涨见识的好书 篇七十三：探索时间和空间奥秘的必读经典《时间简史》

这本书的名气如雷贯耳，大学的时候，学校在搞图书进校园的时候买过一本，细节记不清了，价格是真便宜，那时候一度怀疑自己买到了盗版书。

简单阅读感觉书中在不断介绍自己中学学习过的物理知识，对于比较新鲜的概念，独特的思想一直没有看到，大概看了半本吧，觉得好没意思，就放弃了。

今天再次重新翻开这本书，才发现，这本书涵盖的范围很广，不仅仅是霍金自己的学术发现，还有20世纪物理学的大量基础知识，相对论、量子力学、宇宙膨胀，黑洞、虫洞，以及霍金自己提出的“奇点定理”“霍金辐射”以及用来解释宇宙起源问题的“无边宇宙观模型”。

彭罗斯-霍金 奇点定理

霍金和彭罗斯用严谨的数学方法证明，如果广义相对论是正确的，而且宇宙中中确有我们观测到的那么多物质，那宇宙一定诞生在一个奇点之中。

宇宙不是静态的，而是不断膨胀的。爱因斯坦曾经认为，宇宙应该是静态的，他甚至加了一项“宇宙常数”，这被称为“爱因斯坦一生中最大的错误”，后来的科学家埃德温·哈勃等科学家发现，宇宙中绝大多数星系都在不断的远离地球而去，而且离地球越远的恒星离开的速度越快。这意味着，宇宙就像是气球一样，在不断的膨胀。这个模型就是“弗里曼模型”。

宇宙诞生于奇点之中。宇宙膨胀的发现，意味着，在很久很久以前，所有的物质都会紧紧的集中在一起。霍金和彭罗斯证明了，如果把时间向前推150亿年，那所有星系之间的距离都是0，所以宇宙必然诞生于“奇点”之中。

奇点的特点，“奇点”是体积无限小、完全程度无限大、密度无限大的点，宇宙就诞生在“奇点”之中。

霍金辐射

也就是“黑洞辐射”。 黑洞会发射辐射、它不是完全黑的。

黑洞，但恒星内部的燃料耗尽之后，在自身的盈利作用下，就可能坍塌成为黑洞。黑洞的质量大，体积小，应立即高，任何物质包括光在内，只要进入某个区域，都永远不可能逃出黑洞。

不确定原理，看似完全没有任何东西的虚空之中，在微观上其实也是波澜起伏的，会不断的产生承兑的正粒子和反粒子，在碰撞在一起发生湮灭。

霍金提出，黑洞的边缘在不断的产生承兑的例子，带有负能量的粒子会被铣刀黑洞离去，但还有正能量的粒子会从黑洞的边缘逃脱，就好像故事黑洞不断在向外发射着粒子，这就是黑洞辐射。

无边界宇宙模型

在描述宇宙的模型中，最被大家认可的是“宇宙大爆炸”宇宙模型，但这个模型还是没有办法解决宇宙的起源问题，霍金将量子力学、相对论结合起来，提出了“无边界宇宙模型”。

宇宙诞生与”奇点“，当时所有的物理定律都会在奇点处失效，包裹广义相对论，因此人类根本没有办法研究奇点。

大爆炸模型，意味着物质、空间、时间都是在大爆炸之后才出现的。大爆炸之前的任何事情对我们来说根本就不存在。也就是说宇宙的时空并不是无限的，而是有一个边界和开端，这个开端叫做“大爆炸奇点”。

无边界宇宙模型（霍金也说了这只是一个设想），意味着宇宙是“有限无界”的，没有边界和奇点，没有开端和诞生的时刻。霍金人为宇宙没有创生和消灭的时刻，它就是存在本身。无边界模型中的宇宙，是一个空间和时间交叠在一起组成的四维空间，在这个宇宙中，时空就像是地球的表面，在范围上是有限的，但没有边界，也没有形成奇点。

我就一直在疑惑，无边界模型和奇点定理不是有矛盾吗，霍金又提出了“实时间”和“虚时间”的概念。这个虚就是虚数的虚，和负数的平方根一样。

在相对论中，把“实时间”和三维空间结合，组成了四维空间，但这个空间时间是单向移动的只能从过去走向未来，，霍金通过数学转换提出了虚时间的概念，虚时间更为灵活，具有更多的可能性。利用这种方法，把时间也变成了像空间一样的球形的东西。即使你在这个球上找到了一个“奇点”，这个点也没什么特别的。

星系运动归相对论管，微观世界归量子力学管，霍金认为在研究大爆炸需要把两套理论结合起来。

写在最后:

宇宙有太多未知等待着我们去探索，面对宇宙的起源、走向，神秘的黑洞，这些终极问题，深感人类的渺小，所涉及知识层面高端，比如相对论、量子力学、虚时间。甚至还有很多人类尚未掌握的基础知识，太复杂。但这也是科学的意义，人类也是在不断的思考中不断进步，找到自己存在的意义！

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