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宇yǔ宙zhòu的de起qǐ源

稳wěn态tài理lǐ论lùn

若干gàn世纪以yǐ来lái，很hěn多科kē学xué家认rèn为宇yǔ宙zhòu除去qù一yī些细微部分外，基本没méi有yǒu什么变化huà。宇yǔ宙zhòu不bù需要一yī个gè开kāi端或结jié束。即jí使是shì在zài发现xiàn宇yǔ宙zhòu正在zài膨胀之zhī后，这zhè种zhǒng想法也没méi有yǒu被放弃qì。托马斯sī.戈尔ěr德(Thomas Gold)，赫尔ěr曼.邦迪(Herman Bondi)及jí弗雷德.霍伊尔ěr(Fred Hoyle)于yú40年nián代dài后期提tí出，物wù质正以yǐ恰当的de速度dù不bù断创chuàng生shēng着，这zhè一yī创chuàng生shēng速度dù刚好与因yīn膨胀而ér使物wù质变稀的de效果guǒ相xiāng平píng衡，从cóng而ér使宇yǔ宙zhòu中zhōng的de物wù质密度dù维wéi持不bù变。这zhè种zhǒng状态tài从cóng无wú限xiàn久远的de过去qù一yī直zhí存cún在zài至今，并将jiāng永远地继续下xià去qù。宇yǔ宙zhòu在zài任何hé时shí候，平píng均来lái说始终保持相xiāng同的de状态tài。稳wěn态tài理lǐ论lùn所要求的de创chuàng生shēng速率很hěn小，每100亿yì年nián中zhōng，在zài一yī立方米的de体tǐ积内nèi，大dà约创chuàng生shēng1个gè原子。稳wěn态tài理lǐ论lùn的de优点之zhī一yī是shì它tā的de明míng确性。它tā非常cháng肯定dìng地预yù言yán宇yǔ宙zhòu应该gāi是shì什么样yàng子的de 。也正因yīn如此cǐ ，它tā很hěn容易遭受观测事shì实的de质疑或反驳。当宇yǔ宙zhòu背景辐射被发现xiàn后，这zhè一yī理lǐ论lùn基本上shàng已被否定dìng。

宇yǔ宙zhòu的de起qǐ源

本世纪，有yǒu两种zhǒng"宇yǔ宙zhòu模mó型"比bǐ较有yǒu影响。一yī是shì稳wěn态tài理lǐ论lùn，一yī是shì大dà爆炸zhà理lǐ论lùn。20年nián代dài后期，爱德温·哈hā勃(Edwin Hubble)发现xiàn了红移现xiàn象，说明míng宇yǔ宙zhòu正在zài膨胀。60年nián代dài中zhōng期，阿尔ěr诺·彭齐亚斯sī(Arno Penzias)和罗伯特tè·威尔ěr逊(Robert Wilson)发现xiàn了"宇yǔ宙zhòu微波背景辐射"。这zhè两个gè发现xiàn给大dà爆炸zhà理lǐ论lùn以yǐ有yǒu力lì的de支持。现xiàn在zài，大dà爆炸zhà理lǐ论lùn广泛地为人rén们men所接受。

大dà爆炸zhà理lǐ论lùn认rèn为，宇yǔ宙zhòu起qǐ源于yú一yī个gè单独的de无wú维wéi度dù的de点，即jí一yī个gè在zài空间jiān和时shí间jiān上shàng都无wú尺度dù但dàn却包bāo含了宇yǔ宙zhòu全部物wù质的de奇qí点。至少是shì在zài120~150亿yì年nián以yǐ前qián，宇yǔ宙zhòu及jí空间jiān本身由yóu这zhè个gè点爆炸zhà形xíng成。

宇yǔ宙zhòu起qǐ源的de问wèn题有yǒu点像这zhè个gè古老的de问wèn题是shì先有yǒu鸡呢，还hái是shì先有yǒu蛋。换句话说，就jiù是shì何hé物wù创chuàng生shēng宇yǔ宙zhòu，又是shì何hé物wù创chuàng生shēng该gāi物wù呢？也许xǔ宇yǔ宙zhòu，或者创chuàng生shēng它tā的de东西已经jīng存cún在zài了无wú限xiàn久的de时shí间jiān，并不bù需要被创chuàng生shēng。直zhí到不bù久之zhī前qián，科kē学xué家们men还hái一yī直zhí试图回huí避bì这zhè样yàng的de问wèn题，觉得dé它tā们men与其说是shì属于yú科kē学xué，不bù如说是shì属于yú形xíng而ér上shàng学xué或宗教的de问wèn题，然rán而ér，人rén们men在zài过去qù几jǐ年nián发现xiàn，科kē学xué定dìng律lǜ甚至在zài宇yǔ宙zhòu的de开kāi端也是shì成立的de。在zài那nà种zhǒng情形xíng下xià，宇yǔ宙zhòu可kě以yǐ是shì自足的de，并由yóu科kē学xué定dìng律lǜ所完全确定dìng。

关于yú宇yǔ宙zhòu是shì否并如何hé启始的de争论lùn贯穿了整zhěng个gè记载的de历lì史shǐ。基本上shàng存cún在zài两个gè思sī想学xué派。许xǔ多早期的de传统，以yǐ及jí犹太教、基督教和伊斯sī兰教认rèn为宇yǔ宙zhòu是shì相xiāng当近jìn的de过去qù创chuàng生shēng的de。(十shí七世纪时shí邬谢xiè尔ěr主教算suàn出宇yǔ宙zhòu诞生shēng的de日期是shì公元前qián4004年nián，这zhè个gè数shù目是shì由yóu把bǎ在zài旧约圣经jīng中zhōng人rén物wù的de年nián龄líng加jiā起qǐ来lái而ér得dé到的de。)承认rèn人rén类lèi在zài文化huà和技术上shàng的de明míng显进化huà，是shì近jìn代dài出现xiàn的de支持上shàng述思sī想的de一yī个gè事shì实。我wǒ们men记得dé那nà种zhǒng业绩的de首创chuàng者或者这zhè种zhǒng技术的de发展者。可kě以yǐ如此cǐ这zhè般地进行论lùn证，即jí我wǒ们men不bù可kě能néng存cún在zài了那nà许xǔ久；因yīn为否则的de话，我wǒ们men应比bǐ目前qián更加jiā先进才cái对duì。事shì实上shàng，圣经jīng的de创chuàng世日期和上shàng次冰河期结jié束相xiāng差chà不bù多，而ér这zhè似shì乎正是shì现xiàn代dài人rén类lèi首次出现xiàn的de时shí候。

另一yī方面miàn，还hái有yǒu诸如希腊哲学xué家亚里斯sī多德的de一yī些人rén，他们men不bù喜xǐ欢宇yǔ宙zhòu有yǒu个gè开kāi端的de思sī想。他们men觉得dé这zhè意yì味着神意yì的de干gàn涉。他们men宁愿相xiāng信宇yǔ宙zhòu已经jīng存cún在zài了并将jiāng继续存cún在zài无wú限xiàn久。某种zhǒng不bù朽的de东西比bǐ某种zhǒng必须xū被创chuàng生shēng的de东西更加jiā完美。他们men对duì上shàng述有yǒu关人rén类lèi进步的de诘难的de回huí答dá是shì周zhōu期性洪水shuǐ或者其他自然rán灾难重zhòng复地使人rén类lèi回huí到起qǐ始状态tài。

两种zhǒng学xué派都认rèn为，宇yǔ宙zhòu在zài根本上shàng随suí时shí间jiān不bù变。它tā要么以yǐ现xiàn在zài形xíng式创chuàng生shēng，要么以yǐ今天的de样yàng子维wéi持了无wú限xiàn久。这zhè是shì一yī种zhǒng自然rán的de信念，由yóu于yú人rén类lèi生shēng命——整zhěng个gè有yǒu记载的de历lì史shǐ是shì如此cǐ之zhī短暂zàn，宇yǔ宙zhòu在zài此cǐ期间jiān从cóng未显著地改变过。在zài一yī个gè稳wěn定dìng不bù变的de宇yǔ宙zhòu的de框架中zhōng，它tā是shì否已经jīng存cún在zài了无wú限xiàn久或者是shì在zài有yǒu限xiàn久的de过去qù诞生shēng的de问wèn题，实在zài是shì一yī种zhǒng形xíng而ér上shàng学xué或宗教的de问wèn题任何hé一yī种zhǒng理lǐ论lùn都对duì此cǐ作解释。1781年nián哲学xué家伊曼努尔ěr·康kāng德写xiě了一yī部里程碑式的de，也是shì非常cháng模mó糊hú的de著作《纯粹理lǐ性批判》。他在zài这zhè部著作中zhōng得dé出结jié论lùn，存cún在zài同样yàng有yǒu效的de论lùn证分别用以yǐ支持宇yǔ宙zhòu有yǒu一yī个gè开kāi端或者宇yǔ宙zhòu没méi有yǒu开kāi端的de信仰。正如他的de书名所提tí示shì的de，他是shì简单地基于yú推理lǐ得dé出结jié论lùn，换句话说，就jiù是shì根本不bù管宇yǔ宙zhòu的de观测。毕竟也是shì，在zài一yī个gè不bù变的de宇yǔ宙zhòu中zhōng，有yǒu什么可kě供观测的de呢？

然rán而ér在zài十shí九世纪，证据开kāi始逐渐积累起qǐ来lái，它tā表biǎo明míng地球戏及jí宇yǔ宙zhòu拭其他部分事shì实上shàng是shì随suí时shí间jiān而ér变化huà的de。地学xué家们men意yì识到岩石以yǐ及jí其中zhōng的de化huà石的de形xíng成需要花费fèi几jǐ亿yì甚至几jǐ十shí亿yì年nián的de时shí间jiān。这zhè比bǐ创chuàng生shēng论lùn者计算suàn的de地球年nián龄líng长得dé太多了。由yóu德国物wù理lǐ学xué家路lù德维wéi希·破尔ěr兹曼提tí出的de所谓热rè力lì学xué第二定dìng律lǜ还hái提tí供了进一yī步的de证据，宇yǔ宙zhòu中zhōng的de无wú序度dù的de总量(它tā是shì由yóu称为熵的de量所测量的de)总是shì随suí时shí间jiān而ér增加jiā，正如有yǒu关人rén类lèi进步的de论lùn证，它tā暗示shì只zhǐ能néng运行了有yǒu限xiàn的de时shí间jiān，否则的de话，它tā现xiàn在zài应已退化huà到一yī种zhǒng完全无wú序的de状态tài，在zài这zhè种zhǒng状态tài下xià万物wù都牌相xiāng同的de温度dù下xià。

稳wěn恒héng宇yǔ宙zhòu思sī想所遭遇到的de另外困难是shì，根据牛顿dùn的de引力lì定dìng律lǜ，宇yǔ宙zhòu中zhōng的de每一yī颗恒héng星xīng必须xū相xiāng互吸引。如果guǒ是shì这zhè样yàng的de话，它tā们men怎么能néng维wéi持相xiāng互间jiān恒héng定dìng距离，并且qiě静止地停在zài那nà里呢？

牛顿dùn晓得dé这zhè个gè问wèn题。在zài一yī封致zhì当时shí一yī位wèi主要哲学xué家里查德·本特tè里的de信中zhōng，他同意yì这zhè样yàng的de观点，即jí有yǒu限xiàn的de一yī群恒héng星xīng不bù可kě能néng静止不bù动，它tā们men全部会落某个gè中zhōng心点。然rán而ér，他论lùn断道，一yī个gè无wú限xiàn的de恒héng星xīng集合hé不bù会落到一yī起qǐ，由yóu于yú不bù存cún在zài任何hé可kě供它tā们men落去qù的de中zhōng心点。这zhè种zhǒng论lùn证是shì人rén们men在zài谈论lùn无wú限xiàn系统时shí会遭遇到的de陷阱的de一yī个gè例子。用不bù同的de方法将jiāng从cóng宇yǔ宙zhòu的de其余的de无wú限xiàn数shù目的de恒héng星xīng作用到每颗恒héng星xīng的de力lì加jiā起qǐ来lái，会对duì恒héng星xīng是shì否维wéi持恒héng常cháng距离给出不bù同的de答dá案。我wǒ们men现xiàn在zài知道，其正确的de步骤是shì考kǎo虑恒héng星xīng的de有yǒu限xiàn区域yù，然rán后加jiā上shàng在zài该gāi区域yù之zhī外大dà致zhì均匀分布的de更多恒héng星xīng。恒héng星xīng的de有yǒu限xiàn区域yù会落到一yī起qǐ，而ér按照牛顿dùn定dìng律lǜ，在zài该gāi区域yù外加jiā上shàng更多的de恒héng星xīng不bù能néng阻止其坍缩。这zhè样yàng，一yī个gè恒héng星xīng的de无wú限xiàn集合hé不bù能néng处于yú静止不bù动的de状态tài。如果guǒ它tā们men在zài某一yī时shí刻不bù在zài作相xiāng对duì运动，它tā们men之zhī间jiān的de吸引力lì会引起qǐ它tā们men开kāi始朝相xiāng互方向落去qù。另一yī种zhǒng情形xíng是shì，它tā们men可kě能néng正在zài相xiāng互离开kāi，而ér引力lì使这zhè种zhǒng退行速度dù降低dī。

尽管恒héng定dìng不bù变的de宇yǔ宙zhòu的de观念具有yǒu这zhè些困难，十shí七、十shí八、十shí九甚至至二十shí世纪初斯sī都没méi有yǒu人rén提tí出过，宇yǔ宙zhòu也许xǔ是shì随suí时shí间jiān演化huà的de，不bù管是shì牛顿dùn还hái是shì爱因yīn期坦tǎn都失去qù了预yù言yán宇yǔ宙zhòu不bù是shì在zài收缩便是shì在zài膨胀的de机会。因yīn为牛顿dùn生shēng活在zài观测发现xiàn宇yǔ宙zhòu膨胀以yǐ前qián的de二百五十shí年nián，所以yǐ人rén们men实在zài不bù能néng责备他。但dàn是shì爱因yīn斯sī坦tǎn应该gāi知道得dé更好。他在zài1915年nián提tí出的de广义相xiāng对duì论lùn预yù言yán正在zài膨胀。但dàn是shì他对duì稳wěn恒héng宇yǔ宙zhòu是shì如此cǐ之zhī执迷不bù悟，以yǐ至于yú要在zài理lǐ论lùn中zhōng加jiā上shàng一yī个gè使之zhī和牛顿dùn理lǐ论lùn相xiāng调和并用于yú抗衡引力lì的de因yīn素sù。

1929年nián埃德温·哈hā勃的de宇yǔ宙zhòu膨胀的de发现xiàn完全改观了有yǒu关其起qǐ源的de讨论lùn。如果guǒ你把bǎ星xīng系现xiàn在zài的de运动往时shí间jiān的de过去qù方向例溯，它tā们men在zài一yī百亿yì和二百亿yì年nián前qián之zhī间jiān的de某一yī时shí刻似shì乎应该gāi重zhòng叠在zài一yī起qǐ，在zài这zhè个gè称为大dà爆炸zhà奇qí点的de时shí刻，宇yǔ宙zhòu的de密度dù和时shí空的de曲率应为无wú穷大dà。所有yǒu的de已知的de科kē学xué定dìng律lǜ在zài这zhè种zhǒng条件下xià都失效了。这zhè对duì科kē学xué是shì一yī桩灾难。科kē学xué所能néng告诉我wǒ们men的de一yī切是shì宇yǔ宙zhòu现xiàn状之zhī所以yǐ如此cǐ是shì因yīn为它tā是shì过去qù是shì处于yú那nà种zhǒng形xíng态tài。但dàn是shì科kē学xué不bù能néng解释为何hé它tā在zài大dà爆炸zhà后的de那nà一yī瞬间jiān是shì那nà个gè样yàng子的de。

这zhè样yàng，许xǔ多科kē学xué家对duì此cǐ结jié论lùn感到不bù悦就jiù毫不bù足怪了。为了避bì免存cún在zài大dà爆炸zhà奇qí点以yǐ及jí由yóu此cǐ引起qǐ的de时shí间jiān具有yǒu开kāi端的de结jié论lùn，人rén们men进行了若干gàn尝试。其中zhōng一yī种zhǒng称为稳wěn恒héng态tài理lǐ论lùn。它tā的de思sī想是shì，随suí着星xīng不bù互相xiāng分离而ér去qù，由yóu连续产chǎn生shēng的de物wù质在zài星xīng系之zhī间jiān的de空间jiān中zhōng形xíng成新xīn的de星xīng系。这zhè样yàng宇yǔ宙zhòu就jiù多多少少以yǐ今日这zhè样yàng的de状态tài不bù但dàn已经jīng存cún在zài了，而ér且qiě还hái将jiāng继续存cún在zài无wú限xiàn长时shí间jiān。

为了使宇yǔ宙zhòu继续膨胀并创chuàng生shēng新xīn物wù质，稳wěn恒héng态tài模mó型需要修改广义相xiāng对duì论lùn。但dàn是shì所需要的de产chǎn生shēng率非常cháng低dī大dà约为每年nián每立方公里一yī个gè粒子，这zhè不bù会和观测相xiāng冲突。该gāi理lǐ论lùn还hái预yù言yán了，星xīng系和类lèi似shì物wù体tǐ的de平píng均密度dù不bù但dàn在zài空间jiān上shàng而ér且qiě在zài时shí间jiān上shàng必须xū是shì常cháng数shù。然rán而ér，由yóu马丁·赖尔ěr和他的de剑桥小组进行的de银河系外射电源的de普查显示shì，弱ruò源的de数shù目比bǐ强源的de数shù目多得dé多。人rén们men可kě以yǐ预yù料，弱ruò的de源在zài平píng均上shàng讲应是shì较遥yáo远的de。这zhè样yàng就jiù存cún在zài两种zhǒng可kě能néng性或许xǔ我wǒ们men正位wèi于yú宇yǔ宙zhòu中zhōng的de一yī个gè强源不bù如平píng均源频繁的de区域yù；或者过去qù的de源的de密度dù更高，光线在zài离开kāi这zhè些源向我wǒ们men传播时shí更遥yáo远的de距离。这zhè两种zhǒng可kě能néng性没méi有yǒu一yī种zhǒng和稳wěn恒héng态tài理lǐ论lùn相xiāng协调，因yīn为该gāi理lǐ论lùn预yù言yán射电源密度dù不bù仅在zài空间jiān上shàng而ér且qiě在zài时shí间jiān上shàng必须xū为常cháng数shù。1964年nián阿诺·彭齐亚斯sī和罗伯特tè·威尔ěr逊发现xiàn了从cóng比bǐ我wǒ们men的de银河系遥yáo远得dé多的de地方起qǐ源的de微波辐射背景，这zhè是shì对duì该gāi理lǐ论lùn的de致zhì命打击jī。它tā具有yǒu从cóng一yī个gè热rè体tǐ发射出的de辐射的de特tè征谱，尽管在zài这zhè种zhǒng情形xíng下xià热rè这zhè个gè字根本不bù适合hé，因yīn为其温度dù只zhǐ不bù过比bǐ绝对duì零度dù高2.7度dù而ér已。宇yǔ宙zhòu是shì一yī个gè既寒冷又黑暗的de地方！稳wěn恒héng态tài理lǐ论lùn中zhōng没méi有yǒu一yī种zhǒng产chǎn生shēng具有yǒu这zhè种zhǒng谱的de微波的de合hé理lǐ机制，所以yǐ稳wěn恒héng态tài理lǐ论lùn难逃被抛弃qì的de命运。

1963年nián两位wèi俄国科kē学xué家欧格尼·利费fèi席兹和伊萨克·哈hā拉尼科kē夫提tí出另一yī种zhǒng思sī想，企图用来lái避bì免大dà爆炸zhà奇qí性。他们men说，只zhǐ有yǒu当星xīng系直zhí接相xiāng互接近jìn或离开kāi时shí，它tā们men才cái会在zài过去qù的de一yī个gè单独的de点上shàng相xiāng重zhòng叠，才cái导致zhì无wú限xiàn密度dù状态tài。可kě惜的de是shì，星xīng系还hái多少具有yǒu一yī些侧向速度dù，宇yǔ宙zhòu早斯sī就jiù可kě能néng存cún在zài过这zhè样yàng的de一yī种zhǒng收缩相xiāng，这zhè时shí，星xīng系虽suī然rán曾经jīng非常cháng靠近jìn过，却能néng设法避bì免互相xiāng撞击jī。然rán后宇yǔ宙zhòu会继续重zhòng新xīn膨胀，而ér不bù必通过一yī种zhǒng无wú限xiàn的de密度dù的de状态tài。

当利费fèi席兹和哈hā拉尼科kē夫提tí出其设想时shí，我wǒ正是shì一yī名研究生shēng，亟需一yī个gè问wèn题以yǐ完成博士论lùn文。因yīn为是shì否有yǒu守大dà爆炸zhà奇qí点的de问wèn题对duì于yú理lǐ解宇yǔ宙zhòu的de起qǐ源关系重zhòng大dà，所以yǐ它tā引起qǐ了我wǒ的de兴趣。我wǒ和罗杰·彭罗斯sī一yī道发展了一yī套数shù学xué工具，用以yǐ处理lǐ这zhè个gè以yǐ及jí类lèi似shì的de问wèn题。我wǒ们men指出，如果guǒ广义相xiāng对duì论lùn是shì正确的de，任何hé合hé理lǐ的de宇yǔ宙zhòu模mó型都必需起qǐ始于yú一yī个gè奇qí点。这zhè就jiù表biǎo明míng，科kē学xué能néng够预yù言yán，宇yǔ宙zhòu必须xū有yǒu一yī个gè开kāi端，但dàn是shì它tā不bù能néng够预yù言yán宇yǔ宙zhòu应如何hé启始的de正因yīn为如此cǐ，人rén们men必须xū求助于yú上shàng帝。

审察人rén闪对duì奇qí性看法的de变化huà是shì十shí分有yǒu趣的de。当我wǒ还hái是shì一yī名研究生shēng时shí，几jǐ乎没méi人rén认rèn真地看待之zhī。现xiàn在zài，作为奇qí性定dìng理lǐ的de一yī个gè结jié果guǒ，几jǐ乎无wú人rén不bù信宇yǔ宙zhòu是shì从cóng一yī个gè奇qí眯起qǐ始的de，物wù理lǐ定dìng律lǜ在zài该gāi处失效。然rán而ér，现xiàn在zài我wǒ认rèn为，虽suī然rán存cún在zài奇qí点，物wù理lǐ定dìng律lǜ仍能néng确定dìng宇yǔ宙zhòu是shì如何hé起qǐ始的de。

广义相xiāng对duì论lùn是shì一yī种zhǒng被称为经jīng典的de理lǐ论lùn。也就jiù是shì说，它tā没méi有yǒu顾及jí这zhè个gè事shì实，即jí粒子不bù具备精确定dìng义的de位wèi置和速度dù，由yóu于yú量子力lì学xué的de不bù确定dìng性原理lǐ位wèi置和速度dù的de小范围内nèi被“抹平píng”，不bù确定dìng性原理lǐ不bù允许xǔ我wǒ们men同时shí既测量又测量速度dù。因yīn为正常cháng情形xíng下xià时shí空的de曲率在zài和粒子位wèi置的de不bù确定dìng性相xiāng比bǐ较时shí非常cháng大dà，这zhè些以yǐ我wǒ们men没méi什么影响。然rán而ér奇qí性定dìng理lǐ指出，在zài现xiàn在zài的de宇yǔ宙zhòu膨胀相xiāng的de开kāi端，时shí空被高度dù地畸变，并且qiě具有yǒu很hěn小的de曲率半径。不bù确定dìng性原理lǐ在zài这zhè种zhǒng情形xíng下xià变成非常cháng重zhòng要。这zhè样yàng，广义相xiāng对duì论lùn因yīn预yù言yán奇qí性而ér导致zhì自身的de垮台。为了讨论lùn宇yǔ宙zhòu的de开kāi端，我wǒ们men需要一yī种zhǒng结jié合hé广义相xiāng对duì论lùn和量子力lì学xué的de理lǐ论lùn。

那nà种zhǒng理lǐ论lùn便是shì量子引力lì论lùn。我wǒ们men尚未知道正确的de量子引力lì论lùn应采取的de准确形xíng式。我wǒ们men此cǐ刻所拥有yǒu的de最佳候选者是shì超弦理lǐ论lùn，但dàn它tā仍有yǒu许xǔ多耒解决的de困难。然rán而ér，人rén们men可kě以yǐ期望，任何hé有yǒu前qián途的de理lǐ论lùn都应具有yǒu某些特tè征。其中zhōng之zhī一yī便是shì爱因yīn斯sī坦tǎn的de思sī想，引力lì效应由yóu被物wù质和能néng量所弯wān曲甚至卷曲的de时shí空来lái体tǐ现xiàn。物wù体tǐ在zài弯wān曲空间jiān中zhōng沿着最接近jìn于yú直zhí线的de轨迹运行。然rán而ér，由yóu于yú时shí空是shì弯wān曲的de。所以yǐ它tā们men的de路lù径就jiù显得dé是shì弯wān折的de，正如同被引力lì场所弯wān折的de似shì的de。

另一yī种zhǒng在zài这zhè个gè终极理lǐ论lùn中zhōng可kě以yǐ预yù料的de要素sù是shì里查德·费fèi因yīn曼的de设想，即jí量子理lǐ论lùn可kě以yǐ表biǎo达成“对duì历lì史shǐ的de求和”。该gāi思sī想可kě以yǐ最简单的de形xíng式表biǎo达成，每颗粒子在zài时shí间jiān中zhōng走过任何hé可kě能néng的de路lù径或历lì史shǐ。每一yī路lù径或历lì史shǐ具有yǒu依其形xíng状而ér定dìng的de概率。为了使这zhè种zhǒng思sī想可kě行，人rén们men必须xū考kǎo虑在zài虚xū时shí间jiān里发生shēng的de历lì史shǐ，而ér不bù是shì在zài我wǒ们men感受生shēng活于yú其中zhōng的de实时shí间jiān城发生shēng的de历lì史shǐ。虚xū时shí间jiān听起qǐ来lái有yǒu点像是shì科kē学xué幻想的de东西，其实它tā是shì定dìng义得dé很hěn好的de数shù学xué概念。它tā在zài某种zhǒng意yì义上shàng可kě被认rèn为是shì和实时shí间jiān成直zhí角的de时shí间jiān方向。人rén们men把bǎ所有yǒu具有yǒu某种zhǒng性质粒子历lì史shǐ，譬如讲在zài某些时shí刻通过某些点的de历lì史shǐ的de概率加jiā起qǐ来lái。然rán后应把bǎ这zhè结jié果guǒ延拓到我wǒ们men在zài其中zhōng生shēng活的de实的de时shí空中zhōng去qù。这zhè不bù是shì量子力lì学xué的de最熟知的de手段，但dàn它tā给出和其他方法得dé到的de相xiāng同结jié果guǒ。

在zài量子引力lì的de情形xíng下xià，费fèi因yīn曼的de对duì历lì史shǐ求和的de思sī想牵涉到对duì宇yǔ宙zhòu的de不bù同的de可kě能néng性的de历lì史shǐ，也就jiù是shì对duì不bù同的de弯wān曲时shí空的de求和。这zhè些代dài表biǎo了宇yǔ宙zhòu和它tā之zhī中zhōng的de任何hé东西的de历lì史shǐ。人rén们men必须xū指明míng，在zài对duì历lì史shǐ的de求和中zhōng，应包bāo括哪些种zhǒng类lèi的de弯wān曲空间jiān。这zhè种zhǒng空间jiān种zhǒng类lèi包bāo括具有yǒu奇qí性的de的de空间jiān，则该gāi理lǐ论lùn就jiù不bù能néng确定dìng这zhè类lèi空间jiān的de概率。相xiāng反的de，它tā们men必须xū以yǐ某种zhǒng任意yì的de方法被赋予概率。这zhè意yì味着科kē学xué不bù能néng预yù言yán时shí空这zhè类lèi奇qí性历lì史shǐ的de概率。这zhè样yàng，它tā就jiù不bù能néng预yù言yán宇yǔ宙zhòu应如何hé运行。然rán而ér，宇yǔ宙zhòu可kě能néng处于yú由yóu只zhǐ包bāo括非奇qí性弯wān曲空间jiān的de求和所定dìng义的de状态tài。在zài这zhè种zhǒng情形xíng下xià，科kē学xué定dìng律lǜ就jiù把bǎ宇yǔ宙zhòu完全确定dìng，人rén们men就jiù不bù必吁求宇yǔ宙zhòu之zhī外的de某物wù来lái确定dìng宇yǔ宙zhòu如何hé启始。由yóu只zhǐ对duì非奇qí性历lì史shǐ的de求和确定dìng宇yǔ宙zhòu的de状态tài有yǒu点像一yī名醉汉在zài灯柱之zhī下xià找他的de钥匙这zhè儿也许xǔ不bù是shì他遗失之zhī处，但dàn是shì这zhè儿是shì他可kě能néng找到的de仅有yǒu的de地方。类lèi似shì的de，宇yǔ宙zhòu也许xǔ不bù处于yú由yóu对duì非奇qí性历lì史shǐ求和定dìng义的de状态tài，但dàn这zhè是shì科kē学xué能néng预yù言yán应当什么样yàng子的de仅有yǒu的de状态tài。

1983年nián詹姆·哈hā特tè尔ěr和我wǒ提tí出，宇yǔ宙zhòu的de状态tài应由yóu对duì一yī定dìng种zhǒng类lèi历lì史shǐ的de求和给出。这zhè类lèi历lì史shǐ由yóu没méi有yǒu奇qí性的de，而ér且qiě具有yǒu有yǒu限xiàn尺度dù却没méi有yǒu边biān界或边biān缘的de弯wān曲空间jiān组成。它tā们men像是shì地球的de表biǎo面miàn，只zhǐ不bù过多了两维wéi。地球的de表biǎo面miàn具有yǒu有yǒu限xiàn的de面miàn积，但dàn是shì它tā不bù具有yǒu任何hé奇qí性、边biān界或边biān缘。我wǒ曾经jīng用实验yàn验yàn证过这zhè一yī点。我wǒ作过环球旅行，而ér没méi有yǒu落到外面miàn去qù。

哈hā特tè尔ěr和我wǒ所做的de设想可kě以yǐ被重zhòng新xīn表biǎo达成宇yǔ宙zhòu的de边biān界条件是shì它tā没méi有yǒu边biān界。只zhǐ有yǒu当宇yǔ宙zhòu处于yú这zhè个gè无wú边biān界状态tài时shí，科kē学xué定dìng律lǜ自身才cái能néng确定dìng每种zhǒng可kě能néng历lì史shǐ的de概率。因yīn此cǐ，只zhǐ有yǒu在zài这zhè种zhǒng情形xíng下xià，已知的de定dìng律lǜ才cái会确定dìng宇yǔ宙zhòu应如何hé运行。如果guǒ宇yǔ宙zhòu处于yú任何hé其他的de状态tài，则历lì史shǐ求和中zhōng的de弯wān曲空间jiān的de种zhǒng类lèi就jiù要包bāo括具有yǒu奇qí性的de空间jiān。人rén们men必须xū求助于yú已知科kē学xué定dìng律lǜ以yǐ外的de某种zhǒng原理lǐ，才cái能néng确定dìng这zhè种zhǒng奇qí性历lì史shǐ的de概率。这zhè种zhǒng原理lǐ就jiù会是shì外在zài于yú我wǒ们men宇yǔ宙zhòu的de某种zhǒng东西。我wǒ们men不bù能néng从cóng我wǒ们men宇yǔ宙zhòu之zhī中zhōng将jiāng其推导出来lái。而ér另一yī方面miàn，如果guǒ宇yǔ宙zhòu是shì处于yú无wú边biān界状态tài，在zài原则上shàng，我wǒ们men就jiù能néng在zài不bù确定dìng性原理lǐ容忍的de限xiàn制之zhī仙完全确定dìng宇yǔ宙zhòu应如何hé运行。

如果guǒ宇yǔ宙zhòu处于yú无wú边biān界状态tài，那nà对duì于yú科kē学xué而ér言yán就jiù太好了，但dàn是shì我wǒ们men如何hé才cái能néng知道事shì情究竟是shì否如此cǐ呢？其答dá案是shì，无wú边biān界设想对duì宇yǔ宙zhòu应如何hé运行作出了明míng确的de预yù言yán。如果guǒ这zhè些预yù言yán不bù与观测相xiāng符合hé，则我wǒ们men就jiù能néng得dé出结jié论lùn说，宇yǔ宙zhòu不bù处于yú无wú边biān界状态tài。这zhè样yàng，在zài哲学xué家卡尔ěr·波普定dìng义的de意yì义上shàng说，无wú边biān界设想是shì一yī种zhǒng好的de科kē学xué理lǐ论lùn它tā可kě被观测证伪。

如果guǒ观测不bù与预yù言yán相xiāng符合hé，我wǒ们men就jiù知道在zài可kě能néng历lì史shǐ的de种zhǒng类lèi中zhōng必须xū有yǒu奇qí性。然rán而ér，这zhè就jiù大dà致zhì上shàng是shì我wǒ们men知道的de一yī切。我wǒ们men不bù能néng计算suàn出这zhè种zhǒng奇qí性历lì史shǐ的de概率，因yīn此cǐ我wǒ们men不bù能néng预yù言yán宇yǔ宙zhòu应如何hé运行。有yǒu人rén也许xǔ会认rèn为，如果guǒ不bù可kě预yù见性只zhǐ发生shēng在zài大dà爆炸zhà处，那nà不bù会太碍事shì，那nà毕竟是shì一yī百亿yì或二百亿yì年nián以yǐ前qián的de事shì。但dàn是shì，如果guǒ可kě预yù言yán性在zài大dà爆炸zhà的de非常cháng强引力lì场中zhōng失效，那nà么只zhǐ要恒héng星xīng坍缩它tā也会失效。这zhè种zhǒng事shì件仅在zài我wǒ们men的de银河系中zhōng每周zhōu就jiù会发生shēng几jǐ次。我wǒ们men的de预yù言yán能néng力lì甚至按照天气预yù报的de标准来lái说也是shì非常cháng差chà劲的de。

当然rán，人rén们men还hái会说，我wǒ们men根本不bù必在zài乎发生shēng在zài一yī颗遥yáo远恒héng星xīng处的de可kě预yù言yán性的de失效。然rán而ér，在zài量子理lǐ论lùn中zhōng任何hé不bù被实际上shàng禁止的de东西都能néng够并将jiāng要发生shēng。这zhè样yàng，如果guǒ可kě能néng历lì史shǐ的de种zhǒng类lèi中zhōng包bāo括奇qí性空间jiān的de话，这zhè些奇qí性可kě在zài任何hé地方发生shēng，而ér不bù仅在zài大dà爆炸zhà处以yǐ及jí坍缩星xīng之zhī中zhōng。这zhè意yì味着，我wǒ们men不bù能néng预yù言yán任何hé东西。反过来lái说，我wǒ们men能néng够预yù言yán事shì件的de这zhè一yī事shì实是shì反对duì奇qí性并赞同无wú边biān界设想的de实验yàn证据。

那nà么无wú边biān界设想为宇yǔ宙zhòu做出什么预yù言yán呢？第一yī个gè预yù言yán是shì，因yīn为宇yǔ宙zhòu的de怕有yǒu可kě能néng的de历lì史shǐ在zài广延上shàng都是shì有yǒu限xiàn的de，所以yǐ人rén们men用来lái作为时shí间jiān测度dù的de任何hé量都必须xū有yǒu一yī个gè最大dà值和一yī个gè最小值。这zhè样yàng宇yǔ宙zhòu就jiù有yǒu一yī个gè开kāi端和一yī个gè终结jié。在zài实时shí间jiān中zhōng的de开kāi端即jí是shì大dà爆炸zhà奇qí点。然rán而ér在zài虚xū时shí间jiān中zhōng这zhè个gè开kāi端就jiù不bù再是shì奇qí点。相xiāng反的de，它tā有yǒu点像地球的de北极。如果guǒ人rén们men把bǎ地球表biǎo面miàn的de纬度dù当作时shí间jiān的de类lèi似shì物wù，则可kě以yǐ说地球的de表biǎo面miàn从cóng北极开kāi始。然rán而ér，北极是shì地球上shàng完全普通的de一yī点。它tā没méi有yǒu任何hé特tè殊之zhī处，同样yàng的de定dìng律lǜ在zài北极正如同在zài地球上shàng的de其他地方同样yàng地成立。类lèi似shì的de，我wǒ们men用来lái标志作撛lǐn谛槭奔淠谟钪娴钠羰紨的de事shì件是shì时shí空中zhōng的de一yī个gè通常cháng的de点，正如其他的de点那nà样yàng。科kē学xué定dìng律lǜ在zài开kāi端处正如在zài其他地方一yī样yàng成立。

人rén们men从cóng和地球表biǎo面miàn的de类lèi比bǐ，也许xǔ会预yù料到，正如北极和南极相xiāng似shì一yī样yàng，宇yǔ宙zhòu的de终结jié会和开kāi端相xiāng类lèi似shì。然rán而ér，北南二极是shì对duì应于yú虚xū时shí间jiān向实时shí间jiān延拓，就jiù会发现xiàn宇yǔ宙zhòu在zài实时shí间jiān中zhōng的de开kāi端和它tā的de终结jié可kě以yǐ非常cháng不bù同。

约纳逊·哈hā里威尔ěr和我wǒ对duì无wú边biān界条件的de含义作过一yī个gè近jìn似shì计算suàn。我wǒ们men把bǎ宇yǔ宙zhòu当作一yī个gè完全光滑和均匀的de背景来lái处理lǐ，在zài这zhè个gè背景上shàng存cún在zài密度dù的de小微扰。宇yǔ宙zhòu在zài之zhī前qián时shí间jiān中zhōng从cóng非常cháng小的de半径开kāi始膨胀。最初的de这zhè种zhǒng膨胀称作暴涨，也就jiù是shì说，宇yǔ宙zhòu尺度dù在zài比bǐ一yī秒还hái要短暂zàn非常cháng多的de每一yī时shí间jiān间jiān隔中zhōng得dé到加jiā倍，这zhè正如在zài某些国家中zhōng每一yī年nián价格都要加jiā倍一yī样yàng。第一yī次世界大dà战后的de德国也许xǔ创chuàng下xià了通货膨胀的de世界纪录，一yī捆面miàn包bāo的de价格在zài几jǐ个gè月的de时shí间jiān内nèi从cóng一yī个gè马克涨到一yī百万马克。但dàn是shì没méi有yǒu任何hé东西可kě与似shì乎在zài极早期宇yǔ宙zhòu发生shēng过的de暴涨相xiāng比bǐ拟，宇yǔ宙zhòu尺度dù在zài一yī秒的de极微小的de部分时shí间jiān内nèi至少增加jiā了一yī百万亿yì亿yì亿yì倍。这zhè当然rán是shì发生shēng在zài当局政府之zhī前qián的de事shì。

暴涨在zài如下xià意yì义上shàng来lái说，是shì件好事shì，它tā产chǎn生shēng了一yī个gè在zài大dà尺度dù上shàng光滑而ér均匀的de宇yǔ宙zhòu，而ér且qiě这zhè个gè宇yǔ宙zhòu以yǐ刚好避bì免坍缩的de临界速度dù膨胀。它tā还hái能néng在zài相xiāng当严格的de意yì义上shàng把bǎ宇yǔ宙zhòu的de怕有yǒu内nèi容从cóng无wú中zhōng创chuàng生shēng出来lái，这zhè是shì暴涨的de又一yī好处。当宇yǔ宙zhòu像北极那nà样yàng的de一yī个gè单独点时shí，它tā不bù包bāo含有yǒu任何hé东西。然rán而ér，在zài我wǒ们men可kě观测到的de宇yǔ宙zhòu部分至少有yǒu十shí的de八十shí次方颗粒子。所有yǒu这zhè些粒子从cóng何hé而ér来lái呢？其答dá案是shì，相xiāng对duì论lùn和量子力lì学xué允许xǔ物wù质从cóng能néng量中zhōng以yǐ粒子反粒子对duì的de形xíng式创chuàng生shēng出来lái。那nà么能néng量又是shì从cóng何hé而ér来lái以yǐ创chuàng生shēng物wù质呢？其答dá案是shì，它tā是shì从cóng宇yǔ宙zhòu的de引力lì能néng中zhōng借来lái的de。宇yǔ宙zhòu亏欠了极大dà数shù量的de负引力lì能néng的de债务，它tā刚好和物wù质的de正能néng量相xiāng平píng衡。其结jié果guǒ便是shì凯kǎi恩斯sī经jīng济学xué的de胜利一yī个gè充满物wù质的de、充满活力lì的de正在zài膨胀的de宇yǔ宙zhòu。引力lì能néng的de债务只zhǐ有yǒu在zài宇yǔ宙zhòu终结jié时shí才cái能néng偿付清。

早期宇yǔ宙zhòu不bù能néng是shì完全均匀一yī致zhì的de，因yīn为否则的de话就jiù会违反量子力lì学xué的de不bù确定dìng性原理lǐ。相xiāng反的de，必须xū存cún在zài对duì均匀密度dù的de一yī些偏差chà。无wú边biān界设想意yì味着，这zhè些密度dù差chà别是shì从cóng它tā们men的de基态tài开kāi始，也就jiù是shì说，它tā们men是shì和不bù确定dìng性原理lǐ相xiāng一yī尽可kě能néng的de小。然rán而ér，这zhè些差chà别在zài暴涨时shí被放大dà了。在zài暴涨时shí期结jié束之zhī后，留下xià的de宇yǔ宙zhòu是shì一yī些地方比bǐ另一yī些地方膨胀得dé稍快一yī些。在zài膨胀稍慢的de区域yù，物wù质的de引力lì吸引使膨胀进一yī步减慢。该gāi区域yù最终会停止膨胀，并且qiě收缩形xíng成星xīng系和恒héng星xīng。这zhè样yàng，无wú边biān界设想可kě以yǐ解释我wǒ们men四周zhōu看到的de所有yǒu复杂结jié构。然rán而ér，它tā没méi有yǒu给宇yǔ宙zhòu作出单独的de预yù言yán。相xiāng反地，它tā预yù言yán整zhěng整zhěng一yī族可kě能néng的de历lì史shǐ，每一yī个gè历lì史shǐ都具有yǒu自己的de概率。也许xǔ可kě能néng有yǒu这zhè样yàng的de历lì史shǐ，工党在zài上shàng次英yīng国竞选中zhōng取胜，虽suī然rán这zhè种zhǒng概率很hěn小。

无wú边biān界设想对duì于yú上shàng商在zài宇yǔ宙zhòu事shì务中zhōng的de作用含义极其深远。人rén们men现xiàn在zài广泛接受，宇yǔ宙zhòu按照定dìng义很hěn好的de定dìng律lǜ演化huà。这zhè些定dìng律lǜ可kě能néng是shì上shàng帝钦定dìng的de，但dàn是shì它tā似shì乎不bù去qù干gàn涉宇yǔ宙zhòu去qù违反这zhè些定dìng律lǜ。然rán而ér，直zhí到不bù久以yǐ前qián，人rén们men都认rèn为这zhè些定dìng律lǜ不bù能néng适用于yú宇yǔ宙zhòu的de开kāi初。那nà就jiù要依赖上shàng帝去qù旋紧发条，并让宇yǔ宙zhòu顺着它tā的de意yì愿的de方式去qù运行。这zhè样yàng，宇yǔ宙zhòu的de现xiàn状是shì上shàng帝对duì初始条件选择的de结jié果guǒ。

然rán而ér，如果guǒ某种zhǒng像无wú边biān界设想的de东西是shì正确的de话，则情况就jiù会大dà大dà改观。在zài那nà种zhǒng情形xíng下xià，物wù理lǐ定dìng律lǜ甚至也适用于yú宇yǔ宙zhòu的de开kāi端，这zhè样yàng上shàng帝就jiù没méi有yǒu选取初始条件的de自由yóu。当然rán它tā在zài选取宇yǔ宙zhòu要服从cóng的de定dìng律lǜ上shàng仍然rán具有yǒu自由yóu。然rán而ér，这zhè里并没méi有yǒu许xǔ多选择的de余地。也许xǔ只zhǐ存cún在zài很hěn少数shù目的de定dìng律lǜ，这zhè些定dìng律lǜ是shì自洽的de，并能néng导致zhì像我wǒ们men自己这zhè么复杂的de生shēng物wù的de存cún在zài，他能néng询问wèn什么是shì上shàng帝的de性质。

甚至即jí使只zhǐ存cún在zài唯一yī的de一yī族可kě能néng的de定dìng律lǜ，它tā也只zhǐ不bù过是shì一yī族方程。究竟是shì什么东西将jiāng生shēng命之zhī火赋予这zhè些方程，使之zhī产chǎn生shēng一yī个gè受它tā们men制约的de宇yǔ宙zhòu呢？难道终结jié的de统一yī理lǐ论lùn是shì如此cǐ之zhī咄咄逼人rén，以yǐ至于yú其自身的de实现xiàn成为不bù可kě避bì免？虽suī然rán科kē学xué能néng解决宇yǔ宙zhòu如何hé启始的de课题，它tā仍然rán无wú法回huí答dá这zhè个gè问wèn题为何hé宇yǔ宙zhòu必须xū存cún在zài？我wǒ对duì此cǐ没méi有yǒu答dá案。