เอกภพ (Universe)
     
     เอกภพ หรือที่เรียกในภาษาทั่วไปว่า จักรวาล หมายถึงทั้งหมดทุกสรรพสิ่ง นักดาราศาสตร์พยายามศึกษาว่า เอกภพกว้างใหญ่เพียงใด มีกาแล็กซีอยู่จำนวนเท่าใด ปัจจุบันเราทราบว่า กาแล็กซีไม่ได้กระจายตัวกันในเอกภพ หากแต่อยู่รวมกลุ่มเป็นกระจุก กระจุกกาแล็กซีทั้งหลายกำลังเคลื่อนที่ออกจากโลกในทุกทิศทาง แสดงว่า เอกภพกำลังขายตัว  นักดาราศาสตร์ศึกษาอัตราการขยายตัวของเอกภพโดยใช้กฏของฮับเบิล แล้วคำนวณย้อนกลับพบว่า เอกภพมีอายุประมาณ 13,000 ล้านปี ซึ่งอธิบายโดยใช้ทฤษฎีบิกแบง 

โลกกับเอกภพ  โลกเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในระบบสุริยะที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง ระบบสุริยะเป็นสมาชิกส่วนหนึ่งในอาณาจักรแห่งดวงดาว หรือกาแล็กซี่ทางช้างเผือก ซึ่งมีสมาชิกดาวฤกษ์ประมาณ 2แสนล้านดวง และกาแล็กซี่ทางช้างเผือกเป็นสมาชิกแห่งหนึ่งในเอกภพ ซึ่งประกอบด้วยกาแล็กซี่มากมายกว่าหมื่นล้านแห่งมนุษย์จึงเปรียบประดุจผงธุลีในเอกภพอันกว้างใหญ่ไพศาล โลกอยู่ที่ใดในเอกภพ เพื่อแสดงให้เห็นว่า มนุษย์เปรียบดังผงธุลีในจักรวาล เพื่อพิจารณาจากโลกสู่อาณาจักรกว้างใหญ่ของกาแล็กซี่และของเอกภพ

     มนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ที่เพิ่งถือกำเนิดขึ้นเมื่อสี่ล้านปีก่อนบนดาวเคราะห์อายุ 4,600 ล้านปีดวงนี้    โลกเป็นดาวเคราะห์ดวงที่ 3 ในบรรดาดาวเคราะห์ทั้ง 9 ของระบบสุริยะ ระบบสุริยะของเราอยู่ใสกาแล็กซี่ทางช้างเผือก  ซึ่งเมื่อมองจากด้านข้างจะมีรูปร่างเหมือนจานสองใบประกบกัน และดูเหมือนกังหันเมื่อมองจากด้านบนกาแล็กซี่ทางช้างเผือกมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 100,000 ปีแสง ซึ่งหมายความว่าหากเราสามารถเดินทางด้วยความเร็วเท่ากับแสงจะต้องใช้เวลาถึง 100,000 ปีในการเดินทางจากขอบกาแล็กซี่ด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง ดวงอาทิตย์เป็นหนึ่งในดาวฤกษ์จำนวนหนึ่งแสนล้านดวงของกาแล็กซี่ทางช้างเผือก โดยดวงดาวที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าทั้งหมดอยู่ในกาแล็กซี่เดียวกันนี้ปัจจุบันนักดาราศาสตร์เชื่อว่าเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซี่ถึง หนึ่งแสนล้านกาแล็กซี่ โดยกาแล็กซี่แมกเจนแลนใหญ่อยู่ใกล้กาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเรามากที่สุด ด้วยระยะทางที่แสงใช้ระยะทางในการเดินทางถึง 170,000 ปี เอกภพทั้งหมดถือกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไรเป็นปริศนาที่นักดาราศาสตร์พยายามค้นหาคำตอบมาเนิ่นนานแล้ว ปัจจุบันคำอธิบายที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดคือทฤษฎีบิ๊กแบง ทฤษฎีบิ๊กแบงระบุว่าการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่เมื่อประมาณ 15,000 ล้านปีก่อนเป็นต้นกำเนิดของเอกภพและสรรพสิ่งทั้งหมด หลังการระเบิดเอกภพขยายตัวออกทุกทิศทางพร้อมกับอุณหภูมิที่ค่อยๆ ลดลง เมื่อเวลาผ่านไปนับล้านปีกลุ่มอนุภาคเล่นอิเล็กตรอนและโปรตรอนเริ่มรวมตัวกันเป็นกาแล็กซี่ต่อมาฝุ่นภายในกาแล็กซี่จึงรวมตัวกับแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมเกิดเป็นดาวฤกษ์ซึ่งเปล่งแสงได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นภายใน วาระสุดท้ายของดาวฤกษ์ทุกดวงจะมาถึงเมื่อไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงหลักเริ่มหมดลงดาวฤกษ์จะสว่างวาบขึ้นพร้อมกับขยายตัวกระทั่งรัศมีเพิ่มขึ้นกว่าร้อยเท่าเรียกว่าดาวยักษ์แดง ปรากฏการณ์เช่นนี้จะเกิดขึ้นกับดวงอาทิตย์ในอีก 5,000 ล้านปีข้างหน้าซึ่งเมื่อเวลานั้นมาถึงโลกจะถูกเผาไหม้เป็นเถ้าถ่านอย่างไม่อาจหลีกเลี่ยง หลังจากขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง ดาวฤกษ์จะเข้าสู่วาระสุดท้ายโดยการหดตัวอย่างรุนแรง หากเป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลสารน้อย เช่นดวงอาทิตย์ พื้นผิวส่วนนอกจะกลายสภาพเป็นก๊าซแผ่ออกสู่ห้วงอวกาศส่วนแกนกลางจะเย็นลงพร้อมกับหดตัวอย่างรุนแรงกลายสภาพเป็นดาวแคระขาว ซึ่งมวลสารของดวงดาว 1 ช้อนโต๊ะจะมีน้ำหนักประมาณ 1,000 ตัน แต่หากดวงดาวมีมวลมากพออาจระเบิดเป็น Supernova แกนกลางที่เหลือจะกลายเป็นดาวนิวตรอนซึ่งมีความหนาแน่นสูงมากจนมวลสาร 1 ช้อนโต๊ะหนักนับพันล้านตันและหากดาวดวงนั้นมีมวลมากกว่า 3 เท่าของดวงอาทิตย์อาจเกิดการหดตัวอย่างแรงที่สุดจนกลายสภาพเป็นหลุมดำหรือ Black Hole ที่มีแรงดึงดูดมหาศาลจนแม้แต่แสงก็ไม่อาจหลบหนีการดูดกลืนเข้าสู่หลุมดำได้การก่อเกิด เปลี่ยนแปลง และเสื่อมสลายของดาวฤกษ์เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นตลอดเวลา มวลสารและพลังงานของดวงดาวที่แตกดับกลับกลายเป็นองค์ประกอบของดาวดวงใหม่หมุนเวียต่อไปไม่สิ้นสุด สิ่งใดดำรงอยู่ก่อนการก่อเกิดเอกภพวาระสุดท้ายของเอกภพเป็นเช่นไรรวมทั้งมีชีวิตอยู่บนดาวดวงอื่นหรือไม่ทั้งหมดนี้คือปริศนาที่ยังรอคำตอบจากนักบุกเบิกห้วงอวกาศรุ่นต่อไปเกร็ดดาราศาสตร์หากเทียบอายุ 15,000 ล้านปีของเอกภพเป็นเวลา 24 ชั่วโมงมนุษย์ก็คือสิ่งมีชีวิตที่มีการเกิดและดับทุก 0.0005 วินาทีและหากเทียบรัศมี 100,000 ปีแสงของกาแล็กซี่ทางช้างเผือกเป็นระยะทาง 1 กิโลเมตรมนุษย์ก็จะมีขนาดเพียง 1 ใน 5,000 ล้าน มม.เท่านั้นนี่คือความเล็กน้อยด้อยค่าของมนุษย์เมื่อเทียบกับเอกภพอันยิ่งใหญ่

กำเนิดเอกภพ(Big Bang)

ปัจจุบันเอกภพประกอบดัวยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านกาแล็กซีระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 13,700 ล้านปีแสง ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมาก โลกของเราเป็นดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกของกาแล็กซีทางช้างเผือกนี้ บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นสสารมีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ และสิ่งมีชีวิตต่างๆ ในปัจจุบัน

 เอกภพ(Universe) เป็นระบบรวมของดาราจักรที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลมาก เชื่อกันว่าในเอกภพมีดาราจักรรวมอยู่ประมาณ 10,000,000,000 ดาราจักร (หมื่นล้านดาราจักร) ในแต่ละดาราจักรจะประกอบด้วยระบบของดาวฤกษ์ (Stars) กระจุกดาว (Star clusters) เนบิวลา (Nebulae) หรือหมอกเพลิง ฝุ่นธุลีคอสมิก (Cosmic dust) ก๊าซ และที่ว่างรวมกันอยู่ จุดเริ่มต้นของสรรพสิ่ง หมายความว่า ก่อนหน้านั้นไม่มีสิ่งใดดำรงอยู่เลย หลังจากจุดนั้นสรรพสิ่งเริ่มปรากฎ ขึ้น คำพูดที่ว่าทารกได้ “กำเนิด” ขึ้นจากเดิมที่ไม่มีอยู่ สามารถใช้ได้กับการกำเนิดของเทหวัตถุบนท้องฟ้า เช่น การกำเนิดโรค การกำเนิดระบบสุริยะ การกำเนิดดวงดาว และการกำเนิดกาแล็กซีเป็นต้น โลกกำเนิดจากการรวมตัวของผงฝุ่น ความจริงแล้วไม่เพียงแต่ระบบสุริยะ ดวงดาว และกาแล็กซีเท่านั้น แม้แต่ทารกก็กำเนิดจากการรวมตัวของมวลสารในโลกอันได้แก่ อะตอมและ โมเลกุล ซึ่งประกอบกันขึ้นโดยในรูปแบบการรวมตัวที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นว่ามวลสารที่เคยมีอยู่เดิมนั้น เดียวนี้ก็คงยังมีอยู่แต่เปลี่ยนแปลงรูปแบบของการรวมตัวเท่านั้น ที่มาหรือกำเนิดเอกภพเป็นอย่างไร เอกภพประกอบขึ้นจากสรรพสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา มนุษย์ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงดาว เนบิวลา และกาแล็กซีเป็นต้น เอกภพมีการกำเนิดเหมือนกับโลกหรือไม่ ก่อนหน้าที่จะถึง ณ เวลาหนึ่ง เอกภพไม่ได้ดำรงอยู่ แต่หลังจาก ณ จุดเวลานั้นจึงมีเอกภพปรากฏขึ้น สำหรับดวงดาว ก่อนหน้าดวงดาวจะกำเนิดขึ้น มวลสารต่างๆที่ประกอบขึ้นเป็นดวงดาวอยู่ในรูปของอะตอมและโมเลกุล

สำหรับเอกภพแล้วไม่มีสิ่งใดที่จะรองรับอะตอมและโมเลกุลเหล่านี้ อะตอมและโมเลกุลเหล่านี้มาจากที่ใด ยังคงเป็นปัญหาต่อไป มีความเห็นแตกต่างกันมากมายเกี่ยวกับกำเนิดเอกภพจนถึงปัจจุบันก็ยังมีข้อสรุปและไม่มีทฤษฎีที่แน่ชัด แต่ที่ไดรับการยอมรับที่สุด คือ ทฤษฎีการระเบิดใหญ่ (big-bang theory หรือทฤษฎีบิกแบง) โดย เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6,400  กิโลเมตร  (4,000ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า “อะตอมดึกดำบรรพ์” (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมายของอะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้อย่างจริงจัง และกาโมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3 x 10^9 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 10^9 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 x 10^8 ปี (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน ในที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่างและอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่งอยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกลออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่างประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีควาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการเคลื่อนที่ เรียกว่า “กฎฮับเบิล” ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า “การระเบิดของเอกภพ” (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน

อายุของเอกภพ

 การใช้ค่าคงที่ของฮับเบิลคำนวณหาอายุของเอกภพ ปัจจุบันยังไม่สามารถหาอายุที่แท้จริงของเอกภพได้ เราอาจเข้าใจว่าโลกและเอกภพมีมาตั้งแต่โบราณไม่เปลี่ยนแปลงแต่ความจริงแล้ว เพราะเอกภพถือกำเนิดขึ้น ณ เวลาหนึ่ง แต่เวลาผ่านมานานเท่าไรแล้วล่ะ หากเราต้องการหาอายุของโลก เราสามารถใช้เรดิโอไอโซโทปมาวัดอายุและเวลาในการก่อสร้างในการก่อตัวของหินเปลือกโลกทำให้รู้ว่าโลกก่อตัวขึ้นมานานเท่าไร แต่ถ้าต้องการคำนวณหาเวลาที่เอกภพก่อตัวขึ้นจำเป็นต้องวัดอายุของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มีสมบัติแตกต่างกันจะมีอายุต่างกันด้วย กระจุกดาวทรงกลมที่เก่าแก่ที่สุดราว 12,000ล้านปี ดังนั้นเอกภพจึงน่ามีอายุมากกว่านี้ เราใช้ของฮับเบิลเป็นข้ออ้างอิงในการคำนวณหาอายุของเอกภพเริ่มจากกำหนดให้ระยะทางห่างแต่เดิม ระหว่างกาแล็กซีสองแห่งเป็น r และv เป็นความเร็วในการถอยห่างออกจากกัน จะได้ค่าของเวลาคือ t=r/v เพื่อนำมาหาค่าของเวลาที่กาแล็กซีอยู่ติดกันกฎของฮับเบิลแสดงได้เป็น v=hr บอกให้เรารู้ว่ากาแล็กซีซึ่งปัจจุบันอยู่ห่างไกลกันมากนั้น ก่อนหน้าเวลา1/h กาแล็กซีเหล่านี้รวมกันเป็นจุดเดียว ค่า H นี้เรียกว่า ค่าคงที่ของฮับเบิล จากการคำนวณของฮับเบิลในปี ค.ศ. 1929ได้ผลออกมาว่าทุกๆระยะห่าง 3 ล้านปีแสงความเร็วถอยห่างจะเป็น 200กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อนำค่า H มาคำนวณหาเอกภพจะได้ค่าราว 5,000 ล้านปีซึ่งน้อยกว่าของกระจุกดาวทรงกลมที่มีอายุ 12,000 ล้านปี จึงนับว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าแปลก ทั้งนี้เป็นเพราะขณะที่ฮับเบิลคำนวณระยะห่างเขาใช้มาตรวัดระยะผิดพลาด กล่าวคือใช้ดาวแปรแสงแบบเซฟิด  เป็นหลักในการคำนวณ แต่ระดับความสว่างของดาวแปรแสงแบบเซฟิด เดิมกำหนดผิดไปขั้นหนึ่ง ทำคลาดเคลื่อน ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็ก ลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับ การเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วง ปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้ บรรลุถึงข้อสรุปว่า เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG BANG

เอกภพกำเนิดมาได้อย่างไร

จากเดิมที่ไม่อะไรอยู่เลยแล้วปรากฏขึ้นอย่างทันทีทันใดหรือไม่สิ่งที่เรียกว่าการกำเนิดเอกภพ ย้อนกลับไปสู่อดีตราว 18,000 ล้านปีก่อน จากกฎของฮับเบิลเอกภพจะมีขนาดเล็กเหมือน “จุด”จุดหนึ่ง ในเวลานั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไร จากช่วงเอกภพเป็นสเหมือน จุด ขนาดเล็ก เริ่มเกิดการขยายตัวที่มีลักษณะเหมือนการระเบิด เรียกกันว่า บิกแบง (big bang) หรือ การระเบิดครั้งใหญ่ของเอกภพ ในขณะนั้นมวลสารทั้งหมดที่มีอยู่ในเอกภพอันกว้างใหญ่ไพศาลในปัจจุบันอัดแน่นอยู่ใน จุด ทำให้มีพลังงานสะสมอยู่มหาศาล ทั่วทั้งเอกภพเริ่มขยายตัวเพราะแรงดันที่เกิดจากพลังงานดังกล่าว ซึ่งเริ่มกลายเป็นสสารตามสมการของไอน์สไตน์ ขณะที่เอกภพยังเป็นสเหมือน จุด อยู่นั้น มีความหนาแน่นสูงมากดังนั้นจึงเกิดปรากฏการณ์น่าอัศจรรย์แตกต่างจากที่เราเห็นในชีวิตประจำวัน เอกภพได้ปรากฏขึ้นมาอย่างทันที่ทันใดจากเดิมที่เป็นเพียงความว่างเปล่าไม่มีอะไรอยู่เลย  ตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม( quantum mechanics) นั้น การดำรงอยู่ของสสารเป็นการซ่อนทับกันของเคลื่อน ซึ่งอธิบายได้สมการการเคลื่อนที่ของคลื่น เพราะฉะนั้น ทฤษฎีที่ว่า เอกภพเกิดขึ้นทันทีทันใด จากเดิมที่ไม่มีอะไรอยู่เลย จึงมีความเป็นไปได้ และอาจกล่าวได้ว่าสสารจำนวนหนึ่ง ณ เวลาหนึ่งที่แน่นอน มีความเป็นไปได้ว่าจะสูญหายไปทันทีเหมือนอยู่อีก ณ เวลาหนึ่ง ม่าวมีโอกาสน้อยมากที่จะเกิดขึ้นแต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้เลย อย่างไรก็ตามเมื่อวัตถุหดตัวเล็กลงมันจะขนาดเล็กมากจนอาจเกิดสภาพที่บางก็มีอยู่ บางครั้งก็หายไปที่เป็นแนวคิดเกี่ยวกับการกำเนิดเอกภพที่เอ็ดเวิร์ด เฟรดกิน แสนอไว้ในปี ค.ศ.1980

ทฤษฎีบิกแบง

     ทฤษฎี “บิกแบง” (Big Bang Theory) เป็นทฤษฎีทางดาราศาสตร์ที่กล่าวถึงประวัติศาสตร์ความเป็นมาของจักรวาล ปัจจุบันเป็นทฤษฎีที่เป็นที่เชื่อถือและยอมรับมากที่สุด ทฤษฎีบิกแบงเกิดขึ้นจากการสังเกตของนักดาราศาสตร์ที่ว่า ขณะนี้จักรวาลกำลังขยายตัว ดวงดาวต่าง ๆ บนท้องฟ้ากำลังวิ่งห่างออกจากกันทุกที เมื่อย้อนกลับไปสู่อดีต ดวงดาวต่างๆ จะอยู่ใกล้กันมากกว่านี้ และเมื่อนักดาราศาสตร์คำนวณอัตราความเร็วของการขยายตัวทำให้ทราบถึงอายุของจักรวาลและการคลี่คลายตัวของจักรวาล รวมทั้งสร้างทฤษฎีการกำเนิดจักรวาลขึ้นอีกด้วย ตามทฤษฎีนี้ จักรวาลกำเนิดขึ้นเมื่อประมาณ ๑๕,๐๐๐ ล้านปีที่แล้ว ก่อนการเกิดของจักรวาล ไม่มีมวลสาร ช่องว่าง หรือกาลเวลา จักรวาลเป็นเพียงจุดที่เล็กยิ่งกว่าอะตอมเท่านั้น และด้วยเหตุใดยังไม่ปรากฏแน่ชัด จักรวาลที่เล็กที่สุดนี้ได้ระเบิดออกอย่างรุนแรงและรวดเร็วในเวลาเพียงเศษเสี้ยววินาที (Inflationary period) แรงระเบิดก่อให้เกิดหมอกธาตุซึ่งแสงไม่สามารถทะลุผ่านได้ (Plasma period) ต่อมาจักรวาลที่กำลังขยายตัวเริ่มเย็นลง หมอกธาตุเริ่มรวมตัวกันเป็นอะตอม จักรวาลเริ่มโปร่งแสง ในทางทฤษฎีแล้วพื้นที่บางแห่งจะมีมวลหนาแน่นกว่า ร้อนกว่า และเปล่งแสงออกมามากกว่า ซึ่งต่อมาพื้นที่เหล่านี้ได้ก่อตัวเป็นกลุ่มหมอกควันอันใหญ่โตมโหฬาร และภายใต้กฎของแรงโน้มถ่วง กลุ่มหมอกควันอันมหึมานี้ได้ค่อยๆ แตกออก จนเป็นโครงสร้างของ “กาแลกซี” (Galaxy) ดวงดาวต่าง ๆ ได้ก่อตัวขึ้นในกาแลกซี และจักรวาลขยายตัวออกอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบัน

     นักดาราศาสตร์คำนวณว่าจักรวาลว่าประกอบไปด้วยกาแลกซีประมาณ ๑ ล้านล้านกาแลกซี และแต่ละกาแลกซีมีดาวฤกษ์อย่างเช่นดวงอาทิตย์อยู่ประมาณ ๑ ล้านล้านดวง และสุริยจักรวาลของเราอยู่ปลายขอบของกาแลกซีที่เรียกว่า “ทางช้างเผือก” (Milky Galaxy) และกาแลกซีทางช้างเผือกก็อยู่ปลายขอบของจักรวาลใหญ่ทั้งหมด เราจึงมิได้เป็นศูนย์กลางของจักรวาลเลย ไม่ว่าจะในความหมายใด

ในปี พ.ศ. ๒๕๓๕ ดาวเทียม “โคบี” (COBE) ขององค์การนาซ่าแห่งสหรัฐอเมริกา ซึ่งถูกส่งขึ้นไปเพื่อศึกษาประวัติศาสตร์ของจักรวาลโดยเฉพาะ ได้ค้นพบรังสีโบราณ ซึ่งบ่งบอกถึงโครงสร้างของจักรวาลขณะเมื่อจักรวาลมีอายุเพียง ๓๐๐,๐๐๐ ปี นับเป็นการค้นพบครั้งสำคัญที่ยืนยันว่า จักรวาลกำเนิดขึ้นมาจากจุดเริ่มต้นของการระเบิด และคลี่คลายตัวตามคำอธิบายในทฤษฎี “บิกแบง” จริง เมื่อได้ทฤษฎีการกำเนิดจักรวาลแล้ว นักดาราศาสตร์ก็สนใจว่าจักรวาลจะสิ้นสุดลงอย่างไร มีทฤษฎีที่อธิบายเรื่องนี้อยู่ ๓ ทฤษฎี ทฤษฎีแรก กล่าวว่า

   เมื่อแรงระเบิดสิ้นสุดลง มวลอันมหึมาของกาแลกซีต่างๆ จะดึงดูดซึ่งกันและกัน ทำให้จักรวาลหดตัวกลับจนกระทั่งถึงกาลอวสาน ทฤษฎีที่สอง อธิบายว่า จักรวาลจะขยายตัวในอัตราช้า ๆ จึงเชื่อว่าน่าจะมี “มวลดำ”(dark matter) ที่เรายังไม่รู้จักปริมาณมหึมาคอยยึดโยงจักรวาลไว้ จักรวาลจะขยายตัวไปเรื่อยๆ จนยากแก่การสืบค้น ส่วนสตีเฟ่น ฮอว์กกิ้ง (Stephen Hawking) ได้เสนอทฤษฎีที่สามว่า จักรวาลจะขยายตัวในอัตราความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ทฤษฎีบิกแบงนั้นได้รับการเชื่อมต่อด้วยทฤษฎีวิวัฒนาการ (Evolution Theory) ของชาร์ล ดาร์วิน (Charles Darwin) เมื่อโลกเย็นตัวลงนั้น ปฏิกิริยาเคมีจากมวลสารในโลกในที่สุดแล้วก่อให้เกิดไอน้ำ และไอน้ำก่อให้เกิดเมฆ และเมฆตกลงมาเป็นฝน ทำให้เกิดแม่น้ำ ลำธาร ทะเล และมหาสมุทร วิวัฒนาการนี้มีลักษณะแบบ “ก้าวกระโดด”(Emergent Evolution) เมื่อมีสารอนินทรีย์และน้ำปริมาณมหาศาลเป็นเวลาที่ยาวนาน ในที่สุดคุณภาพใหม่คือ “ชีวิต” ก็เกิดขึ้น คำว่า บิกแบง ที่จริงเป็นคำล้อเลียนที่เกิดจาก นักดาราศาสตร์ ชื่อ เฟรดฮอยล์ ซึ่งเขาดูหมิ่นและตั้งใจจะทำลายความน่าเชื่อถือของทฤษฎีที่เขาเห็นว่าไม่มีทางเป็นจริงอย่างไรก็ดี การค้นพบ ไมโครเวฟพื้นหลัง ในปี ค.ศ. 1964 ยิ่งทำให้ไม่สามารถปฏิเสธทฤษฎีบิกแบงได้ มีหลักฐานสำคัญพิสูจน์ความถูกต้องของทฤษฎีการเกิดของเอกภพตาม ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ประการหนึ่ง คือ ในปี ค.ศ. 1965 นักวิทยาศาสตร์ที่ บริษัท เบลล์ แลบอรอทอรี่ สหรัฐ ได้ยินเสียบรบกวนของคลื่นวิทยุดังมากจาก รอบทิศบนท้องฟ้า นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณได้แล้วว่า ถ้าหากเอกภพมีจุดกำเนิด จากปฐมดวงไฟในจักรวาลเมื่อประมาณ 1.1 x 1010-1.8×1010 ปีมาแล้ว ตาม ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ของจักรวาลพลังงานที่ยังหลงเหลืออยู่ในการระเบิด ครั้งใหญ่จะต้องค้นหาพบได้ในปัจจุบัน และจะมีอุณหภูมิประมาณ 3 องศาเหนือ ศูนย์องศาสมบูรณ์ เนื่องจากพลังงานจะแผ่ออกมาเป็นไมโครเวฟ มีความยาวคลื่น น้อยกว่า 1 ม.ม. ผลจากการได้ยินเสียงคลื่นไม่โครเวฟดังมากจากรอบทิศทางบน ท้องฟ้าดังกล่าว เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทำการวัดอย่างระมัดระวังทำให้นักวิทยาศาสตร์ แน่ใจว่า การแพร่ของคลื่นไมโครเวฟ บนท้องฟ้าทั่วทิศทาง คือ ส่วนที่หลงเหลือ จากการระเบิดครั้งใหญ่ของจักรวาล

ภายหลังเกิดบิกแบง

ขณะที่เอกภพขยายตัวภายหลังเกิดบิกแบงสสารก็เคลื่อนที่ไปทุกทิศทาง แรงโน้มถ่วงเริ่มทำงาน แรงโน้มถ่วง คือ สิ่งที่ควบคุมเอกภพ เป็นแรงดึงวัตถุเข้าหากัน เราเรียกแรงดึงดูด เช่นนี้ว่า แรงโน้มถ่วง วัตถุที่มีมวลสารมากจะมีแรงโน้มถ่วงสูง แรงโน้มถ่วงทำให้วัตถุอย่างอยู่ด้วยกัน ดังนั้นเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 1 ล้านปี สสารในรูปของไฮโดรเจนและฮีเลียมก็เริ่มยึดเหนี่ยวกันเป็นก้อน เรียกว่า กาแล็กซีที่ยังไม่คลอด (protogalaxy) นี่คือจุดเริ่มต้นของการเกิดกาแล็กซีต่อไป ก้อนก๊าซขนาดเล็กที่อยู่ภายในกลายเป็นดาวฤกษ์ กาแล็กซีที่ยังไม่คลอดก็เหมือนกระจุดดาวฤกษ์ขนาดมหิมาหรือกาแล็กซีแคระ อยู่กันเป็นกลุ่มและเป็นโครงสร้างหลักของกาแล็กซี กาแล็กซีที่ยังไม่คลอดทั้งหลายถูกยึดเหนี่ยวเข้าด้วยกัน ด้วยแรงโน้มถ่วงจึงเกิดการรวมกันเป็นกาแล็กซีในช่วงแรกจะมีขนาดเล็กและมีรูปร่างแปลก ในที่สุดกาแล็กซีที่ยังไม่คลอดหลายแห่งก็รวมกันกลายเป็นกาแล็กซีแบบสไปรัสหรือรูปไข่อย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน แต่มันยังไม่สิ้นสุดแค่นี้ ภายในกาแล็กซีต่าง ๆ ยังมีดาวฤกษ์เกิดขึ้นอยู่เรื่อย ๆ ตัวกาแล็กซีเองก็อาจชนกันหรือรวมกัน ทุกวันนี้ภายในกาแล็กซีทางช้างแผือกยังมีดาวฤกษ์จำนวนมากกำลังเกิดใหม่และกำลังดึงกาแล็กซีเล็กๆข้างเคียงเข้ามา

ทำไมกำเนิดของเอกภพจึงเป็น BIG BANG (การระเบิดใหญ่)

 ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็ก ลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับ การเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วง ปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้ บรรลุถึงข้อสรุปว่า เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG BANG

สมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ

ตามทฤษฎีเอกภพของฟรีดมานน์ ซึ่งได้มาจากการประยุกต์ทฤษฎีสัมพัทธภาพจะบอกได้ว่า เอกภพมีจุดเริ่ม ซึ่งก็คือเงื่อนไขเบื้องต้นถึงทฤษฎี สัมพัทธภาพจะบอกไม่ได้ว่าเงื่อนไขข้างต้นนี้มาจากไหน แต่มันก็บอกให้เรารู้ว่า เอกภพเริ่มกำเนิดโดยมีเงื่อนไขเบื้องต้น แต่อย่างไรก็ตามทฤษฎีนี้ไม่ได้ บอกเราว่าเอกภพตอนเริ่มกำเนิดนั้นร้อนหรือเย็น แล้วทำไมกามอฟถึงคิดว่าเอกภพกำเนิดด้วยความร้อนสูง แต่เพื่อที่จะเข้าใจตรงนี้ก็ลองมาคิดกลับดู ว่าทำไมเอกภพที่เย็นจึงเป็นไปไม่ได้เช่นกัน ถึงแม้โลกจะมีธาตุมากมายหลายชนิด เมื่อดูทั้งเอกภพจะเห็นว่าเกือบทั้งหมดเป็นธาตุไฮโดรเจน เพราะว่า ไฮโดรเจนประกอบขึ้นจากโปรตอนและอิเลคตรอน เราก็จะบอกได้ว่าตอนที่เอกภพกำเนิดและมีขนาดเล็กมาก อิเลคตรอนจะรวมเข้าไปในโปรตอนกลาย เป็นนิวตรอน นั่นก็คือเอกภพที่เย็น ในช่วงแรกจะเต็มไปด้วยนิวตรอนและเมื่อเอกภพขยายตัวขึ้น นิวตรอนจะสลายตัวแบบเบต้า กลายเป็นโปรตอนและ อิเลคตรอน โปรตอนนั้นจะทำปฏิกิริยารวมตัวกับนิวตรอนกลายเป็นตัว ทีเรียม (ไฮโดรเจนหนัก) และดิวทีเรียมจะรวมตัวกับนิวตรอนเป็น ไตรเทียม ซึ่งจะสลายตัวแบบเบตา กลายเป็นฮีเลียม 3 และเมื่อนิวตรอนอีกตัวรวมกับฮีเลียม 3 ก็จะได้อะตอมฮีเลียม และปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็จะเกิดต่อกันไป ธาตุหนักต่างๆ ก็จะเกิดขึ้นในเอกภพต่อๆ กันไปเช่นกัน แต่ในความเป็นจริงนั้นในเอกภพมีไฮโดรเจน 75% ฮีเลียม 24% และอีก 1% เป็นธาตุอื่นๆ นั่นก็คือเกือบทั้งหมดเป็นธาตุเบาสองธาตุ คือ ไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งขัดกับสมมติฐานของเอกภพเย็นข้างต้น เพราะฉะนั้นกามอฟจึงคิดว่าเพื่อให้ ขั้นตอนการเกิดธาตุหนักไม่ติดต่อกันไป จะต้องคิดว่าเอกภพเมื่อกำเนิดนั้นมีอุณหภูมิสูงมาก ถ้าเอกภพร้อนถึงจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกัน แต่เพราะร้อน กันออกอีกและก็อธิบายได้ว่าทำไมธาตุหนักจึงหยุดแค่ฮีเลียมเท่านั้น และนี่ก็คือที่มาของความคิดสมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ โดยที่ขอเน้นว่า กามอฟไม่ได้บอกว่าบิกแบงเป็นต้นเหตุของการขยายตัวของเอกภพเลย เพียงแต่บอกว่าเพื่อที่จะอธิบายกำเนิด และปริมาณธาตุในเอกภพ เอกภพจะต้องเกิดด้วยบิกแบงเท่านั้น

ย้อนเวลาสู่การกำเนิดเอกภพ – BigBang

 เมื่อวันที่ 10 กุมภาพันธ์ 2543 นักฟิสิกส์ที่ ห้องปฏิบัตการฟิสิกส์อนุภาคแห่งสหภาพยุโรป หรือ European Laboratory for Particle Physics (CERN) ได้ประกาศการยืนยัน การค้นพบสถานะใหม่ของสสารที่เรียกว่า ควาร์ก-กลูออนพลาสม่า (Quark-gluon plasma) ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเอกภพของเรานั้นเริ่มต้นจากการระเบิดครั้งใหญ่ที่เรียกว่า Big Bang จากการคำนวนนักฟิสิกส์ได้ทำนายว่า ที่เวลาประมาณหนึ่งในล้านวินาที หลังจากเกิด Big Bang จักรวาลของเราจะยังอยู่ในสภาพที่ร้อนสสารต่างๆยังมีพลังงานสูงมาก จนยังไม่สามารถที่จะรวมตัวกันเป็นอะตอม หรือแม้แต่อนุภาคเช่นโปรตอนได้ แต่จะอยู่ในรูปของสถานะที่เรียกว่า ควาร์ก-กลูออนพลาสม่าควาร์กคือหนึ่งในอนุภาคพื้นฐานที่สุดซึ่งประกอบขึ้นเป็นวัตถุต่างๆ อนุภาคเช่นโปรตอนนั้น เกิดจากการรวมตัวกันของควาร์กสามตัว โดยมี อนุภาคกาวหรือ “กลูออน” (Gluon) ที่ทำหน้าที่เป็นกาว ยึดควาร์กทั้งหมดให้ติดกันโดยอาศัยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (Strong interaction)เราจะไม่พบคว๊ากซ์อิสระตามธรรมชาติการทดลองเพื่อทดสอบการมีอยู่ของควาร์กนั้นทำในห้องแล็ป โดยการเร่งอนุภาคเช่นอิเล็กตรอนให้ชนกับโปรตรอนหรือนิวเคลียสของธาตุอื่นๆที่พลังงานสูงมากๆ ซึ่งจะสามารถแยกควาร์กให้ออกมาจากโปรตอนในช่วงเวลาสั้นๆ และอัตรกริยานิวเคลียร์แบบเข้ม จะทำให้ควาร์กรวมตัวกันเกิดเป็นธาตุชนิดอื่นๆ ซึ่งสามารถตรวจวัดได้ในอีกสาขาหนึ่งของฟิสิกส์คือวิชาจักรวาลวิทยา (Cosmology) ซึ่งศึกษาธรรมชาติของเอกภพ นักฟิสิกส์พยายามที่จะอธิบายการกำเนิดของเอกภพ โดยอาศัยทฤษฎีที่เรียกว่าทฤษฎีบิกแบง (Big Bang) นักฟิสิกส์เชื่อว่าเอกภพนั้นมีจุดเริ่มต้นจากการระเบิดครั้งใหญ่ โดยที่หลังจากการระเบิดที่เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 15พันล้านปีที่แล้ว  เอกภพได้ขยายตัวขึ้นเรื่อยๆ และได้กำเนิดเป็นทุกสิ่งทุกอย่างที่เราเห็นอยู่ในปัจจุบัน หลักฐานที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบงที่สำคัญคือการค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่เรียกกันว่า Cosmic Microwave Background Radiation (CBR) ที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อเอกภพเย็นตัวลงหลังจากเกิดบิกแบงแล้วประมาณ 1แสนปี ซึ่งอิเล็กตรอนอิสระถูกโปรตรอนดูดเข้ามาให้โคจร ซึ่งจะปลดปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา อย่างไรก็ตามช่วงเวลาก่อนหน้าการเกิดคลื่น CBR นั้นไม่สามารถที่จะตรวจวัดได้โดยวิธิทางดาราศาสตร์ เนื่องจากไม่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใดๆสามารถที่จะให้ตรวจสอบได้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสสารต่างในเอกภพที่อยู่ก่อนหน้านั้นไม่ได้ประกอบด้วยอะตอม แต่เป็นอนุภาคต่างๆวิ่งกันอยู่อย่างอิสระ ยิ่งย้อนเวลากลับไปใกล้บิกแบงเท่าไหร่ อนุภาคต่างๆก็ยิ่งวิ่งเป็นอิสระมากขึ้น ซึ่งเป็นที่คาดกันว่าในช่วงเวลา 4 pico-second หรือ 4 ในพันล้านของวินาทีหลังจากบิกแบงนั้น เอกภพจะมีพลังงานสูงมากควาร์กจะมีพลังงานสูงพอ ที่จะหลุดออกมาจากโปรตรอน และล่องลอยเป็นอิสระ เกิดเป็น สถานะที่เรียกว่าควาร์ก-กลูออนพลาสม่า ซึ่งคาดว่าจะมีอุณหภูมิสูงประมาณ 100000เท่า ของอุณหภูมิที่ใจกลางดวงอาทิตย์ หรือหนึ่งแสนล้านองศาเซลเซียส เมื่อเอกภพเย็นตัวลงในอีกสี้ววินาทีให้หลัง ที่เวลาประมาณหนึ่งในล้านวินาทีหลังจากบิกแบง อุณหภูมิของเอกภพจะต่ำลงพอที่จะให้ควาร์กรวมตัวกัน กลายเป็นโปรตอน นิวตรอนและอนุภาคอื่นๆ ซึ่งประกอบเป็นสสารต่างๆ ที่เราเห็นในปัจจุบัน เนื่องจากสถานะดังกล่าวไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาพปกติตามธรรมชาติ จึงเป็นที่น่าสงสัยความถูกต้องของทฤษฎีบิกแบง   การค้นพบสถานะควาร์ก-กลูออนพลาสมาในครั้งนี้จึงเป็นการยืนยันว่าควาร์กสามารถแยกออกจากโปรตรอนได้ที่อุณหภูมิสูงมากพอ และทำให้ทฤษฎีบิกแบงน่าเชื่อถือมากขึ้น

   ข้อสังเกตที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ปรากฎการณ์อย่างน้อย 2 ประการ ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง
1.การขยายตัวของเอกภพ  เอ็ดวิน พี. ฮับเบิล   เป็นนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันที่ค้นพบว่า   กาแล็กซีจะเคลื่อนที่ไกลออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่าง   กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้   นั้นคือเอกภพกำลังขยายตัว   จากความเข้าใจในเรื่องนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณอายุของเอกภพได้
2.การค้นพบอุณหภูมิของเอกภพในปัจจุบันหรืออุณหภูมิพื้นหลัง  เป็นการค้นพบโดยบังเอิญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน 2 คน ชื่อ อาร์โน เพนเซียส และ โรเบิร์ต วิลสัน แห่งห้องปฏิบัติการเบลเทเลโฟน   เมื่อ พ.ศ. 2508 ขณะที่นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองคนกำลังทดสอบระบบเครื่องรับสัญญาณของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ    ปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวนตลอดเวลาไม่ว่าจะเป็นกลางวันหรือกลางคืน   หรือฤดูต่างๆ แม้เปลี่ยนทิศทางและทำความสะอาดสายอากาศแล้วก็ยังมีสัญญาณรบกวนอยู่เช่นเดิม   ต่อมาทราบภายหลังว่าเป็นสัญญาฯที่เหลืออยู่ในอวกาศ   เทียบได้กับพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุดำที่มีอุณหภูมิประมาณ 3 เควิลหรือประมาณ -270 องศาเซลเซียส

การกำเนิดดวงดาว

ดาวเกิดขึ้นเมื่ออะตอมของธาตุถูกบีบภายใต้ความดันมากพอที่จะทำให้เกิด Nuclear fusion ดวงดาวทั้งหมดเป็นผลพวงจากการสมดุลพอดีของแรงต่างๆ ซึ่งมีดังนี้ แรงโน้มถ่วงอัดอะตอมใน interstellargas จนกระทั่งปฏิกิริยา fusion เริ่มขึ้น และทันทีที่ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้น มันจะออกแรงดันไปข้างนอก (outwardpressure) ตราบที่แรงดันเข้าภายใน ซึ่งคือแรงโน้มถ่วงเท่ากับแรงดันออกภายนอกที่ได้จากปฏิกิริยา fusionดวงดาวยังคงเสถียรในกาแลกซีของเราและกาแลกซีอื่นๆที่คล้ายของเราต่างก็มีกลุ่มหมอกแก๊ส ซึ่งเราเรียกว่า เนบิวลาอยู่ห่างหลายปีแสง และมีมวลมากพอที่จะทำให้เกิดดาวหลายพันดวงซึ่งอาจมีขนาดเทียบเท่าดวงอาทิตย์ แก๊สส่วนใหญ่ในเนบิวลาประกอบด้วยโมเลกุลของไฮโดรเจน และ ฮีเลียม แต่เนบิวลาส่วนใหญ่ยังประกอบด้วยธาตุอื่นๆ และสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน อะตอมหนักๆเหล่านี้เป็นซากที่เหลือจากดาวเก่าๆที่ได้ระเบิดขึ้นในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา ส่วนที่มาของสารอินทรีย์ยังคงเร้นลับอยู่ความไม่สม่ำเสมอของความหนาแน่นของแก๊ส ทำให้เกิดแรงโน้มถ่วงที่ดึงโมเลกุลของแก๊สเข้าหากันนักดาราศาสตร์บางคนคิดว่าแรงโน้มถ่วง หรือ การก่อกวนจากสนามแม่เหล็กทำให้เนบิวลาแตกสลายเมื่อแก๊สเย็นลง มันจะสูญเสียพลังงานศักย์ ซึ่งเป็นผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่อเกิดการแตกสลายไปเรื่อยๆอย่างนี้ อุณหภูมิย่อมสูงขึ้น กลุ่มแก๊สหมอกนี้จึงแยกออกเป็นกลุ่มแก๊สหมอกที่เล็กลง ซึ่งผลที่สุดจะกลายเป็นดาวแกนของกลุ่มเมฆล่มได้เร็วกว่าส่วนนอก กลุ่มแก๊สจึงหมุนเร็วขึ้นเพื่ออนุรักษ์โมเมนตัม เมื่อตัวแกนมีอุณหภูมิถึงประมาณ 2000 องศาเคลวิน โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนจะแตกออกเป็นไฮโดรเจนอะตอม ในที่สุดแกนนี้มีอุณหภูมิถึง 10000 องศาเคลวิน และมันเริ่มคล้ายๆดาวดวงหนึ่งเมื่อปฏิกิริยา fusion เริ่มขึ้น เมื่อมันแตกสลายจนถึงขนาด 30 เท่าของดวงอาทิตย์ มันก็มีสภาพเป็นดาวมาขึ้น (prostar)เมื่ออุณหภูมิและความดันในแกนนี้มากเพียงพอที่จะทำให้ Nuclear fusion ดำเนินต่อไป แรงดันออกภายนอกจะต้านกับแรงโน้มถ่วง ถึงขั้นนี้ แกนนี้มีขนาดประมาณเกือบเท่าดวงอาทิตย์ พวกฝุ่น ซึ่งเป็นอนุภาคต่างที่ล้อมรอบดาวนี้เริ่มร้อนขึ้น และเปล่งแสงออกมาจ้า ซึ่งอยู่ในย่านอินฟราเรด ณ จุดนี้ แสงที่ตามองเห็นได้จากดาวดวงใหม่นี้ไม่อาจทะลุฝุ่นเล่านั้น ผลที่สุด radiation pressure จากดาวนี้จะเป่าฝุ่นนี้ออกไป และดาวดวงใหม่จึงเริ่มโตขึ้น สมบัติ และ อายุของดาวใหม่นี้ขึ้นกับปริมาณแก๊สที่ยังตกค้างอยู่