第一次讀《時間簡史》是在大學期間，當時慕名找來的書，對書裡面的學術名詞和理論似懂非懂，只是作為一個類似於《大學物理》的課本看看。最近又從書櫃裡翻出來重讀，對《時間簡史》有了更深入的理解，如時間是如何開始的、時間的本質是什麼、時間有沒有終點等等，下面讓我們一起和時間做場旅行。
01為什麼是《時間簡史》而非《宇宙簡史》？
時間是貫穿霍金量子宇宙觀和理論物理的一個主線，也是一把鑰匙，理解霍金的宇宙理論的鑰匙。宇宙的歷史，或者說霍金的量子宇宙觀，就是一部研究時間的歷史。
霍金把時間看做是我們這個三維宇宙的一個屬性，同空間、物質一樣，只是一個稱量單位，整本書相當大的篇幅都是通過研究時間的性質，說明宇宙誕生-演變-終結的過程——從宇宙大爆炸，到宇宙的組成，黑洞，蟲洞，微觀量子層面，再到宇宙的未來演變，都和時間有關。
因此，讀《時間簡史》可以把時間相關的內容作為一個主線或者基線，來理解霍金的理論。
《時間簡史》有12個章節，內容可以分為三個部分：
第一部分介紹宇宙理論的發展史。關於宇宙起源的理論流派，從古典物理學到現代物理學再到相對論，從宗教到亞里斯多德，到伽利略，到牛頓，最後到愛因斯坦，提出時間的起點——宇宙大爆炸、奇點、以及相關證據等。
第二部分是介紹宇宙運行規律理論。包括物理學的兩大支柱相對論和量子力學，介紹了霍金的黑洞理論、時間性質——虛時間、時間光錐和時間箭頭等。
第三部分是對宇宙未來的預測。包括了宇宙未來的幾個猜想——宇宙坍塌，無限膨脹，也包括對於時間終點、宇宙無邊界猜想、黑洞輻射、平行宇宙、時間旅行的介紹等，並針對終極理論猜測作了介紹，即可能存在一個適用於宇宙中每一事件的、完整的、協調的理論。
02時間的開端：宇宙大爆炸
時間是否有一個開端？宇宙是如何產生的？宗教和哲學給出過不同的答案。在科學發展歷史上也一直在尋找答案。
霍金在書中回顧了整個物理學和宇宙學的歷史，從古希臘、中世紀、文藝復興到20世紀物理學大發展，從宗教創世說、地心說、日心說到相對論，讓讀者對於宇宙理論的發展有一個清楚的認知。
1929年，隨著埃德溫·哈勃發現宇宙正在膨脹的現象，根據哈勃的發現，物理學界推導出存在一個叫做大爆炸的時刻，都卜勒效應和宇宙微波背景輻射也提供了宇宙大爆炸存在的證據，這也是目前科學界普遍認可的理論。
宇宙大爆炸開始於一個點——奇點，當時宇宙的尺度無窮小，質量無限大且無限緊密。在這種條件下，所有科學定律預見將來的能力都失效了。
而時間是宇宙的一個性質，在宇宙開端之前不存在。由於更早的時間、空間和一切規律一樣，完全不可知，所以在這個意義上我們可以說，時間也就是T0時刻開始於宇宙大爆炸。
讀這一部分，我的感受之一是科學理論發展不是線性的，在某一個時期，如果出現基礎理論的突破，就會帶動整個科技和文明的突飛猛進，即科技的發展是跳躍式的。
比如牛頓對動力學（也包括熱力學）的理論貢獻，推動了一系列科技的發展和應用技術的突破，愛因斯坦對於相對論的推動，量子力學的出現，也極大的推動了人類應用科學的發展。
這讓人聯想到劉慈欣在《三體》裡面描述三體人通過阻止人類基礎理論研究從而遏制人類科技水平的情節，還有黑暗森林法則的其中一個假設，就是文明的科技發展水平是爆炸式的，這些都是在對我們過去科技發展裡的總結基礎上的想像力延伸。
03時間的本質
時間的本質是什麼？宇宙時空是有限的還是無限的？霍金在《時間簡史》第二部分介紹了時間的性質，包括時間箭頭、虛時間，以及利用時間特性進行超光速星際航行——蟲洞和時間旅行的可能性。
（1）時間箭頭。將宇宙的過去和將來區別開來，使時間有了特定的方向。至少存在三種不同的時間箭頭：
第一個是熱力學時間箭頭，即是在這個時間方向上無序度或熵增加，即熵增理論；
第二個是心理學時間箭頭，這就是我們感覺時間流逝的方向，在這個方向上我們可以記憶過去而不是未來；
第三個是宇宙學時間箭頭，在這個方向上宇宙在膨脹，而不是收縮。
（2）虛時間。使用虛數（i=-1）測量的時間，是為了將相對論和量子力學統一在一起所提出來的概念，跟「實」時間相對，虛時間是不能和空間方向區分的。如果一個人能往北走，他就能轉過頭並朝南走；同樣的，如果一個人能在虛時間裡向前走，他應該能夠轉過來並往後走。
這表明在虛時間裡，往前和往後之間不可能有重要的差別。而「實」時間，在前進和後退方向則存在有非常巨大的差別。
（3）宇宙無邊界猜想。基於虛時間和量子引力論，霍金提出了著名的宇宙無邊界猜想——宇宙的邊界條件就是它沒有邊界。無邊界猜想如果成立，則意味著宇宙是自足。
虛時間和宇宙有限無界理論是《時間簡史》裡面最難理解的部分之一，讓我們通過一個比喻來嘗試理解這個猜想：我們的地球尺寸有限，但是在地球上行走的人永遠走不到盡頭，宇宙也是如此，它沒有邊界，完全自足而不被外界的東西所影響。
（4）蟲洞。也叫愛因斯坦-羅森橋，根據相對論理論，把時空捲曲起來，使得宇宙中遙遠的兩個位置1和位置2之間有一近路。在1和2之間創造一個隧道就是一個法子。
顧名思義，蟲洞就是一個時空細管，它能把兩個幾乎平坦的相隔遙遠的區域連接起來。這樣可以打破「光速壁壘」（即任何物體運動速度不能超過光速），實現快速宇宙旅行。
（5）時間旅行。也是時空捲曲的一種推論，即理論上在時空曲率為負的情況下，將具備負能量密度的物體，送回到過去，負能量密度的物體在量子理論裡面是成立的。
為什麼我們並沒有受到歷史或者來自未來的幹擾？為什麼沒有來自未來的人告訴我們如何實現時間旅行呢？霍金提出了時序防衛的猜測，即物理學定律防止宏觀物體將信息傳遞到過去——負能量密度的虛粒子在時間前進的方向以等於或者低於光速的速度運動時，就會變成實粒子，因而不允許旅行到過去。
解決時間旅行的另外一個理論是選擇歷史假想，時間旅行者回到過去，他就進入和歷史記載不同的另外的歷史中去。這樣，他們就不受和原先的歷史相一致的約束。選擇歷史假想是說，存在多個平行宇宙，也就是宇宙不僅僅有一個單獨歷史，它有所有可能的歷史，每一個歷史都有自己的概率。
當然這些都是猜測和假想，時間旅行是否存在仍然是未知的。
04時間有沒有終點？
當前宇宙的未來是什麼？宇宙有終結的那一天嗎？霍金書中對現在的宇宙未來發展理論做了介紹和探討。當然這些都是理論上面的假設和推導，現實中不太可能得到驗證。
現在公認的是我們的宇宙在膨脹，而且是加速膨脹，有兩個可能的結果，一個是宇宙會繼續膨脹下去，最終形成一個無限寂滅的狀態；一個是膨脹到一定程度，因為引力導致膨脹停止，開始收縮，也就是宇宙開始塌陷，最後回到最初爆炸前的狀態-奇點。
霍金曾經預言過宇宙會塌陷，也就是收縮，收縮帶來的一個後果就是時間開始倒退，宇宙已經膨脹了138億年，未來100億年或者更久可能繼續膨脹，然後在花300多億年收縮回原點，也就是重新成為奇點。後來霍金自己否定了他自己的這個猜想，理由之一就是熵增理論。
根據熵增理論，宇宙會變得越來越無序，也就是熵值越來越高，宇宙會持續膨脹下去，時間會繼續流逝。
根據膨脹的速度和引力計算，物理學家提出了不同的宇宙膨脹模型，後來又相繼提出了暗物質和暗能量的假設來解釋觀測結果和理論計算的不匹配。
當然，關於宇宙未來會怎樣，目前都是理論假設，關鍵理論是否能夠自洽自足，這有賴於科學的進一步發展。
本質上，科學也好，哲學也好，宗教也罷，做的都是一件事情，即建立一套解釋世界，解釋宇宙的理論，一個是形而上，一個形而下。從目前理論的進展來看，科學的發展還遠遠落後於宗教。
05統一的終極物理理論：量子引力學
科學界有一個非常大的難題，就是缺乏一個統一的理論來解釋我們所在世界運行的規律，這是過去50年物理學界一直在激烈交鋒和發展的領域。
霍金在《時間簡史》第三部分介紹各種物理學理論之後探討了統一理論的可能性。
今天我們是按照兩個基本的部分理論——廣義相對論和量子力學來描述宇宙。廣義相對論是描述引力和宇宙的大尺度結構，也就是從只有幾公裡直到大至1億億億公裡，即可觀測到的宇宙範圍尺度的結構。另一方面，量子力學處理極小尺度的現象，例如萬億分之一釐米。
然而，這兩個理論不可能都對。比如在宏觀維度，相對論適用於重力（萬有引力）的分析和推論，比如分析恆星、天體等運行規律。
而在微觀維度，比如原子、電子、小到夸克和玻色子等微觀尺寸上面，量子力學成立，但是這兩種理論之間存在一個明顯的差異或者說是矛盾，比如量子糾纏、不確定原理都與相對論矛盾。
給大家看兩張照片：左邊是在109次方米的距離觀察太陽系的模擬照片，右邊是在10-10次方米觀察細胞內部的虛擬照片。即一個是恆星尺度，一個是夸克尺度。
兩張圖從外觀看非常相似，但是描述兩者的物理學理論差異性非常大，也就是相對論（也包括牛頓的萬有引力規律）和量子力學的不同，某些方面相互矛盾。
當代物理學的一個主要的研究方向，即是尋求一個能將相對論和量子力學合併在一起的理論——量子引力論。目前還沒有這樣的理論，要獲得這個理論，可能還有相當長的路要走，然而我們已經知道了這個理論所應具備的許多性質。
06最後
霍金被譽為繼愛因斯坦之後最偉大的物理學家，但是霍金並沒有獲得過諾貝爾物理學獎的榮譽，這是為什麼呢？
霍金所從事的是理論物理和理論宇宙學的研究，他發展出了很多假說和推論，比如霍金輻射（關於黑洞），虛時間（時間箭頭）等，現在還沒辦法證明和驗證。
諾貝爾物理學獎歷來都是頒給經過實驗和事實驗證過的物理前沿或者基本理論，比如愛因斯坦獲得諾貝爾獎的原因是因為「光電效應」，而不是因為他的相對論。
值得一提的是，《時間簡史》成書時間是1983-1988年，在之後的30多年時間裡，世界物理學和宇宙學相關的研究一直在穩步進行，比如針對統一理論的「弦論」、「M」理論，多維宇宙等等。
在《時間簡史》之後，霍金先後在2006年和2011年發表《果殼中的宇宙》和《大設計》兩本書，進一步介紹最新的物理學和宇宙學理論前沿，以及關於物理學與哲學和宗教的關係，探討宇宙本源問題，都非常值得一讀。
最後，引用兩句霍金先生的名言與諸君共勉：
「記住要仰望星空，不要低頭看腳下。」
「無論生活如何艱難，請保持一顆好奇心。」
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