奇妙的時間
時間是快還是慢？
在生活中，對時間的感受常會根據不同的情況而有所差異。例如，當我們在上一堂內容非常無聊枯燥的課時，會發現時間過得很慢。也許你以為已經過很長時間了，但一看錶，發現才過五分鐘；然而有時，我們卻感覺時光飛逝，特別是心情感到愉快的時候。很多人都有這樣的感覺，平時上班和上課的時候，一天的時間如此漫長。但到了週末，覺得還沒休息足夠，就不知不覺的天黑了，於是感嘆「快樂時光總是短暫的」。事實上，無論我們主觀感受如何，時間都不會變化。
也許我們經常會問：「什麼是時間？」有人說：「時間就是一天二十四小時，一年三百六十五天。」那麼這個資料是根據什麼得到的呢？毫無疑問，是鐘錶和日曆。假設，鐘錶忽然壞了，而日曆也不見，那麼每一天的時間會不會因此而變少呢？答案是：時間的多少並不會受其影響。那麼可以說，時間是不依賴於主觀意識而存在的，是物理學中的一個物理量。
絕對時間
一六八七年，牛頓在《自然哲學的數學原理》一書中，寫過這樣一段敘述：「絕對的、真實的數學時間，就其自身及其本質而言，是永遠均勻流動的，它不依賴於任何外界事物。」也就是說，假如地球、太陽系、銀河系，甚至整個宇宙都在瞬間消失，但時間依然是勻速流動的，不會受外界的影響。這就是絕對時間。透過這個理論，也可以推出，絕對時間和空間是可以相互分離的，沒有空間，時間照樣存在。
牛頓建立的「經典力學」體系，改變人們對世界的認知。首先，從哥白尼開始，「地心說」遭到挑戰，後來人們也逐漸認識到「日心說」的正確性，而經過伽利略和牛頓等人的努力，終於清楚解釋行星運動的前因後果。特別是牛頓的萬有引力，可說對人們的宇宙觀帶來革命性的改變。由於受到引力的影響，地球總是圍繞著太陽公轉，且地球還在不停地自轉，才會出現日夜交替的現象。甚至從絕對時間這個理念出發，我們還認識到宇宙的廣闊和時間的永恆。然而，「經典力學」在人們看來是正確的，但卻遇到不少問題。
乙太存在嗎？
奇妙的乙太
霍金在《時間簡史》裡這樣說：「但是牛頓理論已經擺脫絕對靜止的觀念，所以如果假定光是以固定的速度傳播，人們必須說清楚這個固定的速度是相對於何物來測量的。」
在當時人們的認識裡，光就像聲音一樣，是一種波，而聲波的傳播必須依賴空氣。如果在沒有空氣的外太空，哪怕人和人面對面說話，也會聽不見。那麼如果光的性
質也和聲波一樣，那麼就必然會依靠一種傳播的媒介。於是，「乙太」就誕生。如果太空中存在乙太，那麼光就有了傳播的介質，進而可以解釋很多物理現象，而且最重要的是，這證明「絕對空間」的存在。什麼是絕對空間呢？例如，一間房子裡原本有很多人在開舞會，舞會結束後，人們都離開，那麼這個房間還存在嗎？答案是肯定的，房間不會因為人們離開就消失。絕對空間就是這樣，不會受到外界變化的干擾而一直存在。
乙太的測量
既然乙太的概念有物理學上的必要性，那麼如何證明乙太的存在就顯得尤為重要，然而根據一般的實驗，我們沒有辦法感知到乙太。它到底是什麼？如果說是像空氣一樣的物質，也應該可以檢測到，可惜的是，雖然乙太在物理學上有重要的作用，但是卻沒有人可以證明它的存在。
後來，邁克爾遜和莫雷這兩位科學家，進行一系列實驗，試圖證明絕對空間和乙太的存在。若說乙太是種存在於宇宙中的物質，那麼地球只要持續不停地自轉，就會產生乙太風。就像我們在奔跑的時候，感覺風吹過臉頰一般。聲波在傳播的時候，會受到介質的影響，若順風，會加速聲音的傳遞，而逆風則會使得聲波減速。邁克爾遜．莫雷實驗的關鍵，就在於將光置於「乙太風」中，測量順風和逆風的情況下，光速產生的變化。然而結果讓人們大吃一驚，無論如何測量光速，它的速度始終保持不變。這就意味著，光速並不會受到「乙太風」的影響，是恆定不變的。
邁克爾遜．莫雷實驗可說為科學界投下一顆震撼彈，因為此結果讓「乙太」的地位變得岌岌可危。若乙太不存在，那麼這個世界又會變成什麼樣呢？
上帝要不要擲骰子？
不確定性原理
對波動性和粒子性的研究，為量子力學開拓了無數條道路，也為物理學帶來更大的挑戰，其中最有名的便是「不確定性原理」。
德國物理學家威納．海森堡得知威爾遜雲室的實驗以後，就開始研究粒子的運動。但他遇到一個十分棘手的問題，按照以往的經驗，當我們觀察一個粒子的時候，應該可以準確地預測它的速度和位置。但是海森堡根據自己的方程式，卻得出不同的答案。也就是說，如果要準確觀測粒子的速度，就沒有辦法得知它的位置，要觀察它的位置，就沒辦法得知它的速度。難道說是測量的方法或者是方程式有問題？
海森堡找到問題的關鍵，那就是觀測的手段。若我們觀察一隻大象，那麼需要光，否則我們就看不見牠。但是當光子撞擊到大象時，對牠產生的影響可說是微乎其微。
然而當觀測的物件變成一個微粒時，那麼光子就會撞擊它，對它產生影響！如此一來，觀測行為就會對觀測結果造成影響。
科學成為賭博？
不確定性原理誕生後，引起科學界的爭論，因為這預示著世界將變得無法預測！從牛頓以來的很多科學家都認為，科學應該具備一種普遍性和預見性，我們可憑藉科學定理去預知某些事情。例如，我們掌握了力學原理，那麼就應該可預測一個鐵球掉落在地上時，會往哪個方向滾動。然而不確定性原理則說：「鐵球往哪個方向滾動是隨機的機率事件，科學沒有辦法預測。」
「不確定」確實讓很多人無法理解，也大傷腦筋，很多人站出來表示反對，其中就包括提出光量子說，對量子研究作出過傑出貢獻的愛因斯坦，而他最著名的那句話「上帝不擲骰子」，就是在這樣的情況下說出來的。愛因斯坦為什麼要反對？因為他始終堅信，科學具有可預見性，例如經典力學預言行星的運行狀態，而相對論也預言無數宇宙的現象，並且得到證實。
支持不確定性原理的科學家和反對派進行曠日持久的辯論，而其中還涉及到一位重量級人物薛定諤，他針對不確定性原理提出一個讓對手十分頭疼的問題，那就是著名的「薛定諤的貓」。
黑洞探祕
黑洞視界
一個比太陽質量大三倍的恆星，在內部燃料耗盡以後，就在自身引力的影響下逐漸縮小。當收縮到一定程度時，其內部的密度大到讓時空發生扭曲，而且連光也無法逃逸。這樣的區域就稱為黑洞。
在認識黑洞之前，我們可以先溫習逃逸速度。任何一個星球都有逃逸速度，即飛離該星球的最低速度。地球的逃逸速度是十一．二公里／秒（第二宇宙速度），也就是飛船要保持這樣的速度才可飛離地球。而按照太陽質量和引力大小，飛離太陽的速度是十六．七公里／秒（第三宇宙速度）。按照這樣的規律可得知，當一顆恆星坍縮得越來越小，密度越來越大時，引力也越來越強，而存在這個區域，使得逃逸速度會大於三十萬公里／秒（光速），連光都無法逃出去。
此時，我們可想像，黑洞外有一層「膜」，物質和光一旦通過這層膜，就再也無法走出去，而外面的人也永遠看不到它。這層膜就是黑洞的邊界，也叫做黑洞視界。黑洞的邊界並不是實際存在的，而是一種假設，便於我們理解。
黑洞不黑
既然黑洞的引力大到連光都跑不掉，那麼我們自然也不可能看見它。如今科學家想要觀察黑洞，也不可能在望遠鏡裡一窺它的模樣，只能透過間接的觀測來證實它的存在。但是，黑洞真的如我們所想的那樣「一團漆黑」嗎？
按照經典力學中的熱力學第二定理，黑洞如果不斷吸收外界的物質，那麼它應該有溫度，而有溫度就必定會有輻射。這就好比一個燒紅的鐵塊，會有熱輻射，讓人覺得又紅又熱。實際上，溫度低的物體一樣有輻射，只是不容易被我們查覺到。
但是，如果說黑洞裡的物質沒有辦法逃逸，怎麼可能會有輻射呢？霍金針對這個問題，提出一個轟動世界的理論。根據海森堡的不確定性原理，所謂「真空」，並非什麼都沒有。在真空中會產生很多的粒子和反粒子對（也稱為虛粒子），相遇後會瞬間湮滅，不會留下實在的物質。
但在黑洞附近，由於引力場強列，所以當粒子對產生時，有一個可能會闖入黑洞視界，而另一個沒有，進而變為一個實粒子。從外面看來，就像是黑洞釋放粒子一樣，此現象被稱為「黑洞輻射」，也叫做「霍金輻射」。
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