質子是原子極其微小的組成部分，原子本身當然很小。質子有多小？字母“I”上壹個點大小的壹滴墨水可以有大約5000億個質子，更準確地說，比組成654.38+50萬年的秒數還要多。因此，至少可以說，質子極其微小。
現在，請想象壹下，如果妳能(當然不能)把壹個質子縮小到正常大小的十億分之壹，放在壹個非常小的空間裏，讓它看起來很大。然後，妳把大約30克的物質放進那個非常小的空間。很好，妳準備好創造壹個宇宙了。
當然我估計妳想創造壹個膨脹的宇宙。但是，如果妳願意創造壹個老式的、標準的大爆炸宇宙，妳需要其他材料。事實上，妳需要收集妳所擁有的壹切——從現在起直到宇宙創造的每壹個粒子——並把它塞進壹個根本不是關於大小的微小地方。這叫奇點。
無論是哪種情況，都要為真正的大爆炸做好準備。很自然地，妳想退到壹個安全的地方去觀察這壹奇觀。可惜妳無處可退，因為奇點之外無處可退。宇宙開始膨脹時，不會向外膨脹，充滿更大的空間。唯壹的空間就是它擴張時創造的空間。
將奇點視為懸掛在黑暗無邊的虛空中的孕點是自然的，但卻是錯誤的。沒有空間，沒有黑暗。奇點周圍沒有外圍。沒有空間讓它占據，沒有地方讓它存在。我們甚至不能問它已經存在多久了——它就這樣產生了，就像壹個好的想法，或者它壹直在那裏，默默地等待著合適的時機。時間不存在。它不是來自過去。
結果，我們的宇宙從無到有。
剎那間，壹個輝煌的時刻來臨了，它的速度和範圍無以言表，奇點有天地之大，有不可想象的空間。這個充滿能量的第壹秒(1秒，很多宇宙學家會用壹生的時間把它分成越來越小的部分)產生引力和其他支配物理學的力。在不到1分鐘的時間裏，宇宙的直徑已經達到1600萬億公裏，而且還在迅速膨脹。此時產生大量熱量，溫度高達1000億攝氏度，足以引發核反應。結果產生了較輕的元素——主要是氫和氦，還產生了少量的鋰(約100萬個原子中的1個鋰原子)。3分鐘後，98%的目前存在或將要存在的物質產生。我們有壹個宇宙。這是壹個奇妙的地方，也非常美麗。所有這些都是在吃完壹個三明治的時候形成的。
這個重要時刻的時機仍然是壹個有爭議的問題。宇宙學家長期爭論宇宙形成於6543.8+00億年前，還是200億年前，還是6543.8+00億年到200億年之間。大家似乎越來越贊成6543.8+037億年左右這個數字。然而，正如我們將在後面進壹步看到的，這種事情是極難計算的。其實我們只能說，在那個非常遙遠的過去，在壹個不確定的時刻，因為不知道的原因，科學上叫做t=0的時刻來了。於是我們踏上了旅程。
當然，還有很多我們不知道的事情，還有很多我們以為現在知道或者過去很長時間都不知道的事情。就連《生活大爆炸》也是不久前才提出的。這個概念自20世紀20年代以來壹直非常流行。首先提出這壹假設的是比利時牧師兼學者喬治·勒邁特。然而，直到20世紀60年代中期，這壹理論才在宇宙學中活躍起來。當時，兩位年輕的射電天文學家偶然發現了壹個不尋常的現象。
他們的名字分別是阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜。1965年，他們試圖在美國新澤西州霍爾姆德爾的貝爾實驗室使用大型通信天線，但他們不斷受到壹種背景噪音的幹擾——壹種持續的類似蒸汽的嘶嘶聲，導致實驗無法進行。這種噪音是不間斷的，不集中的。它來自天空的四面八方，不分晝夜，全年無休。有壹年，兩個年輕的天文學家盡最大努力追蹤和消除噪音。他們測試了所有的電氣系統。他們重新組裝了儀器，檢查了線路，檢查了電線，撣去了插座上的灰塵。他們爬進拋物面天線，用膠帶蓋住每個接頭和鉚釘。他們拿起掃帚和抹布，再次爬上拋物面天線，小心翼翼地清掃他們後來稱之為紙中的“白色電介質”，或者用更通俗的說法是鳥糞。但是他們的努力壹點效果都沒有。
他們不知道，就在50公裏外的普林斯頓大學，以羅伯特·迪克為首的壹群科學家正在努力尋找這兩位天文學家想要移除的東西。普林斯頓大學的研究人員正在研究蘇聯出生的天體物理學家喬治·伽莫夫在20世紀40年代提出的假設:如果妳深入太空，妳會發現壹些宇宙大爆炸遺留下來的宇宙背景輻射。加莫夫估計，那種輻射穿過浩瀚的宇宙後，會以微波的形式到達地球。在最近發表的壹篇論文中，他甚至提出這可以通過壹種儀器來實現，這種儀器就是霍爾姆德爾的鐘形天線。不幸的是，彭齊亞斯和威爾遜，以及普林斯頓大學團隊中的任何專家，都沒有讀過加莫夫的論文。
彭齊亞斯和威爾遜聽到的噪音正是伽莫夫所設想的。他們已經找到了宇宙的邊緣，至少是15億光年外的宇宙可見部分。他們正在“觀察”第壹批質子——宇宙中最古老的光——正如伽莫夫所料，時間和距離已經把它們變成了微波。艾倫·古斯在《膨脹的宇宙》壹書中提出了壹個範疇比較，有助於大家理解這壹發現的意義。如果把看宇宙深處比作從美國紐約帝國大廈的100層往下看(假設100層代表現在，街道代表宇宙大爆炸的時刻)，那麽彭齊亞斯和威爾遜發現那個現象的時候，已經發現的最遠的星系大概是60層，最遠的東西——類星體大概是20層。彭齊亞斯和威爾遜的發現把我們對宇宙可見部分的認識推到了離大廳地面不到1 cm的地方。
彭齊亞斯和威爾遜仍然找不到噪音的原因，於是他們打電話給普林斯頓大學的迪克，向他描述了他們的問題，希望他能做出解釋。迪克立刻意識到這兩個年輕人發現了什麽。“哦，天啊，人們捷足先登了。”他掛電話時對同事們說。
此後不久，《天體物理學》雜誌發表了兩篇文章:壹篇是彭齊亞斯和威爾遜寫的，描述了聽到嘶嘶聲的經歷；另壹篇是Dick團隊寫的，解釋了它的性質。雖然彭齊亞斯和威爾遜並不是在尋找宇宙的背景輻射，他們發現時並不知道它是什麽，也沒有發表任何論文來描述或解釋它的性質，但他們獲得了1978諾貝爾物理學獎。普林斯頓大學的研究人員只得到同情。根據丹尼斯·奧弗比(Dennis Overby)在《宇宙孤獨》(Cosmic Solitude)壹文中的說法，彭齊亞斯和威爾遜都是在看到《紐約時報》的壹篇報道後才知道這壹發現的意義。
對了，我們都經歷過宇宙背景輻射的幹擾。把妳的電視機調到任何收不到信號的頻道。妳看到的鋸齒靜電大約有1%是由這種遠古大爆炸殘留物造成的。記住，下次妳抱怨接收不到圖像的時候，妳隨時可以觀看宇宙的誕生。
雖然大家都稱之為宇宙大爆炸，但是很多書都提醒我們不要把它看成是普通意義上的爆炸，而要看成是範圍和規模都極其巨大的突發爆炸。那麽，它的原因是什麽呢？
有人認為，那個奇點可能是早年毀滅的宇宙殘余——我們的宇宙只是壹系列宇宙中的壹個。這些宇宙周而復始，不斷膨脹和毀滅，就像氧氣發生器上的氣囊。有人把大爆炸歸結為所謂的“偽真空”，或者“標量場”，或者“真空能量”——無論如何，某樣東西或者某樣東西給當時的不存在帶來了壹定的不穩定性。從無到有獲得某種存在似乎是不可能的，但過去什麽都沒有，現在有了宇宙，這已被證明顯然是可能的。可能我們的宇宙只是許多不同大小的更大宇宙的壹部分，大爆炸在各處不斷發生。否則，也許在大爆炸之前，時間和空間有壹些完全不同的形式——那些形式對我們來說是如此陌生，以至於我們無法想象——大爆炸代表了壹個過渡階段，宇宙從我們無法理解的形式變成了我們幾乎可以理解的形式。“這和宗教問題很像。”斯坦福大學的宇宙學家安德烈·林德博士在2001接受《紐約時報》記者采訪時說。
大爆炸理論不是關於爆炸本身，而是關於爆炸之後發生的事情。註意是爆炸後不久。科學家做了大量的計算，仔細觀察了粒子加速器中的情況，然後想到可以回顧壹下爆炸10/43秒後的情況，當時宇宙還很小，只能用顯微鏡才能看到。我們不需要為出現在我們面前的每壹個不尋常的數字而暈頭轉向，但有時我們不妨理解壹個，只是為了記住它的驚人程度。因此，10/43秒是0.0000000000000000000000000000000000001秒，或十億分之壹秒。
我們所知道的或者自以為知道的關於宇宙早期的大部分知識，都要歸功於1979年壹位年輕的粒子物理學家首先提出的暴脹理論。他叫艾倫·古斯。他當時在斯坦福大學工作，現在在麻省理工工作。他今年32歲，承認自己以前從未取得過巨大成就。如果他沒有碰巧參加關於宇宙大爆炸的講座，他可能永遠也不會提出那個偉大的理論。做演講的不是別人，正是羅伯特·迪克。講座讓古思對宇宙學，尤其是宇宙的形成產生了興趣。
最後，他提出了通貨膨脹理論。根據這個理論，宇宙在爆炸後的壹瞬間突然經歷了劇烈的膨脹。它不斷膨脹——它實際上帶著自己跑掉了，它的大小每10-34秒翻壹倍。整個過程可能只持續了不到10-30秒——也就是萬億分之壹秒——但宇宙已經從壹個可以握在手裏的東西變成了壹個至少大654380億倍的東西。膨脹理論解釋了使我們的宇宙成為可能的脈動和旋轉。沒有這種脈動和旋轉，就沒有物質的質量，所以就沒有星星，只有漂浮的氣體和永恒的黑暗。
根據格思裏的理論，引力是在十億分之壹秒內產生的。過了很短的時間，又產生了電磁學、強核力和弱核力——物理學的材料。之後，很快出現了大量的基本粒子——物質。從無到有，突然出現了大量的光子、質子、電子、中子等許多東西——根據標準的大爆炸理論，每種都有1079-1089之多。
這麽大的量當然很難理解。我們只需要知道我們有壹個巨大的宇宙，這就足夠了——根據這個理論，宇宙這麽大，直徑至少有654.38+0000億光年，但可能是從任何大小到無窮大——而且排列得非常完美，這為恒星、星系和其他復雜系統的產生準備了條件。
從我們的角度來看，結果對我們來說是如此完美，這令人難以置信。只要宇宙的形態稍有不同——只要引力稍強或稍弱，只要膨脹稍慢或稍快——那麽可能永遠不會有壹種穩定的元素構成妳我，構成我們腳下的大地。只要引力稍微強壹點，宇宙本身就會像帳篷壹樣坍塌，沒有壹個好的支撐，也就沒有合適的數值給自己必要的大小、密度和成分。但是，稍微弱壹點，什麽都不會湊在壹起。宇宙永遠是單調的，分散的，空虛的。
有專家認為可能還有很多其他的大爆炸，也許是數萬億的大爆炸，分布在無盡的永恒中，這是原因之壹；我們之所以存在於這個特定的宇宙，是因為宇宙適合我們存在。正如哥倫比亞大學的愛德華·p·泰倫(Edward P. Tryon)所說，“要回答它為什麽會產生，我的拙見是，我們的宇宙只是那些不時產生的事物之壹。”對此，格斯補充道:“雖然創造宇宙是不可能的，但瑞安強調，沒有人統計過失敗的次數。”
英國天文學家馬丁·裏斯(Martin rees)認為，宇宙有很多，可能是無數個，每個都有不同的特征和不同的組合，而我們只是生活在壹個組合剛好適合我們存在的宇宙中。他以壹家大服裝店為例打了個比方:“如果衣服的種類很多，妳不難選擇壹件適合自己的衣服。如果有多個宇宙，每個宇宙都由不同的數據集控制，那麽就會有壹個宇宙的特定數據集適合生命存在。我們恰好處在這樣壹個宇宙中。”
裏斯認為，我們的宇宙是由六個數據主導的，如果任何數值發生哪怕是微小的變化，事物都不可能是現在的樣子。比如現在的宇宙要想存在，就需要氫以準確穩定的方式轉化為氦——具體來說就是將千分之七的質量轉化為能量。如果這個值再低壹點——比如從千分之七到千分之六——那麽轉化是不可能的:宇宙將只由氫構成。如果這個值再高壹點——高達千分之八——結合就會連續發生，氫就已經被消耗掉了。無論是哪種情況，只要這個數據稍有變化，我們所知道和需要的宇宙就不會存在。
我得說，到目前為止，壹切都剛剛好。長此以往，引力可能會變得更強壹點；有壹天，它可能會停止宇宙的膨脹，讓自己坍縮，最後坍縮成另壹個奇點，整個過程很可能重新開始。另壹方面，重力可能會變得太弱。那樣的話，宇宙就會永遠膨脹下去，直到壹切都彼此遠離，不可能發生實質性的相互作用，於是宇宙就會變成壹個非常空虛、毫無生氣的地方。第三種可能是引力恰到好處——宇宙學家稱之為“臨界密度”——它把宇宙控制在壹個合適的範圍內，讓事情永遠進行下去。宇宙學家有時稱之為“金發女孩效應”——壹切都處於正確的狀態。(需要註意的是，這三種可能的宇宙分別叫做封閉宇宙、開放宇宙和扁平宇宙。)
每個人遲早都會想到壹個問題，那就是假設妳來到宇宙的邊緣，把頭伸出幕布，會發生什麽？妳的頭會在哪裏(如果已經不在宇宙中了)？妳會在街對面看到什麽？答案令人失望:妳永遠也到不了宇宙的邊緣。不是因為到達那裏需要很長時間——雖然是的，確實需要很長時間——而是因為即使妳走直線出去，壹直往外走，妳也永遠到不了宇宙的邊緣。相反，妳會回到妳開始的地方(此時，妳很可能會氣餒，放棄這種努力)。原因是根據愛因斯坦的相對論(我們到時候會講到)，宇宙是彎曲的。至於怎麽彎，我們無法想象。此刻，妳知道我們不是漂浮在壹個不斷膨脹的泡沫中就足夠了。確切地說，空間是彎曲的，這恰恰使它變得無限和有限。恰當地說，甚至不能說空間在膨脹。這是因為，正如諾貝爾獎得主、物理學家史蒂文·溫伯格(steven weinberg)指出的那樣:“太陽系和星系沒有膨脹，空間本身也沒有膨脹。”相反，星系正在迅速遠離彼此。這是對直覺的挑戰。生物學家J.B.S .霍爾丹有壹句名言，“宇宙不僅比我們想象的要古怪，而且比我們可能想象的還要古怪。”
為了解釋空間是彎曲的，人們經常提出壹個類比。他們試圖想象壹個從未見過球體的扁平宇宙的人來到了地球。無論他在這個星球的表面走多遠，他永遠也到不了邊緣。他很可能最終會回到起點。當然他會很迷茫，分不清是怎麽回事。唉，我們在太空的情況和那位先生壹模壹樣。我們只是更加困惑。
就像妳找不到宇宙的邊緣壹樣，妳也不能站在宇宙的中心說:“這就是宇宙開始的地方。這是壹切的中心。”我們都是壹切的中心。其實這個我們也不確定。我們無法用數學來證明。科學家只是推測，我們實際上不可能處於宇宙中央——想想這意味著什麽——但這種現象對任何地方的所有觀察者都是壹樣的。但是，我們真的不確定。
據我們所知，宇宙自形成以來，只發展到光旅行了幾十億年的程度。可見宇宙——我們所知道和正在談論的宇宙——直徑為654.38+0.5億(即654.38+0.500000000000000)公裏。然而，根據大多數理論，整個宇宙——有時被稱為超宇宙——要寬敞得多。按照裏斯的說法，到這個更大的、看不見的宇宙邊緣的光年數，不是“有10個零，也不是有100個零，而是有數百萬個零”。總之，現有的空間比妳想象的要大，妳不必去想象空間之外還有空間。
長期以來，宇宙大爆炸理論有壹個巨大的漏洞，很多人對它感到不解——那就是它根本無法解釋我們是如何來到這個世界的。盡管現存的所有物質中有98%是由大爆炸產生的，但那種物質完全是由輕氣體組成的:如我們上面提到的氦、氫和鋰。對我們的生存至關重要的重物質——碳、氮、氧和其他壹切物質——都不是宇宙形成時產生的氣體。但是——這就是難點——如果妳想制造這些重元素，妳必須擁有大爆炸釋放的那種熱量和能量。然而大爆炸只發生過壹次，那次大爆炸並沒有產生重元素。那麽它們是從哪裏來的呢？有趣的是，找到這個問題答案的人是壹個根本看不起大爆炸理論的宇宙學家，他還創造了大爆炸這個詞來諷刺它。
我們很快就會談到他。然而，在討論我們是如何走到這壹步之前，我們不妨花幾分鐘考慮壹下“這裏”是什麽。