时间简史读书笔记及感悟（时间简史读后感及摘抄）

《时间简史》作者简介：

斯蒂芬·威廉·霍金，1942年1月8日出生于英国牛津，出生当天正好是伽利略逝世300年忌日。父亲法兰克是毕业于牛津大学的热带病专家，母亲伊莎贝尔1930年于牛津研究哲学、政治和经济。霍金本人毕业于牛津大学和剑桥大学，并获剑桥大学博士学位。他因患肌肉萎缩性侧索硬化症，禁锢在轮椅上达50年之久，尽管他那么无助地坐在轮椅上，他的思想却使人们遨游到广袤的时空，渐渐解开宇宙之谜，人们不得不对人类中居然有以这般坚强意志追求终极真理的灵魂从内心产生深深的敬意。2018年3月14日，史蒂芬霍金去世，享年76岁；2018年3月31日，这位科学家的葬礼在剑桥大学的大圣玛丽教堂举行，他的骨灰被安放在伦敦的威斯敏斯特教堂内，与牛顿和达尔文为邻。

《时间简史》简介：

1988年，霍金的科普著作《时间简史：从大爆炸到黑洞》发行，从研究黑洞出发，探索了宇宙的起源和归宿，霍金在该书中用自己全新的物理理论回答了有关宇宙的基本问题。在具体写作时，他放弃了所有数学的理论公式，将关于宇宙的起源和生命的基本理念首次用简明、易懂的语言介绍给一般读者，致力于让更多的人去了解自己生存的宇宙，该书因此成为将高深的理论物理通俗化的科普范本。该书被译成40余种文字，出版逾1000余万册，但因书中内容还是极其艰深，在西方被戏称为“读不来的畅销书”，有学者曾指这种书之所以仍可以如此畅销，是因为书本尝试解答过去只有神学才能触及的题材：时间有没有开端，空间有没有边界。

全书共十二章，讲的全都是关于宇宙本性的最前沿知识，包括：我们的宇宙图像、空间和时间、膨胀的宇宙、不确定性原理、基本粒子和自然的力、黑洞、黑洞不是这么黑的、宇宙的起源和命运、时间箭头、虫洞和时间旅行、物理学的统一等内容，深入浅出地介绍了遥远星系、黑洞、粒子、反物质等知识，并对宇宙的起源、空间和时间以及相对论等古老命题进行了阐述。

《时间简史》一书着重解答人类最古老的命题：时间是有始有终的吗？宇宙是怎样诞生的？它从哪里来，又到哪里去？传统思想认为，宇宙在空间上是无边无际的，在时间上也是无始无终的。但霍金则认为，宇宙有自己的历史起点，它大约诞生于150亿年前，那时，宇宙只是以一个“点”存在，不占有空间，也没有时间的概念。后来，这个“点”发生了大爆炸，时间和空间由此开始，物质逐渐形成。宇宙起初的温度极高，随着时间的推进，它的空间越来越大，温度越来越低，其中蕴含的能量与物质不断发生复杂的反应，最终形成星系。宇宙的空间一直持续不断地扩大，膨胀，直至今日。

大约在距今50亿年前，太阳形成。大约在距今46亿年前，地球形成，并成为了太阳系的九大行星之一。宇宙继续膨胀，将来也会膨胀，可能在膨胀到一定程度后，宇宙会逐渐收缩，最终又收缩成一个不占有空间的“点”。这也代表着时间的结束。然而宇宙究竟会不会收缩为一个“点”，还没有人能够给出确切的答案。宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样，或者说发生大爆炸的原因是什么，无人知道，且将会是个永恒的谜。这就是霍金的大爆炸宇宙的理论基础。

《时间简史》精彩段落：

第一章 我们的宇宙图象

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？

当大部分人深信一个本质上静止不变的宇宙时，关于它有无开端的问题，实在是一个形而上学或神学的问题。按照宇宙存在无限久的理论，或者按照宇宙以它似乎已经存在了无限久的样子在某一个有限时刻起始的理论，我们可以同样好地解释所观察到的事实。但在1929年，埃德温·哈勃作出了一个里程碑式的观测，即不管你往哪个方向观测，远处的星系都正急速地飞离我们而去。换言之，宇宙正在膨胀。这意味着，在早先的时刻星体更加相互靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以那时候宇宙的密度为无限大。这个发现最终将宇宙开端的问题带进了科学的王国。

哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙的尺度无限小，而且无限紧密。……人们可以说，时间在大爆炸时有一个开端。

今天，科学家按照两个基本的部分理论--广义相对论和量子力学来描述宇宙。广义相对论描述引力和宇宙的大尺度结构，也就是从只有几英里直到大至1亿亿亿(1后面跟24个0)英里(1英里=1.609千米)，即可观测到的宇宙的尺度的结构。另一方面，量子力学处理极小尺度，例如万亿分之1英寸(1英寸=2.54厘米)的现象。然而可惜的是，这两个理论不是相互协调的--它们不可能都对。当代物理学的一个主要的努力，以及本书的主题，即是寻求一个能将其合并在一起的新理论--量子引力论。

科学的终极目的是提供描述整个宇宙的单一的理论。……发现一个完整的统一理论可能对我们种族的存活无助，甚至也不会影响我们的生活方式。然而自从文明开始以来，人们即不甘心于将事件看作互不相关不可理解。他们渴望理解世界的根本秩序。今天我们仍然亟想知道，我们为何在此?我们从何而来?人类求知的最深切的意愿足以为我们从事的不断探索提供充足的理由。而我们的目标恰恰正是对于我们生存其中的宇宙作出完整的描述。

第二章 空间和时间

时间相对于空间是完全分离并且独立的。这是大部分人当作常识的观点。然而，我们必须改变这种关于空间和时间的观念。虽然这种显而易见的常识可以很好地对付运动甚慢的诸如苹果、行星的问题，但在处理以光速或接近光速运动的物体时却根本无效。

1915年之前，空间和时间被认为是事件在其中发生的固定舞台，而它们不受在其中发生的事件的影响。即便在狭义相对论中，这也是对的。物体运动，力吸引并排斥，但时间和空间则完全不受影响地延伸着。空间和时间很自然地被认为无限地向前延伸。

然而在广义相对论中，情况则完全不同。这时，空间和时间变成为动力量：当物体运动，或者力作用时，它影响了空间和时间的曲率；反过来，时空的结构影响了物体运动和力作用的方式。空间和时间不仅去影响、而且被发生在宇宙中的每一件事影响。正如人们没有空间和时间的概念不能谈论宇宙的事件一样，同样地，在广义相对论中，在宇宙界限之外讲空间和时间也是没有意义的。

第三章 膨胀的宇宙

我们生活在一个宽约为10万光年并慢慢旋转着的星系中；在它的螺旋臂上的恒星围绕着它的中心公转一圈大约花费几亿年。我们的太阳只不过是一颗平常的、平均大小的、黄色的恒星，它位于一个螺旋臂的内边缘附近。

当恒星离开我们而去时，它们的光谱向红端移动（红移），而当恒星趋近我们而来时，光谱则被蓝移。在哈勃证明了其他星系存在之后的几年里，他花时间为它们的距离编目以及观察它们的光谱。那时候大部分人都以为，这些星系完全随机运动，所以预料会发现和红移光谱一样多的蓝移光谱。因此，当他发现大部分星系是红移的：几乎所有都远离我们而去时，确实令人十分惊异！1929年哈勃发表的结果更令人惊异：甚至星系红移的大小也不是随机的，而是和星系离开我们的距离成正比。或换句话讲，星系越远，它离开我们运动得越快！这表明宇宙不能像人们原先所想像的那样处于静态，而实际上是在膨胀；不同星系之间的距离一直在增加着。宇宙膨胀的发现是20世纪最伟大的智力革命之一。

宇宙最终会停止膨胀并开始收缩，还是将永远膨胀下去吗？要回答这个问题，我们必须知道现在的宇宙膨胀速度和它现在的平均密度。如果密度比一个由膨胀率决定的临界值还小，则引力太弱不足以将膨胀停止；如果密度比这临界值大，则引力会在未来的某一时候将膨胀停止并使宇宙坍缩。

宇宙在每10亿年里膨胀5%--10%，现在的证据暗示，宇宙可能永远地膨胀下去，它已经至少膨胀了100亿年，即便宇宙将要坍缩，至少要再过这么久才有可能。

在我们以及其他星系里应该包含大量的“暗物质”，那是我们不能直接看到的，但由于它的引力对星系中恒星轨道的影响，我们知道它必定存在。

第四章 不确定性原理

海森伯指出，粒子位置的不确定性乘以粒子质量再乘以速度的不确定性，不能小于一个确定量，该确定量称为普朗克常量。并且，这个极限既不依赖于测量粒子位置和速度的方法，也不依赖于粒子的种类。海森伯不确定性原理是世界的一个基本的不可回避的性质。

20世纪20年代，在不确定性原理的基础上，海森伯、厄文﹒薛定谔和保罗﹒狄拉克运用这种手段将力学重新表述成称为量子力学的新理论。粒子是具有位置和速度的一个结合物，量子态。

量子力学将非预见性或随机性的不可避免因素引进了科学。在量子力学中存在着波和粒子的二重性：为了某些目的将考虑粒子成波是有用的，而为了其他目的最好将波考虑成粒子。

第五章 基本粒子和自然的力

一个质子或中子由三个夸克组成，每个夸克各有一种颜色。一个质子包含两个上夸克和一个下夸克；一个中子包含两个下夸克和一个上夸克。我们可以创生由其他种类的夸克(奇、粲、底和顶)构成的粒子，但所有这些都具有大得多的质量，并非常快地衰变成质子和中子。

实际上所有粒子都是波，粒子的能量超高，则其对应的波的波长越短。

宇宙间所有已知的粒子可以分成两组：自旋为1/2的粒子，它们组成宇宙中的物质；自旋为0、1和2的粒子，它们在物质粒子之间产生力。在量子力学中，所有物质粒子之间的力或相互作用都认为是由自旋为整数的0、1和2的粒子携带。所发生的是，物质粒子--譬如电子或夸克--发出携带力的粒子。

携带力的粒子按照其强度以及与其相互作用的粒子可以分成四个种类。必须强调指出，这种将力分成四种是人为的，大部分物理学家希望最终找到一个统一理论，该理论将四种力解释为一个单独的力的不同方面。

第一种力是引力，这种力是万有的，也就是说，每一个粒子都因它的质量或能量而感受到引力。引力比其他三种力都弱得多。第二种力是电磁力，它作用于带电荷的粒子（例如电子和夸克）之间，但不和不带电荷的粒子（例如引力子）相互作用。第三种力称为弱核力。它负责放射性现象，并只作用于自旋为1/2的所有物质粒子，而对诸如光子、引力子等自旋为0、1或2的粒子不起作用。第四种力是强核力。它将质子和中子中的夸克束缚在一起，并将原子核中的质子和中子束缚在一起。

第六章 黑洞

现在，我们从奥本海默的工作中得到一幅这样的图象：恒星的引力场改变了光线在时空中的路径，使之和如果没有恒星情况下的路径不一样。光锥是表示闪光从其顶端发出后在时空中传播的路径。光锥在恒星表面附近稍微向内弯折。在日食时观察从遥远恒星发出的光线，可以看到这种偏折现象。随着恒星收缩，其表面的引力场变得更强大，而光锥向内偏折得更多。这使得光线从恒星逃逸变得更为困难，对于远处的观察者而言，光线变得更黯淡更红。最后，当恒星收缩到某一临界半径时，表面上的引力场变得如此之强，使得光锥向内偏折得这么厉害，以至于光线再也逃逸不出去。根据相对论，没有东西能行进得比光还快。这样，如果光都逃逸不出来，其他东西更不可能；所有东西都会被引力场拉回去。这样，存在一个事件的集合或时空区域，光或任何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者。现在我们将这区域称作黑洞，将其边界称作事件视界，而它和刚好不能从黑洞逃逸的光线的那些路径相重合。

在引力坍缩之后，一个黑洞必须最终演变成一种能够旋转，但是不能搏动的态。此外，它的大小和形状，只决定于它的质量和旋转速度，而与坍缩形成黑洞的原先物体的性质无关。此结果因如下一句格言而众所周知：“黑洞没有毛。”

在宇宙的漫长历史中，很多恒星肯定烧尽了它们的核燃料并坍缩了。黑洞的数目甚至比可见恒星的数目要大得多。

第七章 黑洞不是那么黑

黑洞的质量越小，其温度就超高。在宇宙的极早阶段存在由于无规性引起的坍缩而形成的质量极小的太初黑洞。如果我们关于广义相对论和量子力学的其他观念是正确的，那么黑洞必须像热体那样辐射。这样，即使我们还不能找到一个太初黑洞，大家相当普遍地同意，如果找到的话，它必须正在发射出大量的伽马射线和X射线。黑洞辐射的存在似乎意味着，引力坍缩不像我们曾经认为的那样是最终的、不可逆转的。

第八章 宇宙的起源和命运

从爱因斯坦广义相对论本身就能预言：时空在大爆炸奇点处开始，并会在大挤压奇点处(如果整个宇宙坍缩的话)或在黑洞中的一个奇点处(如果一个局部区域，譬如恒星坍缩的话)结束。任何落进黑洞的东西都会在奇点处毁灭，在外面只能继续感觉到它的质量的引力效应。另一方面，当考虑量子效应时，物体的质量和能量似乎会最终回到宇宙的其余部分，黑洞和在它当中的任何奇点会一道蒸发掉并最终消失。

第九章 时间箭头

总之，科学定律并不能区分前进和后退的时间方向。然而，至少存在三个时间箭头，将过去和将来区分开来。它们是热力学箭头，这就是无序度增加的时间方向；心理学箭头，即是在这个时间方向上，我们能记住过去而不是将来；还有宇宙学箭头，也即宇宙膨胀而不是收缩的方向。我指出了心理学箭头本质上应和热力学箭头相同。宇宙的无边界设想预言了存在定义得很好的热力学时间箭头，因为宇宙必须从光滑的有序的状态开始。并且我们看到，热力学箭头和宇宙学箭头的一致，乃是由于智慧生命只能在膨胀相中存在。因为在收缩相那里没有强的热力学时间箭头，所以不适合智慧生命的存在。

第十章 虫洞和时间旅行

虫洞就是一个时空细管，它能把两个相隔遥远的几乎平坦的区域连接起来。我们对以下两种现象都获得了实验的证据。第一，从日食时的光线偏折得知时空可以被卷曲。第二，从卡西米尔效应得知时空可被弯曲成允许时间旅行的样子。

第十一章 物理学的统一

一蹴而就地建立一个包括宇宙中万物的完备统一理论是非常困难的，寻找这样的一个理论被称之为“物理学的统一”。取而代之，我们在寻求描述有限范围事件的部分理论上取得了进步。

在牛顿时代，一个受教育的人至少可能在梗概上掌握整个人类知识。但从那以后，科学发展的节奏使之不再可能。因为理论总是被改变以解释新的观察结果，它们从未被消化或简化到使常人能够理解。你必须是一个专家，即使如此，你只能有望正确地掌握科学理论的一小部分。另外，其发展的速度如此之快，在中学和大学所学的总是有点过时。只有少数人可以跟得上知识快速进步的前沿，但他们必须贡献毕生的精力，并局限在一个小的领域里。

第十二章 结论

我们发现自己处于令人困惑的世界中。我们要理解周围所看到的一切的含义，并且寻问：宇宙的本质是什么?我们在其中的位置如何，以及宇宙和我们从何而来?宇宙为何是这个样子?

迄今为止，大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论，以至于没工夫过问为什么。另一方面，以寻根究底为己任的哲学家跟不上科学理论的进步。

如果我们确实发现了一个完备的理论，在主要的原理方面，它应该及时让所有人理解，而不仅仅让几个科学家理解。那时我们所有人，包括哲学家、科学家以及普普通通的人，都能参与讨论我们和宇宙为什么存在的问题。如果我们对此找到了答案，则将是人类理性的终极胜利—因为那时我们知道了上帝的精神。