然而，如果中微子不是零質量，而是如蘇聯在1981年進行的一次沒被證實的實驗所暗示的，自身具有小的質量，我們則可能間接地探測到它們。正如前面提到的那樣，它們可以是“暗物質”的一種形式，具有足夠的引力吸引去遏止宇宙的膨脹，并使之重新坍縮。

在大爆炸后的大約100秒，溫度降到了10億度，也即最熱的恒星內部的溫度。在此溫度下，質子和中子不再有足夠的能量逃脫強核力的吸引，所以開始結合產生氘（重氫）的原子核。氘核包含一個質子和一個中子。然后，氘核和更多的質子中子相結合形成氦核，它包含二個質子和二個中子，還產生了少量的兩種更重的元素鋰和鈹。可以計算出，在熱大爆炸模型中大約4分之1的質子和中子轉變了氦核，還有少量的重氫和其他元素。所余下的中子會衰變成質子，這正是通常氫原子的核。

1948年，科學家喬治·伽莫夫和他的學生拉夫·阿爾法在合寫的一篇著名的論文中，第一次提出了宇宙的熱的早期階段的圖像。伽莫夫頗有幽默——他說服了核物理學家漢斯·貝特將他的名字加到這論文上面，使得列名作者為“阿爾法、貝特、伽莫夫”，正如希臘字母的前三個：阿爾法、貝他、伽瑪，這特別適合于一篇關于宇宙開初的論文！他們在此論文中作出了一個驚人的預言：宇宙的熱的早期階段的輻射（以光子的形式）今天還應在周圍存在，但是其溫度已被降低到只比絕對零度（一273c）高幾度。這正是彭齊亞斯和威爾遜在1965年發現的輻射。在阿爾法、貝特和伽莫夫寫此論文時，對于質子和中子的核反應了解得不多。所以對于早期宇宙不同元素比例所作的預言相當不準確，但是，在用更好的知識重新進行這些計算之后，現在已和我們的觀測符合得非常好。況且，在解釋宇宙為何應該有這么多氦時，用任何其他方法都是非常困難的。所以，我們相當確信，至少一直回溯到大爆炸后大約一秒鐘為止，這個圖像是正確無誤的。

大爆炸后的幾個鐘頭之內，氦和其他元素的產生就停止了。之后的100萬年左右，宇宙僅僅只是繼續膨脹，沒有發生什么事。最后，一旦溫度降低到幾千度，電子和核子不再有足夠能量去抵抗它們之間的電磁吸引力，它們就開始結合形成原子。宇宙作為整體，繼續膨脹變冷，但在一個略比平均更密集的區域，膨脹就會由于額外的引力吸引而慢下來。在一些區域膨脹會最終停止并開始坍縮。當它們坍縮時，在這些區域外的物體的引力拉力使它們開始很慢地旋轉；當坍縮的區域變得更小，它會自轉得更快——正如在冰上自轉的滑冰者，縮回手臂時會自轉得更快；最終，當這些區域變得足夠小，自轉的速度就足以平衡引力的吸引，碟狀的旋轉星系就以這種方式誕生了。另外一些區域剛好沒有得到旋轉，就形成了叫做橢圓星系的橢球狀物體。這些區域之所以停止坍縮是因為星系的個別部分穩定地繞著它的中心旋轉，但星系整體并沒有旋轉。

隨著時間流逝，星系中的氫和氦氣體被分割成更小的星云，它們在自身引力下坍縮。當它們收縮時，其中的原子相碰撞，氣體溫度升高，直到最后，熱得足以開始熱驟變反應。這些反應將更多的氫轉變成氦，釋放出的熱升高了壓力，因此使星云不再繼續收縮。正如同我們的太陽一樣，它們將氫燃燒成氦，并將得到的能量以熱和光的形式輻射出來。它們會穩定地在這種狀態下停留一段很長的時間。質量更大的恒星需要變得更熱，以去平衡它們更強的引力，使得其核聚變反應進行得極快，以至于它們在1億年這么短的時間里將氫用光。然后，它們會稍微收縮一點。當它們進一步變熱，就開始將氦轉變成像碳和氧這樣更重的元素。但是，這一過程沒有釋放出太多的能量，所以正如在黑洞那一章描述的，危機就會發生了。人們不完全清楚下面還會發生什么，但是看來恒星的中心區域會坍縮成一個非常緊致的狀態，譬如中子星或黑洞。恒星的外部區域有時會在叫做超新星的巨大爆發中吹出來，這種爆發會使星系中的所有恒星相形之下顯得黯淡無光。一些恒星接近生命終點時產生的重元素就拋回到星系里的氣體中去，為下一代恒星提供一些原料。我們自己的太陽包含大約2％這樣的重元素，因為它是第二代或第三代恒星，是由50億年前從包含有更早的超新星的碎片的旋轉氣體云形成的。云里的大部分氣體形成了太陽或者噴到外面去，但是少量的重元素集聚在一起，形成了像地球這樣的、現在繞太陽公轉的物體。

地球原先是非常熱的，并且沒有大氣。在時間的長河中它冷卻下來，并從巖石中溢出的氣體里得到了大氣。這早先的大氣不能使我們存活。因為它不包含氧氣，但有很多對我們有毒的氣體，如硫化氫（即是使臭雞蛋難聞的氣體）。然而，存在其他在這條件下能繁衍的生命的原始形式。人們認為，它們可能是作為原子的偶然結合形成叫做宏觀分子的大結構的結果而在海洋中發展，這種結構能夠將海洋中的其他原子聚集成類似的結構。它們就這樣地復制了自己并繁殖。在有些情況下復制有誤差。這些誤差多數使得新的宏觀分子不能復制自己，并最終被消滅。然而，有一些誤差會產生出新的宏觀分子，在復制它們自己時會變得更好。所以它們具有優點，并趨向于取代原先的宏觀分子。進化的過程就是用這種方式開始，它導致了越來越復雜的自復制的組織。第一種原始的生命形式消化了包括硫化氫在內的不同物質而放出氧氣。這樣就逐漸地將大氣改變到今天這樣的成份，允許諸如魚、爬行動物、哺乳動物以及最后人類等生命的更高形式的發展。

宇宙從非常熱開始并隨膨脹而冷卻的景象，和我們今天所有的觀測證據相一致。盡管如此，還有許多重要問題未被回答：

（1）為何早期宇宙如此之熱？

（2）為何在大尺度上宇宙是如此一致？為何在空間的所有地方和所有方向上它顯得是一樣的？尤其是，當我們朝不同方向看時，為何微波輻射背景的溫度是如此之相同？這有點像問許多學生一個考試題。如果所有人都剛好給出相同的回答，你就會十分肯定，他們互相之間通過話。在上述的模型中，從大爆炸開始光還沒有來得及從一個很遠的區域傳到另一個區域，即使這兩個區域在宇宙的早期靠得很近。按照相對論，如果連光都不能從一個區域走到另一個區域，則沒有任何其他的信息能做到。所以，除非因為某種不能解釋的原因，導致早期宇宙中不同的區域剛好從同樣的溫度開始，否則，沒有一種方法能使它們有互相一樣的溫度。

（3）為何宇宙以這樣接近于區分坍縮和永遠膨脹模型的臨界膨脹率的速率開始，以至于即使在100億年以后的現在，它仍然幾乎以臨界的速率膨脹？如果在大爆炸后的1秒鐘那一時刻其膨脹率甚至只要小10億億分之1，那么在它達到今天這么大的尺度之前宇宙就已坍縮。

（4）盡管在大尺度上宇宙是如此的一致和均勻，它卻包含有局部的無規性，諸如恒星和星系。人們認為，這些是從早期宇宙中不同區域間的密度的很小的差別發展而來。這些密度起伏的起源是什么？

廣義相對論本身不能解釋這些特征或回答這些問題，因為它預言，在大爆炸奇點宇宙是從無限密度開始的。在奇點處，廣義相對論和所有其他物理定律都失效：人們不能預言從奇點會出來什么。正如以前解釋的，這表明我們可以從這理論中除去大爆炸奇點和任何先于它的事件，因為它們對我們沒有任何觀測效應?？臻g一時間就會有邊界——大爆炸處的開端。

看來科學揭露了一組定律，在不確定性原理極限內，如果我們知道宇宙在任一時刻的狀態，這些定律就會告訴我們，它如何隨時間發展。這些定律也許原先是由上帝頒布的，但是看來從那以后他就讓宇宙按照這些定律去演化，而不再對它干涉。但是，它是如何選擇宇宙的初始狀態和結構的？在時間的開端處“邊界條件”是什么？

一種可能的回答是，上帝選擇宇宙的這種初始結構是因為某些我們無望理解的原因。這肯定是在一個全能造物主的力量之內。但是如果他使宇宙以這種不可理解的方式開始，何以他又選擇讓它按照我們可理解的定律去演化？整部科學史是對事件不是以任意方式發生，而是反映了一定的內在秩序的逐步的意識。這秩序可以是、也可以不是由神靈主宰的。只有假定這種秩序不但應用于定律，而且應用于在時空邊界處所給定的宇宙初始條件才是自然的?？梢杂写罅烤哂胁煌跏紬l件的宇宙模型，它們都服從定律。應該存在某種原則去抽取一個初始狀態，也就是一個模型去代表我們的宇宙。

所謂的紊亂邊界條件即是這樣的一種可能性。這里含蓄地假定，或者宇宙是空間無限的，或者存在無限多宇宙。在紊亂邊界條件下，在剛剛大爆炸之后，尋求任何空間的區域在任意給定的結構的概率，在某種意義上，和它在任何其他的結構的概率是一樣的：宇宙初始態的選擇純粹是隨機的。這意味著，早期宇宙可能是非常紊亂和無規則的。因為與光滑和有序的宇宙相比，存在著更多得多的紊亂和無序的宇宙。（如果每一結構都是等幾率的，多半宇宙是從紊亂無序態開始，就是因為這種態多得這么多。