【前言】
“笔记”这个词带有作业的感觉，我的很多笔记都是做了就丢弃一旁再也没有看过，所以我使用了“回顾”这个词语，希望自己后面没事儿能够看两眼，能够快速地回忆起这本书的重点。通过这阵子连续地阅读这本书的行为表明，我确实应该算是有些启发，所以打算花点时间回顾一下。这时我想到了”是否有必要写读书回顾”的问题，我认为还是应该写一下，因为不久之后肯定会忘得一干二净，对于作者霍金的宇宙思想会变得模糊起来，就好像是没读过这本书一样，这样的话，别人的宇宙观到底讲了什么也会变得模糊不确定起来，明确观念是一件非常重要的事情，知识和智慧它本身，就是一个需要明确的结果，哪怕明确之后的结果是模糊的那也是一个明确之后的结果！
《时间简史》是一本科普书籍，有的物理专业的学生也许会说这些科普书籍就是给小朋友看的、是作者的稿费来源。诚然，要真的开始进入物理大门还是必须去学习专业类书籍，数学肯定是免不了的，因为任何人都可以谈论宇宙的过去现在未来如何如何，但是用数学去描述这些才是更加靠谱的，使用数学语言让我们理性地去确认某个观念，这应该是明确、建立观念最强有力的方式了。
正所谓“科普有趣、做题秃顶”，那我们就看科普吧。这本科普书我也有很多看不懂的地方(比如虚时间、超引力），对于这点霍金在《沙漠孤岛》会晤记中提到：他们至少得到这种观念，我们生活在由合理的定律制约的宇宙中，而且我们能够发现和理解这些定律。霍金对读者的要求并不高，也表明了对“万有理论”的未来十分乐观。
【回顾内容】
译者序
“哈勃望远镜的观测代表着现代宇宙论的诞生”，它观测到了宇宙微波背景辐射，以及由于宇宙膨胀引起的红移（红移程度之恐怖，直接把光拉成了微波）。宇宙膨胀的过去说明了宇宙是从一个“奇点”开始的。后来出现的爱因斯坦的广义相对论能够用于描述宇宙的演化，但是广义相对论要解释这个“奇点”的前提是要给定一个奇点处的“边界条件”，所以无法对其做出描述。霍金认为：“如果时空没有边界，就可以对其做出描述，而这只有量子引力论中才能做到”，他认为宇宙的量子态是处于一种基态，可把时空看成一个有限无界的四维面，宇宙中的所有结构都可将起源归结于量子力学的不确定性原理所允许的最小起伏”（如果没有这种最小起伏是不可能产生星系和生命的），这也就是霍金和彭罗斯证明的“奇性定理”。霍金还证明了黑洞的“面积定理”（两个黑洞合并为一个黑洞的面积会更大），并且通过考虑黑洞附近的量子效应，证明了“霍金辐射”，其辐射温度和黑洞的质量成反比。1974年，他的研究转向量子引力论，提出“时空在普朗克尺度下不是平坦的，而是处于一种泡沫的状态”。1980年，他的兴趣转向量子宇宙论，“霍金的量子宇宙论的意义在于它真正使宇宙论成为一门成熟的科学”。
霍金认为他的贡献是：在量子物理的框架内，证明了“霍金辐射”（广义相对论只能证明黑洞会越来越大）。
前言
爱因斯坦的广义相对论提供了虫洞（连接不同时空区域的细管通道）存在的可能性。
“对偶性（诺特定理）”说明了“存在一种完整的统一的物理理论”。
无边界设想：“在虚时间方向宇宙没有边界或者边缘”。
第一章 我们的宇宙图像
希腊哲学家亚里士多德在《论天》提出地球是一个圆球而不是平板，证据有两个：月食是地球在月亮上的影子，这个影子总是圆的；越往南的地区看北斗星，显得越靠近地平线。并根据这一点去观察位置的差别，估算出了地球大圆（经线周长）的长度。后来希腊人发现了第三个证据：远处驶来的船总是先露出船帆然后才是船身。亚里士多德认为地球是不动的，是宇宙的中心（地心说），最外层的天球（之所以叫做天球是因为他觉得行星和恒星之间存在着相互连接的物质实体，是天球在转动而不是行星在做圆周运动）——固定恒星球，总体相对位置不变围绕着地球旋转。
基于“地心说”和“本轮均轮”，托勒密为了预言天体的运行位置，提出了“偏心均轮”，能够大部分地符合观测结果。
哥白尼的“地心说”最开始是匿名地流传，他认为太阳是静止的中心，行星围绕着太阳作圆周运动（而不是天球在旋转），近一个世纪后才被开普勒和伽利略公开表示支持（虽然还不能完全符合观测结果），直到1609年“地心说”才宣告死亡，因为伽利略观测到了木星有几个小卫星，这意味着并不是所有的星球都必须围着地球转。开普勒修正了哥白尼的行星圆周运动，椭圆运动使预言和观察一致了！
后来牛顿的“万有引力”解释了椭圆轨道，同时他也意识到了引力会让恒星相互吸引到同一个中心点，当时的思想家理查德.本特里回答道：如果存在无限多的恒星分布在无限的空间，则不存在一个中心点。霍金认为这种论证是一种陷阱思维，应当：先考虑有限的情形，然后再增加外部恒星使得和内部恒星平衡，但是外部恒星又需要再增加外部恒星使得和内部恒星平衡，于是永远也达不到平衡。还有的人继续给这个问题打补丁，认为“引力在非常大距离时成为斥力”（也许他们是想到了弹簧），霍金认为这样的平衡所需条件很苛刻，稍微有些偏差这些恒星就会永远靠近或者远离。1823年，德国哲学家亨利希.奥伯斯发表了一个反对宇宙是静止的理论：远处恒星的光线被穿过的物质吸收，那么这些物质最终就会被加热到发出强光为止，但是夜空并没有这么亮，唯一能避免这个结果的方法是“远处恒星的光线尚未到达我们这儿”。
1781年，康德在《纯粹理性批判》中提出了关于“宇宙是否有开端、空间是否有限”的二律背反，霍金认为康德的论证是隐含了一个假设：“时间可无限地追溯回去”。但是霍金说：”在宇宙开端之前时间这个概念是没有意义的“。他引用了奥古斯丁回答人们的一句话：“时间是上帝所创造的宇宙的一个性质，在宇宙开端之前不存在”。
1929年，哈勃望远镜观测到宇宙正在膨胀，暗示了宇宙的过去存在着一个叫做”大爆炸“的时刻，在这种情况下，所有科学定律都将失去预测能力，这意味需要一个新的理论模型来进行描述、预测。那什么才是一个好的科学理论？霍金说：要能够准确描述大部分的观测，‘并对未来观测的结果做出确定的预言’，并不只是提出假设而无法去证明，如果有一个新的观测与理论不符合，那就只有抛弃或修正。实际上回顾科学发展的历史，“新理论是原先理论的推广”。“科学的终极目的在于提供一个简单的理论去描述整个宇宙”，通常科学家把这个问题分成两部分：宇宙随时间变化的规律（能够做出预言）、宇宙初始状态是什么。关于“宇宙初始状态”这个问题，有人说是上帝随心所欲开启的，霍金认为宇宙是以一种非常规则、有规律的方式演化的（不需要上帝来参与）。设计一种描述宇宙的理论是一件很困难的事情，霍金提到了一种设计科学理论的方法：隔离法，也就是把研究对象单独隔离出来进行分析，刨除那些无关的因素，使所要研究的问题简单化。今天我们有了两个伟大的智慧成就：广义相对论和量子力学，未来的努力就是要找到合并这两个理论的新理论：量子引力论。那么是否存在这样的“统一理论”？霍金认为：“自然选择赋予我们的推理能力在探索完整统一理论时仍然有效”。人类求知是最深切的愿望，人类的目标是“对于我们生存其中的宇宙做出完整的描述”。
第二章 空间和时间
亚里士多德认为：物体的自然状态是静止的，力是维持物体运动的原因（只要没有受力物体就永远处于静止状态，静止状态是“优越的”），纯粹思维出来的宇宙定律是不需要用观测去检验的。人们对此深信不疑，因此，伽利略是第一个想观测下落速度与重量是否相关的人。基于伽利略的研究成果，牛顿提出了“力是改变物体运动状态的原因”，不存在一个“绝对静止”。“亚里士多德和牛顿都相信绝对时间”，并且时间和空间是完全分开独立的。
1676年，天文学家罗麦注意到“我们离木星越远则木星的月蚀出现得越晚”，他认为是因为光速是恒定的，并且测量了光速。后来，麦克斯韦理论预言，光速是固定的。那么问题来了，既然光速是固定的，那么光速是相对于什么来测量的？有人就提出了“以太”这种物质，并且预言地球运动方向的光速要比垂直方向的更快。1887年，迈克尔逊做了这个实验，发现光速都一样，后来被爱因斯坦的相对论所解释。并且根据质能方程，“只有光或其他没有内禀质量的波才能以光速运动”。
相对论还改变了我们的时空观念：“时间不能完全脱离和独立于空间，而必须和空间结合在一起形成所谓的时空的客体”。狭义相对论忽略了引力效应，与牛顿引力理论不协调（因为牛顿引力理论能够成立的隐含条件是引力可以无限速度传递），所以爱因斯坦提出了广义相对论，指出引力的本质是时空弯曲，并且始终沿着四维时空的直线（最短路径）传播。广义相对论还预言了时空弯曲越大的地方时间流逝得越慢（因为光离开引力场时失去能量，为了保证光速不变，那么频率就会降低，其实就是光所处的时间变慢了）。
第三章 膨胀的宇宙
1750年，就有天文学家认为，恒星如果处于一个碟状的结构，则可以解释银河的形状。几十年后，天文学家威廉.赫歇尔对大量的恒星位置和距离进行统计，证实了这个观念。恒星的视亮度取决于光度和距离，根据这点，通过哈勃望远镜估算出了银河系的宽约为10万光年，并且在缓慢旋转着。每种化学元素都有特定的光谱，通过光谱就能区分不同种类的恒星，哈勃还发现了大部分星系的光谱红移，也就是“宇宙膨胀”。然而爱因斯坦仍然沉浸在静态宇宙的信念之中，或许只有弗里德曼在试着用广义相对论解释“宇宙膨胀”，并假定：无论在任意地方朝任意方向观察，“宇宙看起来都是一样的”。弗里德曼的预言其实就是哈勃的观察结果。后来1965年被发现的宇宙微波背景辐射更加证实了“宇宙膨胀”，就像是气球上的斑点距离在逐渐增大，并且“没有一个斑点可认为是膨胀的中心”。
“宇宙膨胀”有三种模型（可能性）：第一种是引力使得膨胀减慢最终开始收缩（也就是弗里德曼模型）；第二种是引力虽然使得膨胀减慢，但是膨胀速度会永远趋向一个固定值；第三种是膨胀速度会永远趋向零。弗里德曼模型的宇宙空间是有限的且没有边界，霍金认为将广义相对论和量子力学的不确定性原理结合的宇宙时空是有限的且没有边界。
利用多普勒效应测量出了宇宙膨胀速度，如果要通过引力来停止宇宙膨胀，那么将所有星系和恒星的质量加起来也不到1%，因此有人提出存在大量的“暗物质”，然而加起来也不到10%，所以目前的证据暗示“宇宙可能会无限地膨胀”。还有人提出当星系互相离开时，它们中间会连续产生新物质形成新地星系，然而霍金认为其生产率太低，不足以阻止宇宙膨胀。
一个剑桥的天文学家小组观察了宇宙空间的射电源，发现弱源比强源多得多，这意味着“我们处于宇宙的一个巨大区域的中心”。
1936年有两位苏联科学家提出，宇宙膨胀之前是在收缩，当收缩到坍缩时，粒子可以很近的距离飞过然后继续运动离开。无论是哪种模型，宇宙的过去都必须存在一个“奇点”，因此霍金的理论研究方向从宇宙尺度转向了量子尺度，并在下一章描述量子力学理论。
第四章 不确定性原理
牛顿“万有引力”理论的成功，使得法国科学家拉普拉斯侯爵论断：宇宙是完全确定的。“只要完全知道宇宙在某一时刻的状态”，就能预言宇宙的未来。也就是“科学宿命论”，这也当然会遭到很多人强烈地抵制，因为“他们感到这侵犯了上帝干涉世界的自由”。
英国科学家瑞利勋爵和詹姆斯.金斯爵士指出：如果一个热体是以无限速率辐射能量的，那么这个物体的总能量就是无限大的。为了避免这个荒谬的结果，德国科学家普朗克在1900年提出：光波等波不能以任意的速率辐射，而是必须以“量子”的形式辐射，每个“量子”具有确定的能量，波的频率越高，其能量越大。1926年，海森堡提出“不确定性原理”，指出对粒子位置的测量精度不可能小于光的两个波峰之间的距离（指用光子测量粒子位置的时候）。由于测量的精度越高，则用于测量的波长就越短能量越大，对被测量的粒子的扰动就越大，这就意味着对粒子的位置测量得越准确，对速度的测量就越不准确，用数学公式表示就是：粒子位置的不确定性×粒子速度的不确定性×粒子质量≥普朗克常数。不确定性原理终结了拉普拉斯的“科学宿命论”。
20世纪20年代，基于不确定性原理，薛定谔和狄拉克定义了一门新理论——量子力学！粒子的速度和位置被描述成粒子的“量子态”，粒子的速度和位置都是随机的，对于这点爱因斯坦表示强烈地反对“上帝玩骰子”这个事实。“量子态”非常完美地解释了“双缝实验”中的诡异现象：电子一个个发射通过条纹，最终仍然会出现干涉条纹，说明每个电子都在同一时刻同时通过了两个缝，从而相互干涉形成了干涉条纹。
在量子力学之前，力学和电学定律都预言：电子失去能量就会以螺旋线轨道撞向原子核。这就意味着所有的物质都会坍缩成非常紧密的状态。1913年，波尔解决了原子坍缩的问题，他提出：电子只能在指定的轨道公转，电子没有吸收能量的时候，会一直处于最低能轨道而不会撞向原子核。后来量子力学进一步提出：这些指定的电子轨道的长度都是电子波长的整数倍，因为只有这些轨道的电子波峰不会被抵消而稳定地存在着。
第五章 基本粒子和自然的力
亚里士多德认为所有物质由四种基本元素组成：土、空气、火、水，土和水受到引力（下沉），空气和火受到浮力（上升），但他认为物质可以无限细分，不存在一个最小颗粒。德谟克里特认为物质存在一个不可分的最小颗粒——原子。原子的提出确实能够解释一些后来的现象，比如英国化学家道尔顿发现“化合物总是以一定的比例结合而成”、爱因斯坦解释“布朗运动”是因为“液体原子和灰尘粒子碰撞的效应”。然而后来，汤姆逊发现了原子中的电子，这说明了原子也是由更基本的粒子组成，后来其他科学家又发现了质子、中子，以及在高速碰撞试验中发现的夸克。夸克至少有六种味：上、下、奇、粲、底、顶。质子有两个上夸克和一个下夸克，中子有两个下夸克和一个上夸克。
粒子具有自旋的内禀属性，自旋不同的两个相似的粒子是不同的。粒子的自旋服从“泡利不相容原理”：两个粒子不能同时具有相同的位置和速度。这说明了粒子不会坍缩成非常高密度的状态。
量子力学认为粒子之间的力都是由自旋为整数（0、1、2）的粒子承担，但是携带力的粒子不服从“泡利不相容原理”。交换携带力的粒子叫做“虚粒子”，因为它们不能被检测到。
第一种力——引力：引力是最弱的力、长程力，被描述成由自旋为2的“引力子”所携带，“引力子”本身没有质量，实引力子构成了引力波。
第二种力——电磁力：“作用于带电荷的粒子（比如电子和夸克）和不带电荷的粒子（引力子）”，“在原子和分子的小尺度下起主要作用”，被描述成由自旋为1的“光子（虚光粒子）”的交换。
第三种力——弱核力：“制约着放射性现象，只能作用于自旋为1/2的粒子，对于光子、引力子等不起作用”。1967年，温伯格-萨拉姆理论统一了弱作用力和电磁力，并认为弱核力是由光子和其他3个自旋为1的“重矢量玻色子”所携带，以及看似完全不同的粒子在高能量下都有相似的行为。
第四种力——强核力：束缚质子和中子以及中子的夸克，被描述成自旋为1的“胶子”所携带，“只能与自身与夸克相互作用”。强核力的夸克禁闭现象总是把夸克结合成不带颜色的不稳定结合体“介子”，这意味着得不到一个单独的胶子。强核力还有种叫“渐近自由”的现象，夸克距离越远强核力就越大，就像弹簧那样。
正如前面“看似完全不同的粒子在高能量下都有相似的行为”所说，如果要统一这四种力就要在高能量的状态下才有可能。大统一理论（GUT，由于引力是最弱的所以没有包括统一引力）也认为会像其他的物理定律服从C（粒子和反粒子的定律相同）、P（自旋相反的定律相同）、T（时间前进和后退的定律相同）的对称。1956年，李政道和杨振宁提出弱作用不服从P对称，后来其他人发现了弱作用也不服从C对称、K介子的衰变不服从CP对称，
第六章 黑洞
罗麦发现光速是有限的，因此剑桥的学监米歇尔在1783年指出：如果引力够强会让光线都不能逃逸。拉普拉斯也有类似的观点，不过后来他抛弃了这个觉得愚蠢的观点。
恒星存在着热和引力的平衡，因此“恒星初始的燃料越多，它则被越快燃尽”。强德拉塞卡指出：根据不相容原理可以得出存在一个排斥力极限（强德拉塞卡极限），也就是当恒星的质量约为太阳质量1.5倍冷恒星（燃料已经耗光）的时候。小于这个极限的恒星最终会变成白矮星，由电子之间的不相容原理排斥力支持。朗道指出，当冷星质量为太阳质量1-2倍时会变成中子星，由由中子和质子之间的不相容原理排斥力支持。如果质量继续加大，恒星会坍缩成一个点吗？爱因斯坦和爱丁顿都表示不相信，奥本海默也想通过当时的望远镜去观测证实，后面他被卷入了原子弹计划，直到这个计划结束后以及天文观测技术的进步，奥本海默继续研究黑洞，并给出了黑洞的模型。
黑洞的强引力场会使得光线发生红移、更暗，并且会由于潮汐力将靠近黑洞的物体撕裂。后来霍金和彭罗斯证明了奇性定理：“黑洞中必然存在无限大密度和时空曲率的奇点”。在黑洞里面的所有科学预言能力都将失效。广义相对论指出裸奇点（没有视界边界的黑洞，光线和宇航员有机会从中逃离）存在着一些解——虫洞，能够穿越到另一个时空区域，但是虫洞的解非常不稳定，当宇航员在穿越的途中就会使其改变。广义相对论预言了存在以光速传播的引力波，它会带走天体的运动动能，这意味着地球和太阳会越来越近，但是其变化很慢很慢。
对黑洞进行预言是非常困难的，直到1967年，加拿大科学家伊斯雷尔根据广义相对论指出：“黑洞必须是非常简单的完美的球形，其大小只依赖于它们的质量”。也就是说两个质量相同的黑洞是等同的。伊斯雷尔只描述了非旋转黑洞，1963年，新西兰的罗伊.克尔根据广义相对论描述了旋转黑洞的解，“克尔黑洞”以恒常速度旋转，其大小与形状只和其质量和旋转速度相关，并且旋转速度越快，黑洞赤道附近就鼓出去的越多（就像地球的自转让赤道鼓出去那样）。“克尔解”能够计算出黑洞内部的运动轨道。1971年，霍金证明任何稳态旋转黑洞都有一个对称轴。1973年，霍金证明了惠勒提出的无毛定理：“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，黑洞的大小与形状只和其质量、旋转速度、电荷量相关。
尽管黑洞数学模型的发展已经非常详尽，但是黑洞却没有发现过，然而1963年，有天文学家发现类星体强大的引力红移，但还不能提供结论性的证据。1964年，人类发现了第一个黑洞——天鹅X-1,它吸收着伴星的物质，这些物质也和黑洞向同一个方向旋转，在黑洞附近会产生高能粒子，在黑洞强磁场的作用下将这些粒子聚焦于旋转轴方向并发出强烈的X射线流，并计算出其最小的质量约为太阳质量的6倍，所以它只能是一个黑洞。黑洞由于难以被发现，其数目甚至比可见恒星更多。
黑洞越小其温度就越高，这意味着当外界温度高于黑洞温度，黑洞会吸收热量质量增大，温度反而会下降，直到外界温度低于黑洞。说明黑洞永远不会处于温度平衡状态（不像封闭空间的冷热气体那样会处于温度平衡状态）。
第七章 黑洞不是这么黑的
霍金的“黑洞面积”定理：由两个黑洞合并之后的视界面积大于或等于这两个黑洞的视界面积之和。黑洞面积永远不会减小意味着黑洞的熵永远增大，但是具有熵的热体具有温度，所以黑洞一定会发射辐射出来，那么黑洞又是如何发出辐射的？粒子是不可能从黑洞里面出来的，所以只能从黑洞的事件视界的外面空间出来：在这个空间，会同时出现虚粒子对，正能量的虚粒子会发射出来，同时负能量的虚粒子会被黑洞吞噬，所以黑洞的质量会减少。黑洞越小，其表观温度越高，当黑洞被蒸发到极小的时候，霍金猜想黑洞会发生爆炸并消失，这样的话那些质量极小的“太初黑洞”很早就已经被蒸发完了。
第八章 宇宙的起源和命运
这章内容偏哲思。哲学是很多科学专业的必修课，不要小瞧科学家的哲学思辨能力，
爱因斯坦广义相对论的一些解就能预言：时空在大爆炸奇点处开始，并在奇点处结束。然而在宇宙早期或晚期的奇点是否也能被物理理论所描述？宇宙究竟是否有开端或终结？
在1981年的梵蒂冈，由耶稣会组织的宇宙学会议中，教皇告诉霍金等人：“宇宙演化是可以研究的，但是我们不应该去过问大爆炸本身，因为那是创生的时刻，因而只能是上帝的事务”。然而霍金却在心中窃喜，因为他知道教皇等人不知道刚在会议讨论过的主题——时空有限而无界的可能性，这表明宇宙“没有开端、没有创生的时刻”。
热大爆炸模型：基于弗里德曼模型来描述。“温度即是粒子的平均能量——或速度的测度”，这意味着宇宙膨胀的尺度越大，温度越低，反之在大爆炸的时刻，“宇宙的体积被认为是零，所以是无限热”。大爆炸1秒后出现了“光子、电子和中微子和它们的反粒子，还有一些质子和中子”（宇宙早期的辐射其实就是1965年被彭齐亚斯和威尔逊发现的宇宙微波背景辐射）。随着温度继续降低，电子/反电子开始碰撞后大部分湮灭了，只剩下少量电子，然而中微子和反中微子之间的作用非常微弱所以没有发生碰撞和湮灭，至今仍然存在。中微子带有极小的质量，“它们可以是‘暗物质’的一种形式，具有足够的引力去遏止宇宙的膨胀，并使之重新坍缩”。目前已被日本的中微子探测器——超级神冈检测到中微子振荡。在大爆炸100秒后，质子和中子开始结合乘氘（重氢）的原子核。之后的100万年开始结合形成原子，稍微密集的区域物质开始在引力的作用下逐渐形成碟状旋转星系和椭圆星系。然后氢元素在引力下坍缩，开始发生核聚变反应形成恒星，并经过多次的超星新爆发将重元素抛出，从而为行星的形成提供物质。
霍金继续提出了几个重要问题：为何早期宇宙如此之热？为何宇宙在大尺度上是如此均匀？为何宇宙的膨胀速度刚好比永远膨胀的临界速度快一点点？为何宇宙有局部的无规性？这些密度起伏的起源是什么？（这些问题都会在本书或者《大设计》等书讨论到）。关于上帝创造宇宙，霍金说：假如宇宙的初始结构是由上帝创造的并且人因此人类无法理解，那上帝为什么选择让宇宙按照人类可理解的定律去演化？并且这定律所要反映的宇宙秩序可以不是由神灵主宰的。
混沌边界条件假设：“要么宇宙是空间无限的，要么存在无限多宇宙”。
弱人择原理：宇宙必须是这个样子，我们才会在这里探讨宇宙起源等问题。
强人择原理：如果宇宙不是这个样子，我们就不会在这里探讨宇宙起源等问题。
科学家阿伦.固斯提出暴胀理论：宇宙在小于1秒时间内膨胀得更多，早期的宇宙也存在类似水“过冷”，因此没有使各种力之间的对称受到破坏。不确定性原理意味着，宇宙早期是非均匀的，膨胀后这些非均匀被抹平了，就像膨胀气球上的褶皱。
1983年，林德提出了“混沌暴涨模型”：由于自旋为0的场的量子起伏，造成宇宙早期的某些区域由很大的场量。
由于宇宙的开端是处于无限密度、无限时空曲率的一点，因此目前已知的科学定律无法对其描述，只能用量子引力论去描述宇宙极早期阶段。如果未来存在一套终极理论，它必须和费因曼的历史求和相一致，并且符合爱因斯坦的“引力场与弯曲的时空等效”这个思想。
霍金提出“虚时间”：宇宙的时空是有限而无界的，宇宙不存在奇点，因此宇宙不需要造物主来启动它。
第九章 时间箭头
科学定律在C（粒子与反粒子交换）P（左右交换）T（时间反向）的联合作用下不变。这意味着“科学定律并不能区分前进和后退的时间方向”。
时间箭头最少有三种：熵增的时间箭头、心理学的时间箭头、宇宙膨胀的时间箭头。这三种时间箭头方向一致，且本质都是热力学箭头，比如心理学的时间箭头是通过记忆来对比前后，而记忆是需要消耗热量的，因此无序度增加。宇宙的开端是处于光滑有序的状态，存在的不均匀性处于不确定性原理所允许的范围内。“并不是宇宙膨胀导致了无序度增加，而是无边界条件引起的”。
第十章 虫洞和时间旅行
之所以叫“虫洞”，是因为像虫子在苹果咬穿的洞，打通了高维度时空的捷径。有的物理学家认为虫洞是两个奇点的通道，而不是黑洞造成的。
1949年，因证明“不完备性定理”（无法证明所有的定理为正确）而闻名的哥德尔，根据广义相对论得出了允许时空旅行的解，并且他的时空具有一个古怪的性质：整个宇宙都在旋转。
允许时空旅行除了在黑洞外，还有在两根快速穿越的宇宙弦，“哥德尔解和宇宙弦时空一开始就扭曲，使得总能旅行到过去”。然而根据对微波背景辐射的观察，宇宙早期并不具备这样强的时空扭曲，那应该如何实现时空旅行呢？量子理论允许一些地方的能量密度为负，并同时在其他地方的正能量密度所补偿，卡西米尔效应也说明了负能量是存在的。
关于时空旅行的佯谬，有两种方法可以解决：协调历史方法（能回到过去，但不能改变未来）、选择历史假象（回到过去后，然后进入另外的历史）。“黑洞辐射表明，量子理论在微观尺度上允许在时间中的往回运动”，但是对于宏观物体存在着“时序防卫猜测”（物理学定律防止宏观物体将信息传递到过去），以此来解释为何我们的历史没有被来自未来的人干扰。
第十一章 物理学的统一
对于“万有理论”霍金十分谨慎和乐观，仿佛就差一步之遥，一个成功的“万有理论”必须融入“不确定性原理”。
原子结构和不确定性原理的发现打破了“科学宿命论”，1928年，马克斯·玻恩声称“物理学将在6个月结束”，然而中子和核力的发现是当头一棒。
霍金在前面的内容中提到的大统一理论（GUT）已经合并了强、弱力和部分电磁力，“万有理论”的困难在于把广义相对论和不确定性原理的进行结合，在这个过程中只有两个可以调整的量：“引力强度和宇宙常数”。而卡西米尔效应说明了空的空间并不是什么都没有，而是充满了虚粒子和虚反粒子，这就意味着引力是无限大的，因此与宇宙膨胀是不一致的，因此需要通过“重正化”的过程进行消除，因此有人提出“超引力”，然而还有比这更好的办法——弦理论：将粒子看作是只有长度没有粗细的一根弦。弦有两种：开弦（首尾不相连）、闭弦（首尾相连）。两根弦可以合并，“弦理论可以解释内禀的左手性的粒子存在”，大量的人开始研究弦理论，他们认为弦理论需要时空是十维或二十六维才是协调的理论（在非常小的尺度下，时空是十维的，在更大的时空维度就看不见额外的维度，随着维度的增加，引力与半径的关系关系也会从2次方变成N次方），最终得出了四种不同的弦理论（开弦和三种闭弦，这四种理论合并成为M-理论）。
是否存在统一理论？关于这个问题霍金提出了三种可能：存在且能被确定、存在且无限趋近、一定程度之外不存在。有人将随机性归结为上帝的干涉，霍金认为这非常奇怪：没有任何证据表明上帝的随机性是有任何目的的，因为如果有目的，则不会是随机的。
永远不能肯定人类是否找到了正确的理论，因为理论不能被证明，只要理论在数学上是协调的并且与观察和预言一致，就可以认为这个理论是正确的。然而霍金指出，就是发现了统一理论，也并不一定就能准确预言，有两个原因：不确定性原理、现实条件的复杂性（混沌）。牛顿理论连“三体问题”都不能准确预言，因此发现了统一理论只是第一步，让预言无限地接近未来更具有智慧和挑战性。
第十二章 结论
霍金一直想要知道的就是“宇宙和我们从何而来？为何宇宙是这个样子？”。从乌龟塔到现代的宇宙理论，从一次次的理论提出到观察验证，宇宙理论就这样发展着。最早人们描述和解释宇宙的时候，认为自然现象是由具备人类感情的灵魂所控制，太阳、月亮都被赋予了服从严格定律的神。
霍金认为拉普拉斯的宿命论是不完整的，因为没有说出宇宙的初始结构，这些都留给了上帝，并且上帝创造宇宙之后就不再干涉了。关于量子理论的波函数，霍金认为“也许不存在粒子的位置和速度，只有波”。
引力使宇宙的大尺度结构成形，同时意味着宇宙在引力总是吸引这一事实下，要么在膨胀，要么在收缩。时空可以视为一个有限的没有奇点的四维空间，也就是霍金的无边界假设，他说明了宇宙是完全自给自足的，不需要一个造物主。
大部分科学家忙于发展描述宇宙的理论，却没多少心思去思考为什么的问题，另一方面哲学跟不上科学的步伐，科学变得对哲学家过于技术性和数学化了，连维特根斯坦都说：哲学余下的任务仅是预言分析。最后霍金表达了对统一理论的乐观态度。
【个人总结】
1.理论物理学家很难获得诺奖，因为需要被观测或者实验验证才能确认其理论是正确的。
2.霍金研究黑洞的重要性在于：这里是让两种不相容的理论——广义相对论和量子力学碰撞的地方。黑洞辐射的“革命性”在于，它是首次在不确定性原理的宏观应用，让人们看到了“万有理论”的希望。
3.从宇宙理论发展历史来看，只有重新构建新的宇宙观念，才能引发革命性的科学变革。下一位科学思想革命家也许比的就是谁的脑洞大。
【完结】