当我们观察今天的宇宙时，我们看到各个方向、各个地区都充满了恒星和星系。然而，宇宙并不是静止的。遥远的星系被束缚在一起，成群成团，这些星系群和星系团在不断膨胀的宇宙中加速远离彼此。随着空间膨胀，宇宙不仅会变得更稀疏，而且会更冷，因为当光子在太空中穿行时，会逐渐向能量更低的波段红移。
但这意味着，如果我们回顾过去，宇宙不仅更致密，而且更热。如果我们回到最初的时刻，到宇宙大爆炸的第一个瞬间，那时候宇宙是绝对最热的。下面来看看当时的情况。
在今天的宇宙中，粒子遵守一定的物理规则。它们中的绝大多数都有静质量，与粒子固有的内能相对应。它们可以是物质（费米子），反物质（反费米子），也可以都不是（玻色子）。有些粒子是无静质量的，比如光子和胶子，这就要求它们以光速运动。
当相应的物质/反物质对相互碰撞时，它们会自发地湮灭，通常产生两个无质量的光子。当用足够大的能量将任何两个粒子一起完全粉碎时，就有可能自发地创造出新的物质/反物质粒子对。只要有足够的能量，根据爱因斯坦的质能关系E=mc^2，能量可以转化为物质，反之亦然。
但在早期宇宙中，情况有所不同。在宇宙大爆炸最早期阶段具有极高能量时，标准模型中的每一个粒子都是无质量的。希格斯粒子的对称性破缺会赋予粒子质量，但在早期极高的温度下，希格斯粒子的对称性会完全恢复。那时温度太高了，不只无法形成原子以及束缚原子核，甚至单个质子和中子也不可能形成。那时的宇宙是一个炽热、密集的等离子体，里面充满了所有可以存在的粒子和反粒子。
那时能量极其之高，以至于最飘忽不定的粒子和反粒子，中微子和反中微子，也比其他任何时候更频繁地撞击其他粒子。每一个粒子每微秒就会撞击彼此上万亿次，所有粒子都以光速运动。
除了我们所知道的粒子之外，还有可能存在我们今天不知道的额外粒子（和反粒子）。那时宇宙比我们在地球上看到的任何东西都要热，能量都要高，比最高能宇宙射线高百万倍，比大型强子对撞机（LHC）的能量强上万亿倍。理论上，那时的宇宙中产生的其他粒子包括超对称粒子、大统一理论预测的粒子、通过大的或扭曲的额外维度可接触的粒子、构成我们现在认为最基本的粒子的更小粒子、重的右旋中微子、各种各样的暗物质候选粒子。
值得注意的是，尽管有这些难以置信的能量和密度，但还是有极限的。宇宙从来都不是任意炽热和密集的，我们有观察到的证据来证明。如今，我们可以观察宇宙微波背景，即宇宙大爆炸遗留下来的辐射辉光。虽然它在各向各处都是均匀的2.725 K（-270.425 ℃）黑体辐射，不过还是有微小的波动：几十或几百个微开尔文的波动。因为有了普朗克卫星，我们已经把宇宙微波背景绘制得非常精确，角分辨率低至0.07度。
这些波动的范围和量级告诉我们，在宇宙大爆炸最早期、最热的阶段，宇宙所能达到的最高温度有一个上限。在物理学中，所有可能的最高能量都在普朗克尺度上，也就是10^19 GeV，1GeV是加速一个电子到10亿伏电势所需要的能量。超过这些能量，物理定律不再有意义。
但是考虑到宇宙微波背景的波动图，我们可以知道宇宙从未达到过这些温度。我们宇宙所能达到的最高温度，就像宇宙微波背景的波动所显示的那样，只有10^16 GeV，或者比普朗克尺度小1000倍。换句话说，宇宙有一个所能达到的最高温度，而且比普朗克尺度要低得多。这些波动不仅告诉我们热大爆炸所达到的最高温度，还告诉我们宇宙从什么样的种子成长到今天所拥有的宇宙结构。
冷点寒冷是因为光需要从稍大一些的引力势中爬出，它对应着一个比平均密度大的区域。相应地，热点来自低于平均密度的地区。随着时间推移，这些冷点将会成长为星系、星系群和星系团，并将促进形成巨大的宇宙网。另一方面，热点将会把它们的物质释放到密度更大的区域，在数十亿年的时间里成为巨大的宇宙空洞。宇宙结构的种子来自大爆炸的最早、最热的阶段。
更重要的是，一旦达到了早期宇宙所能达到的最大温度，它就会立即开始直线下降。就像当我们用热空气填满气球时它会膨胀，因为分子有很多能量，并对抗气球壁向外推，当用热粒子，反粒子和辐射填充宇宙时，宇宙结构就会膨胀。
当宇宙膨胀时，它也会冷却。由于辐射的能量与它的波长成反比，随着空间结构的拉伸，波长也会拉伸，辐射的能量也会变得越来越低。较低的能量对应较低的温度，因此，随着时间推移，宇宙不仅密度更小，而且温度也降低了。
在热大爆炸刚开始，宇宙到达了它最炽热、最致密的状态，并且充满了物质、反物质和辐射。宇宙几乎是完全均匀的，但还是有1/30000的非均匀性，这种不完美告诉我们它能达到多热的程度，同时也提供了宇宙的大规模结构从中生长起来的种子。此后，宇宙立即开始膨胀和冷却，变得不那么热，不那么致密，使得制造任何需要大量能量的东西变得更加困难。E=mc^2这个定律意味着没有足够的能量，就不能创造一个给定质量的粒子。
随着时间推移，不断膨胀和冷却的宇宙将会带来巨大的变化。但在一个短暂的瞬间，一切都是对称的，而且尽可能的达到高能量。随着时间推移，这些初始条件创造了如今我们所知的整个宇宙。
联系客服
