引 言

物理學家利奧·西拉德有一次對他的朋友漢斯·貝特說，他準備寫日記：我不打算發(fā)表。我只是想記下事實，供上帝參考。難道上帝不知道那些事實嗎？貝特問。知道，西拉德說，他知道那些事實，可他不知道這樣描述的事實。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，來到這個世界很不容易。事實上，我認為比你知道的還要難一些。首先，你現在來到這個世界，幾萬億個游離的原子不得不以某種方式聚集在一起，以復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，過去從未有過，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行幾十億次的巧妙合作，把你保持完好，讓你經歷極其愜意而又通常未被充分賞識的狀態(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，對原子來說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，它們其實對你并不在乎實際上，它們甚至不知道你的存在。它們甚至也不知道自己的存在。它們畢竟是沒有頭腦的粒子，連自己也沒有生命。（要是你拿起一把鑷子，把原子一個一個從你的身上夾下來，你就會變成一大堆細微的原子塵土，其中哪個原子也從未有過生命，而它們又都曾是你的組成部分，這是個挺有意思的想法。）然而，在你的生存期間，它們都擔負著同一個任務：使你成為你。原子的心思很活。它們的獻身時刻倏忽而過簡直是倏忽而過，這是個壞消息。連壽命很長的人也總共只活大約65萬個小時。而當那個不太遙遠的終結點或沿途某個別的終點飛快地出現在你眼前的時候，由于未知的原因，你的原子們將宣告你生命的結束，然后散伙，悄然離去成為別的東西。你也就到此為止。不過，這事還是發(fā)生了，你可以感到高興。總的來說，據我們所知，這類事情在宇宙別的地方是沒有的。這的確很怪，原子們如此大方、如此協(xié)調地聚集在一起，構成地球上的生物，而同一批原子在別處是不肯這么做的。不說別的，從化學的角度來說，生命真是太普通了：碳、氫、氧、氮、一點兒鈣、一點兒硫，再加上一點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；實際上，除了生命以外，它們還形成別的任何東西。沒有原子，就沒有水，就沒有空氣，就沒有巖石，就沒有恒星和行星，就沒有遠方的云團，就沒有旋轉的星云，就沒有使宇宙如此至關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它們實際上根本沒有存在的必要。沒有法則要求宇宙間充滿物質微粒，產生我們所賴以生存的光、引力和其他物理性質。實際上也根本不需要宇宙。在很長時間里就沒有宇宙。那時候沒有原子，沒有供原子到處飄浮的宇宙。什么也沒有任何地方都什么也沒有。所以，謝天謝地，有了原子。不過，有了原子，它們心甘情愿地聚集在一起，這只是你來到這個世界的部分條件。你現在在這個地方，生活在21世紀，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氣的受益者。在地球上幸存下來，這是一件極不容易的事。自開天辟地以來，存在過上百上千億物種，其中大多數據認為是99.9%已經不復存在。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很有意思的特點。地球上的普通物種只能延續(xù)大約400萬年，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不停。你要準備自己身上的一切都發(fā)生變化形狀、大小、顏色、物種屬性等等反復地發(fā)生變化。這說起來容易做起來難，因為變化的過程是無定規(guī)的。從細胞質的原始原子顆粒（用吉爾伯特和沙利文的話來說），到有知覺、能直立的現代人，要求你在特別長的時間里，以特別精確的方式，不斷產生新的特點。因此，在過去38億年的不同時期里，你先是討厭氧氣，后又酷愛氧氣，長過鰭、肢和漂亮的翅膀，生過蛋，分叉的舌頭咝咝作響，曾經長得油光光、毛茸茸，住過地下，住過樹上，曾經大得像麋鹿，小得像老鼠，以及超過100萬種別的東西。這些都是必不可少的演變步驟，只要發(fā)生哪怕最細微的一點偏差，你現在也許就會在舔食長在洞壁上的藻類，或者像海象那樣懶洋洋地躺在哪個卵石海灘上，或者用你頭頂的鼻孔吐出空氣，然后鉆到18米的深處去吃一口美味的沙蟲。你不光自古以來一直非常走運，屬于一個受到優(yōu)待的進化過程，而且在自己的祖宗方面，你還極其可以說是奇跡般的好運氣。想一想啊，在38億年的時間里，在這段比地球上的山脈、河流和海洋還要久遠的時間里，你父母雙方的每個祖先都很有魅力，都能找到配偶，都健康得能生兒育女，都運氣好得能活到生兒育女的年齡。這些跟你有關的祖先，一個都沒有被壓死，被吃掉，被淹死，被餓死，被卡住，早年受傷，或者無法在其生命過程中在恰當的時刻把一小泡遺傳物質釋放給恰當的伴侶，以使這唯一可能的遺傳組合過程持續(xù)下去，最終在極其短暫的時間里令人吃驚地產生了你。
本書要說一說這事是怎樣發(fā)生的尤其是我們怎樣從根本不存在變成某種存在，然后那種存在的一小點兒又怎樣變成了我們。我還要說一說在此期間和在此以前的事。這當然要涉及好多事情，所以這本書就叫作《萬物簡史》，雖然實際上并非包羅萬物，也不可能如此。但是，要是運氣好的話，等你讀完本書的時候，你也許會在一定程度上有那種感覺。不管怎么說，我寫本書的最初靈感，來自我在念小學四、五年級時有過的一本科普讀物。那是20世紀50年代學校發(fā)的一本教科書乍一看去，皺皺巴巴，招人生厭，又笨又重，但書的前幾頁有一幅插圖，一下子把我迷住了：一幅剖面圖，顯示地球的內部，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，我以前怎么從沒有見過這類插圖，我記得完全給迷住了。我的確認為，起初，我的興趣只是基于一種個人的想象，美國平原上各州川流不息的車流毫無提防地向東駛去，突然越過邊緣，從中美洲和北極之間一個6 000多公里高的懸崖上一頭栽下，但我的注意力漸漸地轉向這幅插圖的科學含義，意識到地球由明確的層次組成，中心是一個鐵和鎳的發(fā)熱球體。根據上面的說明，這個球體與太陽表面一樣灼熱。我記得當時我無限驚訝地想：他們是怎么知道的？我對這個信息堅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家的說法但是，我無論如何也無法想象，人的腦子怎么能確定在離我們幾千公里下面的地方是個什么樣子，是由什么構成的，而那可是肉眼根本看不見、Ｘ射線也穿不透的呀。在我看來，那簡直是個奇跡。自那以后，這一直是我對待科學的態(tài)度。那天晚上，我很興奮，把這本書抱回了家，晚飯之前就把書打開我想，正是由于這個舉動，我的母親摸了摸我的額頭，看看我是不是病了翻到第一頁，讀了起來。結果發(fā)現，這本書毫不激動人心。實際上，它根本晦澀難懂。首先，它沒有回答那幅插圖在正常人好奇的腦子里產生的任何問題：在我們這顆行星中心怎么會冒出來一個太陽？他們怎么知道它的溫度？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？為什么內部的其余部分沒有熔化，或者正在熔化？要是地心最終燒盡以后，地球的某個部分是不是會塌陷，在地面上留下一個大坑？而你是怎么知道這個的？你是怎么測算出來的？但是，說來也怪，作者對這些具體疑問只字不提實際上對任何疑問都只字不提，只是說些什么背斜呀，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，以便守住好東西的秘密。隨著歲月流逝，我開始認為這不完全是出于個人動機。教科書的作者似乎有個普遍的陰謀，他們要極力確保他們寫的材料絕不過于接近稍有意思的東西，起碼總是遠遠回避明顯有意思的東西�，F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人心的散文我一下子就可以點出蒂莫西·費瑞斯、理查德·福泰和提姆·弗蘭納里三位（且不說已故的神一樣的理查德·費曼）但是，令人傷心的是，他們沒有一個人寫過我用過的教科書。我用過的教科書全都是人（始終都是人）寫的，他們懷有一種有趣的想法，覺得什么只要用公式一表達，就變得一清二楚，他們還抱有一種奇特而自欺的信念，認為美國的孩子們會喜歡各個章節(jié)的結尾部分都帶有問題，供其在自己的空閑時間里冥思苦想。所以在我的成長過程中，我確信科學是極其枯燥的，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問題。在很長的時間里，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途旅行，我漫不經心地朝飛機的舷窗外望去，只見一輪皓月掛在天空，下面是灑滿銀色月光的一望無際的海洋，突然，一種強烈的不安感涌上我的心頭，足跡遍及世界各地的我，對于自己長期以來置身其間，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。我一點兒也不知道。我不知道隨著時間的過去，海水會變得越來越咸，還是越來越淡，不知道海水的咸度是不是我該關心的問題。（我很樂意告訴你，直到20世紀70年代，科學家們也不知道這些問題的答案。他們只是悄悄地議論這些事。）當然，海水的咸度只是我不知道的事情中的極小部分。我不知道什么是質子，什么是蛋白質，不知道類星體的夸克，不理解地質學家怎么只要看一眼峽谷壁上的一層巖石，就能說出它的年齡我確實什么也不知道。我心里迫切想要知道一點兒這些問題，尤其想懂得人家是怎樣測算出來的。科學家們是怎樣解決這些問題的這對我來說始終是最大的奇事。他們怎么知道地球的重量，怎么知道巖石的年齡，怎么知道地心深處實際上是什么東西？他們怎么知道宇宙是怎樣開始的，什么時候開始的，它開始的時候又是什么樣子的？他們怎么知道原子內部的情況？科學家怎么往往好像差不多什么都知道，而又仍不能預測地震，甚至不能準確地告訴我們下星期三看比賽時該不該帶雨傘？于是，我決定今生要拿出一部分時間結果是花了3年時間來讀書看報，尋訪很有耐心、德高望重、愿意回答許多無人吭聲的特別問題的專家。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的，而又不完全是很膚淺的層面上，理解和領會甚至是贊嘆和欣賞科學的奇跡和成就。這曾經是我的想法，我的希望，本書就是按照這個意圖來寫的。反正，我們要涉及的范圍很廣，而辦這件事又遠遠用不著65萬個小時，因此我們就開始吧。