《4%的宇宙——暗物质暗能量与发现隐蔽世界的比赛（修订版）》是一部新颖的具有划时代意义的科普著作。美国著名的科普作家理查德·潘内克通过描述科学家探索“暗物质”和 “暗能量”过程中，一连串有趣的研究故事，第一次把探索这些存在于宇宙的未知物质（可能是科学界有史以来最大的奥秘），呈现在读者面前。这些真实的历程，为相关研究注入新能量，促成科学新定义和宇宙新发现。

《4%的宇宙——暗物质暗能量与发现隐蔽世界的比赛（修订版）》是一部关于暗物质和暗能量探索的史诗性著作，是一个有头有尾的故事，是关于那些惊人发现“背后”的故事。

作者理查德·潘内克选择了一个世纪性的大发现——宇宙加速膨胀及其所预示的暗物质与暗能量的存在，以史诗般的笔触叙述了这一发现的历史。他瞄准了作出这些发现的关键人物、机构以及相关的各种过程；并且，他对人物与事件的叙述也不是采用传统纪传体的标准路数，而是戏剧式的场景叙事——不但有人物的心理活动与对白，甚至还有丰富的场景调度，就像是一部电影。

引子

第一部 多于所见

 第1章 要有光

 第2章 宇宙里有啥

 第3章 选择晕圈

第二部 看哪

 第4章 加入比赛

 第5章 继续比赛

 第6章 比赛

第三部 如临深渊

 第7章 平滑宇宙学会

 第8章 你好，兰姆达

 第9章 两求牙仙

第四部 少于所见

 第10章 班比诺之咒

 第11章 怪物

 第12章 必须落实

尾声

第1章 要有光

一开始——也就是1965年——宇宙仍是简单的，它产生于那年年初的一次午间电话交谈。吉姆·皮博斯（Jim Peebles）和两位同事正坐在他的导师和频繁合作者普林斯顿物理学家罗伯特·狄克（Robert Dicke）的办公室里，电话铃响，狄克拿起听筒。狄克兼职帮人开有一家研究公司，他自己也拥有不少发明专利。在他办公室里每周一次的自带饭食的午餐时间，他时不时会接到这样的电话，里面满是皮博斯搞不懂的深奥技术词汇。可是，这回电话中的深奥技术词汇皮博斯却了如指掌——也就是四位物理学家当天中午一直在讨论的一些概念。例如，冷载荷：该装置被用来校准喇叭形天线——皮博斯无意中听到的另一个术语，他们将用它探测来自太空的一种特殊信号。三位物理学家安静下来，看着狄克。狄克向来电者道谢，挂上电话，然后转向他的同事们说：“好吧，小伙子们，我们被人超越了。”

来电话的是贝尔实验室的一位天文学家，他搜集到一些奇特的数据，但却弄不清它们的意义。皮博斯和狄克已经形成了一种奇特的想法，但却没有数据来加以支持。在座的另外两位物理学家一直在制作_架天线，以便探测那种能为他们奇特想法提供支持的信号。可是现在，狄克说贝尔实验室的两位天文学家可能已经率先测-到了它——在对他们已做过的事情毫无所知的情况下。  。

狄克办公室里所弥漫着一种气氛，但并不是泄气或者失望的那种。如果他们四个确实已经被人抢先，那他们的想法也就得到了证实。如果来电话的人是对的，那他们自己也是对的，或者至少是在朝着一个具有潜力的科学方向前进。如果别无所获，他们还可以从这样一种可能性中得到些许安慰：他们也许是世界历史上最早理解宇宙历史的几个人。

但是，在得出任何结论之前，他们还必须亲自察看一下这些数据。狄克同另两位普林斯顿的物理学家驱车30英里，来到新泽西的霍姆德尔小镇（Holmdel Township，New Jersey），也就是贝尔实验室研究中心的所在地。贝尔实验室的两位天文学家——打电话给狄克的阿诺·彭齐亚斯（Amo Penzias）和他的合作者罗伯特·威尔森（Robert Wilson）——带他们去看那架天线。这是一台喇叭形的仪器，有一个车厢那么大，位于克劳福德岭（Crawford Hill）上的一条僻静的小路旁，那里是周围数英里内的制高点。五人挤入控制室后，他们的胳膊都能碰到那些电子管和控制板，贝尔实验室的两位天文学家向物理学家们解释了这里的物理学。

1960年，贝尔实验室建造了这架天线，用以接收“艾科”（Echo）通信卫星所传递的东西海岸之间的无线电信号。该卫星是一个直径100英尺的高反射性气球。“艾科”任务结束后，这架天线又被用于“特尔斯塔”（Telstar）卫星。在这项任务结束后，彭齐亚斯和威尔森就借用这架天线来研究源自银河系边缘的无线电波。同该天线为艾科所做的通讯工作相比，这些测量需要更加灵敏，所以彭齐亚斯制作了一个冷载荷。该装置发射出一种特殊信号，他和威尔森将它跟来自天线的测量结果进行对比，以确认他们用天线检测到的不是什么额外噪声。冷载荷产生了作用，只不过不是以他们所希望的方式。除了大气和仪器本身不可避免的电子扰动信号外，彭亚杰和威尔森还得到了一种持续而难以解释的“嘶嘶”声。

在过去一年的大部分时间中，他们一直在尝试确定这一噪声的来源。他们曾将天线指向相距不到50英里的纽约市，所得到的电波静态噪声可以忽略不计。他们把天线指向地平线上的每一个其他位置，每次结果都一样。他们对来自恒星的信号进行检查，看它是否与已被纳入计算的东西不一样。还是不一样。月亮的位相？一年中大气温度的变化？不一样，接着不一样。那年春天，他们把注意力转向天线本身。他们为天线里的铝铆钉贴上胶带——什么也没发生；他们将喇叭状天线的颈部卸开又装上——什么都没发生；他们甚至将在喇叭内做窝的一对鸽子留下的粪便刮干净，还是什么都没有发生——除了那个噪声，什么都没有发生。（他们抓住了鸽子，把它们邮寄到四十英里外新泽西惠潘尼的贝尔实验室所在地。结果，两只飞禽是认家的那种，不到几天就飞回来了。）

五位科学家回到克劳福德岭上的一问会议室。现在，物理学家们开始向天文学家们解释天文学。狄克开始在一块黑板上写起来。如果关于宇宙历史的大爆炸理论是正确的，那么宇宙就是在一场强度莫测、其热无比的能量大爆发中出现的。宇宙即将有的一切都在其中，随着空间本身的冲击波而向外崩飞，并持续崩飞，直到演化成我们今天所看到的宇宙。并且，在膨胀的同时，宇宙本身也得到冷却。普林斯顿方面的合作者之一——吉姆·皮博斯，没有在场的那位同事——此前已经对起始时可能的能量水平进行过计算，然后又计算了在经历数十亿年的膨胀与冷却之后，目前的能量水平应该如何。其中残留的能量——假定它存在、假定大爆炸理论是正确的——应该是可以测到的。而现在，彭齐亚斯和威尔森好像已经测到了它。是的，他们的天线接收到一种信号，其源头不是西海岸抑或别处的电台发报，而是宇宙的诞生。

P3-5

这是一部关于暗物质和暗能量探索的史诗性著作，是一个有头有尾的故事，是关于那些惊人发现“背后”的故事。它的奇特之处首先在于，其作者并不是一位科学家，不是接受过系统科学训练的学者，而是现代社会中的一位“游吟者”——一位记者和自由作家。他最初并没有任何科学背景，他想做的只是“通过把记者刨根问底的敏感性和长篇叙事的讲故事技巧结合起来，为那些与他在科学写作之前一样对科学所知甚少或者一无所知的读者解释科学，并还原其人性”。

应该说，在这本著作里，他非常成功地做到了这一点。他选择了一个世纪性的大发现——宇宙加速膨胀及其所预示的暗物质与暗能量的存在，以史诗般的笔触叙述了这一发现的历史。与同类科普著作的作者不同，他没有把自己限定在对高深科学概念和理论的解释之中，而是瞄准了作出这些发现的关键人物、机构以及相关的各种过程；并且，他对人物与事件的叙述也不是采用传统纪传体的标准路数，而是戏剧式的场景叙事——不但有人物的心理活动与对白，甚至还有丰富的场景调度，就像是一部电影。

在这样充满人情的语境中，原本冰冷严正的科学概念与理论在不经意间就被解释清楚，轻松自然；科学及其发现过程也变得如此充满人性，科学家也都变成了活生生、有个性的人；一幅现代科学的文化生态图跃然于纸上，不同科学家、不同研究团队、不同研究领域以及不同研究机构的风格和文化氛围历历在目。读者从这部书中得到的将远远超出科学理论和科学发现本身，而会从作者丰富多彩叙事中领悟到科学的方法、态度和从事科学所需要的热情、奉献和素养，让你对科学多一层理解。而在作者的叙述中，更可以时时让你感觉到一种情境的存在，它随着科学发现过程的受挫与峰回路转而跌宕起伏，时而舒缓顺畅，时而急促顿挫，一直达到矛盾冲突的高潮。但是，最终一切又都归于温暖，并结束于平静与悠远——也许这就是作者所要传达的科学与科学发现的人性所在。在翻译过程中，我常常被这样的情境所打动，有时甚至是感动。

对于普通读者来说，这是一本普及当今科学最前沿的好书。而对于科普工作者来说，它则是一本科普创作的好教材，示范了一种具有很大内容张力与读者亲和力的科普创作路数——在深入细致的研究和访谈的基础上重新创作出的一种长篇叙事，让我们能一窥那些伟大科学事业和发现的“后台”操作，并从中受益。

因此，我要感谢章琢之编辑找到了这么一本好书，并让我来做翻译，从而使我能够先“读”为快。尽管对我来说翻译不能作为任何成果，而且还要我从繁重的科研和教学工作中抽出整块时间，但是我还是毫不犹豫地接受了本书的翻译工作，原因很简单——这是一本中国读者不应该错过的好书！  我始终认为翻译是一门富有挑战的学问和艺术，难度很大。尽管受书中故事和情境的感染，我翻译得十分投入，但还是常常觉得才思枯竭，词不达意；再加上学识所限，难免会有种种不足甚至错误。因此，我衷心希望大家批评指正，以便在将来的工作中加以改进。

在得知《4％的宇宙》中文版即将在中国付印时，作者理查德·潘内克欣然答应了译者的要求，在短短几天内写就了致中国读者的引言，不仅介绍了本书的创作背景，而且特别展望了中国科学家即将在暗宇宙研究中所发挥的主导作用，表现了作者对中国科学发展的良好信心和期待。对此，我们要特别表示感谢。

本书翻译中得到了一些朋友的帮助，尤其是我校王绶瑁天文英才班的王坤试读了初译稿，并对一些内容的处理提出了很好的建议，对此本人深表谢意。

当然，对暗物质和暗能量的探索还在进行，因此，书中所叙述的故事仍在现实中继续。就在本书英文版出版前的两年，欧洲空间局（European Space Agency）于2009年5月发射了普朗克空间天文台（Planck Spacecraft），试图对宇宙微波背景辐射进行更加精细的测量。与美国国家航空航天局（NASA）在2001年发射的“威尔金森微波各向异性探测器”（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，WMAP）相比，普朗克具有更高的敏感性和分辨率。前者在2010年1月公布的探测结果表明，宇宙的年龄为137.5亿年，其中包括4.6％的重子物质（也就是普通物质），22.7％的暗物质和72.8％的暗能量。而到2013年3月21日，普朗克团队则公布了他们的测量结果，表明宇宙的年龄是138.2亿年，其中包含了4.9％的普通物质，26.8％的暗物质和68.3％的暗能量。所以，如果本书是此后完成的，那么也许作者应该取名为《5％的宇宙》。

然而，探索仍在继续。也许正如作者在本书中所说的：“故事如何结尾仍然是个谜，现在如此，并且也许永远如此。着手撰写宇宙历史最后篇章的那些天文学家不得不满足于一个更加谦卑的结语：待续。”

石云里

2014年冬至日

于中国科学技术大学东区223楼318室

《4％的宇宙》是一部可信且可读的报告，内容是关于科学家如何发现——并且正在努力应对——这样一个惊人的事实：大部分可观测的宇宙还没有被观测到，而对它的了解更少。本书超出前人的优点在于重点讲述科学家如何获得他们的发现，而不是简单地将他们的理论列出，作为供人称赞和崇拜的东西。大力推荐。

——蒂莫西·费瑞斯《银河系简史》（Coming of Age in the milky Way）作者

这是个天大的奥秘：宇宙为什么会以不断增长的速度膨胀？解开这个奥秘的关键是寻找形成现实世界的作用力和粒子。它困扰过爱因斯坦，而现在则困扰着一群痴迷的宇宙学精英。理查德潘内克绝妙地抓住了他们的热忱和探求，让对宇宙的这场探索变得激动人心而易于理解。

——沃尔特艾萨克森《爱固斯坦：生活和宇宙》（Einstein：His Life and Universe）和《本杰明·富兰克林：一个美国人的一生》（Benjamin Franklin：An American Life）作者。

必须要有人来讲述这个故事——关于宇宙中一切的黑暗与神秘。科学作家理查德·潘内克领受了这项任务，巧妙地带领你了解确定暗物质和暗能量存在的那些古怪发现。而在此过程中，你也有机会遇到带给我们这些发现的古怪的宇宙学家。

——奈尔·德葛拉司·泰森 美国自然史博物馆《黑洞——让我们从太阳中心启程》（Death By Black Hole）作者

现代宇宙学所解决的是一些关于宇宙本质的大问题。在《4％的宇宙》中，理查德·潘内克在人的尺度上叙述这一探索，将那些对立、诧异和兴奋生动地描述出来。人在宇宙中只占非常小的比例，但却一直是其中最有趣的一部分。

——塞恩·卡罗尔《从永恒到当下：时间终极理论的探索》（From Eternity To Here：The Quest for the Ultimate Theory of Time）