《你纽约时报》、亚马孙网上书店畅销书。《出版人周刊》、《经济学家、《新科学家》、《西雅图时报》、《科克斯》等刊物纷纷发表评论并推荐

“一部货真价实的力作，高超地对从亚原子结构到宇宙定律的一切进行了可靠描述。”

对不可思议事物——从死光和力场到隐身衣的科学原理的迷人探险，揭露这些科技在未来数十年到数千年间获得实现的可能性。

对不可思议事物——从死光和力场到隐身衣的科学原理的迷人探险，揭露这些科技在未来数十年到数千年间获得实现的可能性。

一百年前，科学家们会说，激光、电视和原子弹超越了物理学上的可能性。在《不可思议的物理》中，著名物理学家加来道雄探索了科幻作品中目前被认为无法实现的科技与装置在未来有多大的可能性会变得司空见惯。

从隐形传送到心灵念九加来道雄使用科幻的世界研究我们当今所知的物理定律的基本原理和极限。他将这些科技分类列为一等、二等和三等，依据是它们可能在何时被实现：在下一个世纪之内、在数千年之内，或者也许永远不会。他以引人入胜又发人深省的文字解释了：

光学和电磁学将如何可能使我们有朝一日可以将光线围绕一个物体弯折，就像溪流绕过河中的大圆石那样，使该物体对于身处“下游”的观察者来说不可见。

冲压喷气式火箭、激光帆、反物质发动机和纳米飞船将如何可能在未来将我们带去附近的恒星。

利用MRI、超导性和纳米科技，心灵感应和意志力——曾经被认为是伪科学，将如何可能终有一天得以实现。

为什么时间机器似乎与已知的量子物理定律相符？——尽管必需有一个先进得不可思议的文明才能真正制造一台时间机器。

前言

第一章 一等不可思议

 1．力场

 2．隐形

 3．光炮与死星

 4．隐形传送

 5．心灵感应

 6．意志力

 7．机器人

 8．外星人和UFO

 9．恒星飞船

 10．反物质和反宇宙

第二章 二等不可思议

 11．比光更快

 12．时间旅行

 13．平行宇宙

第三章 三等不可思议

 14．永动机

 15．预知

后记

致谢

隐形传送，或者说把一个人或一个物体从一个地点瞬间运送到另一个地点的能力，是一种可以改变文明进程和改变国家命运的技术。它将不可逆转地改变战争规则：军方可以把部队隐形传送到敌军阵线后面，或者简单地将敌方领导人员隐形传送并俘获他们。今天的交通运输系统——从汽车和船只到飞机和铁路，以及所有为这些系统服务的大量行业——都不会再被使用。我们可以简单地将自己隐形传送去上班，并且将我们的货物隐形传送去市场上销售。度假将变得毫不费力，因为我们可以把自己隐形传送到目的地。隐形传送将会改变一切。

最早提及隐形传送的文字，可以在宗教文字比如《圣经》中找到，在那里，神灵匆匆将人带走。这段来自《新约》(New Testament)《使徒行传》(Acts)的文字似乎暗示着来自迦萨(Craza)的腓利(Philip)到亚锁都(Azotus)的隐形传送：“当他们从水中现身，天主突然将腓力带走，阉人没有再见到他，而是继续欢乐地赶路。然而，腓力在亚锁都现身，四处游历，在所有的城镇布道福音，直到他到达撒利亚(Caesarea)”(《新约》8:36-40)。

隐形传送也是每个魔术师戏法和幻术的一部分：从一顶帽子里拉出一只兔子，扑克牌从他(她)的袖子里出现，从某个人的耳朵后面取出硬币。近代最为宏大的魔术之一是让大象从惊诧不已的观众面前消失。在这一表演中，一头好几吨重的巨象被关在一个笼子里。然后，随着一根魔术棒的轻击，大象消失了，使观众们大为吃惊。(当然，大象其实并未消失。魔术是使用镜子表演的。长条、细薄、直立的条状镜子被放在笼子的每一根铁条后。就像一扇门一样，这些条形镜子的每一根都可以旋转。在魔术开始的时候，当所有这些直立条形镜子被整齐放置在铁条后面，镜子是无法被看见的，大象则可见。但当这些镜子被旋转45度面向观众，大象就会消失，留下观众们对着从笼子一边反射出来的影像干瞪眼。)隐形传送和科幻小说

科幻小说最早提及隐形传送是在爱德华·佩奇·米切尔(Edward Page Mitchell)于1977年出版的小说《没有身体的人》(A Man without a Body)中。在这部小说里，一位科学家能够将一只猫的原子拆开，并且通过一根电报线传送。不幸的是，在科学家试图传送自己的时候电池用尽了，只有他的头被成功地传送了。

亚瑟·柯南·道尔(Arthur Conan Doyle)爵士因为他的《夏洛克·福尔摩斯》(Sherlock Holmes)系列小说而知名，他对隐形传送的概念着迷得神魂颠倒。在年复一年地写作侦探小说和短篇小说后，他开始对《夏洛克·福尔摩斯》系列感到厌倦，并且最终杀死了他的侦探，让他与莫里亚蒂教授一起跌落瀑布赴死。可是公众的抗议是如此高涨，柯南·道尔被迫让神探复活了。由于不能杀死夏洛克·福尔摩斯，柯南·道尔转而决定创造一个全新的系列，主角是查林杰教授(Professor Challenger)，福尔摩斯的同行。两者都具备解开谜团的敏捷智慧和锐利双眼。但福尔摩斯使用冷静、侦探式的逻辑破解复杂的案件；查林杰教授探索精神力量与超常现象的黑暗世界，包括隐形传送。在1927年的小说《分解机器》(The Disintegration Machine)中，教授遇到了一位绅士，他发明了一台可以把一个人分解后重新在其他地方装配起来的机器。但是当发明者自夸他的机器要是落入了坏人手中，可以仅按一下按钮就分解有着几百万人的城市时，查林杰教授感觉非常惊惧。后来查林杰教授使用机器分解了发明者，随后离开了试验室，没有再把他装配起来。

更近一些的时候，好莱坞发现了隐形传送。1958年的电影《苍蝇》(The Fly)，生动地审视了当隐形传送发生可怕错误时会发生的事。当一位科学家成功地把自己从一个房间的一头传送到另一头，他的原子和一只偶然进入传送室的苍蝇的原子混到了一起，因此科学家变成了变异的可怖怪物，半人半蝇(一部由杰夫·戈德布拉姆[Jeff Goldblum]主演的重拍版本在1986年推出)。

隐形传送随着《星舰迷航》系列的播映首次在流行文化中为人瞩目。《星舰迷航》的缔造者吉恩·罗顿巴里(Gene Roddenberry)把隐形传送引入了这一系列，因为派拉蒙工作室(Paramount Studio)的预算负担不起模拟太空船在遥远星球上起飞和降落所需的昂贵特效。简单地把“企业号”的船员们传送到他们的目的地花费比较低廉。

许多年来，科学家们提出了不知多少对于隐形传送可能存在的反对意见。要隐形传送一个人必须知道一具活体中每一个原子的精确位置，这可能违反了海森堡测不准原理(这一原理陈述了我们无法得知一个电子的确切位置和动量)。《星舰迷航》的制作人顺从批评者们，在传送室里引进了“海森堡补偿器”，就像我们在传送器上加一个小器具就能补偿量子物理定律似的。但正如事实证明的那样，创造这些海森堡补偿器的必须性还远未成熟。早先的批评者和科学家们或许是错了。P42-44

如果一个想法在最初听起来并不荒谬可笑的话，那么就不要对它寄予太大希望了。

——阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)

是否会有那么一天，我们将能穿墙而过、建造飞行速度超过光速的飞船、解读他人的思想、隐形、以意念之力移动物体、瞬间将我们的躯体传送到太空？

我自幼就对这些问题着迷。与许多物理学家一样，在成长的过程中，我被时间旅行、死光枪、力场、平行宇宙等等获得实现的可能性所深深吸引。魔法、幻想和科幻小说都是我任凭想象力驰骋的广阔游乐场，它们开始了我与不可思议事物之间的终身恋情。

我记得观看电视上重播《飞侠哥顿》(Flash Gordon)的情形。每个周六，我都与电视机如胶似漆，对飞侠、扎可夫博士(Dr.Zarkov)与戴尔·雅顿(Dale Ardende)的冒险经历和他们那令人目眩神迷的未来科技装备惊叹不已：火箭飞船、隐形盾、死光枪、空中城市。我从未错过任何一个星期的播出。这个节目为我开启了一个全新的世界。我一想到有朝一日能坐火箭登上一个陌生星球并探索其独特的地貌就激动万分。我被拽入了这些惊人发明的磁场中，明白自己的命运以某种形式与这部剧集中展现的科学奇迹紧密相连了。

如同事实所证明的那样，我的经历并非特例。许多极为杰出的科学家最初都是通过接触科幻作品开始对科学产生兴趣的。伟大的天文学家爱德温·哈勃(Edwin Hubble)沉迷于儒勒·凡尔纳(Jules Verne)的作品。在阅读了凡尔纳的作品后，哈勃放弃了一份前途光明的法律工作，违背他父亲的意愿，开始从事科学方面的职业，最终成为20世纪最伟大的天文学家。著名天文学家和畅销书作者卡尔·萨根(Carl Sagan)，发现埃德加·赖斯·巴勒斯(Edgar Rice Burroughs)的《火星上的约翰·卡特》系列小说点燃了自己的想象力，便开始梦想有一天能像约翰·卡特那样探究火星上的沙粒。

阿尔伯特·爱因斯坦去世时我还是个孩子，但是我记得人们低声谈论他的生平与死亡。次日，我从报纸上看到了一张他书桌的照片，上面摆着他最伟大的、未完成的研究成果的手稿。我问自己，是什么能够如此重要，以至于当代最伟大的科学家都无法完成它？报纸上的那篇文章宣称爱因斯坦有一个不可能实现的梦想，一个异常困难、人类无法终结的难题。我花费数年时间弄明白了那份手稿的内容：一项宏伟的、一切归一的“万物至理”(theory of everything)。他的梦想——耗费了他人生最后30年的梦想，帮助我将精力集中到自己的想象上。我希望，我能够为完成爱因斯坦的工作尽一份绵薄之力，将一切物理定律统一到一个理论中。

当我更大一些的时候，我意识到虽然飞侠哥顿是个英雄，并且总能获得女孩的青睐，但事实上使这部剧集获得成功的却是科学家。没有扎可夫博士，就没有火箭飞船，没有赴蒙格星球(Mongo)的旅行，也不可能拯救地球。英雄气概得靠边站，没有科学就不会有科幻。

我开始明白，从这些故事所涉及的科学原理来看，它们是完全不可能实现的，它们仅仅是想象力驰骋的产物。长大成人意味着将这样的幻想搁置起来。我被告知，在真正的生活中，一个人必须放弃不可思议的事物，转而拥抱现实。

然而，我得出结论，如果我要继续自己对于不可思议事物的迷恋，那么解决之道就是进入物理学领域。缺少了在前沿物理学方面的坚实基础，我将永远只能对着未来科技苦思冥想，而不明白它们究竟是否可行。我意识到自己必须专注于高等数学，并且学习理论物理学。因此我那么做了。

上高中的时候，我在妈妈的车库里装配了一台核粒子加速器，作为科学展览的参展作业。我去西屋(Westmghouse)公司收集了400磅废变压器钢。在圣诞节期间，我在高中的足球场上绕了22英里长的铜丝。最终，我制造出了一台功率230万电子伏的电子感应加速器，它需要消耗6千瓦电力(相当于我家房子输出的总功率)，能产生相当于地球磁场2万倍的磁场，目标是能制造出威力足以产生反物质的γ射线。

我的科学展览项目使我进入了全国科学展，最后还使我梦想成真，获得了哈佛大学的奖学金。在那里，我最终得以追求成为一名理论物理学家的目标，并且追随我的偶像一爱因斯坦的脚步。

如今，我会不时收到来自科幻小说作家和剧本作家的电子邮件，让我帮助他们探索物理定律的极限，使他们的故事更具说服力。

“不可能”是相对的

作为一名物理学家，我认识到“不可能”常常是一个相对而言的词汇。在长大的时候，我记得我的老师有一天走近挂在墙上的世界地图，指着南美洲和非洲的海岸线，“这难道不是一个奇怪的巧合吗？”她说，“两者的海岸线形状相互吻合，简直就像一块拼图！有些科学家推测它们可能曾经是同一块辽阔大陆的两个部分。但那是愚蠢的。不可能有力量能推开两块巨大的陆地。”“这样的想法是无可救药的。”她最后说。

那之后的一年，我们学到了恐龙。老师告诉我们，恐龙统治地球上百万年，然后有一天它们全部消失了。没有谁知道它们为什么死亡殆尽。难道这不是怪事吗？一些古生物学者认为可能有一颗来自太空的流星杀死了它们，但那是不可能的，那更像是科幻小说里发生的事情。

今天，我们知道，在板块构造中大陆确实会移动，并且6500万年之前一颗直径达6英里的巨大流星最有可能是毁灭恐龙与地球上许多生命的元凶。在我自己的短暂人生历程中，我已经一次又一次目睹了看起来不可能的事情成为确定无疑的科学事实。所以，或许有一天我们能将自己从一个地方隐形传送到另一个地方，或者建造出一艘宇宙飞船在某一天带我们飞跃以光年计的距离到达其他星球，这些难道不可能吗？

一般来说，这样的伟业在如今的物理学家看来是不可能实现的。它们是否会在几个世纪内成为可能呢？或者是在几千年后，当我们的科技更加发达的时候？又或者是在100万年后？从另一个角度来说，如果我们通过某种途径遇见一种比我们领先100万年的文明，他们的常用科技对我们来说是否会显得“像魔法”呢？这是贯穿本书的中心问题之一，某些事物会仅仅因为在今天是“不可能的”，就在未来的数百年或百万年中仍旧是不可能的吗？

由于在过去一个世纪中科学取得了长足的发展，特别是诞生了量子理论与广义相对论，现在我们已经可以大致估计一部分这些梦幻般的科技将在何时(如果的确会有那么一天的话)可能实现。随着更为先进的理论一比如弦理论的产生，连一些属于科幻范畴的概念——如时间旅行和平行宇宙，现在也正被物理学家们重新评估。回想150年以前那些被当时的科学家宣布为“不可能”的科技，如今已经发展成为我们日常生活的一部分。儒勒·凡尔纳在1863年写了一部小说：《20世纪的巴黎》(Paris in the 20th Century)。这部小说被尘封并且遗忘了长达一个多世纪，直到凡尔纳的重孙发现了它，并且在1994年首次出版。在书中，凡尔纳预言了巴黎在1960年可能会呈现的面貌。他的小说中充斥着在19世纪看来显然不可思议的科技，包括传真机、一个世界性的通讯网络、玻璃建造的摩天大楼、燃气动力汽车和高速高架火车。

不出意料，凡尔纳之所以能做出这样了不起的精确预测是因为他沉浸在科学世界之中，他从周围的科学家那里汲取智慧。对于科学基础原理的深刻理解，使他得以做出这样惊人的预言。

令人遗憾的是，19世纪一些最伟大的科学家持相反的立场，并且宣布许许多多科技的实现是毫无指望的。开尔文爵士(Lord Kelvin)一他或许是维多利亚女王时代最杰出的物理学家(他葬于威斯敏斯特教堂，在艾萨克·牛顿的身边)，宣称像飞机那样“比空气更重的”装置是不可能实现的。他认为x光是无聊的把戏，无线电没有未来。卢瑟福爵士(Lord Rutherford)——发现了原子核的科学家，对于制造原子弹的可能性不屑一顾，将那与“月光”相提并论。19世纪的化学家宣布寻找贤者之石(philosopher stone)——一种神话故事中可以化铅成金的物质，是一条科学的死胡同。19世纪的化学建立在元素像铅那样永恒不变的理论基础上。然而，如今我们原则上可以用现在的核粒子加速器将铅变成金子。想想吧，现今的电视机、计算机和互联网在20世纪之初看起来会是多么不切实际。

更近一些的时候，黑洞曾被认为是科学幻想。爱因斯坦本人在1939年写过一篇论文，“证明”黑洞永远不可能形成。然而，到今天，哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)和钱德拉x射线天文望远镜(Chandra x- ray Telescope)已经观察到太空中的数千个黑洞。

这些科技之所以被视为“不可能”，是因为在19世纪以及20世纪前期物理与科学的基本定律尚未被人知晓。考虑到当时在科学理解上的巨大空白，特别是在原子层面上的空白，这些发展被认为不可能也就不足为奇了。

研究“不可能"

具有讽刺意味的是，对于“不可能”事物的认真研究常常会开拓出富饶并且完全出人意料的科学疆域。举例来说，对于“永动机”一个多世纪的令人沮丧、毫无意义的探索使物理学家们得出结论：这样的机器是不可能存在的，迫使他们假设了能量守恒和热力学三大定律。如此一来，制造永动机的徒劳探索开启了热力学的全新领域，在某种程度上为蒸汽机、机械时代和现代工业社会奠定了基础。

在19世纪末，科学家们认定地球“不可能”有数十亿年的年龄。开尔文爵士断然宣布熔融的地球可以在2000万年至4000万年间冷却，驳斥了地质学家和达尔文主义生物学家宣称的地球可能有数十亿年历史的论断。随着居里夫人和其他科学家发现核力，展示地心被衰变所加热，从而可能将熔融保持数十亿年，“不可能”被证明为完全可能。

我们忽略“不可能的事物”会给自己带来危险。在20世纪20年代和30年代，现代火箭学的奠基人罗伯特·戈达德(Robert Goddard)曾遭到认为火箭永远无法在外太空运行的人的严重非难，他们挖苦地将他的追求称作“戈达德的蠢事”。在1921年，《纽约时报》(New York Times)这样挑剔戈达德博士的作品：“戈达德教授不知道作用力与反作用力之间的联系，也不知道必需有些比真空更合适的事物用以进行反作用。他似乎缺乏高中课程传授的基本知识。”“火箭是不可能成功的，”编辑欷歔道，“因为在外太空没有可用以推进的空气。”令人悲哀的是，有一位国家元首切实理解了戈达德那“不可能的”火箭意味着什么——那就是阿道夫·希特勒(Adolf Hitler)。在第二次世界大战期间，德国先进得不可思议的V一2火箭如雨点般在伦敦落下，造成了众多的死亡与巨大的毁坏，几乎使伦敦屈服。

对不可思议事物的研究可能也改变了世界的历史进程。在20世纪30年代，人们广泛认为，甚至爱因斯坦也认为，原子弹是“不可能的”。根据爱因斯坦的方程E=mc2，物理学家们了解到原子核的深处蕴含着巨大的能量，但由单个原子核释放的能量实在微不足道。不过，原子物理学家里奥·齐拉特(Leo Szilard)记得读过威尔斯(H.G.Wells)1914年的小说《获得自由的世界》(The World Set Free)，在小说中威尔斯预测了原子弹的发展。他在书中称原子弹的奥秘将在1933年由一位物理学家解决。齐拉特偶然在1932年看到了这本书。在这本小说的激励下，他在1933年——也就是威尔斯于20年前所预测的年份，碰巧产生了通过一个链式反应放大单个原子能量的构想，这样一来，分裂一个铀核产生的能量可以被放大好几万亿倍。齐拉特随即开始进行一系列关键性试验和与爱因斯坦以及富兰克林·罗斯福(Franklin Roosevelt)总统的秘密谈判，谈判促成了制造原子弹的曼哈顿计划(Manhattan Project)。

一次又一次，我们看到对于不可能事物的研究打开了全新的视野，拓展了物理学和化学的疆界，并且迫使科学家们重新对自己所说的“不可能”下定义。正如威廉·奥斯勒(William Osler)爵士所言：“一个时代的信仰在下一个时代成为谬误，而过去的荒唐愚蠢却成为明日的睿智。”

许多物理学家赞同《永恒之王》(Once and Future King)作者怀特(T.H.White)的名言：“凡未被禁止之物皆是必然！”在物理学中，我们一直都能找到相应的证据。除非有物理定律明明白白地不允许一种新现象产生，否则我们最后总能发现它的存在。(在寻找新亚原子粒子的过程中这发生了不少次。在探索禁忌事物的极限时，物理学家们常常意外地发现新的物理定律。)怀特的名言或许可以有这么个推论：“凡并非不可能之物皆是必然！”

举例来说，宇宙学家史蒂芬·霍金(Stephen}tawking)试图找到一条禁止时间旅行的新物理定律，以证明这是不可能的，他把这一定律称作“时序保护猜想”(chronology protection conjecture)。不幸的是，在辛勤工作多年后，他未能证明这一原理。事实上，与之相反的是，物理学家们现在已经证明，禁止时间旅行的定律超出了当今数学的范畴。如今，由于没有物理定律可以否定时间机器的存在，物理学家们不得不慎之又慎地对待时间机器存在的可能性。

本书的目的是思索那些目前被认为“不可能”、而在今后数十年、数百年中可能变得司空见惯的科技。

已经有一种“不可能”的技术现在被证明为可能：隐形传送(至少在原子层面上可行)。甚至在几年前物理学家们还会说，将一个物体从一个点传送或发送到另一个点违背了量子物理的定律。最初写作电视剧《星舰迷航》(Star Trek)剧本的编剧们饱尝了来自物理学家的批评挖苦，以至于他们加入了“海森堡补偿器”(Heisenberg compensator)来解释他们的传送器，好弥补这一漏洞。今天，由于近期的重大科学突破，物理学家们可以将原子瞬间从房间的一边传送到另一边，或在多瑙河下将光子瞬间传送过河。

预测未来

作出预测总是得冒很大风险，特别是对于未来数百甚至数千年的预测。物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)爱说：“做预测困难重重，尤其是事关未来。”但是，儒勒·凡尔纳所处的时代与当今有一个根本性的区别。今天，物理的基本定律已经大多被人知晓了。当今的物理学家了解惊人的43个数量级，内到质子，外到膨胀中的宇宙。物理学家们可以怀着适当的自信陈述未来科技的大概面貌，并且更好地区分那些仅仅是未必可能的科技和真正不可能的科技。

因此，在本书中，我将“不可思议”的事物分为三个类别。

第一类我称之为“一等不可思议”。它们是目前不可能、但不违反已知物理定律的科技。因此它们可能在本世纪或下个世纪内以改良后的形式成为可能。它们包括：隐形传送、反物质发动机、某些形式的心灵感应、意志力和隐形。

第二类我定义为“二等不可思议”。它们是游走在我们对于物理世界的认知边缘的科技。如果确实可能，它们或许将在未来1000年到100万年的时间内实现。它们包括：时间机器、超空间旅行和穿越虫洞。

最后一类我称为“三等不可思议”。它们是违反已知物理定律的科技。令人惊讶的是，这类不可思议的科技非常少。一旦它们被证明确实可能，那将标志着我们对于物理学的认识将发生根本转变。

我感到这个分类至关重要，因为科幻小说中有如此之多的科技被科学家们不屑地视为全然不可能，而他们事实上想说的是，这些科技对于如人类这般原始的文明而言是不可能的。比如说，访问外星球被一概认为是不可能的，因为星球之间的距离过于遥远。当星际旅行对于我们的文明而言显然不可能的时候，或许它对于比我们领先数百年、数千年或数百万年的文明来说是可行的。所以，总结这样的“不可思议”非常重要。对于我们目前的文明而言是不可能的技术，对于其他类型的文明而言不见得同样不可能。关于什么可能、什么不可能的断言必须考虑到比我们领先数千年甚至数百万年的科技。

卡尔·萨根曾经写道：“对于一种文明来说，有上百万年的历史意味着什么？我们已经拥有射电望远镜和宇宙飞船好几十年之久，我们科技文明的历史是几百年……有上百万年历史的先进科技文明领先于我们，正如我们领先于灌丛婴猴和猕猴那么多。”

在我自己的研究工作中，我专门集中精力在完成爱因斯坦“万物至理”的梦想上。从个人角度而言，我发现，能致力于发现一种最终可能回答当今科学领域一些最困难的“不可思议”问题的“终极理论”着实令人振奋。这些问题有：时间旅行是否可行、黑洞的中央有什么、宇宙大爆炸前的情形等。我仍然陶醉于我与不可思议事物的终身恋爱，并且想知道这些不可思议的事物中是否能有一些进入日常生活的范畴。

不可思议事物的未来

没有什么比这更加盛大或疯狂了，数以百万计的技术群体趋之若鹜，只要它在物理上具有可实现性。

——弗里曼·戴森

命运并非机缘巧合，而是出于选择。人类不应等待命运，而应去成就它。

——威廉·詹宁斯·布赖恩(William Jennings Bryan)

有什么真相是我们永远无法捕捉到的吗？有什么认知领域，即使是现今的文明也无法进入的吗？在前文已分析过的所有科技中，只有永动机和预知被归入了“三等不可思议”的范畴。还有什么别的科技是同样不可实现的吗？

数学就已能提供足够的理论依据，证明有些事物的确是不可能实现的。举个简单的例子，只用圆规和尺，我们无法将一个角分成三等份——这早在1837年就已被证实。

即便是在像算术这样简单的体系里也存在不可能性。正如我之前提到的那样，在算术的基本假定前提下，不是所有真命题都能得到证明的。算术中始终有一些真命题，只有当你运用一个更宽泛的、将算术学作为子集包含在内的体系时，才能得以证明。

尽管数学中有些事物是不能实现的，但在物理学范畴中，声称某事物完全无法实现却是危险的。不妨让我提醒你诺贝尔奖得主阿尔伯特·A·麦克尔森(Albert A Michelson)1894年在芝加哥大学瑞尔森物理实验室(Ryerson Physical Lab)的致辞：“物理学中非常重要的基本定律和事实都已被发现，而且现在我们都坚定地相信，由于新的发现而导致它们被取而代之的可能性微乎其微……我们未来的发现必须在小数点后第六位寻觅。”

他的这番讲话，发表于科学史上某些剧变发生的前夜——1900年的量子革命以及1905年的相对论革命。关键是，今天看来不可能的事物，违反了已知的物理学定律；但我们知道，物理学的定律是可能改变的。

1825年，伟大的法国哲学家奥古斯特·孔德(Auguste comte)在其所著的《实证哲学教程》(Cours de Philosophie)一书中宣称，科学无法测定星体的构成成分。在当时看来，这个言论似乎很安全，因为那时没有人了解任何关于星体性质的信息。它们太遥远，当时的人们无法前去探访。然而，就在他发表这一声明的短短几年后，物理学家(利用光谱学)宣布，太阳是由氢组成的。实际上，现在我们知道，通过分析星体在几十亿年前发射出的光谱线，人类是可以测定宇宙中大多数星体的化学成分的。

孔德列出一长串其他“不可能的事”，向科学界提出了挑战：

他声称“人体的根本结构是我们永远无法知道的”。换言之，人类无法了解物质的真实属性。

他认为永远无法用数学来解释生物学和化学的问题。他声称，不可能让这些科学问题沦为数学问题。

他认为对天体的研究不可能对人类事务有任何影响力。

在19世纪，提出这些“不可能的事”是合情合理的，因为那时的人们对基础科学知之甚少。几乎没有任何关于物质和生命的秘密为人们所知悉。然而今天我们掌握了原子论，这为科学探究物质的结构开辟了崭新天地。我们了解DNA和量子理论，它们揭开了生命化学的秘密。我们还了解了宇宙空间的陨石撞击，这一活动不仅影响到地球上的生命进程，同时也是塑造地球生命体的助因。

天文学家约翰·巴罗(John Barrow)指出：“历史学家仍在争论一种说法，即孔德的观点从某种程度上造成了之后法国科学的没落。”

反对孔德言论的数学家大卫·希尔伯特写道：“我想，孔德找不到一个无法解决的难题的真正原因在于，这些难题都是可解的。”

但今天的科学家们又提出了一系列新的不可能性：我们永远不会知道在大爆炸前发生过什么(或者首先是为什么会发生大爆炸)；我们永远无法完成“万物至理”。

物理学家约翰·惠勒对第一个“不可能的”问题评论道：“两百年前，你可以问任何人：‘我们有朝一日能够了解生命是怎样形成的吗？’而他会对你说：‘荒唐！怎么可能！’我对‘我们今后会了解宇宙是怎么形成的吗？’这一问题有同样的感觉。”

天文学家约翰·巴罗还说：“光速是有限的，因此，我们对宇宙结构的了解也是有限的。我们无法知晓它是有限的还是无限的，是否有一个起源或会否有一个终结，物理的结构是否在任何地方都相同，又或者宇宙究竟是个有序还是混乱的地方……所有这些关于宇宙本质的大问题——从它的起源到终结——看起来都是无法解答的。”

巴罗坚定地认为我们永远无法了解宇宙的本质，这一点是正确的。但我们有可能逐渐解决这些有待解决的问题，并离最终答案无限接近。我们不应把这些“不可能”看作人类知识的绝对界限，而应把它们视为下一代科学家面临的挑战。这些界限就像馅饼皮，生来就是为了被打破。

……

物理学是不完整的吗？

1980年，斯蒂芬·霍金发表题为《理论物理学的终结来临了吗？》(Is the End in Sight for Theoretical Physics？)的演讲，激发了人们对万物至理的兴趣。在该演讲中，他说道：“在在座某些人的有生之年，我们或许能看到一个完整的理论。”他声称有对开的50%，将在未来的20年找到一种终极理论。但当2000年到来之时，学界并没有达成对万物至理的共识，于是霍金改变了主意，又称下一个20年里会有对开的概率发现万有理论。

到了2002年，霍金再次改变主意，宣称哥德尔的不完备定理或许指出了他原先思维方式的一个致命错误。他写道：“如果没有一个用有限的原理来表述的终极理论，那么有些人将会感到非常失望。我曾经也属于这群人，但现在我已经改变了想法……哥德尔德的定理表明，数学家们永远有做不完的活。我想M-理论对于物理学家来说具有同样的意义。”

他的说法并不新鲜：既然数学是不完备的，而物理的语言又是数学，那么就永远有我们无法了解的物理理论，因而万物至理是不可能存在的。由于不完备定理扼杀了希腊人试图证明一切数学真命题的梦想，那么它也会使万物至理永远可望而不可及。

弗里曼·戴森非常雄辩地写道：“哥德尔证明了纯数学的世界是无尽的；没有固定的公理集或推论法则能够涵盖整个数学……我希望类似的情况也存在于物理界。如果我对未来的看法是正确的，那么就意味着物理和天文的世界也是无尽的；无论我们能探究到多么遥远的将来，仍有新事物会出现，新信息会来到，新世界等着我们去探索，生命、意识和记忆无尽扩张的疆土。”

天体物理学家约翰·巴罗这样总结这一逻辑：“科学是以数学为基础的；数学无法探究出全部真理，所以科学也不能。”

这样的论断可能正确，也可能不正确，但却有潜在的缺陷。大多数职业数学家在工作时无视不完备定理，这是因为该定理是以分析指向自身的命题为起点的，也就是说，它们是自我指设的。例如，下面的命题就是自相矛盾的：

这句话是错的。

我是个说谎者。

这个命题无法被证明。  第一个命题中，如果这个陈述是真的，那么也就表示“这句话是错的”。而若这句话是假的，那么这个命题又是真的了。同样地，如果我在说真话，那就表示“我在说谎”；而如果我在说谎，那么这句话则是真的。最后一句话中，如果这个命题是真的，那么它就无法被证明为真命题。

(第二个命题即著名的说谎者悖论。克里特岛(Cretan)的哲学家艾匹门尼德斯(Epimenides)曾用这样一句话阐释这个悖论：“所有克里特岛人都是说谎者。”但圣保罗(Saint Paul)完全没有抓住这句话的重点，他在给提图斯的信中写道：“克里特岛上有一个先知说过，‘所有克里特岛人都是骗子、邪恶残忍之徒、懒惰的贪食者’。他的确说出了事实啊。”)

不完备定理建立在诸如“该命题无法用算术原理证明”这样的命题基础之上，并给这些自我指设的矛盾命题编织了一张复杂的网。

然而，霍金运用不完备定理证明不存在一个万有理论。他声称哥德尔不完备定理的关键在于，数学是自我指设的，物理学也有着同样的毛病。由于观测者无法同观测进程分离开来，这就意味着物理学永远会指向自身，因为我们不可能脱离宇宙。在最终的分析中，观测者亦是由原子和分子组成的，因此必然是其正在进行的实验的一部分。

但也有一个方法可以避免霍金的该论断。为了避免哥德尔定理中的内在矛盾，今天的很多职业数学家都简单地声称，他们的研究排除了所有自我指设的命题。这样他们就可以绕开不完备定理。从很大程度上来说，哥德尔之后数学的迅速发展，仅仅是由于这些数学家们不去理会不完备定理，即假定他们的研究不作出任何自我指涉的命题。

同样地，构建一个能够解释所有已知的、脱离了观测者／观测对象二分论的实验的万有理论，或许也是可能的。如果这样一个万有理论能够解释从大爆炸起源到环绕我们的可见宇宙中的所有事物，那么我们如何描述观测者和观测对象之间的关系就变得很有学术性。事实上，万物至理的一个标准应为：它的结论完全不取决于我们如何划分观测者和观测对象之间的界限。

此外，自然或许是无穷无尽的，即使它的法则屈指可数。想想国际象棋。让一个从别的星球来的人仅仅通过看比赛就指出象棋的规则，不一会儿，他就可以告诉你，兵卒、主教和国王分别是怎么走的。比赛的规则是有限而简单的，但可能下出的棋局种类却是天文数字。同样，自然的法则也可能是有限而简单的，但对这些法则的应用却是无尽的。我们的目标是找到物理学的法则。

从某种程度上说，我们已经有一个关于大多数现象的完备理论。还没有人从麦克斯韦的光学方程中看出缺陷。标准模型常被称为“准万物至理”。现在假设我们可以脱离引力，那么标准模型就成为解释除引力之外其他一切现象的完美理论。理论本身看上去或许不太漂亮，但的确可行。即使有不完备定理，我们还是可以有一个非常合理的万物至理(除了引力)。

对我而言，只要一张白纸就能写下统治所有已知物理现象一一包括43个数量级，从100多亿光年开外的遥远宇宙到夸克和微中子的微观世界——的定律，这是一件令人惊叹的事情。在这张白纸上只会有两个方程式，爱因斯坦的引力定律和标准模型。我认为他们揭示了自然界本质上的简单与和谐。宇宙或许曾经是反常、混乱而变化无常的，但现在呈现在我们面前的宇宙是完整、和谐与美丽的。

诺贝尔奖得主斯蒂夫·温伯格将我们对万物至理的追寻比作科学家寻找N极。几个世纪以来，古代航海家们一直使用着没有N极的地图。所有的指南针和航海图都奔着这块地图上缺失的部分而去，但没有人真的造访过那里。同样，我们所有的数据和理论都是为了寻获万物至理。这是我们缺失的一个方程式。

总有事物是我们所不可及的，亦无法探究(如电子的精确位置，或是光速之外的世界)。但我相信，基本的定律是可知的、有限的。而未来几年的物理学界也将是最为振奋人心的，因为我们使用了新一代粒子加速器、空间引力波探测仪以及其他新技术来探索宇宙。我们并没有走到终点，而是站在一个新物理学的起点。但无论我们发现了什么，前方也总还有新的地平线等着我们跨越。

“一部货真价实的力作，高超地对从亚原子结构到宇宙定律的一切进行了可靠描述。”

——《科克斯书评》(Kirkus Reviews)