《时间简史》是史蒂芬·霍金的代表作品，也是科普创作的里程碑式作品。

它是宇宙的发展史，是人类认知宇宙的发展史，更是霍金的科学理论发展史。全书以生动易懂的语言，融科学知识与人文哲思于一体，试图回答“宇宙为何如此”“我们从何而来”等哲学的终极问题。

但它不只是既成的历史，也是发展的历史。其中的许多洞见，都在过去的几十年间甚至近几年得到了证实，此次新版《时间简史（插图版）》更是新增了9页过去20年间的宇宙学新发现。

《时间简史》这本书，不光有青年人说看不懂，连很有名的诺贝尔奖获得者也说过“看不懂”，隔行如隔山，看不懂是很正常的事。但是，看比不看好，看了一定会有收获。——丘成桐

认识与理解我们身处的宇宙是人类千百年来的梦想。在时间和空间的框架下，基于大量的实验与观测结果，现代科学揭示了宇宙的奥秘，梦想成了现实。《时间简史》带你了解这个激动人心的历史过程，介绍已有的结论并展望未来。——王贻芳

在阅读这本书的过程中，我找到了一种有趣的“解答”：是我们，是人类的存在决定了宇宙今天的样子。我们如何，世界就会如何，宇宙也会如何。——宁理

无论是否获得诺贝尔物理学奖，霍金都已经跨越时间了。——张双南

在探求时间的真经大道上，有太多的玄妙等待着我们去领略：从黑洞的量子特性到万物理论的追寻，从量子态宇宙的假设到平行宇宙的可能性……再翻《时间简史》之际，我忽然心生欢喜：人类的思维即宇宙的边界；问对了问题，就终究会有答案。——尹烨

这本书不是冰冷的公式堆砌，而是一场关于存在的浪漫叙事。当你在插图中凝视138亿年前的宇宙奇点，在文字间穿梭于量子涨落的微观世界，或许会豁然领悟：人类虽渺小如尘，却因追问“我们从何而来”而伟大。无论你是想叩响物理学之门，还是渴望在庸常生活中触摸永恒，《时间简史》都将成为你书架上最闪耀的“时空指南” 。——水哥（王昱珩）

前言

新版前言

第一章 我们的宇宙图像

第二章 空间与时间

第三章 膨胀的宇宙

第四章 不确定性原理

第五章 基本粒子和自然力

第六章 黑洞

第七章 黑洞不是这么黑的

第八章 宇宙的起源和命运

第九章 时间箭头

第十章 虫洞和时间旅行

第十一章 物理学的统一

第十二章 结论

阿尔伯特·爱因斯坦

伽利略·伽利雷

艾萨克·牛顿

新发现

术语表

致谢

图片版权

修订再版随记

新发现

史蒂芬·霍金

2016年

诸如我们起源的问题一度被认为是哲学家和神学家的领域，但科学逐渐给出了答案；确凿的事实取代了推测。尤其是自 1996 年《时间简史》再版以来的 20 年间， 我们在理解宇宙的起源和演化方面进展显著。我在书中提出的许多假设性思想现在已经获得证实，还有一些进展则是意外之喜了。

? 暗能量和宇宙加速膨胀

1998 年，我们的宇宙未来图景发生了根本性改变。两个相互竞争的团队使用哈勃空间望远镜分别得出结 论：宇宙正在加速膨胀。这直接影响了宇宙的命运：宇宙的终极再坍缩（弗里德曼的大挤压）似乎不再是一种选项，宇宙似乎将永远膨胀。

为何宇宙会加速膨胀?原因即所谓的“暗能量”，但这只是一个名字而已，它本身并不能说明什么。事实上，弗里德曼最初的设想似乎非常令人信服：要么引力足够强大，可以将万物拉回到一起，随着时间流逝，膨胀速度会减小；要么它不够强大，膨胀将畅通无阻。这两种情况都没有暗示膨胀实际上正在加速。

爱因斯坦的研究给出了部分答案。他曾试图通过在其方程中引入所谓的宇宙学常数来修正他的广义相对论，以使宇宙永恒不变——他确信这是事实。这个常数作为时空结构中的内禀力，起到“反引力”的作用。那是 1917 年的事，距离宇宙膨胀理论被证实还有很久。后来，爱因斯坦意识到弗里德曼模型利落地解释了哈勃的观测结果后，就撤回了这个想法。

他的撤回也许过于仓促。目前看来，1998年首次发现的加速现象事实上可以用爱因斯坦的反引力来解释。但这还没完：内在的宇宙学常数可被赋予任何值，因此可以任何速率把宇宙推开。简单的估计表明，早在星系形成之前，这种加速就会使宇宙迅速分离。那么，为何反引力的强度就应该是这样大呢?

如果无边界设想是正确的，则应该存在无限多个平行宇宙。其中每一个宇宙的反引力强度很可能不同，尤其是如果弦论是全面理解物理学的正确思路的话。那么我们自然会生活在一个暗能量较小的宇宙中；人择原理提醒我们，如果星系从未形成，我们就不会在此讨论这个问题。

? 微波背景辐射和无边界设想

如果无边界设想是理解这些进展的关键，那么我们 应该基于对早期宇宙的观测认识的迅速提高，重新审视它是如何成立的。特别是，我们现在可以通过测量宇宙微波背景辐射来理解宇宙结构的起源。

微波背景辐射，顾名思义，是由微波构成的，与你的微波炉使用的微波一样，只是功率要小得多。它们只能把比萨加热到-270.4°C，连解冻都做不到，更不用说烤熟了。但这些超弱微波具有惊人的价值，因为对于它们的存在，只有一种合理的解释：它们是宇宙非常炽热和致密的早期阶段留下的辐射。随着宇宙膨胀，辐射逐渐冷却，直到成为我们今天可以探测到的微弱余晖。

1965 年，背景辐射的存在得到了证实。一经发现，它就被视为爱因斯坦广义相对论预言的有力直接证据。 几个月前，我刚刚完成了博士论文，其中一部分就是为了证明，在爱因斯坦的图景中，早期的炽热的致密阶段是不可避免的。

辐射测量的价值变得更高了。起初，微波的强度似乎在各个方向上都相同，这就导致了诸如暴胀等思想，它最初是为了解释早期宇宙是如何变得如此均匀而提出的。经过仔细考察，它实际上预言的是，各处之间会有非常微小的差异。这种均匀性的偏差源自量子力学的不确定性，会导致最小程度的涨落。

随着一代代空间望远镜对微波背景辐射的测量精度的不断提高——首先是1989年发射的 COBE，然后是 2001 年发射的 WMAP，最后是 2009 年发射的普朗克卫星——这一预测已被证明是正确的。辐射强度确实发生了变化，变化幅度约为十万分之一。更重要的是，我们现在已经确定，背景辐射的变化的精确模式与我和其他人通过将暴胀模型与无边界设想相结合而做出的具体预测一致。

为了描述大爆炸时的物理条件，无边界设想将爱因斯坦的相对论与量子理论结合起来。它说，当我们回到宇宙的起始，空间和时间会变得混沌并“终结”，有点像地球表面的北极。根据无边界设想，询问大爆炸之前发生了什么是没有意义的，因为没有时间概念可供参考。 这就像问北极以北是什么。

我与我的同事哈特尔（30 多年前我与他一起首次提出了无边界设想）以及托马斯·赫托格（Thomas Hertog）对这一切进行了检验。根据无边界设想，我们 计算了大爆炸会产生什么样的宇宙，并将这一预测与我们的观测进行了比较。结果证实，我们的宇宙应该诞生于一次暴胀爆发。

因此，现在在微波背景辐射中测量到的特征似乎证实了暴胀和无边界设想，但该理论有一个关键预测尚未得到验证。根据暴胀理论，微波辐射的一小部分涨落可以追溯到快速膨胀相产生的引力波。这种原初引力辐射类似于黑洞的量子辐射，可被认为来自宇宙早期暴胀相 的事件视界。如果能探测到它，将证实黑洞会发出量子辐射，而这几乎是不可能直接证实的。我将在下面详细介绍引力波的探测，但早期宇宙中产生的引力波在辐射的偏振中表现得最为清晰。在测量这种偏振方面，我们还处于早期阶段，但它确实有望为我们的大爆炸理论提供确凿而令人信服的证据。

即使没有清晰的偏振视图，宇宙微波背景数据也已经足够好，我们现在可以开始填补一些空白了。暴胀和无边界设想留下了许多未具体说明的细节：例如，所涉及的精确能量，以及与基础粒子物理学的关联。这些细节微妙地改变了预期的模式；通过仔细研究所看到的东西，我们现在开始理解接近大统一能量的物理学。要知道，它比地球上最好的实验设施大型强子对撞机所能探测的能量要高 1 万亿倍。