是否會有那麼一天，我們將能穿牆而過、建造飛行速度超過光速的飛船、解讀他人的思想、隱形、以意念之力移動物體、瞬間將我們的軀體傳送到太空？ 我自幼就對這些問題著迷。與許多物理學家一樣，在成長的過程中，我被時間旅行、死光槍、力場、平行宇宙等等獲得實現的可能性所深深吸引。魔法、幻想和科幻小說都是我任憑想像力馳騁的廣闊遊樂場，它們開始了我與不可思議事物之間的終身戀情。 我記得觀看電視上重播《飛俠哥頓》（Flash Gordon）的情形。每個週六，我都與電視機如膠似漆，對飛俠、扎可夫博士（Dr. Zarkov）與戴爾·雅頓（Dale Ardende）的冒險經歷和他們那令人目眩神迷的未來科技裝備驚嘆不已：火箭飛船、隱形盾、死光槍、空中城市。我從未錯過任何一個星期的播出。這個節目為我開啟了一個全新的世界。我一想到有朝一日能坐火箭登上一個陌生星球並探索其獨特的地貌就激動萬分。我被拽入了這些驚人發明的磁場中，明白自己的命運以某種形式與這部劇集中展現的科學奇蹟緊密相連了。

如同事實所證明的那樣，我的經歷並非特例。許多極為傑出的科學家最初都是通過接觸科幻作品開始對科學產生興趣的。偉大的天文學家愛德溫·哈勃（Edwin Hubble）沉迷於儒勒·凡爾納（Jules Verne）的作品。在閱讀了凡爾納的作品後，哈勃放棄了一份前途光明的法律工作，違背他父親的意願，開始從事科學方面的職業，最終成為20世紀最偉大的天文學家。著名天文學家和暢銷書作者卡爾·薩根（Carl Sagan），發現埃德加·賴斯·巴勒斯（Edgar Rice Burroughs）的《火星上的約翰·卡特》系列小說點燃了自己的想像力，便開始夢想有一天能像約翰·卡特那樣探究火星上的沙粒。 阿爾伯特·愛因斯坦去世時我還是個孩子，但是我記得人們低聲談論他的生平與死亡。次日，我從報紙上看到了一張他書桌的照片，上面擺著他最偉大的、未完成的研究成果的手稿。我問自己，是什麼能夠如此重要，以至於當代最偉大的科學家都無法完成它？報紙上的那篇文章宣稱愛因斯坦有一個不可能實現的夢想，一個異常困難、人類無法終結的難題。我花費數年時間弄明白了那份手稿的內容：一項宏偉的、一切歸一的“萬物至理”（theory of everything）。他的夢想——耗費了他人生最後30年的夢想，幫助我將精力集中到自己的想像上。我希望，我能夠為完成愛因斯坦的工作盡一份綿薄之力，將一切物理定律統一到一個理論中。

當我更大一些的時候，我意識到雖然飛俠哥頓是個英雄，並且總能獲得女孩的青睞，但事實上使這部劇集獲得成功的卻是科學家。沒有紮可夫博士，就沒有火箭飛船，沒有赴蒙格星球（Mongo）的旅行，也不可能拯救地球。英雄氣概得靠邊站，沒有科學就不會有科幻。 我開始明白，從這些故事所涉及的科學原理來看，它們是完全不可能實現的，它們僅僅是想像力馳騁的產物。長大成人意味著將這樣的幻想擱置起來。我被告知，在真正的生活中，一個人必須放棄不可思議的事物，轉而擁抱現實。 然而，我得出結論，如果我要繼續自己對於不可思議事物的迷戀，那麼解決之道就是進入物理學領域。缺少了在前沿物理學方面的堅實基礎，我將永遠只能對著未來科技苦思冥想，而不明白它們究竟是否可行。我意識到自己必須專注於高等數學，並且學習理論物理學。因此我那麼做了。

上高中的時候，我在媽媽的車庫裡裝配了一台核粒子加速器，作為科學展覽的參展作業。我去西屋（Westinghouse）公司收集了400磅廢變壓器鋼。在聖誕節期間，我在高中的足球場上繞了22英里長的銅絲。最終，我製造出了一台功率230萬電子伏的電子感應加速器，它需要消耗6千瓦電力（相當於我家房子輸出的總功率），能產生相當於地球磁場2萬倍的磁場，目標是能製造出威力足以產生反物質的γ射線。 我的科學展覽項目使我進入了全國科學展，最後還使我夢想成真，獲得了哈佛大學的獎學金。在那裡，我最終得以追求成為一名理論物理學家的目標，並且追隨我的偶像——愛因斯坦的腳步。 如今，我會不時收到來自科幻小說作家和劇本作家的電子郵件，讓我幫助他們探索物理定律的極限，使他們的故事更具說服力。

作為一名物理學家，我認識到“不可能”常常是一個相對而言的詞彙。在長大的時候，我記得我的老師有一天走近掛在牆上的世界地圖，指著南美洲和非洲的海岸線，“這難道不是一個奇怪的巧合嗎？”她說，“兩者的海岸線形狀相互吻合，簡直就像一塊拼圖！有些科學家推測它們可能曾經是同一塊遼闊大陸的兩個部分。但那是愚蠢的。不可能有力量能推開兩塊巨大的陸地。”“這樣的想法是無可救藥的。”她最後說。 那之後的一年，我們學到了恐龍。老師告訴我們，恐龍統治地球上百萬年，然後有一天它們全部消失了。沒有誰知道它們為什麼死亡殆盡。難道這不是怪事嗎？一些古生物學者認為可能有一顆來自太空的流星殺死了它們，但那是不可能的，那更像是科幻小說裡發生的事情。

今天，我們知道，在板塊構造中大陸確實會移動，並且6 500萬年之前一顆直徑達6英里的巨大流星最有可能是毀滅恐龍與地球上許多生命的元兇。在我自己的短暫人生歷程中，我已經一次又一次目睹了看起來不可能的事情成為確定無疑的科學事實。所以，或許有一天我們能將自己從一個地方隱形傳送到另一個地方，或者建造出一艘宇宙飛船在某一天帶我們飛躍以光年計的距離到達其他星球，這些難道不可能嗎？ 一般來說，這樣的偉業在如今的物理學家看來是不可能實現的。它們是否會在幾個世紀內成為可能呢？或者是在幾千年後，當我們的科技更加發達的時候？又或者是在100萬年後？從另一個角度來說，如果我們通過某種途徑遇見一種比我們領先100萬年的文明，他們的常用科技對我們來說是否會顯得“像魔法”呢？這是貫穿本書的中心問題之一，某些事物會僅僅因為在今天是“不可能的”，就在未來的數百年或百萬年中仍舊是不可能的嗎？

由於在過去一個世紀中科學取得了長足的發展，特別是誕生了量子理論與廣義相對論，現在我們已經可以大致估計一部分這些夢幻般的科技將在何時（如果的確會有那麼一天的話）可能實現。隨著更為先進的理論——比如弦理論的產生，連一些屬於科幻範疇的概念——如時間旅行和平行宇宙，現在也正被物理學家們重新評估。回想150年以前那些被當時的科學家宣佈為“不可能”的科技，如今已經發展成為我們日常生活的一部分。儒勒·凡爾納在1863年寫了一部小說：《20世紀的巴黎》（Paris in the 20th Century）。這部小說被塵封並且遺忘了長達一個多世紀，直到凡爾納的重孫發現了它，並且在1994年首次出版。在書中，凡爾納預言了巴黎在1960年可能會呈現的面貌。他的小說中充斥著在19世紀看來顯然不可思議的科技，包括傳真機、一個世界性的通訊網絡、玻璃建造的摩天大樓、燃氣動力汽車和高速高架火車。

不出意料，凡爾納之所以能做出這樣了不起的精確預測是因為他沉浸在科學世界之中，他從周圍的科學家那裡汲取智慧。對於科學基礎原理的深刻理解，使他得以做出這樣驚人的預言。 令人遺憾的是，19世紀一些最偉大的科學家持相反的立場，並且宣布許許多多科技的實現是毫無指望的。開爾文爵士（Lord Kelvin）——他或許是維多利亞女王時代最傑出的物理學家（他葬於威斯敏斯特教堂，在艾薩克·牛頓的身邊），宣稱像飛機那樣“比空氣更重的”裝置是不可能實現的。他認為X光是無聊的把戲，無線電沒有未來。盧瑟福爵士（Lord Rutherford）——發現了原子核的科學家，對於製造原子彈的可能性不屑一顧，將那與“月光”相提並論。 19世紀的化學家宣布尋找賢者之石（philosopherstone）——一種神話故事中可以化鉛成金的物質，是一條科學的死胡同。 19世紀的化學建立在元素像鉛那樣永恆不變的理論基礎上。然而，如今我們原則上可以用現在的核粒子加速器將鉛變成金子。想想吧，現今的電視機、計算機和互聯網在20世紀之初看起來會是多麼不切實際。

更近一些的時候，黑洞曾被認為是科學幻想。愛因斯坦本人在1939年寫過一篇論文，“證明”黑洞永遠不可能形成。然而，到今天，哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）和錢德拉x射線天文望遠鏡（Chandra x-ray elescope）已經觀察到太空中的數千個黑洞。 這些科技之所以被視為“不可能”，是因為在19世紀以及20世紀前期物理與科學的基本定律尚未被人知曉。考慮到當時在科學理解上的巨大空白，特別是在原子層面上的空白，這些發展被認為不可能也就不足為奇了。 具有諷刺意味的是，對於“不可能”事物的認真研究常常會開拓出富饒並且完全出人意料的科學疆域。舉例來說，對於“永動機”一個多世紀的令人沮喪、毫無意義的探索使物理學家們得出結論：這樣的機器是不可能存在的，迫使他們假設了能量守恆和熱力學三大定律。如此一來，製造永動機的徒勞探索開啟了熱力學的全新領域，在某種程度上為蒸汽機、機械時代和現代工業社會奠定了基礎。

在19世紀末，科學家們認定地球“不可能”有數十億年的年齡。開爾文爵士斷然宣布熔融的地球可以在2000萬年至4000萬年間冷卻，駁斥了地質學家和達爾文主義生物學家宣稱的地球可能有數十億年曆史的論斷。隨著居里夫人和其他科學家發現核力，展示地心被衰變所加熱，從而可能將熔融保持數十億年，“不可能”被證明為完全可能。 我們忽略“不可能的事物”會給自己帶來危險。在20世紀20年代和30年代，現代火箭學的奠基人羅伯特·戈達德（Robert Goddard）曾遭到認為火箭永遠無法在外太空運行的人的嚴重非難，他們挖苦地將他的追求稱作“戈達德的蠢事”。在1921年，《紐約時報》（New York Times）這樣挑剔戈達德博士的作品：“戈達德教授不知道作用力與反作用力之間的聯繫，也不知道必需有些比真空更合適的事物用以進行反作用。他似乎缺乏高中課程傳授的基本知識。”“火箭是不可能成功的，”編輯欷歔道，“因為在外太空沒有可用以推進的空氣。”令人悲哀的是，有一位國家元首切實理解了戈達德那“不可能的”火箭意味著什麼——那就是阿道夫·希特勒（Adolf Hitler）。在第二次世界大戰期間，德國先進得不可思議的V-2火箭如雨點般在倫敦落下，造成了眾多的死亡與巨大的毀壞，幾乎使倫敦屈服。

對不可思議事物的研究可能也改變了世界的歷史進程。在20世紀30年代，人們廣泛認為，甚至愛因斯坦也認為，原子彈是“不可能的”。根據愛因斯坦的方程E=mc2（平方），物理學家們了解到原子核的深處蘊含著巨大的能量，但由單個原子核釋放的能量實在微不足道。不過，原子物理學家里奧·齊拉特（Leo Szilard）記得讀過威爾斯（HG Wells）1914年的小說《獲得自由的世界》（The World Set Free），在小說中威爾斯預測了原子彈的發展。他在書中稱原子彈的奧秘將在1933年由一位物理學家解決。齊拉特偶然在1932年看到了這本書。在這本小說的激勵下，他在1933年——也就是威爾斯於20年前所預測的年份，碰巧產生了通過一個鍊式反應放大單個原子能量的構想，這樣一來，分裂一個鈾核產生的能量可以被放大好幾萬億倍。齊拉特隨即開始進行一系列關鍵性試驗和與愛因斯坦以及富蘭克林·羅斯福（Franklin Roosevelt）總統的秘密談判，談判促成了製造原子彈的曼哈頓計劃（Manhattan Project）。 一次又一次，我們看到對於不可能事物的研究打開了全新的視野，拓展了物理學和化學的疆界，並且迫使科學家們重新對自己所說的“不可能”下定義。正如威廉·奧斯勒（William Osler）爵士所言：“一個時代的信仰在下一個時代成為謬誤，而過去的荒唐愚蠢卻成為明日的睿智。” 許多物理學家贊同《永恆之王》（Once and Future King）作者懷特（TH White）的名言：“凡未被禁止之物皆是必然！”在物理學中，我們一直都能找到相應的證據。除非有物理定律明明白白地不允許一種新現象產生，否則我們最後總能發現它的存在。 （在尋找新亞原子粒子的過程中這發生了不少次。在探索禁忌事物的極限時，物理學家們常常意外地發現新的物理定律。）懷特的名言或許可以有這麼個推論：“凡並非不可能之物皆是必然！” 舉例來說，宇宙學家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）試圖找到一條禁止時間旅行的新物理定律，以證明這是不可能的，他把這一定律稱作“時序保護猜想”（chronology protection conjecture）。不幸的是，在辛勤工作多年後，他未能證明這一原理。事實上，與之相反的是，物理學家們現在已經證明，禁止時間旅行的定律超出了當今數學的範疇。如今，由於沒有物理定律可以否定時間機器的存在，物理學家們不得不慎之又慎地對待時間機器存在的可能性。 本書的目的是思索那些目前被認為“不可能”、而在今後數十年、數百年中可能變得司空見慣的科技。 已經有一種“不可能”的技術現在被證明為可能：隱形傳送（至少在原子層面上可行）。甚至在幾年前物理學家們還會說，將一個物體從一個點傳送或發送到另一個點違背了量子物理的定律。最初寫作電視劇《星艦迷航》（Star Trek）劇本的編劇們飽嚐了來自物理學家的批評挖苦，以至於他們加入了“海森堡補償器”（Heisenberg compensator）來解釋他們的傳送器，好彌補這一漏洞。今天，由於近期的重大科學突破，物理學家們可以將原子瞬間從房間的一邊傳送到另一邊，或在多瑙河下將光子瞬間傳送過河。 作出預測總是得冒很大風險，特別是對於未來數百甚至數千年的預測。物理學家尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）愛說：“做預測困難重重，尤其是事關未來。”但是，儒勒·凡爾納所處的時代與當今有一個根本性的區別。今天，物理的基本定律已經大多被人知曉了。當今的物理學家了解驚人的43個數量級，內到質子，外到膨脹中的宇宙。物理學家們可以懷著適當的自信陳述未來科技的大概面貌，並且更好地區分那些僅僅是未必可能的科技和真正不可能的科技。 因此，在本書中，我將“不可思議”的事物分為三個類別。 第一類我稱之為“一等不可思議”。它們是目前不可能、但不違反已知物理定律的科技。因此它們可能在本世紀或下個世紀內以改良後的形式成為可能。它們包括：隱形傳送、反物質發動機、某些形式的心靈感應、意志力和隱形。 第二類我定義為“二等不可思議”。它們是遊走在我們對於物理世界的認知邊緣的科技。如果確實可能，它們或許將在未來1 000年到100萬年的時間內實現。它們包括：時間機器、超空間旅行和穿越蟲洞。 最後一類我稱為“三等不可思議”。它們是違反已知物理定律的科技。令人驚訝的是，這類不可思議的科技非常少。一旦它們被證明確實可能，那將標誌著我們對於物理學的認識將發生根本轉變。 我感到這個分類至關重要，因為科幻小說中有如此之多的科技被科學家們不屑地視為全然不可能，而他們事實上想說的是，這些科技對於如人類這般原始的文明而言是不可能的。比如說，訪問外星球被一概認為是不可能的，因為星球之間的距離過於遙遠。當星際旅行對於我們的文明而言顯然不可能的時候，或許它對於比我們領先數百年、數千年或數百萬年的文明來說是可行的。所以，總結這樣的“不可思議”非常重要。對於我們目前的文明而言是不可能的技術，對於其他類型的文明而言不見得同樣不可能。關於什麼可能、什麼不可能的斷言必須考慮到比我們領先數千年甚至數百萬年的科技。 卡爾·薩根曾經寫道：“對於一種文明來說，有上百萬年的歷史意味著什麼？我們已經擁有射電望遠鏡和宇宙飛船好幾十年之久，我們科技文明的歷史是幾百年……有上百萬年曆史的先進科技文明領先於我們，正如我們領先於灌叢嬰猴和獼猴那麼多。” 在我自己的研究工作中，我專門集中精力在完成愛因斯坦“萬物至理”的夢想上。從個人角度而言，我發現，能致力於發現一種最終可能回答當今科學領域一些最困難的“不可思議”問題的“終極理論”著實令人振奮。這些問題有：時間旅行是否可行、黑洞的中央有什麼、宇宙大爆炸前的情形等。我仍然陶醉於我與不可思議事物的終身戀愛，並且想知道這些不可思議的事物中是否能有一些進入日常生活的範疇。