當(dāng)我們觀察今天的宇宙時(shí)，我們看到各個(gè)方向、各個(gè)地區(qū)都充滿了恒星和星系。然而，宇宙并不是靜止的。遙遠(yuǎn)的星系被束縛在一起，成群成團(tuán)，這些星系群和星系團(tuán)在不斷膨脹的宇宙中加速遠(yuǎn)離彼此。隨著空間膨脹，宇宙不僅會(huì)變得更稀疏，而且會(huì)更冷，因?yàn)楫?dāng)光子在太空中穿行時(shí)，會(huì)逐漸向能量更低的波段紅移。

但這意味著，如果我們回顧過去，宇宙不僅更致密，而且更熱。如果我們回到最初的時(shí)刻，到宇宙大爆炸的第一個(gè)瞬間，那時(shí)候宇宙是絕對(duì)最熱的。下面來看看當(dāng)時(shí)的情況。

在今天的宇宙中，粒子遵守一定的物理規(guī)則。它們中的絕大多數(shù)都有靜質(zhì)量，與粒子固有的內(nèi)能相對(duì)應(yīng)。它們可以是物質(zhì)（費(fèi)米子），反物質(zhì)（反費(fèi)米子），也可以都不是（玻色子）。有些粒子是無靜質(zhì)量的，比如光子和膠子，這就要求它們以光速運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)相應(yīng)的物質(zhì)/反物質(zhì)對(duì)相互碰撞時(shí)，它們會(huì)自發(fā)地湮滅，通常產(chǎn)生兩個(gè)無質(zhì)量的光子。當(dāng)用足夠大的能量將任何兩個(gè)粒子一起完全粉碎時(shí)，就有可能自發(fā)地創(chuàng)造出新的物質(zhì)/反物質(zhì)粒子對(duì)。只要有足夠的能量，根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系E=mc^2，能量可以轉(zhuǎn)化為物質(zhì)，反之亦然。

但在早期宇宙中，情況有所不同。在宇宙大爆炸最早期階段具有極高能量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)模型中的每一個(gè)粒子都是無質(zhì)量的。希格斯粒子的對(duì)稱性破缺會(huì)賦予粒子質(zhì)量，但在早期極高的溫度下，希格斯粒子的對(duì)稱性會(huì)完全恢復(fù)。那時(shí)溫度太高了，不只無法形成原子以及束縛原子核，甚至單個(gè)質(zhì)子和中子也不可能形成。那時(shí)的宇宙是一個(gè)熾熱、密集的等離子體，里面充滿了所有可以存在的粒子和反粒子。

那時(shí)能量極其之高，以至于最飄忽不定的粒子和反粒子，中微子和反中微子，也比其他任何時(shí)候更頻繁地撞擊其他粒子。每一個(gè)粒子每微秒就會(huì)撞擊彼此上萬億次，所有粒子都以光速運(yùn)動(dòng)。

除了我們所知道的粒子之外，還有可能存在我們今天不知道的額外粒子（和反粒子）。那時(shí)宇宙比我們?cè)诘厍蛏峡吹降娜魏螙|西都要熱，能量都要高，比最高能宇宙射線高百萬倍，比大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的能量強(qiáng)上萬億倍。理論上，那時(shí)的宇宙中產(chǎn)生的其他粒子包括超對(duì)稱粒子、大統(tǒng)一理論預(yù)測(cè)的粒子、通過大的或扭曲的額外維度可接觸的粒子、構(gòu)成我們現(xiàn)在認(rèn)為最基本的粒子的更小粒子、重的右旋中微子、各種各樣的暗物質(zhì)候選粒子。

值得注意的是，盡管有這些難以置信的能量和密度，但還是有極限的。宇宙從來都不是任意熾熱和密集的，我們有觀察到的證據(jù)來證明。如今，我們可以觀察宇宙微波背景，即宇宙大爆炸遺留下來的輻射輝光。雖然它在各向各處都是均勻的2.725 K（-270.425 ℃）黑體輻射，不過還是有微小的波動(dòng)：幾十或幾百個(gè)微開爾文的波動(dòng)。因?yàn)橛辛似绽士诵l(wèi)星，我們已經(jīng)把宇宙微波背景繪制得非常精確，角分辨率低至0.07度。

這些波動(dòng)的范圍和量級(jí)告訴我們，在宇宙大爆炸最早期、最熱的階段，宇宙所能達(dá)到的最高溫度有一個(gè)上限。在物理學(xué)中，所有可能的最高能量都在普朗克尺度上，也就是10^19 GeV，1GeV是加速一個(gè)電子到10億伏電勢(shì)所需要的能量。超過這些能量，物理定律不再有意義。

但是考慮到宇宙微波背景的波動(dòng)圖，我們可以知道宇宙從未達(dá)到過這些溫度。我們宇宙所能達(dá)到的最高溫度，就像宇宙微波背景的波動(dòng)所顯示的那樣，只有10^16 GeV，或者比普朗克尺度小1000倍。換句話說，宇宙有一個(gè)所能達(dá)到的最高溫度，而且比普朗克尺度要低得多。這些波動(dòng)不僅告訴我們熱大爆炸所達(dá)到的最高溫度，還告訴我們宇宙從什么樣的種子成長(zhǎng)到今天所擁有的宇宙結(jié)構(gòu)。

冷點(diǎn)寒冷是因?yàn)楣庑枰獜纳源笠恍┑囊?shì)中爬出，它對(duì)應(yīng)著一個(gè)比平均密度大的區(qū)域。相應(yīng)地，熱點(diǎn)來自低于平均密度的地區(qū)。隨著時(shí)間推移，這些冷點(diǎn)將會(huì)成長(zhǎng)為星系、星系群和星系團(tuán)，并將促進(jìn)形成巨大的宇宙網(wǎng)。另一方面，熱點(diǎn)將會(huì)把它們的物質(zhì)釋放到密度更大的區(qū)域，在數(shù)十億年的時(shí)間里成為巨大的宇宙空洞。宇宙結(jié)構(gòu)的種子來自大爆炸的最早、最熱的階段。

更重要的是，一旦達(dá)到了早期宇宙所能達(dá)到的最大溫度，它就會(huì)立即開始直線下降。就像當(dāng)我們用熱空氣填滿氣球時(shí)它會(huì)膨脹，因?yàn)榉肿佑泻芏嗄芰?，并?duì)抗氣球壁向外推，當(dāng)用熱粒子，反粒子和輻射填充宇宙時(shí)，宇宙結(jié)構(gòu)就會(huì)膨脹。

當(dāng)宇宙膨脹時(shí)，它也會(huì)冷卻。由于輻射的能量與它的波長(zhǎng)成反比，隨著空間結(jié)構(gòu)的拉伸，波長(zhǎng)也會(huì)拉伸，輻射的能量也會(huì)變得越來越低。較低的能量對(duì)應(yīng)較低的溫度，因此，隨著時(shí)間推移，宇宙不僅密度更小，而且溫度也降低了。

在熱大爆炸剛開始，宇宙到達(dá)了它最熾熱、最致密的狀態(tài)，并且充滿了物質(zhì)、反物質(zhì)和輻射。宇宙幾乎是完全均勻的，但還是有1/30000的非均勻性，這種不完美告訴我們它能達(dá)到多熱的程度，同時(shí)也提供了宇宙的大規(guī)模結(jié)構(gòu)從中生長(zhǎng)起來的種子。此后，宇宙立即開始膨脹和冷卻，變得不那么熱，不那么致密，使得制造任何需要大量能量的東西變得更加困難。E=mc^2這個(gè)定律意味著沒有足夠的能量，就不能創(chuàng)造一個(gè)給定質(zhì)量的粒子。

隨著時(shí)間推移，不斷膨脹和冷卻的宇宙將會(huì)帶來巨大的變化。但在一個(gè)短暫的瞬間，一切都是對(duì)稱的，而且盡可能的達(dá)到高能量。隨著時(shí)間推移，這些初始條件創(chuàng)造了如今我們所知的整個(gè)宇宙。