愛因斯坦廣義相對論本身預言了：空間—時間在大爆炸奇點處開始，並會在大擠壓奇點處（如果整個宇宙坍縮的話）或在黑洞中的一個奇點處（如果一個局部區域，譬如恆星要坍縮的話）結束。任何拋進黑洞的東西都會在奇點處被毀滅，只有它的質量的引力效應能繼續在外面被感覺得到。另一方面，當計入量子效應時，物體的質量和能量會最終回到宇宙的其餘部分，黑洞和在它當中的任何奇點一道被蒸發掉並最終消失。量子力學對大爆炸和大擠壓奇點也能有同樣戲劇性的效應嗎？在宇宙的極早或極晚期，當引力場是如此之強，以至於量子效應不能不考慮時，究竟會發生什麼？宇宙究竟是否有一個開端或終結？如果有的話，它們是什麼樣子的？
整個70年代我主要在研究黑洞，但在1981年參加在梵蒂岡由耶穌會組織的宇宙學會議時，我對於宇宙的起源和命運問題的興趣重新被喚起。天主教會試圖對科學的問題立法，並宣布太陽是繞著地球運動時，對伽利略犯下了大錯誤。幾個世紀後的現在，它決定邀請一些專家就宇宙學問題提出建議。在會議的尾聲，所有參加者應邀出席教皇的一次演講。他告訴我們，在大爆炸之後的宇宙演化是可以研究的，但是我們不應該去過問大爆炸本身，因為那是創生的時刻，因而是上帝的事務。那時候我心中暗喜，他並不知道，我剛在會議上作過的演講的主題——空間—時間是有限而無界的可能性，就表明著沒有開端、沒有創生的時刻。我不想去分享伽利略的厄運。我對伽利略之所以有一種強烈的認同感，其部分原因是剛好我出生於他死後的300年！
為了解釋我和其他人關於量子力學如何影響宇宙的起源和命運的思想，必須首先按照「熱大爆炸模型」來理解為大家所接受的宇宙歷史。它是假定從早到大爆炸時刻起宇宙就用弗利德曼模型描述。在此模型中，人們發現當宇宙膨脹時，其中的任何物體或輻射都變得更涼。（當宇宙的尺度大到二倍，它的溫度就降低到一半。）由於溫度即是粒子的平均能量——或速度的測度，宇宙的變涼對於其中的物質就會有較大的效應。在非常高的溫度下，粒子會運動得如此之快，以至於能逃脫任何由核力或電磁力將它們吸引一起的作用。但是可以預料，當它們變冷下來時，互相吸引的粒子開始結塊。更有甚者，連存在於宇宙中的粒子的種類也依賴於溫度。在足夠高的溫度下，粒子的能量是如此之高，只要它們碰撞就會產生出來很多不同的粒子／反粒子對——並且，雖然其中一些粒子打到反粒子上去時會湮滅，但是它們產生得比湮滅得更快。然而，在更低的溫度下，碰撞粒子具有較小的能量，粒子／反粒子對產生得不快，而湮滅則變得比產生更快。
就在大爆炸時，宇宙體積被認為是零，所以是無限熱。但是，輻射的溫度隨著宇宙的膨脹而降低。大爆炸後的1秒鐘，溫度降低到約為100億度，這大約是太陽中心溫度的1千倍，亦即氫彈爆炸達到的溫度。此刻宇宙主要包含光子、電子和中微子（極輕的粒子，它只受弱力和引力的作用）和它們的反粒子，還有一些質子和中子。隨著宇宙的繼續膨脹，溫度繼續降低，電子／反電子對在碰撞中的產生率就落到它們湮滅率之下。這樣只剩下很少的電子，而大部分電子和反電子相互湮滅，產生出更多的光子。然而，中微子和反中微子並沒有互相湮滅掉，因為這些粒子和它們自己以及其他粒子的作用非常微弱，所以直到今天它們應該仍然存在。如果我們能觀測到它們，就會為非常熱的早期宇宙階段的圖象提供一個很好的證據。可惜現今它們的能量太低了，以至於我們不能直接地觀察到。然而，如果中微子不是零質量，而是如蘇聯在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」的一種形式，具有足夠的引力吸引去遏止宇宙的膨脹，並使之重新坍縮。
在大爆炸後的大約100秒，溫度降到了10億度，也即最熱的恆星內部的溫度。在此溫度下，質子和中子不再有足夠的能量逃脫強核力的吸引，所以開始結合產生氘（重氫）的原子核。氘核包含一個質子和一個中子。然後，氘核和更多的質子中子相結合形成氦核，它包含二個質子和二個中子，還產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的質子和中子轉變了氦核，還有少量的重氫和其他元素。所餘下的中子會衰變成質子，這正是通常氫原子的核。
1948年，科學家喬治·伽莫夫和他的學生拉夫·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，這特別適合於一篇關於宇宙開初的論文！他們在此論文中作出了一個驚人的預言：宇宙的熱的早期階段的輻射（以光子的形式）今天還應在周圍存在，但是其溫度已被降低到只比絕對零度（一273℃）高几度。這正是彭齊亞斯和威爾遜在1965年發現的輻射。在阿爾法、貝特和伽莫夫寫此論文時，對於質子和中子的核反應了解得不多。所以對於早期宇宙不同元素比例所作的預言相當不準確，但是，在用更好的知識重新進行這些計算之後，現在已和我們的觀測符合得非常好。況且，在解釋宇宙為何應該有這麼多氦時，用任何其他方法都是非常困難的。所以，我們相當確信，至少一直回溯到大爆炸後大約一秒鐘為止，這個圖像是正確無誤的。
大爆炸後的幾個鐘頭之內，氦和其他元素的產生就停止了。之後的100萬年左右，宇宙僅僅只是繼續膨脹，沒有發生什麼事。最後，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，它們就開始結合形成原子。宇宙作為整體，繼續膨脹變冷，但在一個略比平均更密集的區域，膨脹就會由於額外的引力吸引而慢下來。在一些區域膨脹會最終停止並開始坍縮。當它們坍縮時，在這些區域外的物體的引力拉力使它們開始很慢地旋轉；當坍縮的區域變得更小，它會自轉得更快——正如在冰上自轉的滑冰者，縮回手臂時會自轉得更快；最終，當這些區域變得足夠小，自轉的速度就足以平衡引力的吸引，碟狀的旋轉星系就以這種方式誕生了。另外一些區域剛好沒有得到旋轉，就形成了叫做橢圓星系的橢球狀物體。這些區域之所以停止坍縮是因為星系的個別部分穩定地繞著它的中心旋轉，但星系整體並沒有旋轉。
隨著時間流逝，星系中的氫和氦氣體被分割成更小的星雲，它們在自身引力下坍縮。當它們收縮時，其中的原子相碰撞，氣體溫度升高，直到最後，熱得足以開始熱驟變反應。這些反應將更多的氫轉變成氦，釋放出的熱升高了壓力，因此使星雲不再繼續收縮。正如同我們的太陽一樣，它們將氫燃燒成氦，並將得到的能量以熱和光的形式輻射出來。它們會穩定地在這種狀態下停留一段很長的時間。質量更大的恆星需要變得更熱，以去平衡它們更強的引力，使得其核聚變反應進行得極快，以至於它們在1億年這麼短的時間裡將氫用光。然後，它們會稍微收縮一點。當它們進一步變熱，就開始將氦轉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，危機就會發生了。人們不完全清楚下面還會發生什麼，但是看來恆星的中心區域會坍縮成一個非常緊緻的狀態，譬如中子星或黑洞。恆星的外部區域有時會在叫做超新星的巨大爆發中吹出來，這種爆發會使星系中的所有恆星相形之下顯得黯淡無光。一些恆星接近生命終點時產生的重元素就拋回到星系裡的氣體中去，為下一代恆星提供一些原料。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恆星，是由50億年前從包含有更早的超新星的碎片的旋轉氣體雲形成的。雲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、現在繞太陽公轉的物體。
地球原先是非常熱的，並且沒有大氣。在時間的長河中它冷卻下來，並從岩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合形成叫做宏觀分子的大結構的結果而在海洋中發展，這種結構能夠將海洋中的其他原子聚集成類似的結構。它們就這樣地複製了自己並繁殖。在有些情況下複製有誤差。這些誤差多數使得新的宏觀分子不能複製自己，並最終被消滅。然而，有一些誤差會產生出新的宏觀分子，在複製它們自己時會變得更好。所以它們具有優點，並趨向於取代原先的宏觀分子。進化的過程就是用這種方式開始，它導致了越來越複雜的自複製的組織。第一種原始的生命形式消化了包括