叩响天堂之门(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：（美）丽莎·兰道尔（Lisa Randall）

出版社：浙江人民出版社

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叩响天堂之门试读：

当雷电第一次掠过富兰克林的风筝到达他的指尖；

当电流第一次流入爱迪生的钨丝电灯照亮整个房间；

当我们第一次从显微镜下观察到美丽的生命；

当我们第一次将望远镜指向苍茫闪耀的星空；

当我们第一次登上月球回望自己的蓝色星球；

当我们第一次用史上最大型的实验装置LHC对撞出“上帝粒子”；

……

回溯科学的整个历程，今时今日的我们，仍旧激情澎湃。

对科学家来说，几个世纪的求索，注定是一条充斥着寂寥、抗争、坚持与荣耀的道路：

我们走过迷茫与谬误，才踟蹰地进入欢呼雀跃的人群；

我们历经挑战与质疑，才渐渐寻获万物的部分答案；

我们失败过、落魄过，才在偶然的一瞬体会到峰回路转的惊喜。

在这泰山般的宇宙中，我们注定如愚公般地“挖山不止”。所以，

不是每一刻，我们都在获得新发现。但是，我们继续。

不是每一秒，我们都能洞悉万物的本质。

但是，我们继续。

我们日日夜夜地战斗在科学的第一线，在你们日常所不熟悉的粒子世界与茫茫大宇宙中上下求索。但是我们越来越发现，虽这一切与你们相距甚远，但却息息相关。所以，今时今日，我们愿把自己的所知、所感、所想、所为，传递给你们。

我们必须这样做。

所以，我们成立了这个“科学素养”专家委员会。我们有的来自中国科学院国家天文台，有的来自中国科学院高能物理研究所，有的来自国内物理学界知名学府清华大学、北京师范大学与中山大学，有的来自大洋彼岸的顶尖名校加州理工学院。我们汇集到一起，只愿把最前沿的科学成果传递给你们，将科学家真实的科研世界展现在你们面前。

不是每个人都能成为大人物，但是每个人都可以因为科学而成为圈子中最有趣的人。

不是每个人都能够成就恢弘伟业，但是每个人都可以成为孩子眼中最博学的父亲、母亲。

不是每个人都能身兼历史的重任，但是每个人都可以去了解自身被赋予的最伟大的天赋与奇迹。

科学是我们探求真理的向导，也是你们与下一代进步的天梯。

科学，将给予你们无限的未来。这是科学沉淀几个世纪以来，对人类最伟大的回馈。也是我们，这些科学共同体里的成员，今时今日想要告诉你们的故事。

我们期待，

每一个人都因这套书系，成为有趣而博学的人，成为明灯般指引着孩子前行的父母，成为了解自己、了解物质、生命和宇宙的智者。

同时，我们也期待，

更多的科学家加入我们的队伍，为中国的科普事业共同贡献力量。

同时，我们真诚地祝愿，

科技创新与科学普及双翼齐飞！中华必将腾飞！湛庐文化“科学素养”书系专家委员会

主席

欧阳自远

天体化学与地球化学家，中国月球探测工程首任首席科学家，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，国际宇航科学院院士

委员（按拼音排序）

陈学雷

国家杰出青年科学基金获得者，国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家

陈雁北

加州理工学院物理学教授

苟利军

中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学教授

李淼

著名理论物理学家，中山大学教授，中山大学天文与空间科学研究院院长、物理与天文学院行政负责人

王青

清华大学物理系高能物理核物理研究所所长，中国物理学会高能物理分会常务理事

张双南

中国科学院高能物理研究所研究员和粒子天体物理中心主任，中国科学院粒子天体物理重点实验室主任，中国科学院国家天文台兼职研究员和空间科学研究部首席科学家

朱进

北京天文馆馆长，《天文爱好者》杂志主编

朱宗宏

北京师范大学天文系教授、博士生导师，教育部“长江学者”特聘教授，北京天文学会理事长重磅赞誉

韩涛

著名理论物理学家，美国匹兹堡大学物理天文系杰出教授匹兹堡大学粒子物理、天体物理及宇宙学中心主任

人类真的生活在一个具有多维空间的膜宇宙之上吗？暗物质真的是毁灭“地球霸主”恐龙的“幕后黑手”？发现了“上帝粒子”希格斯玻色子的大型强子对撞机，以及未来的超级对撞机，会为这些玄妙的问题提供深刻的答案吗？听天才理论物理学家丽莎·兰道尔教授用妙趣横生的案例、通俗易懂的语言，对科学求索的真相与未来娓娓道来，让人欲罢不能。这是时下科学研究前沿最振聋发聩的声音！振奋人心，启迪心智！

张双南

中国科学院高能物理研究所和国家天文台双聘研究员中国科学院粒子天体物理重点实验室主任

我们还没有探测到暗物质，但恐龙的灭绝竟然是暗物质造成的？兰道尔“宇宙三部曲”将告诉读者，想理解地球和人类的现在、历史与未来，我们必须搞清楚物质最深层次的结构和宇宙最大尺度的规律！唉，我真为其他想写类似主题的作家们担心，再写出这么出色的书恐怕很难了。

陈学雷

国家杰出青年科学基金奖获得者国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家

兰道尔教授先后在麻省理工学院、普林斯顿大学、哈佛大学这几所世界最著名的大学担任理论物理学教授，并一直开展着最前沿的科学研究。在这套科普书中，兰道尔教授介绍了物理学家们是如何研究、探索宇宙之谜的。

她并不满足于仅仅介绍那些已经被广泛接受的科学知识，而是着重展示科学家们现在正在进行的猜想和探索，使读者真切地欣赏到科学研究的丰富多彩和趣味，体验科学家们在构造假说、探索未知、获得新发现时所体验到的激情。我相信，想了解科学探索前沿的读者一定会享受阅读这套书带来的乐趣。

朱进

北京天文馆馆长

在兰道尔教授的笔下，额外维度、暗物质、暗能量、对撞机，这些科学家的“烧脑伙伴”也变得平易近人起来。这套科普书系通俗易懂，与晦涩无缘，揭示了即使是门外汉都读得懂的宇宙真相。

苟利军

中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学教授“第十一届文津奖”获奖图书《星际穿越》译者

几千年来，人类一直在试图回答“宇宙是什么”这一古老问题。现代天文观测和研究揭示，宇宙包含了时空和普通物质以及很多神秘“角色”。作为世界知名的粒子物理学家，哈佛大学物理系教授丽莎·兰道尔在她的这套系列丛书中，以其渊博的知识、广阔的视野、通俗的语言，以及丰富有趣的事例，给我们讲述了宇宙的基本组成和包含万物的时空，非常值得一读。作者大胆推断，地球上恐龙的灭绝与银河系中的某种暗物质有关。如果这能够被证实，将颠覆我们对宇宙神秘物质的现有认识。

吴岩

科幻作家，北京师范大学教授

简明扼要、通俗易懂、内容独创。地球人非读不可！

万维钢（同人于野）

科学作家，畅销书《万万没想到》作者“得到”App《万维钢·精英日课》专栏作家

过去几十年来，理论物理学中最酷的话题已经从量子力学、相对论和黑洞变成了超弦、希格斯粒子和暗物质。如果说，黑洞让人着迷、量子力学让人困惑、相对论让人脑洞大开，那这些新概念则更难让人理解！不过一旦你理解了，就会获得更大的智力愉悦感。物理学家一直致力于在不用公式的情况下让公众理解物理学，丽莎·兰道尔正是这项事业的新晋翘楚。她用一贯的机智语言告诉我们，这一代的物理学正在发生什么。

郝景芳

2016年雨果奖获得者，《北京折叠》作者

在这个信息爆炸的时代，我们收到的碎片化信息太多，反而难以获得真知。碎片化文章看得再多，也不如读一本真正的好书，尤其是深入浅出、结构恢弘的好书。兰道尔“宇宙三部曲”就是难得一见的、视野辽阔的好书，每一本都选择了令人好奇的话题：宇宙结构、宇宙历史、宇宙物质，并且还与恐龙灭绝这样有趣的话题相结合，更加吸引人，让人读起来手不释卷。而最为难得的是，兰道尔的文笔简洁、优美，你在书中找不到像一般物理学科普图书那种艰深晦涩的语句。她用小说一样的文笔娓娓道来，让你理解人类对宇宙最全面的认知。

比尔·克林顿

美国前总统

丽莎·兰道尔以她诙谐、通俗的一贯风格写下了《叩响天堂之门》，她让复杂的物理理论变得迷人、易懂。她的书，将会激发你产生不一样的想法，并鼓励你对世界作出更为睿智的判断。

理查德·道金斯

著名生物学家、科普作家畅销书《道金斯传》《自私的基因》作者

科学是一场头脑与心灵的战斗，战场有两处：反对迷信以及忽略事物的某个侧面；反对伪智力的蒙昧主义。能够拥有丽莎·兰道尔那不同寻常的科学理念、清晰易懂的内在逻辑以及她美丽的外表，于我们而言，实为幸事。

史蒂芬·平克

著名认知心理学家、科普作家畅销书《心智探奇》《思想本质》《语言本能》作者

兰道尔对物理学前沿理论及她自己那耀眼理念的诠释，既明晰易懂，又具有高度的启发性。她对科学知识的拥护，也是对科学进步的极大贡献……今日阅读兰道尔的书，将得以理解明日之科学。

克雷格·文特尔“人造生命之父”，基因测序领域的“科学狂人”畅销书《生命的未来》作者

丽莎·兰道尔为非物理学读者解释了现代物理学的基础科学，以及最新的物理学实验有可能揭示什么。这项“科普”工作，兰道尔做得很好……《叩响天堂之门》必须一读，它可以帮助我们领会未来将要发生什么。

丹尼尔·吉尔伯特

全球幸福研究领域最具影响力和最权威的研究者之一畅销书《撞上幸福》作者

兰道尔通过《叩响天堂之门》一书，对科学的发展以及未知宇宙如何运作，做了非常好的解释。

劳伦斯·萨莫斯

哈佛大学名誉校长

在我眼中，丽莎·兰道尔是最罕见的珍品——一位天才理论物理学家，兼有用大众能够理解、享受的方式书写、讲授物理知识的才能。《叩响天堂之门》一书让非专业人士也可以尽可能地接近宇宙背后的机制。《纽约时报》

兰道尔是早期职业理论物理学家之一……她对科学与艺术之美之间的密切关系给出了漂亮的分析，并把理查德·塞拉雕塑作品中的对称性破缺与标准模型核心的对称性破缺进行了比较。《自然》

从提出概念到具体实行，兰道尔这部富有信服力的著作细致地讨论了大型强子对撞机（LHC）的建成历程、它所历经过的种种磨难，带领我们走过了一段大型强子对撞机尺度之下的宏伟的科学之旅。《书单》

兰道尔的著作是一般读者通向科学前沿不可或缺的“护照”。《科克斯书评》

这是对粒子物理学相关科学工作的一次性灵的审视……兰道尔为这个主题带来了洪钟大吕般的热情，而她自己却无比闲适，还时而会冷幽默一把……《叩响天堂之门》真如星光一般灿烂。推荐序发现的激情陈学雷国家杰出青年科学基金获得者国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家

拿到这套书的样章，让我想起20多年前（1993年），我作为一名物理学研究生，参加了由李政道先生创办的中国高等科学技术中心组织的一个国际物理学会议。会议日程上列出的报告中有几位大名鼎鼎的学者，他们的名字，我们在粒子物理学教科书中早已熟悉。但当时还有一个我不很熟悉的名字“Lisa Randall”，而且在日程中排在十分显著的位置。会议开始后，我见到了她：一位面容美丽、身材苗条的女子。她看上去似乎比我大不了几岁，却十分高冷。而且，我听说她酷爱攀岩。然而在会议中，无论是演讲、问答还是讨论，她都显得学识渊博、机敏睿智、充满自信，与那些年龄、资历都老得多的学者辩论时，完全不落下风，成为会议的中心人物之一。这完全打破了我那时对女性物理学家的错误刻板印象。诚然，我从小遇到过很多成绩比我更优秀的女同学，但也许是因为女孩子们的谦让、文静和不好争辩，总让我怀疑她们不过是比我更用功、更擅长作业和考试而已。对于她们是否能深刻地思索或者作出创造性的发现，我内心总有一点儿怀疑。在物理学发展史上，女性物理学家，特别是理论物理学家，也确实屈指可数。然而，站在我面前的就是一位活生生的杰出的女性物理学家，这证明之前我错了。当然，自那之后，我有幸遇到过很多优秀的女性物理学家，其中也包括丽莎·兰道尔教授的一位中国女弟子苏淑芳博士。她们都向我证明了，女性在物理学或者其他科学研究中，完全可以取得毫不逊色于男性的成就。

兰道尔教授先后在麻省理工学院、普林斯顿大学、哈佛大学这几所世界最著名的大学担任理论物理学教授，并一直在进行着最前沿的科学研究。她有许多卓越的成就，其中最著名的是她与桑卓姆合作提出的“额外维度”模型。在这个模型中，我们所熟知的三维空间只是高维空间中的“膜”（参见《弯曲的旅行》一书）。兰道尔教授的这套科普书系，介绍了物理学家是如何研究、探索宇宙之谜的。《叩响天堂之门》一书不仅介绍了大型强子对撞机所进行的研究的意义，也用科学的道理和事实，澄清了人们对科学的各种误解；《弯曲的旅行》一书，重点是对高维空间的探索；《暗物质与恐龙》一书则介绍了作者提出的一种特别的暗物质模型，并就此提出了一个关于恐龙灭绝的有趣假说，借此又阐述了从宇宙起源到暗物质、从太阳系演化到恐龙等多方面的知识。这三部著作的共同特点是，作者并不满足于仅仅介绍那些已经被广泛接受的科学知识，而是着重展示科学家现在正在进行的猜想和探索，当然也清楚地说明了哪些仍仅仅是猜想和假说。这些猜想也许未必都正确，其中许多可能也会被未来的实验和观测所否定。但是，对这些内容的介绍更可以使读者真切地欣赏到科学研究的丰富多彩和趣味，体验到科学家们在构造假说、探索未知、获得新发现时所体验的激情。

我相信，想了解科学探索前沿的读者一定会享受阅读这套书带来的乐趣。我也特别希望，这些书能鼓励那些喜爱科学、希望未来从事科学研究的女孩子们。中文版序宇宙的故事

得知我的三本书将在中国出版，我感到十分兴奋。不论在理论物理学还是在实验物理学的舞台上，中国都在扮演着日益重要的角色。

我有一些优秀的中国学生以及博士后，而且我也发现，近年来在中国这片土地上，人们对我研究方向的兴趣正在不断增长。不仅如此，中国的实验物理学也在近期取得了一些重要成果。例如，在大亚湾中微子实验室中对最轻、最重中微子混合的振荡测量，其结果震惊了世人，而且它比人们的预期早了至少一年。现有的暗物质探测器，包括PandaX与CDEX，标定了一些重要的能量范围，并且仍在不断探索，以揭示神秘的暗物质粒子的本质。展望未来，计划在中国建造的最大型的对撞机至关重要，它将成为国际主要的粒子物理学实验装置，并能够胜任探索超越已知领域的重任。

作为一位理论物理学家，我的研究领域涉猎甚广，小到物质的内部结构，大到宇宙、空间的本质。这些研究令人兴奋，然而又很难向他人解释清楚——在没有对应语境的情况下更难说清。这三本书给了我一次机会，不仅可以向世人解释我的研究，还可以同时解释作为我研究基础的量子力学、相对论、粒子物理学与天体物理学等物理学知识。我将乐于讲述一些展现这些领域中研究前沿的宏大故事。《叩响天堂之门》一书，解释了科学的本质，并强调了尺度的重要性，也即如何在基本粒子、原子、普通物质或是宇宙的尺度上思考科学问题。《叩响天堂之门》一书也探索了科学的发展历程、什么是“对”与“错”，以及创造力在科学发展中的意义。在这本书中，我还预测了大型强子对撞机（LHC）上的物理结果。大型强子对撞机是建造在日内瓦附近的大型加速器，能让高能质子对撞，以产生新的粒子与新的相互作用，它可以用来研究人类之前所不能及的更小尺度。这本书解释了大型强子对撞机如何运作，以及在这一实验中，科学家正在研究什么以及他们未来将要研究什么。《弯曲的旅行》一书讲述了我对空间中可能存在的卷曲的额外维度的研究——额外维度是在我们容易观察到的三个维度（左-右、前-后、上-下）之外的某个维度。额外维度可能具有重要意义，它将解释基本粒子的质量，并为它们之间的相互作用引入新的理论可能性。这些卷曲也将容许空间具有一个无穷大的额外维度，它将与我们观测到的一切事物相容。为了讲述这个故事，我回顾了前沿研究中的量子力学、相对论、粒子物理学的基础（既有理论，也有实验），还回顾了弦理论。在这本书中，我会讲述我们是如何把所有研究领域联系在一起，我们是如何得到了这一切，以及我们已经走到了哪一步的大故事。《暗物质与恐龙》一书，既向外审视宇宙的宏大图景，又向内一窥物质的内部结构。它解释了暗物质的本质及其在宇宙演化中扮演的角色——暗物质是宇宙中捉摸不定的物质，只与引力而不与光相互作用。《暗物质与恐龙》一书也强调了物质的基本性质与我们今日所见的地球、宇宙之间的联系。这本书的内容不仅涵盖了宇宙学，还涉及星系、太阳系和地球之间的相互作用，及其与周边环境的联系。在这一旅程中，我还将解释我对暗物质的新理念：暗物质可能包含了某个小组分，这个组分通过自身的媒介物质——光进行相互作用，而普通物质不与之相互作用。这可能会产生激动人心的结果，包括在银河系平面上，暗物质盘将形成，其引力效应可能导致巨大的流星体撞击地球，从而最终导致恐龙的灭绝。《叩响天堂之门》《弯曲的旅行》《暗物质与恐龙》三本书包含了粒子物理学的广阔思想领域，是对我的研究以及更宽泛的粒子物理学和宇宙学的一个简述。这三本书把许多新颖且多元的理念与科学领域结合在一起，给出了对今日科学家工作状态的一个感性认知。

在完成《暗物质与恐龙》这本书之后，我已继续投身于对暗物质的研究中。在许多已有研究的基础上，暗物质已经是一个比较成熟的研究主题了。我们在实验上有了许多直接的结果，也开始着手于更好地理解用来探索宇宙的天文望远镜、人造卫星是如何阐明“暗物质是什么”这一问题的。同时，理论也在不断发展，人们已经超越了对暗物质粒子非常狭隘的假设，并对“暗物质如何相互作用”有了更深刻的想法。我正在思考关于暗物质粒子全部带电（而不只是一小部分带电）的可能性，并自问这一假设可能导出什么结果。现有的研究忽视了某些使这个假设可行的重要结果，或许这可能只是因为：暗物质着实不像粒子物理学家之前所假设的那么无趣。

理解暗物质这种神秘物质的本质，是一个非常令人兴奋的研究主题，毕竟它占据了全部物质能量的85%。我希望中国的读者能享受这一旅程：跟随我一起探索我们是由什么组成的，宇宙中的相互作用是如何发生的，以及我们这些科学家是如何研究宇宙问题的。我确信，你们将会从中学到许多新知识，同时又能提出属于自己的问题和观点。大型强子对撞机是什么？扫码关注“庐客汇”，回复“叩响天堂之门”，听兰道尔教授用3分钟解答大型强子对撞机的秘密。引言欢迎来到科学的世界

我们正沐浴在一道划时代发现的曙光之下。

世界上规模最大的粒子物理学及宇宙学实验正在缓缓拉开序幕，全球顶尖的物理学家和天文学家纷纷投身于这场科学盛宴中。科学家们未来10年将要作出的发现，终将使我们对物质的基本构成乃至空间本身的认知发生巨变。这将为我们理解物理世界的本质提供更为全面的视角。关注这些进展的人们不会仅仅把它们当成后现代时期的“附属品”。我们致力于探索一些伟大的发现，这些发现有可能引出属于21世纪的科学新范式。这种范式将有助于我们探索宇宙的潜在构造，从那些尚未被人们发现的视角，改变人们对宇宙基本构造的认识。

2008年9月10日是一个历史性的日子。就在这一天，大型强子对撞机（Large Hadron Collider, LHC）首次试运行。尽管“大型强子对撞机”这个名字直白乏味、毫无创意，然而正所谓“圣人无名”，它取得的科学成就必将令世界惊叹。在“大型强子对撞机”这个名字中，“大型”是指对撞机本身，而非其中参与对撞的强子。大型强子对撞机包含一个全长26.6公里的巨型地下环形隧道，该隧道穿过了法国与瑞士的国界线，把侏罗山和日内瓦湖连接了起来。隧道中的电场同时加速两个粒子束，每一束都包含着数十亿质子（隶属于强子，对撞机也因此得名），它们以每秒11000圈的速率在隧道中狂飙。

大型强子对撞机要负责有史以来从很多方面来看都规模最大、最引人注目的物理实验的运行。其目的是，在小到无人测量过的尺度，以及高到无人探索过的能标上揭示物质结构之谜。这些能量会形成一批基本粒子，并揭示早期宇宙演化过程中出现的相互作用——这些都是在宇宙大爆炸之后大约一万亿分之一秒的时间内发生的。

大型强子对撞机的设计穷人类之智慧，可谓巧夺天工，但它实际的建造过程却存在许多预期之外的困难。令那些急于探索自然奥秘的物理学家以及其他好奇者懊恼的是，在大型强子对撞机试运行仅仅9天之后，某个不良的焊点就引发了一场爆炸。但是，随着大型强子对撞机在2009年秋天的回归，并以超出所有人的期待良好运行的这一事实，让25年前人们的承诺终于逐渐变成了现实。

2009年春天，普朗克（Planck）卫星与赫歇尔（Herschel）卫星在法属圭亚那发射。我从一个来自加州理工学院的兴奋的天文学观测组那里获知了发射时间，即5月13日早上5：30。当时，我在帕萨迪纳（Pasadena），从远处亲眼见证了这个意义重大的事件。赫歇尔卫星将提供关于恒星形成过程的观测，而普朗克卫星将为我们提供大爆炸残余辐射的细节信息——这有助于我们了解宇宙的早期历史。发射虽然激动人心，但也令人紧张——毕竟还存在2%~5%的失败率，而一旦发射失败，科学家们数年来的辛勤工作，就会随着坠毁于地球的卫星中的定制科学仪器一同付诸东流。所幸，这次意义重大的发射非常顺利，它在日间发回的宝贵信息宣示着它所取得的巨大成功。即便如此，我们也还要等待许多年，以待这些卫星中关于恒星和宇宙的最有价值的数据被科学家们揭示出来。科学之美，拓宽知识的边界

对于宇宙在大尺度上以及在高能标下的行为，物理学家已经建立了基础牢靠的理论模型。现有的理论和实验，已经让科学家们对宇宙的基本元素和结构有了深刻的理解，这种理解涵盖了极为广阔的尺度范围。这些年来，我们已经逐渐推演出了一个综合而细节明晰的架构，它可以把之前我们已经获得的理论碎片拼合在一起。这些理论成功地描述了宇宙是如何演化而来的：极小的成分形成了原子，然后聚合为恒星，继而形成星系以及更大的、遍布宇宙的结构；还描述了某些恒星如何爆炸、产生重元素，这些重元素又如何进入银河系、太阳系，并最终成为生命诞生的基石。通过大型强子对撞机以及上面提到的卫星探测的实验结果，如今的物理学家们希望能建立一个基础更加坚实、涵盖领域更广的理论，该理论可以加深人们在更小尺度与更高能标上对宇宙的理解，使理论达到之前从未达到的精确度。这将是人类迈出的一大步，而你我对此都怀有凌云壮志。

你应该已经了解过一些清晰明确的科学定义，它们比宗教信仰中的定义要明了得多。然而，这些定义形成的真实过程却极为复杂。即使我们倾向于认为，它们是外在真实世界以及物理世界运作规则的真实反映（至少我在科学之路上启程时是这么想的），然而实际的研究几乎不可避免地都是在一种不确定的状态下进行的。在这种状态下，我们期望取得进展，但不确定方向是否正确。科学家面临的挑战是：坚持那些有前途的理念，并不断地质疑它们，以确认其真实性及其蕴涵的真正意义。科学研究不可避免地涉及对那些精致、优美理念的权衡。这些理念往往处于困难、竞争与矛盾的边缘，也因此令人备加兴奋。总之，我们的目标是尽力拓展已有知识的边界。当有人开始刻意篡改数据、概念以及方程式时，即使是那些原本正确的理念，也变得不确定起来。

我的主要研究对象是基本粒子——对已知尺度最小的事物的研究，领域涉及弦理论以及宇宙学——对已知尺度最大的事物的研究。我与同事们致力于理解以下这些问题：

●物质的核心是什么？

●宇宙中正在发生什么？

●那些由实验发现的基本物理量和性质，在本质上是如何联系在一起的？

像我这样的理论物理学家并不会亲自去判定什么理论适用于真实世界的实验，而是试图对可能的实验结果进行预测，以及帮助设计测试某些理论有效性的新实验方法。在可预见的未来，我们试图回答的问题对于改善人们晚餐食物这种事情毫无裨益，但这些研究将会回答以下终极问题：我们是谁？我们从哪里来？《叩响天堂之门》讲述的是我们的研究内容，以及我们面对的最重要的科学问题。粒子物理学与宇宙学的新发展有望修正我们理解世界的理论，譬如世界的诞生与演化，以及驱动其运作的基本作用力。本书将要描述在大型强子对撞机上进行的、期望能够发现新事物的实验和理论研究；也会描述宇宙学的研究成果，即我们如何试图推断出宇宙的本质，尤其是宇宙中无所不在的神秘暗物质。

本书的视角不止如此，它还将探索适用于所有科学研究的普遍原则。虽然我们要描述当今科学研究的前沿，但是本书的核心目的在于辨析科学的本质。它将描述如下过程：

●我们如何决定提出什么样的问题是恰当的；

●为何科学家们对这些问题众说纷纭；

●正确的科学观念如何最终得以成为主流观点。

本书将要探索科学发展的真实方法，并将之与人类对其他探寻真理方法的尝试相对比，给出一些科学的哲学基础以及描述一些“中间阶段”。在这些阶段，我们尚不确定孰对孰错，也不清楚前路终于何方。但是这些思考的重要之处在于，它们向我们展示了科学理念、科学方法是如何在科学之外的领域应用的，进而如何促进了那些领域中更加合理的决策的形成。漫漫科学旅程，看尽将实而仍虚的奇迹《叩响天堂之门》面向的是非科学专业的读者，他们可以通过本书对现代理论物理学和实验物理学有更深入的了解，对科学思想的基本原理以及现代科学的本质产生更高的审美情趣。人们往往并不真正懂得“科学是什么”“我们可以期待科学告诉我们什么”。本书是我意图纠正人们一些误解的尝试，或许还包含一些沮丧心情的发泄——这些发泄针对的是科学在当代被理解和应用的方式。

近年的工作使我拥有了一些不平凡的经历以及社交经验，从这些经历与交流中我获益良多。我打算以分享这些经历为切入点，开始我们对一些重要理念的探索。即使在本书涉及的领域中我并非全能专家，而且出于篇幅所限，我不可能在描写中做到面面俱到，然而我依旧希望，通过《叩响天堂之门》，能够带领读者走向更加丰富的思考方向，并尽可能地解释一些在这些方向上最新的、最令人兴奋的进展。本书也会帮助那些有志于在未来探寻更深层次答案的读者，帮他们确定那些最值得信赖的科学信息和误导信息的来源。本书深入浅出地表达了一些理念，这些理念有助于我们更彻底地理解隐于现代科学之下的一些思辨，从而为科学研究以及当代社会面临的重要问题铺就一条光明大道。

在这个电影前传盛行的时代，你可以认为本书是《弯曲的旅行》（Warped Passages）的前传，以及对“我们已经走到了哪一步”“我们正在预期什么”这些内容的更新。它补充了之前没有讲到的内容、回顾了新观点及新发现之后的科学基础，进而解释了为何我们当下静候于进展的边缘，等待新的数据以便迈步前行。

本书将在以下两点之间交替叙述：一为今日科学已经取得进展的细节，二为隐含在科学之下的那些必要话题以及概念——提出这些，对理解更为广阔的世界也很有用。本书第一部分、第二部分的第11章与第12章、第三部分的第15章与第18章以及最后一章，偏重讨论科学思想，其他章节则偏重物理学本身，包括在物理学上我们已经走到了哪里，以及对漫漫来路的回首。从某种意义上来讲，《叩响天堂之门》和《弯曲的旅行》这两本书是一体的，建议读者一同阅读。现代物理学宛在天上，它晦涩难懂，与日常生活毫不相干。然而，指导我们思考的哲学和方法论基础，应当能够明晰科学及其相关的思想，正如本书给出的许多例子一样。相反，一个人只有具备一些真正的科学基础知识才能完全领会科学思想中的一些基本元素，并落实这些想法。有着更高要求的读者也许会略读或干脆跳过其中一方面的内容，然而两者的适度结合才能在我们这道科学盛宴中烹饪出绝佳美味。

全书将反复提到一个关键词“尺度”（scale）。物理定律为已经确定的理论与其对自然的描述如何结合为一个有联系的整体，确立了一致的框架：小到大型强子对撞机上进行的实验尺度，大到整个宇宙的尺度。关于尺度的这些说明，以及在这条探索的道路上我们将要邂逅的那些既定事实与理念，对我们的思考有着决定性意义。已经确定的科学理论适用于目前我们可以理解的尺度。然而，在那些从先前从未探索过的或大或小的尺度上，我们正在获得的新知识将为我们引入更精确、更基础的理论。第1章将着眼于介绍“尺度”的概念，并解释科学家为何把万物按照其尺度分类，对于已有的物理学与建立在其上的新科学进展是必要的。

本书第一部分也会介绍并对比科学家们在攀登科学高峰时，所选择的不同道路。当你询问人们在思考科学问题时的感受时，得到的答案很可能因人而异。某些人可能会坚持他们对物理世界严格而刻板的印象；一些人也许会把它当作一个不断被修正的原理的集合；另一些人或许会声称：科学不过是另一个信仰系统，与宗教或哲学并没有什么本质区别。这些观点也许都值得商榷。

为何有如此多的争论（哪怕是在科学内部），这是科学演化本质的核心问题。第一部分会介绍一点历史知识，它揭示了今日科学如何扎根于17世纪人类智慧的土壤，以及一些有关科学观念与宗教观念的正面交锋。这一部分也将着眼于唯物主义者对物质的观点、科学-宗教问题的棘手应用，以及“谁来回答基本问题”“如何回答它们”等问题。

第二部分将转而讨论物质世界的构造。它将为我们的科学之旅导航，引领我们从熟悉的尺度一直探索到已知的最小尺度，并按照尺度来划分物质世界。沿着这条路走下去，我们会从日常所及的领域一直走到亚微观尺度，这种尺度上事物的内部结构只能通过大型粒子加速器来探索。第二部分将以对今日主要物理学实验的总结结束，这些实验主要来源于大型强子对撞机以及一些对早期宇宙的天文学观测，它们将拓展人们的认知极限。

随着一些令人兴奋的进展的涌现，这项勇气十足且雄心勃勃的事业有望使整个科学的世界观发生翻天覆地的变化。在本书的第三部分，我们将深入了解大型强子对撞机的运行，探索这部机器是如何创造对撞质子束，以产生那些目前能探及的最小尺度粒子的。第三部分也将说明实验物理学家们如何阐释他们的发现。

欧洲核子研究中心（CERN）在发布与粒子物理学实验相关的信息上不遗余力——其程度不亚于好莱坞欢乐却有误导性的大片《天使与魔鬼》（Angels and Demons）。这个大型粒子加速器及其建立的目的因此而广为人知：它将具有巨大能量的质子聚集到一个极小空间中，让它们对撞，以产生人们前所未闻的物质形式。正在按部就班运行的大型强子对撞机，终将改变人们对物质的基本构成乃至空间本身的认知。而对于它将找到什么，我们现在尚一无所知。

在这次科学之旅中，我们将仔细回味科学的不确定性，以及科学测量可以告诉我们什么。科研的本质决定了它只能止于我们所知事实的边界。物理实验及计算都被设计得尽可能减少乃至消除尽可能多的不确定性，并且最终精确地给出误差范围。然而，听起来滑天下之大稽而又确然如此的是，科学在实践与一些基本原则里，已经充满了不确定性。第三部分讲述了科学家是如何处理艰难研究中存在的内在挑战，以及大众在理解这个日益复杂的世界中产生的思想时，是如何从科学思维中获益的。

第三部分也将讨论可能产生于大型强子对撞机的微型黑洞，以及大众随之而来的恐慌，并把它和我们目前所面对的一些真正危险做对比。我们将会考虑有关的重要主题，包括收支分析、风险评估，以及人们如何做才会为这些问题提供有价值的意见——不论是在实验室内，还是在实验室外。

第四部分将详述人们寻找希格斯玻色子（Higgs boson）及具体模型的研究过程，这些正是科学家们对大型强子对撞机中存在什么及其搜索目标的合理猜想。如果大型强子对撞机的实验确证了某些理论家提出的观点，甚至只是偶然发现了一些预期之外的东西，那么这些结果都将改变我们看待世界的方式。在这一部分，我们将解释基本粒子如何得以产生质量的希格斯机制（Higgs mechanism），以及昭示着我们应该能找到更多东西的等级问题（hierarchy problem）。这一部分也将讨论处理这些问题的模型，以及它们所预言的那些奇异粒子，比如那些与超对称性（supersymmetry）和空间额外维度（extra dimension）相关的粒子。

除了介绍一些具体的猜想之外，第四部分还将解释物理学家如何处理理论模型的建立以及那些指导性原则的有效性。这些原则包括“与美相伴的真理”（truth through beauty），以及“自上而下”（top-down）、“自下而上”（bottom-up）两种研究方法。它解释了大型强子对撞机正在寻找什么，以及物理学家们希望它找到什么。第四部分还将描述科学家如何试图把大型强子对撞机中看似抽象的实验数据联系在一起，并建立一些深刻、基础的理念以供人们审视。

随着对物质本质的深入研究，在第五部分我们将极目远眺。此时，大型强子对撞机在探索物质的最小尺度，而人造卫星和望远镜在探索宇宙的最大尺度，以研究宇宙的加速膨胀率以及大爆炸残余辐射的细节。这个时代也许会成为令人震惊的宇宙学进展的见证者，而宇宙学正是研究宇宙演化过程的科学。在这一部分，我们将在更大尺度上探寻宇宙的奥秘，讨论粒子物理学与宇宙学的联系，讨论神秘的暗物质以及与之相关的实验探究。

作为全书尾声的第六部分是一个综述，着眼于创造力以及创造性思维中那些丰富而多变的元素。它回顾了我们如何从源于日常所见的平凡事物出发，试图回答一些大问题。我们将以一些终极思考作为全书的尾声，包括当今科学与科学思维如此重要的原因以及科学与技术的共生关系——众所周知，它们彻底改变了现代世界。

我时常反思，试图使非科学工作者领会对其而言非常陌生的现代科学的精要，是多么棘手。这个挑战的困难性在我遇到一个班的大学生时彰显无遗。当时我正在做一个有关物理学与额外维度的公开演讲，当获悉听众们都急切地想要提问时，我本以为他们是对空间额外维度的概念有一些困惑，不料他们却只想知道我的年龄。大众对科学缺少兴趣并非唯一的困难——那些学生确实在八卦之后转向关心严肃的科学问题了。然而，基础科学往往过于抽象、难于理解，这是无可辩驳的事实。在一个阐述基础科学重要性的国会听证会上，我曾经因为这一点与他人产生了交流障碍。当时与我一同参会的人有：美国能源部高能物理所主任丹尼斯·科瓦（Dennis Kovar）、费米国家加速器实验室（FNAL）主任皮耶·奥登（Pier Oddone）、托马斯·杰斐逊国家加速器实验室（Jefferson Lab）主任休·蒙哥马利（Hugh Montgomery）。自我多年之前在高中时代作为西屋科学竞赛（WSC）决赛的选手，被国会议员本杰明·罗森塔尔（Benjamin Rosenthal）带到这里周游一圈以来，这还是我成年后第一次走进政府大楼。罗森塔尔当时为我提供了高于其他入围者的礼遇——他们只收到了照片。

这次故地重游，我再次有幸参观了制定国家政策的那些政府办公室。众议院科学技术委员会的办公区域位于雷伯恩众议院大厦内。议员们坐在办公区后，我们面向他们而坐以“见证”他们的办公过程。有一些写有励志名言的牌匾悬挂在议员们的头顶，其中第一块写着：

没有异象，民就放肆；唯遵守律法的，便为有福。

WHEN THERE IS NO VISION THE PEOPLE PERISH.PROVERBS 29：18.

看来，美国政府哪怕在负责科学与技术事务的国会办公区中也需要《圣经》。虽然如此，这句引文确实表达了一种高贵而精确的情感，我们都喜欢如此引经据典。

第二个不朽名言更常被人们引用，它是伟大诗人阿尔弗雷德·丁尼生（Alfred Tennyson）的：

我曾沉入到世人的目光所不能及的未来，看到了世界的幻象以及所有将实而仍虚的奇迹。

FOR I DIPPED INTO THE FUTURE, FAR AS MY EYES COULD SEE/SAW THE VISION OF THE WORLD AND ALL THE WONDER THAT WOULD BE.

这确实也是描写我们的研究目标时，一句应该永铭于脑海的箴言。

然而颇具讽刺意味的是，我们在一个被如此布置的房间中，作为已经广为承认这些思想的科学世界“见证者”，还要面对这些光辉名句，即便我们的日常工作中无所不在地渗透着这些理念。另一方面，那些议员并不真正理解这些名句的真正含义，因为这些意义于他们的日常体验而言，只是无源之水。国会议员利平斯基在他的开场词中讲道，科学发展鼓舞了更多问题的提出以及形而上学的追问——这说明他曾经注意过那些名人名句，然而现在已显然把它们忘记了。“很少有人会看到那个高度”，他被人提醒道，他对此点头表示感谢。

处理完这些杂事，我们投入到了本职工作中——解释是什么造就了这个属于粒子物理学和宇宙学、前所未有、令人激动的时代。尽管这些议员时而提出一些多疑而尖锐的问题，我还是感受到了他们平日里受到的阻力。这些阻力来源于他们需要向选民解释，为何缩减科学研究资金是不明智之举——即便当经济形势不好时也是如此。这些问题涉及的范围广泛而细致，从具体的科学实验的目的到有关科学所扮演角色的更广泛的主题，还有对科学将把我们导向何处的追问。

由于议员们需要定期去投票，会时而缺席，所以我们对此断断续续地给出了一些支持基础科学并获益的例子。即使是着力于基础科学的研究也经常会产生意想不到的影响其他领域的硕果。我们讨论了蒂姆·伯纳斯-李（Tim Berners-Lee）对万维网的贡献，这使得来自不同国家的物理学家可以在大型强子对撞机上进行的联合实验项目中，更加便捷地进行合作；讨论了物理理论的医学应用，比如PET扫描，即正电子成像术，这是一种以电子的反粒子来探测人体内部结构的方法；还讨论了超导磁铁的工业化生产所扮演的角色，这些本为对撞机而设计的磁铁，现在也可以用于核磁共振成像（MRI），以及广义相对论在精确测量方面的卓越应用，包括我们已经广泛应用于汽车导航之中的全球定位系统。

当然，有重大意义的科学发现并不一定能在可预期的时间内产生短期的利益。即使它最终可以产生效益，我们也往往不能在最初发现的时候便得知这一点。当本杰明·富兰克林意识到天上的闪电即凡间之电时，他并没有意识到电力将迅速改变整个世界的面貌；而爱因斯坦在提出广义相对论时，也并没有预期它可以应用于任何实际项目。

所以，我们今日首要关注的并非科学具体的实际应用，而是至关重要的纯粹科学。即使在美国科学研究的现状摇摇欲坠，很多人还是认识到了其长期价值。大众对宇宙与时空的观念被爱因斯坦改变了，正如我在《弯曲的旅行》一书中引用的《随时光流逝》（As Times Goes By）的歌词所显示的那样，人类特有的语言与思维，随着人们对物质世界理解的变化以及思维方式的进步而变迁。科学家们今日正在研究的课题以及我们对它们的理解，不论是我们对世界的理解，还是对这个体力与脑力相结合的社会本身的理解，都极为重要。

随着之前一些尖端研究计划的提出，我们当下生活在一个不论于物理学而言还是宇宙学而言，都令人极其激动的时代。通过对大量科学发现的介绍，《叩响天堂之门》一书将会拓展我们理解世界的不同方式，不论是从艺术、宗教还是科学的角度出发，最终都会聚焦于现代物理学的目标及方法。最后我要说的是，我们对极小尺度上事物的探索，对于回答“我们是谁”“我们从哪里来”这些终极问题而言，非常必要。我们希望了解更多的大尺度结构，它们将会揭示关于宇宙的一切，包括宇宙的起源及其终将面对的命运。本书将讲述我们希望找到什么以及如何找到它们。

这将是一次迷人的历险——欢迎来到科学的世界！第一部分宇宙的故事01神奇的科学尺度

在让我最终选择走上物理学之路的各种原因中，最重要的一个是，我希望能做一些可以“千古流芳”的工作。如果这些工作需要大量的时间、精力以及付出，那么我希望它们最终能成为永恒以及真理的代言。和很多人一样，我也认为科学发展经得起时间的考验。

在大学时期，我主修物理学，而我的朋友安娜·布克曼（Anna Büchmann）主修英文。具有讽刺意味的是，她选择文科的理由与我选择理科的理由是相同的。她深深喜爱一个经典故事能得以流传百年的感觉。多年之后，当我和她讨论亨利·菲尔丁（Henry Fielding）的小说《弃婴汤姆·琼斯的故事》（Tom Jones）时，我才得知她在读研究生时为我非常喜欢的一本小说的注释工作，贡献过力量。《弃婴汤姆·琼斯的故事》已经出版250多年了，其深邃的主题以及智慧依旧绕梁三日，余音不绝。在我首次访问日本时，我阅读了日本古典文学名著《源氏物语》（Tale of Genji），也为其紧凑的行文情节而惊叹，虽然此时距紫式部（Murasaki Shikibu）写下这些文字已经悠悠千年。荷马在约两千年前写下了不朽名篇《奥德赛》，即便时过境迁，我们依然能够品味奥德赛之旅的传说及其彰显出的人性之美。

科学家很少阅读古老的科学文献，我们往往把这些任务留给历史学家与文学批评家。虽然如此，我们依旧对沿袭前人提出的理论情有独钟，不管这些理论是在17世纪由牛顿提出的，还是在16世纪由哥白尼提出的。我们弃其巨著，只取其书中所蕴重要理念的精华。

科学当然不是那些一成不变的通用法则（这些法则我们在小学时期就已经接触过了），更不是一系列信手拈来的规则。科学是一种知识的演化体。我们正在研究的很多理论，最终都将被证明是不完备的或是错误的。科学理念会在我们跨越已知领域与未知版图的边界时发生巨大变化，而在未知领域中，我们也许可以对揭示事实真相的线索有着惊鸿一瞥。

当追寻永恒不变的理论时，科学家必须面对的矛盾在于：他们此时信奉的理念，彼时会因为新的实验结果或者更好理解的出现，而不断被修正甚至被抛弃。合理而值得信任的知识核心经历过实践的检验，往往被不确定的事物所构成的边界所环绕，而这些正是现代科学研究的疆域。如果被更复杂而有说服力的实验工作所证伪，曾经激动人心的理念及想法将很快会成为明日黄花。

2008年，当竞选美国总统的共和党提名人麦克·赫卡比（Mike Huckabee）选择背弃科学，站在宗教的一方时，他并没有“完全被误导”——至少按他自己的界定是这样的。这一部分是因为“科学信仰”会发生变化，而基督徒们则把权柄授予一个永恒的、不动如山的上帝。我们所了解的有关宇宙的科学知识正如宇宙本身一样，不断在演化。长久以来，科学家们抽丝剥茧般地剥开事实的外衣，以揭开潜藏在纷呈表象之下的事物本质。在探寻更小尺度上奥秘的过程中，人们的眼界也在不断开阔，知识在随之增长。当逐渐接触到那些难于接近的尺度时，由于未知领域的减小，人们的知识水平得以增加。而随着知识领域的扩大，“科学信仰”也随之进化了。

即便飞速发展的技术让一系列更广泛的观察得以实现，我们也不必直接否定过去曾使用过的理论，毕竟它们曾经对我们可以理解的尺度、能量、速度以及密度，作出了成功的预言。科学理论是推陈出新的体系，它会把旧知识纳入更加综合的图景，而这个图景产生于一系列更大范围的理论和实验观察。这种变化并不意味着旧理论必然是错的，而只表示当更小尺度上的新要素被揭示时，原有的规则就不再适用了。因此，知识可以在随时间扩张的同时容纳旧有的理论。学无止境，永远有新的事物等待我们去探索。正如跋山涉水可使人心荡神驰，即便你不可能遍历全球（更遑论宇宙了），格物致知也是丰富我们生命的一种追求。“吾之知也无涯”，这激励着我们继续迈出求知的脚步。

我自己的研究领域，即粒子物理学，正在探索更小的尺度，以研究越来越小的物质组分。现在的理论与实验研究试图揭示潜藏在物质内部的存在。但是，物质并非如俄罗斯套娃一样，不断由更小尺度的相同元素嵌套而成。在不断变小的尺度上进行研究的有趣之处在于，在我们进入新领域时，原有的规则将不再适用。新的基本作用力与相互作用也许会在那些尺度上出现，而这些元素的强度在我们现在所研究的尺度上极其微弱，以至于现有的手段根本无法探测到它们的存在。

尺度让物理学家能够确定与任何特定研究相关的尺寸和能量的范围，它对理解科学的进步以及我们所处世界的诸多方面而言，都至关重要。通过把宇宙按照不同尺度分割为各个可以理解的部分，我们认识到，最佳的物理定律并非必然在一切情形下都相同。我们必须把那些在某个尺度上表现更好的概念，与那些在另一个尺度上更有用的概念联系在一起。采用这种归类方式，我们得以把已知的全部事物都纳入一个统一的图景中。在这个图景中，对不同尺度上事物的描述可以截然不同。

尺度

物理学家用来确定研究对象尺寸与能量的标准，可以根据尺度的不同对事物分类。不同尺度的事物可能适用不同的物理定律。

在本章我们将会看到，按照尺度对事物进行分类，对于明晰我们对科学以及其他事物的思考颇为有益。它也可以帮助我们厘清为何在日常生活的尺度下，构建物质基石的一些微妙性质是如此难以被我们注意到。在这个过程中，本章也会详细辨析科学中的“对”与“错”，以及为什么一些明显激进的理论进展也未必会导致我们已经熟知尺度上的巨变。科幻界的怪力乱神

人们常常分不清“科学知识的演化”与“没有科学知识”之间的区别。他们误解了一种情况，即我们在完全没有一些可信赖规则的前提下，试图发展新的物理定律。在一次加州之行中，我与编剧斯科特·德瑞克森（Scott Derrickson）的一次交谈，使我明确了一些误解的起源。那时，德瑞克森正在忙于一些电影剧本的创作，这些剧本试图提出科学与一些可能被科学家们归入超自然现象的事物之间的潜在联系。为了避免专业性错误，德瑞克森决定让一位物理学家（也就是我）来帮忙审核他那些富有想象力的故事情节。于是，我们在一个阳光明媚的下午，在洛杉矶的一家咖啡店共进午餐，以交流我们的想法。

由于自知编剧家经常歪曲科学概念，德瑞克森希望他剧中有关鬼魂与时间旅行的故事细节在一定程度上经得起科学的推敲。作为编剧，他需要面对的最大挑战在于，不仅要给观众传达有趣的科学现象，还要把这些现象在电影荧幕上表现出来。即使没有受过正规的科学训练，德瑞克森依旧可以快速接受新鲜事物。所以我向他详细解释了为什么他的故事在物理学上站不住脚，尽管其中某些情节是别出心裁而有娱乐精神的。

德瑞克森却认为，许多科学家今天看来荒谬的现象往往会在将来被认为是正常的：“科学家们曾经不是也拒绝承认过相对论吗？”“谁曾想到随机性会在基础物理定律里扮演重要角色呢？”尽管德瑞克森十分尊重科学，且能以史为鉴，但他还是怀疑：科学家们有时不是也会在他们理论的蕴意与适用范围上犯错误吗？

有些批评家甚至更严苛。他们断言，即使科学家已经能作出一系列伟大的预测，这些预测的可靠性也仍然值得怀疑。怀疑者们坚持，即使有着明确的科学证据支持，理论中也总是有未知的隐情或漏洞。也许死者可以复生，或者他们只是进入了一个通向中世纪或者中土世界的时空之门呢？这些怀疑论者不相信任何一件被科学断言绝对不可能发生的事情。

尽管保有开放的头脑以及认识到“吾之知也无涯”是人类的大智慧，然而一个谬论深深地隐藏在这种逻辑之中。只有当我们仔细分析上述思想的意义，特别是应用尺度的概念时，问题才变得清晰明白起来。这些问题忽略了如下事实：虽然总存在我们不能探及的更小尺度与更高能标，在那些情况下物理定律可能发生改变，但在人类日常生活的尺度上，我们已经足够好地掌握了相关物理定律，而它们也在悠长的岁月中经受住了无数次考验。

当我在惠特尼美术馆遇到编舞者伊丽莎白·斯特布（Elizabeth Streb）时，我们共同受邀在有关创造力的主题上发言，而她显然大大低估了在人类的尺度上，科学知识的基础有多坚不可摧。斯特布提出了一个与德瑞克森问过我的相似问题：“物理学家提出的那些卷曲在一个难以想象的小尺度里的小维度，为什么没有在我们的身体运动时（比如跳舞）产生任何影响呢？”

斯特布是一位成功的编舞者，通过对舞蹈与身体动作的了解，她对一些科学基本假设的看法非常有趣。然而，我们不能确认新维度是否存在以及它们所扮演的角色。因为于我们而言，它们太小或者太过“卷曲”了，以至于我们无法探测到。通过上述说明，我想表达的是：我们迄今还未在已观测的尺度上找到任何它们的影响，即使是通过最精细的测量也不能找到。额外维度产生的物理现象不够明显，还无法对人们日常的运动产生任何可见的影响，否则额外维度早就被我们观测到了。因此可以推论出，即使我们对量子引力的理解更进了一步，编舞艺术的基础也不会因此而动摇。在人类日常可及的尺度上，这些微观物理规则的影响微不足道。

当科学家后来被证明出现错误，往往是因为那时他们还未能探索在极小与极大尺度或超高能标、速度这些极端条件下事物的行为。这并不意味着他们像卢德派（Luddites）一样对所有可能的进步永远封闭了头脑，而是意味着他们只相信那些对世界进行的最新数学描述，以及那些对可观测的事物和行为的成功预言。那些科学家们断言不可能出现的现象，在他们还没有探索或经历过的尺度与速度下是被允许出现的，事实上也的确出现过。科学家们现在当然不知道那些未来的观点和理论，它们最终将由那些小尺度和高能标下的规律所支配，并成为流行理论——而现在，科学家们对它们还不熟悉。当科学家们断言“我们已经理解了某些东西”时，他们只是想表达“我们已经有了一套确定的观点和理论，其预言已经在某个确定范围的能标下被很好地检验过了”。这些观点和理论并非必然是永远成立的规则，也并非必定是物理定律中不可动摇的基石，而只是在当前的技术条件允许的参数范围内，很好地符合了已有实验结果。这意味着，这些理论有可能在未来某一天被新理论替代。牛顿定律在日常领域中正确而有效，然而在研究对象的速度接近光速时就会失效，替代它的是爱因斯坦的理论。牛顿定律是正确而不完备的，它的应用被限制在了某个特定范围内。

我们通过进步的测量手段获得更先进的知识，对揭示新的不同概念而言是一个进步。我们现在所知道的许多现象，古人不可能理解或发现，是因为他们受到所处时代观测技术的局限。所以德瑞克森所言不错，科学家们有时确实会犯错误，有些他们认为不可能的现象最终却可能会出现。但这不并意味着世界完全没有规则，鬼魂和时间旅行者不会排闼而入，外星生物也不会突然穿墙而出。空间中也许存在着额外维度，但它们可能极为微小，或者“卷曲”起来，或者暂时以某种方式隐藏了起来。总之，这些都可能是我们目前尚未发现它们存在的明显证据的理由。

也许奇异现象的确会出现，但这种现象只会存在于那些难于观察的尺度上，而在这些尺度上的现象往往不能直观地被理解，并有悖于人们的常识。如果它们总是可望而不可即，那么于科学家而言，它们就没有太大的意义；如果它们对我们的日常生活没有产生任何可见的影响，那么于小说家而言，它们也就失去了借题发挥的价值。

怪力乱神实属可能，但更让人容易理解的是，非物理学家们最为关注的总是那些我们可以观察到的现象。正如美国著名电影导演史蒂文·斯皮尔伯格在针对他正在思索的一部科幻电影的讨论会上所指出的那样：一个无法反映在银幕上且我们永远无法感受到角色的奇异世界是无法吸引观众的（图1-1给出了一些有趣的证据），只有一个我们可见、可解的新世界才能吸引眼球。抽象理念与文学作品是不一样的，它们的目标不同，即使二者都需要想象力。虽然科学理念适用的那些

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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