上篇

自然通信

大约在150亿年前，一个体积无限小、密度无限大、温度无限高、时空曲率无限大的小点（奇点）突然发生了大爆炸。于是，空间和时间便从量子真空中诞生了。这时，时空中充满了与海森堡不确定性原理相符的量子能量扰动。

在大爆炸后的10

–43

秒之前，宇宙的密度约为10

94

克/厘米

3

，超过质子密度的10

78

倍。此时，万有引力、强相互作用力、弱相互作用力和电磁力这4种力都还混为一体，无法区分彼此。

大爆炸后10

–43

秒至10

–35

秒期间，温度达到10

32

摄氏度，宇宙从量子涨落背景中出现。此时，宇宙已冷却到引力可分离并独立存在的状态，而且传递引力作用的引力子已经存在。不过，除引力之外，此时宇宙中的其他3种力（强相互作用力、弱相互作用力和电磁力）仍混为一体。

大爆炸后10

–35

秒至10

–12

秒期间，宇宙的温度约为10

27

摄氏度，这时引力已完成分离，夸克、玻色子、轻子等粒子已形成，宇宙已冷却到强相互作用力可分离出来的状态，但弱相互作用力和电磁力仍统一于电弱相互作用力中。这时，宇宙还发生了持续时间为10

–33

秒的暴涨，时间和空间经历了100次加倍（即2

100

），得到的宇宙尺度是先前尺度的10

30

倍。在暴涨前，宇宙还处于光子的相互联系范围内；但暴涨停止时，今天人类所能在宇宙中探测到的东西都已在各自的区域内稳定下来了。

大爆炸后10

–12

秒至0.01秒期间，宇宙的温度约为10

15

摄氏度，质子、中子及其反粒子等都已形成，玻色子、中微子、电子、夸克及胶子等都已稳定。此时，宇宙变得足够冷，以至电弱相互作用力也分解为电磁力和弱相互作用力。至此，宇宙中的全部4种基本作用力均已出现。此后，轻子家族（电子、中微子及相应的反粒子）需要再等宇宙冷却10

–4

秒后才能从与其他粒子的平衡相中分离出来。其中，中微子一旦从物质中解耦，将自由穿越空间。

大爆炸后0.01秒至0.1秒期间，宇宙的温度约为1000亿摄氏度。此时，宇宙中以光子、电子、中微子为主，中子与质子数量之比高达十亿比一，热平衡态体系急剧膨胀，温度和密度不断下降和减小。

大爆炸后0.1秒至1秒期间，宇宙的温度约为300亿摄氏度，中子与质子数量之比迅速下降到0.61∶1。

大爆炸后1秒至10秒期间，宇宙的温度约为100亿摄氏度，中微子向外逃逸，出现了正负电子湮没反应。不过，此时核力尚不足以束缚中子和质子。

大爆炸后10秒至35分钟期间，宇宙的温度约为30亿摄氏度。此时，氢、氦等稳定原子核开始形成。特别是当宇宙冷却到10亿摄氏度以下时（大爆炸发生约100秒后），粒子转变就不可能再发生了。

大爆炸后35分钟至1万年期间，宇宙的温度约为3亿摄氏度，原初核合成过程停止，但还不能形成中性原子。

大爆炸后1万年至30万年期间，宇宙的温度约为10万摄氏度，宇宙进入物质期，即现在所说的“物质”开始出现。在宇宙形成的早期，光主宰着各种能量形式。但随着宇宙的膨胀，电磁辐射的波长被拉长，相应光子的能量也跟着减小。1万年后，物质密度追上并超过了辐射密度。从这时起，宇宙和它的动力学就开始由物质主导了。

大爆炸30万年后，宇宙的温度约为3000摄氏度，这时化学结合作用使中性原子形成，宇宙的主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至形成恒星和恒星系统。于是，我们今天能见到的宇宙形态就基本形成了，今天的主要物理定律也开始发挥作用了。

总之，量子真空在暴涨期达到全盛，此后便以暗能量的形式弥漫于全宇宙，而且随着物质密度和辐射密度迅速减小，暗能量越来越明显（暗能量可能占据宇宙总能量密度的2/3左右），从而推动了宇宙加速膨胀。

此处为啥要用这么多笔墨来描述大爆炸的发生过程呢？主要原因有如下两个。