와 반쿼크들은 결합하여 양성자와 반양성자, 중성자와 반중성자를 만들었다. 그와 동시에 양성자는 반양성자와, 중성자는 반중성자와 충돌하면서 막대한 수의 광자를 생성하였다.
그런데 이 때의 우주 온도는 광자가 양성자와 반양성자, 중성자와 반중성자, 또는 쿼크와 반쿼크의 입자쌍을 만들어 낼만큼 충분한 에너지를 제공해주지 못했다.
그리하여 입자와 반입자의 쌍이 광자로 변하고, 광자가 다시 입자와 반입자의 쌍을 만들어 내는 호환적인 과정은 종말을 고하였다. 즉 입자쌍 생성 충돌 광자 입자쌍 생성 충돌 광자 의 과정이 끝나버린 것이다. 단 이것은 무거운 입자들(양성자-반양성자, 중성자-반중성자, 쿼크-반쿼크)에만 국한된 얘기다.
전자와 양전자는 앞으로 15초간 더 광자와 상호 전환되는 과정을 계속한다. 그리고 더 중요한 것은 이 때, 양성자와 중성자가 모두 소멸해버린 건 아니다. 그것은 10^-35 초의 시간에 쿼크가 반쿼크보다 약간 더 많은 양이 생성되었기 때문이다.
즉, 10억 쌍의 쿼크-반쿼크에 대해 1개의 쿼크가 짝이 없어 외톨이로 남게 되었다. 이들 짝이 없는 쿼크들은 서로 결합하여 양성자와 중성자를 생성하였다.
이들 여분의 양성자, 중성자(그리고 여분의 전자들)들이 오늘날의 은하, 별, 행성 등 우주 물질의 재료가 되었다. 만약 물질과 반물질의 입자들이 정확히 똑같은 수만큼 만들어졌다면 그들은 서로를 소멸시켰을 것이고, 오늘날의 우주에는 광자, 뉴트리노, 중력자만이 남아 있을 것이다. 그렇다면 나도 그리고 너도 여기에 존재하지 않을 것이다.
그만큼 100만 분의 1초는 중요한 의미를 갖고 있다. 이 시간이 지난 후에야 공간과 시간, 물질과 에너지, 자연계의 네 가지 힘이 오늘날의 모습을 갖추게 되었기 때문이다.
그 후의 우주 역사는 어떻게 전개되었을까?
10^-35 초나 100만 분의 1초, 이런 건 시간 관념상 통 감이 안 잡힌다.
우주의 나이 1초
빅 뱅 후 1초가 지나자 우주의 온도는 10^10 K로 떨어졌다. 우주의 팽창은 이렇게 온도를 떨어뜨렸을 뿐만 아니라, 뉴트리노의 에너지를 감소시키고, 그 상호 작용의 성질을 변화시켜 뉴트리노는 다른 물질의 존재를 느끼지 않게 되었다.
그리하여 뉴트리노와 반뉴트리노는 다른 입자들이나 힘과 아무런 반응을 일으키지 않는 두 번째 입자가 되었다. 중력자와 마찬가지로, 뉴트리노도 우주의 일부를 구성하고 있었으며, 우주 전체적인 중력의 영향을 받았다.
이 원시 뉴트리노들은 지금도 우주 공간을 달리고 있을 것이다. 아직까지 검출은 되지 않았지만, 만약 발견된다면 이것은 빅 뱅을 증언하는 두 번째로 오래 된 증거가 될 것이다. 또, 앞에서 말했듯이 뉴트리노는 방대한 수가 존재할 것이므로, 이들 전체의 질량은 우주를 닫게 할 정도로 클지도 모른다.
우주의 나이 15초
시간이 흐르고 우주가 팽창을 계속하면서 우주의 복사와 물질은 계속 냉각되어 갔다. 이 때의 우주의 온도는 30억K 아래로 떨어졌으며, 광자들은 더 이상 전자-양전자의 쌍을 만들어내지 못했다.
그리하여 전자-양전자들은 앞서 양성자, 중성자들에게 닥쳤던 것과 똑같은 운명을 맞이하게 되었다. 그러나 양성자의 경우와 마찬가지로 약간의 여분의 전자들은 이 괴멸의 운명을 벗어나 오늘날의 우주를 재건하는 물질 재료가 되었다.
이리하여 태초의 마지막 반물질의 유물(반전자)도 현실 세계에서 사라지고 말았다(반뉴트리노는 제외.). 이제 우주에는 똑같은 수의 전자와 양전자, 중성자, 뉴트리노, 광자, 중력자만이 남게 되었다. 그러나 뉴트리노와 반뉴트리노, 그리고 중력자는 나머지 존재들과 반응하지 않는 별개의 존재가 되었다.
우주의 나이 1분
이 때부터 5분 사이의 시간은 원시 원자핵 합성의 시대이다. 즉, 수소보다 무거운 원소가 생성되는 때이다. 이 기간 동안 우주의 온도는 13억K에서 6억K로 떨어졌다.
입자들 간의 충돌은 이전보다 훨씬 덜 격렬하게 일어났으며, 그 결과 양성자와 중성자가 결합하여 다른 입자와 충돌하여도 분해되지 않는 안정한 원자핵들을 생성하게 되었다.
양성자와 중성자들이 융합하여 만들어진 원자핵들에는 중양자( H ), 헬륨-3( He ), 헬륨-4( He )등이 있다. p + n H + (감마선) p + p H + e (양전자) + (뉴트리노) p + H He + He + He He + 2p + 모든 입자들(뉴트리노와 중력자 제외)은 아직도 충돌을 계속했다.
특히 광자는 멀리 나아가지 못하고 전자나 양성자, 헬륨 원자핵 등과 충돌했다. 이 때문에 우주는 불투명했다. 마치 아주 짙은 안개가 낀 것과 비슷하다고 생각하면 되겠다.
다만 그 온도가 매우 높았을 것이다. 안개는 아주 미소한 물방울들로 이루어진다. 안개가 끼면 불투명해지는 것은 그 속을 지나는 빛이 작은 물방울들과 계속해서 충돌을 일으켜 산란되기 때문이다.
즉, 빛이 직선으로 나아가지 못해서 불투명한 것이다. 이와 유사한 현상이 초기 우주의 광자에도 나타났다. 다만 이번에는 광자들이 물방울 대신 전자, 양성자, 중양자, 헬륨 원자핵 등에 의해 산란되었다는 점만 다르다.
우주의 나이 100만 년
이 때 우주의 온도는 3000K로 떨어졌고, 광자의 에너지도 떨어져 더 이상 원자핵과 전자가 결합하는 것을 방해하지 못하게 되었다. 그래서 물질들은 중성의 원자로 그 형태를 바꾸어 갔다.
이것은 또 우주 물질의 형태를 불투명한 것에서 투명한 것으로 변화시켰으며, 광자는 앞서 중력자나 뉴트리노가 걸었던 길을 따르게 되었다. 즉, 광자는 더 이상 물질들과 반응하지 않았고, 우주는 오늘날 우리가 보는 것처럼 투명해졌다.
이 순간 이후부터 광자와 물질은 각자의 물리 법칙에 따라 각자의 길을 걷게 되었다. 물질은 오늘날 우리 주위에서 볼 수 있는 우주 구조, 즉 은하단, 은하, 별, 행성, 생명체 등으로 진화해갔다.
반면에 광자는 거의 진화를 하지 않았다. 광자는 우주 팽창에 수동적으로 참여했을 뿐, 어떤 새로운 형태로 변화하지 않은 것이다. 우주의 팽창과 더불어 그들(광자)의 파장은 점점 늘어났으며, 그와 함께 광자의 에너지도 감소하였다. 오늘날 우리는 이들을 3K 배경 복사에서 보고 있다.