠纪灭绝事件，地球上70%的陆地脊椎动物消失，96%的海洋生物消失，昆虫大量灭绝。造成这次超大规模灭绝的原因可能是缺氧。导致事件发生的原因还是小行星撞击地球或连续火山爆发，或海平面变化。

前面已经谈到一起物种灭绝事件的一些原因。还有更多的理论。将所有这些理论归纳一下，计有：1.熔岩洪水大面积覆盖地球表面，这在地球的历史上确实发生过，这会引起食物链的崩溃，二氧化碳的产生会引起全球变暖；2.海平面发生变化，海退会造成大陆架的部分消失，使得栖息在大陆架上的海洋生物消失，海退也会造成气候变迁，使得全球气温上升，有证据表明五次大规模灭绝事件中存在海退；3.彗星和小行星撞击地球，撞击的后果是引起火山爆发、酸雨、森林大火，所有这些都会导致食物链崩溃，大多数古生物学家同意白垩纪第三纪物种灭绝中一颗小行星撞击了地球；4.长期的全球变冷或全球变暖；5.银河系中的超新星或伽马暴爆发，这些天体的能量极大，如果爆发发生在银河系内，将会完全改变地球上的温度，破坏臭氧层，例如，一颗六千光年以内的伽马暴的辐射足以做到这一点。还有很多其他可能，就不一一列举了。

物理学家对毁灭原因的研究做了很多贡献。例如，诺贝尔物理学奖获得者路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷茨（因发现很多基本粒子共振态获奖）和他的儿子以及其他一些物理学家研究了K－T地层，发现铱的含量超过正常标准，类似铱这些元素叫亲铁元素，大部分沉入地核。为什么在K－T地层中铱的含量如此丰富？他们推测，在一亿六千万年前，一颗直径160千米的叫巴普提斯蒂娜的小行星被另一颗小行星撞碎，一些碎片进入地球公转轨道，其中一个直径10千米的碎片在六千五百万年前撞击了墨西哥犹加敦半岛，形成希克苏鲁伯陨石坑。

这次撞击造成大量灰尘进入大气层，遮蔽阳光达一年之久，接下来的一系列后果导致植物消失，使得食草类动物和掠食性动物灭亡。

另一组物理学家，包括皮特·赫特（Piet Hut）、马克·戴维斯（Marc Davis）觉得，最近十次物种灭绝明显带有周期性，周期是两千六百万年。他们提出一种叫“死亡之星”的理论，在该理论中，太阳有一颗遥远的伴星，叫Nemesis（希腊复仇女神的名字）。这颗伴星距离太阳大约一光年远，这个距离和太阳系中的彗星云最远的距离差不多。伴星围绕太阳运动，周期大约是两千六百万年。每当这颗伴星运行到它的近日点时，由于引力的作用，彗星云受到很大影响，一些彗星和小行星进入内行星系统，造成撞击地球事件大量增加。

死亡之星理论得到一定程度上的证据支持，例如过去四亿年内月球环形山的形成率似乎支持这个理论。这个理论也遭到理论上的挑战，例如，如果它的轨道有一光年之大，那么轨道一定受到附近的恒星的影响变成不稳定，或者轨道的周期性出现问题。而数值计算表明，没有这些问题。

物种毁灭事件的地理、气候原因也许是复杂的，但背后肯定会有令人惊奇的物理或天文学原因。

阿凡达的灵魂传输

我看了两次詹姆斯·卡梅隆的《阿凡达》，一次在春节前，看的是IMAX，一次是春节后，看的是3D。《阿凡达》作为一部大片，自然以娱乐为主，但也有一些人文精神在里面，比如说人类过于执著于物质，反而不如潘多拉星上的土著纳威人可以“通灵”。当然纳威人的通灵不是我们地球上各种宗教中的那些方式，而是某种生物集合之间情感和精神的传输。这里我用“传输”两个字，就是想表达《阿凡达》中的一个重要科幻元素，是灵魂的teleportation，对应中文的“传输”一词。

灵魂的传输是纳威人的一种本能，在地球人这里，最高的形式就是将人类的思维移植到你的“阿凡达”中去。阿凡达是英文avatar的音译，这个英文单词是化身的意思。人类躺进一部机器中去，像是睡着了一样，灵魂就跑到阿凡达的大脑中去了。电影《阿凡达》在这里似乎严格忠于科学，因为在量子物理中，我们有所谓量子不可复制原理，即你不可能将某个量子系统的态严格复制到另一个量子系统上去，除非你破坏原来那个系统的状态。所以，你的灵魂只能传输到阿凡达的大脑中去，却不能被拷贝过去。传输过去后，原来的你将处于完全不同的状态，在电影中是休眠状态。

纳威人要将一个人的灵魂传输到另一个人身上去，必须借助圣树和爱娃的力量，而爱娃则借助潘多拉星球上所有生物的能力。主角杰克就是这样，在他和纳威人以及潘多拉星球上的其他人一起赶走地球人之后，他更愿意活在他的阿凡达体内，所以圣树就成了量子传输机，将他的灵魂输运到阿凡达体内，而他自己的身体就死亡了。

灵魂输运是一种彻底的传输，而纳威人和潘多拉其他动物的交流则是借助辫子与辫子对接，这大概是一种量子通讯，这里我们不作更多探讨。

回到量子传输。2010年5月16号，《自然光子学》刊物发表了一篇由清华大学和中国科学技术大学合作的论文，他们在北京和怀来之间实现了距离达16千米的量子传输实验。事后，不少人在网上说这个合作小组成功地使得一个密码箱在一个地方消失，而在另一个地方突然冒出来，似乎真的在现实世界实现了“传输”这个英文词的原来意义。这当然是误传，以现在的技术，我们只能做到非常有限的传输。那么，这种技术到底怎么实现的？现在能做到的又是什么？

我们前面说到量子不可复制原理不允许我们将一个量子态完美地复制（任何态说到底是量子态），但在1993年，著名的查尔斯·本尼特（Charles H. Bennett）和他的合作者提出一种方案可以实现量子输运。考虑最简单的物理系统，一个粒子（其实是离子）或一个光子，这个系统只有两个可能的态。例如光子，有两种偏振。当然光子其实有无限多个可能的态，都可以由两种偏振组合起来，得到更一般的偏振。现在，甲有一个光子A，他想将这个光子的偏振传输给在另一个地方的乙，可以叫作通讯，也可以叫作传输。最简单的方法是将这个光子发射给乙，但发射的过程会破坏这个光子的偏振。为了解决这个问题，本尼特等人建议，还要另外准备一对光子，并且让这对光子处于最大纠缠状态（就是说，这对光子的态一模一样，这可以通过半导体辐射实现）。现在，甲将处于纠缠态的一个光子B发射给乙，自己保留另一个光子C。为了将光子A的偏振“拷贝”到乙手里的光子B上，甲同时对自己手中的光子A和C进行观测，然后将观测结果告诉乙，乙就可以根据观测将手里的光子B的态“调到”A的态。这里涉及的具体量子力学原理我们不细说，我们只强调过程。

电脑是用0和1组成的字串来处理信息的，同样，我们可以利用一组光子的状态处理信息。从上面的介绍可以看到，为了将一串光子的态从甲处传输到乙处，我们就需要为这组光子准备一组成对的且处于最大纠缠的光子。这个原则上并不难，困难在于如何将其中的一半光子平安地发射到另一个地方。

在清华和科大联合小组的实验之前，最大的传输距离只有几百米，现在的传输距离一下子达到了16千米，超过地面到通讯卫星的有效距离了（高空空气稀薄，所以有效距离变短）。这个实验将量子通讯的实现推进了一大步。

我们知道，所有物体，包括人类，都是由分子原子组成的，传输一个物体就是将这个物体中的每个分子原子的状态完全传输到另一地，也许，这种光子和离子的实验在未来会渐渐扩大到传输一个宏观的物体。直到那时，《阿凡达》中的灵魂输运，《星际迷航》中的人的整体输运才会逐渐变为可能。

附录：新浪科技讯 北京时间2012年9月7日消息，据美国物理学家组织网6日报道，维也纳大学和奥地利科学院的物理学家凭借143千米的成绩打破量子远距传输的最远距离纪录。这项成就是在朝着基于卫星的量子通讯道路上向前迈出的重要一步。研究成果刊登在《自然》杂志上。

创造力和孤独感

我是理科生，最关注的是如何解决我感兴趣的问题，而解决问题需要能力、天资、直觉，这些都是被古往今来很多人说滥了的话题。但是，直到科学解密了人类的大脑，解密了人类创造的机制，我们会一直将这些话题谈下去。

启发我思考创造力与孤独感之间关系问题的，是台湾王道还老师的一封电子信，这封电子信是发给一个小圈子的。这封信的起因是科学松鼠会的小姬提起了最近热卖的一本书《孤独六讲》，作者是台湾的蒋勋。王道还在信中说：

人是最能容忍狭小空间的群居哺乳类。人以外的群居哺乳类都生活在小社群里；成员互动越频繁、复杂，群体的规模往往越小。

相形之下，人适应狭小空间的能力着实惊人。现代大都会的常住人口，数百万或千万计，若不是人类有强大的合群性，根本不可能。

这两段话说的是我们人类的特有的群性，在电梯里，在会议场所，甚至在办公场所，我们可以和很多其他人分享不大的空间而不会感到特别不适。我想，人类文明所以能够突破其他动物的限制而得以发展，依赖合作，就像先民必须通力合作才能猎杀猛犸象这些大型动物。所以，群性看来是人类文明发展不可或缺的要素。与人类相比，王道还说：

1950年代，卡尔洪在实验室创造了饮食、卫生条件都符合理想的“老鼠天堂”，结果发现空间对社会行为有令人惊心动魄的影响。老鼠不断增殖的后果是：各种病态行为滋生、猖獗。例如雌鼠不照顾幼鼠；雄鼠激烈互斗，甚至吃掉幼鼠；幼鼠死亡率高达96%。也就是说，只要压缩物理空间，即使生活物资不虞匮乏，都能使社群崩溃，导致绝种。

所以群性不仅是人类赖以发展的重要特性，也是促进社会共存的特性。

但是，群性有其负面的一面。每逢假期，总有一些同学问我假期中要做些什么。我的回答是，假如你回家，就什么也不做，因为即使带着书本和论文回家，第一你看不进去，第二即使你看进去了效率也不高，也不会有足够时间思考和做计算。这个结论我是自己做学生时得出来的。为什么在家里我们很难学习和思考？原因之一是干扰太大，亲情密集包围你；并且，大家都在做与创造毫无干系的事情：看电视、聊家常、打扑克，这些活动是最不需要动脑子的，而且做多了这些活动你的思考能力会大大降低。除了这些表面因素，还有蒋勋在《孤独六讲》中提到的一些深层次的原因。所以，这次春节我从江苏的亲戚家回到北京，就在博客中写道：

春节几天，我似乎找到了中国人缺乏创造力的原因。我们的亲情让我们失去个性和想象力。所以，现在发展的趋势有利于中国人创造力的提升：亲情友情淡化，孤独感提高。

那么，蒋勋在《孤独六讲》中都讲了什么？他的书分为六章，这是按照他的六个演讲分的。六章分别是：情欲孤独、语言孤独、革命孤独、暴力孤独、思维孤独、伦理孤独。

我对他说到的思维孤独、伦理孤独、情欲孤独和语言孤独特别有共鸣。例如，他在谈到情欲与伦理孤独时说：

家庭、伦理的束缚之巨大，远超于我们的想象。包括我自己，尽管说得冠冕堂皇，只要在八十四岁的妈妈面前，我又变回了小孩子，哪敢谈什么自我？谈什么情欲孤独？她照样站在门口和邻居聊我小时候尿床的糗事，讲得我无地自容，她只是若无其事地说：“这有什么不能说的？”

这是我们日常生活中遇到的典型的事情，家庭对你这样，有时社会对你也这样，虽然现在的社会与以前相比是进步多了。读到上面这段话时，我反省自己，发现自己不久前叫一个头发长的学生理发，我说现在不流行艺术家发型，其实我也是用群体意识压他，好在我又说，艺术家风格也挺好的。最后，他还是理发了。社会不鼓励特立独行，要求一致性，导致创造力的衰微甚至完全消亡。

即使将范围缩小到一个研究群体，追求一致性也是扼杀创造力最主要的因素，我以前谈过几次的花车效应就是这样，一旦什么人取得突破，有时甚至不是真正的突破，大家一拥而上地写些无关痛痒的研究论文。很多情况下，一些人将一辈子耗在追逐“主流”上面。科学和艺术一样，最高形式的创造就是在追求与众不同中取得的。我想起狄拉克回忆与海森堡一起爬山时看到的事情，海森堡一个人爬到高处站在一个悬空的石头上面，面色坦然，这令狄拉克想到海森堡在创建量子力学时的风格。

其实，在科学中，创造非常类似于在文学中的创造，就是在传统的延续下寻找新的出口和新的维度。所以，蒋勋的论“语言孤独”也可以用到科学上面来。他说：“所以我们需要颠覆，使语言不僵化、不死亡。任何语言都必须被颠覆，不只是儒家群体文化的语言，即使是名学或希腊的逻辑学亦同，符号学就是在颠覆逻辑，如果名学成为中国的道统，也需要被颠覆。新一代文学颠覆旧一代文学，使它‘破’，然后才能重新整理，产生新的意义。”

最近，我在读一本谈英语诗人艾略特诗歌中隐喻的书。艾略特的诗歌就是颠覆语言形式的典范。在著名的《荒原》中，他用典，将不同的碎片拼凑起来，追求非个人化，所有这些表面上看起来晦涩、无逻辑，但当你明白了他所用的典故，他为什么拼凑，整个诗就可以理解了，你就会获得一种全新的审美愉悦。而中国文学，似乎还未见类似的创造出现。

另一只鼓的鼓点

我在日常生活和工作中并不会经常想起钱德拉·塞卡这个名字，因为他的研究领域不同于我的研究领域。然而从大学时代开始，钱德拉·塞卡这个名字就一直出现在我感兴趣的专业书上，如《辐射转移》，因为我大学时学的专业是天体物理。我在研究生时代开始学习弦论和与引力有关的领域，如宇宙学和黑洞物理，也一直没有能够脱离钱德拉·塞卡的影响。钱德拉最后的工作，关于黑洞研究的部分结果，如拟简正模式在30年后的今天成为研究的一个热点。还有，在钱德拉去世的一年后，我到了芝加哥大学。

1993年，我在布朗大学附近的一家书店买到卡迈什瓦尔·瓦利（K.C.Wali）所著的Chandra，很快我就读完了这本书。读完这本书，对钱德拉形成了更加具体的印象，这个印象可以用薛温格评价费恩曼的一句话来总结：另一只鼓的鼓点。当然，钱德拉是一个与费恩曼完全不同的人。前者生活井然有序，到了每次开车在哪个加油站加油，什么时候在何处接搭车的学生（准确到分钟）都一成不变的程度，而后者过的是一种浪漫生活；前者一生的研究不刻意追随主流，而在他的研究完成后十年甚至二十年后却成了主流，后者一生研究的都是当时最时髦最主流的问题，虽然切入问题的角度完全与众不同；前者一生带了50名博士生，后者基本不带学生；前者是一个着装严整对过程有一种宗教式虔诚的谦谦君子，后者是一个很有表演才能而且喜欢表演的艺术大师……所有这些不同的工作和生活特征，使得他们当之无愧地成为与众不同的一只鼓，鼓点自然与众不同。

以上是我第一次阅读瓦利所著的传记得到的印象，细节并不都很重要，所以这本书达到了一本好的传记应该达到的目的。14年后重新阅读这本书，这次读的是中文版，才发现一个人的记忆是多么不可靠。我自然记得那些对于钱德拉来说最重要的事，如20岁时从印度到英国的留学途中发现了钱德拉·塞卡极限（在此极限上的白矮星不可避免地会塌缩成中子星或者黑洞），后来爱丁顿对这项工作的非理性的攻击使得钱德拉转向其他领域，这也成就了他后来的研究风格：受审美理念支配研究一个接一个不同的领域，并将这个领域的所有凡人能够解决的问题尽量都解决。我也记得钱德拉的精深的文学修养，到了晚年还通读莎士比亚并播放莎士比亚所有悲剧的录音。同样，到了晚年研究牛顿的《原理》，试图证明其中的命题并与牛顿原来的证明作比较。一个人担任《天体物理学》杂志责任编辑达20年之久。总之，这是一个无论在学问和人格上一般人绝对难以企及的人。当然作为传记，作者没有忘记告诉我们钱德拉的生活中的一些细节以及他的妻子的故事。我最关心的还是他与印度的根深蒂固而微妙的关系，这对于一个身在东方国家的读者尤其容易理解。我向读者特别推荐最后与钱德拉对话的那一章。

变成一个环保主义者

作为一个学物理和做物理的人，一直以来虽然关心能源问题和环境问题，过去并没有读过任何一本这方面有价值的书。但是，作为一个生活在中国的城市人，很难不注意到环境问题。我在博客上曾经写道：

怕门庭冷落是和“小园香径独徘徊”的境界完全相违背的。住在一个污染空前严重的城市，南面是川流不息的北四环，北面是人来人往的成府路，我就是想“小园香径独徘徊”也不可得。陶渊明先生说，“结庐在人境，而无车马喧”，估计是住在一个小城市，并且是在农业社会，只要没有那些官来拜访，自然无车马喧了。尽管我自己没有汽车，架不住咱们的小康社会越来越小康，就是一个贫民百姓整天也为车马喧所困。

陶先生继续说，“问君何能尔？心远地自偏。”这个咱们倒偶尔可以做得到。不去想杂事，不去羡慕别人的宝马奥迪，就能够心远了。再下来，“采菊东篱下，悠然见南山”，现在不是秋天，采菊自不必说，楼下人家的玫瑰月季倒是有几株。南山没有，咱们有西山，可是西山，你的心情再悠然，她是不肯现的，还是污染的问题。

这是两年前写的。其实，最近几年来，由于北京奥运以及车辆限行，北京的环境污染问题改善多了。如果一直这么改善下去，我期望有一天能够看到与欧美的一些环境好的城市类似的北京。

科学松鼠会的张撞鹿组织读书会，上一期读书会读的书是阿尔多·李奥帕德（Aldo Leopold）的《沙郡年记》，下一次是贾雷德·戴蒙德（Jared Diamond）的《崩溃》。读了《沙郡年记》，我成了环保主义者，这主要归功于李奥帕德对美国一些州的变化的描写，特别是湿地生态变化的描写。现在，一本厚厚的《崩溃》也快读完了，我在环保主义的路上又向前迈了一步。

《崩溃》成书于2005年，中文版出版于2008年4月。这本书主要研究古代和现代几个社会的崩溃原因。古代崩溃的社会包括位于太平洋中的著名的复活节岛，玛雅文明，格陵兰的维京社会。导致社会崩溃甚至最终完全消失的原因有多种，一些重要的原因有，乱砍乱伐导致环境恶化，气候的变化，以及贸易邻居的改变等。今天，某些国家和地区出现的一些灾难有类似的原因，例如卢旺达的种族屠杀。按照作者的观点，卢旺达出现的两个种族之间的相互屠杀起因于人口压力、人类对环境的影响和干旱，虽然表面的原因是政客们为了保住自己的权力。政客下令屠杀，但执行对另一个种族屠杀的人却是普通农民。这些农民执行得如此彻底的原因，在于他们觉得人口太多而土地太少，彻底屠杀另一个种族其实是对资源的掠夺。

书中也谈到了日本和中国。我去过日本，对日本的好环境印象很深，例如他们居然能在房子附近不大的一块地上种水稻。这本书将我的感性认识变成了有数据的认识。例如，日本人在1666年以前和1998年以前的中国人类似，滥砍滥伐严重。1666年德川幕府下令不得任意砍伐森林，他们对森林减少引发土壤侵蚀、河流淤积和洪水问题比我们的认识早了整整三个世纪。日本经过长时间的努力变成了环境最好的国家之一，虽然他们的人口密度是世界最大的。戴蒙德认为，日本的成就一方面与日本人爱好自然有关，一方面与较好的天然条件有关，如降水丰富，土壤年轻，没有破坏山林的山羊和绵羊。如今，日本的森林覆盖率达到了74%。相比之下，中国的森林覆盖率只有16%。

在读书的过程中我想，过去我们常常自夸是一个勤劳勇敢的民族，面对严重的环境问题，这个勤劳勇敢可以重新解释：我们勤劳地上山砍柴，破坏环境，勇敢地面对破坏森林和环境带来的恶劣后果。

根据《崩溃》中的介绍，中国的人均森林面积是0.3英亩，而世界人均森林面积是1.6英亩，中国的草原面积虽然仅次于澳大利亚，但90%的草原开始退化。有19%的土壤遭到侵蚀，肥沃农田面积减少50%。幸而1998年的一场洪水使得政府颁布原生林砍伐禁令。这个重要举措比日本晚了三百年。

不过，《崩溃》的作者还是很看好中国的前途的，例如中国政府大力推行植树，为了防御沙尘暴，投入60亿美元在北京周围建立防护林。中国在一年多时间内逐步淘汰了含铅汽油，建立实施最低燃油经济标准，新车废气排放开始向欧洲标准看齐。中国建立了1757个自然保护区，大面积使用传统环保技术，如在水稻田里养鱼，鱼的排泄物用作肥料，而且可以控制虫害和杂草，减少杀虫剂和化肥的份额使用。作者最后说，如果政府像执行计划生育那样致力于实施环境保护政策，中国的未来必定光辉灿烂。

《崩溃》讨论的最后一个国家是澳大利亚。过去，在我的印象里，澳大利亚是地球上最绿环境最优美的国家之一，不料也存在着严重问题。澳大利亚土壤过老，农业不足以养活太多的人口（作者估计澳大利亚最佳人口是800万，而现在却有2000万），过度放牧，过多的野兔子和狐狸造成灾害，滥伐森林，使得森林覆盖率只有20%。在这么低的森林覆盖率的前提下还将木材出口到森林覆盖率最高的日本，而日本人用这些碎木造纸，然后出口到澳大利亚。澳大利亚的水质也有问题，淡水资源匮乏。实在没有想到，在环境问题上，美丽的澳大利亚居然和中国有了这么多共同点。

穿越到洛阳

郭达最近拍了一部电影，片名“甲天下”，是一部穿越片，2011年即将上映（注：本文写于2011年）。影片设计包含了三个时代：唐朝的武则天时代、民国和现代。整个片子是关于洛阳牡丹的，因为这部片子，有人邀请我做了一个访谈。

访谈的内容完全是关于穿越的物理学的，即穿越到过去和穿越到未来是否可能。大部分穿越电影和科幻小说喜欢将主人公用各种手法送回某个遥远的过去。在中文世界，最有名的就是黄易的《寻秦记》了。书中，项少龙——一名现代特种部队的士兵——参加了时光机的实验，被从21世纪搬到了秦始皇即位的前一年，通过一系列活动改变了中国历史。《寻秦记》的内容告诉我们为什么大多人喜欢回到过去的时光机，因为很多人想改变历史，改变自己的人生，或者简单地想看看我们已经了解一部分的过去。而穿越到未来，未免有点让我们心虚，因为未来世界不可知，也许科技非常发达，社会结构怪异。

人类有很长的梦想穿越的历史。梦想穿越回过去最早可以追溯到18世纪，当时的爱尔兰人萨缪尔·马登（Samuel Madden）在一本《20世纪回忆录》里虚拟了一些来自20世纪末的外交信件，描述那时的情况。而穿越到未来的故事则很古老，例如印度神话《罗摩衍那》中国王黎瓦陀（Revaita）上天去会见创世者大梵天，回到人间时惊讶地发现很多世纪过去了。中国古代神话中也有类似的故事，如南梁任昉《述异记》提到晋代王质砍柴入山砍柴，看到童子对弈，一局之后发现来时的斧头已经烂了，回家后所有同代人都不在了。近代最有名的小说莫过于威尔斯的《时光机器》，写的也是到未来旅行的故事。

我们还没有看到《甲天下》，不知道这个故事中人物是如何穿越的，我猜测大概有穿越回唐朝的事，当然，如果能将武则天移到现代也会很有意思。有意思的是，美国去年二月份也发行了时光旅行的一部喜剧片，叫《热浴盆时光机》，写的是回到过去的故事。

在物理学中，存不存在从现在回到过去，或从未来回到现在的可能，一直是一件极具争议的事。到目前为止，还没有人能够令人信服地构造出一个时空，其中存在时间闭合路径（沿此路径，时间先从过去到现在，再从现在回到过去）。主要困难不在于构造出这么一个时空，而是这个时空需要满足爱因斯坦广义相对论方程，同时物质满足我们认为必须满足的一些条件。

举个例子，用虫洞构造闭合时间路径是最直接的。想象一个虫洞，这个虫洞即是在我们看到的时空之外的一个时空通道（如下图）。现在，假想上方那个出口位于北京，下方出口位于南京。通常，如果我们从北京去南京，要从正常的我们地球上的路径走，这就是那条白线。但如果存在虫洞，我们可以通过走虫洞抄近路。这种虫洞的存在在物理学上并无争议。

现在，我们建议用这个虫洞制造一个时光机。这很简单，我们想办法将位于南京（下方）那个出口加速再减速，然后放回到南京。狭义相对论告诉我们，如果此时一直待在这个出口的人与住在南京没有动的人对照时间，南京人的时间过得快了，也许与出口的人相比，相差了一百年。待在出口的人觉得还是2011年，而位于南京的人已经在2111年了。如果这个时候一位南京人进入这个出口旅行到北京去，他发现北京还处于2011年，他从未来回到现在了。

将上面的时间平移一下，南京人就可以从2011年回到1911年，正是辛亥革命的那一年。也许，他也能像项少龙那样改变中国的历史进程呢。但从我们的描述可知，南京的那个出口至迟也得在1911年开始加速和减速运动。也就是说，这个时光机的制造不得晚于辛亥革命那一年。

霍金曾经说过，时光机是不可能存在的，因为我们没有看到来自未来的人，尽管未来的人类有可能拥有非常发达的科技。但是，上面的虫洞例子告诉我们，也许从未来向过去的旅行被时光机的制造时间所限制，即未来人回到过去不会超过时光机的制造时间。因为我们现在还不能制造时光机，当然未来人类还不能回到现代。如果真是这样，项少龙那样的故事只能永远停留在科幻小说中。

物理学家发现，制造出上述那种虫洞时光机必须用到负能量，而在自然界中我们还没有见过负能量。另外，物理学的自洽性似乎也不允许负能量的存在。另一些人则注意到，一种所谓的Casimir能量是负的，也许这种能量可以帮助我们制造出时光机。反对的人说，我们需要足够多的负能，而Casimir能量不够。支持者说，有一点负能就够了。最后，物理学家Matt Visser说，要使得虫洞时光机有效，虫洞的两个出口必须足够近，但量子效应会使得虫洞崩溃，或两个虫洞的出口互相排斥（在上面的那个例子中，北京的出口会受到南京的出口的极大排斥力）。

另一种可能是制造一个极长、密度极大的柱子，让柱子绕着柱心快速转动。此时，如果我们沿着柱子外面的一个螺旋线旅行，就会回到过去。可是，柱子的密度和旋转速度使得世间没有物质能够承受这种极端条件。另外，霍金证明这种时光机同样需要负能。（《新电影传奇》编导建议孙悟空的金箍棒也许可以，这倒是一个穿越故事的极佳噱头。）

旅行到未来在物理学上是允许的，这就是爱因斯坦狭义相对论中的时间延缓效应。假如我们能够坐上一艘以接近光速飞行的飞船离开地球，旅行一圈后回来，我们可能会发现地球人已经进入22世纪甚至更遥远的未来了。

霍金的大设计

毫无疑问，霍金是活着的对公众最有影响力的科学家，这种影响力很难说是正面的还是负面的。例如，前段时间他警告不要草率地试图与外星人接触，因为存在被他们轻易地确定地球位置从而入侵地球的危险。美国和一些西方国家研究了SETI（Search for Extra-Terrestrial Intelligence）很多年，也许这个警告有一定价值。就像科幻作家刘慈欣在《三体》中构想的那样，在半人马座存在比人类文明更加发达的文明，他们觉得地球的环境更好，所以要入侵地球。但是，很难说这种警告是基于严谨的科学研究所做出的。

最近，霍金和列纳德·蒙洛迪诺（Leonard Mlodinow）合写的《大设计》英文版上市，我还没有时间认真阅读，只是大致翻了一下。在这本书中，作者的目的是介绍理论物理和宇宙学的最新研究进展。作者特别强调了量子力学中的多历史观点，即宇宙的历史并不是一个确定的历史（物理学中称之为经典历史），而是同时存在很多不同的历史，类似一个粒子同时存在于很多不同的地方。对于一个粒子来说，当你具体测量它的位置时，它的位置才确定下来——但测量之前我们不能肯定它的位置。对于历史来说，我们却不能通过测量使得历史固定下来。霍金为什么要强调历史的线性叠加呢？他主要想兜售他和哈特尔（James Hartle）在1983年提出的基于多历史的量子宇宙学。他们的量子宇宙学需要更多的专业知识才能弄懂，这里，就像霍金本人做的那样，我们只能大致说明一下。他们假定宇宙本身由一个分布函数决定，就像掷骰子，不同的结果有不同的几率。这个分布函数又是通过叠加不同历史得到的，而他们给出一个不需要初始条件的叠加办法。这里，所谓初始条件就是宇宙开始时的状态。霍金将这个方案称为无边界条件。

无边界的历史叠加是霍金的大设计方案中的重要部分之一。另一个重要部分就是弦论，现在又称为M理论。对于公众来说，经常有人误解霍金是发明M理论的人，这是错的，霍金只是相信M理论的人之一。我自己也相信了M理论很多年，但是，M理论的最新进展却导致了分歧。这个进展就是弦论景观。过去，我们一直认为宇宙是唯一的，而宇宙的唯一性是理论或者逻辑决定的，弦论研究者们多数相信这一点。但是，宇宙加速膨胀的发现，促使人们深入挖掘弦论，发现弦论竟然允许很多不同的宇宙存在。也就是说，我们现在这个宇宙只是“很多”中可能的宇宙之一。就像一个山脉中的小村庄，而整个山脉巨大无比，存在很多很多不同的村庄——即不同的宇宙。弦景观这个术语就得自山脉的比喻。但和山脉中的村庄不同，有的宇宙是不适宜人类居住的，甚至不允许任何生命出现。我们这个宇宙在很多方面是独特的，首先，要求生命和智慧出现就需要物理规律采取特殊形式，这些物理规律中的一些数，例如电子电荷和质量，也不能太任意。有些人很喜欢这个弦景观，他们所取的看法是，也许很多物理常数本身根本无法用物理规律来解释，它们本来是任意的。之所以这些物理常数在我们宇宙中取这些看上去难以解释的数值，是因为只有这样人类才能出现，这就是所谓人择原理。人择原理假定很多不同宇宙同时存在，但我们这个宇宙之所以这么特殊是因为它允许我们存在。

很明显，霍金是相信人择原理的。他认为，人择原理结合他的无边界条件足以解释一切，甚至人类的存在。所以他说，这个宇宙不需要上帝存在。在这本书中，作者们确实多次提到了上帝，并否定上帝的存在。也许由于这个原因，这本书引发宗教界的反对声音。国内媒体也特别注意到了这个声音。《南方周末》记者因这本书采访了我，报道中引了我一句话：“如果可以在实验室用极端的条件，创造一个大爆炸宇宙，那么新的宇宙可以想象为原始的宇宙气球上新长出来的一个泡泡，这时，这个新的泡泡是有人在操纵还是自然生成？是有一个宗教意义上‘造物主’的角色起作用吗？我们不知道。”

其实，我还说了很多其他的话，他们没有引。我特别强调了这本书并不是建立在已被证实的理论基础上的。下面我就霍金和蒙洛迪诺的理论说几句话。

首先，我是研究弦论或M理论的，但这不表明我就无条件地相信这个理论。毫无疑问，这个理论是一个很美妙的理论。例如，它有很多数学应用，甚至有很多物理应用，像用来研究某些粒子物理问题和凝聚态物理问题。但作为一个统一各种基本相互作用的理论，它还需要实验支持。目前，还没有任何实验支持，而且也不能肯定在可见的将来会有。的确，M理论在结构上比其他竞争的理论优越，但我们还没有排除其他理论甚至还没有出现的理论才是正确的可能性。

其次，霍金和哈特尔的无边界理论是基于某种量子引力的基础上的，而这个量子引力理论还不存在，所以无边界理论在理论上还不能被认为是成立的。即使在弦论中，还没有人能够证明无边界理论是可行的。所以，霍金多年来鼓吹的不需要第一推动的理论并不存在。他们的理论只是一种近似，也许根本就是错的。

我的结论是，霍金和蒙洛迪诺的努力是值得赞赏的，但不能误读，可惜的是他们的书在西方一定会误导很多普通读者。

新知客

从量子到量子文学

量子一词在英文中其实很平凡，原意就是量，还有就是可量化的东西。在量子力学的发现之后，量子多了一个含义，这个含义大有掩盖其传统含义的趋势。在物理学中，从普朗克开始，量子一开始的意思是能量的一个固定的量，在这个量之下不再有更小的能量。后来由于量子力学的发展，这个词的意义变得复杂起来，任何可测量的物理量都有对应的量子，其含义和原来的能量量子类似。再后来，量子场论出现，量子又可以理解为粒子，这和量子在物理学中的本来意义并不矛盾，因为一个粒子就是某个场的量子。英文中的量子来自拉丁文，拉丁文的本来含义不是量和可量化的部分或东西，而是“有多少”的意思。所有这些，在语言的层面上并不神秘。

在物理学中，和量子出现的频率一样高的大概是量子化，这个词不够通俗，只有学过量子力学的人才能弄懂真正的意思。其实也简单，任何一个物理量被量子化就是这个物理量所对应的一些最小量子被找到，并且，基于基本量子的多量子态或激发态也被找到。

量子在中文中绝对是一个新词。我不太清楚量子论在中国传播的早期历史，不知道量子和量子力学这些词是我们自己的翻译，还是来自于日语，因为日语中的量子力学和中文是一样的。由于传统中文中并没有量子一词，这个词对于没有学习过量子论的人，看起来很神秘。一个普通的中国人接触这个词汇时，肯定感觉不到英文词汇原来的朴素含义。

一切含义模糊的外来词都是误读的根源，例如辩证法，对立和统一，等等。量子一词更是如此。即使在英文世界，由于量子论的难以理解，量子不仅会被一般人误用，更会被一些人文学者特别是后现代人文学者所误用。

西方的后现代人文学者被科学家彻底解构的一次是所谓的索卡尔（Alan Sokal）事件，我过去也曾写过一点这个事情。为了避免重复，我引用一下那篇文章的开头：“将一个领域的时髦术语和概念用到另一个相关不相关的领域，往往起到令人意想不到的效果。如果前者是科学的一个分支而后者是一个人文分支，在后者的大部分研究人员看来，这是一个令人羡慕的尝试，可惜这种时髦若干年前被一个怀着恶意的物理学家把最后一片遮羞布揭下，这就是很轰动的索卡尔事件。”在事件的开始，索卡尔给著名刊物《社会文本》投了一个稿子，里面充斥了“量子引力”“封闭空间”“超弦理论”这些和人文八竿子打不着的名词。这种做法正是不懂装懂的后现代学者所喜欢的，所以索卡尔的文章被发表了。发表之后，索卡尔本人站出来说明这是一场恶搞。

西方大众对科学的敬畏当然不会比我们做得更好，至少在精神层面上是这样，所以那些超感观知觉、心灵交往、信念治疗法、超验冥想在西方大行其道。令人沮丧的是，尽管在精神层面上他们摒弃科学，但一涉及到日常生活和身体健康，他们就唯科学是从了。不信你试着劝一个人开没有刹车的汽车看看？或者劝他们不听医嘱不吃药只信祈祷试试？甚至中医他们都不信。而在我们这里，不论是精神还是物质层面，科学有着更为低下的地位，否则就不会有人将仅仅含有褪黑素的“脑白金”当灵丹妙药，不会在30年前流行红茶菌、30年后流行深海鱼油这些妙合东方神秘主义的一些“保健食物”。

回到正题，继续谈量子。量子一词在西方被滥用几十年后，就像他们的意识流等等的一些现代主义文学一样，开始在中国被文人重视起来。这里有一个区别，意识流在中国是在20世纪80年代被捡起来的，晚了乔伊斯同学的《尤利西斯》有60年。而后现代主义在中国的流行仅仅晚了西方30年左右，我们可以将这个现象看作进步。同样，量子一词在中国进入文学领域似乎也只晚了30年。最近我看到，有人在研究“红学”时已经提到量子的概念，如汪宏华。他在演讲《全球化的本质是中国化》中说：“我们可以发现曹雪芹这种塑造人物的手法很像是量子理论，将无法分身同时做两种选择的一个人变成了两个人，继而再变出四个人。只是还没有就此结束，紧接着又在四姐妹的基础上变出了十二钗，每个姐妹各衍生出两个，每三个人一组。”

比汪宏华同学更进一步的是黄孝阳同学，他甚至创造了量子文学这一概念，这比西方后现代文学家更加有“建设性”。黄孝阳在他的宏文《我对天空的感觉——量子文学》中系统地说明了什么是量子文学。

虽然我觉得黄在这篇文章中对很多物理概念还存在着误读，但他的一些想法却挺有意思。首先他说明时间在“新文学”中的作用，他以普鲁斯特的《追忆似水年华》为例，说，“作者用数十页书写他在床上辗转反复，读者用了一天时间才看完他的几分钟，这是时间的膨胀，是对空间的微观。”接着他说明波粒二象性在“新文学”中的对应：“现在的小说基本上已摆脱‘文革’时期的高大全模式，一个人既是聪明的，又是愚蠢的；既是善良的，又是狠毒的（绝大多数时候，善恶混为一体。杀人如麻的曾剃头也是同治中兴的曾圣人）。我们讲这是人性。人性为什么这样复杂？这其实是波粒二象性在作怪。”当然他不会舍弃测不准原理这样重要的物理原理：“也就是当你观察到事物的时候，你已经在不可避免地改变着你的观察对象了。我们阅读某个文本，也就改变着这个文本。个体是有限的。有限是渡江之筏。无数个有限，可能就是无限。尽管我们永无法抵达无限——这种感觉类似宗教体验，像博尔赫斯笔下的南美豹身上的毛纹。但我们能听到这头豹子在乞力马扎罗山巅上传出的吼声。阅读，都是误读，是一种扭曲的幻觉。”

量子文学似乎涉及到量子论的各方面，唯一没有谈到的是量子化。在我这个文学门外汉看来，所谓量子文学，其中的一些提法不外是对传统文学的一些细节做“量子化”而已。

宇宙中的那些空隙……

你知道吗，你看到的天上的星星、银河、数不清的类似银河的星系，其实只占整个宇宙能量的很少一部分。精确地说，只占4%左右，其余的96%是无论用肉眼还是用望远镜等寻常手段都看不到的能量。

其中，所谓暗能量占了74%左右。暗能量是一种均匀地充满宇宙的能量，目前，观测它的方式都是间接的。剩下的部分叫暗物质，我们这次不介绍它。

那么，宇宙学家是如何发现暗能量的呢？

这需要先回顾一下我们宇宙的历史和整体图像。

首先，我们的宇宙过去和现在一直在膨胀。这是所谓大爆炸学说给我们的图像。虽然我们不可能回到过去亲眼看到宇宙是如何大爆炸的，但很多观测证据支持这个学说。例如，很多遥远的天体正在远离我们，大爆炸学说的其他一些推论也被观测证明了。

要确定宇宙具体是怎么膨胀的，最直接的方式就是测量天体之间的距离是怎样随时间变化的，这就像测量一个吹大的气球上的两个点的距离一样，将距离随时间的变化规律得到了，气球是怎么变大的也就明确了。

但是，我们不能真的去用尺子量天体之间的距离，因为宇宙是这么庞大，一般的星系之间的距离是这么遥远，谁也没有那么长的尺子。

宇宙学家用的办法是找出宇宙中的“路灯”，这些“路灯”就像大街上的灯一样，亮度一样。我们根据路灯在我们眼里的亮度就可以算出它的距离，距离越远，看到的亮度就越暗。将看到的亮度和真实的亮度比较，就能算出路灯的距离了。但是，宇宙中并不存在亮度完全一样的天体。接近标准亮度的天体是一种叫作IA型超新星的天体。这些天体亮度非常大，以至于即使它们距离我们有上百亿光年，我们都能用大型望远镜看到它们。

通过测量超新星的亮度，我们可以估计出它们离我们有多远。另外，通过测量它们的光谱，我们还可以计算出它们相对于我们退行的速度，这样，我们就可以总结出宇宙膨胀的规律。

1998年前，科学家一直以为宇宙是做减速膨胀，也就是说，过去的膨胀速度比现在的膨胀速度大。这种减速膨胀理论与万有引力理论一致。牛顿的万有引力告诉我们，世间所有物体之间存在引力。到了宇宙尺度上，也只有万有引力才能主导天体之间的运行，包括宇宙膨胀。理解宇宙为什么减速膨胀很简单。设想我们向上抛一只苹果，苹果开始的时候以一定速度上升，由于地球的引力作用，上升的速度越来越慢，最后甚至开始下落。同理，天体之间的万有引力作用使得它们之间分开的速度越来越慢，这就是减速膨胀。到了一定时刻，天体之间的距离反而会变得越来越小，这就意味着宇宙开始收缩了，这很像苹果开始下落。

宇宙减速膨胀主导了宇宙学家们的视野几十年。直到1998年，情况才突然变化了，这就是令人吃惊的宇宙加速膨胀的发现。

在几个月中，这个爆炸消息传遍整个科学界，但没有多少人相信，因为万有引力这个概念实在太深入人心了。

美国的两组宇宙学家正是通过测量一些IA型超新星得出宇宙在做加速膨胀这个结论的，他们发现一些超新星的亮度以及退行速度之间的关系与做减速膨胀的宇宙完全不同。两个小组的领导人分别是亚当·里斯（Adam Riess）和索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）（两人均是2011年诺贝尔物理学奖获得者）。

宇宙加速膨胀是一件非常离谱的事情，就像我们抛起苹果，这个苹果在空中不但不减速最后落地，反而以越来越大的速度远离我们而去。谁看到这种现象都会目瞪口呆。

可是，在现代物理学中，我们却能很好地解释这种现象。爱因斯坦在1917年用他的最具想象力的物理理论——广义相对论——来研究整个宇宙的时候发现，如果只有万有引力，他的理论和牛顿的万有引力理论一样，只允许一个动态的宇宙，也就是说宇宙不是减速膨胀就是加速收缩，这是引力的性质决定的。那个时代，宇宙学的研究少得可怜，更没有什么大爆炸宇宙学说，爱因斯坦自然地和其他人一样，认为宇宙是静态的（就像我们夜晚仰望天空，没有看到星星离我们而去，第二天晚上再看，恒星基本还在原来的位置，因为比较近的天体确实没有远离我们而去）。所以，他必须引入一种新的斥力来平衡物质和天体之间的引力。很巧合，在他的著名方程中，可以加上一个很自然的项，这一项产生斥力，而且这个斥力与物质无关，即使宇宙是空的，斥力也存在。这就是著名的爱因斯坦宇宙学常数。

当然，要取得引力和斥力之间的平衡，宇宙中的物质密度不能是任意的，这一点，估计爱因斯坦也不会满意的。后来，哈勃发现了宇宙在膨胀，爱因斯坦自然就放弃了他的斥力假说。我们可以想象，假如物质不够多，引力小于斥力，宇宙就会加速膨胀。当然，苹果不会离我们加速而去——这是因为地球的局部引力远远大于宇宙中的平均引力，但遥远的天体会离我们加速而去。

在爱因斯坦之后，很少有人会严肃对待宇宙是加速膨胀的这种可能，直到1998年，80年后，有了里斯和珀尔马特等人的发现。

除了著名的宇宙学常数，人们将所有可能导致宇宙加速膨胀的能量叫作暗能量。

那么，为什么在暗能量这个词汇中出现了“能量”？宇宙学常数是一种能量吗？回答是：是的，宇宙学常数是一种能量。

在现代物理学中，我们知道，真空不空。在真空中，永远有一些基本粒子突然出现和突然消失，只是突然出现和消失之间几乎没有时间间隔，我们感受不到。这些突然出现和消失的粒子，会带来能量，这些能量通常不可抽取出来以资利用，所以我们也感觉不到。

但是，万有引力既然是万有的，真空能量也会产生力。奇怪的是，真空能与寻常的物质能量不同，产生的是斥力。所以，我们可以将爱因斯坦宇宙学常数解释为真空能，它们产生的斥力完全一样，难以区分，所以物理学上就是同一回事。

但是，物理学家还不知道如何精确地计算真空能。所以，真空能到现在还是一个谜。甚至，我们也不能肯定它到底是不是一个常数，也就是说，宇宙在很久以前的真空能和现在的真空能一样大吗？还是过去的大一些，现在的小一些？还是恰好相反，过去的小一些，现在的大一些？

既然我们不知道真空能到底是怎么一回事，我们就习惯将所有可能的真空能叫作暗能量。之所以是暗的，是因为真空能无法用通常的力学手段、光学手段或者不论什么样的手段加以利用，也就是说，它除了对宇宙提供无所不在的斥力，几乎没有其他任何功能。

暗能量的起源一定具有我们现在难以预见的奇妙图景。暗能量本身的特点就够令人惊奇的了。例如，尽管宇宙在不断膨胀，但暗能量的每单位体积中的能量似乎不随时间减少，这似乎违背能量守恒原理（我们的常识是，当一个气体膨胀时，气体的密度会越来越小）。但在抽象的、难以用日常语言解释的层次上，能量守恒原理并没有被破坏。

我个人倾向于一种非常特别的观点，即暗能量的密度是随时间变化的，而且在宇宙大爆炸的时候，暗能量密度高于现在的密度，后来慢慢变小，直到基本不变。但未来如何，我不能肯定。这是我的全息暗能量模型给我的图像。

暗能量到底会怎么变化，理论家说了不算，还需要宇宙学家制造很大的望远镜和其他设备来观察。接下来，有就待于欧美在未来十年到二十年中的一些大型计划。

暗能量研究不仅涉及到宇宙的终极未来，也涉及到物理学的根基，将是物理学和宇宙学未来数十年中的基本问题之一。

爱因斯坦放出的精灵

通常，我们将通过天文学的常规手段观测到的物质称为发光物质，或者重子物质。这些物质当然不一定要发光，例如低温气体，发出的也许只是微波；也不一定是重子（质子和中子），例如电子，但我们通常这么称呼参与电和磁过程的物质。

宇宙中的发光物质居然只占5％不到，这在十年前是不可想象的。其余的是什么？如果我们不求甚解，一句话可以概括，就是暗组分，不参与电磁作用，至少不直接参与电磁作用，所以用地球上目前已有的技术，我们根本“看不到”它们。如果我们想了解得稍稍多些，这些暗组分分成两个截然不同的部分，一种叫暗物质，一种叫暗能量。

爱因斯坦相对论告诉我们，物质就是能量，能量就是物质，为什么这里我们要将暗物质和暗能量分开？原因是虽然暗物质也是能量，暗能量也是能量，它们的物理特征却完全不一样。暗物质在天文学中的表现行为很像普通的物质，例如它们通过万有引力互相吸引，也与普通物质之间有万有引力，更加“人性化”。可以这么说，有物质的地方就有暗物质。当然，由于暗物质本身比物质还要多（在宇宙中，暗物质大约是物质的5倍），有暗物质的地方不见得就有物质，但暗物质和物质处在一个“团队”中，如银河系，如比银河系更大的本星系团。

暗能量则不同，它们不特别亲和物质和暗物质，在宇宙间均匀地分布着，哪里有空间，哪里就有暗能量。并且，暗能量之间不存在引力，却存在斥力，这种斥力爱因斯坦早在20世纪30年代就提出来了，后来与当时的天文观测不符，爱因斯坦放弃了这个建议。暗能量之间的斥力可能导致宇宙膨胀的速度不断地加快。20世纪的最后三年，宇宙学家正是通过发现宇宙在做加速膨胀推断宇宙间充满了暗能量，而且暗能量多于暗物质和物质的总和。这样，爱因斯坦不小心放出的精灵再不能被收进神灯了。

我曾经将宇宙的各阶级比喻成和谐社会的各阶级。暗物质比暗能量要少，比物质要多，只能是中产了，物质最少，可以比喻成占少数的富人阶层。比较有意思的是，宇宙学家们也将有暗能量和暗物质的宇宙模型称为和谐宇宙模型，或者一致性宇宙模型。这里的和谐的意思不是说宇宙中的各种成分和谐地相处，而是这个宇宙模型和所有的天文观测一致，不再有明显的矛盾。

天文学家们的数据在这个暗宇宙模型中看起来是和谐了，研究宇宙的理论家却前所未有地不一致、不和谐起来。我喜欢说有多少宇宙学家就有多少暗能量理论，事实上，暗能量理论的数目也许大于宇宙学家的数目。所以，在各种宇宙学研讨会上，我们经常看到五花八门的理论，经常看到宇宙学家争论不休。最简单的理论就是爱因斯坦当年的理论，暗能量是一个常数，是单位体积中的真空的能量，永远不变。然而，这种最简单的可能是理论家们最难解释的，为什么真空能存在？为什么真空能这么小——相对地球上常见的能量密度？但是，为什么真空能又很大——相对宇宙中的平均物质密度？

暗能量的理论五花八门到宇宙学家可以不顾一切地抛弃物理学中的一些重要假设。例如，有一种理论认为暗能量的密度会越变越大，最终导致宇宙大撕裂，先是星系团被撕裂，然后是星系被撕裂，然后太阳系被撕裂，最后是原子和基本粒子被撕裂。这种理论虽然违背了一些物理学“常识”，但有些理论家认为实验方面有一定的证据。我在两年前也提出了自己的暗能量理论，认为暗能量的大小由宇宙的某种尺度决定，这个理论的基础是所谓全息原理：宇宙可以用包含宇宙的一个球面来描写，换句话说，宇宙中进行的一切可以被忠实地投射到它的一个“人为”的边界上。我的理论有一定的市场，但也有很多反对意见。最近，在苏州的暗宇宙会议上有些同行讨论了这个理论，也有人提出了质疑。讨论和质疑都对研究有好处，也许，这次会议的讨论会促使我在将来提出其他理论。

决定所有假设的命运的是未来的实验。目前，理论家们的处境可以通过修改一句诗来概括：“暗宇宙给了我一双黑色的眼睛，我却用它寻找光明。”自然，这光明就是暗宇宙背后的那个深刻的物理规律。

模拟黑洞

无论对物理学家还是对公众来说，黑洞一直是引人入胜的话题。记得我开始读研究生时，看到一本专业书，上面有很多黑洞塌缩的图以及霍金蒸发的图，上面画了很多光锥，以及蒸发出来的粒子。

在引力理论中，光锥几乎就是一切。在每一个时空点上，光锥就是光在各个方向走出来的锥面。想象一个只有一度空间的时空，空间和时间组成一个平面，在平面的任一点上，光可以走两个方向，所以光锥就是一个十字，向上的楔形叫未来光锥，因为光顺着楔形走向未来，向下的楔形是过去光锥，光从过去走向楔形顶点。再想象一下，如果有两度空间，加上时间我们有三维的时空图，光锥此时就真的是锥面了。在真实世界里，空间是三维的，时空是四维的，所以光锥其实是三维的。有了光锥的概念，我们就能定义黑洞了，一个黑洞，其实是时空中的一个区域，在这个区域的边界上，所有光锥都指向这个区域，说明光只能进入，不能出来，黑洞的名字就是这么来的。区域的边界叫作视界。

还有一个更加形象的比喻。假想一个水域，其中有一个洞，水流向这个洞，在洞的边上，水流的速度达到一个临界值，这个速度超过水中任何物体所能达到的速度。这样，不论你如何使劲，当你到达这个边界时，你的速度总被水流的速度抵消，你只好无能为力地被吸入洞中。这个洞就是水中的黑洞，而水流速度达到临界的边界很类似黑洞的视界。

很多年前，加拿大物理学家安鲁（W.G.Unruh）就设想了这么一个类似黑洞的东西，他设想了一个流体，其中任何一处水流都有一个速度，在某个区域的边界上，流体的速度达到了流体的声速。此时，任何流体的振动都无法传出这个边界，这样，在外面的人看来，那个区域不能发出任何声音，所以这个区域可以叫作哑洞。哑洞也很类似黑洞，光波被声波取代。哑洞看上去比黑洞容易理解，因为这里只是流体的一个流速分布，没有难以想象的时空弯曲。

黑洞的一个令人惊奇的性质是霍金蒸发，也就是说，黑洞并不黑。霍金证明，量子力学使得黑洞发光，其实黑洞可以辐射任何粒子。量子论使得黑洞的视界看上去像一个带有温度的壳，这个壳可以激发出能量大约等于壳上温度的任何粒子。霍金蒸发也有一个形象的理解，在视界上，产生一个粒子对，向外跑的粒子带有能量，而向黑洞里面跑的粒子带有负能量。当带有正能量的粒子跑出来时，带有负能量的粒子使得黑洞的质量变小，所以整个过程还是满足能量守恒律的。

安鲁在设想哑洞时，其实希望将来可以在实验室中实现哑洞并利用它来研究黑洞蒸发，此时，被蒸发出来的粒子叫声子，就是声的单个量子。每个声子的能量很类似光子，与声速成正比。当声子落入哑洞时，由于哑洞中流体的速度超过声速，声子的能量是负的，而跑出来的那个声子的速度大于流体的速度，能量是正的。这是霍金蒸发的一个形象理解。

安鲁的哑洞的概念是1981年提出来的，直到2009年，哑洞才真的在实验室中实现。原因很简单，让流体的速度在某个区域大于声速并不容易。做出这个实验的是以色列海法的一个小组，领头人是杰夫·斯蒂恩豪尔（J.Steinhauer）。他们利用玻色－爱因斯坦凝聚才实现了哑洞。在流体中，玻色－爱因斯坦凝聚是非常特殊的一类，其中所有组分原子都处在同一个状态中，这样的流体叫作量子流体，因为它利用了量子性质。要使得原子都处于同一个量子状态需要两个条件，第一是所有原子的自旋是整数的，第二需要将所有原子冷却从而使它们都趋向同一个低能状态。

斯蒂恩豪尔等人的实验用了铷原子，实验的关键处是让量子流体产生一个速度分布，并且让某个区域的速度大于流体的声速。为了达到这个目的，他们为原子们设计了一个陷阱。这个陷阱很像一个喷嘴。离开喷嘴的地方，陷阱的坡度比较平缓，在喷嘴区域，陷阱的坡度变得很陡。

哑洞是实现了，但似乎还没有关于霍金蒸发的结果，我们期待进一步的实验。霍金蒸发的研究也许能够帮助我们理解黑洞最为神秘的一面，就是弯曲时空中的量子力学甚至引力的量子涨落，这是理论家们困惑了很多年而不得其解的问题。

最近关于隐形电磁斗篷的研究导致可能在实验室实现真正意义上的“黑洞”，我用引号是因为这不是引力中时空的效应，却是光学意义上的黑洞。隐形电磁斗篷是利用电介质的特殊电磁性质让一个物体看上去基本不反射也不折射光（广义地说就是电磁波）。既然我们可以在技术上操纵物质的介电性质，我们就可能设计出一个物体，使得这个物体的某个区域的边界上的光速变成零，这个边界就是视界了。美国伯克利国立实验室的Xiang Zhang领导的小组在2008年实现了一种人工光学物质，可以将光折回头，技术上说，这种光学物质的折射率是负的。最近，他们用纳米结构的硅实现了隐形电磁斗篷。在此基础上，他们将来可能在实验室研究黑洞以及引力透镜等天体物理学对象，由于是实验室制备的物体，我们无需花很长时间投资很多就可以研究这些奇特的引力现象了。

三维：一个幻象世界

物理学家在过去十年中对万有引力的基础研究发现，我们的世界虽然表面上看有三度空间，其实真正隐藏的世界是两维的，三维虽然是我们真实的世界，在某种意义上说却是幻象。

这个神奇的发现是怎么得到的？很难用普通语言完全传达专业研究和发现，我们只好在解释的时候使用一些比喻。

首先，我们先理解一下空间的维度。一根线或一根橡皮筋，是一维的，一个点在线上的位置需要用一个数字来表示。一张纸，或一个皮球的表面，是两维的，纸上一点的位置需要用两个数字来表示。想象一个两维生物，他在纸上可以向前向后走，也可以向左向右走。前后的距离需要一个数字，左右的距离需要第二个数字。我们生活的宇宙是三维的，除了前后左右，我们还可以向上向下，上下需要第三个数字。所以，一个空间的维度就是确定位置需要用到的数字的个数。

以上的描述既直观又数学化，但物理学家却不是用这种简单的数学发现我们宇宙背后真实的世界其实是两维的。他们用的方法是物理学的方法，和热力学的关系很大。

在热力学中，我们通常用熵来描述一个系统的混乱度，熵越大，混乱度越大，例如，一个气体如果足够均匀，它的混乱度就很大，如果将气体的分子原子排列整齐成一个规整的方阵，混乱度就会小多了。同样，混乱度也和气体所在空间的维度有关。很明显，将气体局限在一维中，其混乱度比将气体限制在两维中要小。同理，三维空间中气体的混乱度比两维气体要大得多。直观上很容易理解上面的结论。气体的每个分子在线上只能左右移动，而在面上还可以前后移动。在三维中，分子运动又多了一个维度。气体的熵与所在维度的体积有关。物理学家可以用这种方式来解析空间的维度。

物理系统的熵还有一个特点，通常随着能量增大而增大。例如，多给系统加一些粒子，自由度增多了，同时能量也增大了。如果不增加粒子，而将系统中的每个粒子能量增加，熵也会增加。通常，一个体系的温度高熵也就会更大。在现代物理学中，还有一个新的理解。如果温度高，每个粒子的能量大，那么我们利用空间的效率就更高，也就是说我们可以粗略地将空间划分成格子，熵可以说正比于格子的个数。能量高了，格子数就多了。

如果没有万有引力，我们的世界是三维的，也就是说，一个系统的最大熵最混乱状态是三维的，粒子一定会将三度的方向占满。有了引力，情况就不一样了。例如，想象我们有一个盒子，里面有气体，现在我们给盒子加温，同时在盒子里一直增加粒子的个数。如果空间是三维的，那么熵就会一直增加下去。有了万有引力，盒子里的能量高到一定程度，就会变成黑洞。再增加能量，盒子的体积就会变大。继续增加能量也会提高熵，但代价是黑洞占的体积越来越大。现在我们问，熵是如何随黑洞的大小增加而增加的？

20世纪70年代初，贝肯斯坦（Bekenstein）和霍金发现，黑洞的熵不和体积成正比，而和黑洞表面（称为视界）的面积成正比，也就是说，一个盒子中的能量大到一定程度，盒子中的熵不再与体积成正比，而与表面积成正比。这说明了什么？是不是空间到了一定程度其实是两维的？

更加深入的研究告诉我们，确实是这样，一个有万有引力的系统的有效空间其实是两维的，第三维在某种意义上来说只是幻象，可以由两维空间中的某些结构给出。在一些特殊情况下，两维上的能量越高，幻象第三维就越大。我们的世界就像两维生物看到的全息图像。过去十年，弦论的研究支持这种看法，这种全息理论甚至被应用于研究很多实际的物理系统。

2010年一月份，荷兰人埃里克·韦尔兰德（Erik Verlinde）提出一种观点，引力不仅将我们的宇宙变成两维的，引力本身也不是基本的作用力，而是一种宏观力，叫作熵力。橡皮筋的力就是熵力，它不是分子之间力的总和，而是混乱度引起的力。这种观点目前很流行，同时也有一定的争议。

我和一些学生在我们的最新研究中发现，韦尔兰德的理论在细节上需要修改。在我们修改后的理论中，我们发现，通常的气体还含有一种隐藏着的熵，不是由分子或原子的混乱引起的，而是由隐藏的两维世界中的混乱度引起的。

如何用实验验证这些不寻常的观点？前段时间，美国费米实验室的霍根（Hogan）指出，当我们观察遥远的天体的时候，全息理论会给我们带来某种不确定度。就是说，如果我们用胶卷拍照，天体在胶卷上的位置有一个基本的模糊度，天体越远，模糊越厉害，这是因为我们用望远镜看纵深维度的时候，这个幻象维度与胶卷上的模糊度有关。当然，由于模糊程度非常非常小，我们很难通过观测哪怕最遥远的天体发现这种模糊。

霍根说，类似的效应可以通过观察来自不同方向上光线的干涉看到。他和他的团队正在建造一种叫holometer的仪器（原意是测高仪，我们可以翻译成全息仪），这种仪器就是用来观察幻象第三维带来的光线干涉。我不知道霍根的理论与通常的引力全息理论之间的关系，但我倾向相信他的干涉仪会观测到新的物理现象。目前，他们已经建造好了一米长的模型，真正用来做实验的仪器将有40米长。

作为预言家的牛顿：2060年才是世界末日？

举世都知道牛顿是历史上影响最大的科学家之一。牛顿的独特科学地位在于他处于现代科学的发蒙时代，发现了牛顿力学体系、万有引力、一些光学现象，他还发明了微积分。他的《自然哲学之数学原理》不但是现代科学史上最重要的文献，同时也开启了英国的工业革命。但很少有人知道，牛顿同时还是一个炼金术士，一个神学家和一个天启预言专家。正因为很少有人知道他的双重身份，他的没有发表的手稿在2003年和2007年6月份在世界范围内引发媒体狂潮。

狂潮的诱因是一个有意或无意的误解，媒体将他的手稿中含有2060年的一行字，解读成牛顿早在1704年就预言了世界将在2060年终结，或者说得更加动听一些，世界将在2060年毁灭。牛顿没有发表的手稿中关于炼金术的研究超过100万字，关于神学、《圣经》中年代和预言的研究达到300万字。这些手稿在1936年为苏富比拍卖，买家之一是著名经济学家凯恩斯。1942年，凯恩斯在英国皇家学会的一次演讲中说：“从18世纪以来，牛顿一向被认为是第一个，也是最伟大的近代科学家，是一个理性主义者，他教导我们作出冷静的思考和无偏的推理。可是现在我要说，我不认为如此……牛顿并非理性时代的第一人，却是最后一个魔术师、最后一个巴比伦人和苏美尔人。”

2003年，英国BBC广播公司做了一个节目，题目是“牛顿：黑暗的异端者”，其中涉及到牛顿关于2060年的预言，于是在2003年很多媒体开始宣扬牛顿预言世界末日是2060年。2007年6月，希伯来大学国家图书馆展出了牛顿的手稿，引发又一轮媒体狂潮，这次狂潮直接袭击了中国媒体。作为一个研究引力的人，我对所有这些一无所知，虽然在数年前我读过怀特写的《牛顿传——最后的炼金术士》，并且了解到牛顿作为一个科学家在27岁前已经做出他的大部分重要发现，而从27岁开始将很多时间花在炼金术、神学和《圣经》的研究上。

直到最近《北京科技报》的编辑邹曦建议我写一篇关于牛顿预言的随笔，我才到百度用关键词“牛顿2060”搜索，居然搜出5万多条，都说牛顿预言2060年是世界末日。

后来我用谷歌搜索，发现了牛顿学者史诺贝伦（Stephen D.Snobelen）专门为辟谣写的一篇文章。文中说，牛顿的2060年的预言起源于《圣经》旧约丹尼尔书中提到的3年半。3年半即1260天，牛顿将其解读成1260年，认为从某一年开始的1260年后，世俗世界将被终结，天国将开始。牛顿从来没有指定某个年代，而2060字样的出现使得人们猜测法兰克王国的查理曼大帝被教皇加冕的那年，即公元800年是牛顿心目中的起始年，从那一年起始的1260年之后就是2060年，这一年将是世界末日。

对于牛顿来说，在这1260年期间，真正的没有腐败的教会受到堕落的三位一体教会的打压。看来，牛顿远比当代媒体要乐观得多，他只是认为那一年是大变化的开始，而这个变化可能就是和平时代的开始，或者说，真正的福音将被宣扬传播。牛顿，根据史诺贝伦的说法，从来不是一个世界末日的预言家，恰恰相反，他讨厌制定日期。

关于宇宙学的“哲学”思考

首先我得声明，我是一个没有系统地研究过任何一家哲学派别的人，所以我的标题对哲学加了引号。在标题中用到哲学，是因为下面涉及的一些宇宙学的进展和围绕这些进展出现的一些争论的确贴近哲学，因而我的思考也贴近了哲学。

在所有科学学科中，宇宙学是最吸引公众的学科之一。康德说过：“有两种事物，我们愈是沉思，愈感到它们的崇高与神圣，愈是增加虔敬与信仰，这就是头上的星空和心中的道德律。”康德所指的星空，就是我们今天所说的宇宙。谁不会对宇宙之大、宇宙的过去和未来发生巨大的兴趣？因为，我们是宇宙这个有机整体中的一分子，我们的过去和未来与宇宙的过去和未来有着密不可分的联系。至于康德所说的道德律，我想对于一个在有着宗教传统的国家长大的人来说自然也是崇高和神圣的。顺便说一句，西方人对宇宙的虔敬与宗教也有关系。对于他们来说，宗教的泛道德化与一个有目的的宇宙自然是骨与肉的关系。

正因为如此，在西方，在所有的科普活动中，宇宙学科普成为最吸引公众的活动之一，一些非官方的基金会如邓普顿（Templeton）基金会热衷于支持宇宙学研究，尤其是与正统宇宙论有抵牾的研究。这个基金会除了自然科学还支持其他种类的研究，例如哲学与神学，以及关于世界上主要宗教的研究。1995年，物理学家兼科普作家保罗·戴维斯（Paul Charles Davies）因《上帝与新物理学》等科普著作获邓普顿奖。最近，又有两位宇宙学家获得邓普顿奖。这些研究宇宙学的人接二连三地获得奖金很高的邓普顿奖（2006年的奖金是140万美元），说明了这个基金会认为宇宙学是连接科学与超出科学之外的人类形而上的活动譬如宗教的桥梁。

在美国，大爆炸这个名词家喻户晓，因为大爆炸从20世纪60年代以来被确立成现代宇宙学的规范。近年来，暗物质和暗能量也成为流行语，至少在公众科普媒体上是这样，虽然这些名词所对应的科学概念仍是宇宙学家们的热门研究对象。宇宙正在加速膨胀，如果宇宙一直这样加速膨胀下去，宇宙的未来就是死寂，这些信息的传播会引起越来越多的公众的不安。

即使在科学普及还做得远远不够的中国，宇宙学也是科普中做得最好的。尽管我们少了很多宗教情结，我们对无所不包的宇宙还是怀有强烈的好奇心。宇宙学也是所有学科学的人接触到的最令人怀疑、同时也最引人思索的学科。记得我最初接触到宇宙学的时候，我深刻怀疑大爆炸到底是不是我们对宇宙学的最终认识。作为一个学生的我当时想，我们凭什么就敢将我们目前掌握的物理学知识应用到无所不包的宇宙中去？我们凭什么假定在100亿年前宇宙中的物理学规律就像我们现在获得的那样，从而推测出宇宙即使在那个时候也是一直在膨胀着，所以宇宙肯定起源于一个大爆炸？我们怎么知道在我们目力所及之外就不存在更大的宇宙？所有这些问题，随着我对物理学和宇宙学的认识不断深入，后来被我视为相当天真的问题。现在再回过头来看，有些问题并不那么天真，正是当下宇宙学家争论的一些问题。

科学是实证的，也不仅仅是实证的。我们说科学是实证的，是说科学发端于实验和观测，得到理论、预言，再通过实验和观测检验预言。科学不仅是实证的，因为一旦理论化，可以推出无限多个预言，我们不可能一一检验这些预言，只能相信逻辑和数学结构的一致性使得科学成为一个整体。但是，一旦某一天其中一个推论被实验否定，我们就要改进科学本身。宇宙学也如此，宇宙学是科学延伸的极致，因为它的建立依赖于对规律的极端信任。举一个重要的例子我们就明白为什么是这样：通常天文测量尺度非常大，我们不可能用寻常的方法测量天文距离。天文距离的测量一般是两种，一种是通过三角关系测量，即所谓的视差。当距离非常大时，我们要借助第二种方法，即找到一种被认为是亮度固定的天体，然后通过表面的亮度确定这个天体距离我们多远，就像一支具有固有亮度的蜡烛一样，我们可以通过眼中看到的亮度确定它离我们有多远，亮度越微弱，距离我们越远。第二种测量距离的方法含有两个假定，第一是给定的天体有固定的亮度，第二是表面亮度与距离平方成反比。当距离很大时，后一个假定并不能通过寻常的方法检验。我们反过来将第二个假定变成定义，由这个方法定义出来的距离叫视距离。

物理学中有很多概念和陈述并不是我们寻常经验的推论。例如，我们在实验室实现一个极高的温度，如上万度，我们并不是用寻常的温度计来测量的，而是通过光谱。光谱本身用来决定温度其实也暗含了一些假定，例如光的波长与温度成反比，或者倒过来，在某个温度之上，温度就是通过光来定义的。很多概念的延伸都超出了寻常的经验，但是，所有这些定义必须满足逻辑的自洽性。这样，在物理学中，我们可以定义非同寻常的高温，非同寻常的极小的距离，也可以定义非同寻常的极大的距离。

宇宙学的建立，就是需要我们对这些概念的信任，这样，我们就回答了我年轻时对宇宙学的第一个质疑：我们能够相信物理学在遥远的距离之外和遥远的过去都是成立的吗？回答是，当然可以信任，虽然遥远的距离和遥远的过去本身的定义超出我们寻常的经验，但形成一个逻辑自洽的体系。除非这个体系出现不自洽，那时我们就得修改我们的理论，使之重新成为与观测吻合的自洽的体系。

当我们说宇宙的年龄是137亿年左右时，我们用了宇宙在膨胀的知识。如果宇宙在过去一直在膨胀，那么追溯到过去的某个时刻，所有现在看起来很遥远的天体在那个时刻之间的距离都为零，这就是大爆炸发生的那一刻。在得到137亿年这个具体数字的过程中，我们还假定了宇宙中不但含有物质，还含有所谓的暗能量。暗能量使得宇宙加速膨胀，当它主导宇宙的能量成分时，宇宙真的在加速膨胀，这是目前观测到的。当暗能量的密度远远低于物质密度时，宇宙由于万有引力的作用，膨胀是减速的。这样得出的宇宙年龄和我们关于天文学的一切知识都吻合，例如宇宙的年龄不能小于地球的年龄，不能小于我们所知的年龄最大的天体。地球的年龄大约是45亿年，而年龄最大的天体是球状星团，它们的年龄不低于120亿年。

经常有人问，大爆炸之前宇宙是什么样子？现在流行的看法是，在物质产生之前，宇宙经过一个剧烈膨胀时期，叫暴涨时期。这个时期非常短，大约是10-30秒甚至更短。在这么短的时间内，宇宙在线性尺度上膨胀了1026倍。这个时期没有直接的观测证据，但有一些间接的证据，例如，宇宙中的很多结构，如星系等，都起源于那个时期的微弱的量子涨落。暴涨时期是科学研究的另一个范例，它的存在是通过间接的方法推测的，就像早期我们通过布朗运动推测原子分子的存在一样。很多人相信，在暴涨时期之前，时间不再存在，所以我们如果问“之前”是没有意义的。

另一方面，研究暴涨时期的“之前”有物理意义。因为，即使时间不复存在，我们可以问取代时间的概念是什么。近年来关于量子引力的研究结果建议我们用抽象的代数来取代几何概念，就是说，不但时间不复存在，就是空间也不存在了，时间和空间只是某种抽象概念的近似，这种抽象概念无法用寻常的图像来解释，随着研究的深入，也许有一天我们能够找到它的间接证据，就像暴涨时期有间接证据一样。在科学史上，经常会发生这样的事情，当我们将一个概念运用到极端时，这个概念被另一个更加准确的概念取代。例如，温度是一个宏观概念，当我们将这个概念应用到越来越小的体系时，我们会发现，温度会不再适用，而更加正确的概念是分子原子的运动。不过，我们现在还不能肯定暴涨之前时间和空间肯定消失了，因为还存在一些其他理论，如认为宇宙是一个周期的过程，暴涨发生之前宇宙也许是收缩的。

接下来我们自然会问宇宙到底有多大？首先我得澄清一个经常让很多人疑惑的问题，即宇宙在空间上的有限性。宇宙可以是无限的，也可以是有限的。疑惑往往产生在有限上，因为人们总是问，如果宇宙是有限的，那么会存在一个边界，这个边界之外是什么？换句话说，如果我走近这个边界，伸出手去捞一把，会捞到什么？其实解决这个问题很简单。想象你处在一个房间里，房子有四壁——不对，有六壁，如果你伸出墙外捞一把，假如你真的有穿墙的本事，你捞到隔壁邻居家里去了。可是在爱因斯坦的理论中，空间是可以弯曲的，我们可以想象将你们家的任何一堵墙和对面的墙通过弯曲连接起来，这样就会发生一件怪事，当你的手从左边的墙伸出去的时候，它同时出现在右边的墙上，你捞到自家来了。

好了，让我们接着问宇宙有多大这个问题。宇宙学观测的手段大多是通过电磁波的接收，包括可见光、X射线、γ射线以及微波。电磁波的传播速度是有限的，所以，我们现在看到的天体是它过去的样子，越远的天体，我们看到的样子越老。既然宇宙有一个年龄，那么我们看到最远的天体就是最老的天体，不会超过137亿年。简单地换算成距离，我们现在看到的天体最远不过137亿光年。宇宙学家通常指的宇宙大小就是这个距离之内的宇宙。当然，真实的宇宙可能比这个人为限定的宇宙大得多，比如说，100亿年之后，假如人类还存在的话，他们看到的宇宙可能比现在的宇宙大。我们接着问，宇宙是否是有限的？目前没有这方面的证据，但有一派人认为宇宙就像一个有12面墙的房间，不过这个房间的每两对相对的面被黏合到一起，这就避开了外面还有邻居的问题。

还有一个情况使得我们看到的最大的宇宙是有限的，不论我们等多久我们都只能看到有限的宇宙，这是因为，距离我们很远的天体由于宇宙膨胀的关系相对于我们在退行，如果这个表面退行速度超过光速，我们就永远不会看到它们，这个极限距离叫视界。现在，由于暗能量的发现，宇宙非常可能有一个视界，不论我们等多久，我们永远不会看到超过一定距离之外的宇宙，更不会看到宇宙的全部。这个可能性带来一个非常深刻的问题，就是，在这个距离之外的宇宙那些部分，即使是无限大的，对我们也不会产生任何影响，那么，我们有必要承认它们是存在的吗？这个问题看起来很奇怪，其实很自然。打一个非科学的比方，假如神鬼是存在的，但是他们的世界和我们的世界不存在任何交通关系，我们应该承认那个世界是存在的吗？从实证论的角度，我们完全可以说他们不存在，因为我们永远拿不到他们存在的证据。同样，视界之外的宇宙可能是不存在的，有一种理论的确认为这就是正确的答案，这个答案假定视界之内的宇宙形成一个逻辑封闭的体系：通常的物理因果关系在这个视界之内完全自给自足。

暴涨宇宙论还给出更多的可能，例如，存在许多虽然在空间上和我们的宇宙是联通的区域，但那些区域中的物理定律和我们这个区域完全不同。这种可能性是目前宇宙学家们争论的中心话题之一，涉及到很多深刻的物理问题。第一个问题当然是，既然物理定律是可变的，有没有超出这些物理定律之上更加普遍的定律，这些普遍定律决定类似我们的宇宙之内的物理定律，以及其他区域不同的定律？有一个可能的回答，就是弦论。但是，许多研究弦论的物理学家对这种说法很反感，因为一旦如此，我们的宇宙的物理定律就是很偶然的了，没有更加深刻的原因（爱因斯坦曾经希望物理定律可以由纯粹的逻辑来确定）。还有一个问题涉及到我年轻时问过的一个天真问题：我们怎么知道宇宙间的其他区域的物理定律是不同的，如果我们不能直接或者间接观测那些区域？这样，尽管宇宙在某种意义上是多变的，甚至有着无限可能，可是从实证论的角度我们却不能确定这些可能。以上讨论的多重宇宙的图像使得某些相信宗教的宇宙学家开始讨论上帝存在的可能。老实说，这种将宇宙学带出传统科学领域的现象让我担心，换个角度看，这些现象的出现也表明宇宙学又一次进入一个生机勃勃的发展时期。

宇宙撕裂，万物消失

宇宙的寿命可能是有限的

20世纪末天文学家通过观测遥远的超新星得到一个惊人的判断，遥远的天体相对于我们的退行速度越来越大，意味着在我们宇宙中存在一种无所不在的特殊能量，这种能量被称为暗能量，因为它的唯一作用是提供斥力，使得宇宙中天体之间的退行速度越来越大，我们还没有发现有其他什么办法直接和这种能量打交道。最近几年来，天文学家和物理学家合作研究暗能量的性质，提出了各种各样的可能。有人认为暗能量密度是一个恒量，大小不依赖地点也不依赖时间。如果是这样，宇宙将无止境地膨胀下去，恒星和星系将消失，人类也很难维持文明。另一种可能是能量密度越来越小，对人类来说这是最好的可能。第三种可能是密度越来越大，天体之间的斥力也越来越大，最终导致大撕裂，即所有物质包括分子原子都被撕裂，这是宇宙的终结。令人害怕的是，有一些观测证据支持这种观点。

宇宙有一个开端吗？如果有，宇宙是怎么起源的？

宇宙是否有一个开端？大爆炸宇宙学说看上去承认宇宙有一个开端，在开始的时候，大约140亿年前，宇宙非常非常小，突然宇宙空间的每一个点同时爆炸，温度很高，看上去是一锅炽热的粒子气体。我们现在的宇宙就是从那个婴儿期来的。科学家们相信，在热大爆炸之前，还有一个极为短暂的时期，宇宙在这个时期是冷的，但存在一种能量使得宇宙膨胀得更为迅速。宇宙在这个时期以前是什么样子，是否还有一个有趣的历史？我们还没有答案。

为什么物理学定律是这样的形式？这些物理学定律从何而来？

自然界最大的秘密是所有现象都遵循规律，这些规律在物理学中就是定律，行星遵循万有引力定律围绕太阳转，电子遵循电磁定律和量子力学围绕原子核转，太阳遵循核物理定律发光发热。过去，物理学家和普通人一样，认为物理定律就该是这个样子，从来没有问过物理定律为什么是这样子，还有没有可能是别的样子。物理学和宇宙学的发展使得科学家们开始提出这些问题，而问题的回答可能并不简单，也许是物理学的终极答案。

宇宙中物质的复杂性的起源

宇宙是复杂的，地球上的很多现象是复杂的，如果没有这些复杂现象，我们的生活就少了很多乐趣，例如美就是建立在复杂现象的基础上的。甚至可以说，没有复杂性，就没有生物，没有人类，没有喜怒哀乐。物理学家喜欢研究小系统，因为简单。但一个复杂的现象必然与比较大的系统有关，复杂性往往就是系统中很多部分合作产生的。生命的基础建立在蛋白质、基因等大分子和分子集团之上，这些复杂的结构是怎么来的？我们能从简单的物理规律推出它们的起源吗？

宇宙如何结束？

前面说到，如果暗能量的密度越来越大，我们的宇宙前景可不怎么样，但即使是这样，也要几百亿年甚至上千亿年宇宙大撕裂才会发生。仅就目前我们掌握的情况来看，怀疑宇宙会发生大撕裂有点杞人忧天，要肯定暗能量密度越来越大，至少需要我们做十年甚至二十年的实验。也许暗能量密度不会变大也不会变小，也许会变小，谁知道呢？西方人特别在乎宇宙未来会不会崩溃或者死寂，哪种结果都是他们不希望看到的。在不远的将来，也许我们能够确定宇宙将如何结束。

我们的宇宙是经过微调以适应生命和智慧存在的吗？如果是，为什么？

人的存在在我们眼中是天经地义的，就像日月星辰、山川土地的存在一样自然。物理学学习到一定程度，我们就会知道，世界上很多存在和现象与物理定律密切相关。如果我们稍微改变一点物理定律，世界可能就完全不同，例如，将万有引力的强弱变化一些，太阳也许还存在，但大小完全不是现在这个样子。将电子电荷变化一点，分子原子的大小完全不同，人类也许因此不复存在。每一个物理定律和物理常数就像一个收音机调台钮，旋动一点，生命和智慧就会消失。

爱因斯坦的后继者

爱因斯坦毫无疑问是20世纪最伟大的科学家，甚至是20世纪最著名的人。所以，经常有人问，爱因斯坦之后还有和他一样伟大的科学家吗？如果有，是谁？对第一个问题的回答是否定的，从而第二个问题也就变得没有意义了。

爱因斯坦是相对论的唯一创始人，是量子理论的创始人之一，而这两个理论是20世纪以来物理学的两大支柱。做到其中一点，就会成为不朽的科学家。媒体经常拿霍金说事，认为他是爱因斯坦的继承人。作为一位身体残缺却对物理做出很大贡献的人，霍金无疑值得我们尊敬。他在物理学中最为人称道的贡献是发现黑洞辐射，这个发现也是理论上的，由于条件所限实验上还没有验证霍金的理论。即使霍金是正确的，这个贡献也无法比拟爱因斯坦的两大贡献。所以，严格地说，霍金虽然可说是爱因斯坦之后继承爱氏研究的重要科学家之一，却不能说成是他的继承人。谁是爱因斯坦的继承人？当然没有，因为爱氏晚年最大的心愿还没有能够为后人完成：将自然界所有基本物理定律统一起来。

物理定律可以完全统一起来吗？历史的经验似乎支持正方。天体运动规律和地球上物体运动规律被牛顿统一起来了，不同的热学现象和化学现象也统一起来了。在19世纪，看上去完全不同的光和电也统一起来了，到了20世纪，亚原子世界的两种力也统一起来了。最后我们问，万有引力和电磁力是同一种力吗？很多爱氏的后继者认为一定可以统一起来，虽然直到今天我们还没有能够完成这个伟业。这个尴尬局面为反方提供了嘲笑的把柄。

还有很多人从理论上试图完成这项看上去不可能完成的任务，这些人分成若干派别，其中最大的一派叫超弦派，我就属于这一派。超弦派认为，世界上所有的最小的不可再分的粒子其实是弦，或者类似弦的东西。还有一派认为超弦派走得太远了，他们相信只要将爱因斯坦的理论重新包装一下，然后用一些看上去很抽象的数学折腾一下，就可以成功了。再有一些少数派，基本上在自弹自唱无人理睬。现在看起来，研究粒子的物理学家和研究宇宙的物理学家比较倾向于支持超弦派。也许下一个爱因斯坦会出自超弦阵营，我却不愿意押宝。虽然我将希望寄托在随时可以冒出来的天才身上，我却深刻怀疑伟人的时代已经过去了，就像莎士比亚不可复制一样，爱因斯坦同样不可复制。也许我们每一个人都将是那个“伟人”的一个部分，我们这些坚信宇宙和物理学规律是统一的人，作为一个集体是爱因斯坦的后继者。

这个世纪也许在经济上是一个不寻常的世纪，在物理学上，我感觉将是一个令后人觉得了不起的世纪。

魔鬼在细节中

西谚有云：魔鬼在细节中（the devil is in the details）。说的是不论你做什么，要小心考虑到所有的细节，否则不知哪里就会出麻烦。据说原话是“上帝在细节中”，后来估计考虑到捉弄人的只有魔鬼，就改成“魔鬼在细节中”了。做科学研究，这句话尤其重要。我在美国做博士后时，就经常听到这句话。

一个年轻人，如果经常嘴里说出大词，就很值得疑心了。往往他在哪里读了一本半本书，没学到重要的细节，成天就将大词挂在嘴上，如果你追问一点儿细节，很快就露馅。这样的人，是不可能做科学研究的，因为科学上往往就那么点细微的区别，导致结果的完全不同。另外，科学和所有需要技艺的领域一样，最重要的是手艺，而手艺就是一个一个处理细节的能力的总和。

爱因斯坦的广义相对论是一种引力理论，认为万有引力其实是时空弯曲的结果，这和牛顿的万有引力理论不同。后者认为时间和空间还是正常的欧几里德空间，但物体之间存在着与距离平方成反比的引力。在寻常的现象中，例如太阳系中，两种理论的计算结果并没有多大不同。例如，著名的水星近日点进动，说的是水星环绕太阳轨道的近日点随着时间会变化，但变化非常小，每个世纪只变化5601角秒，牛顿的万有引力理论可以解释其中的大部分（计及其他行星的影响），还剩下43角秒牛顿理论无法解释。爱因斯坦在完成广义相对论后，用他的理论计算出了这个偏差。两种理论在表面上完全不同，而差别却精细到如此地步。据说爱因斯坦在得到这个结果后激动得无法工作。

还可以举出很多“魔鬼在细节中”的例子，例如量子场论预言的电子磁矩与简单的量子力学的预言差别也很小，实验上可以检验。

当然，很多理论的不同也往往表现在质的方面，而不仅仅在微小的量上。典型的例子当然是伽利略原理与亚里士多德力学的区别。亚里士多德认为，一个物体要保持其运动需要力的推动，而伽利略惯性原理说恰恰相反，一个物体要保持匀速运动不能接受任何力的作用。本来这是很好检验的两个截然不同的理论，但地球上存在的大气阻碍人们认识到正确的理论长达两千年。大气的摩擦起了阻力作用，所以一个物体要保持匀速运动就需要一个力来平衡摩擦力。而且，摩擦力往往与物体的运动速度成正比，我们需要的额外力也就与运动速度成正比了。所以亚里士多德并没有错，但他需要强调他的力学只在大气中是成立的。如果没有大气，两个理论有质的不同。有了大气，两个理论的不同反而体现在细节上，即物体受到大气的摩擦力与速度成正比。

现代物理中也有两个不同的理论，虽然是本质的不同，有时也只体现在细节中，前面举的两个引力理论是这样的。在太阳系中，两个理论差别不大，但在引力场强的情况下，两个理论会完全不同，例如非常致密的天体，黑洞，等等。亚里士多德与伽利略如果到没有大气的太空中去争论，谁是正确的很容易判别。我接下来感兴趣的是，我们能不能用看上去有质的不同的现象，来判别有时差别很精细的理论？

例如，传统的热力学与统计物理在预言上往往没有太大的差别，它们都有热力学三定律，例如熵增大定律。统计物理假定一切宏观的热力学现象有其微观基础，都是分子原子的热运动造成的。但是，在宏观尺度上，我们看不到分子和原子，所以这个假定在19世纪很难用实验去验证。后来，爱因斯坦和斯莫卢霍夫斯基通过研究得出结论，布朗运动就是分子运动的体现，一个悬浮在液体中的微粒得到来自不同方向上的分子撞击，某个时刻所受的力的方向和大小是随机的，所以产生了布朗运动。他们指出，测量布朗运动就可以测出阿伏伽德罗常数（即12克的碳中含有碳原子的数量）。布朗运动是很容易观测的物理现象，这是一个质变的现象，这个现象却可以用来证实分子原子理论。

量子理论与经典理论的差别也很细微，只有在微观尺度上才体现出来。但电子衍射实验就能明显地证明量子论是正确的。更加质的不同的预言是，在量子论中，原子和分子是稳定的，而在经典理论中，原子和分子不稳定，也就是根本不存在！

这就说到当下的一个基本理论了。例如，超弦理论是最流行的量子引力理论以及统一理论，但超弦理论的特征尺度更加小，可能小到10-33厘米。用我们现存的技术根本无法探测这么小的尺度，我们到底能不能验证（或证伪）超弦理论呢？很多人认为这是不可能的。但是，美国《今日物理》杂志2010年11月号上有一篇戈登·凯恩（Gordon Kane）的文章，题为“String theory and the real world”，作者的观点完全不同。凯恩以持“地球上进行的实验完全可以验证弦论”的观点著名。他认为，弦论中存在一些本质不同的预言，不需要很难实现的实验就能验证。例如，他认为，不论弦论的解如何，这个解中总存在一种比较轻的标量粒子，在宇宙年龄大约为0.01秒时衰变，衰变的产物包含暗物质。在这个时刻，宇宙处于非热平衡状态。这就是弦论在质的方面的不同预言。

另一个引力理论就是熵引力，我们认为，宇宙中的物质其实都包含一些潜在的看不见的熵。将这种暗熵释放出来，是验证熵引力理论的重要手段。

第三枚苹果（上）

最近，著名荷兰弦论家埃里克·韦尔兰德（Erik Verlinde）（当年荷兰天才少年双胞胎组合中的哥哥）经过半年的深思熟虑，提出了引力不是基本力，而是一种宏观力的建议。具体地说，引力不再是自然界中不可约化的力，而是某种更加基本的自由度集体体现出来的力，就像气体产生的压强，这些力有一个学名：熵力。

那个著名的神话说，牛顿是坐在苹果树下被熟透了的苹果砸中脑袋才想到万有引力的。苹果在我看来是一个隐喻，它隐喻的对象其实是突然闪现在牛顿脑中的那个灵感，这个灵感将行星围绕太阳转动和苹果落地的起因联系了起来。在牛顿的理论中，万有引力存在于任何两个物体之间，而且还是超距的，即不通过任何媒介。这样，万有引力在牛顿看来是一个不可约化的力。

同样，爱因斯坦在两个半世纪后也被一枚苹果砸中，这枚苹果后来被他称为一生中最快乐的想法。在爱因斯坦的灵感中，引力不再是两个物体之间存在的神秘超距作用，而是时间空间弯曲的结果。一个物体使得它周围的时空弯曲，而另一个物体感到了这种弯曲，顺着极小的路径跑。在爱因斯坦的理论中，引力满足因果律，传播的速度是有限的。

弦论研究的重要对象之一还是引力，和牛顿、爱因斯坦一样，弦论家们一直认为引力是基本力，不可约化。只是最近十多年来，我们的观点稍稍起了变化，因为引力可以完全等价于不含引力的理论，这种等价性是由全息原理保证的。全息原理说，在一个不含引力的理论中，可能出现一个本来没有的空间维度，这个空间维度完全是一种宏观量，就像气体的温度一样（当然不是一件事情）。引力存在于原来的时空加上这个新的空间维度之中，在这个更大的时空中，我们可以将引力看成是基本的，但在原来的理论中，引力本来不存在，是诱导出来的。

也许，直到最近，第三枚苹果幸运地砸到了韦尔兰德的头上。韦尔兰德突然意识到，其实引力不是别的，正是一种叫作熵力的东西。这个苹果的种子其实早已蕴含在前面提到的全息原理之中，只是弦论家们没有明确地意识到引力就是熵力。

那么，什么是熵力？

我们知道，气体由分子或原子组成。每个分子本身并不带有压强，但是，对于包含这个气体的墙壁来说，每当一个分子撞到墙上反弹，墙壁就会感受到一个冲量，当我们将所有分子给予墙壁的冲量加起来，就产生了压强。所以，压强是一种宏观量。压强也是一种熵力。当我们缓慢地移动墙壁时（例如燃烧室的活塞），气体的熵会改变，根据能量守恒原理，熵的改变率乘以温度，就是压强了，熵力就是熵改变引起的力。通常，力的方向与熵增大的方向一致。因为普通的气体的体积越大，熵越大，所以压强是一种倾向于增大体积的力。

在统计物理中，我们有时并不需要具体存在的墙壁就能定义压强。我们可以想象一个平面，分子不停地通过这个平面，压强是分子通过平面时带走的动量。从这个定义来看，压强的确与分子之间的微观力毫无联系，是纯粹的宏观力，纯粹的熵力。

熵力另一个具体的例子是弹性力。一根弹簧的力，就是熵力，胡克定律就是熵力的体现。一个更好的例子是高分子的弹性力，假定组成高分子的单体与单体之间不存在任何力，那么高分子的弹性力完全由熵的改成引起，高分子的弹性力趋向于使得高分子蜷曲，因为蜷曲的高分子的熵更大。

这样，我们就可以定义熵力了。熵力不是主要由物体的微观组分之间的力引起的，而是由物体的熵的改变引起的。

接下来，我们问，韦尔兰德的熵力是什么？

这里就需要用到全息原理了。在韦尔兰德看来，描述一个空间最初的系统不是这个空间以及存在于这个空间中的物体，而是包围这个空间的曲面。在这个曲面上，有一个微观系统，局部处于平衡态，所以曲面的每个局部都有一些自由度以及被这些自由度携带的熵。当一个试验粒子在外部接近这个曲面时，曲面上的自由度受到这个试验粒子的影响，从而熵起了变化。当这个粒子完全融入曲面时，我们认为这个粒子本身也可以由曲面上的自由度描述了。学过一些热力学或统计物理的人知道，当一个系统的能量增大时，熵通常也增大，所以粒子融入曲面后曲面上的熵增大了。通过能量守恒我们得知，熵增对应的熵力是吸引力，即粒子总被曲面包围的空间部分吸引。我们看到，热力学的后果就是万有引力。韦尔兰德向我们展示，牛顿的万有引力公式以及爱因斯坦理论都可以通过统计物理加全息原理推导出来。

在韦尔兰德之前，泰德·贾寇柏森（Ted Jacobson）有过类似的想法，他建议引力是由熵流引起的，这个想法和韦尔兰德的想法很类似。韦尔兰德的贡献在于明确指出引力就是熵力，并且指出，物体的质量或惯性也与熵有关。

韦尔兰德的论文在网上出现的20多天时间，已经有10篇以上的论文出现，讨论韦尔兰德这个幸运灵感的后果。例如，我和前学生王一（现在在蒙特利尔的麦吉尔大学做博士后）就用韦尔兰德的结果推导了著名的紫外/红外关系。我们还指出，暗能量也可以用熵力来解释。

由于暗能量是一个非常重要的问题，我稍微仔细地解释一下。与万有引力不同，暗能量产生斥力。但是我们前面讨论了，韦尔兰德的熵力只产生引力，如果要产生斥力，我们就得假定将粒子从曲面上拿走，曲面的熵增加，这和通常的热力学是矛盾的。要解决这个矛盾，我们假设在可观测到的宇宙中有一个极大的曲面，所有其他曲面不能超过这个极大曲面。在这个极大曲面之上存在一些独立的自由度，正是这些自由度产生了斥力：当粒子接近这个曲面时，曲面上的熵增加。这个曲面就是所谓的视界，而我们这个建议和过去的很多想法吻合。例如，有人认为，我们这个宇宙的自由度上限是由视界决定的。

引力作为熵力的理论还处于婴儿期，我们有理由相信，接下来的发展会完全改变我们对引力的看法，以及对整个宇宙的看法。

第三枚苹果（下）

一年半前我写了《第三枚苹果》上篇，介绍了万有引力研究在当时的最新进展。我在那时期待很快有进展，以便写下篇。等了一年多，虽然在韦尔兰德的工作之后，出现很多论文，但一直没有根本性的进展，就一直没有写下篇。我个人和学生们在韦尔兰德的工作基础上做了一些工作，自认为不错，但不能王婆卖瓜自卖自夸。

我们先回顾一下《第三枚苹果》上篇的主要内容。万有引力研究有两个里程碑，第一个是牛顿发现了以他名字命名的万有引力定律，从而解释了行星运动规律以及地球上受到地球引力作用的物体抛物线运动规律，同时解释了月亮围绕地球运动以及潮汐现象。二百多年以后，爱因斯坦通过他对时空的深刻洞察提出万有引力其实是时空弯曲的结果。例如地球的万有引力是地球的质量引起周围时空弯曲，在这个时空中运动的物体走所谓的“短程线”，其实是物体比较“懒”，在短程线上该物体自己体验到的时间被极大化了。去年一月份，荷兰物理学家韦尔兰德提出另一种观点，认为万有引力本身并不是最基本的力，而是更加基本的自由度引起的宏观现象，具体地说就是熵力。熵力这个现象在物理世界中并不罕见，例如气体产生的压力，弹簧力，高分子变乱所引力的类似弹簧的收缩力。这些力有一个共同的特点，就是倾向于将更基本的自由度变得更加混乱。例如高分子的弹性力，是由组成高分子的单体“喜欢”排成更加混乱的形态。这有点像口袋中的手机线，不论你将手机线整理得多整齐，在口袋放一阵子，再拿出来就乱了。

将引力看成非基本力，其实有比较长时间的历史。早在1995年，美国马里兰大学的贾寇柏森就开始认为引力是一种热力学现象。我们知道，在热力学中，热这个概念就是宏观的，是分子原子运动的结果，压强、熵、焓等都是宏观概念。贾寇柏森的观点基于黑洞的研究，因为黑洞虽然看起来简单，但其实也有熵和温度。韦尔兰德将贾寇柏森的观点推广到更加普通的情形，认为即使没有黑洞，引力场同样有微观的温度和熵，这些温度和熵并不是我们熟知的分子和原子引起的，而是某种更加基本、我们日常看不到的东西引起的。这些东西是什么呢？我们现在并不清楚，但可以从弦论中追溯可能的踪迹。早在1994年，一些弦论家发现，在一些特殊时空里（例如那些具有负常数曲率的时空），引力完全等价于一个生存于虚拟时空中的不含引力的理论，这个理论所在的时空比引力所在的时空至少低一个空间维。这就是所谓的引力的全息原理：引力其实是低维空间中更加“基本”的自由度引起的。但弦论家研究的对象是特殊的时空，而韦尔兰德认为全息原理在任何时空都是对的，引力就是低维空间中的熵力。

在2011年的弦论大会上，韦尔兰德更加前进了一步，认为引力既可以理解为熵力，也可以理解为更加一般的绝热反作用力。要直观地解释这个物理概念并不容易。大致说来，在一个物理系统中，我们可以将物理参数（如粒子的质量、位置和速度）分成两类，一类是变化快的，一类是变化慢的。例如，一个常温下的气体，粒子的速度通常每秒数百米，这是非常快的速度。在刮风时，风速就要比分子的速度小得多，而风速是集体的平均速度。所以，大量分子的平均速度可以看成是变化慢的物理量。同样，一个气体的体积也是变化慢的量。当气球的体积变化时，所有那些变化快的量会反作用，结果就是对应体积变化的压强，这个压强就是绝热反作用力。

韦尔兰德新的概念比老的更适用，因为要推导爱因斯坦广义相对论，老的概念中的温度并不总是成立的，我和学生在一些工作中也指出这一点，并提出新的解决方案。在我们的工作中，我们还预言了一般气体有着比分子原子贡献来得更大的熵。我们一直不知道如何从微观的角度解释这个巨大的熵，韦尔兰德尚未发表的工作看来提供了一个解释思路。例如，在弦论中，任何两个粒子之间都存在着看不见的弦。这些弦如果被激发出来，就会很重。在普通情况下，没有足够能量激发这些弦。但是，在量子论中，即使一个东西不被激发出来，也有看不见的涨落，这些涨落也许会贡献很大的熵，这些熵与万有引力有密切关系。

但粒子之间的“弦”还是普通时空中的自由度，这些自由度同样也该有全息对应。也就是说，当我们研究一个气体时，这个气体可以用包围气体的面上的物理系统来描述，那么，在这个面即全息屏上，这些新的比较重的自由度到底是什么呢？从韦尔兰德在弦论大会上的演讲，我们还看不到任何线索。

当两个粒子靠得很近时（所谓很近，是比原子甚至原子核的尺度更小），这些看不见的自由度会变轻，从而变得容易被激发出来，那么这个系统的熵会变大。韦尔兰德就是这样来解释黑洞的。固定质量，黑洞是引力塌缩后尺度最小的系统，所以熵最大。

韦尔兰德甚至用这些新想法来解释暗能量和暗物质，他大胆地估计了暗能量和暗物质在宇宙中的比重。我想，这是他最大胆同时也是最有趣的想法。我们拭目以待。

时光之箭

孔二同学站在河边曾经感叹过“逝者如斯夫，不舍昼夜”，是说时间的流逝，像水流一样。这句话自然是感叹年华逝去不可复得。搁在今天，深层的含义就是时光机器的不可能，人不可能返老还童，也不可能乘坐时光机器回到过去、一切从头来过。

时间只能从过去流向未来，是热力学的原因，就是说给定一个孤立系统，熵不会变小。我们通常看到的例子是：覆水难收，热从高温处流到低温处，鸡蛋在一定条件下变成小鸡，而小鸡在几乎任何条件下都变不回鸡蛋。前两个例子是熵增大的直接例子，而鸡蛋和小鸡的例子是熵增大的间接例子。人的生命过程以及记忆，也是熵增大的间接例子，和鸡蛋变成小鸡一样。生命过程和时间箭头一样，指向未来：人从出生、成长到衰老到死亡，是从过去到未来的过程，而不是相反。我们当然可以将生命过程拍成电影，然后倒过来放映，这样我们会看到人从老逐渐变年轻最后变成婴儿这种魔术性的过程，但实际生活中永远不会发生。虽然生命本身的演变不一定是熵减少过程，但维持生命的发展需要消耗能量和外界的有序性，也就是说，将生命和它的环境加起来，熵是增大的。所以，热力学第二定律禁止人的返老还童现象，因为将环境算进去这是一个熵减少的过程。

同样，记忆和生命过程类似。我们只记得过去，不能“记得”未来。我们可以将人脑看成一个系统，它储存的记忆越多，某种意义上就越有序。一个完全没有记忆的大脑是浑沌的大脑，完全无序。这样，在人的成长过程中，通过经验的积累和学习的积累，我们记忆越来越丰富，这当然指的是过去，因为过去的时间越来越多。大脑逐渐有序化的代价是我们消耗能量以及环境的熵增大，所以，记忆的时间箭头和热力学的时间箭头是吻合的。假如，我们拍一部一个人的成长历史，然后倒过来放映，我们会看到，这个人会越来越年轻，而记忆会越来越少，他/她的记忆是关于未来的（这里未来就是原来正着放的电影的过去），这样的事在现实中肯定是不会发生的。当然，我们可以假想在现实生活中，也许存在着一种奇怪的生物或人类，虽然会由年轻变老，但他们记得的事情是未来，而不是过去。随着年纪的变大，未来的时间变少，他们的记忆也越变越少。我同样猜测这种过程和热力学第二定律矛盾，从而是不可能的。人不能“记得”未来，我相信这和小鸡不能变成鸡蛋一样正确，虽然我还想不到一个证明。困难在于，这个证明要列出许多条件，比如我们要将白痴排除（既不记得过去，也不记得未来），等等。

热力学第二定律非常容易理解。假定在一个箱子里放上一些原子，假如开始的时候原子都在一个角落里，随着时间过去，原子逐渐分散到箱子中，这是扩散过程，也是熵增大过程。熵是态的数目（严格地说是态数目的对数）。开始的时候，原子待在角落里，可能的状态数目自然小，而后来可以待在整个箱子中，状态数目大多了。我们在咖啡中加一点牛奶，开始的时候牛奶聚在一起，后来逐渐扩散开来和整个咖啡混在一起，这同样是扩散过程，也是熵增大过程。我们不可能看到牛奶和咖啡在开始的时候充分混合，后来牛奶逐渐聚在一起，这和再收覆水一样不可能。

现在问题来了，既然熵是增大的，那么宇宙在过了很长时间后，为什么熵没有达到极大，从而熵保持固定，从而我们不可能看到熵增过程？在我们前面的例子中，为什么开始的时候原子都待在箱子的角落，牛奶聚在一起？对这个问题的追问，最终都回到一个“终极”回答，就是，宇宙的寿命是有限的，而宇宙在开始的时候熵几乎处于极小状态。所以，即使经过了大约140亿年，宇宙的熵还在增加，从而我们可以看到热力学第二定律在起作用，我们可以看到与这个定律相关的现象，生命不断地从生成到死亡，鸡蛋不断地变成小鸡，而我们总是一成不变地记得过去不记得未来。注意，记得过去非常重要，因为物理学实验和观测，特别是宇宙学观测，总是观测到过去而不是未来，这归根结底和我们的记忆方式有关。我们如果只记得未来，那么我们就观测到未来；如果我们既记得过去也记得未来，观测就会有点混乱了，我们要小心区分因果，也许这样的超人反而做不了科学。谢天谢地，宇宙的寿命是有限的，宇宙在开始的时候的熵非常小，这样不仅使生命和智慧成为可能，研究科学也成为可能。

大家现在知道终极问题是什么了，就是为什么宇宙开始于一个熵极小状态，为什么宇宙不开始于一个极为混乱的状态？这的确非常难以理解，因为熵非常小就意味着状态非常特别，比草堆里的一根针还要特别得多。是谁选择了这样一种特别的状态？假如是上帝，他为什么闭着眼睛就能将针从草堆里轻易地找出来？卡洛尔（Sean Carroll）最近在《科学美国人》的一篇文章宣扬他的一个观点。他认为，宇宙的确开始于大爆炸，而在大爆炸发生之前，也的确存在过一个极为短暂的暴涨过程。正是这个暴涨过程难以理解，因为它的熵非常小。卡洛尔假定，在暴涨发生之前，宇宙处于一个非常特别的真空状态（其中有一定的暗能量），由于暗能量的存在，量子涨落可以使得这里或那里出现暴涨过程。如果他的理论是正确的，那么我们的宇宙就是涨落出来的，开始的熵很小就是因为量子涨落不需要熵。我们有今天，我们能够拥有生命和智慧，都和量子涨落有关。可是，卡洛尔的理论同时带来巨大的包袱，既然我们的宇宙从更大真空中涨落出来，当然也有其他宇宙涨落出来，所以多宇宙是不可避免的。这是一个有争议的话题。另外，卡洛尔声称在别的宇宙中时光箭头可以反过来，这是一个错误的解释，因为他也承认，在那些宇宙中热力学第二定律同样成立。不同的宇宙之间时间是不可比较的，所以说时光箭头反向是一种误导。

读不懂的时间

上一篇《时光之箭》，谈的是时间的箭头，即时间流动的单向性。我们记得过去，却不知道未来；泼出去的水收不回来，煮熟的鸡蛋不能还原成生鸡蛋；人类由小长到大，渐渐衰老，却不能返老还童。这些日常看到的现象都说明时间的单向性，这是时间最为有趣也最为深刻的特性。

但是，撇开时间的单向性，我们想问，在物理学中，时间究竟是什么？很遗憾，直到今天，除了一些操作性的定义，我们并不知道时间究竟是什么。时间的操作定义与人们心理上感到的时间很类似，也就是说，当我们感到变化，我们觉得时间流过，或时间在流逝。所以，时间和变化即运动有关。为了量度时间，我们需要找到可以信赖的运动，例如天体在天空中的位置的变化。一天，就是太阳升起落下和再升起，或星星在天上东升西落一个周期；一月，是月相变化的一个周期；一年，是地球绕着太阳运动的一个周期。所有这些都和周期运动有关。有时，我们觉得这样定义的时间并不准，这和周期是否是严格的有关。现代授时技术已经用到了原子钟，这是基于某些原子的跃迁频率。

以上时间的操作性定义基于一个假定，即时间的均匀性，或某种周期运动本身的均匀性。这看上去有点同义反复，但并不完全是这样。时间的均匀性和时间的另一个性质密切相关，就是物理定律在时间上的“平移不变性”，一个物理定律在一万年前是如此，一万年后也是如此。周期运动是物理定律的一个结果，所以周期运动的一个周期是均匀的。在牛顿力学中，时间是均匀流动的，在爱因斯坦的狭义相对论中，时间同样是均匀流动的。时间的均匀性和物理学中另一个深刻的现象有关，就是对称性意味着一个守恒的物理量。物理定律在时间上的平移不变性是一个对称性，其对应的物理量是能量，能量守恒和时间平移不变性是同义语。我很难用一个形象的办法解释为什么时间平移不变蕴含能量守恒，我们可以将这个关系作为物理学的一个结论接受下来。当然，如果你接受量子力学的一个基本定律，也能理解时间和能量的关系。在量子力学中，频率与能量成正比，那么，时间的均匀性意味着频率的不变性，也就是能量守恒了。

在物理学中，无论是牛顿力学体系还是爱因斯坦的狭义相对论，空间也是均匀的，就是说，你在一个实验室发现的定律，在另一个实验室同样适用。空间的均匀性也意味着一个守恒量，就是动量守恒。我们同样可以利用量子力学解释两者之间密不可分的关系。在量子力学中，动量与波长成反比，如果空间是均匀的，那么一个波长传播到另一个地方波长不变，意味着动量守恒。

在牛顿力学体系中，时间独立于空间均匀地流逝，即使牛顿力学具有伽利略相对性，这里的相对论性也只涉及到空间，不同惯性参照系中的空间不同，时间却完全一样。在狭义相对论中，时间不再是完全独立的，新的相对性原理要求不同参照系中的时间和空间都不同，在从一个参照系变到另一个有相对速度的参照系时，时间和空间之间有线性变换。但是，即使在狭义相对论中，时间和空间也还是完全不同的。例如，一个参照系中静止的时钟标志的两个不同的时间被看成两个事件时，在另一个参照系中不会变成同一个时间在空间上不同点的事件。用专业的术语说，类时间隔的事件不会变成类空间隔的事件，反之亦然。

在没有引力的情况下，时间和空间看起来是一种先天的存在，尽管在相对论中这种存在和运动以及事件不能分开。当引力介入时，我们应该采取爱因斯坦广义相对论的观点，不能再认为时间和空间与其他存在无关。在粒子理论中，其他存在无非是场或粒子。广义相对论告诉我们时间和空间像粒子和场一样，是由动力学决定的，一直在变化、弯曲。时间和空间的量度本身不是给定的，而是演变的。但是有一点广义相对论也没有完全改变，就是事件的集合形成的连续体本身似乎有某种意义上的独立性，虽然事件之间的时空关系（是类时间隔还是类空间隔，以及量度）不能独立于物质。

和现代引力理论一样，量子力学也给予时间特殊的地位。在决定波函数演化的方程中，时间被单独地挑出来。波函数决定一个物理系统的一切，含有在一个给定时间系统的全部信息。如果我们想得到该系统在另一个时间的全部信息，我们就会用到波函数在时间中的演化方程。有人试图将演化方程“协变化”，即把时间和空间尽量放在同等的地位，时间依然与众不同。如果我们将引力和量子力学结合起来，会发生让时间显得更为独特的事情，因为时间和空间本身也是动力学变量，我们不再有演化方程，我们只有“静态”的方程，这个“静态”方程决定的波函数其实隐含着时间，因为时间只是波函数中的一个动力学变量。但是，如果我们试图给予波函数一个物理解释，我们似乎不得不挑出某一个变量作为时间（例如宇宙的平均大小，或者某处的一个变量如你们家的时钟）。从这个角度来看，尽管可以用几乎是“任意”的变量来作为时间，但一旦将这个时间取好了，它就是标志整个宇宙的时间，有某种意义上的“绝对”性。

对时间是否是绝对的，目前还存在争论。多元宇宙观点认为，我们的宇宙只是时空上相互连通的很多宇宙的一部分，我们原则上不能与多元宇宙中的其他部分建立联系。既然不能建立联系，谈我们的时间就是他们的时间就变得没有意义，也就是说，多元宇宙不同的部分有着独立的不同的时间。最近，Lee Smolin开始反对多元宇宙，认为宇宙中只有一个时间。上面提到的量子力学和引力的结合的结果似乎支持Smolin的观点（这样也就不该存在多元宇宙）。不过，我们对宇宙波函数的物理意义并不清楚，所以，现在就排除多元宇宙似乎为时过早。总之，时间在物理学中仍然是一个最难以理解的概念。

弦论：一些事物的理论

25年前，有人证明原则上可以将粒子理论嵌入超弦理论，超弦理论成为统一量子引力和包括电磁理论在内的其他相互作用的理论，在过去25年间一直是主流理论。25年前，许多人将弦论称为一切事物的理论（TOE，theory of everything）。但是，人们很快发现，将粒子物理理论嵌入弦论的方式有很多种，如果我们不能决定是哪一种，超弦理论就不能说对自然界有预言。25年间，人们一直在寻找弦论中的可以决定自然界选择哪种嵌入的“第一原理”，在这个过程中发现了一些弦论的重要性质，但仍然没有能够找到那个第一原理。

到了2003年，一些人证明了弦论其实没有办法通过动力学来选择一个嵌入，相反，他们发现了所谓弦景观（string landscape），在这个巨大的景观中，存在很多很多可能的世界，而我们的世界只能是其中的一种可能。这还不是最坏的结果，更坏的结果是，弦景观中可能存在很多非常接近我们世界的其他世界，通过实验，我们很难区分这些世界。可以说，弦景观的发现，使得弦论界分裂成两个大阵营，其中一个阵营中的人认为我们不能从理论上决定哪一个对应于我们的世界，而需要依赖人择原理，例如暗能量为什么这么小，完全是偶然的；另一个阵营中的人认为要么弦景观不可信，要么就是存在我们还没有发现的原理，以帮助我们选择我们的世界在弦景观中所处的位置。

前些天哈佛大学的教授斯特罗明格（Andrew Strominger）在理论物理所作了公众报告，他表达的观点不属于以上任何一个阵营。他认为，弦景观是存在的，我们无法作任何预言，但人择原理也是不可靠的。他说，弦论不再是一切事物的理论，但也不像有些反对弦论的人认为的那样，弦论不是任何事物的理论（theory of nothing），他觉得，弦论是一些事物的理论。

在解释斯特罗明格为什么认为弦论是一些事物的理论之前，我们看一下斯特罗明格给弦论的每个方面所打的分。他给出一个弦论成绩报告单，打分的标准是美国的标准，最高分是A，最低分是F。A分相当于优秀，F相当于彻底失败，中间的分是B、C、D，B是良好，C是及格，D是不及格。

问题 成绩

弦论没有被实验排除 A

有确定的预言 F

LHC上可能的信号 D

解决黑洞谜题 B

数学应用 A

其他物理领域的应用 B

统一理论 A

理论的唯一性 D

解决暗能量问题 F

理解宇宙的起源 D

解决可重正化问题 A

我们看到，弦论在四个问题上得到了高分A，这应该是没有异议的。有些人可能会质疑弦论是否在解决量子引力紫外灾难（即可重正化）上面得到A，因为还不存在一个完整的证明。弦论在另外两个问题上得到了不错的分数B，即解决黑洞问题和在其他物理领域的应用。前者是斯特罗明格做了很大贡献的领域，而后者就和斯特罗明格的观点即弦论是一些事物的理论有关了。既然弦论在数学应用和物理应用上得到很好的成绩，是应该采取这种观点的时候了。

那么，弦论到底在哪些其他物理领域有应用呢？我们可以将这些应用分为两类，一类是未解决的但已经存在的问题，一类是提出迄今还没有实验支持的新问题。第一类问题包括：量子色动力学特别是夸克－胶子等离子体性质的研究，粒子物理中的一些量如散射的计算，凝聚态问题如高温超导、量子流体、带有杂质的临界现象、量子霍尔效应、非线性流体等。弦论在夸克－胶子等离子体的应用上取得的成绩最大，例如可以计算加速器上产生的这种等离子体的一些黏性性质，夸克如何穿过这种等离子体。在凝聚态物理问题这个大方向上的研究才刚刚起步，但势头看起来是好的。

那么，弦论是如何帮助解决这些问题的呢？这就回到黑洞问题。黑洞问题的研究使得人们发现所谓的全息原理，即黑洞这类很难研究的问题和我们熟悉的传统的方法有关（量子场论），这就是所谓对偶：黑洞等价于（对偶）一张“全息照片”，这张全息照片就是量子场论。这样我们就有了两个等价的问题，一个是黑洞问题，一个是量子场论问题。有时候，黑洞问题容易回答，我们可以将得到的答案用到另一个问题上。有时候，量子场论问题容易回答，这样我们倒过来将这里得到的答案用到黑洞上。当然，很多时候，两个问题都很难。在这种情况下，我们只能等待其中任何一个问题的研究进展。

类似粒子物理，凝聚态物理中有很多问题可以归结为量子场论问题，这样就不难理解为什么我们可以用全息原理来研究这些凝聚态物理问题了，虽然表面上看起来这两类问题完全不同。这里我们必须注意到，问题涉及到的黑洞既不是我们这个世界中的天文学上的黑洞，也不是可能在加速器上产生的小黑洞，这些黑洞只是理论中存在的黑洞，其中万有引力常数完全不是我们这个世界的万有引力常数，甚至时空维度也不是四维的。

斯特罗明格提出一句口号：在上个世纪，我们将所有问题变成简谐振子问题（类似弹簧问题），因为这个问题很简单。而在本世纪，我们应该将所有解决不了的问题变成黑洞问题。这句口号很有意思，有一定道理，但不能太当真。

顽固的幻觉——时空

我们在时空中体验时空的存在。中国古代就有“宇宙”一词，其中“宇”指的是空间，“宙”指的是时间。地质年代的最大单位我们就翻译成宙。人类对时空的先验直觉，康德就有过深入的讨论，而直到近代科学阶段，时间和空间才有严格的数学物理定义。在牛顿那里，时间是绝对的。虽然有伽利略相对性原理，牛顿也觉得有绝对空间存在。对于牛顿，时间空间是独立的物理存在。而莱布尼兹对时空的理解更接近我们对时空的现代理解，即这些最基本的物理概念都有可操作的定义。例如时间的定义就是事件的次序，我们通常用周期性运动来定义时间单位。

为了节省时间，我引用过去给《新发现》写的一个专栏里面的一段话来说明时空：

撇开时间的单向性，我们想问，在物理学中，时间究竟是什么？很遗憾，直到今天，除了一些操作性的定义，我们并不知道时间究竟是什么。时间的操作定义与人们心理上感到的时间很类似，也就是说，我们感到变化，我们觉得时间流过，或时间在流逝。所以，时间和变化即运动有关。为了量度时间，我们需要找到可以信赖的运动，例如天体在天空中的位置的变化。一天，就是太阳升起落下和再升起，或星星在天上东升西落一个周期。一月，是月相变化的一个周期。一年，是地球绕着太阳运动的一个周期。所有这些都和周期运动有关。有时，我们觉得这样定义的时间并不准，这和周期是否是严格的有关。现代授时技术已经用到了原子钟，这是基于某些原子的跃迁频率。

以上时间的操作性定义基于一个假定，即时间的均匀性，或某种周期运动本身的均匀性。这看上去有点同义反复，但并不完全是这样。时间的均匀性和时间的另一个性质密切相关，就是物理定律在时间上的“平移不变性”，一个物理定律在一万年前是如此，一万年后也是如此。周期运动是物理定律的一个结果，所以周期运动的一个周期是均匀的。在牛顿力学中，时间是均匀流动的，在爱因斯坦的狭义相对论中，时间同样是均匀流动的。时间的均匀性和物理学中另一个深刻的现象有关，就是对称性意味着一个守恒的物理量。物理定律在时间上的平移不变性是一个对称性，其对应的物理量是能量，能量守恒和时间平移不变性是同义语。我很难用一个形象的办法解释为什么时间平移不变蕴含能量守恒，我们可以将这个关系作为物理学的一个结论接受下来。当然，如果你接受量子力学的一个基本定律也能理解时间和能量的关系。在量子力学中，频率与能量成正比，那么，时间的均匀性意味着频率的不变性，也就是能量守恒了。

在物理学中，无论是牛顿力学体系还是爱因斯坦的狭义相对论，空间也是均匀的，就是说，你在一个实验室发现的定律，在另一个实验室同样适用。空间的均匀性也意味着一个守恒量，就是动量守恒。我们同样可以利用量子力学解释两者之间的密不可分的关系。在量子力学中，动量与波长成反比，如果空间是均匀的，那么一个波长传播到另一个地方波长不变，意味着动量守恒。

马赫也许是历史上第一个质疑绝对空间的合理性的，他的质疑直接导致爱因斯坦开始思考时空问题，以及发现狭义相对论和广义相对论。在爱因斯坦的理论中，时间和空间是有机的整体，相互之间可以有一定程度的互换，而且时间的流逝不再是均匀的，空间也是可以弯曲的。但时空还是有本质的不同，比如因果律依然是严格的，即我们不能回到过去杀死我们的祖父。用专业的术语来说，就是两个事件的间隔可以是类时的（两个事件可以有因果关联），可以是类空的（两个事件不可能有因果关联），也可以是类光的（两个事件可用光速运动连接），这三种间隔不可以互相转换。

时空在爱因斯坦的理论中已经从牛顿的绝对存在变成和其他物理对象类似的概念，即是可变的，与物质相互依赖。所以爱因斯坦说过，时间是我们根深蒂固的幻觉。在现代弦论中，空间可以不是最基本的概念，有点类似水波那样是衍生的概念：也许在宇宙极早期空间失去可观测和可操作的定义。那么时间呢？很多弦论学家也怀疑时间可能是衍生的，虽然我们还没有具体的例子。最近对引力作为熵力的研究也说明空间是衍生的概念，而不是像我们过去认为的那样是最基本的概念。

另外，虽然在现代物理理论中，时间还是单向和一维的，空间却可以高于三维，额外的空间维因为各种原因我们不能直接感受到，例如尺度太小。

我觉得，不论理论上还是实验上，我们对时空的概念必将面临革命的变化。

新神话

中国神话中的现代宇宙学（一）

这是戏说。

如果有人本着实事求是的态度以历史专家的身份质疑，我们表示欢迎，但不接受任何批评。

有人考证，中国最古最老的神是浑沌。

《庄子》说，中央之帝为浑沌。关于浑沌的记载似乎不多，这就留给我们很大的想象空间。

浑沌统治的时候，应该对应于暴涨期结束到光子退耦的时代，前后大约38万年，光子退耦了，浑沌也就死了——神也会死的，所以浑沌活了38万年。

《庄子》还说，倏与忽谋报浑沌之德，曰：“人皆有七窍，以视听食息，此独无有，尝试凿之。”日凿一窍，七日而浑沌死。看来浑沌就是这么死的。

（这个七日看起来很熟悉，因为旧约也说上帝创世费了七日的工夫，上帝说要有光，于是光子开始退耦。）

我估计倏和忽是浑沌的两个儿子。如果我估计的不错的话，一个统治物质，一个统治辐射。庄子的时代科学不发达，他以为倏是南海之帝，忽是北海之帝。浑沌的时代，和光同尘，天地没有结构，哪来的南海和北海？

浑沌先生是不是无性生子，我们无从查考。在他7万岁的时候（如果以人生一百岁来计算，他还不到20岁），物质和辐射一样多了，他决定生子，于是倏和忽诞生了。

我们不知道倏和忽活到了什么时候，也许现在还活着。他们远比老爸长寿，虽然他们的名字看起来是短命的。

浑沌在垂老的时候，生了幼子，他的名字叫盘古。《三五历纪》中说：“天地浑沌如鸡子，盘古生其中。万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地，盘古在其中，一日九变；神于天，圣于地，天日高一丈，地日厚一丈，盘古日长一丈。如此万八千岁，天数极高，地数极深，盘古极长。”

很明显，在浑沌死前一万八千年，盘古出生了。这段时间，也许对应于光子退耦之前最后散射发生的不确定时间。

问题来了，到底是倏、忽两位老哥谋杀了老爸，还是盘古老弟为了开天辟地杀死了老爸？这是宇宙有史以来的第一个谜，又叫宇宙学第一奇案。

盘古同学比老爸和两位老哥都有名，所以很多人以为他是最老的神。在道教中，他的名字叫元始天尊。

盘古，根据我们的考证，应该还活着，因为我的同乡吴承恩同学在《西游记》里就记载了孙悟空见过元始天尊。

根据道教，元始天尊居住在玉清境内，天文学观测一直没有找到这个地方，相信盘古·元始天尊同学已经有了手机，只是公司既不是联通也不是电信，所以我们没有他的号码。

除了玉清，还有另外两清，分别是上清和太清，上清是灵宝天尊居住的地方，太清是道德天尊居住的地方。

灵宝天尊的尊号是上清高圣太上玉晨元皇大道君，和元始天尊不同，他既有父亲，也有母亲。他在母胎中待了三千七百年才出世。同样，宇宙学对他的来历没有什么研究。我估计他的出生在星系形成时期。

灵宝天尊是元始天尊的学生，学成之后，就占了三十六天的第二天。出生早的人有福气啊，不需要做博士后，就找到正式工作了。而且还“金童玉女各三十万侍卫。万神入拜，五德把符，上真侍晨，天皇抱图”。

我们认为，“上真侍晨”中的上真是中国四大美女之上的美女，应该是宇宙第一美女。有了超女，自然就有好男，所以天皇同学虽然没有太多事迹，但是世上第一个好男应该是无疑的。香港的四大天王，怎么能和天皇同学比呢？

盘古的另一位博士生是道德天尊同学，此人大名鼎鼎，是我的本家，即李耳同学。葛洪的《神仙传》说老子“先天地生”，看来也是在太阳系形成之前就出生的。后来春秋时代的老子，应该是道德天尊同学向耶稣同学学习，下凡创始道家以至道教。他在人间出生之前已经存在了，所以自称老子，老而为人子的意思。

老子住的地方也不俗，叫作太清，是宇宙中的第三别墅。既然他创立了道家，所以就成了飞仙之主，元始天尊和灵宝天尊养尊处优，将后来的神仙交给老子来管。虽然住在第三别墅有点憋气，权力还是可以平衡一下的。

李耳同学比耶稣同学要勤快，不时造访地球，有这样的记载：老子无世不出，数易姓名，初出于上三皇时号玄中法师；出于下三皇时号金阙帝君；出于黄帝时号力默子，又号广成子；周文王时为守藏史，号支邑先生；武王时为柱下史，号郭叔子；汉初号黄石公；汉文时号河上公。

中国神话中的现代宇宙学（二）

我们前文谈到了盘古同学，以及盘古同学的两个博士生。后来的神仙多到不计其数，有的是盘古的儿子，有的是盘古的孙子，子子孙孙，将天上弄得拥挤不堪。

每个神仙都有父亲，或者父母俱全，悟空同学从石头里蹦出来，独一份。悟空的师父玄奘大师有句名言：人是人他妈生的，妖是妖他妈生的。我上次在西安游慈恩寺时内心默默地对玄奘举手说道，神是神他妈生的。现在，我想对玄奘同学继续补充一句，神有时是神他爸生的。

盘古的父亲是浑沌，那么，浑沌的父亲呢？

我们翻遍历史，无论正史或野史，正说或戏说，国家档案馆或私人家谱，甚至各地的人才交流中心，都没有找到浑沌老爸是谁。不过，最新的宇宙学观测和宇宙考古理论家们的研究，给我们指明了一个方向。

爱因斯坦也许是天下最大的白相大王。根据他的理论，能量只能局部地守恒，如果将引力考虑进来，能量可以无中生有，难怪老子同学的那部书讲“道生一，一生二，二生三，三生万物”。西方有个古斯同学，将爱因斯坦的哲学发挥得淋漓尽致。他说，在浑沌同学之前，宇宙什么也没有，只有一个驱动暴涨的暗能量，在暗能量的驱动之下，宇宙不停地暴长，一直长大了28个量级左右。在开始的时候，暗能量并不多，只有一公斤或者十公斤，天下的万物全是从这一公斤的暗能量里长出来的。

有人会问，怎么可能呢？回答是，引力这玩意儿会吃能量，也会吐出能量。如果没有暴涨时期，宇宙中这么多能量还真的产生不了，不信你学两天宇宙学，然后计算一下。

为什么别人研究不出来浑沌之前有这个历史，偏偏古斯同学能够研究出来？难道他是神童？我们觉得，他还真是神童，他是浑沌的老爸，又叫古斯老祖的灵童转世。

考证完古斯老祖之后，我们回到传统的神仙世系。

玉皇大帝大家都很熟悉。他就是三人之下、万人之上的众神之神，按照道教的说法，玉皇大帝是诸天之帝、仙真之王、圣尊之主，三界万神、三洞仙真的最高神。这个名头很吓人。不看名头，我们只看他是三界万神的最高神，就知道从他开始，人间的事多起来了。他这么关心人间的事，只能说明他出生得比较晚，应该是在地球形成之后。地球的年龄大约是46亿年，玉皇同学的年龄大致如此，大约是盘古同学的三分之一。

按如来的说法，玉帝自幼修持，苦历过一千七百五十劫。每劫有十二万九千六百年，那么玉帝有两亿岁左右，这严重低估了玉帝的年纪。

如果我们信了如来（阿弥陀佛，善哉善哉），那玉帝就出生在恐龙时代。一想到恐龙，我们还真有点迟疑，如果不是出生在恐龙时代，为什么玉帝同学的老婆王母同学一开始就丑得像恐龙呢（王母的事迹见后）？

玉帝的父亲是谁？有说是三清所化生出之先天尊神，这么说可能是盘古·元始天尊的儿子；也有说玉皇大帝乃昊天界上光严净乐国王和宝月光皇后所生之子，第二种说法受佛教影响，不确；或者是如来一派的戏说，将盘古变成光严净乐国王。如来本人的来历是什么？有人考证是和盘古同辈的。我个人觉得如来的来头很大，但绝不是盘古的同辈人，后面我们会说到如来的故事。

现在我们知道了，玉帝同学应该是在太阳系形成之后出生的。太阳系形成的过程目前并不清楚，只知道在恒星中，它是小老弟。最早的恒星比宇宙年轻不了多少，一个学派的观点认为，这些恒星都很重，大约是太阳的一百倍，因为在那个时代，还没有重元素，所以形成的恒星都很重。当这些恒星燃烧完了，重元素才产生。我们的太阳如果年龄不足够小，就不会有重元素。要知道，人类身体里有很多重元素。玉帝同学的存在和人类的存在息息相关，我们可以统称为重元素时代的神仙和人类。

玉帝同学并不是重元素时代的唯一重要神仙，与他同时的并且地位相当的还有五个，合称为六御，分别是：

1.中央玉皇大帝，老婆王母娘娘，又称为西王母；2.北方北极中天紫微大帝；3.南方南极长生大帝，又名玉清真王，元始天王九子；4.东方东极青华大帝太乙救苦天尊；5.西方太极天皇大帝（手下：八大元帅，五极战神，天空战神，大地战神，人中战神，北极战神和南极战神）；6.大地之母：承天效法后土皇地祗。

我们择要谈谈这些重要的神仙。

中神通玉皇大帝的老婆的名气一点不比玉皇大帝小，说起来见于文字记载还早些。《山海经》中说，西王母长着一条像豹子那样的尾巴，一口老虎那样的牙齿，叫起来的频率很高。叫声就不同凡响，原来张靓颖的海豚音的承传来自西王母。更不同凡响的是她的长相，看过《侏罗纪公园》的人想必还记得里面的可怖的冷盗龙（vilociraptor），比人大不了多少，动作敏捷，善于思考。我们终于明白为什么今人将丑女形容成恐龙，原来出典也是西王母。

《山海经》还提到她一头乱发（蓬发戴胜）。

不过王母到底是很高一级的神仙，她的长相也是进化的，到得后来，是一个美丽非凡的女人。有人说，她还换了一位老公，前夫本来是东王公，后来才嫁给玉帝，中间还掺夹着几位情人，如周穆王，汉武帝。也许最早的情人是后羿。她因爱后羿入骨，希望这个造反上台的王也能够长生不老，赠药给后羿同学，结果私情为嫦娥同学发现，自己吃了上天，嫦娥据说还成了王母第二个老公玉帝的情人，这个四角关系说起来真让人头大。

中国神话中的现代宇宙学（三）

上一回我们说到了王母，王母说完了说六御。

六是什么意思？御是什么意思？前后左右上下，六个方向，是六极，也就是三维空间的意思。御，就是统御的意思，每个方向有一个神来照应、统治。

李白诗：“秦王扫六合，虎视何雄哉。”其中的六合，和六极是一个意思。李白在诗中夸大了。当然我们不能责怪李白的夸大，诗人么，又不是科学家。秦王当时扫的是四合，他没有空军，更没有神五神六，上下如何扫法？估计当今之世没有什么人能够轻松地打扫六合，也只有美国人能够勉力为之。前不久中国试验了用导弹击毁卫星，中国人也开始追求这个能力了，这使得东西方神经极为紧张。

喜欢抬杠的朋友可能会问我，六极是有的，古人也说八极，那是什么意思？有人很浅显地认为八极就是远的意思，八极是远，那么六极就是比较远？毫无疑问是错误的理解。有人很高深地认为八极是形容男人外表和内心的八个特征，也错了。我们认为，八极就是前后左右上下内外，前六极是我们的三维空间，内外指的是第四维空间，很像Randall-Sundrum模型里的那个第四维。我们后来还会谈到这个第四维。（这里稍微解释一下Randall-Sundrum模型。大约十年前，研究弦理论的人发现，在弦论中除了弦之外，还存在各种各样的膜，比如说，我们的空间可能就是四维空间的膜，这个膜有三维，前后左右上下都有。四维空间多出一维，就是我用内外比喻的那一维。我们人以及我们能够用来探测的工具只能局限在三维，我们看不到第四维，只有万有引力能够“漏”出去，在第四维也有作用。Randall-Sundrum模型就是这种膜理论的一个很特殊的情形，在这个模型中，甚至引力也不能自由地在第四维中发挥作用，离开我们的膜越远，“漏”出去的部分越弱。）

回到六御，先说北方北极中天紫微大帝。

在一个各向同性的宇宙中，本来无所谓北无所谓南，无所谓东无所谓西的。当宇宙中有物质，而且物质还形成结构，如太阳系、星系、星系团的时候，就有方向的区别了。地球自转，我们习惯上将南北看作自转轴。磁铁造的指南针，指针指向北，因为地球磁场的方向大致与自转轴相同。

这么简单的一个道理，被现代物理学神话了，这个神话就是对称性自发破缺。

地球自转起来，只有靠近南极或北极附近的恒星看起来是不动的。北极星，位于紫微垣之中。紫微垣就像天上的紫禁城，而北极星有点像太和殿。北方紫微大帝的名字中有北极在里面，可见地位是很崇高的。

这个紫微大帝，就像天上的皇帝，而地位仅次于玉帝。那谁就问了，国无二主，天无二日，如果紫微大帝也是天帝，不是要和玉帝打起来了？

我们前面说过，玉帝的年纪大约和太阳一样大，紫微的年纪大抵也如此。这两位的出生既晚，所以只管星系、星系团这些事，星系团之外的，如超星系团之间的空洞、暗能量，他们不想管，也是管不了的。

道教说，中天紫微北极大帝协助玉皇大帝执掌天经地纬、日月星辰和四时气候，道书称其万星之宗主，三界之亚君，次于昊天，上应元气。这就说得很清楚，玉帝比紫微的职权稍大些。

打个比方，玉帝是总理，紫微就是常务副总理。总统或者国家主席还轮不到玉帝来做，因为他们之上还有三清，三清最低一层的太清道德天尊，就经常被玉帝请出来处理军事上的麻烦事，所以道德天尊有些像军委主席。

常务副总理紫微大帝的来历也有些蹊跷，原来的象征是个大乌龟。人们常说的北方玄武，就是个大乌龟。仔细去解释，武的含义是一龟一蛇。本来紫微大帝就是龟蛇，发展到后来龟蛇成了紫微大帝的服务人员了。

这位常务副总理同学同时还是一个战神，玄武又叫玄冥，金庸的《倚天屠龙记》中的玄冥二老就出奇地厉害。所以，常务副总理还身兼三军总司令一职。

再说东方东极青华大帝太乙救苦天尊。王母的前夫东王公是太乙的前身，王母离婚后，玉帝升格，东王公也升格。西王母和东王公本来同是元始天尊的女儿和儿子，现在的太乙救苦天尊的来历有点变了，身份也像佛教中的观音菩萨，可以化身万亿，这样才能听到每个烧香许愿者的声音。

太乙的来历看来比较复杂，我们上面已经说了他与东王公的关系，与观音的关系，其实，他还可能是屈原同学口中的东皇太一。

东方在中国是个特殊的方向。太阳自东方出，所以东方象征着朝气和阳光，太乙的帝号东极青华大帝取的意象就是春天。

青华大帝同学也有一个动物象征，就是青龙。左青龙，右白虎，青龙在东，白虎在西。青龙这个象征比较有人气，一个男人总是希望自己是个青龙，寓意是很深的，我们不便在这里仔细讨论。

在喜爱这个既有阳刚之气，又有菩萨之心的青华大帝的同时，我们也不免同情他。这么一个好男人，怎么就被王母给抛弃了呢？我们不得不发出亿年一叹，有权的家伙有福了。

中国神话中的现代宇宙学（四）

王熙凤同学是《红楼梦》中的哲学家，而不是那两个疯疯癫癫的僧人和道士。即使林黛玉，也说过一句很有哲学意味的话：“不是东风压倒西风，就是西风压倒东风。”这句话在中国开放前起了决定国策的主导作用。那时，我们还没有双赢的概念。

然而深受中国儒学影响的道家不这么认为，中国儒学讲究调和君臣，阴阳家则强调阴阳调和，哪一方占到压倒的优势，都是不好的事情。所以在道教的六御当中，西方太极天皇大帝和东方东极青华大帝是和平共处的，不是一方压倒另一方，而是形成一个双赢的局面。

一个青龙，一个白虎，谈不上谁老大。

然而考证中国神话历史，西方太极的确不被重视，在更加正统的四御说中，就没有西方太极的位置。既然青龙是阳，白虎为阴，白虎还是要聊备一格。在金木水火土的五行说中，东与木对应，西与金对应。在奥运的吉祥物福娃里，可爱的白虎成了下面这位小朋友：

不懂中国五行说的人肯定看不出福娃妮妮和金有什么关系，懂的人也看不出，金的唯一标志是隐约可见的倒扣的金鼎。让标志太沉重，是咱们的传统。

韩国的国旗用了太极和八卦，韩国又有太极虎的名号，我不知道韩国为什么特别喜欢西方白虎这个阴性的象征。白虎虽然是阴性，却是战神的代表，难怪韩国人在足球比赛中那么好战不屈，哪里像咱们这个爱好和平的民族，友谊第一，比赛第二。

金木水火土在中国人的脑子中根深蒂固，哪怕是《红楼梦》也没有逃出这个无所不包的哲学“气场”。有人说，林黛玉就是木，薛宝钗是金，一东一西，难怪深信斗争哲学的林妹妹说出“不是东风压倒西风，就是西风压倒东风”。

南极长生大帝的名号比较常见，他老人家的诞辰是五月初一。据说他也是元始天尊的儿子，不过传说混乱，有说是元始的长子，也有说是他的第九子，道教的混乱芜杂，这里就体现出来了。有人考证说，长生大帝同学名字虽叫长生，其实不是那个颤巍巍捧着从西王母的蟠桃自助餐那里偷偷留下的那个蟠桃的南极仙翁。

道教历史悠久，所以神仙众多，一个南极就囊括了南极长生大帝、南极福星天德星君、南极禄星天佑星君、南极寿星老人星君。一个长生大帝，统御了福禄寿，下次哪位遇上长生大帝，赶紧拜一拜。南极的福禄寿下面估计还有局长处长科员若干，分一分等级，别一别门类，虽然烦琐些，也比用一个福娃妮妮既表示金，又表示绿色，又表示你，又表示燕子，来得清楚。

如果大家不怕累着，不妨念一下长生同学的全名：高上神霄玉清真王长生大帝统天元圣天尊。

六御之中，和地球关系最密切的是承天效法后土皇地祇，她是六御中唯一的女性。在古代，天和地是一样的神圣，后土信仰的历史也很古老，可以追溯到周朝，皇天后土的说法那时就有了。

在希腊神话里，地神盖亚（Gaea）也是女性，而且是浑沌中产生的最早的两位大神之一，另一位大神是爱神艾罗斯（Eros）。接着是黑暗统治宇宙，这和现代宇宙学中在光子退耦之后有一个很长的黑暗时期不谋而合。在黑暗时期，光子作为背景辐射的温度先是3000度左右，随着宇宙的膨胀降到几十度。可见光的波长在5000，对应于太阳的表面温度，在6000度左右，所以在黑暗时期，背景辐射中的光子是红外光子，不可见。物质的主要部分是中性氢，基本不发光，发出的光也是21厘米波，不是可见光。

以后宇宙中的结构开始形成，类星体是最早形成的天体，这些类星体作引力塌缩时开始发出强烈的辐射，使得周围的气体电离，此时宇宙进入再电离期。

与类星体同时形成的可能还有活动星系以及早期恒星，这些早期恒星所含的元素是宇宙早期核合成时代形成的轻元素，包括氢、氦、锂。我们再强调一次，太阳这颗恒星是很晚才形成的，所含的元素才会有早期恒星燃烧产生的重元素。

如此，如果我们采用希腊神话的说法，后土妈妈的年纪或许是六御中最大的，虽然她后来主要的人文关怀对象是地球，她从一开始就照应了地球形成的主要先决条件，包括重元素的形成。

地神盖亚与她的儿子天神乌拉诺斯（Ouranos）生下十二个提坦神和巨人。乌拉诺斯应该是盖亚单性繁衍的，至于乱伦的事，在古希腊不算什么。（其实，古埃及法老的妻子不是自己的姐姐，就是自己的妹妹，古埃及这么做，解决了下一代的皇位问题，无论传给谁，都是纯粹的法老血统。著名的埃及艳后克丽奥佩特拉就先后嫁给了自己的两个弟弟，托勒密十三世和托勒密十四世，分别比她小8岁和11岁，当然她的弟弟们只是她名义上的丈夫。我很纳闷，为什么这么久的乱伦还能不断产生非常聪明的女儿，还不止克丽奥佩特拉一个？）

盖亚的十二个提坦神是六男六女，成为六对夫妇。最小的提坦克诺罗斯和一个女提坦神瑞亚是夫妇，生下第二代希腊神，最小的儿子就是宙斯。

讲着讲着跑题了，最后，上一张后土娘娘的图。

中国神话中的现代宇宙学（五）

中国道教历来生活在佛教的阴影之下，历史上也曾有过几次灭佛运动，而佛教也只是暂时失败。有说元朝开始的时候道教和佛教一起辩论，结果道教大败。我想这大败的原因是道教太过讲究实用，而佛教的思辨是道教远远不及的。

如来佛同学，大家没有不知道的吧？如来姓如来名佛，如实而来如来，如来佛的佛。其实如来佛这个名字说明中国的信徒们一向不求甚解。在佛教中，佛有十种称呼：如来，应供，正遍知，善逝，世间解，无上士，调御丈夫，天人师，世尊，佛。何况，佛还有好多佛，不止释迦牟尼一个。现在我们将释迦牟尼称为如来佛，如同将某位教授称为教授先生。

不管他，反正这么叫已经成了习惯了，教授先生就教授先生吧。道教为了表示自己的地位，认为释迦牟尼这位教授，其实是老子出了函谷关，留给函谷关县长尹喜他的唯一学术专著《道德经》，到了印度后收的徒弟。所以，道教可以说，你佛教的教授先生的学问的确博大精深，可是你们的太师父太教授原来是我们的老子，你佛教有啥了不起的。

道教讲究一个神仙，修道就是为了成仙，为了白日飞升，甚至为了如花美眷。所以道教是一个讲究实用的宗教，烧铅炼汞，不过是个精通化学的艺术家（craftsman），而和尚只是参禅悟道，不理俗事，是一个深刻的思想家、梦想者（seer），这里高下很容易看出来了。

老子和释迦的关系实在错综复杂。我们先看历史，孔子生于公元前551年，释迦牟尼的出生年代约在公元前565年，这么说教授先生要比孔子大些；老子是孔子的老师，出了函谷关到了印度再收徒，新的徒弟反而比老的徒弟大些，也没有什么十分的不合适。那时老子这个太教授太先生出了函谷关，是一个糟老头子骑着一头青牛，而教授先生可能年纪已经不小，已经做过了苦行僧而后放弃，终于遇到了明师。

然则在《西游记》中，太教授太先生虽然贵为军委主席，玉皇一有事，往往最后还得请教授先生帮忙。老子的本事不过是程咬金的三板斧，最后实在不行就上八卦炉。如来就不同了，不动声色，上下其手，到底是外来的和尚好念经。

在《孙悟空的师父是谁》那篇著名网文中，作者仔细分析了《西游记》和《封神榜》，提出《封神榜》中有五巨头，其中三人是道教的，就是三清（元始天尊，灵宝天尊，道德天尊老子），另外两位和佛教有关，分别是接引道人和准提道人。接引道人就是如来佛了，准提道人经考证后是孙悟空的师父菩提祖师，如来的师弟。《封神榜》称他们为道人，有意为道教贴金。《西游记》中的菩提祖师的确亦僧亦道。

佛教虽有不少的神话成分，与道教相比宗教的色彩更浓，这可能是佛教在中国历史上一直占上风的原因。如来同学得道后，一直活到80岁，因为身染重病，解脱而去，并没有后世道教为教祖们编造的那些神话，甚至复活的传说都没有。

然而早期的小乘佛教为了传播宗教的原因，不免多有夸大渲染，所以小乘佛教的思辨气息没有后来的大乘佛教浓厚。应该说，后世佛教在思辨冥想方面远远超过道教。道教不脱中国本土重利的传统，道教的徒子徒孙们看重的不是成仙，就是驱鬼驱狐，最不济也是符水治病，将一个宗教弄得落了下下乘。义和团的大师兄小师弟们玩的就是这些名堂，哪来的工夫思考人生的意义宇宙的起源？

现在谈谈佛教的宇宙观。小乘佛教认为佛只有一个，就是教主释迦同学。他人修道，也仅达到不生不灭的境界。这个主要信仰可以作如下解释：宇宙只有一个，如同佛只有一个，而对于佛来说时空本身不起作用。一般人断尽三界烦恼，超脱生死轮回，但也在时空管辖的范围内。就像在宇宙学中，我们经常要假想一个永恒不死的观测者的存在一样。因为有了这种理想观测者，宇宙的定义才有了可操作性，就是说，可观测宇宙所含的时空与这个不生不灭的观测者有因果联系。而不能与理想观测者发生因果联系的地方我们永远看不到，也不能给我们施加任何影响，这样的时空区域最多可看作是另一个宇宙。

大乘的看法是在我们这个宇宙之外还存在着无数个宇宙，这很像现下流行的多元宇宙的看法。首先，大乘佛教认为三世十方有无数佛同时存在，释迦同学不过是两千多年前那个幸运的一个。小乘是一个人修行，一个人解脱，有点要解放全人类，必须先解放自己的意思。大乘来得更加无私，要普度众生，要成佛救世。到了四大菩萨之一的地藏菩萨那里走到了极端，我不入地狱，谁入地狱，地狱不空，誓不成佛。

如何看出大乘提倡多元宇宙呢？我们看一下大乘成佛的过程就知道了。一个人只念一生佛不能成佛，需要经过无数生死，历劫修行。这里所谓劫，就是宇宙从开始到结束。有开始有结束，根据现代宇宙学的观点，就应该存在我们这个宇宙之外的宇宙。

有人会问，暗能量的存在是不是说明宇宙也许有开始，肯定没有结束，因为暗能量使得宇宙一直膨胀下去。这种理解也无不可，却是比较狭隘的。因为即使宇宙一直膨胀下去，下一个轮回完全可以起源于所谓的涨落。很多人认为，我们的宇宙就是开始于过去一个宇宙中的大涨落。

综上所述，佛教的教理较之其他任何宗教的确更加富有想象，从而更加使得世人充满期待。在中国传播的主要是大乘佛教，重利的中国人也喜欢大乘，可见想象力的魅力。

新科学

科学和宗教矛盾吗？

这次参加了科学新视野400周年的会议，发现过去自己对西方现代科学的起源有一个极大的误会，这个误会源于我从中学就开始的阅读，以为在哥白尼以及伽利略的时代，欧洲教会和科学完全是敌对的，两者信奉的准则完全不同。例如，我上中学看到一本谈牛顿的书批判牛顿对第一推动的研究，以及他后来对神学的研究。我真的没有意识到这个天大的误会其实来源于我后来一直丢弃的意识形态的影响。

事实是什么？事实是，正是因为欧洲人的宗教理念，对上帝的信仰，才使得他们认为自然界存在规律，存在物理定律，这些定律可以用数学表述出来。开普勒企图通过和谐的多面体解释行星与太阳的距离就是一个例子。

在古代中国通行的哲学无非是儒释道，居统治地位的是被宋代理学家改造了的儒家和儒教。韩国教授金永植就理学家对世界的看法作了报告，题为“传统中国思想中的宇宙与人”。他通过解释理学家的概念“天地”“理”“命”“性”来说明中国人相信世界存在规律，而且不像李约瑟说的那样，中国人也相信自然规律，虽然这些自然规律和西方的有所不同。

那么，李约瑟为什么说中国人没有自然规律这个概念？他考察了古代中国对“则”和“理”的理解，得出这些概念与自然规律不同。并且他说，因为中国人不相信制定定律的创世者，所以也就不会去发展科学。

我部分同意金永植的看法，中国人的确相信有一个大的准则在那里，也部分同意李约瑟的看法，因为中国人的心中没有一个值得敬畏的神，从而也就对这个神所立下的定律不怎么感兴趣。

牛津大学的哈里森（Peter Harrison）在他的报告中解释了宗教是如何影响科学起源的，特别是中世纪宗教的改变。例如，他举的一个例子是：

在现代科学的早期人们认为上帝将他的意志以自然定律的形式体现出来，这种观点在新物质观中得到强调——即粒子假说，我们现在称为原子论——根据这个假说，世界是由微小而不变（在因果意义上）的粒子组成。

就是说，粒子假说和相信上帝的介入有关。同样，如果相信自然界是上帝建造的一部机器，那么，永恒不变的自然规律的存在就是自然的了。

哈里森的报告明白无误地告诉我们，西方科学的起源与宗教的关系是密切的。他同时也说，培根强调理解自然其实比理解自己（研究道德和道德律）更加重要，至少一样重要，因为对于培根来说，实验科学是建立自然与人之间和谐的重要手段。

中国在历史上不是没有科学技术发明，可惜那些发明技术的成分太重——郝柏林老师甚至说过古代中国没有科学，只有技术。我想我们祖先不是鄙视雕虫小技和奇技淫巧，我们鄙视的大概是精神价值的追求。

我们经常引用的培根的一句话是“知识就是力量”。非常遗憾的是，我们也经常将力量等同于生产力，这样，我们就将科学的目的和科学的价值完全纳入中国的传统，一切以实用为目的。

经常有人问我们，为什么要研究这个或那个，到底有什么用？具体地，为什么要研究理论物理？为什么要研究宇宙学？为什么要建造加速器？我们中的大部分人总是绞尽脑汁去寻找这些研究的功利价值，最好直接与钱挂上钩才好。前段时间诺贝尔物理学奖公布，有媒体记者问我，这三位日本人的成果与大众有什么关系？对大众有用吗？我的回答是，你为什么要问这个问题？我说中国科学的落后就与一直问这样的问题有关。再举一个例子，不久前我们开“量子力学在中国”会议，与自然科学史所的朋友讨论，就有老师出主意，告诉那些朋友以后可以说科学史对科学家的研究有帮助。这句话不错。问题是，研究科学史真的只是为了帮助科学家？我直说了，这么做只能加深中国社会的功利观。科学史和科学一样，和其他的历史研究一样，作为知识，它本身就有存在的价值。

爱因斯坦说过，他每天都问自己是不是浪费了养活他的人的钱。作为一个有良知的人，的确得经常问一问这个问题。反过来，以爱因斯坦所做过的事，我们今天还能说他浪费了纳税人的钱吗？是的，也许他的狭义相对论和广义相对论没有什么实际应用价值，但这些理论对发展当代科学所起的作用，对我们生存其中的宇宙的认识所起的作用，足以回报当年养活他的纳税人的钱了（我就不提量子论和布朗运动了，这些是有实用价值的）。

不要再问为什么现代科学没有起源于中国，不要再问为什么我们的科学研究还很落后，更不要再问中国人在本土何时能够获得诺贝尔奖。我觉得要问的是，什么时候我们能有一点点精神追求和纯粹知识追求？我们的祖先虽然不够重视自然律的研究，至少还重视道德律的研究（这是让康德肃然起敬的两种规律）。我们现在呢？甚至连道德底线都没有了。

同样，和科学一样，我们在文学以及一切知识和精神领域的落后和缺乏创新，大概都和根深蒂固的实用主义有关（例如诗人们统统下海去了，过不了普通的温饱生活）。现在我可以回答“今年的诺贝尔物理学奖对大众有没有用”这个问题了：这个奖的工作对西方公众是肯定有用的，因为这些工作丰富了他们对自然的认识，对功利至上的很多中国人来说，没有用。可是，这有什么关系呢？

科学网的网友“武夷山”最近写了一篇关于科学有用和无用的博文，他引用了波姆的一句话，和哈里森的报告很接近：

科学不仅涉及按人的物质需求同化自然这样的实际问题，还涉及理解宇宙这样的心理需求，即在心灵上同化宇宙，使得人在其中感到自在。就目标而言，早期的创世神话既是宗教的，也是科学的。它们肯定具有上述功能。

“武夷山”的博文已经说得很清楚了，还有人跟帖问：“科学不为实践服务，不为人民大众服务有何用？”我除了无语之外，庆幸近三十年的中国领导人不是这么看的。换句话说，虽然问“科学不为实践服务，不为人民大众服务有何用？”这类问题的人还有很多，但好在这些人不会坐上主导中国科学教育的位置。由于这一点，我对我们作为一个群体还抱有希望。

科学与宗教的分野

文化和艺术界类似王朔这样的人会感到失望，遗憾的是事实如此：陈晓旭也许能够在佛教中找到精神家园，却不能够指望佛教帮她治疗癌症。作为真正意义上的宗教，佛教也不应该许诺任何人治疗任何疾病。

人们喜欢说一个人的生活也可以分成三个层次：物质的生活、精神的生活和心灵的生活。这种划分当然不是泾渭分明的划分，三种不同的层次有交叠，每个人也许同时需要三种不同的层次，没有纯粹物质的人，也没有纯粹精神的人。人活着需要衣食住行，这是物质的。人活着不仅仅需要物质，我们需要听音乐、读书，这是文化层次上的需要，属于精神的。无论是个人还是人类整体，我们需要理解这个世界，需要知道为什么有昼夜和四季，需要知道地球上物体运动的规律和天体的运动规律，这是科学，所以科学和文化都是精神层次上的。科学又可以反哺物质，因为技术大部分来自于科学，技术是社会在物质上进步的重要动力。这么看来，物质生活和精神生活的确有交集。最后，我们谈到心灵生活。我们当然不能将心灵生活和精神生活彻底分开，之所以有心灵生活这个独立层次的存在，说明心灵生活也不仅仅是精神生活，宗教的需要就是心灵生活的一个重要特征。

宗教和科学不是绝对的矛盾。一个科学家可以有自己的宗教信仰，爱因斯坦甚至说过：“科学没有宗教，是跛足的；宗教没有科学，则是盲目的。”爱因斯坦说这句话的时候有他自己的感受，这种感受当然不能上升到真理，因为每个人对科学和宗教的认识并不一样。我们可以作比较宽泛的理解，科学是研究客观世界的，科学研究本身并没有“俗世的”和“非俗世的”目的，科学是冰冷的，虽然我们前面提到，研究科学是人类的精神需要。宗教则含有价值观和道德观，每个宗教都有明显的终极追求。渴望理解这个世界，是人们在追求科学过程中的最大动机和满足，我前面将这个动力说成是精神的需要，在爱因斯坦那里，也许就成了一种心灵需要，在这个意义上我们可以说，爱因斯坦有宗教感，所以他说“科学没有宗教，是跛足的”。

宗教的表现形式和宗教组织的行为因时代不同而不同。虽然我自己没有宗教信仰，我揣测，个人的宗教追求则不会因时代不同而不同，说到底，宗教追求是一种对终极价值的追求，这种心灵上的追求也许不因时代改变而改变它的本质。宗教也并不在根本上排斥科学，相反，宗教往往借助科学，西方中世纪的宗教就有托勒密体系作为支撑，而托勒密体系是那个时代的科学。从哥白尼到伽利略与宗教的矛盾只能说明宗教和科学的不同：科学基于冰冷的、可以验证的事实，而宗教不需要。

在西方，宗教从来没有停止过对科学的干预，伽利略被迫放弃日心说仅仅是过去的一个例子。在罗马教廷逐渐承认物理学所获得的知识后，并没有打算从整个科学领域撤退。达尔文的进化论不仅在他在世的时候遭到欧洲宗教的排斥，直到今天，进化论和神创论（Intelligent design）在美国还在竞争。

我们这里说的神创论不是《圣经》里的那个神创论，它的更好的翻译也许是智慧设计论，在美国简称ID，这个理论20世纪90年代起源于美国，它的主要倡导者是来自于美国的“发现研究所”（Discovery Insitute）。智慧设计论的主要论点是，生物系统的一些部分是整体的不可分割的部分，因为将这些部分分离后，整体不再具备原来的一些功能。因此，这些部分不可能是通过优胜劣汰的过程进化出来的，而应该是一开始就被一个超级智慧创造出来的，因此上帝是存在的。智慧设计论者认为这个理论是科学。

科学界几乎一致认为智慧设计论不是科学，是伪科学，或者是垃圾科学，因为智慧设计论没有实验支持。这是科学与宗教最为不同的地方，宗教可以用非实验的方式否定科学或提出一个宏大概念，如超级智慧的存在，科学中的任何内容却必须通过实验的验证才能成为科学。所以我前面说，尽管研究科学的个体在研究过程中充满宗教感情的驱动，科学本身却是冰冷的，它的内容必须能够被不同的人在另一个场合所验证。有趣的是，佛教禅宗虽然强调个人体验，同时也强调每个人的体验的不同，这在《金刚经》中尤其明显，释迦一直在说没有一定的佛法。

最近衣阿华大学物理系的一位助理教授吉勒莫·冈萨雷斯（Guillermo Gonzalez）没有获聘永久教授职位，尽管他在科学研究上可算是杰出的：他在有同行评审的刊物上发表了近70篇论文，他合著了一本本科天文学教材，他的工作还帮助发现了两个行星。不仅如此，他的一些论文还发表在《科学》和《自然》这些在天文界看来是顶级的刊物上，这在中国会被认作了不起的成就。但是，他最终还是被系里的同事拒聘了，据说被拒聘的一个重要原因是他和另一个人共同发表了一本智慧设计论的书，即《享有特权的行星：我们的位置在宇宙中是如何被设计的》（The Privileged Planet： How Our Place in the Cosmos is Designed for Discovery）。在美国智慧设计论尽管有很大的市场，科学的标准和科学界的同行却是冷酷无情的：作为科学家，你可以有自己的宗教信仰，你却不能宣传你的宗教信仰是科学。

东方神秘主义和物理学

西方科学的发展使得一部分人重视东方神秘主义，这可能开始于玻尔。玻尔将量子力学中的互补原理对应到道家的阴和阳的互生互补，具体的符号就是阴阳鱼。卡普拉甚至写了一本书，题目就是“近代物理学与东方神秘主义”。

那么，什么是东方神秘主义？在东方，本来没有这种说法，完全是西方人的发明。神秘主义，按照字面的理解，就是通过某种观照和冥想的方法达到对终极真理的认识。这种认识，不能通过感知和理性的方法获得和表达。满足这个判据的东方神秘主义包括佛教、道教和印度教中的一部分哲学。儒家中的“天人合一”的说法也可归类为神秘主义，但孔夫子敬鬼神而远之，最多说一句天命可畏，看来并无具体的实践。

物理学发展到今天，除了少数人将一部分物理学拿来印照东方神秘主义，如有生于无，道生一，一生二这类泛泛之论，并没有人真的受了东方哲学的启发发现了物理学中的重要思想或者概念。既然神秘主义如佛教中的禅宗讲究的是非理性的认识，那么通过顿悟这种方法获得的对“彼岸”的认识是不可言传的，从而也就超出了物理学的范围。

所谓彼岸，在禅宗中叫作实相般若，只有通过观照的方法才能获得认知。认识了实相般若，而且还可以无时无刻地体会，在佛教中就算修成正果，成了佛。到达彼岸的方法，在禅宗中除了顿悟，别无他法，这和物理学的研究方法完全不同。我们学习和研究物理学，系统地通过老师的传授或者自学，最后都可以达到研究的目的。在禅宗中，通过文字的东西，只能叫作文字般若，是修学三种般若的第一层次而已。后面还有观照般若和实相般若：观照般若已经脱离了文字般若，将自己带到一个幻境，最后，通过观照般若才能到达实相般若。我们常听说的“看山不是山，看水不是水”，就是观照般若的境界了。到了“看山还是山，看水还是水”，就是实相般若，此时的山水不同于一般人眼中的山水，是山和水的本来面目——如果用物理学来牵强附会，就是山水本来是分子原子组成的，你此刻看到的山不是原来的山，而是分子原子组成的山。也许，在实相般若中，山的本来面目比物理学中的山更加接近“终极真理”，用佛教的语言，就是“诸法空相，不生不灭，不垢不净，不增不减”，实在难以言传得很。

用物理学来理解佛教，倒是一门途径。如果我们从佛家的立场出发，这也不过是辅助手段，物理学不是佛学的目标。王朔说他可以用中学物理来解说《金刚经》，大概也只是这个意思，并非说佛教等同于物理学。王朔有没有过顿悟我们不得而知，但通过他的小说《我的千岁寒》，我们可以看到他对佛教的理解。《我的千岁寒》照王朔自己的说法，取材于《六祖坛经》。考《六祖坛经》，我们发现基本上只是《行由品第一》被王朔化到了小说中，其余从第二品到第十品都是六祖慧能的佛法。

王朔描述慧能顿悟的情景是《六祖坛经》中没有的。这一段描写既体现了王朔对《金刚经》的理解，也体现了他对顿悟的理解。他说慧能三更的时候偷偷地去听五祖弘忍为他传授《金刚经》，弘忍说到“佛说：是这样，须菩提，凡是菩萨，都应该这样维护天生纯洁的觉悟心，不要去看现象，不要听人描述，不要吃东西，不要喝东西，不要抓住什么都五体投地，不要痴信有人掌握佛法，觉悟心就是不站在一切人性的立场看世界的那个认识”，此时慧能就觉悟了，流下了一滴眼泪。

觉悟了，就是悟到实相般若了，就是到达彼岸了，所以慧能流下一滴眼泪。照禅宗的标准，慧能就觉悟了，见到了自己本性了。我如果牵强附会地解释，一个人觉悟了，就是达到了一种非常的心理状态，在这个状态中，我不是我，山不是山，水不是水。我不是我很重要，就是自我意识没有了，而不是俗话说的灵魂出壳，因为毕竟这里还有一个灵魂。《金刚经》说的无我相，就是脱离了自我意识。

物理学和生物学的研究到今天还没有弄清楚自我意识的来源，一般认为这肯定是一个集体现象，就是说人作为一个巨大的分子集合体，本身没有什么自我意识，自我意识只能是分子集合体的一个集体现象，用流行的话来说，就是呈展现象（Emergent Phenomenon）。至于这个呈展现象背后的机理，没有人理解。通过观照脱离自我意识，也许这种心理状态的确存在。如果存在的话，禅宗通过实践“解构”了这种呈展现象。最后，看到了自己的本性，看到了实相般若，这种心理状态，就不是我所能推测的了。我私下聊天的时候开玩笑说，也许在脱离了自我之后，又看到了自我的来源，就是这个呈展现象的机理，也许看到了量子计算也不一定。当然这是笑话而已。

王朔在写了慧能的顿悟之后，又加了一些自己的想象。他描述说，慧能的师父觉悟之后，崩溃了，哭了一年。他师父的一个师姐，哭了三年收拾不起，悟了，也与世长别了。

《我的千岁寒》一些地方出现了似是而非的物理术语，如卷首的“涅槃，黑色粒子云，热均衡，孤独的坚持，直到无量无边黑暗中那一声无人听到的自颓”，第40页中的“我们的性质，注定是要无比紧致的，要携手，才稳得住，才谈得上有性质”“抗拒一瞬瞬无情压入我们手心的整个星球重量。共同经受连环核鞭打……”，所有这些，我们只好看成是小说家言。

我读《我的千岁寒》，主要是看佛学和物理学如何开始渗透文学，至于王朔的文学，超过了我的评论范围。（对文字只有一个疑问，就是王朔一直用惠能，而慧能似乎更加流行。）

诗歌PK科学

作为一名在大学本科就立志研究理论物理学的人，我很早就受到科学是美的看法的影响。更极端的观点是，在审美上不美的想法在科学上是没有机会成功的。这该是量子力学主要人物P.A.M.狄拉克的看法，而他最著名的成就都和审美有关，例如他将量子力学中重要的对易子与经典力学中的泊松括号联系起来，例如以他的名字命名的狄拉克方程。与狄拉克持类似观点的还有数学家兼物理学家彭加莱，他说过：“科学家不是因为有用才研究自然的。他研究自然是因为他从中得到快乐；他从中得到快乐是因为它美。若是自然不美，知识就不值得去追求，生活也就不值得去过了。”我想，很多年轻时进入科学，特别是理论物理学研究的人或多或少持有这样的观点。

我认真写新诗的时间快有三年了，同样，我从诗歌中获得了深刻的审美经验。最近，有人给我看了2009年2月在牛津大学发生的一场关于诗歌和科学的网上论战，论战围绕一个很刺激的命题展开。这个命题是“诗歌是美的，但只有科学才是有用的”。作为有25年以上研究生涯的理论物理学家和有三年写诗经验的写诗人，这个话题立刻吸引了我。论战双方都有值得尊敬的生涯。提出这个命题的是一位化学家，皮特·阿特金斯（Peter Atkins）。阿特金斯在退休前是牛津大学的化学教授，有60本著作，其中有著名的教科书，也有著名的科普书如《驱动宇宙的四个定律》《伽利略的手指》，所以，他有资格进入辩论（我们很难接受一个毫无写作经验的人来谈论诗歌和科学）。阿特金斯的对手是诗人皮特·麦克唐纳德（Peter McDonald），拥有博士学位，发表过四本诗集，同时是诗评家，著有《诗歌与北爱尔兰》《严肃诗歌：从叶芝到希尔的形式与权威》。所以，麦克唐纳德是够格的反方。

这是一场理性争论。当然，在涉及诗歌的争论中理性往往很难在场，所以，我惊讶地发现这场争论居然是理性的。作为以研究科学为职业的自己，我站在麦克唐纳德一边。这很奇怪，虽然写诗，毕竟只写了三年，按理说我更亲近科学。

为什么我反对阿特金斯的观点？首先，我们看一下他的命题“诗歌是美的，但只有科学才是有用的”。“美”这个概念很模糊，首先，我们要界定什么是美的。美首先是人的主观感受，有狭义的定义和广义的定义。狭义的定义是表面的美，例如我们看到一朵花，觉得是美的。我们感到室外的温度适宜，空气干净，感受是美好的。同样，我们对人的相貌的感受，也是狭义的美，并且这种感受与时代和族群有关（先不谈进化心理学认为我们判断一个人是否漂亮其实和健康以及繁殖能力有关）。美可以是广义的，例如，我们需要一定的训练才会欣赏《诗经》中的一首诗，同样，我们也需要足够的阅读经验才会感到一首意象复杂、含义微妙的现代诗是美的。很多现代派艺术也需要一定的审美训练。另外，在一些深刻的悲剧中，美不是表面的，而是情节、人物命运以及台词和表演诸多元素给我们带来的复杂的体验，例如莎士比亚的《哈姆雷特》。

和麦克唐纳德一样，我觉得从阿特金斯的论证中看到的他所说的美其实是一种直接和表面的美。读过里尔克或策兰的诗歌的人会完全不同意麦克唐纳德的定义。有一种美，是必须用心去体会才能感受到的。作为科学家，阿特金斯觉得科学也是美的，这一点毋庸置疑。离奇的是，对于普通人，科学的美也不是显性的美，你必得有相关的专业训练才能欣赏科学的美。例如，如果你没有学过大学物理课程，没有学过微分几何，你很难欣赏爱因斯坦方程的美，这种美在于用简洁的数学符号表达了物质与引力之间的庄严秩序。有时，欣赏科学的美还难于欣赏艰深的诗歌的美（例如里尔克的《杜伊诺哀歌》），这两种美在我看来有惊人的相似性。科学的美在于我们可以用数学结构和数学符号来表达自然规律，欣赏这种美需要相关训练。诗歌最深层次的美在于用语言结构和词语排列表达一种震撼我们的审美经验，语言与数学一样也有自己的逻辑，审美经验与物理规律一样也有自己的秩序。所以，阿特金斯觉得科学的美更深刻更宏伟并不成立。

其次，我们来看阿特金斯命题中的第二句话，“只有科学才是有用的”。阿特金斯的“有用”有两个方面。其一是在我们的生活中直接有用，例如电磁学给我们带来照明、动力，以及电视电脑等现代工具；医学给我们带来健康，减轻我们的生理痛苦。另一方面是，科学带给我们的纯粹知识本身也是有用的，满足了我们的好奇心。其实，第二种用处常常只有科学家本人才能体会到，这和前面提到的对科学的审美一样。所以，阿特金斯的第二种有用诗歌也拥有，只要你有足够的相关审美训练和经验。这样，阿特金斯举的一个例子就显得很可笑。他说：“当我躺在手术台上预备被截肢的时候，此刻你递给我一本奥维德诗集或一瓶麻醉剂，我当然选择麻醉剂。”他用这个例子来说明科学是有用的，而诗歌只具有供作者发泄或帮助读者发泄的作用。

毫无疑问，这个例子举得很不适当。我们同样可以举一个例子，当一个人因繁重工作和琐事烦心时，此刻你递给他一本他喜欢的诗集或一瓶麻醉剂，他当然选择诗集（当然，如果他是个酒鬼，也许选择喝了麻醉剂后不计后果）。所以，诗歌在这个意义上同样是“有用”的。在物质生活越来越花样百出而我们渐渐失去心灵的感受时，我觉得诗歌和科学一样，既是美的也是有用的。

最后，我们注意到，在这场争论结束时，读者对阿特金斯命题的投票结果是：37.6%赞成，62.4%反对。

玻璃球艺术

有几件事碰到一起，又让我想起写科学与艺术这个话题。

先是百度新知里有人提出一个问题：“科学与艺术的结合，是否就等于在艺术作品中弄点声光电？科学与艺术融合是否存在形式主义的流弊？”我回答了这个问题。接着，凑巧的是，我收到一个致力于将科学结合到艺术中的组织“未知博物馆”的邀请，去讨论科学与艺术结合的话题，于是在798与一些艺术家一起深入或不深入地聊了一些有关的事情。

前段时间，出于改善个人情绪的原因，我读了黑塞的著名小说《玻璃球游戏》。有了这个背景，我是这么回答百度新知那个问题的：“有人对我说，科学和艺术成为一家了就是人类文明的巅峰之时。我回答还需要两个世纪，其实我根本无法肯定科学艺术是否可以统一。黑塞在《玻璃球游戏》里写的玻璃球游戏就是一种统一，最后，玻璃球游戏大师越来越宗教化了，我想这是爱因斯坦说的宇宙宗教。但黑塞让玻璃球大师失踪使得巅峰成为永恒的谜。”

黑塞是一位对东方哲学比较了解的小说家，他的另一本名作《悉达多》写的是佛陀觉悟的事，涉及到个人心灵的修行。而《玻璃球游戏》通过写一位成为玻璃球游戏大师的个人经历，描写一个人在人类智慧领域的活动中如何一次又一次地“觉悟”。在一个未来世界，尘世之外存在一个相对独立的王国卡斯塔里，在这里生活的人们各有专业，是形形色色人类文明的领域，每个领域有一个大师，例如音乐大师、数学大师。而玻璃球游戏则是科学和艺术的综合，特别是数学和音乐的综合。玻璃球游戏大师是这个王国最受人尊敬的大师之一。在黑塞的心目中，科学与艺术是可以融合的，其结果就是玻璃球游戏。

到目前为止，很多艺术形式利用的是科学提供的技术，和科学本身并无多大干系。例如，IMAX的三维电影，尽管我们在观看《阿凡达》时有时觉得身临其境，伸手可以摸到那个生命之树和从它身上飘落的花，我们在体验时并没有像玻璃球游戏大师那样体验科学本身。还有很多艺术利用激光造成某种效果，甚至用烟花构造一些形象，例如2008年奥运会开幕式上的“大脚印”。这些都属于将现代科学技术应用到艺术表现上，并不是艺术和科学水乳交融的结合。

巴赫也许是真正地将数学应用到音乐中去的，例如他的赋格以及十二平均律，实实在在地将数学与音乐联系在一起。数学可以与音乐紧密相关，是因为我们听觉的特殊性。例如，十二平均律中，每一个音对应一个频率，这个频率在弦乐中被转换成弦的振动波长。十二个音对应的波长之间成等比关系，这个比例是2的12次开方。巴赫也许是第一位将这个严格的关系应用到作曲中的，他有一个系列钢琴作品，命名为“十二平均律曲集”，每个音与大调和小调的结合都有一个作品对应，例如著名的C大调。

而十二平均律之间的严格关系是中国人发现的，这个人就是明代皇室子弟朱载堉（1536—1610）。他在万历十二年写成《律学新说》，解决了一个长期困扰人们的难题。据说，朱载堉的理论通过传教士传到了西方，而著名数学家Pere Marin Mersenne在《谐声通论》发表的理论受到了朱载堉的影响，至少物理学家亥姆霍兹在《论音感》一书中承认了朱载堉的贡献：“中国有一位王子名叫载堉，力排众议，创导七声音阶。而将八度分成十二个半音的方法，也是这个富有天才和智巧的国家发明的。”亥姆霍兹本人是物理学家，他著名的贡献有能量守恒律和电磁学，他同时还是生理学家，发表过《音调的生理基础》。

在和“未知博物馆”的艺术家们讨论的时候，他们提到了菲波那契数列，这个数列在自然的一些构型中得到了自然的运用，例如鹦鹉螺的螺旋。这个数列也与音乐有关，常见的曲式与菲波那契数列头几个数字相符，它们是简单的一段式、二段式、三段式和五段回旋曲式（菲波那契数列前几个数是：1，1，2，3，5，8）。菲波那契数列中两个相邻的数之比趋近黄金分割数0.618。

最近，我迷上了拉赫玛尼诺夫钢琴协奏曲，特别是第二钢琴协奏曲。据说，第二钢琴协奏曲的第一乐章的高潮发生在再现部的开端，是整个乐章的黄金分割点。我不知道拉赫玛尼诺夫懂不懂数学，至少他下意识地运用了黄金分割。

在798的“艺术和科学”讨论会上，我们还谈了时间与空间、高维、弦论。所有这些，如果将来被证实为真正的科学的话，将会在艺术中发生什么样的影响，我不知道答案，但我对黑塞的想象深感兴趣。也许有一天，当我们豁然开悟，我们就明白了《圣经》所写的失乐园中的两棵树，智慧之树和生命之树，其实共有一个根。

我用刚写的一首诗结束这篇文章：

走在两个词的中间，一个词如同白昼

另一个是黑夜。那么清晰的白昼和那么不可知的黑夜

是同一个天顶，呈现威胁的蓝色和可以穿透的深海

在交接处，是壮阔和悲哀

一轮落日，融化在云间

你上半生在白天看自己的身影，进入夜晚

你用想象寻找那个影子

我们一直在返祖

在不眠和流泪中揭开自己的肋骨

我们一直是那个男人，和那个女人

我们在地上梦见——

那人摘那树上的果子，那人开了天眼

另一棵树，被移植到尘世。那人的后代一直

在想象和黑夜中，锻打自己

并梦见生命之树

诗中的两个词，就是科学和艺术。

科幻会影响科学吗？

说起科幻小说我们总想起法国的凡尔纳，英国的威尔斯，美国的阿西莫夫。我自己读过这些人的作品，特别是凡尔纳的，如《海底两万里》《地心游记》《环绕月球》。可是，谁是最早的科幻作家？凡尔纳不过是19世纪人，威尔斯的早期作品也是19世纪末创作的。他们都不是最早的科幻作家。

在近代科学时代，最早的科幻作家也许是大名鼎鼎的天文学家、物理学家兼哲学家开普勒。他在1620年到1630年之间写了一本小说《梦》，被阿西莫夫和萨根认作第一本科学幻想小说。开普勒这部小说中的主角杜拉库图斯（Duracotus）是一位女巫的儿子，也是开普勒名义上的老师第谷的学生。杜拉库图斯的妈妈的老师是来自月亮的精灵，每逢日食时，精灵就可以通过连接地球和月亮的黑暗隧道来往于地球和月亮。杜拉库图斯想去月亮上看看，他的月亮之旅其实是为了证明哥白尼理论的正确性。就是说，从月亮上观测地球，我们就能看到地球环绕月亮运动。既然作为月亮上的观测者会误会地球围绕月亮运动，我们也会误会太阳围绕地球运动。杜拉库图斯喝了一些可以让他昏睡的药，在到达月亮和地球引力的平衡点之后，就慢慢地滑向月亮。从这一点来看，开普勒已经知道月亮和地球都会产生引力。我们不知道的是，开普勒的大脑中是否已经有了牛顿万有引力的概念。

开普勒的《梦》也许并没有启发他和牛顿去发现万有引力定律，却预言了万有引力，也预见了20世纪人类的登月之旅。在这一点上我们可以说，《梦》是所有理性的科幻小说的样板：这些小说预言了一些在未来出现的科学技术，却未必启发科学家作具体的科学发现。毫无疑问，凡尔纳是最为成功的预言家，他的《海底两万里》预言了潜水艇。当然，在1869年，《海底两万里》发表的那一年，真的潜水艇已经存在并用在了军事上。而靠柴油驱动的潜水艇直到19世纪末才出现，凡尔纳小说中的潜水艇的动力直接来自海洋（当然他无法预见到20世纪50年代才出现的核潜艇）。这本小说的冒险成分远远大于科学幻想成分。至于《地心游记》，现在还无法实现。而《环绕月球》，人类在20世纪50年代和60年代实现了，中国则在本世纪实现了。

如果说凡尔纳科幻小说的主题是冒险，那么威尔斯科幻小说的主题则是哲理。他的成名作《时间机器》是一切时间旅行和穿越小说的鼻祖。在小说中，威尔斯认为时间其实是第四维，这在一定程度上预言了爱因斯坦相对论的主要观点之一。小说主角是位科学家，他造出了时光机并借以旅行到非常遥远的未来。这部小说在当时引起了关于社会问题和伦理问题的讨论。直到1960年代，物理学家才开始在爱因斯坦的广义相对论框架下认真讨论时光机的可能。直到今天，这还是一个争议很大的问题，很多人认为在原理上，我们不可能制造出可以帮助我们回到过去的时光机。威尔斯的另一部小说《隐形人》我过去也读过，确实有令人心惊的效果。隐形人在现代奇幻小说《哈利·波特》中也出现过，以隐身衣的方式出现的。威尔斯的隐形人是通过一种药物使人的身体折射率和空气一样，而隐身衣的原理则不同。在科学上，从2000年开始，物理学开始在隐身材料的研究方面做出了突破。隐身材料能让平行的光线在材料中弯曲后再以平行光线的形式出现，如果在材料中藏有任何东西，利用光线探测这个东西的人就不会看到它，这虽然和威尔斯的想法完全不同，却有类似之处。

我不知道历史上是否有过一本科幻小说真实地启发了一位具体的科学家做出具体的科学发现的例子，但科幻小说确实会拓展人们的视野，让人们去想象当时科学技术还做不到的事情。从开普勒的《梦》开始，直到最近的《黑客帝国》，都是这样。说到《黑客帝国》，我倒是觉得未来将见证这个系列的主题的实现，即，人类将越来越依赖电脑和网络。即以今天我们到哪里都有上网的欲望为例，无论中外都是如此。例如今年三月我去了一趟曼哈顿，就看到星巴克里的人无一不在上网，有人就是专门上网去的。现在朋友聚会，我们很多人很快就爬上微博，发消息发照片，互相加关注。也就是说，网络和微博已经成为我们身上不可或缺的感觉和交流器官。所以，如果我预言未来人类将大部分甚至绝大部分生存在网络中，甚至在网络中吃喝拉撒睡，大概不会太离谱。

最后，我不得不提一下刘慈欣以及他的科幻小说《三体》。著名的大刘也是《新发现》主编极为欣赏的小说家。国内有众多《三体》迷，这不奇怪，因为科幻迷以及科幻迷组成的亚社区是全球现象，不限于中国。《三体》幻想了未来人类和外星智慧的交往以及斗智斗勇，在物理学和航天上有很多极有想象力的设想，例如将质子展开为一个极大的两维面，例如宇宙的未来归宿。《三体》甚至是英文维基science ficition词条中唯一被提到的中文科幻小说。

霍金在为克劳斯著作《〈星际迷航〉的物理学》的序中写道：“科幻不仅有趣也会启发人类的想象力。我们也许还没有达成‘大胆地去那些人类还没有到过的地方’，但至少我们可以在想象中做到这样。……科幻和科学之间是双向交易。科幻提出一些科学可以容纳进去的想法，而科学有时发现比任何科幻都离奇的概念。”

粒子物理的前景

美国是一个彻头彻尾的市场经济国家，甚至科学研究也不例外。我不是说在美国科学研究就像国内某些人的观点一样要和经济挂钩，而是指美国的基础科学研究为经费的去向所引导。

例如在物理这个领域，如果今年的经费给生物物理多些，那么生物物理就是热点；如果给纳米科学多些，那么纳米科学就是热点。我在台湾访问的时候，那时理论科学中心的主任持的观点就是如此，因为他基本是美国派的。他的那句话一直在我的脑子中徘徊不去：选择钱多的地方做研究（英文原文大概是：you go where the money goes）。这种市场经济式的研究策略的缺点不言自明，你永远没有自己的目标，你的研究计划甚至可能是短命的，因为也许一两年后热钱会产生新的热点，而旧的热点不再热。

前面说了这么多废话，是为了讨论美国粒子物理界最近遇到的一个问题。美国的粒子物理，或者更一般地说，高能物理，一直以来主要靠能源部支持。能源部的经费增加了，粒子物理的日子就会好过一些；相反，就会一片哀鸿。我还记得1993年美国国会决定终止超级超导对撞机计划的情景，很多人失去了工作，美国乃至世界的高能物理研究被滞后了十年左右；这还是我们假定明年就要在欧洲核子中心运行的大型强子对撞机会顺利地完成计划中的研究，否则粒子物理的研究被美国1993年的决定滞后远远不止十年。

美国能源的财政预算是一个什么情形呢？比如说2008财政年度，它的预算大约是40亿美元，其中花费在粒子物理研究上的预算在7亿美元左右。更加具体地，2007年花费在粒子物理上的经费是7.51亿。而2008年不升反降，只有6.88亿美元。被裁减经费影响最大的是国立实验室，例如费米加速器实验室就要裁减3300万美元，可能有200到300个雇员将失业。

失业自然是一个令人沮丧的消息，对粒子物理界来说，情况远比一些人的失业严重。正在进行的一些主要计划将受到经费缩水的影响，例如费米实验室未来的主打项目中微子实验，还有未来国际直线加速器的研发计划，以及无线电波段超导加速器的研发计划。

高能物理从来都是一个以实验为主导的领域，如果实验计划受到影响，理论家的日子也不会好过。本来，由于大型强子对撞机运转在即，粒子物理是一片兴旺的样子，现在却遭到美国裁减财政开支的打击。如果说一个正在进行的实验会影响整个领域的未来10年，那么计划中的实验则会影响整个领域的未来20年以上。很多年纪不轻的高能物理学家开始担心一个可怕的前景会出现：20年后不再有高能物理这个领域，因为没有了实验，实验家们自然会消失，理论家们也会跟着消失。可是，高能物理是否会像国内某些人认为的那样，不再有重要的基本问题要研究呢？情况远不是这样。一方面，粒子物理的标准模型还没有百分之百地被验证；另一方面，理论表明粒子物理在更深的层次上一定有新的现象有待发现。何况，宇宙学的研究进展也表明在我们面前还有很大的谜团需要解开，例如暗能量的性质和起源，暗物质的性质和起源。

我们也许会想当然地认为，美国一个国家的情况不会左右整个世界的粒子物理。这是错误的。欧洲当然也是粒子物理研究的一个重要部分，英国2008年的预算明显也裁减了国际直线加速器的研究。那么，是否可以说，这给中国提供了一个不可错过的机会？我不这么认为。一来，相对美国和欧洲，甚至日本，我们的研究不论在人力还是财力上来说都远远不如。就拿国家自然科学基金委来说，2006年的总经费是31.6亿人民币，折合成美元只有4亿左右，其中拿来支持粒子物理研究的只是极小的一部分（而美国仅能源部就有7亿美元拿来支持粒子物理）。

或许我们有乐观的理由，因为近年来中国对基础科学投入的力度逐年增加。自然科学基金委2005年的总经费是24.5亿人民币，与2005年相比，2006年增加了29%，如果我们期待未来的经费增加一直是这个百分比（当然这是过分乐观了），十年后基金委的总经费将是今天的12倍，折合成美元超过了美国能源部现在一年的预算，接近美国自然科学基金委现在一年的预算。美国基金委2007年的经费是60亿美元。我知道我这是痴人说梦，但有梦总好过无梦。

那么，到底是什么原因引起了美国科学研究经费的缩水？答案是战争，伊拉克战争和阿富汗战争。这两场战争通过的2008年财政预算是700亿美元。科学当然不能和战争竞争经费，剩下的只有是科学内部的争吵。这种争吵有非常悠久的传统，例如研究凝聚态物理的一些人抱怨政府不该投入太多的大科学，应该转过来支持小实验室中的“小科学”。除了物理界内部的争吵，争吵也会扩散到物理界外部去，涉及到卫生部、航天部，等等。

我赞同英文科学博客Sean Carroll对兴趣之争的看法。兴趣从来都是个人化的，没有什么兴趣，包括科学研究兴趣，有所谓“普世”的原则。一般说来，所有科学研究都值得支持，但谁先谁后，大众说了也不算，不仅因为兴趣的个人化因素很重，还在于科学研究的基础性和应用性往往在研究完成后很长一段时间才能呈现。解决争论的唯一办法就是大家竞争，尽量依靠专家的看法，因为只有他们对专门的领域有很深的体会和较为合理的判断。

诺贝尔奖获得者的公开信

即使是我这样不关心经济的人，也开始感到了美国的次贷危机引发的全球性的恐慌，这次危机不仅波及所有西方金融市场涵盖的各国，大概也将波及一些新兴的工业国家，如中国、印度和俄罗斯。

整个经济的走向无疑会影响政府对科学研究的投入，美国政府面临的不仅仅是经济危机，还有伊拉克战争的巨大黑洞。2007年年底美国国会通过的2008年财政年度的预算，国防部用于全球反恐战争的预算占了1417亿美元，而2007年相应的预算是934亿美元，增加了51%。美国能源部用来支持高能物理的预算则下降了8.5%，从2007年的7.5亿降到不足6.9亿。同时，美国自然科学基金委高能物理的预算也下降4%。上面我只给出高能物理的情况，其他科学分支的日子一样不好过。美国对基础科学研究支持的裁减直接影响到工作市场。例如，2008年度的教授（包括助理教授以上）的位置在理论高能物理领域只有15个，而2007年度有28个。自然，这两个数字一个是反常地高，一个是反常地低。工作市场和美国的经济周期基本相吻合。20世纪90年代，理论高能物理每年的教授位置远远低于10个。

研究经费的裁减在表面上直接影响了实验的发展，由于2008年的裁减，美国的线性加速器计划完全退出桌面讨论，而最近俄罗斯则宣布将建造线性加速器。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）的建成加深了美国同行们的危机感。毫无疑问，未来十年到二十年，欧洲将领导实验高能物理。美国同行们只好承认这个现实，问题是，如果美国不预备建造下一代加速器，那么美国将失去培养整整一代甚至两代实验高能物理学家的机会。

理论领域受到的影响是间接的。首先，很多还在博士后位置上的研究人员失去了找工作的希望，哪怕是那些最有前途的研究人员。其次，如果不能保障工作，学生们将拒绝选择理论高能物理作为未来的专业。虽然我这里仅仅谈论高能物理，但整个科学的情况很类似。

很多人将美国的这个不景气归罪于小布什，因为他不重视基础研究，同时将美国拖入伊拉克战争。在这个背景下，美国61名诺贝尔奖获得者联名写了一封致美国公众的公开信，信中谴责了小布什，号召美国公众在今年（注：2008年）11月的大选中支持奥巴马，因为他们认为奥巴马将是更加合适的人选。公开信的前两段是这样的：

“今年的总统大选是我们国家历届大选中最重要的之一。这个国家亟需一位具有远见卓识的领导人，以保证我们在科学技术上的传统优势，并利用这种优势来解决当代最为重要的问题：能源，疾病，气候变化，国家安全以及经济上的竞争力。

“我们相信巴拉克·奥巴马参议员正是这样的一位领导者，我们呼吁你们加入我们支持他的队伍。”

接下来的一段批评小布什。这一点也不奇怪，小布什在美国的知识分子眼中从来就是一个玩笑，更不用说在偏左的知识分子眼中了——我假定这61名诺贝尔奖获得者在已经是偏左的知识分子中是更加偏左的。要注意，美国的左派和我们这里正好差了一个反演，在美国，左派更加崇尚科学，更加重视收入偏低人群的利益。

这些诺奖获得者没有提到欧洲，也没有提到正在崛起的中国、印度和俄国。因为他们提到了经济竞争能力，提到了保证美国在国际的领导地位，毫无疑问言下之意美国正在遭到这些国家的挑战。就表面现象来看，他们是对的。然而如果我们将思考放在全球的经济层面上，也许他们过分地忧虑了，因为没有一个国家会免于目前的经济危机的影响。

我统计了一下61位获奖者的分布，其中有25位是医学奖获得者，22位是物理学奖获得者，14位是化学奖获得者。没有文学奖与和平奖获得者，也没有诺贝尔经济学奖获得者，看来是清一色的科学奖获得者。这些人中，只有一位是华裔，是获得物理学奖的崔琦（他因发现分数量子霍尔效应和施特默以及劳克林分享了1998年度物理学奖）。另外，22位物理学奖获得者中，有9名是高能物理学家。这一点也不奇怪，因为高能物理学家看起来比较偏左。

61位诺奖获得者已经很多了，但在美国，还有很多没有在公开信上签名的诺奖获得者。根据著名英文科学博客Lubos Motl的统计，还有54名诺奖获得者没有在公开信上签字。我觉得Motl的统计不完全，至少漏了杨振宁先生。

历史上不乏著名科学家就某些公众事务联合写公开信或者宣言什么的，但联合写信支持一个政治人物而批评另一个政治人物还是第一次。我个人不生活在美国，对小布什的科技政策没有感性认识，也没有任何理论认识，所以我无从判断这些诺贝尔奖获得者这么做是正确的还是错误的。我也不能根据对某些科学家的认识来判断，例如，签名者中有我敬佩的戴维·格罗斯（David Gross），但没有签名的人中也有我敬佩的史蒂文·温伯格（Steven Weinberg），这两位恰好都是犹太裔美国人，都是理论高能物理的领袖人物，对物理之外的科学、哲学甚至政治都有自己的看法。

尽管我从来都认为科学和政治是完全不同的专业，在这两个领域做出有价值的判断需要完全不同的训练和经验，但我觉得科学家对社会的关心是天职，他们应该发出自己的声音。我尊重这些在公开信上签名的人，也尊重那些没有签名的人，因为他们做了自己的选择。仅仅就公开信这个现象来说，我觉得美国在世界上仍然是一个领先的国家。

世界是平的（一）

柏拉图有个穴居人寓言。有一群穴居人居住在一个巨大的洞穴中，他们看不到外部世界，只看到世界在洞壁上的投影。对他们来说，世界就是这样的，是一些影子在洞壁上移动的世界。

我们不是穴居人，我们清楚地看到一个丰满的三维世界。三维世界当然比两维的洞壁世界精彩多了，而且，数学上我们甚至可以假想更高维的世界，维度越高，自由度越大，世界就越丰富。

但有证据表明三维还是最可亲的世界。例如，在一个四维或更高维的世界，在万有引力的主导下，一个太阳系是不稳定的，从而（四维）人类无法生存。两维也不适合人类居住，霍金曾经做过一个比方，假如两维人需要进食和排泄，那么一根管道会将人切成两半。

没有人会怀疑真实世界是三维的，物理学家也不怀疑。但是，最近十年的基础研究告诉我们，三维世界的最隐秘的底牌是两维的。打个比方，造物主最初只造出了一个两维世界，但是这个世界很像一张全息照片，地球上的山水，头顶的星空，都是全息照片上投射出来的三维景象。而人类，同样是投射出来的三维生物，所以我们只感受到三维而不是两维就不奇怪了。

这个世界全息图的产生离不开万有引力，没有引力，就没有全息。我们知道世界是全息的，但目前对这张全息图的理解还没有深入到足够程度可以将细节用科普的语言传递给大家。其实，甚至物理学家对很多细节也不了解，我们只是掌握了一些基本信息，知道世界是全息的，就像我们从化石可以推出生物进化一样，但对很多具体情况并不了解。

我们知道，三维世界中物质的基本组成部分是分子和原子，再走一步也就是基本粒子。那么，隐藏的两维世界的基本组元是什么？物理学家最近在加紧研究这个问题。我们对基本组元的了解几乎是空白的，只知道，这些基本组元非常非常小，远远小于我们知道的任何三维组元（如电子），两维组元的大小大概是10-32厘米。这个尺度有多小呢？想象一下最小的原子核的大小。如果我们将氢原子核放大到一只苹果那么大，那么一只苹果的直径就被放大到100亿千米，比太阳到地球的距离还大了几十倍。如果我们将10-32厘米放大到氢原子核那么大，那么氢原子核就被放大到10千米。

既然两维全息图中的基本组元这么小，我们就可以理解为什么两维世界可以包含那么多信息，以至我们可以从这些信息重构三维世界。事实上，一个三维的基本粒子，如电子，可能需要巨大数目的两维基本组元来构造。到底需要多少？回答是视情况而定，与周围的万有引力环境有关。如果周围的引力越强，需要的数目越少。换句话说，两维全息图就像一个万花筒，将这个万花筒在引力场中移动，我们看到的图景在不断变化。用这个万花筒看一个电子，含有的信息其实远远多于一个电子本身。

这个万花筒就像一个奇妙的自组装置，它需要引力才能产生图像，同时，它也产生引力。引力在万花筒的解释就像弹簧力，不是基本力，而是很多很多组元共同合作引起的宏观力，而且这种宏观力有特定的性质，叫作熵力。熵在物理学中指的是混乱度。熵力的一个例子是耳机线，我们将耳机线整理好放进口袋，下次再拿出来已经乱了。让耳机线乱掉的看不见的“力”就是熵力，耳机线喜欢变成更混乱。同样，引力是万花筒中的那些组元倾向更混乱状态引起的。

荷兰人韦尔兰德2010年一月份提出了万有引力就是熵力的想法，颠覆了牛顿，同时还颠覆了爱因斯坦。在爱因斯坦的时空理论中，万有引力是时空弯曲引起的，而在熵力理论中，即使时空弯曲也是熵变引起的。目前，我们对熵力了解甚少，还不知道万花筒中的奇妙结构是如何引起时空弯曲的。

韦尔兰德的理论十分简单，简单到他只在全息图或万花筒中引入了温度概念，他还假定两维基本组元的数目与全息图的面积成正比。他只需要假定全息屏上温度与时空弯曲的关系，就能推导出爱因斯坦复杂的引力场方程。

我们最近对韦尔兰德理论研究了几个月，发现他的理论有缺陷。他的理论似乎不能导出我们可以接受的热力学。也就是说，如果我们用这个万花筒描述一个三维气体，需要用到的两维混乱度太大。引起这个不好的结果的原因是韦尔兰德用到的两维世界的能量可能是错误的。在重新定义两维世界能量之后，我们发现在温度之外还需要引进两维世界中的压强。重新计算，我们发现描述一个三维气体不再需要不合理的混乱度了，但两维混乱度还是比三维气体的混乱度大多了，这是我们理论的一个预言。

毫无疑问，物理学家还需要投入很多精力和时间才能慢慢揭开两维全息图的秘密。在揭开这个秘密的过程中，我们也许会对世界有了全新的认识。例如，也许我们会揭开暗能量之谜，也许我们会最终获得宇宙是如何开始的这样令人兴奋的知识。当然，我们还会加深对黑洞等奇妙天体的认识。

世界是平的（二）

世界是平的，不是弗里德曼所说的世界全球化，而是世界在最深刻的层次上是平的。

我们所了解的物理世界，当然在空间上是三维的。数学上，我们需要三个相互垂直的坐标来给一个物体定位，比如一架飞在空中的飞机，我们需要给出它所在位置的经度和纬度，同时还要给出它的高度。描述房间里的一件物品也需要类似的办法，因为房间不是平得像一张纸。以此类推，从地上到天上，一切物体都可以用三个完全独立的实数来定下它的独一无二的位置。我们中国人的古语“六合”其实是最古老的三维笛卡尔坐标，前后表示一个维度的两个方向的延伸，左右表示另一个维度的两个方向的延伸，上下则表示第三个维度的两个方向上的延伸。我们体验的，物理定律描述的世界都是一个无限大的立体。

通常的照片以及发源于西方的油画可以通过透视原理使得平面看起来像一个立体，这是视觉错觉，平面上的任何一点的定位还是两维的，就是只需要两个实数。全息照相术看起来真的将一个三度的物体储存在平面上了，这是通过类似激光的光束将物体通过光的干涉记录在平面上，然后再通过光的照射将记录释放出来，这样我们的眼睛需要两次聚焦，同时看前景和背景，觉得看到的像的确是立体的，这也是一种错觉。

过去十几年对引力的研究，使得人们得出一个结论，世界的确可以说是平的，也就是说归根结底世界真的可以用两度空间来描述，很类似全息照相。世界应该可以用两度空间来描述被总结成一个原理，叫作全息原理。但是，全息照相说到底是一种利用视觉原理的技术，而全息原理却更加实在，一切物体和物理过程都可以储存在两维空间中。和全息照相相似的是，如果我们去看两维世界，发现和三维世界完全不同。在全息照相这边，我们需要通过相干光的照射才能看到三维物体，而全息原理中需要另一种翻译才能将两维世界转换成三维。

全息原理是如何被发现的？1972年，以色列人贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）在普林斯顿大学物理系做研究生时，对黑洞产生兴趣。那时人们已经认识到一个物体当质量大到一定程度的时候，都会塌缩成黑洞，一种绝对不发光的天体。黑洞不但黑，而且和一般物体比起来，太单调，除了质量这些简单的特点外，我们不能区分不同的黑洞。无论是一个恒星塌缩成的黑洞，还是一个满载人类文明的巨大飞船塌缩成的黑洞，只要质量一样大，最后的黑洞都是一样的。这使得贝肯斯坦感到很不爽，因为热力学第二定律似乎被破坏了。热力学第二定律说，在任何一个孤立体系的演化过程中，体系的熵会变得越来越大。熵就是描述一个体系需要的变量的个数，而描述黑洞只需要很少的几个量，熵自然很小。

一个正常系统的熵通常与这个系统所占的体积成正比，而黑洞不论有多大，熵基本上是零。贝肯斯坦当然不相信热力学第二定律失效，所以他大胆地假定黑洞的熵不小，经过反复类比，他得出结论，一个黑洞不但有很大的熵，而且它的熵不与它所占的体积成正比，却与表面的面积成正比。这里我们需要说一下，所谓黑洞的表面，指的不是黑洞真的像地球和太阳那样有一个看得见的面，而是一个具有一定物理特点的面：任何物体进入这个面之后不可能在黑洞的引力之下再逃出来，即使光也逃离不了。由于我们不再能够看到任何进入这个面的物体，所以这个面叫视界。

贝肯斯坦的发现震动了当时的物理界，包括霍金。霍金不相信黑洞有熵，他甚至写文章反对贝肯斯坦。不过他后来的研究发现，黑洞并不黑，在视界附近由于量子涨落的原因，黑洞会辐射一切东西。他的这个发现反过来支持了贝肯斯坦的结论，因为视界在远方看起来的确是一个复杂的系统，很像一个处于热平衡态的两维系统。

又经过了接近20年的研究，荷兰人霍夫特（Gerard’t Hooft）和美国人苏士侃（Leonard Susskind）最终确信，黑洞的表面蕴含了黑洞的一切信息，包括黑洞塌缩之前的信息。这样，一艘巨大的满载智慧文明的飞船在塌缩成黑洞之后，它承载的巨大信息并没有消失，所有这些信息都被储存在视界上。不过非常遗憾的是，我们至今还不知道如何翻译视界上的信息。

将黑洞的质量增加，黑洞会变得越来越大，视界也会变得越来越大，视界的每个部分看起来真的越来越平。当视界变成无限大时，视界就是平的了，苏士侃据此推测，不但黑洞的信息可以用视界来储存，整个世界都可以用一个平面来储存信息，这就是全息原理。可是，不论黑洞还是整个世界，我们都不知道储存的语言，以及如何翻译这个语言。这个问题是目前量子引力的一个大难题。

1997年，马德西纳（J.Maldacena）在研究弦论中的膜时，发现了实现全息原理的一个系统，或者一系列系统，这些系统和我们所知的黑洞完全不同，和我们所知的世界也完全不同。在他的系统中，时间和空间组成所谓的反德西特空间，是一种完全陌生的时空。但是他找到了全息图和全息图所用的语言，他以及后来的研究者们也找到了翻译这个语言的一些办法。与反德西特时空不同，全息图上没有引力，只有我们熟悉的规范相互作用，虽然我们知道如何从这个规范相互作用翻译出一些真正时空中的东西，但一套完整的同时简单的翻译办法还没有发现。找出这个简明对照字典也是目前的一大难题。

最后，我们要明白我们的世界既不是黑洞，也不是静止的，更不是反德西特时空，而是一个从大爆炸发展出来的不断在演化膨胀的世界，这个世界的全息图在哪里，全息图上所用的语言是什么，如何去翻译？这些是更加有趣的问题。以上提到的几个问题将成为科学一万个难题中的几个问题。

新世界

我是谁？

网易博客在建国60周年之际，组织了“中国是什么”的博客写作活动——我姑且这么叫，现在还不知道他们取了一个什么样的名称。

“中国是什么”，不是要每一位作者写这么一个大而无当的题目，而是让博文作者们在这个巨大的题目之内自由地写。刚接到邀请的时候我想，去界定一个对象是什么是极为困难的事情，而解释这个对象不是什么相对容易些。

我本想写中国科学不是什么，还是觉得这个题目大了。不如自省一下，想一想自己是谁，或者，自己不是谁。推而广之，也许我们能看出一点儿中国科学的影响，虽然在中国科学这个巨大的背景之下，你拿多少倍的放大镜也不容易看到我。

而且，我从来不善于做宏观思考，喜欢甚至沉迷于细节的观察和玩味——有趣的是，最近我在一个海外华人八卦的地方，看到有人八卦我不善于计算。他们甚至拿出我佩服的弦论家苏士侃来做比较，说他也不善于计算。年轻的代价是什么？代价之一就是只看到表面，这些人不知道苏士侃在没人的地方做了多少计算。回到我自己，我这人还真喜欢计算，是只见树木不见森林的那种人。

在那个八卦中，有人甚至说我自己给自己做过定位：我是中国弦论研究者中的前三名。也许那位同学在梦中见过我这么说过。我即使狂妄，但至少懂得外柔内刚这个处世哲学。何况到了我这个年纪，雄心消磨殆尽。对了，难道我们走到哪儿都改变不了背后八卦别人的爱好吗？我在我的学生身上看到了希望，但八卦的牌子总是被一些人贴在脸上，被人误以为这些人是中国人的代表。

那么我是谁？我出生于1962年，“三年自然灾害”的最后一年，严格地说1961年才是最后一年，所以我赶上了三年自然灾害的尾巴。作为一个婴儿，没有奶喝，但有稀粥喝。据我母亲说，我喝粥的时候很没有风度，两只手抓住碗沿喝，而且还发出咕噜咕噜的声音。我长大后，母亲把这件事情作为善意嘲笑的材料告诉我。对了，我另一个记忆中调不出来的被嘲笑的事情是，会走路之后，家里没人，被绳子拴着系在门上，半天不哭不闹，这被拿来当作我既老实又傻的证据。

将一碗粥喝得底儿掉是一种痛快淋漓的幸福，而被系在门框上是一件极度郁闷的事情。但是，在一个无知无识的小儿记忆中，所有这些并不存在。没有感觉是一件值得庆幸的事情，推而广之，我们需要钝化感到苦痛的器官，而使感受幸福的器官更加敏锐。也许这是一种生存之道。

1978年高考，1985年出国再回国，1987年再出国，直到1999年回国，这几乎是我们这一代还留在学术界的大多数人的生活轨迹，不奇特，却决定了我们这一代人如何生活，如何工作，甚至决定了我们如何去影响环境，如何影响我们的学生。中国学术界是什么，我不敢为长我一辈或两辈的人代言，但40岁到50岁这一代，我还是有一点自己的看法的。

我们每个人在回国之初都觉得自己学到了西方那一套价值观，在中国的环境下待几天，很快成为愤青。有些人继续愤青下去，觉得这个不好那个不好，需要改变。有些人很快学会生存之道，不再愤青，而是适应大环境，希望将环境慢慢改进。还有一些人，大概适应环境是唯一目的。我很难判断三类人各占多少比例，我希望第二类人多一些，因为适应环境是改变环境的先决条件。

这是一个快速改变着的环境——首先是物质的。我们在硬件方面迅速向西方靠拢，在大都市，生活条件不让美国的一些大都市。工资在增长，研究经费在增长，通讯手段在增长。我们现在几乎没有借口不将自己的工作做好，因为过去所有物质的抱怨几乎不再成立。我们甚至有比我们西方同行更为有利的条件，每一个老师都有不止一个两个学生。我们甚至在“软件”上看齐西方，例如我们开始要求发表SCI论文，要求高的引用率，要求高的论文质量。其实，我们甚至走得更远。过分强调量的指标使得我们的一些大学和研究所看上去沦为美国的第三流大学，因为只有在三流大学里，SCI和影响因子才是重要的。在第一流的学校，人们关心的不是你发表了多少篇文章还是引用次数多少，人们问的是，你到底做了什么？

所以，现在基本上可以回答我是谁了。我是在一个还在流行着美国第三流大学标准之下工作的物理学家，虽然这种标准在艰难而缓慢地改变。我并不抱怨，因为改变是一个过程，一种进化。我们不能像小人鱼那样强迫自己走在锋刃上，将自己的尾巴分成两条腿成为人类。

那么，我不是谁？

我肯定不是我国外的那些同行们，我需要适应我们的环境，而且我不会期待我们的环境在未来会成为北美的环境或者欧洲的环境，因为至少日本和韩国的环境还是东方式的。就是说，我需要一个习惯西方思维的大脑但遵从东方儒家文化的行为。我不能径直批评同事和同行，但需要在行动上表达自己的价值观和标准。在学术上，我们当然可以像西方人那么做，可以争论。换句话说，好钢不能用在刀刃上，而是用在刀身上。

我肯定不是书斋里的学者，西方人虽然也不是，他们也需要参加各种委员会，尽自己的行政义务，但他们没有太多的单位和办公室政治。所以他们有更多的时间用来做研究。

我不是西方那种只带一两个学生的教授。没有办法，不是我想多带，而是教授太少，学生太多。我将基础稍差的学生带到自己能做研究，而希望将基础特别好的学生培养成和北美好学生可以比一比的程度。

我也不是一个纯学者。这种定位是回国数年后才有的。我们需要更多的纯学者，没有其他爱好一心向学。很多人成为办公室政治家或者愤青。我两者都不是，我喜欢码字，而且我觉得在中国，学者得自己去争得话语权。

对了，我还是一位诗人。在当下的中国，诗人不是被人嘲笑就是被人无视。成为诗人怎么了？他有一种审美爱好，就这么简单。允许你吃肉吃成大肚子，就得允许我成为一个诗人。今天读严力，有几句值得在这里引用：二十世纪八十年代的中国/随便扔一块砖头就能砸到一个诗人/如今随便扔一块砖头/就能砸到另一块砖头。

理论家的荣耀和尴尬

在科学中，特别是物理学中，理论家和实验家向来是互不相让同时又谁也离不开谁。当然，科学中还有很多领域理论家和实验家并没有分开，例如生物学的绝大部分。用戴维·格罗斯的话说，这些领域还没有充分发展。

物理是现代科学发展最充分的，所以物理学中早在19世纪后期就出现了专门研究理论的理论家。到了今天，兼理论家和实验家于一身的人绝无仅有。所以，理论物理中的理论家们除了大学本科还进过实验室外，往往一辈子再也没有机会进实验室了，参观欣赏的除外。

我自己是一个理论家，而且是一进大学校门就立志当一个理论物理学家的，这辈子正经的职业一直是理论物理。理论物理学家是一群什么人？这些人通常对自己研究的领域怀有极大的热忱、一支笔一沓纸坐下来就可以不停地计算的人，这些人中，有很多不会利用电脑做数值计算。当然，在年轻的一代人中，会数值计算以及制造彩色示意图的人越来越多，而在我这一辈以及上一辈的理论物理学家中，能够将PPT做出彩的人都很少。

但是，这些人是最骄傲的一群。看过《生活大爆炸》的人都知道，主角谢尔登（Sheldon）就是一个理论物理学家，他不仅研究理论物理，还研究这个领域最玄妙最不实际的超弦理论和宇宙学。正好，我的研究领域也是超弦理论和宇宙学。不过，我和谢尔登最大的区别有两点，第一我不是书呆子，第二我不迷恋超弦理论（不过我像他那样做博士后的时候还是迷恋的）。所以，有人偶尔在介绍我的时候说我研究超弦宇宙学，我会纠正他，我研究超弦理论和宇宙学，是将后者当成完全独立于弦论的学科来研究的。

格罗斯在他最近的公众报告《理论在科学中扮演的角色》中说，实验家往往会嫉妒理论家，因为理论家们不干脏活，却得到了最大的荣誉。这是因为，不论你实验家实验做了多少，最后你需要一个理论或理论体系来解释它们，预言它们。牛顿做了很多实验，例如著名的三棱镜实验，但为他获得后辈的最多尊敬的还是他的力学体系和万有引力理论。麦克斯韦也做过实验，但他的电磁理论使他不朽。我们可以一直罗列下去，爱因斯坦的相对论，玻尔和海森伯等人的量子论和量子力学。同样，达尔文为他的进化论做了很多观察和采集，但大家最先想到的是他的理论。所以，在某种意义上，我们说最大的荣誉归于理论家是正确的。

理论家从年轻做学生时就有一种骄傲，同样这种骄傲在《生活大爆炸》中的谢尔登身上体现得淋漓尽致。他一直认为自己的研究领域最值得研究，最高端。他姐姐跟人说他是个火箭科学家，他很恼火，对他姐姐说，你不如说我是金门大桥上收过路费的。

不过，就像著名博客“同人于野”在他的博文《科研的格调》中说，任何一位科学家都是骄傲的，他们以自己研究的领域和自己所选择的课题为骄傲，他们一般不将同行更不将外行放在眼里。这一点，在我最近参加的印度国际理论科学中心成立大会上表现得很好。印度著名化学家、曾任第三世界科学院院长的C.N.R.Rao在致辞中说，他虽然不是理论家，但有理论家为他工作，语带调侃。稍后格罗斯在致辞中说，我们告诉实验家他们看到的现象是什么，为什么会那样，没有我们他们不知道自己在做什么。

但是，并不是任何理论家都能获得建立一个理论的荣誉，远远不是。绝大多数理论家的一生是辛酸的，他们付出了很多努力，为了研究放弃了很多常人的幸福，但到头来也许没有成就任何事业。不要为他们的论文表所迷惑，这个单子里也许没有一篇十年后还值得认真阅读的文章。其实，在理论家大量繁殖的今天，大多数理论家日常所做的事情是为更大的理论家检验他们的理论的细节，甚至，为检验细节的理论家们检验更加细微的细节。这些工作，日后在物理学教科书中甚至都挣不到脚注的地位。

在美国，人们对理论有一种天生的轻视。他们爱说，It’s just a theory（那只是一个理论）。

更加令人遗憾的是，由于新现象的稀少，理论家们日常做的研究绝大多数是假设，是众多理论中的一个。后来的实验会淘汰绝大多数理论，这些理论只能被遗忘。所以我爱说，我们中大多数人在制造垃圾。所以，一个理论家的品位和格调与他能否成功有极大的干系。不论你如何聪明，不论你如何努力，如果你没有好的判断能力，没有较高的目标（例如只会跟在别人后面做研究），那么在耗费一生之后，你可能什么都不是。

举一个面前的例子。暗能量是目前最大的理论和实验难题之一，市面上存在不下百种各色各样的理论和模型，但最后只能是一个理论或模型胜出（甚至那个正确的模型还没有被提出来）。作为一个研究暗能量理论的人，我深知其中的甘辛。不过，我自然希望我的模型最后会胜出。所以，几乎每年我都会为自己的模型想出新的点子。

一个实验家虽然不会获得最好的理论家那么大的荣誉，但只要他付出足够多，他一定有所收获。不论你的实验如何小，只要是新的，就是为科学发展真正做出了贡献。从这一点来看，做一个实验家是最保险的，虽然他们可能没有理论家们来得那么趾高气扬。

我的科学与文学

最近，我的恩师在美国猝然去世，谁也没有想到。三月份我去位于长岛的石溪大学访问，就想，如果下半年或明年有机会就去看看他。去年他因为心脏问题住了一个多月医院，后来好转出院，还能为学生上课。今年他76岁了，本可以赋闲在家，但还是义务上课。在上课之外，他还与学生辈天文学家合作做研究，去世的前一晚还用skype与其他人讨论学术问题。

我这次借这个专栏写写文学，一来因为我很快将在国家科学图书馆做讲座，讲座名是“一个理论物理学家的现代文学观”，用崔卫平老师的话说，拗口；二来，也算是纪念我的恩师。按说，现代文学在消费时代越来越边缘化了，文学与科学向来也是两种很难融合的文化，我怎么就谈起现代文学了？年轻的时候，目睹恩师在做学问之外，涉猎科学史、哲学、宗教和文学，我并没有多大共鸣——除了科学史。所以可以排除来自他对我的直接影响。我在微博上说：“老师爱学问爱做科普，喜欢写随笔。我跟他做了两年宇宙学同时自学超弦理论。后来我写科普，热爱文学都是偶然诱因导致。有人说我在这些方面受老师的影响，其实不然，他在国内时大谈波普尔和哲学、宗教时，我并不感兴趣。现在年龄到了，想不到我竟然在这方面变本加厉。我想有些人终归是要走这条路的。”

所以，“有些人终归是要走这条路的”也许是唯一可信的理由。科学研究本来出自人类的好奇心，到了今天，多半人研究科学是出于名利的需要。一个人年纪渐长，可能会走向完全不同的方向，有的人会越来越热衷于名利，所谓老年戒得。而另一些人会走向内心，文学和艺术就是人类为了满足内心需要而创作的。当然，更有一些人会走向哲学甚至宗教。

最近在读一本极好的西方文学史，清华大学中文系教授徐葆耕的《西方文学史：心灵的历史》。书名道出了文学的秘密：文学，作为一种人类的创造和需要，主要来自心灵。而科学呢？仅仅是出于好奇心吗？可能没有这么简单。远古的时候，人类处于文明的黎明，文学艺术和科学的种子都在宗教里面。有人研究过一些岩画，发现岩画并不是早期人类为了写实而写实，岩画与原始宗教有密切关系。那些岩画描述一种冥想的精神状态，以及早期人类对自然的一种体认。这是科学最早的形式，也是宗教的起源，当然，岩画同时是艺术。中国商周青铜器上往往见到的饕餮等等，即李泽厚所说的狞厉之美，有另一种解释。当年我读了李泽厚的《美的历程》，觉得李泽厚的解释很合理，狞厉之美，听上去多好。后来读了查建英等人的《八十年代访谈录》，其中阿城说，这些饕餮纹云纹等等，使得古代人们吸毒之后产生宗教体验，这些纹动起来了。如果这种认识是正确的，那么科学和艺术是同源的，都起源于原始宗教。

其实，基督教和科学也有极深的渊源。现在一说起西方基督教，很多国人觉得它压制了科学。其实，基督教为科学的兴起有过历史贡献。首先，很多早期科学家来自基督教内部。其次，基督教有可能回答了李约瑟难题：为什么现代科学没有在中国出现。西方的一种观点是，基督教相信世界是有秩序的，有定律。Law，原意是上帝的法律。有个老生常谈的说法，西方文学艺术受到两希传统的影响，希腊和希伯来。来自希伯来的影响就是基督教，上帝可以看成是人类理性的最高代表，从而宇宙中一切遵循规律，人类也要有所约束。而希腊的传统则更加尊重人性，强调个人自由。两希传统反映在文学艺术上就是理性约束和个人解放的矛盾。

西方科学影响所及，除了使得人类的经济和技术极大发展，反过来，人越来越受到技术的反制。我们觉得个人的空间越来越小，在工具理性主义之下个人成了一个高速运转机器上不起眼的环节。西方的工业化和城市化导致现实主义让位于现代主义。从20世纪90年代开始，中国进入一个前所未有的工业化时期，或者说是经济高速增长期。由于中国的城市化起步得晚，速度远高于西方当年的速度。今天，虽然中国的城市人口仍然略少于农村人口，中国在过去二十年的发展是空前的。我看到的一份资料说，1990年中国超过一百万人口的城市有31座，到了1999年这个数字增加到37，到了2009年，这个数字增到118。毫无疑问，城市化带来了很多好处，也带来了很多坏处，更为每个人带来前所未有的压力。所以在我个人眼里，每个人，不论他做什么，是公司的白领，还是进城打工的人，都生存在狭小的空间里。我们正在同时经历西方历时百年的各色各样现代化过程的现象。我们得到的爱和付出的爱越来越少，很多人成了爱无能。当然，科学家也不能逃脱这个大环境。

所以，大约五年前，由于一个偶然的机会我开始写现代诗，这样一发不可收，因为我在文学的宇宙里找到心灵的住所。9个月前，我开始写文化专栏，文学内容占了主要部分。我不知道我的老师是从什么时候开始写随笔的，我认识他的时候，是1982年，那时他46岁，我就读过他的科普和随笔。想来他对科学史、文学的热爱要早于我。我期待文学艺术不会因为消费社会的更加发达变得更加边缘化，恰恰相反，文学艺术将和科学一样，成为我们每个人生活的必需品。也许有一天，我们将生活在一种文学艺术与科学结合的氛围中。也许有一天，我们不仅觉得物质生活很丰富，我们也将觉得心灵的生活同样丰富。

我的专业我的诗

自从我写诗后，不止一次有人问我，你为什么写诗呢？你还继续研究你的专业吗？我觉得这类问题虽然简单，对不同的人还是要作不同的回答。

我对年轻人说，你们还是要认真研究专业的，少搞点业余爱好。可以培养，不能花太多时间，除非你将来不以研究为职业。毕竟，多才多艺的时代过去了，各种行当分工很细。年轻时专心一项是正确的选择，除非你是不世出的天才以及精力过人。我最后一句话往往是，要培养爱好，等年纪足够大的时候再捡回来。

对我这么大的年纪的人（哦，对了，他们基本不提这种问题，因为他们懂），我会笑笑，因为大家到了一定年纪了，都不可能像年轻时集中精力在一种事情上。随着生活经验的积累，有些从前被封住的眼睛慢慢打开了，看到了这个世界里更多的美，看到了过去做梦也没想到的东西。那么，是什么封住了我们对美的欣赏，阻碍了美对我们致命的吸引？一种就是年轻时献身的专业、工作选择以及这些东西带来的强大的压力。另一种就是偷懒，以为努力工作把日子过好了就行了，就算成功了，就是一个有益于社会的人。

最近《南方人物周刊》的记者也问我：“年轻时为什么选择理论物理？”我说因为理论物理和数学在年轻人的眼中最有挑战性。进入比较深的研究之后，觉得理论物理是理解这个一切运转得严丝合缝的世界的美丽理论，一切都显得那么简单和美。她问：“后来为什么写起诗来了？”我说，我小时候就读旧体诗词，也偶尔写写，到了大学就不写了，被专业缠住了。一直到四十多岁，才因为偶然的原因接触现代诗歌，被海子的诗打动，慢慢地开始写诗，开始读中外现代诗。另一个美的世界就这样在我眼前出现了。我觉得我是一个幸运的人。不仅写诗，写科普也是偶然的，我们生命中最重要的事件往往是偶然的。

科学本身在眼下这个社会也被很多人拿来作为提高社会地位的敲门砖。我说过，我现在特别不喜欢跟很多老男人聊天，因为不过几分钟他们总有本事将话题转到当官、处长以及局长等在他们看来有趣的话题，这是多么可悲的时代。

回到诗歌。中国传统旧体诗词达到了那些体裁能够达到的高峰，很明显，我们几乎不可能在古人的肩膀上站得更高了，因为我相信一个时代对应特定的文学体裁。旧体诗词的语汇以及意象也不足以让我们创造出平行于现代社会的另一个诗歌世界，所以转向新诗是必然的。中文新诗只有不到一个世纪的历史，中文新诗还不成熟，很多可以被挖掘的东西还没有被挖掘出来。我倒不认为我们会找到类似传统诗歌的新规范。没有规范是现代性的特征之一。但无论是语言，与语言相关的音乐性，新的意象，还是新的节奏或变节奏，都有待深入挖掘。另外，如何将古人得到的一些元素融入新诗也是有趣的问题。

最后我抄一段黑塞的《罗斯哈尔德》：

很简单。猫、狗以及其他一些有灵性的动物都长着尾巴，不仅仅因为它们有思想、感觉和痛苦，尾巴能卷成无数种曲线，能为每一种情绪、每一次内心的震撼、生活感受的每一丝微妙波动赋予一种奇妙而完美的语言。我们没有这样的语言，然而我们之中那些生命力更强劲的人却需要它，因此他们才发明了画笔、钢琴和小提琴……

诗歌，是让我每天至少有一段时间摆脱那些成年人孜孜不倦追求名利的物质世界的美丽发明。

我的爱因斯坦梦

进入物理学的人在年轻时都或多或少地做过一个梦，就是将来要成为新的爱因斯坦。爱因斯坦和牛顿是物理学史上两个肩挨着肩的巨人，用中国的传统话来说，是两位并肩王，目前还没有见到哪个第三位人物想和他们攀比的。这两位不仅是物理学中，也是整个科学中的并肩王。这么说也许会引起小小的一阵骚动，因为有人会拿出莱布尼兹、达尔文等人来比。牛顿开启了整个现代科学，包括现代科学方法（当然还有先驱伽利略等人），建立整个经典物理学体系以及发明了微积分，即使是同时发明微积分的莱布尼兹这样的伟大的哲学家也会觉得稍有不如。爱因斯坦则改变了经典物理体系，包括改变了人们的时空观以及参与了量子力学的发现，使得整个现代物理在他的阴影里发展，和牛顿的成就大致相仿。

爱因斯坦距离我们更近一些，所取得的成就对我们造成的影响和震撼更大一些。这么说并不是说牛顿的成就不会给人造成震撼，其实了解科学史的人知道，牛顿的三大定律以及万有引力定律，完全改变了当时人对地上和天上的物体运动规律的看法。也许是我们在中学就接触到牛顿力学，以及在日常生活中经常接触到牛顿力学的应用，所以对牛顿力学体系造成的震撼有了一定的免疫力。相反，爱因斯坦的相对论效应在日常生活中看不到，中学也不怎么教，所以一个在大学或者研究生阶段刚刚接触相对论的学生，会有从难以置信到彻底信服的感受过程。这样，爱因斯坦就很难不成为令人仰慕和企羡的偶像。

我们这一代人，现在大概40岁以上吧，都被20世纪70年代末所谓科学的春天的宣传影响了，都有所谓的英雄情结，或者说，都是理想主义者。那时还宣传陈景润这样的人物，以为是为国争光，所以理想主义里还掺杂了一些民族主义，都想有朝一日成为英雄。时至今日，我想绝大多数人都在现实面前低下了“高昂”的头。牛顿和爱因斯坦这样划时代的人不会像春天中的雨后笋，今天冒出一个明天又冒出一个。事实是，几十年也冒不出一个，牛顿和爱因斯坦的出生日期就隔了差不多250年，何况，能否出现这样的人也和科学是否处在适当的时代有关。

至于今天选择物理作为专业的年轻人，我不十分了解。我想大多数是没有那么大的志向的，只想做一个普通的物理学家，说得更俗一点，只想做一个物理学中的从业者，有一个饭碗。而选择高能物理甚至弦论作为自己研究领域的年轻人会有很大不同，可能很多人还怀揣着做爱因斯坦的理想。你想，高能物理很多年来实验变得越来越困难，理论也是玄想的多，很快得到实验验证的少，与之相应的是就业市场的越来越不景气。选择这个领域安置自己的前途，无疑是要赌一把的，没有一点英雄主义还真的难以坚持。

国内和国外的一个普遍现象是，民科很多。这里民科指的是没有经过正常的专业训练而进行研究的人。由于推翻爱因斯坦或者其他什么物理学中的主要定律吸引力太大，特别对那些想成为英雄的人吸引力太大，研究相对论和量子力学基础的民科就特别多。我想对这些人说的一句话是，好好学习和消化前人经过千辛万苦的努力得来的成果，再下决心走上这条艰难的路。毕竟物理学不是湖南卫视的超女试场和舞台，何况，那些脱颖而出的超女大多数都有正规训练的背景。

有人会拿爱因斯坦本人作为反例，爱因斯坦发现狭义相对论的时候是瑞士专利局的职员。我们需要对历史做一个调查，在爱因斯坦的时代，大多数物理学知识在大学里就能学完。那时还没有爱因斯坦的相对论，也没有量子论，更没有量子场论，物理学需要的最高数学也局限于微分方程。其次，爱因斯坦在专利局上班时并没有闲着，他和其他两位朋友一起下功夫学习当时最新的物理学，包括洛仑兹的电子论。打一个比方，就像现代的学生已经至少得到一个硕士学位，同时在自学最新的粒子物理和圈量子引力，甚至弦论。

最近美国的流行科普杂志《发现者》（Discover）有一篇文章，他们自以为是地发掘了6位新爱因斯坦的候选人，我个人觉得没有一位靠谱。这6位准爱因斯坦中年纪最小的也有36岁了。当然时代不同了，我们肯定不能将一百年前做出发现的黄金年龄作为今天的标准，所以36岁是可以接受的。其余五位准爱因斯坦的年纪都超过40岁，包括霍金和威滕。霍金今年（注：2008年）66岁，威滕今年57岁，这两位肯定列于我最佩服的同行之列。霍金发现了黑洞的量子蒸发，威滕是当今最好的数学物理学家，如果不是最好的物理学家。即使我们放低年龄的要求，这两位也应该过了创造的黄金时代。他们过去的成就和牛顿或爱因斯坦比当然有很大的距离，所以他们要成为下一个爱因斯坦就得有更大的贡献。

人类的一大步

今年美国航天界走了两位先驱。先是美国第一位进入太空的女宇航员萨丽·赖德（Sally Kristen Ride）于7月23日去世，享年61岁。接着，声名更为显赫的第一位登上月球的尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）于8月25日去世，享年82岁。

这两位宇航员除了都有“第一”的头衔，还有两个相似的地方，在退出宇航界后，他们都在学术界工作，都是教授；另外，他们的个人生活都非常低调。

阿姆斯特朗出生于1930年。在成为宇航员之前，阿姆斯特朗经历相对丰富。1947年，他获得以美国海军四星上将霍洛韦命名的霍洛韦计划奖学金，在普渡大学学习航空航天工程，学习两年后入伍海军服役三年，然后再完成大学最后两年的学业。在海军服役的最后一年，他加入朝鲜战争，作为飞行员，他获得过空军功劳奖章，一颗金星。22岁退役后回到大学，他取得了大学阶段最好的成绩。不过，看来他的大学成绩不算特别优秀，GPA（平均绩点）是4.8，而满分是6，在百分制中相当于80分，算是接近优秀了。在以后的17年职业生涯中，他先后成为工程师、试飞员、宇航员、美国国家航天咨询委员会的官员以及整个机构的后身美国航空航天局的官员。1971年，他成为辛辛那提大学航空航天系教授，工作了8年。

当然，阿姆斯特朗成为美国国家英雄与他是第一位登上月球的人类有关。有人说美国的登月计划是政治的产物，因为，苏联是第一个将人类送上太空的国家，我们都知道，第一位进入太空的宇航员的名字叫加加林，1961年4月12号乘坐“东方一号”宇宙飞船绕地球一周后返回地球，飞船离地球最远的时候是301千米。加加林是个矮个子，只有159公分。加加林飞行之后成为全世界的英雄，去了很多国家宣传苏联的航天成就。苏联探月计划早于美国，1959年“月神三号”就率先拍到月球背面的照片。在苏联的刺激下，1961年美国总统肯尼迪对国会建议美国开始载人登月计划。在探月方面，直到1966年，苏联一直领先于美国，“月神九号”第一次实现月球软着陆，而“月神十号”第一次绕月飞行。1966年美国开始实施“阿波罗”计划。1966年至1968年，美国先后六次进行不载人飞行试验，1968年至1969年阿波罗7、8、9号进行载人飞行试验，而到了1969年5月，“阿波罗10号”的两名宇航员绕月31周，离月面最近时只有15.2千米。

固然，美国的登月计划有很大政治因素，而整个计划为人类带来的航天计划和经验则是不可估量的。现在，人类的航天技术已经达到了空前的高度，应用在科学上也取得了很多突破。例如，著名的太空望远镜哈勃望远镜获得了最深空的天体照片，在众多发现中，宇宙加速膨胀就是在哈勃望远镜对于超新星的观测基础上发现的（2011年诺贝尔物理学奖）。哈勃望远镜发射于1990年，发射之后，发现传回来的天体照片没有预期的清晰，一定是光学系统出了故障。分析之后知道，光学主镜打磨出了差错。为了纠正错误，1993年12月，美国宇航员飞至哈勃望远镜，花了十天时间人工更换了很多部分。从1993年到2002年，共有四次人工更换和升级仪器。

前面说的只是一个例子，还有很多其他例子。另一个影响极大的天文观测也是美国的计划，宇宙微波背景辐射不均匀性探测器（WMAP），这是一个探测宇宙起源的太空射电望远镜。WMAP离地球150万千米，比月亮离地球还远得多，后者离地球的平均距离是38.4万千米。为什么要将这个探测器发射到这么远的地方？原因是，这个地方是太阳引力与地球引力平衡的一点，叫第二拉格朗日点。在这一点，飞行器相对稳定，因为比地球更加远离太阳，是探测宇宙深空最理想的地点。WMAP在9年的观测中，为我们带来宇宙大爆炸时代的信息。可以说，哈勃望远镜和WMAP是天文学和宇宙学最成功的太空探测器，为宇宙学带来了黄金时代。目前，在第二拉格朗日点，还有几个太空探测器，其中一个是欧洲太空署的Planck微波背景探测器，据说，它明年年初将给我们带来令人惊奇的发现。

兜了一圈，我想说明人类对太空的探索不完全是为了展示国力，同时也推动了我们对宇宙的认识。回到阿姆斯特朗乘坐的“阿波罗11号”。“阿波罗11号”的任务是人类登月，飞船上的宇航员共有三位，阿姆斯特朗是11号的指挥，登月舱驾驶员是巴兹·奥尔德林，指令舱驾驶员是迈克尔·柯林斯。1969年7月16号，“阿波罗11号”由“土星5号”火箭运载升空，飞船沿地月过渡轨道飞行两天半后接近月球，进入环月轨道。阿姆斯特朗和奥尔德林进入登月舱，而柯林斯留在指挥舱内继续环月飞行。1969年7月20号协调世界时20点17分39秒，登月舱在月表着陆。数小时后，阿姆斯特朗首先出舱左脚落地，说出那句著名的话：“这是一个人的一小步，却是人类的一大步。”

有三个有意思的细节。在“阿波罗11号”发射前，奥尔德林认为他应该先踏上月球，可是在模拟试验时，奥尔德林必须爬过阿姆斯特朗才能率先登月，引起不必要的麻烦，所以后来决定还是阿姆斯特朗第一个踏上月表，从而使得他成为一位标志式的英雄。第二个细节是，两位宇航员在外面待了两个半小时后回到登月舱，在准备重新起飞时发现，他们的庞大的太空服不小心碰断了起飞发动机的点火开关，他们用了一支笔顶断路器才将登月舱点火。第三个细节最有意思，与阿姆斯特朗那句名言有关，这句名言的原文是“That’s one small step for [a] man，one giant leap for mankind”，所以将a放在括号中，是因为这句话传到地球时，没有人听到这个单词。如果阿姆斯特朗没有说出这个字母，那么这句名言就是一个病句，因为man和mankind都代表人类，而a man才是一个人。后来，一些专家研究后发现，其实阿姆斯特朗说了这个字母，只是因为静电的原因没有传回地球。出于低调，阿姆斯特朗坚持以后的引用将a用括号括起来。

在美国的“阿波罗”计划中，共有32位宇航员参与了载人计划，其中24位离开地球轨道进入环月轨道，12位完成了在月表的行走，6位在月表上驾驶了月球车。作为“阿波罗17号”的宇航员，尤金·塞尔南是最后一位登上月球的人，时间是1972年12月。在太空竞赛中，苏联失败了，从未实现载人登月。他们后来将精力集中在探索金星以及发展空间站上面。

美国在1972年之后再也没有回到月球，但没有停止探索太空。最近的例子是火星探测器好奇者今年8月6日在火星着陆。在美国之后，日本、欧洲航空署、中国和印度先后开始了对月球的探索。

我对阿姆斯特朗不再做宇航员后的从教非常感兴趣。他觉得自己学历低（硕士），拒绝了其他一些著名大学的教职，在较小的辛辛那提大学航空航天系任教。任教8年后，在不加解释的情况下又突然离开学校。我查了一下，他在南加州大学获得硕士学位，时间是1970年，那时他已经40岁了，在登月之后，任教之前。很难想象，在中国，一名国家英雄在成名之后还会想继续学习，到学校任教。阿姆斯特朗是一位极其低调的人，作为普通人眼中的英雄，在得知有人出售他的签名后，他不再愿意为人签名。一个有意思的故事是，为他理了20年头发的理发师有一次将他的头发以3000美元出售，他威胁理发师如果不将钱捐出他将告上法庭。

我非常喜欢另一位与阿姆斯特朗类似的宇航员，就是开始时提到的美国第一位进入太空的女宇航员赖德。赖德在成为宇航员之前是一位学者，在斯坦福大学获得英语和物理学士后，又在斯坦福大学获得物理学博士，研究天体物理和激光。她于1983年随“挑战者号”进入太空，1989年回到学术界，在加州大学圣地亚哥分校做教授，任加州空间研究所主任。她还成立了一间公司“萨丽·赖德科学”，帮助高年级小学生和初中生学习科学，尤其强调帮助女生。

这些太空中的英雄，首先生活在地球上并以地球上的人类幸福为事业。

学者、知识分子和知道分子

从年轻时做学生到现在，我一直觉得中国的学者特别多，而研究者相对比较少。

我对“学者”一词的理解和大家不一样，我是从字面上理解的。学者，就是学问特别大的人，特别爱学习的人，简直可以做一个移动图书馆的人。

孔二同学说过，“述而不作，信而好古”，前四个字说的是我只转述别人的话，转贴别人的文章，但自己不创作，不立言；后四个字是解释前四个字，为啥我只转贴古人的文章，因为我喜欢古人的话，笃信古人的话。这样，他老人家就编辑《诗》《书》，整理《周易》《春秋》。

孔二同学真的是述而不作吗？从他的徒子徒孙编辑的《论语》来看，恐怕是口是心非，他老人家的立言可比很多其他大牛如老子同学多多了。

然而儒学的后进们还真的宗师述而不作这句话，比如董仲舒，比如朱熹，专门研究和注释典籍。这种情况直到近现代也没有多大改观。学问界大家景仰的钱锺书，恐怕基本上也是学者一名。他的《管锥编》就有人说琐琐碎碎的学问不少，却看不到什么创见。“以管窥天，以锥指地”，虽然是自谦之词，仔细去想，恐怕也只是如此。古书如弱水三千，在其中游来游去，不淹死自然是了不得的大学问家，却做不得别人的楷模，启不了后人的心智。

学者，英文的最好的对应可能是scholar，英文的注释就是“a learned person”。

中国的科学界以“learned person”出名的当然比文科要少些，却也很多，特别在过去。著书立说，以前者为主，立说则很少。即使著书，很多时候也是抄抄贴贴而已，不信你去找出几本类似Dirac的《量子力学原理》试试，很难。

和学者相对的是普普通通的研究者，看上去一点也没有学者那么庄严，却是有自己想法和创见的人。你不研究，不发表研究结果，自然不是研究者。一个研究者哪怕只是发表一些最普通的结果，也是研究者，和学问家有本质的不同。我觉得，在文科，从一个学者到研究者的转变是很困难的。而在科学界，研究者做起来就容易多了，放眼今天中国的科学界，研究者满坑满谷。

研究者的英文是researcher，同样普通的一个词，英文解释为研究者，在科学界又名investigator和scientist。一个investigator所做的事，就是又问又答，有时是别人问自己答，有时是自己问别人答，有时是自己问自己答。这个境界远远高于学者的境界，因为学者的学问再大，不过寻章摘句而已。而scientist，就是科学家了，一个了不起的名字。

我为什么突然扯起“学者、研究者、科学家”的淡来？原因是郝炘同学最近写了一个短博文，谈知识分子。

知识分子是intellectual的翻译，郝炘同学已经说明这个翻译不好。知识分子在中文中似乎只是有知识的人的意思，而intellectual在英文中则是用自己的智力去工作、研究、思考、推测的意思。仅仅有知识，就是学者了。可是，knowledge到底能不能翻译成知识也是一个问题。我觉得，knowledge仅仅对应于中文的知，而识却在知之上，有了知，经过思考，得出自己的结论甚至是推出前人未知的东西，才是识。有了识见，其实就是孔二同学说的“作”了。所以，如果我们将知识分子中的知和识并列起来，那么知识分子就是intellectual的一个比较忠实的翻译。

这么说来，做一个知识分子不容易，因为一个知识分子一半是学者，一半是研究者。但一个知识分子未必要在学问上和一个纯学者去对抗，人家一心一意地信而好古，你怎么比？所以一个知识分子的重点恐怕还是要放在研究上面，放在思考上面。

做一个学者很难，做一个知识分子更难，而做一个公共知识分子难上加难。今天咱们就不去研究在中国做一个公共知识分子的难处，留待下次专文聊。在剩下的一点空间里，说两句知道分子。

将知识的一半去掉，就是知道。在“文革”期间，知识贬值，中学甚至初中毕业的人就叫知识青年了，这些人能读书看报，知道当时的国家大事，算是知道分子。那时大学毕业可算小知识分子，学问家就叫大知识分子。

我这个人就是典型的知道分子，涉猎的东西很多，又不敢和学者又名学问家去比，只好算一个知道分子。但我这个知道分子也有盲点，且是大盲点，就是政治。前几天聊天时我还对访问KITPC（中国科学院卡弗里理论研究所）的几个人说，我对政治不感兴趣，我有一段时间甚至不知道美国的副总统是谁。所以，我是一个残疾知道分子。我不能去参加百科知识的奥运，最多能够参加百科知识的残疾奥运。

知道分子在网上还有一个含义。为了释义，我专门去查了，北师大文学院教授赵勇同学著文说，知道分子一词的发明者是王朔，王朔同学2000年写过一篇文章《知道分子》。例如王朔在附注中说，写伟人传记的，为古籍校订注释的，所有丛书主编，所有“红学家”和自称鲁迅知己的，这些当然都是“知道分子”。次一等的，好提自己念过多少年书的；死吹自己老师和老老师的；爱在文章里提他不认识的人和他刚看过的书的。最后，王朔同学居然也提到了《管锥编》。

《管锥编》牛不牛？巨牛。《管锥编》知道不知道？知道得很多啊。所以，我和《管锥编》的作者比起来，不仅是残疾知道分子，还是一个小知道分子，或者是个知道青年而已。

至于《新周刊》将知道分子的含义转变成通达灵活的知识分子，是另一个话题。

萨苏同学说，知道分子爱讲故事。我说，小知道分子爱写博客。作为有两年博龄的博客作者，我算一个有前途的知道分子了。

第三种文化

回国之前，我是那种典型的科学人，将自己的智力活动几乎完全局限在和科学研究有关的事项上。即使读书，除了专业类书之外，也是与专业相关的科普以及本行内的成就杰出人士的传记。英文中的科普大概有两类：一类是科学作者写给普通人看的，一类是专家写给专家或有志于研究的学生看的。我只看第二类，看这一类科普目的在于了解同行的专家们是如何想到他们那些想法的，希望给自己的研究带来帮助。读杰出人士的传记的目的类似，一是励志，二是学习人家的工作方式。其实，从中学生到研究生，那些将自己的生涯规划为研究的年轻人喜欢读的大多是杰出人士的传记，因为年轻人是以这些人为自我期许的。

回国之后，随着阅读范围的逐渐扩大，我开始看一点前面提到的第一类科普，因为觉得一个人年轻的时候可以做一个只懂自己专业的“专家”，但如果一辈子如此那就可能成为被关在笼子中的动物了。另一方面，自己开始写科普，就必须多了解一点其他学科的科普知识。读书越多，越觉得过去阅读范围的狭隘。将自己的阅读范围扩大，其实是增加自己的感觉功能。对于我来说，如果我想了解其他学科的知识和最近的进展，我更加愿意阅读科学作家写的文章，而不是专家们写的充满专业术语的文章。将自己的体验推而广之，那些自己做科学或不做科学但对知识有了解的愿望的读者们，其实应该更加喜欢非专业化的科学写作的。由于偶然的机会，我开始为《新发现》写专栏，而这个杂志的定位恰好就是非专业化的科学传播。

我为《新发现》写专栏大约三年了，每月一篇。每一期我基本浏览一遍，有些感兴趣的文章会认真看，例如关于物理的文章，以及一些生物方面的文章。我儿子是初中生，他也时常将杂志要去看，可见这个刊物的阅读对象非常宽。我三年半前开始写博客，开始的时候我的博客内容很专业，用意是我的学生看了会了解我关注哪些研究方向。为《新发现》写专栏后，我的博客的内容越来越通俗，影响的范围从而越来越大。

《新发现》办科普刊物的态度是我看到的最好的，他们给作者很大的空间，强调文理的交融，以及科普文章的趣味性，这在国内是独一无二的。

我也从《新发现》主编严锋和中文部主任王艳那里学到很多东西，特别是和文学相关的。如果说我在中文和文学阅读方面有所提高，和他们的交流对我有很大的影响。严锋甚至建议过我写科幻，虽然目前我的精力和能力不允许我这么做，我还是觉得这是非常令人兴奋的建议。我经常和王艳交流文学方面的看法，偶尔见面会谈得很久。

中国社会的发展使得科学写作前景越来越看好。有两个因素使得我看好科学写作的前景。第一，社会经济的发展使得更多的人在衣食住行之外感觉到精神生活的重要，于是阅读必将回归。随着高等教育的普及以及受过专门训练的人增加，阅读除了寻常的休闲以及文学阅读外，科学阅读的比例将会增加。第二，由于现代社会中的科学技术的影响，很多社会问题与科学技术相关，例如全球变暖、金融危机、中医问题，这是举其大者。“中等”问题如三聚氰胺事件，也迫使人们更加关注科学技术。随着中国的经济发展，当代西方人关心的一些问题也将进入中国社会，例如动物克隆、人类基因改造问题和干细胞问题。

过去，我纯粹从大趋势推测中国文化的复兴以及科学文化的兴起（不是复兴，因为我们从来没有出现过“科学文化热”）。最近，一个由对科学传播有兴趣的年轻人组成的团体——科学松鼠会——突然出现在人们视野中，在不到一年时间内写出大批有趣的科普文章并组织了很多活动，他们博客的人气之高在过去是不敢想象的，每天点击超过两万次。如果有毅力坚持下去，我相信他们的人气会越来越高。他们的成绩证明了我过去的推测，科学文化必将成为一种主流文化。

说到主流文化，我想起英国的物理学家兼小说家查尔斯·斯诺在1950年发表的一本书，题为“两种文化”。在这本书中斯诺将知识分子分成两类，一类是传统的文学类知识分子，一类是科学家。半个多世纪之前，英国的文学类知识分子号称知识分子，排除了科学家。这很自然，因为那时科学家的影响基本不出校园。斯诺认为未来必须出现第三种文化，在这种文化氛围中，两类知识分子在平等的基础上对话。时至今日，在西方世界，斯诺期望的景象并没有出现，因为科学家和文化人之间还存在语言的鸿沟，虽然我们能够见到越来越多的共同活动。在西方，许多科学家开始直接与公众对话，这也可以称为第三种文化，越来越多的科学家正在成为“明星”。

由此我想到中国的目前情况，我们也许还处在英国的上世纪30年代那个阶段，文学类知识分子将自己看成是知识分子，而科学家们似乎还局限于自己的传统角色，并没有开展与公众真正的对话。我们倒是有过学习所谓后现代的“文化热”，这个趋势似乎从来没有成为潮流。而在后现代已经在西方被边缘化的今天，后现代在中国看来永远不可能成为潮流。Edge杂志主编约翰·布洛克曼（John Brockman）也说，那些不关心科学和现实世界的所谓知识分子到了90年代已经不配做思考者，他们基于为注解做注解的那些活动只属于他们自己的世界。

在中国，科学家们还是日益专门化着，很多科学家除了阅读新闻外基本不读其他学科的科普，也很少阅读文化类读物。一年多前，科学院主办的科学网开辟了科学博客版块，现在已经有接近两千个博客，大多数作者是科学家和学习科学的学生。虽然科学网博客还需要时日才能办出自己的特色，才能出现真正有特色有观点的博客，这个趋势至少说明中国科学家的专门化慢慢开始被打破。

科学家需要和公众对话，公众需要了解科学家们的工作，需要了解日常生活中的科学技术因素的来龙去脉，我相信类似《新发现》这类有着很大亲和性的刊物的读者会越来越多，在科学文化的蔓延中起到举足轻重的作用。