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研究整个宇宙的历史似乎是一项令人畏惧的工作。不过，我们会发现，从许多方面而言，它并不比讲授一个大国（比如美国或俄国）的历史更艰巨。关键在于，我们一开始就要对这个故事的整体形态有清晰的认识。对我们很有帮助的事实在于，有一条线索贯穿整个故事：那就是宇宙出现138亿年以来越来越复杂的事物的出现。复杂事物具有多种组成部分，它们精确地排列，从而产生新的属性。我们将这些新属性称为 突现属性 （emergent properties）。
我们不会假装要描绘出现的一切新事物，或者宇宙某些部分变得更复杂的所有阶段，我们只是关注这个进程中的一些主要阶段，考察出现的一些最有趣的事物，并且努力弄明白我们是如何融入这个宏大故事之中的。
早期宇宙非常简单。最初，即宇宙学家所说的 辐射时代 （radiation era），巨大能量流主导着宇宙。整个宇宙有点类似太阳的中心，由于温度过高，复杂的化学结构无从诞生。当时没有原子、没有恒星、没有行星，也没有活的有机体。不过，宇宙在扩张的同时也在冷却，差不多在其诞生40万年之后，它的温度低得足以让氢原子和氦原子（还有其他一些简单元素）在那种热“浆”中凝结。原子是最早出现的复杂物质结构。不过，即便那时候，在几百万年时间里，宇宙还非常简单，仅仅由巨大的氢原子和氦原子云团以及散布其间的能量构成。（另外，还存在大量所谓的暗物质，不过，由于它们似乎永远也不可能构成复杂实体，因此，我们很大程度上忽略了它们。）
于是，通过以原子作为基本成分，更复杂的事物开始出现。不过，只有环境“恰到好处”时，它们才会出现。我们将这种环境称为“ 金凤花环境 ”（Goldilocks conditions）。首先，大概在宇宙出现2亿年之后，所有的恒星系出现了。在星系中，垂死的恒星开始形成新的原子和新的化学元素，如碳、氧、金和银等，然后将它们散播到周围太空。在条件合适的地方（不太热也不太冷，不太空旷也不太密集），这些元素逐渐以复杂方式结合，形成新的物质。恒星也会将能量散播到附近太空。由此可见，当大部分宇宙依然很简单时（直到今天也是如此），在星系内部，事物变得越来越复杂。当更多化学元素散布到恒星之间的空间时，新的物质——水与冰或灰尘和岩石——开始在新近形成的恒星周围聚集，最终形成最早的行星体系。至少在一个行星上（或许在许多行星上，尽管迄今为止我们还没有直接证据证明这一点），化学元素结合形成更复杂的结构，最后形成简单的活细胞，这种细胞能够以非凡的精确性复制和繁殖，并且缓慢地适应周围环境，同时创造出越来越多不同类型的单细胞有机物。慢慢地，更复杂的细胞开始进化，直到大约6亿年前，一些细胞结合起来形成多细胞有机物。在最近几十万年，我们这个物种进化出来了。我们在后面内容中会看到，在人类历史时期，事物变得更复杂。
在做出进一步探讨之前，我们必须更深刻地考察 复杂性 这个核心概念。 复杂性 是简单性的对立面。不过，知道这一点并没有什么用。难题在于，根本无人确切地知道解释复杂事物之所以变得复杂的最好方式。以下是大致的界定，或许将对我们有帮助。
首先，复杂实体包含多种成分。 原子之类的简单事物包含很少的成分：就氢原子来说，只有一个质子和一个电子。更复杂的事物，如 DNA 分子，可能含有数十亿个不同原子。因此，我们首先得说，复杂事物包含许多不同的成分。
其次，这些成分以特定方式排列。 将一架现代客机的零件堆在一起，然后任意组装起来，你很快就意识到，如果这些部件组装不正确的话，飞机根本无法起飞。不同部分都有特定功能，就好像它们是一个团队的组成部分。同样，构成 DNA 分子的原子必须以特定方式排列，只有这样，构成 DNA 分子的许多基因才可能协同工作，否则这些原子什么也干不了。即使一个氢原子也是以精确方式排列的：质子在核心，一个电子以一定距离绕着它旋转。这两个粒子被电磁力结合在一起，因为质子带一个正电荷，电子带一个负电荷。原子则比它的构成成分更复杂。
第三，复杂事物具有新属性或者突现属性。
当复杂事物以正确的模式（这种模式能够促使它们的各组成部分协同工作）排列时，它们就能够创造新事物。新的特征“显现”。“把圣保罗大教堂捣成原子，”塞缪尔·约翰逊（Samuel Johnson）说道，“然后观察每一个原子；毫无疑问，它毫无用处；不过，如果将这些原子组合起来，你就得到了圣保罗大教堂。”
一堆飞机零件不可能完成任何有趣的事情。若将它们正确组装起来，它们就能够飞翔。把变形虫的 DNA 分子正确排列起来，它就提供了生命有机体形成所需要的一切讯息。（这确实给人留下深刻印象，因为我们现在无法在实验室做到这一点，尽管现代科学取得了许多成就。）即便一个氢原子也具有新的属性。比如，它呈电中性（因为正负电荷相互抵消），如果在高速和高温下与其他氢原子相撞，它就能够聚合形成氦原子。这些新特征就是突现属性的例证。这常常显得不可思议，因为它们并不存在于那些构成复杂实体的各种成分中。只是当这些成分以精确模式排列时，它们才显现出来。它们不仅仅源自这些成分，也源自那种模式。我们觉得，模式是非物质的或抽象的，而各种成分是实实在在的和物质的，这个事实解释了突现（emergence）之神奇特性。
第四，复杂实体似乎只出现于存在必不可少的金凤花环境的地方。 即使今天，宇宙的绝大部分依旧很简单。不过，世界上一些地方出现了合适的环境，我们也在那里观察到了更复杂事物的出现。例如，地球表面就是复杂化学反应的理想场所。这里存在大量不同的化学元素，有非常适合化学反应的固体、气体、液体和温度。
第五，复杂实体似乎与有助于它们维持自身结构的能量流联系在一起。 如果你将一些大理石从小山头滚到山脚一个洞中，它们还是会停留在一起，因为那种组合对能量的需求最少。这是一种静态的、不那么特别令人感兴趣的复杂形式。那些最吸引人的复杂形式是动态的。它们更像熟练的变戏法者所创造的复杂模式。维持它们的存在需要稳定的能量流。此外，广泛而言，以下说法似乎是正确的，即这些结构越复杂，它们也就需要更多能量维持自身。这是天文学家埃里克·蔡森（Eric Chaisson）的观点。蔡森表明，如果计算一下的话，结果显示，大致而言，行星似乎比恒星更复杂，因为在行星上，每秒钟流经每克物质的能量流，要多于恒星上相同时间流经相同质量的能量流。同样，活的有机物似乎比行星更复杂，而现代人类社会或许是我们所知道的最复杂事物之一！对人类尤其是历史学家而言，这是一个非常重要的结论。它塑造了我们在本书中讲述的故事的形态。
概括而言，以下是复杂事物的五大关键特征：
1. 它们由多种成分组成： 复杂事物是由各种各样成分构成的。
2. 它们被组合在一种精确的结构中： 它们的成分以一种十分明确的方式结合在一起。
3. 它们具有新的或突现的属性： 事物得以建构的方式赋予它们某些特别的属性。
4. 它们只出现在环境合适的地方： 只有当创造更复杂事物的完美的金凤花环境存在时，它们才会出现。
5. 它们通过能量流结合在一起： 引起我们最大兴趣的各种复杂形式，都依赖能量流。一旦能量流不复存在，它们就会丧失那些让它们与众不同的突现属性。这不仅适用于恒星，也适用于人类和汽车。恒星若没有内核的聚变反应，它们就会暗淡无光；人类若缺少来自食物的能量，就会死亡；汽车若耗完了汽油，就会停止不前。