1974年底，霍金对黑洞的研究工作表明，如果仅仅运用广义相对论的原理来研究黑洞，那末从方程式的推导中可以得知黑洞的表面面积是不会缩减的。然而，如果把量子力学的规则运用到这些方程式中，那末黑洞的表面面积不仅是会缩减的，而且它将最终消失在大量的辐射之中。在霍金与彭罗斯早期的合作研究中，他们运用广义相对论的原理，从方程式的推导中得出宇宙是一个从密度无限、体积为零的奇点生成的，时间大约在150亿年前。那时，霍金与彭罗斯还没有把量子力学的规则运用到黑洞研究当中去；后来，他们都意识到，需要把量子力学的规则运用到黑洞研究中去。而如果这样的话，他们原先所得出的结论是否会发生变化呢?
回答这个问题并没有那么简单。自从20世纪20年代发生了量子革命以来，物理学家们一直试图把量子理论与相对论结合成一个统一的理论。爱因斯坦本人在他生命的后期一直努力地投身于统一场论的研究，然而遗憾的是，他并没有找到解决问题的办法。当然，一个完整的量子引力论至今为止仍然使数学家们感到为难。霍金把自己置身于这样一个困难的境地，即探讨宇宙始初相对论和量子力学是如何相互联系和相互作用的，并在这个问题的研究上他取得了一些进展。20世纪80年代初，他提出这样一个问题：时间究竟有没有开端?他把量子引力论引进到这个问题的解决上，得到了新的思路和解决问题的办法。
为了更好地理解霍金的思路，我们还需要重新了解一下量子理论。
量子理论创立于20世纪的20年代，其主要代表人物有尼尔斯·玻尔、玻恩、厄尔温·薛定谔、海森堡、普朗克等。量子力学的基本特征可以通过“双孔实验”的演示来说明。在这个实验中，让一束光穿过墙上的两个小孔射到另一边的屏幕上，光在屏幕上的图像是呈明暗条纹排列的。这就是英国科学家托马斯·杨1802年所做的关于研究光波性质的实验，又被称为“杨氏实验”。这个实验之所以能够产生如此结果，是由于当电磁波穿过墙上的每一个孔时会发生互相干扰，当两组波叠加在一起时，就会产生一条亮纹，当两组波互相抵消时就会产生一条暗纹。
从光是波的角度来理解这种光的干扰现象还是比较容易的。如果你在一个水池中人为地造成一些水波，并让这些水波通过屏障上的两个缝隙，你就能够得到同上述实验完全相同的结果。但是，光还不仅仅是一种波，而且还是一种粒子，因而理解在光的运动中波与粒子的行为方式相同是相当困难的。
更为使人惊奇的是，当一束光线从两个孔中穿过时，光纹不是一下子就显示在屏幕上的，而是缓缓地在屏幕上显示出条纹图像的。如果我们现在把一个孔堵住，让这束光只从另一个孔中穿过，这时，屏幕显现的不再是条纹，而是一个亮斑。很明显，光中的电粒子，每次只能穿过一个孔，但当把两个孔都打开，一束光同时穿过两个孔时，我们看到在屏幕上显现的就不是两个亮斑，而是一个条纹。
这就是光的波粒二象性的最典型的实验，它对于说明量子力学的基本特征起着重要的作用。假设光中的一个粒子穿过一个孔到达屏幕时，在屏幕上显示的是一个亮点。然而，一束光是由成千上万个粒子所组成的，当它们同时从两个孔中穿过时，它们便迭加在一起，形成了条纹的图像。这与光作为波穿过两个孔时的情况是一样的。这就好像每一个单个的粒子是同时穿过两个孔的波一样，发生了自我干扰，在屏幕上呈现出一个极微小的点，在条纹图像上寻找到了自己的位置。
另外一个实验也能说明量子力学关于光的性质的描述。这个实验是这样的：我们把一个带有两个孔的屏障后面放上照相底片或光粒子探测器，让光粒子从孔中穿过，从而观察光粒子是从一个孔中通过，还是一分为二地同时从两个孑L中穿过。实验的结果表明，光粒子总是从其中的一个和另外一个孔中通过，而从未一分为二地同时从两个孔中穿过。
由此可见，把光仅仅看作是一种波是错误的。量子力学关于光的描述具有很大的创造性，它认为光既是一种波，同时也是一种粒子。这就使得人们对于光的本质认识前进了一大步，而更重要的是改变了整个物理学发展的方向，是科学上的一次重要革命。
倡导量子革命的著名物理学家尼尔斯·玻尔在评价量子理论时说，如果你还没有对量子理论感到震惊，这说明你还没有理解它。
美国著名物理学家理查德·费曼又进一步发展了量子力学理论，他所采用的方法被称为“历史总和”和“路线积分”的方法。他认为，最重要的不是去了解光的波粒二象性这样奇怪的现象是怎样发生的，而是要想办法找到一组方程式来描述所发生的现象，预测电子、光波和其他事物的运动规律。
费曼说，我们不应当认为，像电子这样的物体是沿着从A到B的单一路线运动的简单粒子，而必须把它看作是从A到B穿过时空沿着所有可能的路线运动的。费曼的方程式对电子运动的每条路线都指定了一个概率，这种概率可以通过量子规则计算出来。
电子运动的这些概率与它们邻近的电子的概率会发生干扰，就像池塘中波纹互相之间会干扰一样。通过把各个电子运动的路线的概率加起来加以计算，可以预测出电子所遵循的真实路线。这就是费曼的“路线积分”的方法。
在大多数情形下，各种概率几乎会完全抵消，最后只剩下几条路线得以明确。靠近原子核运行的电子轨道就会发生这种情形。因为电子的有些路线的概率已经被取消了，电子因而不能任意地运行，它只可以在少数的几条轨道上围绕着原子核运行，这些轨道的概率会由于其他轨道的概率的取消而加强。
霍金大胆地运用“路线积分”的方法来研究宇宙问题，这是具有很大创造性的尝试。“路线积分”的方法本来是量子力学中研究单个电子历史的一种方法，把它用来研究宇宙的历史，需要相当大的胆识和想像力。当然，霍金运用这种方法时，也是从一个问题出发的，即从研究黑洞的奇点人手的。
霍金在考虑这样一个问题：当黑洞蒸发到最后时，将会发生什么情况?霍金对此所作的假设是：黑洞蒸发到最后阶段，黑洞的外层都已经消失，仅仅剩下了裸露的奇点。实际上，在20世纪70年代初期，霍金提出的方程式是用来研究黑洞的，但并没有在此基础上进一步地研究黑洞中的奇点。到了1974年，霍金迈出了可喜的一步，他依据量子理论的测不准原理对黑洞的奇点作了猜测。他当时所作的猜测是，当黑洞蒸发到最后时，它将与奇点一起完全消失。这种猜测显示了霍金深刻的洞察力。
霍金的这一发现轰动一时，他证明了一个由黑洞自身和它的引力场产生粒子的过程，这个过程使黑洞的质量和体积都在减小。
霍金关于这个问题的证明在某些方面与经典物理学理论相左。按照经典物理学理论的理解，当一个黑洞正在形成的时候，这个正在收缩中的恒星其所有过程都开始慢下来，最后达到“冻结”状态，即引力场的每一处都变成恒定的，不随着时间的变化而变化。由于这个场是恒定不变的，因而它不可能产生粒子。但是，如果一个变化的场在黑洞形成期间产生一些粒子，它们随着恒星表面接近引力半径很快就会衰亡。霍金力求证明这种理解是错误的。他认为，这个问题的关键在于黑洞内部的场根本没有冻结。在那里，时间不变是根本不可能的，黑洞内部的一切物质都在运动，向着引力中心下落。在黑洞引力场中，会产生正反粒子对，粒子对当中的一个粒子可能会立即落向引力中心，而另外一个粒子则会飞离黑洞进入太空，同时带走了黑洞的一部分能量和质量。这就出现了黑洞粒子的量子辐射。霍金的计算表明，黑洞发射出像普通物体加热到非常低的温度时那样的辐射，例如从一个像太阳的质量一样的黑洞中，发出的辐射相当于一千万分之一的温度。这个辐射如此之小以至于我们可以忽略它。同时，黑洞所发射的光子的波长等于黑洞的大小，大约是10公里，因而黑洞所造成的能量损失也完全可以忽略。由于宇宙中稀疏的原子和微弱的光子流落到了黑洞之中，因而黑洞中所获得的能量远远大于它的辐射所损失的能量。所以，事实上宇宙中的黑洞并没有在减小，而是在增大。黑洞越大，它的辐射的温度就越低。因此，巨型黑洞的量子辐射是小得可以忽略的。
量子理论的测不准原理被霍金巧妙地运用到宇宙物理学中来解决黑洞问题。根据测不准原理，真空的能量含量具有测不准性，而一些基本量度如长度和时间也具有测不准性。测不准性的程度是由普朗克常数所决定的，这个常数可以提供出普朗克长度和普朗克时间这样的基本“量子”。普朗克长度是极小的长度量度，仅为10。35米，比原子核还小得多。根据量子规则，测量任何量度时，都不可能做到比普朗克长度更准确，而且比它更短的长度概念也失去了意义。因此，当一个蒸发中的黑洞缩减到普朗克长度时，它就再也不能缩减了。如果这个黑洞失去更多的能量，那末它只能是完全消失。普朗克时间是极小的时间量度，仅有10-3秒，没有比它更短的时间量度了。根据量子理论，我们既不可能把黑洞缩减为数学上的一个点，也不可能真正追溯到时间的“始初”时刻。在普朗克长度和普朗克时间这两种情况下，量子力学似乎都排除了使人感到困惑的奇点。也就是说，如果没有比普朗克长度更小体积的物体，那末零体积点和无限密度点的概念就没有什么意义。量子理论同时也告诉我们，在宇宙诞生的时候，尽管黑洞的密度非常之高，但并不是无限的高。如果我们把宇宙的奇点和它的无限性排除掉，就有可能找到一组方程式来描述宇宙的起源或结局。霍金在1975年开始运用量子理论研究黑洞在蒸发的最后阶段所发生的情形。到了1981年，他采用费曼量子力学的“历史总和”的方法，在解释宇宙是如何形成的问题上取得了突破性的进展，他准备在适当的时候公布这一新观点。
在什么地方和在什么时间公布他的新观点，霍金是有所考虑的。当霍金正在寻找时机公布他的新观点时，恰巧基督教会在1981年邀请了当时世界上的一些著名的科学家参加在梵蒂冈举行的大会，讨论宇宙演变的情况。20世纪80年代，教会已经作了较大程度的改革，在接受科学学说方面比在伽利略时代要进步多了。教会认为科学家可以研究宇宙以后所发生的情况，但宇宙被创造这一神圣的时刻，当之无愧地应该归之于上帝。
