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从老鼠到大象，所有哺乳动物排空膀胱的时间都是21秒左右。

假如跳蚤长得和人一样大，那么它能跳起的高度将会……只有一个跳蚤那么高

一个四维空间中的球是什么样的？可能开始想象的时候你就错了。

我们确实感觉自己拥有自由意志，但是我们怎么确定这一点呢？

我们对宇宙的理解没有出错，这个说法成立吗？

我们面部肌肉的扭曲反映了基本的情感状态，大家都这么觉得。只有一个问题，这样的理论是错的。

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我们往往会遵循直觉的指引，但是直觉做向导的水平可实在不怎么样。如果将直觉带来的想法照单全收，那我们就会理所当然地认为世界是平的、太阳围绕着地球转、一天的时间是不多不少整整24个小时。然而事实并非如此。

在某个时刻，我们人类能够注意到自己的感官受到了诸多限制，会出现较大的偏差，直觉也常常无法指引正确的方向。因此，我们发展出了科学和数学来帮助我们看清这个世界的真面目。在这本趣味横生的书中，汉娜·弗赖伊和亚当·拉瑟福德将带领我们踏上科学发现之旅：从宇宙的起源到它最终不可避免的灭亡，从地球上生命的起源到宇宙中其他地方存在奇妙外星生命的可能性，从广阔无垠的空间中最黑暗的深处到我们心灵中最明亮的角落……

在这趟旅途中，作者将会回答一些困扰我们已久的问题，比如：时间从何而来？我们是否拥有自由意志？我的狗爱我吗？他们会将众多关于天资卓绝和勤勉上进的故事分享给我们，其中也包括笨手笨脚、误入歧途、死胡同、撞大运的情节，以及一些相当愚蠢的决定。把这些要素放到一起，就组成了最宏大的故事：一种体表大部分无毛的猿类动物，有着独特的与生俱来的好奇心，他们决定不再满足于了解万物的表象，而是要探索宇宙及宇宙当中一切事物的内在结构。

现实不似你所见，但如果你已经做好准备，并且愿意出发去寻找真相，那么这本书就能成为你的向导。

目录

前言

V

第 1 章

无限可能

001

如果在一座图书馆里，你能找到世间万物过去未来的所有信息，它会是什么样的？从博尔赫斯的图书馆到当代巴别图书馆，我们都能看到无限的可能。但也有人表示，知识太多是一件危险的事，为什么这么说呢？

第 2 章

生命、宇宙以及一切

023

对于我们生物来说，体型究竟有多重要？大型动物的日子有多难过？外星人能跳多高？蚁人能呼吸吗？早在维多利亚时代，就有人在太空中种菜了？

第 3 章

正圆

055

四维空间中的球体是什么样？正圆存在吗？我们怎么知道地球不是平的？地球真的是个球吗？人类制造出的最圆的球在太空中？

第 4 章

亘古磐石

083

地球是如何诞生的？地球是多久以前形成的？这和我们在用的纪年法有什么关系？为什么说地球上下六千年？

第 5 章

时间简史

101

现在几点了？ 1 秒是多久？爱因斯坦对时间提出了什么样的革命性观点？在地下生活，人还能保持每天的节律吗？ 为什么说光阴似箭？让我们一同在时间的长河中遨游。

第 6 章

生而自由

139

你对自己大脑的掌控程度有多高？在你意识到之前，大脑就做出了决定吗？混沌是什么？我们的人生是命中注定还是自由选择？

第 7 章

神奇的兰花

179

世界末日之后发生了什么？为什么有人相信地球是平的？通灵师为什么说得准？我们都是傻瓜吗？我们人类的偏见太多了，是大脑在下定决心要欺骗我们。

第 8 章

我的狗爱我吗？

215

我的狗爱我吗？你能读懂扑克脸吗？互联网时代，我们的面部表情也工业化了，但是，情感的范围与语言的奥妙是无穷的。但我们最想问的还是，究竟，什么是爱？

第 9 章

钥匙孔中的宇宙

255

嗅觉对动物来说有多重要？如何嗅出致命疾病？你能看见我眼中的世界吗？在我们的视线之外是什么？来看看导演剪辑版的我们以及真正的现实世界行动指南吧。

致谢

285

图片来源

287

参考文献

289

汉娜·弗赖伊：伦敦大学学院城市数学专业副教授。在她的日常工作中，她使用数学模型来研究人类行为模式，并与政府、警察、健康分析师和超市合作过。她的TED演讲吸引了数百万人观看，她还为BBC和拍摄了电视纪录片，主持着长期播出的科学播客《拉瑟福德和弗赖伊的奇案》

亚当·拉瑟福德 ：英国科学作家，播音员，博士毕业于伦敦大学学院，《自然》杂志编辑，参与了多部电视纪录片的创作及制作，也为多部电影担任科学顾问。

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在日常生活中，你有时候的确能将一些东西按比例放大或缩小。花两倍的钱去买糖果，你就能得到两倍数量的糖果，这是合理的。如果一条路两侧的房子大小相同的话，那么当你在这条路上走出两倍的距离，你所经过的房子的数量也会变成原来的两倍。如果将一本科普书中举出的例子数量增加到原来的三倍，那么这本书的字数也会变成原来的三倍。

但是在大多数情况下，按比例放大或缩小并不意味着你可以用这种简单的算术来计算出结果的变化。

涉及动物体型的改变时，情况则会变得尤为不同，我们有充足的理由论证这一点。改变体型意味着我们要对3个维度（长、宽、高）上的数据同时做出改变。然而，当谈及力量大小时，最重要的因素其实是肌肉的横截面面积，而这一数据只会在2个维度上发生变化。当道恩·强森在健身房里举铁的时候，他强健的二头肌并不会变长（那样就太荒谬了），而是变得又宽又厚。力量的大小体现在二维层面，而不是三维。

上述内容说明，如果你想将一只昆虫的重量按比例放大1000（也就是每个维度都放大10倍，结果就是103）倍的话，它的力量可能只放大了100（102）倍。

蚂蚁不是克服了自身小小的体型而举起了这么重的物体，而是正因为体型这么小才能举起这么重的物体。一只体重仅为5毫克的蚂蚁可以携带一片重约250毫克的树叶，但如果把它放大到一个标准成年男性的大小，它甚至都无法举起15千克重的东西，而这远远低于它放大后的体重。它的腿完全无法支持自己站立起来。事实上，这些放大后的蚂蚁几乎无法拾起头来直视我们的眼睛，它们只能承认，我们人类具备更加优越的生理结构。

为了测试植物对外星环境的适应能力，中国的月球探测器嫦娥四号携带了一个小型植物园，于2019年1月3日在月球南极附近着陆。在这个18厘米长的圆柱体中有土豆的种子、一些拟南芥（这是一种饱受植物学家喜爱的十字花科植物）的样本以及油菜（我们在地球上种植这种植物是为了榨油）的种子，不过把它们带上月球的目的并不是做土豆沙拉。这里面还有一些果蝇卵和酵母，科学家旨在测试这种微型生态系统能否繁荣发展一一果蝇呼出的二氧化碳能够滋养植物，进而产生氧气，而酵母则有助于调节气体成分。我们很期待这个实验的结果，可能谜底要等到未来几年人类重返月球并打开这个微型生态馆的盖子之后才能揭晓。我们预测有可能会出现以下3种情况：（1）这里生机勃勃，所有生物都活了下来，这将开启空间植物学的新纪元；（2）由于存在太空辐射，并且月球的重力和地球相去甚远，这里的所有生物全都死去了，只留下一堆臭不可闻的垃圾；（3）这些生物以科幻小说中某种不可思议的方式进行了杂交，创造出了变种的苍蝇-土豆杂交体，一心想要毁灭人类。一起来猜猜看到底会怎么样吧。

在太空中，眼球会被扭曲成远非球形的形状，但我们还没有探明其原因。所有宇航员在返回地球之后都需要戴至少几个月的眼镜，因为他们的眼晴被拉长了，所以此时晶状体产生的焦点位于视网膜的前面，这会导致他们近视。大多数宇航员都能恢复到20：20的视力，但有些不能。道格·惠洛克（Doug Wheelock）曾搭乘过发现号航天飞机、国际空间站、联盟号宇宙飞船，在太空中度过了178天。他在回到地球之后未能恢复正常视力，因此NASA停止了他的飞行任务，现在他再也摘不掉眼镜了。

至于出没于黄昏时分的幽灵，那就和我们眼睛的构造有关了。视网膜中把光转化为视觉信号的细胞被称为感光细跑，这些细胞可以分为两种类型。视锥细胞位于视网膜的中心，它能够感知颜色；视杆细胞则位于视网膜的边缘，它负责检测运动和感知黑白。这意味着在较弱的光照条件下，当一件事物从我们视线范围的边角处掠过时，它往往会模糊不清或是缺乏色彩。如果把这一效应与一些在心理上令人毛骨悚然的场景结合起来，比如黄昏时的墓地，那么你的大脑就会想尽一切办法来解释你看到的究竟是什么，这时一个挂在树上的塑料袋就很有可能被你看作女巫的灯笼裤。

正常情况下，如果让一个人在心中默数一小段时间，比如5秒钟，他们估算的结果通常会很准确，大约与正确的时长只会相差1%左右。但是有一些特定的障碍会对准确性产生很大的影响，其中最显著的就是精神分裂症。一些研究表明，精神分裂症患者会明显高估流逝的时间，其中一项研究发现该人群默数5秒钟的平均时长超过8秒。无论是从行为上还是从神经科学机制上来看，精神分裂症都是十分复杂的，它会影响大脑的很多不同的部位，这导致我们难以凭借脑化学来解释它。生活在这样的世界中一定很痛苦：我们对时间的感知与事物的因果关系有关，而精神分裂症弱化了两者之间的联系。有一种理论认为，正是这个原因导致了精神分裂症患者会以常人难以理解的方式将某些想法和行为联系起来。

书籍介绍

从老鼠到大象，所有哺乳动物排空膀胱的时间都是21秒左右。

假如跳蚤长得和人一样大，那么它能跳起的高度将会……只有一个跳蚤那么高

一个四维空间中的球是什么样的？可能开始想象的时候你就错了。

我们确实感觉自己拥有自由意志，但是我们怎么确定这一点呢？

我们对宇宙的理解没有出错，这个说法成立吗？

我们面部肌肉的扭曲反映了基本的情感状态，大家都这么觉得。只有一个问题，这样的理论是错的。

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我们往往会遵循直觉的指引，但是直觉做向导的水平可实在不怎么样。如果将直觉带来的想法照单全收，那我们就会理所当然地认为世界是平的、太阳围绕着地球转、一天的时间是不多不少整整24个小时。然而事实并非如此。

在某个时刻，我们人类能够注意到自己的感官受到了诸多限制，会出现较大的偏差，直觉也常常无法指引正确的方向。因此，我们发展出了科学和数学来帮助我们看清这个世界的真面目。在这本趣味横生的书中，汉娜·弗赖伊和亚当·拉瑟福德将带领我们踏上科学发现之旅：从宇宙的起源到它最终不可避免的灭亡，从地球上生命的起源到宇宙中其他地方存在奇妙外星生命的可能性，从广阔无垠的空间中最黑暗的深处到我们心灵中最明亮的角落……

在这趟旅途中，作者将会回答一些困扰我们已久的问题，比如：时间从何而来？我们是否拥有自由意志？我的狗爱我吗？他们会将众多关于天资卓绝和勤勉上进的故事分享给我们，其中也包括笨手笨脚、误入歧途、死胡同、撞大运的情节，以及一些相当愚蠢的决定。把这些要素放到一起，就组成了最宏大的故事：一种体表大部分无毛的猿类动物，有着独特的与生俱来的好奇心，他们决定不再满足于了解万物的表象，而是要探索宇宙及宇宙当中一切事物的内在结构。

现实不似你所见，但如果你已经做好准备，并且愿意出发去寻找真相，那么这本书就能成为你的向导。