• 盡管許多人認為宇宙是從一個奇點開始的，但我們仍然無法確定。然而，我們可以根據宇宙在特定時期所具有的特性，將宇宙分成不同的時代。

今天的宇宙和昨天不一樣。隨著時間的流逝，一些細微但重要的變化發生了，即使其中許多變化在人類可測量的時間尺度上是無法察覺的。宇宙在膨脹，這意味著宇宙結構之間的距離隨著時間而增加。

但這些細微的變化都是在巨大的宇宙時間尺度上累積起來的，而且影響的不僅僅是距離。隨著宇宙的膨脹，輻射、物質、中微子和暗能量的相對重要性都發生了變化。在天空中看到的也會發生巨大的變化。我們可以把宇宙分成六個不同的時代，而我們已經進入了最后一個時代！

• 隨著宇宙的膨脹，物質的密度會降低，但輻射也會變得更弱，因為它的波長會被拉伸得更長。另一方面，如果暗能量的密度像現在所認為的那樣，作為空間本身固有的能量的一種形式，那么它的密度將保持不變。

原因可以從上面的圖表中理解。宇宙中存在的一切都有一定的能量，如物質、輻射、暗能量等。當宇宙膨脹時，這些形式的能量所占的體積會發生變化，而每一種形式的能量密度都會以不同的方式進化。如果我們用變量a定義可觀測視界，則：

1. 物質的能量密度將演化為1/a^3，因為密度只是質量除以體積，而質量可以通過E = mc^2很容易地轉化為能量，
2. 輻射的能量密度將演化為1/a^4，因為密度是粒子的數量除以體積，隨著宇宙的膨脹，每個光子的能量會拉伸，增加一個與物質相關的額外因子1/a，
3. 而暗能量是空間本身的一種屬性，所以它的能量密度保持不變(1/a^0)。

• 膨脹宇宙的歷史包括一整套的數據，包括對輕元素和宇宙微波背景的觀測，只留下大爆炸作為我們所看到的一個有效解釋。當宇宙膨脹時，它也會冷卻，使離子、中性原子最終形成分子，氣體云、恒星，最后形成星系。

通過將物理定律應用到宇宙中，并將可能的解決方案與我們所獲得的觀察和測量結果進行比較，我們可以確定我們從哪里來，又要去哪里。過去的歷史可以追溯到熱大爆炸的開始，我們也可以預見一切存在的最終命運。

• 我們整個宇宙的歷史在理論上都被很好地理解了，但這僅僅是因為我們理解了它背后的萬有引力理論。光將永遠繼續在這個不斷膨脹的宇宙中傳播，我們需要探測到更暗亮度和更長波長的光，才能繼續看到可見的物體，但這些都是技術上的限制，而不是物理上的限制。

當我們根據宇宙的行為劃分界限時，我們發現將會有六個不同的時代。

1.膨脹時代、2.原始湯的時代、3.等離子體時代物質、4.黑暗時代、5.恒星時代度、6.暗能量時代。數十億年前，我們已經進入了這個最后的時代。

• 在膨脹期間，時空本身在量子尺度上的波動被拉伸。膨脹是否源于最終的奇點尚不清楚，但它是否發生的特征在我們可觀測的宇宙中是可以驗證的。

（1）膨脹時代。在大爆炸之前，宇宙中沒有物質、反物質、暗物質或輻射。它沒有填充任何類型的粒子。相反，它充滿了一種空間本身固有的能量形式，導致宇宙以指數增長的方式膨脹。

1. 它將宇宙從任何幾何形狀拉伸到一種與空間無法區分的狀態。
2. 它將宇宙中一個因果相連的區域擴展到一個比我們現在可見的宇宙大得多的區域。
3. 它帶走了所有可能存在的粒子，并迅速膨脹，以至于沒有一個粒子留在可見宇宙的區域內。
4. 而在膨脹期間發生的量子漲落創造了結構的種子，從而形成了今天龐大的宇宙網絡。

然后，突然間，138億年前，膨脹結束了。所有這些能量，曾經是空間本身固有的，都轉化成了粒子、反粒子和輻射。隨著這種轉變，膨脹時代結束了，大爆炸開始了。

（2）原始湯的時代。一旦膨脹的宇宙充滿了物質、反物質和輻射，它就會冷卻。當粒子碰撞時，它們會產生任何物理定律所允許的粒子—反粒子對。主要的限制只來自于碰撞的能量。

隨著宇宙冷卻，能量下降，越來越難產生更大質量的粒子-反粒子對，但湮滅和其他粒子反應仍在繼續。大爆炸后1到3秒，反物質全部消失，只留下物質。大爆炸后3—4分鐘，穩定的氘形成，輕元素發生核合成。在一些放射性衰變和一些最終的核反應之后，所剩下的就是一個由光子、中微子、原子核和電子組成的等離子體。

• 一旦宇宙足夠冷卻，并且缺乏高能光子，它們就不能與中性原子相互作用，而只能是自由流。

（3）等離子體的時代。一旦這些輕核形成，它們就是宇宙中唯一帶正電的物體，而且它們無處不在。當然，它們被等量的負電荷平衡。原子核和電子形成原子，所以這兩種粒子會立即找到彼此，形成原子并為形成恒星鋪平道路，這似乎是很自然的。

不幸的是，它們的數量遠遠超過光子。每當一個電子和一個原子核結合在一起時，一個足夠高能量的光子就會出現并把它們炸開。直到宇宙從數十億度急劇冷卻到數千度，中性原子才最終形成。

在等離子體時代初期，宇宙的能量含量主要由輻射決定。到最后，它由正常物質和暗物質主導。第三階段是大爆炸后38萬年。

• 在恒星或星系形成之前，宇宙中充滿了阻擋光線的中性原子。第一次主要的再電離波發生在大爆炸2.5億年左右，而一些恒星可能在大爆炸后的5000萬年到1億年才形成。

（4）黑暗時代。有了這些中性原子的存在，我們現在所知道的可見光將在整個天空中都是看不見的。為什么？因為中性原子，特別是以宇宙塵埃的形式存在的中性原子，在阻擋可見光方面非常出色。

為了結束這些黑暗時代，星系間的介質需要重新電離。這需要大量的恒星形成和大量的紫外線光子，這需要時間和引力。第一個主要的再電離區域發生在大爆炸之后的2—2.5億年，但是平均來說，再電離直到宇宙5.5億年才完成。在這一點上，恒星的形成速度仍在增加，而第一個巨大的星系團才剛剛開始形成。

• 通過帶著一個新的科學目標再次觀測它們，哈勃的野牛計劃將獲得到這些星系的距離，使我們能夠更好地了解星系是如何在宇宙中形成。

（5）恒星的時代。一旦黑暗時代結束，宇宙對星光是透明的。恒星、星系團、星系、星系團以及不斷擴大的宇宙網絡都在等待著被發現。在能量方面，宇宙由暗物質和正常物質主導，引力束縛的結構繼續變得越來越大。

恒星形成的速度不斷上升，在大爆炸后約30億年達到頂峰。在這一點上，新的星系繼續形成，現有的星系繼續增長和合并，星系團吸引越來越多的物質進入它們。但是星系中自由氣體的數量開始下降，因為大量的恒星形成已經消耗了大量的自由氣體。恒星形成速度緩慢而穩定地下降。

隨著宇宙膨脹，物質密度下降，一種新形式的能量——暗能量——開始出現并占據主導地位。宇宙大爆炸78億年之后，遙遠的星系在彼此的衰退中停止了減速，并開始再次加速。稍晚一點，在大爆炸92億年之后，暗能量成為宇宙能量的主導成分。此時，我們進入了最后的時代。

• 在足夠長的時間后，加速度將使每一個星系完全孤立在宇宙中。我們只能回顧過去來推斷暗能量的存在和性質，這至少需要一個常數，它對未來的影響更大。

（6）暗能量的時代。一旦暗能量占據主導地位，一些奇怪的事情就會發生：宇宙中的大規模結構停止增長。那些在暗能量接管之前被引力束縛在一起的物體將繼續被束縛，但那些在暗能量時代開始之前還沒有被束縛的物體將永遠不會被束縛。相反，它們只會彼此加速遠離，導致孤獨的存在于浩瀚的宇宙之中。

單個的束縛結構，如星系和星系群，最終會合并成一個巨大的橢圓星系。現存的恒星將會消亡，新恒星的形成將變慢，然后停止，引力相互作用將把大多數恒星推入星系間的深淵。由于引力輻射的衰減，行星將會螺旋上升進入它們的母星。即使是壽命特別長的黑洞，最終也會因霍金輻射而衰變。

• 當太陽變成一顆黑矮星后，如果沒有任何物質噴射或與地球的殘余物質碰撞，最終引力輻射將導致我們被太陽的殘余物質吞噬。

到最后，在這個空洞、不斷膨脹的宇宙中，物質稀少，彼此隔絕。這些最終狀態甚至在未來數年內都將存在，并繼續存在，因為暗能量仍然是我們宇宙中的主導因素。暗能量占主導地位的最后一個時代已經開始。宇宙可能有六個獨特的階段，但我們已經進入了最后一個階段。好好看看我們周圍的宇宙，因為它不會永遠如此富有。