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利弗席茲和哈拉尼科夫的工作是有價值的。因為它顯示了,如果廣義相對論是正確的,宇宙可以有過奇點,一個大爆炸。然而,它沒有解決關鍵的問題:廣義相對論是否預言我們的宇宙必須有過大爆炸或時間的開端?對這個問題,英國數學家兼物理學家羅傑·彭羅斯在1965年以完全不同的手段給出了回答。利用廣義相對論中光錐行為的方式以及引力總是吸引這一事實,他指出,坍縮的恆星在自己的引力作用下被陷入到一個區域之中,其表面最終縮小到零。並且由於這區域的表面縮小到零,它的體積也應如此。恆星中的所有物質將被壓縮到一個零體積的區域裡,所以物質的密度和空間——時間的曲率變成無限大。換言之,人們得到了一個奇點,它被包含在叫做黑洞的空間——時間的一個區域中。

初看起來,彭羅斯的結果只適用於恆星,它並沒有涉及到任何關於整個宇宙的過去是否有個大爆炸奇點的問題。然而,正當彭羅斯在創造他的定理之時,我是一個正在盡力尋求一個問題可用之完成博士論文的研究生。兩年之前我即被診斷得了ALS病,通常又被稱為盧伽雷病或運動神經細胞病,並且我被告知只有一兩年可活了。在這種情況下,看來沒有很多必要攻讀我的博士學位了——我預料不能活那麼久。然而兩年過去了,我沒有糟到那種程度。事實上,我的事情還進行得相當好,還和一個非常好的姑娘簡·瓦爾德定婚了。但是為了結婚,我需要一個工作;為了得到工作,我需要一個博士學位。

1965年,我讀到彭羅斯關於任何物體受到引力坍縮必須最終形成一個奇點的定理。我很快意識到,如果人們將彭羅斯定理中的時間方向顛倒以使坍縮變成膨脹,假定現在宇宙在大尺度上大體類似弗利德曼模型,這定理的條件仍然成立。彭羅斯定理指出,任何坍縮必須終結於一個奇點;其時間顛倒的論斷則是,任何類弗利德曼膨脹模型必須從一個奇點開始。為了技巧上的原因,彭羅斯定理需要以宇宙在空間上是無限的為條件。所以事實上,我能用它來證明,只有當宇宙膨脹得快到足夠以避免重新坍縮時(因為只有那些弗利德曼模型才是空間無限的),必須存在一個奇點。

以後的幾年中,我發展了新的數學技巧,從證明奇性必須發生的定理中除去了這個和其他技術上的條件。最後的結果是1970年彭羅斯和我的合作論文。那篇論文最後證明了,假定廣義相對論是正確的,宇宙包含著我們觀測到的這麼多物質,則過去必須有一大爆炸奇點。我們的工作遭到許許多多的反對,部分來自蘇聯人,由於他們對科學宿命論的信仰;另一部分來自某些人,他們不喜歡整個奇點的觀念,並認為這糟蹋了愛因斯坦理論的完美。然而,人實在不能辯贏數學定理。所以最終我們的工作被廣泛接受,現在幾乎每個人都假定宇宙是從一個大爆炸奇點開始的。頗具諷刺意味的是,現在我改變了想法,試圖去說服其他物理學家,事實上在宇宙的開端並沒有奇點——正如我們將看到的,只要考慮了量子效應,奇性則會消失。

從這一章 我們看到,在不到半個世紀的時間裡,人們幾千年來形成的關於宇宙的觀點被改變了。哈勃關於宇宙膨脹的發現,並意識到我們的行星在茫茫的宇宙中的微不足道,只不過是起點而已。隨著實驗和理論證據的積累,人們越來越清楚地認識到,宇宙在時間上必須有個開端。直到1970年,在愛因斯坦的廣義相對論的基礎上,這才被彭羅斯和我所證明。這個證明顯示,廣義相對論只是一個不完全的理論,它不能告訴我們宇宙是如何開始的。因為它預言,所有包括它自己在內的物理理論都在宇宙的開端失效。然而,廣義相對論宣稱自己只是一個部分理論,所以奇點定理真正所顯示的是,在極早期宇宙中有過一個時刻,那時宇宙是如此之小,以至於人們不能再不管20世紀另一個偉大的部分理論——量子力學的小尺度效應。20世紀70年代初期,我們被迫從對極其巨大範圍

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