基于《时间简史》的浅薄归纳与思考
前言：绝大部分结论经资料搜集归纳所得，不一定准确，若有资料上的错误，欢迎指出。
《时间简史》是1988年出版的，而今年是2023年，时隔了35年。而我如果不是看了一下出版时间，我还以为是近10几年前的书籍。
之所以近期才决定购买下来去尝试阅读（2022年看完后，拖到2023年写完），是因为我有些东西想不通，人在想不通的时候，要不就是钻牛角尖，要不就是向外物求助，这也是我阅读的动力之一。
作为一本曾全球畅销的科普书籍，争议也是非常大的，看了一些知乎、豆瓣和贴吧的评论，最大的问题莫过于作为一本科普性书籍，却让大部分普通人看不懂，而看了相关资料，霍金在书中去掉了大量公式和推导过程，希望降低阅读门槛，这让一部分人觉得两边不讨好，因为即使没有公式，里面仍存在大量的学术性概念，如果想要完全理解，普通人就要花大量时间去阅读学习并理解这个概念，对于大部分人来说，那是难以接受的，而对于一些人来说，它只是出圈最有名的，但作为科普书来说只能说一般。
所以以我个人的角度来看，我认为没必要需要完全读懂这本书，而且第一次看完后，我发现某些章节更像是一些大胆的假设和猜想，以至于被有些人认为这是一本科幻读物。
阅读和看短视频、看电影本质上是一样，是一种提取信息的过程，是一种聆听创作者讲述故事的体验，但一般来说，我们是很难每次都能提取完整的信息并深刻留在自己的脑海里，获取自己最想了解的，这或许是我本人最好的体验方式。
第一章 我们的宇宙图像
这章回顾人类试图对于生存其中的宇宙作出完整描述的历史进程，截止到章节的结尾。
我最为感兴趣的是，宇宙大爆炸理论的依据源头，即不管你往哪个方向观测，远处的星系都急速地飞离我们而去，来自1929年埃德温·哈勃的观测。
人们从这个现象来推导宇宙正处于膨胀的状态，从而得出一个推论，宇宙存在着开端，最终指向宇宙大爆炸，当然后面章节里霍金又指出奇点定理真正显示的是，在极早期宇宙中一定有过一个时刻，那时宇宙是如此之小，并不表示那一定就是宇宙的开端。
思考：这章前面讲述了人们对宇宙认知的历史进程，可能有些内容和以前的历史课内容重叠了，开始的内容就很想跳过，但看到章尾后仔细想了想，这章似乎在暗示我不要迷信理论，即使在现实世界中看来极具权威性的理论，其中一句话是“任何物理理论总是临时性的”。
也就是说，我们眼中的宇宙图像只是随着对宇宙观测程度的变化而发生改变，即使如此，对于宇宙的观测研究，给人类带来很多启发，并衍生出对人类发展有用的科研成果，说明我们现在的终极理论并不完整，它可能具有一部分准确的信息，但里面同时参杂错误的信息，而部分信息有着局限性，只有在一定的条件下才能运行。
这意味着，我们如果想更进一步，对信息的筛选能力需要更进一步的提升，并保留最原始的客观观测记录，每次推翻革新，都需要从头到尾地验证，每次推翻的难度也会呈指数级上升。
第二章 空间和时间
这章是和相对论相关的，将近一半的章节在讲述相对论的发展基石路程，以前在学校似乎听过类似的结论，虽然很惊讶，但实感并不大，深刻的印象更多来源于那个公式。
因为这章涉及到相对论，对于我这个学渣来说理解难度太大了，如果想深入研究的话，可自行另外探索，简单来说，本章是关于对空间与时间认知的历史关键节点的探索描述，但这个话题即使到了今天，可能有所变化，但仍然充满着谜团。
因为看不懂英文文献，翻译了也很难懂，也不清楚科普视频的准确性多少，对于本章的理解，只限于以下几个方面：
其一，天文学家通过观测木星的卫星运动，得出光是以有限速度行进的结论，随着麦克斯韦理论的发表和爱因斯坦对以太（光的介质）物质的否定，推出了狭义相对论，就是那个著名的公式。
根据质量能量等价原理，如果某个物体想要接近光速，就需要无限大的能量才能做到，由此推导：任何正常的物体永远低于光速的速度运动，只有光或其他没有内禀质量的波才能以光速运动。这个公式某种程度上解释了核裂变的原理，让人们知道为什么那么小小的一个核弹能爆发出如此恐怖的能量。
其二，狭义相对论的另一个推论让人们对空间和时间的认知发生了改变，以往我们往往以为大家的时间流动速度是一样的，但利用光速不变的原理做雷达脉冲月亮反射实验，是可以发现每个人都有自己的时间测度，但由于距离过短，每人的时间差非常微小，难以察觉有什么区别。
其三，由于狭义相对论和牛顿引力理论不协调，爱因斯坦后来引入了引力场的概念，广义相对论就是狭义相对论引入引力场的概念而划分出的一个截然不同的概念，以往我们以为引力和重力、磁力性质差不多，但爱因斯坦则告诉我们，引力不像其他种类的力，它是空间和时间结构（时空）发生变成而产生的一种结果，地球之前一直被认为是绕太阳圆周运动，实际上地球一直都是做直线运动，只是因为落入太阳的引力场范围内，路径受弯曲空间影响，最终结果变为地球一直绕太阳飞行。
人们通过对比水星近日点的进动观测结果和广义相对论计算的结果，因为当时高精度上的一致，所以广义相对论理论的正确性得到了广泛地承认。
其四，光线在时空中遵循测地线，也就是说，光线在空间中看起来不是沿着直线旅行，光线在经过引力场时，会被引力场折弯，这个预言在1919年日全食实验和之后的实验中逐步被证实。
其五，在大质量的物体附近，越是靠近，时间显得流逝得越慢，因为光的能量和频率有一种关系，能量越大，频率就越高。按照上面第四点的说法，光是会被引力场折弯的，若光想从离大质量物体附近逃离，就需要失去一部分能量，使得频率下降，波长变大，在1962年的水塔实验验证了这个现象。
至于为什么光逃离引力场会失去能量，通过网络资料查询，因为光本身是没有静质量的，但通过质能方程（爱因斯坦公式）和普朗克提出的能量公式结合，可以算出光的动质量，然后把光的动质量代入广义相对论中的引力红移公式，最终推出这个结论。
在重新阅读第二章的时候，我查资料时意外发现广义相对论在现实上的应用，是我不曾知道的，比如GPS、北斗系统也是应用到广义相对论的知识，把时空引力场位置不同带来的误差纳入修正过程中的因素之一。而因为相对论的发布，人们后来制造了原子钟，以原子共振频率标准来计算及保持时间的准确，虽然也有误差，但这个误差极小，刚开始制造的铯原子钟二千万年才偏差1秒，而后面制造的原子钟误差更小。
思考：我在第一次阅读本章时，很快就跳过去了，然而回头再看了几次想写点什么，却卡了我很长一段时间，为了理解，主动去看了不少相关的内容，却让我越发混乱，主要是因为空间和时间的认知革新得非常抽象，可能正如有些人所说，需要公式、数学模型来辅助才有所理解，这里的理解可能不是可视化，而是一种解析。
第三章 膨胀的宇宙
在第一章中，有简单地介绍过宇宙在膨胀的依据，就是从埃德温·哈勃的观测开始的，后面通过验证被越来越多人认可。
而本章前面一部分就是讲述了哈勃、牛顿等人的对天体观测方法的研究成果，比如：
1、根据恒星的视亮度来算出不同星系与地球的距离。
2、让恒星的光通过棱镜分解获取光谱，而光谱中的热谱可以推算出恒星的温度。
3、因为每一化学元素能吸收非常独特的颜色族系的特点，确定该恒星大气中存在哪种元素。
4、光谱最左为蓝端，波长最短，最右为红端，波长最长，我们知道光的频率和光速是不变的，而波长等于光速除以频率，但科学家们观测到，来自远处的星系的辐射波长在逐渐向红端移动，说明波长在不断变长，而且大部分星系都是同样的结果，从而推测宇宙在膨胀，导致空间结构拉长，并对光的波长和频率造成影响。
在后面，霍金年轻的时候受到彭罗斯的定理影响，并发展了新的数学技巧，在假定广义相对论是正确的前提下，那么宇宙过去就有过一个大爆炸的开端，也就是一个奇点。但在写书时，霍金就已经推翻了自己的奇点定理，因为量子效应的存在，和广义相对论发生了冲突。
思考：宇宙的膨胀理论来源于对光的观测，天文学发展到现在，除了光外，还有宇宙线、中微子、引力波的信息渠道，但仍未对此结论有推翻，所以在现有研究大部分建立在其成立的基础上，宇宙在膨胀是关于现在状态的说法，而宇宙的开端是关于过去的推测，这个终极问题在现有的科技水平我想还是很难确定，毕竟涉及到宇宙运行规律的本质，我们甚至不知道宇宙是否初始之地。
第四章 不确定原理
承接上一章的疑惑，第四章开始讲述与量子力学有关的理论，但若想讲述量子力学为什么和奇点有冲突，霍金认为需要先了解量子力学的发展历程，于是讲述从牛顿引力论成功后开始，拉普拉斯引入完全决定论，在我理解范围内，意思就是命运早已决定，一切已经命中注定，只要知道宇宙某个状态，就可以预言未来，这种观念虽然受很多人抵制，但有段时间被当作为科学的标准假定。
直到新的发现，才开始有所改变，本章通过几个节点来描述量子理论的：
1.“当时科学家通过计算，指出一个热的物体，比如恒星，一定以无限大的速率辐射出能量。”“按照当时人们相信的定律，一个热体必须在所有的频率同等地发出电磁波。” “而既然每秒波动数是无限的，这意味着辐射出的总能量也必须是无限的。”这几句话当时在书中比较简略地一带而过，但我对此感到困惑，直到我查到一些资料，比如这里的内容是指当时关于黑体辐射的研究，得出的结论建立在经典统计力学的能均分定理的基础之上，但这个结论在仅在低频率的光辐射上成立，频率变高了，去到紫外线区域就失效了，这个问题后来被人戏称为紫外灾难，也成为量子力学出现的引子。
2.普朗克在1900年的提出光波、X射线和其他波不能以任意的速率辐射，而只能以某种称为量子的波包发射。
【这段内容，比较简短，若想更好地理解这个过程，从《量子传》可以看到更多细节，不想了解可以跳过，当时科学家研究黑体辐射（与铁棍随着温度的变化对应颜色变化的现象有关），努力在获取一个可以解释这个现象的公式，维恩位移定律公式的出现让这个研究有新的进展，没过几年，维恩还发现了分布定律，并且维恩和卢默还有和其他科学家合作，在1898年得到当时世界上性能最优秀的电加热黑体，然后在1899年的德国物理学会大会上报告了这个结果，包括维恩位移定律和分布定律，但分布定律的实验数据在光谱的红外区域出现了一些差异，然后不到3个月，帕邢公布了他的测量结果，结果和分布定律预言的完全一致，然而卢默和普林斯海姆在那年11月确保消除实验误差的所有可能来源后，发现理论与实验之间存在系统性差异，帕邢那边也更新了一组数据，但与卢默他们的结果相反，在1900年的会议上最终确认这不是实验误差造成的，虽然在波长较短时理论与实验完全一致，但在长波波段上失效了。普朗克在1896年维恩发布分布定律没多久，就被吸引住了，并开始着手从热力学第一定律出发推导这个结果，但维恩分布定律的失效让普朗克不得不重新思考自己的想法是否绝对正确，而普朗克的好友们间接帮了他一把，鲁本斯和库尔鲍姆也制作了一个黑体，这个能测量光谱远红外区域这个未知领域的黑体给出的实验数据由于结果和理论预测的差异太过明显，坐实了维恩分布定律的失效事实，由于论文来不及赶在下次会议完成，只能推迟，而普朗克和他们的来往中提前知道了这个结果，而普朗克有三条关键信息，一是维恩分布定律能够解释短波范围内的黑体辐射强度，二是维恩分布定律在红外波段失效了，三是维恩位移定律正确。通过这些信息，普朗克凭借他的经验、直觉和灵感，获取到一个公式，然后让鲁本斯拿去和实验数据作对比，竟然神奇地几乎完全吻合，之后会议上也把结果提出来，当然当时也没激起多少浪花，因为这个公式并不是普朗克所认为的维恩定律改进版本，而是他自己找到的全新定律，而且看上去像是一个专为解释实验结果而设计的公式之一，不过一周左右，鲁本斯和库尔鲍姆，还有帕邢，证实了该公式与实验数据相符，而且比其他公式更精准，而普朗克为了解释这个公式的，开始他的倒推工作，并不得不牺牲自己的信仰——“热力学第二定律是绝对的，熵只会永远增加。”，并求助于与其观点有着巨大差异的玻尔兹曼定律，即是熵是对发现系统处于特定状态的概率的量度，在玻尔兹曼看来，热力学第二定律和低概率系统到较高概率的演化有关，也就是说熵并不是只会永远增加，是有概率发生从高熵变成低熵的，只是这个概率非常小，小到需要数倍于现今宇宙年龄的时间才有可能看到它发生一次。普朗克的实验原理反正我也没看懂，只知道他在黑体中放置了振荡器（原理类似钟摆），应用玻尔兹曼理论后，得出E=hv的公式，E是能量，v是振荡器的振荡频率，h是常数，普朗克成功把能量分成一块块，并称之为量子，但当普朗克想继续把量子分割时，却发现振荡器拥有的能量只能0，hv，2hv，3hv....nhv，n是整数，并且频率一定时，能量与振幅的平方成正比，对于普朗克来说是这个绝望的概念，因为这个意味着他的振荡器不能像水龙头里流出的水一样连续不断地吸收或释放能量，振荡器不能接收能量量子的一部分，要么接收整个量子，要么干脆就不接收，只能以不可分割且相当微小的E=hv为单位，离散地吸收或释放能量，某种意义来说，倒逼普朗克提出对能量切割成一段段量子的想法的原因是来自于他的振荡器。】
3.在本书接着上一个节点讲述了海森堡在1926年提出不确定性原理。【不过这段在书中做了比较多缩减，发现在普朗克常数出现后，爱因斯坦受到普朗克的启发，引入光量子的概率，和普朗克不同的是，普朗克只是量子化电磁辐射的发射和吸收，而爱因斯坦直接量子化了电磁辐射，也因此量子化了光本身。经过二十多年的沉淀才来到这个关键节点，如对量子力学的事件时间轴感兴趣可以看看《量子传》的量子大事记，不确定性原理在提出前，前面其实还有一段很多理论在铺垫，不过到这里我才发现霍金在介绍这些过程并没有按照时间顺序来介绍，也许是考虑章节篇幅有限，又或许考虑简化原理以便理解的原因，做出种种调整，当然对于我来说，有很多地方依然看得莫名其妙，需要书外的查询才稍微解惑。】当时人们还是认为一切变化的轨迹是固定的，也许是为了能预测未来，科学家从预测一个粒子未来的位置和速度开始研究，科学家利用光照到粒子上，一部分的光波被这个粒子散射开来，由此通过观测来指明它的位置，但因为普朗克的量子假设中的量子不可切割特性，光的两个波峰之间距离最少也只能用一个量子单位，如果为了要知道粒子的位置，就不可避免地需要扰乱它，从而改变了它的速度，这里借用别人的形容，“房间内有一个皮球，但是你蒙着眼睛，为了寻找皮球的位置，就用脚去试探。当用脚确定球的位置的时候，球必然被踢到，动量也就必然被改变。”当然这个解释是不确定性原理的前身，测不准原理，采用了粒子模型来解释，后面经过波粒二象性模型的重新解释，更名为不确定性原理。
4.波粒二象性的意思是指光既有波的特性，同时也有粒子的特性，所以被人称为光是波的同时也是粒子，双缝干涉实验揭示了光的波动性质，而普朗克的量子假设中，能量不是连续分布而是以离散的粒子形式存在，爱因斯坦后来在光电效应理论中提出了光是由离散的能量量子组成的粒子（即光子）的观点，这个概念在1927年提出，大概在1945-1990年期间才被广泛的认可和发展，因为这个概念可以解释电子、光子和其它微观粒子的行为，并成为发展量子力学和相关领域的基础。可以用一个比较形象的例子来帮助理解波粒二象性。假设我们在河流中扔一颗石头，石头会在水面上引起一圈圈涟漪，这些涟漪看上去就像是波动。如果我们用一根木棍插到水中，就可以看到涟漪被分成了一条条“线”，这些“线”看上去就像是粒子。
以下视频是“双缝干涉实验”。
原理是将一束光或一束电子经过一个光源或电子枪射向两个平行排列的狭缝，然后在狭缝后面放置一块屏幕，屏幕上会形成一系列条纹，即干涉条纹。这些条纹是由两个狭缝所发射的光或电子的波相互干涉而形成的。当光或电子穿过狭缝后，它们会扩散并呈现出典型的波动模式。不同的波通过干涉来产生交替的最大值和最小值区域。当这些波到达屏幕时，它们会相互干涉并形成一系列明暗相间的条纹或环形图案。
为了更好地理解量子力学的发展历程，我看了一些科普视频，比如曹则贤曹老师的演讲
可惜该视频个人感觉更偏向有相关基础的人群，像我这种学渣，理解难度颇大，有兴趣的朋友可以看看。
思考：本章理解的难度远比前几章要大，也许是量子力学这个话题本来就不容易理解，加上书里隐去很多细节，不可避免让人感觉好像明白了一丢丢，但又好像什么都不明白，当然即使查阅了很多的资料，我也了解，其中有很多的原理，是要靠数学公式去理解的，实验只是量子学内容的其中一部分，而且里面还是有很多问题现在还在解决中（即使我们已经在应用方面有非常多的实际应用），真正的大统一的理论仍没出现，但随着人工智能的出现，也许很快又有新的进展。当然不确定性原理被波粒二象性的概念定死了，如何解决这个问题进入更深一层的研究，我怀疑人工智能也未必能解决的了。
第五章 基本粒子和自然的力
本章节探讨了自然界中最基本的构成单位以及它们之间相互作用的规律，在介绍基本粒子之前，书里解释了布朗运动。将布朗运动比喻成在水中漂浮的花粉颗粒被分子不停碰撞所带来的随机运动。这种随机运动与基本粒子的运动过程有些相似，但两者也存在着区别。本章主要分成两部分，我将在下面参考chatgpt的归纳分别简单概括一下。
自然界中最基本的构成单位：
1.1897年，汤姆逊发现了电子。1911年，卢瑟福通过金箔散射实验证实了原子具有内部结构，并发现了带正电荷的粒子质子。中子则是在1932年被查德威克发现。
电子、质子和中子是构成原子的三个基本粒子。如果把原子比作一个太阳系，那么质子和中子就像是太阳，而电子则像是围绕太阳公转的行星。
质子和中子都有质量和正电荷。质子带有一个正电荷，而中子没有电荷。在原子核中，质子和中子紧密地结合在一起形成原子核，而电子则围绕原子核旋转。
原子的性质取决于其核内所含的质子和中子数量。这些粒子的排列方式决定了元素的化学性质以及它们在周期表中的位置。因此，质子和中子的数量对于确定元素的物理和化学特性非常重要。
2.20世纪60年代，科学家们通过粒子加速器实验发现一些新的、不同于已知粒子的亚原子颗粒，这些新的粒子被称为重子和介子。
此后，科学家们又发现了许多奇怪的现象，比如介子和重子之间的相互作用规律与原来的理论预言不符。为了解决这个问题，美国物理学家黄昆提出了“夸克假设”：认为介子和重子是由三个更基本的粒子——夸克组成的。
1974年，一组位于斯坦福线性加速器中的实验室科学家利用高能电子对质子进行散射实验，结果发现这种散射过程中会产生一些前所未见的粒子，这些粒子被称为“深度不可分的粒子”，后来被称为“夸克”。这个实验的结果支持了夸克假设，并使得夸克的存在得到了实验证实。
目前已经发现了六种类型的夸克，这些夸克都有不同的质量、电荷和自旋等特性，有兴趣可以自行查阅。
它们之间相互作用的规律：
1.关于粒子自旋，粒子的自旋是一种内禀的量子力学性质【内禀是指粒子自身固有的、不依赖于外界条件的性质】，可以用一个无量纲【无量纲是指某个物理量或数学量不依赖于任何单位或量纲，因此没有具体的数值，只有一个相对大小的概念。】的数值（单位为h/2π）来描述。它类似于地球围绕自身旋转的角动量，但实际上与物体的旋转运动没有任何关系。
2.宇宙中的四种基本力：引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力。
引力：是一种吸引力，是物体之间的相互作用力。引力的大小与物体的质量和距离有关，根据牛顿的引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们的距离的平方成反比。引力也可以由广义相对论来描述，它是由物体所产生的弯曲时空而产生的。
电磁力：是一种电荷之间的相互作用力。电磁力的大小与电荷的大小和距离有关，根据库仑定律，两个电荷之间的电磁力与它们的电荷量成正比，与它们的距离的平方成反比。电磁力也可以由麦克斯韦方程式来描述，它是由电荷所产生的电场和磁场相互作用而产生的。
弱相互作用力：是一种只在原子核内部发生作用的力。它的作用是使一些放射性核素发生衰变，从而变成其他元素。弱相互作用力的作用范围很小，只有原子核的尺度，它的大小非常小，只有电磁力的十万分之一左右。弱相互作用力由费米子的弱相互作用描述。
强相互作用力：是一种只在原子核内部发生作用的力。它的作用是保持原子核的结构稳定，使质子和中子紧密结合在一起。强相互作用力的作用范围也很小，只有原子核的尺度，它的大小比电磁力还要强。强相互作用力由夸克的强相互作用描述。
书中更多描述弱相互作用力（弱核力）和强相互作用力（强核力），弱核力负责放射现象，并只作用于自旋为二分之一的所有物质粒子，而强核力是一种只在原子核内部发生作用的力，它主要作用于构成原子核的质子和中子之间，相比弱核力和电磁力强得多，让原子核更稳定，但作用范围极短。
色禁闭是强相互作用力的一种现象，它发生在夸克和反夸克之间。夸克和反夸克之间会不断地进行相互转化，从而形成了一个夸克-反夸克对，这就是色禁闭。
3.书中还谈到关于质子和中子衰变的问题，但是目前还没有被直接观测到。质子衰变是指质子在某些特殊条件下发生衰变，变成其他粒子的过程。按书中描述，目前除了少数当粒子和反粒子对进行高能碰撞时产生的以外，没有发现反质子和反中子。
思考：其实书里还有一些关于大统一理论的描述，但这个想把4种力统一起来的研究并不顺利，还有很多问题仍需要解决，对于离完善的时间还需多久的这个答案，难以得到确实的解答。夸克和反夸克也许是人类暂时能间接验证的最小粒子了，继续研究它们的行为，现在仍然是大型粒子对撞机（LHC）的工作之一。但普通人看到这里可能在想，这有什么意义，实际上通过对GPT的提问，已经得知（LHC）对医学领域（肿瘤放射治疗优化）、材料科学（高性能超导材料）、能源领域（核聚变研究）、计算机科学（大规模数据处理和分析）做出应用上的创新突破，这种研究不仅仅是为了认知，还是为了改变。
第六章 黑洞
我利用AI做了一份本章的内容摘要，阅读时可以用来参考：
黑洞的概念：黑洞是由质量非常大的天体坍缩形成的一种天体，它的引力非常强大，甚至连光也无法逃脱。
黑洞的形成：黑洞的形成通常是由恒星的坍缩引起的。当一颗质量足够大的恒星耗尽了燃料，无法再维持自身的核反应时，它会坍缩成一个非常小但质量非常大的天体，这就是黑洞。
黑洞的性质：黑洞的主要性质包括质量、电荷和自旋。黑洞的质量越大，引力就越强，黑洞的电荷和自旋对于其引力的影响也非常重要。
黑洞的研究：科学家们通过观测和模拟的方式来研究黑洞。例如，通过观测黑洞周围的物质运动、辐射等现象来推测黑洞的性质；同时，科学家们还通过数值模拟来研究黑洞的形成、演化等问题。
黑洞的奇点：在黑洞的中心，存在一个称为奇点的点，它的密度和引力场强度都无限大，是物理学中尚未解决的问题之一。
书中还探讨了恒星的最终形态的三个可能性，黑洞就是其中之一，另外两种分别是白矮星和中子星。
白矮星：当一个恒星耗尽了其核心的氢和其他可燃物质，它将会膨胀成为一个红巨星，然后逐渐失去其外层的气体，形成一个稠密的核心。这个核心会继续缩小，直到变成一个非常小、非常密集的白矮星。
中子星：当一个恒星的核心耗尽了氢和其他可燃物质时，它会发生一系列的爆炸，形成一个超新星。在这个过程中，恒星的核心会变成一个非常小、非常密集的中子星。
黑洞：当一个恒星的核心太大以至于无法成为一个中子星时，它会继续坍缩，直到形成一个黑洞。黑洞是宇宙中最密集的物体之一，其引力非常强大，甚至连光都无法逃脱。
不过书中的光锥概念还是比较难理解，在书里，光锥是一个物理学概念，用于描述事件在时空中的传播方式。光锥是表示闪光从其顶端发出后在时空种传播的路径。然后我用AI帮忙用类比的方式解释一下。
我们可以将光锥比作一个人的人生轨迹，人生轨迹可以分为过去、现在和未来三部分。人的过去是他经历过的事情和所处的环境，它们对当前的状态有影响；人的未来是他可能经历的事情和所处的环境，它们受到当前状态的制约；人的现在是他所处的状态和环境，它们同时受到过去和未来的影响。类比光锥，人的过去可以看作是过去光锥，未来可以看作是未来光锥，而现在则处于光锥的交点处。
在这个比喻中，人的过去和未来是由他的经历和可能性所决定的，它们对人的现在产生影响。类似地，光锥中的未来光锥和过去光锥是由事件的发生和可能性所决定的，它们对事件的影响和受影响程度产生影响。
而另外一个概念，事件视界，虽然名字比较奇怪，但这个是描述黑洞表面的边界，这个边界是指在这个边界内的所有物体（包括光）都无法逃脱黑洞的引力，因此它们的信息将永远无法传递到外部世界。
在这个边界内部，黑洞的引力场变得非常强大，以至于光线无法逃脱。因此，事件视界也被称为“光球”（Photon Sphere）。在事件视界之内，任何物体都将被黑洞吞噬，包括任何形式的电磁辐射（如光、射线等）。
事件视界的大小取决于黑洞的质量。质量越大的黑洞，其事件视界越大，越容易吞噬物体。在另一方面，质量较小的黑洞的事件视界则相对较小，因此，它们需要更接近物体才能将其吞噬。
我们可以将事件视界比作一个无法逃离的陷阱。想象一下你在一个深不见底的陷阱中，它的边界就是你无法逃脱的地方。无论你如何努力，你都无法逃离这个陷阱。类似地，黑洞的事件视界就是一个无法逃离的区域，任何物体一旦越过这个边界，都将被黑洞吞噬，无法逃脱。
黑洞还有一句格言，“黑洞没有毛”，AI给出这样的解释。
这句话的意思是，黑洞表面没有任何物质，也没有任何能够反射光线的物质，因此它看起来是完全黑暗的。这也是为什么称之为“黑洞”的原因。而“毛”指的是黑洞周围的物质，这些物质可能会影响黑洞的质量和旋转速度等属性。但是，黑洞本身并没有任何“毛发”，也就是说，它的物理特性只与其质量、旋转和电荷等基本属性有关，而与周围的物质无关。
根据书中的描述，这句话具有巨大的实际重要性，因为它极大地限制了黑洞的可能类型，然后直至本章结尾，讲述关于证实黑洞存在的历史进程和探讨了一些黑洞的特性和诞生条件。
思考：对于黑洞，科学家认为是天体的最终形态之一，而它消失的时间科学家认为可能长于宇宙的年龄，也许黑洞藏着宇宙未来形态可能性的信息，但距离我们还是太遥远了，不过黑洞的存在对科学发展仍有不少启发，可以预见这是未来顶层科研人员的主攻方向之一。
第七章 黑洞不是这么黑的
本章指出，黑洞并不是完全黑暗的，它们会发出一些辐射，这种辐射被称为“霍金辐射”。霍金辐射是由于黑洞周围的虚粒子和实粒子产生的，其中一些粒子被吸入黑洞，而另一些则逃脱了黑洞的引力。这种现象使得黑洞逐渐失去质量，最终会消失。
霍金还讨论了黑洞的奇点，这是一个物理学上无法解释的点，其中物理规律似乎不再适用。他提出了一个理论，即黑洞奇点可能是一个“创造性宇宙”中的入口，这个宇宙与我们的宇宙截然不同。
此外，霍金还探讨了黑洞对宇宙的影响，包括它们如何形成和如何影响星系的演化。他还讨论了可能存在的微型黑洞和超大质量黑洞，并讨论了我们如何探测和研究它们。
而章节里也涉及到熵的一些概念，即黑洞也有熵。霍金认为，黑洞的熵与其表面积成正比，这个比例常数被称为“霍金温度”。它揭示了黑洞的本质特性，即黑洞不仅仅是一个吞噬一切的天体，还具有热力学属性。此外，这个理论还为黑洞信息悖论提供了一个可能的解释，即黑洞内部的信息并没有被彻底摧毁，而是以某种形式保存下来了。
关于让人感兴趣的是，到底那些辐射是怎么逃脱黑洞的事件视界的。
具体来说，根据量子场论的理论，空间中充满了虚粒子和虚反粒子，它们在短暂的时间内产生并迅速湮灭。当这些虚粒子出现在黑洞的引力场中时，它们的行为会受到影响。由于黑洞的引力非常强大，因此虚粒子对被吸入黑洞的概率更大，而虚反粒子则更有可能逃离黑洞。
当虚反粒子逃离黑洞时，它们会带走一些能量，这就是霍金辐射。由于黑洞的引力场非常强大，因此只有在非常接近黑洞的事件视界上，才有可能产生霍金辐射。
思考：霍金辐射理论虽然暂未能证实，但因为基于量子场论和广义相对论的理论推导的，在科学界得到一定的支持，而且它具有一定的参考价值，不过到今天为止，由于限于科技实力的限制，进度仍然非常缓慢，相对更有现实意义的研究来说，还是比较小众。
第八章 宇宙的起源和命运
本章是霍金探讨了宇宙的起源、演化和结构，以及宇宙的命运。
大爆炸理论：宇宙起源于一个极度高温、高密度的点，随后发生了一次巨大的爆炸，宇宙开始膨胀并不断扩张。
宇宙的演化：随着宇宙的扩张，物质逐渐冷却凝聚，形成了星系、星云、恒星等天体。
宇宙的结构：宇宙中存在大量的暗物质和暗能量，它们对宇宙的演化和结构起着重要作用。
宇宙的命运：宇宙的未来可能会出现多种情况，如持续膨胀、收缩、重整等，其中最有可能的是宇宙渐渐停止膨胀并进入无限期的冷寂状态。
从整体来看，这个章节主要涉及到宇宙学这门比较“新”的学科，宇宙学真正开始形成并成为一个独立的学科是在20世纪初。在这个时期，爱因斯坦的相对论和哈勃的宇宙膨胀理论推动了宇宙学的发展。
思考：我认为真正的宇宙学的广度是超越任意一门学科的，因为某种程度来说它的野心整合了宇宙的一切规律、知识，当然目前宇宙学是残缺的，冰山一角的，目前只是一门研究宇宙起源、演化、结构、组成、性质和宇宙中各种天体的物理、化学和天文学特征的学科。和历史一样，历史课也是残缺的，只能挑点大事件来说，但中间很多关键点也不会跟你说，甚至有点信息藏着掖着。宇宙学也是如此，宇宙的秘密太多了，多到我们也不清楚我们所掌握的真实信息数量是多少个天文数字分之一，作为一门研究跨度太长的学科，对于连100个年头都挨不到的大部分人来说是多么绝望。
第九章 时间箭头
本章节主要探讨了物理学家对时间箭头问题的研究
时间箭头是指时间有一个方向性，即时间只能朝着未来流逝而不能倒流。这是因为在自然界中存在着不可逆的物理、化学和生物过程，使得它们只能在特定的时间顺序下发生。这个概念是由热力学第二定律提出的，也称之为“熵增原理”，它描述了一个封闭系统总是趋向于更高的无序状态，而不是更有序的状态。因此，时间箭头是指一种物理规律，表明时间只会前进而不会后退。
在书里，霍金提及了时间箭头的种类，至少有三种，分别是热力学箭头、宇宙学箭头和心理学箭头，前两个似乎认可度高一些，另外一些物理学家还提出了另外一些箭头，比如因果时间箭头、信息时间箭头、量子时间箭头等等，有兴趣可以自行查询。
热力学时间箭头指的是时间流动的方向与熵增加的方向一致的现象，即封闭系统中的熵（混乱程度）始终增加，这意味着时间只能向前流动。宇宙学时间箭头则是指宇宙从低熵状态向高熵状态演化的方向，宇宙从大爆炸开始，经历了一系列的演化过程，最终演化到了现在的状态。这个过程中，宇宙的熵不断增加，时间箭头也随之指向了未来。
章节名叫时间箭头，也许是一种总结性标题，实际讨论的，更像是熵的变化趋势，有序状态如何变为无序状态。
统计物理学告诉我们，宏观世界是由微观粒子不断碰撞、混沌运动而组成的，并且微观粒子的混沌运动具有明确的方向性。这种方向性导致了热力学第二定律的出现，即热从高温物体转移到低温物体，从而产生了熵增长。熵增长是时间箭头的物理基础之一，因为它表明时间的真正方向性是与宇宙中的微观混沌有关的。
思考：其实在阅读本章之前已经有类似的想法，就是整个宇宙似乎具有走向无序的趋势，但这种无序的状态我的认知属于比较奇怪，比如说有人死了，这个事件属于走向无序的状态，但人本身的死亡，不代表是无序，因为人死后，身上的细胞，微生物不代表是无序的，换个说法。动物死后，他们的肉也不是无序的，但相对死前的状态，变得更加无序。当然书里关于时间的变化方式有多种，也许是为了解释某些理论的冲突或现象的矛盾。
第十章 虫洞和时间旅行
虫洞和时间旅行被描述为可能的科学概念。虫洞是一种通过时空弯曲而形成的通道，可以连接不同的时间和空间点。时间旅行则指的是在时间上向前或向后移动，在这个过程中可能会遇到各种时空异常和悖论。
霍金在书中提到了一些与虫洞和时间旅行相关的问题，如康华假说和约翰·威尔逊的思想实验。他还讨论了著名的“双缝实验”和黑洞信息丢失等现象与这些概念之间的联系。
尽管虫洞和时间旅行被视为令人兴奋的科学研究领域，但霍金认为要实际达成这些目标非常困难。他警告说，这些概念可能只存在于科幻小说和影视作品中，而无法实际实现。
思考：本章更像一种科幻式的可行性探讨吧，对于人类来说，恐怕只有虚构作品才能猜想一番了，比如星际旅行的跃迁式跳跃。但我认为和玄幻差不多了，因为虫洞是理论物理学的一个假想结构，那跃迁式跳跃就像无根之水一样，无从谈起，尽管描述出来的景象令人着迷，时间旅行也是一样道理。
第十一章 物理学的统一
本章讨论了物理学家们所追求的一个未解之谜：如何将广义相对论和量子力学这两个描述自然界的具有革命性质的理论统一起来，以便解释宇宙的奥秘。
里面提及了大统一理论（GUT）、弦理论、超弦理论（M理论是其理论的一个扩展）、量子引力理论，其实还有没提及的微扰重整化理论（量子场论），这些理论现在还没有实质性完成统一。
弦理论：弦理论是一种描述基本粒子和相互作用的理论，它将所有基本粒子看作是一维的弦。这个理论试图将爱因斯坦的广义相对论和量子场论统一起来。
微扰重整化理论：微扰重整化理论是一种通过计算物理量的无穷级数来描述基本相互作用的量子场论。它试图将电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用统一起来。
大统一理论：大统一理论是一种试图将电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用统一起来的理论。这个理论认为，这三种相互作用在高能量下是相同的。
量子引力理论：量子引力理论是一种试图将爱因斯坦的广义相对论和量子力学统一起来的理论。它将引力看作是由粒子交换引起的，类似于电磁相互作用。
思考：其实看到本章节最后一句“我们的目标是完全理解发生在我们周围的事件以及我们自身的存在”的时候，不禁在想，完全理解是否一种过于理想的状态，也许更迫在眉睫的问题是，人类如何在下一场灾难生存下去，虽然现在不会有人想这个，但从宏大的时间长度来看，人类的历史微不足道，而且就算是现在，来自地球内部系统的调节和人类社会自身的结构矛盾也有多种风险，大统一理论的研究过程也许能带来不少成果，但个人感觉离完成还差得远，因为我们只是一个基本只能龟缩在地球的井底之蛙而已，和井底之蛙的区别是我们像是困在玻璃球的青蛙，可以向任何方向观测而已，对于人类自身的命运趋势，更希望更多有远见的目光望向那边。
本篇文章结束了，其实还有第十二章总结，不过这个还是不写了，总的来说，作为科普书，还是不错的，但不是给普通小孩看的，而是给有兴趣的人边查阅资料边理解去看的，里面的信息被大量压缩，没有基础去强行理解那只能自找难受，当然也可以适当跳过，毕竟看书某种程度上是满足自身的某种欲望，比如好奇心、聊天知识库。
看到这里的朋友，感谢你的阅读。
