โลกที่เราอาศัยอยู่นั้น เป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่ตั้งอยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือก จากการศึกษาจำนวนกาแล็กซีในจักรวาลโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล มีกาแล็กซีที่ถูกค้นพบแล้วประมาณสามแสนล้านกาแล็กซี แล้วเอกภพของเรามีจุดกำเนิดอย่างไร มีอายุขัยยาวนานขนาดไหน ดวงดาวที่เรามองเห็นในยามค่ำคืน มีกำเนิดมาอย่างไร

ในปัจจุบัน ทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปเกี่ยวกับจุดกำเนิดของเอกภพ คือ "การเกิดบิกแบง" (การระเบิดอย่างรุนแรง) ดังนั้น จึงขออธิบายถึง แบบจำลองบิกแบงร้อน (hot Bigbang model) ในบทความนี้

ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ทำนายว่า เอกภพมีจุดกำเนิด ณ บิกแบง เป็นจุดที่มีความหนาแน่นและโค้งงอของกาล-อวกาศไม่มีที่สิ้นสุด (Singularity) ที่สภาวะนี้ เอกภพจะมีขนาดเป็นศูนย์ อุณภูมิจึงมีค่าเป็นอนันต์ เมื่อเริ่มขยายตัว อุณภูมิจะเริ่มลดลง ขนาดของเอกภพจะโตขึ้นเป็น 2 เท่า ทุก ๆ 10-34 วินาที แรงดึงดูดโน้มถ่วงและแรงพื้นฐานต่าง ๆ ก็ก่อกำเนิดขึ้นด้วยเช่นกัน พลังงานมหาศาลจะเปลี่ยนเป็นอนุภาคของสสารพื้นฐาน

1-3 วินาทีหลังจากบิกแบง อุณภูมิจะลดลงเหลือ 1 หมื่นล้านองศาเซลเซียส ในช่วงนี้เอกภพจะมีอนุภาคโฟตอน อิล็กตรอน และนิวทริโน (Neutrino) กับคู่ปฏิปักษ์ของมัน โดยมีโปรตอนและนิวตรอนไม่มากนัก เมื่อเวลาผ่านไปและอุณภูมิลดลง ความเร็วการพุ่งชนกันของอนุภาคจึงลดลง ความเร็วในการสร้างอิเล็กตรอนจึงมีน้อยกว่าทำลาย ดังนั้น จึงเหลืออิเล็กตรอนอยู่ในจำนวนไม่มากนัก

100 วินาทีหลังบิกแบง อุณภูมิของเอกภพจะลดลงเหลือราว 1 พันล้านองศาเซลเซียส ธาตุพื้นฐานอย่างดิวเทอเรียม (Deuterium หรือ heavy hydrogen) ก็ถือกำเนิดขึ้น เนื่องจากที่อุณหภูมิระดับนี้ โปรตอนและนิวตรอนไม่มีพลังงานมากพอจะต้านแรงนิวเคลียร์ชนิดเข้ม ทั้งสองอนุภาคจึงจับตัวกันเป็นแกนกลางอะตอมของดิวเทอเรียม (1 โปรตอน 1 นิวตรอน) จากนั้นแกนกลางอะตอมดิวเทอเรียมก็จะรวมตัวกับโปรตอนและนิวตรอนอื่นสร้างเป็น ฮีเลียม (helium, 2 โปรตอน 2 นิวตรอน) นี่เป็นเหตุผลว่า ทำไมเอกภพของเราจึงมีฮีเลียมในปริมาณที่สูงขนาดนี้ นอกจากนี้ยังมีธาตุอื่นด้วย แต่เป็นจำนวนที่น้อยมาก

หลังจากบิกแบงไม่กี่ชั่วโมง การสร้างฮีเลียมและธาตุอื่นก็หยุดลง เมื่อเวลาผ่านไปอีกหลายล้านปีจนอุณหภูมิอยู่ในระดับพันองศาเซลเซียส อิเล็กตรอนและนิวเคลียสไม่มีพลังงานพอจะต้านทานแรงดึงดูดระหว่างกัน จึงรวมตัวกันเป็นอะตอม

การขยายตัวของเอกภพยังคงดำเนินต่อไป และอุณหภูมิลดลงเรื่อย ๆ แต่บางบริเวณที่มีความหนาแน่นสูง แรงดึงดูดโน้มถ่วงก็จะสูง ทำให้การขยายตัวช้าลงกว่าบริเวณอื่น ถ้าแรงดึงดูดโน้มถ่วงมีมากพอ บริเวณนั้นก็จะหยุดขยายตัว และเริ่มยุบตัว ในขณะยุบตัว แรงดึงดูดโน้มถ่วงจากสสารภายนอกจะทำให้บริเวณนั้นเกิดการหมุนตัวไปช้า ๆ ยิ่งมีพื้นที่เล็กลงการหมุนก็จะยิ่งเร็วขึ้น จนกระทั่งแรงจากการหมุนสมดุลกับแรงดึงดูด นี่เป็นที่มาของกาแล็กซีแบบจานที่หมุนรอบตัวเอง

แล้วดวงดาวต่าง ๆ เกิดขึ้นได้อย่างไร ?

ภายในกาแล็กซีจะเต็มไปด้วยฮีเลียมและไฮโรเจน เมื่อเวลาผ่านไปจะจับตัวกันเป็นกลุ่มก๊าซ และเริ่มยุบตัวลงด้วยแรงดึงดูดโน้มถ่วงของตัวเอง ในขณะที่ยุบตัว อุณหภูมิของก๊าซก็จะสูงขึ้น (เนื่องจากอัตราการชนกันของอะตอมภายในที่สูงขึ้น) ในที่สุดความร้อนจะสูงจนเกิดเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์และเปลี่ยนไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม

ในสภาวะเช่นนี้ ความร้อนจะถูกแผ่ออกมาและสร้างแรงดันขึ้นภายใน จนเกิดภาวะสมดุลของการยุบตัวลง จากนั้นจึงคงตัวในสภาวะเช่นนี้ไปอีกนาน เป็นที่มาของการกำเนิดดาวฤกษ์ต่าง ๆ ดังเช่นดวงอาทิตย์ ที่มีการเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมเพื่อสร้างพลังงานความร้อนและแผ่ออกมา ดังนั้น ยิ่งดาวมีขนาดใหญ่ การแผ่ความร้อนก็จะยิ่งสูงขึ้น เพื่อรักษาสมดุลของการยุบตัวนั่นเอง

อายุของเอกภพนั้น ประเมินกันว่า ถือกำเนิดมานานกว่า 13.7 พันล้านปี จนถึงทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายถึงจุดกำเนิดและทำนายความเป็นไปของเอกภพได้มากขึ้น การศึกษาเรื่องราวเกี่ยวกับเอกภพในจุดเริ่มต้น จึงเหมือนกับการท่องเวลาไปยังจุดเริ่มต้นของกาลเวลานั่นเอง