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    當然，宇宙開端的問題比這早很久就被討論過。根據一些早先的宇宙論和猶太教/基督教/穆斯林傳統，宇宙在有限的並非非常遙遠的過去的某個時刻啟始。對於這樣的一個開端，有一種論證是感到必須有“第一推動”來解釋宇宙的存在。（在宇宙中，你總可以將一個事件解釋為由另一個更早的事件引起的，但是隻有當宇宙存在某個開端時，才能用這種方法解釋它本身的存在。）聖·奧古斯丁在他的《上帝之城》的著作中提出了另一種論證。他指出，文明在進步，我們將記住創造這些功績或發展技術的人們。這樣，人也許還有宇宙，不可能已經存在了那麽長的時間。聖·奧古斯丁根據《創世紀》一書，接受公元前5000年作為宇宙創生的時刻。（有趣的是，這和最近一個冰河時代的結束，大約公元前10000年相距不遠。考古學家告訴我們，文明實際上正是從那時開始的。）另一方麵，亞裏士多德和其他大多數希臘哲學家不喜歡創生的思想，因為它帶有太多的神學幹涉的味道。所以他們相信，人類及其周圍的世界已經並將繼續永遠存在。

    古人已經考慮到上述文明進步的論點，用周期性洪水或其他災難的出現，使人類重複地回到文明的開初，來回答上麵的詰難。

    1781年，哲學家伊曼努爾·康德發表了裏程碑般的（也是非常晦澀難懂的）著作——《純粹理性批判》。在這本書中，他深入地考察了關於宇宙在時間上是否有開端、在空間上是否有限的問題。他稱這些問題為純粹理性的二律背反（也就是矛盾）。因為他感到存在同樣令人信服的論據，來證明宇宙有開端的正命題，以及宇宙已經存在無限久的反命題。他對正命題的論證是：如果宇宙沒有一個開端，則任何事件之前必有無限的時間。他認為這是荒謬的。他對反命題的論證是：如果宇宙有一開端，在它之前必有無限的時間，為何宇宙必須在某一特定的時刻開始呢？事實上，他對正命題和反命題用同樣的論證來辯護。它們都是基於他隱含的假設，即不管宇宙是否存在了無限久，時間均可無限地倒溯回去。我們將會看到，在宇宙開端之前時間概念是沒有意義的。這一點是聖·奧古斯丁首先指出的。當他被問及：“上帝在他創造宇宙之前做什麽？”奧古斯丁並沒有這樣回答：“他正為詰問這類問題的人準備地獄。”而是說時間是上帝創造的宇宙的一個性質，在宇宙開端之前不存在。

    當大部分人深信一個本質上靜止不變的宇宙時，關於它有無開端的問題，實在是一個形而上學或神學的問題。

    按照宇宙存在無限久的理論，或者按照宇宙以它似乎已經存在了無限久的樣子在某一個有限時刻起始的理論，我們可以同樣好地解釋所觀察到的事實。但在1929年，埃德溫·哈勃作出了一個裏程碑式的觀測，即不管你往哪個方向觀測，遠處的星係都正急速地飛離我們而去。換言之，宇宙正在膨脹。這意味著，在早先的時刻星體更加相互靠近。事實上，似乎在大約100億至200億年之前的某一時刻，它們剛好在同一地方，所以那時候宇宙的密度為無限大。這個發現最終將宇宙開端的問題帶進了科學的王國。

    哈勃的發現暗示存在一個叫做大爆炸的時刻，當時宇宙的尺度無限小，而且無限緊密。在這種條件下，所有科學定律並因此所有預見將來的能力都崩潰了。如果在此時刻之前有過一些事件，它們將不可能影響現在發生的東西。因為它們沒有任何觀測的後果，所以可不理睬其存在。由於更早的時間根本沒有定義，所以在這個意義上，人們可以說，時間在大爆炸時有一開端。必須強調的是，這個時間的開端和早先考慮的非常不同。在一個不變的宇宙中，時間的端點是必須由宇宙之外的存在物賦予的某種東西；宇宙的開端並沒有物理的必然性。人們可以想像上帝在過去從字麵上說的任何時刻創生了宇宙，如果宇宙正在膨脹，那麽何以宇宙有一個開端似乎就有了物理的原因。人們仍然可以想像，上帝是在大爆炸的瞬間創生宇宙，或者甚至在更晚的時刻，以使它看起來就像發生過大爆炸似的方式創生，但是設想在大爆炸之前創生宇宙是沒有意義的。大爆炸宇宙並沒有排斥造物主，隻不過對他何時從事這工作加上限製而已！

    為了談論宇宙的性質和討論諸如它是否存在啟始或終結的問題，你必須清楚什麽是科學理論。我將采用素樸的觀點，即理論隻不過是宇宙或它的受限製的部分的模型，以及一套把這模型中的量和我們做的觀測相聯係的規則。

    它隻存在於我們的頭腦中，不再具有任何其他（不管在任何意義上）的實在性。一個好的理論必須滿足以下兩個要求：首先，這個理論必須能準確地描述大量的觀測——這些觀測是根據隻包含少數任選的元素的模型所做出的；其次，這個理論能對未來觀測的結果作出明確的預言。例如，亞裏士多德相信恩貝多克利的關於任何東西是由四元素即土、氣、火和水組成的理論，該理論是足夠簡單的了，但它沒有做出任何明確的預言。另一方麵，牛頓的引力理論是基於甚至更為簡單的模型，在此模型中兩物體用一種力相互吸引，該力和被稱為它們質量的量成正比，並和它們之間的距離的平方成反比。然而，它以很高的精確性預言了太陽、月亮和行星的運動。

    在隻是一個假設的意義上來講，任何物理理論總是臨時性的：你永遠不可能證明它。不管多少回實驗的結果和某個理論相一致，你永遠不可能斷定下一次結果不和它矛盾。另一方麵，哪怕你隻要找到一個和理論預言不一致的觀測事實，即可證偽之。正如科學哲學家卡爾·波普強調的，一個好的理論的特征是，它能給出許多在原則上可以被觀測否定或證偽的預言。每回觀察到與這預言相符的新的實驗，則這理論就存活，並且增加了我們對它的信任度；然而若有一個新的觀測與之不符，則我們隻得拋棄或修正這理論。

    這被認為是遲早總會發生的事，但是你總可以質疑實現該觀測的人員的能力。

    在現實中經常發生的是，設計出的新理論實際上是原先理論的一個擴展。例如，非常精確地觀測水星，發現它的運動和牛頓引力理論預言之間有一個微小的差異。愛因斯坦的廣義相對論預言了和牛頓理論略微不同的運動。愛因斯坦的預言和觀測到的相符合，而牛頓理論做不到，這個事實是對這個新理論的一個關鍵的證實。然而在我們正常處理的情形下，牛頓理論和廣義相對論的預言之間差異非常小，所以為了所有實用的目的，我們仍然使用牛頓理論。（牛頓理論還有一個巨大的優點，用它計算比用愛因斯坦理論簡單多了！）科學的終極目的是提供描述整個宇宙的單一的理論。

    然而，大多數科學家遵循的方法是把問題分成兩部分。首先，存在一些定律，這些定律告訴我們宇宙如何隨時間變化。（如果我們知道在任一時刻宇宙是什麽樣子的，這些定律就告訴我們它在未來任何時刻是什麽樣子的。）第二，存在宇宙初始狀態的問題。有些人覺得科學隻應關心第一部分，他們將初始狀態的問題看作玄學或宗教的事體。他們會說，無所不能的上帝可以隨心所欲地啟始宇宙。那也許是真的，但是，倘若那樣，他也可以使宇宙以完全任意的方式演化。可是，似乎他選擇使宇宙以一種非常規則的，按照一定規律的方式演化。所以，看來可以同樣合理地假定，也存在著製約初始狀態的定律。

    一蹴而就地設計一種能描述整個宇宙的理論，看來是非常困難的。相反，我們將這個問題分成許多小塊，並發明許多部分理論。每一部分理論描述和預言一定有限範圍的觀測，同時忽略其他量的效應或用簡單的一組數來代表。這方法可能全錯。如果宇宙中的每一件東西都以非常基本的方式依賴於其他的任何一件東西，用隔離法研究問題的部分也許不可能逼近其完全的答案。盡管如此，這肯定是我們在過去取得進展的方法。牛頓引力理論又是一個經典的例子，它告訴我們兩個物體之間的引力隻取決於與每個物體相關的一個數——它的質量，而與物體由何物組成無關。這樣，人們不需要太陽和行星結構和成分的理論就可以計算它們的軌道。

    今天，科學家按照兩個基本的部分理論——廣義相對論和量子力學來描述宇宙。它們是本世紀上半葉的偉大的智慧成就。廣義相對論描述引力和宇宙的大尺度結構，也就是從隻有幾英裏直到大至1億億億（1後麵跟24個0）英裏（1英裏=1.609千米），即可觀測到的宇宙的尺度的結構。另一方麵，量子力學處理極小尺度，例如萬億分之1英寸（1英寸=2.54厘米）的現象。然而可惜的是，這兩個理論不是相互協調的——它們不可能都對。當代物理學的一個主要的努力，以及本書的主題，即是尋求一個能將其合並在一起的新理論——量子引力論。我們還沒有這樣的理論，要獲得這個理論，我們可能還有相當長的路要走，然而我們已經知道了這個理論所應具備的許多性質。

    在以下幾章，人們將會看到，我們對量子引力論所應有的預言已經知道得相當多。

    現在，如果你相信宇宙不是任意的，而是被明確的定律製約的，你最終必須將這些部分理論合並成一個能描述宇宙中萬物的完整統一理論。然而，在尋求這樣的完整統一理論中有一個基本的矛盾。在前麵概括的關於科學理論的思想中，假定我們是理性的生物，既可以隨心所欲地觀測宇宙，又可以從觀察中得出邏輯推論。在這樣的方案裏可以合理地假設，我們可以越來越接近製約我們宇宙的定律。然而，如果真有一個完整的統一理論，則它大概也將決定我們的行動。這樣，理論本身就決定了我們對之探索的結果！那麽為什麽它保證我們從證據得到正確的結論？

    難道它不也可以同樣地保證我們引出錯誤的結論嗎？或者根本沒有結論？

    對於這個問題，我所能給出的回答是基於達爾文的自然選擇原理。該思想說，在任何自繁殖的群體中，總是存在著不同個體在遺傳物質和發育上的變異。這些差異表明，某些個體比其他個體對它們周圍的世界更能引出正確的結論，並去適應它。這些個體更可能存活、繁殖，因此它們的行為和思維的模式將越來越起主導作用。以下這一點在過去肯定是真的，即我們稱之為智慧和科學發現的東西給我們帶來了存活的好處。這種情況是否仍會如此沒有這麽清楚：我們的科學發現可以輕易地毀滅我們的一切。

    即使不是這樣，一個完整的統一理論對於我們存活的機會不會有很大影響。然而，假定宇宙已經以規則的方式演化至今，我們可以預期，自然選擇賦予我們的推理能力在探索完整統一理論時仍然有效，並因此不會導致我們得到錯誤的結論。

    因為，除了最極端的情況外，我們已有的部分理論足以對所有的一切作出精確的預言，所以，要為探索宇宙的終極理論尋找實用的理由，看來就非常困難了。（值得指出，雖然類似的論點在過去既可以用來反對相對論。又可以用來反對量子力學，但這些理論已給我們帶來了核能和微電子學的革命！）所以，發現一個完整的統一理論可能對我們種族的存活無助，甚至也不會影響我們的生活方式。然而自從文明開始以來，人們即不甘心於將事件看作互不相關不可理解。他們渴望理解世界的根本秩序。今天我們仍然亟想知道，我們為何在此？我們從何而來？人類求知的最深切的意願足以為我們從事的不斷探索提供充足的理由。而我們的目標恰恰正是對於我們生存其中的宇宙作出完整的描述。