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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 [:1700895583]
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 6 热平衡下的均匀温度 宇宙开始的状态
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在宇宙的早期，大片由微观粒子构成的均匀气体在热平衡下有着均匀的温度。这一统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
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热平衡状态
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前一节我们说到，宇宙早期，原子、原子核都不存在，是许多散乱的粒子们激烈运动的世界。科学家们认为，这些粒子包括了质子、中子和电子，但是，质子和中子只占其中的十亿分之一，其主要成分是如电子、光子、中微子等轻粒子。
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这些粒子在高能量的世界中频繁地发生碰撞，能量低的粒子经过碰撞会得到能量。能量高的粒子通过碰撞把能量传给其他粒子。其结果就是所有的粒子的能量相同，这就是大爆炸理论中宇宙开始时的热平衡状态。
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宇宙温度
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在整个宇宙当中，温度无处不存在。无论在地球上还是在月球上，也无论是在赤热的太阳上还是在阴冷的冥王星上，所有的星体所处的空间位置不同，温度也千差万别。例如，太阳表面温度是6000℃，而处于离太阳较远位置的冥王星的表面温度却只有－240℃。再如银河系里的牛郎星与织女星，人们看到只是闪烁的小亮点，它们的表面温度却在10000℃上下。
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宇宙中的行星温度不同，决定着行星上面是否适合生命存在。而宇宙大爆炸时的温度变化，也决定着各种粒子是否有适宜的温度，生成原子核、原子以及星体、星系。我们把大爆炸理论中宇宙开始热平衡状态时的温度称为宇宙温度。之后，随着宇宙的膨胀，空间尺度迅速增大，宇宙密度与温度迅速下降，相互作用也减弱。当温度下降到3000K时，原子形成。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 宇宙中的温度
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 [:1700895584]
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 7 元素是什么时候生成的 伽莫夫的困扰
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在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30％。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。
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氦丰度的疑惑
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前面我们介绍过原子核的形成。在恒星中，2个质子，2个中子聚合形成氦原子核。但是恒星中形成的氦并不释放出来。在恒星中质子变成氦原子核后，3个氦原子核聚合成6个质子、6个中子的碳原子核。生成的碳原子核和氦原子核聚合生成氧原子核（质子8个、中子8个）。
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就这样，在恒星中原子核之间聚合形成更重的原子核。在这个过程中恒星生成的氦应该基本上不存在了。即使有生成氦的新恒星，氦应该还在恒星中，在现在的宇宙中应该观测不到。但实际情况并非如此，在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且占30％的比例。而且通过对比较原始的星际气体的观测发现，在银河系和许多河外星系中，氦基本上是均匀分布的。这和许多重元素的非均匀分布形成了鲜明的对照。
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氦的形成
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现在的宇宙只有在恒星中才能生成氦。氦是质子之间相互碰撞融合形成的，可是质子都带正电荷，相互之间应该是排斥的。为了克服互相排斥的电场力，使质子相互碰撞，将质子锁定在小的领域里，减小相互之间的距离，就必须以快速碰撞。它可以在超高温、超高密度的环境中实现。恒星中基本上是这种状态，所以在恒星中能生成氦。
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但是，美籍俄裔物理学家伽莫夫认为，现在宇宙中观测到的大量的氦不是由恒星生成的。氦在恒星生成之前就已存在，也就是超高温、超高密度的宇宙开始时就已存在。
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