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《时间简史——从大爆炸到黑洞》内容精要：（1）时间起始点——宇宙大爆炸奇点：人们曾一直相信宇宙以静止不变的状态存在了无限长的时间，并将以这种状态无限地存在下去。但1929年埃德温·哈勃的具有里程碑式的观测使这种观念寿终正寝，并将宇宙开端的探索带进科学王国。哈勃发现无论在哪个方向观测，远处的星系都是远离我们急速而去。也就是说，宇宙是不断膨胀着，那么它在最初就应该收缩为一点，这一时刻被称为宇宙大爆炸时刻。宇宙在这一点的密度无穷大，这一点即为数学上所称的奇点。所有的科学定理在此奇点处均告失效。这意味着，所有在此时刻之前发生的事件都不能对此时刻之后的事件产生任何影响，之后发生的事件亦不可能通过科学定理由之前的事件推导而来。换言之，大爆炸时刻之前与之后的事件之间不存在任何意义上的因果关系。这样，从时间的物理意义上来说，时间在宇宙大爆炸奇点处开始。

（2）时间终结——黑洞：恒星由于引力作用会不断收缩，向自身坍缩。当恒星的质量大于某个极限时，泡不相容原理产生的排斥力不能平衡引力，于是恒星将继续坍塌下去，形成一个我们称之为“黑洞”的无限致密的区域。黑洞表面的引力如此之强，以致在黑洞这个区域之内不可能有任何东西，包括光线从该区域内逃逸而到达远处的观察者。这意味着，如果有一个无畏的航天员和恒星一起向内坍塌，并每一秒钟向环绕该恒星的宇宙飞船发一信号。如果在11点整恒星刚好坍塌到临界半径而形成黑洞，那么，宇宙飞船上的同伴们在收到恒星上的航天员在10点59秒发出的最后一个信号后将再收不到任何信号。时间在此终止。人们可以将诗人但丁针对地狱入口所说的话恰到好处地用于黑洞，“从这进去的人必须抛弃一切希望。”

（3）上帝是如何启动宇宙的：宇宙的起源和命运尽管人们对于宇宙大爆炸后的演化图景有了一定的了解，但依然有些问题始终困扰着人们。比如，为何在空间和时间的所有地方和方向上表现一致？为何宇宙以这样接近于介于坍塌和永远膨胀模型的临界膨胀速率开始并膨胀下去？尽管在大尺度上宇宙是如此一致和均匀，又如何存在局部的无规则性？或者我们可以问，在宇宙大爆炸的一瞬间是谁决定了宇宙以这种模式演化至今？霍金在此书中描述了人们在追溯宇宙起源的道路上艰辛的脚步。一种是以原理来解释的叫做紊乱边界条件的宇宙起源。就像著名的一大群猴子敲打打字机，大部分敲出来的必是废话，但纯粹的偶然也许会使它们敲出一行莎士比亚的短诗。类似地，在宇宙开端的多种无规则可能中，我们刚好生活在这样一个光滑一致的区域里，才有可能使我们这样复杂的人类存在。另一种解释称为“暴涨模型”，它认为宇宙在开始的一瞬间是以加速度膨胀，在远小于1秒的时间里宇宙的半径增大了100万亿亿亿倍(10的30次方)。这些理论在不同程序上虽可以解答人们的某些疑惑，但最终不能确定宇宙的根本的内在秩序来源:https://488wan.com/bkjj/202412-6.html。现在人们开始转向寻求一种将量子力学和引力结合起来的完整而协调的理论，在这种理论指导下，人们找到另一种描述宇宙起源及命运的模式，即空间——时间只有有限的尺度，却没有奇点作为它的边界或边缘。空间——时间就像表面积有限而无边界的地球，只不过多了两维来源:https://488wan.com/cshi/202412-129.html。宇宙的开端曾使人们想像一个造物主来启动这个世界，但是，如果宇宙是完全自足的、没有边界或边缘，就意味着它既没有开端也没有终结——它就是存在。那么，还有上帝存身之处吗？

（4）物理学的统一——终极理论：人类在寻求建立一个适用于宇宙中每一事件的、完整的、协调的统一理论，在这理论中不需要选取特定的常数去符合事实。寻找这样的一个理论被称之为“物理学的统一”，是当代物理学的首要目标来源:https://www.488wan.com/cshi/202501-213.html。爱因斯坦用晚年的大部分时间进行这项工作，但没有成功来源:https://488wan.com/xwzx/202412-115.html。人们将力分为四种，即引力、电磁力、弱核力和强核力，并已通过所谓的“大统一理论”(GUT)将后三种力统一起来，而将引力也包括进来的工作正在进行之中。这一工作的难度在于广义相对论是一个“经典”理论，它没有包含量子理论的不确定性原理，而其他的部分理论又非常基本地依赖于量子力学。所以必须是将广义相对论和量子力学结合起来。虽然还存在着一些未解决的问题，但从目前人们研究的“弦理论”中已看出成功的希望。

我们首先要理解宇宙大爆炸究竟为何物。来源:https://488wan.com/cshi/202412-18.html

“宇宙大爆炸是时间的一个瞬间，而不是空间中的一个点。”加利福尼亚理工学院理论物理学家肖恩·卡罗（Sean Carroll）指出。

你想象中的宇宙大爆炸也许是这样一副情景：一个极小、极致密的点忽然爆炸，不断向虚无中扩张。现在你可以把这种想象从脑海中抹去了。卡罗指出，首先，大爆炸发生时的宇宙不一定很小。不错，如今可观测宇宙（一个直径约930亿光年的球状空间，包含至少2万亿个星系）中的一切都曾挤在一个直径不到1厘米的狭小空间中。但在可观测宇宙之外，也许还有许许多多地球人无法观测到的事物，因为光在138亿年间走不了那么远。

因此卡罗表示，大爆炸时的宇宙可能极其微小，也可能无限庞大。因为我们无法看到超出观测范围外的事物过去的样子。我们只知道当时的宇宙非常、非常致密，并且扩张的速度非常快，密度也随之迅速减小。

真正说起来，宇宙之外应该空无一物才对，因为宇宙的定义就是包罗万物。所以在大爆炸发生时，一切事物都比如今更致密、更炽热，但“在此之外”存在的事物并不比近日更多。你可能会想开上帝视角，想象自己站在一片虚空之中，看着大爆炸发生前、杂糅成一团的“婴儿宇宙”。但卡罗指出，这是不可能的，并非是宇宙向空间中膨胀，膨胀的就是空间本身。

“无论你如今在宇宙中置身何处，如果你追溯到140亿年前的自己，都会回到同样一个极度炽热、致密和迅速扩张的状态。”卡罗表示。

没人知道宇宙中究竟发生了什么事情，直到大爆炸发生1秒之后，宇宙足够冷却，让质子和中子得以相撞并结合。确实有很多科学家认为，宇宙在这一秒钟之内经历了一个以指数级扩张的“膨胀”过程。这一过程可以抚平时空纹理，也可以解释当今宇宙中的物质为何分布得如此均匀。

大爆炸之前

在大爆炸之前，宇宙也许是一条由极度炽热、致密的物质构成的无限延伸线。出于某些原因，这些物质能够一直保持稳定状态，直到宇宙大爆炸的发生。卡罗指出，这个极度致密的宇宙也许曾由极小尺度上的物理法则——量子力学主宰。而随后发生的宇宙大爆炸则代表了经典物理学取而代之、成为宇宙演化的主要推手的一瞬间。

霍金认为，这一瞬间才是关键所在。他指出，在大爆炸之前的一切事件都无法测量，因此也无从定义。霍金把这叫做“宇宙无边界理论”：他认为时间和空间都是有限的，但既无边界，又无起始点和终结点。就像地球有限、但无边一样。

“既然大爆炸之前的事件都没有造成可观测到的结果，我们不妨直接把它们从理论里砍掉，宣称时间就是从宇宙大爆炸开始的。”霍金在2018年的一次采访中表示。来源:https://488wan.com/cshi/202412-34.html

还有一种可能：在宇宙大爆炸之前，也许还有其它值得我们探索的事物。有一种理论认为，宇宙大爆炸并非时间的起点，而是对称的中心点。从这种理论来看，在大爆炸之前，还存在一个和当今宇宙一模一样的宇宙，只不过熵的变化规律不是逐渐增加，而是逐渐减少。

卡罗指出，从本质上来说，熵增（即系统无序性增加）方向就是时间箭头的方向。因此在这个镜像宇宙中，时间的流逝也和现代宇宙相反。对那个宇宙而言，我们的宇宙才是过去。该理论的支持者还提出，其它宇宙特性在这个镜像宇宙中也是刚好相反的。例如，物理学家戴维·斯隆（David Sloan）曾指出，另一个宇宙中的分子和离子的不对称性（即手性）和我们的宇宙相反来源:https://488wan.com/cshi/202501-198.html。

有一种相关理论认为，宇宙大爆炸并不是一切的开端，而是宇宙从收缩期向膨胀期切换的一瞬间。该“大反弹”理论认为，随着宇宙不断扩张、收缩、再扩张，还会发生无数次大爆炸。但卡罗指出，这些理论的问题在于，它们并未解释宇宙为何、或如何从扩张态转为收缩态、从高熵态转为低熵态。来源:https://488wan.com/xwzx/202412-26.html

卡罗和同事珍妮弗·陈（Jennifer Chen，音译）对宇宙大爆炸也提出了自己的设想。2004年，两位科学家提出，我们所知的宇宙也许是一个母宇宙的“后代”，是从母宇宙中剥落的一小块时空。来源:https://488wan.com/bkjj/202412-138.html

卡罗称这就像放射性原子核的衰变过程：原子核衰变时会释放出一个α或β粒子，而母宇宙也会如此，只不过释放的不是粒子，而是子宇宙，且数量也许多达无穷。“也许是某次量子波动造成了这样的结果”来源:https://aiyou168.com/cshi/202501-198.html。卡罗表示来源:https://488wan.com/cshi/202412-75.html。这些子宇宙“是真正意义上的平行宇宙”，并且不会与彼此发生相互作用、或者对彼此造成影响。

你可能觉得这些理论听起来十分魔幻，事实也的确如此，因为科学家连宇宙大爆炸的一瞬间都看不到，更别提大爆炸之前的情况了。不过卡罗指出，探索的机会还是有的。2015年探测到的、由星系剧烈相撞产生的引力波就提供了这样一种可能性，我们也许可以用引力波揭开宇宙大爆炸后关键一秒内、关于宇宙扩张的种种未解之谜。

卡罗表示，理论物理学家也有大量工作要做，比如对量子引力等量子力做出更精准的预测。

“除非我们有理论可参考，否则我们连自己在找些什么都不知道。”卡罗指出。

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