關於宇宙是否以及如何開始的爭論貫穿了整個有記載的歷史。基本上有兩個學派。許多早期的傳統，以及猶太教、基督教和伊斯蘭教，相信宇宙是在相當近的過去創造的。17世紀，吳·謝爾主教計算出宇宙誕生的日期是公元前4004年，這是把《舊約》中人物的年齡加起來得到的。)近代以來出現了明顯的人類文化和技術的進化來支持上述觀點，這是事實。我們記得那種表演的創始人或者這種技術的開發者。可以說我們不可能存在那麽久；因為否則，我們應該比現在更先進。事實上，聖經的創建日期與上壹個冰河世紀的結束時間類似，似乎是現代人類最早出現的時間。
另壹方面，也有壹些人，比如希臘哲學家亞裏士多德，不喜歡宇宙有開端的想法。他們認為這意味著神的幹預。他們更願意相信宇宙已經存在，並將無限期地繼續存在。不朽的東西比必須被創造的東西更完美。他們對上述關於人類進步的問題的回答是:周期性的洪水或其他自然災害反復把人類帶回到原始狀態。
這兩個學派都認為宇宙基本上不會隨時間而改變。它要麽以現在的形式被創造出來，要麽以現在的形式無限期地持續下去。這是壹個自然的信念，因為人類的生命——整個有記錄的歷史是如此短暫，宇宙在此期間從未發生過重大變化。在壹個穩定的宇宙框架中，它是存在了無限的時間，還是誕生於有限的時間，這真的是壹個形而上學或宗教的問題:任何理論都解釋它。1781年，哲學家伊曼紐爾·康德寫了壹部裏程碑式的、非常模糊的著作《純粹理性批判》。在這本書中，他總結說，有同樣有效的論據來支持宇宙有開端或宇宙沒有開端的信念。正如他的書名所暗示的，他簡單地根據推理得出結論，換句話說，他簡單地忽略了對宇宙的觀察。畢竟，在壹個不變的宇宙中有什麽可觀察的呢？
然而，在十九世紀，證據開始積累，這表明地球和宇宙的其他部分實際上是隨著時間而變化的。地質學家認識到，巖石和其中的化石的形成需要幾億年甚至幾十億年。這比神創論者計算的地球年齡要長得多。德國物理學家路德維希·玻爾茲曼提出的所謂熱力學第二定律也提供了進壹步的證據，證明宇宙中的無序總量(用壹個叫做熵的量來衡量)總是隨時間增加的，就像關於人類進步的論證暗示著它只能運行有限的時間，否則，它現在應該已經退化到完全無序的狀態，在這種狀態下，壹切都處於同壹溫度。
穩定宇宙的想法遇到的另壹個困難是，根據牛頓引力定律，宇宙中的每壹顆恒星都必須相互吸引。如果是這樣的話，它們怎麽能彼此保持恒定的距離並停留在那裏呢？
牛頓知道這個問題。在給當時著名哲學家理查德·本特利的壹封信中，他同意這樣的觀點，即有限的壹群星星不可能靜止不動，它們都會落在壹個中心點上。然而，他得出結論，無限多的恒星不會壹起墜落，因為沒有中心點讓它們墜落。這個論點是人們在談論無限系統時會遇到的陷阱的壹個例子。把宇宙中無限多的恒星以不同的方式作用在每顆恒星上的力加起來，對於恒星是否保持恒定的距離會給出不同的答案。我們現在知道，正確的步驟是考慮恒星的有限區域，然後加入更多大致均勻分布在這個區域之外的恒星。有限區域的恒星會壹起坍縮，根據牛頓定律，在這個區域之外增加更多的恒星也無法阻止它們坍縮。這樣壹來，無限多的恒星不可能處於靜止狀態。如果它們在某個時刻沒有相對運動，它們之間的吸引力會使它們開始向彼此的方向下落。在另壹種情況下，它們可能正在遠離彼此，重力減緩了這種回歸。
盡管恒定宇宙的概念存在這些困難，但在十七、十八和十九世紀，甚至沒有人提出宇宙可能是隨著時間演化的，牛頓和愛因斯坦都失去了預測宇宙要麽收縮要麽膨脹的機會。因為牛頓生活在宇宙膨脹被觀測到之前的250年，所以人們真的不能怪他。但是愛因斯坦應該更清楚。他對1915的廣義相對論的預言正在擴大。但他對穩定的宇宙如此著迷，以至於他不得不在自己的理論中加入壹個因子，使其與牛頓的理論相調和，並用它來對抗引力。
1929埃德溫·哈勃的宇宙膨脹發現徹底改變了關於其起源的討論。如果把現在星系的運動追溯到過去的時間方向，似乎應該是在100億年到200億年前的某個時間發生了重疊。這個時候叫做大爆炸的奇點，宇宙的密度和時空的曲率應該是無窮大。在這種情況下，所有已知的科學定律都是無效的。這對科學來說是壹場災難。所有科學能告訴我們的是，宇宙現在的狀態之所以如此，是因為它過去曾處於那種狀態。但是科學無法解釋為什麽在大爆炸後的那壹刻會是那樣。
這樣看來，很多科學家對這個結論不滿也就不足為奇了。為了避免大爆炸奇點的存在和時間有開端的結論，人們進行了幾次嘗試。其中之壹叫做穩態理論。這個想法是，由於恒星不會彼此分離，新的星系是通過不斷產生的物質在星系之間的空間形成的。這樣，宇宙就或多或少地存在了今天，並將無限期地繼續存在下去。
為了讓宇宙繼續膨脹，創造新的物質，穩態模型需要修改廣義相對論。但所需的產出率很低:每年每立方千米壹個粒子左右，不會和觀測沖突。該理論還預測，星系和類似物體的平均密度不僅在空間上必須是常數，在時間上也必須是常數。然而，馬丁·賴爾和他的劍橋團隊進行的河外射電源調查顯示，弱源的數量遠遠多於強源。可以預計，弱源平均應該在很遠的地方。這樣，就有兩種可能:也許我們處在宇宙中的壹個區域，那裏的強源不像平均源那樣頻繁；或者說過去的光源密度更高，光離開這些光源傳播到我們這裏時，傳播的距離更遠。這兩種可能性都不符合穩態理論，因為該理論預言射電源的密度不僅在空間上必須是常數，在時間上也必須是常數。1964年，阿諾·彭齊亞斯(arno penzias)和羅伯特·威爾遜(robert wilson)發現微波輻射的背景來源於壹個比我們銀河系遠得多的地方，對這壹理論是致命的打擊。它具有熱物體發出的輻射的特征光譜，盡管熱這個詞在這種情況下根本不合適，因為它的溫度只比絕對零度高2.7度。宇宙是壹個寒冷黑暗的地方！穩態理論中沒有產生具有這種頻譜的微波的合理機制，所以穩態理論難逃被拋棄的命運。
1963年，兩位俄羅斯科學家Eugnie Lifeizi和Isaac Halanokov提出了另壹種想法，試圖避免大爆炸的奇點。他們說，只有當星系彼此直接接近或離開時，它們才會在過去的某壹點重疊，導致無限密度狀態。不幸的是，星系仍然有壹些橫向速度，很久以前宇宙中可能就有過這樣的收縮階段。此時，雖然星系非常接近，但它們設法避免了相互碰撞。然後宇宙會繼續再次膨脹，不會經過無限密度的狀態。
當李菲茲和哈拉尼科夫提出他們的想法時，我正在讀研究生，急需壹個問題來完成我的博士論文。因為大爆炸是否存在奇點這個問題對理解宇宙起源有著重要意義，所以我很感興趣。羅傑·彭羅斯和我開發了壹套數學工具來處理這個和類似的問題。我們指出，如果廣義相對論是正確的，任何合理的宇宙模型都必須從奇點開始。這說明科學可以預言宇宙必定有壹個開端，但卻無法預言宇宙應該如何開始:正因為如此，人們必須求助於上帝。
考察人們對陌生感的看法的變化是非常有趣的。我讀研究生的時候，很少有人當真。現在，作為奇點定理的結果，幾乎沒有人不相信宇宙是從奇點開始的，在那裏物理定律失效了。但是，現在我認為，雖然存在奇點，但物理定律仍然可以決定宇宙是如何開始的。
廣義相對論是壹種被稱為經典的理論。也就是說，它沒有考慮到粒子沒有精確定義的位置和速度。因為量子力學的測不準原理是在很小的位置和速度範圍內被“抹平”的，測不準原理不允許我們同時測量兩種速度。因為壹般情況下，時空的曲率相對於粒子位置的不確定性是很大的，對我們沒有影響。但奇點定理指出，在宇宙當前膨脹階段的初期，時空是高度扭曲的，曲率半徑很小。在這種情況下，測不準原理變得非常重要。就這樣，廣義相對論因其奇異性導致了自身的崩潰。為了討論宇宙的起源，我們需要壹個結合了廣義相對論和量子力學的理論。
這個理論就是量子引力理論。我們不知道正確的量子引力理論應該采取的確切形式。目前我們擁有的最佳候選是超弦理論，但它仍有許多困難需要解決。然而，人們可以預期，任何有前途的理論都應該具有某些特征。其中之壹是愛因斯坦的思想，引力效應體現為時空被物質和能量彎曲甚至卷曲。壹個物體在彎曲空間中沿著最接近直線的軌跡運行。但是，因為時空是彎曲的。所以它們的路徑看起來是彎曲的，就像被引力場彎曲壹樣。
這個終極理論中另壹個可預測的元素是理查德·費曼的想法，量子理論可以表達為“歷史的總和”。這個想法可以用最簡單的形式來表達，即每個粒子都走過了時間中任何可能的路徑或歷史。每條路徑或歷史都有壹個概率，這取決於它的形狀。為了使這個想法可行，人們必須考慮發生在虛擬時間的歷史，而不是發生在我們感覺生活的真實時間城市的歷史。虛擬時間聽起來有點像科幻小說，但實際上它是壹個定義明確的數學概念。在某種意義上，它可以被看作是與真實時間成直角的時間方向。人們把所有具有某些性質的粒子的歷史加起來，例如，在某個時間通過某些點的概率。那麽我們就應該把這個結果推廣到我們生活的真實時空。這不是量子力學最廣為人知的手段，但它給出的結果和其他方法壹樣。
在量子引力的情況下，費曼的歷史求和思想涉及到宇宙不同可能性的歷史，即不同彎曲時空的求和。這些代表了宇宙和宇宙萬物的歷史。人們必須指出，歷史的總結應該包含怎樣的彎曲空間。這種空間包含有奇點的空間，所以理論無法確定這種空間的概率。相反，它們必須以某種任意的方式被賦予概率。這意味著科學無法預測時間和空間這種奇怪歷史的概率。這樣，它就無法預測宇宙應該如何運行。然而，宇宙可能處於僅由非奇異彎曲空間的總和所定義的狀態。在這種情況下，科學定律完全決定了宇宙，所以人們不必訴諸於宇宙之外的東西來確定宇宙是如何開始的。只通過總結非奇異的歷史來確定宇宙的狀態，有點像壹個醉漢在燈柱下尋找他的鑰匙:這可能不是他丟失鑰匙的地方，但這是他唯壹能找到的地方。同樣，宇宙可能不處於非奇異歷史總和定義的狀態，但它是科學能夠預測它應該是什麽樣子的唯壹狀態。
1983詹姆·哈特爾和我提議，宇宙的狀態應該通過總結某些種類的歷史來給出。這種歷史由壹個沒有奇點、尺度有限但沒有邊界或邊緣的彎曲空間組成。它們就像地球的表面，只是多了兩個維度。地球表面面積有限，卻沒有任何陌生感，沒有邊界，沒有邊緣。我用實驗驗證了這壹點。我環遊世界沒有在外面摔倒。
我和哈特爾提出的想法可以重新表述為:宇宙的邊界條件是它沒有邊界。只有當宇宙處於這種無邊界狀態時，科學規律本身才能決定每壹個可能歷史的概率。所以，只有在這種情況下，已知的規律才會決定宇宙應該如何運行。如果宇宙處於任何其他狀態，歷史求和中彎曲空間的類型應該包括具有奇點的空間。人們必須求助於除了已知的科學定律之外的壹些原理來確定這壹奇怪歷史的概率。這個原則將是我們宇宙之外的東西。我們無法從我們的宇宙中推導出來。另壹方面，如果宇宙處於無邊界狀態，原則上，我們完全可以確定宇宙在測不準原理所容忍的有限仙中應該如何運行。
如果宇宙是無邊界的，那對科學來說是很棒的，但是我們怎麽知道事實是否如此呢？答案是，無邊界假設對宇宙應該如何運行做出了明確的預測。如果這些預測與觀測不壹致，那麽我們可以得出宇宙不是無邊界的結論。因此，在哲學家卡爾·波普爾定義的意義上，無邊界假設是壹個很好的科學理論:它可以被觀察證偽。
如果觀察與預測不壹致，我們就知道在可能的歷史範疇中壹定有陌生感。然而，這大致是我們所知道的全部。我們無法計算這種奇怪歷史的概率，因此無法預測宇宙應該如何運行。有些人可能認為，如果不可預測性只發生在大爆炸，它不會妨礙太多。畢竟是100億或者200億年前的事了。但是，如果可預測性在大爆炸的非常強的引力場中失效，那麽只要恒星坍縮，它也會失效。這種事件在我們的星系中壹周只發生幾次。即使按照天氣預報的標準，我們的預測能力也很差。
當然，人們也會說，我們根本不用關心遙遠恒星上可預見的失敗。然而，任何在量子理論中實際上不被禁止的事情都可能並且將會發生。這樣，如果把奇詭空間納入可能的歷史範疇，這些奇詭可以發生在任何地方，而不僅僅是大爆炸和塌縮星。這意味著我們無法預測任何事情。另壹方面，我們可以預測事件的事實是反對奇點和支持無邊界假設的實驗證據。
那麽，無邊界視覺對宇宙的預測是什麽？第壹個預言是，人們用來衡量時間的任何量，都壹定有壹個最大值和壹個最小值，因為宇宙可能的歷史在外延上是有限的。所以宇宙有始有終。實時的開始是大爆炸奇點。然而，在虛時間中，這個開始不再是壹個奇點。反而有點像地球的北極。如果人們把地球表面的緯度看作時間的類比，可以說地球表面是從北極開始的。然而，北極是地球上壹個完全普通的點。沒什麽特別的。同樣的定律在北極適用，就像在地球的其他地方壹樣。同樣，我們用來標記為“沖”的事件是時間和空間中的壹個普通點，就像其他點壹樣。科學定律在壹開始就成立，就像在其他地方壹樣。
從與地球表面的類比來看，人們可能會預期宇宙的終結會與開端相似，就像北極與南極相似壹樣。而南北極對應的是從虛時間到實時間的延伸，我們會發現，實時間的宇宙開始和結束可以有很大的不同。
喬納森·哈利威爾和我對無邊界條件的含義做了壹個近似的計算。我們把宇宙當作壹個完全平滑均勻的背景，在這個背景上有壹個密度的小擾動。？%E