Explorez tous les épisodes du podcast 科学巨著《时间简史》（霍金）

迄今，大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论，以至于没工夫去过问为什么的问题。另一方面，以寻根究底为己任的哲学家不能跟得上科学理论的进步。然而，如果我们确实发现了一套完整的理论，它应该在一般的原理上及时让所有人（而不仅仅是少数科学家）所理解。那时，我们所有人，包括哲学家、科学家以及普普通通的人，都能参加为何我们和宇宙存在的问题的讨论。如果我们对此找到了答案，则将是人类理智的最终极的胜利。

即使我们确实找到了基本定律的完整集合，在未来的岁月里，仍存在着发展得更好的近似方法，使得我们在复杂而现实的情形下，能完成对可能结果的有用预言的、这一智慧的、富有挑战性的任务。一个完全的协调的统一理论只是第一步，我们的目标是完全理解发生在我们周围的事件以及我们自身的存在。

额外的时空维数是科学幻想的老生常谈；的确，它们几乎是必不可少的，因为否则相对论对人们不能旅行得比光更快的限制意味着，由于要花这么长的时间，以至于在恒星和星系之间的旅行成为不可能。科学幻想的办法是，人们可以通过更高的维数抄近路。

量子理论在宏观尺度上允许人们可以利用的时间旅行吗？初看起来应该是可以的。费因曼历史求和的设想是指对所有的历史进行的。这样，它应包括被卷曲成允许旅行到过去的时空。那么，为什么我们并没有受到历史的骚扰？例如，假定有人回到过去，并把原子弹秘密提供给纳粹？

虫洞就是一个时空细管，它能把两个几乎平坦的相隔遥远的区域连接起来。 人们可以想像，虽然在通常的空间中地球和 α-半人马座相隔 20 万亿英里，而通过虫洞的距离却只有几百万英里。虫洞正和其他可能的超光速旅行方式一样，允许人们往过去旅行。

人类理解宇宙的进步，是在一个无序度增加的宇宙中建立了一个很小的有序的角落。如果你记住了《时间简史》的每一个词，你头脑中的有序度就增加了大约 200 万单位。然而，当你读这本书时，你至少将以食物为形式的 1 千卡路里的有序能量，转换成为以对流和汗释放到你周围空气中的 热量的形式的无序能量。这就将宇宙的无序度增大了大约 20 亿亿亿单位，或大约是你头脑中有序度增量的1000亿亿倍。

定律并没有告诉我们，字宙的太初应该像什么样子——它依然要靠上帝去卷紧发条，并选择如何去启动它。只要宇宙有一个开端，我们就可以设想存在一个造物主。但是，如果宇宙确实是完全自足的，没有边界或边缘，它就既没有开端也没有终结——它就是存在。那么，还会有造物主存身之处吗？

如果直到时间的开端热大爆炸模型都是正确的，则必须非常仔细地选择宇宙的初始态。所以，除非作为上帝有意创造像我们这样生命的行为，否则要解释为何宇宙只用这种方式起始是非常困难的。 

广义相对论本身预言了：时空在大爆炸奇点处开始，并会在大挤压奇点处或在黑洞中的一个奇点处结束。另一方面，当计入量子效应时，物体的质量和能量会最终回到宇宙的其余部分，黑洞和在它当中的任何奇点一道被蒸发掉并最终消失。在宇宙的极早或极晚期，当引力场是如此之强，以至于量子效应不能不考虑时，究竟会发生什么？宇宙究竟是否有一个开端或终结？如果有的话，它们是什么样子的？ 

如果一个航天员落到黑洞中去，黑洞的质量将增加，但是最终这额外质量的等效能量会以辐射的形式回到宇宙中去。这样，此航天员在某种意义上被“再循环”了。然而，这是一种非常可怜的不朽，当他在黑洞里被撕开时，他的任何个人的时间的概念几乎肯定都达到了终点，甚至最终从黑洞辐射出来的粒子的种类一般都和构成这航天员的不同：这航天员所遗留下来的仅有特征是他的质量或能量。 

我们知道，任何东西都不能从黑洞的事件视界之内逃逸出来，何以黑洞会发射粒子呢？量子理论给我们的回答是，粒子不是从黑洞里面出来的，而是从紧靠黑洞的事件视界的外面的“空”的空间来的！我们可以用以下的方法去理解它：我们以为是“真空”的空间不能是完全空的，因为那就会意味着诸如引力场和电磁场的所有场都必须刚好是零。

在宇宙的漫长历史中，很多恒星应该已经烧尽了它们的核燃料并坍缩了。黑洞的数目甚至比可见恒星的数目要大得相当多。单就我们的星系中，大约总共有 1000 亿颗可见恒星。这样巨大数量的黑洞的额外引力就能解释为何目前我们星系具有如此的转动速率，单是可见恒星的质量是不足够的。我们还有某些证据说明，在我们星系的中心有大得多的黑洞，其质量大约是太阳的 10 万倍。

强的宇宙监督猜测说，奇点总是或者整个存在于将来（如引力坍缩的奇点），或者整个存在于过去（如大爆炸）。因为在接近裸奇点处可能旅行到过去，所以宇宙监督猜测的某种形式的成立是大有希望的。这对科学幻想作家而言是不错的，它表明没有任何一个人的生命曾经平安无事：有人可以回到过去，在你投胎之前杀死你的父亲或母亲！

当宇宙膨胀时，相对于将电子变成反夸克，这些力更容易将反电子变成夸克。然后，当宇宙膨胀并冷却下来，反夸克就和夸克湮灭，但由于已有的夸克比反夸克多，少量过剩的夸克就留下来。正是它们构成我们今天看到的物质，由这些物质构成了我们自己。

现在我们知道，不管是原子还是其中的质子和中子都不是不可分的。问题在于什么是真正的基本粒子——构成世界万物的最基本的构件？

在某种意义上，经典广义相对论由于预言无限大密度的点而预示了自身的垮台，正如同经典（也就是非量子）力学由于隐含着原子必须坍缩成无限的密度，而预言自身的垮台一样。我们还没有一个完整、协调的统一广义相对论和量子力学的理论，但我们已知这理论所应有的一系列特征。

在不到半个世纪的时间里，人们几千年来形成的关于宇宙的观点被改变了。哈勃关于宇宙膨胀的发现，并意识到我们的行星在茫茫的宇宙中的微不足道，只不过是起点而已。随着实验和理论证据的积累，人们越来越清楚地认识到，宇宙在时间上必须有个开端。

星系距离我们越远，它离开我们而去的速度越快！这表明宇宙不可能像是人们原本所想的那样处于静态，而实际上是在膨胀，不同星系之问的距离一直在增加着。发现宇宙膨胀是 20世纪最伟大的智力革命之一。

空间和时间不仅去影响、而且被发生在宇宙中的每一件事所影响。正如一个人不用空间和时间的概念不能谈宇宙的事件一样，同样在广义相对论中，在宇宙界限之外讲空间和时间是没有意义的。

牛顿的运动定律到底是正确还是错误的？为什么爱因斯坦推翻了伽利略和牛顿关于空间和时间的体系？如果它真的是错误的，为什么我们在学校里依然学习的还是牛顿力学？难道我们从小学的这些就从根上错了吗？

我们凭什么认为自己了解的宇宙是准确呢？对宇宙，我们了解了多少？而我们又是如何得到这些知识的？宇宙从何而來，又将向何处去？宇宙有开端吗？如果有的话，在这开端之前发生了什么？时间的本质是什么？它会有终结吗？物理学新的突破，使我们有可能为其中一些长期以来悬而未决的问题提供答業，而奇妙的新技术是帮助我们实现这些突破的部分原因。对我们而言，这些答案也许有朝一日会变得和地球围绕着太阳公转那么显而易见，又或许会变得和“乌龟塔”一样荒谬。只有时间才能裁决。

我们凭什么认为自己了解的宇宙是准确呢？对宇宙，我们了解了多少？而我们又是如何得到这些知识的？宇宙从何而來，又将向何处去？宇宙有开端吗？如果有的话，在这开端之前发生了什么？时间的本质是什么？它会有终结吗？物理学新的突破，使我们有可能为其中一些长期以来悬而未决的问题提供答業，而奇妙的新技术是帮助我们实现这些突破的部分原因。对我们而言，这些答案也许有朝一日会变得和地球围绕着太阳公转那么显而易见，又或许会变得和“乌龟塔”一样荒谬。只有时间才能裁决。

《时间简史》是英国物理学家斯蒂芬·威廉·霍金创作的科普著作，首次出版于1988年。

全书共十二章，讲述了关于宇宙本性的最前沿知识，包括：我们的宇宙图像、空间和时间、膨胀的宇宙、不确定性原理、黑洞、宇宙的起源和命运等内容，深入浅出地介绍了遥远星系、黑洞、粒子、反物质等知识，并对宇宙的起源、空间和时间以及相对论等古老命题进行了阐述。