《宇宙简史》讲述了很多关于宇宙进化的重要课题——从宇宙的形成到物质；从银河系、星系、重物质到太阳、地球；从生命、复杂的生命到社会。它传递了关于这些领域很多有价值的信息，同时也为我们显示了简单的系统是如何转变成为更加复杂的系统的。《宇宙简史》还提供了一个震撼的视角：在这里你可以看到不同的变化是如何通过难以想象的空间和时间跨度，以及通过需要和机遇的结合演化生成银河系、星系、地球以及我们人类自身。作者埃里克·简森用浅显易懂的语言，解释当代科学理论，同时又不乏准确性和前瞻性。

像简森描述的那样，通过描绘宇宙进化的蓝图，科学家可以发现生命体是如何成功地在陆地上生存、发展出语言以及创造出文化的。

《宇宙简史》提供了一个震撼性的视角：在这里你可以看到不同的变化是如何通过难以想象的空间和时间跨度，以及通过需要和机遇的结合演化生成银河系、星系、地球以及我们人类自身。

《宇宙简史》作者埃里克·简森是塔夫斯大学物理学、天文学和教育学教授。

前言

序章 宇宙学概论

第一章 粒子时代转瞬即逝的简单体

第二章 星系时代物质结构的层级

第三章 恒星时代锻造元素的熔炉

第四章 行星时代生命的栖息地

第五章 化学物质时代物质加能量

第六章 生物学时代复杂性持续

第七章 文化时代从智力到技术

后记 一个全新的时代

从地球上观察宇宙时，我们可以看到许许多多、形形色色的物体和现象：有五颜六色闪烁着的气态星云团，有不停释放能量的爆炸恒星，还有在太空深处旋转着的强大星系。在看不见月亮的漆黑夜晚，通过天文望远镜，你将能看到一幅由各种天体组成的壮丽的天文建筑图——它们就像一颗颗镶嵌在夜空中的宝石。这些天体不仅仅是极富艺术性和美感的杰作，它们中的每一个都是光的集合，正是这些光线为我们照亮了宇宙的许多方面。对于宇宙进化主义者来说，恒星、行星、星云、新星、星系，以及其他所有的天体都具有重要的意义，它们能帮助我们确定人类在整个宇宙中所处的地位。在本书随后的几章里，我们将讨论人类的智慧在宇宙中所处的位置，但是在本章中，我们会把重点放在宇宙学家们所提出的几个大问题上。

光只是射线的一种——即所谓的人眼能够感知的那种射线。当光线进入我们眼中时，角膜和晶状体会将光线聚焦在视网膜上，这时，进入眼中的光线将引发一些微小的化学反应，这些反应转变成电信号，对大脑产生刺激，于是人便能感知到光的存在。和光有所不同的是，无线电波、红外线、超声波以及×光及伽马射线等等都是肉眼不可见的射线。但是，任何射线都是一种能量，这一物理特性决定了射线的易变性；射线同时也是一种信息——一种最为原始的，从一个点传达到另一个点的信息，例如，从某颗恒星传达到我们的眼中。只有依靠这些单向传递的信息流，我们才能有希望去探索宇宙深处的奥秘。

天体物理学家们总是通过研究天体所发出的射线来获取有关这些天体的信息，我们之所以把这门学科叫做“天体物理学”，是因为它是以物理学作为研究射线的基础。如今，这门学科的重点在于“物理学”，“天体”只不过是个前缀。倘若没有扎实的物理学功底，任何一名天文学家恐怕都很难有所建树。曾经，在那些罗曼蒂克的夜晚，天文学家们通过长长的望远镜望向夜空，惊叹着眼中的景象，发现了许多天文学的基础现象，但这样的年代已经一去不返了，随之成为历史的还有那一本本厚厚的名称目录和一沓沓的曝光影像盘。今天的天体物理学家们想要了解的不仅仅是天体的位置、明亮度或者颜色，和从前的传统天文学相比，当代天文学已经具备了相当多的应用物理学特征。

推动天体物理学家们进行研究的最大动力，是对于自然运转规律的探寻。我们不仅想了解人眼可见范围之外的事物，以及宇宙在“不可见”范围内的状态一事实上，大部分的射线都属于这个范围——我们还想知道宇宙中那无数的天体是如何形成的，它们具体的运行方式是怎样，物质与射线是如何相互作用的，我们尤其想要了解的是，所有已知宇宙系统之间那无止境的变化是如何在能量的引导下发生的。我们所探究的问题，已经渐渐地由“是什么？”变成了更有深度的“怎么样？”。

在某种程度上，人类社会赋予了天文学家和天体物理学家们观察宇宙的任务。我们的任务是要弄清楚宇宙中存在哪些物质，并且弄清楚存在于地球之外的一切物质的状态及本质；同样地，“宇宙生物学”是要探明宇宙中存在哪些生命，尽管到目前为止，地球是唯一被证实有生命存在的星球。和数据充分的现代宇宙物理学迥然不同的是，宇宙生物学在现阶段还没有任何数据。但如果有一天，我们在地球之外的地方发现了生命的存在，那么，我们的研究重点将会转变为宇宙背景下的生物学研究。

值得注意的是，宇宙科学家和大部分科学家之间存在本质上的不同，后者是在位于地球上的实验室内，对地球上的物质进行研究，而前者研究的是距离地球十分遥远的，陌生的物质。在地球上，科学家们可以对其所做的实验加以控制，这有助于他们发现有关地球上物质的更多的特征。他们可以清楚地对研究的对象进行控制，或是对用以研究的实验仪器进行调试。例如，当科学家发现一种新的矿砂时，可以在实验室里通过对一系列不同种类的矿砂进行取样，比较它们的体积、形状及组成，来确定这种新矿砂的特征。此外，他们还可以通过各种方法来对这种矿砂进行研究——可以对它进行超高温加热或超低温冷冻，甚至可以将它置于不同强度的电场或磁场当中；还可以像地理学家常做的那样，用锤子敲敲它。通过观察矿砂对各种不同环境的反应，研究者们便可以充分地了解其性质。总之，在地球上进行实验时，我们可以有意地对实验的媒介进行各种控制，来推进对某种地球物质的研究进程。

可是对那些远离地球的物质，哪怕利用当代文明中最为先进的工具，我们也无法对其进行控制。远离地球的外太空环境是无法由我们控制或操纵的，在大部分情况下，天文学家们都是在和触摸不着的射线打交道——这些由宇宙天体放射出的射线偶尔能被人眼观察到或是被地球上的仪器检测到，它们是一种信号，在由遥远天体传播到不可见的茫茫宇宙深处时，能被暂时地捕捉到。P2-4

在意识启蒙之初，我们的祖先，无论男女，便都认识到了两种事物的存在——一是他们自身，二是他们周围的环境。他们开始思考自己究竟是谁、来自何处。他们还渴望了解夜空中那点点的星光、四周的植物、动物、空气、陆地和海洋，并且开始思索自身的来源和归宿。但是在几千年前，这些基本的思考都被摆在了次要的位置，因为当时最为重要的谜团似乎已被解开，答案是：地球是整个宇宙的恒久不变的中心。毕竟，太阳、月亮以及所有恒星看起来的确都是在围绕着地球运转。在所知有限的情况下，人们便会很自然地认为自身和自身的家园具有特殊的地位。从这种“中心感”当中，他们能获得一种安全、至少是满足的感觉——人们相信，宇宙的起源、发展以及命运是由某种超越自然的事物所控制的。

我们的祖先做了许多深入、细致的思考，但是他们所做的也仅限于此。那个时期是逻辑思考的巅峰时期，而经验实证的地位则要低得多。不过，他们所做的努力，依旧启动了神话、宗教、哲学领域的发展。直到几百年前，地球中心论的地位及人们对超自然力的信仰终于有了些许动摇。在文艺复兴时期，人们开始带着更具批判性的眼光来看待自身及宇宙，并且意识到，单单就自然中的问题进行思考是不够的，他们还需要对自然做出观察。于是，实验成为人们探寻过程中的中心环节。任何观点都必须在经过实验测试，得到数据证实后，才能被视为有效；而那些未能得到实验证明的观点则会遭到淘汰。“科学方法”由此诞生——它是有史以来，促进自然科学发展的最为有力的工具，而现代科学时代也在此时拉开了序幕。

今天，科学方法已然成为全世界所有自然科学家手中的工具。一般来说，科学方法包括以下步骤：首先，对研究对象进行观察，搜集数据；接着提出观点，对数据进行解释；最后通过客观实验来证明该观点是否正确。已被实验证实的观点在经过筛选、收集之后，将会被传播出去：而那些未能得到实验证实的观点则被淘汰——这有点类似于本书将提到的那些演化过程中的事件。就这样，通过对各种观点的不断选择和修改，科学家们才得以将真理和谬误区分开来，我们也才得以汲取到更为准确的、对现实世界的描述。当然，这并不是说科学一定可以揭示出真理——无论这真理是什么——科学只是帮助我们一步步地接近真理。

尽管我们一直强调客观性，但在某些情况下，客观性却阻碍了现代科学的发展。因为，科学工作者通常都具有强烈的热情和个人价值感，但是，在长时间的反复观察中，客观性会渐渐地凸现出来，并将控制我们，最终使得结论完全不为任何实验者、机构或任何一种文化的观点所影响。正如理性的调查方法能够帮助我们描述自然现象一样，科学方法能够帮助我们达到一个对于宇宙的本质、内容及运转的较为客观的共识。

今天的我们仍旧在循着先辈们的路径向前探索，也仍旧在问着同样基本的问题：我们究竟是谁？我们从何而来？万事万物又从何而来？所幸，在现代科技的惠泽下，今天的探询工作有了许多精妙的工具，我们可以借助天文望远镜来更好地观察恒星和星系构成的宏观宇宙，可以通过显微镜来看清细胞和分子组成的微观世界，还能够利用离子加速器来探索原子核及夸克构成的次原子领域。有了无人驾驶的宇航船，我们便能采集到从地球上无法观察到的信息；有了功能强大的计算机，我们便能有条不紊地处理庞大的数据流、有待确认的观点以及各种科学实验。

我们生活在技术的时代——这是一个科学技术得到前所未有飞速发展的时代。尽管科技很可能将我们打败甚至替代，但它也在帮助我们不断地了解自身以及那广袤无垠的宇宙。

文艺复兴时期以来，人类取得的最为显著的科学发现便是：地球并不是宇宙的中央，也并不具有任何特殊地位。利用科学方法，人们发现自己居住的星球在宇宙中并无任何独特之处。大量研究、尤其是近几十年中的研究表明，我们所处的这名叫地球的石头，不过是宇宙中一颗平淡无奇的行星，它围绕着一颗名叫太阳的恒星运转着，只是那一片叫做银河的星群中无数星星里的一颗。而银河，也只不过是散布在广袤穹宇中的无数星系中的一支。

而现在，刚刚迈入新千年的我们，在现代科学的帮助下，正描绘着一幅壮丽的图画。我们逐渐认识到了各种事物——小到夸克和微生物，大到类星体和人类思想——之间的联系，并且正试着破解宇宙演变的历程，即宇宙历史上，由射线、物质、生命组成的群体所发生的一系列的、各种各样的变化。这些变化影响了广阔无垠的宇宙空间，跨越了无法估量的时间长度，因为有了它们，我们的星系、恒星、行星以及我们自身，才能够诞生。

可以肯定的是，大自然中变化无处不在。有些变化十分微妙，比如每天的太阳光照，或者地球上陆地的漂移。而有些变化则要剧烈得多，如巨大的恒星发生毁灭性的超新星爆炸，或者大片陆地因火山或地震而发生断层。无论我们是通过望远镜去探索宏观自然，还是通过加速器去了解微观自然，抑或只是用肉眼去观察周围的世界，我们都能看到变化的发生。

于是，我们为这无所不在的变化取了一个更好听的名字——宇宙演变，这一概念涵盖了演变的各个方面：无论是粒子、恒星演变、行星演变、星系演变、化学演变、生物演变，抑或是文化演变。

如今，对宇宙的统一看法已逐渐形成——宇宙万物，包括具有感知力的人类，都处于与时间密切相关的变化当中。变化——即某事物形式、本质或内容的改变——时刻伴随着万物的起源、演变以及命运，不论该物体是否具有生命。从大片星系到一小朵雪花，从恒星、行星到生命本身，我们都能从中发掘出～种贯穿所有自然科学的内在模式——沿着变幻纷呈的宇宙中万物的形成、结构和运行的“时间轴”，这一席卷一切的观点已得到了普遍认同。

古希腊的赫拉克利特说得好：万物都在演变，惟有变化不变。除开一些细节上的谬误，这句话应该称得上是人类做出的最为精辟的结论。而在大约25个世纪之后的今天，科学家们正在不断地发现此类细节——其结果既富有创见又具备统一性，甚至称得上是令人惊奇。我们如今不仅明白了无数恒星是如何形成、如何消亡、如何产生组成世界的物质，还了解到生命的产生是物质演变的自然结果。如今，我们可以充满把握地将以下所有过程用知识纽带联系起来：原始能量演变为基本粒子、粒子演变为原子、原子再演变为恒星与星系、恒星演变为基本元素、基本元素演变为组成生命体的分子、分子再演变为生命本身、生命演变为智慧生命、智慧生命演变为能创造文化和技术文明的生命。

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若要回答“我们究竟是谁”这样一个基本的问题，我们还得往远古时代追溯——一直追溯到几十年前我们的诞生日之前、几百年前的文艺复兴时期之前、千万年前人类文明诞生之前、几百万年前我们的先祖出现在森林中之前、甚至要从10亿年前，地球上出现多细胞生物时再往前追溯，一直追回到距离现在几百亿年的那个时候。

为了能在宇宙演变的背景中理解人类的古老来源，我们必须把眼界拓宽，将思路放宽，去看一看很久、很久之前，世界是什么样子。例如，我们回到50亿年前，那时候地球上还没有生命，事实上连地球都不存在，太阳、月亮、太阳系也都不存在，这些天体尚处于形成时期，它们还只是围绕着更古老的恒星星系边缘旋转的一些星云，而那些更为古老的恒星，已经以各种形式存在了很久。

如今，现代科学已将多种学科结合起来——其中有物理学、天文学、地质学、化学、生物学、人类学等等——并试图通过学科交叉的方法解决两个最基本的问题：物质及生命的起源。假如我们能破解宇宙演变中的一系列事件，很可能也能够弄清楚我们究竟是谁，尤其是生命如何在地球上出现的问题，甚至能够了解生命体是如何占领地球、生成语言、创造文化、发展科学、探索宇宙、乃至研究自身的，虽然做到这一点看来很不可思议。

作为有感知的人类，我们正将目光投向赋予我们生命的宇宙，所读到的，是一个自然的故事，一个宇宙的故事，一个有关人类起源的，内容丰富的，持续进行的故事，它是一首现代科学领域的造物史诗——一部在目前阶段、人人都可将它当作真理来相信的史诗。

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本书将涉及以下主题：空间与时间、物质与生命以及将它们融合在一起的各种能量转换。在这里我们将讨论关于宇宙、地球以及我们自身的问题。我们也将在此总结现代科学对一些古老哲学问题的解答，如：我们究竟是谁？我们从何而来？何时诞生？我们周围的万物——空气、陆地、海洋、星辰——从何而来？世间一切物质的次序、形态、结构特点等特征又从何而来？而我们作为智慧生命，如何与宇宙间其他事物联系在一起？这些问题总的来说就是：我们的起源与归宿分别是什么？地球、太阳、乃至宇宙的起源与归宿是什么？

本书主要面向对大自然存在广泛兴趣的读者，尽可能地用浅显易懂的语言，解释当代科学的理论，同时又不乏准确性和前沿性。但必须事先向读者们说明的是，对于一些基本的问题，我们至今还没有得出明确的答案，科学家们即便携手合作，也总是难以解开那些伟大而高深的谜团。毕竟只是在近几十年，我们才拥有了足够的科技水平，来将这些问题由哲学领域引入科学领域。

研究者们意识到，我们拥有的知识并没有明确的边界，而是朝着边缘渐渐变得稀薄。科学前沿的研究就像是迷雾中的战争，每一个步骤的进行并不是实时可见的，我们总是在主观猜测的迷雾散去，客观事实渐渐浮出水面之后，才能获得对某问题的清晰认识。之所以这样说是因为今天的科学领域日新月异，新的信息层出不穷，这就要求我们必须采用学科交叉的办法，对这些信息加以研究，就好比，仅在不到100年之前，我们还不知道星星为什么会发光，宇宙是依照怎样的遗传法则，才繁衍出如此多的星系，我们甚至不知道宇宙是否具有一个确切的起源。还有一个原因是，科学作为一种“进展中的事业”，总是包含着许多个人因素，于是在有效、正确的观点当中，往往夹杂着许多错误的开端，偶尔甚至会有一些荒谬的逻辑。一个比较准确的说法是，对于某些最基本的问题，我们的答案相当于一幅铅笔草图，许多细节还有待描画。

在本书中，我们将用描述和演示的方法，来探究自然和宇宙的本质。贯穿本书的一个科学观点是，组成我们身体的原子与整个宇宙是相关联的。我们还将对一些宇宙演变的现时表现进行阐释——这便是宇宙生物学、宇宙起源学，它们是全新的科学哲学——正是通过这些表现，星系、恒星、行星及生命才得以在各种变化中诞生，这些变化可能是渐进性的，也可能是阶段性的：可能是生成性的，也可能是发展性的。我们对于作为人类自身的看法，以及对于我们在宇宙中地位的看法，都深深地受到了这两门学科的影响，因此，本书试图将宇宙生物学与宇宙起源学的基本部分结合起来。

总而言之，本书提供了最为广阔的视角，供读者探究宇宙这幅最为壮阔的图画。它试图通过最顶级的科学知识，来解释一些最为基本的问题——也许这些问题并不是与21世纪最为相关，或最为实用的问题，但它们却都是非常基础的。我们对于包罗万物的宇宙，对于这无与伦比的广袤图景已经形成了一些认识，并渴望在最大范围内了解射线、物质、生命的本质和运行。在探寻自然的过程中，我们还发现，科学研究者们正处在一个新时代的开端。

我著于25年前的另一部作品：《宇宙的开端：物质与生命的起源》，是本书的原始版本。我于20世纪70年代在哈佛大学参与了一门跨学科课程的建设，那本书便是基于该学科而著成，并受到学生和公众的普遍欢迎，甚至得到了同仁们的普遍认可，尽管该书的语言十分通俗，却仍然赢得了几项文学奖项。但是，在该书出版至今的几十年中，科学界发生了许多的变化，全世界的研究者们获得了大量的新的观察数据，对于宇宙演变的许多方面也得出了更多理论创见，虽然总的知识框架没有变，却多出了许多细节知识。

今天，天文学家们已经建立起早期宇宙的以及古老星系的模型，但是仍然未能解开一些最为神秘的宇宙谜团。生物学家们进一步认识了生命进化的速度及节奏，并再次肯定了新达尔文主义，却仍然对自然选择之外的一些变化机制存在争议。环境学家们在控制地球生态方面已取得了巨大进步，却仍旧无法预知气候变化的长期逆转趋势。化学家们对生命起源所需的条件有了更精确的认识；地理学家们描绘出了精确的地球内部结构图，以辅助比较行星学的研究：而人类学家们则搜集了大量的远古人骨、手工制品，来揭示人类的过去——但是，这些极为细致的信息处处都存在问题。

和这些在某一领域内所取得的成就同样重要的，是近10年内，学科交叉的特点在科学界越来越显著，那些专业性极强的研究者们如今也与其他领域的同仁进行交流——如天文学家与恒星学家，宇宙学家与粒子物理学家，生物学家与数学家，神经学家与计算机科学家。现在，“跨领域思考”的地位越来越高，各学科之间早就不该存在隔阂。而且，许多领域的研究方法正由简化主义转变为消除隔阂主义，多学科交叉在21世纪可谓前景无限。我们正在进入一个学科结合的时代，联合统一的趋势又一次冲到了前列。

说完这些，现在要谈谈我所要达到的“统一”，这涉及一切“窗外能看到的”，自然中的事物——主要是我们周围的世界中能够观察到的事物，如原子、恒星、行星以及动物。我并没有发现任何支持宇宙连线、11维空间或是多重宇宙的证据，此外，我也不认为人类主义的推理有任何可取之处，人类主义较弱势的原理——有感知的生命从宇宙中诞生——只不过是宇宙演变作用的另一种说法，而较为强势的原理——宇宙是为了人类而诞生——就像是目的论的演绎。比起通过“天意”或“多元宇宙”来解释一些物理常量的无声的价值(如光的速度，电子的能量等)，我更倾向于等到科学足够成熟的时候，我们能够自然地理解这些自然界看似精妙的变化。这有点类似于数学，当人们研究π值的时候，谁能够预先想到，圆的周长与直径的比值竞然是3.14159……这样一个奇怪的无穷循环数，而不是3、3.1或其他更加干脆一点的数字？而如今，我们已经拥有了足够的数学知识，了解到这不过是一条几何计算定理，一个标准的圆形并没有什么神秘的——当然，它的组成是非常精妙的，不然就成不了圆了。正是因为π具有这种特殊的价值，一个圆才能由无数的优美弧线组成。同样的道理，正因为物理常量拥有其特定的价值，自然界的规则系统，包括生命，才能够存在。

令人欣慰的是，我在《宇宙开端》一书中所提出的“变化无处不在”的观点至今并没有发生多少改变。要说有什么改变，那就是如今的宇宙演变学受到了非平衡热动力学的极大推动，这是一门前沿性学科，描述能量流在开放的复杂结构内的运动——这些复杂结构可能是星系、恒星、行星或生命。可以肯定地说，我们在二十多年前搭建的那个骨架上增添了不少新鲜肌肉。

为了使本书趋于完美，我们做了大量的修改、更新、和扩充工作。在保留原著的讨论范畴、时间顺序以及通俗易懂的文字风格的前提下，我做了如下改动：

完全删除了原书中讨论科学理论的部分，用最新的理论代替它们，通过最新的科学发现，来更好地解释宇宙演变历程。

解释重要观点时，在原书中铅笔草图的基础上，增加了两百多张照片，以便为这些观点提供更多客观证据。

重新组织了原书中讨论化学及生物演变的部分，扩大了这些部分的篇幅，并加入了最新的科学发现。

增加了关键词索引，以帮助读者更好地探索这一范围广、跨学科、涉及多个科学领域的学科。

为了本书中所探讨的宇宙演变历程清晰易读，我没有引用当下任何专家的观点，若是引用现阶段在该领域进行研究的学者们的观点，本书一直强调的概念清晰度将受到影响。毕竟，比起通过引用各位学者的观点来增加本书的权威性，描绘出本学科的总体结构更为重要。我们姑且可以说，本书中的所有叙述，是建立在人类各个科学领域的科学家们获得的成果上的，这些成果为我横跨各个领域撰写本书提供了很大的帮助。

许多同仁曾给予我帮助，让我得以对本书主要的论题形成更好的看法，并且搜集到更多有关宇宙演变的细节材料。他们中间有几位甚至影响到了我以何种方式教授、写作、研究这一概括性极高的学科。我尤其要感谢乔治·菲尔德教授及已故的哈洛·沙普莱教授，他们都是哈佛大学天文台的主任——我要感谢菲尔德教授在25年前，在我的职业生涯开始时，邀请我一同研究这门跨学科的科目：我要感谢沙普莱教授在半个多世纪之前，富有启发性地开辟了一条跨学科教学及研究的道路(即他所说的宇宙图像学)。我还要感谢我的妻子罗拉，是她徒手绘制了本书中的所有插图，将艺术都引入深思的美感与科学的精确性完美地结合在一起。需要感谢的还有迈克尔·哈斯克尔、罗宾·史密斯、弗雷德·斯皮尔以及一位不知名的修改者，他写出了一份详细的读书笔记，改进了本书的内容及写作风格。特别需要感谢的，是上一批选择了我的宇宙演变课程的将近4000名学生，他们坚持着该学科的唯一前提——永远保持好奇心，让我在思考这一新世纪的主要世界观并形成自己的创见时受益匪浅。

宇宙进化的剧情是由人类来讲述的，它是一个漫长、壮观的故事，一部包含着讲述者本人的进化史诗，它被分成7个主要的时代，但是这样一个长篇的故事并不是刻在某山顶的石板上，传递到人类手中的，而是在科学研究者们不断的探索当中渐渐露出眉目的，这个故事在今天已经变得颇为明了，但是随着我们对宇宙的了解不断增多，它必然会不断地被修改完善。

我们是宇宙的孩子，这并不是什么新鲜的观点，它也许与最早的智人对自身存在的思考一样古老，而贯穿宇宙进化史的变化观也算不上新鲜想法，它一直潜伏在各个时代中，当然也贯穿_了我们排列在时间轴上的各个宇宙进化阶段。变化永不消失、永不间断的观点——正是这种变化带来了万事万物的产生——在几千年前就已经存在于人类的头脑中。

随着我们步入新世纪，我们如今可以开始科学地明确一些主要的天文学和生物化学问题，事实上，这些问题也是一些变化，通过它们我们便能更好地理解宇宙作为万物之源的身份。我们的科学研究方法其实具有学科交叉的性质，它几乎同时涉及了各所大学里能够找到的所有课程。同时——这一点也是非常重要的——我们已经可以利用实验或观察证据来证明本书中所描绘的许多事件，当然，这场漫长的宇宙进化史还将不断继续下去。

宇宙进化史是一种总结性的假设，它试图将或大或小、或远或近、处于过去和现在的一切统统集合起来，成为一个统一的整体。虽然其中存在一些非同寻常的细节，但是，关于万物存在的总思想框架，包括从射线到物质到生命的复杂性升高过程，都是合理易懂的。

让我们再次将视野放到最大，来看一看宇宙的总体面貌。在宇宙的最早时期当中，射线主宰着物质。在射线时代，强烈的光线是至高无上的统治者。那时的任何物质都是以四处分散的基本粒子的形式存在的，这些粒子被淹没在由刺眼射线组成的海洋当中。大量的放射能使得宇宙成为一个巨大明亮的火球，在这个火球当中，没有原子、恒星以及任何其他具有规则结构的物质。

随着宇宙不断扩张，它的温度和密度都自然地下降着。由射线转化而成的物质开始渐渐地聚合形成原子，最后变成一团团的原子群。宇宙诞生几千个世纪之后，物质开始结合，这是一场极为重要的变化。随着具有规则结构的物质渐渐占据主导地位，宇宙也完成了它历史上的第一次重大过渡。这场变革意义深远，是宇宙进化图景中不可或缺的一部分。

物质时代开始之后，物质便开始主宰着射线，此时，即便在射线依旧存在时，物质也控制着宇宙中的大部分事件。从此之后，物质便一直控制着射线，依次成功地形成了星系、恒星、行星和生命。这些无数的结构进化的方式、它们是如何由不断变化的环境中所发生的偶然波动引起的，都不是什么神秘莫测的问题，因为，我们已经差不多了解了这些过程。

没有什么能够停下时间的脚步，宇宙的进化历程正是沿着时间的流逝而展开的。时间在140亿年前在一场巨大的爆炸中产生，而宇宙的不断扩张则是时间的主要特征，时间是永远处于运动中的——它是一个新柏拉图式的推动者，它决定了万物的秩序、塑造了万物的形状、赋予了自然复杂性，最起码对于那些处于宇宙中的某处，正不断地朝着无规律状态发展的系统来说是这样。我们可以从已有的数据看到，一段内容丰富的自然历史正在渐渐地揭开面纱。

在宇宙中所有已知的物质当中，生命体是最为激动人心的物质形式，尤其是那些聚成团体，共享发达科技的生命体。这并不是人类中心说的观点，而时间的箭头也并没有对准人类。拥有科技的生命与低等生命以及遍布在宇宙中的其他物质都有着很大的不同，这不仅仅是因为我们可以控制物质和射线，更重要的是，因为我们可以改变进化本身。  只要时间够长，即便进化本身也会发生变化。

我们可以肯定，恒星进化依旧在宇宙各处恒星的内核中进行着，而化学变化则依旧在偏远的，诸如星系云或遥远月球之类的地方进行着。生物进化仍然发生在地球的生物身上，也许还发生在某颗遥远行星上的生物中间。而文明进化，则发生在人类世界的各个角落，也可能正发生在远离地球的某个世界中。但是，对于拥有科技智慧的生物来说，进化本身也在经历着深刻的变化。

之前，生命的进化是受基因和环境(包括物理、生物和文化环境)控制的，但是现在，我们人类本身已经能够在相当大的程度上改变这两个因素。我们正损害着地球上的物质，挥霍着地球上的能源，为自己挖好了安逸的陷阱。同时，我们也在试着操纵生命本身，试图改变人类的基因组成。物理学家们发动起了自然界的一切力量，生物学家们则试验着各种基因图谱，而医学家则通过药物改变着人类的行为，事实上，我们正在强行改变万物变化的方式。

有感知力及科技的生物在地球上，或许，在任何地方的出现，都预示着一个全新时代的到来——这便是生命时代。为什么这么说？因为有了科技的帮助，生命体便可以控制物质，这种控制的力度完全可以匹敌那场发生在一百多亿年前的，由射线到物质的转型。如今，只要是在有智慧生命存在的地方，物质便没有了控制力。可以肯定地说，在现代生活所提供的优越条件下，人类已经将物质牢牢地掌握在了手中，并取得了选择光明美好未来的机会，当然，这种未来也有可能充满着自我毁灭、退化以及死亡。

在这里需要澄清的是，生命时代的开始并不是以生命本身的诞生为标志的，甚至不是以人类或人类意识的诞生为标志的。生命时代的开始是一场发生在空间时间中的事件，在这场事件当中，有技术的生命体开始取得了对物质的控制力，这种控制力比物质对生命的影响要强大得多，也比宇宙早期物质取得主导地位之后对射线的控制力要大得多。对于人类来说，这场全新的事件正在当下当地发生着。

从物质时代到生命时代的过渡并不是瞬间完成的，这场变化是一场剧烈的、非革命性的进化过程。就好像在早期宇宙中，物质攻克射线需要时间一样，生命要超越物质也需要花费很长的时间。事实上，生命也许并不能完全地主宰物质，一是因为人类文明并未能控制星际范畴上的物质资源；二是因为，任何科技文明的生命都是短暂的。

虽然成熟的生命时期可能永远也不会到来，但是有一件事情是我们可以确定的：我们这一代生活在地球上的人类，包括其他任何形式的生活在宇宙中的科技生命，都已经开始渐渐地成为宇宙未来进化中有意义的一分子。由物质主宰转变为生命主宰——这种过渡具有重大的天文学意义，事实上，它是宇宙历史上第二次大变革的开端。同时，它也是宇宙进化史上的一次典型事件，正是因为这场事件的发生，生命体在宇宙的进化过程中才拥有了一席之地，或者说，发挥了自己的作用。因此，我们有生存下去的使命和道德责任，当我们是宇宙中的唯一智慧生命时尤其如此，以科技生命为代表的宇宙实验是绝不应该以失败告终的。

毫无疑问，人类代表着地球上最高等级的智慧，当然这并不是说，我们将是地球最后的继承人，很多微生物虽然体积微小，寿命却比人类长很多。但是，目前我们是唯一可以在文化上进行沟通、在科技上取得进展的生命体，也是唯一知道我们的过去并为未来担忧的生命体。即便如此，科技和智慧还是截然不同的两码事，我们究竟有多少智慧，我们又将怎样利用这些智慧来确保生命及人类的生存？

我们的未来又是怎样的？我们将去向何处？虽然这些问题都不简单，但有一点是可以确定的：我们的太阳终究有一天会将燃料消耗完毕，它将膨胀成一颗红巨星，将周围的好几颗行星吞噬，其中就可能包括地球。这场事件无疑将终结人类的文明，甚至可能摧毁太阳系中的所有生命。

另一方面，在未来的10亿年中，地球的温度并不会升高到无法忍受的地步，而太阳则要过上50亿年才可能发生毁灭。这样的时间长度在人类眼中漫长得无法想象，这就为地球上的智慧生命提供了许多的机会(如果地球可以在人类科技文明的摧毁下生存下去的话)，去开展一些超出地球范围的星际工程项目以及其他的伟大探索。

未来更短的一些时间之内，如100万年、1000年，甚至几百年之内又会是什么样子呢？有没有什么办法可以让我们预知智人未来沿着时间轴的进化方向？坦白地说，这个问题的答案是不确定的，因为必然性总是和偶然性携手并行的，规律中总是掺杂着随机，这些因素使得未来的结果变得难以确定，但是，行动和态度可以帮助我们获得更长期的生存——这是提高我们未来生存可能性的切实办法。

若我们认为自己是宇宙变化的最终产品，是宇宙进化的顶峰，那未免有些自负、虚荣和虚伪。人类中心主义——我们必须重复这一点——并不属于我们的这个故事，无论它是明显的还是隐晦的。无论人类具有多少控制力，变化也不会因为我们的出现而停止，自从宇宙诞生的那个时刻开始，变化就一直伴随着时间的流逝，我们没有道理认为，仅仅因为地球上出现了具有科技的智慧生物，变化就会停止。正如以前一样，变化仍然将是大自然的一个特征，在这一点上，它和时间是一样的。

在我们作为一种文明延续下去的每一天里，变化都将一如既往地存在。要么改变，要么灭亡——这是任何物质延续下去的首要法则，生命也不例外。同时，生命还是宇宙进化故事中的一个必备特征以及重要信息。

未来是个复杂的问题，因此我们对未来的讨论很容易变得抽象空洞。当未来中还包括生命时，它将变得更加难以预测。事实上，预测人类文明的未来要比预测宇宙的未来困难得多，也愚蠢得多。我们对宇宙未来的了解居然比我们对自身未来的了解更多，这听起来似乎有些荒唐，但是，人类的行为占据了文明的很大比例，而在整个宇宙中，它所占的比例接近于零，同时，宇宙的运转是遵守物理规律的，但是，文明的规则却是由人类自己决定的。

宇宙的命运只与一个因素相关——它的能量(或质量)密度，科学家们正在努力地了解这一术语，并且正在试图估算出它的大小。而人类文明的命运似乎也与一个因素密切相关，但是这一因素名叫“人性”，这是一个颇为复杂的东西，它难以被定义，也难以被量化。甚至，我们对人性性质的定义都像是在说车轱辘话：作为人的状态，人性化的品质，人类的感情、性情以及同情心。

还有一个方法可以帮助我们解开有关未来的谜题，正如我们之前说到过的，古典的物理学家的工作就是充分地了解自然，从而预言物质对不同环境作出的反应。比如，我们已经能够精确地得知垒球在空中的运动轨迹，只要我们知道垒球的重量、地球的重量、地球和垒球之间的引力大小、空气的压力和阻力、球的动量和旋转速度以及其他一些与球相关的物理因素，我们便能够精确地描画出它将要在空中进行的运动。但是，要描绘生命在时间中的“运动轨迹”却要比这复杂很多。太多非物理的因素——个人或集体社会学，国内或国际政治，生物及文化态度，以及其他一些无法量化的因素——无疑都将影响到人类文明的未来。

时间的衡量再次成为了一个问题——虽然它其实是本书的一个中心主题。人类能不能及时地采取集体行动，来确保文明的延续呢？用进化主义的语言来说就是，人类能不能被自然选中，继续生存下去呢？我们不难发现，如今在宇宙中存在一个规模更大的选择过程——这便是宇宙选择的规律，正如达尔文的自然选择规律一样。宇宙选择规律运作的范围更广，它超越了生物的范围，进入到了文化的层面中，事实上，它已经进入了天文范畴。这个规则便是：只有那些能够及时形成行星社会或全球道德的科技文明才能够延续，做不到这一点的文明则将毁灭。

或者，有感知的有机生命体会不会只是生命进化途中的一个中间环节，生命还将向着更高级的形式进化？许多人认为，宇宙复杂性增加的下一个剧烈表现形式便是硅系统——机器，与碳系统——人类的共生性融合。也许这些受控机体将会成为我们的后代，或者，人类也可能会变成与现在完全不同的生物，我们所认为的人类究竟有没有未来？

或者——这一点是我们必须考虑的——像人类一样的复杂系统会不会发生自然的自我毁灭？随着任何一个科技社会的发展，它的国家和人民渐渐拥有了发现自然和毁灭自己的能力，这两种能力的获得几乎是同时发生的，而且，讽刺的是，人们实现这两种能力利用的是同一种工具。现代文明已经发明出了许多科学技术，可以供我们用以探索万物的起源，与此同时，它也拥有了许多可进行大规模毁灭(或者说大规模灭绝)的方法。许多威胁到我们的长期生存的问题——从最为突出的人口过多以及核武器到基因变异和环境污染，以及其他的严重问题——似乎我们的祖先并没有遇到。我们如今遇到的问题都是一些全球性问题，它们可能会永远地伴随着我们，虽然，生命时代号称是智慧生命拥有主宰权的一个空间实践阶段，但似乎我们还不能肯定人类是否拥有足够的智慧，能够在这样一个问题渐渐严重的世界中，将我们推到宇宙层级中的最高地位并将这一地位保持下去。也许，宇宙中没有任何人可以真正地进入生命时代。

如今，道德似乎已经成为了宇宙进化的中心因素，最起码对于生活在地球上的人类来说是这样。道德本身也许就是指引我们进入生命时代的指向标。可以肯定，道德进化很有可能将成为时间轴上的下一个伟大时代，在这一进化过程中，我们的后代将经历再一次的进化飞跃，进入到更高等的状态。我们对宇宙进化的认识决定了我们必须进入道德时代，只有这样，人类才能获得长期的生存。

而有关道德的思想，尤其是有关它作为行为准则的思想，在人类历史开始不久之后便诞生了。它也许是由古时候的哲人提出，由理论学家们热情地发展下去的(当然也可能正好相反)，但是，这些哲人和理论家们如今并没有在为地球说话。同样的，仅仅依靠科学是不足以产生道德的，我们只是不断地依靠科技，去茫茫无际宇宙中进行更深入、更远阔的探索。而世界道德这个概念，从广义上和理论上来说，是很容易理解并掌握的，它包含着一套社会准则，这套社会准则要求我们树立起全球道德以及全球公民意识，以谋求长远的生存。但是，在实践上，似乎只有将这三大系统结合起来，才能够在必须的时候产生出符合要求的道德——这种进化只有当我们将科学、哲学、宗教和谐地统一在一起时，才能够实现，而这种进化，也将充实我们的宇宙进化历史。

现在，让我们变得更加宽泛一些，而不要只是专注于一个方面——来系统地讨论一下整体主义的世界观，而不仅仅是遵从于简约主义科学的摆布，虽然，简约主义科学在几十年中还受到了热烈的追捧，以及各大科研机构和院校的顶礼膜拜。但是，科学界不但需要专门工作，也需要总体工作，不仅需要研究，也需要教学；不仅需要传播，还需要发现。这不是说，我们要放弃几十年来一直被当做生产经济推动力的专门研究，但是，我们也必须认识到，现在是时候拓宽我们的研究视野，不要仅仅局限在科学领域，更要将我们的目光延伸到更大的哲学和宗教领域，这样我们才能真正地理解我们究竟是谁，从哪里来，将要到哪里去。

进化、能量和道德这三大核心因素将指引我们克服各种困难和挑战，走向生命时代。第一个因素——进化——之所以必要，是因为我们需要充分地了解万事万物的根源，以及我们在宇宙万物中的位置，只有这样，我们才能描绘出一条切实可行的，通往生命时代的路线；而第二个因素——能量——之所以必要，是因为我们的命运将与人类能否高效安全地使用能量密切相关；而第三个因素——道德——之所以重要，是因为全球公民意识以及全球社会是决定人类生存的重要因素。

将宇宙进化历程当做指引我们通往生命时代的路线图要求我们进行动态而非静态的思考，要求我们将自然科学和人类历史结合在一起，去发掘人类价值观的进化根源，去发现一种全新意义上的希望。

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我们这段关于宇宙进化史的描述已经进行得颇为深入，涉及了许多方面。如今，生命体正在思考着生命本身，探索着物质和能源，试图去揭开那些久远的历史。它探寻着被我们称为家园的行星系统，它搜寻着地球之外的生命形式，同时，它也正在寻求全新的理解，寻求着意义，寻求着存在的理由。

本书中讲述的是一段整体性极高的宇宙历史，处于任何一种文化当中的人都可以理解并接受的一段历史——这段历史从大爆炸一直说到人类本身，描述了不断旋转的壮观星系和明亮耀眼的恒星，描述了嗡嗡作响的蜜蜂和红木树，描述了一个正渐渐意识到自身存在的宇宙。同时，它也是一个有关人类自身的故事——有关人的起源、人的存在以及人的命运。

在这个过程中，有感知的生命发现了一种意义，发现了他们与宇宙进化之间的联系，发现了潜藏在宇宙进化当中的动力。这些生命体已经意识到，如今组成世界的这些物质都来自无数恒星的诞生和死亡。我们自身也是由诞生在许多代恒星内核中的元素组成的，这许多代的恒星经历了长达几十亿年的漫长进化——而这种进化仅仅是靠宇宙的不断扩张来推动的。除此之外，我们已经拥有了足够的智慧，来思考赋予我们生命的无数物质和变化，我们所发现的结果便是，我们不仅仅是宇宙中的产物，不仅仅是宇宙中的一种生命形式。我们是宇宙的一个组成因素——是一些有生命和文化的，能够研究自身的宇宙产物。

宇宙的进化并不枯燥，也决不恐怖，它是一个温和、包容的过程，在它的邀请下，我们享用着我们的宇宙馈赠，以便更加充分地利用我们人类的潜能，去更加深入地探索更多的自然奥秘，以启发处于广袤无序的宇宙中，位于地球上的人类本身。

只要人类继续去寻求新的知识，只要人类有足够的智慧继续生存下去，最重要的，只要人类一直保持好奇心，那么很可能人类有一天可以进化到足够控制物质的地步，就好像早期宇宙中物质可以主宰射线那样。确实是这样，宇宙中某些地方的密度并不仅仅是由物质和能量决定的，同时也是由出现在那里的生命决定的。如果在地球之外的星球上存在生命体的话，那么我们将与我们的星系邻居一起，获得对宇宙中大部分能源的控制权，将这些能源化为己用，以确保我们种族的延绵不绝。

随着我们迈入新千年，这段自成一体的连贯的宇宙进化史——一部壮丽辉煌的史诗——将把地球上所有的公民都装载进去，让他们也参与其中，去书写一段全新的传奇，而不仅仅是扮演着看客的角色。也许，人类确实正在变得更有智慧、更有道德、更加人性化；也许，人类正在走向一场道德进化，这场道德进化是否属于必然发生的事件，这一点颇受争议，但是它能够帮助我们去应对将要在时间轴上遇到的各种挑战。

“我们是卵石的弟兄，云朵的表亲。”

——哈洛·夏普利，20世纪美国天文学家

本书讲述了很多关于宇宙进化的重要课题——从宇宙的形成到物质；从银河系、星系、重物质到太阳、地球；从生命、复杂的生命到社会。它传递了关于这些领域很多有价值的信息，同时也为我们显示了简单的系统是如何转变成为更加复杂的系统的。

——尼尔·康门斯 缅因州大学《一个严重的错误：关于宇宙里真正的自然的误解》一书的作者。

这是一种把所有的事物放在进化范畴内的综合方法。简森清晰地描述了科学方法是如何发挥作用的。不仅如此，简森通过苏格拉底式的方式解释在宇宙进化中的大量的概念和经验观察。他也通过这种问答的方式清楚地讲述了在这一领域很多未解之谜现在已经研究到了哪一步。

——保罗·鲁奎因 华盛顿州立大学《生命和宇宙的起源》一书的作者