《时间简史》：我们从哪里来？未来又会如何？

在18世纪，哲学家把包括科学在内的整个人类知识当作他们的领域，并讨论诸如有无宇宙开端的问题。然而，现在对哲学家或除了少数专家以外的任何人来说，科学变得过于专业性和数学化了。如果人人都参与讨论我们和宇宙为什么存在，那时将是人类理性的终极胜利。...



几千年的人类文明长河中，人们对宇宙的思索从未停止过。从古希腊哲学家提出的各种宇宙模型，到中世纪占统治地位的地心说，再到哥白尼提出日心说，人类的视野逐渐得到扩展。

17世纪，牛顿开辟了以力学方法研究宇宙学的途径，建立了经典宇宙学。到了20世纪，大量的天文观测和现代物理学的发展，使人们突破了传统的束缚，对宇宙的认知范围也愈加宽广，从而诞生了现代宇宙学。

上下四方曰宇，古往今来曰宙，宇宙即是空间和时间的统一。

那么宇宙从何而来，又将向何处去？宇宙有开端吗？如果有的话，在开端之前发生了什么？时间的本质是什么？它会有一个终结吗？这是霍金在《时间简史》中做出的思考，并给了我们答案。但是，对我们而言，这些答案也许有朝一日会变得和地球围绕着太阳公转那么显而易见—或许也会变得和太阳从西方升起一样荒谬。

不管怎样，怀着对“我们从哪里来？未来又会如何”的好奇，我还是翻开了《时间简史》，读懂霍金着实花费了我不少精力，以下观点仅供参考，有兴趣的朋友还是自主阅读，不要被我这个业余选手误导。

霍金的第一个著名成果是，宇宙诞生于大爆炸奇点。奇点的概念不难想象，但它的性质却难以完全了解。奇点是无穷小的点，空间里的小不点，它致密得使时空弯曲着围绕它们。任何东西靠近奇点都会以极快的速度被它拉过去。霍金的理论却颠覆了现有的奇点理论。他像根据犯罪现场遗留的线索寻找罪犯一样，通过宇宙的现状作时间倒退，考察宇宙达到今天的模样可能经历的路线，就得到了一个重要的科学发现。即：如果广义相对论的基本原理成立，而且如果目前宇宙确实是在扩张，那么宇宙必定起源于一个大爆炸奇点。而一旦我们认定这个结论是正确的，通过研究在黑洞奇点发生了什么，我们就可以了解在第一个奇点大爆炸之前发生过什么。因为无论就空间还是时间而言，大爆炸都太遥远，而黑洞却都围绕着我们，就在我们的宇宙后院里。

关于黑洞奇点最有趣的事情是，它是广义相对论的一大异类。对于广义相对论，在涉及大质量天体（如恒星和行星）的场合，对于可能发生什么的预言曾非常成功。然而，当它预言在宇宙较密集部分里应该有密度无穷大的点（如黑洞奇点）时，就有些含糊其辞了。尽管这些点确实存在，但它们如同爱因斯坦的理论所预言的，不受引力支配。而且，由于这些点是无穷小的，它们会受到作用于微小粒子的力的支配。而量子力学是描述这些微小粒子作用力的，所以我们必须用量子力学来描述这些点。爱因斯坦没有做到这一点。但是霍金是最先应用量子力学规律来研究黑洞奇点的物理学家之一，这也是他另一个成就。

而关于黑洞的研究，是霍金作出的最伟大的贡献之一。

黑洞是空间里一个将其周围的一切都吸进去的微小区域，其中心有一个密度无穷大的奇点，根据牛顿万有引力定律，物体之间的引力与物体的质量成正比，与其之间的距离成反比。奇点的密度如此之大，以至于其引力使光都不能逃脱。但是，黑洞这么可怕，你和我的宇宙学时间却依然没有终止的原因，是我们站在了黑洞力之所不及的远方。那么黑洞周围一定有一个边界，使得边界以外的物体免于被黑洞吞噬的厄运，这个边界就叫事件视界。靠近事件视界的粒子要么跑进了视界，要么与事件视界作平行运动，这就意味着最靠近事件视界的区域一定非常缺少粒子，甚至处于真空状态。这也是飞行员凭肉眼很难观测到黑洞的原因，但是如果那里没有粒子存在，那么这个真空区域不会有电荷，而且也不会随时间变化。不确定性原理指出，我们决不能同时确定一个区域的电荷和变化率，但如果电荷和变化率都为零的话，我们岂不是两者都准确知道了？因此，不确定性原理迫使我们推测那里有最少的电荷和最小的变化率，那么黑洞表面会出现一些光点。这些光点是一种异常奇特的现象。

另一个奇异现象是，黑洞似乎与爱因斯坦的质能守恒理论不相容。E=mc²表明，如果一个系统的质量减少，那么这个系统的能量必定有所增加，质量绝不会凭空消失。但黑洞是一个将周围的一切都吸进去任何物质都不能逃逸的区域。如果确实如此，那么宇宙中的所有黑洞就会吞噬粒子和光却不释放能量，我们所知道的宇宙就会逐渐失去质量和能量，质能守恒定律将不能成立。

霍金最终从量子力学的角度解答了黑洞存在的这两个奇异现象。霍金认识到，事件视界的附近区域一定得是空的，那些能量和质量的微小涨落实际上是粒子和反粒子对的出现（它们互相迅速地湮没）。当这些粒子恰恰在黑洞边缘（事件视界）出现时，他们有时不能互相配对而湮没。这时，带正能量的粒子当它的反粒子坠入黑洞时，可能飞离黑洞。在这种场合，我们能观测到从黑洞发射出看起来像光或辐射的东西，且宇宙中的能量确实增加了。黑洞确实从宇宙吸取能量，但它们也从“无”--从它们周围空空如也的空间--创造能量。所以我们可以说，黑洞其实遵循能量守恒定律。不论在事件视界的边缘以内发生什么，黑洞都不是真空--它们所创造的正好就是它们所消耗的。它们既不标志着开端，也不标志着终结。如果奇点不是时间的终点，那么奇点大爆炸就不能作为宇宙真实开端的标志。

按照广义相对论，宇宙在过去某一时刻肯定有一个具有无限密度的状态，亦即大爆炸，这是时间的有效起始。类似地，如果整个宇宙坍缩，在将来庇佑另一个无限密度的状态，亦即大挤压，这是时间的终结。即使整个宇宙不坍缩，在任何坍缩形成黑洞的局部区域里都会有奇点。这些奇点正是落进黑洞的人的时间终点。在大爆炸时，上帝仍然有完全的自由去选择发生了什么以及宇宙如何开始。

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