引 言

物理學(xué)家利奧·西拉德有一次對(duì)他的朋友漢斯·貝特說(shuō)，他準(zhǔn)備寫日記：我不打算發(fā)表。我只是想記下事實(shí)，供上帝參考。難道上帝不知道那些事實(shí)嗎？貝特問(wèn)。知道，西拉德說(shuō)，他知道那些事實(shí)，可他不知道這樣描述的事實(shí)。漢斯·克里斯琴·馮·拜耳《征服原子》 歡迎，歡迎。恭喜，恭喜。我很高興，你居然成功了。我知道，來(lái)到這個(gè)世界很不容易。事實(shí)上，我認(rèn)為比你知道的還要難一些。首先，你現(xiàn)在來(lái)到這個(gè)世界，幾萬(wàn)億個(gè)游離的原子不得不以某種方式聚集在一起，以復(fù)雜而又奇特的方式創(chuàng)造了你。這種安排非常專門，非常特別，過(guò)去從未有過(guò)，存在僅此一回。在此后的許多年里，（我們希望）這些小粒子將任勞任怨地進(jìn)行幾十億次的巧妙合作，把你保持完好，讓你經(jīng)歷極其愜意而又通常未被充分賞識(shí)的狀態(tài)，那就是生存。為什么原子這樣自找麻煩，這還搞不大清楚。形成你，對(duì)原子來(lái)說(shuō)并不是一件心曠神怡的事情。盡管組成你的原子如此全神貫注，它們其實(shí)對(duì)你并不在乎實(shí)際上，它們甚至不知道你的存在。它們甚至也不知道自己的存在。它們畢竟是沒(méi)有頭腦的粒子，連自己也沒(méi)有生命。（要是你拿起一把鑷子，把原子一個(gè)一個(gè)從你的身上夾下來(lái)，你就會(huì)變成一大堆細(xì)微的原子塵土，其中哪個(gè)原子也從未有過(guò)生命，而它們又都曾是你的組成部分，這是個(gè)挺有意思的想法。）然而，在你的生存期間，它們都擔(dān)負(fù)著同一個(gè)任務(wù)：使你成為你。原子的心思很活。它們的獻(xiàn)身時(shí)刻倏忽而過(guò)簡(jiǎn)直是倏忽而過(guò)，這是個(gè)壞消息。連壽命很長(zhǎng)的人也總共只活大約65萬(wàn)個(gè)小時(shí)。而當(dāng)那個(gè)不太遙遠(yuǎn)的終結(jié)點(diǎn)或沿途某個(gè)別的終點(diǎn)飛快地出現(xiàn)在你眼前的時(shí)候，由于未知的原因，你的原子們將宣告你生命的結(jié)束，然后散伙，悄然離去成為別的東西。你也就到此為止。不過(guò)，這事還是發(fā)生了，你可以感到高興�？偟膩�(lái)說(shuō)，據(jù)我們所知，這類事情在宇宙別的地方是沒(méi)有的。這的確很怪，原子們?nèi)绱舜蠓�、如此協(xié)調(diào)地聚集在一起，構(gòu)成地球上的生物，而同一批原子在別處是不肯這么做的。不說(shuō)別的，從化學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，生命真是太普通了：碳、氫、氧、氮、一點(diǎn)兒鈣、一點(diǎn)兒硫，再加上一點(diǎn)兒很普通的別的元素在任何普通藥房里都找得著的東西，這些就是你的全部需要。原子們唯一特別的地方就是：它們形成了你。當(dāng)然，這正是生命的奇跡。不管原子在宇宙的別的角落是不是形成生命，它們形成許多其他東西；實(shí)際上，除了生命以外，它們還形成別的任何東西。沒(méi)有原子，就沒(méi)有水，就沒(méi)有空氣，就沒(méi)有巖石，就沒(méi)有恒星和行星，就沒(méi)有遠(yuǎn)方的云團(tuán)，就沒(méi)有旋轉(zhuǎn)的星云，就沒(méi)有使宇宙如此至關(guān)重要的任何別的東西。原子如此之多，如此必不可少，我們很容易忽視一點(diǎn)它們實(shí)際上根本沒(méi)有存在的必要。沒(méi)有法則要求宇宙間充滿物質(zhì)微粒，產(chǎn)生我們所賴以生存的光、引力和其他物理性質(zhì)。實(shí)際上也根本不需要宇宙。在很長(zhǎng)時(shí)間里就沒(méi)有宇宙。那時(shí)候沒(méi)有原子，沒(méi)有供原子到處飄浮的宇宙。什么也沒(méi)有任何地方都什么也沒(méi)有。所以，謝天謝地，有了原子。不過(guò)，有了原子，它們心甘情愿地聚集在一起，這只是你來(lái)到這個(gè)世界的部分條件。你現(xiàn)在在這個(gè)地方，生活在21世紀(jì)，聰明地知道有這回事，你還必須是生物方面一連串極不尋常的好運(yùn)氣的受益者。在地球上幸存下來(lái)，這是一件極不容易的事。自開(kāi)天辟地以來(lái)，存在過(guò)上百上千億物種，其中大多數(shù)據(jù)認(rèn)為是99.9%已經(jīng)不復(fù)存在。你看，地球上的生命不僅是短暫的，而且是令人沮喪的脆弱的。我們產(chǎn)生于一顆行星，這顆行星善于創(chuàng)造生命，但又更善于毀滅生命，這是我們的存在的一個(gè)很有意思的特點(diǎn)。地球上的普通物種只能延續(xù)大約400萬(wàn)年，因此，若要在這里待上幾十億年，你不得不像制造你的原子那樣變個(gè)不停。你要準(zhǔn)備自己身上的一切都發(fā)生變化形狀、大小、顏色、物種屬性等等反復(fù)地發(fā)生變化。這說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，因?yàn)樽兓�的過(guò)程是無(wú)定規(guī)的。從細(xì)胞質(zhì)的原始原子顆粒（用吉爾伯特和沙利文的話來(lái)說(shuō)），到有知覺(jué)、能直立的現(xiàn)代人，要求你在特別長(zhǎng)的時(shí)間里，以特別精確的方式，不斷產(chǎn)生新的特點(diǎn)。因此，在過(guò)去38億年的不同時(shí)期里，你先是討厭氧氣，后又酷愛(ài)氧氣，長(zhǎng)過(guò)鰭、肢和漂亮的翅膀，生過(guò)蛋，分叉的舌頭咝咝作響，曾經(jīng)長(zhǎng)得油光光、毛茸茸，住過(guò)地下，住過(guò)樹(shù)上，曾經(jīng)大得像麋鹿，小得像老鼠，以及超過(guò)100萬(wàn)種別的東西。這些都是必不可少的演變步驟，只要發(fā)生哪怕最細(xì)微的一點(diǎn)偏差，你現(xiàn)在也許就會(huì)在舔食長(zhǎng)在洞壁上的藻類，或者像海象那樣懶洋洋地躺在哪個(gè)卵石海灘上，或者用你頭頂?shù)谋强淄鲁隹諝�，然后鉆到18米的深處去吃一口美味的沙蟲(chóng)。你不光自古以來(lái)一直非常走運(yùn)，屬于一個(gè)受到優(yōu)待的進(jìn)化過(guò)程，而且在自己的祖宗方面，你還極其可以說(shuō)是奇跡般的好運(yùn)氣。想一想啊，在38億年的時(shí)間里，在這段比地球上的山脈、河流和海洋還要久遠(yuǎn)的時(shí)間里，你父母雙方的每個(gè)祖先都很有魅力，都能找到配偶，都健康得能生兒育女，都運(yùn)氣好得能活到生兒育女的年齡。這些跟你有關(guān)的祖先，一個(gè)都沒(méi)有被壓死，被吃掉，被淹死，被餓死，被卡住，早年受傷，或者無(wú)法在其生命過(guò)程中在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻把一小泡遺傳物質(zhì)釋放給恰當(dāng)?shù)陌閭H，以使這唯一可能的遺傳組合過(guò)程持續(xù)下去，最終在極其短暫的時(shí)間里令人吃驚地產(chǎn)生了你。
本書(shū)要說(shuō)一說(shuō)這事是怎樣發(fā)生的尤其是我們?cè)鯓訌母�本不存在變成某種存在，然后那種存在的一小點(diǎn)兒又怎樣變成了我們。我還要說(shuō)一說(shuō)在此期間和在此以前的事。這當(dāng)然要涉及好多事情，所以這本書(shū)就叫作《萬(wàn)物簡(jiǎn)史》，雖然實(shí)際上并非包羅萬(wàn)物，也不可能如此。但是，要是運(yùn)氣好的話，等你讀完本書(shū)的時(shí)候，你也許會(huì)在一定程度上有那種感覺(jué)。不管怎么說(shuō)，我寫本書(shū)的最初靈感，來(lái)自我在念小學(xué)四、五年級(jí)時(shí)有過(guò)的一本科普讀物。那是20世紀(jì)50年代學(xué)校發(fā)的一本教科書(shū)乍一看去，皺皺巴巴，招人生厭，又笨又重，但書(shū)的前幾頁(yè)有一幅插圖，一下子把我迷住了：一幅剖面圖，顯示地球的內(nèi)部，樣子就像你拿起一把大刀，切到行星里面，然后小心翼翼地取出一塊楔形物，代表這龐然大物的大約四分之一。很難相信，我以前怎么從沒(méi)有見(jiàn)過(guò)這類插圖，我記得完全給迷住了。我的確認(rèn)為，起初，我的興趣只是基于一種個(gè)人的想象，美國(guó)平原上各州川流不息的車流毫無(wú)提防地向東駛?cè)�，突然越過(guò)邊緣，從中美洲和北極之間一個(gè)6 000多公里高的懸崖上一頭栽下，但我的注意力漸漸地轉(zhuǎn)向這幅插圖的科學(xué)含義，意識(shí)到地球由明確的層次組成，中心是一個(gè)鐵和鎳的發(fā)熱球體。根據(jù)上面的說(shuō)明，這個(gè)球體與太陽(yáng)表面一樣灼熱。我記得當(dāng)時(shí)我無(wú)限驚訝地想：他們是怎么知道的？我對(duì)這個(gè)信息堅(jiān)信不疑我至今仍然容易像相信醫(yī)生、管道工和別的神秘信息的擁有者那樣相信科學(xué)家的說(shuō)法但是，我無(wú)論如何也無(wú)法想象，人的腦子怎么能確定在離我們幾千公里下面的地方是個(gè)什么樣子，是由什么構(gòu)成的，而那可是肉眼根本看不見(jiàn)、Ｘ射線也穿不透的呀。在我看來(lái)，那簡(jiǎn)直是個(gè)奇跡。自那以后，這一直是我對(duì)待科學(xué)的態(tài)度。那天晚上，我很興奮，把這本書(shū)抱回了家，晚飯之前就把書(shū)打開(kāi)我想，正是由于這個(gè)舉動(dòng)，我的母親摸了摸我的額頭，看看我是不是病了翻到第一頁(yè)，讀了起來(lái)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這本書(shū)毫不激動(dòng)人心。實(shí)際上，它根本晦澀難懂。首先，它沒(méi)有回答那幅插圖在正常人好奇的腦子里產(chǎn)生的任何問(wèn)題：在我們這顆行星中心怎么會(huì)冒出來(lái)一個(gè)太陽(yáng)？他們?cè)趺粗�道它的溫度？要是它在下面熊熊燃燒，我們腳下的地面怎么摸上去不是燙的？為什么內(nèi)部的其余部分沒(méi)有熔化，或者正在熔化？要是地心最終燒盡以后，地球的某個(gè)部分是不是會(huì)塌陷，在地面上留下一個(gè)大坑？而你是怎么知道這個(gè)的？你是怎么測(cè)算出來(lái)的？但是，說(shuō)來(lái)也怪，作者對(duì)這些具體疑問(wèn)只字不提實(shí)際上對(duì)任何疑問(wèn)都只字不提，只是說(shuō)些什么背斜呀，向斜呀，地軸偏差呀，等等。他似乎有意把一切都弄得深不可測(cè)，以便守住好東西的秘密。隨著歲月流逝，我開(kāi)始認(rèn)為這不完全是出于個(gè)人動(dòng)機(jī)。教科書(shū)的作者似乎有個(gè)普遍的陰謀，他們要極力確保他們寫的材料絕不過(guò)于接近稍有意思的東西，起碼總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)回避明顯有意思的東西。現(xiàn)在，我知道有好多好多科普作家，他們寫出了通俗易懂而又激動(dòng)人心的散文我一下子就可以點(diǎn)出蒂莫西·費(fèi)瑞斯、理查德·福泰和提姆·弗蘭納里三位（且不說(shuō)已故的神一樣的理查德·費(fèi)曼）但是，令人傷心的是，他們沒(méi)有一個(gè)人寫過(guò)我用過(guò)的教科書(shū)。我用過(guò)的教科書(shū)全都是人（始終都是人）寫的，他們懷有一種有趣的想法，覺(jué)得什么只要用公式一表達(dá)，就變得一清二楚，他們還抱有一種奇特而自欺的信念，認(rèn)為美國(guó)的孩子們會(huì)喜歡各個(gè)章節(jié)的結(jié)尾部分都帶有問(wèn)題，供其在自己的空閑時(shí)間里冥思苦想。所以在我的成長(zhǎng)過(guò)程中，我確信科學(xué)是極其枯燥的，但我又懷疑情況不一定是這樣的，只是我一直不想思考這個(gè)問(wèn)題。在很長(zhǎng)的時(shí)間里，我的態(tài)度就是這樣的。接著，很久以后我想大約是在四五年之前我正做一次飛越太平洋的長(zhǎng)途旅行，我漫不經(jīng)心地朝飛機(jī)的舷窗外望去，只見(jiàn)一輪皓月掛在天空，下面是灑滿銀色月光的一望無(wú)際的海洋，突然，一種強(qiáng)烈的不安感涌上我的心頭，足跡遍及世界各地的我，對(duì)于自己長(zhǎng)期以來(lái)置身其間，而且這輩子也只能生活于其間的地球，竟然是那樣缺乏了解。比如，我不知道為什么海水是咸的，而五大湖的湖水卻是淡的。我一點(diǎn)兒也不知道。我不知道隨著時(shí)間的過(guò)去，海水會(huì)變得越來(lái)越咸，還是越來(lái)越淡，不知道海水的咸度是不是我該關(guān)心的問(wèn)題。（我很樂(lè)意告訴你，直到20世紀(jì)70年代，科學(xué)家們也不知道這些問(wèn)題的答案。他們只是悄悄地議論這些事。）當(dāng)然，海水的咸度只是我不知道的事情中的極小部分。我不知道什么是質(zhì)子，什么是蛋白質(zhì)，不知道類星體的夸克，不理解地質(zhì)學(xué)家怎么只要看一眼峽谷壁上的一層巖石，就能說(shuō)出它的年齡我確實(shí)什么也不知道。我心里迫切想要知道一點(diǎn)兒這些問(wèn)題，尤其想懂得人家是怎樣測(cè)算出來(lái)的�？茖W(xué)家們是怎樣解決這些問(wèn)題的這對(duì)我來(lái)說(shuō)始終是最大的奇事。他們?cè)趺粗�道地球的重量，怎么知道巖石的年齡，怎么知道地心深處實(shí)際上是什么東西？他們?cè)趺粗�道宇宙是怎樣開(kāi)始的，什么時(shí)候開(kāi)始的，它開(kāi)始的時(shí)候又是什么樣子的？他們?cè)趺粗�道原子�?nèi)部的情況？科學(xué)家怎么往往好像差不多什么都知道，而又仍不能預(yù)測(cè)地震，甚至不能準(zhǔn)確地告訴我們下星期三看比賽時(shí)該不該帶雨傘？于是，我決定今生要拿出一部分時(shí)間結(jié)果是花了3年時(shí)間來(lái)讀書(shū)看報(bào)，尋訪很有耐心、德高望重、愿意回答許多無(wú)人吭聲的特別問(wèn)題的專家。我倒想要看看，是不是有可能在不大專門或不需要很多知識(shí)的，而又不完全是很膚淺的層面上，理解和領(lǐng)會(huì)甚至是贊嘆和欣賞科學(xué)的奇跡和成就。這曾經(jīng)是我的想法，我的希望，本書(shū)就是按照這個(gè)意圖來(lái)寫的。反正，我們要涉及的范圍很廣，而辦這件事又遠(yuǎn)遠(yuǎn)用不著65萬(wàn)個(gè)小時(shí)，因此我們就開(kāi)始吧。