宇宙空間對於我們宏觀意義上來理解的話，那麼它是空無一物的存在，假如一罐氫氣洩漏入宇宙，想找回來可就難了，因為在幾乎零的大氣壓下，氣體擴散會無限擴散，一直達當前宇宙的臨界密度。那麼問題來了，都說恆星是宇宙大爆炸的原初氣體或者超新星爆發後的星雲坍縮而成，這些物質為什麼不會無限擴散，反而能形成無數恆星呢？下面我們來簡單探討下這個看起來非常有趣的話題。
一、宇宙的臨界密度
宇宙暴漲論是現代宇宙誕生的主流科學理論，在這個過程中所表現出來的就是引力和斥力之間的爭奪，萬有引力定律告訴我們，物質會產生引力組織天體進一步遠離，當然如果可能的話它還會因此靠近，最終的導向如何取決於宇宙中物質的密度的大小！
- 觀測到的宇宙是平坦的
根據歐空局普朗克衛星對如下幾個方面的觀測：
- 宇宙微波背景輻射
- 重子聲速振盪
- 引力透鏡
三者的觀測相結合，發現當前宇宙平坦為0.001±0.006，即從當前觀測看來，宇宙在6‰的精度上仍然是非常平坦的
上圖公式是以此為依據從愛因斯坦廣義相對論中推導出的宇宙臨界密度計算公式：
- H是哈勃參數（哈勃常數是指哈勃參數現在的數值，它會隨時間改變）
- G是萬有引力常數（這個數值不變）
假設以WMAP在2006年測得的70千米/秒/百萬秒差距計算，宇宙的臨界密度為3.6×10^-30g/cm^3，這個比例算起來大概每立方米只有一個質子的質量！
這個臨界密度表示什麼意義？簡單一點說，如果宇宙平局密度小於這個密度，那麼膨脹不可避免，宇宙將是開放式的，如果宇宙平均密度大於這個密度，那麼未來可能會趨向於收縮！如果是等於，那麼宇宙將保持在恐怖的臨界狀態，而理論上任何細微的擾動都可能打破這個平衡，繼而走向膨脹或者坍縮。
二、星雲坍縮與恆星誕生的秘密
上文我們瞭解了宇宙的臨界密度，接著我們來看看誕生出恆星與行星的星雲，它們來自哪裡，又為什麼會坍縮？為什麼又有那麼多星雲沒有坍縮？
1、星雲的來源
星雲的來源有幾種，宇宙大爆炸時期的原初星雲，從暴漲時代的高溫下降後，從夸克膠子漿中形成的中子與質子結合，形成氫、氦以及少量鋰原子核，而在溫度進一步降低後電子和原子核結合成原子（包括氫、氦以及鋰元素），形成瀰漫的星雲。
另一種則是從這些星雲中形成的恆星發展而來，大質量恆星晚期會形成超行星狀星雲以及超新星等，會將恆星整個生涯中積累的大量元素（質量越高，產生元素越多越重）通過超新星爆發擴散成塵埃雲，但由於恆星存在輻射層結構，大部分的氫元素沒有燃燒，因此又重新迴歸宇宙，成為下一代恆星的來源。
2、星雲為什麼會坍縮
其實星雲的密度還不如月球表面氣體原子密度，月球表面每立方厘米的空間中有超過10^6個原子，在地球附近的太陽系內宇宙空間有數十個原子/立方厘米，而在本星際星雲中則只有0.3個原子/立方厘米！但這依然比宇宙的臨界密度高數十萬倍，因此理論上這些原子之間仍然存在引力坍縮的可能！
問題來了：為什麼這些星雲還沒有坍縮？
引起星雲坍縮的是金斯不穩定性，這有兩種因素，一種是星雲內部滿足金斯不穩定條件，另一種星雲受到附近恆星級能量爆發的影響滿足金斯不穩定性條件，比如超新星或者中子星合併等天文事件。
金斯不穩定性
當塵埃雲的熱運動擴散動力不足以抵抗引力時星雲會發生坍縮，有如下兩個條件：
- 受到超新星擾動密度區域長度大於金斯長度時，會發生引力坍縮
- 塵埃雲密度大於金斯密度或質量大於金斯質量時，也會發生引力坍縮
當然這些條件並不是所有星雲都能滿足，或者說一處星雲內部已經有多處滿足這個要求，比如我們能觀測到著名星雲-獵戶座的M42則早已是銀河系內首屈一指的恆星工廠。
3、恆星的誕生
我們看不到太陽系誕生的過程，但在距離地球1400光年以外的獵戶座星雲卻是太陽系誕生過程最好寫照，在星雲內部，由於金斯不穩定性，出現了多處坍縮，在每一個坍縮區都有可能形成一個恆星系！
上圖國家地理紀錄片《旅行到宇宙邊緣》獵戶座星雲大工廠的部分情節GIF截圖，製作非常精美，類似的情節在《哈勃太空望遠鏡》也有描述，後者更為詳盡，因為是3D版本，對M42的3D結構做了非常詳盡的表現。
- 博克球狀體
塵埃雲的某處一旦開始坍縮，密集區域就會形成博克球狀體，這是在恆星形成早期出現的高密度區域，一般典型的大小為一光年左右，質量約為太陽的10-50倍，這也是聯星和聚星系統形成的區域
博克球狀體：它很像某種昆蟲的繭，是星雲早期坍縮開始形成恆星的重要標誌，荷蘭裔美國天文學家巴特·博克在1940年首次發現，但直到1990年才通過分析近紅外波段才證實恆星在博克球狀體內誕生。
上圖是著名的船底座星雲的懸浮博克球狀體，在船底座星雲內部，博克球狀體處處可見，在船底座星雲中的恆星伊塔的輻射電離下，加上多個波段曝光後合成的博克球狀體圖像有一種不真實的夢幻感！
- 星雲中的湍流
但在這個過程中，也會因為星雲開始坍縮後的湍流增加導致某些星雲團塊碎裂，如果這些碎裂的團塊質量仍然超過金斯質量，那麼這些分裂的團塊內部仍然可能誕生恆星。在這裡有一個有趣的現象，因為星雲坍縮後會導致湍流結構，因此某些團塊可能會流體動力效應而被驅逐出星雲，形成奇特的現象：逃離星雲的原恆星。
- 原恆星的誕生
當博克球狀體繼續坍縮，密度的增加會將引力勢能轉換為熱能，內核溫度上升。當然原恆星逐漸達到流體靜力平衡時（天體熱壓力與引力平衡的狀態），原恆星就在引力中心形成了，一般情況下，原恆星周圍都存在塵埃盤，因為還會繼續收縮！
2014年9月，偶走南方天文臺阿塔卡馬毫米/亞毫米波陣列對距離地球460光年的金牛座年輕恆星星HL Tauri進行了持續成像觀測，從上圖處理後的原行星盤中可以清晰看到同心結構已經形成，每一個同心圓都有表示有行星正在成型。
阿塔卡馬毫米/亞毫米波陣列在240 GHz塵埃連續譜觀測到的20個原行星盤。
三、宇宙未來的趨勢，膨脹還是坍縮，還是維持現狀？
星雲的坍縮，恆星的形成不過是宇宙各個角落正在誕生的無數故事中的一個，那麼整體宇宙未來的命運如何呢？我們是否能根據臨界密度來做一個判斷嗎？
根據可觀測宇宙的大小以及觀測到的物質計算得到的密度只有2×10^-31g/cm^3，似乎差了一個數量級，但這僅僅包含可觀測的顯物質，根據宇宙物質模型，還有26.8%的暗物質
加上暗物質比例，再修正哈勃常數的差異，當前宇宙平均密度與臨界密度幾乎相差無幾，那麼宇宙的未來到底如何？吃瓜群眾很是期待，在線急等。
- 空間曲率K與宇宙學常數Λ
“宇宙學常數Λ，曾經是愛因斯坦引入的概念，在與哈勃的交流後拋棄了宇宙常數，但勒梅特又“非正式”的將它請了回來，而根據現代宇宙學的發展，似乎又要給它一個正式的名分”
宇宙的形態是由這兩個參數所決定的，K=0時是歐幾里得空間（平直空間），Λ=0表示靜態，Λ>0表示斥力，Λ<0表示引力！那麼整體上所有的組合就如下圖：
上圖是美國天文學加愛德華·哈里森在1967年根據這個關係整理的表格，非常直觀，描述各種條件下宇宙的幾個未來。總結一下，有三種：
在幾個可能中，臨界狀態是最不可能的，因為任何的擾動都會導致宇宙失去這個臨界平衡的狀態！而在1998年，美國加州大學伯克利分校索爾·波爾馬特和澳大利亞國立大學布萊恩·施密特領導的兩個小組分別通過對Ia型超新星進行測距時，不約而同的發現了宇宙正在加速膨脹。這個觀測證實了一個由來已久的猜想，宇宙正走向熱寂！
加速膨脹的結果就是我們的可觀測宇宙會有一個視界（這和黑洞的視界有所不同），因為遙遠的宇宙邊緣星系正以超過光的速度遠離，如果僅憑現當前的電磁波以及引力波觀測手段，將永遠都不可能瞭解視界以外的宇宙。
宇宙是惡意的嗎？不，它將引導我們探索未知！
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