四、粒子的時代（2）

物質以等離子的形式幾乎存在了38萬年。由氫核、氦核、電子和光子組成的粒子湯的溫度仍然很高，足以讓電子自由自在地遊蕩，隨意地來回撞擊。宇宙大爆炸發生後的38萬年，宇宙冷卻到太陽表面溫度（6000℃）時，亞原子粒子的活動不那麼劇烈了，光子的能量也衰減了。當宇宙溫度下降到3000℃時，帶正電的質子和帶負電的電子因為自身的電磁力結合在一起，電子開始圍繞著核轉動，形成了呈電中性的原子。這些原子便不再吸收熱輻射了。期初這種結合只是零星發生，慢慢地變得越來越頻繁。基本粒子組合成原子的速度遠遠超過了射線分開它們的速度，射線漸漸失去了它在宇宙中的主宰地位，因為它很難對中性狀態的物質產生影響。物質就漸漸成為宇宙中的主要內容，而宇宙幾乎一下喪失了電荷，原先縱橫交錯的射線變得稀薄，宇宙不再是不透明的雲霧，而漸漸變得明朗起來，光子便可以在宇宙中自由穿梭了（稱為“光子脫耦”）。隨著宇宙不斷擴張，光子不斷失去能量，最終成為今天我們看見的大爆炸的殘存物——宇宙微波背景輻射（CMBR），平均溫度只有-270℃，比所有原子和分子停止運動的絕對最低溫度高不了幾度。光子在天空中的圖案保留了在原子形成之前宇宙物質分佈的記憶。根據這些圖案，天體物理學家能夠獲得極為重要的資訊，包括宇宙的年齡和形狀。

美國物理學教授埃裡克·簡森在其著作《宇宙簡史》中說到：“有結構的物質的誕生是一個標誌性的事件，意味著射線時代的終結，物質時代的開始。在物質時代的早期，原子源源不斷地生成，遍佈宇宙的每個角落。射線的影響微不足道，不足以阻止湮滅過程中倖存下來的強子和輕子結合成為原子。氫原子是這個階段誕生的第一種元素，也是各種物質的祖先。隨後，氦原子也開始生成。”以氦原子的生成為例，兩顆氫原子核（質子）相撞並融合，所需要的最低溫度為10⁷℃。如果溫度偏低，那麼這兩顆原子核便會因為各自所帶的正電性而相互排斥。只有達到一定的溫度才可以保證兩顆質子突破制約它們融合的電磁斥力，在短短的1秒內相撞進入核力的作用範圍（10⁻¹²釐米）內。因為強核力是電磁力的137倍，在核力的作用下，瞬間融合為一顆質量更大的原子核。在粒子時代的後期，每個氦原子核都吸引了一對電子，從而形成中性的氦原子。由於當時宇宙擴張的速度和冷卻的速度都非常快，因此只有部分氫原子能夠轉化為氦原子。最終，氫、氦原子的比例大約為10︰1。在宇宙早期，比氦元素更重的元素（如鋰元素）很少生成，碳、氧、氮、銅、銀等元素都還沒有生成的機會。重原子的形成所需要的溫度遠遠高於10⁷℃，它們的形成還需要大量的氦原子。在宇宙誕生的前幾年，雖然氦元素以極高的速度生成，但宇宙的溫度和密度也正在以極高的速度降低。帶兩價正電的氦原子核能夠相互融合所需的臨界溫度高達10⁸℃，但宇宙的溫度已經不足以帶來重原子的誕生。