李光滿重磅文章(12):果殼和宇宙，你的孩子喜歡哪一個？你的孩子如果沒讀這些書那一定是你一生的錯誤

文|李光滿

《時間簡史》：時間的神奇之旅

我對宇宙感到神秘是從小看星星聽老人講故事開始的，而真正對宇宙有比較深入的了解則是從英國理論物理學家史蒂夫·霍金的科學著作《時間簡史》開始的。童年時，每當夏夜仰躺在家門口的竹床上，對著滿天的繁星會生出無限的遐思，以為銀河上真的飛舞著許多的喜鵲為牛郞和織女搭橋，而銀河裡則流水潺潺，魚翔淺底，一派人間詩畫。長大後雖然明白了天上銀河不是人間詩畫，卻並不明白浩瀚的宇宙之博大之深邃之久遠，霍金的《時間簡史》則讓我明白，浩瀚的銀河也不過是宇宙之滄海一粟。

《時間簡史》僅僅是一本15萬字的科普書，卻榮登倫敦《星期日時報》暢銷書榜達237周之久，並被翻譯成40多種語言，印數超過1000萬冊。是什麼使《時間簡史》有如此魔力？是什麼使霍金這個被盧伽雷病禁錮在輪椅上達20年之久的科學大師受到全世界人們的欽佩？是宇宙的神奇？還是時空的微妙？或者說是《時間簡史》中所蘊涵的神秘與力量？英國《星期日時報》稱霍金為「童真好奇與天才智慧的結合，當我們領略霍金宇宙之際，為他精神的瑰麗所驚異」。

時間是測量歷史發展過程的尺度，時間也會有歷史嗎？《時間簡史》的副題為「從大爆炸到黑洞」，它告訴我們宇宙從什麼地方來，到什麼地方去。宇宙大爆炸開端的奇點和恆星坍縮後形成的黑洞的奇點是對人類科學和智慧極限的考驗，亞里士多德、牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋等科學大師們對宇宙極限的挑戰既充滿勇氣又顯得無奈。

儘管關於宇宙的起源有多種說法，「大爆炸」學說卻是當今科學界的主流理論，自從哈勃太空望遠鏡觀測到宇宙背景輻射紅移現象後，人們對宇宙的歸宿有了較為清晰的認識：所有的星系團都在相互遠離，而且星系團越遠，離開我們的運動就越快，宇宙在能量耗盡後最終將變成一片死寂之海，或在無力掙脫宇宙之逃逸速度後重新聚集，回到誕生時的奇點，即200億年前宇宙曾經存在於其中的一個密度無限之大、體積無限之小、溫度無限之高的奇點，沒有時間，也沒有空間。如果有造物主的話，那麼一定是造物主點燃了宇宙爆炸的導火索，開啟了時空之門。從此有了物質、運動、生命、智慧。

霍金告訴我們：要理解宇宙起源於一個奇點，必須了解量子理論的不確定性原理。為了預言一個粒子未來的位置和速度，人們必須準確地測量它現在的位置和速度，然而德國科學家威納·海森堡提出的量子理論的不確定性原理卻認為：你對粒子的位置測量得越準確，你對速度的測量就越不準確，反之亦然。這一原理使神學家們感到難堪和不快：如果人們不能準確地測量宇宙現存的狀態，那又如何準確地預言將來的事件？　

中國的道德家老子曾說過：「一生二，二生三，三生萬物。」「熱大爆炸模型」告訴我們：宇宙大爆炸時，其體積為零，1秒鐘後，產生了光子、電子、中微子和它們的反粒子以及一些質子和中子，100秒鐘後，產生了氘的原子核，然後是氦核和重元素鋰、鈹，隨著宇宙的繼續膨脹，幾個小時內，其他重元素和輕元素相繼產生。宇宙溫度由無限高降到100億度，到10億度，再到幾千度。宇宙由此開始了它的生命里程，無論是輝煌的星系耀斑，還是絕訣的恆星坍縮，無論是星系之間的遠別，還是智慧生命的孤獨，都開始於「零」。

讓我們的視覺無限延伸，讓我們的想像無限伸展，我們都無法勾畫出宇宙無限之大之深之遠的圖像，都無法表達面對一個十億頓重的大山變成原子般大小時的驚異。霍金告訴我們：經過漫長的時空旅行，一些恆星在自身引力下開始坍縮，直到發生更大的危機，接近生命的終點，整個恆星變成非常緊緻的狀態，形成中子星或黑洞，而黑洞是連光線都無法逃離的地方，人們只能憑想像來到黑洞的視界邊，默默觀賞那片有著無限質量卻漆黑一片的區域，如果你去擁抱它，你就會變成一個無限長的瘦者穿行在黑洞內，但你永遠也走不到盡頭，除非你找到一個蟲洞，進入另一個宇宙！

《果殼中的宇宙》：尋找宇宙的密碼

經過一段時空旅行之後，來到一粒果殼之中，發現浩瀚之宇宙盡在此中。我們曾經感嘆宇宙之大，而此時卻感嘆宇宙是如此之小，小如一粒放在手心隨意把玩的核桃殼。

莎士比亞在《哈姆雷特》中說：「即使把我關在果殼中，仍然自以為是無限空間之王。」霍金認為，整個宇宙是由一個果殼狀的瞬子演化而來，果殼上的量子皺紋包含著宇宙中所有結構的密碼。

《時間簡史》的續集《果殼中的宇宙》是霍金獻給讀者的又一佳作。這部用最淺顯、最精妙語言講述的世界上最複雜最艱深最抽象的故事引導讀者開始一段新的旅程，去探求、去追尋謎一般的宇宙內核的萬物終極理論，從超對稱到超引力，從量子理論到M－理論，從全息論到對偶論，最後來到超弦理論和P－膜這個理論物理學的高地，欣賞繽紛斑斕的宇宙之和諧、有序、嚴謹。

理查德·費因曼認為：上帝完全是一名賭徒，而宇宙則是一個龐大的賭場。宇宙不停地滾動骰子，看看下一步還會發生什麼。費因曼告訴我們：宇宙應該擁有多重歷史，儘管它聽起來像科學幻想，然而當它與愛因斯坦的廣義相對論合併成一個完備的統一理論的時候，就能夠計算、預測和描述宇宙中已經發生、正在發生和將要發生的所有的事件。霍金告訴我們，與實時間成直角的虛時間的存在使宇宙成為一張閉合的曲面，宇宙像一個自給自足的鄉村經濟體，無需外界的任何東西去卷緊其發條並啟動之。在此，霍金將上帝送到了宇宙之外，在宇宙之中，沒有上帝的位置。

我們生活在圍繞著太陽這顆恆星公轉的行星之上，而太陽位於螺旋狀銀河系的外臂上，而擁有億萬顆像太陽這樣的恆星的銀河系卻僅僅是億萬個星系中並不算太大的一個，在如此大的空間中，從一個星繫到另一個星系，即使是光也要行走數千、數萬甚至數億年，由於沒有任何東西的速度能超過光速，因此，星際間的旅行幾乎是不可能的。然而霍金告訴我們，如果存在蟲洞，許多問題就將迎刃而解：你駕駛空間飛船進入宇宙蟲洞的一個口，而在不同地方和不同時間，從宇宙的另一個口出來。霍金用平緩的語氣講的一個故事讓我們震撼：當你駕駛空間飛船進入一個淺的蟲洞，沿著一個巨大的圈環穿越彎曲的時空航行的時候，你會發現，你的飛船是12：00時出發，卻在當天的11：45時返回。於是霍金髮問：如果你進入一個深的蟲洞，如果你回到過去，在你母親被懷胎之前將你祖父殺死，將會發生什麼呢？

霍金告訴我們：我們生活在一張膜上，或者我們只不過是一張全息圖。我們永遠不能讀到這張圖的全部。M－理論像一個拼圖玩具，我們只能圍繞邊緣將容易辨認的小片拼嵌在一起，而對中央大塊會發生什麼則知之甚少，也許我們終有一天會將整張圖拼成一個龍形圖，但這種結果也許只能存在於夢想之中。

我們的宇宙中到底有多少維？你想像得出十一維的情景嗎？你能想像一個1毫米的俄羅斯套娃內套上1億億億億個套娃之後的情景？霍金將告訴你，尋找更多的維是超越時空極限、拼嵌宇宙全圖的鑰匙，它有助於我們尋找宇宙中80%無法觀測到的「暗物質」，而這些「暗物質」也許就是我們從我們生活的宇宙膜到另一張「影子膜」的橋樑。

《科學難解之迷》：科學的空靈之地

如果我們仔細觀察生活中的一些有趣現象，就會發現裡面蘊藏著許多科學的奧秘，其中有些經過科學家們的不懈探索，能夠找到答案，有些則窮其精、畢其髓卻無功而返。美國科學家約翰·馬隆所著《科學難解之謎》就是這樣一本介紹集古今中外科學大師的智慧依然無法破解的科學之謎的科普書籍。作者帶領我們徘徊於已知和未知之間的空靈之地，感受著人類精神的執著和智慧的有限。

當電影《唐人街》中的女主角唐納薇懷上她父親的孩子而不停地說「我是這孩子的姐姐」和「我是這孩子的母親」時，粒子也在感受著同樣的痛苦：「我是粒子！」「我是波！」因為光子在每次受到碰撞時都在改變著自己的身份。這就是困擾了科學界數十年的粒子波粒二重性問題，著名科學大師愛因斯坦因此說：「我絕不相信上帝是在擲骰子。」於是薛定諤設計了一個著名的思想實驗：一個箱子，裡面有一隻活貓，一個裝有鐳的容器及一個裝有氰化物的小瓶也被放在箱子中，鐳原子會發生衰變。在這個裝有活貓的密閉箱中，如果鐳發生衰變，將打碎小瓶，使氰化物從小瓶中釋放出來，從而殺死貓。如果鐳不發生衰變，小瓶也不會破碎，貓會活下去。現在的問題是：在打開箱子前，貓既是死的，又是活的。而在我們對粒子進行測量前，它到底是波還是粒子呢？直到今天，「薛定諤貓」仍然深深地困擾著科學界。

如果沒有人提醒，也許我們永遠也不會思考顏色到底是存在於自然界還是存在於我們的眼睛或大腦內。一位潛水員在水下珊瑚礁旁遨遊時，不小心劃破了手臂，這時潛水員看見手臂上流出了血，而那血卻是綠色的！當松鼠穿行於青翠欲滴的樹林時，它的眼中所看的樹葉，卻並不是綠色，而是紅、黃色！於是有人想起了一個古老的哲學命題：一棵樹倒在森林裡，假如沒有人在那兒聽著，樹倒下時會有聲音嗎？我們進一步問：假如沒有人看著，夏日裡的樹葉真會是綠色嗎？我們曾經理所當然的想顏色視覺乃是生物進化的頂尖成就之一，如果我們了解了下面這一點後，也許就不這麼看了：所有的眼其實不是看見物體本身，而是看見物體反射的光線。人的每隻眼有1.8億個細胞感受反射光，光子以每秒數百萬個的流量湧入眼球，最後在腦內或想像中形成圖像。人眼看不見的紅外光或紫外光，在水深15米以下受阻，只有藍－綠能透射得更深，因此受傷的潛水員看到自己的血是綠色。於是有人問？到底什麼是紅色？什麼是綠色？是血本身紅，葉本身綠，還是人腦處理光信息的方式使人覺得血色為紅，葉色為綠？或者說，全部視覺世界在某種程度上都是錯覺，就像蜂鳥身上的虹彩，不過是取決於腦是否發達，是否能給涌過瞳孔的光子流提供解釋呢？

馬隆在《科學難解之謎》中為我們講述了許多有趣的科學故事。比如生命從何而來？是來自太空的塵埃，還是來自地球自身的演化？人類能夠以生命出現之前的條件製造生命物質嗎？比如到底是壞基因還是壞運氣引發了地球上曾經生存過的99.9%的數百億種生物的大滅絕？現在連孩子都知道蘋果之所以能掉到牛頓的頭上，是因為引力，然而人類至今也沒能找到的在虛空中傳送引力的引力子又是什麼呢？美國北部曾經覆蓋著1英里厚的冰，那是由於每隔10萬年一次的冰河期引起的，然而周期性的冰河期又是什麼造成的呢？是每年落入大氣層的3萬頓宇宙塵埃，還是地球板塊運動？是二氧化碳增加產生的「溫室效應」，還是地球運動產生的「歲差」？當我們仰望藍天上排著整齊隊形向南飛去的大雁時，就會唱起《雁南飛》的歌，可鳥類為什麼要遷徙？北極燕鷗每年都要從位於北極圈的築巢地經歐洲和非洲的海岸南下至南極地區，行程超過1萬公里，食米鳥由加拿大到巴西南部、阿根廷和烏拉圭的草原，行程8000公里，而紋頭雁以8991.6米的高度飛越喜馬拉雅山，是什麼使鳥有如此堅強的毅力？是為了冬眠，還是為了尋找食物？

馬隆的這些故事中蘊藏著許多重大科學發現最前沿的信息，一代又一代科學家不停地解讀這些信息，他們好像進入了一個幽深的空靈之地，沒有嚮導，沒有標識，只有一個又一個難以解開的科學之謎在黑暗中誘惑著他們，使他們既焦慮又興奮。

當不時閃耀的科學之光對他們發起挑戰時，他們必須邁出他們發現的下一步。

《終極抉擇》：人類的終極抉擇

人類到底還能生存多少年？它能逃脫生命歷程中的種種災難嗎？這本以「威脅人類的災難」為副題的《終極抉擇》將告訴我們：人類可以長長久久地生活下去！地球結束，太陽結束，都不會影響人類的生存！

本書的作者美籍俄羅斯人艾薩克·阿西莫夫是一位科普大師和科幻泰斗，一生中寫了涉及數學、天文學、地球科學、化學和生物化學、物理學、生物學、歷史、文學、科學幻想等各專業內容的著作470部。他的著作中既充滿憂患意識，又充滿樂觀情緒，既有理性，又有浪漫，既天真，又深沉，在明與暗之間告訴我們：生活永遠是美好的，只要我們好好珍惜。

《聖經·馬可福音》曾預言世界末日的來臨：在那些日子，那災難以後，日頭要變黑，月亮也不放光，眾星要從天上墜落，天體都要震動……而千禧年主義者說：千禧之年將是人類的末日，然而兩個千禧年過去了，人類依然生活得十分美好。人類真的會走向末日嗎？

阿西莫夫告訴我們：宇宙必定會走向熱寂，或者重新成為宇宙蛋，但在最終走向熱寂或宇宙蛋之前，人類尚有一千億年的時間尋找綠洲，開發一些適宜人類生存的低熵小區域，或者主動地讓宇宙再度復甦，重現生機。

銀河系會演變成一個黑洞嗎？或者說整個宇宙會演變成一個黑洞嗎？阿西莫夫說：如果宇宙是閉合的，銀河系將收縮成一個史瓦西半徑為4500億千米即1/20光年的黑洞，其平均密度只有我們周圍空氣密度的1/1000，而宇宙則會收縮成史瓦西半徑為3000億光年的黑洞，它比我們整個已知宇宙還要大得多。然而新的更加壯觀的宇宙大爆炸也就開始了，宇宙將由此開始一個新的輪迴。

在數以千億計的恆星世界裡，雖然我們已經知道宇宙是一個按照嚴格規律運動的團隊，然而或許會有一些小的誤差或搗蛋鬼會不按規則行事，一顆恆星迎頭撞向太陽的可能性肯定存在，4.4億光年外的半人馬座α正以每秒37公里的速度向太陽迎面奔來，35000年後將穿越太陽系！但如果我們設想把一光年縮小為1千米，那麼在5個紐約市那樣大的面積上散布著14顆沙粒大小的微小恆星，你還會感到半人馬座α的可怕嗎？

由於某種攝動而使太陽系的軌道發生變化，使它偏向銀河系的中心，這種可能性在今後一萬億年中為八萬分之一。或許某些微小的黑洞會在我們毫無察覺的情況下直接擊中太陽，又會怎樣呢？這種可能性是八億分之一。太陽會被反物質天體湮沒嗎？結果是即使宇宙中真的存在反物質塊，它們擊中太陽的機會也不會高過微黑洞擊中太陽的機會。或許某一天太陽會變成一顆紅巨星、白矮星、超新星，這種變化在70億年之後必定會到來，但到目前為止，太陽一直很穩定，並沒有因為太陽黑子或中微子釋放而變得煩躁不安。

其實對地球而言，更直接的威脅來自於地外天體、彗星、小行星、隕星撞擊地球，或者因為月球的離去或靠近而引起潮汐變化，從而影響地球的晝夜時長，或因為地殼漂移而引起地球發生火山、地震、季節與氣候變化或冰川期到來，或生物基因突變引發物種大滅絕，或因每隔10萬年一次的地球磁極翻轉引發災變等等，阿西莫夫會告訴你，這些災變的發生是現實的，但或機率非常小，或不會引發太大的災難。

當SARS肆虐的時候，人們對病毒的恐懼心理顯現無疑。人類的歷史也許就是同各種病毒抗爭的歷史，公元前430年發生的一場瘟疫使強大的古希臘最終滅亡，14世紀發生在中亞、歐洲的鼠疫奪去了2500萬人的生命，或許人類最終會毀滅在這些用肉眼無法看見的生物體？或者因為戰爭、核爆炸、其他人類自身因素引起巨大的人類災難？從現實來看，人類在與比自己更加古老的生物體——病毒的競賽中雖然並沒有佔得優勢，卻也並沒有落敗。

阿西莫夫最後告訴我們，人類遇到的最直接的災難將是能源枯竭和人口爆炸。自德雷克打出第一口油井以來，全世界總共已開採石油3500億桶，而藏在地下的石油估計還有6600億桶，照這樣的速度，這些石油只能維持33年，必須尋找核聚變、氫聚變等新能源才能走出這一困境。關於人口，阿西莫夫進行了一項計算：假定一個人的平均重量為45千克，現在（1979年寫書時數據）生活在地球上的全部人口的總重量則為1800多億千克，每過35年，因人口翻一番而這個重量也翻一番，那麼1800年後，地球人口的重量將等於地球的重量，5000年後，人口的重量將等於整個宇宙的重量！當然不會出現這樣的結果，必須控制人口增長，使全球人口保持在80億以內，保證出生人口的生活質量。

阿西莫夫從科學認識出發，以豐富的想像力，由遠及近，依次推測並分析了可能導致人類毀滅的五類災變：宇宙的災變、太陽系的災變、地球的災變、人類的毀滅、文明的毀滅，以提醒人類不要失去理性，而要自珍自愛，做出明智的抉擇，從而使人類意識到威脅，卻不必擔憂人類的滅亡。

《遠景》：科學的天方夜譚

21世紀我們的生活將會發生哪些革命性的變化？《遠景》一書將告訴你：做物質、生命和智慧的設計師將由夢想變為現實，人類將從自然界的被動觀察者變為「自然界舞蹈動作」的主動設計者，科學的「發現時代」即將結束，而「掌握時代」則剛剛開始。

《遠景》一書的作者米奇歐·卡庫是世界著名物理學家之一，弦場論的提出者，他在同活躍於當今科學最前沿的100多位科學家進行廣泛討論的基礎上，斷言21世紀的科學將沿著20世紀三大科學革命——量子理論、生物基因工程和計算機所指引的道路繼續前進。

施樂公司PaloAlto的研究中心主任馬克·魏瑟說：「到2020年，一條簡單的領帶的運算能力會比今天的超級計算機還要強大。使用計算機像在森林中散步一樣神清氣爽。」美國頂尖計算機專家正在達成一種共識：計算機不會成為科幻電影中描繪的那種貪婪的怪物，而是將變得小巧玲瓏，無所不在，它們藏身在任何地方，又消失在所有地方，功能強大，卻又無影無蹤。魏瑟將這種思想命名為：「無所不在的計算機。」物理學家尼樂·格申夫德是麻省理工學院媒體實驗室「思考者項目」的負責人，他設想，有朝一日我們周圍大多數沒有生命的東西都變得會思考。他們的座右銘是：「過去，鞋子散發臭味，現在，鞋子閃爍光芒，將來，鞋子學會思考。」卡庫說：「2020年以後，整個地球會變成一個『活』的羊皮紙，擁有整個星球的『智能』，產生了在童話中經常提到的魔鏡。「

將來的計算機到底是我們的助手還是我們的主人，科學家阿瑟·克拉克說：「我們可能會成為計算機的寵物，過著哈巴狗一樣舒適的生活，但是我希望我們仍有能力在必要的時候拔掉插頭。」

科學家活森說：「遠古的人認為人類的未來由星相決定，現在知道它由我們自己的基因掌握。」

2003年公布了由美、英、法、日、中五國共同完成的人類基因組排序，21世紀，人類對基因的研究還將取得突破性進展，並為人類帶來福音。到2050年後，人類可能操縱生命。《人類基因組科學》雜誌的威廉姆斯說：「我們正步入一個可以預測疾病的時代，藥物學家也因此將從治療轉向預防。」1995年11月，美國16歲的女孩，瑞貝卡·黎麗成為人類有史以來第一個接受基因療法的病人。雖然這次治療只使她度過了6個月的好時光，但這一方法為未來醫學打開了一扇希望之窗。

「基因療法之父」預計，到2020年，人類不但可以確認所有的個人DNA編碼，而且幾乎每種疾病都有其各自的基因療法。華盛頓大學的李諾·胡德教授很有信心的預言：「在未來20年～50年內，我們有可能根除現在威脅美國的主要疾病。」科學家們信心十足地預言2020年所有癌症都能治癒，其理由是人類已經找到了攻克癌症的鑰匙：P－53，它是人類健康的守護神。同時科學家也已經發現掌握控制正常細胞殘廢和癌症細胞長生的神秘生物鐘——染色體末端的帽子泰樂覓。

從現在到2020年人類可以獲得大量的各式人體替換器官，2020年到2050年，人類將在實驗室中複製包含了許多組織細胞的複雜器官和人體部位。這包括手、心臟和其他複雜的內臟，2050年後，則可能除大腦以外的人體器官都可以替換。人類的長壽將變得可能，同時，科學將可以達到定製兒童，你想漂亮嗎？好好地選擇你的父母。那時，人類甚至真的可以創造出長著翅膀會飛的天使。

量子理論在21世紀將繼續扮演重要角色，為人類帶來更加廣闊的活動空間。人類將利用納米技術製造分子機器，以消滅傳染性微生物、逐個殺死癌細胞、吞噬有害廢物，凈化環境、修復受損細胞、製造原子大小的超級計算機。人類還將找到一種不需要冷卻的常溫超導體，從而使現代工業革命發生新的變革，它將使人類克服超級計算機中的0.1障礙，開闢計算機設計的新空間，促進磁懸浮列車、太空車、新型磁共振成像機器和分子機器的發展。人類將利用取之不盡用之不竭的海水獲取大量的能源，為日漸枯竭的能源找到替代品。新世紀，人類將繼續探索太陽系中的其他行星的秘密，並邁出探索其他恆星的步伐，進入更高層次的行星文明。從而開始尋找蟲洞，製造時間機器，進行時間旅行。

21世紀，人類將揭開物質、生命和智慧的神秘面紗，使廣闊的宇宙成為人類美好生活的後花園。卡庫給我們講的故事絕不是天方夜譚，而是人類即將進入的科學境界。

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(作者：李光滿，高級編輯，湖北省作家協會會員，湖北省攝影家協會會員，中國電力作家協會會員，原華中電力報總編輯。）