然而，无论如何，不管比值如何变化，只要有光的地方，就会有暗物质存在。
你或许还记得在慕尼黑我和马西莫在晚餐时的对话，马西莫是一个品牌营销专家，他反对“暗物质”这个名字。在同一个晚宴上，马西莫向我介绍了另外一个参会者马特。马特问我人类驾驭这种尚未被理解的物质的能力有多大。作为一个游戏设计者，他问这个问题是可以理解的。不久后，一位从事剧本创作的朋友又问了我同样的问题。这也不足为奇，因为她在自己的科幻小说中对此做了预测。
以上这些询问仅仅代表了一个非常美好的愿望，我把它再次归因于“暗物质”这个名字选择得不好上。在我们周围的宇宙环境中，暗物质既不是一种有威胁的物质，也不是一种取之不尽、用之不竭的战略资源。鉴于已知物质和暗物质之间的影响极其微弱，没有人可以将暗物质收集起来放在地下室或车库里。利用我们的双手和普通物质制成的工具，我们既不能制造暗物质导弹，也不能制造暗物质陷阱，因为找到暗物质非常困难，而且驾驭它又完全是另外一回事。即使我们能够找到一种方法把暗物质控制起来，它也不会以任何明显的方式影响我们，因为它只通过引力或通过一些其他力与普通物质相互作用，这些作用力因为太弱而不能被探测到，即使是非常灵敏的探测器也不行。若非存在巨大天文尺度的物体，暗物质对地球的影响将会更加难以被感知到。这也是它如此难以被找到的原因。
事实是，宇宙含有大量暗物质。弥散于宇宙四处的暗物质坍缩并且聚集在一起，创造了星系和星系团，并继而形成了恒星。
虽然暗物质并没有通过任何可以观测到的方式直接影响人类或实验室里的实验，但它的引力作用对宇宙结构的形成却至关重要。
因为大量暗物质聚集在这些巨大的坍缩区域中，普通物质也存在于此，因而暗物质将继续影响恒星的运动和星系的轨迹。我们将很快会看到，一种非常规类型的暗物质会坍缩得更为致密，从而会影响太阳系的轨道。尽管人类不能驾驭暗物质，但更为强大的宇宙却可以。本章将解释暗物质在宇宙演化中，以及在已知的、有限寿命的星系形成中的关键作用。
蛋与鸡
结构形成理论认为，宇宙暴胀最终形成了极度（但并非完全）枯燥而均匀的天空，恒星和星系就是从中发展而来的。本书多次提到的“结构形成的一致性图景”是一个相对较新的进展，但这个理论现在已经牢牢地扎根于宇宙学（例如以暴胀理论作为补充的大爆炸理论），以及有着更好测量的物质组成（比如暗物质）之上。这让我们能够解释，早期宇宙的炙热、无序和未分化区域，如何能够形成我们当今所看到的星系和恒星。
最初，宇宙是炙热的、致密的，并且基本上是均匀的，也就是说在太空的每一点都是一样的；它也是各向同性的，这意味着它在各个方向上都是相同的。尽管粒子之间会相互作用、出现，然后消失，但粒子的密度和行为在各个地方都是一样的。这个图像当然会非常不同于你看到的宇宙照片，也不同于当你仰望星空时看到的美丽夜空的图景。
宇宙现在不再是均匀的了。星系、星系团以及恒星挣脱了空间的膨胀，突显出它们在整个天空分布的不均匀性。这样的结构是我们这个世界中所有事物的核心。如果没有那些致密的恒星系统，就不会有这个世界的一切。这些恒星系统对重元素以及所有包括生命在内的神奇事物的形成，都至关重要。对生命而言，它至少要产生于一个恒星聚集的环境之中。
宇宙的可见结构产生于气体和恒星系统。这些恒星的集合有着各种尺寸和形状。双星——一个恒星绕着另外一个旋转，构成一个恒星系统，就如星系一样，不过星系是由数十万颗甚至万亿颗恒星所构成的。星系团的恒星数量又是星系的上千倍，它们也是恒星系统。
为了了解所涉及的物体类型，先来考虑一下宇宙所含物体的典型质量和大小。天文尺寸一般用秒差距或光年来衡量，天文质量通常以太阳质量来衡量，即等价于多少个太阳。星系的尺寸变化很大，小至1 000万太阳质量的矮星系，大至100万亿太阳质量的最大星系。银河系是一个相对较小也比较典型的星系，大约为1万亿太阳质量，即其总质量，其中包含了占主导地位的暗物质。大多数星系的直径在几千到几十万光年。星系团的质量在百万亿到千万亿太阳质量之间，典型的直径在500万～5 000万光年。星系团包含了多至大约1 000个星系，而超星系团包含的星系数目更有星系团的10倍之多。
尽管这些物体至今仍存在，但早期的宇宙并不包含它们。早期的宇宙是极为致密的，恒星或星系还没有形成。对于恒星和星系而言，它们的密度要远远低于早期宇宙的密度。只有在宇宙冷却到某个温度之下，即宇宙的平均密度比最终形成天体的密度还要低时，恒星系统才有可能形成。结构形成也要等到宇宙中的物质能量比辐射能量高的时候才开始。请注意，我使用的是宇宙学中的辐射定义，它包含任何事物，包括诸如光子的粒子，也包含接近光速运动的粒子。在炙热的早期宇宙，几乎所有的事物都满足这个条件，因为温度非常之高，使得辐射在宇宙能量中占主导地位。
随着宇宙的膨胀，辐射和物质都被稀释了，它们的能量密度也同样如此。因为红移效应会降低辐射的能量，所以辐射能量将降低得更快，对于物质，在等待了10万年之后，终于走到聚光灯下，最终主宰了宇宙的能量。在这个具有里程碑意义的时刻，物质超过了辐射，成为宇宙能量的主要贡献者。
理解结构最初如何增长的一个很好的起点，大约就是从宇宙开始演化的10万年之后，这个时候物质开始占据主导地位。这个时间要比原初扰动开始增长的时间晚一些，但又比我们所观测到的宇宙微波背景的形成时间早一些。对于宇宙学而言，物质主导的意义非常重大，运动速度比较慢的物质携带有比辐射少得多的压力，因此会以不同的方式影响宇宙膨胀。当物质主导时，宇宙的膨胀速度就会发生变化。但对于结构形成更为重要的是，小而紧凑的结构可能就在当时开始增长。对于那些以光速或者接近光速运动的辐射，因为减速不够（速度仍然很快），就不会被那些弱引力束缚系统限制住。但辐射会抹平扰动，就像风会抹去沙子留在海滩上的涟漪。另外一方面，物质会减速并聚集成团——只有缓慢运动的物质才能够充分坍缩形成结构。这也是为什么宇宙学家有时说暗物质是冷的，这意味着它不是热的，并且不是以相对论速度运动的，从而与辐射表现出很大的差别。
当物质在宇宙能量密度中占主导地位之后，密度扰动的区域会诱发物质坍缩，从而形成结构增长的种子。这些密度扰动的区域中，一些区域密度稍高，另外一些区域的密度会相对较低，而这些结构是在暴胀阶段结束时形成的。这些扰动随后增长，最终经过放大，将最初的均匀宇宙转化成我们看到的差异化很大的天空。小于万分之一的微小密度变化就足以从一个几乎均匀的宇宙中创造出结构，因为宇宙是平直的，这意味着存在一个临界能量密度，刚好位于快速坍缩和快速膨胀的边界上。临界密度创造了一个最佳点，从而宇宙能够缓慢膨胀并且持续足够长的时间，使结构能够得以形成。在这个微妙确定的环境中，即使很小的密度扰动也能导致某一区域中的物质坍缩，从而结构开始形成。
当这个坍缩导致结构形成开始时，两个相互竞争的力都有贡献。引力将物质向里拉，而尽管辐射不占主导地位，但它会将物质向外推。一旦超过某个阈值，平衡就会被破坏，这个阈值被称为金斯质量（Jeans mass）。在这块区域之内，向外的辐射压不能和向内的引力相平衡，从而导致区域内的气体坍缩，物质和增长于引力势中的天体变成了形成发光星系和恒星的种子。
高密度区域会比低密度区域产生更多吸引力，从而让本来致密的区域越来越致密，并进一步消耗掉周围区域中已经很稀疏的气体。因为富含物质的区域变得更加富有，而物质贫乏的区域变得更加贫乏，所以宇宙变得更加凹凸不平。这种物质聚集会一直持续，从而产生引力束缚的天体，并以正反馈的方式持续坍缩。恒星、星系和星系团都是在这个时候产生的，它们都是起源于引力效应作用于最初的暴胀结束之时，微小的量子力学波动。
具有吸引力的势阱能够吸引物质并使其坍缩。最初产生这种势阱的大都是暗物质，而非普通物质，一是因为它与辐射没有相互作用，二是因为其总量更大。我们能看到恒星和星系，是因为它们能够发光。但实际上，最初是暗物质将可见物质吸引到这些致密区域的，从而才可能产生星系及恒星。当一块足够大的区域坍缩时，暗物质会形成一个球形晕。在这个晕内，由普通物质组成的气体会冷却，朝中心坍缩，最终碎裂形成恒星。
相比较仅仅有普通物质存在的区域，暗物质的存在会让这些区域坍缩得更快，因为更大的物质总能量密度会让物质比辐射更快地占据主导地位。除此之外，暗物质之所以很重要还有另外一个原因，即电磁辐射在开始时，会阻止普通物质在大约1%星系大小的尺度上形成结构。只有搭上暗物质这个便车，宇宙中星系大小的天体和恒星的种子才会有时间形成。如果没有暗物质导致的坍缩，就不会有目前恒星的星族和分布。
因此，是暗物质开启了坍缩，从而形成了结构。不仅是因为它更多，更是因为暗物质不受光的影响，所以电磁辐射不能将它们像普通物质一样驱散。暗物质从而建立了物质分布中的原初扰动，在物质和辐射退耦之后，普通物质会根据原初扰动作出反应。暗物质有效地给了普通物质一个很好的开始，为星系和恒星系统的形成铺平了道路。因为暗物质不与辐射作用，即使当普通物质不能坍缩时，它依然可以坍缩，形成基板，把质子和电子带到坍缩区域中来。
暗物质和普通物质同时坍缩成可见天体，比如星系和恒星，这对结构形成非常重要，同样对观测也很重要。尽管我们只能够直接
看到普通物质，但我们非常确信暗物质和普通物质存在于同一个星系中。由于普通物质依赖暗物质的原初扰动来产生形成结构的种子，所以普通物质多数情况下位于包含大量暗物质的结构中。因此，从某种意义上来说，“在路灯下寻找暗物质”的说法是恰当的。
暗物质在今天仍然发挥着重要作用。它不仅对吸引力的大小有贡献，防止恒星飞走，同时也把一些被超新星喷发出去的物质吸引回星系里。暗物质有助于把重元素保留在星系中，而这些重元素对于恒星的进一步形成和生命的出现都很关键。
尽管物理学家可以在理论的基础上预测早期的结构形成，但目前没有观测者可以目睹最初结构形成过程中宇宙相变的细节。望远镜探测到的光，有时甚至能够让我们看到数十亿年前形成的最早星系，但通常都是最近发射出来的。另外一方面，可观察的宇宙微波背景辐射来自宇宙还是充满辐射的那个时间，坍缩的引力束缚的天体尚未形成。背景辐射把早期密度波动的痕迹印在了38万年之后的宇宙进化中，但等到恒星和星系存在并产生可观测的光，又过去了大约5亿年。
在再合并之后（此时中性原子形成，微波背景辐射产生）和发光天体出现之前的中间一段时间，是一个非常黑暗的时代，目前的观测仪器无法对其进行观测。天体没有光发出，是因为恒星尚未形成。在早期，微波背景辐射会与无处不在的带电物质相互作用，但从此时起微波背景辐射也不再会照亮天空。这是用传统望远镜观测不到的（见图5-1），但这正是宇宙的原初之“汤”转化为丰富和复杂的宇宙最初结构的时代，这些最初的复杂结构演化成了我们现在所看到的一切。
图5-1
在我们能够看到宇宙微波背景辐射之后，一个黑暗时代随之而来，结构开始形成，第一代恒星出现和爆发，星系和其他结构也随之形成，暗能量逐步主宰宇宙膨胀。（感谢NASA提供图片）
哈佛大学天体物理学家阿维·勒布（Avi Loeb）做了一个类比，目前的技术无法观察到最早恒星的形成，就如同我们不能目睹一只小鸡如何最初从鸡蛋中孵出来一般。一个鸡蛋包含了像汤一样的糊状结构。让一只母鸡孵蛋的话，从鸡蛋中就会孵化出一只小鸡，并最终成长为一只发育成熟的鸡。从破碎的鸡蛋中，除了蛋黄和蛋白，别无他物，但它们包含了可以孵出小鸡的“种子”。这个转变发生在蛋壳之内，如果不借助特殊工具，没有人可以看到内部究竟发生了什么。
我们需要新技术来探索最早的结构形成。没有人能看到宇宙进化时的黑暗时期，尽管已有一些理论提议。然而，就像一个鸡蛋，密度扰动包含了后续结构的种子。但是，不像“是鸡生蛋，还是蛋生鸡”的窘境，对于宇宙进化我们知道谁先谁后。
等级结构
上述结构形成的图景包含了大量与坍缩相关的物理知识，它是建立在各自的扰动过程之上的，每一个扰动都成为一个星系的种子，而每一个星系都会独立演化。进一步的研究表明，巨型恒星最先形成，但它们或是很快以超新星爆发掉，将第一代重元素释放到宇宙中，或是成了黑洞。这些重元素在宇宙之后的发展中扮演着重要角色。也只有在金属（天文学家称这些重元素为金属）存在之后，更小的恒星（比如太阳）才能够在一些更冷更致密的区域形成，我们现在所能看到的结构才能够被产生。
但在恒星形成之前，星系就已经产生。事实上，星系是最先出现的复杂结构。每一个星系看起来都自成一体，但是，就像我们很快看到的，它们又都是联系在一起的，所以星系在很多方面都是宇宙的基石。一旦形成，星系可以合并成更大的结构，比如星系团。在足够的坍缩之后，恒星会在最密集的区域之内形成。我们今天所见结构的形成是开始于星系的。
然而，这个星系单独形成的图景是简化了的模型。在现实中，就如这个图景让你相信的一样，星系并不是孤岛。与星系的碰撞和合并对于它们的发展也至关重要。星系的形成是有等级的，较小的星系首先形成，更大的结构在之后形成。甚至那些似乎是孤立的星系其实也是被更大的暗晕所包围，而这些暗晕与其他星系的暗物质晕是接触在一起的。因为星系占据了一个相对比较大的空间比，大约为1‰，所以星系比恒星要碰撞得更为频繁，而恒星所占的体积比差不多为千万万亿分之一。通过合并以及其他引力相互作用，星系持续地互相影响着。星系持续吸引气体、恒星和暗物质进入，从而进一步演化。
有了这个更深层次的知识，让我们重新审视在结构形成过程中发生了什么。为了更好地理解这个过程，“富人更富、穷人更穷”的比喻非常贴切。就像当今世界的社会状况一样，穷人不仅变得更穷，也会变得越来越多。事实上，在一些激烈的争论中，我有时会听到有关人性的灾难性预言，富人将会被挤到很小的区域里，随着越来越多贫穷阶层的增加，富人会被挤到城市的最边缘。在这种并不是很受欢迎的情形中，富人将居住在城镇的郊区，就像当我访问位于南非德班地区时，在白人居住的郊区看到的一样。邻近的城镇也将会经历类似的现象。一旦过分向外延伸，邻近城镇会相互影响，在相交的区域只留下富人。这些富有的、被隔离的人群可能会在商业和安全系统方面投资，但所有这些快速发展都会被留在某些节点当中，而这些节点是社会不同特权阶层相互交汇而形成的。
虽然这并不是一个很有吸引力的社会图景，但这和宇宙结构形成的演化方式非常相似。稀薄地区的膨胀比宇宙整体要迅速得多，而稠密地区扩大得更慢一些。结果是，稀薄区域把稠密区域挤到了一边，使得它们存在于从开始就一直膨胀的低密度区域的边缘区域。弥散区域中的气体被耗尽，最终演变成空洞，这些低密度区域就像牧羊人驱赶羊群一样，把物质驱赶到高密度区域，从而使自己的体积有所增长。
等级模型
在宇宙结构形成的演化过程中，物质的聚合方式。宇宙物质先是形成高密度纤维状结构，之后是形成宇宙网，其中，最致密的物质位于纤维相交的节点上。这些节点成为形成星系的基础。这一过程不断从小尺度到大尺度重复着，也即产生自下而上的等级模型。
当这样的高密度区域相交时，高密度区域的纤维状结构就会形成，其吸引力会把剩余的大量物质吸引过来。越来越多的物质被限制在一个宇宙网上，这个宇宙网是由很薄但是致密的片状结构和围绕着片状结构的空洞区域构成的。宇宙网因此也变成了一个由纤维状结构组成的网络，在这个网络中，最致密的物质位于纤维相交的节点上。所以这一过程并不是一个简单的球形坍缩，物质会先沿着片坍缩成纤维状，而纤维相交形成节点（见图5-2）。然后这些节点成为形成星系的种子。这一过程随着时间持续进行着。小尺度结构形成后，这个模式在不断增大的尺度上继续重复。这就产生了自下而上的等级模型，在这个模型中，小的结构比大的结构更早形成，也就意味着小的星系先形成。
图5-2
由物质构成的宇宙网的模拟图。暗物质构成的纤维状结构相交形成节点，而这些纤维状结构又包含了暗的、相对空的空洞区域。非常亮的区域是星系团所在的地方，位于节点上。这是贝内迪克特·迪默（Bened-ikt Diemer）和菲利普·曼斯菲尔德（Philip Mansfeld）通过一个厚为18Mpc、边长为179Mpc的数值模拟切片，利用了克勒（Kaehler）、哈恩（Hahn）和阿贝尔（Abel）在2012年研究出来的可视化算法，制作出来的暗物质密度投影图像。
数值模拟在最大尺度上证实了这些预言，暗物质正确地解释了宇宙中结构的密度和形状。较小尺度上的差异可能会对这一理论的进一步改进提供线索，但我们将把这些不完全确定的预言、观测和模型留到以后讨论。有些模型或许可以解释它们。
因为普通物质和暗物质同步坍缩，来自星系的辐射会追踪暗物质较多的区域。就像世界各地的灯光绘制出了各个城市所在的位置一样，宇宙中最亮的区域展示了星系中最为密集的区域，具有最多数量的恒星。辐射的强弱反映了整体的质量密度，就像世界上的光地图反映了人口密度一样。
然而要记住，就像光分布一样，与真实人口分布相比，我们所看到的部分可能会有变化。暗物质和发光物质之间的比值依赖于星系的类型，例如矮星系、正常星系或星系团。无论如何，不管比值如何变化，只要有光的地方，就会有暗物质存在。对于验证结构形成理论而言，这是一个很有价值的观测工具。
银河系，我们的保护伞
在结束这一章以及本书第一部分之前，现在让我们转向我们最为熟知的星系——银河系，以及我们最为喜欢的恒星——太阳，看一下普通物质在它们中的分布和影响。我们的星系因为具有乳白色的光带而被命名为“银河系”，这个光带在晴朗干燥的夜晚清晰可见。而我们所看到的光是银河平面上的众多暗星的光。
银河系位于一个被称为本星系群（Local Group）的星系群中。这是一个引力束缚的星系系统，它的密度要比宇宙的平均密度高。银河系和仙女座星系主导了这个星系群的质量，但也有几十个小星系属于这个群，绝大多数是这两个大星系的卫星。本星系群的引力束缚作用能够防止因为宇宙膨胀而导致的银河系和仙女座星系彼此远离。它们的距离实际上是在收缩的，在大约40亿年之后，它们将会碰撞并且合并。
银河系有一个由气体和恒星构成的盘，直径大约13万光年，在垂直方向上大约有2 000光年，这个平地状的结构使其具有了独特的形状。银河系盘包含了很多恒星和被称为星际介质（interstellar medium）的物质。星际气体由氢原子构成的气体和小的固体尘埃颗粒组成，它的总质量大约为恒星总质量的1/10。现实中，在银河系的中心附近聚集着银河系大多数恒星，但我们并没有真的看到更亮的光聚集于此，这是因为星际尘埃挡住了光。然而，天文学家在红外波段看到了星系中心，这是因为尘埃没有吸收这种频率较低的光。银河系的中心也包含着一个大约为400万太阳质量的黑洞，有时也被称为人马座A*。
中心黑洞和暗物质是完全不同的东西。然而，暗物质确实存在于一个巨大的球形晕中，直径大约是65万光年。就尺寸和质量而言，银河系中的最大组成部分，是一个重约一万亿太阳质量的近球形结构，它包括银盘区域。就像所有星系一样，暗物质首先凝聚，然后吸引可见的普通物质（见图5-3）。
图5-3
银河系和它的中心核球、黑洞以及围绕在其周围的暗物质晕。太阳的位置也做了标记。
我还没有描述盘形成的过程与形成的原因，以及为什么这对“暗物质盘”这一提法以及小行星天体很重要（后文我将详细论述）。普通物质很有趣，因为与暗物质相比，它在星系中有着非常不同的分布。暗物质形成了一个弥散的球形晕，而普通物质可以坍缩成一个盘，比如银河系平面上熟悉的恒星盘。
普通物质与电磁辐射的相互作用导致了这一坍缩。普通物质和暗物质的一个重要区别是，普通物质可以产生辐射。如果没有导致冷却的辐射，普通物质将继续和暗物质一样保持弥散状态。实际上，因为普通物质的能量只有暗物质的1/5左右，它的致密程度会比暗物质更低。然而，普通物质与光子的相互作用使得能量能够耗散掉，从而冷却，以致它能坍缩成为一个更集中的区域，也就是一个盘。通过光子辐射导致的能量损失很类似于蒸发的过程，水的汽化能够从你的皮肤上带走热能。但与辐射能量的物质不同，当你出汗并体温回归正常时，你是不会坍缩的。然而，因为普通物质会释放能量，气体会坍缩，聚集在一个较小的塌陷区域中，在这块区域中，它的密度比暗物质密度要高。
普通物质位于一个圆盘而不是一个小球体内，是因为物质的净旋转，而转动是从气体云中继承而来，气体云是从它们形成之初获得角动量（转动能量）。冷却降低了一个方向的抵抗力，但在另外两个方向上的坍缩是不允许的，或者至少因为所包含气体的旋转导致的离心力减缓了坍缩。如果没有摩擦力或者其他力作用其上，在圆轨道上运动的一块大理石将会永远保持转动。类似地，一旦物质开始旋转，它将会保持角动量，直到一些力矩作用其上，或者角动量随着能量一起被耗散掉。
由于角动量守恒，气体区域在径向（由旋转所定义）不能像在竖直方向上一样有效地坍缩。虽然物质在平行于旋转轴的方向上或许会坍缩，但它不会在径向坍缩，除非角动量通过某种方式被移除。这种差异性的坍缩导致了银河系的相对扁平的盘状结构，我们才会看到它伸展着穿过天空。上述原因也是导致大多数旋涡星系产生盘状结构的主因。
太阳和太阳系
尽管暗物质在银河系的净质量中占主导地位，但集中在银盘上的普通物质主导了在银河系盘面上的各种物理过程。普通物质在结构形成开始的作用很有限，但因为其高密度以及核力和电磁力的相互作用，所以普通物质对于很多包括恒星形成的重要物理过程，都至关重要。
恒星是以核聚变为燃料，炙热、致密、被引力束缚的气体球，在星系的气体致密区域形成。当气体围绕星系中心旋转的时候，它就会碎裂成一些更为致密的团块，这些团块会进一步坍缩。在晕中，那些坍缩到非常高密度的气体就会形成恒星。
其中的一个气体球——太阳，就是诞生于45.6亿年前，它当时是一个充满活力的系统，引力、气体压、磁场和角动量在其中都起着作用。包含几乎和太阳系一样古老物质的陨石已经被发现，而且许多博物馆都有展品。太阳的位置非常靠近银盘的中间平面，位于距离中心大约27 000光年的地方，在径向上至少要比银河系中3/4的恒星要远。
像银河系中的千亿颗恒星一样，太阳以每秒220公里的速度绕银河系转动。按照这种速度，它需要大约2.4亿年才能完成一圈。由于银河系的盘面不到100亿岁，在这段时间内，其中的恒星转了不到50圈。对于系统而言，这些时间足够让系统均匀化，表现出一些稳定的特点。但实际上，并不需要这么长时间。
过去几十年中，很多科学知识都得到了快速发展，太阳系和它的形成就是其中之一。像大多数恒星一样，太阳和太阳系出现了一大团分子云气体，太阳周围的天体运动很快，碰撞发生得很频繁。大约在10万年之后，系统坍缩形成一个原恒星（protostar，这时核聚变还没有发生）和一个原行星盘（protostar disfz，这个盘最终会演变成太阳系内的行星和天体）。大约在5 000万年之后，气体氢开始发生聚核反应，我们认为这就是太阳的开始。太阳吞噬了绝大多数的星云质量，但剩余的一些物质将会保留在太阳周围的盘上，这个盘最终会形成行星和太阳系天体，比如彗星和小行星。一旦太阳产生的能量能够阻止引力收缩，太阳系就诞生了。
真正使我和我的合作者们感到惊讶的是，分子和重元素在冷却气体中发挥着关键作用，从而足以形成大多数恒星。重元素不仅仅对核燃烧很重要，它们对通过散射让物质冷却到某一温度也至关重要，这时，燃烧甚至变成了一种选择。形成类似太阳大小的恒星需要极端冷的温度，大约几十开尔文，过高温度的气体永远不会变得足够致密，所以无法点燃核燃烧。而另外一个神奇的关联存在于基本物理过程和宇宙的本质之间：如果没有重元素和普通物质经历的分子冷却，产生太阳的气体永远不会冷却下来。
在我开始新研究之后（与我之前的粒子物理学研究相比，新研究更多的是集中在对天文系统的细节研究上），我才真正理解了宇宙动态系统的美丽和一致性。星系形成、恒星产生、产生于这些恒星的重元素，以及恒星喷发出来的气体，对恒星的进一步形成都有贡献。尽管在人类时间尺度上看起来一切似乎都是静态的，但宇宙和其中的一切都从未真正平静过。不仅恒星是不断演化的，而且星系也是如此。
本书第二部分将集中在太阳系，并讨论小行星、彗星，它们的影响，以及生命的出现和消失。我们将会看到，在与人类直接相关的环境中，同样的作用和变化模式也是成立的。