5.光锥回溯： 我们的过去是梨子形状的

霍金是继彭罗斯之后，对奇点定理做出重要贡献的另一位科学家。他和彭罗斯一起站在时空的全局结构上对宇宙过去进行了更权威的解读。

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史蒂芬·霍金简史

1942年1月8日，史蒂芬·霍金出生在英国牛津。关于霍金的出生，有一段有趣的故事。1942年正值第二次世界大战，英国和德国相互约定，英国的飞机不炸德国的格丁根和海德堡，德国的飞机不炸英国的牛津和剑桥。因此，霍金的母亲为了孩子顺利出生，来到牛津生下了霍金。巧合的是，史蒂芬·霍金出生的日子，正是伽利略逝世300周年。在霍金的一生中，他常常饶有趣味地谈到这一点。

英国牛津

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牛津是英国历史文化名城，早在公元7世纪起便有人居住，公元9世纪建立城市，距今已有1 100多年的历史。牛津闻名世界是因为它有着世界一流的学府牛津大学和遍布各处的古迹。史蒂芬·霍金的大学时代便是在牛津大学度过的。

霍金的父母虽然都毕业于牛津大学，但家庭并不很富有。父亲从事生物医学相关的职业，母亲则是学文秘的。霍金在一家中等偏上的中学读书，学校的教育制度很严格，有着严厉的升降级制度。如果考试成绩不理想，将会被下调到最差的班级。霍金后来回忆这段时光说，他并不赞同这种制度，对于掉下去的那部分学生而言，打击实在是太大了。

在学校里，霍金的学习成绩一般，但热衷于谈论宇宙。有时他对同学谈起宇宙红移，有时质问宇宙创生需不需要上帝帮忙呢。同学们因此送他一个外号，叫“爱因斯坦”。

后来，霍金成功地考上了牛津大学，并且认识了自己的第一任妻子简·怀尔德。也正是因为与妻子简·怀尔德之间的爱情，使霍金战胜了大学最后一年检查出来的进行性肌肉萎缩，当时的医生评价这个病为不治之症。

霍金和他的妻子

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1964年10月，霍金与简结婚。霍金后来感言，这改变了他的人生，给予他人生的动力。简觉得，她要寻找她存在的目的，她猜想这目的应是照顾霍金。霍金和简共生育了三个儿女，大儿子罗伯特生于1967年，老二露西生于1969年，老三蒂莫西则生于1979年。

霍金从牛津大学毕业后进入剑桥大学攻读研究生，在导师西阿玛的介绍下，他认识了彭罗斯。当时彭罗斯正在伦敦的一所大学里工作。到了1970年，霍金和彭罗斯合作提出并证明了奇点定理，因此获得了沃尔夫物理学奖。霍金被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。

把霍金的一生进行总结，对科学界贡献主要表现在三个方面：其一是对奇点定理做出了贡献；其二是黑洞面积定理，他认为黑洞的表面积随着时间流逝只能增加不能减少；其三是证明了黑洞有热辐射，也就是霍金辐射。这是霍金最重要的成就。

像光锥一样回溯过去

霍金和彭罗斯依据广义相对论，对宇宙过去的时空进行了研究，考虑到光线在时空中的传播需要时间，我们此刻接收到的光线，实际上是遥远星系的早期情景。我们将这种回溯过去的方式想象成一个光锥，我们此刻所处的位置和时间是光锥的顶点；若我们向下顺着光锥回看，就能看到越来越早的星系。我们回溯过去之所以可以看到更多早期的宇宙图景，是因为宇宙过去是一个收缩相。

光锥视角

霍金和彭罗斯进一步思考，若我们回溯过去穿越到50亿年前的星系，穿过宇宙微波背景，就会到达一处以时间为节点的物质密度更高的区域，这里过去光锥的截面会达到最大尺度。根据广义相对论原理，物质密度越高，空间的曲率将会越高。因此，早期宇宙从光锥的最大截面开始，将会急剧内缩，在有限的时间内缩小到零尺度。这里就是宇宙的开始，大爆炸的奇点。如果用物质形状来描述我们的过去，那就是梨子形状。

这在某些方面得到了事实观测的证实。霍金和彭罗斯在研究微波辐射的暗淡背景时发现，这种辐射来自久远以前的宇宙，而那时的宇宙比现在密集得多，也热得多。说明在宇宙的极早时期，这种辐射必须起源于对微波不透明的区域。

梨子形状的过去宇宙