在達(dá)到這個(gè)標(biāo)志性的溫度以前,宇宙中過高的溫度使得物質(zhì)粒子無法形成并存活下來——一旦三個(gè)夸克聚合在一起形成質(zhì)子,其他帶有足夠能量的粒子將撞擊這個(gè)質(zhì)子,并使它再次分裂。在這里,我們不妨想象一下:在一個(gè)幼兒園的小房間內(nèi),擠滿了精力充沛且到處亂跑的小朋友。即使我們能在這里搭起積木,也會(huì)很快被撞倒。只有當(dāng)所有的小朋友都玩累了,不再時(shí)刻不停地從房間的這一頭跑到那一頭時(shí),積木搭成的城堡才有可能保存到幼兒園放學(xué)。同理,如果中子和質(zhì)子要在宇宙中長(zhǎng)久生存,就必須等到粒子的平均能量(隨溫度一起下降)減少到將粒子分解為夸克所需的能量以下。

在大爆炸以后大約一分鐘時(shí),宇宙的溫度已經(jīng)降到了10億攝氏度以下。質(zhì)子和中子開始相互結(jié)合在一起,并通過所謂的核合成過程(nucleosynthesis)形成了一些最輕的元素。(其他的重元素將在以后的恒星和恒星爆炸中出現(xiàn)。)這些輕元素——主要是氫以及少量的氦和鋰——構(gòu)成了彌漫在宇宙中的第一縷氣體,并最終形成了第一批恒星。

然而在此時(shí),恒星的形成條件還尚未成熟。早期的宇宙是非常平滑的,在粒子和能量的海洋中只會(huì)形成體積很小的不均勻團(tuán)塊——某個(gè)地方粒子多一些,某個(gè)地方粒子少一些。這些團(tuán)塊代表了恒星和星系的種子。一旦引力超過空間膨脹,成為宇宙間最主要的作用,這些種子就會(huì)在引力的作用下不斷生長(zhǎng)發(fā)育。而為了使這一切能夠發(fā)生,物質(zhì)必須在宇宙中取得優(yōu)勢(shì)地位。

在大爆炸發(fā)生的數(shù)萬年以后,宇宙能量主要以輻射的形式存在——即光和快速運(yùn)動(dòng)的粒子。物質(zhì)(即緩慢運(yùn)動(dòng)的粒子)僅占整體能量的很小一部分。幸運(yùn)的是(至少對(duì)我們來說),物質(zhì)對(duì)輻射的比例會(huì)隨宇宙的膨脹而改變,并一直增長(zhǎng)直到物質(zhì)占據(jù)統(tǒng)治地位,而輻射則變得越來越不重要。這一變化對(duì)我們的存在是至關(guān)重要的。在一個(gè)充滿輻射的宇宙中,空間膨脹將壓倒引力匯聚物質(zhì)的作用,從而阻止未來恒星和星系種子的生長(zhǎng)。因此,在各種天體結(jié)構(gòu)——包括我們的銀河系——開始形成之前,物質(zhì)必須成為宇宙的主要成分。

但在宇宙的最初時(shí)刻,幾乎所有能量還都以輻射的形式存在。原始的宇宙混沌中存在著光子和以接近光速運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論性物質(zhì)粒子,它們?nèi)急粴w為輻射一類。事實(shí)上,這些物質(zhì)粒子的總能量幾乎全部來自它們的運(yùn)動(dòng)能量,因此它們的行為更像輻射(光),而不像物質(zhì)(有質(zhì)量的物體)。