《果壳中的宇宙》（The Universe in a Nutshell）是斯蒂芬·霍金（Stephen William Hawking）创作的科普著作，英文原版于2001年10月出版，中译本于2001年11月26日出版。该书的主题是宇宙学，涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等概念。

《果壳中的宇宙》是史蒂芬·霍金为其成名作《时间简史》所写的续篇。书名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，他仍然自以为是无限空间之王。该书讲述了现代物理学的历史和原则，斯蒂芬·霍金试图“将阿尔伯特·爱因斯坦的大统一理论和理查德·费曼的多重历史观点融入到一个能阐述宇宙中发生的一切事情的理论系统中”。

2002年，《果壳中的宇宙》获得安万特科学图书奖。

由于史蒂芬·霍金不打算写《简史之子》或者《时间的稍长历史》，也由于他忙于研究，所以没有进行再次创作。但是，之后他意识到有必要撰写一本更易理解的有别于《时间简史》的书，而《果壳中的宇宙》是史蒂芬·霍金为其成名作《时间简史》在2001年写的续篇。其书名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，他仍然自以为是无限空间之王。就是这样一句看似充满浪漫情怀的话语却与人类的宇宙观完全相符。现代量子宇宙学认为，整个宇宙是由一个果壳状的瞬子演化而来，果壳上的果子皱纹包含着宇宙中所有结构的密码。斯蒂芬·霍金正是这一学说的开创者。

《果壳中的宇宙》讲述了现代物理学的历史和原则。霍金试图“将阿尔伯特·爱因斯坦的大统一理论和理查德·费曼的多重历史观点融入到一个能阐述宇宙中发生的一切事情的自洽的理论系统中”。

在《果壳中的宇宙》第一章中，霍金回顾了迈克尔逊-莫雷实验、时间与空间的相对性、质能方程E=mc2、广义相对论的基石——等效原理、宇宙是非静止的，它是在不断变化的、奇点大爆炸及广义相对论和量子力学的不协调性。

在《果壳中的宇宙》的第二章中，斯蒂芬·霍金认为，任何物理学都是按照实证主义的方法来研究的。科学理论就是一种数学模型。如果这个数学模型和现实相符合，那么这个模型就存活下来。如果不相符，要么扔掉要么拿回去修改。时间的本质这个问法本身就有问题。人类所做的一切，只是在描述一种时间模型，然后查看时间模型表达的信息，是不是与现有的观测证据相符合。理论物理就是在不断地提出模型，然后去验证它，不管这个模型多么匪夷所思。霍金大部分都是提出模型，解释现有的观测结果，同时做出预言。在广义相对论里，时间与空间一体，引力被描述成了时空的弯曲。时空就像皮膜，大质量天体就把皮膜压弯，周围的时空压凹下去一个坑，都逃不出这个坑。斯蒂芬·霍金认为这个表达是不完整的，这个通俗化的比喻只描述了空间的弯曲，没有藐视时间。霍金把大质量物体产生的引力是连同时间空间一起弯曲的，理论命名为“时间的形状”。

第三章与整本书的名字一致，霍金很多次引用理查德·费曼“路径积分”的理论。海森伯格提出了矩阵力学，埃尔温·薛定谔提出了波动力学，这两者在数学上是等价的，这两个学说成为了现代量子理论的基础。费曼提出了另外一种方法，与前两者也是等价的，那就是路径积分的思想。斯蒂芬·霍金从这费曼的路径积分思想得到启发，认为粒子从a点到b点的行为，实际上所有可能的路径都有贡献，每条路径实际上都是一段历史，最终的轨迹是由无数的历史叠加形成的。联想到整个宇宙层面，宇宙的历史也是多重的，所有这些历史都符合一个分布函数。霍金一直强调有多重历史，也就是存在各种各样的宇宙，每个宇宙的参数各不相同。宇宙有很多物理常数，比如说普朗克常数、万有引力常数、精细结构常数等。假如常数数值稍有改变，宇宙就不是现在的样子。

斯蒂芬·霍金认为埃尔温·薛定谔的波函数来计算概率问题。哥廷根大学的马克斯·玻恩解释波函数控制着粒子出现的概率，随着时间的延续，波函数如何变化，可以对未来的概率做出一个计算。在平直的空间里，波函数的演化是确定的。科学的所有预言必须有可验证的特性，“拉普拉斯妖”——如果人们知道在某一时刻宇宙中所有粒子的位置和速度，则物理定律应允许人们预言宇宙在过去或将来的任何时刻的状态。

霍金认为，事件顺序是否能被打乱的问题需要分为几个层次来探讨。在阿尔伯特·爱因斯坦的相对论之中，历史顺序毫无疑问是不能打乱的。但是这个理论没考虑量子的不确定性，因此是不完整的。在量子力学看来，粒子是具有不确定性的，但是时空的定义是经典的。假如将来能找到完整的量子引力理论，不仅仅物质粒子会受到不确定性的影响，而且时空本身也是量子化的，也会受到不确定性的影响。预测未来不可能，回到过去也是做不到的。斯蒂芬·霍金讨论的核心是时间圈环，物理学上的术语叫“闭合类时线”。

膜世界是复杂的高维世界，根据量子的不确定性，会有泡泡不断地创生出来。人类生活的膜世界，可能充满高维的泡泡。生活在四维的时空里可能是一种感受，世界都是高维世界在泡泡表面上的投影。

膜的量子创生像气泡在沸水中创生，不确定性原理允许膜世界作为泡泡从无中出现，膜形成泡泡的表面，内部则是高维空间。小泡泡倾向于再缩为无，两个泡泡可能因为碰撞而合并，宇宙大爆炸或许就是两个泡泡之间碰撞造成的。人类生活在四维时空的泡泡上（宇宙的边缘上）。一个超过某一临界尺度的泡泡会继续长大，生活在膜上的智慧生命（如地球人类）就会觉察到星系在相互离开，宇宙在膨胀，没有任何星系是膨胀，外部显示却是4维。一个在虚时间中表面完全光滑的果壳是泡泡最可能的历史，但是它在实时间中对应于以暴涨形式永远膨胀的膜（泡泡的表面），星系不能在这样的表面上形成，就不可能有智慧生命发展。而在虚时间中不那么光滑的果壳历史，虽然概率稍低，但它在实时间中对应的泡泡历史，首先有一个加速暴涨的相，然后缓慢下来。在这个减速过程中，星系能够形成，智慧生命能够发展。稍稍长毛的果壳宇宙，正是智慧生命从M理论允许的大量的宇宙中选择出来的膜模型。

M理论认为，引力可以从膜上弥漫出去。这样，如果在邻近我们膜世界有一张额外的大膜，则它能防止引力向远处发散。这张邻近的额外大膜就是我们的“影子膜”（影子世界）。由于引力可以传播到影子膜上去，所以那里的恒星可以围绕影子星系中心公转、行星可以围绕暗质量公转。由于光被限制在膜上，所以人类看不到影子世界。

根据M理论，膜上的运动物体产生的引力波可以从膜上弥漫出去。如果存在一张影子膜，引力波就会在我们膜和影子膜之间来回反射。但是，如果影子膜是高度弯曲的（如马鞍型），就不能将引力完全反射回来，特别是波长比其曲率半径短的引力波会完全逃逸出去。

黑洞发射的引力波会传播到额外维上去，并在人类维与额外维之间来回反射。因而人类膜上的一个黑洞会延展成额外维上的一个黑洞。如果黑洞很小，则额外维上的黑洞是球形的，如果是巨型黑洞，则额外维的黑洞是饼状的。黑洞由于引力辐射而损失能量，它因此会慢慢蒸发，尺寸缩小。当它比马鞍型额外维的曲率半径还小时，它的引力波就会自由地逃逸而不再返回，在我们膜上就无法直接观测到黑洞的辐射，只有通过黑洞的质量损失间接地测量到。也许这正是我们迄今没有观测到黑洞激烈消亡时产生的伽玛射线的原因。

本来是热力学中的概念，表示一个物理系统的无序程度。1948 年美国应用数学克劳德·香农在设法量化一条消息所包含的信息量时，得出了一条与路德维希·玻尔兹曼热力学熵类似的公式，于是便把熵的概念引进信息论。一条消息的熵，就是编码这条消息所需二进制位（即比特）的个数。黑洞的熵是黑洞内部状态（质量、旋转和电荷）数目的度量。1974年，斯蒂芬·霍金发现一个计算黑洞熵的简单公式，即黑洞的熵等于黑洞视界的面积。说明熵是一个系统中的总信息的测度，暗示与三维世界中的所有现象相关联的信息，能被存储在它的二维边界上。

根据全息原理，5维时空宇宙就是一幅画在其4维边界上的全息图像，4维时空的态与5维时空的态一一对应，两个宇宙是完全等效的。因此生活在这些宇宙中的生物，将无法确定他们是栖息在一个由弦理论描述的5维时空中，还是生活在一个由量子场论描述的4维时空中。但是由于全息等价，使得一个在某一时空中难以计算的问题，可以用另一种方式解决，如4维时空中夸克和胶子特性的计算，可以转化为高度对称的5维时空中的简易计算。

《果壳中的宇宙》涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等概念，以相对简化的手法及图解为读者讲述了宇宙的起源。截至2021年9月，《果壳中的宇宙》累计发行140多万册。

该书围绕主题是宇宙学，涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等诸多前沿概念。在《果壳中的宇宙》这部新作中，斯蒂芬·霍金把读者带到理论物理的最前沿，真理在那里甚至比幻想更令人眼花缭乱。他利用通俗的语言解释制约着宇宙的原理。（36评）

2001年，霍金又出了一部作品《果壳中的宇宙》，以相对简化的手法及图解为读者讲述了宇宙的起源。“即使我身处果壳之中，我仍以为自己是宇宙之王”， 《哈姆雷特》中的这句话，也是霍金传奇一生的写照。（界面新闻评）

《果壳里的宇宙》，以清澈明晰、妙语连珠的表述，把我们带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缭乱，从而确立了世界科学著作的里程碑地位。（作家蒋宝德评）

2002年，霍金的新书《果壳里的宇宙》出版，并获2002年度安万特科学图书奖。这是一部图文并茂的科普著作，主题是宇宙学，内容涉及广义相对论、星子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等诸多前沿概念。（王宗奕评）

斯蒂芬·霍金，出生于伽利略·伽利莱逝世周年纪念日，剑桥大学应用数学及理论物理学系教授，当代最重要的广义相对论和宇宙论家。20世纪70年代，斯蒂芬.霍金与罗杰·彭洛斯一道证明了著名的奇性定理，共同获得了1988年的沃尔夫物理学奖，因此被誉为继阿尔伯特·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”。霍金还证明黑洞的面积定理，是艾萨克·牛顿和保罗·狄拉克担任过的卢卡逊数学教授，拥有多个荣誉学位并且担任皇家学会会员。