然而，如果中微子不是零質(zhì)量，而是如蘇聯(lián)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(zhì)量，我們則可能間接地探測到它們。正如前面提到的那樣，它們可以是“暗物質(zhì)”的一種形式，具有足夠的引力吸引去遏止宇宙的膨脹，并使之重新坍縮。

在大爆炸后的大約100秒，溫度降到了10億度，也即最熱的恒星內(nèi)部的溫度。在此溫度下，質(zhì)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(jié)合產(chǎn)生氘（重氫）的原子核。氘核包含一個質(zhì)子和一個中子。然后，氘核和更多的質(zhì)子中子相結(jié)合形成氦核，它包含二個質(zhì)子和二個中子，還產(chǎn)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(zhì)子和中子轉(zhuǎn)變了氦核，還有少量的重氫和其他元素。所余下的中子會衰變成質(zhì)子，這正是通常氫原子的核。

1948年，科學(xué)家喬治·伽莫夫和他的學(xué)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(xué)家漢斯·貝特將他的名字加到這論文上面，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，這特別適合于一篇關(guān)于宇宙開初的論文！他們在此論文中作出了一個驚人的預(yù)言：宇宙的熱的早期階段的輻射（以光子的形式）今天還應(yīng)在周圍存在，但是其溫度已被降低到只比絕對零度（一273c）高幾度。這正是彭齊亞斯和威爾遜在1965年發(fā)現(xiàn)的輻射。在阿爾法、貝特和伽莫夫?qū)懘苏撐臅r，對于質(zhì)子和中子的核反應(yīng)了解得不多。所以對于早期宇宙不同元素比例所作的預(yù)言相當(dāng)不準(zhǔn)確，但是，在用更好的知識重新進行這些計算之后，現(xiàn)在已和我們的觀測符合得非常好。況且，在解釋宇宙為何應(yīng)該有這么多氦時，用任何其他方法都是非常困難的。所以，我們相當(dāng)確信，至少一直回溯到大爆炸后大約一秒鐘為止，這個圖像是正確無誤的。

大爆炸后的幾個鐘頭之內(nèi)，氦和其他元素的產(chǎn)生就停止了。之后的100萬年左右，宇宙僅僅只是繼續(xù)膨脹，沒有發(fā)生什么事。最后，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(jié)合形成原子。宇宙作為整體，繼續(xù)膨脹變冷，但在一個略比平均更密集的區(qū)域，膨脹就會由于額外的引力吸引而慢下來。在一些區(qū)域膨脹會最終停止并開始坍縮。當(dāng)它們坍縮時，在這些區(qū)域外的物體的引力拉力使它們開始很慢地旋轉(zhuǎn)；當(dāng)坍縮的區(qū)域變得更小，它會自轉(zhuǎn)得更快——正如在冰上自轉(zhuǎn)的滑冰者，縮回手臂時會自轉(zhuǎn)得更快；最終，當(dāng)這些區(qū)域變得足夠小，自轉(zhuǎn)的速度就足以平衡引力的吸引，碟狀的旋轉(zhuǎn)星系就以這種方式誕生了。另外一些區(qū)域剛好沒有得到旋轉(zhuǎn)，就形成了叫做橢圓星系的橢球狀物體。這些區(qū)域之所以停止坍縮是因為星系的個別部分穩(wěn)定地繞著它的中心旋轉(zhuǎn)，但星系整體并沒有旋轉(zhuǎn)。

隨著時間流逝，星系中的氫和氦氣體被分割成更小的星云，它們在自身引力下坍縮。當(dāng)它們收縮時，其中的原子相碰撞，氣體溫度升高，直到最后，熱得足以開始熱驟變反應(yīng)。這些反應(yīng)將更多的氫轉(zhuǎn)變成氦，釋放出的熱升高了壓力，因此使星云不再繼續(xù)收縮。正如同我們的太陽一樣，它們將氫燃燒成氦，并將得到的能量以熱和光的形式輻射出來。它們會穩(wěn)定地在這種狀態(tài)下停留一段很長的時間。質(zhì)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(yīng)進行得極快，以至于它們在1億年這么短的時間里將氫用光。然后，它們會稍微收縮一點。當(dāng)它們進一步變熱，就開始將氦轉(zhuǎn)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(fā)生了。人們不完全清楚下面還會發(fā)生什么，但是看來恒星的中心區(qū)域會坍縮成一個非常緊致的狀態(tài)，譬如中子星或黑洞。恒星的外部區(qū)域有時會在叫做超新星的巨大爆發(fā)中吹出來，這種爆發(fā)會使星系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(chǎn)生的重元素就拋回到星系里的氣體中去，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(zhuǎn)氣體云形成的。云里的大部分氣體形成了太陽或者噴到外面去，但是少量的重元素集聚在一起，形成了像地球這樣的、現(xiàn)在繞太陽公轉(zhuǎn)的物體。

地球原先是非常熱的，并且沒有大氣。在時間的長河中它冷卻下來，并從巖石中溢出的氣體里得到了大氣。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(jié)合形成叫做宏觀分子的大結(jié)構(gòu)的結(jié)果而在海洋中發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒑Ｑ笾械钠渌泳奂深愃频慕Y(jié)構(gòu)。它們就這樣地復(fù)制了自己并繁殖。在有些情況下復(fù)制有誤差。這些誤差多數(shù)使得新的宏觀分子不能復(fù)制自己，并最終被消滅。然而，有一些誤差會產(chǎn)生出新的宏觀分子，在復(fù)制它們自己時會變得更好。所以它們具有優(yōu)點，并趨向于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(dǎo)致了越來越復(fù)雜的自復(fù)制的組織。第一種原始的生命形式消化了包括硫化氫在內(nèi)的不同物質(zhì)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、哺乳動物以及最后人類等生命的更高形式的發(fā)展。

宇宙從非常熱開始并隨膨脹而冷卻的景象，和我們今天所有的觀測證據(jù)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(dāng)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(xué)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(qū)域傳到另一個區(qū)域，即使這兩個區(qū)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(qū)域走到另一個區(qū)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(dǎo)致早期宇宙中不同的區(qū)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于區(qū)分坍縮和永遠膨脹模型的臨界膨脹率的速率開始，以至于即使在100億年以后的現(xiàn)在，它仍然幾乎以臨界的速率膨脹？如果在大爆炸后的1秒鐘那一時刻其膨脹率甚至只要小10億億分之1，那么在它達到今天這么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(guī)性，諸如恒星和星系。人們認為，這些是從早期宇宙中不同區(qū)域間的密度的很小的差別發(fā)展而來。這些密度起伏的起源是什么？

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(yù)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(yù)言從奇點會出來什么。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于它的事件，因為它們對我們沒有任何觀測效應(yīng)。空間一時間就會有邊界——大爆炸處的開端。

看來科學(xué)揭露了一組定律，在不確定性原理極限內(nèi)，如果我們知道宇宙在任一時刻的狀態(tài)，這些定律就會告訴我們，它如何隨時間發(fā)展。這些定律也許原先是由上帝頒布的，但是看來從那以后他就讓宇宙按照這些定律去演化，而不再對它干涉。但是，它是如何選擇宇宙的初始狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的？在時間的開端處“邊界條件”是什么？

一種可能的回答是，上帝選擇宇宙的這種初始結(jié)構(gòu)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(nèi)。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(xué)史是對事件不是以任意方式發(fā)生，而是反映了一定的內(nèi)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。只有假定這種秩序不但應(yīng)用于定律，而且應(yīng)用于在時空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(yīng)該存在某種原則去抽取一個初始狀態(tài)，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。這里含蓄地假定，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，在剛剛大爆炸之后，尋求任何空間的區(qū)域在任意給定的結(jié)構(gòu)的概率，在某種意義上，和它在任何其他的結(jié)構(gòu)的概率是一樣的：宇宙初始態(tài)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(guī)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(jié)構(gòu)都是等幾率的，多半宇宙是從紊亂無序態(tài)開始，就是因為這種態(tài)多得這么多。

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