我想嘗試通過這一系列講座,來闡明我們所認識的宇宙史之基本輪廓,從大爆炸到黑洞。在第一講中我將簡要回顧過去年代中有關宇宙的若干觀念,以及如何取得目前的宇宙影像。您也許可以把這稱為宇宙史的歷史。

在第二講中我要說明的問題是,如何從牛頓和愛因斯坦的兩種引力理論推斷,宇宙不可能是靜態的;它只能處於膨脹或收縮之中,兩者必居其一。接下來的推論是,在100億到200億年之前的某個時間,宇宙的密度為無窮大。這一時刻稱為大爆炸,宇宙應該由此誕生。

第三講的內容與黑洞有關。當一顆大質量恆星,或者質量更大的天體,在自引力作用下發生坍縮1,便可以形成黑洞。根據愛因斯坦的廣義相對論2,如果有人愚不可及,一步跌入黑洞,那就會一去不返,永遠消失。他們絕不可能再度從黑洞中逃逸出來。相反,對這樣的人來說經歷會是非常痛苦的,等待著他們的是最終到達一個奇點。但是,廣義相對論是一種經典理論——這就是說,它沒有考慮到量子力學的測不準原理3。

在第四講中我將要闡明量子力學如何允許能量從黑洞中逸出,黑洞並非人們所描繪的那樣黑不可知。

第五講的主題涉及把量子力學的一些觀念用於大爆炸和宇宙起源。由此引出的重要概念是,時空可以在範圍上是有限的,但沒有邊際,或者說它是無界的。這有點像地球的表面,不過還得增加兩維。

第六講中所要討論的問題是,儘管物理學定律就時間上來說是對稱的,但這種新的、有關宇宙邊界的設想,也許可以用來解釋過去和未來為什麼會有霄壤之別。

最後,第七講中我要闡述的是,人們如何盡力尋求一種統一理論,以能囊括量子力學、引力以及物理學中的其他所有相互作用。一旦做到這一點,我們將會真正理解宇宙以及我們在宇宙中的地位。