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，今天的探寻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纽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。
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。

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

万物皆流，无物长驻。
——赫拉克利特，25个世纪前古希腊哲学家
在意识启蒙之初，我们的祖先，无论男女，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，他们还需要对自然进行观察。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
，客观性会渐渐地凸显出来，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
一片叫作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里的一支。
而现在，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

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。

一个全新的时代
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
不断地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。
随着我们步人新世纪，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，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——它是一个新粕拉图式的推动者
，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

亿年之前
探索整个宇宙需要开阔的思维，而宇宙学的思想，则是最为开阔的思想。宇宙学是研究宇宙的结构、进化及归宿的学科——这里所说的宇宙，即所有已知或假设的，曾经出现、现在存在或即将到来的物体和现象的总和。在这里，我们试图要获得的是对于宇宙整体特征的把握：即宇宙中的物质和能量，宇宙的大小和范畴，可能还涉及宇宙的起源和命运。
我们在探索有关宇宙的问题时，总能获得广阔的视角，这是很自然的。和整个广袤的宇宙相比，包含其中的较小的事物，如行星和恒星——在某种程度上，甚至星系也一样——都显得渺小。对于宇宙学家来说，行星几乎不值一提，恒星只不过是一些点状的氢气吸收源，星系也不过是整个宇宙大环境中的细枝末节。在永恒面前，时间的重要性也大打折扣。和宇宙中发生的所有变化相比，人类领域内发生的变化是微不足道的。在宇宙这个大框架里，一千年的时间跨度根本不算什么，百万年的流逝也不过是在眨眼之间；相比宇宙演变的全部时间长度，10亿年也仅仅是微小的一段。
为了更好地领会宇宙学的奥妙，我们必须打开视角，拓宽思维，将整个宇宙及永恒装于脑海中。现在，正是需要我们进行广阔思维的时候。
在这起始阶段，我必须提醒大家：我们将经常性地用到几千、几百万、几十亿、甚至几兆这样的数字。这些数字不仅庞大，它们之间的差别也是非常巨大的，比如，1000这个数字我们都很熟悉，假如每秒数一个数的话，要数到1000只需花费大约15分钟；相比之下，以同样的速度每天数上16个小时（剩下8小时作为休息时间），要数到100万居然需要两个多礼拜；若要以同样的速度数到10亿，则需要花费大约50年的时间，想想这个概念吧：一个人若要数到10亿，几乎需要数一辈子！
在这里，我们的思维将经常穿越几百万年、几十亿年的时间跨度；还将探讨由成百上千兆的原子、甚至由成百上千兆的星球组成的物体。因此，我们必须适应这些极为庞大的数目、极度宽广的空间范围以及巨大的时间跨度。尤其需要记住，100万比1000要大得多，而10亿，则要大得多得多。
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x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作“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——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