1983年,霍金与詹姆斯·哈特尔合作提出宇宙无边界模型:
在普朗克时期之前,由于量子力学的不确定性原理,宇宙没有时空边界;
在极早期宇宙里只有空间、没有时间,宇宙起源的概念毫无意义。
引用霍金在《大设计》里的阐述:
时间开端的问题有点类似世界边缘的问题。在人们认为世界是平坦时,也许会想知道海水是否会从边缘倾泻。
这已经被实验检测过:人们可以围绕着世界旅行,而并未掉下来。当人们意识到“世界不是一块平板,而是一个弯曲的面”时,在世界边缘会发生何事的问题就已被解决了。
然而,时间似乎像一个模型铁轨。如果它具有开端,那就应该存在某者(即“上帝”)使火车行驶。尽管爱因斯坦的广义相对论把时间和空间统一成时空,并涉及到空间和时间的某种混合,时间仍然有异于空间,要么具有开端和终结,要么无限地流逝。
然而,一旦我们将量子论效应加到相对论之上,在极端的情形下发生的弯曲可到达如此巨大的程度,以至于时间就像空间的另一维那么行为。
在早期宇宙——当宇宙小到足够让广义相对论和量子论一起制约之时——有效地存在四维空间而不存在时间。
这意味着,当我们提及宇宙的“启始”,我们正位于微妙的问题之边缘,即当我们向极早期宇宙回溯时,我们所知的时间并不存在!我们必须接受,我们通常的空间和时间观念不适用于极早期宇宙。这超出我们的经验,却未超出我们的想象或数学。
如果在早期宇宙中所有四维都如空间那样行为,对于时间的启始会发生什么?
“时间的举动可以像空间的另一方向”,这意味着,就像我们摆脱地球边缘的方式那样,人们可以摆脱“时间有个启始”。
假设宇宙的启始像地球的南极,纬度扮演了时间的角色。随着人们往北运动,代表宇宙尺度的等纬圈将膨胀。宇宙在南极作为一点启始,但是南极和任何其它点都非常相似。
询问“在宇宙启始之前发生什么”成为无意义的问题,因为在南极之南不存在任何东西。
在这个图像中,时空没有边界——同样的自然定律在南极正如在他处一样成立。