התיאוריה המקובלת ביותר כיום אודות היווצרות היקום מתמקדת באירוע המכונה 'המפץ הגדול'. התיאוריה הזו נולדה מהתבוננות בגלקסיות שנצפו מתרחקות מגלקסיות אחרות במהירות רבה ולכל הכיוונים, כאילו כולן מוּנָעות על ידי כוח קדום.
כומר בלגי בשם ז'ורז' למטר היה הראשון שהציע את תיאוריית המפץ הגדול בשנות ה־20 של המאה הקודמת, שבה העלה את הרעיון שמקור היקום הוא באטום קדמוני אחד. הרעיון קיבל חיזוקים משמעותיים מתצפיות שערך אדווין האבל שבהן תועדו גלקסיות המתרחקות מאיתנו במהירות לכל הכיוונים, כמו גם מקרינת המיקרוגל הקוסמית – שהתפרשה כהדים של המפץ הגדול – שנתגלתה בשנות ה־60 על ידי ארנו פנזיאס ורוברט ווילסון.
ישנה עבודה נוספת ששפכה אור על קצב המפץ הגדול. הנה התיאוריה: ב־10^-43 השניות הראשונות לקיומו, היקום היה קומפקטי מאוד. נהוג לחשוב שבמצב כה צפוף מבחינה אנרגטית, ארבעת כוחות היסוד – כוח הכבידה, אלקטרומגנטיות והכוחות הגרעיניים החזקים והחלשים – היו לכוח אחד, אך התיאוריות הנוכחיות שלנו עדיין לא מבינות כיצד כוח מאוחד שכזה עבד. כדי להבין זאת, עלינו לפענח כיצד עובד כוח הכבידה בקנה מידה תת־אטומי.
נהוג לחשוב שהחלקיקים הראשונים של היקום התערבבו, התמזגו והגיעו לאותה הטמפרטורה. ואז, בשבריר שנייה, כל החומר והאנרגיה התרחבו החוצה בצורה פחות או יותר שווה. המודל הזה של התפשטות מסחררת, הנקרא אינפלציה קוסמית, עשוי להסביר מדוע ליקום יש טמפרטורה ופיזור כה הומוגניים.
לאחר האינפלציה הקוסמית היקום המשיך להתרחב, אך בקצב איטי בהרבה. עדיין לא ברור מה בדיוק הניע אינפלציה זו. ככל שחלף הזמן והחומר התקרר, החלו להיווצר סוגים מגוונים יותר של חלקיקים, ובסופו של דבר הם התעבו לכדי הכוכבים והגלקסיות של היקום הנוכחי שלנו.
כשהיקום היה בן מיליארדית השנייה, הוא התקרר מספיק כדי שארבעת הכוחות הבסיסיים ייפרדו זה מזה. גם חלקיקי היסוד של היקום נוצרו. עם זאת, עדיין היה כל כך חם שהחלקיקים הללו עדיין לא דמו לחלקיקים התת־אטומיים המוכרים לנו היום, כמו הפרוטון. כשהיקום המשיך להתפשט, הקלחת הרותחת הזו – שנקראת פלזמת קווארקים־גלואונים – המשיכה להתקרר. מספר מאיצי חלקיקים, כמו מאיץ ההדרונים הליניארי של CERN, חזקים דיים כדי ליצור מחדש את פלזמת הקווארקים־גלואונים.
הקרינה ביקום הקדום הייתה כה עזה עד שפוטונים מתנגשים יכלו ליצור זוגות של חלקיקים העשויים מחומר ואנטי־חומר, שהוא כמו חומר רגיל מכל בחינה, פרט למטען חשמלי שלילי. נהוג לחשוב שהיקום המוקדם הכיל כמויות שוות של חומר ואנטי־חומר. אך כשהיקום התקרר, הפוטונים כבר לא היו דחוסים דיים כדי ליצור זוגות של חומר אנטי־חומר. כך, בחלוף הזמן, חלקיקים רבים של חומר ואנטי־חומר התחברו והשמידו זה את זה.
איכשהו, חלק מהחומר העודף שרד – וכעת זה החומר שממנו עשויים אנשים, כוכבי לכת וגלקסיות. הקיום שלנו הוא סימן ברור לכך שחוקי הטבע מתייחסים לחומר ולאנטי־חומר בצורה מעט שונה. בניסוי שנערך בשנות ה־60 הבחינו חוקרים בחוסר איזון זה, הנקרא מאז שבירת סימטריית CP, ופיזיקאים עדיין מנסים להבין כיצד שרד החומר ביקום המוקדם.
חלקיק זעיר בשם נייטרינו, כמו גם מקבילו האנטי־נייטרינו, יכולים לשפוך מעט אור על העניין. ניסוי גדול ושמו היפר־קמיוקנדה (Hyper-Kamiokande), משתמש בחלקיקים חסרי המטען, כמעט חסרי המסה, כדי לנסות לפתור את התעלומה.
במהלך השנייה הראשונה של היקום, היה קריר מספיק כדי שהחומר הנותר יתלכד לפרוטונים וניוטרונים, החלקיקים המוכרים המרכיבים את גרעיני האטומים. לאחר שלוש הדקות הראשונות, הפרוטונים והנייטרונים התאספו לגרעיני מימן והליום. במונחים של מסה, התפלגות החומר ביקום המוקדם הייתה 75 אחוזים מימן ו־25 אחוזים הליום.
למרות שגרעיני האטום כבר נוצרו, היקום הצעיר עדיין היה חם מדי מכדי שהאלקטרונים יוכלו להתיישב סביבם כדי ליצור אטומים יציבים. החומר של היקום נותר עם מטען חשמלי כה צפוף, שהאור התקשה לחדור דרכו. יעברו עוד כ־380,000 שנים עד שהיקום יתקרר מספיק כדי שייווצרו אטומים ניטרליים – רגע מרכזי שנקרא התאחות. היקום הקריר יותר הפך לשקוף בפעם הראשונה, מה שאפשר לפוטונים שבתוכו לנוע ללא הפרעה.
אנו רואים עד היום את הזוהר הקדמון הזה בצורת קרינת הרקע הקוסמית, שנמצאת בכל היקום. הקרינה דומה לזו המשמשת להעברת אותות טלוויזיה באמצעות אנטנות, אך היא עתיקה ממנה בהרבה וטומנת בחובה סודות רבים לגבי הרגעים המוקדמים ביותר של היקום.
במשך 180 מיליון השנים שלאחר המפץ הגדול לא היה ולו כוכב אחד ביקום, אלא שאז כוח המשיכה החל לאסוף ענני מימן ולחשל אותם לכוכבים. פיזיקאים רבים חושבים שעננים עצומים של חומר אפל, השם שניתן ל־85 אחוזים מהגרביטציה ביקום שאינה ניתנת להסבר על ידי קיומה של מסה המוכרת למדע, שימשו כפיגומים לגלקסיות ולכוכבים הראשונים.
ברגע שהכוכבים הראשונים של היקום נוצרו, האור שהם שיחררו יצר אנרגיה גבוהה דיה כדי לפרק שוב את הקשר החשמלי שבין האלקטרונים לפרוטונים שבגרעין, פרק מפתח ביקום שנקרא יינון מחדש.
מדענים ניסו להציץ ב"שחר הקוסמי" הזה, אך התוצאות היו מעורבות. עוד בשנת 2018, צוות מדענים אוסטרלי הכריז על כך שזיהה סימנים לכוכבים הראשונים שנוצרו בסביבות 180 מיליון השנים לאחר המפץ הגדול, אם כי קבוצות מדענים אחרות לא הצליחו לשחזר את תוצאות המחקר.
כ־300 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול, נולדו הגלקסיות הראשונות. במיליארדי השנים שחלפו מאז, נוצרו כוכבים, גלקסיות וצבירי גלקסיות, בהן גם הגלקסיה הביתית שלנו, שביל החלב, והבית הקוסמי שלנו, מערכת השמש.
גם עכשיו היקום מתרחב. להפתעת האסטרונומים, קצב ההתרחבות מואץ. ההערכות לגבי קצב ההתרחבות משתנות, אך נתונים מטלסקופ החלל ג'יימס ווב מתווספים לגוף הולך וגדל של עדויות המצביע על כך שהיא מהירה משמעותית ממה שהיא אמורה להיות.
נהוג לחשוב שהתאוצה הזו מונעת על ידי כוח הדוחה את כוח הכבידה, הנקרא אנרגיה אפלה. אנחנו עדיין לא יודעים מהי אנרגיה אפלה, אך משערים שהיא מהווה 68 אחוזים מסך החומר והאנרגיה של היקום, בעוד שהחומר האפל מהווה עוד 27 אחוזים. בעצם, כל החומר שראיתם אי פעם – מהאהבה הראשונה שלכם ועד הכוכבים שממעל – מהווה פחות מחמישה אחוזים מהיקום.
