依照今天的標準衡量，在大爆炸發生幾十萬年之後，宇宙是非常簡單的。大多數原子物質以氫原子和氦原子構成的巨大星雲的形式存在，而這些星雲鑲嵌在由暗物質構成的更龐大的星雲之中，並受到後者引力的塑造。當時，沒有星系，沒有恆星，沒有行星，當然也沒有生命有機體。除了來自宇宙背景輻射的微弱光亮，整個宇宙漆黑一片。不同地區之間基本上是一樣的。威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）對宇宙背景輻射進行的驚人考察表明，整個宇宙的溫差不超過 0.0003 攝氏度。宇宙各地似乎是一樣的，沒有變化，沒有多樣性，事實上也沒有令其變得有趣的任何事物。
然而，幾億年之後，宇宙包含了巨大的光帶：最初的星系。每一個星系都由幾十億個光點組成，那些光點就是最初的恆星。星系和恆星的演化是更複雜事物——包括行星、細菌以及人類——演化的第一步。因此，要想瞭解宇宙中更複雜事物的出現，我們首先得考察恆星和星系的演化。在我們的教材中，第一批恆星的出現被當作第 2 道主要門檻，因為它們的存在讓宇宙變得更明亮、更複雜和更多樣化。從某種意義上來說，這道門檻一直在被跨越，甚至今天也是如此，因此從那時開始，恆星就在不斷出現（參見門檻 2 概述）。
門檻
成分 ▲
結構 ▲
金鳳花環境 ＝
突現屬性
恆星
原子物質，存在的形式為氫原子和氦原子以及/或者它們的原子核。
內核（聚變）；外層儲有氫和氦+其他元素，直至鐵。
早期宇宙中密度和溫度的變化率+引力創造出足以發生聚變的高溫。
新的、局部的能量流；星系；有可能通過聚變創造新的化學元素。
最初的星系和恆星是如何形成的？
為了解釋最初的恆星是如何出現的，我們就得回到引力，即大爆炸所創造的四種基本力之一。引力是牛頓在 17 世紀發現的。他認識到，促使蘋果落地的力也能解釋太陽周圍行星的運動。引力是在各種物質形式之間起作用的吸引力。
20 世紀早期，愛因斯坦指出，引力也會影響能量。我們前面瞭解到，愛因斯坦證明了物質和能量是本質相同的「事物」的不同形式。在極端高溫下，物質能夠轉化為能量，反之亦然。因此，我們毫不奇怪，引力不但影響質量，也會影響能量。英國天文學家阿瑟·艾丁頓（Arthur Eddington，1882－1944）——他是著名的和平主義者，拒絕服兵役——在一戰結束後不久（1919 年）就證明了這一點。艾丁頓斷定，通過觀察太陽的引力是否讓光線彎曲，我們就可以檢驗愛因斯坦的觀點。他認識到，當太陽在一顆恆星前面運行時，通過觀察恆星的位置，就可以進行這種檢驗。如果太陽的引力彎曲了恆星發射出來的光線，我們就能夠短暫地看到太陽運行到其前面的那顆恆星，因為它的光束會因為太陽引力的作用而發生輕微彎曲。然而，太陽是如此明亮，我們通常無法觀察太陽附近的恆星。不過，在日食發生時，我們可以這麼做，這也解釋了為何艾丁頓要等到 1919 年。當艾丁頓在非洲普林西比島上研究那次日食時，他發現的也正是愛因斯坦所預測的。當恆星接近太陽邊緣時，它們會盤桓一小會兒，然後迅速消失。即使在繞到太陽另一側之後，恆星彎曲的光線也足以讓它們一度可見，這個事實帶來了盤桓效應。這個例子（這裡指愛因斯坦）再次證明，出色的科學所創造的奇怪理論最終會被證實是正確的。
引力、宇宙背景輻射與溫度
引力在我們的故事中扮演著一個重要角色，因為它能夠把簡單宇宙變得更有趣。引力隨著質量的增多而增強，隨質量（物質）之間距離的擴大而減弱。這意味著，它的影響因地而異，取決於所涉及的物體質量以及它們之間的距離。很顯然，如果宇宙是完全同質的（也就是說，如果宇宙中所有原子之間的距離是相等的），那麼，就會出現一種停滯狀態，每一事物對其他事物施加的引力都是一樣的。一旦早期宇宙的密度出現細微差異，那麼，引力在質量稍多的區域會更強大，從而能夠在質量相對空曠的地帶創造出物質塊。這是邁向新的複雜形式的第一步，因為隨著物質聚集成密度更大的星雲，星系和恆星最終由此形成。因此，早期宇宙是否同質這個問題，對天文學家來說顯得至關重要。
幸運的是，宇宙背景輻射研究正好提供了天文學家所需要的信息，因為它簡潔地呈現了早期宇宙在密度和溫度上的差異。20 世紀 60 年代，當天文學家開始研究早期宇宙時，他們對宇宙的同質性感到震驚。宇宙中似乎不存在重大的差異。不過，後來更精確的研究表明，宇宙存在溫度上的細微差異。1992 年，美國天文學家喬治·斯穆特（George Smoot）利用一顆特意為探測宇宙背景輻射而設計的衛星研究了這些差異。結果表明，他發現的那些差異足以解釋星系是如何形成的。在看到斯穆特為早期宇宙繪製的圖表時，宇宙學家約瑟夫·西爾克（Joseph Silk）驚呼：「我們正在觀察宇宙的誕生！」
在物質碰巧稍多的地方，引力也就更強大，它將這些區域向內擠壓。當由暗物質和原子物質構成的巨大星雲向內部塌縮時，它們的溫度就開始上升。一條基本原則就是：把更多能量壓縮到一個更小空間，溫度就會上升。（這裡所說的更小的是相對而言的，我們現在討論的，乃是星系大小的區域！）因此，在密度增加的區域，溫度也開始增高。這是年輕宇宙生命中的新現象，因為在此之前宇宙一直在冷卻。現在，我們可以想像，在整個早期宇宙中，巨大的暗物質星雲緩慢地向內部塌縮，嵌入其中的，還有由原子物質構成的較小星雲，它們在塌縮的時候，溫度也相應升高。這些星雲內部的原子因高溫而獲得能量，它們開始以更快速度運轉，並且更頻繁和更猛烈地相互撞擊。最終，在極端的高溫之下，電子再次脫離質子，從而重新創造出早期宇宙中的等離子，這種宇宙充滿了游離的、帶電荷的質子和電子。
然後，在大約 1000 萬攝氏度，一道關鍵的門檻被跨越。質子碰撞得如此猛烈，以至於它們聚合在一起。質子帶有正電荷，因此，它們通常相互排斥，不過，如果碰撞足夠強烈，它們就可以克服這種排斥力，一旦兩個質子足夠接近，它們就會通過強核力（強核力只在非常微小的、亞原子的距離起作用）結合在一起。結果就是氦原子核的出現，它由緊密結合起來的兩個質子和兩個中子組成。質子碰撞形成氦原子核的過程，就是核聚變。質子溶解時，它的少量質量轉化為大量能量。（我們之所以知道這一點，乃是因為氦原子核四個粒子的質量，稍輕於四個質子質量之和。）這就是一顆氫彈的核心發生的變化。愛因斯坦的著名方程式 E=mc2表示：這種過程所釋放的能量總量（E），相當於轉化為能量的質量總和（m）乘以光速（c）的平方。光速大約是 30 萬千米/秒，因此，那將是一個巨大的數字。這也說明了氫彈為何有如此大的威力。1952 年，第一顆氫彈在太平洋埃內韋塔克島試爆，它的威力幾乎是 1945 年 8 月 9 日在長崎爆炸的原子彈威力的 500 倍。
當新的氦原子經過聚變而形成時，正在塌縮的原子星雲的核心產生了巨大熱量。每個星雲核心的這種大熔爐，阻止了星雲進一步塌縮，並且讓它穩定下來。在早期宇宙中，當這個過程在巨大的、不斷塌縮的物質星雲中不斷重複出現時，最初的星系就出現了，它們由幾十億顆恆星組成，宇宙也逐漸變得明亮。
「於是有了光！」
恆星本質上是氫元素（還有一些氦元素）的巨大儲藏庫，中心的溫度極高，當氫原子核（即質子）落入中心時，它們就會聚變成氦原子核。位於每顆恆星核心的熔爐產生的熱和光緩慢地穿過恆星，最終逃逸到空曠的太空。每顆恆星都能夠持續發出光和熱，只要它有足夠多氫元素來維持核聚變反應即可。我們的太陽也是以相同方式在 45 億年前形成的，它可能會存在 80 億年或 90 億年（參見圖 1.9）。因此，它已經度過了生命的一半歷程。
因此，我們可以想見，黑暗的宇宙隨著星系出現而變得明亮起來，當新的恆星形成時，數十億微小的光點聯結在一起。新興的恆星成為炙熱的場所，能量由之傾瀉到廣袤寒冷的太空。從恆星流入周圍空間的能量流，最終會創造出包括人類在內的新的、更複雜的實體。星系體現了複雜性的新層級。它們是數十億顆恆星之間的引力相互作用形成的天體，它們相對穩定，大多數星系存在的時間與宇宙一樣古老。每一顆恆星有其自身的結構，其熾熱的核心發生聚變，外層的壓力維持著核心的高溫，並且為內核提供更多氫元素。恆星相對穩定；其中一些只會存在幾百萬年，另一些會存在幾十億年。與所有其他複雜事物一樣，恆星會呈現出一些突現屬性，比如，通過內核聚變產生能量的能力，這些能量流能夠維持它們的存在，並且讓它們變得穩定。
星系和恆星也為新的複雜形式的出現奠定了基礎。星系內部有一個甜蜜的位置，它是複雜事物的理想場所。它離核心以及大量「超新星」爆炸（本章後面會討論）不是太近，也沒有位於能量太少的邊緣，而是處於兩者之間。同樣，複雜事物也無法在恆星內部被創造出來，那裡的能量過多，以至於複雜事物一出現就很可能被摧毀。因此，我們要想找到更複雜的事物，既不是在恆星的核心，也不是在能量不足的空曠太空，而應該在恆星周圍區域去尋找。那也是大歷史大部分內容發生的地方：恆星的附近。
因此，大爆炸發生大約 2 億年之後，我們可以想像數十億物質星雲塌縮形成數十億新的恆星，它們被結合在數十億新的星系中。引力將星系結合成龐大的星系群，從而形成巨大的網狀結構，這是我們宇宙中最龐大的組織結構。在比星系群更大的規模上，引力減弱，當擴張力佔據主導地位時，我們發現的結構也越來越少。在這些非常宏大的規模上，宇宙各部分彼此漸行漸遠。這就是哈勃於 20 世紀 20 年代觀察到的擴張現象。