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宇宙史講述了宇宙萬物在138億年中如何演化的故事。多虧了人類的智慧，我們已經(jīng)知道這個故事的長度，還有每一章節(jié)的標(biāo)題，甚至還有除了最早篇章之外所有章節(jié)的細節(jié)。故事是這樣的……

翻譯 | 蔣云、陳維 （紫金山天文臺）

節(jié)選 |《BBC宇宙三部曲·宇宙起源》（蘇科社）

大爆炸的故事可以分成若干個確定的時期。隨著宇宙膨脹和冷卻，在物理學(xué)家稱之為“相變”的一系列事件中，支配宇宙最初時刻的高溫物理定律讓位給了低溫物理定律。

量子不確定性使宇宙之初以空間、時間和能量的超致密混合形式而存在。

受量子物理定律支配，空間和時間以模糊的實體存在。自然界的四種基本力——引力、強核力（或稱強相互作用力）和弱核力（或稱弱相互作用力）和電磁力，作為一個統(tǒng)一的超力（Superforce）存在。在普朗克時期（以量子物理學(xué)家馬克斯·普朗克的名字命名）結(jié)束時，發(fā)生了第一次宇宙相變 ：引力從超力中分離出來，成為一個獨特的實體，從此出現(xiàn)了空間和時間。物理學(xué)家們對普朗克時期的宇宙知之甚少，仍在尋找一個大統(tǒng)一理論，因為還沒有任何物理理論能夠描述宇宙在這段時間內(nèi)經(jīng)歷的事情。

宇宙經(jīng)歷了第二次宇宙相變。強核力現(xiàn)在從大統(tǒng)一力中分離出來，只有電磁力和弱核力仍然束縛在一起，合稱為弱電力。這種相變被認(rèn)為導(dǎo)致了暴脹，也就是空間的超速膨脹，這阻止了胚胎宇宙的重新坍縮，并最終形成了星系。

暴脹的相變期結(jié)束了，驅(qū)動暴脹的能量被轉(zhuǎn)移到彌漫在宇宙中的大量希格斯粒子上。現(xiàn)在，這些粒子中有許多仍在衰減，并隨著輻射釋放出能量。由于前期的迅速暴脹使宇宙大幅降溫，這種能量釋放相當(dāng)于給宇宙再加熱。重新加熱后不久，量子過程使輻射本身自發(fā)衰變?yōu)槲镔|(zhì)和反物質(zhì)的亞原子粒子。這些粒子和反粒子中的大多數(shù)只是簡單地重新組合和湮滅，重新變回輻射狀態(tài)。然而，物理定律中一個小的不平衡產(chǎn)生的物質(zhì)略多于反物質(zhì)，每10億個反物質(zhì)粒子對應(yīng)著10億個物質(zhì)粒子再多加1個物質(zhì)粒子。因此，這個過程結(jié)束后，只剩下少量的物質(zhì)，這些物質(zhì)構(gòu)成了宇宙的組成部分。

電磁力和弱核力最終分道揚鑣。四種自然力——引力、電磁力、強核力和弱核力，現(xiàn)在都作為不同的實體單獨存在。

夸克是在暴脹后不久形成的粒子，現(xiàn)在聚集在一起形成我們更為熟悉的質(zhì)子和中子，而質(zhì)子和中子是構(gòu)成原子核的基本元素。

大爆炸火球的溫度下降到足以讓質(zhì)子和中子結(jié)合在一起而不會被輻射再次撕裂。此時，形成了最輕的化學(xué)元素氫、氦和少量鋰的原子核。

現(xiàn)在溫度足夠低，原子核在最初的100秒內(nèi)產(chǎn)生，捕獲電子后形成第一個完整的原子。在此之前，電子一直在不停地散射輻射。但是當(dāng)所有的電子都突然被束縛在原子中，這個過程就停止了。這就是為什么宇宙歷史上的這一時期有時被稱為“最后的散射”。輻射隨后在毫無阻礙的空間中自由流動。如今射電天文學(xué)家把這種輻射看作是宇宙微波背景，它相當(dāng)于一種保存完好的宇宙誕生 50 萬年后的化石遺跡。

大爆炸后50萬年到10億年之間，宇宙處于所謂的黑暗時期。輻射能量已經(jīng)下降到肉眼可見的程度以下，而物質(zhì)還沒有凝聚成恒星和星系。在一個假想的旁觀者看來，此時的宇宙是一片荒涼、黑暗和空曠之地。然而，大約10億年之后，在引力的作用下產(chǎn)生了第一代恒星和星系。宇宙誕生后 950 萬年時產(chǎn)生的第一縷“光”從此真正亮了起來，就像一幅在黎明前醒來的城市鳥瞰圖。起初出現(xiàn)了一些微弱的閃光，慢慢地，其他的星光也如同涓涓細流匯成洪水一般逐漸出現(xiàn)了，然后整個宇宙在一瞬間被耀眼的星光照亮了。

在大爆炸發(fā)生大約 10億年后，宇宙冷卻到足夠開始形成星系的溫度。這些星系形狀各異，大小不一。這里顯示的 是 一 個 名 為 NGC 4603 的旋渦星系，它位于 1.08 億光年之外的半人馬座。

宇宙仍處于所謂的恒星紀(jì)元（stelliferous era），即恒星時代，也稱為光明時代，這一時期將在未來的10萬億年里繼續(xù)存在。