《时间简史》—读书笔记导图分享(3)

霍金和彭罗斯的贡献就在于，他们用严谨的数学方法证明了，如果广义相对论是正确的，那么宇宙就必然诞生于这样的一个奇点，这就是宇宙的开端。
02、无边界宇宙模型
科学家们证明了奇点理论之后，大家都知道了，宇宙是诞生于一个奇点之中的。宇宙诞生的那一刻，被称为“大爆炸”，这个奇点就是大爆炸奇点。
在大爆炸模型中，大爆炸的那一刻，宇宙的体积被认为是零，温度无限高，之后宇宙开始迅速膨胀，温度开始降低：在大爆炸1秒钟之后，宇宙的温度降低到了100亿度，这大概是氢弹爆炸时能达到的温度；100秒之后，温度继续降低到10亿度，质子和中子开始结合到了一起，组成原子核。
之后宇宙的温度继续降低，持续膨胀，在100万年之后，宇宙温度降低到了几千度，原子开始形成；随着宇宙温度继续降低，星系、恒星这些物质开始形成；到现在，宇宙已经膨胀了很多倍，温度也已经很低了，只比绝对零度高上一点。
但是，宇宙的各个地方还是残留着当初大爆炸的能量，而且我们还能观测到，科学家们叫它“微波背景辐射”。
那我们现在宇宙所遵循的规律到底是怎么回事呢？“那就是无边界宇宙模型”的事了。
“无边界宇宙模型”就意味着，宇宙没有开端，也没有诞生的时刻。在20世纪，物理学最重要的两大发现，也是当今物理学最核心的两大基础理论，一个是相对论，另一个就是量子力学。
相对论说的是宏观领域，比如，星系运动。量子力学是微观领域，比如，粒子运动。在研究一般问题的时候，这两套理论井水不犯河水。但霍金认为，在研究大爆炸奇点的时候，就必须把相对论和量子力学结合起来。
奇点定理其实已经证明了，广义相对论在大爆炸奇点这种极端的情况下，已经不能很好地去描述宇宙了。在这个时候，就必须考虑到量子效应。
在广义相对论的基础上，宇宙只有两种可能，要么是存在无限长的时间，要么就有一个大爆炸奇点这样的开端。但如果把量子力学引进来之后，就会出现一种新的可能：也就是一个“有限无界”的宇宙。
有限无界的意思就是说，宇宙时空是有限大的，但却是没有边界的。
比如，我们的地球，就是一个有限大的星球，我们知道它的直径和大小。但地球是没有边界和开端的，我们在地球上一直走一直走，也不可能找到一个边界，不可能掉到地球外面去。
无边界宇宙模型里的宇宙，是一个空间和时间交织在一起所组成的四维宇宙。在这个宇宙中，时空就像是地球的表面，在范围上是有限的，但却没有形成边界，也没有形成奇点。