Двоє російських науковців, Євґеній Ліфшиц та Ісаак Халатніков, у 1963-му зробили ще одну спробу уникнути висновку, що Великий вибух таки був, а разом з тим і початок часу. Вони припустили, що Великий вибух, певно, лише особливість моделей Фрідмана, які, зрештою, тільки наближення до реального Всесвіту. Можливо, з усіх моделей, які приблизно відповідали реальному Всесвітові, тільки у Фрідманових виникає сингулярність Великого вибуху. В його моделях галактики прямо віддаляються одна від одної, тож не дивно, що в певний момент часу всі вони були в тому ж самому місці. У реальному Всесвіті, однак, галактики не віддаляються одна від одної точно по прямій, а мають також невеликі бічні швидкості. Тому насправді вони зовсім не мають бути в тому ж самому місці, а лише дуже близько одна до одної. Можливо, що нинішній розширний Всесвіт виник не в сингулярній точці Великого вибуху, а в ранішу фазу стиснення. Коли Всесвіт колапсував, можливо, не всі частинки в ньому зіткнулися, а пролетіли і потім розійшлися в різні сторони, творячи нинішнє розширення Всесвіту, приблизно як у моделях Фрідмана, лише з урахуванням неоднорідностей і випадкових швидкостей галактик у реальному Всесвіті. Вони показали, що такі моделі можуть брати початок з Великого вибуху, навіть якщо вже галактики не завжди рухатимуться прямо одна від одної, але стверджували, що це можливо лише для певних виняткових моделей, де всі галактики рухалися точно належним чином. Вони доводили, що позаяк нескінченно більше, як видавалося, моделей Фрідманового типу без сингулярності Великого вибуху, ніж з нею, то слід зробити висновок, що в дійсності Великого вибуху не було. Пізніше вони, однак, усвідомили, що був набагато ширший клас моделей Фрідманового типу, які мали сингулярності, й у яких галактикам нема необхідності рухатись якось по-особливому. Тому 1970 року вони відмовились від свого твердження.
Праця Лівшица і Халатнікова цінна, бо показала, що Всесвіт міг мати сингулярність, Великий вибух, якщо загальна теорія відносності правильна. Однак вона не розв’язала головного питання: чи передбачає загальна теорія відносності те, що наш Всесвіт повинен був мати Великий вибух і початок часу? Відповідь на це питання 1965 року була отримана завдяки зовсім іншому підходові британського математика і фізика Роджера Пенроуза. Виходячи з поведінки світлових конусів у загальній теорії відносності й того, що гравітація завжди притягальна, він показав, що зоря, колапсуючи під дією свого власного тяжіння, обмежена областю, поверхня якої зрештою стискається до нульового розміру. А що поверхня області стискається до нуля, то те ж саме має відбутися і з об’ємом. Вся речовина зорі буде стиснута до області з нульовим об’ємом, так що густина речовини та кривина простору-часу стануть нескінченні. Іншими словами, виникає сингулярність у певній області простору-часу, відома як чорна діра.
На перший погляд, результат Пенроуза застосовний лише до зір, і не дає ніякої відповіді на питання, чи мав у своєму минулому цілий Всесвіт сингулярність Великого вибуху. Однак на той час, коли Пенроуз запропонував свою теорему, я був аспірантом і відчайдушно шукав якусь проблему, щоб завершити свою дисертацію. Двома роками раніше, лікарі мені поставили діягноз «бічний аміотрофічний склероз», широко відомий як «хвороба Лю Ґеріґа» чи «захворювання рухового нейрона», і дали зрозуміти, що жити мені лишилося рік-два. За цих обставин мені не здавалося, що робота над дисертацією мала великий сенс — я не сподівався прожити так довго. Та два роки проминули, а мій стан не так уже й погіршився. Насправді мої справи йшли доволі добре: я заручився з дуже гарною дівчиною, Джейн Вайлд. Але щоб одружитись, потрібна була робота, а щоб знайти роботу — ступінь доктора з філософії.
У 1965 році я прочитав про теорему Пенроуза, що будь-яке тіло, зазнаючи гравітаційного колапсу, має врешті сформувати сингулярність. Згодом я зрозумів, що якщо в його теоремі змінити напрямок часу на зворотний, так щоб колапс обернувся на розширення, то умови його теореми все ще будуть справедливі, якщо тепер у великих масштабах Всесвіт був би приблизно подібний до Фрідманової моделі. Згідно з теоремою Пенроуза, кінцевим станом будь-якої зорі, що колапсує, повинна бути сингулярність; зміна часу на зворотний вказує на те, що будь-який розширний Всесвіт Фрідманового типу має виникати з сингулярності. З технічних причин теорема Пенроуза потребувала, щоб Всесвіт був нескінченний у просторі. Тож, по суті, я міг використовувати її, щоб довести тільки, що сингулярність повинна існувати, якщо розширення Всесвіту відбувається достатньо швидко, щоб уникнути колапсу знов (адже тільки такі моделі Фрідмана були нескінченні у просторі).
Протягом кількох подальших років я розробив нові математичні методи, щоб вилучити цю та інші технічні умови з теорем, які підтвердили, що сингулярності мають виникати. 1970 року кінцевим результатом стала спільна, моя з Пенроузом, стаття, в якій нарешті доведено, що сингулярність Великого вибуху повинна була існувати, при умові тільки, що загальна теорія відносності правильна і що Всесвіт містить стільки матерії, скільки ми спостерігаємо. Було багато заперечень щодо нашої роботи, почасти з боку росіян через їхню марксистську віру в науковий детермінізм, і частково з боку людей, які сприйняли її так, що загалом ідея сингулярності відворотна і псує красу Айнштайнової теорії. Але насправді ніхто не може сперечатися з математичною теоремою. Так врешті наша робота стала загальновизнаною, і тепер майже всі вважають, що Всесвіт виник з сингулярності Великого вибуху. Може, це дещо іронічно, бо мій погляд змінився і тепер я намагаюся переконати інших фізиків у тому, що насправді не було ніякої сингулярності на початку Всесвіту — як ми побачимо далі, вона може зникнути, після того як врахувати квантові ефекти.
В цьому розділі ми побачили, як усього лише за пів століття змінилося людське уявлення про Всесвіт, сформоване протягом тисячоліть. Габлове відкриття, що Всесвіт розширюється, і усвідомлення незначності нашої власної планети у безмежності простору, були лише початком. З новими експериментальними та теоретичними доказами ставало дедалі очевидніше, що Всесвіт повинен був мати початок у часі, поки 1970-го року Пенроуз і я остаточно цього не довели, базуючись на Айнштайновій загальній теорії відносності. Це доведення показало, що загальна теорія відносності не повна: вона не може сказати нам, як виник Всесвіт, адже передбачає, що всі фізичні теорії, зокрема й вона сама, не виконуються на початку Всесвіту. Однак загальна теорія відносності не претендує бути більш ніж частковою теорією, так що теореми про сингулярність насправді стверджують, що мав бути час у дуже ранньому Всесвіті, коли той був такий малий, що більше не можна було б нехтувати дрібномасштабними ефектами іншої великої теорії XX століття, квантової механіки. Тому на початку 70-х нам довелося в своїх пошуках розуміння Всесвіту перейти від нашої теорії надзвичайно великого до нашої теорії надзвичайно крихітного. Ця теорія, квантова механіка, буде описана далі, перш ніж ми повернемося до зусиль об’єднати дві часткові теорії в єдину квантову теорію гравітації.