《時間簡史》是世界上最著名、最暢銷的科普讀物。《1988》出版後，連續237周，也就是4年半的時間出現在暢銷書排行榜上，創下了前所未有的暢銷記錄。這本書已經被翻譯成40多種語言，印刷了100多萬冊，這意味著世界上每700個人都有壹部時間簡史，所以霍金教授的
近年來，出現了許多名為《什麽簡史》的書籍，如《萬物簡史》、《人類簡史》和《未來簡史》，霍金教授的《時間簡史》是這類書籍的第壹部。
《時間簡史》這本書不是很厚，只有200多頁，幾十萬字，但它涵蓋的內容非常廣泛，從相對論到量子力學，從宇宙膨脹到基本粒子，從黑洞到蟲洞。所以讀完這本書，妳會對我們的世界和宇宙有更多更深的了解。
但說實話，《時間簡史》這本書對普通人不太友好——太難了。因為霍金教授只對很多物理概念做了非常簡單的介紹，有些概念被壹筆帶過。沒有物理學知識的人可能根本聽不懂霍金教授在說什麽。壹些機構進行了調查。很多讀過《時間簡史》的人，除了第壹章提到的笑話和歷史之外，其他內容都忘了，也就是說沒有讀過。在Kindle上，《時間簡史》的平均閱讀進度僅為6%，這意味著許多人購買了《時間簡史》，但在閱讀第壹章後就放棄了。
所以我振作起來，我讓於勇振作起來，並試圖向妳們解釋時間簡史的精髓以及霍金教授對宇宙研究的貢獻。因為當霍金教授委托他的兩個中國學生將《時間簡史》翻譯成中文時，他曾說:“我希望世界上五分之壹的人知道我的研究。”
霍金教授認為他最重要的學術貢獻是對奇點和黑洞的研究，因此在這篇解讀中，我將霍金教授的重要理論按時間順序分為三個部分-
首先，霍金教授和彭羅斯教授證明了著名的奇點定理，該定理與廣義相對論和宇宙膨脹有關。
隨後霍金教授提出了宇宙無邊界模型，認為宇宙沒有邊界，沒有開始也沒有結束，這是對上帝的挑戰。
最後，霍金教授證明了黑洞也可以發出輻射，這就是所謂的霍金輻射。
先說說霍金教授和彭羅斯教授證明的奇點定理是什麽。
二十世紀以前，人們總是假設宇宙是靜止的。即使牛頓的萬有引力定律已經解釋了不同的物體會相互吸引，人們仍然發明了各種方法來維持宇宙是靜止的這壹觀點，甚至連愛因斯坦這位大神也在這個問題上栽了跟頭。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論，並提出時空可以彎曲。根據愛因斯坦的方程，宇宙不是靜止的，但愛因斯坦認為，這肯定是因為有什麽地方出了問題。因此愛因斯坦強行在他的方程中加入了壹個“宇宙常數”，這樣根據修改後的方程，宇宙就變成了靜態的。
但在20世紀20年代，科學家在觀測其他恒星時發現，許多恒星都出現了壹種稱為“紅移”的現象，這意味著這些恒星正在遠離地球。最初，人們認為這些恒星的運動是隨機的，這意味著有些恒星離我們越來越遠，但有些恒星離我們越來越近。
但在1929年，美國天文學家哈勃（哈勃以哈勃望遠鏡命名）發現，大多數恒星都遠離地球，這些恒星離地球越遠，它們離地球的速度就越快。
這是什麽意思？讓我給妳舉個例子:
如果妳拿壹個氣球，用水彩筆在氣球表面的不同部位畫幾個點，然後向氣球裏吹氣，隨著氣球越吹越大，妳畫的點之間的距離會越來越遠，兩個點之間的距離越遠，它們相互之間的距離就會越快。
這個氣球實際上相當於我們的宇宙，氣球上的點相當於地球和其他恒星。大多數恒星離地球越來越遠，這表明我們的宇宙正在膨脹。
愛因斯坦得知這壹觀察結果後才發現，他強行帶入方程的宇宙常數完全沒有必要。宇宙不是靜止的，而是確實在膨脹，所以愛因斯坦後來說:“宇宙常數是我壹生中犯的最大錯誤。”
在發現宇宙膨脹後，科學家們以愛因斯坦的廣義相對論為基礎，找到了壹種新的模型來描述膨脹的宇宙，這就是弗裏德曼模型。
科學家發現，在弗裏德曼模型中，如果時間向前推進，宇宙就會收縮。如果將時間推回到654.38+05億年前，所有星系之間的距離將變為零，就像整個宇宙壹樣，被緊緊地擠壓成壹個點。
這個點叫做奇點。它是宇宙時空的開端。
奇點的性質非常特殊，我們很難直觀地想象它是什麽，但通過數學計算，我們可以知道奇點的體積無限小，無限彎曲，無限密集，無限吸引。
這裏有很多無窮小和無窮小，但數學，實際上無法真正處理無窮小和無窮小，這意味著盡管弗裏德曼模型根據廣義相對論提出了它，但包括廣義相對論在內的所有物理理論都在奇點處失敗了。
因此霍金教授表示，奇點的出現證明了廣義相對論只是壹個不完整的理論。因為在宇宙誕生之初，它失敗了。
了解了奇點是什麽，我們再來看看霍金教授在這個研究過程中做出了哪些貢獻。他對奇點有什麽看法？
當奇點理論首次提出時，並不是所有的物理學家都同意它。根據霍金教授的說法，愛因斯坦自己也不相信。愛因斯坦認為如果我們把時間往前推，不同的星系不會碰撞，而只會錯開。
然而，霍金教授在閱讀了彭羅斯教授的壹些相關研究後意識到奇點理論應該成立。
經過幾年的努力，霍金教授和彭羅斯教授壹起用嚴謹的數學方法證明，如果廣義相對論是正確的，並且我們在宇宙中確實觀察到了如此多的恒星、星系和其他物質，那麽宇宙壹定是在很久以前的壹個奇點中誕生的。這個奇點是宇宙的開端。
這個理論現在被稱為彭羅斯-霍金奇點定理。
起初，許多人不願意接受霍金教授的研究結論，因為他們不喜歡宇宙有壹個開端的想法。其他人認為這壹結論違反了科學決定論，破壞了完美的廣義相對論，但他們也無能為力，因為霍金教授不只是胡說八道，他腳踏實地，他用數學計算證明了這壹結果。數學不會騙人，人也無法與數學規律爭論。
所以現在，不管喜歡與否，幾乎所有的物理學家都承認我們的宇宙確實誕生於奇點。
我們說證明奇點定理是霍金教授最偉大的科學貢獻之壹，但後來，霍金教授改變了主意，提出了壹個無邊界宇宙模型，認為宇宙不需要誕生在奇點中。
那麽接下來，我們就來看看，霍金教授提出的無邊界宇宙模型有什麽特別之處？
前面我們說過，霍金教授和彭羅斯教授證明了奇點定理，然後幾乎所有的物理學家都承認我們的宇宙誕生於奇點。宇宙誕生的那壹刻，被稱為大爆炸！
大爆炸理論是描述宇宙起源的最主流模型。現在讓我們來看看大爆炸模型，它描述了宇宙起源的時間-
在宇宙大爆炸的那壹刻，宇宙的體積為零，溫度無限高。然後宇宙開始迅速膨脹，溫度開始降低。
大爆炸後壹秒鐘，宇宙的溫度下降到1000億度，這可能是氫彈爆炸時所能達到的最高溫度。
宇宙大爆炸100秒後，宇宙溫度繼續下降到100億度，質子和中子開始結合形成原子核。
在這之後，宇宙的溫度繼續降低和膨脹。壹百萬年後，宇宙的溫度下降到幾千度，原子開始形成。
隨著宇宙溫度的持續下降，恒星和星系開始形成；
現在，6543.8+05億年過去了，宇宙膨脹了很多倍，溫度壹直很低。
今天宇宙的溫度只比絕對零度高壹點點，但宇宙的所有部分仍然具有當時大爆炸的能量，我們還可以觀察到科學家稱之為微波背景輻射，這似乎充滿了宇宙的背景噪音。
雖然大爆炸理論聽起來很神秘，似乎有點不可思議，但它與我們今天的觀察證據是壹致的，因此它已被物理學家廣泛接受。
但這個理論還是讓很多物理學家有點尷尬。妳看，從我之前的描述中，妳可以感覺到大爆炸是宇宙的奇點。然後，宇宙中的所有物質，甚至空間和時間都在大爆炸後出現。大爆炸之前的任何事件對我們來說都沒有意義，或者說根本不存在，也就是說宇宙的時空不是無限的，而是有壹個非常特殊的時空。
但問題是，正如我們前面提到的，宇宙大爆炸的奇點是壹個非常特殊的存在。在這裏，所有的物理定律都失效了，人們根本不知道這個奇點會出現什麽。那麽，宇宙現在遵循的規律是如何出現的呢？誰制定了這些規則？
真的是神嗎？
因為這個問題，科學家們目前還沒有很好地解釋它，所以他們給宗教界留下了壹絲希望。
霍金教授回憶說，在1981年，教皇邀請了許多科學家，並召開了宇宙學會議。在科學家們發言後，教皇說，妳們可以研究宇宙大爆炸後的各種歷史和規律，但妳們科學家不應該在宇宙大爆炸的那壹刻研究它，因為那是萬物誕生的時刻，那是上帝的事情。
霍金教授也在這次會議上發表了演講。演講的主題是無邊界宇宙模型。聽完教皇的話，霍金教授喃喃自語:“看來教皇沒聽懂我說的話！”
因為在這個時候，霍金教授提出的無邊界宇宙模型意味著宇宙沒有開端，沒有誕生的時刻，所以根本沒有上帝的位置。
霍金教授為什麽這麽說？
讓我們來看看無邊界宇宙模型。
我們之前提到奇點定理和BIGBANG模型的時候，總是有壹個前提，那就是廣義相對論是正確的。
但這個前提，其實未必站得住腳。這並不是說廣義相對論是錯誤的，而是說它是壹個不完整的理論，沒有與量子力學相結合。
在20世紀，物理學中最重要的兩個發現和當今物理學中最基本的兩個理論是相對論和量子論。
壹般來說，相對論處理宏觀領域，如星系的運動，而量子力學理論處理微觀領域，如粒子的運動。在研究壹般理論時，這兩個系統都是井水不犯河水。
然而，霍金教授認為，在研究宇宙大爆炸的奇點時，必須將相對論和量子力學結合起來。他認為，奇點定理已經解釋了在宇宙大爆炸奇點的極端情況下，廣義相對論已經不能很好地描述宇宙了，此時必須考慮量子效應。
在廣義相對論的基礎上，宇宙只有兩種可能性，要麽是無限時間，要麽是大爆炸奇點的開始。但是，如果引入量子力學，就會有壹種新的可能性，那就是壹個有限無界的宇宙。
有限無界意味著宇宙的時空是有限的，但它沒有邊界。聽起來是不是有點頭暈？有點矛盾？我給妳舉個例子，妳就很容易理解了:
我們用地球做類比。我們的地球是壹個有限的星球，我們知道它的直徑和大小。然而，地球沒有邊界，也沒有開端。如果妳壹直在地球上行走，妳永遠不會到達地球的邊界，更不用說落在地球之外了。所以地球是壹個有限和無限的星球。
霍金教授的無邊界宇宙模型是壹個空間和時間交織在壹起的四維宇宙。在這個宇宙中，時空就像地球的表面，其範圍是有限的，但沒有邊界或奇點。時空中的每個點都沒有什麽特別的，就像地球上的壹個點壹樣。科學規律在任何時間和空間都適用，不會出現失效和崩潰。
在無邊界宇宙模型中，宇宙中沒有特殊的奇點，因此不需要上帝指定特殊的定律。根據霍金教授的說法，宇宙是完全自給自足的，不會受到任何外部事物的影響，也沒有創造和消失的時刻。這樣，宇宙就不需要上帝來創造了。
需要註意的是，霍金教授本人也多次強調，無邊界宇宙模型目前只是壹個想法，相當於他家人的意見。目前主流的宇宙模型仍然是大爆炸模型。
當然，宇宙的無邊界模型並不是壹句空話，它是相對論與量子力學相結合的壹種嘗試，也是壹種可以檢驗的科學理論。
以上兩種理論都與BIGBANG和奇點有關。除了這個領域之外，霍金教授的另壹個最重要的學術貢獻是對黑洞的研究。那麽讓我們來看看霍金教授對黑洞的研究做出了哪些貢獻。為什麽他說黑洞沒那麽黑？
我們先來看看什麽是黑洞。
這要從星星的原理說起。眾所周知，物質之間會有引力，而物體質量越大，引力越大。像太陽這樣的恒星引力很大。當恒星受到自身引力的影響時，它會有向內坍縮的趨勢。那麽，這麽多年過去了，為什麽太陽還是那麽大呢？為什麽它沒有因為內部引力而坍縮變小？
這是因為，在太陽內部，仍然存在壹個可以與重力平衡的支撐力。太陽內部的溫度很高，原子序數為1的氫原子發生劇烈碰撞，將結合在壹起形成原子序數為2的氦原子。在這個過程中，會釋放出巨大的能量（核聚變），這相當於太陽內部有無數顆氫彈在不斷爆炸，這將為太陽提供壹顆氫彈。
那麽問題來了。恒星內部的支撐力是由這些“核原料”支撐的，但這些原料遲早有壹天會燃盡。壹旦燃盡，恒星就會在引力的作用下繼續坍縮。這時候會發生什麽？
壹顆恒星的最終歸宿有幾種可能。如果恒星的質量相對較小，它會在壹定程度上坍縮，其引力最終會與內部粒子之間的斥力平衡，並最終成為中子星或白矮星。但如果恒星的質量巨大，超過壹個半太陽，那麽其內部粒子之間的任何斥力都不足以抵消引力，因此恒星將繼續坍縮，成為壹個正小天體和大質量的黑洞。
理解了上述黑洞的形成原理，黑洞的本質就很好理解了。黑洞最大的特點是其強大的引力。任何物質，包括光，只要進入某個臨界區域，就永遠無法逃離黑洞。如果有人接近黑洞，巨大的引力將迅速拉伸並撕裂他。
從外面看，如果連光都無法逃脫，那麽黑洞當然是全黑的，這也是黑洞得名的原因。但問題是黑洞的這種吸引性質與熱力學第二定律相沖突。根據熱力學第二定律，黑洞應該有溫度。只要它有溫度，它就應該發出輻射和粒子，黑洞也不應該例外。但正如我之前所說，即使是光也無法逃脫黑洞的引力。粒子如何從黑洞中逃逸？
事實上，包括霍金教授在內的幾乎所有物理學家都對這個問題感到困惑，但利用量子理論，霍金教授後來成功地回答了這個問題。
霍金教授發現黑洞確實會發射粒子，但這些粒子不是從黑洞中跑出來的，而是從黑洞邊緣的虛無空間中冒出來的。
要理解霍金教授的說法，最重要的是理解量子理論中的海森堡測不準原理。
海森堡的測不準原理說，當我們測量粒子、引力場、電磁場等時。，我們會發現，如果我們更精確地測量其中壹個物理量，另壹個物理量的測量就會不那麽精確。例如，妳對粒子速度的測量越精確，妳對粒子位置的理解就越模糊。人類不可能同時掌握壹個粒子的精確位置和速度。
根據海森堡的不確定性原理，即使是壹個看起來什麽都沒有的空空間，實際上在微觀層面上也是起伏的。妳想，如果壹個空間完全是空的，就意味著引力場或電磁場的強度為零，變化率也為零，而這兩個物理量同時被精確地掌握，這顯然違反了海森堡的測不準原理，是不可能的。
在這樣壹個空曠的空間裏是什麽情況？令人驚奇的是，在真空中，事實上每時每刻都在產生成對的粒子。為了保持能量守恒，這些粒子有些具有正能量，有些具有負能量。它們碰撞在壹起，並將同時湮滅。
說到這壹步，我們可以看看霍金教授的解釋是什麽意思。霍金教授提出，黑洞的邊緣雖然看起來是空的，但實際上無時無刻不在產生成對的粒子，其中具有負能量的粒子會被吸入黑洞，但壹些具有正能量的粒子可以從黑洞邊緣逃離並跑到其他地方。因此，當我們站在黑洞外面觀察它時，看起來黑洞正在不斷地發射這些粒子。這就是黑洞輻射，也被稱為霍金輻射。
正是因為這種輻射，霍金教授才說黑洞不是完全黑的。
霍金輻射是物理學中非常有價值的理論，因為黑洞的誕生是由廣義相對論計算的，而黑洞的輻射是由量子力學解釋的。也就是說，霍金輻射是結合廣義相對論、量子力學和熱力學的壹次嘗試，因此盡管霍金輻射沒有被觀測到，但它仍然具有很高的理論價值。
到這裏，《時間簡史》的精髓，也就是霍金教授對宇宙研究的貢獻就結束了。
讓我們再整體回顧壹下-
我們談到的第壹點是彭羅斯-霍金奇點理論。奇點是壹個體積無限小、曲率無限大、密度無限大、引力無限大的點。他們通過嚴格的數學方法證明，如果廣義相對論是正確的，並且我們在宇宙中觀察到的物質確實如此之多，那麽宇宙壹定是在奇點中誕生的。
我們談到的第二點是霍金教授提出的無邊界宇宙模型。在主流的大爆炸模型中，宇宙有壹個起點，這就是大爆炸的奇點，但在大爆炸的那壹刻，所有的物理定律都失效了，所以科學家們仍然無法說清楚為什麽宇宙壹定是這樣的。也有人說那是上帝創造世界的時刻，所以無法用科學解釋。與BIGBANG的模型不同，霍金教授在他的無邊界宇宙模型中引入了量子力學，認為宇宙沒有邊界，因此沒有奇點，沒有開始和結束，因此不需要上帝來創造宇宙；
我們談到的第三點是關於霍金教授對黑洞的研究，即霍金輻射。霍金教授提出，黑洞並不完全是黑色的，但它也會發出輻射。根據測不準原理，黑洞邊緣的空洞實際上並不是完全空的，而是不斷產生成對的粒子，其中壹些粒子被黑洞吸收，但另壹些粒子從黑洞邊緣逃逸，這相當於黑洞發射粒子。這種現象就是霍金輻射。