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大爆炸理論測算出宇宙的年齡是137±2億年,這一計算是通過對Ia型超新星的觀測,對宇宙背景輻射強度的測量,以及對星系相關函數的測量得出的。這三個獨立測算所得到的結果一致,從而被認為是所謂更詳細描述宇宙中星系性質的Lambda-CDM model的有力證據。早期的宇宙充滿了同源同性的物質,其溫度、壓強、能量都極高。隨著膨脹和冷卻,宇宙物質經歷了相變,這種相變與蒸氣冷卻時的凝結過程和水的凝固過程相似,不同之處在於前者發生在更基本的粒子層面上。
普朗克時期之後大約10 − 35秒,相轉變引起宇宙產生指數級增長,稱為暴脹。之後暴脹停止,此時宇宙的物質形式是夸克-膠子電漿體,這些物質的運動都符合相對論。宇宙繼續在空間上膨脹,溫度繼續下降。在某一溫度下,一種至今未知的所謂重子相變的相變產生,夸克和膠子組成重子,就是質子和中子,同時還在物質和反物質之間產生了不對稱性,這種不對稱性已經被實驗證實。隨著溫度進一步降低,更多無對稱的相變發生,形成了現在的基本粒子和基本相互作用。之後,一些質子和中子結合,組成氘和氦的原子核,這個過程叫做大霹靂核合成。隨著宇宙的冷卻,靜止質量的能量密度以引力形式存在,並超過輻射形式的能量密度。在大約30萬年之後,電子和原子核結合成為原子(主要是氫原子),而物質通過脫耦發出輻射並在宇宙空間中相對自由的傳播,這就是今天的宇宙微波背景輻射。
隨著時間的前進,在幾乎是均勻分佈的物質空間中,密度稍微大一點兒的區域通過引力作用吸引附近的物質,從而變得密度更大,並形成今天的氣體雲、恆星、星系和其他天文學觀測到的結構。具體過程決定於宇宙物質的形式和數量,其中形式可能有三種:冷暗物質、熱暗物質和重子物質。
宇宙的歷史
現代物理宇宙學一般認為宇宙起源於大爆炸,即約137億(±1%)年前由一個密度極大,溫度極高的狀態膨脹而來。對於大爆炸以前的宇宙,目前只有一些猜測性的理論。對於大爆炸以後的 宇宙,則可以用較成熟的理論加以描述。一種典型的理論是,
10-43秒:宇宙從量子背景出現。
10-35秒:宇宙由夸克-膠子電漿體構成,強相互作用、引力與電磁相互作用/弱相互作用分開。
10-5秒:電子形成,宇宙主要包括光子、電子和中微子,溫度約1000億度。
10秒:質子和中子結合成氘氦等原子核,溫度30億度。
35分鐘:形成原子核的過程(核合成,nucleosynthesis)停止,溫度3億度。
30萬年:電子和原子核結合成為原子。物質和輻射脫耦,大爆炸輻射的殘餘成為今天的3K微波背景輻射。
4億年:第一批恆星形成。
20億年:星系形成。
50億年:太陽系形成。
目前宇宙還在繼續膨脹之中,這在觀測上為哈伯定律所概括。