让我们抛开繁杂的数值,用弗里德曼模型设想一下宇宙的初始状态．弗里德曼在相对论问世后不久求出了引力场方程的解,结果表明: 如果宇宙空间的密度(一定体积内的质量)较大的话,宇宙将收缩；反之,宇宙将膨胀。

对于现在所看到的宇宙,我们有理由认为在目前的低密度下它将单纯地膨胀下去(虽然数百亿年后宇宙很有可能转入收缩状态),可以说: 宇宙现在处于非常稳定的状态．但是,对于诞生后10-43 秒的宇宙来说,如果它的密度大于某个值(哪怕仅仅大一点),今天它应该收缩得更小；如果它的密度小的话(哪怕仅仅小一点),宇宙的膨胀速度就将过快,使得星云以及银河等统统烟消雾散,到今天什么也剩不下．所以,如果用正统的大爆炸(不含暴胀)观点去分析的话,出现今天这样安定的宇宙的概率微乎其微．期待几乎为零的小概率事件的发生,就如同把获得彩票的头等大奖列入家庭的经常收入一样地不切实际。

但是,引入暴胀概念后,原先如同老人的皱纹一样分布不均匀的物质密度就会在一瞬间被扯平,结果,物质在所有的方向上全都均匀地扩展开来．科学家们称之为宇宙初期的平坦性,计算表明,它的结果将形成今天这样的宇宙．日本的佐藤文彦和美国的阿兰·古斯等人指出: 为解决宇宙初期的平坦性问题,有必要使用暴胀概念。

暴胀学说还有许多存在的理由．例如,从四面八方传到地球的宇宙背景辐射等信息为什么都相同呢? 从任一方向以及其相对方向上传来的信号都好象＂事先商量好了似的＂,强度完全相同．假定一方是50 亿光年远处的A 点、另一方是相对方向上50 亿光年远处的B 点,两点进行联系要发出同样的信号,联络本身就得用掉100 亿年,因此,我们只能认为这些辐射源是宇宙开天辟地时的产物．它们向外界＂播放完全相同的消息＂,而且在各个方向上完全对称的观测结果只能解释为＂所有的消息均出自一处＂．最初只有一个处于中心信息源的小宇宙,它以远远超过光速的速度扩散向四方,从遥远的天际向地球发来了相同的信息,我们只能这样解释．基于这些理由,我们才不得不做出了＂宇宙中发生过暴胀＂的结论。

暴胀之后

暴胀结束后,宇宙开始了通常的大爆炸膨胀．从宇宙诞生起(其实根本来不及测量)10-11 秒后,第三次相变发生了．这时的温度为1015 度(1拍度),宇宙的大小为1 千万公里——大约30 光秒,该尺度比现在的月地距离(1.3 光秒)稍大,但比日地距离(8 光分)小得多．第三次相变对于解释自然界中存在的＂力＂的分离过程至关重要。

终于(? )到了诞生后10-4 秒(1 万分之1 秒),此时宇宙开始了第四次相变,温度为1012 度(1 太度),与最初时相比,冷却了许多．第四次相变也是最后的相变,它又被称为夸克·强子相变。

说到夸克,现代物理学认为6 种夸克与6 种轻子是构成物质的最小单位．两个夸克可以结合成一个介子,三个夸克可以结合成质子、中子等重子,介子与重子统称为强子(它们都是由很强的力结合而成的粒子)。

在第四次相变发生前,夸克赤条条地(单独地)四处飞来飞去．以目前的条件,即使用最大的粒子加速器也不能从中子或质子里分离出单独的夸克,根据理论计算,把强子分解成自由夸克至少要1 太度以上的高温．所以随着宇宙的演化,在第四次相变中当温度降到了1 太度以下时,夸克失去了自由,组成了强子．也就是说,在宇宙诞生后大约经过1 千分之1秒的时候,裸夸克的身影消失了,宇宙成为只有基本粒子的世界。

一旦出现了质子、中子或介子,其后便尽是我们所熟悉的物理学知识了．宇宙诞生3 分钟后,温度降到1 吉度左右,质子与中子开始结合成原子核。

此后大约10 万年左右的这一段时间里——尽管从人类的感官来看,＂这一段时间＂相当漫长——宇宙的温度从3 亿度降低到3 千度左右．大家都知道,原子在1 万度以上的高温中将无法维持其原有形态,虽然原子核仍然相当稳固,但是已经维持不住核外电子了．原子核将与电子分离开来形成所谓的等离子态。

□图3－5 随着温度的下降而失去自由的夸克

当温度继续下降到大约3 千度时,核周围聚集上电子形成了原子．在此以前的高温时期,电子在空间中四处飞舞,光与之发生碰撞被散射,因此谁(当然是谁也没有了)也无法用光来推测宇宙的样子．但是在宇宙诞生10 万年以后,电子被吸附在原子核周围,在空间里横冲直撞的电子数锐减,光终于能够不受干扰地沿直线行进了．电子＂垃圾＂的消失使宇宙得以澄清,我们称之为宇宙的＂放晴＂．从垃圾的缝隙里泄漏出来的光则构成了彭齐亚斯和威尔逊所发现的宇宙背景辐射。

在10 万年时的放晴是宇宙演化的最新段落,从那以后它就一直以大爆炸后的余势膨胀至今．于是,宇宙的膨胀终于在150 亿年之后被地球上的哈勃所确认。

诞生10 万年之后,宇宙中物质分布的涨落(在空间上分布的不均匀性)很大,在密度高的地方氢原子开始汇聚成群,渐渐演化成星系、星团．在广阔的宇宙中,最早是氢、氦等分子的形成,物质在万有引力作用下一部分一部分地聚集起来,从宇宙开天辟地后10 万年到150 亿年后的现在,经过漫长的演化形成了我们所见的满天繁星,这样的想像大概不难被大家接受。

如果说银河起源于宇宙空间各处物质分布的涨落的话,那么在遥远的往昔(开天辟地之际),不是说曾经出现过许多宇宙吗? ……这类疑问,不禁涌上我们的心头．很多专家对此提出了各自的见解,霍金就是其中的一位,笔者将在稍后的章节里详细地介绍他的理论。