當(dāng)我們觀察今天的宇宙時(shí),，我們看到各個(gè)方向、各個(gè)地區(qū)都充滿了恒星和星系,。然而，宇宙并不是靜止的,。遙遠(yuǎn)的星系被束縛在一起,，成群成團(tuán)，這些星系群和星系團(tuán)在不斷膨脹的宇宙中加速遠(yuǎn)離彼此,。隨著空間膨脹,，宇宙不僅會(huì)變得更稀疏，而且會(huì)更冷,，因?yàn)楫?dāng)光子在太空中穿行時(shí),，會(huì)逐漸向能量更低的波段紅移。

但這意味著,，如果我們回顧過(guò)去,，宇宙不僅更致密，而且更熱,。如果我們回到最初的時(shí)刻,，到宇宙大爆炸的第一個(gè)瞬間，那時(shí)候宇宙是絕對(duì)最熱的,。下面來(lái)看看當(dāng)時(shí)的情況,。

在今天的宇宙中,，粒子遵守一定的物理規(guī)則。它們中的絕大多數(shù)都有靜質(zhì)量,，與粒子固有的內(nèi)能相對(duì)應(yīng),。它們可以是物質(zhì)（費(fèi)米子），反物質(zhì)（反費(fèi)米子）,，也可以都不是（玻色子）,。有些粒子是無(wú)靜質(zhì)量的，比如光子和膠子,，這就要求它們以光速運(yùn)動(dòng),。

當(dāng)相應(yīng)的物質(zhì)/反物質(zhì)對(duì)相互碰撞時(shí)，它們會(huì)自發(fā)地湮滅,，通常產(chǎn)生兩個(gè)無(wú)質(zhì)量的光子,。當(dāng)用足夠大的能量將任何兩個(gè)粒子一起完全粉碎時(shí)，就有可能自發(fā)地創(chuàng)造出新的物質(zhì)/反物質(zhì)粒子對(duì),。只要有足夠的能量,，根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系E=mc^2，能量可以轉(zhuǎn)化為物質(zhì),，反之亦然,。

但在早期宇宙中，情況有所不同,。在宇宙大爆炸最早期階段具有極高能量時(shí),，標(biāo)準(zhǔn)模型中的每一個(gè)粒子都是無(wú)質(zhì)量的。希格斯粒子的對(duì)稱性破缺會(huì)賦予粒子質(zhì)量,，但在早期極高的溫度下,，希格斯粒子的對(duì)稱性會(huì)完全恢復(fù)。那時(shí)溫度太高了,，不只無(wú)法形成原子以及束縛原子核,，甚至單個(gè)質(zhì)子和中子也不可能形成。那時(shí)的宇宙是一個(gè)熾熱,、密集的等離子體,，里面充滿了所有可以存在的粒子和反粒子。

那時(shí)能量極其之高,，以至于最飄忽不定的粒子和反粒子,，中微子和反中微子，也比其他任何時(shí)候更頻繁地撞擊其他粒子,。每一個(gè)粒子每微秒就會(huì)撞擊彼此上萬(wàn)億次,，所有粒子都以光速運(yùn)動(dòng)。

除了我們所知道的粒子之外，還有可能存在我們今天不知道的額外粒子（和反粒子）,。那時(shí)宇宙比我們?cè)诘厍蛏峡吹降娜魏螙|西都要熱,，能量都要高，比最高能宇宙射線高百萬(wàn)倍,，比大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的能量強(qiáng)上萬(wàn)億倍,。理論上，那時(shí)的宇宙中產(chǎn)生的其他粒子包括超對(duì)稱粒子,、大統(tǒng)一理論預(yù)測(cè)的粒子,、通過(guò)大的或扭曲的額外維度可接觸的粒子、構(gòu)成我們現(xiàn)在認(rèn)為最基本的粒子的更小粒子,、重的右旋中微子,、各種各樣的暗物質(zhì)候選粒子。

值得注意的是,，盡管有這些難以置信的能量和密度,，但還是有極限的。宇宙從來(lái)都不是任意熾熱和密集的,，我們有觀察到的證據(jù)來(lái)證明,。如今，我們可以觀察宇宙微波背景,，即宇宙大爆炸遺留下來(lái)的輻射輝光,。雖然它在各向各處都是均勻的2.725 K（-270.425 ℃）黑體輻射，不過(guò)還是有微小的波動(dòng)：幾十或幾百個(gè)微開(kāi)爾文的波動(dòng),。因?yàn)橛辛似绽士诵l(wèi)星,，我們已經(jīng)把宇宙微波背景繪制得非常精確，角分辨率低至0.07度,。

這些波動(dòng)的范圍和量級(jí)告訴我們,，在宇宙大爆炸最早期、最熱的階段,，宇宙所能達(dá)到的最高溫度有一個(gè)上限,。在物理學(xué)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是加速一個(gè)電子到10億伏電勢(shì)所需要的能量,。超過(guò)這些能量,，物理定律不再有意義。

但是考慮到宇宙微波背景的波動(dòng)圖,，我們可以知道宇宙從未達(dá)到過(guò)這些溫度,。我們宇宙所能達(dá)到的最高溫度，就像宇宙微波背景的波動(dòng)所顯示的那樣,，只有10^16 GeV,，或者比普朗克尺度小1000倍,。換句話說(shuō)，宇宙有一個(gè)所能達(dá)到的最高溫度,，而且比普朗克尺度要低得多,。這些波動(dòng)不僅告訴我們熱大爆炸所達(dá)到的最高溫度，還告訴我們宇宙從什么樣的種子成長(zhǎng)到今天所擁有的宇宙結(jié)構(gòu),。

冷點(diǎn)寒冷是因?yàn)楣庑枰獜纳源笠恍┑囊?shì)中爬出,，它對(duì)應(yīng)著一個(gè)比平均密度大的區(qū)域。相應(yīng)地,，熱點(diǎn)來(lái)自低于平均密度的地區(qū),。隨著時(shí)間推移，這些冷點(diǎn)將會(huì)成長(zhǎng)為星系,、星系群和星系團(tuán),，并將促進(jìn)形成巨大的宇宙網(wǎng)。另一方面,，熱點(diǎn)將會(huì)把它們的物質(zhì)釋放到密度更大的區(qū)域,，在數(shù)十億年的時(shí)間里成為巨大的宇宙空洞。宇宙結(jié)構(gòu)的種子來(lái)自大爆炸的最早,、最熱的階段,。

更重要的是，一旦達(dá)到了早期宇宙所能達(dá)到的最大溫度,，它就會(huì)立即開(kāi)始直線下降,。就像當(dāng)我們用熱空氣填滿氣球時(shí)它會(huì)膨脹，因?yàn)榉肿佑泻芏嗄芰?，并?duì)抗氣球壁向外推,，當(dāng)用熱粒子，反粒子和輻射填充宇宙時(shí),，宇宙結(jié)構(gòu)就會(huì)膨脹,。

當(dāng)宇宙膨脹時(shí)，它也會(huì)冷卻,。由于輻射的能量與它的波長(zhǎng)成反比,，隨著空間結(jié)構(gòu)的拉伸，波長(zhǎng)也會(huì)拉伸,，輻射的能量也會(huì)變得越來(lái)越低,。較低的能量對(duì)應(yīng)較低的溫度，因此,，隨著時(shí)間推移,，宇宙不僅密度更小，而且溫度也降低了。

在熱大爆炸剛開(kāi)始,，宇宙到達(dá)了它最熾熱,、最致密的狀態(tài)，并且充滿了物質(zhì),、反物質(zhì)和輻射,。宇宙幾乎是完全均勻的，但還是有1/30000的非均勻性,，這種不完美告訴我們它能達(dá)到多熱的程度,，同時(shí)也提供了宇宙的大規(guī)模結(jié)構(gòu)從中生長(zhǎng)起來(lái)的種子。此后,，宇宙立即開(kāi)始膨脹和冷卻,，變得不那么熱，不那么致密,，使得制造任何需要大量能量的東西變得更加困難,。E=mc^2這個(gè)定律意味著沒(méi)有足夠的能量，就不能創(chuàng)造一個(gè)給定質(zhì)量的粒子,。

隨著時(shí)間推移,，不斷膨脹和冷卻的宇宙將會(huì)帶來(lái)巨大的變化。但在一個(gè)短暫的瞬間,，一切都是對(duì)稱的，而且盡可能的達(dá)到高能量,。隨著時(shí)間推移,，這些初始條件創(chuàng)造了如今我們所知的整個(gè)宇宙。