劍橋大學(xué)著名理論物理學(xué)家霍金在1981年提出了一種既自洽又自足的無邊界宇宙學(xué)。這個理論中，宇宙中的一切在原則上都可以單獨地由物理定律預(yù)言出來，而宇宙本身是從無中生有而來的(量子意義上)或者沒有起源(經(jīng)典意義上)。

無邊界宇宙

這個理論建立在廣義相對論和量子理論的基礎(chǔ)之上，涉及到彎曲時空中的量子場論和量子引力論等多種高深知識。其中給出了著名的無邊界猜想或條件：宇宙的邊界條件就是它沒有邊界。無邊界條件如果成立，則宇宙自給自足，這意味著宇宙不需要創(chuàng)世上帝或者不存在第一推動。

發(fā)展

1998年之前的宇宙學(xué)觀測，包括可見的物質(zhì)以及由星系動力學(xué)推斷的不可見暗物質(zhì)，其密度總和約為使宇宙空間停止膨脹的1/3。如此，無限膨脹下去的開放宇宙空間的可能性仍然呈現(xiàn)在人們面前。

可以想象，許多人曾嘗試將霍金的封閉宇宙的量子論推廣到開放的情形，但始終未能成功。1998年，霍金及劍橋大學(xué)理論宇宙學(xué)家圖魯克在他們的論文“沒有假真空的開放暴漲”中才部分實現(xiàn)了這個愿望。他仍然利用四維球面的歐氏空間，由于四維球面具有最高的對稱性，在進行解析延拓時，也可以得到以開放的三維雙曲面為空間截面的宇宙。這個三維雙曲面空間遵循愛因斯坦方程繼續(xù)演化下去，宇宙空間就不會重新收縮，這樣的演化是一種有始無終的過程。不過這個推廣在數(shù)學(xué)自洽和實驗觀測上仍然不盡人意;而且從1998年起物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)宇宙能量成分中68.5%為宇宙學(xué)常數(shù)或暗能量(剩下的31.5%為普通可見物質(zhì)和不可見的冷暗物質(zhì));無論空間是閉合、平坦還是開放的，空間都將無限膨脹下去，并且還是加速膨脹。

直到2012年，劍橋大學(xué)理論物理學(xué)家陳中源通過一個方程嚴(yán)格證明了霍金的無邊界猜想，出乎意料的是，不存在量子態(tài)宇宙或量子宇宙學(xué)，無邊界條件在經(jīng)典意義上成立，這樣，宇宙沒有邊界，沒有無中生有，沒有創(chuàng)生和毀滅，它徹底自洽自足，僅僅是以有限四維球面的形式存在。由此，宇宙的起源確實是它沒有起源，真正從物理上解決了第一推動問題。而且陳還發(fā)現(xiàn)了該有限的四維球面宇宙等價于一個無限的四維球體宇宙：整個宇宙本身只是個曲率半徑極“小”的四維球面，但在其局部參考系諸如宇宙中所有事物看來，它卻是個無限的四維球體，由三維球面空間大爆炸“之前”、過去、現(xiàn)在、未來和時間無限久時的所有空間和事物構(gòu)成。

至此，能完整自洽描述宇宙的理論物理學(xué)即無邊界宇宙學(xué)大廈架構(gòu)基本完畢，不但在數(shù)理上無懈可擊而且與所有堅實的實驗觀測完美符合。在這個體系中，彎曲時空中的量子場論和宇宙學(xué)常數(shù)冷暗物質(zhì)模型不再是近似的有效理論，而是嚴(yán)格成立。