질량과 에너지는 상호 변환이 가능하다. 빅뱅의 순간에는 우주는 쿼크 같은 입자의 질량과 무형의 에너지와 구별이 안 되는 엄청난 혼돈의 상태에 있다. 빅 뱅 직후에는 아직 양자와 중성자는 찾아 볼 수 없고, 우주는 대부분 광자(Photon), 전자(Electron), 양전자(Positron), 중성미자(Neutrino), 반중성미자(Antineutrino)그리고 쿼크들로 이루어졌다.

우주의 나이가 100분의 1초 정도 되어서 온도가 100억℃ 정도로 떨어졌을 때는 쿼크들이 모여서 양자와 중성자들을 만들었다. 이 초기의 우주는 두 개의 광자가 충돌해서 전자와 양전자의 쌍을 만들어 내기도 하고 전자와 양전자가 1 대 1로 합해서 서로의 전하를 상쇄하면 소멸하면서 빛으로 바뀌기도 하는 상상을 초월하는 다이내믹한 상태이다.

우주의 나이가 10초쯤 되어 우주가 40억℃ 정도로 식었을 때, 전자와 양전자가 1 대 1로 합해져 막대한 에너지를 내면서 우주에서 결과 적으로 우주에는 약간의 전자가 안정된 상태로 남게 된다. 이 전자들이 후일 양자와 어울려 원자를 만들고, 생명의 화학을 비롯해서 온갖 흥미로운 화학을 만들어 낸다.

우주의 나이가 약 3분쯤 되고 온도가 10억℃ 정도로 떨어지면 양자와 중성자들이 강한 핵력으로 결합해서중수소(양자 한 개, 중성자 한 개), 삼중 수소(양자 한 개, 중성자 두 개), 헬륨-3(양자 두 개, 중성자 한 개)을 거쳐 안정된 헬륨-4(양자 두 개, 중성자 두 개)의 원자핵을 만들게 된다. 비로소 수소와 헬륨 두 가지 원자핵이 우주에 등장해서 앞으로 150억 년 동안 100여 가지의 원소들이 경이로운 물질의 세계를 전개해 나갈 서막을 장식하는 셈이다. 그런 의미로 볼 때 우주의 역사에서 처음의 3분간은 아주 중요한 의미를 갖는다.

약 30분이 더 경과해서 헬륨 원자핵이 만들어지는 과정이 끝났을 때는 수소 원자핵(양자)과 헬륨 원자핵의 비율은 약74대27정도가 되었다. 이 비율은 아주 멀리 있는 은하계에서는 어디에서나 관찰된다. 이것은 우주의 모든 은하계는 같은 원료 즉 빅 뱅 당시에 생긴 수소와 헬륨의 3대1 혼합물에서 형성 된 것을 말해준다.

그 후 수십만 년이 지나 우주의 온도가 수천℃로 식기까지는 우주는 별다른 변화 없이 팽창을 계속한다. 처음의 3분간에 비하면 무척이나 길고 지루한 기간이라고 볼 수 있다. 이제 온도가 충분히 떨어지면서 비로소 전자를 원자핵과 결합해서 최초의 수소 원자와 헬륨 원자를 만든다.

드디어 화학 반응의 기본 단위인 원자들이 우주의 무대에 등장한 것이다. 우주가 팽창을 계속하고 온도가 계속 떨어지면서, 수소 원자들은 두 개씩 모여서 안정된 수소 분자를 이룬다. 수소 분자는 우주에서 최초로 등장한 그리고 우주에서 제일 흔한 분자이다.