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一百年前，我们认为宇宙是由银河系中的恒星和星云组成的。我们认为牛顿的万有引力定律控制了一切，而现在我们已经掌握了宇宙的一些看似完美的基本法则，并建立宇宙学和微观世界的标准模型。今天我将带大家跨越138亿年的历史，从宇宙开始的那一刻谈到我们及其宇宙未来，这中间包含我们目前已掌握的知识，及其为解决的一些问题。这是一场跨越时间、空间的宇宙探索之旅！系好安全带，我们开始吧！
大爆炸之前的故事
宇宙前10∧-25秒(甚至更短)，一团量子态的真空能量导致了宇宙暴涨。空间以指数级的速度迅速扩张，不论宇宙在这之前的形状如何，无论宇宙的某个极小的区域中温度是多少或能量密度是多少，暴涨过程都将宇宙的空间曲率拉平。
并将宇宙的范围延伸到几千亿光年！形成了巨大、平坦、几乎完全均匀的宇宙，量子涨落是这个过程中唯一存在的不均匀性，导致了宇宙空间中存在着略微密度过高和密度过低的空间区域。
然后宇宙暴涨结束了！这个过程也被称为宇宙视界面，跟黑洞的视界面一样，宇宙的暴涨抹去了之前的一切，视界的两边被称为：可见和不可见宇宙！暴涨也使得宇宙的温度降低了100,000倍！
暴涨结束后所有使宇宙呈指数膨胀的能量衰变到物质和辐射中，宇宙进入了在加热过程，温度也恢复到暴涨前的水平！这时的宇宙是一锅由正常物质、暗物质、反物质、光子、中微子等等组成的炙热浓汤。
真空能量引发的暴涨给了我们一个炙热的，密集的，充满了物质，但同时也在膨胀和冷却的宇宙。这一点就是我们平时所说的宇宙大爆炸的开始。随着密度和温度的持续降低，宇宙的故事从这一刻开始了！
原子核的形成，宇宙的不透明时期
宇宙诞生后10∧-5秒：稳定的质子和中子形成了！作为原子核的重要组成部分，宇宙需要冷却几微秒才能将夸克和胶子结合成质子和中子。
反质子和反中子呢？每10，000，000，000个反质子，就有10，000，000，006个质子，这就是我们所说的正反物质不对称问题，具体原因还在研究中。不过已经提出了一些可能的解释，例如：科学家猜测，在宇宙早期的极端环境下，存在违反重子数守恒的相互作用，不过目前只是理论，我们并没有真实的观察到这种现象！
有些小伙伴还有个疑问，那就是我们为什么非要认为正反物质对称呢？因为在强子对撞机中，我们发现，要制造出正常的物质，必然会出现等量的反物质！所以关于反物质的问题目前还是个谜团。我们继续：
随着宇宙的膨胀和冷却，正反物质会发生湮灭，而多余的物质就构成了我们目前所看到的宇宙。
宇宙诞生后1秒：最后一个反物质消失了，只留下少量的正常物质，一些暗物质和大量的光子!那么剩下的质子和中子，它们会发生什么？它们很想融合在一起，制造出重原子核，但是光子作为第三者会无情的拆散它们。因为这时的宇宙太热了，拥有极强的辐射能量！这一点应该很好理解，过高的能量会电离任何已经形成的结构。所以我们还需要等待，等待。直到……
宇宙诞生后的3 或 4分钟：宇宙将质子和中子融合成原子核！尽管宇宙试图将这些原子核融合成越来越重的元素，就像恒星工厂一样。但宇宙的密度和温度只能够产生到锂元素。并不是说宇宙在这一刻的温度和密度真的不够，唯一和恒星的区别就是宇宙膨胀的太快了，暂不说温度，就两个原子核刚一见面，还没来得及发生作用了，已经被空间拉扯的看不见对方了。所以不存在继续融合的稳定条件。
我们的理论和对宇宙早期元素丰度观测的结果惊人的一致，我们得到了一个由（按质量计算）大约3/4的氢，1/4的氦，以及少量氘，氦-3，和更少量锂-7组成的物质总量。
中性原子的形成，光子可以自由传播，微波背景辐射发出
那么这些原子核现在想干嘛？它们这时的唯一愿望就是把电子拉过了，形成中性原子，但是它们又不能，和上文的剧本类似，宇宙太热了，辐射有一次无情的......
为什么会这样呢？想想我们的太阳你就知道了！中性原子更容易被电离。直到……，这个过程真的很漫长，有点天荒地老的感觉。
宇宙诞生后38万年：宇宙已经冷却到可以形成中性原子了！在中性原子形成的时候，剩余的辐射（光子）不再撞击离子或电子，可以沿着最后的方向自由的旅行了。它们在漫长的旅途中不断地损失能量，已经进入了电磁波谱的微波段了。这就是我们熟知的微波背景辐射！而之前光子不能自由传播的宇宙被称为不透明时期，所以现在除了宇宙诞生38万年的微波背景，我们基本上什么也看不到！
上图中“冷”(蓝色，密度高)点的温度约为2.7249开尔文，而“热”(红色，密度低)点的温度约为2.7251开尔文。微波辐射的温度波动也充分体现了宇宙物质密度分布和宇宙物质总量的多少！这里我说的物质还包括暗物质，因为暗物质也提供引力，并且对“冷点”和“热点”会产生影响，从微波背景我们就可以得出暗物质和正常物质的比例大约为：5：1！
宇宙大尺度结构开始显现，第一批恒星（元素工厂）诞生了
由于膨胀留下了这些密度过高和过低的区域，物质密度分布的不均匀会导致什么？这时你会想是不是该引力上场了！对，没错！确实如此。但是，又是和上文相同的剧本，这时的宇宙温度虽然已经很低了，但是这些气体分子云还是有很强的辐射压力在抵抗着万有引力，不过这已经是强弩之末了。直到…
宇宙诞生后的5000万 -1亿年：经过漫长的冷却，现在辐射的压力已经降到足够低的水平！物质开始在引力的作用下崩塌！又过了大约1亿年，物质逐渐坍缩成密度足够高的区域，这时我们宇宙的大尺度结构开始显现。上图就是一个很形象的物质结构发展过程。
上图可以看到，宇宙终于不再是一片黑暗，第一批恒星诞生了！通过上文我们知道形成第一代恒星的气体分子云基本上是由氢和氦组成的，而且这时形成的恒星质量普遍都很大，基本都属于O、B级恒星。
这些恒星的寿命从几十万年到几百万年不等，燃烧氢的速度十分迅速很少有像我们太阳这样能存活一百多亿年的恒星！这些恒星按质量的情况，形成成了黑洞、中子星、白矮星。这个过程中产生了对我们十分重要的天文现象：超新星爆发！
超新星爆发的过程将恒星一生形成的各种重元素包括生命物质：碳、氧、氮、磷、硫、铁等等抛洒到星际空间中，并允许下一代恒星的形成以及行星、复杂的化学物质，甚至是生物学的开端。
宇宙诞生6亿年后：上图是我们今天第一次用望远镜直接拍摄到的天体！我们可以发现星系已经在这个时期存在，而我们目前所看到过的最远的天文现象就是伽马射线暴，它来自最明亮的爆炸类型:超新星！这些第一代和第二代恒星，燃烧完它们的燃料，死亡、爆炸，最终完成了它们光彩夺目的一生。
宇宙的在电离时代，结束了长达10亿年的黑暗时期
宇宙诞生后10亿年：宇宙进入了再电离时代！所有这些讨厌的中性原子，它们会被再次电离，不再挡住光线，让我们看到更遥远的宇宙!
我能想到你现在的眼神很困惑，上面还说到要等中性原子形成，宇宙才会变得透明，才有了微波背景辐射，现在又要电离这些中性原子！
看一下这张照片，然后你就会明白。
中性气体会阻挡可见光，这就是为什么银河系中有这些暗带的原因！但是红外线(或微波)仍然可以通过中性原子。另一方面，可见光只能穿过被电离的气体云和星际介质，电离的过程是由第一代和第二代恒星释放的高能射线完成的。这时宇宙就结束了长达10亿年的黑暗时代，可见光可以在宇宙中自由穿梭。
然后，万有引力继续发挥着它的魔力。
宇宙星系开始合并，创造成大的星系结构
宇宙诞生后18亿年(最晚！)：星系开始合并为更大的星系团！当两个螺旋星系相撞时，它们会合并成长为更大的椭圆星系！
导致了我们今天看到的各种各样的星系，包括巨大的螺旋星系和巨大的椭圆星系，以及矮星系和不规则星系!
而且星系合并的过程一直持续到了今天，这个其实大家都很清楚，例如：我们和我们的邻居正在正在朝各自的方向靠近，并且在以后将会横扫周围的小星系，形成更大的星系结构。
这里有个疑问就是：不是说空间在膨胀嘛！为什么相距几百万光年的星系还会靠近。这其实很好理解，目前已经被引力束缚住的结构将会一直受引力的作用，相对宇宙来说这只发生在小尺度上，在更大的尺度上那些没有被引力互相束缚住的结构，将会彼此远离。
在星系合并的同时，引力创造的第二代恒星正在经历着诞生、死亡和重生的伟大宇宙周期。
随着这些恒星的生存和死亡，当它们耗尽燃料时，外层就会被吹走，爆炸会引发星系内气体云的坍塌，导致新恒星的形成。
这时新形成的恒星充满了多样性，从既大又亮的o型恒星，其质量是太阳的100倍，到暗淡的红色M型恒星，O型恒星的寿命大家都知道，M型恒星燃烧燃料的速度非常非常，这样的恒星一般能存活数万亿年。
太阳系的诞生，属于我们的故事，这时宇宙也发生了一件十分重要的事！
就这样经历了几十亿年的周期，在银河系的某个不起眼的角落里，一团分子云正在探索，下图这个很熟悉吧！一看都是太阳系，它只是类似上图创世之柱很小很小的一部分。
宇宙诞生后92亿年：我们的太阳系形成了！由气体和尘埃组成的原始星云，富含至少两代死亡恒星的重元素，坍缩形成了我们的太阳系。恒星在星云中心首先点燃，而其他行星最终从原行星盘中坍缩形成。地球实际上是最后形成的行星之一，因为在其他行星形成数百万年后……
最后两颗可能创造地球的巨大原行星，其中较小的一颗大约和火星相当，它们发生了巨大的撞击！产生的碎片最终形成了我们的月球，而这两个天体的大部分凝聚在一起形成了地球，这样就大致构成了我们今天所知的太阳系。
就在地球形成后不久，整个宇宙发生了一件关乎整个宇宙命运的事件。
95亿年:暗能量战胜了物质，并且掌管了宇宙！在宇宙减缓膨胀速度的战斗中，物质一直在不懈地努力，在其引力的作用下，试图阻止和逆转宇宙的膨胀。但大约在地球形成的时候，由于暗能量的接管，宇宙膨胀开始加速膨胀！
在宇宙的历史中，命运大权总共发生过三次交接！在宇宙早期的时候，辐射能量由于密度最大，一开始掌控着宇宙。但随着宇宙的膨胀，辐射的能量密度下降的比物质更快，所以物质就开始接管了宇宙，并且宇宙进入了一个减速时期。
我们知道暗能量是伴随宇宙空间存在的一种固有属性，能量密度不会随着膨胀而被稀释，所以当物质能量密度降低时，大权自然就交给了暗能量。
然而，就在这时，在地球上也发生了一些重大的事件。我们现在就要加快节奏了，不然文章篇幅太长了！
生命的篇章
97亿年：地球上现存最古老的岩石！如上图所示，在加拿大西北部发现的现存最古老的岩石可以追溯到大约40亿年前，也就是地球形成后不久。不久之后……
99亿年：地球上也出现了生命的第一个证据！根据碳13和碳12的比例，我们发现了一个生命的迹象，并且可以确定生命已经在地球上存在了至少38亿年。
在这段时间里，地球可能不是宇宙中唯一一个生命开始的地方。但是我们最有可能出现生命的邻居发生了一些重大的变故，因为……
107亿年:火星死亡。我们的邻居火星曾经充满海洋、河流、厚厚的大气层和保护它的磁场，但由于温度过低，失去了抵御太阳风的能力。在很短的时间内，火星的大气层被剥离，留下的大气压力太低，无法支持液态水。所以，在过去的30亿年里，火星就和现在一样，充满了荒凉。
但是在地球上，我们正在生命取得各种各样的成功。在生命酝酿了数十亿年后，两个最伟大的进化发生了……
125亿年：生命进化为多细胞生物(如上图中的红藻)，稍晚一点，出现了性别。多细胞性具有前所未有的特化和分化能力，而且对于一个有机体来说，将能实现多种不同的功能。出现性别将使进化的速度加快。
随后地球经历了生命大爆发！植物和海洋生物出现了多样性，爬行动物最终登上陆地。
134亿年:巨大的陆地动物开始主宰食物链的顶端！哺乳动物一度占据榜首，最终让位给了恐龙。但在一场大灾难之后或者说一个大机会之后，恐龙时代结束了。
136.5亿年：大灾难之后鸟类和哺乳动物的崛起！直到今天，哺乳动物统治着地球。
138亿年：人类是第一个冒险离开自己的家园，来到另一个星球的物种。
宇宙以及我们的未来
回望过去，我们只是整个宇宙史的一刹那，宇宙仍然在继续做它该做的事情。我们的太阳，在过去的45亿年里一直是我们的热和光的来源，太阳从诞生到现在光度增加了20%。
150亿年：太阳将变得太热，地球将无法承载任何生命，太阳的热量将使海洋沸腾！与此同时，离我们最近的星系邻居仙女座也要来拜访我们。
170亿年：银河系和仙女座合并，将创造一个巨大的椭圆星系，最终清除并横扫了整个本地星系群，包括我们所有的卫星星系和球状星系团。
210亿年：太阳燃烧完它所有的氢燃料，变成了一颗红巨星，很可能吞噬(并摧毁)地球！
与此同时，整个夜空也开始发生巨大的变化！
宇宙中我们目前能看到的一切美丽的星系，开始消失！
这就是暗能量掌控下宇宙的结局。即使是离我们很近的星系和星系团，由于暗能量的作用，也会随着空间膨胀并加速远离我们。星系将比现在变得暗淡、发红，而更远的星系则完全消失在我们的视野之外。
1000亿年：宇宙将膨胀到我们无法想象的尺度，所在的本星系群将合并成一个巨大的椭圆星系，四周空无一物，孤零零的漂浮在宇宙空间中！
恒星将经历很长的宇宙生命周期，燃烧燃料，爆炸，又触发恒星形成，燃烧新燃料。但这个过程是有限的，因为只有有限数量的氢和其他轻元素可以通过核聚变燃烧。随着最后一颗黯淡的红矮星(寿命最长的一颗)耗尽燃料，宇宙将进入完全黑暗的时期。
10∧15年：最后一点氢燃烧殆尽，整个宇宙进入黑暗，只剩下黑洞、中子星和退化矮星。
这就是整个宇宙，从一开始我们就可以理智地谈论到遥远的未来！
这就是几乎所有事情的历史和我们根据目前所掌握的知识能预见的未来！
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