一個奇妙的宇宙正等著我們去探尋
我是一個幸運的人，常被邀請參加各種不同領域的高層會議，包括商業、法律、對外政策、藝術、媒體，當然還有科學。當我和其他參會者持不同的觀點時，我們的討論更能激發出新鮮的想法，而這些想法都是各個領域內的重要課題。但最好的問題，尤其是關於我的研究，往往不是來自會議的參與者。例如，某次關於物理學的交流特別讓人開心，那次會議之後，一個名叫傑克的年輕普通人對物理學的深刻思考讓我很震驚。傑克是個司機，當時正載著我去蒙大拿機場。
一般情況下，當人們知道我是個物理學家的時候，常會把他們關於事物的理解強行地灌輸給我，這些理解包括對科學的愛與恨、喜歡與迷惑。我發現有時這還挺有意思，畢竟我們中的大多數都不會向律師聊太多自己關於法學的想法。但這些對物理學的另類「懺悔」有時還是會有所回報的。傑克向我提到，幾年前上高中時，他曾接觸過一些大學級別的物理學課程，現在他依然渴望繼續學習。儘管現在他已經不再上課了，但他希望聆聽到更多有關物理學的前沿知識，並進一步瞭解我們對宇宙的理解。
傑克並沒有局限於詢問物理學的最新發展，他想知道從他所瞭解的物理學開始，物理學都有了哪些新發展。所以我向他解釋：20世紀物理學的發展告訴我們，牛頓力學儘管在我們熟悉的環境中非常準確，但在小尺度、高速度或者高密度環境中不再適用了，人們要用量子力學、狹義相對論以及廣義相對論來替換牛頓力學。
在仔細思考了一番之後，傑克提出了一個看似隨意，但又十分深奧的問題。他問我，如果我能回到過去，我會用我現有的物理知識做些什麼；我是否會告訴過去的人們一些只有今天才知道的物理學新發現。
傑克認識到了這個問題的兩個方面。第一個方面是，到底會不會有人相信我，或者他們只是把我看成一個瘋子。畢竟，沒有試驗證據的支持（尤其是這些實驗都是今天最先進的技術實現的），這些20世紀物理學家發現並推演出的令人印象深刻的現象和聯繫，在「過去」看起來確實有些瘋狂。這些發現已經顛覆了人們對這個世界的常識性理解。
他問題的另一個方面更令人壓抑。傑克想，就算人們相信這些新觀點，他們也會被嚇到而忽略這些觀點，或者走向另一個極端，即急迫地想應用這些新的物理概念。他的第一直覺是，應該在想像的時間旅行裡保守這些秘密，因為我們最好還是讓世界以它本應該有的形式發展：獲得科學知識不應該有捷徑。
公眾通常不喜歡長遠思考，所以傑克擔心，突然的信息爆發也許並不安全。他並不認為改變是壞的。但當他看到自己的弟弟妹妹們沉迷於電子遊戲或者智能手機中，而忘記了鍛煉和戶外活動以及他在年輕時喜歡的探險活動時，傑克感到非常憂慮。他也非常擔心發生在他家鄉的事情。在那裡，一旦有新的技術引進，工業化就會大肆搶奪資源，完全不顧這些行為對當地人或者全球帶來什麼影響。自傑克出生以來，他看到自己的家園和家人的生活都發生了不可挽回的變化，然後他得出了自己的結論：若未經過認真瞭解和制定長期戰略，公眾也許很難有足夠的時間去適應最新的科學發現和技術進步。
本書也介紹了地球上發生的幾次無法控制的主要變動對這個星球造成的巨大影響。其中一次發生在6 600萬年前，一顆來自太空的高速彗星——可能是由暗物質觸發，導致了一次大型生物滅絕。也許3 000萬年以後，另一顆彗星又會撞到地球上。解開這些神秘事件令人非常著迷，這就是為什麼我會在書中介紹它們，並且還在繼續研究它們。
理解這些碰撞對地球以及地球生命的影響，也許更為重要。這可以幫助我們預測，今天的我們對環境所做的一切會帶來的可能後果。在與文明以及物種多樣化有關的時間尺度上，「一顆脫軌的彗星」，也許只是杞人憂天。但正像人口爆炸導致地球資源的過快消耗等類似問題一樣，我們無法忽略上述問題。其影響甚至相當於一顆慢速的彗星，這一切的始作俑者是人類自己。但和遙遠彗星和地球的碰撞相比，我們也許可以嘗試著去控制人類製造的這次「衝撞」。
對暗物質的研究看起來和人口爆炸、資源匱乏毫無聯繫。《暗物質與恐龍》描述的是我們周圍的大尺度環境（即地球所在的宇宙環境），科技進步帶來的顯著效應，以及未來它能給我們帶來什麼。通過思考暗物質的本質，可以讓我們思考銀河系，進而思考太陽系，以及我們關心的彗星。這讓我們更好地瞭解了恐龍的滅絕，並讓我們由衷地為現在地球上存在的所有生命的平衡及其茁壯成長感到讚歎，為大自然的精緻感到讚歎。如果擾亂了這一平衡，我們也許會存活下來，這個星球也會存活下來。但是，我們卻無法確定和我們一起生活的物種，以及我們賴以生存的物種，會不會在打亂平衡而導致的重大變更中存活下來。
宇宙大約有138億年的歷史，地球圍繞太陽也轉了將近45億圈。人類降臨到地球上也就僅僅200萬年，而文明的歷史更是只有區區不到兩萬年。然而在我生活的年代，全球人口已經翻了一番還多，增長40多億。當人類過快地消耗地球資源時，這已經影響到地球以及地球上的其他生命了，人類正快速毀滅著宇宙百萬年甚至百億年所積累的一切。在一個人的人生跨度上，這個威脅也許沒那麼緊迫。然而，對這一威脅保持警惕，卻可以幫助我們設計出最優化的方式，去更合理地應用將來會出現的新科學技術。
人類喜歡把自己想像成為適應能力很強的物種，但事實是，當今的世界要比我們想像的更加不穩定。不斷變化和被破壞的棲息地以及大氣環境都影響著物種的多樣性，甚至促成了第六次滅絕。儘管人類並不會很快消失，但人類生活方式中的某些重要方面可能會消失。人類現在的改變已經威脅到我們的環境，更不用說對社會穩定性以及經濟穩定性的影響了——雖然有些是我們自認為正確的解決現有問題的方法。而且，儘管有些結果從長遠看也許會有益於全球的環境，但這些改變對於現在生活在地球上的物種來說，也許並不是那樣的。
我們可以嘗試改造自然環境的一些方面，但世界是一個極其複雜的系統，它有很多看起來如奇跡一般的特性，而關於這些特性我們現在知之甚少。即使現有方法能解決一些問題，但很難保證它們能跟得上這不斷發展的變化。沒有對平衡的不斷調整，結果將不可避免會不可控地增長，並為這一過程付出代價。在一個支持技術發展的政治、社會以及經濟環境下，如果我們期待獲得積極的回應，把技術集成到更複雜的策略中是非常必要的。我們面對著巨大的挑戰，但它不應該是阻礙我們向這個值得一試的目標前進的理由。
指數型增長在一開始會相對緩慢，但之後會急劇增長。為了維持新平衡狀態，需要的資源會超過我們過去所消耗的所有資源。我們這個精緻的生態平衡系統，加上其複雜性以及脆弱的基礎，就算是非常微小的擾動，也會導致非常大的影響。因此，三思而後行變得尤為重要。就連教皇弗朗西斯（Pope Francis）在他2015年的教皇同諭中都警告世人，人類活動過多與過於頻繁是個不容忽視的問題，他稱之為「過快的改變」。儘管有些改變是有益的，但潛在的有害結果需要提前估計。如果單純地從一個角度看問題，我們會只拘泥於眼前。
大家不要誤解我，我相信一切都會有所改善，知識是美妙的。但我也相信，理智地應用先進的科學技術正意味著長遠的考慮。一個智慧物種不應該把自身的存在建立在與其他物種的惡性競爭和破壞稀缺的資源上，而這些資源要經過幾十億年或至少幾百萬年才能形成。儘管技術可有益、可有害，而且有些危害是不經意的，但知識的不斷增長讓我們有能力創造出人類需要的機器，作出更好的預測，為潛在問題找出解決方案，並評估人類理解的極限。是否能合理地利用知識，完全取決於我們自己。
科學正在悄悄改變我們的世界
我們應該記住，從全局來看，所有科學發現的應用在一開始都是不明朗的。然而，科學的進步卻悄悄地改變著這個世界，以及人們的世界觀。如果應用得合理，科學技術會為人類帶來不可估量的好處。即使很多基於抽像理論的觀點，一開始沒人相信它們能有任何實際應用，但它們確實極大地改變了我們的世界。
基因科學最早是對DNA的研究，是為了解決純理論的問題，但如今被用來治療癌症。一些醫療儀器，比如核磁共振成像（MRIs）最早用於研究原子核。核能的應用也許爭議很大，而關於核能的知識都源於對原子結構的研究。電子行業的革命源於原子晶體管的發展，而這一研究屬於量子物理學的範疇。互聯網是計算機科學家蒂姆·伯納斯-李在歐洲核子研究中心（現在用於放置大型強子對撞機）工作的副產品，它的主要目的是更好地聯繫來自不同國家的科學家，從而更合理地協調工作。今天普遍存在的GPS系統則融入了愛因斯坦的相對論理論。在電被發現的時候，甚至沒有人認識到電會如此重要，而今天我們的生活已完全離不開電。
當地質學家沃爾特·阿爾瓦雷斯剛開始研究工作的時候，他認為地質學比物理學乏味。地質學家們繪製著看似簡單的河流和陸地的圖譜，而20世紀的物理學卻根本地改變了人類對這個世界的認知。但隨著板塊構造學、地層學以及地質演化學的發展進步，儲藏在地下的石油和礦產不斷被人發現、開發並利用，這開啟了人類研製機器來尋找石油和礦產的時代。這個轉變開始於18世紀，但地質學變得更重要是在20世紀。地質學為我們的世界創造了可觀的收益，它實實在在地為現代工業的複雜機器提供了燃料，這使得我們的經濟和生活方式都有所改進。但同時，這也帶來了今天的環境問題。
沃爾特以及其他地質學家對地理學發展的貢獻，並不只是為了工業發展，也同樣為了理論研究，他們的工作使得我們對地質學有了新的認識。把流星體和太陽系聯繫到了更廣闊的領域——銀河系的結構，這種過程看上去正是智能生物正確的擴張冒險步驟：把我們的世界和周圍的宇宙聯繫起來。
正如沃爾特的工作引發了地質學、化學以及物理學的交融，我希望本書的研究也是對其他學科的一種延續。暗物質可能是讓人類更好地理解這種聯繫的一塊拼圖。我們不僅可以應用地質學去理解宇宙學事件，而且對暗物質本質的詳細理解，也許會幫助我們搞清楚把彗星帶到地球軌道附近的動力學系統。
大部分人更關心流星體（天文學家和小行星礦產投資人除外），因為這些星體可能和生死相關，但這些天體產生高危事件的概率非常低。小行星和彗星基本上會在各自的軌道上穩定運行，而且它們與地球相撞的概率很小。只有極少數確實巨大的天體會過於偏離軌道，而離開太陽系或者攻擊地球。基於我已經介紹的，希望你現在對什麼樣的地外天體會在將來撞擊地球、會帶來多大的危險，有更好認識。
這本書解釋了一個可能的這種撞擊所產生的幾個原因，這次撞擊造成了6 600萬年前的白堊紀-第三紀大滅絕。從廣義上來講，我們都是希克蘇魯伯的後代。這是人類歷史的一部分，我們應該研究並瞭解這段歷史。如果這是真的，那麼根據本書其他的相關分析，暗物質不僅不斷在改變著人類的世界，而且對於人類的出現扮演著至關重要的角色。在這個框架下，從恐龍的視角來看，暗物質就是魔鬼，科學家命名其為「暗物質」也是很明智的。但從人類的角度出發，這種可能的新暗物質類型是這些重要意外的觸發者，而這些意外會改變地球的發展進程，甚至決定了你是否有機會坐下讀這本書。
在這本書中，我嘗試著展示科學研究的本質，即人們如何根據已有的知識去探索未知的領域。另一方面，宇宙和地球的歷史都把我們送上了一次通往過去的、刺激卻充滿挑戰的旅程。如果你認為家族歷史已經很難追根溯源了，儘管長輩會告訴你很多相應的線索。那麼請想一想，通過研究那些只存在於不會說話的石頭上的信息來研究過去的困難程度，而且很多信息已經隨時間的流逝而被風侵蝕掉了，甚至，有些隨著地殼的運動而到達地幔中；又或者理解暗物質結構的複雜性，而對於這些暗物質，我們根本看不到。
科學的進步已經揭示了基礎物理學和我們眼前可見世界之間極其複雜的聯繫。暗物質的坍縮產生了星系，恆星中心所產生的重元素則為生命的形成做好了準備，地幔深處原子核衰變所釋放出來的能量又驅動著地殼的運動從而形成了高山。我發現，人類這種能夠理解宇宙中深層次聯繫的能力確實讓人振奮不已。每當科學家探索已知世界的邊界時，總會有意想不到的結果發生。
這個世界是豐富多彩的。它如此豐富多彩，以至於粒子物理學家會問的兩個最重要的問題是：「世界為什麼如此多樣？」「我們所見的所有東西是如何聯繫到一起的？」在我的研究中，我知道這些研究也許會或不會最終直接連接起人類對現有周圍世界的瞭解。但不管怎樣，我希望研究結果會對將來的研究作出一點貢獻。我專注於現有理論框架的研究，我明白，任何不符合標準理論的圖像和計算的結果，可能是源自對傳統模型的不夠瞭解，或者是在提示我們作出一些新的嘗試。
暗物質及其在宇宙演化中的作用是當今最令人興奮的科學主題之一。我們能夠真實地理解所有形式的物質（正如不同文化的複雜社會），但這需要我們瞭解它們的性質，並能夠定量地計算不同物質的組分。而且，按照這種組合方式組合在一起的物質，可以重現我們周圍環境的物質丰度。改進我們理解物質的最好方法就是，構建最優美可靠的，並且符合觀測的物質成分表。我在前面所展示的暗物質研究也許只是一次思想實驗，但它將會在未來的測量中被證實或證偽。數據和理論的自洽，是結果正確與否的最好標準。
本書書名所暗示的影響彗星軌道的暗物質，並不是我們所指出的新型暗物質的唯一可能。暗物質盤結構可以影響恆星的運動、矮星系的形狀，以及實驗室中的實驗結果或者太空中的觀測結果。儘管與探索地球和太陽系比起來，研究暗物質從許多方面來看都更難以捉摸，但科學家們正在尋找新的方法來追蹤它。相應的結果會幫助我們揭開銀河系以及宇宙的神秘面紗。
地球上的生命也許不是宇宙中唯一的生命形式，但人類的存在需要宇宙或者行星具有一些顯著的特徵。根據現有的瞭解，人類的問題最終變為了：人類是如何來到地球的？通過研究星系以及人類的起源，人類可以判斷，人類到底是因為一次偶然的事故來到地球的，還是經過了平緩的演化，即人類出現在地球上是可預言的？我們已經瞭解了非常可觀的信息，並希望可以揭示更多的聯繫。在過去的50年中，從不缺乏驚人的進步。
儘管我們經常會看到新聞報道的壞消息和全球不斷發生的令人失望的事件，但傳播科學知識可以幫助人類改善自己的生活，並指導我們朝著對將來最有利的方向發展。科學研究不斷呈現著關於人類生命與環境之間的聯繫、過去與未來的聯繫，等等。所以，人們應該感激這個世界是如此豐富多彩，它為人類應用已有的智慧和技術提供了場地和對象。
我經常覺得，奇妙的宇宙學環境是如此令人振奮。來自外界的爭吵和憂慮都不會打擾我們從大尺度上洞悉科學的意義：科學能教會我們什麼？我所說的，也許聽起來並不像是最實用的建議。但是仰望星空，就在你的周圍，一個奇妙的宇宙等著我們去追求、擁抱和探索。