你有没有想过，如果我们的世界，乃至整个宇宙，最底层的逻辑——数学——突然发生了改变，一切会变成什么样？如果某种生命遵循和我们不同的数学定律，它们又会是什么样？ 我很喜欢读科幻小说，其实每一本好的科幻，都是作者的一次思想实验，如果我们篡改了某个我们熟悉的物理现实，比如让时间可以回溯，或者把某一个还只在理论中的现象搬到现实世界，比如外星人，然后看故事中的人和世界会发生怎样的变化。 今天想给你讲的这个故事，来自硬科幻大师格雷格·伊根，故事的名字叫闪光。这个故事里，作者把我们能挑战的想象力边界推到了物理世界的极限，也就是数学的改变。 物理学的角度来看，我们的世界运行大概分成四个逻辑，越往下越基本，越难以改变。 第一层逻辑是时空位置，比如我们把故事从地球搬到了火星，会有很大的变化，但火星和地球的物理规则是一样的，只是环境的参数变了。 第二层是物理常数，比如我们让光速的上限突破每秒钟30万公里，会发生什么事？这就是弗诺文奇的《银河界区三部曲》里面关于超限界文明体系的设定，这个就已经非常挑战我们的想象力了。但要注意，这里改变的只是常数，物理学的规则，也就是我们读书学的那些公式，都没有变化。 再往下一层，就是挑战物理学规则的改变了。比如我们熟悉的公式，速度=距离除以时间，要是这个速度它不等于距离除以时间了呢？它等于距离除以2倍的时间了呢？那别说世界会发生变化了，这宇宙还会不会是现在我们看到的这样，都不好说了。我们前面有一期节目《物理定律永恒不变吗？时间的存在与多重宇宙解释》里就谈到了这样一个大胆的假设，或许在宇宙演化的过程中，物理定律是发生过改变的。 再往到最基础的一层，就是我在咱们现实中的物理学界，没有听人提到过的大胆假设，数学，它能不能变？要知道，物理世界的一切都要经过数学的计算，而数学它是纯逻辑的，1+1=2，管你是两个苹果、两个星系还是两个速度的叠加，只要是1+1就一定等于2.你甚至可以想象啊，哪怕这个宇宙里就是纯空的，什么东西都没有，那1+1它也肯定是等于2，对不对。 上一层我们说改变物理规则，速度=距离除以2倍的时间，虽然物理规则被改变了，但如果给定的距离是10米，时间是1秒，那10米除以2倍的1秒，它也肯定是等于5.但数学规则的改变说的是，10除以2它不等于5了，等于比如4.998.那会怎么样呢？ 这就是我最喜欢《闪光》这个故事的原因，它挑战了我们认为绝对不可能改变的、最基础的数学，还把它揉进一个非常精彩的故事。这个故事里对外星生命的想象，也完全是超出我之前读过所有故事里最天马行空的。

今天我们来聊一个熟悉又陌生的东西——意识。 我们每天都在用意识去感知世界、思考问题、做出选择。但当我们停下脚步，想要探究意识的本质时，却发现它像幽灵一样难以捉摸。 那么，什么是意识呢？它是怎么产生的？我们真的拥有自由意志吗？ 科学的探索常常就是这样：我们试图解答一个看似简单的问题，结果在过程中不断遇到新的疑问、解决新的难题。等到回头一看，已经收获了许多意想不到的成果。 在揭开意识之谜的旅程中，我们会从神经科学的微观世界出发，深入心理学的迷雾，穿越进化的长河，努力在科学与哲学的交汇之地寻找答案。这一趟旅程本身，就是无比的壮阔和有趣。 到底是什么让我们拥有了一个叫意识的东西？只有人类有意识吗？意识到底是一个客观存在的东西，还是人类给一类东西统一命名的文字游戏呢？

这期我们来聊聊暗物质。我们不仅要追问，暗物质到底是什么，说说最新的科学发现和计算模型，还要给你聊一个疯狂而大胆的假说：地球上存在人类文明，是一次极大的幸运，而这个幸运背后的重要推手，也是暗物质。 在聊之前，我们先要打破你对“看得见、摸得到”这个概念的一切刻板印象。为什么要打破这个印象呢？因为如果你的脑海中认为，一个东西在那，总能被我们用某种方式探测到，最直接的就是看到它；如果它特别小，那我们总能用某种显微镜看到它；如果它特别的远，那我们总能用望远镜看到它，对吧？ 但你要注意，我们这里说的“看到”，只可能有两个原因，要么是这个东西它发光，要么是这个东西它反射光，才能让特定频率的光进入到我们的眼睛，或者进入我们的探测器。 那一个东西它要是既不发光，也不反射光呢？有可能吗？这就得说说发光和反射光的更底层的机制。 物质发光的本质是吸收能量、再释放能量的一个量子过程，比如电子的能级跃迁就是这么个过程，当某个原子里面的电子以某种形式吸收了外界的能量，从某一个低能量的状态变成某个高能量的状态，再返回到低能量状态时，会有一个能量差，这个能量差就会以光子的形式被释放出去，这里有个公式： ​ 放公式在这儿就是帮助你理解，不是说这个原子里头已经有个光子随时蓄势待发了，而是先有能量差，再以光子的形式把能量释放出去，所以发光是一个现象，而不是物体的某种特定的属性。 那反光呢？在你的想象里，反光不就是一个光子撞到一个物体上，再反弹到我们眼睛里吗？也不对，这也不是本质。 物质能反射光，本质上是光子和物质里的电子发生相互作用的一个机制。 光作为电磁波，在物体的表面会引发电子被迫跟着一起震荡，根据麦克斯韦方程组，这些震荡的电子会辐射出新的电磁波，跟原来的电磁波频率相同但是方向相反，严格来说原来光的能量是被吸收了，转化成了热能，剩余的能量是由表面的电子“发光”新给找补出来的光，所以你看虽然镜面会反射光，但它被光晒着还是会变热。 这里的重点是，反光本质上是电磁作用，是电子对震荡波的反应，并不是咱们想象中一大堆光子小球撞到物体上那个样子，所以有些物质你在原理上就没办法通过反光来观察到它。 在这儿咱们要说一句量子物理学中经典的话，意大利物理学家卡洛·罗韦利说：世界并不是物体的集合，而是事件的集合。 说实话年轻的时候我不理解这样的话，在我的脑海里，一个原子它在那，我是不是能探测到它这是我的问题，它总是有一个特定的样子——或者说一个特定的属性，存在在那里吧？ 而过去上百年的科学发展已经让地球上最聪明的一群大脑转变了思维，我们只能描述两种东西，一种是基于数学提出的假设，一种是基于实验数据得出的观测结论，严格意义上来说，我们看到的也只是实验数据而已——当然，我们看到的是屏幕发出来的光子在我们的视网膜中呈现的数据的图像而已。 如果你不能理解这一层含义，就没办法对暗物质祛魅。 尽管很难，还是请你相信，主流的科学观点认为，如果咱们一层层地往下挖，最终能挖到的都是一个一个的现象，而从来不能讨论一个物质它“本来”是啥。如果你在思想上能稍微接受这个理念，就可以用科学的视角来看待暗物质了。

这一期深入探讨弦理论的问题和救赎。 弦论最初提出来，是为了统一自然的所有粒子和力。但经过1984年革命以来的10年研究，发生了意想不到的事情。这个本以为统一的理论分裂成了许多不同的理论：10维空间里的5个和谐的超弦理论，外加不同卷曲维下的几百万个不同形式的理论。十几年过去了，人们急迫地需求是，弦论本身正需要统一。 第二次超弦革命发生在1995年，它正是那样的一场统一运动。革命的起因通常认为是那年3月威藤在洛杉矶弦论会议上的一个讲话，他提出了一个统一它们的设想。其实他并没有拿出一个新统一的超弦理论，而只是说存在那样的理论，它会有哪些特征。威藤的建议是基于最近的系列发现，它们揭示了弦论的一些新面目，极大地增进了我们的理解。 起初，5个和谐的理论似乎描述了不同的世界，但到20世纪90年代中期，我们开始明白它们并不像表面那么不同。 如果出现了两种不同的方式来看同一个现象，我们就说它们有对偶性。分别让一对夫妻给你讲他们的故事，他们的说法会不同，但每个重要事件都能相互得到印证。和他们谈话多了，你就能指出两人说的故事有什么不同和联系。例如，丈夫觉得妻子过于自信，这正好印证了妻子抱怨丈夫太懦弱。我们可以说，两个人的话是互为对偶的。 弦理论家在寻找5个理论的相互关系时，开始运用不同类型的对偶性。有些对偶性是精确的：两个理论不是真的不同，只是描述同一现象的两种不同方式。其他对偶性是近似的，在这些情形下，两个理论确实不同，但一个理论的现象类似于另一个理论的现象，这样就可以通过研究一个理论的某些特征来近似地了解另一个理论。

问你个问题：在大尺度上，宇宙整体是什么形状的？ 你可能从来没觉得这是个问题，你在很多视频和图片里都看到过宇宙的样子，就是一个黑黑的大球，从大爆炸的一个小球开始，逐渐变大。我先直接告诉你答案，不对，宇宙不是一个三维球体，请先把这个形状在你的脑子里删除掉。 好，接下来请你认真想一想，它可能是什么形状？我们的地球差不多是个球型，但太阳系不是，它是个扁的圆盘，银河系也是圆盘行，但它有很多的悬臂；不是所有星系都是圆盘行，比如螺旋星系IC 2163形状像一对大眼睛，南三角座ESO 137-001星系看起来像一只巨大的水母，可以说千奇百怪，所以宇宙似乎也可以是任何的形状。 如果你是一个有野心的宇宙学家，你一定不想盲猜，我们也没办法飞到宇宙外面给它拍一张照，所以你只能寄希望于找到一些理论，来帮你把无限多可能的选项，缩减成几个，最好是只有一个选项，对不对？ 有一个理论，就可以帮我们把宇宙形状的可能性，从无限多种，减少到3种，并且我们差不多快要找到答案了。不仅如此，它还决定着宇宙的 “生死时速”—— 时间，是否成立。 今天就和你聊这个听起来挺熟悉，但在科学领域却很少听人拆开了仔细讲的概念：对称性。

这一集花了相当长的时间准备，还画了6张图，我要给你讲三个量子力学历史上最著名的实验，分别是单电子自我干涉实验、延迟选择实验、量子擦除实验，还有它们更加诡异的变种版本。这些实验，可以说是量子世界向人们日常认知发起的最猛烈 “攻击”，每一个都在颠覆物理学家对宇宙运行规则的理解。 我们所熟悉的时间、因果律，一旦踏入量子世界，就会发生各种怪异的扭曲，而物理实验就是要窥探并揭示大自然这些怪异的规则。这些实验层层递进，我花了最多脑细胞理解、也花了最多心思给你讲明白的，是量子擦除实验，它不仅反映了十年后我们做的一件事是怎样影响十年前的实验结果，更体现了物理学家伟大的智慧，生活在因果律之内的人类，居然可以通过设计一个实验，把因果倒置的怪异现象呈现出来、还能解释清楚，这真的是太神奇了，节目比较长，我衷心希望你能听到最后，领略和我一样被智商碾压的感叹。 更轻松地听懂这一期最好配套下面的6张图：

你对科学了解越深，就越是会去怀疑一些公认的东西到底是不是千真万确的。一开始人们怀疑地心学说，后来开始怀疑时间和空间是不是一成不变的，再后来甚至怀疑宇宙是不是只有一个。 在我所知道怀疑者中，最激进的人应该是物理学家李·斯莫林了，他怀疑的是，我们观察到的物理定律，它们是被一开始就写好的吗？会不会物理定律也在随着时间变化呢？ 对，时间，这个东西是李·斯莫林所有学说中最重要的因素。我们在上一集中讲到，传统的牛顿范式把时间这个因素剔除到了物理学之外，一个公式在时间的正向和反向两个方向都是等价的，时间似乎只是我们的一种体验，而不是真实存在的东西。可当我们把对局部宇宙的理解推演到整个宇宙的时候，当我们要去追问宇宙为什么遵从这些定律、为什么取这些常数的时候，牛顿范式就遇到了大问题。于是，时间的真实性又被带回了物理学的舞台，自然规律也应该被视为世界随时间演化的一部分，这里面李·斯莫林就是其中的领军人物。 用两句话总结他的假说：第一，时间是真实的，不是人的主观体验；第二，时间不仅会影响宇宙万物，甚至会影响宇宙万物遵循的法则，也就是物理定律。 我并不建议你去读李·斯莫林的书，因为这种大物理学家写的书真的很难懂，而且读的过程中你必须要用尽力气，不断挑战自己的常识，一旦松懈，就会产生“你这不是在胡扯吗”的感受，然后很快就跟不上他的论述了。 这小节，我尝试给你讲述他的观点，在这还是要先打个预防针，如果你实在觉得他的观点太过激进、难以接受，那就当听一家之言，他只是给这个越来越难以被人类理解的物理学世界，一个暂时没有被推翻的解释。听到最后，或许你会和我一样有种感觉，似乎“物理定律在过去的一百多亿年里保持不变”，反倒是人类一个很自大的假设，谁跟你保证了？

时间这个东西，它真实的存在吗？我是说，除了人类的主观感知，它是一个客观存在的东西吗？并不是所有的名词都对应物理上客观存在的事物，比如正义、艺术、幸福，都只是人类的语言，并不代表物理实在。 我们之前曾经讲过一期节目，标题是《时间的消失：物理学在时间内，数学在时间之外》，时间隔得比较久，忘了的话可以去听听，这里面说到一个重要的观点，从伽利略时代到牛顿时代，时间这个因素被科学给拿掉了，在牛顿的范式里，一个公式在时间的正向和反向两个方向都是等价的，时间似乎只是我们的一种体验，而不是真实存在的东西。 没错，人类花了几百年时间，用理性的思考，将时间驱逐到了物理学之外。这件事你如果没有听那一集，可能还真的不太好理解。 但，故事还没有结束，当科学向着解释整个宇宙的终极理论发展的过程中，人们又重新翻找历史的垃圾堆，又不得不把时间重新捧回C位。这是一场漫长又烧脑的过程，我们这一期节目，就先从一场充满哲学意味的思想实验讲起。

如果让我只推荐一本科幻小说，我可以毫不犹豫地推荐这本《挽救计划》，一本最具有黄金科幻时代精神气质的现代科幻故事。我在节目中很多次给听友推荐它，作者是安迪·威尔，大名鼎鼎的《火星救援》的作者。 推荐的理由是，它是我读到过最好的硬科幻，里面涉及很多的科学理论和工程知识，每一个细节都不是拍脑袋瞎编的，人类危机、星际探索、外星生物，还有两种生理结构完全不同的文明在接触过程中发生的怪事，而且故事的悬疑感也拉满，可以说是全程高能无尿点。 不过我也知道，听到推荐，大部分人都只会把这本书加入书单，然后再也不会拿出几天时间来好好读它，现在人们缺的不是买书的那点钱，而是读书的时间和耐心。 于是，我录制了这期专栏里有史以来最长的节目，希望能用我的声音，力所能及地详细地把故事讲述给你，关键情节不偷懒，尽量让你在这一个多小时的时间里领略故事的全貌。 如果你能读下去，还是推荐你去读原著；如果你想听最详细的版本，或者就是想支持我一下，都很感谢你能把这个故事听我讲完。

这一期我们聊聊宇宙深处一头真正的上古巨兽：类星体。 尝试发布一期付费内容，维持录制的成本和动力，能否接受欢迎理性反馈。

如果我现在和你说，想象一下这样一种高科技布料：柔软有弹性，却又坚固耐用，还能保证终身使用。它能够随着你的成长自动延展，为你在冬天保暖，在夏天带来清爽舒适。如果弄脏了，也不用担心，它拥有自动去污、自我修复的功能。即使撕破或烧坏了，你也不必动针线，几天之内，这种布料就会自愈。 你身上穿着的正是这种布料，它就是你的皮肤。假如你碰巧是一棵沙漠仙人掌，你的皮肤上就会长出白色细毛，以反射阳光，帮你降温；如果你碰巧是一只北极熊，你身上的白毛就会是中空的，能更好帮你隔绝严寒，保持体温； 生命是最伟大的发明家。它是如此丰富多彩、复杂多变。我们不得不感叹，这样错综复杂的织锦花样是如何织出来的呢？宇宙似乎不可能把北极熊的皮毛写进它的建设规划里，但另一方面，这些复杂的生命形式又怎么可能完全是出于偶然的呢？这是否意味着北极熊是两者共同作用的结果？就像中头彩的运气再加上大自然建设规划的设计一样？ 当然，宇宙的建设规划中已经包含了生命所需的先决条件。这些条件包括：化学元素的组合；分散在银河系各个角落的岩石行星的集合；稳定的主恒星几十亿年如一日地温暖着这些“行星家园”，让它们沐浴在能够催化生命化学反应的阳光中；所有这些以及许多其他因素，都自然地出现在宇宙的初期条件中。我们知道这些，是因为我们可以使用大自然建设规划中的参数来模拟恒星、星系和行星的形成。但是，一谈到生命，物质的世界和生命的世界之间就出现了一条无法跨越的鸿沟。我们至今还无法推断，生命是否是演化的必然结果。 然而，已经有大量证据，证明宇宙确实把生命写进了建设规划。 我想和你一起探讨这方面的多条证据链。也许无法通过单独一条线索得出结论，但所有线索加在一起能构成初步的证据。

给你讲一个故事，一个持续了138亿年的、奇怪、宏大又浪漫的故事，故事的终点，是此刻的你和我。 我们在学校里学过，在任何自然过程中，熵总是增加的：“随着时间的推移，一切都倾向于从有序状态向无序状态发展。”这是形成于19世纪的热力学第二定律的流行解释。 在人们的普遍认识中，熵与无序是同义词，世界似乎将势不可挡地走向无序和混乱。 然而宇宙的故事却正好与此相反。宇宙一直在不可阻挡地变得更加有序。它是从一种最无序的物质状态起步的，一个充满炽热气体的球。这些气体并没有明显的结构，在这十万分之一的范围内，各处的温度都一模一样，比你现在周围空气的温度还要均匀。 然而，就从这种简单、平凡、毫无前途的状态中产生了一个复杂而美妙的宇宙。每一颗恒星和行星，以至每一个星系都源于这种无序。每一朵云、每一滴雨、每一首旋律、每一个想法都源于这种无序。从窗台上瀑布一样倾泻而下的花也同样源于这种无序。 因此，如果一切都趋于更加无序，那么我们究竟是怎么发展到现在的状态呢？ 对于这个矛盾，有一个简单的解决方案，不过这可能会让你意外：熵并不等同于无序。

在前面的节目中，我收到了两位朋友发来的提问，问题非常好，我决定以这两个问题为起点，开始今天的思维探索之旅。 范德彪西提了个问题：如果这个宇宙是大爆炸产生的，那么现有的宇宙空间应该是一个球形，我们的地球极大概率不处于这个球的圆心上。可我们用望向宇宙深处时，看到了130亿年前的影像，这是距宇宙大爆炸不太久后的样子。如果用此方法向前后左右上下各观察一次，获得每个方向上可观察宇宙边界的距离，是不是就能计算出地球所处的宇宙相对空间了？ 结合学过的内容，从地球观察宇宙各方向，星系又是似分布均匀，这不证明地球正好在宇宙的中心吗？难道真的这么巧？ 不要休息日搞装修提了另外一个问题：请问宇宙的有限如何描述？比如我们说一个弹珠有限是因为它有明显的边界，而宇宙的有限之外是空吗？如果我们跑到宇宙边缘，会看到什么？

今天的我们总会被各种各样的科学结论直接喂饱，打开各种视频网站，你会看到很多言之确凿的理论，再配上一些星球和星系的画面，仿佛我们已经站在上帝视角看穿了宇宙的一切。但实际上，你看到的那些画面，绝大多数都是计算机模拟的，我们没有、也不可能有那样的设备，在俯视角看到宇宙的全貌、再把画面传回地球。 和这些内容相反，我更感兴趣的，是发掘这样一个过程：渺小的人类，凭借双脚站在这个像沙粒一般的小星球上，仰望星空，仅凭自己的进化了几十亿年的思维，去逐层探究宇宙留给我们的一个又一个谜题。那些伟大又精妙的思考过程，才是人类闪耀出的智慧之光。 今天，让我们从一个已经知道答案的谜题开始，讲述我们是怎样通过思辨和计算，得出结论的。

上期节目的最后，我跟你讨论了一个看起来很简单，其实深挖下去很深刻的问题，从量子层面考虑，为什么科学家在寻找外星生命的时候，总是先考察一颗星球上到底有没有水，为什么生命就必须得有水，也就是H2O这种物质。可能你会在直觉上觉得科学家太保守了，一点想象力都没有，但当我们从微观世界原子和电子之间的关系，一路推演到形成多细胞复杂生命必要的条件，你就知道，还真就得是H2O这种看起来普通、实则非常特殊的物质，才能支持生命。 那期节目聊完这个话题，很多朋友意犹未尽，还想让我聊聊，我们地球上的生物都是碳基生命，那硅基生命可能存在吗？我们有可能在这个物理规律的宇宙中，找到硅基生命呢？ 我的想法是，盲猜没意义，你说可能有，他说不可能，谁都没法说服谁。那今天，我们还是尝试用同样的推演方法，从最基本的物理学层面，一点一点跟着逻辑往前走，看看最终会把我们带到一个什么答案面前。 其实最重要的不是最终答案，有没有硅基生命，而是这个推演的过程，是一次愉悦的智力体操。 我们的故事，要从一本杂志上的一条新闻说起。 下面这张图是元素周期表，供你听节目的时候参考：