在過去的一個世紀裡，天文學家和物理學家對我們的宇宙歷史做出了令人難以置信的豐富和詳細地描述。在138億年的時間裡，我們的宇宙已經膨脹，從我們稱之為宇宙大爆炸的炙熱稠密狀態，轉變為我們今天生活的浩瀚宇宙。

宇宙的誕生和終結：始於宇宙大爆炸，但沒有人知道它將亡於什麼？，這幅圖景並非僅僅基於猜測或理論，而是基於大量經驗證據的堅實基礎上。科學家研究了我們的宇宙在過去數十億年中是如何膨脹和演化的。以及探討星系和星系團是如何形成的。回顧更遠的時間，科學家已經仔細研究了在宇宙大爆炸僅僅38萬年後，第一批原子形成時所釋放出的光。科學家甚至已經測量了在宇宙最初幾秒透過核聚變形成的氘、氦和鋰的丰度。透過這些和其他的觀察，我們的科學家已經成為第一代瞭解我們宇宙遙遠過去的人。

1、回溯歷史

但是，當我們的科學家試圖回到更遠的時間，比宇宙大爆炸最初的幾秒鐘更早的時候，我們發現幾乎沒有直接的證據來驗證我們的理論。讓我們相當沮喪的是，這個所有時代中最引人入勝的宇宙秘密仍然隱藏在我們的視野之外，被埋沒在至今仍然無法穿透的能量、距離和時間層之下。

然而，這並沒有阻止物理學家、科學家研究宇宙歷史的形成時代。我們的科學家不是依靠望遠鏡，而是用粒子加速器來重現或模仿宇宙大爆炸後最初幾秒鐘內發現的條件。這些壯觀的機器將粒子束（通常是質子或電子）加速到可能的最高速度，然後將它們相互碰撞。透過愛因斯坦最著名的質能方程E= mc²可知，這些碰撞中的運動動能可以轉化為物質。

例如，大型強子對撞機（LHC）能夠創造所有已知的粒子種類，從電子和光子到希格斯玻色子和頂夸克。早期的宇宙充滿了此類粒子，它們不斷地相互作用，不斷地被創造和毀滅。透過使用大型強子對撞機重新創造和研究這些條件，我們的科學家已經開始拼湊出宇宙最初瞬間的故事。

2、不斷變化的宇宙

宇宙大爆炸發生後的萬億分之一秒，宇宙充滿熾熱且稠密的能量等離子體。在整個太空的每個角落，溫度都比太陽的核心溫度高十億倍，能量密度相當於每立方英尺1035磅（每立方米1036千克）。在這種超高溫和超高密度的條件下，每個粒子都在不斷地撞擊其他粒子。在不到萬億分之一秒的時間內，給定粒子所擁有的能量將發生數萬億次的形式變化。以電子形式存在的能量可以轉化為光子，然後轉化為希格斯玻色子，然後產生頂夸克，並一遍又一遍地轉換。在這個時代，沒有什麼是永恆的，因為一切都在迅速變化。

在這些最初的時刻，空間以驚人的速度膨脹。在宇宙大爆炸後的萬億分之一秒到十億分之一秒之間，我們宇宙的體積增加了大約3萬倍，溫度下降了30倍。在僅僅百億分之一秒的時間內，溫度已經下降到足以讓頂夸克——已知粒子中質量最大的夸克——開始消失的次數比它們產生的還要頻繁。眨眼間，夸克、希格斯玻色子、Z玻色子和W玻色子幾乎都從我們的宇宙中消失了。隨著時間的流逝，在我們的宇宙中發現的粒子組成繼續變化，這始於最重形式的物質的消失，但隨後又發生了其他變化。

例如，到目前為止，夸克和膠子在原子核中把夸克結合在一起的亞原子粒子，它們都是自由粒子。也就是說，給定的夸克或膠子會獨自在空間中移動，與其他形式的物質和能量會發生相互作用，就像任何其他粒子一樣。但是，在宇宙大爆炸後大約十億分之一秒左右，這些粒子開始發現自己不可抗拒地相互吸引。在不到一毫秒的時間內，所有的夸克和膠子都被束縛在一起，形成了像質子和中子這樣的複合物體，它們是未來元素的基礎部分。

3、尋求答案

毫無疑問，我們生活在宇宙學的黃金時代。今天我們對宇宙及其歷史的瞭解，要比幾十年前我們所能想象的要多得多。但是，儘管取得了這些成功，但仍有許多令人困惑的問題尚未得到解答。一方面，為了解釋宇宙中存在原子這一簡單事實，我們知道在早期一定有比反物質稍多的物質，否則所有的物質都會被它的反物質所湮滅。但這種失衡的原因至今仍然是個謎。

宇宙誕生的最初時刻藏有令人震驚的秘密，或是理解宇宙本質的關鍵。儘管我們還知道，暗物質——構成宇宙大部分物質的未知物質——是在宇宙大爆炸後的第一秒鐘的某個時刻形成的，但是，我們不知道如何形成或何時形成的。也許最引人注目的部分在於，為了解釋我們所觀察到的宇宙形狀和均勻性，宇宙學家被迫得出結論：宇宙在在其最早的瞬間一定經歷了短暫的超高速膨脹。這個宇宙膨脹的時代讓我們的宇宙徹底改變了，然而我們對此卻知之甚少，諸如此類的謎團繼續推動著宇宙學的發展。新的望遠鏡和實驗，以及創造性的新想法，無疑將向我們揭示我們宇宙的新方面及其早期歷史，以及從那裡到這裡的路徑。