物理定律對周圍世界的成功解釋令我們對人類知識的發展越來越自信，甚至過于自信，尤其是當我們對物質和現象的認識缺陷越來越小、越來越不重要的時候。即使是諾貝爾獎得主和其他那些令人敬重的科學家也不能免俗，有時還難免令自己落入尷尬境地。

一種著名的科學終結論出現在1894年。后來獲得諾貝爾獎的阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克耳孫（Albert A . Michelson）在美國芝加哥大學瑞爾森物理實驗室（Ryerson Physics Lab）發表的致辭演說中這樣說道：

物理學中較為重要的基本定律和事實都已經被發現了，它們的基礎是如此穩固，被新發現取代的可能微乎其微……新發現只能到小數點后6位之后找了。（Barrow, 1988年，第173頁）

其時最杰出的天文學家之一，美國天文學會的共同創始人西蒙·紐科姆（Simon Newcomb）持與邁克耳孫相同的觀點，1888年他寫道：“人類可能正在接近可知天文學知識的極限。”（Newcomb, 1888年，第65頁）即使是最偉大的物理學家開爾文男爵（Lord Kelvin，稍后第3篇中我們將見到的絕對溫標就是以他的名字命名的）也被自信所征服，1901年他宣稱：“如今的物理學里已經沒什么新東西等待發現了。剩下的工作只是越來越精密的測量。”（Kelvin,1901年，第1頁）在這些評論發表的當時，以太仍被假定為是光傳播的媒質，觀測到的水星軌道與理論預測間的細微差別仍懸而未決。這些疑問在當時被當成小問題，只需對已知物理定律做少許修正就可以解決。

幸運的是，量子力學的奠基人之一——馬克斯·普朗克（Max Planck）比他的導師更有遠見。在1924年的一篇文章中他提到了1874年所得到的建議：

當我開始學習物理學并向我敬愛的導師菲利普·馮·祖利（Philipp von Jolly）征求意見時……他告訴我物理是一門高度發展、近乎臻善臻美的科學……或許在某個角落里還有一粒塵屑或一個小氣泡，對它們可以去進行研究和分類，但是，作為一個完整的體系，那是建立得足夠牢固的，而理論物理學正在明顯地接近于幾何學在數百年中所已具有的那樣完美的程度。（Planck,1996年，第10頁）

剛開始普朗克沒有理由懷疑導師的觀點，但是當發現物質輻射能量的經典解釋無法與實驗吻合的時候，普朗克不得不在1900年轉變成一名變革者。他提出了一種不可見的單位能量——量子，由此宣告了物理學新紀元的到來。接下來的30年里，狹義相對論和廣義相對論、量子力學以及膨脹宇宙模型相繼出現。

看到這些短視的前人，你或許會認為杰出的、成果卓著的物理學家理查德·費恩曼（Richard Feynman）會聰明得多。但是在1965年出版的引人入勝的著作《物理之美》中，他宣稱：

我們非常幸運，生活在一個仍然能夠獲得發現的時代……我們生活的時代是發現自然基本法則的時代，這樣的日子不會再有了。它令人興奮、不可思議，但這種興奮注定將要消逝。（Feynman,1994年，第166頁）

我不知道科學的終結何時到來，或是何時能發現終結，抑或根本是否存在這樣的終結。我只知道人類比我們通常自認的還要愚蠢。人類智力（而不一定是科學本身的）這一局限，使我確信人類對宇宙的認識才剛剛開始。

假設人類是當下地球上最聰明的物種。如果為了便于討論，我們把物種的抽象數學能力定義為“智慧”，那么也可以進而假設人是出現過的唯一的智慧物種。

那么，這地球歷史上獨一無二的智慧物種足夠聰明到完全理解宇宙本質的概率有多大？黑猩猩在進化上與我們極為相近，但是我們明白，無論怎么教，黑猩猩都不可能學會三角學。現在試想，地球上或是其他任一地方的某種生物，他的聰明程度和人類相比，就像人類和黑猩猩的差距一樣。那他們對宇宙的了解又有多少呢？

喜歡玩井字游戲的人都知道游戲規則非常簡單，如果知道先走哪一步，每一局都能獲勝或是打平。但是孩子們玩這個游戲的時候就像結果是隨機而無法預知的一樣。國際象棋的規則同樣清晰簡單，但是預測對手下法的難度隨著步數的增加而指數增長。因此，成年人（即使很聰明）面對國際象棋也會覺得很有挑戰，結果就像謎一樣無法預知。

讓我們把目光投向牛頓（Isaac Newton），他是我認為有史以來最最聰明的人。

（持這種看法的不止我一個人。英國三一學院有一座他的半身塑像，上面刻著一段拉丁文“Qui genus humanum ingenio superavit”，翻譯過來大致就是“這人世間，再沒有比他更高的智慧”。）牛頓怎么看待自己的學識？

我不知道世人如何看我，但對我自己而言我僅僅是一個在海邊嬉戲的頑童，為時不時發現一粒光滑的石子或一片美麗的貝殼而歡喜，而真理的海洋，仍在我的前面未被發現。（Brewster,1860年，第331頁）

我們的宇宙好比棋盤，已經透露出了一些規則，但是宇宙的大部分仍像謎一樣神秘——仿佛隱藏著秘密的規則。這些規則必是從現有的書上無法找到的。

對物體與現象的認識（它們是已知物理定律的參數變化）與對物理定律本身的認識之間的差別是任何有關科學即將終結的論斷的核心議題。在火星或是木衛二上發現生命可能是有史以來最大的發現，然而，你可以打賭，其原子的理化性質和地球上原子的理化性質別無二致，不需要新的定律。

但是，讓我們一瞥現代天體物理學中一些尚未解決的問題。它們暴露出眼下人類無知狀態的深度和廣度，眾所皆知，這些問題的解決仍待物理學中全新分支的發現。

當我們對宇宙起源的大爆炸理論深信不疑的時候，我們只能推測我們宇宙視界內（137億光年以內）的一切。我們只能猜測大爆炸以前發生了什么或為什么必須是從大爆炸開始。根據量子力學的原理，有人推測我們的膨脹宇宙來源于原始時空泡沫的漲落，同時還有無數其他的漲落演化成了無數其他的宇宙。

當我們試圖用計算機模擬大爆炸后不久宇宙里數以千億計的星系時，卻無法同時與宇宙早期和近期的觀測資料相吻合。我們仍未找到能夠連貫解釋宇宙大尺度結構形成與演化的模型，似乎我們一直遺漏了某些重要的東西。

牛頓運動定律和萬有引力定律幾百年來一直是成功的，直到愛因斯坦的相對論對它們進行了修正。相對論是當前的主流理論，描述原子和核子宇宙的量子力學也是主流理論之一。不過愛因斯坦的引力理論和量子力學卻是相互矛盾的。在相互重疊的領域，兩種理論得到了不同的結果。它們中必有一個要認錯，要么是愛因斯坦的引力理論里少了可令它接受量子力學的部分；要么是量子力學里少了可令它接受愛因斯坦引力理論的部分。

或許還有第三種選擇：用一種更大、包羅萬象的理論代替它們。事實上，弦理論正是被發明來完成這一任務的。它試圖將所有物質、能量及相互作用的存在簡單解釋為更高維度的不停抖動的能量弦線。不同振動模式代表著我們的低維時空里不同的粒子和力。弦理論提出已超過20年，但是以我們當前的實驗手段仍無法驗證它的論斷。盡管備受質疑，但是它的很多論斷似乎很有希望是正確的。

我們仍然不知道是什么因素或驅動力使得無生命的物質聚合成我們所知的生命。是不是有什么化學自組織的機制或規律，因為缺少可以和地球生物相比較的對應物而導致我們無法知曉，以至于我們不能判斷在生命的形成中哪些是重要的、哪些是無關的？

自從愛德文·鮑威爾·哈勃（Edwin P. Hubble）20世紀20年代做出重要工作以來，我們已經知道宇宙在膨脹；但是我們剛剛才知道由于存在某些被稱之為“暗能量”的、尚無理論解釋的反引力，宇宙的膨脹還在加速。

總而言之，無論我們對自己的觀察、實驗、數據或是理論多么自信，我們還是必須承認宇宙里85%的引力來自未知的神秘來源，我們用任何手段都完全檢測不到它們的存在。我們只知道它不是由電子、質子和中子這樣的普通物質，或是任何會與普通物質相互作用的物質或能量構成的。我們把這些討厭的幽靈般的物質稱為“暗物質”，它仍是我們最大的困惑。

這里聽起來有一點點像是科學的尾聲嗎？像是我們已經掌控局面了嗎？像是到了慶賀的時候嗎？對我來說，我們聽起來就像一群不可救藥的傻瓜，和我們的近親、還在學習勾股定理（Pythagorean theorem）的黑猩猩沒什么兩樣。

或許我對人類過于苛刻了，和黑猩猩的類比也扯得有點遠。也許問題不在于某種生物有多聰明，而是整個生物界有多聰明。人們通過會議、書籍、互聯網等媒體共享發現的成果。當自然選擇驅動著查爾斯·達爾文（Charles Darwin）的進化論時，人類文化的進步則更多地遵循拉馬克（Lamarck）的進化方式，新一代的人繼承了前代獲得的知識，使宇宙學知識不斷積累，永無止境。

科學上的每一個發現都會給知識的階梯新添一級，我們邊前進邊構筑，終點還遙不可及。我只知道，當我們構筑并攀登這階梯時，我們會一直不斷地發現宇宙的秘密。