知识边缘：从意识到宇宙，科学前沿的七次探索之旅 下载 网盘 txt 地址 rtf kindle docx pdf

在现代世界，科学受到了前所未有的关注。各种*的科研进展层出不穷、大量曾经被认为无法解决的数学难题终于被数学家攻破……但是，我们会在未来的某一天变得无所不知吗？人类对物质世界认知极限在哪里？

在《知识边缘》中，牛津大学数学教授、西蒙尼公众理解科学教授、英国皇家学会会士马库斯·杜·桑托伊作者将引领读者开启一场令人深思的旅程。从粒子物理到量子力学，从相对论到宇宙学，从神经科学到人工智能，从集合论到哥德尔不完备性定理，桑托伊进行了一次对现代科学研究的*前沿的全景探索。

桑托伊精心梳理了人类科学发展的突破性成就，对一些既定的认知提出了无畏的质疑。翻开本书，你将与*知名的学术权威进行对话，聆听他们*惊世骇俗的见解，与他们一同探索人类的知识边缘。

初始边缘：已知的未知

第一边缘：上帝的骰子 

第1章           从有序到失控

第2章           混沌、分形与无限复杂性

第二边缘：拨动的琴弦

第3章           分割，不断分割

第4章           更加微小的粒子

第三边缘： 铀罐中的粒子 

第5章           违反直觉的量子世界

第6章           概率、随机与不确定性

第四边缘：被裁剪的宇宙 

第7章           宇宙的形状及深度

第8章           宇宙的开端及无法证实的猜测

第五边缘：腕表上的时间 

第9章           改变时间

第10章       毁灭时间

第六边缘 聊天APP 

第11章       意识的难题

第12章       人类智能与人工智能

第七边缘 圣诞拉炮上的数学 

第13章       无法证真，也不可能证伪

第14章       悖论、陷阱及终极未知

马库斯·杜·桑托伊（Marcus du Sautoy）

◇ 英国皇家学会会士

◇ 美国数学会会士

◇ 牛津大学西蒙尼公众理解科学教授

◇ 大英帝国勋章获得者

◇ 英国皇家学会迈克尔·法拉第奖获得者

◇ 伦敦数学协会贝维克奖获得者

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初始边缘：已知的未知 

求知是人的本性。

——亚里士多德（Aristotle），《形而上学》（

Metaphysics

）

科学就是王道。

每过一周，新闻头条就会宣布人类在科学方面又取得了重大进步，比如人类在理解宇宙方面的新进展，可以改善人类生存环境的新技术，可以延长人类寿命的医学进步，如此等等。我们从哪里来？宇宙将走向何处？物质世界基本的组成单元是什么？细胞的集合体如何产生意识？自从人类有能力思考以来，这些问题就一直在挑战人类的智慧，而科学的发展令人类能够以前所未有的视角洞察这些问题。

仅就过去短短十年而言，人类在科学方面的进展极为不俗。我们发射的航天器首次成功地在彗星上着陆，研发出了具有独特语言功能的机器人，使用干细胞成功修复了糖尿病患者的胰腺，发现了如何利用意念操纵机械臂，确定了古老墓穴中一个“5万岁高龄女子”的DNA序列。与此同时，各种科学杂志仍在不停地报道世界各地无数科研实验室里的突破。科学让我们如此深入地了解这个世界，科学的进步令人陶醉。

科学同样是人类与命运抗争的有力的武器。为了战胜天灾和疾病的侵袭，人类研发出抗击致命病毒的疫苗，可以对抗脊髓灰质炎病毒甚至极为凶险的埃博拉病毒。预计到2050年，地球上的人口将达到96亿。面对巨大的供养压力，只有科学进步能为人类带来真正的希望。如今，人类活动已对自然环境造成了破坏性的影响，而科学为我们敲响了警钟并提供了及时补救的机会。一颗小行星能使恐龙灭绝，但科学是保护人类免受未来任何来自天外的直接冲击的强护盾。在人类谋求生存的永恒斗争中，科学永远是人类忠诚的盟友。

不仅如此，在提高人类的生活品质方面，科学的地位同样无可匹敌。利用科学，我们可以与亲朋好友远程交流。我们拥有无与伦比的知识数据库，这些数据记录了人类世世代代以来的智慧和成就。我们创造了虚拟世界，可以在闲暇时短暂地逃离现实。我们可以在自家的客厅里重现各种精彩乐曲，从莫扎特到金属乐，只需按一下按钮。

求知的渴望已被植入人类的心灵。早期人类对于知识的渴求为其赢得了生存和适应并改变环境的机会，而那些对知识不感兴趣的人则会被时代无情地淘汰。显然，进化更青睐那些渴望了解自然奥秘的头脑。新知识的发现往往伴随着肾上腺素的快速分泌，这也许是自然规律在暗示人类：求知的渴望与繁殖的本能同样重要。正如亚里士多德在其著作《形而上学》的开篇写到的那样：理解世界的运行方式是人类的基本需求。

…… 

尽管在过去的几个世纪中，科学取得了巨大的成就，但仍有许多奥秘等待着我们去解答。未知的事物似乎在以惊人的速度增长，甚至已超过了我们取得科研成果的速度。已知的未知多于已知的已知，而正是已知的未知促进了科学的发展。科学家们对于他们不理解的事物格外有兴趣，他们并不希望听到对已知事物的重复叙述。那些未知的存在，使科学研究成为有生命的会呼吸的活动。

例如，在构成物质世界的所有物质中，人类可见的物质只占宇宙物质总量的4.9％，那么，其他95.1％被称为“暗物质”和“暗能量”的部分由什么构成的？如果宇宙在加速膨胀，那么促成这种加速行为的能量来源是什么？

宇宙是无限的吗？是否存在无数个平行的无限宇宙？如果真的存在，它们会遵循不同的物理定律吗？在宇宙大爆炸之前，是否存在其他宇宙？是否有时间？时间是真正存在的，还是基于一系列基本概念衍生出来的？

为什么要将几乎完全相同、只是质量略有增加的基本粒子划分为三代？是否还有更多的粒子等待着我们去发现？这些基本粒子会不会就是“弦理论”所谓的存在于11维空间的微小的振动弦呢？

爱因斯坦的广义相对论探讨的是物理学中宏大的研究对象，而量子理论面对的是微小的研究对象，如何将二者统一起来？要完成这个目标，我们需要量子引力理论。只有这样，我们才有可能理解发生大爆炸之时被压缩的宇宙在量子尺度内的状态。

如何理解人类的身体结构？人体的结构是如此复杂而精密，量子理论与之相比只是一道简单的高中生习题。人类能否找到治愈癌症的方法？是否可以战胜衰老？今天的人们有没有可能活到1 000岁？为了解答这些谜题，我们一直在努力了解基因表达与环境之间复杂的相互作用。

此外，人类从何而来？如果说进化是一个随机突变的过程，那么当进化的骰子被再次掷落，还会出现长着眼睛的生物体吗？如果重新开启进化旅程，终还是会出现人类这样的智慧生命吗？或许，我们只是上帝掷骰子的幸运结果？宇宙中的其他地方有智慧生命吗？人类的科技水平终会发展到何种程度？机器人可以获得意识吗？一个人是否可以下载自己的意识，以便在身体死亡后仅以意识的方式存在？

数学领域内的研究课题同样无穷无尽。尽管费马大定理也被称为“费马后的定理”，但并不是真正的终极定理，因为数学中的未知比比皆是。素数是否存在某种规律？它们是否只具有随机的表现形式？我们可以解出湍流的数学模型方程吗？能否有效地分解大数？

尽管我们面对的未知如此之多，科学家们依然乐观地认为，这些问题不会永远无解。几十年来的科研成果使我们有理由相信，人类正处于科学研究的黄金时代，科学发现的数量几乎呈指数级增长。2014年，科学杂志《自然》（

Nature

）指出，自“二战”结束以来，科学论文的出版数量每9年就会翻一番，计算机技术也正在以指数级的速度快速发展。摩尔定律指出，计算机的处理能力大概每两年就会提高一倍。工程师雷·库兹韦尔（Ray Kurzwell）相信，技术进步的速度是极为惊人的，人类科技在未来100年将获得相当于过去20 000年的成就。

然而，科学发现能够一直保持指数级的快速增长吗？库兹韦尔认为，这个过程中存在一个“奇点”（Singularity），当奇点到达时，科技的智能程度将超越人类的智慧。科学进步是否注定要走向自己的“奇点”？那时人类是否会变得无所不知？当然，在某个时刻，我们也许会真的发现能够解释宇宙运行规律的基本方程，确定组成物质世界的所有基本粒子并了解它们究竟以何方式构建宏伟的宇宙。有些科学家相信，目前的科学发展速度将引导我们发现一种能够解释所有事物的理论，他们甚至为这种理论起了名字：万物理论（Theory of Everything）。

史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在《时间简史》（

A Brief History of Time

）中宣称：“我仍然相信，我们可能已经接近于探索自然的终极定律的终点。”他还在书的结尾得出了激动人心的结论，说到那时，“我们知道了上帝的精神”。

人类真的渴望了解一切吗？真的可能实现“无所不知”吗？如果有那么一天，那么那天到来之时，也是科学僵死之日。科学家与未知之间存在一种奇异的矛盾关系：一方面，正是未知给予科学家动力和灵感，科学家们需要知道未知的存在；但另一方面，科学家的成功标准是获得终答案和相关知识，将未知变成已知。

那么，是否存在某种问题，是人类永远无法解决的？我们对于物质世界的探索，是否存在极限？是否存在某些领域，令自然科学和数学完全无法预测其未来？大爆炸之前的时间是不是研究禁区？是否存在某些思想，其复杂程度超越了人类大脑的理解能力？大脑可以进行自我研究吗？大脑对其自身的分析是否会陷入死循环而无法拯救自身？是否存在某些数学猜想，永远无法被证明？

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在本书中，我将尽力探讨已知的未知，并探索它们是否会永远保持在未知状态——即是否有一些问题，无论人类的认知能力进步到何等程度，这些问题的本质决定了它们永远无法得到解答？

在太空中设定三个坐标，将每颗行星置于其坐标中，并分别记录其在各个维度上的速度。每颗行星受到的作用力来自其他行星的引力。在这些已知条件下，应用牛顿第二定律，就可绘制出各个行星未来的运行轨迹。

在初始条件下，任何微小的变化都会导致完全不同的轨道。

许多动态系统都对某一变量极敏感。

地球生命的进化模型为，具有特定DNA的生物体将自身DNA遗传给后代，而其中一部分基因编码会随机发生突变，这个过程就像是进化骰子的随机滚动。

只要有充分的时间，奇迹一定会发生。如果异常状况从不发生，反而会使人感到惊讶。然而异常往往过于引人注目，因而影响了人们对它的正确理解。

编辑推荐

1. 世界*书评杂志《科克斯书评》年度*科普图书。

2. 作者马库斯·杜·桑托伊是英国皇家学会会员，曾获贝维克奖、迈克尔·法拉第奖和大英帝国勋章。作为《自私的基因》作者理查德·道金斯的继任者，他目前担任牛津大学西蒙尼公众理解科学教授。

媒体评论

《华尔街日报》（

The Wall Street Journal

） 

人类在科学领域已经取得的重大进步不仅证明了至今仍有一些难解的谜题，同时也证明了人类可能永远都无法解开这些谜题……《知识边缘》 纵览了人类未知的领域，非常吸引人。

《自然》（

Nature

）杂志 

在《知识边缘》这本书中，每项对人类认知极限的探究都以一个实物来贯穿主题，比如从赌场的骰子引出概率问题，从手表引出我们对时间的终极追寻。一段精彩的旅途，因为引入了神经科学家克里斯托弗·科赫和数学宇宙学家马克斯·特格马克等人的前沿研究而充满生气。

《科克斯书评》（

Kirkus Reviews

）星级评论 

丰富了“大问题”流派的内容，有趣美妙。

《出版商周刊》（

Publishers Weekly

）星级评论 

这部卓越的作品探索了宇宙*的奥秘，将会吸引各类读者，并让他们仔细思考“那些人类将永远无法回答的自然谜题”。

《星期日泰晤士报》（

Sunday Times

） 

有些人认为我们已经有足够多的专家，但我们真正需要的是合适的专家，即能够解释复杂概念的跨学科专家。马库斯·杜·桑托伊向前迈出了一步，他贡献出了《知识边缘》这本书来阐述我们可能永远无法知道的事，包括简单的投掷骰子的结果和量子力学的随机性。

《观察家报》（

The Observer

） 

这位杰出的数学家、作家和广播员大胆正视了自己认为的人类认知七大“边缘”和话题，包括时间的本质和人类意识的谜团……他的观点与众不同，这主要是因为他在这次旅途中以谦卑的态度说出自己的困惑、理解和担忧。

《星期日邮报》（

Mail On Sunday

） 

马库斯·杜·桑托伊有一种天赋，能让*模糊的概念变得简单易懂。每翻过一页，你就会觉得自己的智商提高了一分。

《书单》（

Booklist

） 

对于如此大的话题，作者依然能让文章结构紧凑，内容简单易懂……那些想要拓展自己思维的人将会发现，这是一次激动人心、收获满满的阅读体验。

《福布斯》（

Forbes

）

杂志 

本书重新探讨了科学领域中的一些巨大谜团，包括混沌理论、量子力学、宇宙学、时间的本质、人类意识的起源和宇宙的极限……深入研究了“科学尚未解决”的问题，精彩有趣。

《经济学人》（The Economist ） 

一本引人入胜的书，讲述了科学知识的极限。

《卫报》（

The Guardian

） 

毫无疑问，马库斯•杜•桑托伊是“数学”和“酷”维恩图解交叉部分的*元素。

《星期天电讯报》（

Sunday Dispatch

） 

马库斯•杜•桑托伊知道如何讲故事，而且更重要的是，他知道如何让复杂的概念变得愉悦且有趣味性。

马丁·里斯（Martin Rees）爵士，英国皇家学会前任主席、剑桥大学天体物理学家 

马库斯·杜·桑托伊在《知识边缘》这本书强调了许多深刻的问题，不仅思路清晰，且具有权威性，简直让我羡慕嫉妒恨。他的书值得大多数人阅读。

罗伯特·戴克赫拉夫（Robbert Dijkgraaf），普林斯顿高等研究院院长 

马库斯·杜·桑托伊为我们提供了一幅知识边缘的全景图，没有谁能比他更像一位称职的向导。

比尔·布莱森（Bill Bryson），《万物简史》(

A Short History of Nearly Everything

)作者

《知识边缘》出色而迷人。把晦涩难懂的东西变得简单且引人入胜，没有人会比马库斯•杜•桑托伊更擅此道。

阿兰·莱特曼（Alan Lightman），《爱因斯坦的梦》（

Einstein

’

s Dream

）和《意外的宇宙》（

The Accidental Universe

）作者 

《我们无法知道的事》精彩有特色且非常易懂，是一段探索世界重大谜团和奇迹的旅途。

玛利亚·波波娃（Maria Popova），

Brain pickings

 网站创始人 

就知识的无限性来说，我们的认知能力是否是有限的？这就是马库斯·杜·桑托伊在《知识边缘》中利用智慧、想象力和热情所探讨的问题：探讨七大未知谜团及解决这些谜团的可能性……相当精彩。

乔纳森·雷（Jonathan Ree），历史学家、哲学家 

马库斯·杜·桑托伊引领我们一睹当代科学*进展以及困局，为我们作了清晰而详细的解释和导引，十分吸引人。

理查德·赫尔姆斯（Richard Holmes），《好奇年代》（

The Age of Wonder

）作者 

我感觉自己跟随马库斯·杜·桑托伊踏上了一段奇妙的旅途，开启了惊险刺激的科学远征，探索了复杂又神秘的科学知识边缘……这样的旅程让我流连忘返。桑托伊在这方面已经熟门熟路，他热情而友好地带领我们进入这些遥远的未知领域……全程*精彩！我真的很喜欢这本书。

特里斯坦·舍温（Tristan Sherwin），《爱：明确表达》（

Love: Expressed

）作者 

这是一段探索未知世界的奇妙旅程，以骰子这一充满象征性的物件贯穿全书。《知识边缘》跨越了科学、哲学、技术和数学等众多领域，引人入胜又发人深思，丰富的精神粮食让人大快朵颐。 

P·G·哈里斯（），前1000位评论员 

一切都很神奇，比你想象的更离奇！马库斯·杜·桑托伊这本书的惊险离奇、鼓舞人心、引人入胜之处在于，他阐述了一个事实：通常处于边缘的东西是不会变的，它只会在那里。作者认为未来会有不同的数学系统，就像几何学已经超越欧氏几何一样，之前我从未想过这点（作为一位数学家），真是太惊人了。作者完全胜任牛津大学西蒙尼公众理解科学教授这一职位。

伊恩·卡梅隆-莫厄特（Ian Cameron-Mowat），VINE VOICE评论员 

假如你是牛津大学数学教授，同时还会给大众传授科学知识，而且你的脑容量大过一个星球，拥有*科学家必须具备的跨学科的丰富的学识，你也许也能完成这么一本书。

书籍介绍

在现代世界，科学受到了前所未有的关注。各种最新的科研进展层出不穷、大量曾经被认为无法解决的数学难题终于被数学家攻破……但是，我们会在未来的某一天变得无所不知吗？人类对物质世界认知极限在哪里？

在《知识边缘》中，牛津大学数学教授、西蒙尼公众理解科学教授、英国皇家学会会士马库斯•杜•桑托伊作者将引领读者开启一场令人深思的旅程。从粒子物理到量子力学，从相对论到宇宙学，从神经科学到人工智能，从集合论到哥德尔不完备性定理，桑托伊进行了一次对现代科学研究的最前沿的全景探索。

桑托伊精心梳理了人类科学发展的突破性成就，对一些既定的认知提出了无畏的质疑。翻开本书，你将与最知名的学术权威进行对话，聆听他们最惊世骇俗的见解，与他们一同探索人类的知识边缘。