장11 【제8장: 우주의 기원과 운명】

아인슈타인의 일반 상대성 이론 자체는 시공간이 빅뱅 특이점에서 시작하여 빅 크런치 특이점(우주 전체가 붕괴하는 경우) 또는 블랙홀의 특이점(예: 별이 무너지기 직전이라면) 끝.블랙홀에 던져진 모든 것은 특이점에서 파괴될 것이며 외부에서는 그 질량의 중력 효과만 계속해서 느껴질 것입니다.반면에 양자 효과가 설명되면 물체의 질량과 에너지는 결국 우주의 나머지 부분으로 돌아가고 블랙홀은 증발하여 결국 그 안에 있는 모든 특이점과 함께 사라집니다.양자 역학이 빅뱅과 빅 스퀴즈 특이점에 똑같이 극적인 영향을 미칠 수 있을까요?중력장이 너무 강해서 양자 효과를 무시할 수 없었던 초기 또는 후기 우주에서 정확히 무슨 일이 일어났습니까?우주에는 시작이나 끝이 있습니까?있다면 어떻게 생겼습니까?

1970년대 내내 나는 주로 블랙홀에 대해 연구했지만, 우주의 기원과 운명에 대한 질문에 대한 나의 관심은 1981년 바티칸에서 예수회가 조직한 우주론 회의에 참석하면서 다시 일깨워졌습니다.가톨릭 교회는 갈릴레오가 과학 주제에 관한 입법을 시도하고 태양이 지구 주위를 돈다고 선언했을 때 큰 실수를 저질렀습니다.수 세기가 지난 지금, 우주론적 문제에 대해 조언할 전문가를 초대하기로 결정했습니다.회의가 끝날 무렵 모든 참석자들은 교황의 연설에 초대되었습니다.그는 빅뱅 이후 우주의 진화를 연구할 수 있지만, 빅뱅 자체에 대해서는 묻지 말아야 한다고 말합니다.그때 나는 내가 회의에서 방금 한 연설의 주제, 즉 시간은 유한하지만 무한하다는 가능성이 시작도, 창조의 순간도 없다는 것을 그가 모른다는 사실에 내심 기뻤습니다.나는 갈릴레오의 운명을 공유하고 싶지 않습니다.내가 갈릴레오와 강한 동일시를 갖고 있는 이유 중 하나는 내가 그가 죽은 지 불과 300년 후에 태어났기 때문입니다!

양자역학이 우주의 기원과 운명에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 나와 다른 사람들의 생각을 설명하기 위해서는 먼저 받아들여지는 우주의 역사를 뜨거운 빅뱅 모델의 관점에서 이해해야 한다.빅뱅의 순간부터 우주가 프리드만의 모델에 의해 기술되었다고 가정합니다.이 모델에서는 우주가 팽창함에 따라 그 안에 있는 모든 물체나 방사선이 더 차가워진다는 것이 밝혀졌습니다. (우주의 크기가 두 배가 되면 온도는 절반으로 줄어듭니다.) 온도는 입자의 평균 에너지 또는 속도의 척도이므로 우주의 냉각은 그 안에 있는 물질에 더 큰 영향을 미칩니다.매우 높은 온도에서 입자는 매우 빠르게 이동하여 핵 또는 전자기력에 의해 입자를 함께 끌어당기는 힘을 피할 수 있습니다.그러나 예상대로 냉각되면서 서로 끌어당기는 입자들이 서로 뭉치기 시작했습니다.게다가 우주에 존재하는 입자의 종류도 온도에 따라 달라집니다.충분히 높은 온도에서는 입자의 에너지가 너무 높아 충돌하자마자 많은 다른 입자/반입자 쌍이 생성되며, 이러한 입자 중 일부는 반입자에 부딪히면 소멸되지만 소멸보다 더 빠르게 생성됩니다.그러나 더 낮은 온도에서는 충돌하는 입자의 에너지가 적고 입자/반입자 쌍이 빠르게 생성되지 않으며 소멸이 생성보다 빠릅니다.

빅뱅 당시 우주의 부피는 0인 것으로 생각되어 무한히 뜨거웠습니다.그러나 복사의 온도는 우주가 팽창함에 따라 감소합니다.빅뱅 1초 후 온도는 약 100억도까지 떨어졌는데, 이는 수소폭탄 폭발로 도달한 온도인 태양 중심 온도의 약 1000배입니다.이 순간 우주는 대부분 광자, 전자, 중성미자(약력과 중력에 의해서만 영향을 받는 매우 가벼운 입자)와 이들의 반입자, 일부 양성자와 중성자로 구성됩니다.우주가 계속 팽창하고 온도가 계속 낮아짐에 따라 충돌 시 전자/반전자 쌍의 생성 속도가 소멸 속도 이하로 떨어졌습니다.이것은 전자를 거의 남기지 않는 반면, 대부분의 전자와 반전자는 서로 소멸하여 더 많은 광자를 생성합니다.그러나 중성미자와 반중성미자는 서로를 소멸시키지 않았다. 이 입자들은 그들 자신과 다른 입자들과 매우 약하게 상호작용하기 때문에 오늘날에도 여전히 존재해야 한다.우리가 그것들을 관찰할 수 있다면 우주의 매우 뜨거운 초기 단계에 대한 좋은 그림을 제공할 것입니다.불행히도 오늘날 그들의 에너지는 우리가 직접 관찰하기에는 너무 낮습니다.그러나 중성미자가 1981년 소련이 수행한 미확인 실험에서 제안한 것처럼 질량이 0이 아니라 자체 질량이 작은 경우 간접적으로 감지할 수 있습니다.앞서 언급했듯이 그들은 우주의 팽창을 멈추고 다시 붕괴시킬 수 있는 충분한 중력을 가진 암흑 물질의 한 형태일 수 있습니다.

빅뱅 후 약 100초 후에 온도가 가장 뜨거운 별 내부의 온도인 10억도까지 떨어졌습니다.이 온도에서 양성자와 중성자는 더 이상 강한 핵력의 인력을 피할 수 있는 충분한 에너지를 갖지 못하므로 결합하여 중수소(중수소) 핵을 생성하기 시작합니다.듀테론은 하나의 양성자와 하나의 중성자를 포함합니다.그런 다음 중수소는 더 많은 양성자 및 중성자와 결합하여 2개의 양성자와 2개의 중성자와 소량의 2개의 더 무거운 원소인 리튬과 베릴륨을 포함하는 헬륨 핵을 형성합니다.핫 빅뱅 모델에서 양성자와 중성자의 약 4분의 1이 소량의 중수소 및 기타 원소와 함께 헬륨 핵으로 변환된 것으로 계산할 수 있습니다.나머지 중성자는 수소 원자의 정상적인 핵인 양성자로 붕괴됩니다.

1948년 과학자 조지.Gamow와 그의 학생 Ralph.Alpha는 처음으로 우주의 뜨거운 초기 단계에 대한 그림을 제시한 유명한 논문을 공동 집필했습니다.Gamow는 꽤 유머러스해서 핵물리학자 Hans를 설득했습니다.Bethe는 자신의 이름을 논문에 추가하여 등재된 저자인 Alpha, Beta, Gamow를 그리스 알파벳의 처음 세 개인 Alpha, Beta, Gamma로 만들었으며 특히 우주에 관한 논문에 적합합니다. !이 논문에서 그들은 놀라운 예측을 합니다. 우주의 뜨거운 초기 단계에서 나오는 복사(광자 형태)는 오늘날에도 여전히 존재해야 하지만 온도는 절대 영도(섭씨 1270도) 바로 아래로 낮아졌습니다. 더 높은.이것이 바로 Penzias와 Wilson이 1965년에 발견한 것입니다.Alpha, Bethe, Gamow가 이 논문을 썼을 때 양성자와 중성자의 핵 반응에 대해 알려진 것이 많지 않았습니다.따라서 초기 우주에서 서로 다른 요소의 비율에 대한 예측은 상당히 부정확했지만 더 나은 지식으로 이러한 계산을 다시 실행한 후에는 이제 우리의 관찰과 매우 잘 일치합니다.더욱이 우주에 헬륨이 그렇게 많이 있어야 하는 이유를 다른 방식으로 설명하는 것은 매우 어렵습니다.그래서 우리는 그림이 정확하다고 확신합니다. 적어도 빅뱅 후 약 1초까지 거슬러 올라갑니다.

헬륨 및 기타 원소의 생산은 빅뱅 후 몇 시간 내에 중단되었습니다.다음 백만 년 동안 우주는 계속해서 팽창했고 아무 일도 일어나지 않았습니다.마지막으로 온도가 수천도까지 떨어지면 전자와 핵자는 더 이상 그들 사이의 전자기 인력에 저항할 충분한 에너지를 갖지 못하고 결합하여 원자를 형성하기 시작합니다.우주 전체는 계속해서 팽창하고 냉각되지만 평균보다 약간 밀도가 높은 지역에서는 추가 중력 인력으로 인해 팽창 속도가 느려집니다.일부 지역에서는 확장이 결국 중단되고 붕괴되기 시작합니다.물체가 붕괴할 때 이 영역 밖의 물체는 중력에 의해 매우 느리게 회전하기 시작합니다. 중력의 균형을 잡을 수 있을 만큼 빠르게 회전할 수 있을 만큼 충분히 작은 원반 모양의 회전 은하는 이런 식으로 탄생합니다.다른 지역은 회전하지 않고 타원은하라고 불리는 구상 물체를 형성합니다.이 지역은 은하의 개별 부분이 중심을 중심으로 꾸준히 회전하기 때문에 붕괴를 멈추지만 은하 전체는 그렇지 않습니다.

시간이 지남에 따라 은하의 수소와 헬륨 가스는 더 작은 성운으로 조각나고 자체 중력으로 붕괴됩니다.수축함에 따라 내부의 원자가 서로 충돌하고 가스의 온도가 상승하여 결국 열충격 반응을 시작할 수 있을 정도로 뜨거워집니다.이러한 반응은 더 많은 수소를 헬륨으로 변환하고 방출된 열은 압력을 높여 성운이 더 이상 수축되지 않도록 합니다.우리의 태양처럼 그들은 수소를 헬륨으로 태우고 그 결과 에너지를 열과 빛으로 방출합니다.그들은 오랫동안 꾸준히 이 상태를 유지합니다.더 무거운 별은 더 강한 중력의 균형을 맞추기 위해 더 뜨거워져야 하므로 핵융합 반응이 너무 빨리 진행되어 1억 년 안에 수소가 고갈됩니다.그런 다음 약간 축소됩니다.더 뜨거워지면 헬륨을 탄소와 산소와 같은 더 무거운 원소로 전환하기 시작합니다.그러나 이 과정은 많은 에너지를 방출하지 않기 때문에 블랙홀에 관한 장에서 설명한 것처럼 위기가 발생합니다.아래에서 어떤 일이 일어나는지는 완전히 명확하지 않지만 별의 중앙 영역이 중성자 별이나 블랙홀과 같은 매우 밀집된 상태로 붕괴되는 것으로 보입니다.별의 외부 영역은 때때로 초신성이라고 하는 거대한 폭발로 날아가는데, 이는 비교에 의해 은하계의 모든 별보다 더 밝을 수 있습니다.수명이 다할 무렵 일부 별에서 생성된 무거운 원소는 은하계의 가스로 다시 던져져 차세대 별을 위한 일부 원료를 제공합니다.우리의 태양은 50억년 전에 초기 초신성의 잔해가 포함된 소용돌이치는 가스 구름에서 형성된 2세대 또는 3세대 별이기 때문에 이러한 무거운 원소의 약 2%를 포함하고 있습니다.구름에 있는 대부분의 가스는 태양을 형성했거나 날아갔지만 소량의 무거운 원소가 뭉쳐 지금 태양 주위를 도는 지구와 같은 물체를 형성했습니다.

지구는 원래 매우 뜨거웠고 대기가 없었습니다.시간이 지남에 따라 그것은 냉각되었고 암석에서 빠져나온 가스로부터 대기를 얻었습니다.이 초기 분위기는 우리를 살릴 수 없습니다.산소가 포함되어 있지는 않지만 황화수소(즉, 썩은 계란에서 악취를 풍기는 가스) 등 우리에게 유독한 가스가 많기 때문입니다.그러나 이러한 조건에서 번식할 수 있는 다른 원시 형태의 생명체가 있습니다.그들은 바다의 다른 원자들을 유사한 구조로 그룹화할 수 있는 거대분자라고 하는 큰 구조를 형성하기 위해 원자들의 우연한 결합의 결과로 바다에서 발달했을 수 있다고 생각됩니다.그들은 단지 자신을 복제하고 복제할 뿐입니다.경우에 따라 재생산에 오류가 있었습니다.이러한 오류의 대부분은 새로운 거대 분자가 자신을 복제하는 것을 막고 결국 소멸됩니다.그러나 자신을 복제하는 데 더 나은 새로운 거대 분자를 생성하는 오류가 있습니다.그래서 그들은 장점이 있고 원래의 거대분자를 대체하는 경향이 있습니다.이러한 방식으로 진화 과정이 시작되어 점점 더 복잡한 자기 복제 조직으로 이어집니다.최초의 원시 생명체는 황화수소를 포함한 다양한 물질을 소화하고 산소를 방출했습니다.이로 인해 점차 대기가 현재의 구성으로 바뀌어 어류, 파충류, 포유류, 그리고 결국에는 인간과 같은 더 높은 형태의 생명체가 발달할 수 있게 되었습니다.

우주가 매우 뜨겁게 시작했다가 팽창하면서 냉각된다는 그림은 오늘날 우리가 가지고 있는 모든 관측 증거와 일치합니다.그럼에도 불구하고 다음과 같은 많은 중요한 질문에 답이 없습니다. (1) 초기 우주는 왜 그렇게 뜨거웠는가? (2) 우주가 대규모로 그토록 일관된 이유는 무엇입니까?공간의 모든 방향과 모든 방향에서 동일하게 나타나는 이유는 무엇입니까?특히 마이크로파 복사 배경의 온도는 우리가 다른 방향에서 볼 때 왜 그렇게 같습니까?많은 학생들에게 시험 문제를 묻는 것과 비슷합니다.모든 사람이 우연히 같은 대답을 한다면 서로 이야기하고 있다고 확신할 수 있습니다.위의 모델에서 빛은 빅뱅 이후 매우 먼 지역에서 다른 지역으로 이동할 시간이 없었습니다.상대성 이론에 따르면 빛조차도 한 지역에서 다른 지역으로 갈 수 없다면 다른 정보도 갈 수 없습니다.따라서 설명할 수 없는 이유로 인해 초기 우주의 서로 다른 지역이 같은 온도에서 시작하지 않는 한 서로 같은 온도를 갖도록 할 방법이 없습니다.

(iii) 왜 우주는 100억 년이 지난 지금도 여전히 거의 임계 속도로 팽창하고 있는 계속 팽창하는 모델과 붕괴 모델을 구별하는 임계 팽창 속도에 가까운 속도로 시작했습니까?빅뱅 이후 몇 초 만에 팽창 속도가 10억분의 1조라도 더 작았더라면 우주는 오늘날의 크기에 도달하기 전에 붕괴되었을 것입니다. (4) 우주는 매우 균일하고 대규모로 균일하지만 별과 은하와 같은 국지적 불규칙성을 포함합니다.이들은 초기 우주에서 서로 다른 지역 사이의 작은 밀도 차이에서 발전한 것으로 생각됩니다.이러한 밀도 변동의 원인은 무엇입니까? 일반 상대성 이론은 우주가 빅뱅 특이점에서 무한한 밀도로 시작되었다고 예측하기 때문에 그 자체로는 이러한 특징을 설명하거나 이러한 질문에 답할 수 없습니다.특이점에서 일반 상대성 이론과 다른 모든 물리 법칙은 무너집니다. 특이점에서 무엇이 나올지 예측할 수 없습니다.앞에서 설명했듯이 이것은 빅뱅 특이점과 그 이전의 모든 사건이 우리에게 관찰 효과가 없기 때문에 이론에서 제거할 수 있음을 시사합니다.시공간에서는 빅뱅의 경계에 시작이 있을 것이다. 과학은 불확정성 원리의 한계 내에서 우주의 상태를 한 번에 알면 시간이 지남에 따라 우주가 어떻게 발전하는지 알려주는 일련의 법칙을 밝혀낸 것 같습니다.이러한 법칙은 원래 신이 정한 것일 수 있지만, 그 이후로 신은 우주가 간섭하지 않고 이러한 법칙에 따라 진화하도록 허용한 것 같습니다.그러나 그것은 우주의 초기 상태와 구조를 어떻게 선택했을까요?시작 시 경계 조건은 무엇입니까? 한 가지 가능한 대답은 신이 우리가 이해할 희망이 없는 이유로 우주의 초기 구성을 선택했다는 것입니다.이것은 분명히 전능하신 창조주의 능력 안에 있습니다.그러나 하나님이 우주를 그렇게 이해할 수 없는 방식으로 시작하게 하셨다면 왜 우리가 이해할 수 있는 법칙에 따라 우주가 진화하도록 내버려두셨을까요?과학의 전체 역사는 사건이 임의의 방식으로 발생하지 않고 특정 내부 질서를 반영한다는 점진적 인식입니다.이 순서는 신이 지시할 수도 있고 지시하지 않을 수도 있습니다.이 질서는 법칙뿐만 아니라 시공간 경계에서 주어진 우주의 초기 조건에도 적용된다고 보는 것은 당연하다.서로 다른 초기 조건을 가진 수많은 우주 모델이 있을 수 있으며 모두 법칙을 따릅니다.초기 상태, 즉 우리 우주를 대표하는 모델을 추출하는 원리가 있어야 합니다. 소위 난류 경계 조건이 그러한 가능성 중 하나입니다.여기서는 우주가 공간적으로 무한하거나 무한히 많은 우주가 있다고 암묵적으로 가정합니다.혼돈 경계 조건 하에서 빅뱅 직후 공간의 모든 영역이 다른 구성에서와 마찬가지로 어떤 의미에서 주어진 구성에 있을 확률을 찾으십시오. 우주의 초기 상태 선택 순전히 무작위입니다.이것은 초기 우주가 아마도 매우 혼란스럽고 불규칙적이었다는 것을 의미합니다.매끄럽고 질서 정연한 우주보다 혼란스럽고 무질서한 우주가 훨씬 더 많기 때문입니다. (모든 구조의 확률이 동일하다면, 우주의 대부분은 무질서한 무질서한 상태에서 시작합니다. 그러한 상태가 너무 많기 때문입니다.) 그러한 무질서한 초기 조건이 어떻게 큰 A 우주에서 우리의 현재 상태로 이어지는지 이해하기 어렵습니다. 부드럽고 규칙적인 규모.또한 그러한 모델에서 밀도 변동은 감마선 배경에 의해 제한되는 것보다 더 많은 원시 블랙홀의 형성으로 이어질 것으로 예상됩니다. 우주가 실제로 공간적으로 무한하거나 무한히 많은 우주가 있다면 매끄럽고 균일한 형태에서 진화하는 일부 큰 영역이 있을 것입니다.타자기를 두드리는 원숭이 무리에 대한 유명한 이야기와 비슷하며 그들이 쓰는 대부분의 내용은 쓰레기입니다.그러나 순전히 우연히 셰익스피어의 짧은 시를 타이핑하게 될 수도 있습니다.마찬가지로 우주의 경우에도 우리가 평탄하고 균일한 지역에 사는 것이 가능할까요?언뜻보기에 이것은 무질서하고 무질서한 영역보다 그러한 매끄러운 영역이 훨씬 적기 때문에 가능성이 매우 낮습니다.그러나 매끄러운 지역에서만 은하와 별이 형성될 수 있다고 가정하면 우주가 왜 그렇게 매끄러운지 의문을 제기할 수 있는 우리와 같은 복잡하고 자연적으로 복제되는 조직이 존재하기에 적합한 조건입니다.이것은 인간 중심적 원리로 알려진 것을 적용한 예입니다.인류학적 원리는 다음과 같이 바꿔 말할 수 있습니다. 우리가 보는 우주는 우리의 존재 때문에 있는 그대로입니다. 약한 감각과 강한 감각에는 두 가지 버전의 인류학적 원리가 있습니다.약인류원리는 무한한 공간과 시간을 가진 거대한 우주에서 제한된 공간과 시간을 가진 특정 지역에만 지적 생명체가 발달하는데 필요한 조건이 있다고 말한다.이 지역에서 지적 존재는 우주에서 자신의 위치가 생존에 필요한 조건을 충족한다는 것을 관찰하더라도 놀라지 않아야 합니다.조금도 빈곤이 보이지 않는 부유한 동네에 사는 부자와 비슷합니다. 약한 인류학 원리를 적용한 예는 빅뱅보다 약 100억 년 전에 발생한 지적 생명체가 진화하는 데 왜 그렇게 오랜 시간이 걸렸는지 설명하는 것입니다.앞서 설명했듯이 초기 별 세대가 ​​먼저 형성되어야 했습니다.이 별들은 원래의 수소와 헬륨의 일부를 탄소와 산소와 같은 원소로 전환시켰고, 그로부터 우리가 만들어졌습니다.그런 다음 별은 초신성으로 폭발하고 파편은 약 50억년 된 우리 태양계를 포함하여 다른 별과 행성을 형성합니다.지구가 존재한 첫 10억년 또는 20억년은 어떤 복잡한 것이 발달하기에는 너무 뜨거웠습니다.나머지 30억년 정도는 가장 단순한 조직에서 빅뱅 순간까지 거슬러 올라가 측정할 수 있는 유기체의 형성으로 이어진 긴 생물학적 진화 과정에 할애됩니다. 약한 인간 원리의 타당성에 대해 이의를 제기하는 사람은 거의 없습니다.그러나 일부는 더 나아가 강력한 인류학적 원리를 제안했습니다.이 이론에 따르면, 각각 고유한 초기 구조와 아마도 고유한 일련의 과학 법칙을 가진 많은 다른 우주 또는 단일 우주의 많은 다른 영역이 있습니다.이러한 우주의 대부분에는 복잡한 조직의 발전을 위한 조건이 존재하지 않으며, 지적 생명체가 발전하고 의문을 제기하는 우리와 같은 우주는 소수에 불과합니다.대답은 간단합니다. 이것이 아니었다면 우리는 여기에 없었을 것입니다! 우리는 이제 과학의 법칙이 전자의 전하 크기 및 전자에 대한 양성자 질량의 비율과 같은 많은 기본 숫자를 포함한다는 것을 알고 있습니다.적어도 지금은 이러한 값을 이론적으로 예측할 수 없으며 관찰을 통해 찾아야 합니다.언젠가 우리는 그것들 모두를 예측하는 완전한 통합 이론을 발견하게 될 것이지만, 그것들 중 일부 또는 전부가 우주마다 또는 우주 내에서 다를 수도 있습니다.놀라운 사실은 이러한 가치들이 생명의 발달을 가능하게 하기 위해 미세하게 조정된 것 같다는 점이다.예를 들어, 전자의 전하가 약간만 다르다면 별은 수소와 헬륨을 태울 수 없거나 폭발하지 않습니다.물론 공상과학 작가들이 상상조차 하지 못한 다른 형태의 지적 생명체가 있을 수도 있다.태양과 같은 별의 빛이나 별에서 제조되어 폭발할 때 우주로 던져지는 더 무거운 화학 원소가 필요하지 않습니다.그럼에도 불구하고 어떤 지적 생명체의 발달을 가능하게 하는 가치의 범위가 상대적으로 작다는 것은 분명한 것 같다.우주는 또한 대부분의 가치 집합에 대해 발생하는데, 우주는 매우 아름다울 수 있지만 그 아름다움에 놀라는 사람을 포함하지 않습니다.누군가는 이것을 창조의 섭리와 과학 법칙의 선택에 대한 증거로 받아들일 수도 있고, 강력한 인간론적 원리를 지지하는 것으로 받아들일 수도 있습니다. 강력한 인류 원리에 의한 우주의 관찰된 상태에 대한 설명에 반대하는 일련의 이유를 제시할 수 있습니다.첫째, 어떤 의미에서 이 모든 다른 우주가 존재한다고 말할 수 있습니까?그들이 정말로 서로 고립되어 있다면, 다른 우주에서 일어나는 일이 우리 우주에서 관찰할 수 있는 결과를 가져오지 않을 수 있는 이유는 무엇입니까?따라서 우리는 이론에서 그것들을 잘라내기 위해 경제 원리를 사용해야 합니다.반면에 그것들이 단일 우주의 다른 영역일 뿐이라면 과학의 법칙은 각 영역에서 동일해야 합니다. 그렇지 않으면 한 영역에서 다른 영역으로 연속적으로 이동할 수 없기 때문입니다.이 경우 서로 다른 영역 간의 유일한 차이점은 초기 구조입니다.이런 식으로 강한 인간적 원리는 약한 인간적 원리로 귀결된다. 강력한 인류학적 원리에 대한 두 번째 반대는 그것이 전체 과학사의 조류에 역행한다는 것입니다.우리는 프톨레마이오스와 그의 일행의 지구 중심 우주론에서 코페르니쿠스와 갈릴레오의 태양 중심 우주론을 통해 지구가 평범한 나선 은하의 외곽을 도는 평범한 별을 도는 중간 크기의 행성이라는 현대적 이미지로 발전했습니다. 그 자체는 관찰 가능한 우주에서 수조 개 중 하나에 불과합니다.그러나 강력한 인류학적 원리는 이 거대한 구조 전체가 우리를 위해서만 존재한다고 선언하는데, 이는 매우 믿을 수 없는 일입니다.우리 태양계는 확실히 우리 존재의 전제 조건이며, 초기 세대의 별들이 무거운 원소를 생성할 수 있도록 이것을 우리 은하계로 일반화할 수 있습니다.그러나 다른 은하계가 존재할 필요는 전혀 없으며 우주가 모든 방향에서 대규모로 일관되고 유사할 필요도 없습니다. 우주의 상당한 수의 다른 초기 구성이 적어도 약한 형태로 오늘날 우리가 보는 우주를 생성하도록 진화했을 것이라는 것을 보여줄 수 있다면 인간 원리에 더 만족할 것입니다.그렇다면 임의의 초기 조건에서 개발된 우주에는 부드럽고 균일하며 지적 생명체의 진화에 적합한 많은 영역이 포함되어야 합니다.반면에 우주의 초기 조건이 우리 주변에서 볼 수 있는 것으로 이어지도록 극도의 주의를 기울여 선택해야 한다면 우주에 생명체가 발생할 수 있는 지역이 있을 가능성은 매우 희박합니다.위에서 설명한 핫 빅뱅 모델에서는 한 지역에서 다른 지역으로 열이 흐르는 방향이 충분하지 않습니다.이것은 우주의 초기 상태가 모든 방향에서 정확히 동일한 온도를 가져야 한다는 것을 의미합니다. 그래서 우리가 모든 방향에서 보는 마이크로파 배경 복사는 동일한 온도를 가지며 초기 팽창 속도는 매우 정확하게 선택되어야 합니다. 붕괴를 피하는 데 필요한 임계 속도에 여전히 너무 가깝습니다.이것은 뜨거운 빅뱅 모델이 태초까지 정확하다면 우주의 초기 상태를 매우 신중하게 선택해야 함을 시사합니다.그래서 하나님이 의도적으로 우리와 같은 존재를 창조하신 행위가 아니라면 우주가 왜 이렇게 시작되었는지 설명하기가 매우 어렵습니다. 다양한 초기 구성에서 현재와 같은 우주로 진화할 수 있는 우주 모델을 찾기 위해 MIT 과학자 Alan G.Guth는 초기 우주가 매우 급속한 확장 기간을 가졌을 수 있다고 제안했습니다.이러한 종류의 팽창을 인플레이션이라고 하며, 우주가 일정 기간 동안 지금처럼 감소하는 속도가 아니라 증가하는 속도로 팽창한다는 것을 의미합니다.Guth의 이론에 따르면 우주의 반지름은 1초도 안 되는 시간에 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000배(1 다음에 0이 30개) 배 증가했습니다. Guth는 우주가 매우 뜨겁고 다소 혼란스러운 상태의 빅뱅과 함께 시작되었다고 제안했습니다.이러한 높은 온도는 우주의 입자가 매우 빠르게 움직이고 높은 에너지를 가지고 있음을 나타냅니다.앞서 논의한 바와 같이 이러한 고온에서는 강하고 약한 핵력과 전자기력이 모두 하나의 힘으로 통합될 것으로 예상되었습니다.우주가 팽창함에 따라 냉각되고 입자의 에너지가 떨어집니다.결국 소위 위상 전이가 발생하고 힘 사이의 대칭이 깨집니다. 강한 힘은 약한 힘과 전자기력과 다릅니다.상전이의 일반적인 예는 물이 식으면서 얼음이 되는 경우입니다.액체 상태의 물은 대칭이며 어느 지점에서나 모든 방향에서 동일합니다.그러나 얼음 결정이 형성되면 명확한 위치를 가지며 특정 방향으로 정렬되어 물의 대칭성을 깨뜨립니다. 물을 다룰 때 조심하면 물을 과냉각시킬 수 있습니다. 즉, 얼지 않고 영하(°C) 이하로 온도를 떨어뜨릴 수 있습니다.Guth는 우주가 비슷하게 행동한다고 ​​생각합니다. 우주의 온도는 서로 다른 힘 사이의 대칭을 깨뜨리지 않고 임계값 아래로 낮출 수 있습니다.이런 일이 발생하면 우주는 대칭성이 깨졌을 때보다 더 많은 에너지를 가진 불안정한 상태가 됩니다.이 특별한 여분의 에너지는 반중력 효과를 나타냅니다. 그것은 우주 상수처럼 작용합니다.우주 상수는 아인슈타인이 안정적인 우주 모델을 확립하려고 할 때 일반 상대성 이론에 도입되었습니다.우주는 이미 빅뱅 모델처럼 팽창하고 있기 때문에 이 우주 상수의 반발 효과는 우주가 평균보다 더 많은 물질 입자가 있는 일부 지역에서도 계속 증가하는 속도로 팽창하게 합니다. 우주 상수는 중력을 초과합니다.이런 식으로 이들 지역도 가속 인플레이션의 형태로 확장됩니다.그들이 팽창함에 따라 물질의 입자는 점점 더 분리되어 입자가 거의 없고 과냉각 상태로 남아 있는 팽창하는 우주를 남겼습니다.풍선을 부풀리면 주름이 펴지듯이 우주의 모든 불규칙성은 이 팽창에 의해 다듬어집니다.따라서 우주의 현재 매끄럽고 균일한 상태는 여러 가지 균일하지 않은 초기 상태에서 진화할 수 있습니다. 물질의 중력에 의해 느려지는 것이 아니라 우주 상수에 의해 팽창이 가속되는 우주에서 초기 우주의 빛은 한 장소에서 다른 장소로 여행하기에 충분한 시간을 가졌을 것입니다.이것은 초기 우주의 다른 지역이 동일한 속성을 갖는 이유에 대한 이전 질문에 대한 답입니다.뿐만 아니라 우주의 팽창률은 우주의 에너지 밀도에 의해 결정되는 임계값에 자동으로 매우 가까워집니다.이런 식으로 팽창률이 여전히 임계값에 가까운 이유를 설명하기 위해 우주의 초기 팽창률이 매우 신중하게 선택되었다고 가정할 필요는 없습니다. 인플레이션의 개념은 또한 우주에 물질이 그렇게 많은 이유를 설명합니다.대략 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000(하나) 뒤에 80개의 0 입자가 있습니다.그들은 어디에서 왔니?대답은 양자 이론에서 입자/반입자 쌍의 형태로 에너지로부터 입자가 생성될 수 있다는 것입니다.그러나 그것은 에너지가 어디에서 오는지에 대한 질문을 제기합니다.대답은 우주의 총 에너지가 정확히 0이라는 것입니다.우주의 물질은 양의 에너지로 이루어져 있지만 모든 물질은 중력에 의해 서로 끌어당겨진다.가까이 있는 두 조각의 물질은 멀리 떨어져 있는 두 조각보다 에너지가 적습니다. 두 조각을 함께 당기는 중력에 대항하여 두 조각을 밀어내려면 에너지를 소비해야 하기 때문입니다.따라서 어떤 의미에서 중력장은 음의 에너지를 가지고 있습니다.대략 균일한 우주의 경우, 이 음의 중력 에너지가 물질이 나타내는 양의 에너지를 상쇄할 뿐이므로 우주의 총 에너지는 0이라는 것을 증명할 수 있습니다. 두 번 0은 여전히 ​​0입니다.이런 식으로 우주는 에너지 보존을 위반하지 않고 양의 물질 에너지와 음의 중력 에너지를 동시에 두 배로 늘릴 수 있습니다.이것은 우주가 정상적으로 팽창하는 동안에는 발생하지 않습니다.이때 우주가 커지면 물질의 에너지 밀도가 낮아진다.그러나 이러한 상황은 호황기에 발생합니다.과냉각 상태의 에너지 밀도는 우주가 팽창함에 따라 일정하게 유지되기 때문입니다. 우주의 부피가 두 배가 되면 양의 물질 에너지와 음의 중력 에너지가 모두 두 배가 되고 총 에너지는 0으로 유지됩니다.인플레이션 단계에서는 우주의 크기가 매우 크게 증가합니다.이런 식으로 입자를 생성하는 데 사용할 수 있는 총 에너지는 매우 커집니다.거스가 말했듯이 공짜 점심 같은 것은 없지만 우주는 가장 완전한 공짜 점심입니다. 오늘날 우주는 인플레이션으로 팽창하지 않습니다.따라서 팽창 속도가 가속에서 오늘날 중력에 의해 느려지는 속도로 변경되도록 이 매우 큰 유효 우주 상수를 상쇄하는 메커니즘이 있어야 합니다.人們可以預料，在宇宙暴漲時不同力之間的對稱最終會被破壞，正如過冷的水最終會凝固一樣。這樣，未破缺的對稱態的額外能量就會釋放，並將宇宙重新加熱到剛好低於使不同力對稱的臨界溫度。以後，宇宙就以標準的大爆炸模式繼續膨脹並變冷。但是，現在找到了何以宇宙剛好以臨界速率膨脹，並在不同的區域具有相同溫度的解釋。 在固斯的原先設想中，有點像在非常冷的水中出現冰晶體，相變是突然發生的。其想法是，正如同沸騰的水圍繞著蒸汽泡，新的對稱破缺相的泡泡在原有的對稱相中形成。泡泡膨脹並互相碰撞，直到整個宇宙變成新相。麻煩在於，正如同我和其他幾個人所指出的，宇宙膨脹得如此之快，甚至即使泡泡以光速漲大，它們也要互相分離，並因此不能合併在一起。結果宇宙變成一種非常不一致的狀態，有些區域仍具有不同力之間的對稱。這樣的模型跟我們所觀察到的宇宙並不吻合。 一九八一年十月，我去莫斯科參加量子引力的會議。會後，我在斯特堡天文研究所做了一個有關暴漲模型和它的問題的講演。聽眾席中有一年輕的蘇聯人莫斯科列別提夫研究所的安德雷．林德他講，如果泡泡是如此之大，以至於我們宇宙的區域被整個地包含在一個單獨的泡泡之中，則可以避免泡泡不能合併在一起的困難。為了使這個行得通，從對稱相向對稱破缺相的改變必須在泡泡中進行得非常慢，而按照大統一理論這是相當可能的。林德的緩慢對稱破缺思想是非常好的，但過後我意識到，他的泡泡在那一時刻必須比宇宙的尺度還要大！我指出，那時對稱不僅僅在泡泡裡，而且在所有的地方同時被破壞。這會導致一個正如我們所觀察到的一致的宇宙。我被這個思想弄得非常激動，並和我的一個學生因．莫斯討論。然而，當我後來收到一個科學雜誌社寄來的林德的論文，徵求是否可以發表時，作為他的朋友，我感到相當難為情。我回答說，這裡有一個關於泡泡比宇宙還大的瑕疵，但是裡面關於緩慢對稱破缺的基本思想是非常好的。我建議將此論文照原樣發表。因為林德要花幾個月時間去改正它，並且他寄到西方的任何東西都要通過蘇聯的審查，這種對於科學論文的審查既無技巧可言又很緩慢。我和因．莫斯便越俎代庖，為同一雜誌寫了一篇短文。我們在該文中指出這泡泡的問題，並提出如何將其解決。 我從莫斯科返回的第二天，即去費城接受富蘭克林研究所的獎章。我的秘書朱迪．費拉以其不差的魅力說服了英國航空公司向她和我免費提供協和式飛機的宣傳旅行座席。然而，在去機場的路上被大雨耽擱，我沒趕上航班。儘管如此，我最終還是到了費城並得到獎章。之後，應邀作了關於暴漲宇宙的講演。正如在莫斯科那樣，我用大部分時間講授關於暴漲模型的問題。但在結尾時，我提到林德關於緩慢對稱破缺的思想，以及我的修正意見。聽眾中有一位年輕的賓夕凡尼亞大學的助理教授保羅．斯特恩哈特，講演後他和我討論暴漲的問題。次年二月份，他寄給我一篇由他和一個學生安德魯斯．阿爾伯勒希特合寫的論文。在該文中，他們提出了某種非常類似林德緩慢對稱破缺的思想。後來他告訴我，他不記得我描述過林德的思想，並且只是在他們幾乎完成論文之時，才看到林德的文章。在西方，現在他們和林德分享以緩慢對稱破缺的思想為基礎，並發現所謂新暴漲模型的榮譽。（舊的暴漲模型是指固斯關於形成泡泡後快速對稱破缺的原始設想。） 新暴漲模型是一個好的嘗試，它能解釋宇宙為何是這種樣子。然而我和其他幾個人指出，至少在它原先的形式，它預言的微波背景輻射的溫度起伏比所觀察到的情形要大得多。後來的工作還對極早期宇宙中是否存在這類所需要的相變提出懷疑。我個人的意見是，現在新暴漲模型作為一個科學理論是氣數已盡。雖然有很多人似乎沒有聽進它的死訊，還繼續寫文章，好像那理論還有生命力。林德在一九八三年提出了一個更好的所謂紊亂暴漲模型。這裡沒有相變和過冷，而代之以存在一個自旋為零的場，由於它的量子漲落，在早期宇宙的某些區域有大的場量。在那些區域中，場的能量起到宇宙常數的作用，它具有排斥的引力效應，因此使得這些區域以暴漲的形式膨脹。當它們膨脹時，它們中的場的能量慢慢地減小，直到暴漲改變到猶如熱大爆炸模型中的膨脹時為止。這些區域之一就成為我們看到的宇宙。這個模型具有早先暴漲模型的所有優點，但它不是取決於使人生疑的相變，並且還能給出微波背景輻射的溫度起伏，其幅度與觀測相符合。 暴漲模型的研究指出：宇宙現在的狀態可以從相當大量的不同初始結構引起的。這是重要的，因為它表明不必非常細心地選取我們居住的那部份宇宙區域的初始狀態。所以，如果願意的話，我們可以利用弱人擇原理解釋宇宙為何是這個樣子。然而，絕不是任何一種初始結構都會產生像我們所觀察到的宇宙。這一點很容易說明，考慮現在宇宙處於一個非常不同的態，例如一個非常成團的、非常無規則的態，人們可以利用科學定律，在時間上將其演化回去，以確定宇宙在更早時刻的結構。按照經典廣義相對論的奇點定理，仍然存在一個大爆炸奇點。如果你在時間前進方向上按照科學定律演化這樣的宇宙，你就會得到你一開始給定的那個成團的無規則的態。這樣，必定存在不會產生我們今天所觀察到的宇宙的初始結構。所以，就連暴漲模型也沒有告訴我們，為何初始結構不是那種產生和我們觀測到的非常不同的宇宙的某種態。我們是否應該轉去應用人擇原理以求解釋呢？難道所有這一切僅僅是因為好運氣？看來，這只是無望的遁詞，是對我們理解宇宙內在秩序的所有希望的否定。 為了預言宇宙應該是如何開始的，人們需要在時間開端處有效的定律。羅傑．彭羅斯和我證明的奇點定理指出，如果廣義相對論的經典理論是正確的，則時間的開端是具有無限密度和無限空間︱時間曲率的一點，在這一點上所有已知的科學定律都失效。人們可以設想存在在奇點處成立的新定律，但是在如此不守規矩的點處，甚至連表述這樣的定律都是非常困難的，而且從觀察中我們沒有得到關於這些定律應是什麼樣子的任何提示。然而，奇點定理真正表明的是，該處引力場變得如此之強，以至於量子引力效應變得重要：經典理論不再能很好地描述宇宙。所以，人們必須用量子引力論去討論宇宙的極早期階段。我們將會看到，在量子力學中，通常的科學定律有可能在任何地方都有效，包括時間開端這一點在內：不必針對奇點提出新的定律，因為在量子理論中不須有任何奇點。 我們仍然沒有一套完整而協調的理論，它將量子力學和引力結合在一起。然而，我們相當清楚這樣一套統一理論所應該具有的某些特徵。其中一個就是它必須和費因曼提出的按照對歷史求和的量子力學表述相一致。在這種方法裡，一個粒子不像在經典理論中那樣，不僅只有一個歷史。相反的，它被認為是通過空間︱時間裡的每一可能的路徑，每一條途徑有一對相關的數，一個代表波的幅度，另一個代表它的相位。粒子通過一指定點的概率是將通過此點的所有可能途徑的波疊加而求得。然而，當人們實際去進行這些求和時，就遇到了嚴重的技術問題。迴避這個問題的唯一獨特的方法是：你必須不是對發生在你我經驗的實的時間內的，而是對發生在所謂虛的時間內的粒子的途徑的波進行求和。虛時間可能聽起來像科學幻想，但事實上，它是定義得很好的數學概念。如果你取任何平常的（或實的）數和它自己相乘，結果是一個正數。（例如二乘二是四，但負二乘負二也是四）。然而，有一種特別的數（叫虛數），當它們自乘時得到負數。（在這兒的虛數單位叫做i，它自乘時得負一，二i自乘得負四，等等。）人們必須利用虛時間，以避免在進行費因曼對歷史求和的技術上的困難。也就是為了計算的目的人們必須用虛數而不是用實數來測量時間。這對空間︱時間有一有趣的效應：時間和空間的區別完全消失。事件具有虛值時間坐標的空間︱時間被稱為歐幾里德型的，它是採用建立了二維面幾何的希臘人歐幾里德的名字命名的。我們現在稱之為歐幾里德空間︱時間的東西除了是四維而不是二維以外，其餘的和它非常相似。在歐幾里德空間︱時間中，時間方向和空間方向沒有不同之處。另一方面，在通常用實的時間坐標來標記事件的實的空間︱時間裡，人們很容易區別這兩種方向在光錐中的任何點是時間方向，之外為空間方向。就日常的量子力學而言，在任何情況下，我們利用虛的時間和歐幾里德空間︱時間可以認為僅僅是一個計算實空間︱時間的答案的數學手段（或技巧）。 我們相信，作為任何終極理論的一部分而不可或缺的第二個特徵是愛因斯坦的思想，即引力場是由彎曲的空間︱時間來代表：粒子在彎曲空間中試圖沿著最接近於直線的某種途徑走，但因為空間︱時間不是平坦的。它們的途徑看起來似乎被引力場折彎了。當我們用費因曼的路徑求和方法去處理愛因斯坦的引力觀點時，和粒子的歷史相類似的東西則是代表整個宇宙歷史的完整的彎曲的空間︱時間。為了避免實際進行歷史求和的技術困難，這些彎曲的空間︱時間必須採用歐幾里德型的。也就是，時間是虛的並和空間的方向不可區分。為了計算找到具有一定性質，例如在每一點和每一方向上看起來都一樣的實的空間︱時間的概率，人們將和所有具有這性質的歷史相關聯的波疊加起來即可。 在廣義相對論的經典理論中，有許多不同的可能彎曲的空間︱時間，每一個對應於宇宙的不同的初始態。如果我們知道宇宙的初始態，我們就會知道它的整個歷史。類似地，在量子引力論中，存在許多不同的可能的宇宙量子態。如果我們知道在歷史求和中的歐幾里德彎曲空間︱時間在早先時刻的行為，我們就會知道宇宙的量子態。 在以實的空間︱時間為基礎的經典引力論中，宇宙可能的行為只有兩種方式：或者它已存在了無限長時間，或者它在有限的過去的某一時刻的奇點上有一個開端。而在量子引力論中，還存在第三種可能性。因為人們是用歐幾里德空間︱時間，在這兒時間方向和空間方向是同等的，所以空間︱時間只有有限的尺度，卻沒有奇點作為它的邊界或邊緣是可能的。空間︱時間就像是地球的表面，只不過多了兩維。地球的表面積是有限的，但它沒有邊界或邊緣：如果你朝著落日的方向駕船，你不會掉到邊緣外面或陷入奇點中去。（因為我曾經環球旅行過，所以知道！） 如果歐幾里德空間︱時間延伸到無限的虛時間，或者在一個虛時間奇點處開始，我們就有了和在經典理論中指定宇宙初態的同樣問題，即上帝可以知道宇宙如何開始，但是我們提不出任何特別原因，認為它應以這種而不是那種方式開始。另一方面，量子引力論開闢了另一種新的可能性，在這兒空間︱時間沒有邊界，所以沒有必要指定邊界上的行為。這兒就沒有使科學定律失效的奇點，也就是不存在在該處必須祈求上帝或某些新的定律給空間一時間設定邊界條件的空間︱時間邊緣。人們可以說：宇宙的邊界條件是它沒有邊界。宇宙是完全自足的，而不被任何外在於它的東西所影響。它既不被創生，也不被消滅。它就是存在。 我正是在早先提到的那次梵帝岡會議上第一次提出，時間和空間可能會共同形成一個在尺度上有限而沒有任何邊界或邊緣的面。然而我的論文數學氣息太濃，所以文章中包含的上帝在創造宇宙的作用的含義在當時沒有被普遍看出來（對我也正是如此）。在梵蒂岡會議期間，我不知道如何用無邊界思想去預言宇宙。然而，第二年夏天我在加州大學的聖他巴巴拉分校渡過。我的一位朋友兼合作者詹姆．哈特爾在那裡，他和我共同得出了如果空間︱時間沒有邊界時宇宙應滿足的條件。回到劍橋後，我和我的兩個研究生朱麗安．拉卻爾和約納遜．哈裡威爾繼續從事這項工作。 我要著重說明，時間一空間是有限而無界的思想僅僅只是一個設想，它不能從其他原理導出。正如任何其他的科學理論，它原先可以是出於美學或形而上學的原因而被提出，但是對它的真正檢驗在於它所給出的預言是否與觀測相一致。然而，在量子引力的情況下，由於以下兩個原因這很難確定。首先，正如將在下一章所要解釋的，雖然我們對能將廣義相對論和量子力學結合在一起的理論所應具有的特徵，已經知道得相當多，但我們還不能準確地認定這樣一個理論。其次，任何詳盡描述整個宇宙的模型在數學上都過於複雜，以至於我們不能通過計算做出準確的預言。所以，人們不得不做簡化的假設和近似並且甚至這樣，要從中引出預言仍是令人生畏的問題。 在對歷史求和中的每一個歷史不只描述空間︱時間，而且描述在其中的任何東西包括像能觀察宇宙歷史的人類那樣複雜的生物。這可對人擇原理提供另一個支持，因為如果任何歷史都是可能的，就可以用人擇原理去解釋為何我們發現宇宙是現今這樣子。儘管我們對自己並不生存於其中的其他歷史究竟有什麼意義還不清楚。然而，如果利用對歷史求和可以顯示，我們的宇宙不只是一個可能的，而且是最有可能的歷史，則這個量子引力論的觀點就會令人滿意得多。為此，我們必須對所有可能的沒有邊界的歐幾里德空間︱時間進行歷史求和。 人們從無邊界假定得知，宇宙沿著大多數歷史的機會是可以忽略不計的，但是有一族特別的歷史比其他的歷史有更多機會。這些歷史可以描繪得像是地球的表面。在那兒與北極的距離代表虛的時間，並且離北極等距離的圓周長代表宇宙的空間尺度。宇宙是從作為單獨一點的北極開始的。當你一直往南走去，離開北極等距離的緯度圈變大，這是和宇宙隨虛時間的膨脹相對應（圖八．一）。宇宙在赤道處達到最大的尺度，並且隨著虛時間的繼續增加而收縮，最後在南極收縮成一點。儘管宇宙在北南二極的尺度為零，這些點不是奇點，並不比地球上的北南二極更奇異。科學定律在這兒有效，正如同它仍在地球上的北南二極有效一樣。圖八．一 然而，在實的時間裡宇宙的歷史顯得非常不一樣。大約在一百或二百億年以前，它有一個最小的尺度，這相當於在虛時間裡的最大的半徑。在後來的實時間裡，宇宙就像由林德設想的紊亂暴漲模型那樣地膨脹（但是現在人們不必假定宇宙是從某一類正確的狀態產生出來）。宇宙會膨脹到一個非常大的尺度，並最終重新坍縮成為在實時間裡看起來像是奇點的一個東西。這樣，在某種意義上說，即使我們躲開黑洞，仍然是注定要毀滅的。只有當我們按照虛時間來描繪宇宙時才不會有奇點。 如果宇宙確實處在這樣的一個量子態裡，在虛時間裡宇宙就沒有奇點。所以，我近期的工作似乎完全使我早期研究奇點的工作成果付之東流。但是正如上面所指出的，奇點定理的真正重要性在於，它們指出引力場必然會強到不能無視量子引力效應的程度。這接著導致也許在虛時間裡宇宙的尺度有限但沒有邊界或奇點的觀念。然而，當人們回到我們生活於其中的實時間，那兒仍會出現奇點。陷進黑洞那位可憐的航天員的結局仍然是極可悲的；只有當他在虛時間裡生活，才不會遭遇到奇點。 上述這些也許暗示所謂的虛時間是真正的實時間，而我們叫做實時間的東西恰恰是子虛烏有的空想的產物。在實時間中，宇宙的開端和終結都是奇點。這奇點構成了科學定律在那兒不成立的空間︱時間邊界。但是，在虛時間裡不存在奇點或邊界。所以，很可能我們稱之為虛時間的才真正是更基本的觀念，而我們稱作實時間的反而是我們臆造的，它有助於我們描述宇宙的模樣。但是，按照我在第一章所描述的方法，科學理論僅僅是我們用以描述自己所觀察的數學模型，它只存在於我們的頭腦中。所以去問諸如這樣的問題是毫無意義的：實的或虛的時間，哪一個是實在的？這僅僅是哪一個描述更為有用的問題。 人們還可以利用對歷史求和以及無邊界假設去發現宇宙的哪些性質可能發生。例如，人們可以計算，當宇宙具有現在密度的某一時刻，在所有方向上以幾乎同等速率膨脹的概率。在迄今已被考察的簡化的模型中，發現這個概率是高的；也就是，無邊界假設導致一個預言，即宇宙現在在每一方向的膨脹率幾乎相同是極其可能的。這與微波背景輻射的觀測相一致，它指出在任何方向上具有幾乎完全同樣的強度。如果宇宙在某些方向比其他方向膨脹得更快，在那些方向輻射的強度就會被一個附加的紅移所減小。 人們正在研究無邊界條件的進一步預言。一個特別有趣的問題是，早期宇宙中物質密度對其平均值小幅度的偏離，這些偏離首先引起星系，然後是恆星，最後是我們自身的形成。測不準原理意味著，早期宇宙不可能是完全均勻的，因為粒子的位置和速度必定有一些不確定性或起伏。利用無邊界條件，我們發現，宇宙事實上必須是從僅僅由測不準原理允許的最小的可能的非均勻性開始的。然後，正如在暴漲模型中預言的一樣，宇宙經歷了一個快速膨脹時期。在這個期間，開初的非均勻性被放大到足以解釋在我們周圍觀察到的結構的起源。在一個各處物質密度稍有變化的膨脹宇宙中，引力使得較緊密區域的膨脹減慢，並使之開始收縮。這就導致星系、恆星和最終甚至像我們自己這樣微不足道的生物的形成。因而，我們在宇宙中看到的所有複雜的結構，可由宇宙無邊界條件和量子力學中的測不準原理給予解釋。 空間和時間可以形成一個沒有邊界的閉曲面的思想，對於上帝在宇宙事務中的作用還有一個深遠的含義。隨著科學理論在描述事件的成功，大部分人進而相信上帝允許宇宙按照一套定律來演化，而不介入其間促使宇宙觸犯這些定律。然而，定律並沒有告訴我們，宇宙的太初應像什麼樣子它依然要靠上帝捲緊發條，並選擇如何去啟動它。只要宇宙有一個開端，我們就可以設想存在一個造物主。但是，如果宇宙確實是完全自足的、沒有邊界或邊緣，它就既沒有開端也沒有終結它就是存在。那麼，還會有造物主存身之處嗎？