前言

科学中最重要的四个字是“我不知道”。这就是启蒙的开始，因为“不知道”暗示着存在一个充满机遇的宇宙，带来了发现和惊喜的可能。

如果说历史给了我们什么指引，那就是，关于宇宙我们不知道的比知道的要多得多。这有时被误解成了我们几乎一无所知。说实话，我们已经知道很多事情了，这指引着我们寻找更多知识。但承认诸多宇宙之谜犹存，为科学事业带来了一种长期的希望，更不用说这可是一种宇宙级的工作保障了。

在现代科学过去500年的历程中，我们了解的世界的边界不断拓展，超出了我们有直接经验的宇宙范围。然而，基本的存在之谜犹存：我们的宇宙如果真有一个开端，它是如何开始的？它将如何终结？宇宙有多大？在我们所见之外还有什么？支配我们存在的基本规律是什么？这些规律在任何地方都是一样的吗？我们的经验世界是由什么构成的？哪些东西仍然隐藏在视野之外？地球上的生命是如何诞生的？我们是孤独的吗？意识是什么？人类的意识是独一无二的吗？

这些问题继续驱使着我们探索，但就像在幽暗的森林中越走越远一样，宇宙谜题持续存在，而且变得越来越深刻，也越来越令人兴奋了。历史的教训是，每一次发现都会带来新的谜题，都会带给我们一个重要的新视角去了解这些亘古不变的基本问题的意义和内涵。

这些谜团是移动的标靶，它们定义了科学的最前沿，也就是迈入未知的那道门槛。探索这道门槛是为了更深入地理解科学已经取得了多大的进步，而这本书的目的便在于此。

要详细了解我们未知的到底是什么，少不了做一些智力上的准备，对有志于从事科学研究的人来说则可能需要大量准备。做到这一点，就代表着从一名学生蜕变成为一位专业的研究人员。但若只是对当前知识的局限性有一种基本的认识，而非完全掌握它们，则是容易得多的事情了。

这本书的目的正是为非专业的读者提供这样一种认识。它的结构围绕着前面提到的那些重要的未解之谜，章节大致按照时间、空间、物质、生命和意识安排。每个部分都涉及一系列显而易见的谜团，它们会被列在该部分的开头。我希望它最终会是一次对知识的庆祝，而不是对无知的颂扬。这是一封邀请函，让我们沉思并欣赏我们生活的这个宇宙。

物理学家理查德·费曼思考过，我们最终有没有可能发展出一种理论来解释所有宇宙现象。他觉得也许不会，我也一样。但正如他所说，即使现实就像某种无限的宇宙洋葱，每一项新的发展都只是剥开了一层，这对他来说也足矣。他只想每一天比前一天多了解宇宙一些。我猜，他每每做到这一点时都会大吃一惊。因为对我而言，这就是宇宙最迷人的一面，它不断为我们带来惊喜。自然的想象力远远胜过人类的想象力。在我自己的研究中，如果哪一天一切都是合情合理的，那我才惊讶呢。

这就是为什么我们必须不停地借助实验进行探究。如果只是提出理论或者猜想，我们很可能就会在错误的道路上徘徊。实验让我们一直走在正确的道路上，并让我们实事求是。我们试图沿着自然铺设的道路前进，但标记事先被隐藏了起来，目的地也并不总是那么明确。

唐纳德·拉姆斯菲尔德那句臭名昭著的话在这里有了共鸣。科学中最令人兴奋的发现通常涉及“未知的未知”，因为那才是最大的惊喜所在，也是新的知识轨迹的开端。

但如果我们知道这些未知的未知是什么，它们就不是未知的未知了。因此，当我们在我们知识的极限——或许也是我们想象力的极限——上思考自然时，我们要利用我们掌握的东西，也就是已知的未知。幸运的是，通过推动这些已知的未知，我们常常会得到意想不到的答案，以及新的问题。

我衷心希望一代人之后，我在这里提到的许多宇宙之谜看上去都已经是老古董了，或者显得相当欠考虑。这些问题可能仍然没变，但我们对它们的看法或许已经有了翻天覆地的变化。那么这本书可能可以提醒未来一代人，告诉他们科学已经取得了多大的进步，就像詹姆斯·金斯（James Jeans）爵士于20世纪30年代出版的经典代表作《神秘的宇宙》（ The Mysterious Universe ）一样，那本书当时对公众的科学认知产生了巨大影响，在出版近一个世纪后的今天依旧对我们影响颇深。

我希望在有生之年能见证这一切发生。