เอกภพ
ลำดับเหตุการณ์และบิกแบง

แบบจำลองที่มีอยู่ทั่วไปสำหรับวิวัฒนาการของจักรวาลคือทฤษฎีบิกแบง แบบจำลองบิกแบงระบุว่า สภาวะแรกสุดของเอกภพเป็นสภาวะที่ร้อนและหนาแน่นอย่างยิ่ง ต่อมา เอกภพก็ขยายตัวและเย็นตัวลง แบบจำลองนี้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและสมมติฐานที่ทำให้เข้าใจง่ายขึ้น เช่น ความเป็นเนื้อเดียวกันและไอโซโทรปีของอวกาศ แบบจำลองที่มีค่าคงที่ของเอกภพ (แลมบ์ดา) และ สสารมืดเย็น หรือที่รู้จักในชื่อ แบบจำลองแลมบ์ดา-ซีดีเอ็ม  เป็นแบบจำลองที่ง่ายที่สุดที่ให้คำอธิบายที่ดีพอสมควรในการสังเกตต่าง ๆ เกี่ยวกับเอกภพ แบบจำลองบิกแบงกล่าวถึงการสังเกตการณ์ต่าง ๆ เช่น ความสัมพันธ์ของระยะทางและการเลื่อนไปทางแดงของดาราจักร, อัตราส่วนของจำนวนไฮโดรเจนต่ออะตอมของฮีเลียมและพื้นหลังของการแผ่รังสีไมโครเวฟ
สถานะเริ่มต้นที่ร้อนและหนาแน่นเรียกว่า ยุคของพลังค์ ซึ่งเป็นช่วงเวลาสั้น ๆ ที่ขยายจากเวลาศูนย์ถึงหนึ่งหน่วยเวลาของพลังค์ ประมาณ 10−43 วินาที ในช่วงยุคของพลังค์ สสารและพลังงานทุกประเภทรวมตัวกันอยู่ในสถานะหนาแน่น และแรงโน้มถ่วงซึ่งปัจจุบันเป็นแรงที่อ่อนแอที่สุดในบรรดาแรงที่รู้จักทั้งสี่—เชื่อกันว่ามีความแข็งแกร่งพอ ๆ กับแรงพื้นฐานอื่น ๆ และทั้งหมด แรงอาจได้รับการรวมเป็นหนึ่งเดียว ตั้งแต่ยุคของพลังค์ อวกาศได้ขยายตัวจนถึงขนาดปัจจุบัน โดยเชื่อว่าช่วงการพองตัวของจักรวาลจะสั้นมากแต่รุนแรงซึ่งเกิดขึ้นภายใน 10−32 วินาทีแรก นี่เป็นการขยายตัวที่แตกต่างจากที่เราเห็นรอบตัวเราในปัจจุบัน วัตถุในอวกาศไม่เคลื่อนที่ แทนที่จะเปลี่ยนเมตริกที่กำหนดพื้นที่เอง แม้ว่าวัตถุในกาลอวกาศจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าความเร็วแสง แต่ข้อจำกัดนี้ใช้ไม่ได้กับเมตริกที่ควบคุมกาลอวกาศ เชื่อกันว่าช่วงเริ่มต้นของการพองตัวนี้อธิบายได้ว่าทำไมอวกาศจึงดูแบนราบมาก และมีขนาดใหญ่กว่าที่แสงจะเดินทางได้ตั้งแต่เริ่มเอกภพ[โปรดขยายความ]
ภายในเสี้ยววินาทีแรกของการดำรงอยู่ของเอกภพ แรงพื้นฐานทั้งสี่ได้แยกออกจากกัน ในขณะที่เอกภพยังคงเย็นตัวลงอย่างต่อเนื่องจากสถานะที่ร้อนอย่างไม่น่าเชื่อ อนุภาคย่อยของอะตอมประเภทต่าง ๆ สามารถก่อตัวขึ้นได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งเรียกว่า ยุคของควาร์ก, ยุคของฮาดรอน และยุคของเลปตัน เมื่อรวมกันแล้ว ยุคเหล่านี้รวมเวลาน้อยกว่า 10 วินาทีหลังจากบิกแบง อนุภาคมูลฐานเหล่านี้เชื่อมโยงกันอย่างเสถียรในส่วนผสมที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งรวมถึงโปรตอนและนิวตรอนที่เสถียร ซึ่งต่อมาได้ก่อตัวเป็นนิวเคลียสของอะตอมที่ซับซ้อนมากขึ้นผ่านการหลอมนิวเคลียส กระบวนการนี้เรียกว่าการสังเคราะห์นิวเคลียสของบิกแบง ใช้เวลาประมาณ 17 นาทีและสิ้นสุดหลังจากบิกแบงประมาณ 20 นาที ดังนั้นปฏิกิริยาที่เร็วและง่ายที่สุดเท่านั้นจึงเกิดขึ้น ประมาณร้อยละ 25 ของโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดในเอกภพโดยมวล ถูกเปลี่ยนเป็นฮีเลียม โดยมีดิวเทอเรียมจำนวนเล็กน้อย (รูปแบบหนึ่งของไฮโดรเจน) และลิเทียมเพียงเล็กน้อย ธาตุอื่น ๆ ถูกสร้างขึ้นในปริมาณที่น้อยมากเท่านั้น อีกร้อยละ 75 ของโปรตอนยังคงไม่ได้รับผลกระทบ เนื่องจากเป็นนิวเคลียสของไฮโดรเจน
หลังจากการสังเคราะห์นิวเคลียสสิ้นสุดลง เอกภพได้เข้าสู่ยุคที่เรียกว่า ยุคของโฟตอน ในช่วงเวลานี้ เอกภพยังคงร้อนเกินกว่าที่สสารจะก่อตัวเป็นอะตอมที่เป็นกลางได้ ดังนั้นจึงมีพลาสมาที่ร้อน, หนาแน่นและมีหมอกหนาของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ นิวตริโนที่เป็นกลาง และนิวเคลียสที่เป็นบวก หลังจากผ่านไปประมาณ 377,000 ปี เอกภพก็เย็นลงมากพอที่อิเล็กตรอนและนิวเคลียสจะสร้างอะตอมที่เสถียรตัวแรกได้ สิ่งนี้เรียกว่าการรวมตัวกันอีกครั้งด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์ ในความเป็นจริงอิเล็กตรอนและนิวเคลียสรวมตัวกันเป็นครั้งแรก อะตอมที่เป็นกลางต่างจากพลาสมาตรงที่แสงมีความยาวคลื่นหลายช่วงคลื่นโปร่งใส ดังนั้น จึงเป็นครั้งแรกที่เอกภพโปร่งใสด้วย โฟตอนที่ปล่อยออกมา ("แยกตัว") เมื่ออะตอมเหล่านี้ก่อตัวขึ้นยังสามารถเห็นได้ในปัจจุบัน พวกมันก่อตัวเป็นรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ
เมื่อเอกภพขยายตัว ความหนาแน่นของพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะลดลงเร็วกว่าของสสาร เนื่องจากพลังงานของโฟตอนจะลดลงตามความยาวคลื่น เมื่อประมาณ 47,000 ปี ความหนาแน่นของพลังงานของสสารมีมากกว่าความหนาแน่นของโฟตอนและนิวตริโน และเริ่มครอบงำพฤติกรรมขนาดใหญ่ของเอกภพ นี่เป็นจุดสิ้นสุดของยุคที่ครอบงำด้วยรังสีและการเริ่มต้นของยุคที่ครอบงำด้วยสสาร
ในช่วงแรกสุดของเอกภพ ความผันผวนเล็กน้อยภายในความหนาแน่นของเอกภพทำให้ความเข้มข้นของสสารมืดค่อย ๆ ก่อตัวขึ้น สสารธรรมดาถูกดึงดูดโดยความโน้มถ่วง ก่อตัวเป็นเมฆก๊าซขนาดใหญ่ และในที่สุดก็เกิดเป็นดาวฤกษ์และกาแล็กซี ซึ่งสสารมืดมีความหนาแน่นมากที่สุด และกลายเป็นความว่างเปล่าในที่ที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุด หลังจากนั้นประมาณ 100 – 300 ล้านปี[ต้องการอ้างอิง]
ดาวฤกษ์ดวงแรกก่อตัวขึ้น เรียกว่า ดาวฤกษ์ชนิดดารากร 3 สิ่งเหล่านี้อาจมีมวลมาก, เรืองแสง, ไม่เป็นโลหะและมีอายุสั้น พวกมันมีหน้าที่รับผิดชอบในการรีไอออนไนซ์ของเอกภพอย่างค่อยเป็นค่อยไประหว่างประมาณ 200-500 ล้านปีถึง 1 พันล้านปี และยังสร้างเอกภพด้วยธาตุที่หนักกว่าฮีเลียมผ่านการสังเคราะห์นิวเคลียสของดาวฤกษ์ เอกภพยังประกอบด้วยพลังงานลึกลับ ซึ่งอาจเป็นสนามสเกลาร์ ซึ่งเรียกว่าพลังงานมืด ซึ่งความหนาแน่นของพลังงานนี้จะไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา หลังจากผ่านไปประมาณ 9.8 พันล้านปี เอกภพได้ขยายตัวมากพอจนความหนาแน่นของสสารน้อยกว่าความหนาแน่นของพลังงานมืด ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของ ยุคที่พลังงานมืดครอบงำ ในปัจจุบัน  ในยุคนี้ การขยายตัวของเอกภพมีความเร่งขึ้นเนื่องจากพลังงานมืด