《时间简史》–仰望星空的人，最后变成了星空

仰望星空的人，最后变成了星空。

斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking，1942年1月8日-2018年3月14日），ALS患者，英国著名物理学家和宇宙学家。

当百科里的词条出现霍金逝世的日子时，我们都觉得一切都不真实。

作为“宇宙之王”的他，可谓是家喻户晓。虽然我们大多数人对他所提出的奇点定理、无边宇宙模型和霍金辐射完全不知所言何物，但还是阻挡不了我们对科学的敬畏，对他的敬仰。

他的存在，更像是航标灯。我们知道有他在，宇宙中再也没有谁比他更了解这个物理世界。

《时间简史》，是这个希望把科学融入生活的智者所最成功的作品之一。大众化，普通化，简单化，让我们这些科学小白，看到了宇宙的不同凡响。

一、奇点定理

霍金和彭罗斯利用严谨的数学方法证明出，假设广义相对论是正确的前提下，而且宇宙中的确有我们观测到的那么多物质，那宇宙一定诞生于一个奇点之中。

1. 宇宙不是静态的，而是在不断地膨胀

埃德温·哈勃等科学家发现，宇宙中的绝大部分星系都在离地球远去，而且离地球越远的恒星，离开的速度也越快。

这意味着，宇宙就像是气球一样，在不断地膨胀。

爱因斯坦曾经认为，宇宙应该是静态的。为了维持静态宇宙的假设，他还在自己的方程里加了一项“宇宙常数”，但后来被证实宇宙确实不是静止的 。这件事情被称为“爱因斯坦一生中最大的错误”。

2. “奇点定理”意味着在广义相对论框架内，宇宙必然有一开端。

“奇点”是体积无限小、弯曲程度无限大、密度无限大、引力无限大的点。宇宙就诞生于“奇点”之中。

宇宙膨胀的发现意味着，在很久以前，宇宙必然比现在小，所有的物质都会紧紧地集中在一起。霍金和彭罗斯证明了，如果我们把时间往前推150亿年，那所有星系之间的距离都是0，宇宙必然诞生于“奇点”之中。

二、无边界宇宙模型

在描述宇宙历史的模型中，“宇宙大爆炸”模型是当前的主流理论，但这一理论目前无法解决宇宙起源问题。霍金因此把量子力学和相对论结合起来，提出了“无边界宇宙模型”。

1. 宇宙大爆炸模型无法解决宇宙起源问题

在宇宙大爆炸模型中，宇宙诞生于“奇点”。但包括广义相对论在内的所有物理定律，都会在奇点处失效，因此人类无法直接研究奇点，这就为上帝的存在留下了空间。

在大爆炸模型中，物质、空间和时间，都是大爆炸之后才出现的。大爆炸之前的任何事件，对于我们来说都没有任何意义，或者说根本就不存在。也就是说，宇宙时空并不是无限的，而是有一个边界和开端。

2. 在“无边界宇宙模型”中，宇宙没有起源和开端

在“无边界宇宙模型”中，宇宙是“有限无界”的，没有边界和奇点。霍金认为，这个宇宙是完全自给自足的，不受任何外来事物影响，没有创生和消灭的时刻，它就是存在本身，不需要上帝来创造它。

“无边界宇宙模型”里的宇宙，是一个空间和时间交织在一起所组成的四维宇宙。在这个宇宙中，时空就像是地球的表面，在范围上是有限的，但却没有形成边界，也没有形成奇点。科学规律在任何一个时空点上都适用，不会发生崩溃。

三、霍金辐射

“霍金辐射”也就是“黑洞辐射”。霍金利用量子力学中的“不确定性原理”提出，黑洞也会发出辐射，并不是完全黑的。

1. 黑洞引力极大，连光都不可能逃出黑洞

当恒星的内部燃料耗尽之后，在自身的引力作用下，就可能坍塌成黑洞。黑洞质量大，体积小，引力极高，任何物质，包括光在内，只要进入某个临界区域，就永远不可能逃出黑洞。

黑洞吸引一切的性质，跟热力学第二定律产生了冲突。所有有温度的物体，都应该发出辐射和粒子，但如果连光都逃不出黑洞的引力，黑洞怎么能发出辐射呢？

2. 霍金利用“不确定性”原理提出了“黑洞辐射”

霍金提出，黑洞的边缘在一刻不停地产生成对的粒子，其中带有负能量的粒子会被吸到黑洞里去，但还有一些带正能量的粒子，可以从黑洞的边缘逃脱。在外界看来，就好像是黑洞在不断地向外发射粒子，这就是黑洞辐射，也叫“霍金辐射”。

在“不确定性原理”的限制下，即使是看似毫无一物的虚空，在微观上也是波澜起伏的。会不断地产生成对的粒子和反粒子，再碰撞到一起发生湮灭。

想象应该永无止境，身在其中最是无法勘察。不管是晦涩难懂的科学还是芸芸众生的柴米油盐，存在即需探寻。

我们缅怀霍金，同时也在寻找。下一个，改变世界的人，又在何方?