史蒂文·温伯格（Steven Weinberg），美国国家科学院院士、伦敦皇家学会外籍会员、美国哲学和科学史学会会员，美国理论物理学家，1979年诺贝尔物理学奖得主，曾获得美国国家科学奖章、“刘易斯·托马斯奖”（诗人科学家奖）等多项殊荣。温伯格出版了多部极具影响力的理论物理教材。在专业领域之外，他致力于将科学理念与人文知识相结合，所著的《最初三分钟》《仰望苍穹》等书畅销全球。

1979年诺贝尔物理学奖得主史蒂文·温伯格的畅销书《最初三分钟：关于宇宙起源的现代观点》是一本介绍早期宇宙的状态、构成及演化的相关知识，特别是大爆炸后数秒至几分钟的宇宙形态及其变化过程的科普读物。书中深入浅出地讲解了宇宙的大尺度结构、漩涡星云的性质、遥远星系的红移、宇宙微波背景辐射、科学家们提出的各种宇宙模型以及宇宙的未来前景等问题。该书被评为“改变世界的25本科普书之一”。

此书的源起是作者1973年在Harvard Science Center落成典礼上的一次演讲。它比较详细地描述了宇宙最初的三分钟（准确地说，是三分四十六秒）的六幅画面（限于成书时间，没有涉及暴胀理论）。书中也解释了为何直到1965年才发现宇宙3K各向同性的微波背景辐射。它提到了在科学中，“被误导是多么容易，而随时知道下一步怎么做又多么难”，并指出：“重要的不是摆脱理论偏见，而是要有正确的理论偏见。对任何理论看法的检验，都要看其产生的结果。”                                                       ——豆瓣网读者

本书其实从动机上来讲，很简单：人类对于宇宙的来源有着永恒的好奇心。人们观察到一些现象，推导出一些原理，便忍不住要去想象世界的源头。实则是根据现在的世界逆推而得，见到的风景不同，逆推得到的风景也不同。而这本书，其实也是根据人类的观察所得，逆推得到的对世界来源的猜想。                                   ——豆瓣网读者

 宇宙会一直膨胀下去，且会持续一段时间。关于它以后的命运，标准模型作出了含糊的预测：它完全取决于宇宙密度是否小于某个临界值或大于某个临界值。正如我们在第2章中看到的，如果宇宙密度小于临界密度，那宇宙就是无穷的，将永远膨胀下去。我们的后代，如果那时我们还有后代的话，将看到所有恒星上的热核反应会逐渐结束，仅残留下各种熔渣：黑矮星、中子星，或许还有黑洞。行星也许会继续沿轨道运行，当它们发射引力波时，速度会稍稍降低，但永远不会在任何一个有穷的时间内进入静止状态。宇宙背景辐射和中微子温度将继续下降，下降幅度与宇宙规模成反比，但这些都无法逃脱出我们的眼睛；即便现在，也还很难探测到3 K的微波背景辐射。

另外，如果宇宙密度大于临界值，那宇宙就是有穷的，最终会停止膨胀，取而代之的则是宇宙加速收缩。例如，如果宇宙密度是其临界值的两倍，如果当前通用的哈勃常数是正确的，那现在宇宙就有100亿岁了；它会再继续膨胀500亿年，之后开始收缩。收缩只不过是倒退的膨胀而已：500亿年过后，宇宙将重新回到现在的规模，再过100亿年，它将接近奇特的无穷密度状态。

至少在收缩阶段初期，天文学家（如果还有的话）将能够观测到红移和蓝移。如果宇宙比观测到光的时候大，那来自邻近星系的光就会发射出来，因此，当观测到光的发射时，这种光似乎朝着光谱的短波端，即蓝端偏移。另外，如果宇宙仍处于膨胀初期，那来自极远物体的光就会发射出来，那时宇宙甚至比观测到光的时候还小，因此，当观测到光的发射时，这种光似乎朝着光谱的长波端，即红端偏移。

由光子和中微子形成的宇宙背景温度将会下降，然后又随着宇宙的膨胀和随后的收缩而升高，它总是与宇宙规模成反比。如果现在宇宙密度是其临界值的两倍，那我们的计算结果说明，当宇宙膨胀到最大时，它比现在正好大两倍，到时的微波背景温度将只有当前值3 K的一半，或约1.5 K。因此，随着宇宙开始收缩，温度将开始升高。

刚开始，不会出现警报——在几十亿年的时间里，背景辐射的温度极低，需要付出很大努力才能检测到它。然而，当宇宙重新收缩到只有当前规模的百分之一时，背景辐射将开始在天空中占支配地位：夜空将如我们当前的白昼一样温暖（300 K）。7 000万年后，宇宙将再收缩10倍，我们的后代（如果有的话）将觉得天空亮得难以忍受。行星和恒星大气中的分子和星际空间中的分子将开始分解成原子，原子又将分解成自由电子和原子核。再过700 000年，宇宙温度将达到1 000万度；到那时，恒星和行星本身也将熔化成一种由辐射、电子和核组成的宇宙混合物。

再过22天，温度将上升至100亿度。然后，原子核开始分解成其组分，即质子和中子，从而破坏恒星和宇宙核合成。此后不久，在光子与光子的碰撞中将产生大量电子和正电子，中微子和反中微子的宇宙背景将与宇宙的其他部分重新形成热共享。

我们真的能够将这个令人沮丧的故事一直讲下去，一直讲到无穷温度和无穷密度的状态吗？当温度达到10亿度大约3分钟后，时间真的能够停止吗？显然，我们对此毫无把握。我们在第7章中探索百分之一秒时遇到的所有不确定的问题，在我们探索最后百分之一秒时，将再次使我们不知所措。首先，当温度比1032 K高时，我们必须使用量子力学的语言来描述整个宇宙，但没有人真正了解当时到底发生了什么。另外，如果宇宙并不具备各向同性和均匀性（参见第 5 章结尾），那么，在我们面对量子宇宙之前的很长一段时间内，我们整个的讲述就有可能失去有效性。

从这些不确定性中，有些宇宙学家看到了某种希望。或许，宇宙将经历一种宇宙“反弹”，开始重新膨胀。在《新埃达》中，诸神和巨人在世界毁灭时经过一场激战之后，地球被水火摧毁，但洪水退却后，托尔的儿子们又拿着父亲的锤子，从地狱中走了出来，整个世界又重新开始。但如果宇宙真的重新膨胀，那么，它的膨胀也会再次减缓，直至停止，然后开始另一轮的收缩，并在另一次的宇宙毁灭中结束，然后又发生反弹，循环往复，永无休止。

如果这就是我们未来的样子，那按理说，这也是我们过去的样子。当前宇宙的膨胀只不过是上一次收缩和反弹后的一个阶段而已（实际上，迪克、皮布尔斯、罗尔和威尔金森在1965年撰写的关于宇宙微波背景辐射的论文中就假设，宇宙在过去一定有一个膨胀和收缩的完整阶段，他们认为，宇宙一定曾经足够地收缩过，使温度升至至少100亿度，从而分解在之前阶段形成的重要元素）。再往后看，我们可以想象一个无穷尽的膨胀和收缩循环，它一直延伸到无穷的过去，根本就没有开端。

有些宇宙学家从哲学意义上对振动模型感兴趣，尤其是因为，如同稳恒态模型，振动模型也巧妙地避开了创世纪的问题。然而，它的确也面临着一个严重的理论难题。在每次循环过程中，随着宇宙的膨胀和收缩，光子与核粒子（或更确切地说，每个核粒子的熵）之间的比率，会因一种摩擦（称为“体积黏度”）而稍有增加。据我们所知，到时，宇宙将开始一个新的循环，光子与核粒子之间的比率也会是一个新的数值，且略有提高。目前，这个比率非常大，但却不是无穷的，因此难以看出，宇宙如何在过去经历了无数次的循环。

然而，所有这些问题都有可能被解决，不管哪个宇宙模型被证明是正确的，都不会给人多大慰藉。人类几乎不可避免地会认为，我们与宇宙之间存在某种特殊关系，人类的生活不仅仅是始于最初三分钟一系列事件所带来的具有喜剧色彩的产物，而且，我们在宇宙初始时就已在某种程度上将自己置于宇宙中了。当写至此处时，我正巧坐在一架飞行在30 000英尺高空的飞机上，当时，我正从旧金山返回到波士顿的家中，飞机飞行在怀俄明的上空。往下看，地球看起来非常柔软、舒适——绒毛似的云朵随处可见，积雪在落日的映照下变成粉红色，公路从一个城镇到另一个城镇，笔直地延伸在大地上。很难想象，所有这些都只不过是充满敌意的宇宙中一个微不足道的部分而已。

更难想象的是，当前这个宇宙是从人类完全陌生的早期环境中演化而来的，而且在将来有可能毁灭，进入无休止的寒冷或无法容忍的酷热状态，宇宙越是看似容易理解，越是让人不可捉摸。但即使我们的研究成果没有令人宽慰的东西，那至少研究本身也称得上是某种宽慰。人们不满足于用神和巨人的传说来宽慰自己，也不愿将自己的全部精力放在日常琐事上；他们还制造了望远镜、卫星和加速器，整日坐在办公桌前，研究所收集资料的价值和意义。努力去理解宇宙，这是使人类生活减少一些喜剧色彩、增加某些悲剧色彩的少数事情之一。

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前  言

1 导论：巨人和牛

2 宇宙的膨胀

3 宇宙微波背景辐射

4 炽热宇宙的配方

5 最初三分钟

6 历史的题外话

7 最初百分之一秒

8 尾声：未来前景

附  录

词汇表

数学注释

后  记

参考文献