宇宙的演化3——物质的诞生

        宇宙在大爆炸之初，迅速扩张，随着宇宙的不断膨胀，温度急剧下降，尤其是在最初的几分钟，温度从大约10^(32)度迅速下降到约3亿度，以至于除了元素周期表中的前三个元素：氢、氦和锂在一瞬间产生之外，其他任何质量更重或更加复杂的元素都不可能产生。

        大约在宇宙诞生30万年之后，能量和物质走上了各自不同的道路，而在此之前，能量和物质频繁地相互转化，表现得非常不稳定，大爆炸最终将物质和能量分离开来。最初的原子云在宇宙中的分布并不是完全均匀的，宇宙就像是一锅沸腾的浓汤，能量和物质在局部地区可能比周围其他地区更密集一些，这些微妙的差异在引力的作用下越来越大，最终形成了我们现在所看到的恒星和星系。

宇宙星系

        这是真正的愚公移山的力量。引力虽然是四种基本作用力中最弱的一种，在研究微观粒子的时候几乎可以忽略不计，但是在宏观世界中它却是一种决定性的力量，因为正是引力支配着宇宙天体的形成、演化和运行。最初宇宙膨胀的力量使得宇宙中的所有物质开始彼此远离，但是在这个过程中，有些区域相对其他地方更加稠密一些，引力持之以恒地使得这些区域更加密集，物质变得密集将导致质量增大，而质量越大，引力也随之增大，因而加速了物质抱团集聚的过程。

        第一批恒星的形成大约在大爆炸之后2亿年。氢原子和氦原子不断地在自身引力的作用下被压缩到很小的空间内，随着原始云团的持续被压缩，质量和密度不断上升，其中心的温度也不断上升。当温度上升到1000万摄氏度的时候，原子的运动速度被加速到了一个临界点，原子之间碰撞的力量超过了原子核中带正电质子之间的互斥力，两个氢原子就会融合成为一个氦原子，这就是核聚变反应。恒星因而产生。但是，也可能存在其他情况。如果这个星球的质量较小，在引力导致收缩的过程中，产生的中心温度不足以点燃核聚变反应，就会形成褐矮星。

恒星

        核聚变产生的向外推力抵消了导致恒星不断收缩的引力作用，从而使得恒星进入了一个稳定的状态，这个状态将会持续千百万年，甚至几十亿年。稳定状态的持续时间主要取决于恒星的体积，恒星体积越大，它的寿命就会越短。这是因为，体积大的恒星相对体积小的恒星其中心的密度更大，因而温度也更高，尽管它们拥有更多的氢燃料，但是它们的燃烧速度更快，因此死亡更早。体积10倍于太阳的恒星，其寿命仅仅为3000万年，而最大的恒星也许只能存活几十万年，体积最小的恒星其寿命则可以长达数千亿年。

        我们的太阳已经存活了大约45.7亿年， 在大约50至60亿年之后，太阳内部的氢元素将几乎会全部耗尽，对抗引力的核聚变反应将会停止，太阳的核心将开始坍缩，而由于温度上升，太阳的外层却开始膨胀。当然，这离太阳的真正死亡还有一段时间，因为温度的上升将引发氦元素向更高元素聚变，核聚变产生的压力将再次与引力取得平衡。但是，与氢聚变相比，氦聚变持续的时间更短，太阳将很快耗尽氦元素。这个过程会持续到产生碳元素为止。体积稍大一些的恒星则可以继续这样的情形，直到氧元素形成为止；而体积最大的恒星，在它们生命的最后阶段可以形成铁元素（原子序列号为26）。所以，在元素周期表中，铁元素之前的所有元素基本上都是在恒星这个工厂内部产生的。

        当燃料耗尽，小型和中型的恒星开始变冷，最终成为熄灭的恒星，称为白矮星。体积大约在太阳的8倍以上的巨型恒星，在聚变反应熄灭之后，引力会在不超过1秒的时间内瞬即压垮整个星球，从而在宇宙中创造出超新星爆发的奇观。体积不超过太阳30倍的原始恒星在坍缩之后，引力所产生的巨大压力将导致电子和质子融合形成中子，从而形成中子星。体积大于太阳30倍的恒星，塌陷过程更为剧烈，其内核将被直接挤压成为黑洞，内核以外则质子和电子结合成为中子，并形成一股巨大的洪流向外逃逸，从而形成超新星爆炸的奇观，中间产生的温度可以高达几十亿度，在元素周期表中比铁重的那些元素基本上就是在这个时候被创造出来的。