物理定律对周围世界的成功解释令我们对人类知识的发展越来越自信，甚至过于自信，尤其是当我们对物质和现象的认识缺陷越来越小、越来越不重要的时候。即使是诺贝尔奖得主和其他那些令人敬重的科学家也不能免俗，有时还难免令自己落入尴尬境地。

一种著名的科学终结论出现在1894年。后来获得诺贝尔奖的阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克耳孙（Albert A . Michelson）在美国芝加哥大学瑞尔森物理实验室（Ryerson Physics Lab）发表的致辞演说中这样说道：

物理学中较为重要的基本定律和事实都已经被发现了，它们的基础是如此稳固，被新发现取代的可能微乎其微……新发现只能到小数点后6位之后找了。（Barrow, 1988年，第173页）

其时最杰出的天文学家之一，美国天文学会的共同创始人西蒙·纽科姆（Simon Newcomb）持与迈克耳孙相同的观点，1888年他写道：“人类可能正在接近可知天文学知识的极限。”（Newcomb, 1888年，第65页）即使是最伟大的物理学家开尔文男爵（Lord Kelvin，稍后第3篇中我们将见到的绝对温标就是以他的名字命名的）也被自信所征服，1901年他宣称：“如今的物理学里已经没什么新东西等待发现了。剩下的工作只是越来越精密的测量。”（Kelvin,1901年，第1页）在这些评论发表的当时，以太仍被假定为是光传播的媒质，观测到的水星轨道与理论预测间的细微差别仍悬而未决。这些疑问在当时被当成小问题，只需对已知物理定律做少许修正就可以解决。

幸运的是，量子力学的奠基人之一——马克斯·普朗克（Max Planck）比他的导师更有远见。在1924年的一篇文章中他提到了1874年所得到的建议：

当我开始学习物理学并向我敬爱的导师菲利普·冯·祖利（Philipp von Jolly）征求意见时……他告诉我物理是一门高度发展、近乎臻善臻美的科学……或许在某个角落里还有一粒尘屑或一个小气泡，对它们可以去进行研究和分类，但是，作为一个完整的体系，那是建立得足够牢固的，而理论物理学正在明显地接近于几何学在数百年中所已具有的那样完美的程度。（Planck,1996年，第10页）

刚开始普朗克没有理由怀疑导师的观点，但是当发现物质辐射能量的经典解释无法与实验吻合的时候，普朗克不得不在1900年转变成一名变革者。他提出了一种不可见的单位能量——量子，由此宣告了物理学新纪元的到来。接下来的30年里，狭义相对论和广义相对论、量子力学以及膨胀宇宙模型相继出现。

看到这些短视的前人，你或许会认为杰出的、成果卓著的物理学家理查德·费恩曼（Richard Feynman）会聪明得多。但是在1965年出版的引人入胜的著作《物理之美》中，他宣称：

我们非常幸运，生活在一个仍然能够获得发现的时代……我们生活的时代是发现自然基本法则的时代，这样的日子不会再有了。它令人兴奋、不可思议，但这种兴奋注定将要消逝。（Feynman,1994年，第166页）

我不知道科学的终结何时到来，或是何时能发现终结，抑或根本是否存在这样的终结。我只知道人类比我们通常自认的还要愚蠢。人类智力（而不一定是科学本身的）这一局限，使我确信人类对宇宙的认识才刚刚开始。

假设人类是当下地球上最聪明的物种。如果为了便于讨论，我们把物种的抽象数学能力定义为“智慧”，那么也可以进而假设人是出现过的唯一的智慧物种。

那么，这地球历史上独一无二的智慧物种足够聪明到完全理解宇宙本质的概率有多大？黑猩猩在进化上与我们极为相近，但是我们明白，无论怎么教，黑猩猩都不可能学会三角学。现在试想，地球上或是其他任一地方的某种生物，他的聪明程度和人类相比，就像人类和黑猩猩的差距一样。那他们对宇宙的了解又有多少呢？

喜欢玩井字游戏的人都知道游戏规则非常简单，如果知道先走哪一步，每一局都能获胜或是打平。但是孩子们玩这个游戏的时候就像结果是随机而无法预知的一样。国际象棋的规则同样清晰简单，但是预测对手下法的难度随着步数的增加而指数增长。因此，成年人（即使很聪明）面对国际象棋也会觉得很有挑战，结果就像谜一样无法预知。

让我们把目光投向牛顿（Isaac Newton），他是我认为有史以来最最聪明的人。

（持这种看法的不止我一个人。英国三一学院有一座他的半身塑像，上面刻着一段拉丁文“Qui genus humanum ingenio superavit”，翻译过来大致就是“这人世间，再没有比他更高的智慧”。）牛顿怎么看待自己的学识？

我不知道世人如何看我，但对我自己而言我仅仅是一个在海边嬉戏的顽童，为时不时发现一粒光滑的石子或一片美丽的贝壳而欢喜，而真理的海洋，仍在我的前面未被发现。（Brewster,1860年，第331页）

我们的宇宙好比棋盘，已经透露出了一些规则，但是宇宙的大部分仍像谜一样神秘——仿佛隐藏着秘密的规则。这些规则必是从现有的书上无法找到的。

对物体与现象的认识（它们是已知物理定律的参数变化）与对物理定律本身的认识之间的差别是任何有关科学即将终结的论断的核心议题。在火星或是木卫二上发现生命可能是有史以来最大的发现，然而，你可以打赌，其原子的理化性质和地球上原子的理化性质别无二致，不需要新的定律。

但是，让我们一瞥现代天体物理学中一些尚未解决的问题。它们暴露出眼下人类无知状态的深度和广度，众所皆知，这些问题的解决仍待物理学中全新分支的发现。

当我们对宇宙起源的大爆炸理论深信不疑的时候，我们只能推测我们宇宙视界内（137亿光年以内）的一切。我们只能猜测大爆炸以前发生了什么或为什么必须是从大爆炸开始。根据量子力学的原理，有人推测我们的膨胀宇宙来源于原始时空泡沫的涨落，同时还有无数其他的涨落演化成了无数其他的宇宙。

当我们试图用计算机模拟大爆炸后不久宇宙里数以千亿计的星系时，却无法同时与宇宙早期和近期的观测资料相吻合。我们仍未找到能够连贯解释宇宙大尺度结构形成与演化的模型，似乎我们一直遗漏了某些重要的东西。

牛顿运动定律和万有引力定律几百年来一直是成功的，直到爱因斯坦的相对论对它们进行了修正。相对论是当前的主流理论，描述原子和核子宇宙的量子力学也是主流理论之一。不过爱因斯坦的引力理论和量子力学却是相互矛盾的。在相互重叠的领域，两种理论得到了不同的结果。它们中必有一个要认错，要么是爱因斯坦的引力理论里少了可令它接受量子力学的部分；要么是量子力学里少了可令它接受爱因斯坦引力理论的部分。

或许还有第三种选择：用一种更大、包罗万象的理论代替它们。事实上，弦理论正是被发明来完成这一任务的。它试图将所有物质、能量及相互作用的存在简单解释为更高维度的不停抖动的能量弦线。不同振动模式代表着我们的低维时空里不同的粒子和力。弦理论提出已超过20年，但是以我们当前的实验手段仍无法验证它的论断。尽管备受质疑，但是它的很多论断似乎很有希望是正确的。

我们仍然不知道是什么因素或驱动力使得无生命的物质聚合成我们所知的生命。是不是有什么化学自组织的机制或规律，因为缺少可以和地球生物相比较的对应物而导致我们无法知晓，以至于我们不能判断在生命的形成中哪些是重要的、哪些是无关的？

自从爱德文·鲍威尔·哈勃（Edwin P. Hubble）20世纪20年代做出重要工作以来，我们已经知道宇宙在膨胀；但是我们刚刚才知道由于存在某些被称之为“暗能量”的、尚无理论解释的反引力，宇宙的膨胀还在加速。

总而言之，无论我们对自己的观察、实验、数据或是理论多么自信，我们还是必须承认宇宙里85%的引力来自未知的神秘来源，我们用任何手段都完全检测不到它们的存在。我们只知道它不是由电子、质子和中子这样的普通物质，或是任何会与普通物质相互作用的物质或能量构成的。我们把这些讨厌的幽灵般的物质称为“暗物质”，它仍是我们最大的困惑。

这里听起来有一点点像是科学的尾声吗？像是我们已经掌控局面了吗？像是到了庆贺的时候吗？对我来说，我们听起来就像一群不可救药的傻瓜，和我们的近亲、还在学习勾股定理（Pythagorean theorem）的黑猩猩没什么两样。

或许我对人类过于苛刻了，和黑猩猩的类比也扯得有点远。也许问题不在于某种生物有多聪明，而是整个生物界有多聪明。人们通过会议、书籍、互联网等媒体共享发现的成果。当自然选择驱动着查尔斯·达尔文（Charles Darwin）的进化论时，人类文化的进步则更多地遵循拉马克（Lamarck）的进化方式，新一代的人继承了前代获得的知识，使宇宙学知识不断积累，永无止境。

科学上的每一个发现都会给知识的阶梯新添一级，我们边前进边构筑，终点还遥不可及。我只知道，当我们构筑并攀登这阶梯时，我们会一直不断地发现宇宙的秘密。