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第一次读《时间简史》是在大学期间，当时慕名找来的书，对书里面的学术名词和理论似懂非懂，只是作为一个类似于《大学物理》的课本看看。最近又从书柜里翻出来重读，对《时间简史》有了更深入的理解，如时间是如何开始的、时间的本质是什么、时间有没有终点等等，下面让我们一起和时间做场旅行。
为什么是《时间简史》而非《宇宙简史》？
时间是贯穿霍金量子宇宙观和理论物理的一个主线，也是一把钥匙，理解霍金的宇宙理论的钥匙。宇宙的历史，或者说霍金的量子宇宙观，就是一部研究时间的历史。
霍金把时间看做是我们这个三维宇宙的一个属性，同空间、物质一样，只是一个称量单位，整本书相当大的篇幅都是通过研究时间的性质，说明宇宙诞生-演变-终结的过程——从宇宙大爆炸，到宇宙的组成，黑洞，虫洞，微观量子层面，再到宇宙的未来演变，都和时间有关。
因此，读《时间简史》可以把时间相关的内容作为一个主线或者基线，来理解霍金的理论。
《时间简史》有12个章节，内容可以分为三个部分：
第一部分介绍宇宙理论的发展史。关于宇宙起源的理论流派，从古典物理学到现代物理学再到相对论，从宗教到亚里士多德，到伽利略，到牛顿，最后到爱因斯坦，提出时间的起点——宇宙大爆炸、奇点、以及相关证据等。
第二部分是介绍宇宙运行规律理论。包括物理学的两大支柱相对论和量子力学，介绍了霍金的黑洞理论、时间性质——虚时间、时间光锥和时间箭头等。
第三部分是对宇宙未来的预测。包括了宇宙未来的几个猜想——宇宙坍塌，无限膨胀，也包括对于时间终点、宇宙无边界猜想、黑洞辐射、平行宇宙、时间旅行的介绍等，并针对终极理论猜测作了介绍，即可能存在一个适用于宇宙中每一事件的、完整的、协调的理论。
时间的开端：宇宙大爆炸
时间是否有一个开端？宇宙是如何产生的？宗教和哲学给出过不同的答案。在科学发展历史上也一直在寻找答案。
霍金在书中回顾了整个物理学和宇宙学的历史，从古希腊、中世纪、文艺复兴到20世纪物理学大发展，从宗教创世说、地心说、日心说到相对论，让读者对于宇宙理论的发展有一个清楚的认知。
1929年，随着埃德温·哈勃发现宇宙正在膨胀的现象，根据哈勃的发现，物理学界推导出存在一个叫做大爆炸的时刻，多普勒效应和宇宙微波背景辐射也提供了宇宙大爆炸存在的证据，这也是目前科学界普遍认可的理论。
宇宙大爆炸开始于一个点——奇点，当时宇宙的尺度无穷小，质量无限大且无限紧密。在这种条件下，所有科学定律预见将来的能力都失效了。
而时间是宇宙的一个性质，在宇宙开端之前不存在。由于更早的时间、空间和一切规律一样，完全不可知，所以在这个意义上我们可以说，时间也就是T0时刻开始于宇宙大爆炸。
读这一部分，我的感受之一是科学理论发展不是线性的，在某一个时期，如果出现基础理论的突破，就会带动整个科技和文明的突飞猛进，即科技的发展是跳跃式的。
比如牛顿对动力学（也包括热力学）的理论贡献，推动了一系列科技的发展和应用技术的突破，爱因斯坦对于相对论的推动，量子力学的出现，也极大的推动了人类应用科学的发展。
这让人联想到刘慈欣在《三体》里面描述三体人通过阻止人类基础理论研究从而遏制人类科技水平的情节，还有黑暗森林法则的其中一个假设，就是文明的科技发展水平是爆炸式的，这些都是在对我们过去科技发展里的总结基础上的想象力延伸。
时间的本质
时间的本质是什么？宇宙时空是有限的还是无限的？霍金在《时间简史》第二部分介绍了时间的性质，包括时间箭头、虚时间，以及利用时间特性进行超光速星际航行——虫洞和时间旅行的可能性。
（1）时间箭头。将宇宙的过去和将来区别开来，使时间有了特定的方向。至少存在三种不同的时间箭头：
第一个是热力学时间箭头，即是在这个时间方向上无序度或熵增加，即熵增理论；
第二个是心理学时间箭头，这就是我们感觉时间流逝的方向，在这个方向上我们可以记忆过去而不是未来；
第三个是宇宙学时间箭头，在这个方向上宇宙在膨胀，而不是收缩。
（2）虚时间。使用虚数（i²=-1）测量的时间，是为了将相对论和量子力学统一在一起所提出来的概念，跟“实”时间相对，虚时间是不能和空间方向区分的。如果一个人能往北走，他就能转过头并朝南走；同样的，如果一个人能在虚时间里向前走，他应该能够转过来并往后走。
这表明在虚时间里，往前和往后之间不可能有重要的差别。而“实”时间，在前进和后退方向则存在有非常巨大的差别。
（3）宇宙无边界猜想。基于虚时间和量子引力论，霍金提出了著名的宇宙无边界猜想——宇宙的边界条件就是它没有边界。无边界猜想如果成立，则意味着宇宙是自足。
虚时间和宇宙有限无界理论是《时间简史》里面最难理解的部分之一，让我们通过一个比喻来尝试理解这个猜想：我们的地球尺寸有限，但是在地球上行走的人永远走不到尽头，宇宙也是如此，它没有边界，完全自足而不被外界的东西所影响。
（4）虫洞。也叫爱因斯坦-罗森桥，根据相对论理论，把时空卷曲起来，使得宇宙中遥远的两个位置1和位置2之间有一近路。在1和2之间创造一个隧道就是一个法子。
顾名思义，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。这样可以打破“光速壁垒”（即任何物体运动速度不能超过光速），实现快速宇宙旅行。
（5）时间旅行。也是时空卷曲的一种推论，即理论上在时空曲率为负的情况下，将具备负能量密度的物体，送回到过去，负能量密度的物体在量子理论里面是成立的。
为什么我们并没有受到历史或者来自未来的干扰？为什么没有来自未来的人告诉我们如何实现时间旅行呢？霍金提出了时序防卫的猜测，即物理学定律防止宏观物体将信息传递到过去——负能量密度的虚粒子在时间前进的方向以等于或者低于光速的速度运动时，就会变成实粒子，因而不允许旅行到过去。
解决时间旅行的另外一个理论是选择历史假想，时间旅行者回到过去，他就进入和历史记载不同的另外的历史中去。这样，他们就不受和原先的历史相一致的约束。选择历史假想是说，存在多个平行宇宙，也就是宇宙不仅仅有一个单独历史，它有所有可能的历史，每一个历史都有自己的概率。
当然这些都是猜测和假想，时间旅行是否存在仍然是未知的。
时间有没有终点？
当前宇宙的未来是什么？宇宙有终结的那一天吗？霍金书中对现在的宇宙未来发展理论做了介绍和探讨。当然这些都是理论上面的假设和推导，现实中不太可能得到验证。
现在公认的是我们的宇宙在膨胀，而且是加速膨胀，有两个可能的结果，一个是宇宙会继续膨胀下去，最终形成一个无限寂灭的状态；一个是膨胀到一定程度，因为引力导致膨胀停止，开始收缩，也就是宇宙开始塌陷，最后回到最初爆炸前的状态-奇点。
霍金曾经预言过宇宙会塌陷，也就是收缩，收缩带来的一个后果就是时间开始倒退，宇宙已经膨胀了138亿年，未来100亿年或者更久可能继续膨胀，然后在花300多亿年收缩回原点，也就是重新成为奇点。后来霍金自己否定了他自己的这个猜想，理由之一就是熵增理论。
根据熵增理论，宇宙会变得越来越无序，也就是熵值越来越高，宇宙会持续膨胀下去，时间会继续流逝。
根据膨胀的速度和引力计算，物理学家提出了不同的宇宙膨胀模型，后来又相继提出了暗物质和暗能量的假设来解释观测结果和理论计算的不匹配。
当然，关于宇宙未来会怎样，目前都是理论假设，关键理论是否能够自洽自足，这有赖于科学的进一步发展。
本质上，科学也好，哲学也好，宗教也罢，做的都是一件事情，即建立一套解释世界，解释宇宙的理论，一个是形而上，一个形而下。从目前理论的进展来看，科学的发展还远远落后于宗教。
统一的终极物理理论：量子引力学
科学界有一个非常大的难题，就是缺乏一个统一的理论来解释我们所在世界运行的规律，这是过去50年物理学界一直在激烈交锋和发展的领域。
霍金在《时间简史》第三部分介绍各种物理学理论之后探讨了统一理论的可能性。
今天我们是按照两个基本的部分理论——广义相对论和量子力学来描述宇宙。广义相对论是描述引力和宇宙的大尺度结构，也就是从只有几公里直到大至1亿亿亿公里，即可观测到的宇宙范围尺度的结构。另一方面，量子力学处理极小尺度的现象，例如万亿分之一厘米。
然而，这两个理论不可能都对。比如在宏观维度，相对论适用于重力（万有引力）的分析和推论，比如分析恒星、天体等运行规律。
而在微观维度，比如原子、电子、小到夸克和玻色子等微观尺寸上面，量子力学成立，但是这两种理论之间存在一个明显的差异或者说是矛盾，比如量子纠缠、不确定原理都与相对论矛盾。
给大家看两张照片：左边是在109次方米的距离观察太阳系的模拟照片，右边是在10-10次方米观察细胞内部的虚拟照片。即一个是恒星尺度，一个是夸克尺度。
两张图从外观看非常相似，但是描述两者的物理学理论差异性非常大，也就是相对论（也包括牛顿的万有引力规律）和量子力学的不同，某些方面相互矛盾。
当代物理学的一个主要的研究方向，即是寻求一个能将相对论和量子力学合并在一起的理论——量子引力论。目前还没有这样的理论，要获得这个理论，可能还有相当长的路要走，然而我们已经知道了这个理论所应具备的许多性质。
最后
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霍金被誉为继爱因斯坦之后最伟大的物理学家，但是霍金并没有获得过诺贝尔物理学奖的荣誉，这是为什么呢？
霍金所从事的是理论物理和理论宇宙学的研究，他发展出了很多假说和推论，比如霍金辐射（关于黑洞），虚时间（时间箭头）等，现在还没办法证明和验证。
诺贝尔物理学奖历来都是颁给经过实验和事实验证过的物理前沿或者基本理论，比如爱因斯坦获得诺贝尔奖的原因是因为“光电效应”，而不是因为他的相对论。
值得一提的是，《时间简史》成书时间是1983-1988年，在之后的30多年时间里，世界物理学和宇宙学相关的研究一直在稳步进行，比如针对统一理论的“弦论”、“M”理论，多维宇宙等等。
在《时间简史》之后，霍金先后在2006年和2011年发表《果壳中的宇宙》和《大设计》两本书，进一步介绍最新的物理学和宇宙学理论前沿，以及关于物理学与哲学和宗教的关系，探讨宇宙本源问题，都非常值得一读。
最后，引用两句霍金先生的名言与诸君共勉：
“记住要仰望星空，不要低头看脚下。”
“无论生活如何艰难，请保持一颗好奇心。”
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