第3章
当大部分人相信一個本质上静止不变的宇宙时，關於它有无开端的問題，实在是一個形而上学或神学的問題。按照宇宙存在无限久的理论，或者按照宇宙在某一個有限时刻，以给人的印象似乎是已经存在了无限久的样子启动的理论，我們可以同样很好地解释所观察到的事实。但在1929年，埃德温·哈勃作出了一個具有裡程碑意义的观测，即是不管你往那個方向看，远处的星系正急速地远离我們而去。换言之，宇宙正在膨胀。這意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以那时候宇宙的密度无限大。這個发现最终将宇宙开端的問題带进了科学的王国。
哈勃的发现暗示存在一個叫做大爆炸的时刻，当时宇宙的尺度无穷小，而且无限紧密。在這种條件下，所有科学定律并因此所有预见将来的能力都失效了。如果在此时刻之前有過些事件，它们将不可能影响现在所发生的一切。所以我們可以不理它们，因为它们并沒有可观测的后果。由于更早的時間根本沒有定义，所以在這個意义上人们可以說，時間在大爆炸时有一开端。必须强调的是，這個時間的开端是和早先考虑的非常不同。在一個不变的宇宙中，時間的端点必须由宇宙之外的存在物所赋予；宇宙的开端并沒有物理的必要性。人们可以想像上帝在過去的任何时刻创造宇宙。另一方面，如果宇宙在膨胀，何以宇宙有一個开端似乎就有了物理的原因。人们仍然可以想像，上帝是在大爆炸的瞬间创造宇宙，或者甚至在更晚的时刻，以便它看起来就像发生過大爆炸似的方式创造，但是设想在大爆炸之前创造宇宙是沒有意义的。大爆炸模型并沒有排斥造物主，只不過对他何时从事這工作加上時間限制而已！
为了谈论宇宙的性质和讨论诸如它是否存在开端或终结的問題，你必须清楚什么是科学理论。我将采用头脑简单的观点，即理论只不過是宇宙或它的受限制的一部分的模型，一些联结這模型和我們所观察的量的规则。它只存在于我們的头脑中，（不管在任何意义上）不再具有任何其他的实在性。如果它满足以下两個要求，就算是好的理论：它必须在只包含一些任意元素的一個模型的基础上，准确地描述大批的观测，并对未来观测的结果作出确定的预言。例如，亚裡士多德關於任何东西是由四元素，土、空气、火和水组成的理论是足够简单的了，但它沒有做出任何确定的预言。另一方面，牛顿的引力理论是基于甚至更为简单的模型，在此模型中两物体之间的相互吸引力和它们称之为质量的量成正比，并和它们之间的距离的平方成反比。然而，它以很高的精确性预言了太阳、月亮和行星的运动。
在它只是假设的意义上来讲，任何物理理论总是临时性的：你永远不可能将它证明。不管多少回实验的结果和某一理论相一致，你永远不可能断定下一次结果不会和它矛盾。另一方面，哪怕你只要找到一個和理论预言不一致的观测事实，即可证伪之。正如科学哲学家卡尔·波普所强调的，一個好的理论的特征是，它能给出许多原则上可以被观测所否定或证伪的预言。每回观察到与這预言相符的新的实验，则這理论就幸存，并且增加了我們对它的可信度；然而若有一個新的观测与之不符，则我們只得抛弃或修正這理论。至少被认为這迟早总会发生的，問題在于人们有无才干去实现這样的观测。
实际上经常发生的是，所设计的新理论确实是原先理论的推广。例如，对水星的非常精确的观测揭露了它的运动和牛顿理论预言之间的很小差异。爱因斯坦的广义相对论所预言的运动和牛顿理论略有不同。爱因斯坦的预言和观测相符，而牛顿的预言与观测不相符，這一事实是這個新理论的一個关键证据。然而我們在大部分实际情况下仍用牛顿理论，因为在我們通常处理的情形下，两者差别非常小。（牛顿理论的另一個巨大的优点在于，它比爱因斯坦理论容易处理得多！）
科学的终极目的在于提供一個简单的理论去描述整個宇宙。然而，大部分科学家遵循的方法是将這問題分成两部分。首先，是一些告诉我們宇宙如何随時間变化的定律；（如果我們知道在任一时刻宇宙是什么样子的，则這些定律即能告诉我們以后的任一时刻宇宙是什么样子的。）第二，關於宇宙初始状态的問題。有些人认为科学只应過问第一部分，他们认为初始状态的問題应是形而上学或宗教的范畴。他们会說，全能的上帝可以随心所欲地启动這個宇宙。也许是這样。但是，倘若那样，他也可以使宇宙以完全任意的方式演化。可是，看起来他選擇宇宙以一种非常规则的、按照一定规律的方式演化。所以，看来可以同样合理地假定，也存在着制约初始状态的定律。毕全功于一役地设计一种能描述整個宇宙的理论，看来是非常困难的。反之，我們是将這問題分成许多小块，并发明许多部分理论。每一部分理论描述和预言一定有限范围的观测，同时忽略其他量的效应或用简单的一组数来代表之。可能這方法是全错的。如果宇宙中的每一件东西都以非常基本的方式依赖于其他的任何一件东西，很可能不能用隔离法研究問題的部分去逼近其完备的答案。尽管如此，這肯定是我們在過去取得进展所用的方法。牛顿引力理论又是一個经典的例子，它告诉我們两個物体之间的引力只决定于与每個物体相关的一個数——它的质量；而与物体由何物组成无关。這样，人们不需要太阳和行星结构和成份的理论就可以计算它们的轨道。
今天科学家按照两個基本的部分理论——广义相对论和量子力学来描述宇宙。它们是本世纪上半叶的伟大的智慧成就。广义相对论是描述引力和宇宙的大尺度结构，也就是从只有几英哩直到大至1亿亿亿（1后面跟24個0）英裡，即可观测到的宇宙范围的尺度的结构。另一方面，量子力学处理极小尺度的现象，例如万亿分之一英寸（1英寸=厘米）。然而，可惜的是，這两個理论不是互相协调的——它们不可能都对。当代物理学的一個主要的努力，以及這本书的主题，即是寻求一個能将其合并在一起的理论——量子引力论。我們還沒有這样的理论，要获得這個理论，我們可能還有相当长的路要走，然而我們已经知道了這個理论所应具备的许多性质。在以下几章，人们将会看到，我們已经知道了相当多的量子引力论所应有的预言。
现在，如果你相信宇宙不是任意的，而是由确定的定律所制约的，你最终必须将這些部分理论合并成一套能描述宇宙中任何东西的完整统一理论。然而，在寻求這样的完整统一理论中有一個基本的自相矛盾。在前面概括的關於科学理论的思想中，假定我們是有理性的生物，既可以随意自由地观测宇宙，又可以从观察中得出逻辑推论。在這样的方案裡可以合理地假设，我們可以越来越接近找到制约我們宇宙的定律。然而，如果真有一套完整的统一理论，则它也将决定我們的行动。這样，理论本身将决定了我們对之探索的结果！那么为什么它必须确定我們从证据得到正确的结论？它不也同样可以确定我們引出错误的结论嗎？或者根本沒有结论？
对于這個問題，我所能给出的回答是基于达尔文的自然選擇原理。這思想是說，在任何自繁殖的群体中，存在有不同個体在遗传物质和发育上的变异。這些差异表明，某些個体比其他個体对周围的世界更能引出正确的结论，并去适应它。這些個体更可能存活、繁殖，因此它们的行为和思维的模式将越来越起主导作用。這一点在過去肯定是真的，即我們称之为智慧和科学发现的东西给我們带来了存活的好处。這种情况是否仍会如此不是很清楚：我們的科学发现也可以将我們的一切都毁灭。即使不是這样，一個完整的统一理论对于我們存活的机会不会有很大影响。然而，假定宇宙已经以规则的方式演化至今，我們可以预期，自然選擇赋予我們的推理能力在探索完整统一理论时仍然有效，并因此不会导致我們得到错误的结论。
因为除了最极端的情况外，我們已有了对所有一切都足够给出精确的预言的部分理论，看来很难以现实的理由为探索宇宙的终极理论辩护。（值得指出，虽然可用类似的论点来攻击相对论和量子力学，但這些理论已给我們带来了核能和微电子学的革命！）所以，一套完整的统一理论的发现可能对我們种族的存活无助，甚至也不会影响我們的生活方式。然而自从文明开始，人们即不甘心于将事件看作互不相关而不可理解的。他们渴求理解世界的根本秩序。今天我們仍然渴望知道，我們为何在此？我們从何而来？人类求知的最深切的意愿足以为我們所从事的不断的探索提供正当的理由。
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