简介
本套装集结了《第一推动丛书·25周年纪念版》中的15部畅销著作，精选自生命、物理、综合、宇宙四大系列，包括《我们为什么会生病》《狂热的追求》《量子之谜》《宇宙的琴弦》《宇宙的结构》《复杂》《皇帝新脑》《复杂的引擎》《逻辑的引擎》《数学的意义》《大宇之形》《疯狂的宇宙》《时间简史》《时空本性》《黑洞与时间弯曲》等。 ★《我们为什么会生病》 演化理论是人类理解自然规律的重大突破。人是演化的产物，人类健康的方方面面自然也遵循演化规律。主流生物医学探究疾病的生理过程、分子机制， 进而对症下药、精准治疗。在本书中，作者主张从演化的视角审视人体、疾病、衰老等健康议题， 别开生面，旁征博引，启发思考，对广大普通读者及专业人士都不无裨益。 ★《狂热的追求》 本书是诺贝尔奖弗朗西斯·克里克的自传。在这本书中，克里克事记录了那些激动人心的岁月了他所参与的科学工作，主要笔墨集中在在1953年发现DNA双螺旋到1966年破译遗传密码的这段时间。克里克记录了他看来具有普遍教益的科研经历，关于如何做研究，如何避免错误。在那些失败的故事里更能感受到一位伟大科学家的思考和坚持。 ★《量子之谜》 本书描述了量子力学一些无可争议的实验事实以及量子理论对它们的公认解释，借助于风趣的故事和量子理论创立者们的趣闻轶事，用非专业术语浅显明了地阐述了现今各种各样的解释以及每一种这类解释如何遇到意识上的困境，同时介绍了近年来对量子力学的基础和奥秘的研究和应用的最新进展。简言之，这是一本由资深专家用平实的大众语言撰写的，融亲身经历和当今理论前沿、技术前沿为一体的不可多得的枕边书。 ★《宇宙的琴弦》 布莱恩·R.格林是当今世界领先的弦理论家之一，他在本书里撩开了弦理论的神秘面纱，揭示了一个十一维的宇宙。那里，空间的纤维撕裂了又自己缝合起来，一切物质——从最小的夸克到最巨大的超新星——都在微观的小能量环的振动中产生。本书荣获2000年安万特科学图书奖。 ★《宇宙的结构》 《宇宙的结构》从更高的角度来讨论时空和宇宙的物理学。《宇宙的结构》第一部分从“实在性”讨论时空，特别是量子时空；第二部分讲时间的方向性，从经典与量子的角度讨论时间箭头：第三部分讲时空和宇宙学，涉及了一些新内容，比如暴胀宇宙和相关的宇宙学问题；第四部分讲大统一的起源，即从弦和膜的观点来讨论宇宙学问题；第五部分讲实在与幻想，谈一些新实验（比如引力波和基本粒子的新实验），也谈时空旅行和时间机器，还展望了弦理论的未来。 ★《复杂》 理解复杂系统需要有全新的方法.需要超越传统的科学还原论，并重新划定学科的疆域。复杂系统的前沿科学家米歇尔以清晰的思路介绍了复杂系统的研究，横跨生物、技术和社会学等领域，并探寻复杂系统的普遍规律，与此同时，她还探讨了复杂性与进化、人工智能、计算、遗传、信息处理等领域的关系。 ★《皇帝新脑》 《皇帝新脑》对电脑科学、数学、物理学、宇宙学、神经和精神科学以及哲学进行了广泛的讨论，体现了作者向哲学上最大问题——“精神-身体关系”挑战的大无畏精神。书中充满了天才般的猜测，重新衡量相对论和量子理论，以及对现代物理及人工智能的新看法。 ★《复杂的引擎》 本书结合信息、进化和计算对生物进化进行了阐释，证明了计算在进化中的核心作用，并将这套计算和进化相结合的核心机制扩展到其他领域，用来解释复杂生命、结构、组织和社会秩序的形成。这是一次正在进行的重大的科学认知范式的转换，它不仅会改变科学，也会改变人类对自身境况的认知。 ★《逻辑的引擎》 本书讲述了计算机思想层面的历史，通过引人入胜的材料描写了莱布尼茨、布尔、康托尔、希尔伯特、哥德尔、图灵等天才的生活和工作，讲述了数学家们如何在成果付诸应用之前就已经提出了其背后的思想。 ★《数学的意义》 在冈道尔夫堡和剑桥召开的这两次跨学科专题讨论会上，数学家、物理学家和哲学家们对“数学是什么”这一问题进行了探讨。本书以周详的形式再现了每位与会者在讨论中所展现的风采，这些讨论既反映了其所需的思想精确性，又能顾及到非专业人士的可读性。 ★《大宇之形》 从微细的“弦”振动开始，弦理论认为我们生活在一个十维的世界中，其中四维是我们日常生活感知的时空，另外六维呢？物理学家发现，1976年出现的“卡拉比-丘流形” (Calabi-Yau Manifolds)，一个纯粹的数学几何结构，正好可以用来刻画六维空间的內在形状！本书中，丘成桐细说从古希腊时代柏拉图等几何学家、到爱因斯坦、卡拉比以及丘成桐自己的研究、他对几何学未来的看法等等；叙述了他几十年來所有成就的来龙去脉以及心路历程。读者可以深切了解近代数学和物理学研究的重要进展，更体会到第一流科学家的研究精神。 ★《疯狂的宇宙》 本书讲述了一个引人注目的宇宙学发现：受暗能量影响而导致空间自身膨胀，宇宙膨胀正在加速。同时解释了加速膨胀宇宙的思想如何成为现代宇宙学中的标准假设。通过测量导致宇宙加速膨胀的暗能量，指出基础物理学理解中存在的漏洞。作者研究发现，我们居住在一个基本成分十分疯狂的宇宙之中，我们观测的真实宇宙并非我们所想象中简单的那个。 ……
作者介绍
★伦道夫·M. 尼斯：医生、演化生物学家。美国亚利桑那州立大学演化与医学中心主任。 ★乔治·C. 威廉姆斯：美国演化生物学家。由于其对演化生物学的卓越贡献，1999年与E.迈尔、Ｊ.M.史密斯荣膺“克拉福德奖”。道金斯称其为“美国最受尊敬的演化生物学家之一”。 ★弗朗西斯·克里克（1916~2004），20世纪最伟大的生物学家之一。1953年，他与吉姆·沃森合作发现了DNA的双螺旋结构，为此荣膺1962年诺贝尔奖。 ★布鲁斯·罗森布鲁姆，美国加州大学圣克鲁斯分校物理系名誉教授，前系主任。 ★弗雷德·库特纳，美国加州大学圣克鲁斯分校物理系讲师。 ★布莱恩·R.格林（Brian R. Greene），毕业于哈佛大学，在牛津大学获博士学位，是罗德学者（Rhodes Scholars）。1990年，他来到康奈尔大学物理系，1995年被聘为教授，1996年到哥伦比亚大学任物理学和数学教授。他曾在20多个国家开过普及和专业讲座，公认在超弦理论中有过许多开拓性的发现。他还曾出演过《生活大爆炸》。他现在住纽约绮色佳。 ★梅拉妮·米歇尔（Melanie Mitchell），研究复杂系统的前沿科学家，美国波特兰州立大学计算机科学教授，圣塔菲研究所客座教授。 ★罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)，英国数学家兼物理学家，从1973年起担任牛津大学的罗斯·波勒数学教授，是全世界公认的很博学和有创见的科学家、思想家、哲学家。彭罗斯教授与史蒂芬·霍金教授曾合作研究黑洞及引力，并于1988年共获沃尔夫物理奖。 ★约翰·E.梅菲尔德，是美国爱荷华州立大学遗传、发育、和细胞生物学名誉教授，同时也是加州理工学院、卡耐基梅隆大学和哈佛大学的兼职教授。他致力于利用数学和物理学原理研究广义进化理论，并应用于认知和社会文化领域。 ★马丁·戴维斯（Martin Davis），计算机科学发展史上的先驱人物，其《可计算性与不可解性》一书被誉为计算机科学领域极少数真正的经典著作之一，他是纽约大学库朗数学科学研究所的荣誉教授，之后在加州大学伯克利分校做访问学者。 ★约翰·波金霍尔（John Polkinghorne），高级英帝国勋爵士（KBE），英国皇家学会院士，剑桥大学皇后学院院士和前院长。他师从狄拉克和阿卜杜斯·萨拉姆，并被选为三一学院院士。 ★丘成桐(Shing-Tung Yau)，当代最伟大的数学大师之一，著名科学家，哈佛大学数学系系主任、讲座教授，清华大学数学科学中心主任。他获得了菲尔兹奖、沃尔夫奖、克莱福特奖、美国国家科学奖等大奖，是美、俄、中、意四国科学院院士。丘成桐成功地解決了许多有名的数学难题，在偏微分方程、微分几何、复几何、代数几何以及广义相对论等都有影响深远的贡献。自1987年起，丘成桐在哈佛大学数学系任教，目前刚卸任该系系主任。 ★史蒂夫·纳迪斯 (Steve Nadis)，《天文》杂志专栏作家，在MIT、“关心世事科学家联盟”担任过研究员，曾任世界资源研究所和WGBH、NOVA等机构的顾问。 ★罗伯特·P.基尔什纳，是哈佛大学的克劳斯科学教授。从事天文学方面研究，包括超新星遗迹、宇宙的大尺度结构和使用超新星测量宇宙的膨胀等。获得过加州理工学院杰出校友奖，丹妮海涅曼数学物理奖（2011），詹姆斯·克雷格·沃森奖章（2014），沃尔夫物理学奖（2015）。 ★史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)，1942年出生于伽利略逝世的三百周年纪念日。他现任剑桥大学卢卡斯数学教授，并被尊崇为继爱因斯坦以来最杰出的理论物理学家。 ★基普·S.索恩（Kip S.Thorne）加州理工学院费曼理论物理学教授，LIGO引力波探测器计划发起人之一。他写过很多书，包括大家欢迎的《黑洞与时间弯曲》，曾与J·惠勒合著《引力》。1994年获得美国物理学联合会（AIP）科学著作奖。
部分摘录：
我们的身体似乎设计得十分精巧，为什么还留下了许多弱点，害得我们要遭受疾病的痛苦？自然选择的演化过程既然能够塑造出像眼球、心脏、大脑这样精致灵巧的器官，为什么没有安排好措施预防近视、心肌梗死和阿尔茨海默症这类疾病？既然我们的免疫系统能够识别和攻击好几百万种异源蛋白，为什么人们还会得肺炎？既然DNA的双螺旋结构可靠地记录了一个成年人体内亿万个细胞的设计方案，当我们的手指受伤或者残废了，为什么不能重新长出一根手指来？还有，为什么我们不能活到200岁？
现在，我们对于各种病症的了解越来越多、越来越细，但是面对“我们为什么会生病”这个大问题，却仍然感到难以作答。我们知道，高脂肪引起心脏病，晒太阳可引起皮肤癌，但是为什么我们仍然喜爱高脂食物，并对日光浴乐此不疲？为什么我们的身体不能疏通堵塞了的血管，修复被阳光伤害了的皮肤？为什么日光灼伤会带来疼痛？事实上，为什么压根儿会有疼痛？经过了百万年的演化，为什么我们仍然容易遭受链球菌的感染？
凡此种种难以解答的医学谜题，归结起来就是，在这样一个设计精密的人体机器中，为什么还有这么多使人容易出毛病的弱点、瑕疵？从演化的角度来考察，这些近乎无解的天问就能变成一系列可以回答的问题。在历史的长河中，为什么自然选择没有把那些使我们对疾病易感的基因清除掉？为什么没有保留下来那些能使我们完全抵抗损伤、促进修复、消灭衰老的基因？“自然选择不是万能的”这一简单的搪塞，总的说来并不正确。那么，我们要如何理解这些问题？在本书中，我们将力图表明：我们的身体是一个精心安排的妥协方案。
让我们来看看身体中最简单的构造吧，它的设计方案之高明，远在人类文明之上。以四肢的长骨为例，它的空心管状结构在重量最小、材料最节约的前提下，同时具备了最大的强度和弹性。它比同等重量的实心钢筋强度更高。有专门用途的骨骼又十分巧妙地设计成便于实现其功能的形状：在容易受伤的两端加厚，在受到肌肉杠杆作用力的地方长出表面突起予以加固，安排一些小沟为娇嫩的神经和血管留下通道。在需要加强的地方，它会增加自己的厚度。一旦骨折了，骨骼将沉积更多的骨痂，就连空心的内腔也用作新生血细胞的摇篮。
人体的生理解剖结构更加令人惊叹。试想一台人工肾，即使像冰箱那么大，也只能完成肾脏的一小部分功能。再看现在质量最好的人工心脏瓣膜，一般只能使用几年时间，而且每次打开或关闭都会挤碎一些红细胞，而天然的心脏瓣膜却能在一生中柔和地开合25亿次之多。或者再看看我们的大脑，它能把生活中经历的许多细节编码为记忆，在几十年之后依然可以在不到1秒的时间里检索出来。人类文明还没有发明出运算速度这么快、记忆存储量这么大的计算机。
身体还有精密灵巧的调节系统。以激素调节为例，它配合着生命活动的每一个侧面，从进食到繁殖。一层又一层的反馈回路，比任何现代化工厂的控制系统都要复杂。再看那感觉运动系统里错综复杂的线路板：影像落在视网膜上，每个视网膜细胞通过视神经向大脑的解码成像中心送出信号，成像，辨色，判断它的运动速度，访问记忆中枢，识别出这个影像是一条蛇。然后立即联络恐惧中枢以及决定行为的决策中枢，运动神经元立即牵动特定的肌肉群，手迅速挪开——这全部活动是在不到1秒的时间内完成的。
骨骼的解剖学、激素的生理学、神经系统的网络——我们的身体里有上千个完美得令人惊叹的设计方案。然而，也有不少地方似乎是无法原谅的疏忽。举例而言：把食物送到胃里的食管与把空气送到肺里的气管会在咽喉交叉。这种低劣的设计，无疑是一个重大的“交通隐患”，每次我们吞咽的时候都必须把气管关闭，否则就会被呛到。再比如近视的问题：人群中25%的人带有近视基因，如果你碰巧是其中之一，你几乎肯定会得近视，只有当老虎近在咫尺的时候才认得出它们并开始逃跑（如果还来得及跑的话）。为什么这种基因没有在演化过程中被淘汰掉？再看动脉粥样硬化：一个庞大的血管网络系统，可以把所需要的血液分毫不差地分送到全身各个部分。然而，这个系统却会发生胆固醇沉积在动脉壁上这样的问题，导致血流不畅、心肌梗死和中风。这就好像是奔驰汽车的设计师在设计油路时用的是喝汽水的吸管！
我们的身体设计里当然还有不足之处。每个不足之处都成了医学上的难解之谜。为什么我们会有过敏反应？免疫系统当然是有益的，但是为什么对花粉免疫就有害？还有，为什么我们的免疫系统——我们身体里的“公安部门”——会“违规执法”，攻击我们自身的组织引起风湿热、关节炎、甲状腺功能亢进、糖尿病、红斑狼疮以及多发性硬化等自身免疫疾病？还有妊娠时的反应：孕妇怀胎，子宫里的胎儿急需营养，但此时母亲却因为恶心而吃不下东西，甚至还因为呕吐而把已经吃下去的东西吐了出来，真是费解！还有衰老与死亡这个人人无法幸免的终极谜题！
甚至我们的行为和情绪也似乎是由一个喜欢恶作剧的上帝塑造的。为什么我们偏爱的食物往往都对身体有害，比如高脂肪和高糖，而不是营养又健康的蔬菜和粗粮？为什么明明知道自己已经太胖，还是控制不住食欲？在欲望面前，我们的意志力为什么显得如此孱弱？为什么男女在性生活中的反应是那么不同步，为什么没有设计成双方同时达到高潮？为什么我们之中有人总是焦虑不安，一生都在“为从未降临的灾难痛苦”（马克·吐温语）？最后，为什么幸福显得那么难以捉摸，快乐转瞬即逝？为什么实现一个目标之后感到的只是短暂的满足，而后怅然若失，永远是这山望着那山高？
近因解释与演化解释 为了解释这些矛盾，我们必须找出每种疾病演化方面的原因。现在，我们十分清楚，疾病的演化原因与人们平常所说所想的原因不一样。以心肌梗死为例，摄入了大量的高脂食物，并携带着易患动脉粥样硬化的基因是心绞痛或心肌梗死的主要病因。这些，是生物学家所说的“近因解释”（proximate explanation）。在本书中，我们更关心的是“演化解释”（evolutionary explanation），即，我们为什么演化成了现在这个样子。研究心绞痛和心肌梗死，演化学家想了解哪些基因让人偏爱高脂食物，哪些基因导致胆固醇沉积，为什么自然选择没有剔除掉这些基因。近因解释试图阐明，就个体而言，机体现在是如何工作的，为什么有的人得病而另外一些人不得病。演化解释试图阐明，就整体而言，为什么人类对某一些疾病更易感，为什么人体的某些部分更容易衰竭，为什么我们会患一些病而不患另外一些病。
当我们把近因解释与演化解释区别开来之后，生物学中的许多问题将更有针对性。近因解释描述的是生物性状——它的解剖、生理、生化特征，以及它从受精卵到成体的发育生物学规律。演化解释所要阐明的是，为什么受精卵从一开始就需要这种生物性状，而我们的基因又为何编码这种结构而不是另外一种结构。近因解释和演化解释各有千秋，不能互相替代——对于理解每一种生物性状，两者都是必要的。对外耳郭的近因解释需要知道如下信息：它怎样收拢声音，它包含哪些组织、神经和血管，以及它怎样从胚胎型发育为成人型。即使我们对这些问题已经有了充分的了解，我们还需要从演化的角度了解这种构造对于人类有哪些好处，为什么会在自然选择的过程中被保留了下来，从古至今的漫长演变中都经历过怎样的中间形式。再看味蕾，近因解释关注的是它的解剖构造和化学性质，它怎样检测到酸、甜、苦、咸的味道，怎样把这些信息转变为神经信号，然后经过神经元传送给大脑。演化解释则要说明，味蕾为什么只检测酸、甜、苦、咸，而不包括其他的化学性质（辣其实是一种痛觉——修订者注），以及检测到这四种化学性质对于动物的生存有什么帮助。
近因解释回答的是“是什么？”（what）和“怎么发生的？”（how），即，关于构造和机制的问题；演化解释回答的是“为什么？”（why），即，关于起源与功能的问题。大部分医学研究寻求的是近因解释，解释机体的某些部分如何工作或者疾病怎样打乱了正常功能。生物科学的另外一半——演化生物学，则试图解释它们的功能是什么，以及为什么会是现在这样。这在医学中几乎被忽视了。生理学的基本任务就是要弄明白每一个器官正常状态下是做什么的。生物化学旨在了解代谢机制是如何工作的，为何而工作。但是在临床医学中，寻求疾病的演化解释却没有得到足够的重视。有人认为，疾病是一种不必要的、反常的现象，研究它的“演化”史更是荒谬的。然而，从演化的角度去研究疾病，并不是关注疾病的演化本身，而是揭示出那些使人类对疾病易感的设计缺陷。机体设计方面显而易见的缺陷，同自然界的一切事物一样，只有结合近因解释和演化解释才能得到充分的阐明。
演化解释是不是纯属猜想，只有思辨的意义？不完全这样。例如，妊娠呕吐，如果确实如西雅图的研究员马姬·普罗费（Margie Profet）所推测的那样，这种发生在妊娠早期的恶心、呕吐、厌食，是为了防止发育中的胎儿遭受毒素的伤害而自然选择出来的，那么症状便应当在胎儿组织分化时开始，在胎儿变得不那么容易受伤害时减轻，而且应当首先拒绝那些最有可能含有干扰胎儿发育的有毒物质的食物。事实上，我们的许多观察都与这些推测相符合。
因此，演化解释提出的假说有可能会预测到近因机制遭遇的问题。例如，如果演化论认为感染时出现的缺铁不是感染的直接原因（即，并非贫血导致了抵抗力减弱），而是机体防御机制的一个组成部分，我们便可以预测补铁可能使感染恶化——情况的确如此。事实上，厘清疾病的演化史根源，绝不只是一种思辨游戏。它对于我们了解、预防、治疗疾病都非常有意义，可惜目前这种工具尚未得到充分的利用。
疾病的演化解释 研究各种疾病的专家时常会自问，这些疾病为什么会存在，他们也常常会萌生一些颇有价值的想法。但是，大多数情况下，由于混淆了演化解释与近因解释，或是不知道怎样把想法诉诸检验，或者是因为看法不合主流观念，他们三缄其口。在演化医学的框架正式建立之后，这些难题也许会迎刃而解。为此，我们提出疾病演化解释的六个范畴，下文将逐一详细阐述。我们现在提纲挈领地概述每一个范畴的基本逻辑，对即将展开的讨论做一番预告。
1.防御
防御不等于疾病的起因，但是人们常常把防御反应与疾病的其他症状混为一谈，所以我们首先讨论它。皮肤白皙的青年人患上严重的肺炎时可能面色发青，同时伴有剧烈的咳嗽。肺炎的这两个症状反映着两种截然不同的范畴，一种属于缺陷，另外一种则是防御。皮肤发青是因为血红素缺氧时颜色加深，肺炎的这种表现类似于轿车轴承的声音异常，它不是事先设计的针对问题的解决方案，只是毫无益处的一种无奈。另一方面，咳嗽是为了从呼吸道排出异物而专门设计的一种复杂反应，是一种防御机制。咳嗽牵涉到膈肌、胸肌、声带腔互相配合的运动，把黏液和异物从气管向上推，到达咽喉的后部，或者吐出去，或者吞入胃中，利用胃酸杀死大部分细菌。咳嗽不是对机体缺陷的无可奈何的反应，它是由自然选择留下的、一种互相配合的防御活动。当特定的感受器发觉了特定危险的线索时，它们就会被激活，这就像汽车仪表盘上的警告灯，当油箱快空时会自动闪烁一样。它本身不是问题，而是由问题引发的一种防御性反应。
防御和缺陷的区别，并非只有学术意义。对于某些病人，这种区别十分关键。纠正缺陷几乎都是有益的。如果你把轴承的异常响声消除，或者使肺炎病人的面色转为红润，几乎总是有益的。剪断指示灯的电路，多半会导致半途油尽抛锚。过度地止咳，有可能导致肺炎加剧，甚至死亡。
2.感染
考虑到有些细菌和病毒害我们受苦，我们不免把它们看成敌人。但是，它们可不是简单的寄生虫，而是老练的对手。在演化过程中，我们演变出抵御它们攻击的手段，它们也演变出了克服防御的对策，甚至利用我们防御的办法来反防御。这种永无休止的、不断升级的“军备竞赛”可以解释为什么我们无法消灭所有的感染或者避免自身免疫病。随后的两章将对这些问题展开详细的论述。
3.新环境
我们的祖先来自非洲平原，在几百万年的时间里，我们的身体也是在狩猎采集的部落生活中塑造出来的。自然选择还来不及重新改变我们的身体，来配合高脂食物、汽车、药物、人工采光和中央空调等前所未有的新环境。结果，我们的身体构造与现代环境之间发生了不匹配，许多现代疾病都是因此而产生的。心脏病和乳腺癌是两个常见的典型。
