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本书探索了我们宇宙的历史，包括宇宙运转和进化的方式，也就是我们当前理解的整体图景，并尝试如何去理解这个世界，理解那些构成我们的物质，包括粒子、力和量子现象的领域，它们构成了我们感知和思考的系统的方式。同时，作者带我们思考这个世界的本质，在一个没有终极意义的宇宙中，应该如何构建意义和价值。

前言

部分：宇宙

现实世界的本性

诗性自然主义

世界自会运转

谁定未来之事？

思考理由

我们的宇宙

时间箭头

记忆与原因

第二部分：理解

学习这个世界

更新知识

质疑一切，能行吗？

现实涌现而来

何为实在，何为虚幻？

信念星球

接受不确定性

不去观察世界，又能知道多少？

我是谁？

推审上帝

第三部分：本质

我们知道多少？

量子王国

诠释量子力学

核心理论

构成我们的物质

日常世界的有效理论

宇宙为何存在？

身体与灵魂

死亡即是终点

第四部分：复杂

咖啡杯中的宇宙

光与生命

能量逐级传输

自发组织

生命的起源与目的

演化的自我引导

贯穿景观的搜索

目的涌现而来

我们就是目的？

第五部分：思考

意识匍匐而生

呢喃低语的大脑

什么在思考？

困难问题

僵尸和叙事

光子有意识吗？

理论的依据

选择的自由

第六部分：关怀

三十亿次心跳

实然和应然

规则和后果

构筑善良

聆听世界

存在主义疗法

附录

致谢

译后记

肖恩·卡罗尔（Sean Carroll），美国理论物理学家，加州理工学院物理系的教授,从事场论、引力、宇宙学、量子力学等研究。他还是美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士。他不仅是物理学家，同时也是作家和颇有名望的物理学博客博主、刘易斯•托马斯科学写作奖得主。

译者：方弦，留法博士生，科学松鼠会成员。

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我们的结论是，对各种事物的正确理解——诚实面对自身和他人，直面十诫并实际用自己的眼睛观察——这并非自然而然，而是需要不少的努力。当我们希望某件事正确的时候，当有一个信念让我们快乐时——我们就是应该在这种时候去质疑。错觉可能令人愉悦，但真理的回报则丰厚很多。

玻尔兹曼和他的同事论证了，我们可以将熵理解为不同系统中原子排列的特征。与其将热量和熵看成不同种类而遵循各自法则的东西，不如将它们看成原子构成的系统中不同的属性，然后从适用于天地万物的牛顿力学开始，推导出它们遵循的规律。换句话说，热量和熵实际上是有关原子的实用描述方式。

玻尔兹曼关键的洞察在于，当我们观察一只鸡蛋或者一杯刚加了牛奶的咖啡时，我们实际上看不到组成它们的单个原子和分子。我们看到的只是某种可观察的宏观特征。原子有数不胜数的排列方式可以得到完全相同的宏观表现。可观察的特征带给我们的只是系统具体状态的粗略概括。

在这个基础上，玻尔兹曼提出可以将系统的熵看成跟系统现在的状态在宏观上无法辦别的不同状态的个数（精确地说，熵是宏观上不可辦別的状态个数的对数，但我们不需要关心这个数学上的细节）。低熵的构形意味差只有相对少的态跟它看起来一样，而高的构形则对应着许多不同的可能状态。

熵倾向于随着时间流逝而增加就变得非常合理了。理由很简单：高熵状态比低熵状态多得多。如果从低熵的状态开始就这样演化，在几乎所有的演化方向上，熵都几乎不可不增加。当系统的达到最高的可能值时，我们就说系统处于平衡态。在平衡态中，时间没有節头。

“ 追寻原因和理由，这是深植人性的冲动。我们是善于识别模式的生物，甚至能轻易在火星环形山的图片上看到人脸，还能在天空中金星的位置和感情生活的状态之间找到联系。我们不仅追求秩序和因果，还偏好公平。 ”

所以说真实世界是一团美妙的乱麻。

我要在这里提倡的策略可以叫做诗性自然主义（ poetic naturalism）。诗人缪丽尔・鲁凯泽（ Muriel Rukeyser）曾经这样写道：“构成宇宙的是故事，而非原子。"世界就是所有的存在和事件的总和，但在不同的描述方法中，我们能领悟很多东西。

世界从本质上也不关乎历史；要知晓未来，原则上只需要对现在这一时刻的精确了解，而无需任何有关过去的额外知识。无论是过去还是未来的经历，都的确被现在完全确定。宇宙只关注当下这个时刻；在牢不可破的物理定律掌控之下，它从这个瞬间迈向下一个瞬间，既不留恋以往的光辉事迹，也不期待未来的美好前景。……拉普拉斯妖实际上并不存在，即使未来被现在确定，但没有任何人知道未来会是什么样子。

编辑推荐

作者用天文学、物理学、化学、生物学和哲学的丝线编织成一张宇宙大图景，让我们尝试一起思考世界的本质。

关于世界的运作方式，还有很多地方我们仍不了解，但我们有着绝佳的理由去认为核心理论在它的适用范围中就是自然的正确描述。

从无知无觉的宏大宇宙看来，我们个人有很大的意义吗？我们需要正视这个问题，通过思考去理解，我们对意义的追求应该符合现实*深层面的本性。

本书好评不断，跻身Brain Picking的“2016年*秀科学读物”列表、登上美国全国公共广播电台《科学星期五》的“2016年*秀科学读物”列表。

媒体评论

跻身Brain Picking的“2016年*秀科学读物”列表

登上美国全国公共广播电台《科学星期五》的“2016年*秀科学读物”列表

“肖恩·卡罗尔将来自天文学、物理学、化学、生物学和哲学的丝线编织成一篇天衣无缝的叙事，用人们在宇宙中的发现迷倒我们，也用仍未理解的事物使我们感到谦卑。但在*后，所有一切的意义会满足你内心的好奇。”——尼尔·德·格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson），电视节目《宇宙时空之旅》主持人

“肖恩·卡罗尔用深刻的智慧与清晰朴实的语言将现代自然主义提出的世界观娓娓道来。即使是自由意志、时间的方向和道德的源泉这些棘手的问题，也得到了优雅而深刻的讲解。《大图景》展示了科学世界观如何充实了我们对宇宙以及我们自身的理解。它不仅是我们对宇宙所知知识的忠实记述，也是一场有关我们对意义需求的沉思。这是一本所有人都应该读读的书。”——卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli），《七堂极简物理课》的作者

“生动……令人印象深刻……信息量惊人”——《纽约时报》书评

“作者以绝不粗暴而一直包容的方式，展示了一幅引人入胜的宇宙图景，其中宇宙的终极规律处于我们所能企及的范畴……（卡罗尔）带我们走上了一段令人愉悦而又清晰的旅程，涵盖的主题范围广阔……即使你不同意他的说法，这样一位彬彬有礼引人入胜的讲述者也不太可能会使你恼火，而是会把你迷住。”——《华尔街日报》

“卡罗尔是这场奇妙发现之旅的完美向导。这是一部有关深刻的哲学与科学话题的无比清晰的论述，语言对一般读者来说也不难理解。”——《柯克斯书评》

“卡罗尔展示了一条道路，能让人们更好地理解他们自身、宇宙以及有意义的生活这个概念。”——《出版者周刊》

“本书带领我们走过数世纪以来的科学发现，展示了这些发现是如何改变我们的理解的。的确，自然法则联系着关于生命、死亡、以及我们在宇宙之中位置的这些*基本的人生问题。”——《图书馆杂志》

“《大图景》用动人的爱之赞歌和四维积分令人愉悦的混合，呈现了有关生命意义的一个纯粹物理的视角。这是诗歌。”——《今日物理》

“[卡罗尔]打算展示思想、选择、意识与价值等众多现象与过去百年来在物理学中发展出的对现实的科学描述如何能够和谐共处。在尝试做到这一切的过程中，他并没有依赖来自哲学和物理的专业术语，但却极其成功地达到了描述二者的目标。”——《科学》

前言

我在人生中仅有一次与死亡擦肩而过。

我的判断有些失误。天色已暗，交通繁忙。在洛杉矶405号高速公路上，一位走神的司机为了避开高速公路出口匝道，在我前方突然转线，而我为了避让也急忙转向。在我左后方车道的大型集装箱货车离我没有想象中那么远。我后保险杠边上一寸不到的地方碰到了大货车拖车头的一角。这就出事了。我的车失控了，缓慢但无法控制地向左旋转，后我的这一侧甩着撞上了大货车头，而这时大货车还在高速公路上飞奔。至少我觉得这个过程很缓慢。我觉得好像被困在了琥珀里，无助地看着我的车子自己移动着，后与大货车的水箱格栅亲密接触，横在车流中间，刺眼的头灯照在我脸上。

我被吓到了，但没有受伤。车子有点被撞瘪了，需要在车身修理厂好好修理一番，但在警察填好报告之后，我还是能开着它回家。如果多撞上几寸，如果不是这个速度，如果货柜车司机更加惊慌失措，那可能就是另一回事了。

我们中的许多人，远在真正到达生命尽头之前就曾接近过死亡。我们直面的是生命的有限。

作为职业物理学家，我将宇宙作为一个整体来研究。宇宙很大，在宇宙大爆炸大约138亿年后，有千亿的星系居于我们目视可及的夜空。相比之下，我们人类实在渺小，只是近才出现在一颗不起眼的行星上，它绕着一颗平平无奇的恒星公转。无论我在高速公路上遭遇的事故后结局如何，我的一生只能用数十年来衡量，而不是数十亿年。

个体的人是渺小而短暂的存在，人与宇宙相比，还不如与地球相比的一颗原子。又有哪个个体的存在能拥有意义？

在某种意味下，个体的存在显然有意义。我过着幸运的人生，有关心我的家庭和朋友，他们会因我的死亡而悲痛。如果我提前知道我的人生将走到尽头，我个人会相当悲伤。但从似乎无知无觉的宏大宇宙看来，人生真的有那么大的意义吗？

我仍然倾向于认为我们的一生是有意义的，即使宇宙没有我们也会照常运转。但我们需要正视这个问题，通过艰苦的思考去理解一点，就是我们对意义的追求应该如何符合现实深层面的本性。

我有一个朋友是神经科学家和生物学家，她能使单个细胞返老还童。科学家发展了很多技术来从成人体内提取干细胞，这些干细胞已经开始衰老，带有成熟细胞的标志，然后科学家们能逆转它们的衰老过程，直到它们重获新生。

从细胞到整个有机体，之间隔着漫漫长路。于是我半开玩笑地问她：我们有朝一日会不会能够逆转人类的衰老过程，让人们永葆青春？

“你和我总有一天要死掉的，”她若有所思，“但如果我们有孙子孙女的话，我就不那么确定了。”

这就是生物学家的想法。作为一个物理学家，我知道想像中的那些能活上几万甚至上亿年的生物并不违反任何自然定律，所以我并没有什么异议。但在后，所有恒星将会耗尽它们的核燃料，它们冰冷的遗迹将会坍缩为黑洞，而那些黑洞也将会缓慢地蒸发，变成幽暗寂寥的宇宙中一团稀薄的基本粒子。无论生物学家有多么聪明，我们实际上不能永远活下去。

每个人都要死。生命不是一种像水或者岩石那样的物质；它就像火焰摇曳和惊涛拍岸那样，是一个过程。这个过程有个起点，持续一段时间，终会完结。属于我们的时间，无论它是长是短，与无垠的永恒相比只有一瞬。

我们面前有两个目标。其中之一是说明我们宇宙的历史，还有我们认为这段历史属实的理由，也就是我们当前理解的整体图景。这是个美妙的概念。我们人类就是一团团有结构的泥巴，在自然规律无意识的作用下，变得能够深思、珍视和参与我们周遭世界的那种令人望而却步的复杂性。要理解自身，我们必须理解那些构成我们的物质，也就是说我们需要深入粒子、力和量子现象的领域。当然，还有那些能感知和思考的系统，它们到底是如何由这些微观部件以各种令人眼花缭乱的形式组合而成。

另外一个目标是提供一些存在主义疗法。我希望证明的是，尽管我们从属于一个依照冰冷定律运转着的宇宙，但我们有意义。这不是一个科学问题——我们不能通过进行实验收集数据来测量人生有多少意义。它本质上是一个哲学问题，需要我们摒弃数千年以来对人生及其意义的思考方法。按照传统的想法，如果我们“仅仅是”一大堆依据物理定律移动着的原子的话，人生根本不可能有意义。我们的确如此，然而这不是思考“我们是什么”的方式。我们是一堆堆原子，独立于任何无形的精神或者作用而运转着，同时我们也是会思考有感受的人，通过生活的方式给存在带来意义。

我们是渺小的，而宇宙是宏大的。这个宇宙并没有操作指南，然而我们仍然推敲出了许多关于事物如何运作的知识。但要接受这个世界的本来面目，微笑着面对现实，然后活出有价值的人生，这是另一种完全不同的挑战。

在本书的部分“宇宙”中，考察的是我们偏居一隅的这个广阔宇宙的一些重要性质。要探讨世界有很多方法，这将我们引向了所谓诗性自然主义的框架。“自然主义”宣称只有一个世界，那就是自然世界；我们会探索其中一些提示，包括宇宙运转和演化的方式，它们将我们指引到了这个方向。“诗性”提醒我们，探讨世界的方法并非。我们觉得“原因”和“理由”之类的词语用起来非常自然，但这些概念并不是自然深层次运作方式的一部分。更合适的说法是，它们是一种涌现现象，是我们日常世界的一部分。在世界的日常描述和深层描述之间的差异来自时间箭头，也就是过去与未来的差异，它可以追溯到我们宇宙在大爆炸不久之后所处的特殊状态。

在第二部分“理解”中，我们考虑的是应该如何尝试去理解这个世界，或者至少是如何逐渐逼近真相。我们要学着去接受不确定和不完整的知识，并且随时准备好在新证据浮现之后更新我们的信念。我们将会看到，我们描述宇宙的方式并不是一个统一的叙事，而是一系列相互勾连的模型，它们分别适用于不同的层次。每个模型都有它的适用范围，而每个模型中至关重要的概念，都完全可以当成“实在”。我们的任务，就是将这些基于某些基础概念而密切相关的描述组合起来，形成一个稳定的信念体系。

然后我们转到“本质”部分，思考这个世界的本来面貌，也就是自然的基本规律。我们会讨论量子场论，它是书写现代物理学的基本语言。我们将欣赏到“核心理论”的成就，这个宏大而成功的理论描述的是基本粒子和相互作用，它们组成了你我，组成了日月，组成了你一生中看过、触摸过、品尝过的所有东西。关于世界的运作方式，还有很多地方我们仍不了解，但我们有着绝佳的理由去认为核心理论在它的适用范围中就是自然的正确描述。这个适用范围足够广阔，可以马上排除不少引发争议的现象，从隔空移物和占星术到死后灵魂的存在。

从手头上的一些物理定律出发，要将这些深层次的准则与我们身处世界的丰富多姿联系在一起，还需要不少的工作。在第四部分“复杂性”中，我们会逐渐看到这些联系来自何处。复杂结构的涌现并不是一种与宇宙整体愈发无序的趋势背道而驰的奇怪现象，它是这种趋势的自然结果。在适当的条件下，物质自然会自发组织成精巧的结构，这些结构能捕获和利用来自环境的信息。这个过程的极致就是生命本身。我们越了解生命的基本运作，就越能欣赏它们如何与支配宇宙的物理定律和谐共处。生命是一个过程，不是一种物质，它也必定如昙花一现。我们不是宇宙存在的理由，但自我意识和思考能力使我们在宇宙中占据着特殊的地位。

这将我们带到了自然主义面对的棘手的问题之一：意识之谜。我们会在“思考”这一部分直面这个问题，到时候我们会从“自然主义”迈进“物理主义”。在理解思维在大脑中的运作方式上，现代神经科学已经取得了长足的进步，而毫无疑问的是，我们个人的体验与大脑中的物理过程有着确实的关联。我们甚至开始明白这项非凡的能力如何随时间演化而来，还有哪些能力是意识所必须的。困难的问题来自哲学：内在的体验，也就是寄宿在我们脑袋里那独一无二的经验意向性，为什么竟能归结到单纯的物质运动上呢？诗性自然主义提示我们，应该将“内在体验”看成对于我们大脑中事件的一种表达方式的一部分。但这些表达方式本身也完全可以是真实的，甚至在探讨我们作为拥有理性的生命进行自由选择的能力时也是如此。

后，在“关怀”部分，我们将会遇到困难的问题，也就是在一个没有超越现实的意义的宇宙中，到底应该如何构建意义和价值。针对自然主义的普遍指控之一，就是这样的任务不可能完成：没有超越物理世界的事物指引我们的话，人根本没有生活的意义，更不要说选择某种生活方式的意义。一些自然主义者赞同这一点，然后继续自己的生活；另一些作出了强烈反应，他们主张价值观可以像宇宙年龄那样，用科学方法来确定。诗性自然主义处于两者之间，它接受价值观由人类建构的观点，但否认价值观会因此成为一种幻觉或者失去意义。我们所有人都有关心和渴望的事物，无论它们来自演化、家庭教育还是环境。我们眼前的任务，是在我们心中以及人与人之间调解这些关心和渴望。我们在人生中追寻到的意义并没有超越现实，但它并不因此而逊色。

书籍介绍

作者用天文学、物理学、化学、生物学和哲学的丝线编织成一张宇宙大图景，让我们尝试一起思考世界的本质。

关于世界的运作方式，还有很多地方我们仍不了解，但我们有着绝佳的理由去认为核心理论在它的适用范围中就是自然的正确描述。

从无知无觉的宏大宇宙看来，我们个人有很大的意义吗？我们需要正视这个问题，通过思考去理解，我们对意义的追求应该符合现实最深层面的本性。

本书好评不断，跻身Brain Picking的“2016年最优秀科学读物”列表、登上美国全国公共广播电台《科学星期五》的“2016年最优秀科学读物”列表。

本书探索了我们宇宙的历史，包括宇宙运转和进化的方式，也就是我们当前理解的整体图景，并尝试如何去理解这个世界，理解那些构成我们的物质，包括粒子、力和量子现象的领域，它们构成了我们感知和思考的系统的方式。同时，作者带我们思考这个世界的本质，在一个没有终极意义的宇宙中，应该如何构建意义和价值。