在138億年前的宇宙創生之初,不但沒有時間,而且就連空間以及空間中的物質、能量都沒有。根據廣義相對論的推測,宇宙最開始只是一個奇點,它擁有無限高的溫度和密度,無限小的體積。

  奇點也存在於黑洞的內部,包括最近剛剛直接發現的M87星系黑洞。在黑洞的中心,奇點似乎是穩定的。然而,在最初的宇宙中,由於量子漲落,奇點並不穩定,它在大爆炸中創生出時間、空間和能量,宇宙開始形成並演化。

  宇宙誕生的一瞬間,物質並不存在,那時的宇宙就像一個由純能量組成的“原始湯”,包含形成各種粒子所需的全部成分。在宇宙經歷極短時間的暴脹之後,夸克、輕子、膠子、希格斯玻色子等一系列基本粒子就從純能量中創造出來。

  在宇宙誕生幾分鐘之後,隨着宇宙的快速膨脹和冷卻,最早出現的基本粒子開始結合在一起形成其他複合粒子,如質子和中子。質子即爲氫原子核,質子和中子又會結合在一起形成氦原子核,同時還有極少量的氘、鋰、鈹原子核。氫原子核和氦原子核的質量比爲3:1。由於宇宙的溫度和密度迅速下降,更多更重的原子核來不及形成,氫和氦就構成了宇宙的物質基礎。

  在宇宙形成之後的一段時間裏,由於光子與帶電粒子的耦合作用,宇宙是不透光的,所以我們無法通過光學手段來窺探宇宙最初時刻的景象。直到宇宙經歷38萬年的膨脹和冷卻之後,脫耦的光子可以在空間中自由傳播,宇宙才變得透光,這就是我們通過光學手段所能觀測到的最早宇宙景象。

  這些最古老的光子如今還在整個宇宙中游蕩,各個方向的分佈都非常均勻,它們被稱爲宇宙微波背景輻射。由於空間膨脹拉長了最初光子的波長,這些光已經成了肉眼無法看見的微波。各向同性的宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸理論最有力的證據之一。

  經過大約1億年的演化,宇宙的溫度開始適合恆星的形成。氫、氦氣體雲在引力作用下形成了質量巨大的第一代恆星,它們的核聚變反應可以產生各種重元素。並且在第一代恆星的短暫一生結束之時,劇烈的超新星爆發不但可以進一步合成更重的元素,而且還能把重元素拋射到的宇宙中,成爲下一代恆星的原料。

  雖然恆星合成了重元素,但與氫和氦相比,重元素的比例非常低。經過138億年後,如今宇宙中99%的物質(不包括暗物質)仍然是由氫和氦組成,並且它們的質量比還是差不多3:1,這也能作爲宇宙大爆炸理論的有力證據之一。

  在第一代恆星出現之後不久,星系開始形成,其中也包括我們的銀河系。如果我們現在觀測最爲遙遠的宇宙,可以看到早期宇宙的星系都是一些尚在發育的星系,這也能支持宇宙大爆炸理論。

  隨着時間的推移,宇宙繼續膨脹和演化,最終出現了包括人類在內的地球生命。人類通過觀測宇宙中的星系發現,宇宙空間正在擴張,這是宇宙大爆炸理論第一個重要的證據。這也讓愛因斯坦懊悔不應該在引力場方程中加入宇宙常數,以維持宇宙的穩定狀態。

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