霍金
《果殼中的宇宙》一書出自于莎士比亞名劇《哈姆雷特》，哈姆雷特認(rèn)為淆党，即便把他關(guān)在果殼中染乌，仍然自以為是無限空間之王懂讯。幾百年吟唱的處境褐望，卻和人類的宇宙觀完全相符。
第一章:
相對論簡史：愛因斯坦是如何為20世紀(jì)兩個基本理論实蔽，即相對 論和量子論奠基的局装。
量子理論和時空彎曲贼邓，讓人打開了原子彈和光線彎曲的原理闷尿。
量子理論：分為舊量子理論和新量子理論
舊量子理論：
????????20世紀(jì)初填具，新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不斷發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理學(xué)在解釋一些現(xiàn)象時出現(xiàn)了困難誉简，其中表現(xiàn)最為明顯和突出的是以下三個問題：
黑體輻射問題闷串；光電效應(yīng)問題烹吵；原子穩(wěn)定性和原子光譜。
量子概念就是在對這三個問題進(jìn)行理論解釋時作為一種假設(shè)而提出的锈津。
新量子理論
這些新的物理現(xiàn)象凉蜂，打破了沉悶的空氣窿吩，把人們的注意力引向更深入，更廣闊的天地蛉顽。這一系列新發(fā)現(xiàn)携冤，跟經(jīng)典物理學(xué)的理論體系產(chǎn)生了尖銳的矛盾曾棕，暴露了經(jīng)典物理理論中的隱患菜循，指出了經(jīng)典物理學(xué)的局限癌幕。物理學(xué)只有從觀念上，從基本假設(shè)上以及從理論體系上來一番徹底的變革橙喘，才能適應(yīng)新的形勢厅瞎。
由于這些新發(fā)現(xiàn),物理學(xué)面臨大發(fā)展的局面：
1.電子的發(fā)現(xiàn)初坠，打破了原子不可分的傳統(tǒng)觀念，開辟了原子研究的嶄新領(lǐng)域碟刺；
2.放射性的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致了放射學(xué)的研究吴菠，為原子核物理學(xué)作好必要的準(zhǔn)備；
3.以太漂移的探索幔托，使以太理論處于重重矛盾之中重挑，為從根本上拋開以太存在的假設(shè)，創(chuàng)立狹義相對論提供了重要依據(jù)刺覆；
4.黑體輻射的研究導(dǎo)致了普朗克黑體輻射定律的發(fā)現(xiàn)谦屑，由此提出了能量子假說篇梭，為量子理論的建立打響了第一炮。
總之恬偷，在世紀(jì)之交的年代里袍患，物理學(xué)處于新舊交替的階段。這個時期滞欠，是物理學(xué)發(fā)展史上不平凡的時期仑撞。經(jīng)典理論的完整大廈隧哮，與晴朗天空的遠(yuǎn)方漂浮著兩朵烏云座舍，構(gòu)成了19世紀(jì)末的畫卷；20世紀(jì)初疲牵，新現(xiàn)象新理論如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)榆鼠，物理學(xué)界思想異匙惫唬活躍，堪稱物理學(xué)的黃金時代颓哮。這些新現(xiàn)象與經(jīng)典理論之間的矛盾冕茅，迫使人們沖破原有理論的框架姨伤，擺脫經(jīng)典理論的束縛庸疾，在微觀理論方面探索新的規(guī)律彼硫，建立新的理論。
第二章:
時間的形態(tài)：愛因斯坦的廣義相對論使時間具有形態(tài)词渤。這如何與量子論相互和諧缺虐。
時間形態(tài)和方向
翹曲的時空
翹曲空間即做時空轉(zhuǎn)換時所經(jīng)歷的空間高氮，在這個空間內(nèi)可以進(jìn)行瞬間移動顷牌。
空間翹曲：一張紙上的兩個點(diǎn)窟蓝，之間的距離記作a。如果你把紙彎曲使這兩個點(diǎn)重合那么現(xiàn)在這兩個點(diǎn)的距離就是0状共，而不是剛開始的紙面上的距離a峡继。
麥克斯韋場
麥克斯韋在穩(wěn)恒場理論的基礎(chǔ)上碾牌，提出了渦旋電場和位移電流的概念。這就是麥克斯韋電磁場理論的基本概念如下：變化的電場和變化的磁場彼此不是孤立的翘瓮，它們永遠(yuǎn)密切地聯(lián)系在一起裤翩，相互激發(fā)踊赠，組成一個統(tǒng)一的電磁場的整體筐带。
概率分布
概率分布函數(shù)是概率論的基本概念之一伦籍。在實(shí)際問題中帖鸦，常常要研究一個隨機(jī)變量ξ取值小于某一數(shù)值x的概率胚嘲，這概率是x的函數(shù)馋劈，稱這種函數(shù)為隨機(jī)變量ξ的分布函數(shù)，簡稱分布函數(shù)娶吞，記作F(x)寝志，即F(x)=P(ξ
第三章:
果殼中的宇宙：宇宙具有多重歷史材部，每一個歷史都是由微小的硬果確定的。
即便把我關(guān)在果殼之中苦丁，
仍然自以為無限空間之王
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? -------莎士比亞? 《哈姆雷特》
宇宙的歷史
空間和時間的本質(zhì)是什么旺拉？這是從2000多年前的古代哲學(xué)家到現(xiàn)代天文學(xué)家一直都在苦苦思索的問題蛾狗。經(jīng)過了哥白尼仪媒、赫歇爾算吩、哈勃的從太陽系、銀河系蔼夜、河外星系的探索宇宙三部曲求冷，宇宙學(xué)已經(jīng)不再是幽深玄奧的抽象哲學(xué)思辨窍霞，而是建立在天文觀測和物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門現(xiàn)代科學(xué)官撼。
直到20世紀(jì)，出現(xiàn)了兩種“宇宙模型”比較有影響掠哥。一是穩(wěn)態(tài)理論续搀，一是大爆炸理論禁舷。20世紀(jì)20年代后期，愛德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象派近，說明宇宙正在膨脹洁桌。20世紀(jì)60年代中期另凌，阿爾諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）發(fā)現(xiàn)了“宇宙微波背景輻射”。這兩個發(fā)現(xiàn)給大爆炸理論以有力的支持土童。
多普勒效應(yīng)：
近時接收頻率變高献汗，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時接收頻率變低栅组。當(dāng)觀察者移動時也能得到同樣的結(jié)論玉掸。但是由于缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備醒叁，多普勒當(dāng)時沒有用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證把沼，幾年后有人請一隊(duì)小號手在平板車上演奏，再請訓(xùn)練有素的音樂家用耳朵來辨別音調(diào)的變化租谈，以驗(yàn)證該效應(yīng)割去。假設(shè)原有波源的波長為λ呻逆，波速為c菩帝，觀察者移動速度為v：
當(dāng)觀察者走近波源時觀察到的波源頻率為（c+v）/λ，反之則觀察到的波源頻率為（c-v）/λ宜雀。
一個常被使用的例子是火車的汽笛聲辐董，當(dāng)火車接近觀察者時，如果觀察者遠(yuǎn)離波源他匪，其汽鳴聲會比平常更刺耳邦蜜。你可以在火車經(jīng)過時聽出刺耳聲的變化亥至。同樣的情況還有：警車的警報聲和賽車的發(fā)動機(jī)聲姐扮。
如果把聲波視為有規(guī)律間隔發(fā)射的脈沖茶敏，可以想象若你每走一步，便發(fā)射了一個脈沖贮乳，那么在你之前的每一個脈沖都比你站立不動時更接近你自己向拆。而在你后面的聲源則比原來不動時遠(yuǎn)了一步酪耳⊥氚担或者說，在你之前的脈沖頻率比平常變高吆鹤，而在你之后的脈沖頻率比平常變低了疑务。
產(chǎn)生原因：聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波撒蟀，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)保屯，因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)涤垫，而觀察者聽到的聲音的音調(diào)蝠猬，是由觀察者接受到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)決定的柄粹。當(dāng)波源和觀察者有相對運(yùn)動時驻右，觀察者接收到的頻率會改變．在單位時間內(nèi)堪夭，觀察者接收到的完全波的個數(shù)增多凯力，即接收到的頻率增大．同樣的道理礼华，當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源圣絮，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減信跚搿．
第四章:
預(yù)言未來：黑洞中的信息喪失疹蛉，如何降低我們預(yù)言未來的能力可款。
科學(xué)決定論觀念
黑洞 施瓦茲席爾德黑洞
他指出，如果恒星質(zhì)量被集中在足夠小的區(qū)域筋讨，恒星表面的引力場就會變得這么強(qiáng)摸恍，甚至光都不可以逃逸立镶。這就是現(xiàn)在我們成為黑洞的東西，它是時空中以所謂的事件視界為界的區(qū)域然想。任何東西变泄，甚至光都不可能從黑洞到達(dá)遠(yuǎn)處的觀察者妨蛹。
在很長的時間里晴竞，大多數(shù)物理學(xué)家噩死，包括愛因斯坦都很懷疑，物體的這么極端的形態(tài)在世紀(jì)的宇宙是否真實(shí)發(fā)生過行嗤。任何足夠重的非旋轉(zhuǎn)的恒星栅屏，不管它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜堂鲜，當(dāng)它耗盡了核燃料缔莲，將必然坍縮成完美的球狀的施瓦茲席爾德黑洞。黑洞的事件視界的半徑（R）只依賴于它的質(zhì)量蛀骇；它由下式給出：
R=2GM/c2
在這個公式中（c）是光速，（G）是牛頓常數(shù)简僧，而（M）是黑洞質(zhì)量岛马。例如屠列，和太陽等質(zhì)量的黑洞，其半徑只有兩英里夏志。?
第五章:
護(hù)衛(wèi)過去：時間旅行可能嗎沟蔑？一種先進(jìn)的文明能回返以前并改變過去嗎瘦材？
蟲洞理論
時空洞（sofa）又稱愛因斯坦－羅森橋仿畸，也譯作蛀孔错沽。是宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。蟲洞是1916年由奧地利物理學(xué)家路德維希·弗萊姆首次提出的概念憔儿，1930年由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時假設(shè)的皿曲，認(rèn)為透過蟲洞可以做瞬時的空間轉(zhuǎn)移或者做時間旅行吴侦。
由阿爾伯特·愛因斯坦提出該理論备韧。簡單地說织堂，“蟲洞”就是連接宇宙遙遠(yuǎn)區(qū)域間的時空細(xì)管。暗物質(zhì)維持著蟲洞出口的開啟附较。蟲洞可以把平行宇宙和嬰兒宇宙連接起來潦俺，并提供時間旅行的可能性。蟲洞也可能是連接黑洞和白洞的時空隧道早像，所以也叫"灰道"卢鹦。
理論上劝堪，蟲洞是連結(jié)兩個遙遠(yuǎn)時空的空間隧道秒啦，就像是大海里面的漩渦，是無處不在但轉(zhuǎn)瞬即逝的荐糜。這些時空漩渦是由星體旋轉(zhuǎn)和引力作用共同造成的暴氏。就像漩渦能夠讓局部水面跟水底離得更近一樣绣张，能夠讓兩個相對距離很遠(yuǎn)的局部空間瞬間離得很近侥涵。不過有人假想一種奇異物質(zhì)可以使蟲洞保持張開芜飘，也有人假設(shè)如果存在一種叫做幻影物質(zhì)（Phantom matter）的奇異物質(zhì)的話，因?yàn)槠渫瑫r具有正能量和負(fù)質(zhì)量笼沥，因此能創(chuàng)造排斥效應(yīng)以防止蟲洞關(guān)閉奔浅。
迄今為止，科學(xué)家們還沒有觀察到蟲洞存在的證據(jù)鲁驶。為了與其他種類的蟲洞進(jìn)行區(qū)分舞骆，一般通俗所稱“蟲洞”應(yīng)被稱為“時空洞”葛作。?
哥德爾的不完備性定理
第一定理
任意一個包含一階謂詞邏輯與初等數(shù)論的形式系統(tǒng)，都存在一個命題绪穆，它在這個系統(tǒng)中既不能被證明為真玖院，也不能被證明為否第岖。
第二定理
如果系統(tǒng)S含有初等數(shù)論蔑滓，當(dāng)S無矛盾時键袱，它的無矛盾性不可能在S內(nèi)證明。
第六章:
我們的未來“星際航行”可行嗎褐健？：生物和電子生命將如何不斷加速發(fā)展其復(fù)雜性蚜迅。
當(dāng)人類達(dá)到2600年的時候俊抵，地球的用電量足以讓整個地球變亮，
人類的進(jìn)化
星際航行的飛船都是翹曲飛行
推薦《星際航行》要看烛缔。
第七章:
膜的新奇世界：我們生活在一張膜上轩拨，或者我們只不過是張全息圖
M理論
作為“物理的終極理論”而提議的理論亡蓉，M理論希望能藉由單一個理論來解釋所有物質(zhì)與能源的本質(zhì)與交互關(guān)系砍濒。其結(jié)合了五種超弦理論和十一維空間的超引力理論爸邢。為了充分了解它杠河，愛德華·威滕博士認(rèn)為需要發(fā)明新的數(shù)學(xué)工具浇辜。1984至1985年柳洋，弦理論發(fā)生第一次革命，其核心是發(fā)現(xiàn)“反常自由”的統(tǒng)一理論卑雁；1994至1995年测蹲，弦理論又發(fā)生既外向又內(nèi)在的第二次革命，弦理論演變成M理論弛房。?[1]?由于弦革命的巨大影響力而柑，其主要研究者愛德華·威滕(Edward Witten)被美國《生活》周刊評為二戰(zhàn)后排名第六的“最有影響的人物”媒咳。
十一維超引力只是M理論的一部分
膜理論
膜理論認(rèn)為人們直接觀測所及的好似無邊的宇宙是高維時空中的一個四維超曲面涩澡，就象薄薄的一層膜。膜理論使一些原本難以計算的東西可以用弦論工具來做嚴(yán)格的計算了膝迎。膜理論是弦理論的擴(kuò)充限次，膜理論揭示了弦理論的第10維空間方向卖漫，其最大維度是11維赠群。
暗物質(zhì)
暗物質(zhì)（Dark matter）是理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見的物質(zhì)羊始，它可能是宇宙物質(zhì)的主要組成部分，但又不屬于構(gòu)成可見天體的任何一種目前已知的物質(zhì)查描。大量天文學(xué)觀測中發(fā)現(xiàn)的疑似違反牛頓萬有引力的現(xiàn)象可以在假設(shè)暗物質(zhì)存在的前提下得到很好的解釋⊥晃現(xiàn)代天文學(xué)通過天體的運(yùn)動、引力透鏡效應(yīng)叹誉、宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)的形成鸯两、微波背景輻射等觀測結(jié)果表明暗物質(zhì)可能大量存在于星系、星團(tuán)及宇宙中长豁，其質(zhì)量遠(yuǎn)大于宇宙中全部可見天體的質(zhì)量總和钧唐。結(jié)合宇宙中微波背景輻射各向異性觀測和標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型（ΛCDM模型）可確定宇宙中暗物質(zhì)占全部物質(zhì)總質(zhì)量的85%。
目前一種被廣泛接受的理論認(rèn)為，組成暗物質(zhì)的是“弱相互作用有質(zhì)量粒子”（weakly interacting massive particle, WIMP）帅韧，其質(zhì)量和相互作用強(qiáng)度在電弱標(biāo)度附近忽舟， 在宇宙膨脹過程中通過熱退耦合過程獲得目前觀測到的剩余豐度。此外浩姥，也有假說認(rèn)為暗物質(zhì)是由其他類型的粒子組成的兜挨，例如軸子（axion），惰性中微子（sterile neutrino）等担猛。
反能量守恒
相對論其實(shí)是反能量守恒定律的疚察，只是在某一個特定的區(qū)域的守恒來討論的貌嫡。
全息學(xué)
全息術(shù)，或稱全息照相術(shù)夫椭，是一種新的、具有它獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的記錄與顯示形象的方法仁讨。自從激光器問世以來，全息術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的試用丈挟。
