霍金的自然科学思想(部分集)1 分类:默认栏目2006.6.20 09:07 作者：中国淡宁 | 评论：0 | 阅读：256
1，超弦理论：
爱因斯坦在生命的最后30年里一直在寻找统一场论——一个能在单独的包罗万象的协和的数学框架下描写自然界所有力的理论。爱因斯坦这样做的动机不是我们常想的那些与科学研究紧密相关的东西，例如，为了解释这样或那样的已知现象或实验数据。实际上，驱使他的是一种关于自然界基本规律内在美的信念：对宇宙的最深刻认识将揭示它的最真实秘密，那就是，它所依赖的原理是简单而有力的。爱因斯坦渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭示宇宙活动的奥秘，由此而展示的自然界的动人美丽和优雅，将让每一个第一次知道的人产生有生以来最强烈的敬畏、惊讶和震撼。
弦理论或者超弦理论是那些象量子和夸克等等已经溶入大众词典的诸多新科学专用词汇之一，但它们却很少能被人解释清楚。即使会议的参加者也会告诉你，超弦理论，象许多新兴科学和研究领域一样，涉及了许多高前沿的数学领域，并不是很容易能把握的。超弦理论到底是什么呢？简单说来，我们可以这样来定义超弦理论：(1)超弦理论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论；(2)超弦理论认为弦是物质组成的最基本单元，所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动激发态；(3)超弦理论第一次将二十世纪的两大基础理论-广义相对论和量子力学-结合到一个数学上自冾的框架里；(4)超弦理论有可能解决一些长期困绕物理学家的世纪难题如黑洞的本质和宇宙的起源。(5)超弦理论的实验证实将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识。
首先，我们发现，弦理论描述自然界的活动还真有几分科学幻想的成份。举例来说、弦理论描述的世界并不是我们肉眼所看到的三维空间和一维时间。合理的解释是那些额外的空间维数没有被观测到是因为它们很小很小。要理解弦理论的高维属性并不困难。(参见《宇宙的琴弦》P. 180-181)
在弦理论中就有许多这样极小的额外空间维数，因此，微观世界并不象我们普遍感觉到的世界那么简单。在宏观尺度上，弦理论也可能用来解释宇宙大爆炸的开始和黑洞内部的行为，而这些问题是以前的物理理论包括爱因斯坦的广义相对论都失效的地方。现在发展的弦理论是有关时间和空间的量子理论，因此理论看起来也就显得非常非常的奇怪。
弦理论的一个基本观点就是自然界的基本单元不是象电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子，这些看起来象粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦)，闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子。因此弦理论从一些非常基本和简单的单元就能得到宇宙的无穷变化和复杂性。在弦理论中，人们自然地可以得到规范对称性、超对称性和引力，而这些原理在原有的标准模型中或者是强加进去的或者是与量子理论相冲突的，在弦理论中它们都协和地统一起来了，并且是彼此需要、独一无二的。
2，黑洞
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。
根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。
那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢)，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。
这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。
在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。
3，宇宙大爆炸
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。从此之后，大爆炸理论成为众多科学家争论的焦点。在近日葡萄牙举行的宇宙论大会上，两派持不同意见的科学家再次对这个宇宙的起源学说展开了争论。
4,06年北京演讲全文
根据中非Boshongo人的传说，世界太初只有黑暗、水和伟大的Bumba上帝。一天，Bumba胃痛发作，呕吐出太阳。太阳灼干了一些水，留下土地。他仍然胃痛不止，又吐出了月亮和星辰，然后吐出一些动物，豹、鳄鱼、乌龟、最后是人。
这个创世纪的
神话，和其它许多神话一样，试图回答我们大家都想诘问的问题：为何我们在此？我们从何而来？一般的答案是，人类的起源是发生在比较近期的事。人类正在知识上和技术上不断地取得进步。这样，它不可能存在那么久，否则的话，它应该取得更大的进步。这一点甚至在更早的时候就应该很清楚了。
例如，按照Usher主教《创世纪》把世界的创生定于公元前4004年10月23日上午9时。另一方面，诸如山岳和河流的自然环境，在人的生命周期里改变甚微。所以人们通常把它们当作不变的背景。要么作为空洞的风景已经存在了无限久，要么是和人类在相同的时刻被创生出来。
但是并非所有人都喜欢宇宙有个开端的思想。例如，希腊最著名的哲学家亚里士多德，相信宇宙已经存在了无限久的时间。某种永恒的东西比某种创生的东西更完美。他提出我们之所以看到发展处于这个情形，那是因为洪水或者其它自然灾害，不断重复地让文明回复到萌芽阶段。信仰永恒宇宙的动机是想避免求助于神意的干涉，以创生宇宙并启始运行。相反地，那些相信宇宙具有开端的人，将开端当作上帝存在的论据，把上帝当作宇宙的第一原因或者原动力。
如果人们相信宇宙有一个开端，那么很明显的问题是，在开端之前发生了甚么？上帝在创造宇宙之前，他在做甚么？他是在为那些诘问这类问题的人准备地狱吗？德国哲学家伊曼努尔.康德十分关心宇宙有无开端的问题。他觉得，不管宇宙有无开端，都会引起逻辑矛盾或者二律背反。如果宇宙有一个开端，为何在它起始之前要等待无限久。他将此称为正题。另一方面，如果宇宙已经存在无限久，为甚么它要花费无限长的时间才达到现在这个阶段。他把此称为反题。无论正题还是反题，都是基于康德的假设，几乎所有人也是这么办的，那就是，时间是绝对的，也就是说，时间从无限的过去向无限的将来流逝。时间独立于宇宙，在这个背景中，宇宙可以存在，也可以不存在。
直至今天，在许多科学家的心中，仍然保持这样的图景。然而，1915年爱因斯坦提出他的革命性的广义相对论。在该理论中，空间和时间不再是绝对的，不再是事件的固定背景。相反地，它们是动力量，宇宙中的物质和能量确定其形状。它们只有在宇宙之中才能够定义。这样谈论宇宙开端之前的时间是毫无意义的。这有点儿像去寻找比南极还南的一点没有意义一样。它是没有定义的。
如果宇宙随时间本质上不变，正如20世纪20年代之前一般认为的那样，就没有理由阻止在过去任意早的时刻定义时间。人们总可以将历史往更早的时刻延展，在这个意义上，任何所谓的宇宙开端都是人为的。于是，情形可以是这样，这个宇宙是去年创生的，但是所有记忆和物理证据都显得它要古老得多。这就产生了有关存在意义的高深哲学问题。我将采用所谓的实证主义方法来对付这些问题。在这个方法中，其思想是，我们按照我们构造世界的模型来解释自己感官的输入。人们不能询问这个模型是否代表实在，只能问它能否行得通。首先，如果按照一个简单而优雅的模型可以解释大量的观测；其次，如果这个模型作出可能被观察检验，也可能被证伪的明确预言，这个模型即是一个好模型。
根据实证主义方法，人们可以比较宇宙的两个模型。第一个模型，宇宙是去年创生的，而另一个是宇宙已经存在了远为长久的时间。一对孪生子在比一年前更早的时刻诞生，已经存在了久于一年的宇宙的模型能够解释像孪生子这样的事物。
另一方面，宇宙去年创生的模型不能解释这类事件，因此第二个模型更好。人们不能诘问宇宙是否在一年前确实存在过，或者仅仅显得是那样。在实证主义的方法中，它们没有区别。
在一个不变的宇宙中，不存在一个自然的起始之点。然而，20世纪20年代当埃德温.哈勃在威尔逊山上开始利用100英寸的望远镜进行观测时，情形发生了根本的改变。哈勃发现，恒星并非均匀地分布于整个空间，而是大量地聚集在称为星系的集团之中。
哈勃测量来自星系的光，进而能够确定它们的速度。他预料向我们飞来的星系和离我们飞去的星系一样多。这是在一个随时间不变的宇宙中应有的。但是令哈勃惊讶的是，他发现几乎所有的星系都飞离我们而去。此外，星系离开我们越远，则飞离得越快。宇宙不随时间不变，不像原先所有人以为的那样。它正在膨胀。星系之间的距离随时间而增大。
宇宙膨胀是20世纪或者任何世纪最重要的智力发现之一。它转变了宇宙是否有一个开端的争论。如果星系现在正分开运动，那么，它们在过去一定更加靠近。如果它们过去的速度一直不变，则大约150亿年之前，所有星系应该一个落在另一个上。这个时刻是宇宙的开端吗？
许多科学家仍然不喜欢宇宙具有开端。因为这似乎意味着物理学崩溃了。人们就不得不去求助于外界的作用，为方便起见，可以把它称作上帝，去确定宇宙如何起始。因此他们提出一些理论。在这些理论中，宇宙此刻正在膨胀，但是没有开端。其中之一便是邦迪、高尔德和霍伊尔于1948年提出的稳恒态理论。
在稳恒态理论中，其思想是，随着星系离开，由假设中的在整个空间连续创生的物质形成新的星系。宇宙会永远存在，而且在所有时间中都显得一样。这最后的性质从实证主义的观点来看，作为一个可以用观测来检验的明确预言，具有巨大的优点。在马丁.莱尔领导下的剑桥射电观测天文小组，在20世纪60年代早期对弱射电源进行了调查。这些源在天空分布得相当均匀，表明大部分源位于银河系之外。平均而言，较弱的源离得较远。
稳恒态理论预言了源的数目对应于源强度的图的形状。但是观测表明，微弱的源比预言的更多，这表明在过去源的密度较高。这就和稳恒态理论的任何东西在时间中都是不变的基本假设相冲突。由于这个，也由于其它原因，稳恒态理论被抛弃了。
还有另一种避免宇宙有一开端的企图是，建议存在一个早先的收缩相，但是由于旋转和局部的无规性，物质不会落到同一点。相反，物质的不同部分会相互错开，宇宙会重新膨胀，这时密度保持有限。两位俄国人利弗席兹和哈拉尼科夫实际上声称，他们证明了，没有严格对称的一般收缩总会引起反弹，而密度保持有限。这个结果对于马克思主义列宁主义的唯物辩证法十分便利，因为它避免了有关宇宙创生的难以应付的问题。因此，这对于苏联科学家而言成为一篇信仰的文章。
当利弗席兹和哈拉尼科夫发表其断言时，我是一名21岁的研究生，为了完成博士论文，我正在寻找一个问题。我不相信他们所谓的证明，于是就着手和罗杰.彭罗斯一起发展新的数学方法去研究这个问题。我们证明了宇宙不能反弹。如果爱因斯坦的广义相对论是正确的，就存在一个奇点，这是具有无限密度和无限时空曲率的点，时间在那里有一个开端。
在我得到第一个奇点结果数月之后，即1965年10月，人们得到了确认宇宙有一个非常密集开端的思想的观察证据，那是发现了贯穿整个空间的微弱的微波背景。这些微波和你使用的微波炉的微波是一样的，但是比它微弱多了。它们只能将匹萨加热到摄氏负270.4度，甚至无法将匹萨化冻，更不用说烤熟它。实际上你自己就可以观察到这些微波。把你的电视调到一个空的频道去，在荧幕上看到的雪花的百分之几就归因于这个微波背景。早期非常热和密集状态遗留下的辐射是对这个背景的仅有的合理解释。随着宇宙膨胀，辐射一直冷却下来，直至我们今天观察到它的微弱的残余。
虽然彭罗斯和我自己的奇性定理预言，宇宙有一个开端，这些定理并没有告诉宇宙如何起始。广义相对论方程在奇点处崩溃了。这样，爱因斯坦理论不能预言宇宙如何起始，它只能预言一旦起始后如何演化。人们对彭罗斯和我的结果可有两种态度。一种是上帝由于我们不能理解的原因，选择宇宙的启始方式。这是约翰.保罗教的观点。在梵蒂冈的一次宇宙论会议上，这位教皇告诉代表们，在宇宙起始之后，研究它是可以的。但是他们不应该探究起始的本身，因为这是创生的时刻，这是上帝的事体。我暗自庆幸，他没有意识到，我在会议上发表了一篇论文，刚好提出宇宙如何起始。我可不想象伽利略那样被递交给宗教裁判厅。
对我们结果的另外解释，这也是得到大多数科学家赞同的解释。这个结果显示，在早期宇宙中的非常强大的引力场中，广义相对论崩溃了，必须用一个更完备的理论来取代它。因为广义相对论没有注意到物质小尺度结构，而后者是由量子理论制约的，所以人们预料总要进行这种取代。在通常情况下，因为宇宙的尺度和量子理论的微观尺度相比较极为巨大，所以是否取代无所谓。但是当宇宙处于普朗克尺度，也就是1千亿亿亿亿分之一米时，这两个尺度变成相同，必须考虑量子理论。
为了理解宇宙的起源，我们必须把广义相对论和量子理论相结合。里查德.费恩曼对历史求和的思想似乎是实现这个目标的最佳方法。里查德.费恩曼是一位多姿多彩的人物。他在帕沙迪那的脱衣舞酒吧里敲小鼓，又是加州理工学院卓越的物理学家。他提议一个系统从状态A到状态B经过所有可能的路径或历史。
每个路径或者历史都有一定的振幅和强度。而系统从A到B的概率是将每个路径的振幅加起来。存在一个由兰干酪制成月亮的历史。但是其振幅很低。这对于老鼠来说不是一个好消息。
宇宙现在状态的概率可将结局为这个状态的所有历史迭加得到。但是这些历史如何起始的呢？这是一个改头换面的起源问题。是否需要一个造物主下达命令，宇宙如此这般起始呢？还是由科学定律来确定宇宙的初始条件呢？
事实上，即便宇宙的历史回到无限的过去，这个问题仍然存在。但是如果宇宙只在150亿年前起始，这个问题就更加急切。询问在时间的开端会发生甚么，有点像当人们认为世界是平坦的，询问在世界的边缘会发生甚么一样。世界是一块平板吗？海洋从它边缘上倾泻下去吗？我已经用实验对此验证过。我环球旅行过，我并没有掉下去。
正如大家知道的，当人们意识到世界不是一块平板，而是一个弯曲的面时，在宇宙的边缘发生甚么的问题就被解决了。然而，时间似乎不同。它显得和空间相分离。像是一个铁轨模型。如果它有一个开端，就必须有人去启动火车运行。
爱因斯坦的广义相对论将时间和空间统一成时空。但是时间仍然和空间不同，它正像一个通道，要么有开端和终结，要么无限地伸展出去。然而，詹姆.哈特尔和我意识到，当广义相对论和量子论相结合时，在极端情形下，时间可以像空间中另一方向那样行为。这意味着，和我们摆脱世界边缘的方法类似，可以摆脱时间具有开端的问题。
假定宇宙的开端正如地球的南极，其纬度取时间的角色。宇宙就在南极作为一个起始点。随着往北运动，代表宇宙尺度的常纬度的圆就膨胀。诘问在宇宙开端之前发生了甚么是没有意义的问题。因为在南极的南边没有任何东西。
时间，用纬度来测量，在南极处有一个开端。但是南极和其它的点非常相像。至少我听别人这么讲的。我去过南极洲，没有去过南极。
同样的自然定律正如在其它地方一样，在南极成立。长期以来，人们说宇宙的开端是正常定律失效之处，所以宇宙不应该有开端。而现在，宇宙的开端由科学定律来制约，所以反对宇宙有开端的论证不再成立。
詹姆.哈特尔和我发展宇宙自发创生的图景有一点像泡泡在沸腾的水中形成。
其思想是，宇宙最可能的历史像是泡泡的表面。许多小泡泡出现，然后再消失。这些对应于微小的宇宙，它们膨胀，但在仍然处于微观尺度时再次坍缩。它们是另外可能的宇宙，由于不能维持足够长的时间，来不及发展星系和恒星，更不用说智慧生命了，所以我们对它们没有多大兴趣。然而，这些小泡泡中的一些会膨胀到一定的尺度，到那时可以安全地逃避坍缩。它们会继续以不断增大的速率膨胀，形成我们看到的泡泡。它们对应于开始以不断增加的速率膨胀的宇宙。这就是所谓的暴胀，正如每年的价格上涨一样。
通货膨胀的世界纪录应归一战以后的德国。在18月期间价格增大了一千万倍。但是，它和早期宇宙中的暴胀相比实在微不足道。宇宙在比一秒还微小得多的时间里膨胀了十的30次方倍。和通货膨胀不同，早期宇宙的暴胀是非常好的事情。它产生了一个非常巨大的均匀的宇宙，正如我们观察到的。然而，它不是完全均匀的。在对历史求和中，稍微具有无规性的历史和完全均匀和规则历史的概率几乎相同。因此，理论预言早期宇宙很可能是稍微不均匀的。这些无规性在从不同方向来的微波背景强度上引起小的变化。利用MAP(微波各向异性)卫星已经观察到微波背景，发现了和预言完全一致的变化。这样，我们知道自己正在正确的道路上前进。
早期宇宙中的无规性，意味着在有些区域的密度，比其它地方的稍高。这些额外密度的引力吸引使这个区域的膨胀减缓，而且最终能够使这些区域坍缩形成星系和恒星。请仔细看这张微波天图。它是宇宙中一切结构的蓝图。我们是极早期宇宙的量子起伏的产物。上帝的确在掷骰子。
在过去的百年间，我们在宇宙学中取得了惊人的进步。广义相对论和宇宙膨胀的发现，粉碎了永远存在并将永远继续存在的宇宙的古老图像。取而代之，广义相对论预言，宇宙和时间本身都在大爆炸处起始。它还预言时间在黑洞里终结。宇宙微波背景的发现，以及黑洞的观测，支持这些结论。这是我们的宇宙图像和实在本身的一个深刻的改变。
虽然广义相对论预言了，宇宙来自于过去一个高曲率的时期，但它不能预言宇宙如何从大爆炸形成。这样，广义相对论自身不能回答宇宙学的核心问题，为何宇宙如此这般。然而，如果广义相对论和量子论相合并，就可能预言宇宙是如何起始的。它开始以不断增大的速率膨胀。这两个理论的结合预言，在这个称作暴胀的时期，微小的起伏会发展，导致星系、恒星以及宇宙中所有其它结构的形成。对宇宙微波背景中的小的非均匀性的观测，完全证实了预言的性质。这样，我们似乎正朝着理解宇宙起源的正确方向前进，尽管还有许多工作要做。当我们通过精密测量空间航空器之间距离，进而能够检测到引力波，就会打开极早期宇宙的新窗口。引力波从最早的时刻自由地向我们传播，所有介入的物质都无法阻碍它。与此相比较，自由电子多次地散射光。这种散射一直进行到30万年后电子被凝结之前。
尽管我们已经取得了一些伟大成功，并非一切都已解决。我们观察到，宇宙的膨胀在长期的变缓之后，再次加速。对此理论还不能理解清楚。缺乏这种理解，对宇宙的未来还无法确定。它会继续地无限地膨胀下去吗？暴胀是一个自然定律吗？或者宇宙最终会再次坍缩吗？新的观测结果，理论的进步正迅速涌来。宇宙学是一个非常激动人心和活跃的学科。我们正接近回答这古老的问题：我们为何在此？我们从何而来？
谢谢各位。
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5，在浙江大学的演讲：膜的新奇世界
霍金浙大演讲：膜的新奇世界（全文）
我想在这次演讲中描述一个激动人心的新机制，它可能改变我们关于宇宙和实在本身的观点。这个观念是说，我们可能生活在一个更大空间的膜或者面上。
膜这个字拼写为BRANE，是由我的同事保罗·汤森为了表达薄膜在高维的推广而提出的。它和头脑是同一双关语，我怀疑他是故意这么做的。我们自以为生活在三维的空间中，也就是说我们可以用三个数来标明物体在屋子里的位置，它们可以是离开北墙五英尺离开东墙三英尺还比地板高两英尺，或者在大尺度下，它们可以是纬度、经度和海拔。在更大的尺度下，我们可以用三个数来指明星系中恒星的位置，那就是星系纬度、星系经度以及和星系中心的距离。和原来标明位置的三个数一样，我们可以用第四个数来标明时间。这样，我们就可以这样把自己描述成生活在四维时空中，在四维时空中可以用四个数来标明一个事件，其中三个是标明事件的位置，第四个是标明时间。
爱因斯坦意识到时空不是平坦的，时空中的物质和能量把它弯曲甚至翘曲，这真是他的天才之举。根据广义相对论，物体例如行星企图沿着直线穿越时空运动，但是因为时空是弯曲的，所以它们的路径似乎被一个引力场弯折了。这就像你把重物代表一个恒星放在一个橡皮膜上，重物会把橡皮膜压凹下去，而且会在恒星处弯曲。现在如果你在橡皮膜上滚动小滚珠，小滚珠代表行星，它们就围绕着恒星公转。我们已经从GPS系统证实了时空是弯曲的，这种导航系统装备在船只、飞机和一些轿车上。它依靠比较从几个卫星来的信号而运行的。如果人们假定时空是平坦的，它将会把位置计算错。
三维空间和一维时间是我们看到的一切。那么我们为什么要相信我们不能想起不能观察到的它的额外维呢？它们仅仅是科学幻想呢，还是能够被看的到的科学后果呢？我们认真地接受额外维的原因是，虽然爱因斯坦广义相对论和我们所作的一切观测相一致，该理论预言了自身的失效。罗杰·彭罗斯和我在讨论广义相对论时预言时空在大爆炸处具有开端，在黑洞处有终结。在这些地方广义相对论失效了。这样人们就不能够预言宇宙如何开端，或者对落进黑洞的某人将会发生什么。
广义相对论在大爆炸或黑洞处失效的原因是没有考虑到物质的小尺度行为。在正常情况下，时空的弯曲是非常微小的，并也是在相对场的尺度上，所以它没有受到短距离起伏的影响。但是在时间的开端和终结，时空就被压缩成单独的一点。为了处理这个，我们想要把非常大尺度的理论即广义相对论和小尺度的理论即量子力学相结合。这就创生了一种TOE，也就是万物的理论，它可用来描述从开端直到终结的整个宇宙。
我们迄今已经花费了三十年的心血来寻找这个理论，目前为止我们认为已经有了个候选者，称为M理论。事实上，M理论不是一个单独的理论，而是理论的一个网络，所有的理论事物都在物理上等效，这和科学的实证主义哲学相符合。
在这哲学中，理论只不过是一个数学模型，它描述并且整理观测。(Positivist Philosophy---A theory is just a mathematical model, that describe and codifies the observations)人们不能询问一个理论是否反映现实，因为我们没有独立于理论的方法来确定什么是实在的。甚至在我们四周，被认为显然是实在的物体，从实证主义的观点看，也不过是在我们头脑中建立的一个模型，用来解释我们视觉和感觉神经的信息。当人们把贝克莱主教的“没有任何东西是实在的”见解告诉约翰逊博士时，既然他用脚尖踢到一个石头并大声吼叫，那么我也就驳斥这种见解。
但是我们也许都和一台巨大的电脑模拟连在一起，当我们发出一个马达信号去把虚拟的脚摆动到一块虚拟的石头上去，它发出一个疼痛的信号。也许我们也就是外星人玩弄的电脑游戏中的一个角色。不再开玩笑了，关键在于我们能有几种不同的对于宇宙的描述，所有的这些理论都预言同样的观察。我们不能讲一种描述比另外一种描述更实在，只不过是对一种特定情形更方便而已。所以M理论网络中的所有理论都处于类似地位。没有一种理论可以声称比其余的更实在。
令人印象深刻的是，M理论网络中的许多理论的时空维数具有比我们经验到的四维更高。这些额外维数是实在的吗？我必须承认我曾经对额外维持迟疑的态度。但是，M理论网络配合得天衣无缝，并且具有这么多意想不到的对应关系，使我认为如果不去相信它，就如同上帝把化石放进岩石里，误导达尔文去发现进化论一样。
在这些网络的某些理论中，时空具有十维，而在另一些中，具有十一维。这是如下事实的又一个迹象，即时空以及它的维不是绝对的独立于理论的量，而只不过是一个导出概念，它依赖于特殊的数学模型而定。那么对我们而言，时空是显得四维的，而在M理论是十维或者十一维的，这是怎么回事呢？为什么我们不能观察到另外的六或七维呢？
这个问题的传统的，也是迄今仍被普遍接受的答案是，额外维全部被卷曲到一个小尺度的空间中，余下四维几乎是平坦的。它就像人的一根头发，如果你从远处看它，它就显得像是一维的线。但是如果你在放大镜下看它，你就看到了它的粗细，头发的的确确是三维的。在时空的情形下，足够高倍数的放大镜应能揭示出弯卷的额外维数，如果它存在的话。事实上，我们可以利用大型粒子加速器产生的粒子把空间探测到非常短的距离，比如在日内瓦建造的大型强子碰撞机。至少，迄今我们还没有探测到超出四维的额外维的证据。如果这个图象是正确的，那么额外维就会被卷曲到比1厘米的一百亿亿分之一还小。
我刚才描述的是处理额外维的传统手段。它意味着我们有较大的机会探测到额外维的仅有之处是宇宙的极早期。然而最近有人提出更激进的设想，额外维中的一维或者二维尺度可以大的多，甚至可以是无限的。因为在粒子加速器中没有看到这些大的额外维，所以必须假定所有的物质粒子被局限在时空的一个膜或面上，而不能自由地通过大的额外维传播。光也必须被限制在膜上，否则的话，我们就已经探测到大的额外维，粒子之间的核力的情形也是如此。
另一方面，引力是所有形式的能量或质量之间的普适的力。它不能被限制于膜上，相反地，它要渗透到整个空间。因为引力不仅能够耗散开，而且能够大量发散到额外维中去，那么它随距离的衰减应该比电力更厉害。电力是被限制在膜上的。然而我们从行星轨道的观测得知，太阳的万有引力拉力，随着行星离开太阳越远越下降，和电力随距离减小的方式相同。
这样，如果我们的确生活在一张膜上，就必须有某种原因说明为何引力不从膜往很远处散开，而是被限制在它的附近。一种可能性是额外维在第二张影子膜上终结，第二张膜离我们生活其中的膜不远。我们看不到这张影子膜，因为光只能沿着膜旅行，而不能穿过两膜之间的空间。然而我们可以感觉到影子膜上物体的引力。可能存在影子星系、影子恒星甚至影子人，他们也许正为感受到从我们膜上的物质来的引力而大大惊讶。对我们而言，这类影子物体呈现成暗物质，那是看不见的物质。但是其引力可以被感觉到。
事实上，我们在自身的星系中具有暗物质的证据。我们能看到的物质的总量不足以让引力把正在旋转的星系抓在一起。除非存在某种暗物质，该星系将会飞散开。类似地，我们在星系团中观测到的物质总量也不足以防止它们散开，这样又必须存在暗物质。当然，影子膜并不是暗物质的必要条件。暗物质也许不过是某种很难观测到的物质的形式，例如wimp（弱相互作用重粒子），或者褐矮星以及低质量恒星，后者从未热到足以使氢燃烧。
因为引力发散到我们的膜和影子膜之间的区域，在我们膜上的两个邻近物体间的万有引力随距离的下降会比电力更厉害，因为后者被局限于膜上。我们可能在实验室中，利用剑桥的卡文迪许爵士发明的仪器测量引力的短距离行为。迄今我们没有看到和电力的任何差异，这意味着膜之间距离不能超过一厘米。按照天文学的标准，这是微小的，但是和其他额外维的上限相比是巨大的。正在进行短距离下引力的新测量，用以检测“膜世界”的概念。
另一种可能性是，额外维不在第二张膜上终结，额外维是无限的，但是正如马鞍面一样被高度弯曲。莉萨朗达尔和拉曼桑德鲁姆指出，这种曲率的作用和第二张膜相当类似。一张膜上的一个物体的引力影响，将不会在额外维中发散到无限去。正如在影子膜模型中，引力场长距离的衰减正好用以解释行星轨道和引力的实验室测量，但是在短距离下引力变化的更快速。然而在朗达尔-桑德鲁姆模型和影子膜模型之中存在一个重大的差别。物体受引力影响而运动，会产生引力波。引力波是以光速通过时空传播的曲率的涟漪。正如光的电磁波，引力波也必须携带能量，这是一个在对双脉冲星观测中被证实的预言。
如果我们的确生活在具有额外维的时空中的一张膜上，膜上的物体运动产生的引力波就会向其它维传播。如果还有第二张影子膜，它们就会反射回来，并且被束缚在两张膜之间。另一方面，如果只有单独的一张膜，而额外维无限的延伸，就像朗达尔-桑德鲁姆模型中那样，引力波会全部逃逸，从我们的膜世界把能量带走。这似乎违背了一个基本物理原则，即能量守恒定律。它是讲总能量维持不变。然而，只是因为我们对所发生事件的观点被限制在膜上，所以就显得定律被违反了。一个能看到额外维的天使就知道能量是常数，只不过更多的能量被发散出去。
只有短的引力波才能从膜逃逸，而仅有大量的短引力波的源似乎来自于黑洞。膜上的黑洞会延伸成在额外维中的黑洞。如果黑洞很小，它就几乎是圆的。也就是说它向额外维延伸的长度就和在膜上的尺度一样。另一方面，膜上的巨大黑洞将会延伸成“黑饼”。它被限制在膜的邻近，它在额外维中的厚度比在膜上的宽度小得多。
若干年以前，我发现了黑洞不是完全黑的：它们会发射出所有种类的粒子和辐射，它们就如热体一样。粒子和象光这样的辐射会沿着膜发射，因为物质和电力被限制在膜上。然而，黑洞也辐射引力波，这些引力波不被限制在膜上，也向额外维中传播。如果黑洞很大，并且是饼状的，引力波就会留在膜的附近，这意味着黑洞以四维时空中所预想的速度损失能量和质量。因此黑洞会缓慢地蒸发，尺度缩小，直至它变得足够小，使它辐射的引力波开始自由地逃逸到额外维中去。对于膜上的某人，黑洞就相当于在发散暗辐射，也就是膜上不能直接观察到的辐射，但是其存在可以从黑洞正在损失质量这一事实推出。这意味着从正在蒸发的黑洞来的最后辐射暴显得比它的实际更不激烈些，这也许是为什么我们还未观测到伽马线暴，后者由正在死亡的黑洞产生。
虽然还存在另一种乏味的解释，就是说不存在许多这样的黑洞，其质量小到不迟于宇宙的现阶段蒸发。这真是遗憾，因为如果发现一个低质量的黑洞，我就会获得诺贝尔奖。
对于膜世界的产生有几种理论。一种版本是称为Ekpyrotic宇宙的影子膜模型。Ekpyrotic这个名字有点绕嘴，但是它是从希腊文来的，意思是运动和变化。在Ekpyrotic场景中，人们认为我们的膜以及影子膜存在了无限久。他们是在无限的过去在静态中启始的。膜之间一个非常小的力就使他们相互运动，膜就会碰撞，并且相互穿越，产生大量的热和辐射。这一碰撞被认为是大爆炸，也就是宇宙热膨胀相的启始。
关于膜是否能够碰撞以及如此这般行为，存在许多未解决的技术问题。但是，即是膜具有所需要的性质，以我的意见，Ekpyrotic场景也是不能令人满意的。它要求膜在无限的过去启始时，处于一种以不可思议的精度调准的位形之中。膜的初始条件的任何微小变化，都会使碰撞变得乱糟糟的，产生一个高度无规的膨胀宇宙，一点也不像我们现在观察到的这个几乎光滑的宇宙。如果膜从它们的基态或者最低能态启始，初始条件被精确指定便是很自然的了。但是如果存在最低能态，膜将会停留在那儿，而永不碰撞。但事实上，膜从一个非稳态启始，必须人为地让它处于这种态。这必须是一只相当稳定的手，才能使初始条件那么精确。但是，但是如果一个人能够做到这一点，他能够使膜从任何方式启始。
按照我的意见，膜世界启始的更远为吸引人的解释是，它作为真空中的起伏而自发产生。膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。水液体中包含亿万个H2O分子，它们在最靠近的邻居之间耦合，并且挤在一起。当水被加热上去，分子运动得更加快，并且相互弹开。这些碰撞偶然赋予分子如此高的速度，使得它们中的一群能摆脱它们的键，形成热水围绕着的蒸气小泡泡。泡泡将以随机的方式长大或缩小，这时液体中来的更多的分子参与到蒸气中去，或者相反的过程。大多数小蒸气泡将会重新塌缩成液体，但是有一些会长大到一定的临界尺度，超过该临界尺度泡泡几乎肯定会继续成长。我们在水沸腾时观察到的正是这些巨大的膨胀的泡泡。
膜世界的行为很类似。真空中的起伏会使膜世界作为泡泡从无中出现。膜形成泡泡的表面，而内部是高维空间。非常小的泡泡将重新塌缩成无。但是一个由量子起伏成长的泡泡超出一定的临界尺度，很可能继续膨胀。在膜上，也就是在泡泡的表面上的人们（例如我们）会以为宇宙正在膨胀。这就像在气球的表面上画上星系，然而把它吹涨，星系就相互离开，但是没有任何星系被当作膨胀的中心。让我们希望，没有人持宇宙之针将泡泡放气。随着膜膨胀，内部高维空间的体积会增大。最终存在一个极其巨大的泡泡，它被我们生活其中的膜环绕着。膜也就是泡表面上的物质将确定泡泡内部的引力场。
平等地，在内部的引力场也将确定膜上的物质。它就像一张全息图。一张全息图是一个三维物体被编码在一个二维表面上的象。我对全息图的全部知识是，在一张图上是星际航行的一集中的场景，我本人与牛顿和爱因斯坦在一起。（之后是一段黑白短片，在一个飞船船舱内三位巨匠和一位类似于船长的人在打牌，讨论着些事情，由于是英文对白，本人水平有限，未能得其意思。）类似于，我们认为是四维时空的也许只是五维泡泡内部区域所发生的事件的一张全息图。
这样，什么是实在的呢？是泡泡还是膜？根据实证主义哲学，这是没有意义的问题。因为不存在独立于模型的实在性的检验，或者说什么是宇宙的真正维数是没有意义的，四维和五维的描述是等效的。我们生活在三维空间和一维时间的世界中，我们对这一些自以为一清二楚。但是我们也许只不过是闪烁的篝火在我们存在的洞穴的墙上的投影而已。但愿我们遭遇到的任何魔鬼都是影子。
膜世界模型是研究的热门课题，它们是高度猜测性的。但是它们提供了可供观测验证的新行为，它们可以解释为什么万有引力为什么这么弱。在基本理论的基础中，引力也许相当的强大但是引力在额外维散开意味着，在我们生活其中的膜上的长距离引力变弱了。如果引力在额外维中更强，那么在高能粒子碰撞时形成小黑洞就容易得多。这也许在日内瓦建造中的LHC也就是大型强子碰撞机上可能实现。一个微小的黑洞不会吃掉地球，不像报纸中绘声绘色的恐怖故事那样。相反地，黑洞将会在“霍金辐射”的“扑”的一声中消失，而我将得到诺贝尔奖。LHC加油！我们可以发现一个膜的新奇世界。
霍金简介：
1942年1月8日：出生于英国牛津；
1963年：被诊断出患肌萎缩性侧索硬化症；
1973年：首部著作《空时的大型结构》出版；
1974年：发现黑洞辐射，成英国皇家学会会员；这一发现被认为是多年来理论物理学最重要的进展，他的论文也被称为“物理学史上最深刻的论文之一”。
1979年：《广义相对论评述：纪念爱因斯坦百年诞辰》出版；
1981年：无边界构想《超时空和超引力》出版；
1985年：实行气管造口手术失去语言能力，使用带语音合成器的计算机；
1988年：《时间简史：从大爆炸到黑洞》出版，获沃尔夫基金奖。至今销售2500万册；
1993年：《黑洞与婴儿宇宙及其它论文》出版。
2004年7月21日：推翻自己的黑洞理论 在“第十七届国际广义相对论和万有引力”大会上，霍金演讲了他的最新发现，他宣告推翻了自己若干年前建立的著名黑洞理论，并重新讨论了信息守恒的问题。
1985年，第一次来中国：霍金的第一次公开亮相是在水上讲演厅
2002年，第二次来中国：2002年8月18日下午3点，霍金在北京作主题为“膜的新奇世界”科普报告。
2006年6月17日是第三次来中国，史提芬.霍金17日晚抵达北京，开展其第三次内地之行。他将在人民大会堂向北京的公众讲述《宇宙的起源》。
1，超弦理论：
爱因斯坦在生命的最后30年里一直在寻找统一场论——一个能在单独的包罗万象的协和的数学框架下描写自然界所有力的理论。爱因斯坦这样做的动机不是我们常想的那些与科学研究紧密相关的东西，例如，为了解释这样或那样的已知现象或实验数据。实际上，驱使他的是一种关于自然界基本规律内在美的信念：对宇宙的最深刻认识将揭示它的最真实秘密，那就是，它所依赖的原理是简单而有力的。爱因斯坦渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭示宇宙活动的奥秘，由此而展示的自然界的动人美丽和优雅，将让每一个第一次知道的人产生有生以来最强烈的敬畏、惊讶和震撼。
弦理论或者超弦理论是那些象量子和夸克等等已经溶入大众词典的诸多新科学专用词汇之一，但它们却很少能被人解释清楚。即使会议的参加者也会告诉你，超弦理论，象许多新兴科学和研究领域一样，涉及了许多高前沿的数学领域，并不是很容易能把握的。超弦理论到底是什么呢？简单说来，我们可以这样来定义超弦理论：(1)超弦理论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论；(2)超弦理论认为弦是物质组成的最基本单元，所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动激发态；(3)超弦理论第一次将二十世纪的两大基础理论-广义相对论和量子力学-结合到一个数学上自冾的框架里；(4)超弦理论有可能解决一些长期困绕物理学家的世纪难题如黑洞的本质和宇宙的起源。(5)超弦理论的实验证实将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识。
首先，我们发现，弦理论描述自然界的活动还真有几分科学幻想的成份。举例来说、弦理论描述的世界并不是我们肉眼所看到的三维空间和一维时间。合理的解释是那些额外的空间维数没有被观测到是因为它们很小很小。要理解弦理论的高维属性并不困难。(参见《宇宙的琴弦》P. 180-181)
在弦理论中就有许多这样极小的额外空间维数，因此，微观世界并不象我们普遍感觉到的世界那么简单。在宏观尺度上，弦理论也可能用来解释宇宙大爆炸的开始和黑洞内部的行为，而这些问题是以前的物理理论包括爱因斯坦的广义相对论都失效的地方。现在发展的弦理论是有关时间和空间的量子理论，因此理论看起来也就显得非常非常的奇怪。
弦理论的一个基本观点就是自然界的基本单元不是象电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子，这些看起来象粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦)，闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子。因此弦理论从一些非常基本和简单的单元就能得到宇宙的无穷变化和复杂性。在弦理论中，人们自然地可以得到规范对称性、超对称性和引力，而这些原理在原有的标准模型中或者是强加进去的或者是与量子理论相冲突的，在弦理论中它们都协和地统一起来了，并且是彼此需要、独一无二的。
2，黑洞
“黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”，其实不然。所谓“黑洞”，就是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。
根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的，等一会儿我们会讲到。
那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，黑洞很可能也是由恒星演化而来的。
我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢)，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算，中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。
这次，根据科学家的猜想，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径)，正象我们上面介绍的那样，巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。
在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的侧面、甚至后背！
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着，新的理论也不断地提出。不过，这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的。有兴趣的朋友可以去参考专门的论著。
3，宇宙大爆炸
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。从此之后，大爆炸理论成为众多科学家争论的焦点。在近日葡萄牙举行的宇宙论大会上，两派持不同意见的科学家再次对这个宇宙的起源学说展开了争论。
4,06年北京演讲全文
根据中非Boshongo人的传说，世界太初只有黑暗、水和伟大的Bumba上帝。一天，Bumba胃痛发作，呕吐出太阳。太阳灼干了一些水，留下土地。他仍然胃痛不止，又吐出了月亮和星辰，然后吐出一些动物，豹、鳄鱼、乌龟、最后是人。
这个创世纪的
神话，和其它许多神话一样，试图回答我们大家都想诘问的问题：为何我们在此？我们从何而来？一般的答案是，人类的起源是发生在比较近期的事。人类正在知识上和技术上不断地取得进步。这样，它不可能存在那么久，否则的话，它应该取得更大的进步。这一点甚至在更早的时候就应该很清楚了。
例如，按照Usher主教《创世纪》把世界的创生定于公元前4004年10月23日上午9时。另一方面，诸如山岳和河流的自然环境，在人的生命周期里改变甚微。所以人们通常把它们当作不变的背景。要么作为空洞的风景已经存在了无限久，要么是和人类在相同的时刻被创生出来。
但是并非所有人都喜欢宇宙有个开端的思想。例如，希腊最著名的哲学家亚里士多德，相信宇宙已经存在了无限久的时间。某种永恒的东西比某种创生的东西更完美。他提出我们之所以看到发展处于这个情形，那是因为洪水或者其它自然灾害，不断重复地让文明回复到萌芽阶段。信仰永恒宇宙的动机是想避免求助于神意的干涉，以创生宇宙并启始运行。相反地，那些相信宇宙具有开端的人，将开端当作上帝存在的论据，把上帝当作宇宙的第一原因或者原动力。
如果人们相信宇宙有一个开端，那么很明显的问题是，在开端之前发生了甚么？上帝在创造宇宙之前，他在做甚么？他是在为那些诘问这类问题的人准备地狱吗？德国哲学家伊曼努尔.康德十分关心宇宙有无开端的问题。他觉得，不管宇宙有无开端，都会引起逻辑矛盾或者二律背反。如果宇宙有一个开端，为何在它起始之前要等待无限久。他将此称为正题。另一方面，如果宇宙已经存在无限久，为甚么它要花费无限长的时间才达到现在这个阶段。他把此称为反题。无论正题还是反题，都是基于康德的假设，几乎所有人也是这么办的，那就是，时间是绝对的，也就是说，时间从无限的过去向无限的将来流逝。时间独立于宇宙，在这个背景中，宇宙可以存在，也可以不存在。
直至今天，在许多科学家的心中，仍然保持这样的图景。然而，1915年爱因斯坦提出他的革命性的广义相对论。在该理论中，空间和时间不再是绝对的，不再是事件的固定背景。相反地，它们是动力量，宇宙中的物质和能量确定其形状。它们只有在宇宙之中才能够定义。这样谈论宇宙开端之前的时间是毫无意义的。这有点儿像去寻找比南极还南的一点没有意义一样。它是没有定义的。
如果宇宙随时间本质上不变，正如20世纪20年代之前一般认为的那样，就没有理由阻止在过去任意早的时刻定义时间。人们总可以将历史往更早的时刻延展，在这个意义上，任何所谓的宇宙开端都是人为的。于是，情形可以是这样，这个宇宙是去年创生的，但是所有记忆和物理证据都显得它要古老得多。这就产生了有关存在意义的高深哲学问题。我将采用所谓的实证主义方法来对付这些问题。在这个方法中，其思想是，我们按照我们构造世界的模型来解释自己感官的输入。人们不能询问这个模型是否代表实在，只能问它能否行得通。首先，如果按照一个简单而优雅的模型可以解释大量的观测；其次，如果这个模型作出可能被观察检验，也可能被证伪的明确预言，这个模型即是一个好模型。
根据实证主义方法，人们可以比较宇宙的两个模型。第一个模型，宇宙是去年创生的，而另一个是宇宙已经存在了远为长久的时间。一对孪生子在比一年前更早的时刻诞生，已经存在了久于一年的宇宙的模型能够解释像孪生子这样的事物。
另一方面，宇宙去年创生的模型不能解释这类事件，因此第二个模型更好。人们不能诘问宇宙是否在一年前确实存在过，或者仅仅显得是那样。在实证主义的方法中，它们没有区别。
在一个不变的宇宙中，不存在一个自然的起始之点。然而，20世纪20年代当埃德温.哈勃在威尔逊山上开始利用100英寸的望远镜进行观测时，情形发生了根本的改变。哈勃发现，恒星并非均匀地分布于整个空间，而是大量地聚集在称为星系的集团之中。
哈勃测量来自星系的光，进而能够确定它们的速度。他预料向我们飞来的星系和离我们飞去的星系一样多。这是在一个随时间不变的宇宙中应有的。但是令哈勃惊讶的是，他发现几乎所有的星系都飞离我们而去。此外，星系离开我们越远，则飞离得越快。宇宙不随时间不变，不像原先所有人以为的那样。它正在膨胀。星系之间的距离随时间而增大。
宇宙膨胀是20世纪或者任何世纪最重要的智力发现之一。它转变了宇宙是否有一个开端的争论。如果星系现在正分开运动，那么，它们在过去一定更加靠近。如果它们过去的速度一直不变，则大约150亿年之前，所有星系应该一个落在另一个上。这个时刻是宇宙的开端吗？
许多科学家仍然不喜欢宇宙具有开端。因为这似乎意味着物理学崩溃了。人们就不得不去求助于外界的作用，为方便起见，可以把它称作上帝，去确定宇宙如何起始。因此他们提出一些理论。在这些理论中，宇宙此刻正在膨胀，但是没有开端。其中之一便是邦迪、高尔德和霍伊尔于1948年提出的稳恒态理论。
在稳恒态理论中，其思想是，随着星系离开，由假设中的在整个空间连续创生的物质形成新的星系。宇宙会永远存在，而且在所有时间中都显得一样。这最后的性质从实证主义的观点来看，作为一个可以用观测来检验的明确预言，具有巨大的优点。在马丁.莱尔领导下的剑桥射电观测天文小组，在20世纪60年代早期对弱射电源进行了调查。这些源在天空分布得相当均匀，表明大部分源位于银河系之外。平均而言，较弱的源离得较远。
稳恒态理论预言了源的数目对应于源强度的图的形状。但是观测表明，微弱的源比预言的更多，这表明在过去源的密度较高。这就和稳恒态理论的任何东西在时间中都是不变的基本假设相冲突。由于这个，也由于其它原因，稳恒态理论被抛弃了。
还有另一种避免宇宙有一开端的企图是，建议存在一个早先的收缩相，但是由于旋转和局部的无规性，物质不会落到同一点。相反，物质的不同部分会相互错开，宇宙会重新膨胀，这时密度保持有限。两位俄国人利弗席兹和哈拉尼科夫实际上声称，他们证明了，没有严格对称的一般收缩总会引起反弹，而密度保持有限。这个结果对于马克思主义列宁主义的唯物辩证法十分便利，因为它避免了有关宇宙创生的难以应付的问题。因此，这对于苏联科学家而言成为一篇信仰的文章。
当利弗席兹和哈拉尼科夫发表其断言时，我是一名21岁的研究生，为了完成博士论文，我正在寻找一个问题。我不相信他们所谓的证明，于是就着手和罗杰.彭罗斯一起发展新的数学方法去研究这个问题。我们证明了宇宙不能反弹。如果爱因斯坦的广义相对论是正确的，就存在一个奇点，这是具有无限密度和无限时空曲率的点，时间在那里有一个开端。
在我得到第一个奇点结果数月之后，即1965年10月，人们得到了确认宇宙有一个非常密集开端的思想的观察证据，那是发现了贯穿整个空间的微弱的微波背景。这些微波和你使用的微波炉的微波是一样的，但是比它微弱多了。它们只能将匹萨加热到摄氏负270.4度，甚至无法将匹萨化冻，更不用说烤熟它。实际上你自己就可以观察到这些微波。把你的电视调到一个空的频道去，在荧幕上看到的雪花的百分之几就归因于这个微波背景。早期非常热和密集状态遗留下的辐射是对这个背景的仅有的合理解释。随着宇宙膨胀，辐射一直冷却下来，直至我们今天观察到它的微弱的残余。
虽然彭罗斯和我自己的奇性定理预言，宇宙有一个开端，这些定理并没有告诉宇宙如何起始。广义相对论方程在奇点处崩溃了。这样，爱因斯坦理论不能预言宇宙如何起始，它只能预言一旦起始后如何演化。人们对彭罗斯和我的结果可有两种态度。一种是上帝由于我们不能理解的原因，选择宇宙的启始方式。这是约翰.保罗教的观点。在梵蒂冈的一次宇宙论会议上，这位教皇告诉代表们，在宇宙起始之后，研究它是可以的。但是他们不应该探究起始的本身，因为这是创生的时刻，这是上帝的事体。我暗自庆幸，他没有意识到，我在会议上发表了一篇论文，刚好提出宇宙如何起始。我可不想象伽利略那样被递交给宗教裁判厅。
对我们结果的另外解释，这也是得到大多数科学家赞同的解释。这个结果显示，在早期宇宙中的非常强大的引力场中，广义相对论崩溃了，必须用一个更完备的理论来取代它。因为广义相对论没有注意到物质小尺度结构，而后者是由量子理论制约的，所以人们预料总要进行这种取代。在通常情况下，因为宇宙的尺度和量子理论的微观尺度相比较极为巨大，所以是否取代无所谓。但是当宇宙处于普朗克尺度，也就是1千亿亿亿亿分之一米时，这两个尺度变成相同，必须考虑量子理论。
为了理解宇宙的起源，我们必须把广义相对论和量子理论相结合。里查德.费恩曼对历史求和的思想似乎是实现这个目标的最佳方法。里查德.费恩曼是一位多姿多彩的人物。他在帕沙迪那的脱衣舞酒吧里敲小鼓，又是加州理工学院卓越的物理学家。他提议一个系统从状态A到状态B经过所有可能的路径或历史。
每个路径或者历史都有一定的振幅和强度。而系统从A到B的概率是将每个路径的振幅加起来。存在一个由兰干酪制成月亮的历史。但是其振幅很低。这对于老鼠来说不是一个好消息。
宇宙现在状态的概率可将结局为这个状态的所有历史迭加得到。但是这些历史如何起始的呢？这是一个改头换面的起源问题。是否需要一个造物主下达命令，宇宙如此这般起始呢？还是由科学定律来确定宇宙的初始条件呢？
事实上，即便宇宙的历史回到无限的过去，这个问题仍然存在。但是如果宇宙只在150亿年前起始，这个问题就更加急切。询问在时间的开端会发生甚么，有点像当人们认为世界是平坦的，询问在世界的边缘会发生甚么一样。世界是一块平板吗？海洋从它边缘上倾泻下去吗？我已经用实验对此验证过。我环球旅行过，我并没有掉下去。
正如大家知道的，当人们意识到世界不是一块平板，而是一个弯曲的面时，在宇宙的边缘发生甚么的问题就被解决了。然而，时间似乎不同。它显得和空间相分离。像是一个铁轨模型。如果它有一个开端，就必须有人去启动火车运行。
爱因斯坦的广义相对论将时间和空间统一成时空。但是时间仍然和空间不同，它正像一个通道，要么有开端和终结，要么无限地伸展出去。然而，詹姆.哈特尔和我意识到，当广义相对论和量子论相结合时，在极端情形下，时间可以像空间中另一方向那样行为。这意味着，和我们摆脱世界边缘的方法类似，可以摆脱时间具有开端的问题。
假定宇宙的开端正如地球的南极，其纬度取时间的角色。宇宙就在南极作为一个起始点。随着往北运动，代表宇宙尺度的常纬度的圆就膨胀。诘问在宇宙开端之前发生了甚么是没有意义的问题。因为在南极的南边没有任何东西。
时间，用纬度来测量，在南极处有一个开端。但是南极和其它的点非常相像。至少我听别人这么讲的。我去过南极洲，没有去过南极。
同样的自然定律正如在其它地方一样，在南极成立。长期以来，人们说宇宙的开端是正常定律失效之处，所以宇宙不应该有开端。而现在，宇宙的开端由科学定律来制约，所以反对宇宙有开端的论证不再成立。
詹姆.哈特尔和我发展宇宙自发创生的图景有一点像泡泡在沸腾的水中形成。
其思想是，宇宙最可能的历史像是泡泡的表面。许多小泡泡出现，然后再消失。这些对应于微小的宇宙，它们膨胀，但在仍然处于微观尺度时再次坍缩。它们是另外可能的宇宙，由于不能维持足够长的时间，来不及发展星系和恒星，更不用说智慧生命了，所以我们对它们没有多大兴趣。然而，这些小泡泡中的一些会膨胀到一定的尺度，到那时可以安全地逃避坍缩。它们会继续以不断增大的速率膨胀，形成我们看到的泡泡。它们对应于开始以不断增加的速率膨胀的宇宙。这就是所谓的暴胀，正如每年的价格上涨一样。
通货膨胀的世界纪录应归一战以后的德国。在18月期间价格增大了一千万倍。但是，它和早期宇宙中的暴胀相比实在微不足道。宇宙在比一秒还微小得多的时间里膨胀了十的30次方倍。和通货膨胀不同，早期宇宙的暴胀是非常好的事情。它产生了一个非常巨大的均匀的宇宙，正如我们观察到的。然而，它不是完全均匀的。在对历史求和中，稍微具有无规性的历史和完全均匀和规则历史的概率几乎相同。因此，理论预言早期宇宙很可能是稍微不均匀的。这些无规性在从不同方向来的微波背景强度上引起小的变化。利用MAP(微波各向异性)卫星已经观察到微波背景，发现了和预言完全一致的变化。这样，我们知道自己正在正确的道路上前进。
早期宇宙中的无规性，意味着在有些区域的密度，比其它地方的稍高。这些额外密度的引力吸引使这个区域的膨胀减缓，而且最终能够使这些区域坍缩形成星系和恒星。请仔细看这张微波天图。它是宇宙中一切结构的蓝图。我们是极早期宇宙的量子起伏的产物。上帝的确在掷骰子。
在过去的百年间，我们在宇宙学中取得了惊人的进步。广义相对论和宇宙膨胀的发现，粉碎了永远存在并将永远继续存在的宇宙的古老图像。取而代之，广义相对论预言，宇宙和时间本身都在大爆炸处起始。它还预言时间在黑洞里终结。宇宙微波背景的发现，以及黑洞的观测，支持这些结论。这是我们的宇宙图像和实在本身的一个深刻的改变。
虽然广义相对论预言了，宇宙来自于过去一个高曲率的时期，但它不能预言宇宙如何从大爆炸形成。这样，广义相对论自身不能回答宇宙学的核心问题，为何宇宙如此这般。然而，如果广义相对论和量子论相合并，就可能预言宇宙是如何起始的。它开始以不断增大的速率膨胀。这两个理论的结合预言，在这个称作暴胀的时期，微小的起伏会发展，导致星系、恒星以及宇宙中所有其它结构的形成。对宇宙微波背景中的小的非均匀性的观测，完全证实了预言的性质。这样，我们似乎正朝着理解宇宙起源的正确方向前进，尽管还有许多工作要做。当我们通过精密测量空间航空器之间距离，进而能够检测到引力波，就会打开极早期宇宙的新窗口。引力波从最早的时刻自由地向我们传播，所有介入的物质都无法阻碍它。与此相比较，自由电子多次地散射光。这种散射一直进行到30万年后电子被凝结之前。
尽管我们已经取得了一些伟大成功，并非一切都已解决。我们观察到，宇宙的膨胀在长期的变缓之后，再次加速。对此理论还不能理解清楚。缺乏这种理解，对宇宙的未来还无法确定。它会继续地无限地膨胀下去吗？暴胀是一个自然定律吗？或者宇宙最终会再次坍缩吗？新的观测结果，理论的进步正迅速涌来。宇宙学是一个非常激动人心和活跃的学科。我们正接近回答这古老的问题：我们为何在此？我们从何而来？
谢谢各位。
此文版权属霍金教授所有 转引自新浪网
5，在浙江大学的演讲：膜的新奇世界
霍金浙大演讲：膜的新奇世界（全文）
我想在这次演讲中描述一个激动人心的新机制，它可能改变我们关于宇宙和实在本身的观点。这个观念是说，我们可能生活在一个更大空间的膜或者面上。
膜这个字拼写为BRANE，是由我的同事保罗·汤森为了表达薄膜在高维的推广而提出的。它和头脑是同一双关语，我怀疑他是故意这么做的。我们自以为生活在三维的空间中，也就是说我们可以用三个数来标明物体在屋子里的位置，它们可以是离开北墙五英尺离开东墙三英尺还比地板高两英尺，或者在大尺度下，它们可以是纬度、经度和海拔。在更大的尺度下，我们可以用三个数来指明星系中恒星的位置，那就是星系纬度、星系经度以及和星系中心的距离。和原来标明位置的三个数一样，我们可以用第四个数来标明时间。这样，我们就可以这样把自己描述成生活在四维时空中，在四维时空中可以用四个数来标明一个事件，其中三个是标明事件的位置，第四个是标明时间。
爱因斯坦意识到时空不是平坦的，时空中的物质和能量把它弯曲甚至翘曲，这真是他的天才之举。根据广义相对论，物体例如行星企图沿着直线穿越时空运动，但是因为时空是弯曲的，所以它们的路径似乎被一个引力场弯折了。这就像你把重物代表一个恒星放在一个橡皮膜上，重物会把橡皮膜压凹下去，而且会在恒星处弯曲。现在如果你在橡皮膜上滚动小滚珠，小滚珠代表行星，它们就围绕着恒星公转。我们已经从GPS系统证实了时空是弯曲的，这种导航系统装备在船只、飞机和一些轿车上。它依靠比较从几个卫星来的信号而运行的。如果人们假定时空是平坦的，它将会把位置计算错。
三维空间和一维时间是我们看到的一切。那么我们为什么要相信我们不能想起不能观察到的它的额外维呢？它们仅仅是科学幻想呢，还是能够被看的到的科学后果呢？我们认真地接受额外维的原因是，虽然爱因斯坦广义相对论和我们所作的一切观测相一致，该理论预言了自身的失效。罗杰·彭罗斯和我在讨论广义相对论时预言时空在大爆炸处具有开端，在黑洞处有终结。在这些地方广义相对论失效了。这样人们就不能够预言宇宙如何开端，或者对落进黑洞的某人将会发生什么。
广义相对论在大爆炸或黑洞处失效的原因是没有考虑到物质的小尺度行为。在正常情况下，时空的弯曲是非常微小的，并也是在相对场的尺度上，所以它没有受到短距离起伏的影响。但是在时间的开端和终结，时空就被压缩成单独的一点。为了处理这个，我们想要把非常大尺度的理论即广义相对论和小尺度的理论即量子力学相结合。这就创生了一种TOE，也就是万物的理论，它可用来描述从开端直到终结的整个宇宙。
我们迄今已经花费了三十年的心血来寻找这个理论，目前为止我们认为已经有了个候选者，称为M理论。事实上，M理论不是一个单独的理论，而是理论的一个网络，所有的理论事物都在物理上等效，这和科学的实证主义哲学相符合。
在这哲学中，理论只不过是一个数学模型，它描述并且整理观测。(Positivist Philosophy---A theory is just a mathematical model, that describe and codifies the observations)人们不能询问一个理论是否反映现实，因为我们没有独立于理论的方法来确定什么是实在的。甚至在我们四周，被认为显然是实在的物体，从实证主义的观点看，也不过是在我们头脑中建立的一个模型，用来解释我们视觉和感觉神经的信息。当人们把贝克莱主教的“没有任何东西是实在的”见解告诉约翰逊博士时，既然他用脚尖踢到一个石头并大声吼叫，那么我也就驳斥这种见解。
但是我们也许都和一台巨大的电脑模拟连在一起，当我们发出一个马达信号去把虚拟的脚摆动到一块虚拟的石头上去，它发出一个疼痛的信号。也许我们也就是外星人玩弄的电脑游戏中的一个角色。不再开玩笑了，关键在于我们能有几种不同的对于宇宙的描述，所有的这些理论都预言同样的观察。我们不能讲一种描述比另外一种描述更实在，只不过是对一种特定情形更方便而已。所以M理论网络中的所有理论都处于类似地位。没有一种理论可以声称比其余的更实在。
令人印象深刻的是，M理论网络中的许多理论的时空维数具有比我们经验到的四维更高。这些额外维数是实在的吗？我必须承认我曾经对额外维持迟疑的态度。但是，M理论网络配合得天衣无缝，并且具有这么多意想不到的对应关系，使我认为如果不去相信它，就如同上帝把化石放进岩石里，误导达尔文去发现进化论一样。
在这些网络的某些理论中，时空具有十维，而在另一些中，具有十一维。这是如下事实的又一个迹象，即时空以及它的维不是绝对的独立于理论的量，而只不过是一个导出概念，它依赖于特殊的数学模型而定。那么对我们而言，时空是显得四维的，而在M理论是十维或者十一维的，这是怎么回事呢？为什么我们不能观察到另外的六或七维呢？
这个问题的传统的，也是迄今仍被普遍接受的答案是，额外维全部被卷曲到一个小尺度的空间中，余下四维几乎是平坦的。它就像人的一根头发，如果你从远处看它，它就显得像是一维的线。但是如果你在放大镜下看它，你就看到了它的粗细，头发的的确确是三维的。在时空的情形下，足够高倍数的放大镜应能揭示出弯卷的额外维数，如果它存在的话。事实上，我们可以利用大型粒子加速器产生的粒子把空间探测到非常短的距离，比如在日内瓦建造的大型强子碰撞机。至少，迄今我们还没有探测到超出四维的额外维的证据。如果这个图象是正确的，那么额外维就会被卷曲到比1厘米的一百亿亿分之一还小。
我刚才描述的是处理额外维的传统手段。它意味着我们有较大的机会探测到额外维的仅有之处是宇宙的极早期。然而最近有人提出更激进的设想，额外维中的一维或者二维尺度可以大的多，甚至可以是无限的。因为在粒子加速器中没有看到这些大的额外维，所以必须假定所有的物质粒子被局限在时空的一个膜或面上，而不能自由地通过大的额外维传播。光也必须被限制在膜上，否则的话，我们就已经探测到大的额外维，粒子之间的核力的情形也是如此。
另一方面，引力是所有形式的能量或质量之间的普适的力。它不能被限制于膜上，相反地，它要渗透到整个空间。因为引力不仅能够耗散开，而且能够大量发散到额外维中去，那么它随距离的衰减应该比电力更厉害。电力是被限制在膜上的。然而我们从行星轨道的观测得知，太阳的万有引力拉力，随着行星离开太阳越远越下降，和电力随距离减小的方式相同。
这样，如果我们的确生活在一张膜上，就必须有某种原因说明为何引力不从膜往很远处散开，而是被限制在它的附近。一种可能性是额外维在第二张影子膜上终结，第二张膜离我们生活其中的膜不远。我们看不到这张影子膜，因为光只能沿着膜旅行，而不能穿过两膜之间的空间。然而我们可以感觉到影子膜上物体的引力。可能存在影子星系、影子恒星甚至影子人，他们也许正为感受到从我们膜上的物质来的引力而大大惊讶。对我们而言，这类影子物体呈现成暗物质，那是看不见的物质。但是其引力可以被感觉到。
事实上，我们在自身的星系中具有暗物质的证据。我们能看到的物质的总量不足以让引力把正在旋转的星系抓在一起。除非存在某种暗物质，该星系将会飞散开。类似地，我们在星系团中观测到的物质总量也不足以防止它们散开，这样又必须存在暗物质。当然，影子膜并不是暗物质的必要条件。暗物质也许不过是某种很难观测到的物质的形式，例如wimp（弱相互作用重粒子），或者褐矮星以及低质量恒星，后者从未热到足以使氢燃烧。
因为引力发散到我们的膜和影子膜之间的区域，在我们膜上的两个邻近物体间的万有引力随距离的下降会比电力更厉害，因为后者被局限于膜上。我们可能在实验室中，利用剑桥的卡文迪许爵士发明的仪器测量引力的短距离行为。迄今我们没有看到和电力的任何差异，这意味着膜之间距离不能超过一厘米。按照天文学的标准，这是微小的，但是和其他额外维的上限相比是巨大的。正在进行短距离下引力的新测量，用以检测“膜世界”的概念。
另一种可能性是，额外维不在第二张膜上终结，额外维是无限的，但是正如马鞍面一样被高度弯曲。莉萨朗达尔和拉曼桑德鲁姆指出，这种曲率的作用和第二张膜相当类似。一张膜上的一个物体的引力影响，将不会在额外维中发散到无限去。正如在影子膜模型中，引力场长距离的衰减正好用以解释行星轨道和引力的实验室测量，但是在短距离下引力变化的更快速。然而在朗达尔-桑德鲁姆模型和影子膜模型之中存在一个重大的差别。物体受引力影响而运动，会产生引力波。引力波是以光速通过时空传播的曲率的涟漪。正如光的电磁波，引力波也必须携带能量，这是一个在对双脉冲星观测中被证实的预言。
如果我们的确生活在具有额外维的时空中的一张膜上，膜上的物体运动产生的引力波就会向其它维传播。如果还有第二张影子膜，它们就会反射回来，并且被束缚在两张膜之间。另一方面，如果只有单独的一张膜，而额外维无限的延伸，就像朗达尔-桑德鲁姆模型中那样，引力波会全部逃逸，从我们的膜世界把能量带走。这似乎违背了一个基本物理原则，即能量守恒定律。它是讲总能量维持不变。然而，只是因为我们对所发生事件的观点被限制在膜上，所以就显得定律被违反了。一个能看到额外维的天使就知道能量是常数，只不过更多的能量被发散出去。
只有短的引力波才能从膜逃逸，而仅有大量的短引力波的源似乎来自于黑洞。膜上的黑洞会延伸成在额外维中的黑洞。如果黑洞很小，它就几乎是圆的。也就是说它向额外维延伸的长度就和在膜上的尺度一样。另一方面，膜上的巨大黑洞将会延伸成“黑饼”。它被限制在膜的邻近，它在额外维中的厚度比在膜上的宽度小得多。
若干年以前，我发现了黑洞不是完全黑的：它们会发射出所有种类的粒子和辐射，它们就如热体一样。粒子和象光这样的辐射会沿着膜发射，因为物质和电力被限制在膜上。然而，黑洞也辐射引力波，这些引力波不被限制在膜上，也向额外维中传播。如果黑洞很大，并且是饼状的，引力波就会留在膜的附近，这意味着黑洞以四维时空中所预想的速度损失能量和质量。因此黑洞会缓慢地蒸发，尺度缩小，直至它变得足够小，使它辐射的引力波开始自由地逃逸到额外维中去。对于膜上的某人，黑洞就相当于在发散暗辐射，也就是膜上不能直接观察到的辐射，但是其存在可以从黑洞正在损失质量这一事实推出。这意味着从正在蒸发的黑洞来的最后辐射暴显得比它的实际更不激烈些，这也许是为什么我们还未观测到伽马线暴，后者由正在死亡的黑洞产生。
虽然还存在另一种乏味的解释，就是说不存在许多这样的黑洞，其质量小到不迟于宇宙的现阶段蒸发。这真是遗憾，因为如果发现一个低质量的黑洞，我就会获得诺贝尔奖。
对于膜世界的产生有几种理论。一种版本是称为Ekpyrotic宇宙的影子膜模型。Ekpyrotic这个名字有点绕嘴，但是它是从希腊文来的，意思是运动和变化。在Ekpyrotic场景中，人们认为我们的膜以及影子膜存在了无限久。他们是在无限的过去在静态中启始的。膜之间一个非常小的力就使他们相互运动，膜就会碰撞，并且相互穿越，产生大量的热和辐射。这一碰撞被认为是大爆炸，也就是宇宙热膨胀相的启始。
关于膜是否能够碰撞以及如此这般行为，存在许多未解决的技术问题。但是，即是膜具有所需要的性质，以我的意见，Ekpyrotic场景也是不能令人满意的。它要求膜在无限的过去启始时，处于一种以不可思议的精度调准的位形之中。膜的初始条件的任何微小变化，都会使碰撞变得乱糟糟的，产生一个高度无规的膨胀宇宙，一点也不像我们现在观察到的这个几乎光滑的宇宙。如果膜从它们的基态或者最低能态启始，初始条件被精确指定便是很自然的了。但是如果存在最低能态，膜将会停留在那儿，而永不碰撞。但事实上，膜从一个非稳态启始，必须人为地让它处于这种态。这必须是一只相当稳定的手，才能使初始条件那么精确。但是，但是如果一个人能够做到这一点，他能够使膜从任何方式启始。
按照我的意见，膜世界启始的更远为吸引人的解释是，它作为真空中的起伏而自发产生。膜的产生有点像沸腾水中蒸气泡的形成。水液体中包含亿万个H2O分子，它们在最靠近的邻居之间耦合，并且挤在一起。当水被加热上去，分子运动得更加快，并且相互弹开。这些碰撞偶然赋予分子如此高的速度，使得它们中的一群能摆脱它们的键，形成热水围绕着的蒸气小泡泡。泡泡将以随机的方式长大或缩小，这时液体中来的更多的分子参与到蒸气中去，或者相反的过程。大多数小蒸气泡将会重新塌缩成液体，但是有一些会长大到一定的临界尺度，超过该临界尺度泡泡几乎肯定会继续成长。我们在水沸腾时观察到的正是这些巨大的膨胀的泡泡。
膜世界的行为很类似。真空中的起伏会使膜世界作为泡泡从无中出现。膜形成泡泡的表面，而内部是高维空间。非常小的泡泡将重新塌缩成无。但是一个由量子起伏成长的泡泡超出一定的临界尺度，很可能继续膨胀。在膜上，也就是在泡泡的表面上的人们（例如我们）会以为宇宙正在膨胀。这就像在气球的表面上画上星系，然而把它吹涨，星系就相互离开，但是没有任何星系被当作膨胀的中心。让我们希望，没有人持宇宙之针将泡泡放气。随着膜膨胀，内部高维空间的体积会增大。最终存在一个极其巨大的泡泡，它被我们生活其中的膜环绕着。膜也就是泡表面上的物质将确定泡泡内部的引力场。
平等地，在内部的引力场也将确定膜上的物质。它就像一张全息图。一张全息图是一个三维物体被编码在一个二维表面上的象。我对全息图的全部知识是，在一张图上是星际航行的一集中的场景，我本人与牛顿和爱因斯坦在一起。（之后是一段黑白短片，在一个飞船船舱内三位巨匠和一位类似于船长的人在打牌，讨论着些事情，由于是英文对白，本人水平有限，未能得其意思。）类似于，我们认为是四维时空的也许只是五维泡泡内部区域所发生的事件的一张全息图。
这样，什么是实在的呢？是泡泡还是膜？根据实证主义哲学，这是没有意义的问题。因为不存在独立于模型的实在性的检验，或者说什么是宇宙的真正维数是没有意义的，四维和五维的描述是等效的。我们生活在三维空间和一维时间的世界中，我们对这一些自以为一清二楚。但是我们也许只不过是闪烁的篝火在我们存在的洞穴的墙上的投影而已。但愿我们遭遇到的任何魔鬼都是影子。
膜世界模型是研究的热门课题，它们是高度猜测性的。但是它们提供了可供观测验证的新行为，它们可以解释为什么万有引力为什么这么弱。在基本理论的基础中，引力也许相当的强大但是引力在额外维散开意味着，在我们生活其中的膜上的长距离引力变弱了。如果引力在额外维中更强，那么在高能粒子碰撞时形成小黑洞就容易得多。这也许在日内瓦建造中的LHC也就是大型强子碰撞机上可能实现。一个微小的黑洞不会吃掉地球，不像报纸中绘声绘色的恐怖故事那样。相反地，黑洞将会在“霍金辐射”的“扑”的一声中消失，而我将得到诺贝尔奖。LHC加油！我们可以发现一个膜的新奇世界。
霍金简介：
1942年1月8日：出生于英国牛津；
1963年：被诊断出患肌萎缩性侧索硬化症；
1973年：首部著作《空时的大型结构》出版；
1974年：发现黑洞辐射，成英国皇家学会会员；这一发现被认为是多年来理论物理学最重要的进展，他的论文也被称为“物理学史上最深刻的论文之一”。
1979年：《广义相对论评述：纪念爱因斯坦百年诞辰》出版；
1981年：无边界构想《超时空和超引力》出版；
1985年：实行气管造口手术失去语言能力，使用带语音合成器的计算机；
1988年：《时间简史：从大爆炸到黑洞》出版，获沃尔夫基金奖。至今销售2500万册；
1993年：《黑洞与婴儿宇宙及其它论文》出版。
2004年7月21日：推翻自己的黑洞理论 在“第十七届国际广义相对论和万有引力”大会上，霍金演讲了他的最新发现，他宣告推翻了自己若干年前建立的著名黑洞理论，并重新讨论了信息守恒的问题。
1985年，第一次来中国：霍金的第一次公开亮相是在水上讲演厅
2002年，第二次来中国：2002年8月18日下午3点，霍金在北京作主题为“膜的新奇世界”科普报告。
2006年6月17日是第三次来中国，史提芬.霍金17日晚抵达北京，开展其第三次内地之行。他将在人民大会堂向北京的公众讲述《宇宙的起源》。
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