1992 年 4 月 23 日上午 8:04，华盛顿特区雷迪森文艺复兴科技世界酒店：乔治·斯穆特，一位来自加利福尼亚州劳伦斯伯克利实验室的高大、蓄着整齐胡须的天体物理学家，在这一非凡的日子里穿着西装，准备公布宇宙背景探测器（一颗所有人都以其首字母缩写 COBE 熟知的卫星）上的一项实验期待已久的结果。明天，他的研究团队的发现将成为数百家新闻广播和报纸的专题报道，乔治·斯穆特将暂时成为世界上最著名的科学家。
此刻，斯穆特并不担心媒体——他担心的是同事们对他的反应。几个小组已抵达会议讨论他们自己的 COBE 实验，斯穆特不确定他们的结果是否会支持他即将宣布的发现。那他为什么要急于宣布一项可能无法成功的重大发现呢？毕竟，冷聚变记忆犹新。但斯穆特相信他团队的结果可以独立存在。他在去华盛顿之前一个半星期就向麻省理工学院的一群研究人员说了同样的话。斯穆特现在回忆说，麻省理工学院的人说，‘我们不同意。’但我仍然说我准备好了。我真的把我的职业生涯押在这上面了。
近千人——技术人员、程序员、工程师和科学家——帮助 COBE 运作；其中约二十几人组成斯穆特的团队，每个人都非常清楚整个科学界都在 eagerly 等待他们的结果。从粒子物理学到宇宙学的一切理论都悬而未决。斯穆特的上司送他去华盛顿，并告诫他：“你最好是对的。”
斯穆特领导的团队负责分析 COBE 三个仪器之一 DMR（差分微波辐射计）的数据。DMR 自 1989 年 11 月 COBE 发射到距离地球表面 560 英里的近极轨道以来，一直观测天空，研究宇宙背景辐射，即天空中无处不在的微弱微波辉光。这种辐射不是任何恒星或任何已知物体能够产生的。这种辐射直接来自创造本身——宇宙大爆炸。
根据宇宙大爆炸理论，150亿年前，宇宙中所有的物质——以及所有的空间——都挤在一个近乎无限密度的状态中。那个不可思议的密集点的爆炸向早期宇宙释放了巨大的热量，并用高能辐射照亮了宇宙。数百万年间，辐射如此强烈，以至于没有粒子能够结合成单个原子。但随着宇宙的膨胀，这种璀璨的光芒变成了其原始自身的苍白影子。膨胀稀释了它的能量，使宇宙冷却，就像喷雾罐中的蒸汽释放时冷却一样。原始辐射仍然充满宇宙，但它填充的是一个比以前大得多的宇宙：现在每个立方光年所包含的宇宙辉光形式的能量远少于很久以前一个立方厘米所包含的能量。
大约在宇宙大爆炸后 30 万年，宇宙的膨胀使得辐射的能量降低到无法再破坏原子的程度。这个我们所知的物质开始形成的早期时代，被称为解耦时代。从那时起，原始的宇宙辐射就一直在太空中自由传播，其能量不断减弱。我们现在探测到它是一种微弱的背景辐射，它已经穿越了 150 亿光年，从所有方向以似乎相等的量到达。在这段辐射到达我们的时间里，曾经在这里、膨胀成为我们地盘的那微小空间中的辐射，以 150 亿光年的速度向所有方向远离我们，成为遥远文明探测器的素材。
大爆炸理论解释了本世纪早些时候发现的两个关键事实：首先，宇宙正在膨胀；其次，宇宙充满了这种宇宙辉光。第一个事实得益于天文学家埃德温·哈勃，他从 1920 年代开始，通过精确测量星系以多快的速度向各个方向远离我们，说服科学家们宇宙正在膨胀。第二个事实是由物理学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现的，他们在 1964 年首次观测到宇宙背景辐射，形式为能量极低的微波，大约比绝对零度高 3 摄氏度，即零下 454 华氏度。
这种辐射的平滑性——它似乎以完全相同的能量从各个方向到达的特性——证明了当辐射与物质解耦时，宇宙几乎完全同质化了。天文学家们在研究这种辉光时所看到的是宇宙在解耦时代的肖像，也就是 150 亿年前——一个看似平滑、毫无特征的宇宙。
但试图追踪宇宙从那时到现在历史的宇宙学家们遇到了一个问题。今天我们所观测到的可见宇宙，无论在任何尺度上，似乎都不是以均匀性为特征的。它被组织成星系，每个星系现在都包含数十亿颗恒星。在更大的尺度上，星系成千上万地聚集在一起。在更大的尺度上，星系团聚集形成巨大的超星系团。而在宇宙本身的尺度上，星系团和超星系团形成了一个类似于互锁肥皂泡的结构：巨大的近乎空无一物的空洞被巨大的宇宙聚合体包围，其中最大的一个被称为“大墙”，绵延 5 亿光年。
所有这些结构中的结构是如何产生的呢？宇宙学家知道，宇宙必须在几十亿年内完成其基本组织。在这段时间内，恒星作为形成中的星系中的物质亚团块形成。但用于描述星系形成的计算机模型表明，大爆炸以来的 150 亿年仅勉强足够通过引力形成星系团，而不足以让星系团聚集成像大墙这样的更大结构。然而，引力似乎是形成星系、星系团和星系墙的唯一合理方式；没有其他力能在如此巨大的距离上产生如此巨大的物质团块。根据当前的理论，像大墙这样的结构必须通过引力吸引，从解耦时代存在的物质分布中的不规则性中生长出来。不规则性越小，这些结构的形成就越困难。
因此，自近 30 年前首次探测到宇宙背景辐射以来，对不规则性的探索一直在进行。斯穆特现在即将向他的同事们汇报这项探索的最新进展。许多周以来，传闻盛行，称 COBE 确实发现了一些偏离平滑性的现象。DMR 团队已花费数月分析 COBE 的第一年观测数据，将其结果推至 DMR 灵敏度的极限。他们的目标是制作一张辐射不规则性图——一张将对应宇宙中结构最初微光的图。他们是发现了新事物，还是仅仅将他们的错误系统化为声称描述结构从炽热虚空中出现的既定事实呢？
科学团队工作中最困难的部分，尽管无人知晓但绝对必要，是他们试图确保 DMR 的测量代表来自宇宙的真实信号，而不是卫星内部产生的杂散噪声或数据分析计算机程序中的错误。描述可能错误源的论文长达 56 页。尽管如此，斯穆特一直感到困扰，他认为团队渴望宣布惊人新结果的愿望压倒了他们正确检查结果的能力。
斯穆特回忆说，当时的情况是，我们一直都在看到结构。但我们也知道，系统误差，即观测中的“噪声”，与我们探测到的温度变化处于同一水平。我们一直在非常努力地使用更好的软件和更好的数据分析技术对数据进行新的运行，而且我们仍然看到结构。我们检查了它，仍然发现了一些问题，所以我们开始了一次新的运行。这大概是在秋天的时候。
然后，加州大学洛杉矶分校的宇宙学家内德·赖特看到了我们的第一张初步地图。这开始搅动了整个 COBE 科学团队。我意识到我们必须专注于确保它不是一个错误，它确实是数据中的一个真实信号。所以我说，‘我们应该把注意力集中在我们可能犯了什么错误上。我们应该奖励那些能发现我们所犯错误的人，这样人们才有高度的动力去发现它是错误的，而不是假定它是正确的然后继续解释它。’
由于临近假期，斯穆特提出为能找出分析错误的人购买一张世界各地的机票。一些团队成员尝试了，但斯穆特的钱仍在口袋里。
即便如此，斯穆特说，到最后，人们仍然没有专注于寻找错误。每个人都想参与到发现的部分，而发现就像考古挖掘。你一层层地刮掉——你开始暴露金字塔，它越来越大。当时就是这样。
上午 8:07：斯穆特，他惯常的喃喃自语得到了很好的控制，展示了一张幻灯片（在座的每个人都已司空见惯），总结了 COBE 的首次胜利。1990 年，COBE 测量了宇宙背景辐射的光谱——不同波长的辐射量。这次测量需要 COBE 卫星，因为地球大气层阻挡了大部分辐射，只留下少数波长能穿透到地表。宇宙学家们长期以来一直试图测量辐射的完整光谱，以确定它是否与大爆炸理论预测的光谱相符。1990 年 1 月，COBE 发现光谱完全吻合，从而验证了该理论，令除少数宇宙学家外的所有人满意。
COBE 的首次胜利激发了人们对第二次胜利的希望：探测宇宙背景辐射中的不规则性，这将告诉我们星系从何而来。在解耦时代之前，我们今天看到的可见物质不可能形成恒星、星系或星系团规模的团块。尽管随机过程会导致某些区域比其他区域密度略高或略低，但背景辐射施加了强大的均匀化影响：它会分裂任何试图结合成原子的粒子，而这种持续的破坏会阻止任何小的物质团块引力聚集形成更大的团块。在解耦时代之前，你不可能像在龙卷风中制作舒芙蕾一样，通过引力使物质聚集在一起。
只有在大约 30 万年过去，并且辐射不再与原子相互作用之后，粒子之间的引力才能使团块形成、持续并变得更加致密。一旦一个团块牢固地建立起来，它就会以越来越大的引力吸引更多的附近粒子，因为团块本身会不断增长。
DMR 数据之所以重要，是因为宇宙中在解耦时代存在的任何不均匀性都必然在宇宙背景辐射上留下印记。密度较大的区域会以与密度较小的区域略微不同的方式影响辐射。来自密度较大区域的辐射会较低——因此这些区域会较冷——因为它消耗了更多的能量才能逃离致密的团块。辐射更容易穿过密度较小的区域，所以它们会显得较热。这种在解耦时留在辐射上的指纹将持续 150 亿年，因为辐射以光速从四面八方传播。
DMR 实验卫星旨在寻找这种指纹。在 COBE 之前，所有对宇宙背景辐射的测量——来自地面、气球和火箭搭载的探测器——都记录了辐射的完全平滑性，测量精度达到万分之一仍无偏差。COBE 的建造旨在达到至少高出十倍的精度，优于十万分之一。理论家们一致认为，如果 COBE 凭借其灵敏度的多重提高仍无法发现宇宙不规则性，他们就可能不得不放弃基于引力的星系形成模型，这是他们极力希望避免的结果。COBE 团队的负面宣布将比大多数宇宙学家预期的正面结果更具重大意义。
在报告的这一点上，斯穆特总结了 DMR 能够以三种不同频率观测宇宙背景辐射的能力，只测量天空中相距 60 度的两点之间接收到的辐射量差异。差异测量是必要的，因为任何直接测量都无法达到 DMR 的灵敏度。（许多仪器也是如此。例如，如果你先抱着猫称自己的体重，然后单独称自己的体重，并将差值记录为猫的体重，那么在浴室秤上称猫的体重会更准确。如果秤在特定时间持续出现高或低误差，这些误差在减法时会抵消。）
DMR 需要六个月才能完成一张覆盖所有方向的天空图，期间需注意绝不指向地球或太阳。为了绘制整个天空，COBE 牺牲了一些分辨率——即分辨细微细节的能力——以换取全局视野。COBE 的每一次独立观测都会产生一个像素或图像元素，其跨度约为 2.6 x 2.6 度，是满月覆盖面积的 27 倍。为了从差异测量中绘制准确的地图，覆盖整个天空的 6,144 个像素中的每一个都必须观测数千次。
在运行的第一年，DMR 实验收集了大约 3.8 亿个像素。天空的每个区域都通过两个完全独立的仪器通道（用于检查仪器噪声）对三种不同波长进行了观测。最后，科学团队确信 DMR 已经发现了不规则性，便着手进行项目的核心——分析像素，以查看他们是否能从这些偏离平滑性的数据中找到任何模式。
这代表了一项艰巨的任务。存在两个明显的模式，但它们与早期宇宙中的任何结构都不对应，在寻找宇宙不规则性之前必须将其从观测中减去。
一种模式是银河系自身的辐射发射，它增加了来自更远处的辐射并与之相互干扰。第二种模式源于太阳系和银河系在宇宙中相对温和的运动。这些运动在宇宙背景辐射中产生了特征模式，称为偶极子：辐射在银河系运动方向上显得稍强，而在相反方向上稍弱。十五年前，斯穆特领导的团队发现了这种效应。现在，他规模更大的团队不得不以更高的灵敏度重新测量这种效应，以便继续寻找追溯到早期宇宙的任何不规则性。
上午 8:08：斯穆特，在他科学事业的巅峰时刻，在描述他的科学团队所发现时，露出了胜利的笑容：“我们有一个四极子，”他用寻找偏离平滑性的人所使用的语言说道。他的意思是他们发现在天空中两个不同方向上的辐射高于平均水平，而来自两个相反方向的辐射低于平均水平。事实上，在许多不同方向上都存在差异——四极子只是不规则性完整描述的一部分，其中还涉及更复杂的项目，如八极子和十六极子。斯穆特说，这些不规则性，与偶极子不同，并非源于我们在空间中的运动，而是源于宇宙本身。它们是宇宙中已知最古老和最大的结构。其中最小的现在跨越的区域比“大墙”还要大。
COBE 所发现的并非传统意义上的结构。相反，它们是解耦时期温度与平均值相差约十万分之一的区域。这些差异以微开尔文（或百万分之一摄氏度）来衡量：典型的偏差仅为 16 微开尔文。然而，这些偏离平滑性的现象意义重大。它们为所有通过引力解释星系团形成的理论提供了关键支持。由于天文学家没有其他可行的理论，他们的解脱是显而易见的，加拿大理论天体物理研究所的领先理论家 J. 理查德·邦德对新闻记者的反应总结道：“是时候了。”
上午 8:11：斯穆特的科学讲座结束了，接下来是 COBE 科学团队其他研究人员的演讲。“我不得不等待他们会说什么，”斯穆特说，“所以有一段紧张的时间。”当他们展示自己的温度发现时，他松了一口气。“我看了那条曲线，看到了 14 微开尔文的振幅，这接近 16。所以他们不可能说我们错了。”
演讲还包括内德·赖特试图将结果与自宇宙背景辐射首次探测以来发展起来的大量宇宙学模型相吻合。赖特随意地展示了一张幻灯片，可能导致几十位理论家多年来的工作付之东流；他们中的一些人在现场表示同意。
斯穆特演讲最精彩的部分在最后几分钟，他展示了一张幻灯片，更详细地描述了宇宙背景辐射中的不规则性。这些不规则性携带着 150 亿年前的一个关键信息，远不止它们的存在这一事实。
信息在于不同大小不规则性的相对数量。大小分布很重要，因为不同大小不规则性的数量揭示了哪种类型的宇宙学模型可以为星系形成提供可行的解释。例如，DMR 结果似乎排除了基于宇宙缺陷的整类模型。宇宙缺陷是密度极高的区域，它可能是通过引力形成星系的种子之一。宇宙缺陷模型预测小尺度不规则性远多于大尺度不规则性。但 COBE 在其测量范围内发现了所有大小的不规则性数量基本相同。目前，宇宙缺陷模型似乎已准备好被丢弃到那些纸上看起来不错但无法描述真实宇宙的构想堆中。
如果宇宙缺陷被排除，那么什么模型会胜出呢？DMR 观测揭示的不规则性大小分布支持宇宙暴胀模型。暴胀在标准大爆炸理论的基础上增加了一个新层，并描述了宇宙在其最初的几分之一秒内的状态。根据暴胀理论，我们所称的宇宙的一切都始于大爆炸，作为一个亚微观的时空补丁，从一个更大的元宇宙中分离出来。这个补丁开始以远超光速的速度膨胀，并在宇宙眨眼间变得比我们今天所能看到的宇宙大得多。
当膨胀模型在 20 世纪 80 年代早期创建时，很少有人注意到它对原始宇宙中出现的任何不规则性做出了预测。根据膨胀理论，我们应该发现所有不同大小的不规则性数量大致相同——正如 DMR 实验所观测到的那样。
这一预测是基本膨胀模型的副产品，是在没有人预期很快会发现不规则性的时候做出的。因此，DMR 实验的结果比在观测完成后才提出膨胀模型来解释观测结果的情况要令人印象深刻得多。正如宾夕法尼亚大学物理学家、该理论的创始人之一保罗·斯坦哈特所说：“从我们今天观察到的现象推断整个宇宙是从一个微小的时空补丁膨胀而来，这是一个巨大的推断。”斯坦哈特说，DMR 的结果为大胆的模型提供了新的支持。
在 DMR 结果公布之前，人们的注意力曾集中在膨胀模型的另一个预测上，该预测似乎更容易直接验证。膨胀模型预测宇宙中暗物质含量是恒星发光物质的百倍。
暗物质是天文学中一个热门话题，不仅仅因为暴胀模型。暗物质是不发光的物质，我们通过它对可见物质施加的引力来推断它的存在。天文学家可以通过观测恒星和星系的运动来确定这些引力的大小：物质含量越多，运动越快。例如，在我们银河系以及其他类似星系外围区域的恒星，如果星系包含更多质量，它们将移动得更快。通过计数恒星和星系，天文学家可以估算可见物质的质量。通过测量恒星的运动，他们可以确定应该存在的物质（包括可见物质和暗物质）的总质量。
在过去的二十年里，天文学家得出结论，像我们银河系这样的巨型星系所含的暗物质至少是可见物质的十倍。没有人知道暗物质是什么，但许多理论家认为暗物质极不可能与我们所知的任何物质相似——既不是岩石，也不是燃尽的恒星，也不是宇宙尘埃颗粒。如果这是真的，我们或许最好将暗物质重新命名为透明物质，因为它似乎很可能完全不与我们熟悉的宇宙相互作用——既不与普通物质相互作用，也不与 COBE 观测到的辐射相互作用。
对于宇宙学而言，关于暗物质最根本的未解之谜是，它存在多少？如果宇宙只包含十倍于可见物质的暗物质，那么根据所有大爆炸模型，宇宙将永远膨胀，无法通过引力自我收缩。但是，如果宇宙包含一百倍于可见物质的暗物质，那么更多的暗物质将使宇宙最终停止膨胀并开始收缩。
暴胀模型明确预测，宇宙中物质的密度恰好等于临界值，该临界值将永恒膨胀的模型与最终收缩的模型区分开来。因此，测量实际密度将使我们能够确定暴胀模型是否有效——以及宇宙是否会永远膨胀。
人们认为宇宙中暗物质的含量远超可见物质。但正是因为暗物质是不可见的，我们直接准确测定物质总密度的前景不容乐观。那么，我们如何才能解开宇宙中暗物质数量之谜呢？答案就在于 COBE 的 DMR 结果。
确定宇宙中含有多少暗物质的最佳方法是找到测试各种星系形成模型的方法。在所有这些模型中，暗物质通过两种奇妙的方式帮助星系从密度较低的物质团块中生长。首先，因为宇宙中暗物质比可见物质多得多，任何依赖引力形成团块的理论都自动主要依赖暗物质。其次，因为暗物质不与光或任何其他形式的电磁辐射相互作用，它不会经历宇宙背景辐射在早期宇宙中对普通物质施加的任何均匀化效应。因此，暗物质可能早在解耦时代（大爆炸后 30 万年，背景辐射停止与普通物质相互作用）之前就开始聚集。
暗物质的这两个事实——它提供的引力以及它在形成团块方面的先发优势——结合起来，给了理论家们一搏的机会。利用最有利于形成团块的暗物质模型，他们现在可以——尽管只是勉强——从 DMR 实验探测到的不规则性类型中形成星系团。但这些模型是正确的吗？
为了验证膨胀模型或任何其他声称描述早期宇宙的模型，宇宙学家现在有两方面的需求。他们需要能够证实或否定 DMR 实验已观测到的不规则性的数据。此外，他们还需要发现并测量宇宙背景辐射中比 DMR 所能研究的尺度更小的不规则性——这些尺度对应于星系和星系团的形成。幸运的是，宇宙学家们应该不必等太久，因为在未来一两年内，一套 nicely 环环相扣的实验证据应该会浮出水面。
首先，COBE 仍在运行。这颗卫星继续出色地工作，为 DMR 实验不断提供数据，以供最终分析。此外，目前还有其他三种类型的实验正在观测宇宙背景辐射。第一，一系列气球飞行将探测器带到地球上方 100,000 至 120,000 英尺的高空，大部分宇宙背景辐射可以穿透到这个高度。第二，正在南极进行观测，那里的空气异常干燥，没有吸收大部分辐射的水蒸气。第三，像加利福尼亚州的欧文斯谷射电天文台这样的射电天文台正在进行精细调整，使其灵敏度远超其原始能力。所有这三种类型的实验都已经收集了数据，并且都从 4 月份公布的 DMR 结果中获得了巨大的心理推动。
COBE 的结果为一度可能成为终身探索宇宙不规则性的研究注入了新的活力。理论家们现在正摩拳擦掌，准备进行艰巨的任务，研究哪些模型能够符合 DMR 实验以及来自其他观测的数据。斯坦哈特说：“未来一两年将会非常忙碌。”
总而言之，COBE 是一颗了不起的卫星。它证实了宇宙背景辐射确实源于大爆炸宇宙，因为辐射的光谱与大爆炸模型的预测完全吻合。DMR 实验还发现了预示宇宙早期团聚阶段的不规则性。DMR 数据或许还能揭示宇宙中暗物质的含量，从而验证大爆炸模型的膨胀变体是否正确。COBE 的另一个仪器，漫射红外背景实验，正在以从未达到的清晰度绘制银河系中尘埃粒子发出的辐射图。对于一颗在 1986 年挑战者号事故后不得不迅速重新设计以减小尺寸和质量，从而基本上取消了从航天飞机发射 COBE 计划的卫星来说，这表现还不错。
中午：COBE 研究人员，他们一直都知道自己的发现对同事们有多么重要，在面对媒体时发现全世界都将这些发现视为我们理解宇宙的关键一步。“我上去吃点零食，”斯穆特说。“我早上五点就吃过早餐了，有几张幻灯片直到新闻发布会的时候才送来，所以我正在努力镇定下来。然后我走进那个房间。那时我才意识到这是一个大新闻。我想，嗯，如果我们真的做得好，我们就能登上报纸头版。然后那个人走过来对我说，你不能用麦克风，你必须走到讲台上讲话。我想，哦，我的上帝，我走上舞台，灯亮了，就像看着太阳一样。”
那时候，我才真正体会到它的意义。所以我记不清我在新闻发布会上说了些什么，但显然我说过，“如果你有宗教信仰，那就像在看着上帝。”回过头来看，那是正确的话语，但我第一次听到时，我吓坏了。事实上，如果你看看大多数宇宙学家在说什么，大约一半或三分之二的人在某种意义上是神秘主义或宗教性的：它是宇宙学的圣杯，它是宇宙的诞生，上帝的笔迹。这是自然的描述。
斯穆特喜欢参观考古遗址，他将团队的发现比作发掘一座古老的金字塔：真正的功劳属于那些从事相对枯燥但细致挖掘工作的人。如果不是因为我觉得自己做了一些有益的事情，我会对这种宣传感到非常尴尬。这是一个关于科学的故事，一个关于优秀科学的故事，它不冒犯宗教，不冒犯很多东西，也不会被用来破坏环境。我已经从我一个表妹那里听说，她的孩子们现在想成为科学家，因为你可以成名，你可以发现宇宙。
新闻发布会后，斯穆特前往新闻发布室，继续回答问题。他说道：“持续了好几个小时，我一直在那里，发表演讲和接受采访。”最后，大约五点钟左右，我对美国物理学会新闻官菲利普·施韦说：“你见过这样的场面吗？”他回答说：“自冷聚变以来就没有了。”
宇宙简史
宇宙大爆炸：大约 150 亿年前，已知宇宙中的一切都挤在一个无限致密炽热的点中，然后剧烈爆炸。那时，如今主宰宇宙的四种自然力——引力、电磁力（它引发闪电并引导指南针）以及使原子保持完整的强力和弱力——被难以想象的高温熔合在一起，形成一种单一的统一力。
在 10^-43 秒时，宇宙冷却到 100 万亿万亿万亿度。引力成为一种独特的力，但物质仍然是一种不可区分的碰撞汤，其能量比当今宇宙中任何已知现象都要高。
仅仅过了 10^-34 秒，温度已降至十亿亿亿度——足够让第一缕物质凝结。夸克（黑色），质子和中子的组成部分，以及电子（粉色）和类似的不可分割粒子都出现了。当第一批物质形成时，带电条件也创造了它们的反物质对应物。此时，将质子和中子结合在一起的强力分离了。引力、强力和电弱力这三种不同的力开始对原始物质碎片施加拉力和推力。
到 10^-10 秒时，电磁力和弱力已经分离。从那一刻起，四种力开始塑造宇宙。
在 10^-5 秒时，宇宙冷却到万亿度。此时，夸克相互碰撞并粘合在一起。在较低的温度下，撞击新形成的质子（蓝色）和中子（绿色）的粒子已无法将它们撞开。反夸克也结合在一起形成了反质子。每 100 亿个反物质粒子，宇宙中就包含 100 亿零 1 个物质粒子。在早期宇宙仍然致密的汤状物质中，反物质和物质的微粒相互碰撞，在粒子光（光子，紫色）的闪光中相互湮灭。到此时，宇宙的能量水平已过低，无法构建新的夸克和反夸克，因此几乎所有反物质都被摧毁，只剩下宇宙原始质量的一小部分。由此产生的光子四处反弹，无法逃离致密的环境。
大爆炸一秒后，电子及其反物质对应物正电子也同样相互湮灭；由于电子数量略多于正电子，只剩下电子。
创造后一分钟，当时相对缓慢的中子和质子相互碰撞，粘合在一起，形成了氦、锂和重氢的原子核。在这个短暂的瞬间之后，温度下降到十亿度以下，并且不断膨胀的宇宙密度过低，无法再次发生这种原子核形成碰撞。（数十亿年之后，恒星才会将氦锻造成更重的元素，如碳和氧——生命的组成部分。）
当宇宙 30 万岁，温度为 3,000 度时，聚集起来的原子核在电子飞驰而过时捕获了它们，形成了第一个原子。当电子被限制在原子周围轨道上时，曾与电子相互作用的光子开始以光束横扫宇宙。由于原子在膨胀的宇宙中分布不均，光子以一种相当斑驳的模式出现，今天我们将其视为微波背景辐射中的微小变化——能量从物质中解耦后的余晖。
大约十亿年后，引力的拉动导致原子聚集成气体云。当新生的星系云继续旋转聚集时，星系形成了，也许是围绕着一些非常致密但无法探测的暗物质碎片。再过十亿年，星系本身开始聚集成超星系团和巨大的结构——宇宙气泡，其壁由数千个星系组成，环绕着跨越数百万光年的空洞。
30 亿年后，恒星开始闪耀。地球和我们的太阳系在大爆炸后 104 亿年形成。在最近的恒星的光芒中沐浴了另外 20 亿年后，我们的星球萌生了最初的生命迹象。
今天，地球上可能有 1 亿种植物和动物物种。
