·第8章·
大爆炸、黑洞和宇宙的演化
在第一类弗里德曼宇宙模型中，第四维，时间——正如空间一样——在范围上是有限的。它正如一根具有两个端点或边界的线。因此时间具有终结，而且它也有一个开端。事实上，在宇宙具有我们观测到的物质总量的情形下，由爱因斯坦方程得出的所有解中，都有一个非常重要的特征：在过去的某一时刻（大约137亿年以前）相邻星系之间的距离必须为零。换言之，整个宇宙被挤压在零尺度的单独的一点，就像一个半径为零的球。那时，宇宙的密度和时空曲率都为无限大。它是我们称做大爆炸的时刻。
我们所有的宇宙学理论都是在时空是光滑和几乎平坦的假设这个基础上表述的。这就意味着，我们所有的理论都在大爆炸处崩溃了：把具有无限曲率的时空叫做几乎平坦的，肯定是荒谬的！因为可预见性在大爆炸处失效了，因此即便在大爆炸之前存在事件，我们也不能用它们来确定以后会发生什么。
相应地，事实也正是如此，如果我们只知道大爆炸之后发生的事，我们就不能确定在它之前发生了什么。就我们而言，在大爆炸之前的事件没有后果，所以不应成为宇宙科学模型的一部分。因此，我们应该从模型中把它们割除，并且声称大爆炸是时间的起始。这意味着诸如谁为大爆炸设立条件的问题不是科学要过问的问题。
如果宇宙具有零尺度，还引起了另一种无限大，即温度的无限大。在大爆炸本身，宇宙被认为无限热。随着宇宙的膨胀，辐射的温度减小。由于温度就是粒子平均能量——或者速度的测度，宇宙的这个冷却对其中的物质就有重大的影响。在非常高的温度下，粒子会运动得快到使它们能够逃逸核力或电磁力所引起的任何相互吸引，但是随着它们的冷却，我们可以预料相互吸引的粒子开始聚集成堆。甚至在宇宙中存在的粒子的种类也依赖宇宙的温度，并由此依赖宇宙的年龄。
亚里士多德相信物质不是由粒子构成的。他相信物质是连续的。也就是说，根据他的看法，一块物体可以被无限地分割成越来越小的小块：永远不存在不能被进一步分割的物质颗粒。然而，一些希腊人，比如德谟克里特认为物质本性上是颗粒性的，所有东西都是由大量的各种不同种类的原子组成的。（原子这个词在希腊文中意思是“不可分的”。）现在我们知道——至少在我们的环境中，以及在宇宙的现在状态中，这是对的。但是我们宇宙的原子并不是一直存在的，它们不是不可分的，而且它们只代表了宇宙中粒子种类的小部分。
原子由更小的粒子：电子、质子和中子组成。质子和中子本身又由更小的称为夸克的粒子组成。此外，对应于这些次原子粒子的每一种都有一种反粒子存在。反粒子具有和同胞粒子相同的质量，但是它们的电荷和其他属性均相反。例如，电子的反粒子称做正电子，它具有正电荷，也就是和电子电荷相反。可能还有由反粒子构成的整个反世界和反人存在。然而，当反粒子和粒子相遇时，它们相互湮灭。这样，如果你遭遇上你的反自身，千万不要握手——你们俩会在一次巨大的闪光中消灭殆尽！
光能以另一类粒子，称做光子的无质量粒子的形式参与进来。邻近的太阳核反应炉对地球而言是最大的光子源。太阳还是另一种粒子，即前面提到的中微子（和反中微子）的巨大源泉。但是这些极轻的粒子几乎从来不和物质相互作用，因此它们穿透我们而毫无效应，其速率是每秒几十亿颗。物理学家总共已经发现了几十种这类基本粒子。在岁月的流逝中，随着宇宙经历的复杂演化，这个粒子家族的组成也在时间中演化。正是由于这种演化，类似地球的行星和诸如我们这样的生命才能够存在。
大爆炸后的1秒，宇宙已经膨胀到足以使温度降到大约100亿摄氏度。这大约是太阳中心温度的1 000倍，但是氢弹爆炸能达到这么高的温度。这时宇宙主要包含光子、电子和中微子以及它们的反粒子，还有一些质子和中子。这些粒子曾经有过这么大的能量，当它们碰撞时，会产生许多不同的粒子/反粒子对。例如，碰撞的光子会产生一个电子和它的反粒子，即正电子。这些新产生的粒子中的一些会与反粒子同胞相碰撞并且湮灭。只要电子与正电子相遇，它们就要湮灭，但是相反过程却没有这么容易：为了让两个诸如光子的无质量粒子去创生诸如电子和正电子的一对粒子/反粒子，该碰撞的无质量粒子必须具有确定的最小能量。那是因为一个电子和正电子具有质量，而这新创生的质量必须来自碰撞粒子的能量。随着宇宙继续膨胀以及温度继续下降，发生能量大到足以创生电子/正电子对的碰撞不如电子/正电子对湮灭那么频繁。因此，大多数电子和正电子最终会相互湮灭，产生更多光子，只余下相对少的电子。另一方面，中微子和反中微子与自己以及与其他粒子之间只能非常微弱地相互作用，所以它们几乎不会这么快地相互湮灭，它们今天应当仍然留在周围。如果我们能够观测到它们，那将为这幅宇宙极热早期阶段的图像提供很好的检验。但是不幸的是，在100多亿年之后的现在，它们的能量实在太低了，低到我们无法直接观察到（尽管我们也许能间接地检测到）。
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光子/电子/正电子的平衡
在早期宇宙中，存在电子/正电子对碰撞创生光子和相反过程之间的平衡。随着宇宙温度下降，这种平衡变得对创生光子有利。宇宙中的大多数电子和正电子最终会相互湮灭，只余下相对少的电子存在至今。
大爆炸后大约100秒，宇宙的温度降到10亿摄氏度，也就是最热恒星的内部温度。在这个温度下，一个称为强力的力起了重要的作用。我们将要在第11章里更加仔细讨论的这种强力，是一种短程的吸引力，它把质子和中子相互捆绑在一起而形成核。在足够高的温度下，质子和中子具有足够高的运动能量（见第5章），使它们能从相互碰撞中自由独立地出现。但是在十几亿摄氏度下，它们不再有足以克服强力吸引的能量，而开始结合在一起，产生氘（重氢）原子核，氘核包含一个质子和一个中子。然后，氘核会再与更多的质子和中子结合形成氦核，氦核包含两个质子和两个中子，还有少量的一对更重的元素，锂和铍。人们可以计算出，在热大爆炸模型中大约1/4的质子和中子转变成氦核，还有少量的重氢和其他元素。而遗留下的中子会衰变成质子，这是通常氢原子的核。
1948年，在一篇和他的学生拉夫·阿尔法合作的著名的论文中，科学家乔治·伽莫夫（见53页）提出了宇宙热的早期阶段的这个图像。伽莫夫颇为幽默——他说服核物理学家汉斯·贝特将他的名字加到这篇论文上面，使得列名作者为阿尔法、贝特、伽莫夫，正如希腊字母的前三个：阿尔法、贝他、伽马，这对于一篇有关宇宙开初的论文特别适合！他们在这篇论文中做出了一个惊人的预言：来自宇宙非常热的早期阶段的（以光子形式的）辐射今天还应该在周围存在，但是它的温度已降低到只比绝对零度高几摄氏度。（当物质处于绝对零度即-273摄氏度时，不包含任何热能，因此它是可能的最低温度。）
这正是彭齐亚斯和威尔逊在1965年发现的微波辐射。在阿尔法、贝特和伽莫夫写他们的论文时，对于质子和中子的核反应了解得不多。所以对于早期宇宙不同元素比例所做的预言相当不准确，但是按照更好的知识重新进行这些计算之后，现在和我们的观测非常符合。况且，去解释为何宇宙大约1/4质量处于氦的形式，用任何其他方法都是非常困难的。
但是这个图像存在问题。在热大爆炸模型中，热在极早的宇宙中来不及从一个区域流到另一个区域。这意味着要想解释微波背景在我们观测的任一方向上都具有相同温度的事实，宇宙的初始状态一定曾经是处处温度都完全相等。此外，其初始的膨胀率也必须选取得这么精确，使得现在的膨胀率仍然这么接近于避免坍缩所需要的临界值。除了把它作为上帝想要创造像我们这样的生灵所采取的举动之外，解释宇宙为何恰好以这个方式起始是非常困难的。为了试图寻找一个能够从许多不同的初始结构演化成像现在宇宙这样的一个模型，麻省理工学院的科学家阿伦·固斯提出，早期宇宙可能经历过一个非常快速膨胀的时期。这个膨胀叫做暴胀，这意思是说，宇宙在一段时间里以增加的速率膨胀。按照固斯的说法，在远远小于1秒的时间里，宇宙的半径增大了100万亿亿亿（1后面跟30个零）倍。宇宙中的任何不规则性都被这种膨胀抹平，正如当你吹胀气球时，它上面的皱纹就被抹平了。暴胀以这种方式解释了宇宙现在光滑均匀的状态是如何由许多不同的非均匀的初始状态演化而来的。因此，我们的图像至少在回到大爆炸后的十万亿亿亿亿亿分之一秒时仍然正确，对此我们有相当的把握。
在初始的这一切混乱之后，只在大爆炸后的几个钟头内，氦以及其他某些诸如锂等元素的产生就停止了。此后的100万年左右，宇宙仅仅继续膨胀，并没有发生太多的事。最终，一旦温度下降到几千摄氏度，电子和核将不再有足够的运动能量去克服它们之间的电磁吸引，它们就会开始结合形成原子。宇宙整体继续膨胀和冷却，但是在比平均密度稍微密集的区域，额外的引力吸引使膨胀缓慢下来。
这种吸引最终会使某些区域停止膨胀并开始坍缩。随着它们的坍缩，这些区域外的物质的引力拉力可能使它们开始稍微旋转。随着坍缩区域变得更小，它会自转得更快——正如在冰上旋转的滑冰者，当他们缩回手臂时会旋转得更快。最终，当这个区域变得足够小，它会旋转得快到足以平衡引力的吸引，碟状的旋转星系就以这种方式诞生了。其他碰巧没有得到旋转的一些区域，就会形成称为椭圆星系的椭球状物体。在这些星系中，因为星系的个别部分稳定地围绕着它的中心旋转，所以区域停止坍缩，但星系整体并不旋转。
随着时间的流逝，星系中的氢气和氦气被分割成更小的星云，它们在自身引力下坍缩。当它们收缩时，它们中的原子相互碰撞，气体的温度升高，直到最后热得足以起始核聚变反应。这些反应将氢转变成更多的氦。正是这个类似于受控的氢弹爆炸的反应所释放的热使恒星发光。这一附加的热也增大了气体的压力，直至足以平衡引力的吸引，从而气体停止收缩。星云以这种方式合并成类似我们太阳的恒星，把氢燃烧成氦，并且将产生的能量作为热和光辐射出来。这有点像气球——在试图使气球膨胀的内部空气压力和试图使气球缩小的橡皮张力之间有一个平衡。
热气体云一旦合并成恒星，核反应产生的热和引力吸引相平衡，恒星会稳定地维持很长的时间。然而，恒星最终会耗尽它的氢和其他核燃料。恒星初始的燃料越多，它则会越快燃尽。这的确似非而是，因为恒星的质量越大，为了平衡引力它就必须越热；而恒星越热，核聚变反应就越快，也就越快耗尽它的燃料。我们的太阳很可能有足够再维持50亿年左右的燃料，但是质量更大的恒星却可在1亿年这么短的时间内耗尽燃料，这可比宇宙的年龄短多了。
当恒星耗尽了燃料，它开始变冷，而引力占优势使它收缩。这一收缩把原子挤到一起，并使恒星再次变得更热。随着恒星进一步变热，它开始把氦转变成像碳和氧那样更重的元素。然而，这并没有释放出更多得多的能量，于是，危机就要发生了。我们不完全清楚下一步会发生什么，但是看来很可能恒星的中心区域会坍缩成一个非常紧密的状态，诸如黑洞。“黑洞”这个术语是非常近期才出现的，它是1969年美国科学家约翰·惠勒为了形象地描述一个观念时杜撰的名字。这个观念至少可回溯到200年前，那个时候共有两种光的理论：牛顿赞成其中一种，光由粒子组成，另一种是光由波构成。现在我们知道，实际上这两者都是正确的。正如我们将在第9章中看到的，由于量子力学的波粒二象性，光既可被认做波，也可被认做粒子。描述词波和粒子是人类创造的概念，自然没有必要遵照这些概念，把所有现象都非此即彼地归入其中的一个种类！
在光由波构成的理论中，我们不清楚光对引力的反应如何。但是如果认为光是由粒子组成的，我们可以预料，那些粒子正如炮弹、火箭和行星一样，以相同的方式受引力影响。特别是，如果你从地球——或者恒星——的表面向上发射出一个炮弹（正如50页的火箭），除非其向上起始的速度超过某个值，否则它最终将会停止，然后返回。这个最小的速度称为逃逸速度。一个恒星的逃逸速度依赖于它的引力拉力的强度，恒星的质量越大，其逃逸速度就越大。起先人们认为，光粒子无限快地运动，这样引力不能够使它们缓慢下来，但是罗默对光以有限速度行进的发现意味着，引力可能具有重要的效应：如果恒星质量足够大，光的速度将小于恒星的逃逸速度，那么所有从恒星发射出来的光都将返落回去。1783年，在这个假定的基础上，剑桥的学监约翰·米歇尔在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章。他指出，一个质量足够大，并且足够紧致的恒星可能具有如此强大的引力场，以至于连光线都不能逃逸。任何从恒星表面发出的光，还没到达非常远的距离即被恒星的引力吸引拉曳回来。这样的物体就是我们现在称做黑洞的东西，因为那是名副其实的：空间中的黑的空洞。
几年后，法国科学家拉普拉斯侯爵提出了一个类似的观念，他的论断显然独立于米歇尔。有趣的是，拉普拉斯只将此观念纳入他的《世界系统》一书的第一版和第二版中，而在以后的版本中将其删除。也许他认定这是一个愚蠢的观念——因为在19世纪利用波理论似乎就能解释一切，光的微粒说变得不时兴了。事实上，因为光速是固定的，所以在牛顿引力论中，将光类似炮弹那样处理并不真正协调。从地面发射上天的炮弹由于引力而减速，最后停止并折回；然而，一个光子必须以不变的速度向上继续运动。直到1915年爱因斯坦提出广义相对论之前，一直没有关于引力如何影响光的协调理论，而且直到1939年，一位年轻的美国人罗伯特·奥本海默，根据广义相对论，才首先解决了理解大质量恒星会发生什么的问题。
现在，从奥本海默的工作中，我们得到如下的图像。恒星的引力场改变了光线通过时空的路径，使之和原先没有恒星情况下的路径不一样。这正是当日食发生时，从远处恒星来的光线的弯曲中观测到的效应。在恒星表面附近，光线在空间和时间中的轨道稍微向内弯曲。随着恒星收缩，它变得更密集，这样在它的表面上引力场变得更强大。（你可以认为引力场是从恒星的中心点出来的；随着恒星收缩，它表面上的点越来越靠近中心，这样它们感受到更强大的场。）越强大的场使在表面附近的光线路径向内弯曲越甚。最终，当恒星收缩到某一临界半径时，表面上的引力场变得这么强大，将光线路径向内弯曲得这么厉害，以至于光不再能够逃逸。
根据相对性理论，没有东西运动得比光还快。这样，如果光都逃逸不出去，其他东西也不可能逃逸；任何东西都被引力场拉回去。坍缩的恒星形成一个围绕它的时空区域，不可能从那里逃逸而到达远处的观察者。这个区域就是黑洞。黑洞的外边界称做事件视界。今天，多谢哈勃空间望远镜和其他专注于X射线和伽马射线而非可见光的其他望远镜，我们知道黑洞乃是普通现象——比人们原先以为的要普通得多。一颗卫星只在一个小天区里就发现了1 500个黑洞。我们还在我们星系的中心发现了一个黑洞，其质量比100万个太阳的质量还要大。那个超重的黑洞有一个围绕着它以大约2%光速公转的恒星，其速度比一颗围绕着原子核公转的电子的平均速度还快！
如果向上发射的物体比逃逸速度还快，它就未必落回。
为了理解你凝视一个大质量恒星坍缩形成黑洞时出现的景象，必须记住在广义相对论中不存在绝对时间。换言之，每位观察者都有他自己的时间测度。因为在恒星表面上的引力场更强，所以在恒星表面上的某人和在远处的某人的时间流逝是不同的。
设想在正在坍缩的恒星表面上有一位无畏的航天员，当恒星向内坍缩时他留在星球表面上。在他的手表的某一时刻——比如讲11：00——恒星收缩到临界半径以下，此时引力场变得这么强，以至于没有任何东西可以逃逸出去。现在假定他的指令是按照他的手表每一秒发送一个信号到上方的一个宇宙飞船上，后者在离开恒星中心的某一固定距离上公转。他开始在10：59：58，也就是比11：00早2秒开始传送，他在宇宙飞船上的同伴会记录到什么呢？
我们从早先的搭乘火箭飞船理想实验中得知，引力使时间变得缓慢，而且引力越强，则效应越大。在恒星上的航天员比他在轨道上的同伴们处于更强的引力场中，这样对他而言的1秒按照他同伴们的手表要比1秒长久。而且随着他乘坐的恒星向内坍缩，他感受的场会变得越来越强，这样宇宙飞船上的那些人觉得，从他来的信号间隔显得越来越长。这种时间的拉长在10：59：59之前是非常微小的，于是，在轨道上公转的航天员们，为了接收航天员，按照他的表，分别在10：59：58和10：59：59发出的信号，只需等待比1秒稍长的时间。但是，轨道上的航天员们必须无限久地等待11：00的信号。所有发生于恒星表面上在10：59：59和11：00（按照航天员的手表）之间的每件事情，在宇宙飞船看来，都被散开到一个无限的时期。当接近11：00时，从恒星出发的任何光的接续的波峰和波谷之间的到达时间间隔会变得越来越长，正如同从航天员来的信号之间的间隔一样。由于光的频率是以每秒波峰和波谷的数目来测度的，对于在宇宙飞船上的那些人，恒星来的光频率显得越来越低。这样，它的光会显得越来越红（也越来越淡）。最终，该恒星变得这么黯淡，以至于在宇宙飞船上再也看不见它了：所余下的一切便是空间中的一个黑洞。可是，该恒星仍然将同样的引力继续作用到宇宙飞船上，使飞船继续公转。
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潮汐力
因为引力随距离减弱，由于你脚部比头部离地球中心近12米，地球对你的头部的拉力小于脚部受到的拉力。我们觉察不到这么小的差别。但是在黑洞表面附近的航天员肯定会被撕裂。
然而，由于以下的问题，这个场景不是完全现实的。你离开恒星越远则引力越弱，这样在我们无畏的航天员脚上的引力总是比在他头上的力更大。在恒星收缩到临界半径并在那里形成事件视界之前，这种力的差异就足以把他拉伸得像意大利面条一样或者撕裂。然而，我们相信在宇宙中存在大得多的物体，例如在一些星系的中心区域，它们也能遭受引力坍缩而产生黑洞，正如在我们星系中心的超大质量黑洞。在这样的一个物体上，在形成黑洞之前，航天员不会被撕开。事实上，当他到达临界半径时没有觉察到任何特殊之处，甚至他能够不知不觉地通过这一永不回返之点——尽管对于在外面的那些人，他的信号变得越来越稀疏，直至最终停止。而随着区域继续坍缩，仅仅在（由航天员测量的）几个小时之内，他头上和脚上的引力的差别就会变得这么强大，又会将他撕裂。
当一个质量非常大的恒星坍缩时，恒星的外部区域有时会在一次称做超新星的极大的爆发中被刮跑。超新星爆发是如此之巨大，它发出的光可以比它所在的星系中所有其他恒星合并在一起发出的光还要多。我们看到的蟹状星云便是超新星爆发一例的残余。1054年中国人对此做了记载。虽然爆发的恒星在5 000光年之遥，但在数月的时间里仍可被肉眼看到，它是这么耀眼，甚至白天都能看到，夜里可以借它看书。500光年之遥的超新星——1/10那么远——将会亮100倍，并且真的可将黑夜变成白昼。为了理解这种爆发的猛烈，只要考虑到，尽管它比太阳（回忆一下，我们的太阳位于8光分的邻近距离上）远几千万倍，它的光仍然可以和太阳相匹敌。如果超新星发生得足够近，虽然地球可以安然无恙，但它仍然发射出足以使所有生物致命的辐射。事实上，最近有人还提出，上新世和更新世过渡期的大约200万年前，发生过海洋生物的灭绝，它是由邻近的称做天蝎-半人马星协的星团中超新星宇宙线辐射导致的。一些科学家相信，因为在星系中恒星密集的区域，诸如超新星之类的现象甚为普遍，足以在所有生命演化的起始就将它们定期扑灭。所以，高级生命只可能在没有太多恒星的区域——“生命带”——中演化。在宇宙中每天平均有成千上万次超新星在某处爆发。在任何特定的星系中超新星大约每一世纪发生一次，但这仅仅是平均。可惜的是——至少对于天文学家而言——在银河系中上一回有记录的超新星发生于1604年，是在望远镜发明之前。
在我们星系中，有一颗被称为仙后座ρ星，它是我们星系中下一次超新星爆发的最重要候选者。幸运的是，它是安全无忧的，距我们有10 000光年的距离。它属于称为黄特超巨星类型的恒星，只是在银河系中已知的7个黄特超巨星中的一个。1993年一支国际天文学家队伍开始研究这个恒星。在他们后来观测的几年间，这个恒星经历了几百摄氏度的周期性温度起伏。在2000年夏天，它的温度忽然从7 000摄氏度左右快速降至4 000摄氏度。在这一期间，天文学家们还在恒星大气层测到氧化钛，他们相信这是被巨大的冲击波从恒星抛出的外层的一部分。
在超新星中，在接近恒星生命终点时产生的某些重元素被摔回到星系中，并为下一代恒星提供一些原料。我们的太阳就包含大约2%的这些重元素。它是第二或第三代恒星，在大约50亿年前由包含更早的超新星残骸的旋转气体云形成的。云中的大部分气体形成了太阳或者喷到外面去，但是少量的重元素集聚在一起，形成了现在像地球这样的，作为行星围绕太阳公转的物体。我们首饰上的金以及我们核反应堆中的铀，都是在我们太阳系诞生之前发生的超新星的残余！
当地球刚刚凝聚时，它非常热并且没有大气。它在时间的长河中冷却下来，并从岩石中逸出的气体里获得大气。我们不能够在这个初始的大气中存活。它不包含氧气，但它肯定包含大量对我们有毒的其他气体，例如硫化氢（也就是臭鸡蛋发出的难闻的气体）。然而，那时就存在着能在这种条件下繁衍的其他原始生命的形式。人们认为，它们可能是原子的偶然结合，形成叫做宏观分子的大结构的结果，而在海洋中发展，这种结构能将海洋中的其他原子聚集成类似的结构。它们就这样自我复制而繁殖。在有些情况下复制中有误差，这些误差大多数使得新的宏观分子不能自我复制并最终被消灭。然而，有一些误差会产生出新的宏观分子，它们甚至会更有效地复制自己。所以它们具有优势，并趋向于取代原先的宏观分子。进化的过程就是以这种方式开始，进化导致越来越复杂的自我复制有机体的发展。第一种原始的生命形式消化了包括硫化氢在内的不同物质而释放氧气，这就逐渐地将大气改变到今天这样的成分，并允许诸如鱼、爬行动物、哺乳动物以及最终像人类这样的高级生命形式的发展。
20世纪见证了人类宇宙观的转变：我们意识到，我们自己的行星在广袤的宇宙中是微不足道的，而且我们发现时间和空间是弯曲的，是不可分离的，宇宙正在膨胀，而且它在时间中有一开端。
宇宙从非常热的状态起始，并随着膨胀而冷却的这一图景是基于爱因斯坦的引力论，即广义相对论，它和我们今天得到的所有观测证据都相符合，这是该理论的伟大胜利。然而，由于该理论预言了，宇宙从大爆炸，也就是当它的密度和时空的曲率都为无限大的时刻起始，而数学不能完全应付无穷大的数，所以广义相对论预言了在宇宙中存在一点，在那里，理论本身崩溃或者失败了。这样的点正是数学家称之为奇点的一个例子。当一个理论预言诸如无限密度和曲率的奇点时，这是一个征兆，说明该理论必须做某种修正。因为广义相对论不能告诉我们宇宙是如何起始的，所以它是一个不完备的理论。
除了广义相对论，20世纪还孕育了自然的另一个伟大的部分理论——量子力学。那个理论处理发生在非常小尺度下的现象。我们的大爆炸图景告诉我们，在极早期宇宙有过一个时刻，那时宇宙如此之小，甚至在研究它的大尺度结构时，人们不能够再无视量子力学的小尺度效应。我们在下一章将会看到，把这两个部分理论结合成一个单独的量子引力论，激起我们一个伟大的抱负，去完全理解宇宙自始至终的全过程。在量子引力论中，通常的科学定律在所有地方，也包括在时间的开端处都成立，没有必要存在任何奇点。