宇宙是否有開端？時間在宇宙開端之前是否存在？
哲學家康德曾提出宇宙是否有開端的「二律背反」，認為宇宙有開端和無開端都有看似合理的論證。他認為若宇宙沒有開端，那麼在任何事件發生前都會有無窮的時間，這很荒謬；而若宇宙有開端，那麼在其之前也必然有無窮的時間，為何宇宙會在某個特定的時間點開始？然而，聖奧古斯丁指出，時間本身是宇宙的一個屬性，由上帝創造，因此在宇宙開端之前時間並不存在。如同「上帝在創造宇宙之前做什麼？」這個問題，奧古斯丁的回答是時間是宇宙的一部分，在宇宙被創造之前，時間沒有意義。
科學定律是否能完全解釋宇宙的初始狀態？
有些人認為宇宙的初始狀態是形而上學或宗教的範疇，例如上帝有全能的力量可以隨意創造宇宙的初始狀態。然而，既然宇宙後來的演化遵循著一定的科學定律，那麼推測也存在著支配初始狀態的定律是合理的。目前的科學研究傾向於將複雜的問題分解成多個部分，建立「局部理論」來描述和預測有限範圍的觀測現象，忽略或簡化其他因素的影響。雖然這種方法可能並不完美，但它是我們過去取得科學進展的主要方式，例如牛頓的萬有引力理論就只依賴物體的質量來計算引力，而無需了解物體的具體構成。
亞里斯多德的宇宙觀和伽利略的實驗方法有何不同？
亞里斯多德認為可以通過純粹的思考來推導出支配宇宙的所有定律，不需要通過觀察驗證。與之相反，伽利略強調通過實驗觀察來檢驗理論。據說伽利略曾在比薩斜塔進行實驗，證明不同重量的物體以相同的速度下落，駁斥了亞里斯多德的觀點。雖然這個故事可能不真實，但伽利略確實進行了類似的實驗，例如讓不同重量的球滾下光滑的斜坡，觀察到它們的加速率是相同的，這證明了實驗驗證在科學研究中的重要性。
牛頓的運動定律和萬有引力定律的核心內容是什麼？
牛頓提出了三條運動定律和萬有引力定律。第一定律指出，除非受到外力作用，否則物體會保持靜止或勻速直線運動。第二定律指出，物體的加速度與其所受的合力成正比，與其質量成反比（F=ma）。第三定律指出，作用力和反作用力大小相等，方向相反。萬有引力定律指出，任何兩個物體之間都存在引力，引力的大小與它們的質量乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。這些定律成功地解釋了地球、月球和行星的運行軌跡。
愛因斯坦的相對論對我們理解空間和時間帶來了哪些根本性的改變？
愛因斯坦的相對論（包括狹義相對論和廣義相對論）徹底改變了我們對空間和時間的理解。狹義相對論指出，光速在所有慣性參考系中都是恆定的，這導致時間和空間不再是絕對的，而是相對的，會隨著觀察者的相對運動而變化。廣義相對論則進一步指出，引力不是一種力，而是空間和時間的彎曲，這種彎曲是由物體的質量和能量造成的。物體在彎曲的時空中沿著最短的路徑（測地線）運動，這就解釋了引力的作用。相對論將空間和時間結合成為一個四維的「時空」整體。
紅移現象如何幫助我們了解宇宙的膨脹？
當天文學家觀察其他星系的光譜時，發現其光譜中的特徵吸收線相對於地球上的相同元素光譜向紅色方向移動，這種現象稱為紅移。根據都卜勒效應，這表明這些星系正在遠離我們而去。紅移的量越大，星系遠離我們的速度就越快。哈伯的觀測進一步發現，星系遠離我們的速度與它們的距離成正比。這些觀測結果強有力地支持了宇宙正在膨脹的觀點。
量子力學的核心原理及其對科學的決定論觀念的影響是什麼？
量子力學是建立在普朗克的量子假說和海森堡的不確定性原理基礎上的。普朗克的量子假說認為，能量（包括光）是以不連續的「量子」形式發射或吸收的。海森堡的不確定性原理指出，我們無法同時精確地測量一個粒子的位置和速度；測量其中一個量的精度越高，另一個量的精度就越低。量子力學認為，微觀粒子同時具有波的性質和粒子的性質（波粒二象性），它們的行為只能用機率來描述，而不再是經典物理學中嚴格的決定論。這意味著我們無法完全預測一個粒子的未來行為，從而動搖了傳統的科學決定論觀念。
黑洞是如何形成的？它們有哪些基本特性？
黑洞是宇宙中引力極強的區域，任何物質，甚至光都無法逃脫其引力束縛。黑洞通常是由大質量恆星在燃料耗盡後，由於自身引力坍縮形成的。當恆星的質量超過錢德拉塞卡極限時，即使電子或中子之間的斥力也無法阻止其進一步坍縮，最終形成一個奇點，周圍被事件視界包圍。事件視界是黑洞的邊界，一旦進入這個邊界，就無法再逃脫。根據「無毛定理」，非旋轉黑洞的特性只由其質量決定，而旋轉黑洞的特性則由其質量和角動量（旋轉速率）決定。黑洞會吸收周圍的物質和輻射，導致其質量增加。然而，霍金的研究表明，黑洞也會發射熱輻射（霍金輻射），其溫度與黑洞的質量成反比。