愛因斯坦廣義相對論本身預言了：空間—時間在大爆炸奇點處開始，並會在大擠壓奇點處（如果整個宇宙坍縮的話）或在黑洞中的一個奇點處（如果一個局部區域，譬如恒星要坍縮的話）結束。任何拋進黑洞的東西都會在奇點處被毀滅，隻有它的質量的引力效應能繼續在外麵被感覺得到。另一方麵，當計入量子效應時，物體的質量和能量會最終回到宇宙的其餘部分，黑洞和在它當中的任何奇點一道被蒸發掉並最終消失。量子力學對大爆炸和大擠壓奇點也能有同樣戲劇性的效應嗎？在宇宙的極早或極晚期，當引力場是如此之強，以至於量子效應不能不考慮時，究竟會發生什麼？宇宙究竟是否有一個開端或終結？如果有的話，它們是什麼樣子的？
整個70年代我主要在研究黑洞，但在1981年參加在梵蒂岡由耶穌會組織的宇宙學會議時，我對於宇宙的起源和命運問題的興趣重新被喚起。天主教會試圖對科學的問題立法，並宣布太陽是繞著地球運動時，對伽利略犯下了大錯誤。幾個世紀後的現在，它決定邀請一些專家就宇宙學問題提出建議。在會議的尾聲，所有參加者應邀出席教皇的一次演講。他告訴我們，在大爆炸之後的宇宙演化是可以研究的，但是我們不應該去過問大爆炸本身，因為那是創生的時刻，因而是上帝的事務。那時候我心中暗喜，他並不知道，我剛在會議上作過的演講的主題——空間—時間是有限而無界的可能性，就表明著沒有開端、沒有創生的時刻。我不想去分享伽利略的厄運。我對伽利略之所以有一種強烈的認同感，其部分原因是剛好我出生於他死後的300年！
為了解釋我和其他人關於量子力學如何影響宇宙的起源和命運的思想，必須首先按照“熱大爆炸模型”來理解為大家所接受的宇宙曆史。它是假定從早到大爆炸時刻起宇宙就用弗利德曼模型描述。在此模型中，人們發現當宇宙膨脹時，其中的任何物體或輻射都變得更涼。（當宇宙的尺度大到二倍，它的溫度就降低到一半。）由於溫度即是粒子的平均能量——或速度的測度，宇宙的變涼對於其中的物質就會有較大的效應。在非常高的溫度下，粒子會運動得如此之快，以至於能逃脫任何由核力或電磁力將它們吸引一起的作用。但是可以預料，當它們變冷下來時，互相吸引的粒子開始結塊。更有甚者，連存在於宇宙中的粒子的種類也依賴於溫度。在足夠高的溫度下，粒子的能量是如此之高，隻要它們碰撞就會產生出來很多不同的粒子／反粒子對——並且，雖然其中一些粒子打到反粒子上去時會湮滅，但是它們產生得比湮滅得更快。然而，在更低的溫度下，碰撞粒子具有較小的能量，粒子／反粒子對產生得不快，而湮滅則變得比產生更快。
就在大爆炸時，宇宙體積被認為是零，所以是無限熱。但是，輻射的溫度隨著宇宙的膨脹而降低。大爆炸後的1秒鍾，溫度降低到約為100億度，這大約是太陽中心溫度的1千倍，亦即**爆炸達到的溫度。此刻宇宙主要包含光子、電子和中微子（極輕的粒子，它隻受弱力和引力的作用）和它們的反粒子，還有一些質子和中子。隨著宇宙的繼續膨脹，溫度繼續降低，電子／反電子對在碰撞中的產生率就落到它們湮滅率之下。這樣隻剩下很少的電子，而大部分電子和反電子相互湮滅，產生出更多的光子。然而，中微子和反中微子並沒有互相湮滅掉，因為這些粒子和它們自己以及其他粒子的作用非常微弱，所以直到今天它們應該仍然存在。如果我們能觀測到它們，就會為非常熱的早期宇宙階段的圖象提供一個很好的證據。可惜現今它們的能量太低了，以至於我們不能直接地觀察到。然而，如果中微子不是零質量，而是如蘇聯在1981年進行的一次沒被證實的實驗所暗示的，自身具有小的質量，我們則可能間接地探測到它們。正如前麵提到的那樣，它們可以是“暗物質”的一種形式，具有足夠的引力吸引去遏止宇宙的膨脹，並使之重新坍縮。
在大爆炸後的大約100秒，溫度降到了10億度，也即最熱的恒星內部的溫度。在此溫度下，質子和中子不再有足夠的能量逃脫強核力的吸引，所以開始結合產生氘（重氫）的原子核。氘核包含一個質子和一個中子。然後，氘核和更多的質子中子相結合形成氦核，它包含二個質子和二個中子，還產生了少量的兩種更重的元素鋰和鈹。可以計算出，在熱大爆炸模型中大約4分之1的質子和中子轉變了氦核，還有少量的重氫和其他元素。
所餘下的中子會衰變成質子，這正是通常氫原子的核。
1948年，科學家喬治?伽莫夫和他的學生拉夫?阿爾法在合寫的一篇著名的論文中，第一次提出了宇宙的熱的早期階段的圖像。伽莫夫頗有幽默——他說服了核物理學家漢斯?貝特將他的名字加到這論文上麵，使得列名作者為“阿爾法、貝特、伽莫夫”，正如希臘字母的前三個：阿爾法、貝他、伽瑪，這特別適合於一篇關於宇宙開初的論文！
他們在此論文中作出了一個驚人的預言：宇宙的熱的早期階段的輻射（以光子的形式）今天還應在周圍存在，但是其溫度已被降低到隻比絕對零度（一273℃）高幾度。這正是彭齊亞斯和威爾遜在1965年發現的輻射。在阿爾法、貝特和伽莫夫寫此論文時，對於質子和中子的核反應了解得不多。所以對於早期宇宙不同元素比例所作的預言相當不準確，但是，在用更好的知識重新進行這些計算之後，現在已和我們的觀測符合得非常好。況且，在解釋宇宙為何應該有這麼多氦時，用任何其他方法都是非常困難的。所以，我們相當確信，至少一直回溯到大爆炸後大約一秒鍾為止，這個圖像是正確無誤的。
大爆炸後的幾個鍾頭之內，氦和其他元素的產生就停止了。之後的100萬年左右，宇宙僅僅隻是繼續膨脹，沒有發生什麼事。最後，一旦溫度降低到幾千度，電子和核子不再有足夠能量去抵抗它們之間的電磁吸引力，它們就開始結合形成原子。宇宙作為整體，繼續膨脹變冷，但在一個略比平均更密集的區域，膨脹就會由於額外的引力吸引而慢下來。在一些區域膨脹會最終停止並開始坍縮。當它們坍縮時，在這些區域外的物體的引力拉力使它們開始很慢地旋轉；當坍縮的區域變得更小，它會自轉得更快——正如在冰上自轉的滑冰者，縮回手臂時會自轉得更快；最終，當這些區域變得足夠小，自轉的速度就足以平衡引力的吸引，碟狀的旋轉星係就以這種方式誕生了。另外一些區域剛好沒有得到旋轉，就形成了叫做橢圓星係的橢球狀物體。這些區域之所以停止坍縮是因為星係的個別部分穩定地繞著它的中心旋轉，但星係整體並沒有旋轉。
隨著時間流逝，星係中的氫和氦氣體被分割成更小的星雲，它們在自身引力下坍縮。
當它們收縮時，其中的原子相碰撞，氣體溫度升高，直到最後，熱得足以開始熱驟變反應。這些反應將更多的氫轉變成氦，釋放出的熱升高了壓力，因此使星雲不再繼續收縮。
正如同我們的太陽一樣，它們將氫燃燒成氦，並將得到的能量以熱和光的形式輻射出來。
它們會穩定地在這種狀態下停留一段很長的時間。質量更大的恒星需要變得更熱，以去平衡它們更強的引力，使得其核聚變反應進行得極快，以至於它們在1億年這麼短的時間裏將氫用光。然後，它們會稍微收縮一點。當它們進一步變熱，就開始將氦轉變成像碳和氧這樣更重的元素。但是，這一過程沒有釋放出太多的能量，所以正如在黑洞那一章描述的，危機就會發生了。人們不完全清楚下麵還會發生什麼，但是看來恒星的中心區域會坍縮成一個非常緊致的狀態，譬如中子星或黑洞。恒星的外部區域有時會在叫做超新星的巨大爆發中吹出來，這種爆發會使星係中的所有恒星相形之下顯得黯淡無光。
一些恒星接近生命終點時產生的重元素就拋回到星係裏的氣體中去，為下一代恒星提供一些原料。我們自己的太陽包含大約2％這樣的重元素，因為它是第二代或第三代恒星，是由50億年前從包含有更早的超新星的碎片的旋轉氣體雲形成的。雲裏的大部分氣體形成了太陽或者噴到外麵去，但是少量的重元素集聚在一起，形成了像地球這樣的、現在繞太陽公轉的物體。
地球原先是非常熱的，並且沒有大氣。在時間的長河中它冷卻下來，並從岩石中溢出的氣體裏得到了大氣。這早先的大氣不能使我們存活。因為它不包含氧氣，但有很多對我們有毒的氣體，如硫化氫（即是使臭雞蛋難聞的氣體）。然而，存在其他在這條件下能繁衍的生命的原始形式。人們認為，它們可能是作為原子的偶然結合形成叫做宏觀分子的大結構的結果而在海洋中發展，這種結構能夠將海洋中的其他原子聚集成類似的結構。它們就這樣地複製了自己並繁殖。在有些情況下複製有誤差。這些誤差多數使得新的宏觀分子不能複製自己，並最終被消滅。然而，有一些誤差會產生出新的宏觀分子，在複製它們自己時會變得更好。所以它們具有優點，並趨向於取代原先的宏觀分子。進化的過程就是用這種方式開始，它導致了越來越複雜的自複製的組織。第一種原始的生命形式消化了包括硫化氫在內的不同物質而放出氧氣。這樣就逐漸地將大氣改變到今天這樣的成份，允許諸如魚、爬行動物、哺乳動物以及最後人類等生命的更高形式的發展。
宇宙從非常熱開始並隨膨脹而冷卻的景象，和我們今天所有的觀測證據相一致。盡管如此，還有許多重要問題未被回答：（1）為何早期宇宙如此之熱？
（2）為何在大尺度上宇宙是如此一致？為何在空間的所有地方和所有方向上它顯得是一樣的？尤其是，當我們朝不同方向看時，為何微波輻射背景的溫度是如此之相同？
這有點像問許多學生一個考試題。如果所有人都剛好給出相同的回答，你就會十分肯定，他們互相之間通過話。在上述的模型中，從大爆炸開始光還沒有來得及從一個很遠的區域傳到另一個區域，即使這兩個區域在宇宙的早期靠得很近。按照相對論，如果連光都不能從一個區域走到另一個區域，則沒有任何其他的信息能做到。所以，除非因為某種不能解釋的原因，導致早期宇宙中不同的區域剛好從同樣的溫度開始，否則，沒有一種方法能使它們有互相一樣的溫度。
（3）為何宇宙以這樣接近於區分坍縮和永遠膨脹模型的臨界膨脹率的速率開始，以至於即使在100億年以後的現在，它仍然幾乎以臨界的速率膨脹？如果在大爆炸後的1秒鍾那一時刻其膨脹率甚至隻要小十億億分之一，那麼在它達到今天這麼大的尺度之前宇宙就已坍縮。
（4）盡管在大尺度上宇宙是如此的一致和均勻，它卻包含有局部的無規性，諸如恒星和星係。人們認為，這些是從早期宇宙中不同區域間的密度的很小的差別發展而來。
這些密度起伏的起源是什麼？
廣義相對論本身不能解釋這些特征或回答這些問題，因為它預言，在大爆炸奇點宇宙是從無限密度開始的。在奇點處，廣義相對論和所有其他物理定律都失效：人們不能預言從奇點會出來什麼。正如以前解釋的，這表明我們可以從這理論中除去大爆炸奇點和任何先於它的事件，因為它們對我們沒有任何觀測效應。空間一時間就會有邊界——大爆炸處的開端。
看來科學揭露了一組定律，在不確定性原理極限內，如果我們知道宇宙在任一時刻的狀態，這些定律就會告訴我們，它如何隨時間發展。這些定律也許原先是由上帝頒布的，但是看來從那以後他就讓宇宙按照這些定律去演化，而不再對它幹涉。但是，它是如何選擇宇宙的初始狀態和結構的？在時間的開端處“邊界條件”是什麼？
一種可能的回答是，上帝選擇宇宙的這種初始結構是因為某些我們無望理解的原因。
這肯定是在一個全能造物主的力量之內。但是如果他使宇宙以這種不可理解的方式開始，何以他又選擇讓它按照我們可理解的定律去演化？整部科學史是對事件不是以任意方式發生，而是反映了一定的內在秩序的逐步的意識。這秩序可以是、也可以不是由神靈主宰的。隻有假定這種秩序不但應用於定律，而且應用於在空間—時間邊界處所給定的宇宙初始條件才是自然的。可以有大量具有不同初始條件的宇宙模型，它們都服從定律。
應該存在某種原則去抽取一個初始狀態，也就是一個模型去代表我們的宇宙。
所謂的紊亂邊界條件即是這樣的一種可能性。這裏含蓄地假定，或者宇宙是空間無限的，或者存在無限多宇宙。在紊亂邊界條件下，在剛剛大爆炸之後，尋求任何空間的區域在任意給定的結構的概率，在某種意義上，和它在任何其他的結構的概率是一樣的：宇宙初始態的選擇純粹是隨機的。這意味著，早期宇宙可能是非常紊亂和無規則的。因為與光滑和有序的宇宙相比，存在著更多得多的紊亂和無序的宇宙。（如果每一結構都是等幾率的，多半宇宙是從紊亂無序態開始，就是因為這種態多得這麼多。）很難理解，從這樣紊亂的初始條件，如何導致今天我們這個在大尺度上如此光滑和規則的宇宙。人們還預料，在這樣的模型中，密度起伏導致了比由伽瑪射線背景所限定的多得多的太初黑洞的形成。
如果宇宙確實是空間無限的，或者如果存在無限多宇宙，則就會存在某些從光滑和一致的形態開始演化的大的區域。這有一點像著名的一大群猴子敲打打字機的故事——它們大部分所寫的都是廢話。但是純粹由於偶然，它們可能碰巧打出莎士比亞的一首短詩。類似地，在宇宙的情形，是否我們可能剛好生活在一個光滑和一致的區域裏呢？初看起來，這是非常不可能的，因為這樣光滑的區域比紊亂的無序的區域少得多得多。然而，假定隻有在光滑的區域裏星係、恒星才能形成，才能有合適的條件，讓像我們這樣複雜的、有能力質疑為什麼宇宙是如此光滑的問題、能自然複製的組織得以存在。這就是被稱為人擇原理的一個應用的例子。人擇原理可以釋義作：“我們看到的宇宙之所以這個樣子，乃是因為我們的存在。”