《果殼中的宇宙》（The Universe in a Nutshell）是斯蒂芬·霍金（Stephen William Hawking）創作的科普著作，英文原版于2001年10月出版，中譯本于2001年11月26日出版。該書的主題是宇宙學，涉及廣義相對論、量子論、黑洞、暴脹、時間旅行、弦論、超引力等概念。
《果殼中的宇宙》是史蒂芬·霍金為其成名作《時間簡史》所寫的續篇。書名出自于莎士比亞名劇《哈姆雷特》，哈姆雷特認為，即便把他關在果殼中，他仍然自以為是無限空間之王。該書講述了現代物理學的歷史和原則，斯蒂芬·霍金試圖“將阿爾伯特·愛因斯坦的大統一理論和理查德·費曼的多重歷史觀點融入到一個能闡述宇宙中發生的一切事情的理論系統中”。
2002年，《果殼中的宇宙》獲得安萬特科學圖書獎。
創作背景
由于史蒂芬·霍金不打算寫《簡史之子》或者《時間的稍長歷史》，也由于他忙于研究，所以沒有進行再次創作。但是，之后他意識到有必要撰寫一本更易理解的有別于《時間簡史》的書，而《果殼中的宇宙》是史蒂芬·霍金為其成名作《時間簡史》在2001年寫的續篇。其書名出自于莎士比亞名劇《哈姆雷特》，哈姆雷特認為，即便把他關在果殼中，他仍然自以為是無限空間之王。就是這樣一句看似充滿浪漫情懷的話語卻與人類的宇宙觀完全相符。現代量子宇宙學認為，整個宇宙是由一個果殼狀的瞬子演化而來，果殼上的果子皺紋包含著宇宙中所有結構的密碼。斯蒂芬·霍金正是這一學說的開創者。
作品內容
《果殼中的宇宙》講述了現代物理學的歷史和原則。霍金試圖“將阿爾伯特·愛因斯坦的大統一理論和理查德·費曼的多重歷史觀點融入到一個能闡述宇宙中發生的一切事情的自洽的理論系統中”。
相對論簡史
在《果殼中的宇宙》第一章中，霍金回顧了邁克爾遜-莫雷實驗、時間與空間的相對性、質能方程E=mc2、廣義相對論的基石——等效原理、宇宙是非靜止的，它是在不斷變化的、奇點大爆炸及廣義相對論和量子力學的不協調性。
時間的形狀
在《果殼中的宇宙》的第二章中，斯蒂芬·霍金認為，任何物理學都是按照實證主義的方法來研究的。科學理論就是一種數學模型。如果這個數學模型和現實相符合，那么這個模型就存活下來。如果不相符，要么扔掉要么拿回去修改。時間的本質這個問法本身就有問題。人類所做的一切，只是在描述一種時間模型，然后查看時間模型表達的信息，是不是與現有的觀測證據相符合。理論物理就是在不斷地提出模型，然后去驗證它，不管這個模型多么匪夷所思。霍金大部分都是提出模型，解釋現有的觀測結果，同時做出預言。在廣義相對論里，時間與空間一體，引力被描述成了時空的彎曲。時空就像皮膜，大質量天體就把皮膜壓彎，周圍的時空壓凹下去一個坑，都逃不出這個坑。斯蒂芬·霍金認為這個表達是不完整的，這個通俗化的比喻只描述了空間的彎曲，沒有藐視時間。霍金把大質量物體產生的引力是連同時間空間一起彎曲的，理論命名為“時間的形狀”。
果殼中的宇宙
第三章與整本書的名字一致，霍金很多次引用理查德·費曼“路徑積分”的理論。海森伯格提出了矩陣力學，埃爾溫·薛定諤提出了波動力學，這兩者在數學上是等價的，這兩個學說成為了現代量子理論的基礎。費曼提出了另外一種方法，與前兩者也是等價的，那就是路徑積分的思想。斯蒂芬·霍金從這費曼的路徑積分思想得到啟發，認為粒子從a點到b點的行為，實際上所有可能的路徑都有貢獻，每條路徑實際上都是一段歷史，最終的軌跡是由無數的歷史疊加形成的。聯想到整個宇宙層面，宇宙的歷史也是多重的，所有這些歷史都符合一個分布函數。霍金一直強調有多重歷史，也就是存在各種各樣的宇宙，每個宇宙的參數各不相同。宇宙有很多物理常數，比如說普朗克常數、萬有引力常數、精細結構常數等。假如常數數值稍有改變，宇宙就不是現在的樣子。
預言未來
斯蒂芬·霍金認為埃爾溫·薛定諤的波函數來計算概率問題。哥廷根大學的馬克斯·玻恩解釋波函數控制著粒子出現的概率，隨著時間的延續，波函數如何變化，可以對未來的概率做出一個計算。在平直的空間里，波函數的演化是確定的。科學的所有預言必須有可驗證的特性，“拉普拉斯妖”——如果人們知道在某一時刻宇宙中所有粒子的位置和速度，則物理定律應允許人們預言宇宙在過去或將來的任何時刻的狀態。
護衛過去
霍金認為，事件順序是否能被打亂的問題需要分為幾個層次來探討。在阿爾伯特·愛因斯坦的相對論之中，歷史順序毫無疑問是不能打亂的。但是這個理論沒考慮量子的不確定性，因此是不完整的。在量子力學看來，粒子是具有不確定性的，但是時空的定義是經典的。假如將來能找到完整的量子引力理論，不僅僅物質粒子會受到不確定性的影響，而且時空本身也是量子化的，也會受到不確定性的影響。預測未來不可能，回到過去也是做不到的。斯蒂芬·霍金討論的核心是時間圈環，物理學上的術語叫“閉合類時線”。
膜的新奇世界
膜世界是復雜的高維世界，根據量子的不確定性，會有泡泡不斷地創生出來。人類生活的膜世界，可能充滿高維的泡泡。生活在四維的時空里可能是一種感受，世界都是高維世界在泡泡表面上的投影。
主要觀點
宇宙的起源和膨脹
膜的量子創生像氣泡在沸水中創生，不確定性原理允許膜世界作為泡泡從無中出現，膜形成泡泡的表面，內部則是高維空間。小泡泡傾向于再縮為無，兩個泡泡可能因為碰撞而合并，宇宙大爆炸或許就是兩個泡泡之間碰撞造成的。人類生活在四維時空的泡泡上（宇宙的邊緣上）。一個超過某一臨界尺度的泡泡會繼續長大，生活在膜上的智慧生命（如地球人類）就會覺察到星系在相互離開，宇宙在膨脹，沒有任何星系是膨脹，外部顯示卻是4維。一個在虛時間中表面完全光滑的果殼是泡泡最可能的歷史，但是它在實時間中對應于以暴漲形式永遠膨脹的膜（泡泡的表面），星系不能在這樣的表面上形成，就不可能有智慧生命發展。而在虛時間中不那么光滑的果殼歷史，雖然概率稍低，但它在實時間中對應的泡泡歷史，首先有一個加速暴漲的相，然后緩慢下來。在這個減速過程中，星系能夠形成，智慧生命能夠發展。稍稍長毛的果殼宇宙，正是智慧生命從M理論允許的大量的宇宙中選擇出來的膜模型。
暗物質和影子人類
M理論認為，引力可以從膜上彌漫出去。這樣，如果在鄰近我們膜世界有一張額外的大膜，則它能防止引力向遠處發散。這張鄰近的額外大膜就是我們的“影子膜”（影子世界）。由于引力可以傳播到影子膜上去，所以那里的恒星可以圍繞影子星系中心公轉、行星可以圍繞暗質量公轉。由于光被限制在膜上，所以人類看不到影子世界。
能量守恒
根據M理論，膜上的運動物體產生的引力波可以從膜上彌漫出去。如果存在一張影子膜，引力波就會在我們膜和影子膜之間來回反射。但是，如果影子膜是高度彎曲的（如馬鞍型），就不能將引力完全反射回來，特別是波長比其曲率半徑短的引力波會完全逃逸出去。
黑洞輻射和消亡
黑洞發射的引力波會傳播到額外維上去，并在人類維與額外維之間來回反射。因而人類膜上的一個黑洞會延展成額外維上的一個黑洞。如果黑洞很小，則額外維上的黑洞是球形的，如果是巨型黑洞，則額外維的黑洞是餅狀的。黑洞由于引力輻射而損失能量，它因此會慢慢蒸發，尺寸縮小。當它比馬鞍型額外維的曲率半徑還小時，它的引力波就會自由地逃逸而不再返回，在我們膜上就無法直接觀測到黑洞的輻射，只有通過黑洞的質量損失間接地測量到。也許這正是我們迄今沒有觀測到黑洞激烈消亡時產生的伽瑪射線的原因。
黑洞的熵和全息界
本來是熱力學中的概念，表示一個物理系統的無序程度。1948 年美國應用數學克勞德·香農在設法量化一條消息所包含的信息量時，得出了一條與路德維希·玻爾茲曼熱力學熵類似的公式，于是便把熵的概念引進信息論。一條消息的熵，就是編碼這條消息所需二進制位（即比特）的個數。黑洞的熵是黑洞內部狀態（質量、旋轉和電荷）數目的度量。1974年，斯蒂芬·霍金發現一個計算黑洞熵的簡單公式，即黑洞的熵等于黑洞視界的面積。說明熵是一個系統中的總信息的測度，暗示與三維世界中的所有現象相關聯的信息，能被存儲在它的二維邊界上。
物理系統所能容納信息量的界限叫“全息界”
根據全息原理，5維時空宇宙就是一幅畫在其4維邊界上的全息圖像，4維時空的態與5維時空的態一一對應，兩個宇宙是完全等效的。因此生活在這些宇宙中的生物，將無法確定他們是棲息在一個由弦理論描述的5維時空中，還是生活在一個由量子場論描述的4維時空中。但是由于全息等價，使得一個在某一時空中難以計算的問題，可以用另一種方式解決，如4維時空中夸克和膠子特性的計算，可以轉化為高度對稱的5維時空中的簡易計算。
作品出版
所獲榮譽
價值與影響
《果殼中的宇宙》涉及廣義相對論、量子論、黑洞、暴脹、時間旅行、弦論、超引力等概念，以相對簡化的手法及圖解為讀者講述了宇宙的起源。截至2021年9月，《果殼中的宇宙》累計發行140多萬冊。
作品評價
該書圍繞主題是宇宙學，涉及廣義相對論、量子論、黑洞、暴脹、時間旅行、弦論、超引力等諸多前沿概念。在《果殼中的宇宙》這部新作中，斯蒂芬·霍金把讀者帶到理論物理的最前沿，真理在那里甚至比幻想更令人眼花繚亂。他利用通俗的語言解釋制約著宇宙的原理。（36評）
2001年，霍金又出了一部作品《果殼中的宇宙》，以相對簡化的手法及圖解為讀者講述了宇宙的起源。“即使我身處果殼之中，我仍以為自己是宇宙之王”， 《哈姆雷特》中的這句話，也是霍金傳奇一生的寫照。（界面新聞評）
《果殼里的宇宙》，以清澈明晰、妙語連珠的表述，把我們帶到天文和物理的最前沿，真理在那里甚至比幻想更令人眼花繚亂，從而確立了世界科學著作的里程碑地位。（作家蔣寶德評）
2002年，霍金的新書《果殼里的宇宙》出版，并獲2002年度安萬特科學圖書獎。這是一部圖文并茂的科普著作，主題是宇宙學，內容涉及廣義相對論、星子論、黑洞、暴脹、時間旅行、弦論、超引力等諸多前沿概念。（王宗奕評）
作者簡介
斯蒂芬·霍金，出生于伽利略·伽利萊逝世周年紀念日，劍橋大學應用數學及理論物理學系教授，當代最重要的廣義相對論和宇宙論家。20世紀70年代，斯蒂芬.霍金與羅杰·彭洛斯一道證明了著名的奇性定理，共同獲得了1988年的沃爾夫物理學獎，因此被譽為繼阿爾伯特·愛因斯坦之后世界上最著名的科學思想家和最杰出的理論物理學家”。霍金還證明黑洞的面積定理，是艾薩克·牛頓和保羅·狄拉克擔任過的盧卡遜數學教授，擁有多個榮譽學位并且擔任皇家學會會員。
參考資料 >
果殼中的宇宙.豆瓣讀書.2024-01-27
The Universe in a Nutshell.豆瓣讀書.2024-01-27
胡桃里的宇宙.豆瓣讀書.2024-01-28
身處果殼之中，仍是宇宙之王——再見，霍金！ .百家號.2024-01-28
湖南科技出版社:讓科普理論力量更好服務“三高四新”戰略.紅網.2024-01-28
36氪領讀 | 霍金：宇宙既不被創生，也不被消滅，它就是存在 .百家號.2024-01-28
霍金.三江學院.2024-01-27