万物简史

引 言

物理学家利奥·西拉德有一次对他的朋友汉斯·贝特说，他准备写日记：“我不打算发表。我只是想记下事实，供上帝参考。”“难道上帝不知道那些事实吗？”贝特问。“知道，”西拉德说，“他知道那些事实，可他不知道这样描述的事实。”——汉斯·克里斯琴·冯·拜耳《征服原子》 欢迎，欢迎。恭喜，恭喜。我很高兴，你居然成功了。我知道，来到这个世界很不容易。事实上，我认为比你知道的还要难一些。首先，你现在来到这个世界，几万亿个游离的原子不得不以某种方式聚集在一起，以复杂而又奇特的方式创造了你。这种安排非常专门，非常特别，过去从未有过，存在仅此一回。在此后的许多年里，（我们希望）这些小粒子将任劳任怨地进行几十亿次的巧妙合作，把你保持完好，让你经历极其惬意而又通常未被充分赏识的状态，那就是生存。为什么原子这样自找麻烦，这还搞不大清楚。形成你，对原子来说并不是一件心旷神怡的事情。尽管组成你的原子如此全神贯注，它们其实对你并不在乎——实际上，它们甚至不知道你的存在。它们甚至也不知道自己的存在。它们毕竟是没有头脑的粒子，连自己也没有生命。（要是你拿起一把镊子，把原子一个一个从你的身上夹下来，你就会变成一大堆细微的原子尘土，其中哪个原子也从未有过生命，而它们又都曾是你的组成部分，这是个挺有意思的想法。）然而，在你的生存期间，它们都担负着同一个任务：使你成为你。原子的心思很活。它们的献身时刻倏忽而过——简直是倏忽而过，这是个坏消息。连寿命很长的人也总共只活大约65万个小时。而当那个不太遥远的终结点或沿途某个别的终点飞快地出现在你眼前的时候，由于未知的原因，你的原子们将宣告你生命的结束，然后散伙，悄然离去成为别的东西。你也就到此为止。不过，这事还是发生了，你可以感到高兴。总的来说，据我们所知，这类事情在宇宙别的地方是没有的。这的确很怪，原子们如此大方、如此协调地聚集在一起，构成地球上的生物，而同一批原子在别处是不肯这么做的。不说别的，从化学的角度来说，生命真是太普通了：碳、氢、氧、氮、一点儿钙、一点儿硫，再加上一点儿很普通的别的元素——在任何普通药房里都找得着的东西，这些就是你的全部需要。原子们特别的地方就是：它们形成了你。当然，这正是生命的奇迹。不管原子在宇宙的别的角落是不是形成生命，它们形成许多其他东西；实际上，除了生命以外，它们还形成别的任何东西。没有原子，就没有水，就没有空气，就没有岩石，就没有恒星和行星，就没有远方的云团，就没有旋转的星云，就没有使宇宙如此至关重要的任何别的东西。原子如此之多，如此必不可少，我们很容易忽视一点——它们实际上根本没有存在的必要。没有法则要求宇宙间充满物质微粒，产生我们所赖以生存的光、引力和其他物理性质。实际上也根本不需要宇宙。在很长时间里就没有宇宙。那时候没有原子，没有供原子到处飘浮的宇宙。什么也没有——任何地方都什么也没有。所以，谢天谢地，有了原子。不过，有了原子，它们心甘情愿地聚集在一起，这只是你来到这个世界的部分条件。你现在在这个地方，生活在21世纪，聪明地知道有这回事，你还必须是生物方面一连串极不寻常的好运气的受益者。在地球上幸存下来，这是一件极不容易的事。自开天辟地以来，存在过上百上千亿物种，其中大多数——据认为是99.9%——已经不复存在。你看，地球上的生命不仅是短暂的，而且是令人沮丧的脆弱的。我们产生于一颗行星，这颗行星善于创造生命，但又更善于毁灭生命，这是我们的存在的一个很有意思的特点。地球上的普通物种只能延续大约400万年，因此，若要在这里待上几十亿年，你不得不像制造你的原子那样变个不停。你要准备自己身上的一切都发生变化——形状、大小、颜色、物种属性等等——反复地发生变化。这说起来容易做起来难，因为变化的过程是无定规的。从“细胞质的原始原子颗粒”（用吉尔伯特和沙利文的话来说），到有知觉、能直立的现代人，要求你在特别长的时间里，以特别精确的方式，不断产生新的特点。因此，在过去38亿年的不同时期里，你先是讨厌氧气，后又酷爱氧气，长过鳍、肢和漂亮的翅膀，生过蛋，分叉的舌头咝咝作响，曾经长得油光光、毛茸茸，住过地下，住过树上，曾经大得像麋鹿，小得像老鼠，以及超过100万种别的东西。这些都是必不可少的演变步骤，只要发生哪怕细微的一点偏差，你现在也许就会在舔食长在洞壁上的藻类，或者像海象那样懒洋洋地躺在哪个卵石海滩上，或者用你头顶的鼻孔吐出空气，然后钻到18米的深处去吃一口美味的沙虫。你不光自古以来一直非常走运，属于一个受到优待的进化过程，而且在自己的祖宗方面，你还极其——可以说是奇迹般的——好运气。想一想啊，在38亿年的时间里，在这段比地球上的山脉、河流和海洋还要久远的时间里，你父母双方的每个祖先都很有魅力，都能找到配偶，都健康得能生儿育女，都运气好得能活到生儿育女的年龄。这些跟你有关的祖先，一个都没有被压死，被吃掉，被淹死，被饿死，被卡住，早年受伤，或者无法在其生命过程中在恰当的时刻把一小泡遗传物质释放给恰当的伴侣，以使这可能的遗传组合过程持续下去，终在极其短暂的时间里令人吃惊地——产生了你。
本书要说一说这事是怎样发生的——尤其是我们怎样从根本不存在变成某种存在，然后那种存在的一小点儿又怎样变成了我们。我还要说一说在此期间和在此以前的事。这当然要涉及好多事情，所以这本书就叫作《万物简史》，虽然实际上并非包罗万物，也不可能如此。但是，要是运气好的话，等你读完本书的时候，你也许会在一定程度上有那种感觉。不管怎么说，我写本书的初灵感，来自我在念小学四、五年级时有过的一本科普读物。那是20世纪50年代学校发的一本教科书——乍一看去，皱皱巴巴，招人生厌，又笨又重，但书的前几页有一幅插图，一下子把我迷住了：一幅剖面图，显示地球的内部，样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块楔形物，代表这庞然大物的大约四分之一。很难相信，我以前怎么从没有见过这类插图，我记得完全给迷住了。我的确认为，起初，我的兴趣只是基于一种个人的想象，美国平原上各州川流不息的车流毫无提防地向东驶去，突然越过边缘，从中美洲和北极之间一个6 000多公里高的悬崖上一头栽下，但我的注意力渐渐地转向这幅插图的科学含义，意识到地球由明确的层次组成，中心是一个铁和镍的发热球体。根据上面的说明，这个球体与太阳表面一样灼热。我记得当时我无限惊讶地想：他们是怎么知道的？我对这个信息坚信不疑——我至今仍然容易像相信医生、管道工和别的神秘信息的拥有者那样相信科学家的说法——但是，我无论如何也无法想象，人的脑子怎么能确定在离我们几千公里下面的地方是个什么样子，是由什么构成的，而那可是肉眼根本看不见、Ｘ射线也穿不透的呀。在我看来，那简直是个奇迹。自那以后，这一直是我对待科学的态度。那天晚上，我很兴奋，把这本书抱回了家，晚饭之前就把书打开——我想，正是由于这个举动，我的母亲摸了摸我的额头，看看我是不是病了——翻到页，读了起来。结果发现，这本书毫不激动人心。实际上，它根本晦涩难懂。首先，它没有回答那幅插图在正常人好奇的脑子里产生的任何问题：在我们这颗行星中心怎么会冒出来一个“太阳”？他们怎么知道它的温度？要是它在下面熊熊燃烧，我们脚下的地面怎么摸上去不是烫的？为什么内部的其余部分没有熔化，或者正在熔化？要是地心终烧尽以后，地球的某个部分是不是会塌陷，在地面上留下一个大坑？而你是怎么知道这个的？你是怎么测算出来的？但是，说来也怪，作者对这些具体疑问只字不提——实际上对任何疑问都只字不提，只是说些什么背斜呀，向斜呀，地轴偏差呀，等等。他似乎有意把一切都弄得深不可测，以便守住好东西的秘密。随着岁月流逝，我开始认为这不完全是出于个人动机。教科书的作者似乎有个普遍的阴谋，他们要极力确保他们写的材料绝不过于接近稍有意思的东西，起码总是远远回避明显有意思的东西。现在，我知道有好多好多科普作家，他们写出了通俗易懂而又激动人心的散文——我一下子就可以点出蒂莫西·费瑞斯、理查德·福泰和提姆·弗兰纳里三位（且不说已故的“神”一样的理查德·费曼）——但是，令人伤心的是，他们没有一个人写过我用过的教科书。我用过的教科书全都是“人”（始终都是“人”）写的，他们怀有一种有趣的想法，觉得什么只要用公式一表达，就变得一清二楚，他们还抱有一种奇特而自欺的信念，认为美国的孩子们会喜欢各个章节的结尾部分都带有问题，供其在自己的空闲时间里冥思苦想。所以在我的成长过程中，我确信科学是极其枯燥的，但我又怀疑情况不一定是这样的，只是我一直不想思考这个问题。在很长的时间里，我的态度就是这样的。接着，很久以后——我想大约是在四五年之前——我正做一次飞越太平洋的长途旅行，我漫不经心地朝飞机的舷窗外望去，只见一轮皓月挂在天空，下面是洒满银色月光的一望无际的海洋，突然，一种强烈的不安感涌上我的心头，足迹遍及世界各地的我，对于自己长期以来置身其间，而且这辈子也只能生活于其间的地球，竟然是那样缺乏了解。比如，我不知道为什么海水是咸的，而五大湖的湖水却是淡的。我一点儿也不知道。我不知道随着时间的过去，海水会变得越来越咸，还是越来越淡，不知道海水的咸度是不是我该关心的问题。（我很乐意告诉你，直到20世纪70年代，科学家们也不知道这些问题的答案。他们只是悄悄地议论这些事。）当然，海水的咸度只是我不知道的事情中的极小部分。我不知道什么是质子，什么是蛋白质，不知道类星体的夸克，不理解地质学家怎么只要看一眼峡谷壁上的一层岩石，就能说出它的年龄——我确实什么也不知道。我心里迫切想要知道一点儿这些问题，尤其想懂得人家是怎样测算出来的。科学家们是怎样解决这些问题的——这对我来说始终是的奇事。他们怎么知道地球的重量，怎么知道岩石的年龄，怎么知道地心深处实际上是什么东西？他们怎么知道宇宙是怎样开始的，什么时候开始的，它开始的时候又是什么样子的？他们怎么知道原子内部的情况？科学家怎么往往好像差不多什么都知道，而又仍不能预测地震，甚至不能准确地告诉我们下星期三看比赛时该不该带雨伞？于是，我决定今生要拿出一部分时间——结果是花了3年时间——来读书看报，寻访很有耐心、德高望重、愿意回答许多无人吭声的特别问题的专家。我倒想要看看，是不是有可能在不大专门或不需要很多知识的，而又不完全是很肤浅的层面上，理解和领会——甚至是赞叹和欣赏——科学的奇迹和成就。这曾经是我的想法，我的希望，本书就是按照这个意图来写的。反正，我们要涉及的范围很广，而办这件事又远远用不着65万个小时，因此我们就开始吧。