生命究竟是什么？是如何起源的？英国著名科普作家约翰·格里宾认为，答案就在关于宇宙运行方式的七大科学发现之中，他称之为科学七柱；从碳原子到银河系，七大科学支柱支撑了我们的存在，以及宇宙中其他生命的可能存在。作者在本书中环环相扣地解释了这七大支柱，以紧凑的篇幅和简洁准确的表述，出色地展示了人类对生命的理解所基于的那些令人惊讶的秘密。
本书以精心设计的结构和幽默机智、深入浅出的行文风格，将生物学、物理学、化学、生物化学等多种学科知识熔为一炉，站在科学发展的最前端来回顾科学史，既能引导读者了解当代科学发展的现状，也能启发思考今日科学成就背后的历史原因。用现代科学的七大重要发现来解释生命之谜，关乎每个人对自身的认识，适合所有有好奇心的读者。

约翰·格里宾，英国著名科学读物专业作家，萨塞克斯大学天文学访问学者。他毕业于剑桥大学，获天体物理学博士学位，现在是萨塞克斯大学的客座天文学研究员。曾先后在《自然》志和《新科学家》周刊任职。1974年他以其关于气候变迁的作品获得了英国最佳科学著作奖。
约翰·格里宾著有50多部科普和科幻作品，其中的科学三部曲《薛定谔之猫探秘》、《双螺旋探秘》和《大爆炸探秘》尤为脍炙人口。此外，他还与妻子合著了一系列著名科学家的传记，而反映“科学顽童”费曼科学生涯的《迷人的科学风采——费曼传》更是广受好评。他还撰写了许多畅销书，其中包括《深奥的简洁》《欧米伽点》《大爆炸之探索》《起始》《宇宙指南》和《Q代表量子》。他的书已被译成多种语言，并在英国和美国得过奖。

前言　智慧七柱
序章 别处的世界：或许我们并不孤独
支柱一 固体几乎是虚空
支柱二 恒星就是太阳，我们知道它们的构成
支柱三 生命之力不存在
支柱四 银河系：储存生命原材料的仓库
支柱五 碳原子的巧合
支柱六 生命之书由三个字母写就
支柱七 冰难以置信的轻
结语 瓶颈：或许我们是孤独的
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译后记

智慧七柱
J.B.S.霍尔丹出色地描述
了接受科学思想的四个阶段
：
i）简直一派胡言；
ii）这是一个有趣但有悖
常理的观点；
iii）确实如此，但是无关
紧要；
iv）我一直都是这么说的
。
我审视科学史的次数越
多，观察科学历程的时间越
长，就越觉得这些话说得真
切。回望历史，我们很容易
看到，那些曾令人无法容忍
的想法，如何成为公认的真
理。比起那些认为地球是平
面的傻瓜，我们很容易有一
种优越感。即便在我有生之
年，也见过一些曾被视为疯
狂的猜想——包括关于宇宙
起源的大爆炸理论和量子实
体的非定域性——成为公认
的智慧以及科学的支柱。而
另一些更多是“常识性”的观
念——稳态理论：一地发生
的事情不能瞬时对遥远的某
处发生的事情造成影响——
已经被废弃了。科学的运行
机制，就如科学本身一样引
人入胜。为了证明这一点，
我挑选了七个例子，每个例
子在其时代都是耸人听闻的
，但它们要么已经成为科学
智慧的支柱，要么正在顺利
走过霍尔丹所说的四个接受
阶段。为了把自己限制在这
七个方面，我需要一些统摄
的主题将它们联系起来，而
我选择了宇宙的诸种特性，
这些特性与我们自身的存在
以及别处生命的可能性密切
相关。毕竟，对我们人类而
言，这才是科学最重要的方
面。
这些例子，有的已经成
为科学的支柱，有的可能还
处于其早期阶段——至于究
竟分别是哪种情况，我交由
读者们来作出判断。尽管它
们于其时代都是耸人听闻的
，甚至有些观点在今日仍然
如此，但科学发展的一个关
键特征恰恰是：愿意去思考
那些不可想象的东西，且更
为关键的是，去检验那些观
点，查明它们是否对现实世
界做出了绝佳的描述。不过
，有些观点是无法被归类的
，根据你的个人观点，它们
可能会被分配到霍尔丹所说
的任何一个阶段。在这些观
点之中，最大的一个问题是
困扰哲学家良久的问题，它
比我们口中的科学存在的时
间还要长久，而我将以之作
为这本书的起始和结尾——
我们在宇宙中是孤独的吗？
约翰·格里宾
2019年11月

精心设计的结构，紧凑的篇幅，简洁准确的表述，幽默机智、深入浅出的行文风格。
用现代科学的七大重要发现来解释生命之谜，关乎每个人对自身的认识，适合所有有好奇心的读者。
站在科学发展的最前端来回顾科学史，让读者既能了解当代科学发展的现状，也能思考今日科学成就背后的历史原因。
上海交通大学讲席教授、科学史与科学文化研究院首任院长江晓原，上海师范大学哲学系教授、科学技术哲学专业博士生导师王幼军，联袂推荐。

寰宇无穷，盈虚有数，
前不见古人，后更有来者。
“自然”自古就自然地处于人
类的思想之地。现代的科学
世界图景是历史的产物，其
渊源可追溯至古希腊。彼时
还无所谓“科学”，纷呈的“
科学观”恰恰蕴含于哲学的
思考之中。如薛定谔在《自
然与希腊人》中所说：“古
希腊人的哲学至今仍然吸引
着我们，因为无论在此之前
还是在此之后，世界上任何
地方都没有建立起像他们那
样高度发达的、清晰明确的
知识体系和思辨体系，而且
没有导致那种致命的分离。
”
约翰·格里宾首先将我们
带回古希腊。借用康德的话
说，彼时的人们还是被自然
的襻带牵引而行。来自地外
的那颗陨石的火光，照亮了
两千四百多年前希腊埃戈斯
波塔米的天空，映在阿那克
萨戈拉的眼眸里，也给他带
去了内心的光亮。爱奥尼亚
的这位哲人秉持科学态度对
太阳神圣性的否定，使他遭
受了不公的驱逐，但也启迪
了两百多年后的埃拉托色尼
，为后者更准确地计算地球
的半径打下了基础。文艺复
兴前后，自然之光使人的肉
眼更不满足于庸常的判断，
进而使人们将目光投向天际
，甚至无畏于宗教强权——
火刑架上的布鲁诺，呼出振
聋发聩的声音。这声音背后
有亚历山大之师亚里士多德
的教导，有波兰神父哥白尼
的“异端”之思，更有一颗勇
于求真的心。正是对美德与
自然之关系的思索，催生出
自然哲学与道德哲学之间的
张力。
世界的宏大和微小，在
思想之际只是须臾。理查德
·费曼口中的“原子假说”和
德谟克利特的“原子论”没有
鸿沟相隔，二者之间是人类
两千多年来在难言之物上的
思想接力。这个过程也是实
与虚的问题由虚到实的过程
，而科学向来是问虚且务实
的。厌恶原子虚空观念的牛
顿，以其对自然哲学之数学
原理的探究，为自然规划了
一幅和谐的图景，但直到20
世纪初，原子理论才得以确
立。近代以来，观测与计算
使科学获得了坚实的地基，
人们在为观察语言和理论语
言搭建桥梁的同时，也反思
着二者之间的关系。显微镜
下的布朗运动带来的是人类
对无生命之物运动的惊奇，
爱因斯坦回归源头的思考和
基于阿伏伽德罗常数的证明
，才将观察语言真正转变为
理论语言，从而为热分子动
力学正名。然而，理论语言
之虚仍有待科学观察的充实
。就科学而言，观察的演进
对于理论的演进至关重要。
具有天然放射性的α粒子的
发现成为人类打开微观世界
的现代之光，正是汉斯·盖
革、欧内斯特·马斯登和欧
内斯特·卢瑟福的实验工作
，为原子的虚实之争画上了
句点，原子虚空的观念才得
以被广泛接受。
……
水的性质表现取决于氢
键的性质，组成水分子的氢
原子是拥有一个质子和一个
电子的简单的二体系统。有
关氢键的量子力学解释同样
应用了现代光谱技术。
1913年，尼尔斯·玻尔基于
简化的假设计算出氢原子的
光谱频率。1925到1926年
，薛定谔应用其发明的薛定
谔方程，以量子力学分析明
晰地阐释了玻尔答案正确的
原因。描述氢原子二体系统
的薛定谔方程具有解析解，
或者说，这方程的解可表达
为有限数量的常见函数。满
足这薛定谔方程的波函数可
以完全描述其中电子的量子
行为，所以氢原子问题在量
子力学中是最简单的问题，
也因此极具重要性。由于此
书的科普性质，格里宾没有
进一步展开量子力学层面的
对氢原子的研究，但他对氢
键优势的讲述简单而明晰。
氢键既可以是分子间氢键，
也可以是分子内的。氢原子
以其独有的特性可以与带有
多余负电荷的原子形成较弱
的连接，这解释了DNA何以
能够形成其重要的形状。此
外，氢键的性质使水得以在
海洋里低于冰点的环境中存
在，于是地球在经历了数次
“雪球”事件后依旧可以留存
大量的水。这为生命的演化
创造了最基本也最重要的条
件，也是格里宾将氢键定为
最重要的科学支柱的原因。
科学的支柱促成了现代
科学的世界图景的建构，而
自然之光和理性之光是这些
支柱得以矗立的根源。现代
科学已成为人类的理性之光
。对于读者而言，一本好的
科普著作会为世界观的拼图
补上关键的缺块，同时也为
连接既有部分提供路径指引
。同样作为读者，我认为只
有对世界怀有常新的惊奇以
点亮内心之光，才能够使自
己眼中的科学世界图景日臻
完整。
格里宾以一本书的体量
达致了一个简单或伤感的结
论：我们可能是孤独的。作
为宇宙间的智识生命，人类
向来走在孤独求索的道路上
，但于星火阑珊处回首，我
们定能望见科学中那闪耀的
群星。
钟远征
2022年2月22日

格里宾的科普作品激励
了几代人。
——吉姆·艾尔-哈利利（
Jim Al-Khalili），英国理论
物理学家
一本出类拔萃的科普著
作。作者巧妙地连点成线，
展示出一幅宏大图景，比其
组成部分的总和更令人感到
惊奇。强烈推荐给研习科学
的学生和科普迷。
——《物理世界》
（Physics World）

地球是圆的，在宇宙空间中运行。这是人类几百年前才戏剧性地达成的共识。它与常识如此背道而驰，以至于有些人仍然无法接受。你可能不是这些人中的一员，但你之所以接受这个故事，只是因为小时候被告知如此，而且“每个人都知道”。是这样的吗？或者你有没有停下来想一想，自日常经验看来，这是一个多么疯狂的想法，并进而考虑其证据何在呢？
要想知道地球是平的这个想法有多么合理，以及地球是圆的这一认识有多么耸人听闻，我们可以回顾一下公元前5世纪希腊雅典的哲学家阿那克萨戈拉。此人绝非平庸之辈。他根据当时最好的证据进行推理，鉴于那些事实，其推理正确无疑，但结论却被证明是错误的。然而，更为重要的却是这样一种事实，即他试图将太阳理解为一个物质性的实体，而且受制于地球上事物遵循的同样的规律。他并没有把太阳当作一种超出了人类理解的超自然现象。
引发阿那克萨戈拉猜想的导火索是一颗坠落在埃戈斯波塔米（Aegospotami）的陨石。这块陨石如此炽热，所以他推断它一定来自太阳。陨石含有铁，他进而推断，太阳一定是由铁构成的——一个移动于天际的炽热的铁球。自当时的知识状况来看，这一切都是完全合乎逻辑的。但由此引发了两个有趣的问题—那颗炽热的铁球究竟有多大，它在距地表多高的地方移动？阿那克萨戈拉开始着手回答这些问题。
阿那克萨戈拉说不上是一个旅行者，但他对一些人的描述有所耳闻，他们去过尼罗河三角洲，以及更远的尼罗河上游。那些描述提到，在夏至中午（“最长的一天”），太阳正垂直地照在现今阿斯旺大坝附近的一座叫赛依尼的城市。如果你可能在别的语境中遇到了这么一点信息，那么请准备好迎接一个惊喜。阿那克萨戈拉知道，在最长的这一天的中午，太阳与尼罗河三角洲的垂直面成7度角，他也知道从三角洲到赛依尼的距离。有了这些信息，且假设地球是平的，阿那克萨戈拉运用直角三角形的几何学轻而易举地计算出，夏至中午的太阳距赛依尼居民头顶约4000英里（以现代单位计量）。因为太阳在天空中覆盖了大约半个弧形（和月亮一样，这是超出本书范围的一个戏剧性的巧合），三角形的几何学就使他得出，太阳大概有35英里宽，和希腊南部的伯罗奔尼撒半岛差不多大小。
太阳是一个自然事物的说法，震惊了阿那克萨戈拉的同胞们，以至于他因异端言论被捕并被永远驱逐出家乡雅典。两千多年后，直到17世纪，另一位试图将太阳解释为自然现象的思想家伽利略，也被指控为异端。
但就在阿那克萨戈拉之后的几百年，另一位希腊哲学家埃拉托色尼使用完全相同的数据进行了一个略有不同的计算。你或许听过这个版本的故事。埃拉托色尼假设地球是球形的，并猜测太阳离地球如此之远，以至于太阳发出的光线是沿着平行线到达地球的。根据这一假设，在尼罗河三角洲测得的垂线外7度角与从地球中心测得的从三角洲到赛依尼的距离在地球表面所对应的角度相同（见下文图表）。这使得计算地球半径成为可能。因为角度一样，答案也是一样的——4000英里。但它现在被解释为地球的半径，而不是太阳和地球的距离。因为埃拉托色尼是“正确的”，他的版本被记人教科书和通俗的故事中，而阿那克萨戈拉就被忽视了。但这件事的意义不在于谁对谁错。好的理论有其基础，并根据可靠的证据做出可被检验的预测。如果理论通过了这些测试，它将继续被使用；如果它没有通过这些测试，就将被拒绝。综合起来，希腊哲学家的两个理论（严格说来是假说，但我不会计较措辞）告诉我们，要么地球是平的，太阳距其约4000英里；要么地球是一个半径约4000英里的球，太阳处在一个遥远但未知的距离。后来的观察和测量，才使我们有可能决定哪一个更能描述真实的世界。
这个故事还有令人警惕的方面。即使一个激进而富于远见的思想家，在寻求真理的过程中敢于直面当时的权威，也无法摆脱地球是平的这一先人之见。但阿那克萨戈拉却从未考虑过其他选择。科学史上充满了类似令人遗憾的观点，它们虽建构于无可挑剔的逻辑并且完全准确，但却是基于对某些被事实证明完全不真实的东西的未经反思的信念。科学不应是关于信念的，而应关乎对深信不疑的信念的怀疑。但这并不是说，这总能让生活归于平静，正如乔尔丹诺·布鲁诺付出沉痛代价所发现的那样。请注意，布鲁诺似乎是特意和自己的生活过不去，而不仅仅是为了追求科学。
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