霍金的第一大理论便是“奇点定理”。1965年，当时博士还没毕业的霍金准备找一个博士论文题目，结果他看到了英国物理学家罗杰-彭罗斯发表的一篇关于黑洞的论文。黑洞是一种引力极大的天体，引力大到连光都无法逃脱，研究认为，大质量恒星在生命的尽头，恒星内核会因为引力而坍缩，发生超新星爆发，所残留的部分便是黑洞。黑洞的表面被称为“事件视界”，掉入事件视界以内的任何物质都无法逃离出来。同时，这些物质或光会被强大的引力压缩到位于黑洞中心的、密度无穷大的一个点，这个点被称为“奇点”。令人难以理解的是，一切已知的物理理论在奇点处都会失效，其中也包括相对论。于是科学家猜测，实际上可能并不存在所谓的奇点。不过彭罗斯却在这篇论文中严密地证明:一旦形成事件视界，在视界内部必然会产生一个奇点。

博士时代的霍金

彭罗斯

读了彭罗斯的论文后，霍金敏锐地意识到，如果时间反演的话，那么彭罗斯的证明其实也同样适用于宇宙的开始。我们知道，现在的宇宙依然在不断膨胀，如果时间能够倒流的话，那么可以想象，现在的宇宙会不断缩小，最终坍缩为一个密度无穷大的点。就这样，通过将时间反演，霍金从数学上证明了，根据广义相对论，宇宙诞生时也必然存在一个奇点，这就是奇点定理。

是不是感觉太简单了，别慌，霍金的第二大理论我估计你就听不懂了，因为我压根就说不明白，这就是“无边界假说”。刚才说到，如果只是根据广义相对论考虑的话，那么宇宙必定诞生于一个奇点，虽然证明没什么问题，但是奇点的存在却给物理学家带来了无尽的烦恼，原因就在于在奇点处，广义相对论会失效，也就是说，我们永远也无法弄清楚在宇宙诞生的瞬间到底发生了什么。那么该怎么办呢?霍金想到了量子论。量子论研究的是微观物理世界的基本规律，而奇点正是这样一个极其微小的点，于是，霍金深入贯彻落实将量子论与广义相对论结合起来的指导方针，开展了有关宇宙起源的研究。

根据量子论，微观粒子具有类似波的性质，这种粒子的状态就是所谓的“波函数”。霍金利用波函数表示坍缩成极其微小的宇宙整体，从而研究了宇宙的规律。利用波函数来研究宇宙规律，有一个前提，那就是首先必须确定波的另一端，也就是宇宙的另一端是怎样的，而在这里，宇宙的边界便是指宇宙的开始。于是，霍金提出了一个具有划时代意义的猜想，他认为，宇宙的边界条件就是宇宙没有边界，这样一来，就可以去除掉宇宙诞生时所必须存在的奇点。

好了问题来了，宇宙没有边界这句话到底是什么意思呢?霍金认为，宇宙之初流逝的并不是普通的时间，而是虚数时间。我们知道，虚数的平方是负数，当然了虽然我们了解这一点，但虚数时间是什么却说不清，总之，如果是这种特殊时间的话，那么就没有时间与空间的区别，也就无从得知到底哪里是边界，这就是无边界假说。霍金认为，宇宙始于时间与空间没有任何区别的状态，当普通的时间，也就是实数时间在某一时刻开始流逝之后，宇宙才开始了急剧膨胀，并最终形成了我们今天的宇宙。是不是没听懂，没听懂那就对了，我都不知道我刚才说了什么。没听懂也不要紧，你反复仔细琢磨几次，琢磨琢磨就睡着了。

霍金的第三大理论便是大名鼎鼎的“霍金辐射”。前面说过，按照过去的理论，物质一旦掉入黑洞，就再也无法逃逸出来。所以人们都认为，黑洞的质量只能不断增加，它的欲望是无穷的。不过霍金却认为，如果应用量子论的话，黑洞有可能释放出光子等各种粒子而丧失质量，就像一杯水一样，最终它会蒸发消失。那么为什么会这样呢?还得靠量子论来解释。

量子论认为，宇宙空间中并非空无一物，即便是在去除所有物质与电磁波的真真空中，也蕴藏着巨大的能量，而且能量还在不断地涨落。如果在基本粒子水平的微观尺度上观察真空的话，粒子借助于能量涨落，时时刻刻都在成对地生成与成对地湮灭。

而在黑洞表面附近，同样的事情自然也在发生。不过情况还稍有不同，那就是粒子对中的一个会进入事件视界的内侧，并不断地坠向黑洞的中心，此时的它就再也无法与它的相遇了。这样一来，剩下的一个粒子就会失去湮灭的对象，于是这哥们就向黑洞外侧逃逸，看上去就像是黑洞向外发射粒子，这就是所谓的“霍金辐射”。

霍金辐射

此时，坠入事件视界内的粒子由于受到巨大引力的影响而获得“负能量”，剩下的另一个粒子则获得正能量。根据质能方程，能量与质量在本质上是相同的，是可以相互转换的，所以，吞噬了携带负能量粒子的黑洞就会减少相应的质量，一点点地将自己蚕食殆尽。