Az előmerülő idő modellje
Bár majdnem az összes bizonyíték az Ősrobbanás-elméletet igazolja, és szinte minden csillagász és kozmológus egyaránt elfogadja ezt a hipotézist, még most is vannak olyanok, akik kételkednek. Nem tudnak elképzelni egy olyan racionális világot, amely keletkezésének oka "irracionális" volna. Ha valóban volt egy hirtelen kezdet és akkor született az idő, a tér, az anyag, a természeti törvények, abban az esetben az előzményeket, az esetleges "okokat" nem magyarázhatjuk meg a fizika segítségével. Ők, a kételkedők, más modelleket alkotnak. Az idő múltban is megnyilvánuló végtelenségét feltételezik, kikerülve a hirtelen keletkezés problémáját.
Ezzel azonban újabb, még érthetetlenebb paradoxonokat vetnek fel, s elméleteik egytől-egyig tele vannak nehézségekkel.
James Hartle és Stephen Hawking zseniális elméletével a két világmagyarázati modell közti köztes utat kereste. Szerintük lehet az idő a múltban véges, ám mégis határtalan.
Einstein relativitáselméletének egyik alapvető támasza a Minkowski-féle négydimenziós téridő-modell. Ez egy olyan koordinátarendszernek fogható fel, amelyben egy pont helyzetét négy koordinátával határozhatunk meg. E négy koordináta közül három a szokványos térkoordináta (a tér itt háromdimenziós), egy koordináta viszont az időt jelöli. E koordinátarendszer pontjait eseményeknek nevezik. Jellemző rájuk, hogy kiolvasható belőlük az esemény pontos helye és időpontja. A Minkowski- féle négydimenziós téridő-modell fontos tulajdonsága, hogy az idő dimenzióját egyenrangúnak véli a tér dimenzióival. Persze ez csupán egy ábrázolásmód; az idő dimenziója normál esetben elkülöníthető a tér három dimenziójától. A modern fizika szerint azonban az Univerzum életének igen korai szakaszában ez nem így volt. Az idő elválaszthatatlanul beleolvadt a térbe.
Mivel ez az állapot csak nagyon szélsőséges körülmények között áll fenn, érdemes megvizsgálnunk, hogy milyenek ezek a körülmények.
Egyre koraibb és koraibb időszakát magyarázhatjuk meg Világegyetemünknek, ám arról le kell tennünk, hogy a legelső pillanatokkal foglalkozzunk. Ugyanis létezik egy kritikus méret, az ún. Planck-távolság (10-33 cm), egy kritikus idő, a Planck-idő (10-43 s). Ha egy rendszer egy Planck-idő alatti időtartamát vagy a Planck-távolságnál kisebb méretét vizsgáljuk, akkor már számolnunk kell a kvantummechanikai összefüggésekkel is. (Bővebben lásd a FIZIKAI HÁTTÉR/KVANTUMMECHANIKA címszó alatt.)
Ha viszont egy rendszerre már a kvantumhatások is hatnak, akkor a Heisenberg-féle határozatlansági reláció következtében a rendszerben történő tények elmosódnak, és már nem pontosan megállapíthatóak.
Amíg a Világegyetem nem érte el a Planck-távolságnyi tágultságot, addig bizonytalan kvantumingadozásoknak volt kitéve.
Laboratóriumi körülmények között már tudunk vizsgálni ilyen kvantumingadozásokat. Úgy tűnik, hogy ezek az ingadozások megfelelően kicsi tartományokban már a téridőt is befolyásolják. Ilyen körülmények uralkodhatnak a titokzatos fekete lyukak középpontjában is.
Most már megnézhetjük Stephen Hawking és James Hartle Világegyetem-modelljét.
A következő tér-idő grafikonon a térnek csak egyik dimenzióját tudtuk ábrázolni, de az egyszerű szemléltetésre ez is elég. Ez lesz az "x" tengely, az idő dimenzióját pedig az "y" tengellyel jelöljük.
Példának nézzük a grafikonon elhelyezkedő két egyenest! A függőleges "A" egyenes egy állandó helyzetű objektumnak a történetét mutatja be az idő különböző pillanataiban. A vízszintes "B" egyenes pedig egyetlen időpillanat összes eseményét jelöli.
Ez a grafikon azonban nem egészen helyes. Hogy tudnánk ábrázolni azt, hogy a tér végtelen nagy? Erre Einstein találta meg a megoldást. Ha egy kör kerületét járjuk körbe, soha sem találjuk meg a végét, mondhatjuk tehát, hogy végtelen. Azonban mégis kifejezhető a kerülete egy véges számmal. Ha grafikonunkat egy hengerrel helyettesítjük, tökéletesebb képet kapunk.
Az idő itt továbbra is függőlegesen halad előre, a tér pedig végtelen (vízszintes irány), hiszen a henger felszíne ugyanolyan, mint a fent említett kör kerülete. Ám a tér az időben előrefelé haladva állandóan tágul. Ha tehát még jobban tökéletesíteni akarjuk modellünket, egy fejre állított, csúcsán álló kúpot kell készítenünk.
E kúpnak a csúcsa a tér-idő szingularitás. Ez a modell tehát még egy határozott kezdetet feltételez. Ezt a kezdetet tünteti el Hartle és Hawking következő ábrája: a kúp alját egy félgömbre cserélték ki.
E félgömb sugara pontosan a Planck-távolság, azaz 1/1033 cm. A félgömbtől fölfelé, azaz ahol a test kúpban folytatódik, ugyanaz a helyzet, mint azt az előzőekben már leírtuk. Az időnek és a térnek külön dimenziója van; az előbbi függőlegesen halad előre, az utóbbit vízszintes irányban ábrázolták, és mérete egyre tágul. Azonban ahol a félgömb kezdődik, a tények gyökeresen megváltoznak. Az idő elkezd görbülni a tér irányába. Amikor ezen a Planck-tartományon, azaz ott, ahol a kvantumtörvények jelen vannak, beljebb és beljebb haladunk, az idő iránya fokozatosan megváltozik, elveszti "függőleges" dimenzióját, és egyre inkább vízszintesen folyik.
A gömb geometriája miatt nem lehet pontosan meghatározni azt a pontot, ahol a tér és az idő összeolvad, ez egy folyamat, nem pedig egy konkrét pillanat. Ha előrefelé pörgetjük tehát az időt, akkor az fokozatosan "merül fel" a térből. Amíg ez nem történik meg, a Világegyetemben a háromdimenziós tér és az egydimenziós idő teljesen összemosódik.
Az elmélet szerint az időnek tehát nincs kezdete, nincs szingularitás, amelyből egy robbanás, vagy akármi hatására elindult volna a történelem, mégis mondhatjuk, hogy véges, hiszen nem létezett örökké, amint az az ábrából kiderül.