前言

闭上双眼。

诚然，阅读通常需要睁开眼睛。如果你现在捧着的是纸质书，那么过一会儿你必定需要睁开眼睛，因为闭着眼睛显然看不到我们接下来要说的内容。

不过，现在还是请你先闭上双眼。

在这片刻的黑暗之中，似乎什么变化也没有发生。文字仍然停留在书本上（谢天谢地），这本书也仍然被你捧在手中。在睁开眼睛的一瞬间，光线涌入双眼，你会发现好像周遭的所有事物都和闭上眼睛之前保持一致，就像你在美美地睡上一觉之后睁开双眼时一样。你看，或者不看它，世界就在那里。这个事实似乎理所当然，甚至多加思考都会显得有些傻乎乎的。但是事实上，你也是经过了一番学习，才搞清楚了那些如今被你认为是显而易见的事情。

下次你逗小宝宝玩的时候，可以试着将一个玩具藏到他们面前的毯子下面。如果小宝宝的月龄不到6个月，那么无论他们此前多么喜欢这个玩具，他们都不会试图掀开那块毯子来寻找它。这并不是因为他们没有掌握抓取和挪动布料的技能，而是因为他们对这个世界的了解远不及你——小宝宝根本意识不到这个玩具仍然存在。在他们的小脑袋瓜里，你藏起来的玩具在你盖上毯子的那一瞬间就已经从这个世界上消失了。这就是为什么小宝宝总会对躲猫猫乐此不疲，也是世界上所有的人、所有的文化都离不开躲猫猫这种游戏的原因。当你用双手盖住自己的脸，一个年幼而不成熟的头脑会认为你真的消失了，可能会从此不复存在。当你挪开双手时，小宝宝才能意识到你的存在并没有被这个宇宙抹去，他们的喜悦随着欢快的笑声而盛然绽放。

躲猫猫这个例子可以充分地说明，人类在了解宇宙和存在于其中的所有事物时有多么无能。我们对这个世界的理解并不是与生俱来的。我们是通过学习才获知，当我们看不到某样东西（包括人在内）的时候，它们是不会凭空消失的。对于婴儿来说，这是他们认知发展之路上极其重要的里程碑，我们称之为“客体永久性”，这是许多其他动物永远无法掌握的东西。你只要遮住鳄鱼的眼睛就能将其制服，也可以通过盖住整个鸟笼的方式让一些鸟类安静下来。这不仅仅是因为它们觉得黑暗的环境让自己更加放松，更是因为它们意识不到那些困扰着它们的人类仍然存在——在毯子的另一侧。

为什么人类的大脑会执着于客体永久性？几乎所有存在过的生命都以生存为第一要务——至少也要活到能够繁衍后代之后。地球上的大多数生命都不关心世间万物为何展现为现在的模样。屎壳郎会在夜间借助银河系来辨别方向，但是它们却对星系的结构以及宇宙中的绝大部分质量去哪儿了这样的问题兴致缺缺。生活在你眉毛中的无害小螨虫以我们的皮肤组织为食，然而它们却对共生共存的概念一无所知。在看到这句话之前你可能也完全不知道它们就在这里，但它们确实存在。雌孔雀会认为雄孔雀那滑稽的尾巴极为性感，让它难以自拔；这些尾巴为什么这么有吸引力当然能用复杂的方程式来解释，但孔雀对这些方程毫不在意，它只是单纯地喜欢而已。

古往今来，只有一种动物会提出这些问题，那就是我们人类。在10万年前的某个时候，一群体表大部分没毛的猿类开始对身边的几乎每一件事物都感到好奇。这些猿类的大脑在此前的100万年中变得越来越大，于是他们开始做一些其他动物从来没有做过的事情：他们开始涂鸦、画画、演奏音乐以及玩躲猫猫。

可别把史前人类的生活浪漫化了：和现在相比，史前生活还是相当悲惨的，生存仍然是每个生命的第一要务。不过，我们的祖先已经先于大自然中的其他物种迈出了一大步，他们不仅考虑迫在眉睫的生存问题，还开始考虑整个宇宙以及自己在其中所处的位置。不过，现在的我们仍然还是猿——我们的大部分大脑和身体从本质上来说仍然只关心生存和繁衍。在过去的25万年里，我们的身体和基因都没有发生太大的变化。假如让一个来自30万年前的非洲男人或女人通过时间旅行来到现代，给他们收拾利索、理好头发，穿上漂亮的礼服或是运动休闲装，再放到大街上去，你并不可能从汹涌的人潮中认出他们。从人类并不关心宇宙如何运转这类高深思维的史前时期到现在，我们的生物学硬件在很大程度上没有什么改变。

所有这一切都意味着，我们的感官往往与我们的真实需求不相匹配。尽管我们不再需要成天忧心会不会有捕食者将我们吃掉，但我们还是可以迅捷地奔跑、跳跃。我们总是渴求甜的、咸的或是高脂肪的食物——在食物稀缺的年代，对于狩猎采集者来说，这种优先考虑输入高热量的做法是一种非常明智的策略，但是在每次吃完芝士汉堡之后都能再来一杯冰激凌的现在，这种策略就没什么用了。

这些进化的后遗症超越了我们的本能，也影响了我们的直觉。如果你问我们未曾受过科学教育的先祖，地球是什么形状的，他们很可能会告诉你地球是平的。这个答案当然也是有道理的，地球看起来确实很平（而且如果地面不是平的，我们就会掉下去），但它一点儿也不平。在第3章中，我们将会对这块大石头展开深入的探索，并且确定这一点：它不是平坦的，但也不是一个球体。由于地球自转的原因，其形状是一个扁球——大概就像一个气不太足的皮球，两极有些扁平，而中间略微突起。

在我们的视角下，太阳的运动看起来很像是绕着地球公转：在过去的45.4亿年里，它每天早上都从地面的一端升起，掠过整个天空，再从另一端落下。但实际情况其实是地球围绕太阳运行，而且其运动轨迹也不是正圆。对我们来说，当地球绕着太阳公转的时候，太阳在空间中是静止的。但实际上，太阳和我们整个太阳系正以约827 000千米每小时的超高速度围绕着银河系中心某一点运行，完成一周公转的时间就是一个银河年（2.5亿年）。我们坐在躺椅中看书的时候可从来都感觉不到一丝丝这种运动。

好奇心可能是人类有别于其他生物的标志，但光有好奇心是不够的。人类出于好奇心对现实世界的未解之谜提出问题时，不一定能立刻得出正确的答案。我们编造了数不胜数的神话故事来解释大自然中令人费解的现象：维京人认为，天空中震耳欲聋的雷声是雷神托尔驾着他的山羊战车穿越天空的声音，而他那把恐怖的雷神之锤妙尔尼尔就是闪电的来源。澳大利亚原住民古奈人则认为极光是神灵世界中的山林大火。

这些关于神、山羊和鬼魂的故事至今仍在每一片大陆上被数十亿人传诵着。其中一些故事看起来好笑，但是它们从直觉上看是有意义的，而直觉是一种非常强大的东西。我们只能透过人类的有色眼镜来观察宇宙，但事实很大程度上并非如我们所见。你将会在本书里看到，一天并不是24小时，一年也不是365（又1/4）天。当我们坐在落日的余晖中欣赏地平线上的太阳时，它其实已经落到地平线以下了：地球的大气层使光发生了折射，所以尽管太阳已经落下，我们也能看到它。孩子们在聚会上吃下的甜食和蛋糕并不是让他们满地乱跑的原因。每年在浴缸中溺水而死的人比恐怖分子和鲨鱼杀死的人加起来还要多，但是（目前）还没有哪国政府出台过管控洗澡的法律。

无论怎么看，直觉都是一个糟糕的向导。

终于，我们这些富有好奇心的猿类意识到了这一点。我们为了跳出人类受限的视角，创造了科学和数学，从而能够看到世界客观的模样，而不是仅凭自己的体验来感受世界。我们认识到了自己感官的局限，并且想方设法突破限制，竭尽全力地追寻狭窄视野之外的事物，倾听耳朵可听范围之外的声音，测量可见范围之外的距离，朝向无限大和无穷小的世界不断进发。

从那时起，我们就一直在努力了解现实世界的真实情况究竟是什么样，这就是科学的主旨。我们已经在这条路上摸索了几百上千年，也遭遇了不少挫折。早期的探索往往滑稽而可笑，而且总是跳脱不出神和山羊的桎梏。柏拉图认为，我们之所以能看到东西，是因为我们的眼球会发出一束看不见的射线，它可以对接触到的东西进行探测和研究，但他并没有给出有关电磁波谱和神经元光信号传导的理论。早期的生物学家认为精子中包含一个小矮人，也就是一个超小版本的人类，而女人的任务仅仅是作为一个容器来孵化这个迷你人，直到它成长为一个完整的婴儿。艾萨克·牛顿是一名炼金术士，他在把铅变成金子这件事上耗费的精力远远超出对宇宙运转方式的研究。伽利略不仅是一位天文学家，同时还是一名占星术士，每当缺钱的时候，他就会为顾客提供有偿的占星服务。气体化学之父范·海尔蒙特认为，只要你把一些小麦种子和汗湿的衬衫塞进一个花瓶，并将其放到潮湿的地下室里静置21天，里面就会产生老鼠。

长久以来，科学研究犯过的错误数不胜数。可能有人会说，犯错其实就是科学的职责，这样我们才能找出还有什么地方能够改进，然后通过几轮勘误让一切走上正轨。总体来说，历史的车轮总会朝向进步的方向前行。我们已经建立了延续几个世纪的高级文明——我们改造了大自然、培育了动物和农作物、养活了数十亿人口；我们凭借数学和工程学修建了可以屹立上千年的建筑物，建造了能够环球航行的船只（也正是通过环球航行，我们才知道地球原来不是平的）；我们还根据太阳系的动力学情况设计出了宇宙飞船，可以访问数十亿千米之外的外星世界；我们甚至还在整个地球上的各处部署了机器人。在不久后的某一天，我们中的某个人将会在前人光辉的照耀下踏上火星，成为有史以来第一个踏上那个星球的猿类。

这些都是值得欢呼的成果。科学和数学是万能的工具箱，里面塞满了最奇妙的仪器、设备、构想和发明创造，我们可以依靠这些增强自己的能力、扩展自己的感官，从而观察到越来越多的现实。

这本书可以作为一本指导手册，它会告诉你如何抑制自己与猿类无异的大脑仅凭感官认知宇宙的倾向，转而去认清宇宙的真实面貌。它讲的就是直觉之下的真实和科学家发现的真实之间的区别。通常情况下，真实情况会让人难以置信。

这本猿类认知指导手册中的建议来自截然不同的两个科学领域。汉娜是一名数学家，她以理解人类行为模式为目的，专门针对大量数据展开研究。亚当是一名遗传学家，他通过研究DNA（脱氧核糖核酸）来观察生物如何适应环境并生存下去，以及地球上的生命如何演化成如今丰富多彩的模样。就像所有科学领域中的其他科学家一样，我们只是在试图弄明白这个世界运行的规律。人们有时会误以为（甚至还把它错误地教给下一代），科学是知识的宝库。毕竟，“科学”（science）这个词来源于拉丁语“求知”（scire）。但是科学并不是“知道”，而是一个从“不知道”到想办法“知道”的过程。

这本书回答的问题乍看起来很简单、很愚蠢，甚至完全让人摸不着头脑。外星人长什么样？我的狗爱我吗？如果有一个“太空死亡教”全身心地崇拜即将到来的末日，那么当末日没有降临的时候他们会怎么做呢？

问题本身很简单（其中可能不包括太空死亡教的问题），但是在找出答案的过程中，我们发现它们不经意间泄露了宇宙真正的奥秘。我们只有在关闭自己的猿类大脑、使用我们发明的工具来克服进化带来的障碍时，才能看清这些奥秘。这些问题的答案揭示了我们的直觉有多不值得信任，以及在科学的武装下，我们在超越自己的道路上走了多远。

这本书讲述了宇宙的故事以及我们理解它的方式，解释了很多像时间、空间、时空和无穷这样的大概念，以及一些诸如“现在是什么时间？”这样的问题。这个关于时间的问题背后并不是“我早就该睡了”或是“你是不是该把图书馆的书还回去了？”，而是探索要通过哪一种实际、普遍、明确、绝对的测量方式才能将“现在”置于已经发生的事情和将要发生的事情之间。这个问题将带着我们踏上征途，与身处险境的水手、焦虑的银行家、古老的珊瑚、爱因斯坦和太空激光并肩前行。但我们也会讲述为什么人类如此容易犯错，以及我们如何避免犯错的故事。我们会讲述进化何以带来具有欺骗性的感官，但也会讲述它如何赋予我们神奇的大脑，让我们能够绕过重重障碍，陶醉于宇宙的奇迹当中。

这本书中有我们最喜闻乐见的故事——关于我们如何知道我们所知道的事情，以及我们在不断求知的道路上反复试错的故事。科学家和探险家的错误、自负、洞察力、智慧和偏见，以及他们艰苦的工作、悲剧、死胡同、好运气和一些非常非常糟糕的决定，所有这些都是历史的拼图碎片，我们正是凭借它们才能走到今天。这本书歌颂了帮助我们回到正轨的错误：改变自己的想法绝非易事，但随时准备纠正错误是一种美德（对于所有领域而言都是如此，但在科学领域尤甚）。这是一场穿越时间和空间的旅行，也是一场贯穿身体和大脑的游历，它会展示情感是如何强有力地塑造了我们对现实世界的看法的，以及我们的大脑是如何欺骗我们的。将上述所有内容合在一起，就是这本书中最宏大的故事：一群体表大部分没有毛发的猿类如何凭借其独特的、与生俱来的好奇心，不再满足于世间万物的表象，而是下定决心探索宇宙及其内部一切事物的结构。

现实并不是你所见到的模样。如果你已经做好准备，决定出发寻找答案，这本书就是你的指南。史上最精良的科学工具将如何引领我们看到这个世界的真面目？让我们拭目以待。