序言 坚强的轮椅巨人,辉煌的科学巨著 4
导读 霍金与《时间简史》 16
1.霍金:有史以来最杰出的科学家之一 16
2.霍金的作品:从《时间简史》到《大设计》 18
3.量子宇宙论:霍金讲述宇宙的由来 20
第一章 我们的宇宙 24
1.与生产生活休戚相关:人类开始关注宇宙 24
2.种种宇宙模型的出现:古希腊的宇宙观 26
3.地球是静止的宇宙中心:16世纪前欧洲的地心说 28
4.以太阳为中心的宇宙模型:哥白尼的日心说 30
5.地动说被证实:行星运动三大定律 32
6.宇宙没有中心:布鲁诺的悲剧 34
7.地球的能量源是太阳:我们居住在太阳系 36
8.离太阳最近的恒星:半人马座的α星C 38
9.宇宙的度量单位:光年 40
10.望远镜犹如时间机器:我们看到的是宇宙的过去 42
11.美丽而神秘的天河:无数恒星的集合 44
12.一个巨大的铁饼:银河系的形状和大小 46
13.为数众多的旋涡星系:美丽的猎犬座M51 48
14.仙女座星云在银河系中吗:关于仙女座大星系的争论 50
15.使用亮度变化的恒星:测量天体的距离 52
16.仙女座星云在银河系之外:哈勃的发现 54
17.宇宙广阔无垠:到仙女座星系的距离 56
18.旋涡星系、椭圆星系和不规则星系:星系的形状 58
19.错综复杂的星系世界:星系的大小和间距 60
20.星系聚集成群:星系团和超星系团 62
21.宇宙空洞的发现:难解的宇宙之谜 64
22.从照片到CCD:天文学的技术革新 66
23.向宇宙的尽头探索:宇宙学的发展 68
24.巧合还是神奇:金字塔的奥秘 70
第二章 相对论:空间和时间 74
1.爱因斯坦:20世纪最伟大的物理学家 74
2.光速:亘古不变的速度 76
3.永恒不变:绝对时间与绝对空间 78
4.绝对空间:一直在找却没有找到的空间 80
5.爱因斯坦之前的解释:运动中的物体长度会缩小 82
6.光速不变原理:爱因斯坦的破空之解 84
7.相对性原理:伽利略提出的相对论 86
8.四维:时间与空间的集合 90
9.何谓同时:同时也是相对的 92
10.钟表变慢:光速恒定带来的奇特现象之一 94
11.测定值会缩小:光速恒定带来的奇特现象之二 96
12.验证时间变慢:穿过大气层的中微子流 98
13.再度相逢时谁更年轻:双子吊诡之谜 100
14.男孩更年轻:双子吊诡的解答 102
专题 水桶实验:牛顿寻找的绝对空间 104
第三章 膨胀的宇宙 108
1.世纪大发现:宇宙在膨胀 108
2.最初的观测:斯莱弗的发现 110
3.光谱分析的应用:光的波长和颜色 112
4.远去的声音会变低:多普勒效应 114
5.星系在远离的证明:红移和退行速度 116
6.天文学的超级巨星:埃德温·哈勃 118
7.越远的星系远离速度越快:哈勃定律 120
8.为了观测更远的星系:变大的望远镜 122
9.宇宙没有边界:无边的宇宙 124
10.宇宙没有中心:我们不在宇宙的中心 126
11.不断地加速:空间是怎样膨胀的 128
12.所有的星系重叠在一起:最初的宇宙很小 130
13.宇宙的起源:爆炸性的宇宙 132
14.地球比宇宙更古老:宇宙的年龄 134
15.哈勃的错误:两种造父变星 136
16.以光速远离的星系:人类看不到的宇宙 138
17.宇宙会永远膨胀吗:宇宙的未来 140
18.热寂还是大坍塌:宇宙的终结 142
19.“空荡荡”的宇宙:宇宙的物质 144
20.暗物质发现的经过:扎维奇的发现 146
第四章 大爆炸、黑洞和宇宙演化 150
1.宇宙膨胀和光的波长:拉长的光波 150
2.物质构成的基本单位:原子核和电子 152
3.原子核的构成:质子和中子 154
4.制造原子核的能量:汤川秀树的发现 156
5.热宇宙的物质形态:没有结构的宇宙 158
6.热平衡下的均匀温度:宇宙开始的状态 160
7.元素是什么时候生成的:伽莫夫的困扰 162
8.大爆炸的闪现:氢弹实验和伽莫夫 164
9.从一到无穷大:宇宙开始的3分钟 166
10.与大爆炸相对立的理论:稳恒态宇宙模型 168
11.大爆炸理论的先驱:弗里德曼和勒梅特 170
12.电话公司发现的电波噪音:大爆炸理论的证据 172
13.空中交织着各种电磁波:光波的伙伴 174
14.电波的温度:热辐射 176
15.电波杂音带来的诺贝尔奖:关于宇宙背景辐射的两次获奖 178
16.充满整个宇宙的电磁辐射:宇宙微波背景辐射 180
17.原子的形成使宇宙透明化:宇宙放晴 182
18.宇宙开始的波动:COBE的发现 184
19.由微小的波动引发的:星系的形成 186
20.暗物质的重要作用:星系由暗物质的波动产生 188
21.最初形成的天体有多大:最初天体的大小之争 190
22.最远的天体类星体:类星体的能量之谜 192
23.连光也逃不出来的地方:神秘的黑洞 194
24.类星体的能量之源:活动星系核模型 196
25.类星体的探索:恒星诞生于类星体 198
26.大爆炸之父:伽莫夫的生涯 200
第五章 宇宙的开始和未来 204
1.更细微的宇宙开端:质子和中子是否也会瓦解 204
2.比质子和中子更小的粒子:物质由夸克构成 206
3.宇宙间的隐者:中微子 208
4.反物质哪里去了:磁单极概念的引入 210
5.大爆炸的又一谜团:磁单极疑难 212
6.宇宙的势力范围:视界疑难 214
7.解决诸多疑难:暴胀理论的提出 216
8.什么是暴胀:暴胀是加速膨胀 218
9.引起暴胀的原因:与引力相反的作用力 220
10.恒星、星系的生成:量子波动引起密度波动 222
11.探寻暴胀的直接证据:重力波背景辐射 224
12.创造宇宙的时间:普朗克时间 226
13.取代粒子的最小存在:超弦理论 228
14.十维、十一维的时空:膜宇宙论 230
15.大爆炸以前宇宙就存在:两种流行的模型 232
16.未来的宇宙图景:宇宙加速膨胀 234
17.地球的未来:彗星向地球倾注而来 236
18.太阳的未来:最后变成白矮星 238
19.星系的未来:恒星从星系中蒸发 240
20.星系的继续演变:巨大的黑洞 242
第六章 时间箭头 246
1.时间箭头:时间的单一方向性 246
2.普遍的物理法则:时间不会从过去流向未来 248
3.硬币实验:过去和未来的区别 250
4.时间本质:时间是一种可能性的流逝 252
5.硬币试验的发现:熵增大法则 254
6.两种状态:宏观状态与微观状态 256
7.玻耳兹曼:深受哲学困扰的物理学家 258
8.不同的时间箭头:宇宙论的时间箭头 260
专题 意识中的时间:我们如何觉察时间 262
9.时间指向的标志:熵增大与宇宙创始 264
10.宇宙创始状态:宇宙膨胀与收缩 266
专题 生物赖负熵为:薛定谔与负熵 268
11.进化的起源:宇宙的起点 270
12.彭罗斯的假说:用奇异点区分过去和未来 272
第七章 虫洞和时间旅行 276
1.真的可能吗:神奇的时间机器 276
2.封闭的时间轴:时间的特质 278
3.旋转黑洞:另一种黑洞 280
4.时光隧道:连接平行宇宙的通道 284
5.虫洞:连接时间的隧道 286
6.使用虫洞:时光机器的制造原理 288
7.宇宙绳:宇宙中的绳状能源群 290
8.能源的最低状态:真空的互相转换 292
9.缺口:宇宙绳周围的时空 294
10.使用宇宙绳:制造时光机器 296
11.保存历史:霍金关于历史保存的假说 300
12.反粒子:朝过去行走的粒子 302
13.使用反物质:相对生成与相对消灭 304
14.终极答案:回答“时光机器可能吗” 306
附录一:我们如何感受空间和时间 308
附录二:不可不知的物理名词 310