宇宙中的恒星与星系是怎样产生?

依照今天的标准衡量，在大爆炸发生几十万年之后，宇宙是非常简单的。大多数原子物质以氢原子和氦原子构成的巨大星云的形式存在，而这些星云镶嵌在由暗物质构成的更庞大的星云之中，并受到后者引力的塑造。当时，没有星系，没有恒星，没有行星，当然也没有生命有机体。除了来自宇宙背景辐射的微弱光亮，整个宇宙漆黑一片。不同地区之间基本上是一样的。威尔金森微波各向异性探测器对宇宙背景辐射进行的惊人考察表明，整个宇宙的温差不超过 0.0003 摄氏度。宇宙各地似乎是一样的，没有变化，没有多样性，事实上也没有令其变得有趣的任何事物。

然而，几亿年之后，宇宙包含了巨大的光带：最初的星系。每一个星系都由几十亿个光点组成，那些光点就是最初的恒星。星系和恒星的演化是更复杂事物——包括行星、细菌以及人类——演化的第一步。

因此，要想了解宇宙中更复杂事物的出现，我们首先得考察恒星和星系的演化。在我们的教材中，第一批恒星的出现被当作第 2 道主要门槛，因为它们的存在让宇宙变得更明亮、更复杂和更多样化。从某种意义上来说，这道门槛一直在被跨越，甚至今天也是如此，因此从那时开始，恒星就在不断出现。

为了解释最初的恒星是如何出现的，我们就得回到引力，即大爆炸所创造的四种基本力之一。引力是牛顿在 17 世纪发现的。他认识到，促使苹果落地的力也能解释太阳周围行星的运动。引力是在各种物质形式之间起作用的吸引力。20 世纪早期，爱因斯坦指出，引力也会影响能量。我们前面了解到，爱因斯坦证明了物质和能量是本质相同的“事物”的不同形式。在极端高温下，物质能够转化为能量，反之亦然。因此，我们毫不奇怪，引力不但影响质量，也会影响能量。英国天文学家阿瑟·艾丁顿——他是著名的和平主义者，拒绝服兵役——在一战结束后不久就证明了这一点。艾丁顿断定，通过观察太阳的引力是否让光线弯曲，我们就可以检验爱因斯坦的观点。他认识到，当太阳在一颗恒星前面运行时，通过观察恒星的位置，就可以进行这种检验。