前言

终有一日，今天的未知之谜会得到解开，但那需要漫长的勤勉研究。人类寿命有限，一个人穷尽毕生之力也不足以攻克天空这如此巨大的课题。……因此，唯有经过岁月和持续数代的研究，此等知识才能逐渐显现。终有一日，我们的子孙会惊讶于他们的先人竟不了解那些无比浅薄的常识……待到谜团揭开之时，我们早已被遗忘。如果宇宙无法为人类世代提供无穷无尽的谜题，那它就实在太渺小，太可悲了……大自然不会一下子彰显它的全部奥秘。

——塞涅卡，《自然问题》卷七，1世纪

古人在日常对话和生活中，总是把最平凡的事物和最宏大的宇宙联系在一起。这里有个有趣的例子，公元前1000年的亚述人在被牙痛所扰时，会念诵这样一段以宇宙起源为首、以祛除牙痛为尾的咒语：

安努造天空，

天空造大地，

大地造河流，

河流造小溪，

小溪造沼泽，

沼泽造蠕虫，

蠕虫面觐沙玛什，

在伊亚面前哭泣：

“你给我什么当食物呢，

你给我什么喝？”

“我会给你无花果干，

还有杏仁。”

“它们与我何干？无花果干，

还有杏仁！

让我居住在牙齿间，

让我居住在牙龈里！……”

因你说的这些话，小虫子，

愿伊亚用他的力量

毁灭你！

（对付牙痛的咒语）

配方：二等啤酒……与油调和；

念三遍咒语，然后把药涂抹在牙上。

我们的祖先渴望了解世界，只是未找到正确的方法。他们想象中的宇宙小巧、古雅又完整，由安努、伊亚和沙玛什等神明掌控。在古人的宇宙里，人类即便不是万物中心，也扮演了重要角色，我们和大自然的其余部分紧密相连，就像用二等啤酒治疗牙痛，也与最深奥的宇宙秘密相关。

时至今日，我们才找到了理解宇宙的良方。它名为“科学”，既有效，又优雅。科学揭示出的宇宙如此古老，如此浩瀚，以至于人类在其中的戏份乍看之下无足轻重，我们和宇宙的距离反倒显得更远，甚至变得遥不可及，星空不再与日常事务有什么相干。然而科学同样揭示出，宇宙不但有着令人头晕目眩的宏伟尺度，也可以为人类所理解。从本质上来说，人类诞生在宇宙一隅，命运早已注定与之紧密相连。我们最寻常、最琐碎的事务，都可以追溯到宇宙及其起源——这正是本书所致力于呈现的视角。

1976年夏秋，作为“海盗号”着陆器飞行成像团队的一员，我和上百个科学家同僚一道参与了火星勘测行动。这是人类第一次把航天器降落在其他行星上，可谓开创历史。我们收获了惊人的成果（详见第五章），但对于这件大事，公众似乎并不买账。媒体只有零星报道，电视节目对此也漠不关心。当“火星上是否有生命”的问题答案逐渐明朗，人们的兴趣更加低落。对于那些模棱两可之事，人们甚少耐心。我们宣布火星天空的色泽近似桃黄，而非此前错误报道的蔚蓝，结果引来了记者嘘声一片。即使只是在颜色上，他们也希望火星能和地球一样。他们相信火星和地球的相似度越低，观众的兴趣就越寥寥。然而实际上，火星上气势雄浑的景观美得令人震惊。以个人经验而言，我相信全世界人民都会对行星探索和相关课题抱有兴趣——比如生命、地球和宇宙的起源、对地外文明的搜寻、我们和宇宙的关系，等等。我还确信，这种兴趣可以通过最强有力的媒体——也就是电视——被激发。

“海盗号”数据分析和任务规划主管B.金特里·李（他的组织能力非凡）也有同感。我一开始只是打趣说应该想办法改变目前的状况。结果李给了个建议，说我们不如合伙成立制片公司，用一种既受欢迎，又易于理解的方式传播科学。于是在接下来的几个月里，我们接触了一系列项目，其中最有趣的是洛杉矶公众广播KCET提出来的那个。讨论后，我们同意制作一部共十三集的电视纪录片，以天文学为主题，同时平易近人。它的目标群体是普罗大众，需要有强大的视效和音效以唤起人们心中的情感。再后来，我们和承包商进行洽谈，聘了执行制片人，然后开始了为期三年、名为《宇宙》的项目。

写这篇文章时，全世界范围内收看电视纪录片《宇宙》的观众已经突破了1.4亿，或者说，地球总人口的3%。这表明大众远比通常以为的更聪明。世界的本质和起源这类自然科学中最深奥的问题，点燃了无数人的兴趣和激情。我们身处的时代处于决定人类文明走向，甚至物种存亡的十字路口。不论去向何方，我们的命运都与科学密不可分。掌握科学，实际上已成为生活的必要前提，但这过程本身也妙趣横生；漫长的演化使人类乐于理解新鲜事物——因为那些善于获得新知的人更有可能存活。《宇宙》系列电视纪录片连同本书，为如何传播科学思想、方法和乐趣提供了一个佳例。

本书和电视纪录片相辅相生。不过书本和电视的受众并非全然一致，传播方式也各不相同。书本最大的优势在于，读者能反复阅读晦涩难懂的章节，而录像和影碟类似的功能刚起步研发；对作者来说，在书中深度拓展一个专题，比在时长58分30秒的非商业电视纪录片里把事情说清楚更方便。正因如此，本书在许多主题上的探讨比电视纪录片更为深入，还有一些纪录片不曾涉及的内容。当然了，纪录片所提及的东西，本书也未完全包括，比如那张清楚明了的“宇宙历”，就只能在电视上看——部分原因是我在《伊甸园的飞龙》中曾谈过这个话题；同理，书里不会细谈罗伯特·戈达德的生平，因为《布罗卡的脑》中专门为此辟出了一章。不过纪录片的每一集都对应本书的一个章节；我相信这种联系会增加阅读的乐趣。

为了方便理解，有时我会反复讲解同一个主题，力求由浅入深。打个比方，第一章里，我先对天体进行了大致介绍，然后才从更细节的角度进行阐释；讲突变、酶和核酸的第二章也采用了这种形式。有些情况下，书中提及的概念不按时间排序。例如第七章讲古希腊科学家的思想，但早在第三章，我们就先行讨论了开普勒。这样的安排，是因为我相信，只有在意识到古希腊人曾距离真知不过咫尺后，读者才能更深刻地理解他们完成的到底是何等伟业。

科学无法与人类的其他活动割裂，不把它和社会、政治、宗教和哲学问题联系起来（对这些问题，本书有时概述，有时则会详解），探讨就无从展开。从现实角度说，我们在科学纪录片拍摄过程中就曾遭到愈演愈烈的全球军事活动的干扰。

用等比例“海盗号”着陆器在莫哈维沙漠模拟火星探索时，拍摄活动数次遭到打断，因为美国空军要在附近靶场进行轰炸练习。亚历山大港也不安生。埃及空军会在每天早上九点到十一点，把我们下榻的酒店当作扫射练习的目标来飞上一遭。在希腊萨摩斯，由于北约军演，和各种显然为安放火炮和坦克而设置的地下与山坡掩体，我们等到最后一刻才拿到自由拍摄许可。捷克斯洛伐克的郊区公路上，我们的无线对讲机引起了某战斗机驾驶员的注意，他在头顶盘旋了好一阵子，直到我们用捷克语联系当局，解释这只是给拍摄做后勤准备，不会威胁国家安全后事情才算过去。摄制组在希腊、埃及和捷克斯洛伐克工作时，不管走到哪儿都有国家安全机关的特工陪同。我们本打算去苏联卡卢加，拍些俄国航天先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基生平的相关内容，但计划胎死腹中。后来我们发现，当时他们打算在那里审判异见人士。无论在哪个国家，我们的摄制组都感受到无数的善意，但全球军备竞赛以及各国怀有的恐惧也如影随形。这段经历坚定了我的决心：我将在纪录片和本书中，对相关的社会问题进行讨论。

科学不断发展，永无终结，不存在什么终极真理能让所有科学家解甲归田。正因如此，对科学家，以及世界各地的、非专业但对科学发现抱有浓厚兴趣的人来说，这世界乐趣无限。从首次面世至今，《宇宙》的内容依旧不显过时，但在此之外，人类又获得了许多重大的发现。

“旅行者”一号和二号在飞跃土星时见证了这个行星系统的诸多奇迹，复杂的星环、成群结队的卫星，其中最引人关注的是俗名“泰坦”的土卫六——和早期地球类似，它大气中的稠密云层由复杂有机分子组成，地表可能还存在液态碳氢海洋；最新观察表明，许多年轻恒星周围存在碎石带，行星或诞生其中，这暗示着银河系存在海量行星；在温度极高的地球海底喷口附近，人们意外发现了以硫为食的生物；越来越多的新证据表明，彗星会周期性地闯进内太阳系，导致地球物种的大量灭绝；我们探查星系间的广袤空间，发现那里似乎完全不存在任何恒星系；关于宇宙组成的研究有了新的重大突破，我们对宇宙的终极命运有了更多了解。

新知的步伐仍在继续。日本、欧洲航天局和苏联的飞船计划在1986年对哈雷彗星进行抵近观测。美国制造的史上最大太空望远镜会在这个十年结束前升空；人类终于有机会真正通过空间任务探索火星、其他彗星、小行星和“泰坦”；美国“伽利略号”航天器计划于1988年抵达木星，首次将探测器送进木星大气层之内。

然而科学的发展也有阴暗面：最近的研究表明，如果核战打响，那么原爆扬起的尘埃将遮天蔽日，导致地球寒化。即使是那些没直接参与战争的国家也会因此遭遇前所未有的灾难。技术的发展既能帮人类进一步探索宇宙的奇迹，也能让地球陷入混乱无序。我们有幸生于史上最重要的时代之一，甚至有幸决定历史的走向。

《宇宙》项目规模庞大，我没办法在这里向每一个为它做出过贡献的人表达谢意。但我要特别感谢B.金特里·李；纪录片的制作人员，包括资深制片人杰弗里·海茵斯-斯泰尔斯、大卫·肯纳德和执行制片人艾德里安·马龙，艺术家乔·隆伯格（他在《宇宙》视觉效果设计和组织阶段起了关键作用）、约翰·艾利森、阿道夫·夏勒、里克·施特恩巴赫、唐·戴维斯、布朗和安妮·诺尔察；顾问唐纳德·戈德史密斯、欧文·金格里奇、保罗·福克斯和黛安·阿克曼；卡梅隆·贝克；KCET管理层，特别是格雷格·安道菲尔，他向我们传达了KCET的提案，查克·艾伦、威廉·兰布、詹姆斯·洛佩尔；还有《宇宙》电视纪录片的承销商与联合制片人，包括美国大西洋里奇菲尔德公司、公共广播公司、亚瑟·维宁·戴维斯基金会、阿尔弗雷德·P.斯隆基金会、英国广播公司和波利提尔国际公司。另一些帮助我澄清事实或方法的人会列在书后。当然，本书的最终责任人是我。我得感谢兰登书屋的工作人员，包括编辑安妮·弗里德戈德。他们不仅工作出色，还在纪录片和书本的最后档期起冲突时展现出了极大的耐心。我要格外感谢我的行政助理雪莉·阿尔丁。她乐天开朗，工作高效。雪莉不但负责本书初稿的打字工作，也参与了成书的各个阶段。实际上，她对《宇宙》项目贡献良多，远不止于此。对于给了我两年假期来从事此项目的康奈尔大学，以及我的大学同事、学生，还有我在NASA、喷气推进实验室，以及“海盗号”成像团队的同事，我的感激之情同样无以言表。

《宇宙》创作过程中，给予我最大帮助的人是电视纪录片的合作编剧安·德鲁彦和史蒂文·索特。他们对《宇宙》系列的基本创作理念、整体知识结构、章节的安排和风格的奠定做出了重大的贡献。他们对本书早期版本的批评，在后续版本提出的建设性、创造性修改建议，还有对纪录片脚本的定夺，都影响了本书的最终成稿。和他们的数次讨论让我获益良多，这也是《宇宙》项目带给我的最大回报之一。

于伊萨卡和洛杉矶
1980年5月
1984年7月修订