宇宙的诞生和终结：始于宇宙大爆炸，但没有人知道它将亡于什么？

在过去的一个世纪里，天文学家和物理学家对我们的宇宙历史做出了令人难以置信的丰富和详细地描述。在138亿年的时间里，我们的宇宙已经膨胀，从我们称之为宇宙大爆炸的炙热稠密状态，转变为我们今天生活的浩瀚宇宙。

宇宙的诞生和终结：始于宇宙大爆炸，但没有人知道它将亡于什么？，这幅图景并非仅仅基于猜测或理论，而是基于大量经验证据的坚实基础上。科学家研究了我们的宇宙在过去数十亿年中是如何膨胀和演化的。以及探讨星系和星系团是如何形成的。回顾更远的时间，科学家已经仔细研究了在宇宙大爆炸仅仅38万年后，第一批原子形成时所释放出的光。科学家甚至已经测量了在宇宙最初几秒通过核聚变形成的氘、氦和锂的丰度。通过这些和其他的观察，我们的科学家已经成为第一代了解我们宇宙遥远过去的人。

1、回溯历史

但是，当我们的科学家试图回到更远的时间，比宇宙大爆炸最初的几秒钟更早的时候，我们发现几乎没有直接的证据来验证我们的理论。让我们相当沮丧的是，这个所有时代中最引人入胜的宇宙秘密仍然隐藏在我们的视野之外，被埋没在至今仍然无法穿透的能量、距离和时间层之下。

然而，这并没有阻止物理学家、科学家研究宇宙历史的形成时代。我们的科学家不是依靠望远镜，而是用粒子加速器来重现或模仿宇宙大爆炸后最初几秒钟内发现的条件。这些壮观的机器将粒子束（通常是质子或电子）加速到可能的最高速度，然后将它们相互碰撞。通过爱因斯坦最著名的质能方程E= mc²可知，这些碰撞中的运动动能可以转化为物质。

例如，大型强子对撞机（LHC）能够创造所有已知的粒子种类，从电子和光子到希格斯玻色子和顶夸克。早期的宇宙充满了此类粒子，它们不断地相互作用，不断地被创造和毁灭。通过使用大型强子对撞机重新创造和研究这些条件，我们的科学家已经开始拼凑出宇宙最初瞬间的故事。

2、不断变化的宇宙

宇宙大爆炸发生后的万亿分之一秒，宇宙充满炽热且稠密的能量等离子体。在整个太空的每个角落，温度都比太阳的核心温度高十亿倍，能量密度相当于每立方英尺1035磅（每立方米1036千克）。在这种超高温和超高密度的条件下，每个粒子都在不断地撞击其他粒子。在不到万亿分之一秒的时间内，给定粒子所拥有的能量将发生数万亿次的形式变化。以电子形式存在的能量可以转化为光子，然后转化为希格斯玻色子，然后产生顶夸克，并一遍又一遍地转换。在这个时代，没有什么是永恒的，因为一切都在迅速变化。

在这些最初的时刻，空间以惊人的速度膨胀。在宇宙大爆炸后的万亿分之一秒到十亿分之一秒之间，我们宇宙的体积增加了大约3万倍，温度下降了30倍。在仅仅百亿分之一秒的时间内，温度已经下降到足以让顶夸克——已知粒子中质量最大的夸克——开始消失的次数比它们产生的还要频繁。眨眼间，夸克、希格斯玻色子、Z玻色子和W玻色子几乎都从我们的宇宙中消失了。随着时间的流逝，在我们的宇宙中发现的粒子组成继续变化，这始于最重形式的物质的消失，但随后又发生了其他变化。

例如，到目前为止，夸克和胶子在原子核中把夸克结合在一起的亚原子粒子，它们都是自由粒子。也就是说，给定的夸克或胶子会独自在空间中移动，与其他形式的物质和能量会发生相互作用，就像任何其他粒子一样。但是，在宇宙大爆炸后大约十亿分之一秒左右，这些粒子开始发现自己不可抗拒地相互吸引。在不到一毫秒的时间内，所有的夸克和胶子都被束缚在一起，形成了像质子和中子这样的复合物体，它们是未来元素的基础部分。

3、寻求答案

毫无疑问，我们生活在宇宙学的黄金时代。今天我们对宇宙及其历史的了解，要比几十年前我们所能想象的要多得多。但是，尽管取得了这些成功，但仍有许多令人困惑的问题尚未得到解答。一方面，为了解释宇宙中存在原子这一简单事实，我们知道在早期一定有比反物质稍多的物质，否则所有的物质都会被它的反物质所湮灭。但这种失衡的原因至今仍然是个谜。

宇宙诞生的最初时刻藏有令人震惊的秘密，或是理解宇宙本质的关键。尽管我们还知道，暗物质——构成宇宙大部分物质的未知物质——是在宇宙大爆炸后的第一秒钟的某个时刻形成的，但是，我们不知道如何形成或何时形成的。也许最引人注目的部分在于，为了解释我们所观察到的宇宙形状和均匀性，宇宙学家被迫得出结论：宇宙在在其最早的瞬间一定经历了短暂的超高速膨胀。这个宇宙膨胀的时代让我们的宇宙彻底改变了，然而我们对此却知之甚少，诸如此类的谜团继续推动着宇宙学的发展。新的望远镜和实验，以及创造性的新想法，无疑将向我们揭示我们宇宙的新方面及其早期历史，以及从那里到这里的路径。