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摘要

在第一階段，最早的宇宙是炙熱、充滿活力，那里即使有粒子存在或可能存在，也只是短暫的。根據(jù)目前的科學(xué)理論，我們現(xiàn)在周圍看見的各種不同的力，在這個時候是結(jié)合在一起的統(tǒng)一力。在暴脹時期的無限能量過程中涉及時空本身膨脹。巨大的能量逐漸降溫 －與我們現(xiàn)在在周圍各處看到的溫度相比是不可思議的熱，但力仍能夠經(jīng)由對稱性破缺一個一個的分離出來，從一種力再釋放出另一種力，原本凝聚的力反復(fù)的分離，最終從電弱力分離出強力和第一個顆粒。

 宇宙的歷史 -引力波是假設(shè)來自大統(tǒng)一理論，超光速就在大爆炸之后（2014年3月17日） 。

在第二階段，宇宙進一步冷卻生成夸克-膠子等離子體，當前我們知道的基本力經(jīng)由更多的對稱性破缺逐漸生成，尤其是電弱對稱性破缺－和我們今天看到我們周圍復(fù)雜復(fù)合分子的完整范圍變得可能，導(dǎo)致引力主導(dǎo)的宇宙、第一批的中性原子（～80%是氫）和今天我們檢測到的宇宙微波背景輻射。現(xiàn)代的高能粒子物理理論已經(jīng)能滿足這些能量的水準，所以物理學(xué)家相信對這一部分和后續(xù)再我們周圍發(fā)展的宇宙，基本上已經(jīng)有很好的理解。由于這些變化，在這個階段結(jié)束時，空間對光和電磁能量來說不再是模糊不清，而是已經(jīng)透明了。

在短暫的黑暗之后，第三階段開始，宇宙大尺度的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。目前我們所知的基本粒子和力，如最早的恒星、類星體、星系、星系團和超星系團發(fā)展出來，創(chuàng)造出我們今天看到的宇宙。一些研究著聲稱所有的這些物理結(jié)構(gòu)發(fā)展要超過數(shù)十億年的時間，并稱之為“宇宙演變”。其它的，多個交叉的學(xué)門，研究人員是從大爆炸到人類出現(xiàn)作為整個場景，使"宇宙演變"更趨復(fù)雜。到目前為止，納入生物學(xué)和文化，用更統(tǒng)一與跨領(lǐng)域的觀點看待宇宙，是至今最復(fù)雜的系統(tǒng) 。

對于未來，科學(xué)家預(yù)測大約在10億年后地球?qū)⒉辉倌苤г?0億年后將籠罩在極度膨脹的太陽之下。在更長的時間尺度，當恒星最終步入死亡而少有新的恒星誕生來取代它們。布滿恒星時期將結(jié)束，并通往一個黑暗的宇宙。各種理論建議了一些后續(xù)的可能性：如果粒子，像是質(zhì)子不是穩(wěn)定的，最終可能蒸發(fā)進入更低的能量狀態(tài)，像是一種熱死亡的熵。或者宇宙可能崩潰成為大擠壓，然而目前的資料顯示宇宙擴張的速度還在繼續(xù)增加。如果這是正確的，宇宙最終可能隨著物質(zhì)和能量的日漸稀薄，可能會以"大冰凍"結(jié)束。替代的建議還包括虛真空激變和大撕裂使宇宙結(jié)束。

極早期宇宙

關(guān)于極早期宇宙（天體演化學(xué)）的所有想法都是純理論的推測。目前的加速器還不足以提供足夠的規(guī)模，進行任何實驗來洞察在此能量水準期間的粒子行為，判斷何著占了上風，而研議中的方案完全不同。一些例子是哈特-霍金初始狀態(tài)、弦論地景、宇宙暴脹、弦氣宇宙觀（string gas cosmology）、和火劫宇宙論。其中一些是相容的，但和其它的卻不相容。

普朗克時期

普朗克時期在傳統(tǒng)的大爆炸理論是溫度非常高的時期（不是暴脹），所以四種基本力（電磁力、萬有引力、弱核力、和強核力）還都統(tǒng)合成一種基本力?，F(xiàn)今的物理學(xué)對這種溫度下的物理所知甚少，存在著各種不同的理論。傳統(tǒng)的大爆炸理論建立在廣義相對論下，預(yù)測在此之前是引力奇點；但在量子效應(yīng)下預(yù)測奇點會消失。

在暴脹宇宙學(xué)，在暴脹結(jié)束之前（大約在大爆炸之后10 秒）并不遵守傳統(tǒng)的大爆炸時間線。

大一統(tǒng)時期

當宇宙膨脹和冷卻時，各種力在溫度轉(zhuǎn)換的過程中逐一分離出來。這種相變非常像凝結(jié)和冰凍。大一統(tǒng)時期開始于引力從其它自然力，這些自然力統(tǒng)稱為規(guī)范場力。在這個時期，非引力物理學(xué)所描述的大統(tǒng)一理論（GUT，grand unified theory ）。當大統(tǒng)一理論力分離出強力和電弱力時，大一統(tǒng)時期宣告結(jié)束。

電弱時期

依據(jù)傳統(tǒng)的大爆炸宇宙學(xué)，電弱時期開始于大爆炸之后10 ，當宇宙的溫度夠低時（10 K），強力從電弱力（電磁力和弱相互作用力合在一起的名稱）中分離出來。在暴脹宇宙學(xué)，當暴脹時期開始時，電弱時期結(jié)束，時間大約是10 秒。

暴脹時期

暴脹宇宙是宇宙在一個虛擬的稱為暴脹子下加速膨脹的時期，它的性質(zhì)類似于希格斯玻色子和暗能量。當膨脹速度降低時，會使宇宙的混屯增加，而快速地膨脹會使宇宙更為均質(zhì)。即使宇宙在暴脹之前是高度無序的狀態(tài)，足夠長的暴脹期間可以解釋今天在大尺度上觀測到的高度同質(zhì)性。

暴脹時期于暴脹場在被稱為"再熱"過程中衰變成普通的粒子時結(jié)束，這時宇宙開始一般性的大爆炸彭脹。再熱通常在大爆炸之后的一段時間被引述。這在傳統(tǒng)的宇宙論（非暴脹）是指在大爆炸奇點和宇宙溫度再熱到產(chǎn)生相同溫度的時間，即使在暴脹宇宙論已經(jīng)發(fā)生，但在傳統(tǒng)大爆炸理論并沒有發(fā)生。

依據(jù)最簡單的暴脹模型，暴脹大約在溫度對應(yīng)于時間的10 秒時結(jié)束。如上文的解釋，這并不意味著暴脹時期的持續(xù)少于10 秒。事實上，為了解釋安測到的宇宙均勻性，持續(xù)時間必需長于10 秒。在暴脹宇宙論，"大爆炸之后"最早的意思是暴脹結(jié)束的時間。

在2014年3月17日，BICEP2的天文物理學(xué)家共同宣布在B-模組功率譜檢測到暴脹引力波，這被解釋為宇宙暴脹的明確實驗證據(jù) 。然而，在2014年6月9日，報導(dǎo)確認是發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹證據(jù)的信心降低 。最后，在2015年2月2日，綜合普朗克衛(wèi)星和BICEP2/Keck的資料分析，認為在統(tǒng)計學(xué)上的意義太低，不足以解釋為為原始的B-模組，但可以歸因于在銀河系中極化的灰塵 。

重子生成

目前沒有足夠的觀測證據(jù)來解釋為什么宇宙包含的重子比反重子多。為了解釋這種現(xiàn)象，必須允許在宇宙暴脹結(jié)束后的某一段時間能夠滿足薩哈羅夫條件。雖然粒子物理學(xué)表明在不對稱下能滿足這些條件，但是以經(jīng)驗為根據(jù)的觀測顯示不對稱太小，以致不能滿足宇宙中重子-反重子的不對稱性。

早期宇宙

  宇宙的歷史。

在宇宙暴脹結(jié)束之后，宇宙充滿了夸克-膠子等離子體。從此刻開始，早期宇宙的物理被了解的較多，而猜測的成分減少。

超對稱破缺（推測的）

如果超對稱性是我們宇宙的屬性，那么它在能量低于1TeV的電弱對稱尺度下時就必須被打破。質(zhì)點的質(zhì)量和它的超伴子質(zhì)量不再是相等的，這可以解釋為何從未觀測到任何已知粒子的超伴子。

電弱對稱破缺和夸克時期

由于宇宙的溫度低于非常高的特定高能量水準，它被相信希格斯場會自發(fā)地獲得真空期望值，其中被破壞的電弱規(guī)范對稱性產(chǎn)生了兩個相關(guān)的影響：

弱力和電磁力各自的玻色子（W及Z玻色子和光子）在現(xiàn)今的宇宙中以不同的方式和不同的范圍呈現(xiàn)；

通過希格斯機制，所有的基本粒子通過與希格斯場的相互作用成為質(zhì)量，而在更高水準的能量下沒有質(zhì)量。

在這個時期的結(jié)束，引力、電磁力、強相互作用、和弱相互作用的基本相互作用已經(jīng)呈現(xiàn)出現(xiàn)在的形態(tài)。但是，宇宙的溫度仍然太高，夸克依然不能束縛在一起形成強子。

強子時期

組成宇宙的夸克-膠子等離子體繼續(xù)冷卻，直到重子，包括質(zhì)子和中子的強子可以形成。這個時間大約在大爆炸后1秒鐘，中微子退耦開始可以在太空中自由的穿越。因為中微子的能量非常低，這類似于在那很久以后發(fā)出的宇宙微波背景的宇宙中微子背景迄今未曾被觀測到（見上文關(guān)于夸克-膠子等離子體，與下文的弦論時期）。然而，從大爆炸核合成預(yù)測的氦豐度和宇宙微波背景中的各向異性兩者都是強烈的直接證據(jù)，證明宇宙中微子背景的存在。

輕子時期

在強子時期結(jié)束前，大多數(shù)的強子和反強子互相湮滅，留下輕子和反輕子主導(dǎo)宇宙的質(zhì)量。大約在大爆炸之后10秒鐘，宇宙的溫度降低到新的輕子/反輕子對不再被創(chuàng)造，而大多數(shù)的輕子和反輕子也在湮滅反映中被消除，只留下少量殘余的輕子 。

光子時期

在輕子時期結(jié)束時，大多數(shù)的輕子和反輕子已經(jīng)湮滅之后，宇宙的能量由光子主導(dǎo)。這些光子仍然頻繁的與帶電的質(zhì)子、電子和（最終的）核發(fā)生相互作用，并且持續(xù)到后續(xù)的380,000年。

核合成

宇宙的溫度在光子時期下降至原子核開始可以形成。質(zhì)子（氫原子核）和中子開始進行核聚變結(jié)合成更大的原子核。自由的中子和質(zhì)子形成氘，氘再迅速融合成氦-4。因為宇宙的溫度與密度下降到了核聚變無法繼續(xù)的程度，核合成只持續(xù)了大約17分鐘。這個時候，所有的中子都已經(jīng)納入氦原子核。留下的氫原子核質(zhì)量3倍于氦原子核，和微量的其它的輕原子核。

物質(zhì)主導(dǎo)

在這個時期，非相對論性的物質(zhì)（原子核）與相對論性的輻射（光子）在密度上是相等的。金斯長度，所確定可以形成的最小結(jié)構(gòu)（由于引力和壓力之間競爭的影響），的數(shù)值開始下降并且擾動，但不是被自由流輻射消滅，而是在振幅上可以增長。

根據(jù)ΛCDM，冷暗物質(zhì)在這個階段占主導(dǎo)地位，鋪平了引力坍縮來放大宇宙暴脹留下的微小不均勻性，使稠密的地方更稠密，稀薄的地方更稀薄。然而，因為目前的理論對暗物質(zhì)的本質(zhì)均未確定，它起源于更早的何時期也沒有共識，只被視為現(xiàn)存的重子物質(zhì)。

復(fù)合

  用WMAP九年的資料（2012年），以我們的角度看宇宙微波背景輻射在整個宇宙的變化，實際變化會比圖中顯示得更為平順

氫和氦 原子開始形成時，宇宙的密度繼續(xù)降低。這一次被認為是發(fā)生在大爆炸之后的377,000年 。氫和氦開始時是在電離狀態(tài)，也就是沒有電子被束縛在原子核（帶有正電荷的質(zhì)子），因此別帶有電核（分別是 +1和 +2）。當宇宙的溫度持續(xù)冷卻，電子被離子捕獲，形成中性原子。這個過程相對來說是快速的（氦核比氫核快），被稱為復(fù)合 。在復(fù)合結(jié)束后，宇宙中大部分的質(zhì)子成為捆綁成為中性原子。因此，光子有效的平均自由路徑幾乎成為無限，光子現(xiàn)在可以在宇宙中通行無阻（請參閱湯姆孫散射）：宇宙變得透明。這個宇宙事件通常被稱為 退耦 。

出現(xiàn)在退耦時間的光子與我們在宇宙微波背景輻射（CMB），經(jīng)過宇宙膨脹大幅冷卻之后的光子，是相同的光子。在相同的時間，存在于電子-重子等離子體內(nèi)的壓力波－ 稱為重子聲學(xué)振蕩 － 當物質(zhì)凝結(jié)時它被嵌入內(nèi)部分布著，引起略為傾向于大型物件的分配。因此，宇宙微波背景輻射圖片中包括的微小波動是在暴脹期間結(jié)束時生成的（看圖），在宇宙中展開的物件，像是星系，規(guī)模的相對值，隨著整個宇宙發(fā)展的大小和時間推移 。

適居時期

生命的化學(xué)可能在大爆炸之后不久就開始了，138億年前，適居時代的宇宙年齡只有1000至1700萬年 。

黑暗時期

在退耦發(fā)生之前，宇宙中多數(shù)的光子都與電子和質(zhì)子在光子-重子液中進行相互作用，其結(jié)果是宇宙是不透明或“大霧”。雖然有光，但不能通過望遠鏡看見。在宇宙中的重子物質(zhì)包括電離的等離子體，只有當它獲得自由電子“復(fù)合”成中性，這才釋放出光子創(chuàng)造了宇宙微波背景輻射（CMB）。當光子被釋放（或退耦時），宇宙就變得透明。此時，唯一的輻射是中性氫的電子自旋釋出的21公分氫線。這是目前低頻電波陣列（LOFAR，Low-Frequency Array for Radio astronomy）努力進行檢測的微弱輻射，原則上這會是一種更強大的工具，能研究比微波背景輻射更早期的宇宙。目前認為黑暗時期從大爆炸之后的1億5000萬年持續(xù)到8億年。在2010年10月發(fā)現(xiàn)的UDFy-38135539是第一個被發(fā)現(xiàn)存在于再電離時期的星系，給了我們這個時期的視窗。觀測到這個目前所知最早和最遙遠星系的是荷蘭萊頓大學(xué)的Richard J. Bouwens和Garth D. Illingsworth從UC天文臺/利克天文臺的紀錄中篩選出來的。他們發(fā)現(xiàn)UDFj-39546284這個星系出現(xiàn)在在大爆炸之后4億8000萬年，距離是132億光年，貫穿了宇宙的黑暗時期。最近發(fā)現(xiàn)的星系，UDFj-39546284，出現(xiàn)在大爆炸之后3億8000萬年，距離是133.7億光年 。

結(jié)構(gòu)形成

 哈勃超深空再次展現(xiàn)布滿星的遠古時代，告訴我們遠古的星系是什么樣子。

  哈勃的另一張影像，顯示嬰兒星系形成的附近，這意味著在宇宙學(xué)的時間尺度上經(jīng)常發(fā)生。這顯示宇宙中新星系的形成仍在發(fā)生

大爆炸模型中的結(jié)構(gòu)顯示出層級的進行，小的結(jié)構(gòu)比大的結(jié)構(gòu)先形成。早期的活躍星系、第三星族星和類星體是最先形成的結(jié)構(gòu)，而類星體被認為是最明亮的。在這個時期之前，宇宙的演化可以透過線性宇宙的攝動理論來理解：那就是，所有的結(jié)構(gòu)都可以被理解為完美、均勻宇宙中的小偏離；這是可計算和相對容易學(xué)習(xí)的。從這一點上，非線性結(jié)構(gòu)開始習(xí)形成，在計算問題上變得較為困難，例如，涉及數(shù)十億粒子的多體類比。

再電離

最初的恒星和類星體在引力坍縮下形成。它們發(fā)出強烈的輻射使周圍的宇宙再電離。從這一點，宇宙大部分的成分是等離子體。

恒星形成

第一批恒星，最有可能是第三星族星，是大爆炸之后將輕的元素（氫、氦和鋰）形成更重元素的過程。然而，目前尚未觀測到第三星族的恒星，但是了解它們是目前模型的形成和演化的計算基礎(chǔ)。幸運的是，宇宙微波背景輻射的觀測可以應(yīng)用到恒星真正開始形成的日期。根據(jù)2015年2月BBC的新聞報導(dǎo)，歐洲空間局普朗克望遠鏡的資料分析，總結(jié)第一代恒星在大爆炸之后約5億6000萬年開始照耀 。

星系形成

大量的物質(zhì)坍縮形成星系。在這個過程的初期形成第二星族星，第一星族星在這之后才形成。

Johannes Schedler的專案確認了類星體CFHQS 1641+3755的距離是127億光年之遙 ，當時的宇宙年齡只有現(xiàn)在7%。

在2007年7月11日，巴塞迪納加州理學(xué)院的Richard Ellis和他的團隊使用毛納基山的10米凱克望遠鏡發(fā)現(xiàn)6個形成中的星系，距離大約132億光年，它們大 約是在宇宙只有5億年時創(chuàng)造出來的 ，目前所知的非常早期的天體大約只有10個 。更多最近的觀測顯示這些年齡要比以前估計的更短，2013年10月曾經(jīng)報導(dǎo)觀測到最遠的星系距離是131億光年 。

哈勃超深空顯示有大量的小星系合并成大星系，在130億光年，當時宇宙的年齡只有現(xiàn)在的5% 。This age estimate is now believed to be slightly shorter.

建立在新興的核紀年法科學(xué)，估計銀河系的薄盤形成于88±17億年前 。

星系群、星系團、超星系團的形成

星系的引力彼此拉扯形成星系群、星系團、和超星系團。

太陽系的形成

太陽系大約于46億年前，或在大爆炸之后90億年開始形成。由氫和其它微量元素構(gòu)成的分子云的一個片段開始崩塌，形形以太陽為中心的大球體和其周圍的盤面。周圍的吸積盤凝聚形成行星，眾多的小行星、彗星等更小的天體。太陽是晚期形成的恒星，包含與使用了前幾代恒星產(chǎn)生的物質(zhì)。

現(xiàn)在

估計大爆炸發(fā)生在138億年前 。由于宇宙的膨脹似乎正在加速，它的大尺度結(jié)構(gòu)可能是存在于宇宙中最大的結(jié)構(gòu)。目前的加速膨脹阻止了任何更大的結(jié)構(gòu)進入膨脹的視界（范圍），并阻止新的受到引力約束的結(jié)構(gòu)形成。

宇宙的最終命運

如同解釋非常早期的宇宙發(fā)生了什么事，基本物理學(xué)必須在確定任何可能的宇宙最終命運之前有所進展。下面是一些主要的可能性：

太陽系的命運：1至50億年

  我們太陽現(xiàn)在的大?。ㄒ姴鍒D）相較于未來成為紅巨星時估計的大小。

在超過10億年的時間尺度上，地球和太陽系會不再穩(wěn)定。預(yù)測地球現(xiàn)有的生物圈大約在10億年后會消失，隨著太陽的熱能逐漸增加至某一個點，液態(tài)水和生命存在的可能性不大 ；地球的磁場、軸向傾斜和大氣受到長期的變化；和太陽系本身超過百萬年和十億年尺度的的混沌 。最終，在從現(xiàn)在開始的54億年左右，太陽的核心將熱得足以在它周圍的外殼觸發(fā)氫聚變反應(yīng) 。這將導(dǎo)致恒星的外層急遽膨脹，恒星將進入被稱為紅巨星的另一個階段 。在75億年內(nèi)，太陽的半徑將膨脹至1.2天文單位 －目前大小的256倍，并且在2008年的研究還宣稱，由于地球和太陽之間的的潮汐相互作用，地球?qū)⒙淙敫偷能壍?。盡管太陽已經(jīng)失去38%的質(zhì)量，在太陽達到其最大之前，地球會被吞沒入太陽的內(nèi)部 。太陽本身將繼續(xù)存在數(shù)十億年，經(jīng)過數(shù)個階段，在最后結(jié)局成為長壽的白矮星。最終，再經(jīng)過數(shù)十億年，太陽將完全停止閃耀，成為黑矮星 。

大撕裂：從現(xiàn)在起超過200億年以后

這種情況只有在暗能量的密度隨著時間推移無限制的增加下才有可能。這種暗能量有別于任何已知種類的能量，被稱為幻影能量。在這種情況下，宇宙的膨脹率將無限制的增加。引力約束下的系統(tǒng)，像是星系團、星系，最后連太陽系都會被撕裂。最終，將克服電磁力，使原子和分子都會一起迅速擴大。最后將撕裂原子核，而我們所知道的宇宙也將以一種不尋常的引力奇點結(jié)束。屆時，宇宙將膨脹至無窮大，因此任何和所有將物體聚集在一起（無論如何接近）的力量總合（無論質(zhì)量有多大）都無法克服擴張的膨脹率，任何物體都將完全被撕裂。

大擠壓：從現(xiàn)在起超過1000億年以后

如果暗能量的能量密度是負值，或宇宙是封閉的，宇宙的膨脹可能會逆轉(zhuǎn)，宇宙會收縮轉(zhuǎn)為炙熱的密集狀態(tài)。對振蕩宇宙的場景，像是循環(huán)模型，這是一個必須的元素；雖然大擠壓并不一定意味著振蕩的宇宙。目前的觀測顯示這種模式可能是不正確的，因為宇宙不只還在膨脹，甚至還在加速中。

大冰凍：從現(xiàn)在起超過10 億年以后

一般認為這種情況是最有可能的，它的發(fā)生是以宇宙再繼續(xù)膨脹為依據(jù)。在時間10 年或更短的尺度上，現(xiàn)有恒星的核燃料都將消耗殆盡，恒星停止創(chuàng)建，宇宙將是一片漆黑 。在比這個時代之后更長的時間尺度上，星系會像恒星殘骸的組成一樣，蒸發(fā)逃逸入太空，黑洞也會通過霍金輻射蒸發(fā) 。在一些大統(tǒng)一理論，質(zhì)子衰變至少要10 年，剩下的星際氣體和恒星殘留物將轉(zhuǎn)換成為光子和輕子（例如電子和正電子），一些電子和正電子將重組成為光子 。在這種情況下，宇宙已經(jīng)達到高熵狀態(tài)，沐浴在低能量的輻射和粒子間。不過不知道最終是否將達到熱力學(xué)平衡 。

熱寂：從現(xiàn)在起10 年

估計在10 年，熱寂是宇宙最可能的最后狀態(tài)，它已經(jīng)“運轉(zhuǎn)”到?jīng)]有熱力學(xué)的自由能量來維持運動或活動狀態(tài)。在物理學(xué)術(shù)語中，它的熵已經(jīng)達到最大（正因為如此，“熵”經(jīng)常與熱寂混淆，在這點上，熵被標志為殺害宇宙的力量）。熱寂的假說源于19世紀50年代的思想家威廉·湯姆孫（開爾文勛爵） 。 他從熱力學(xué)機械能量自然損失的看法推測出這個理論，以熱力學(xué)最基礎(chǔ)的兩個定律來具體的運作宇宙。

真空準穩(wěn)度事件

如果我們的宇宙是在一個非常長壽的假真空，它可能只是隧穿進入較低能量狀態(tài)的一小部分（參見氣泡成核）。如果發(fā)生這種狀況，所有的結(jié)構(gòu)將在瞬間內(nèi)摧毀，并且該區(qū)域?qū)⒁越咏馑贁U大，在沒有任何預(yù)先的警告下就造成毀滅性的破壞。

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