时间简史：宇宙起源、暗物质、时间旅行、虫洞

　　《时间简史》这本书是探索宇宙起源的启迪性科学力作。正如霍金在文章最后说到的话：如果我们确实发现了一个完备的宇宙理论，它应该及时让所有人理解，而不仅仅是让几个科学家理解，那时我们所有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。
　　什么是理论
　　关于宇宙关于科学，很多时候都是从一个理论开始的，一个好的理论必须满足以下两个要求：首先，这个理论必须能准确地描述大量的科学观测；其次，这个理论能对未来观测的结果作出明确的预言。就像牛顿的引力理论，该理论是基于及其简单的模型，在模型中描述两物体之间的吸引力，然后它却以很高的精确性预言了太阳、月亮和行星的运动。
　　人类求知的最深切的意愿足以为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。
　　谁推动了宇宙
　　我们从小就学过，地球在太阳系上，太阳系在银河系上，银河系在宇宙上，那么宇宙又在哪里呢，它又是如何变化地呢。
　　答案是，宇宙在膨胀。这个推论是从何而来的呢，有一个现象叫多普勒效应，日常生活中，有一辆小汽车在路上驶过：当它趋近时，它的发动机的音调变高（对应于声波的短波长和高频率）；当它经过我们身边而离开时，它的音调变低。科学家正是通过多普勒效应，观测到了所有的恒星都在离我们而去，从而得出了整个宇宙都在膨胀的推论（地球为宇宙中的任意一点，也就是说从任意一点都能观察到周围的东西在扩张，能产生这种现象的只有膨胀了）。
　　力量的本质和暗物质
　　力量的本质从何而来呢？书中介绍了四种粒子间的力，引力、电磁力、弱核力、强核力。物质粒子之间的相互作用可以被描述成交换携带力的粒子。正是这几种力，构成了宇宙万物变化的发动机。
　　什么是暗物质呢？如果携带力的物质本身质量为零。它不像“实”物质那样可以用粒子探测器检测到，所以称为暗物质。然而，因为它又引起了物质粒子之间的力，所以我们知道它们存在。
　　任何物质都有会和它相湮灭的暗物质。书中打趣道，也可能存在由暗物质构成的整个暗世界和暗人。然而，如果你遇到了暗自身，注意不要握手！否则，你们两人都会在一个巨大的闪光中消失殆尽。
　　话又说明来了，既然有暗物质的存在，为何我们周围的基本没有呢？书中是这样预言的，早期的宇宙应该是实物质和暗物质都是存在的，但是数量不一样，两种物质相互寂灭，剩下的那种那种物质就是我们的宇宙万物。
　　宇宙的起源和造物主
　　我们的宇宙中，存在着光滑的区域，星系、恒星在这些区域内形成，同时形成的还有包括我们人类在内的有机体（如果没有这些真空的空间，我们都被压成肉泥了，也不可能存在了）。
　　基于此，关于宇宙起源有两种假设，一种是存在着无数多一个宇宙，而我们恰好生活在如此特殊的一个宇宙，因为宇宙的数量足够多，我们就是那个必然存在的偶然。
　　另一种假设是，宇宙在膨胀过程中，阶段性加速膨胀，当它膨胀时，物质粒子就越分越开，留下了一个几乎不包含任何粒子的空间。这种膨胀抹平了任何不规则性，正如当你吹胀气球时，它上面的皱纹就被抹平了。
　　书中比较倾向于第二种说法。
　　接下来的问题是，在没有暴涨的情况下，宇宙又是如何的呢？书中把宇宙没有暴胀时候的时间称为虚时间；在宇宙暴胀了，产生了空间，产生了有机体的时候叫做实时间。
　　在虚时间里，宇宙如图从北极到赤道再到南极那样收缩膨胀收缩，在实时间里，宇宙以非常大的暴涨率膨胀。如何所示：
　　有人可能会问，那么暴胀的能量从何而来呢，事实上，宙膨胀符合能量守恒，在各种力对称的情况下可以一直膨胀。正如固斯说过的：“都说没有免费午餐这回事，但是宇宙却是最彻底的免费午餐。”（至少现阶段我们额观测是如此）
　　只要宇宙有一个开端，我们就可以设想存在一个造物主。但是，如果宇宙的的确确是完全自足的，没有边界或边缘，它就既没有开端也没有终结：它就是存在。那么，还会有造物主存身之处吗？
　　黑洞
　　黑洞是如何形成的呢？当恒星变得足够密集之时，由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小，这时恒星就会进一步收缩。只有当物质由非常巨大的外界压力压缩成极端紧密的状态时，才能形成极小的黑洞。光或任何东西都不可能从黑洞逃逸而被我们观察到。
　　时间的箭头
　　首先，科学定律并不能区分前进和后退的时间方向，所有时间的流逝我们只能通过变化来表示，一点变化都没有，当然也没有时间的存在了。总结下来，至少存在三个时间箭头，能将过去和将来的不同区别开来。
　　热力学时间箭头：随着时间流逝，整体越来越无序，简而言之就是封闭的系统内，随着时间的推移，肯定越来越乱；
　　心理学时间箭头：即是在这个时间方向上，我们能记住过去而不是将来；
　　宇宙学时间箭头，也即宇宙是膨胀而不是收缩的方向。
　　对于智慧生命的行动来说，一个强的热力学箭头是必需的。为了生存下去，人类必须消耗能量的一种有序形式食物，并将其转化成能量的一种无序形式热量。因为智慧生命只能在暴胀的宇宙中存在，所以我们也必须在这样的一种宇宙学时间箭头下才能存在。
　　虫洞和时间旅行：我们只能回到未来，而不能回到过去
　　首先是关于时间旅行，什么样的状态才能达到时空旅行呢，根据爱因斯坦的相对论，只要速度超过光速，就可以回到过去了。这种状态要怎么理解呢，其实我们世界万物传播的本质都是靠波动来传播，这其中最快的波动就是光，如果你比光更快到达的话，你就能比别人提早知道要发生的事。这样就形成了一种穿越时空的，回到过去的感觉。但是，根据目前的科学实验，无论怎么加速，都没办法达到光速，既然没有办法在速度上超越，就只能抄小路了，抄小路同样可以在时空间中旅行，这条小路就叫做虫洞。
　　虫洞是时间旅行的关键。什么是虫洞呢，虫洞就是一个时空细管，当一个时空间被折叠（从目前的实验室依据来看，时空确实可以被折叠）起来的时候，虫洞负责把两个相隔遥远的几乎平坦的区域连接起来。如图所示：
　　但是目前关于时空旅行存在着一个问题，如果时空旅行真的存在，为什么我们从来没有看到有人从未来回来给我们泄露天机呢。
　　所以文中有一个预言，时空旅行是单向的，只能到达未来，而不能回到过去。这个论断是基于我们观察过过去，如果有人通过折叠曲率到达过过去，那么会留下相应的痕迹，但是过去并没有适合时空旅行的曲率。但是未来一切都是未知的，未必不会发生。
　　也许到了今天，我们真的很接近了。
　　书中说到，我们发现自己处在令人困惑的世界中，我们要理解周围所看到的的一切意义，并且追问：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？我们试图寻找一种统一的理论来解决这些困惑，也许到了今天，我们真的很接近了。