起初上帝創造天地。
《創世記》第1章第1節
但當時沒有人在現場看。
斯蒂芬·溫伯格《量初的三分鐘》
有天地創生這回事嗎？假如有，那又是什麼時候發生的？原因是什麼？存在之謎最深奧，最難猜。大多數宗教都有涉及萬物如何起始的說法，現代科學也有。在本書中，我將借助宇宙學的新近發現來猜測這創生之謎。本章討論的就是宇宙總體的起源。有人用「宇宙」（universe）這個詞來表示太陽系或銀河系。但我將按「一切物理性的存在的東西」這一較為常規的意義使用「宇宙」一詞，我所說的宇宙是散佈在一切星系之中、之間的一切物質，一切形式的能量，一切非物質的東西如黑洞、引力波以及一切延伸向無限（假如果真如此的話）的空間。有時，我將用「世界」（world）來指上述的一切。
任何聲稱對物質世界提供某種理解的思想體系都必定要對世界的起源說一些話。在最基本點上，有兩種涇渭分明的說法。宇宙要麼是一直存在著（以這樣或那樣的形式）；要麼就有起始，多少有些突然地起始於過去某一特定的時刻。這兩種說法長久以來一直困擾著神學家、哲學家、科學家，而且這兩種說法對普通人來說也明顯地難以理解。
假如說宇宙在時間上沒有起源，就是說宇宙一直存在，那麼，宇宙的年齡就是無窮大的了。無窮大這個概念讓許多人眩暈。假如早已有了無窮多的事件，為什麼我們發現我們自己是生活在現在這一時刻？難道宇宙在永恆的時間裡一直是靜止的，只是到了相對晚近的時候才突然活動起來？或者，在永恆的時間裡，一直存在著某種活動？另一方面，假如說宇宙是有起始的，那麼就是承認了宇宙是突然從虛無中生出來的。這似乎暗示著有一個最初的事件。假如真是有，那最初事件的起因又是什麼？這樣的問題還有意義嗎？
許多思想家面對這些問題畏縮不前，轉而去尋求科學的證據。科學在宇宙起源的問題上能告訴我們些什麼？
如今，大多數宇宙學家和天文學家都支持約在180億年前確有天地創生的理論。當時，物質的宇宙在一場可怕的爆炸中產生了。那場爆炸就是現在人人皆知的「大爆炸」。「大爆炸」理論是很驚人的，但這一理論得到許多證據的支持。人們接受該理論的所有細節也好，不接受也好，其中的關鍵假說，即過去有某種創生的假說，從科學的觀點來看是有力的。該理論之所以看上去令人信服，其直接理由來自熱力學第二定律這一已知的物理學中最為普遍的定律所包含的龐大科學證據。就其最廣泛的意義而言，熱力學第二定律認為宇宙的無序程度與日俱增。宇宙在緩慢地、但卻是無可挽回地墜人混沌。熱力學第二定律的例子到處都是——建築物倒塌，人變老，山脈跟海岸線受侵蝕，自然資源被消耗。
假如一切自然的活動都導致了更多的無序（以某種適當的方式測量出來的），那麼，世界就一定是在不可逆轉地變化，因為要使宇宙回到昨日的狀態，就意味著把無序降低到先前的水平上，而這一點又是跟熱力學第二定律不相容的。然而，乍一看，世上似乎很有些第二定律的反例。新建築起來了，新結構生長了。難道每一個新生的嬰孩不都是無序中生出有序的例子嗎？
在這些例子中，你得注意你所觀察的是整個系統，而不僅僅是你所關心的事。在宇宙某一區域的有序增加，總是以另一處無序的增加為代價的。就以建築一幢新大樓為例吧。建築所用的材料不可避免地消耗了世界的資源，同時，在建築的過程中耗用的能源也是不可回收的。做一下結算，就會發現總是無序為多。
物理學家們已發明了一個叫作熵的數學量來給無序定量。很多精心的實驗也證明，一個系統中的總體的熵從來不會減少。假如一系統與其環境隔離開了，那麼，該系統內的任何變化都會無情地使熵值增大，最後達到大到不能再大的程度。從此以後，就不會再有任何變化，整個系統就會達到一種熱力平衡的狀態。一個裝有混合化學物質的匣子便是個好例。各種化學物質發生反應，或許由此產生一些熱，各種物質改變它們的分子形式。諸如此類的一切變化都增加了匣內的熵。最後，匣中的物質取得了它們最終的化學形式，彼此的溫度也一致了，於是，也就不會再有什麼變化了。要想把最後的生成物還原到先前的狀態也不是不可能，但這就得把匣子打開，再耗用能量和物質以便讓已發生過的變化再變回去。這個操作過程的確會降低匣內的熵，但同時會產生更多的熵。
假如說宇宙真有一個有限的有序量，而且是在不可逆轉地向著無序變化，最後達到熱力學平衡，那麼，就可以立即得出兩個很重要的推論。推論一是，宇宙最終將會死去，消沉在它自己的熵裡。這個推理，物理學家們稱之為宇宙的「熱死」。推論二是，宇宙不可能已有無限的過去，假如真有，那麼宇宙就會在無限遠的時間以前早就達到了最終的平衡狀態。結論：宇宙並非過去一直存在。
我們在周圍一切習見的系統中就可以看到熱力學第二定律的作用。例如地球就不可能有無限的過去；假若有的話，那它的內核早該涼下來了。根據放射研究，地球的年齡可確定為45億年。這跟月球以及各種隕石的年齡差不多。
而太陽則肯定不會熱熱鬧鬧地一直燃燒下去的。它的燃料儲備年年在減少，故而最後它會變涼、變暗。反過來推理，則太陽肯定只是在一段有限的時間以前才燃著的，因為它沒有無限的能源。根據估算，太陽的年齡只是比地球的稍大一點兒。這估算與目前認為太陽系當初是作為一個單獨的單位形成的這一類理論很符合。然而，太陽系只是宇宙的一個小山的組成部分。只是根據地球與太陽的情況就得出概括宇宙的結論也未免魯莽。但太陽的確是一顆典型的恆星，光是我們所在的星系裡就有成百億其他的恆星，它們的生命史可供天文學家們研究。現存的恆星都各自處於其演化史上的不同階段，這就使我們能夠勾勒出恆星的誕生、演化、死亡的詳細圖畫。
恆星與行星一道形成，形成的原因是，星際間主要由氫構成的大塊稀薄的氣雲在緩慢地收縮，分裂。今天，要想找到星系中哪些區域有恆星正在誕生是很容易的。這樣的區域之一是獵戶星雲，肉眼就看得見。恆星並非是一下子形成的。例如，我們的太陽現在約50億歲，然而，它的年齡充其量至多只是銀河系中最老的恆星的一半。而太陽系的形成可以看作是銀河系中發生了幾百億次的一個持續不斷的過程所得出的一個結果而已，而這個過程將持續下去。於是，我們似乎可以說，就恆星和行星的形成而言，是談不上什麼創生的，不過是某種宇宙裝配線不斷地把原料（氫、氦以及很少的重元素）裝配成恆星、行星罷了。
就算是一批恆星在不斷地燃盡，另一批恆星又不斷地形成並取而代之，難道這生生滅滅的循環從無限遠的過去就一直是這麼週而復始直至今日的嗎？不。熱力學第二定律告訴我們，不會有這種週而復始以至無窮的循環。恆星燃盡的物質永遠也不會完全進入再循環。燃燒所用的能量，以星光的形式消散在太空裡，要在太空中發散幾百億年。還有一些恆星的物質進入了黑洞，再也出不來了。
那種認為整個宇宙系統並非一直就是這麼循環往復的觀點，還有一個更為直接的理由。艾薩克·牛頓這位現代科學的奠基人之一證實，引力是一種普遍的力，作用於宇宙中一切物體之間。每個恆星，每個星系，都因引力而互相靠近。因為天體是在太空中自由漂浮的，看來它們沒有任何理由不因這無所不在的引力而會聚在一起。在太陽系裡，眾行星因引力塌向太陽的事之所以沒有發生是因為有離心力——各個行星都在繞太陽旋轉。同樣，銀河系也在旋轉。但現在我們還沒有證據證明整個宇宙也在旋轉。各個星系顯然不能永遠掛在太空中，所以，宇宙也不可能永遠是目前這個樣子。
儘管這個宇宙之謎自牛頓以來就被意識到了，但只是到了20世紀20年代才發現了它的解答。美國天文學家埃德溫·哈勃發現，各個星系不是在相聚，而是在以很高的速度相離。哈勃注意到，各星系的光在顏色上稍稍有些異常（用術語來說就是「紅移」），這說明各個星系在急速倒退。因為光是由不同的光波組成的，因此，一個移動的光源能將光波拉長或縮短，正如一輛行進中的車輛會把它發出的聲波拉大或縮短一樣。一輛汽車的發動機的聲音或一列火車的汽笛聲，在該汽車或火車急速開過我們身邊時，其音高會降低很多。這裡，只要把「音高」代換成「顏色」，就得到了哈勃紅移。只是這裡所說的各行星的退行速度比汽車或火車速度大得多。遙遠的星系每秒退行成千上萬英里。
哈勃的發現有時被人給以錯誤的解釋，被認為是說明了我們所在的星系是眾星系的中心，其他所有的星系都在飛離我們。這種看法是錯誤的。因為離我們遠的星系退行速度要比近處的星系退行速度大，因而遠處和近處的星系彼此間的距離也在擴大，所以，事實上每一個星系都在脫離其他的星系。這就是有名的「宇宙膨脹」。無論你從宇宙中的哪個位置上觀察，星系擴散的圖式看上去都是很一致的。
宇宙膨脹的概念與現代人關於空間、時間、運動本質的思想十分吻合。阿爾伯特·愛因斯坦在科學界中地位之高，有如聖保羅在基督徒中的地位，他那讓人絞盡腦汁方能理解的相對論，極大地改變了我們對時空及運動的看法。儘管愛因斯坦的空間彎曲及時間彎曲的概念，耗時60年才進入普通大眾的想像之中，物理學家們卻早就接過他的時空彎曲的概念來解釋引力了。
引力為一切大規模的宇宙現象提供了動力。在天文尺寸的物體中，引力要比其他的力如磁力、靜電力大得多。形成星系並控制星系間的運動的，是引力。要解釋宇宙的膨脹，引力就是關鍵。
愛因斯坦令人信服地說明，引力使空間、時間伸長或扭曲，而且這可以通過觀察太陽的引力使擦過其表面的星光彎曲這一現象得到直接的驗證。從地球上看，太陽背後的天空有很小的但是是明顯的彎曲。時間的彎曲也可以得到證明，最直接的證明就是讓鐘錶在空間飛行。時間在沒有引力的環境中要比在地球的表面走得快。
假如太陽能拉長空間，那麼，星系也能。因為星系是由很多太陽一樣的恆星組成的。因而，天文學家們認為星系不是在空間中離散，而是星系間的空間在伸長。假如星系間的空間在「膨脹」，那麼，每個星系的活動餘地都在逐日增大。這就是說，宇宙在擴展，卻不必擴展到某種外部的真空之中。
既然很多人覺得時空伸縮的概念難懂，我們就先把這些難懂的概念擱置一會兒。很明顯的事是，既然宇宙在越變越大，那它以前一定要比現在小。假如過去一直就是目前這樣的膨脹速度，那麼，200億或300億年前，整個可以觀測到的宇宙就會蜷縮進一個令我們感到十分陌生的小球中，在其中我們認不出任何天體。事實上，天文學家們已經發現，宇宙膨脹的速度正在變小，這就是說，那種高度壓縮的狀態事實上是在更早些時候發生的，距今大約是150或200億年前（可與太陽的年齡——50億年——做一比較）。因為當初的膨脹速度比現在的大得多，所以，星系離散在早期的時候，就像是場爆炸，而不是慢吞吞的膨脹。
有時人們說，我們今天所認識的宇宙當初是由於一種原初的「卵」發生爆炸而形成的。各星系都是當初爆炸的碎片，這些碎片現在仍在空間飛揚。這幅圖景頗能反映一些真實的情況。但有時也會使人誤入歧途。那個爆炸的東西之所以曾處於收縮狀態，是因為空間處於收縮狀態。那種認為「卵」是包裹在真空中的想法是錯誤的。卵有殼、有核。然而，天文學家們則認為，宇宙既沒有邊或殼，也沒有任何具有特權的中心。
我們現在算是跟「無限」這個微妙的問題纏上了。對那些疏忽的人來說，這個問題充滿了陷阱。這個問題不但對於討論膨脹的宇宙來說很重要，而且對科學和宗教這一類更為廣泛的問題來說也是很重要的，因此，偏離一下我們的主題，講一講這個問題還是值得的。
科學家們長久以來就認識到，需要將他們關於無限的一切思考都建立在嚴格推導的數學步驟上，因為測量無限會導致各種各樣的佯謬。例如，我們可以想想伊利亞的芝諾（公元前5世紀）提出的有名的「兔子和烏龜」的佯謬。在一次賽跑比賽中，烏龜開始領先，但兔子跑得快，很快就追上了烏龜。顯然，在賽跑過程中的每一時刻，兔子和烏龜都各自處在一個位置上。因為兩者都跑一段相同的時間——即時刻的數目相同——所以，按理說，它們通過的地段是相同的。但是，兔子要想追上烏龜，就必須在相同的時間裡跑更遠的距離，於是就要通過更多的地段。那麼，兔子怎麼能追上烏龜呢？
這個佯謬是歸於芝諾名下的幾個佯謬之一。要想求得這個佯謬的解答，就得仔細地陳述無限的概念。假如時間和空間是無限可分的，那麼，兔子和烏龜就要跑無限段的時間、空間，在這裡，「無限」的關鍵是，無限的一部分與無限的整體是一樣的。儘管烏龜跑過的路要比兔子的短，可烏龜跑過的路段仍是與兔子的一樣多（即無限），但我們知道，兔子不但跑過了烏龜跑過的路段，而且還跑了更多的路段！
研究無限的問題，就會弄出很多這一類令人吃驚的事來。數學家們花了許多個世紀進行邏輯論證，以便全面理解正確處理無限問題的規則。奇特的是，世上的無限不止一種。有東西的無限，可用整數代表（1，2，3，……，無窮大），還有一種更大的無限，用全部的整數都不足以表達出來。
說到幾何學，人的直覺能把人搞得很迷糊。就以包圍著一塊給定面積的土地的籬笆為例吧。很容易看出，在面積已定的情況下，細長條形的土地需要的籬笆要多於正方形的土地。圓形土地需要的籬笆最少。但是，這塊面積已定的土地周邊到底能有多長？圖1是一形狀奇特的周邊，是一次次地在三角形上再開三角形造成的。每開一次三角形，籬笆的周邊都增長一些，它所圈的面積都要增多一點。但那周邊永遠也不會伸到外接圓之外去，所以，它所圈的面積永遠是有限的。然而，隨著在周邊上開三角的次數的增多，周邊就可以無限延長。這樣，我們就能夠想像，一無限長的籬笆圍著一塊面積有限的土地。
這一切與宇宙的創生又有什麼關係呢？首先，這一切表明，「無限」之類的概念不應濫用，否則會導致無意義。第二，這一切表明，人們所獲得的問題的答案常常跟直覺和常識相悖。這是科學給人的大教訓之一。人們常常必須要依靠抽像的東西，依靠正規的數學操作來理解世界。平常的經驗有時是不可靠的嚮導。
宇宙的體積是無限大嗎？假如空間的體積是無限大，我們就可以想見有無窮多的星系散佈其間，而且其密度也大體一致。於是，很多人就不能理解，一個無限大的東西怎麼還能膨脹？它要膨脹到哪裡去呢？這個問題不難回答：無限的體積可以膨脹，但體積不變。（請記住「烏龜」教給我們的東西吧。）但是，當我們把這個模型拿來比附「宇宙卵」時，就出現了形象化方面的問題。假如到處都有星系，那麼，從前就不可能有過一個體積有限，又有外殼，而且外殼之外沒有物質的宇宙卵。因此，卵的比喻行不通。
設想一下，有這樣一個無限的宇宙，這宇宙是一球體，包容了極大的體積的空間，其中有很多星系。現在再設想空間到處都在急速收縮，就像奇境中的愛麗絲吃過魔餅之後的情況一樣。於是，該球體的半徑就會越縮越小，然而不管怎樣縮小，總是有無盡的空間，而且其外還有無限多的星系。假如該球體真是縮小到了無限小，那麼，這就產生了一個從數學角度講是棘手的問題，即一個無限縮小的無限宇宙。這個球體宇宙仍是沒有中心也沒有邊界的，然而，任何這一類的球體不管當初是多麼地大，經過無限縮小之後，其中所有的星系便會被壓縮成一個點。天文學家們認為，宇宙發生爆炸之前，就處於這種無限收縮卻無界的狀態之中。
事實上，還有一個可用的宇宙模型可以避免諸多無限的紛擾。這個模型是愛因斯坦本人在1917年提出的。在確認空間能夠彎曲這一事實之後，愛因斯坦說，空間能以許多種人所意想不到的方式把自己連接起來。可以拿地球的曲面為類比。地球的表面，面積是有限的，但它是無界的，一個旅行者走到哪裡都不會碰上地球的邊緣或邊界。同樣，空間也可能體積有限卻沒有邊界。這種奇異的圖景怕是沒幾個人能真正看明白，但數學自會替我們把其中的細節勾畫出來的。該形體叫作超圓體（hypersphere）。假如宇宙是一超圓體，宇航員原則上就可以像麥哲倫一樣作環宇航行了。他可以駕著火箭向同一個方向飛，一直飛到他的出發點。
儘管愛因斯坦所提出的超圓體宇宙是有限的，但卻沒有中心，也沒有邊界（正如地球的表面也沒有中心，沒有邊界），因而，當它收縮時，也不像一隻宇宙卵。我們可以想像這超圓體縮至無限小，體積消失，就像一個圓面縮小到了半徑為零一樣（見圖2）。
對能伸能縮的空間進行的研究，使宇宙學家們提出了一個在細節上與聖經大不相同的宇宙創生的理論。他們所提出的科學理論最驚人的一點就是，他們認為空間本身，而不僅僅是物質，也是在大爆炸中創生的。假如你把圖2正在膨脹的氣球，即從無中膨脹起來的氣球倒過來看，把它看成是正在收縮的氣球，並以此作為宇宙的模型，那麼，你就算是大致知道現代物理學是如何講述宇宙創生的了。這裡的一個重要論點是，我們這裡所談的宇宙不管是愛因斯坦的超圓體（即氣球模型），還是體積無限的宇宙，要想設想空間無限收縮之後是什麼樣子是不可能的。大爆炸發生的最初那一刻，空間是無限收縮的，那一刻就代表著空間停止存在的時間邊界。物理學家們把這邊界稱作奇點。
空間原來竟是從無中生出來的，這個離奇的想法是很多人覺得難以理解的，因為他們早已習慣把空間看成是「無」。然而，物理學家則把空間看成是一種能伸縮的媒介，而不是空空如也的「無」。的確，在下面的幾章裡我們就可以看到，由於量子效應，即使最純的真空也能引起活動，其中充滿了轉瞬即逝的結構。對物理學家來說，「無」意味著「沒有空間」以及沒有物質。
離奇的事還多著呢。空間是與時間分不開的，於是，空間能伸能縮，時間也能伸能縮。大爆炸代表著空間的創生，同樣，也代表著時間的創生。空間和時間都不能存在於奇點之前。簡單地講就是，時間本身也是從大爆炸之時起始的。
這一大堆稀奇古怪的觀點只能夠求助於數學才能完全把握。人的直覺是力不從心的嚮導。這也是科學方法之所以取得成功的主要原因之一。科學以數學為語言，就能夠描述完全超乎人類想像力的東西。而現代物理學的大部分內容也的確是人的想像力所不及的。若沒有數學所提供的抽像描述，物理學永遠也不會超越簡單的力學。當然，物理學像每個人一樣，頭腦裡也有一些原子的模型，光波的模型，膨脹宇宙的、電子的以及其他諸如此類的東西的模型，但是，這些頭腦中的模型常常是很不精確、十分離譜的。事實上，從邏輯上講，任何一個人要想能正確地想像某些諸如原子之類的物理系統都是不可能的，因為那些物理系統包含著一些純屬我們經驗世界之外的東西（第八章談量子論時，我們就會明白這一點）。
人的想像抓不住實在的某些關鍵的東西，這就警告我們，我們不能期望通過日常經驗獲得一些簡單的關於空間、時間和物質的概念，就以為某些重大的宗教真理（例如創世的本質）有了依據。
人們一直難於從理智上解釋時間的起源。這並不是個新問題。亞里士多德、聖托馬斯·阿奎那都認為，時間不是被創造的東西，否則就是說有第一事件了。第一事件的原因是什麼？無，因為第一事件就是說沒有在它之前的事件。
時間的有限其實並不一定是意味著有一個第一事件。我們可以設想一些用數字代表的事件，其中零代表奇點。奇點並不是個事件，而是一種無限緻密的狀態或類似的東西，在奇點處時空不再存在。如果有人問：「奇點之後的第一事件是什麼？」這就相當於問「比零大的最小的數是什麼？」世上並沒有這樣一個數字，因為所有的分數，不管多小，都總能被2除。同理，也沒有第一事件。
若說時間無限，也同樣讓人為難，正如伊曼紐爾·康德後來所強調的那樣：
假如我們設想世界在時間上是沒有開始的，那麼，對應於每一給定的時刻，都有無限的時間已經過去，而且世界上已經過去了相續的事態的一個無限序列。序列的無限就是它永遠不能通過連續的綜合而被完成。於是，這就是說，無限的世界序列已經過去是不可能的，因而世界有一個開始是世界存在的必要條件。１
我們必須記住芝諾給我們的教訓，在處理無限的時候要小心謹慎。按康德的推理，兔子「通過連續的綜合」永遠也不能跑完無限序列的步數去追上烏龜。然而我們都知道，兔子肯定會追上烏龜。但是，要是說芝諾佯謬中的過去的時間是有限的，而康德所指的是無限的延續時間的過去，這也不能駁倒康德。芝諾和康德所涉及的都是無限的時刻。任何一個數學家都能證明，無限時間中的時刻並不比一分鐘當中的時刻為多。芝諾和康德也都涉及了一個無限的數目，而這無限的數目並不能靠著「無限的延伸」而增大。
人們對康德的推理的另一個駁難是，他們認為時間是「流逝」的，這就是說時間是流動的、運動的。沒有幾個物理學家會承認時間真的是流動的或運動的。時間與空間一樣，只是存在而已（我們在第九章要再談這個話題）。
總而言之，一派人認為宇宙是無始無終的，另一派人認為宇宙的年齡是有限的，其過去的邊界是奇點。這兩派人的觀點似乎都沒什麼大錯。假設後一派的觀點是正確的，這是不是就是說科學支持聖經關於天地創始的說法呢？
基督徒之間對聖經所描述的創世的真實性也沒有一致的看法。1951年，教皇庇護十二世在羅馬就現代科學宇宙學的問題２對主教科學院發表了講話，拐彎抹角地提到了大爆炸理論，說「一切似乎都在表明，宇宙在有限的時間裡有一個宏偉的開端。」他的話引發了激烈的反應（主要是神職人員的反應，科學家們的反應倒在其次）。當代的神學家們仍在爭論不休，定不下宇宙創生之初的大爆炸是否就是《聖經》作者們據說受到啟示而描述出來的上帝創造天地。美國聖母大學的厄南·麥克穆林最近寫過一篇文章，題目是「宇宙學與神學應是何等關係？」其結論是，「首先，我們不能說基督教神創造天地的信條『支持』大爆炸模型；次之，我們不能說大爆炸模型『支持』神創造天地的信條。」３然而，當今很多百姓因受到要他們把大部分舊約看作是虛構的壓力，現在看到現代科學的宇宙學給創世之說帶來了顯明的證據，於是感到快慰。
如果我們認為空間和時間就是在大爆炸中從無中爆發出來的，那麼，就顯然有「創世」，宇宙顯然是年齡有限的。於是，熱力學第二定律的佯謬也就立刻解開了。宇宙之所以還沒有達到熱力學平衡，是因為宇宙的無序化過程才進行了約180億年，這過程離著完成還遠著呢。而且，我們現在也可以明白，所有的星系為什麼沒有聚集起來。爆炸的力量把眾星系炸散了，儘管現在它們離散的速度正在減小，但眾星系重聚的時間還沒有到來。
假如大爆炸理論只是以哈勃和愛因斯坦的工作為支撐，那麼，該理論就不會得到它今天所得到的廣泛支持。幸運的是，還有一些有說服力的證據。
宇宙誕生時驚天動地的力量爆發肯定會在宇宙的結構上留下某些印跡，我們可以設想宇宙創生之初的某些遺跡留存到今天。於是，尋找宇宙創生的遺跡現在就成了最熱門的科研工作之一，而且，或許人們似乎不敢相信，這工作竟很有經濟意義！原初的宇宙為我們提供了一個天然實驗室，地球上最複雜的科學設備都不能模擬出來的超高溫超高壓的物理條件，在這天然實驗室裡卻得到實現。為了驗證他們關於物質在那些極端條件下的行為的理論，物理學家們必需求助於有關宇宙初創時的知識。他們希望，宇宙今天仍可能保留下一些遺跡以給我們提供一些線索，使我們得以瞭解有關宇宙創生之初短短的一瞬間所發生的物理過程。然後，就可以通過計算來看看那些物理過程與理論家們所提出的關於物質在極端條件下的行為理論是否相符合。
在20世紀60年代中期，原初宇宙最重要的遺跡被偶然地發現。兩位貝爾電話公司的物理學家無意中發現來自空間的某種神秘的輻射。經過仔細分析，揭示出這種將整個宇宙都浸潤其中的輻射是原初宇宙高熱的遺跡，是原初宇宙火球正在暗淡下去的最後光芒。宇宙大爆炸，就像任何爆炸一樣，產生了大量的熱。宇宙氣體花了100000年才冷卻到太陽表面的溫度。又過去了180億年，宇宙溫度降低到谷底，只是比絕對零度高3度。然而，現在仍有大量的能量被鎖閉在宇宙熱輻射裡。
知道了作為宇宙創生遺跡的熱輻射現在的溫度是多少，那麼，要想得到它在各個時期的值就是個簡單的計算問題了。宇宙典型的區域在體積上每擴大1倍，其溫度就要下降50%。反過來計算，就很容易推算出，宇宙創生後第1秒時的溫度是100億度。這似乎是相當熱了，但這個溫度完全是在實驗室可模擬的範圍之內。運用現代粒子加速器產生高能對撞，就有可能在極短的一瞬間模擬出原初宇宙爆炸後億分之一秒時的情況，當時的溫度是令人咋舌的千萬億度。因而，天文物理學家可以相當有把握地模擬出很多個大爆炸發生之後的物理過程。
利用這樣的模型，就可能通過計算得知宇宙在爆炸誕生之後的每個時期，宇宙間的物質是什麼形態。例如在大爆炸發生之後的5秒到5分鐘這一期間，當時的物理條件適合發生核反應。主要的物理過程是氫核通過聚變成為氦以及一些氘。根據計算預測，氦與氫質量的最終比率應是25%，這個比率很接近我們今天所觀測到的這兩種元素的相對宇宙丰度（氫與氦構成了宇宙中99%以上的物質）。計算預測與實際測量的結果有如此驚人的一致，這使我們對熱大爆炸理論基本概念的正確性有了信心。
大爆炸發生之後1秒之內的各個時期涉及極高能物理。在那極高的溫度下，物質完全破碎，其主要構成成分（將在第十一章討論）呈裸露狀態。這極早期即宇宙誕生後的第1秒現在是理論物理學家們的熱門研究課題。有一些理論物理學家認為，早期宇宙的很多情況都可以用當時發生的物理過程給以解釋。在接下來的一章裡，我將描述這方面某些較新近的發展。
大爆炸理論在很大程度上已被天體物理學家看成是理所當然的了，而氦丰度的計算長久以來也已經成為標準宇宙學的一部分了，因而，那些早先取得的科學研究成就的重大意義也就容易被人忽視。要是19世紀的一個考古學家聲稱發現了伊甸園，並拿出了一件文物可以確鑿無疑地證明是上帝創世第一天的作品，那麼，他的話就得引起轟動。氦或許是大多數人所不大熟悉的，但很容易買到它的工業製品。這平平常常的實驗室制備的物質竟是在原初宇宙的火爐裡形成的，它不是在那火爐燃著的第一天而是在那頭幾分鐘裡形成的，這真是太不可思議了。
儘管當前的科學觀點為創世論提供了強有力的證據，然而，我們還得要記住，宇宙從此以後能長生不老這種看法卻找不到任何邏輯的理由。從物理學上看，宇宙永生的主要困難是熱力學第二定律，這一點我們已經說過。但是，物理學家們時時提出一些機制來克服這一困難，其中之一是赫爾曼·邦迪、托馬斯·戈爾德、弗雷德·霍伊爾提出的穩態理論（the steady-statetheory）。這一理論有很多翻版，但所有的翻版也都一致認為，宇宙在年齡上是無限的。提出這一理論的物理學家也明白，若說宇宙的年齡是無限的，便會碰上熱力學意義上的熱死問題，但他們繞過了這個問題，辦法是假定新的低熵物質在被不斷地創造出來。這樣，物質就不是一下子出現在一場原初的大爆炸中，而是在極長的時間裡逐漸地、或者很可能是零星分散地在多次小爆炸中出現的。新物質出現的平均比率是受調整的（很可能是受某種反饋機制的調整），這樣，當宇宙膨脹，現存物質的密度降低時，新出現的物質就會填充空檔，因而維持了大致均衡的宇宙物質密度。於是，眾星系離散形成的越來越大的空地方就這樣被新創生的星系填補了，宇宙的總體也就經歷了多少時代而面貌不變。從整體上看，一切都沒有變化（見圖3）。大爆炸模型則與此相反，星系的密度在穩步地減小，宇宙的結構和排列都在演變。
霍伊爾試著提出一種新型的、攜帶負能量的場來解釋物質持續不斷的創生。這種場的穩步增強提供了物質創生所需的正能量（能量變物質將在下一章裡描述）。於是，穩態模型中就完全沒有上帝的地位了。因為，第一，創造物質所必需的原初能量不必被創造，只要將負能量儲入另外的某個系統，就會有原初的能量；第二，空間和時間不是由創生而來的，而是一直就存在的。
穩態模型在哲學上對很多科學家有極大的吸引力。這些科學家們為這一模型的優美、簡潔所吸引。然而，天文學的進展了結了這一理論的所有簡潔版本，1965年發現的宇宙背景熱輻射道道地地成了釘在裝殮這一理論的棺材上的最後一顆釘子。不過，它仍然是一重要的理論，因為它證明，一個既不是突然創生、也不會有熱死的宇宙在邏輯上是可能的，而且，在這樣的一個宇宙中，一切過程、包括物質出現的過程，都可以在自然的機制中找到原因。
現代宇宙學為天地的創始提供了強有力的物理證據，這一事實很讓宗教思想家們滿意。然而，光有天地創始還不夠。聖經告訴我們說，上帝創造了宇宙。科學能夠對大爆炸的原因提出任何解釋嗎？這個問題，就是下面一章的主題。