我们的宇宙有多“紧密地结合在一起”？

根本上说，我们宇宙的物质是由基本粒子组成的。

在右边，说明了调节我们宇宙的三种基本量子力的规范玻色子。只有一个光子来调解电磁力，有三个玻色子介导弱力，八个介导强力。这表明标准模型是三组的组合：U（1）、SU（2）和SU（3）。
学分：丹尼尔·多明格斯/欧洲核子研究中心
但这些相互作用的粒子存在于时空中。

在非常年轻的宇宙中达到的高温下，不仅粒子和光子可以自发产生，给予足够的能量，而且反粒子和不稳定粒子也是如此，从而产生原始粒子和反粒子汤。随着宇宙的膨胀和冷却，发生了令人难以置信的进化，但早期产生的中微子从大爆炸后的1秒到今天几乎保持不变：我们认为我们可以观察到的最古老的粒子特征。
学分：布鲁克海文国家实验室
夸克和胶子结合在一起，形成质子和中子。

夸克/反夸克对湮灭后，剩余的物质粒子在中微子、反中微子、光子和电子/正电子对的背景下结合成质子和中子。正电子上会有过量的电子，以完全匹配宇宙中的质子数量，使其保持电中性。这种物质-反物质不对称性是如何产生的是当代物理学的一个悬而未决的问题，但是一旦宇宙年龄超过~1微秒，强子就不可避免地形成。
学分：E. Siegel/Beyond the Galaxy
质子和中子结合在一起，形成原子核。

宇宙中最轻的元素是在热大爆炸的早期阶段产生的，原始质子和中子融合在一起形成氢、氦、锂和铍的同位素。铍都是不稳定的，在恒星形成之前，宇宙只剩下前三种元素。观察到的元素比率使我们能够通过比较重子密度和光子数密度来量化宇宙中物质-反物质不对称的程度，并导致我们得出结论，宇宙总现代能量密度中只有~5%允许以正常物质的形式存在，并且重子与光子的比率， 除了星星的燃烧，在任何时候都基本保持不变。
学分：E.西格尔/超越银河系（L）;美国宇航局/WMAP 科学团队 （R）
电子和原子核形成束缚态，产生中性原子。

在早期（左），光子从电子中散射出来，并且能量足够高，可以将任何原子击回电离状态。一旦宇宙冷却到足够多，并且没有这种高能光子（右），它们就不能与中性原子相互作用，而只是自由流动，因为它们有错误的波长来激发这些原子到更高的能级。然而，当你制造一个处于基态的中性原子时，你会从这个过程发射出一个高能光子，如果一个新的原子吸收了这个光子，它就会被激发并变得容易电离。这个“瓶颈”必须通过，宇宙膨胀有所帮助，但不是唯一（甚至不是主导）因素。
学分：E. Siegel/Beyond the Galaxy
这些原子可以连接在一起，以无限的组合产生分子。

我们认为生命所必需的原材料，包括各种各样的碳基分子，不仅存在于地球和太阳系的其他岩石体中，而且存在于星际空间中，例如猎户座大星云：离地球最近的大型恒星形成区域。
图片来源：ESA，HEXOS和HIFI财团
分子成分可以组装成活的巨型动物生物，包括人类。

虽然人类是由细胞组成的，但在更基本的层面上，我们是由原子组成的。总而言之，人体中有接近~10^28个原子，按数量计算主要是氢，但按质量计算主要是氧和碳。
学分：吉姆·马什在 RationalDiscoveryBlog.com
但有一种更大的力量在宇宙尺度上将物质结合在一起：引力。

宇宙中最大规模的观测，从宇宙微波背景到宇宙网，从星系团到单个星系，都需要暗物质来解释我们观察到的东西。在早期和晚期，都需要相同的5比1暗物质与正常物质的比例。随着宇宙时间的不断流逝，简单、小、低质量、原始的结构生长并演化成成熟的星系和星系群/星系团。
学分：克里斯·布莱克和山姆·摩尔菲尔德
没有“负”引力电荷，只有“正”质量/能量，引力总是有吸引力的。

有大量的科学证据支持宇宙膨胀和大爆炸的图景，并配有暗能量。后期加速膨胀并不能严格地保存能量，但宇宙中存在一种新的成分，称为暗能量，是解释我们观察到的。
然而，膨胀的宇宙将空间分离较大的粒子推得更远。

这个简化的动画显示了光的红移以及未绑定物体之间的距离如何随时间变化。请注意，这些物体的起点比光在它们之间传播所需的时间更近，由于空间膨胀，光红移，两个星系之间的距离比它们之间交换的光子所走的光行路径要远得多。
学分：罗伯·诺普
随着时间的推移，引力收集并坍缩中性气体云，形成恒星：一代又一代。

M81群中两个最大，最亮的星系的多波长视图显示了恒星，等离子体和中性氢气。连接这两个星系的气桥落在两个成员身上，触发新恒星的形成。这两个星系都比银河系更小，质量也更低，但都比我们大得多的超大质量黑洞。
学分：R. Gendler、R. Croman、R. Colombari;致谢：R.杰伊·加巴尼;VLA Data： E. de Block （ASTRON）
星团生长和合并，形成星系、星系群和丰富的星系团。

在这里，星系团MACS J0416.1-2403不是在碰撞过程中，而是一个非相互作用的不对称星系团。它还发出星团内光的柔和光芒，由不属于任何单个星系的恒星产生，有助于揭示正常物质的位置和分布。引力透镜效应与物质位于同一位置，表明修改重力的“非局部”选项不适用于这样的物体。星系团内部包含各种小尺度结构，从黑洞到行星再到恒星形成气体等等。
图片来源：NASA、ESA 和 M. Montes（新南威尔士大学）
在它们内部，黑洞，恒星残骸，新恒星，行星和复杂的有机成分不断积累。

这个来自结构形成模拟的片段，随着宇宙的膨胀，代表了在暗物质丰富的宇宙中数十亿年的引力增长。请注意，在细丝交叉处形成的细丝和富簇主要是由于暗物质引起的;正常物质只起次要作用。
学分：拉尔夫·凯勒和汤姆·阿贝尔（KIPAC）/奥利弗·哈恩
在更大的宇宙尺度上，丝状网络和超星系团开始形成。

斯隆长城是宇宙中最大的明显结构之一，尽管可能是短暂的，直径约为13.7亿光年。它可能只是多个超星系团的偶然排列，但它绝对不是一个单一的、受引力束缚的结构。右图描绘了斯隆长城的星系。
学分：威廉·沙普（左）;巴勃罗·卡洛斯·布达西 （R）/维基共享资源
但是暗能量阻止它们保持稳定。

宇宙的不同可能命运，右边显示了我们实际的、加速的命运。经过足够的时间后，加速度将使每个被束缚的星系或超星系结构完全隔离在宇宙中，因为所有其他结构都会不可逆转地加速。我们只能回顾过去来推断暗能量的存在和性质，这至少需要一个常数，但它对未来的影响更大。
图片来源：NASA和ESA
随着时间的推移，这些伪结构被驱散，将宇宙分解成孤独的、孤立的团块。

包含银河系（红点）的拉尼亚凯亚超星系团是我们本星系群的所在地，还有更多。我们的位置位于处女座星团（银河系附近的大型白色收藏）的郊区。尽管图像看起来具有欺骗性，但这不是一个真实的结构，因为暗能量会将大部分这些团块分开，随着时间的推移将它们碎片化。
图片来源：R.B. Tully 等人，《自然》，2014 年
星系群和星系团仍然是宇宙中最大的稳定结构。

这张我们本地超星系团室女座超星系团的插图地图跨越超过1亿光年，包含我们的本星系群，其中包括银河系，仙女座，三角座和大约~60个较小的星系。密度过高的区域引力吸引我们，而密度低于平均水平的区域相对于平均宇宙吸引力有效地排斥我们。然而，各个群体和星团并没有被引力束缚在一起，并且随着暗能量主导宇宙膨胀而相互后退。
图片来源：Andrew Z. Colvin/Wikimedia Commons
在我们的本地群体之外，不受约束的宇宙永远被遗忘了。

令人印象深刻的巨大星系团MACS J1149.5 223，其光花了超过50亿年的时间才到达我们，是整个宇宙中最大的束缚结构之一。在更大的尺度上，附近的星系、群和星团可能看起来与它有关，但由于暗能量而被赶出这个星系团;超星系团只是表观结构，但最大的星系团仍然可以达到数亿，甚至十亿光年的范围。
图片来源：NASA、ESA 和 S. Rodney （JHU） 以及 FrontierSN 团队;T. Treu（加州大学洛杉矶分校）、P. Kelly（加州大学伯克利分校）和GLASS团队;J. Lotz（STScI）和Frontier Fields团队;M. Postman （STScI） 和 CLASH 团队;和Z. Levay（STScI）