如果一個想法在最初聽起來並不荒謬可笑的話，那麼就不要對它寄予太大希望了。
——阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）
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。每個周六，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。沒有扎可夫博士，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註於高等數學，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辭彙。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，那更像是科幻小說里發生的事情。
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布為「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 ih tury）。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路、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 Te