霍金
《果壳中的宇宙》一书出自于莎士比亚名剧《哈姆雷特》，哈姆雷特认为，即便把他关在果壳中，仍然自以为是无限空间之王。几百年吟唱的处境，却和人类的宇宙观完全相符。
第一章:
相对论简史：爱因斯坦是如何为20世纪两个基本理论，即相对 论和量子论奠基的。
量子理论和时空弯曲，让人打开了原子弹和光线弯曲的原理。
量子理论：分为旧量子理论和新量子理论
旧量子理论：
20世纪初，新的实验事实不断发现，经典物理学在解释一些现象时出现了困难，其中表现最为明显和突出的是以下三个问题：
黑体辐射问题；光电效应问题；原子稳定性和原子光谱。
量子概念就是在对这三个问题进行理论解释时作为一种假设而提出的。
新量子理论
这些新的物理现象，打破了沉闷的空气，把人们的注意力引向更深入，更广阔的天地。这一系列新发现，跟经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾，暴露了经典物理理论中的隐患，指出了经典物理学的局限。物理学只有从观念上，从基本假设上以及从理论体系上来一番彻底的变革，才能适应新的形势。
由于这些新发现,物理学面临大发展的局面：
1.电子的发现，打破了原子不可分的传统观念，开辟了原子研究的崭新领域；
2.放射性的发现，导致了放射学的研究，为原子核物理学作好必要的准备；
3.以太漂移的探索，使以太理论处于重重矛盾之中，为从根本上抛开以太存在的假设，创立狭义相对论提供了重要依据；
4.黑体辐射的研究导致了普朗克黑体辐射定律的发现，由此提出了能量子假说，为量子理论的建立打响了第一炮。
总之，在世纪之交的年代里，物理学处于新旧交替的阶段。这个时期，是物理学发展史上不平凡的时期。经典理论的完整大厦，与晴朗天空的远方漂浮着两朵乌云，构成了19世纪末的画卷；20世纪初，新现象新理论如雨后春笋般不断涌现，物理学界思想异常活跃，堪称物理学的黄金时代。这些新现象与经典理论之间的矛盾，迫使人们冲破原有理论的框架，摆脱经典理论的束缚，在微观理论方面探索新的规律，建立新的理论。
第二章:
时间的形态：爱因斯坦的广义相对论使时间具有形态。这如何与量子论相互和谐。
时间形态和方向
翘曲的时空
翘曲空间即做时空转换时所经历的空间，在这个空间内可以进行瞬间移动。
空间翘曲：一张纸上的两个点，之间的距离记作a。如果你把纸弯曲使这两个点重合那么现在这两个点的距离就是0，而不是刚开始的纸面上的距离a。
麦克斯韦场
麦克斯韦在稳恒场理论的基础上，提出了涡旋电场和位移电流的概念。这就是麦克斯韦电磁场理论的基本概念如下：变化的电场和变化的磁场彼此不是孤立的，它们永远密切地联系在一起，相互激发，组成一个统一的电磁场的整体。
概率分布
概率分布函数是概率论的基本概念之一。在实际问题中，常常要研究一个随机变量ξ取值小于某一数值x的概率，这概率是x的函数，称这种函数为随机变量ξ的分布函数，简称分布函数，记作F(x)，即F(x)=P(ξ
第三章:
果壳中的宇宙：宇宙具有多重历史，每一个历史都是由微小的硬果确定的。
即便把我关在果壳之中，
仍然自以为无限空间之王
-------莎士比亚 《哈姆雷特》
宇宙的历史
空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。
直到20世纪，出现了两种“宇宙模型”比较有影响。一是稳态理论，一是大爆炸理论。20世纪20年代后期，爱德温·哈勃发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。20世纪60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。
多普勒效应：
近时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证，几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v：
当观察者走近波源时观察到的波源频率为（c+v）/λ，反之则观察到的波源频率为（c-v）/λ。
一个常被使用的例子是火车的汽笛声，当火车接近观察者时，如果观察者远离波源，其汽鸣声会比平常更刺耳。你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。
如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。
产生原因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变．在单位时间内，观察者接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大．同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小．
第四章:
预言未来：黑洞中的信息丧失，如何降低我们预言未来的能力。
科学决定论观念
黑洞 施瓦兹席尔德黑洞
他指出，如果恒星质量被集中在足够小的区域，恒星表面的引力场就会变得这么强，甚至光都不可以逃逸。这就是现在我们成为黑洞的东西，它是时空中以所谓的事件视界为界的区域。任何东西，甚至光都不可能从黑洞到达远处的观察者。
在很长的时间里，大多数物理学家，包括爱因斯坦都很怀疑，物体的这么极端的形态在世纪的宇宙是否真实发生过。任何足够重的非旋转的恒星，不管它的内部结构多么复杂，当它耗尽了核燃料，将必然坍缩成完美的球状的施瓦兹席尔德黑洞。黑洞的事件视界的半径（R）只依赖于它的质量；它由下式给出：
R=2GM/c2
在这个公式中（c）是光速，（G）是牛顿常数，而（M）是黑洞质量。例如，和太阳等质量的黑洞，其半径只有两英里。
第五章:
护卫过去：时间旅行可能吗？一种先进的文明能回返以前并改变过去吗？
虫洞理论
时空洞（sofa）又称爱因斯坦－罗森桥，也译作蛀孔。是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞是1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出的概念，1930年由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设的，认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。
由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说，“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的开启。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道，所以也叫"灰道"。
理论上，虫洞是连结两个遥远时空的空间隧道，就像是大海里面的漩涡，是无处不在但转瞬即逝的。这些时空漩涡是由星体旋转和引力作用共同造成的。就像漩涡能够让局部水面跟水底离得更近一样，能够让两个相对距离很远的局部空间瞬间离得很近。不过有人假想一种奇异物质可以使虫洞保持张开，也有人假设如果存在一种叫做幻影物质（Phantom matter）的奇异物质的话，因为其同时具有正能量和负质量，因此能创造排斥效应以防止虫洞关闭。
迄今为止，科学家们还没有观察到虫洞存在的证据。为了与其他种类的虫洞进行区分，一般通俗所称“虫洞”应被称为“时空洞”。
哥德尔的不完备性定理
第一定理
任意一个包含一阶谓词逻辑与初等数论的形式系统，都存在一个命题，它在这个系统中既不能被证明为真，也不能被证明为否。
第二定理
如果系统S含有初等数论，当S无矛盾时，它的无矛盾性不可能在S内证明。
第六章:
我们的未来“星际航行”可行吗？：生物和电子生命将如何不断加速发展其复杂性。
当人类达到2600年的时候，地球的用电量足以让整个地球变亮，
人类的进化
星际航行的飞船都是翘曲飞行
推荐《星际航行》要看。
第七章:
膜的新奇世界：我们生活在一张膜上，或者我们只不过是张全息图
M理论
作为“物理的终极理论”而提议的理论，M理论希望能藉由单一个理论来解释所有物质与能源的本质与交互关系。其结合了五种超弦理论和十一维空间的超引力理论。为了充分了解它，爱德华·威滕博士认为需要发明新的数学工具。1984至1985年，弦理论发生第一次革命，其核心是发现“反常自由”的统一理论；1994至1995年，弦理论又发生既外向又内在的第二次革命，弦理论演变成M理论。 [1] 由于弦革命的巨大影响力，其主要研究者爱德华·威滕(Edward Witten)被美国《生活》周刊评为二战后排名第六的“最有影响的人物”。
十一维超引力只是M理论的一部分
膜理论
膜理论认为人们直接观测所及的好似无边的宇宙是高维时空中的一个四维超曲面，就象薄薄的一层膜。膜理论使一些原本难以计算的东西可以用弦论工具来做严格的计算了。膜理论是弦理论的扩充，膜理论揭示了弦理论的第10维空间方向，其最大维度是11维。
暗物质
暗物质（Dark matter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反牛顿万有引力的现象可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运动、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%。
目前一种被广泛接受的理论认为，组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”（weakly interacting massive particle, WIMP），其质量和相互作用强度在电弱标度附近， 在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得目前观测到的剩余丰度。此外，也有假说认为暗物质是由其他类型的粒子组成的，例如轴子（axion），惰性中微子（sterile neutrino）等。
反能量守恒
相对论其实是反能量守恒定律的，只是在某一个特定的区域的守恒来讨论的。
全息学
全息术，或称全息照相术，是一种新的、具有它独特优点的记录与显示形象的方法。自从激光器问世以来，全息术得到了迅速的发展和广泛的试用。
