导言

根据爱因斯坦的说法，引力波由振荡的空间弯曲组成：空间的振荡拉伸和挤压。

在史蒂芬骨灰入葬西敏寺时，在我对他的悼词中，我用这些话来纪念这种奋斗：“牛顿给了我们答案。霍金给了我们问题。而霍金的问题本身将继续在几十年间产生突破。当我们最终掌握量子引力定律并完全理解宇宙的诞生时，这可能主要归功于站在霍金的肩膀上。”

为什么必须问大问题

在20世纪60年代早期，宇宙学中的大问题是“宇宙有一个开端吗？”许多科学家都本能地反对这个思想，因为他们觉得一个创生的点会是科学崩溃之处。人们必须诉诸宗教和上帝之手，以确定宇宙将如何开始。这显然是一个基本问题，而它正是我完成博士论文所需要的。

不是每个人都能读完它或理解他们阅读的所有内容，但他们至少努力思考过关于我们存在的一个大问题，并认为我们生活在一个由理性定律制约的宇宙中，通过科学，我们可以发现和理解这些定律。

太空时代的伟大启示之一是它赋予人类有关我们自身的视野。当我们从太空回望地球，我们将人类自身视为一个整体。我们看到了统一，而不是分裂。就是这样的简单图景，它传递着撼人的信息：一个星球，一个人类。

在我的期望降低到零之后，新的每一天都成为奖赏，我开始珍惜所拥有的一切。只要有生命，希望就存在。

我在班上的成绩从未优于半数的同学。那是一个非常优秀的班级。但我的同学给了我“爱因斯坦”的绰号，他们大概看到了我的潜质。当我十二岁时，我的一个朋友和另一个朋友用一袋糖果打赌，说我永远不会有任何作为。

尽管发生了地震，但我对在伊朗的时光有很多美好的回忆。对世界的强烈好奇可能会让人受到伤害，但对我而言，这可能是我生命中唯一一次因好奇而受伤。

1.上帝存在么

不管宇宙的复杂性和多样性，制造一个宇宙其实只需要三种成分。

宇宙大爆炸核心的巨大神秘之处在于，解释不可思议的巨大的、拥有空间和能量的整个宇宙如何能无中生有。其秘密在于我们的宇宙最奇怪的一个事实。物理定律要求存在某种叫作“负能量”的东西。 人的死亡会产生负能量么？

那么今天这些负能量在哪里呢？它在我们宇宙食谱中的第三种成分中：它在空间中。这可能听起来很奇怪，但根据引力和运动的自然定律——科学中最古老的那些定律——空间本身就是一个巨大的负能量仓库，足以确保一切加起来为零。

我有信仰吗？我们每个人都可以自由地相信我们想要相信的，而我认为最简单的解释是不存在上帝。没有谁创造宇宙，也没有谁指引我们的命运。这让我彻底醒悟：可能没有天堂也没有来世。我认为相信来世只是痴心妄想。它没有可靠的证据，它和我们在科学中所知道的一切相悖。我认为当我们死的时候，我们会回到尘埃。不过在某种意义上我们还继续活着，在我们的影响中，在我们传给了孩子的基因中。我们拥有这一生，得以欣赏宇宙的宏伟设计，为此我极度感恩。

为了建立宇宙，我们需要的第三种成分是空间。

一个人想在平地上建造一座小山。那座山将代表宇宙。为了造这座小山，他在地上挖了一个洞并用土来堆他的山。当然他不只是在建一座小山，他还挖了一个洞，实际上是山的一个负版本。那个洞里面的东西现在已经变成山丘，所以这一切都完美地平衡。这就是宇宙开端背后的原理。

我的预测是，到21世纪末，我们将会知道上帝的心灵。

爱因斯坦意识到某种极其非凡的东西：制造宇宙所需的两种主要成分，质量和能量，基本上是一个东西，如果你愿意的话，可以说两者是同一枚硬币的两面。他著名的等式E=mc2只是意味着质量可以被认为是一种能量，反之亦然。所以我们现在可以说，宇宙并没有三种成分，它仅有两种成分：能量和空间。

首先是物质——有质量的东西。物质就在我们身边，脚下的地中和太空外面。灰尘、岩石、冰、液体。巨大的气体云、恒星的巨大螺旋，每个都包含数十亿个太阳，向外延伸到令人难以置信的距离。你需要的第二种成分是能量。

如果你像我一样相信科学，你就会相信存在永远得遵守的一些定律。如果你愿意，你可以说这些定律是上帝的杰作，但那更是对上帝的定义，而非对其存在的证明。

我不想告诉任何人该相信什么，但对我而言，问上帝是否存在是一个有效的科学问题。毕竟，很难想象一个比什么或谁创生了并控制宇宙更重要或更基本的奥秘。

自然本身的定律告诉我们，宇宙不仅像质子，不需任何辅助就突然涌现，宇宙还不需要任何能量，而且大爆炸由无产生是可能的，就是无。

2.一切是如何开始

1915年，爱因斯坦引入了他革命性的广义相对论。其中，空间和时间不再是绝对的，不再是事件的固定的背景。相反，它们是动力学的，是由宇宙中物质和能量塑造的量。它们只在宇宙中才被定义，所以谈论宇宙开端之前的时间是没有意义的。这就像询问南极以南的一点，它是没有定义的。

我们所有人观察到的现象，即夜晚的天空是黑暗的，是非常重要的。这意味着，宇宙不可能以我们今天看到的状态存在了无限久。过去肯定发生过一些事件，让恒星在有限的时间前点亮，那么来自遥远恒星的光线还来不及到达我们。这可以解释为什么夜空不是所有方向都发光。

宇宙膨胀的发现是20世纪伟大的智力革命之一。这个发现完全出乎意料，它彻底改变了关于宇宙起源的讨论。如果这些星系正在分离，那么它们在过去必定相互靠得更近。从目前的膨胀速度来看，我们可以估计，大约在100亿年到150亿年前，它们确实一度非常接近。因此，似乎宇宙那时就开始了，此刻万物都处在空间中的同一点。

人存原理说，宇宙必须或多或少是我们看到的样子，因为如果它是不同的，那么就没有任何人在这里观察它。

3.宇宙中存在其他智慧生命么？

像你我这样的生命通常有两个要素：一组告诉系统如何继续进展和如何复制自己的指令，一种执行这些指令的机制。在生物学中，这两部分被称为基因和新陈代谢。但值得强调的是，它们根本不必和生物有关。

包括我们自己在内的大多数生命形式都是寄生虫，因为他们食用并依赖其他生命形式而存活。我认为电脑病毒应该算作生命。也许这揭示了人性的某些阴暗，到目前为止，我们创造的唯一生命形式纯粹是破坏性的。

地球上生命出现这么早，说明在适当的条件下，自发产生生命的机会并不小。也许DNA是由更简单的生命形式合成的。而DNA一旦出现，就非常成功，以至于完全取代了早期的形式。我们不知道这些早期的形式是什么样的，但一种可能性是RNA。

我们用了几百万年的时间，从不太先进的早期猿类进化而来。在那段时间里，我们DNA中的有用信息可能只改变了几百万比特，因此人类生物进化的速度大约是每年1比特。

我们来不及等待达尔文进化论把我们变得更聪明、更善良。而我们现在正进入一个可称为自我设计进化的新阶段，在这个阶段，我们将能够改变和改善我们的DNA。我们现在已经绘制了DNA，这意味着我们已经阅读了“生命之书”，所以我们可以开始改写更正。

如果人类设法重新设计自己，减少或消除自我毁灭的风险，它可能会散布到其他行星和恒星上去，并在那里殖民。

人存原理应警告我们要警惕这些论点。进化更可能是一个随机过程，智慧只是众多可能的结果之一。

很难说这种碰撞发生的频率，但平均每两千万年可能是一个合理的猜测。如果这个数字是正确的，那就意味着地球上智慧生命的发展只是因为在过去的6 600万年中地球没有发生重大碰撞。银河系中的其他行星发展的生命可能没有足够长的无碰撞时期来进化成智慧生物。

第三种可能性是存在生命形成并演化为智慧生命的合理概率，但系统变得不稳定，智慧生命自我毁灭。

突破性信息是一个国际竞争，旨在创造可让先进文明阅读的信息。但我们需要警惕，直到我们进一步发展之前，不要回答外星生命。在我们现阶段，遭遇更先进的文明，可能有点像美洲原住民遭遇哥伦布一样——我想他们认为他们的生活因之变得更糟。

4.我们能预测未来么？

天文学是第一门被发展的科学。300多年前，正是牛顿给予它坚实的数学基础，而我们仍然使用他的引力理论预测几乎所有的天体运动。跟随天文学的例子，人们发现其他自然现象也遵守明确的科学定律。这就导致了科学决定论的思想。

在原则上，定律允许我们预测未来。但在实践中，通常计算都太难了。

5.黑洞中是什么？

利用迷你黑洞并不容易。你无法将它保存在发电站中，因为它会穿过地板掉落并最终结束于地球的中心。如果我们有这样的黑洞，保持它的唯一方法是让它在围绕地球的轨道上运行。

6.时间旅行可能么？

广义相对论是一场重大的智慧革命，它变革了我们对宇宙的思考方式。它不仅是弯曲空间的理论，也是弯曲或翘曲的时间的理论。

在更大的尺度，它们可能是银河系的纬度、经度和到银河系中心的距离。

第四个数字是事件发生的时间。从而人们可以将空间和时间视为一个四维的称为时空的实体。时空的每一点由四个数字标记，指定其在空间和时间中的位置。

在合理的时间内从银河系的一侧到达另一侧的唯一方法似乎是我们将时空弯曲到足够程度，从而制造出一个小管或虫洞。这可以连接银河系的两侧并充当从一侧到另一侧的近路，在你返回时，你的朋友还活着。人们非常认真地暗示这种虫洞可在未来文明的能力范围内实现。不过，如果你可以在一两个星期内从银河系一边旅行到另一边，你就能够通过另一个虫洞返回，并在你出发之前到家。你甚至可以设法用一个虫洞在时间中旅行到过去，如果它的两端彼此相对运动的话。

量子理论允许能量密度在某些地方是负的，倘若它在其他地方是正的。

量子理论允许能量密度为负的原因在于它是基于不确定性原理。

看起来随着我们在科学和技术方面的进步，我们也许能够构建虫洞或以其他方式弯曲空间和时间，从而能够旅行到我们的过去。如果这种情况发生，就会引发一大堆疑问和问题。其中之一就是如果将来可以进行时间旅行，为什么还没有人从未来回来告诉我们该怎么做。

7.我们能在地球上存活么？

作为一个21岁即被告知只有5年可活的人，在2018年已经76岁了——我是在另一种意义上的时间专家，亲身经历的专家。我很不舒服地敏锐地意识到时间的流逝，而且在我的大部分生命中都会感受到，正如他们所说的，我获得的时间是借来的。

在政治上，现在我们的世界比我记忆中的任何时候都更不稳定。许多人感到在经济和社会方面都被抛弃了。结果，他们转向民粹的——或者至少俘获人心的政客，这些人行政经验有限，在危机中做出冷静决定的能力尚未经受考验。由于莽撞或恶意的力量促使末日之战的前景陡增，因此这意味着世界末日时钟应该更接近临界点。

我认为我们正不顾危险地冷漠对待自己在地球上的未来。目前，我们无处可去，但从长远来看，人类不应该把所有的鸡蛋放在一个篮子里，或者放在一个行星上。我希望在学会如何逃离地球之前，能避免篮子摔下。但我们天生就是探险家，受着好奇心的激励。这是一种独特的人类素质。正是这种驱动的好奇心让探险家们发现地球不是平坦的，而正是同样的天性将我们在想象中瞬刻送到恒星，促使我们要实际去那里。每当我们进行一次新的大飞跃，例如登月，我们就会提升人性，将个人与民族团结在一起，开始引领新的发现和新技术。离开地球需要协调一致的全球手段——每个人都应该参与。我们需要重新点燃20世纪60年代早期太空旅行的激情。这项技术几乎快被我们掌握在手中。现在是探索其他太阳系的时候了。到太空去可能是唯一可以从我们自己制造的灾难中自我拯救的办法。我确信人类需要离开地球。如果我们留下来，就有被歼灭的危险。

到2600年，新的艺术和科学工作将以电子形式出现，而不是实物的书籍和论文。尽管如此，如果指数增长继续下去，我这一类的理论物理学将会每秒出10篇论文，人们根本没有时间阅读它们。

目前的指数增长不能无限期地持续下去。那将会发生什么？一种可能性是，我们将通过诸如核战争之类的灾难来消灭自己。即使我们不完全摧毁自己，我们也有可能会陷入残酷和野蛮的状态，就像《终结者》的开场。

相对于未经改善的人种，发展改良的人种将引起巨大的社会和政治问题。我并非提倡人类遗传工程，也不认为它是一件好事，我只是说无论我们是否想要，它都可能在下一个千年发生。这就是为什么我不相信像《星际迷航》的科幻，那里面的未来350年后的人基本没变。我认为人类，还有它的DNA，将非常迅速地增加其复杂性。

在某种程度上，如果人类要应对周围日益复杂的世界，并迎接诸如太空旅行等新挑战，它就需要改善其心理和身体素质。如果生物系统要保持领先于电子系统，它还需要增加其复杂性。

如果人类要应对周围日益复杂的世界，并迎接诸如太空旅行等新挑战，它就需要改善其心理和身体素质。如果生物系统要保持领先于电子系统，它还需要增加其复杂性。

8.我们能去太空殖民么？

不离开地球就像在荒岛上不想逃生的漂流者一样。我们需要探索太阳系，找到人类可以居住的地方。

在某种程度上，这情况就像1492年之前的欧洲一样。人们可能会认为让哥伦布出发而徒然无功是浪费金钱。然而，新世界的发现对旧世界产生了深远的改变。

向太空扩散将产生更大的效应。它将彻底改变人类的未来，并可能决定我们究竟是否拥有任何未来。它不会解决我们在地球上的任何直接问题，但它会给我们一个新的视角，让我们向外而不是向内看。但愿它会将我们团结起来去面对共同的挑战。

进入太空绝不便宜，但它只需要世界资源的一小部分。自从阿波罗登陆以来，NASA的预算考虑到物价因素实际上基本保持不变，但它从1970年占美国GDP的0.3%下降到2017年约为0.1%。即使要认真地努力进入太空，我们得增加国际预算20倍，也还只占世界GDP的一小部分。

然而，在1972年的最后一次登月之后，由于没有进一步载人航天飞行的未来计划，公众对太空的兴趣减弱了。在西方，这伴随着对科学的普遍失望，因为虽然它带来了巨大的好处，但并未解决日益占据公众注意力的社会问题。

一般而言，一个新的载人航天飞行计划可以大力恢复公众对太空和科学的热情。

在1972年的最后一次登月之后，由于没有进一步载人航天飞行的未来计划，公众对太空的兴趣减弱了。在西方，这伴随着对科学的普遍失望，因为虽然它带来了巨大的好处，但并未解决日益占据公众注意力的社会问题。

我们发送火箭的速度取决于两个因素：排气的速度和火箭在加速时失去的质量比。

人类文化成为星际文化的时刻，就是我们终于接触银河系的时刻。而如果“突破摄星”发回一个环绕我们最近邻恒星公转的可居住行星的图像，它可能对人类的未来具有极大的重要性。

人类作为一个单独的物种存在了大约200万年。文明始于大约1万年前，并且发展速度一直在稳步增长。如果人类要再继续下去100万年，我们的未来就要大胆前进到之前无人去过的地方。

“我期待太空旅行。我愿意是首批购票人之一。我期望在未来100年内，我们将能够在太阳系中的任何地方旅行，也许除了外行星。但要到恒星旅行则需要更长的时间。我估计在500年后，我们将访问一些附近的恒星。它不像《星际迷航》那样。我们不能以曲速旅行。所以往返至少需要10年，也可能要长得多。”

9.人工智能会不会超过我们？

智力是人之为人的核心。文明所提供的一切都是人类智慧的产物。

当今一个广泛共识是，人工智能研究正在稳步发展，其对社会的影响可能会增加。潜在的好处是巨大的，我们无法预测当AI可能提供的工具放大这种智能时，我们会获得什么。彻底消除疾病和贫困是可能的。由于AI的巨大潜力，重要的是研究如何在避免潜在陷阱的同时获得收益。创建AI的成功将是人类历史上的最大事件。

我担心的是，AI会自己起飞并不断加速重新设计自己。人类受到缓慢的生物进化的限制，无法竞争，将会被超越。在未来，AI可以发展自身的意志，那是一种与我们相冲突的意志。其他人相信人类可以在相当长的一段时间控制技术的速度，让AI实现解决许多世界问题的潜力。对此，我还不是这么确定，虽然众所周知，关于人类，我是一个乐观主义者。

而AI短期对我们的影响取决于谁控制它，长期影响取决于它究竟是否可能被控制。

总之，对于人类，超级智能的问世是有史以来要么最好要么最坏的事。人工智能的真正风险不是恶意，而是能力。一个超级聪明的AI会非常擅长实现目标，如果这些目标和我们的不一致，我们就遇到了麻烦。

当我年轻时，技术的兴起似乎提示，我们将来都将享受更多的休闲时光。但事实上，我们越能干，我们就越忙。我们的城市已经充满扩展我们能力的机器，但如果我们可以同时在两个地方该多厉害？我们习惯于在电话系统和公告上使用自动语音。现在发明家丹尼尔·克拉夫特正在探究我们如何在视觉上复制自己。问题是，替身有多逼真？

我相信大脑和电脑连接是未来的交流方式。有两种方法，电极接通头骨和移植物。第一个就像透过磨砂玻璃看不太清楚，第二个更好，但有感染风险。如果我们可以将人脑连接到互联网，它就会将整个维基百科都作为其资源。

我们站在一个美丽新世界的门槛上。这是一个令人兴奋的，不过也将是危险的地方，而我们是先锋。

当我们发明火时，我们反复被火搞砸了一些事情，然后发明了灭火器。鉴于拥有更强大的技术譬如核武器、合成生物学和强人工智能，我们应该改为预先计划未来，并希望第一次就把事情弄妥，因为这可能是我们仅有的机会。我们的未来是一个技术日益增长的力量和使用它的智慧之间的竞争。让我们确保智慧胜利。

10.我们如何塑造未来

爱因斯坦有能力超越表面来揭示底层结构。他对常识毫不畏惧，常识认为事物必然是它们表面的那个样子。他有勇气去追求别人看似荒谬的观念。这给了他自由，让他成为天才，他的时代和任何时代的天才。

爱因斯坦具备的一个关键因素是想象力。他的许多发现来自于他通过思想实验重新构想宇宙的能力。

在我14岁的时候，我在圣奥尔本斯学校的老师迪克朗·塔他向我展示了如何利用我的精力，并鼓励我创造性地思考数学。他把数学视为宇宙本身的蓝图，这使我大开眼界。如果你看每个非凡的人物背后，总能发现一位特殊的老师。当我们每个人都在思考在生命中能做些什么时，我们很有可能因为一位老师而能这样做。

教育未来的基础一定取决于学校和鼓舞人心的老师。但学校只能提供基本框架，有时死记硬背、方程和考试可以让孩子们远离科学。大多数人只要定性理解，而非定量理解，无须复杂的方程。科普书籍和文章也可以传达关于我们生活方式的想法。但是，即便最成功的书籍，也只有一小部分人阅读。科学纪录片和电影很吸引大众，可惜它只是单向交流。

我可以充满信心地说，他们的未来将比过去任何一代更多地依赖于科学和技术。他们需要比前人更多地了解科学，因为科学以空前的方式成为他们日常生活的一部分。

我认为人类的未来有两种选择：第一，探索太空寻找可居住的替代行星；第二，积极利用人工智能改善我们的世界。

地球对我们来说变得太小了。我们的物质资源正以惊人的速度消耗殆尽。人类向我们的星球呈送了灾难性的礼物：气候变化、污染、温度上升、极地冰盖缩小、砍伐森林和毁掉动物物种。我们的人口也以惊人的速度增长。面对这些数字，很明显，这种近乎指数式的人口增长无法持续到下一个千年。

我们将继续探索我们的宇宙栖息地，将机器人和人类送入太空。我们不能继续将自己向内局限于一个小的、越来越污染和过度拥挤的行星上。通过科学的努力和技术创新，我们必须向外开拓更广阔的宇宙，同时也要努力解决地球上的问题。

而且我很乐观，我们最终会在其他行星上为人类创造可行的栖息地。我们将超越地球，学会在太空生存。