宇宙是廣袤空間和其中存在的各種天體以及瀰漫物質的總稱。

一百年，差不多隻是長壽者的一生。而就在過去一百年裡，人類對宇宙的觀念卻不可逆轉地被改變了。人們曾經以為宇宙是不生不滅的，其直徑只有幾千光年，眾星都在牛頓萬有引力定律的統率下安分守己地執行，過去如此、現在如此、將來也會如此，但這些看法在今天已經過時了。

宇宙的體積不再是靜態的，它會演化，正在膨脹並冷卻。牛頓的引力法則也只是愛因斯坦的廣義相對論的一種近似描述，後者給出了一整套可以用觀測去驗證的理論命題，而且這些命題也幾乎已經全數被證實了。我們的銀河系的直徑被確定在了大約10萬光年，而在可觀測的宇宙中，已知的像銀河系這樣的星系共有數千億個之多，它們散佈在一個半徑約為460億光年的區域之內。

我們的宇宙史魂奇壯麗。以下這些情況，在一個世紀之前沒有幾人能夠猜測得到：

我們的這個宇宙開始於一個暴脹階段，它以指數式的速率膨脹，巨大的能量由此被蘊藏在空間本身之中。當時還沒有出現物質和輻射，登場的只有能量密度的量子化波動和空間自身的引力場。暴脹徹底結束的時刻既可能是在其開始後的10^-32秒，也可能永遠不會到來（或者是在這兩種極端情況之間的任何一個時刻）。

暴脹至少在空間中的某一個區域正在走向結束，空間自身蘊含的能量在那裡轉化為物質、反物質和輻射。(在那裡，也會存在少量的暗物質，以及微量的、依然固結在空間本身之中的暗能量，它們暫時還未成為主導那裡的力量，但將來會贏得那個地位。）暴脹結束時的這種轉化過程被稱為宇宙的“再加熱”，它讓人類第一次得以通過高溫大爆炸來精確地描述自己觀測到的這個宇宙。按照我們當前對暴脹的最佳理解，一定存在著暴脹尚未走向完結的其他空間區域。整個宇宙中的大部分，都位於我們可觀測的空間範圍之外，在那些地方，還將一直有暴脹持續。

在由物質、反物質和輻射構成的極為熾熱的宇宙中，空間在快速膨脹的同時，也在其初始膨脹率和其所含能量的各種形式帶來的引力之間保有著一種不可思議的平衡。這種膨脹既不會過於迅速，導致一個近乎空無的宇宙，也不會轉而收縮，導致自身回到奇點的狀態。在這個近乎臨界的宇宙中，其引力正好與膨脹趨勢分庭抗禮，使溫度隨著膨脹而逐漸降了下來，併發生了一系列重要的轉變。

物質反物質湮滅

在宇宙高溫的早期階段的某個時刻，發生了一個使得物質的創生數量略多於反物質的程序，其產生的不對稱性，大約等於在每十億對物質和反物質粒子中多出一個物質粒子。在宇宙的冷卻經過了臨界階段之後，“物質一反物質”粒子對的創生不再活躍，但二者彼此湮滅為一對光子的過程並未停止，結果，只過了不到一秒鐘，絕大多數的物質粒子就都和反物質粒子完成了湮滅。宇宙此後還在繼續影脹和冷卻，其內容物主要是輻射，但也包含了少量剩餘的質子、中子和電子（這很關鍵）。另外，大量的暗物質也剩了下來，但一直不為人所重視，直到人們發現它在宇宙的能量密度中的地位——其數量大約是普通物質的5倍。

大爆炸核合成

質子和中子一開始是被許多高能粒子環繞著的，這使得它們有可能穩定地結合在一起。不過，雖然環境溫度和密度足夠啟動核融合反應的鏈條，但其第一個環節的反應（由一個質子和一箇中子結合為一個氣核）的成果很容易被高能的光子重新打散。由於光子的數量是質子和中子的 10億倍以上，宇宙還需要繼續冷卻，才能讓第一個穩定的氣核真正形成，這個必要階段會持續三分多鐘。當溫度降到徹底允許核融合完成的水平之後，按品質算，宇宙中含有大約75%的質子、25%的氦-4 核，以及僅約0.01%的氘核，還有同樣約 0.01%的氦-3核，另外還有微量的鋰核。

中性原子形成

此時的宇宙已經準備形成中性原子了，但溫度還是太高，所以光子的能量還是足以立刻將剛剛結合的原子核和電子打散。要讓電子能夠穩定地與原子核結合，還要再等 38萬年，以便讓輻射的波長有充足的時間被拉伸，使宇宙能量密度的主導地位交接到物質的手中——這裡說的物質，包括大約 84% 的暗物質和16%的普通物質。當中性原子最終形成之後，在“大爆炸”中形成的光子就只能無所事事地沿著直線運動了，自由電子和其他離子化的粒子都不能再阻擋它。現在在我們看來，這些作為“大爆炸”的餘暉的光線就是宇宙的微波背景輻射。

第一顆恆星誕生

空間中有一些區域的物質密度略高於周圍區域，在引力作用下，物質和暗物質都不斷地向這些區域聚集。暗物質提供的引力在此起了主要作用。在物質聚整合團塊後，引力的增速也會加快，這讓物質團變得更為緻密，普通物質相互擁擠著，沉向了物質團的中心。隨著密度繼續增長，物質最為富集的區域中會發生引力坍縮，讓物質團的核心區域的溫度升高到足以啟動核融合反應的程度。就這樣，第一顆恆星在宇宙年齡幾千萬年到幾億年的時候誕生了。

絕大多數初始品質較低的恆星都將持續存在數十億年甚至上萬億年，而初始品質較大的恆星往往會快速耗盡自身的燃料，因而相當“短命”。只消幾百萬年，大品質恆星的核心區內，可用於燃燒的物質就幾乎都用完了。這些恆星由此會以超新星爆發的劇烈形式宣告結束，並將其生成的重元素返還給宇宙，成為星際物質。這也就是當今自然界裡的重元素的來源。

星系形成

引力不但構建了可以形成恆星的獨立物質團塊，還讓一層層更大的尺度上也形成了某些物質分佈結構。相對較小的眾多物質塊合併聚攏起來，形成了第一批維形的星系，在此基礎上進一步合併產生了更大的星系。在更為巨集大的尺度層次上(亦須在更晚近的時間點上），眾多星系開始聚整合星系群、星系團，最後形成極其巨大的、有絲絡特徵的網狀結構。在上述這些過程中，宇宙繼續擴張並冷卻。

恆星演化，行星生命形成

在每個星系內部，重力也不斷刺激著新的恆星的誕生，這一過程收納掉了所有可用的星際遊離物質。這些物質不僅包括從“大爆炸”時遺留下來的最早的一批氣體氫與氦，還包括了在最初的若干代恆星的生生死死中創生，並輾轉傳遞著的許多重元素。其中原子序數最大的一些元素來自品質最大的恆星，此外，像太陽這種品質水平的恆星也會在其晚年將外層物質拋散，形成行星狀星雲；而白矮星也可以吸積物質或合併，將自身變成超新星；至於中子星，它們也會合並，引發伽馬射線暴，從而產生出元素週期表中已知的最重的幾種天然元素。隨著恆星的更替，越來越多的大品質天體在為宇宙貢獻著各種重元素，因此，每一代新的恆星都會比前一代含有丰度更高的重原子。

在經過足夠多代的恆星的積澱之後，恆星形成區中的重元素已經不只能組成新的恆星和氣態巨行星，還能組成巖質的行星。巖質行星有著相當複雜的化學成分，能產生許多有機反應，假以足夠好的運氣，就能孕育出生命現象。

暗能量掌控宇宙

與此同時，物質密度一直在隨著宇宙的持續膨脹而下跌，最終，它對宇宙膨脹率施加效果的地位將被暗能量所取代。在這個距離“大爆炸”已有78億年的時間點上，眾多還未被引力繫結的遙遠星系和星系團結構都會開始加速解體。由此又過了幾十億年，暗能量的密度已經遠高於物質的密度，這樣，在最大的尺度上，天體結構的形成過程已被嚴重遏制，無法再出現新的極大尺度結構了。

太陽系，人類的故事

其間，在“大爆炸”之後92億年時，銀河系的星際氣體中誕生了一個不起眼的星團，組成它的那些星際氣體中的分子，已經經歷了許多代恆星的生與死，其物質成分當中僅有約 2% 是除了氫和氦之外的各種較重元素。但是，對這個新的星團中的絕大多數恆星而言，這一點較重的元素已經足夠形成能圍繞它們運轉的巖質行星了。

這裡面有一顆新的恆星就是我們的太陽，在它的行星系統中，有一顆巖質行星的大氣成分正巧合適，與太陽的距離也正巧合適，所以其表面上形成了並保有了液態的水。雖然我們尚未確切知道這些液態水出現的時間和過程，但能知道這一讓生命得以繁衍的環境條件僅形成於距今大約幾億年前。到了宇宙年齡 138 億年時，這顆行星上的生命已經演化到了查考和彙集宇宙留下的各種證據，並將其編寫成一整部宇宙發展史的地步。

宇宙的未來

由此再往後，宇宙的膨脹率將繼續聽從暗能量的驅使，讓“本星系團”之外的一切天體都加速離開“本星系團”而去。而“本星系團”內部的銀河系、仙女座大星系、三角座星系以及其他四十來個矮星系最終將在幾十億年至一百億年後融為一體，並與其他所有星系更加呈現“天各一方”的態勢。那時，微波背景輻射已經紅移進了無線電波段，除非使用大到超乎想象的天線，不然完全不可能偵測得到。幾千億年之後，從我們這裡能見到的宇宙，將只包括這個融合出來的“銀女星系”內部的天體，而它之外的宇宙將真正呈現為一片冷寂的虛空。