在1750年，英国天文学家托马斯·赖特（Thomas Wright）1出版了一本名为《宇宙原始理论或新假说》（An Original Theory or New Hypothesis of the Universe）的书，书里有一张星图。在星图中，恒星们并不孤单，除了恒星以外，每颗恒星的周围都有一个小小的云状轨道，它们是一个个完整的星系。赖特的意思很明显：我们的太阳没什么特别的，只要是行星，它都会围绕着一颗恒星运转，太阳系外的行星与太阳系的行星并无二致。
在那个时候，这个观点不过是一个有点亵渎神明的假想，纯属基于哥白尼“日心说”的逻辑演绎。
把时间拉近一些，1980年，在纪录片《宇宙》（Cosmos）中，卡尔·萨根（Carl Sagan）给学生绘声绘色地讲授着关于太阳系的知识，并且分发给每一个学生不同行星及其卫星的照片。然后，他开始半开玩笑地说起那些更带有投机色彩但是也同样令人兴奋的想法。他向孩子们解释了探测外太阳系行星的基础，并告诉他们，人类在有生之年将发现许多这样的行星。他还预计，终有一天，我们将找到其他的类地行星，也会找到与太阳系中其他行星类似的行星。
几个世纪以来，我们一直都怀揣着这样的渴望，想了解是否还有别的世界会像地球那样绕着其他恒星公转。这会帮助我们认识人类在宇宙中所处的地位，并且鲜活地展示我们赖以生存的星系的本真细节。在一些人看来，这些发现让我们的地球家园流于普通（一些人对此忧心忡忡），而另一些人确信，太阳系外的行星可以为我们提供一种自我审视的方式，这一点必会抵消之前我们的不良情绪。
当萨根对那些小学生讲话时，他是正确的。1995年，米歇尔·梅伊尔（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）的团队宣布，与太阳极为相像的51 Pegasi恒星所在的行星系统中，他们发现了一颗行星。这一发现证实了萨根的预测。
自1995年以来，人们通过各种方法检测了成千上万个这样的系外行星。这些行星特点各异，其中有许多行星的体积远远大过木星，并且它们的运行轨道比水星还近。但是，首次发现总是具有里程碑意义。除了可能在书本中占据更高的历史地位，51 Pegasi还迅速地改变了我们的知识。仅仅是《自然》杂志上的一篇论文，就让人类对宇宙的认识产生了翻天覆地的变化。原本我们不知道有行星在围绕类日恒星转动，后来我们知晓了它们的存在。简言之，在那次发现之前，一切都只是推测，而在那之后，人们便只需不断地探寻更多的例子：更多的太阳系外行星。
当事实改变时，我们经常可以预期变化发生的速度。人口的增长遵循一定的规律，医学知识以一种常规的方式积累，新的技术也让我们的效率越来越高——但这一切都是很好理解的，并且是有规律的。
但是，也有一些事实的变化不合乎此逻辑。DNA的结构、冥王星是否是一颗行星、飞机的发明——这些消息都是在弹指一挥间出现。在技术世界里，iPhone出现得太过突然，以至于竞争对手公司的高管还以为苹果声称的产品特点大部分不属实，马克·安德森（Marc Andreessen）认为，这部手机似乎来自于未来，因为它超前于当今时代，令人难以置信。昨天我们还对世界的运作有一定的了解，隔日，人类所处的真实环境已经发生了根本性的改变。
但是真的可以解读这些改变吗？你一定想不到，知识的快速变化其实有规律可循。我们可以找到其中的规律，有时甚至可以在变化之前就做出预测。
这种知识的快速变化（我们从一种认知状态转变到另一种认知状态）在广义上来说属于科学领域的相变（phase transitions）。这个术语在物理学中用得很多，我们在日常生活中也见得很多。水结冰、干冰变成二氧化碳（这个过程叫作升华）、黄金熔化——所有这些过程都是物质的相变。正因为它们无处不在，所以变化发生的时候，我们常常不以为然。但是尽管如此，相变对物理学家们来说还是极具吸引力的，而原因很简单也很耐人寻味：它们都是由小的改变引发大的差异。
一般而言，我们稍稍改变一个基本参数（如温度），那么研究对象的整体特性也会稍稍改变。把一杯水微微加热，它就会升温。或者把金属放到炉子中，摸起来就会有热度。
但是，当基本参数的微小变化达到一个神奇的临界点时，系统就会发生快速而大范围的变化。再微微加热那杯水，突然之间，它再也不是一杯温暖的液体——它变成了气体：水蒸气。
虽然没什么稀奇的，但是在微观层面正在发生一些复杂的变化，才最终导致了汽化。
水的沸点使得温度上一个小的改变引发了整体分子结构的巨大变化，这到底是怎么回事呢？再举一个生僻一点的例子：为什么把磁铁加热到一定程度之后，它会失去磁性呢（更诡异的是