版权信息 十二堂经典科普课 著者：吴京平　汪诘 责任编辑：杨波　李蓓　吴炜　孙桂均 ISBN：9787571000363 目 版权信息 前言 宇宙与人 时间与空间，霍金思考着整个宇宙 果壳中的宇宙，一个高维的超球面 何为实在，从哲学角度来探讨宇宙 彭罗斯兜圈子，人的意识超越算法 弦理论有多玄，多面手格林很在行 黑洞与虫洞，星际穿越给我们惊叹 复杂科学，复杂性问题真的很复杂 脑中魅影，有趣而奇怪的人脑问题 为何生病，从演化论角度解释疾病 惊人的假说，大脑里没有幽灵存在 解密，基于基因技术的个性化诊疗 发现希格斯粒子，迟来的诺贝尔奖 录 前言 宇宙与人 这本书取名《十二堂经典科普课》，真实的含义是，我们为您解读 十二本经典科普书，每读完一本书，就相当于上了一堂科普课。本书的 内容最初来自我们在喜马拉雅FM上播讲的一个科普节目，叫作“科普经 典解读课”。这个节目播出后，得到了非常多的好评。不少听众留言 说，过去一直很想看那些传闻中的经典科普图书，可总是拿起来又放 下，总觉得这些科普经典图书内容太过于高深，理解起来有困难。但是 听完这些解读课后，再去看原著，瞬间就觉得豁然开朗了。收到这样的 评价，我们自然非常高兴，这就是我们作为职业科普人的价值所在。替 大家把书读薄，把很难下咽的知识加工得易于消化。 能称得上经典的科普图书，其实非常多，我们围绕着“宇宙与人”这 个既空灵又现实的主题，精心选择了十二本经典科普书。 我们首先要解读的是宇宙主题中最经典的三部曲，霍金的《时间简 史》《果壳中的宇宙》和《大设计》。《时间简史》我想不用多说，人 人都听说过它的大名，估计你的书架上就摆着一本呢，它可以称得上科 普第一神书，自打我们看到过科普书的畅销榜单以来，它就没跌出过前 三名。不过客观地说，绝大多数人其实并没能把这本书啃下来，或者虽 然啃下来了，也只是假装自己看懂了。 而《果壳中的宇宙》和《大设计》是霍金继《时间简史》成功之 后，先后推出的另外两部力作，知名度也极高，也是科普界的畅销书。 不过与《时间简史》类似，无数人买回去了，发觉要读懂实在不是那么 容易。 这次我们将用最接地气的语言，深入浅出地为大家解读霍金科普经 典三部曲。 除了霍金的这三部曲，我们还选择了布莱恩·格林的《宇宙的琴 弦》，这也是一本知名度极高的全球科普畅销书。格林的书那是本本畅 销啊，他不但写书，还主持了非常多的科普纪录片。他在美国是继卡尔 ·萨根之后最为公众熟悉的一张科学家脸。 在宇宙这个主题中，我们还选了2017年的诺贝尔奖得主基普·索恩 的《黑洞与时间弯曲》。如果大家喜欢前两年的那部电影《星际穿 越》，那就一定会喜欢我们选的这本书，因为基普·索恩就是《星际穿 越》的编剧与科学顾问，他是全世界研究黑洞和引力波最顶尖的科学家 之一。 上面提到的这些书都是宇宙主题的，这是科普中最宏大最空灵的主 题。说句实话，宇宙离我们每个人的生活非常的遥远，这些书是纯粹为 了满足我们的好奇心的。我们除了讲最遥远的宇宙，还会讲与我们人类 自身有关的话题。例如，我们精心选取了《皇帝新脑》和《复杂》这两 本经典科普书。《皇帝新脑》作者彭罗斯是霍金的最亲密搭档，顶尖的 物理学家。《复杂》，豆瓣评分9.1，是一本真正的好书啊。这两本书 为我们详细探讨了复杂性与进化、人工智能等有关的知识。 我们还选择了诺贝尔奖得主、DNA双螺旋结构的发现者克里克的名 作《惊人的假说》。这本书探讨的话题极为有吸引力：意识到底是什 么？我们有自由意志吗？灵魂有可能存在吗？请放心，没有任何的玄学 巫术，全都是严肃的科学探讨。在基因科学方面我们为您选择的是由中 国科学院的院士、有着中国基因科学研究第一人的杨焕明院士亲译的 《生命的语言》，作者柯林斯是一位常年占据《纽约时报》畅销书榜单 的作者。 为了让大家了解更多前沿的科学进展，我们还选择了湖南科学技术 出版社2018年引进的两本重磅好书，其中就有被《细胞》杂志评选为演 化医学圣经的《我们为什么会生病》，听这名字就知道这本书的主题 了。还有正在风靡全美国的畅销书《脑中魅影》，它涵盖了当今医学界 对我们自身大脑认识的最前沿成果，非常值得阅读。 感谢湖南科学技术出版社的多位编辑老师，没有你们的支持，喜欢 我们的读者就拿不到这本书。特别感谢我们的写作助理黄晓燕女士，是 她逐字逐句地将我们的口播文字稿整理成了整洁的书稿。不过，由于原 稿是一个俩人谈话类的音频节目，因此，可能在书稿中无法彻底剔除所 有口播节目的痕迹，也希望得到您的理解。 我们都是科普组织“科学声音”的成员，以向公众普及科学知识，传 播科学精神为己任。如果您也想为我国的科普事业出一份力，欢迎您关 注“科学声音”的微信公众号，了解更多我们的文字、音频和视频作品。 中国的希望在于开启民智，而开启民智的关键则在科普。 科学史评话　吴京平 科学有故事　汪　诘 2019年1月6日 时间与空间，霍金思考着整个宇宙 本章免费听书 如果说科普书也有兵器谱的话，那么占据第一把交椅的毫无疑问就 是《时间简史》，它全球总销量估计有好几千万册，总码洋上亿美元。 但是客观地说，绝大多数人，粗略估计超过90%的人，买回去以后是看 不下去的，因为看不懂。很多人硬着头皮啃完，也是假装看懂了。大家 都知道，这本书是著名的英国物理学家、大名鼎鼎的史蒂芬·霍金的著 作，下面就必须要给大家介绍一下作者的生平。 霍金其人 霍金生于1942年的1月8日，算起来正好是伽利略逝世300周年的纪 念日，也算是一个巧合吧。他的家人都是高级知识分子，有人到他家一 起吃饭的时候发现，每个人都是一边看书一边吃的。所以呢，大家都觉 得这一家人有点古怪，比较符合大家印象里对科学怪人的某种描述。他 家房子很大，但是很简朴。 15岁的小霍金就接触到了所谓的宇宙膨胀的理论。在他看来，一个 动态的宇宙是不可思议的事儿。他当时更相信所谓的稳恒态宇宙。当时 有一位著名的科学家霍伊尔常在电视上给大家讲述各种各样的科普知 识，小霍金非常崇拜这个霍伊尔，马上成了他的小粉丝。这个霍伊尔就 秉持稳恒态宇宙的观点。他把当时伽莫夫等人提出的理论戏称为“大爆 炸”，后来这个名字不胫而走，变得家喻户晓。“大爆炸宇宙学”由此得 名。霍伊尔一不留神给对手做了个广告。 后来，霍金考进了牛津大学，在大学里他是个幽默的招人喜欢的学 生。大家通常看到的霍金的形象都是歪在轮椅里，只有眼睛能动的残障 人士。但是大家很难想象，学生时代的霍金是个运动的好手。课程对他 来讲也太简单无聊了，不得不承认，学霸就是我们难以想象的状态。在 校期间，他加入了牛津的赛艇队成为一名舵手。因为舵手不参与划桨， 所以体重越轻越好。霍金瘦弱的身体恰好符合要求。 大学毕业以后他考上了剑桥的研究生。但是，年仅21岁的他就不得 不告别了一切运动，因为他患上了一种病，俗称渐冻人症，最终全身上 下都会不能动弹。医生告诉他，已经活不了两年了。但是霍金就是个生 命的奇迹，他一直活到了76岁。他不仅是生命的奇迹，也是科学史上的 奇迹。他全身不能动弹，一切都要靠脑子计算，看书都要助手拆成一页 一页地摊在桌子上，可见他要付出多大的代价。就在这样的条件下，他 做出了伟大的成就。 如果他只是在研究深奥难懂的广义相对论和宇宙学，或许他在圈子 里很出名，但是绝不会让他变得家喻户晓。真正使他出名的，就是这本 号称只有一个公式的《时间简史》。这本书向公众展现了霍金自己的研 究成果以及20世纪物理学的伟大成就。原来在物理学家眼里，我们的宇 宙如此不同。这本书可以说是科普畅销第一书，常年占据榜首位置。当 然啦，霍金也因此改善了生活条件，毕竟残障人士的医疗保障和生活成 本是很高的。 大家了解了霍金的个人经历和时代背景以后，笔者就一边给您介绍 这本书里的内容，一边讲述20世纪的物理学是如何毁三观的，也讲讲霍 金本人在宇宙学研究中的成就。 就在他身体每况愈下的时候，霍金刚好在剑桥大学读研究生，他本 来是想成为儿时偶像霍伊尔的学生，无奈阴差阳错没有成功，他的导师 是当时名不见经传的丹尼斯·夏玛。正是这个夏玛老师带出了一支广义 相对论和宇宙的的研究团队，霍金在此认识了著名的数学家、物理学家 彭罗斯。他开始真正关注有关宇宙学的内容，这些内容让他着迷。 《时间简史》的一开篇，霍金就讲述了一个故事，这个故事很有 趣，一个科学家在向大家讲述日月星辰的运动，比如“地球绕着太阳 转”等基本知识。这已经是现代人都知道的基本知识，也是老生常谈。 但是现场有个老妇人站起来发表了自己的高见：“天文学家说的都是胡 扯，我们的大地实际上是由一只巨大的乌龟驮着的。”天文学家追 问：“那么这只乌龟又站立在什么地方呢？”“站在另一只乌龟的背 上。”老太太脱口而出。老太太还真有数学头脑，她描述了一个无限递 归的乌龟塔。 深究起来，这个故事来源于古印度，古印度人说，大地是四头大象 在四个角支撑，大象站在乌龟背上。所以说，在古代，大家对于宇宙的 认知往往是充满想象力的。但是，稍有逻辑思维的人都会知道，这样的 描述是漏洞百出，不能自圆其说的。 第一个真正意义上的理论化系统化的宇宙学说，是托勒密的“地心 说”，它不但体系完整，而且还能比较精确地进行计算。不过笔者想提 醒大家注意，托勒密并非原创，他只是一个总结了前人的成果的集大成 者。他写了一本叫《天文学大成》的书，描述了他的地心说体系，也称 《至大论》。大家不要以为托勒密只是做了日月星辰围绕地球转的定性 论断，人家的书里有极其复杂的数学公式，可以计算和预测天象，所以 这个学说普遍被大家接受了。但是在1514年，也就是说这本天文学的大 学教材整整使用了1500年之后，它遇到了挑战，哥白尼提出了一个更加 简单的模型，叫作“日心说”。 哥白尼开启了对宇宙认知的革命，再后来就是到了1684年，牛顿出 版了一本书，那就是《自然哲学之数学原理》。可以说这本书是划时代 的巨著，开启了经典力学时代。牛顿告诉我们，天上地下遵循同样的规 律。物理法则是具有全宇宙的普适性的。无论是月亮绕着地球转，还是 人会感受到重力，都是因为背后相同的物理原理——万有引力。 写到这里，霍金话锋一转， 他提出，按照万有引力定律，所 有的天体都在相互吸引，那么天 长日久，所有物质都该聚集在一 起，而不是一颗颗的星星保持不 动。按照牛顿定律，宇宙绝非永 恒的。可是在当时没人相信宇宙 不是永恒的，这个问题也只能摆 在那里，回答不出来。 看一看 1823年，一个叫奥伯斯的天 文学家提出了一个很大的问题。假如宇宙是无限大的，那么我们根本就 不可能有夜晚，因为从地球上看去，每个方向上都分布着无限多的恒 星，根本不可能有什么夜空。这叫“奥伯斯佯谬”。 总之，一直到20世纪之前，宇宙问题都是只能拍脑瓜想象罢了。四 方上下曰“宇”，古往今来曰“宙”。空间、时间、永恒等话题都是哲学家 们在扯来扯去，大