编辑“︁宇宙”︁

{{NoteTA
|G1 = Physics
|G2 = Astronomy
|1 = zh-cn:大爆炸; zh-tw:大霹靂;zh-hk:大霹靂;
}}
{{about|||宇宙 (消歧义)|和|Universe}}
{{Infobox
|bodystyle  = width:25em;
|title      = 宇宙
|image      = [[File:Hubble ultra deep field.jpg|300px]]
|caption    = [[哈勃超深空]]場圖像展示了當前技術能觀測到的一些最遙遠的[[星系]]（圖像對角線約為[[月球]]視直徑的1/10）<ref name="spacetelescope.org">{{cite web |url=http://spacetelescope.org/images/heic0406a/ |title=Hubble sees galaxies galore |work=spacetelescope.org |access-date=2017-04-30 |archive-date=2017-05-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170504043058/http://www.spacetelescope.org/images/heic0406a/ |url-status=live }}</ref>
 |label1    = 年齡
 |data1     = 137.87 ± 0.020億年<ref name="Planck 2015" />
 |label2    = 直徑
 |data2     = 未知<ref name="Brian Greene 2011" /><br>[[可觀測宇宙]]：{{val|8.8|e=26|u=米}}，{{convert|28.5|e9pc|e9ly|abbr=off}}<ref>{{cite book |first1=Itzhak|last1=Bars|first2=John|last2=Terning|title=Extra Dimensions in Space and Time |url=https://books.google.com/books?id=fFSMatekilIC&pg=PA27|access-date=2011-05-01|date=2009 |publisher=Springer|isbn=978-0-387-77637-8|pages=27–}}</ref>
 |label4    = 質量（普通物質）
 |data4     = 至少{{val|e=53|u=kg}}<ref name="Paul Davies 2006 43">{{cite book|first=Paul|last=Davies|date=2006|title=The Goldilocks Enigma|pages=43ff|publisher=First Mariner Books|isbn=978-0-618-59226-5|url=https://archive.org/details/cosmicjackpotwhy0000davi|url-access=registration}}</ref>
 |label5    = 平均密度（包含能量）
 |data5     = {{val|9.9|e=-27|u=kg/m3}}<ref name="wmap_universe_made_of">{{cite web|author=NASA/WMAP Science Team|date=2014-01-24|title=Universe 101: What is the Universe Made Of?|url=http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html|publisher=NASA|access-date=2015-02-17|archive-date=2008-03-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20080310235855/http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html|url-status=live}}</ref>
 |label6    = 平均溫度
 |data6     = {{val|2.72548|ul=K}}<br>({{val|-270.4|ul=°C}}, {{val|-454.8|ul=°F}})<ref name=Fixsen>{{Cite journal |last1=Fixsen |first1=D.J. |date=2009 |title=The Temperature of the Cosmic Microwave Background |url=https://archive.org/details/sim_astrophysical-journal_2009-12-20_707_2/page/916 |journal=[[The Astrophysical Journal]]|volume=707 |issue=2|pages=916–920 |arxiv=0911.1955 |bibcode=2009ApJ...707..916F |doi=10.1088/0004-637X/707/2/916|s2cid=119217397  | issn = 0004-637X}}</ref>
 |label8    = 主要成分
 |data8     = [[物质#科學上的“物質”|普通（重子）物質]]（4.9%）<br>[[暗物質]]（26.8%）<br>[[暗能量]] （68.3%）<ref name="planck2013parameters"/>
 |label9    = 形狀
 |data9     = [[宇宙的形状|扁平狀]]，誤差範圍只有0.4%<ref>{{cite web
  |author=NASA/WMAP Science Team
  |date=2014-01-24
  |url=http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html
  |title=Universe 101: Will the Universe expand forever?
  |publisher=NASA
  |accessdate=2015-04-16
  |archive-date=2008-03-09
  |archive-url=https://web.archive.org/web/20080309164248/http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html
  |dead-url=no
  }}</ref>
}}

'''宇宙'''（{{langx|en|universe}}，{{langx|la|universum}}）包括所有的[[空間]]、[[時間]]{{efn|name=spacetime|根據[[現代物理學]]，特別是[[相對論]]，[[空間]]和[[時間]]本質上相互聯繫，統一為[[時空]]的概念。}}及其內容<ref name="Zeilik1998">{{cite book |title=Introductory Astronomy & Astrophysics |url=https://archive.org/details/introductoryastr0000zeil |last1=Zeilik |first1=Michael |last2=Gregory |first2=Stephen A. |date=1998 |edition=4th |publisher=Saunders College Publishing |quote=所有空間和時間的總和，即一切過去、現在和未來的存在。 |isbn=978-0-03-006228-5}}</ref>。它包括所有[[存在]]的事物、所有[[基本相互作用]]、[[物理變化]]和[[物理常數]]，因此也包括所有形式的[[物質]]和[[能量]]及其所形成的結構，其範圍小到[[次原子粒子]]，大到整個[[大尺度纖維狀結構|星系絲狀結構]]。根據當前主流的[[宇宙學]]理論——[[大爆炸]]理論，空間和時間在大約{{val|137.87|0.020|u=億年}}前共同誕生<ref>{{Cite journal|last1=Planck Collaboration|last2=Aghanim|first2=N.|author2-link=Nabila Aghanim|last3=Akrami|first3=Y.|last4=Ashdown|first4=M.|last5=Aumont|first5=J.|last6=Baccigalupi|first6=C.|last7=Ballardini|first7=M.|last8=Banday|first8=A. J.|last9=Barreiro|first9=R. B.|last10=Bartolo|first10=N.|last11=Basak|first11=S.|date=September 2020|title=Planck 2018 results: VI. Cosmological parameters|url=https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/201833910|journal=Astronomy & Astrophysics|volume=641|pages=A6|doi=10.1051/0004-6361/201833910|arxiv=1807.06209|bibcode=2020A&A...641A...6P|s2cid=119335614|issn=0004-6361}}</ref>，從那時起，[[宇宙的膨脹|宇宙就開始不斷膨脹]]。今天，宇宙已經膨脹到只有部分範圍可被人類觀測，即所謂的[[可觀測宇宙]]，其直徑大約為930億[[光年]]，而整個宇宙的空間大小（如果有的話）仍然未知<ref name="Brian Greene 2011">{{cite book |first=Brian |last=Greene |author-link=布萊恩·格林 |title=[[隱藏的現實|The Hidden Reality]] |publisher=[[克諾夫出版社|Alfred A. Knopf]] |date=2011}}</ref>。

最早的一些[[宇宙學年表|宇宙學模型]]由[[古希臘哲學|古希臘]]和[[印度哲學|印度]]的哲學家提出，這些模型屬於[[地心說]]，也就是認為地球位於宇宙的中心<ref>{{cite book |title=From China to Paris: 2000 Years Transmission of Mathematical Ideas |first=Yvonne |last=Dold-Samplonius |author-link=Yvonne Dold-Samplonius|date=2002 |publisher=Franz Steiner Verlag}}</ref><ref name="Routledge">{{cite book |title=Medieval Science Technology and Medicine: An Encyclopedia |url=https://archive.org/details/medievalsciencet0000unse |first1=Thomas F. |last1=Glick |first2=Steven |last2=Livesey |first3=Faith |last3=Wallis |publisher=Routledge |year=2005 |isbn=978-0-415-96930-7 |oclc=61228669}}</ref>。隨著幾個世紀以來天文觀測的進步，[[尼古拉·哥白尼]]提出了以太陽為太陽系中心的[[日心說|日心模型]]。[[艾薩克·牛頓]]在發展[[萬有引力定律]]時，借鑒了哥白尼的工作、[[約翰內斯·開普勒]]的[[克卜勒定律|行星運動定律]]以及[[第谷·布拉赫]]的觀測成果。隨著觀測技術的進一步發展，人們逐漸認識到，太陽是[[銀河系]]中數千億顆恆星之一，而銀河系又是可觀測宇宙中數千億個星系之一。許多星系中的恆星擁有[[太陽系外行星|行星]]。[[可觀測宇宙|在最大尺度上]]，星系在各個方向上均勻分佈，這意味著宇宙既沒有邊緣也沒有中心。在較小尺度上，星系以[[星系團]]和[[超星系團]]的形式分佈，這些結構在空間中形成巨大的[[大尺度纖維狀結構|絲狀結構]]和[[空洞 (天文學)|空洞]]，構成了類似泡沫的巨大結構<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=RLwangEACAAJ|title=An Introduction to Modern Astrophysics|last1=Carroll|first1=Bradley W.|last2=Ostlie|first2=Dale A.|date=2013|publisher=Pearson|isbn=978-1-292-02293-2|edition=International|pages=1173–1174|language=en|access-date=2018-05-16|archive-date=2019-12-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20191228141015/https://books.google.com/books?id=RLwangEACAAJ|url-status=live}}</ref>。20世紀初的發現表明，宇宙有一個開端，並且自那時以來一直在膨脹<ref name="Hawking">{{cite book|author=Hawking, Stephen|title=A Brief History of Time|date=1988|publisher=Bantam Books|isbn=978-0-553-05340-1|page=43|author-link=Stephen Hawking}}</ref>。根據大爆炸理論，隨著宇宙的膨脹，最初的能量和物質變得越來越稀疏。在大約10<sup>−32</sup>秒時發生了一次稱為[[暴脹時期]]的初始加速膨脹，隨後四種已知的[[基本相互作用|基本力]]分離開來，宇宙逐漸冷卻並繼續膨脹，使得最早的[[次原子粒子]]和簡單[[原子]]得以形成。巨大的[[氫]]雲和[[氦]]雲逐漸被吸引到[[密度|物質最密集]]的地方，形成了第一批星系、恆星以及今天所見到的一切。

透過研究引力對物質和光的影響，人們發現宇宙中包含的[[物質]]遠遠超過可見物體（如恆星、星系、星雲和星際氣體）所能解釋的數量。這種看不見的物質被稱為[[暗物質]]<ref>{{cite web|last1=Redd|first1=Nola|title=What is Dark Matter?|url=https://www.space.com/20930-dark-matter.html|website=Space.com|access-date=2018-02-01|archive-date=2018-02-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20180201075430/https://www.space.com/20930-dark-matter.html|url-status=live}}</ref>（「暗」意指有大量強有力的[[間接證據]]證明其存在，但尚未能直接探測到它），它與宇宙的其他部分一同誕生，並逐漸聚集成絲狀結構和空洞的[[泡沫]]狀結構，從而促成其他形式的物質聚集成可見的結構。[[ΛCDM模型]]是當前最廣泛接受的宇宙模型。該模型表明，宇宙中大約{{val|69.2|1.2|u=%}}的質量和能量是[[暗能量]]，這種能量導致了[[宇宙的膨脹|宇宙膨脹]]的[[宇宙加速膨脹|加速]]，而大約{{val|25.8|1.1|u=%}}是暗物質<ref name="planck_2015">{{Cite web |url=https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2016/10/aa27101-15/T9.html |title=Planck 2015 results, table 9 |access-date=2018-05-16 |archive-date=2018-07-27 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180727024529/https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2016/10/aa27101-15/T9.html |url-status=live }}</ref>。因此，普通（「[[重子]]」）物質僅佔宇宙的{{val|4.84|0.1|u=%}}<ref name="planck_2015" />。其中，恆星、行星和可見的氣體雲僅佔普通物質的約6%<ref name="Persic">{{Cite journal| last1=Persic| first1=Massimo| last2=Salucci| first2=Paolo| date=1992-09-01| title=The baryon content of the Universe| journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society| volume=258| issue=1| pages=14P–18P| doi=10.1093/mnras/258.1.14P| doi-access=free| issn=0035-8711| arxiv=astro-ph/0502178 |bibcode=1992MNRAS.258P..14P |s2cid=17945298}}</ref>。

關於[[宇宙的終極命運]]，以及在大爆炸之前是否存在什麼，有許多競爭性的假說。與此同時，其他物理學家和哲學家則拒絕進行推測，因為他們懷疑是否有可能獲得關於先前狀態的資訊。一些物理學家提出了各種[[多元宇宙]]假說，認為我們的宇宙可能只是眾多宇宙中的一個<ref name="Brian Greene 2011" /><ref name="EllisKS032" /><ref>{{Cite news|date=2011-08-03|title='Multiverse' theory suggested by microwave background|language=en-GB|work=BBC News|url=https://www.bbc.com/news/science-environment-14372387|access-date=2023-02-14|archive-date=2023-02-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20230214233557/https://www.bbc.com/news/science-environment-14372387|url-status=live}}</ref>。

{{Physical cosmology}}

==定義==
[[File:NASA-HubbleLegacyFieldZoomOut-20190502.webm|thumb|upright=2.7|center|<div align="center">[[哈伯太空望遠鏡]]拍攝的[[哈伯超深空]]星系群，從星空最深處一路縮小<br />（50秒影片，2019年5月2日）</div>]]

物理學的宇宙被定義為所有的[[時間]]與[[空間]]{{efn|name=spacetime|}}（兩者共同稱為[[時空]]）<ref name="Zeilik1998"/>；這包含了[[電磁輻射]]及[[物質]]等所有能量的各種形態，進而組成行星、[[衛星]]、恆星、星系及[[外层空间#星系際空間|星系際空間]]<ref name="Britannica">{{cite encyclopedia |title=Universe |encyclopedia=Encyclopaedia Britannica online |publisher=Encyclopaedia Britannica Inc. |date=2012 |url=https://www.britannica.com/science/universe |access-date=2018-02-17 |archive-date=2021-06-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210609004717/https://www.britannica.com/science/universe |dead-url=no }}</ref><ref>{{cite web |url=http://www.merriam-webster.com/dictionary/Universe |title=Universe |work=Merriam-Webster Dictionary |access-date=2012-09-21 |archive-date=2012-10-22 |archive-url=https://web.archive.org/web/20121022182145/http://www.merriam-webster.com/dictionary/universe |dead-url=no }}</ref><ref>{{cite web |url=http://dictionary.reference.com/browse/Universe?s=t |title=Universe |work=Dictionary.com |access-date=2012-09-21 |archive-date=2012-10-23 |archive-url=https://web.archive.org/web/20121023004855/http://dictionary.reference.com/browse/universe?s=t |dead-url=no }}</ref>。宇宙也包含了影響能量與物質的[[物理定律]]，包含[[守恆定律]]、[[古典力學]]及[[相對論]]<ref name="Schreuder2014">{{cite book|first=Duco A.|last=Schreuder|title=Vision and Visual Perception|url=https://books.google.com/books?id=I7a7BQAAQBAJ&pg=PA135|date=2014-12-03|publisher=Archway Publishing|isbn=978-1-4808-1294-9|page=135|access-date=2021-06-28|archive-date=2021-04-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20210422045606/https://books.google.com/books?id=I7a7BQAAQBAJ&pg=PA135|dead-url=no}}</ref>。

宇宙通常被定義為「存在的總和」，或是過去、現在及未來所有存在的{{le|萬物|everything}}<ref name="Schreuder2014" />。事實上，部分哲學家及科學家認為宇宙的定義包含了數學、邏輯等等思想及抽象的概念{{refn|1={{cite journal |last=Tegmark |first=Max |title=The Mathematical Universe |journal=Foundations of Physics |volume=38 |issue=2 |pages=101–50 |doi=10.1007/s10701-007-9186-9 |bibcode = 2008FoPh...38..101T |arxiv = 0704.0646 |year=2008|s2cid=9890455 }} A short version of which is available at {{cite arxiv |eprint=0709.4024 |title=Shut up and calculate|last1=Fixsen|first1=D. J.|class=physics.pop-ph|year=2007}} in reference to David Mermin's famous quote "shut up and calculate!"<ref>{{cite journal |title=Could Feynman Have Said This? |first=N. David |last=Mermin |journal=Physics Today |volume=57 |issue=5 |page=10 |date=2004 |doi=10.1063/1.1768652 |bibcode=2004PhT....57e..10M |doi-access=free }}</ref>}}<ref>{{cite book|first=Jim|last=Holt|title=Why Does the World Exist?|url=https://archive.org/details/whydoesworldexis0000holt_c0t9|publisher=Liveright Publishing |year=2012|page=[https://archive.org/details/whydoesworldexis0000holt_c0t9/page/308 308]}}</ref><ref>{{cite book|first=Timothy|last=Ferris|title=The Whole Shebang: A State-of-the-Universe(s) Report|url=https://archive.org/details/wholeshebang00timo|publisher=Simon & Schuster|year=1997|page=[https://archive.org/details/wholeshebang00timo/page/n405 400]}}</ref>。「宇宙」這個詞也可以指「世界」、「自然」等概念<ref>{{cite book |title=Creation Out of Nothing: A Biblical, Philosophical, and Scientific Exploration |page=[https://archive.org/details/creationoutofnot0000copa/page/220 220] |first1=Paul |last1=Copan |author2=William Lane Craig |publisher=Baker Academic |date=2004 |isbn=978-0-8010-2733-8 |url=https://archive.org/details/creationoutofnot0000copa/page/220 }}</ref><ref name="Bolonkin2011">{{cite book|first=Alexander|last=Bolonkin|title=Universe, Human Immortality and Future Human Evaluation|url=https://books.google.com/books?id=TuWQx58ZnPsC&pg=PA3|date=November 2011|publisher=Elsevier|isbn=978-0-12-415801-6|pages=3–|access-date=2021-06-28|archive-date=2021-02-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20210208114300/https://books.google.com/books?id=TuWQx58ZnPsC&pg=PA3|dead-url=no}}</ref>。

==詞源==
===中文===
「宇」，「宙」分別指屋檐和船檐<ref>{{cite wikisource|title=說文解字/07|author=[[許慎]]}}</ref>。今義可追溯自戰國時期[[尸佼]]的著作《[[尸子]]》〈卷下〉篇：「上下四方曰宇，往古来今曰宙<ref>{{cite wikisource|title=尸子/卷下|author=[[尸佼]]}}</ref>」，將「宇」指代空間的四方，「宙」則指代時間的延續<ref name="Kaneki"/>。首次宇宙連用則出現於《[[莊子 (書)|莊子]]》〈齊物論〉：“旁日月，挟宇宙<ref>{{cite wikisource|title=莊子/齊物論|author=[[莊子]]}}</ref>”，此處的「宇宙」意味著天地萬物以及時空的廣大<ref name="Kaneki">{{cite journal|title=「宇宙」の語源と語義の変遷-古代中国語と近代科学用語の接点-|author=金木利憲|journal=明治大学日本文学|volume=38|pages=1-16|date=2012-03-31|hdl=10291/16208|url=https://meiji.repo.nii.ac.jp/record/5545/files/nihonbungaku_38_1.pdf|language=ja|access-date=2024-10-05|archive-date=2024-06-16|archive-url=https://web.archive.org/web/20240616161904/https://meiji.repo.nii.ac.jp/record/5545/files/nihonbungaku_38_1.pdf|dead-url=no}}</ref>。另有'''[[太空]]'''一詞，通常指「我們」以外的空間。「太」即「大」。

===歐洲語言===
宇宙的英語「{{lang|en|universe}}」起源於[[古法語]]的「{{lang|fro|univers}}」，而該詞又源自於拉丁語的「{{lang|la|universum}}」<ref>''The Compact Edition of the Oxford English Dictionary'', volume II, Oxford: Oxford University Press, 1971, p. 3518.</ref>，為全部，大全的意思，[[大學]]（university）也有相同詞根。
[[西塞羅]]與後來的拉丁語作者曾使用過「{{lang|la|universum}}」這個詞彙，與現代英語所使用的「{{lang|en|universe}}」意義相同<ref name="lewis_short">Lewis, C. T. and Short, S (1879) ''A Latin Dictionary'', Oxford University Press, ISBN 978-0-19-864201-5, pp. 1933, 1977–1978.</ref>。

[[畢達哥拉斯]]以降的古希臘哲學家，將宇宙稱做「{{lang|grc|τὸ πᾶν}}」（即Pan-，泛，一切），定義為一切的物質與空間，而「{{lang|grc|τὸ ὅλον}}」（一切事物）則不包含空無狀態<ref>{{cite web | author1=Liddell | author2=Scott | title=A Greek-English Lexicon | quote=πᾶς | url=http://lsj.translatum.gr/wiki/πᾶς | accessdate=2020-10-06 | archive-date=2018-11-06 | archive-url=https://web.archive.org/web/20181106193619/https://lsj.translatum.gr/wiki/%CF%80%E1%BE%B6%CF%82 | dead-url=no }}</ref><ref>{{cite web | author1=Liddell | author2=Scott | title=A Greek-English Lexicon | quote=ὅλος | url=http://lsj.translatum.gr/wiki/ὅλος | accessdate=2020-10-06 | archive-date=2018-11-06 | archive-url=https://web.archive.org/web/20181106185336/https://lsj.translatum.gr/wiki/%E1%BD%85%CE%BB%CE%BF%CF%82 | dead-url=no }}</ref>。另外一個同義詞則是「{{lang|grc|ὁ κόσμος}}」（英語：{{lang|en|cosmos}}，意義為[[世界]]、[[宇宙 (系統)|宇宙]]），[[宇宙學]]使用此詞根<ref>{{cite web | author1=Liddell | author2=Scott | title=A Greek–English Lexicon | quote=κόσμος | url=http://lsj.translatum.gr/wiki/κόσμος | accessdate=2020-10-06 | archive-date=2018-11-06 | archive-url=https://web.archive.org/web/20181106193457/https://lsj.translatum.gr/wiki/%CE%BA%CF%8C%CF%83%CE%BC%CE%BF%CF%82 | dead-url=no }}</ref>。拉丁語學者也常使用「{{lang|la|totum}}」、「{{lang|la|mundus}}」、「{{lang|la|natura}}」等詞稱呼宇宙<ref>{{cite book | author=Lewis, C. T. | author2=Short, S | date=1879 | title=A Latin Dictionary | url=https://archive.org/details/latindictionaryb00lewi | publisher=Oxford University Press | isbn=0-19-864201-6 | pages=[https://archive.org/details/latindictionaryb00lewi/page/n1894 1881]–1882, 1175, 1189–1190}}</ref>，且影響現今的語言，如德國以「{{lang|de|Das All}}」、「{{lang|de|Weltall}}」與「{{lang|de|Natur}}」稱呼宇宙。英語中也能找到宇宙的同義詞，如「{{lang|en|everything}}」（如[[萬有理論]]）、「{{lang|en|world}}」（如[[多世界詮釋]]）與「{{lang|en|nature}}」（如[[自然法]]或[[自然哲學]]）<ref>{{cite book | title=The Compact Edition of the Oxford English Dictionary | volume=II | isbn= 978-0198611172 | publisher=Oxford: Oxford University Press | date=1971 | pages=909, 569, 3821–3822, 1900}}</ref>。

==大爆炸与年表==
{{Main|大爆炸|宇宙的起源}}
{{Nature timeline}}
目前主流的宇宙演化模型是大爆炸理論<ref>{{cite book|first=Joseph|last=Silk|title=Horizons of Cosmology|url=https://archive.org/details/horizonsofcosmol0000silk|publisher=Templeton Pressr|date=2009|page=[https://archive.org/details/horizonsofcosmol0000silk/page/n227 208]}}</ref><ref>{{cite book|first=Simon|last=Singh|title=Big Bang: The Origin of the Universe|url=https://archive.org/details/bigbangoriginofu0000sing|publisher=Harper Perennial|date=2005|page=560|bibcode=2004biba.book.....S}}</ref>。這一理論指出，宇宙最初處於極其高溫和致密的狀態，隨後經歷了膨脹和冷卻。這一模型建立在[[廣義相對論]]的基礎上，並採用了{{link-en|同質 (物理學)|Homogeneity (physics)|空間均勻性}}和[[各向同性]]等簡化假設。帶有[[宇宙學常數]]（Λ）和[[冷暗物質]]的版本，稱為[[ΛCDM模型]]，是目前最簡單且能合理解釋各種宇宙觀測現象的模型。

{{File2
|zh=CMB Timeline75 zh-cnversion.jpg
|zh-cn=CMB Timeline75 zh-cnversion.jpg
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|zh-hk=CMB_Timeline75_zh-hkversion.jpg
|zh_desc=在這個示意圖中，時間從左向右流動，宇宙在每一個時間點上都被表示為一個盤狀的「切片」。圖中的時間和大小並非按比例繪製。為了展示宇宙的早期階段，通向餘暉階段的時間（實際上僅佔0.003%）被拉伸，而隨後的膨脹（實際上擴大了1,100倍至今）則被大幅縮減。
|thumb|upright=1.5}}

最初的高溫致密狀態被稱為[[普朗克時期]]，這是從時間零點延續到一個[[普朗克時間]]單位（約10<sup>−43</sup>秒）的一個極短暫階段。在普朗克時期，所有物質和能量都集中在一個高度致密的狀態中，而當今[[基本相互作用|四種已知基本力]]中最弱的[[重力]]，被認為在當時與其他基本力一樣強，甚至可能所有基本力都是[[大統一理論|統一]]的。由於我們尚未理解這一段極早期階段的物理學（包括普朗克時期的[[量子引力]]），因此無法確定時間零點之前是否發生過任何事件。自普朗克時期以來，[[宇宙的膨脹|宇宙已經膨脹]]到目前的規模，並且據推測，在最初的[[科學計數法|10<sup>−32</sup>]]秒內發生了一個極短暫但極其劇烈的[[宇宙暴脹|宇宙膨脹期]]<ref name="Sivaram">{{cite journal |author=Sivaram |first=C. |date=1986 |title=Evolution of the Universe through the Planck epoch |journal=Astrophysics and Space Science |volume=125 |issue=1 |pages=189–199 |bibcode=1986Ap&SS.125..189S |doi=10.1007/BF00643984 |s2cid=123344693}}</ref>。這一初期的膨脹解釋了為什麼宇宙的空間看起來如此{{le|平坦性問題|Flatness problem|平坦}}。

在宇宙誕生後的最初幾分之一秒內，四種基本力已經分離。隨著宇宙從極度高溫的狀態逐漸冷卻，各種[[次原子粒子]]在短暫的時期內開始形成，這些時期被稱為[[夸克時期]]、[[強子時期]]和[[輕子時期]]。這些時期總共加起來不到大爆炸後的10秒。這些[[基本粒子]]逐漸穩定結合成更大的組合體，包括穩定的[[質子]]和[[中子]]，之後這些粒子經由[[核融合]]形成了更複雜的[[原子核]]<ref name="Johnson 474–478">{{Cite journal |last=Johnson |first=Jennifer A. |date=February 2019 |title=Populating the periodic table: Nucleosynthesis of the elements |journal=Science |language=en |volume=363 |issue=6426 |pages=474–478 |doi=10.1126/science.aau9540 |pmid=30705182 |bibcode=2019Sci...363..474J |s2cid=59565697 |issn=0036-8075|doi-access=free }}</ref><ref name="durrer"/>。

這一過程稱為[[太初核合成]]，持續了約17分鐘，並在大爆炸後約20分鐘結束，因此只有最快速且最簡單的反應得以發生。大約25%的[[質子]]和所有[[中子]]（以質量計）在這段時間內被轉化為[[氦]]，並生成少量的[[氘]]（[[氫]]的[[同位素|一種形式]]）和微量的[[鋰]]。其他[[元素]]則僅形成極微量。剩下的75%質子未參與反應，繼續作為[[氫]]原子核存在<ref name="Johnson 474–478"/><ref name="durrer">{{cite book|last=Durrer |first=Ruth |author-link=Ruth Durrer |title=The Cosmic Microwave Background |url=https://archive.org/details/cosmicmicrowaveb0000durr_z5w1 |publisher=Cambridge University Press |year=2008 |isbn=978-0-521-84704-9}}</ref>{{rp|27–42}}。

在核合成結束後，宇宙進入了一個被稱為[[光子時期]]的階段。在這段時間內，宇宙的溫度仍然過高，無法形成中性[[原子]]，因此宇宙充滿了高溫、致密且霧狀的[[等離子體]]，由帶負電的[[電子]]、中性[[中微子]]和帶正電的原子核組成。大約在37.7萬年後，宇宙的溫度逐漸降低，電子和原子核開始結合形成第一批穩定的[[原子]]。這一過程歷史上稱為「[[復合 (宇宙學)|復合]]」，但實際上是電子與原子核的首次結合。與等離子體不同的是，中性原子對許多[[波長]]的光線是[[不透明度|透明的]]，因此宇宙也首次變得透明。這些在原子形成時釋放（「[[退耦 (宇宙學)|退耦]]」）的光子至今仍然可見，構成了我們今天觀測到的[[宇宙微波背景輻射]]<ref name="durrer"/>{{rp|15–27}}。

隨著宇宙膨脹，[[電磁輻射]]的[[能量密度]]下降得比物質更快，因為光子的能量隨著[[哈伯–勒梅特定律|宇宙紅移]]逐漸減少。大約在宇宙誕生後47,000年，物質的[[能量密度]]超過了光子和[[中微子]]的能量密度，開始主導宇宙的大尺度行為。這一變化標誌著[[宇宙標度因子|輻射主導時代]]的結束，以及[[宇宙標度因子|物質主導時代]]的開始<ref name="steane">{{cite book|first=Andrew M. |last=Steane |title=Relativity Made Relatively Easy, Volume 2: General Relativity and Cosmology |isbn=978-0-192-89564-6 |publisher=Oxford University Press |year=2021}}</ref>{{rp|390}}。

在宇宙的最初階段，微小的密度波動導致[[暗物質]]逐漸集中形成[[大尺度纖維狀結構|區域]]。普通物質受到[[引力]]的吸引，聚集到這些暗物質最密集的地方，形成了大型氣體雲，最終在這些區域誕生了恆星和星系，而在暗物質稀疏的地方則形成了宇宙的[[空洞 (天文學)|空洞]]。大約在宇宙誕生後的1到3億年間<ref name="steane"/>{{rp|333}}，第一批[[恆星]]誕生，稱為[[星族#第三星族星|第三星族星]]。這些恆星可能非常巨大、明亮、[[金屬量|缺乏金屬元素]]且壽命短暫。它們在大約2到5億年到10億年間，逐漸使宇宙[[再電離]]，並通過[[恆星核合成]]為宇宙帶來了比氦更重的元素<ref>{{cite news |work=Scientific American |title=The First Stars in the Universe |first1=Richard B. |last1=Larson |first2=Volker |last2=Bromm |name-list-style=amp |date=March 2002 |url=http://www.scientificamerican.com/article/the-first-stars-in-the-un/ |access-date=2015-06-09 |archive-date=2015-06-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150611032732/http://www.scientificamerican.com/article/the-first-stars-in-the-un/ |url-status=live }}</ref>。

宇宙中還存在一種神秘的能量，可能是一種[[純量場]]，被稱為[[暗能量]]，其密度隨時間保持不變。大約在宇宙誕生後98億年，宇宙的膨脹使得物質密度降到低於暗能量密度，這標誌著當前[[宇宙標度因子|暗能量主導時代]]的開始<ref>[[Barbara Ryden|Ryden, Barbara]], "Introduction to Cosmology", 2006, eqn. 6.33</ref>。在這個時代，由於暗能量的影響，[[宇宙加速膨脹|宇宙的膨脹速度正在加快]]<ref name="planck_2015" />。

==物理特性==
{{Main|可觀測宇宙|宇宙的年齡|宇宙的膨脹}}
在四種[[基本相互作用]]力中，[[引力]]在天文尺度上是最主要的力量。引力的效應具有累積性；相比之下，正負電荷的效應傾向於相互抵消，這使得電磁力在天文尺度上，相對來說不那麼重要。剩下的兩種相互作用力，[[弱相互作用|弱核力]]和[[強相互作用|強核力]]，隨著距離的增加迅速衰減，其效應主要限於亞原子尺度<ref name="OpenStax-college-physics"/>{{rp|1470}}。

宇宙中似乎擁有遠多於[[反物質]]的[[物質]]，這種不對稱現象可能與[[CP破壞]]有關<ref>{{cite web|date=2003-10-28 |url=http://www.pparc.ac.uk/Ps/bbs/bbs_antimatter.asp |title=Antimatter |publisher=Particle Physics and Astronomy Research Council |access-date=2006-08-10 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20040307075727/http://www.pparc.ac.uk/Ps/bbs/bbs_antimatter.asp |archive-date=2004-03-07 }}</ref>。這種物質與反物質之間的失衡部分解釋了為何今天宇宙中仍然有物質存在，因為如果在[[大爆炸]]中物質與反物質的產生是對等的，它們會完全湮滅彼此，最終只留下[[光子]]作為相互作用的結果<ref name="NAT-20171020">{{cite journal |author=Smorra C. |display-authors=et al |title=A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment |date=2017-10-20 |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=550 |issue=7676 |pages=371–374 |doi=10.1038/nature24048 |pmid=29052625 |bibcode=2017Natur.550..371S |s2cid=205260736 |url=https://cds.cern.ch/record/2291601/files/nature24048.pdf |doi-access=free |access-date=2019-08-25 |archive-date=2018-10-30 |archive-url=https://web.archive.org/web/20181030045315/https://cds.cern.ch/record/2291601/files/nature24048.pdf |url-status=live }}</ref>。這些定律包括[[高斯定律]]以及{{link-en|應力-能量-動量贗張量|stress-energy-momentum pseudotensor}}的無發散性<ref>{{harvtxt|Landau|Lifshitz|1975|p=361}}：「有趣的是，在封閉空間中，總電荷必須為零。也就是說，在有限空間中的每個封閉表面，其兩側都包圍著一個有限的空間區域。因此，通過這個表面的電場通量，一方面等於表面內部的總電荷，另一方面則等於表面外部的總電荷，但符號相反。因此，表面兩側電荷的總和為零。」</ref>。

===大小與區域===
{{see also|可觀測宇宙}}
[[File:Observable_Universe_Chinese_Annotations.png|thumb|upright=2.4|從地球發送的[[地面電視|電視]]訊號永遠無法到達這張可觀測宇宙對數圖的邊緣。]]
根據廣義相對論，由於[[光速]]的限制以及[[宇宙的膨脹|宇宙不斷膨脹]]的原因，即使在宇宙的壽命內，某些遙遠的[[空間]]區域可能永遠無法與我們互相影響。舉例來說，即便宇宙可以無限存在，從[[地球]]發出的無線電訊號也可能無法抵達某些區域，因為空間膨脹的速度可能超過了光的傳播速度<ref name="Kaku2008">{{cite book|first=Michio|last=Kaku|title=Physics of the Impossible: A Scientific Exploration into the World of Phasers, Force Fields, Teleportation, and Time Travel|url=https://archive.org/details/physicsofimpossi00kaku|url-access=registration|date=2008|publisher=Knopf Doubleday Publishing Group|isbn=978-0-385-52544-2|pages=[https://archive.org/details/physicsofimpossi00kaku/page/202 202]–}}</ref>。

透過望遠鏡能夠觀測到的空間區域被稱為[[可觀測宇宙]]，這個範圍取決於觀測者所在的位置。從地球到可觀測宇宙邊緣的「[[同移距離|適當距離]]」——也就是在特定時間（例如現在）測量的距離——約為460億光年（140億[[秒差距]]）<ref name="Extra Dimensions in Space and Time">{{cite book|first1=Itzhak|last1=Bars|first2=John|last2=Terning|title=Extra Dimensions in Space and Time|url=https://books.google.com/books?id=fFSMatekilIC&pg=PA27|access-date=2018-10-19|date=2018|publisher=Springer|isbn=978-0-387-77637-8|pages=27–}}</ref>，因此可觀測宇宙的直徑約為930億光年（280億秒差距）<ref name="Extra Dimensions in Space and Time" />。從可觀測宇宙邊緣傳到地球的光，行經的距離非常接近[[宇宙的年齡]]乘以光速的結果，即{{convert|13.8|e9ly|e9pc}}，但這並不代表在任何特定時間的實際距離，因為自從光從宇宙邊緣發出後，這個邊緣與地球之間的距離已進一步擴大<ref>{{cite web |url=http://earthsky.org/space/what-is-a-light-year |title=What is a light-year? |work=EarthSky |date=2013-02-20 |first=Christopher |last=Crockett |access-date=2015-02-20 |archive-date=2015-02-20 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150220203559/http://earthsky.org/space/what-is-a-light-year |url-status=live }}</ref>。

作為比較，一個典型[[星系]]的直徑大約是30,000光年（9,198[[秒差距]]），而兩個相鄰星系之間的距離通常約為300萬光年（919.8千秒差距）{{sfn|Rindler|1977|p=196}}。例如，[[銀河系]]的直徑大約在100,000到180,000光年之間<ref>{{cite web
|last1=Christian|first1=Eric
|last2=Samar|first2=Safi-Harb |author-link2=Samar Safi-Harb
|title=How large is the Milky Way?
|url=http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/980317b.html
|archive-url=https://web.archive.org/web/19990202064645/http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/980317b.html
|url-status=dead
|archive-date=1999-02-02
|access-date=2007-11-28}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.space.com/29270-milky-way-size-larger-than-thought.html|title=Size of the Milky Way Upgraded, Solving Galaxy Puzzle|publisher=Space.com|last=Hall|first=Shannon|date=2015-05-04|access-date=2015-06-09|archive-date=2015-06-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20150607104254/http://www.space.com/29270-milky-way-size-larger-than-thought.html|url-status=live}}</ref>，而最近的姐妹星系——[[仙女座星系]]——距離銀河系約250萬光年<ref>{{cite journal |author=Ribas |first1=I. |last2=Jordi |first2=C. |last3=Vilardell |first3=F. |last4=Fitzpatrick |first4=E. L. |last5=Hilditch |first5=R. W. |last6=Guinan |first6=F. Edward |date=2005 |title=First Determination of the Distance and Fundamental Properties of an Eclipsing Binary in the Andromeda Galaxy |journal=Astrophysical Journal |volume=635 |issue=1 |pages=L37–L40 |arxiv=astro-ph/0511045 |bibcode=2005ApJ...635L..37R |doi=10.1086/499161 |s2cid=119522151}}<br />{{cite journal |author=McConnachie, A.W. |author2=Irwin, M.J. |author3=Ferguson, A.M.N. |author3-link=Annette Ferguson |author4=Ibata, R.A. |author5=Lewis, G.F. |author6=Tanvir, N. |author6-link=Nial Tanvir |date=2005 |title=Distances and metallicities for 17 Local Group galaxies |journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society |volume=356 |issue=4 |pages=979–997 |arxiv=astro-ph/0410489 |bibcode=2005MNRAS.356..979M |doi=10.1111/j.1365-2966.2004.08514.x|doi-access=free }}</ref>。

由於人類無法觀測到可觀測宇宙邊界之外的空間，因此我們無法確定整個宇宙的大小屬於有限還是無限<ref name="Brian Greene 2011" /><ref>{{cite web|title=How can space travel faster than the speed of light?|first=Vanessa |last=Janek |website=Universe Today|date=2015-02-20|url=http://www.universetoday.com/119068/how-can-space-travel-faster-than-the-speed-of-light/|access-date=2015-06-06|archive-date=2021-12-16|archive-url=https://web.archive.org/web/20211216061309/https://www.universetoday.com/119068/how-can-space-travel-faster-than-the-speed-of-light/|url-status=live}}</ref><ref>{{cite web |title=Is faster-than-light travel or communication possible? Section: Expansion of the Universe |url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html#13 |work=Philip Gibbs |date=1997 |access-date=2015-06-06 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20100310205556/http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html#13 |archive-date=2010-03-10 }}</ref>。有估計認為，如果宇宙是有限的，那麼其規模必須超過一個[[哈伯體積]]的250倍<ref>{{cite journal |last1=Vardanyan |first1=M. |last2=Trotta |first2=R. |last3=Silk |first3=J. |date=2011-01-28 |title=Applications of Bayesian model averaging to the curvature and size of the Universe |journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters |volume=413 |issue=1 |pages=L91–L95 |arxiv=1101.5476 |bibcode=2011MNRAS.413L..91V |doi=10.1111/j.1745-3933.2011.01040.x |doi-access=free |s2cid=2616287}}</ref>。一些具爭議的<ref>{{cite web |url=https://golem.ph.utexas.edu/category/2008/06/urban_myths_in_contemporary_co.html |title=Urban Myths in Contemporary Cosmology |last=Schreiber |first=Urs |date=2008-06-06 |website=The n-Category Café |publisher=[[University of Texas at Austin]] |access-date=2020-06-01 |archive-date=2020-07-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20200701041542/https://golem.ph.utexas.edu/category/2008/06/urban_myths_in_contemporary_co.html |url-status=live }}</ref>估算指出，若宇宙是有限的，其總體規模可能高達<math>10^{10^{10^{122}}}</math>兆秒差距，這是根據{{le|哈圖-霍金量子態|Hartle–Hawking state}}的一種推論所推測的結果<ref>{{cite journal|arxiv=hep-th/0610199| author=[[Don Page (physicist)|Don N. Page]]|year=2007|title=Susskind's Challenge to the Hartle-Hawking No-Boundary Proposal and Possible Resolutions| journal=Journal of Cosmology and Astroparticle Physics| volume=2007| issue=1| page=004| doi=10.1088/1475-7516/2007/01/004| bibcode=2007JCAP...01..004P| s2cid=17403084}}</ref>{{efn|name=bignumber|儘管引用的來源以兆[[秒差距]]為單位來表達這個數字，但由於它極其龐大，不論使用[[奈米]]還是吉[[秒差距]]等常規單位來表示，數字本身幾乎不會改變，因為這些差異會被誤差所掩蓋。}}。

===年齡與膨脹===
{{Main|宇宙的年齡|宇宙的膨脹}}
假設[[ΛCDM模型]]正確，根據多項實驗使用各種技術測量所得的參數，宇宙年齡的最佳估計值為137.99 [[測量不確定度|±]] 0.021億年（截至2015年）<ref name="Planck 2015">{{cite journal|author=Planck Collaboration|year=2016|title=Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters|journal=Astronomy & Astrophysics|volume=594|page=A13, Table 4|arxiv=1502.01589|bibcode=2016A&A...594A..13P|doi=10.1051/0004-6361/201525830|s2cid=119262962}}</ref>。

[[File:Galactic Cntr full cropped.jpg|thumb|upright=2|天文學家在[[銀河系]]中發現了一些幾乎有136億年歷史的恆星。]]

隨著時間的推移，宇宙及其內部結構不斷演化。例如，[[類星體]]和星系的相對數量發生了變化<ref>{{cite news |url=https://www.science.org/content/article/galaxy-collisions-give-birth-quasars |work=Science News |title=Galaxy Collisions Give Birth to Quasars |date=2010-03-25 |first=Phil |last=Berardelli |access-date=2022-07-30 |archive-date=2022-03-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220325005200/https://www.science.org/content/article/galaxy-collisions-give-birth-quasars |url-status=live }}</ref>，並且宇宙也在[[宇宙的膨脹|不斷膨脹]]。我們從遙遠星系的光被紅移的觀測中推斷出這種膨脹，這表明這些星系正在遠離我們。對[[Ia超新星]]的分析顯示，[[宇宙加速膨脹|宇宙的膨脹速度正在加快]]<ref name="riess">{{cite journal|author=Riess, Adam G.|year=1998|title=Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant|url=https://archive.org/details/sim_astronomical-journal_1998-09_116_3/page/1008|journal=Astronomical Journal|volume=116|issue=3|pages=1009–1038|arxiv=astro-ph/9805201 |doi=10.1086/300499|bibcode=1998AJ....116.1009R|last2=Filippenko|last3=Challis|last4=Clocchiatti|last5=Diercks|last6=Garnavich|last7=Gilliland|last8=Hogan|last9=Jha|last10=Kirshner|last11=Leibundgut|last12=Phillips|last13=Reiss|last14=Schmidt|last15=Schommer|last16=Smith|last17=Spyromilio|last18=Stubbs|last19=Suntzeff|last20=Tonry|s2cid=15640044|author-link=Adam Riess}}</ref><ref name="perlmutter">{{cite journal|author=Perlmutter, S. |journal=Astrophysical Journal|volume=517|issue=2|pages=565–586|year=1999|title=Measurements of Omega and Lambda from 42 high redshift supernovae|url=https://archive.org/details/sim_astrophysical-journal_1999-06-01_517_2/page/564 |arxiv=astro-ph/9812133 |doi=10.1086/307221|bibcode=1999ApJ...517..565P|last2=Aldering|last3=Goldhaber|last4=Knop|last5=Nugent|last6=Castro|last7=Deustua|last8=Fabbro|last9=Goobar|last10=Groom|last11=Hook|last12=Kim|last13=Kim|last14=Lee|last15=Nunes|last16=Pain|last17=Pennypacker|last18=Quimby|last19=Lidman|last20=Ellis|last21=Irwin|last22=McMahon|last23=Ruiz-Lapuente|last24=Walton|last25=Schaefer|last26=Boyle|last27=Filippenko|last28=Matheson|last29=Fruchter|last30=Panagia|s2cid=118910636|display-authors=29|author-link=Saul Perlmutter}}</ref>。

宇宙中的物質越多，物質之間的[[引力]]就越強。如果宇宙過於致密，將會重新塌縮成[[重力奇點]]。然而，如果宇宙中的物質過少，自身的引力將不足以形成星系或行星等天文結構。自大爆炸以來，宇宙[[單調函數|一直在不斷]]膨脹。[[人擇原理|或許不足為奇的是]]，我們的宇宙恰好具有[[傅里德曼方程式|適當的質量–能量密度]]，大約相當於每立方公尺5個質子，這使得宇宙能夠在過去的138億年間膨脹，並有時間形成我們今天所觀測到的宇宙<ref>{{cite book|first1=Raymond A. |last1=Serway |first2=Clement J. |last2=Moses |first3=Curt A. |last3=Moyer |title=Modern Physics |publisher=Cengage Learning |year=2004 |isbn=978-1-111-79437-8 |page=21}}</ref><ref>{{cite book |url=https://openstax.org/books/astronomy-2e/pages/29-7-the-anthropic-principle |title=Astronomy 2e |publisher=OpenStax |isbn=978-1-951-69350-3 |first1=Andrew |last1=Fraknoi |display-authors=etal |year=2022 |page=1017 |access-date=2023-02-14 |archive-date=2023-02-14 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230214122906/https://openstax.org/books/astronomy-2e/pages/29-7-the-anthropic-principle |url-status=live }}</ref>。

在宇宙中有一股動力作用於粒子，影響著宇宙的膨脹速度。1998年之前，科學家們普遍認為，由於宇宙中的引力相互作用，膨脹速度隨著時間的推移會逐漸減慢；因此，宇宙中有一個可觀測的量稱為{{le|減速參數|Deceleration parameter}}，大多數宇宙學家預計該參數為正值，並且與宇宙的物質密度相關。然而，在1998年，兩個不同的研究團隊測得該減速參數為負值，約為-0.55，這從技術上意味著[[宇宙標度因子]]<math>\ddot{a}</math>的二階導數在過去50至60億年間一直為正值<ref name="nobel_2011">{{cite web |url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/ |title=The Nobel Prize in Physics 2011 |access-date=2015-04-16 |archive-date=2015-04-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150417023358/http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/ |url-status=live }}</ref><ref>{{cite news|last=Overbye|first=Dennis|title=A 'Cosmic Jerk' That Reversed the Universe|url=https://www.nytimes.com/2003/10/11/us/a-cosmic-jerk-that-reversed-the-universe.html?pagewanted=all&src=pm|newspaper=New York Times|date=2003-10-11|access-date=2017-02-20|archive-date=2017-07-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20170701114952/http://www.nytimes.com/2003/10/11/us/a-cosmic-jerk-that-reversed-the-universe.html?pagewanted=all&src=pm|url-status=live}}</ref>。

===時空===
{{main|時空|世界線}}
{{see also|勞侖茲變換}}
現代物理學認為[[事件 (相對論)|事件]]在[[時空]]中組織<ref>{{Cite book
 |author=Schutz, Bernard
 |title=A First Course in General Relativity
 |publisher=Cambridge University Press
 |edition=2nd
 |date= 2009
 |isbn=978-0-521-88705-2
 |pages=[https://archive.org/details/firstcourseingen00bern_0/page/142 142, 171]
 |author-link=Bernard Schutz
 |url=https://archive.org/details/firstcourseingen00bern_0/page/142
 }}</ref>。這一概念起源於[[狹義相對論]]，該理論預測，如果一位觀察者看到兩個事件在不同地點同時發生，那麼另一位相對於第一位觀察者運動的觀察者將看到這些事件在不同時間發生<ref name="Mermin2005">{{cite book|first=N. David |last=Mermin |author-link=N. David Mermin |title=It's About Time: Understanding Einstein's Relativity |publisher=Princeton University Press |year=2021 |orig-year=2005 |edition=Princeton Science Library paperback |isbn=978-0-691-12201-4 |oclc=1193067111}}</ref>{{rp|45–52}}。兩位觀察者對事件之間的時間<math>T</math>和分隔事件的距離<math>D</math>會有不同的觀點，但他們都會在[[光速]]<math>c</math>取得一致同意，並且在組合量<math>c^2T^2 - D^2</math>的測量上得到相同的結果<ref name="Mermin2005"/>{{rp|80}}。這個量的[[絕對值]]平方根稱為兩個事件之間的間隔。這個間隔表示事件之間在時空中的分隔程度，而不僅僅是空間或時間中的分隔<ref name="Mermin2005"/>{{rp|84,136}}<ref>{{cite journal |doi=10.1007/s10714-006-0254-9 |bibcode=2006GReGr..38..643B |arxiv=gr-qc/0407022 |title=Spacetime and Euclidean geometry |journal=General Relativity and Gravitation |volume=38 |issue=4 |year=2006 |pages=643–651 |last1=Brill |first1=Dieter |last2=Jacobsen |first2=Ted |citeseerx=10.1.1.338.7953 |s2cid=119067072 }}</ref>。

狹義相對論無法解釋[[引力]]。其後繼理論[[廣義相對論]]認識到時空並非固定不變而是動態的，並以此來解釋引力。在廣義相對論中，引力被重新定義為[[時空]]的曲率。像軌道這樣的曲線運動並不是某種力將物體從直線路徑上偏轉的結果，而是物體試圖在一個因其他質量存在而彎曲的背景中自由運動。物理學家[[約翰·惠勒]]的一句名言生動地概括了這一理論：「時空告訴物質如何運動；物質告訴時空如何彎曲<ref name="Wheeler">{{Cite book|last=Wheeler|first=John Archibald|url=https://books.google.com/books?id=zGFkK2tTXPsC&pg=PA235|title=Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics|date=2010|publisher=W. W. Norton & Company|isbn=978-0-393-07948-7|language=en|author-link=John Archibald Wheeler|access-date=2023-02-17|archive-date=2023-02-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20230217135729/https://books.google.com/books?id=zGFkK2tTXPsC&pg=PA235|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Kersting|first=Magdalena|date=May 2019|title=Free fall in curved spacetime – how to visualise gravity in general relativity|journal=[[Physics Education]] |volume=54|issue=3|pages=035008|doi=10.1088/1361-6552/ab08f5|bibcode=2019PhyEd..54c5008K |s2cid=127471222 |issn=0031-9120|doi-access=free|hdl=10852/74677|hdl-access=free}}</ref>。」因此無法將二者分開考慮<ref name="Hawking" />。當引力效應較弱且物體運動速度遠低於光速時，廣義相對論的預測會近似於[[萬有引力定律|牛頓的引力理論]]<ref>{{Cite book |last1=Goldstein |first1=Herbert |title=Classical Mechanics |title-link=Classical Mechanics (Goldstein) |last2=Poole |first2=Charles P. |last3=Safko |first3=John L. |date=2002 |publisher=Addison Wesley |isbn=0-201-31611-0 |edition=3rd |location=San Francisco |oclc=47056311 |author-link=Herbert Goldstein |author2-link=Charles P. Poole}}</ref>{{Rp|page=327}}<ref>{{Cite book |last=Goodstein |first=Judith R. |url=https://www.worldcat.org/oclc/1020305599 |title=Einstein's Italian Mathematicians: Ricci, Levi-Civita, and the Birth of General Relativity |date=2018 |publisher=American Mathematical Society |isbn=978-1-4704-2846-4 |location=Providence, Rhode Island |pages=143 |oclc=1020305599 |author-link=Judith R. Goodstein |access-date=2024-08-24 |archive-date=2024-08-29 |archive-url=https://web.archive.org/web/20240829091817/https://search.worldcat.org/title/1020305599 |dead-url=no }}</ref>。

物質分布與時空曲率之間的關係由[[愛因斯坦場方程]]描述，這需要使用[[張量微積分]]來表達<ref>{{Cite book |last=Choquet-Bruhat |first=Yvonne |url=https://www.worldcat.org/oclc/317496332 |title=General Relativity and the Einstein Equations |date=2009 |publisher=Oxford University Press |isbn=978-0-19-155226-7 |location=Oxford |oclc=317496332 |author-link=Yvonne Choquet-Bruhat}}</ref>{{Rp|page=43}}<ref>{{Cite book |last=Prescod-Weinstein |first=Chanda |url=https://www.worldcat.org/oclc/1164503847 |title=The Disordered Cosmos: A Journey into Dark Matter, Spacetime, and Dreams Deferred |date=2021 |publisher=Bold Type Books |isbn=978-1-5417-2470-9 |location=New York, New York |language=en-us |oclc=1164503847 |author-link=Chanda Prescod-Weinstein |access-date=2023-02-17 |archive-date=2022-02-21 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220221214240/http://www.worldcat.org/oclc/1164503847 |url-status=live }}</ref>。宇宙看起來像是一個平滑的時空連續體，由三個[[空間]][[維度]]和一個[[時間]]維度構成。因此，物理宇宙中的一個事件可以用四個坐標來描述：{{nowrap begin}}(''x'', ''y'', ''z'', ''t''){{nowrap end}}。從平均來看，可以觀察到[[3-流形|空間]]幾乎是[[宇宙的形狀|平坦的]]（[[曲率]]接近於零），這意味著[[歐幾里得幾何]]在大部分宇宙中是高度精確的經驗真理<ref name="Shape">{{Cite web |title=WMAP Mission – Age of the Universe |url=https://map.gsfc.nasa.gov/m_mm/mr_content.html |access-date=2023-02-14 |website=map.gsfc.nasa.gov |archive-date=2022-12-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20221204182149/https://map.gsfc.nasa.gov/m_mm/mr_content.html |url-status=live }}</ref>。時空似乎也具有[[單連通]]的[[拓撲學|拓撲]]結構，類似於一個球體，至少在可觀測宇宙的尺度上是如此。然而，現有觀測並不能排除以下可能性：宇宙存在更多的維度（如[[弦理論]]所假設的），以及[[時空]]可能具有多重連通的全域拓撲結構，類似於二維空間中的圓柱或{{le|環體|Toroid|環面}}拓撲結構<ref name="Nat03">{{cite journal
 |last1        = Luminet
 |first1       = Jean-Pierre
 |author-link  = Jean-Pierre Luminet
 |last2        = Weeks
 |first2       = Jeffrey R.
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 |title        = Dodecahedral space topology as an explanation for weak wide-angle temperature correlations in the cosmic microwave background
 |journal      = [[Nature (journal)|Nature]]
 |volume       = 425
 |issue        = 6958
 |pages        = 593–595
 |date         = 2003-10-09
|pmid         = 14534579
 |arxiv        = astro-ph/0310253
 |doi          = 10.1038/nature01944
 |bibcode      = 2003Natur.425..593L
 |s2cid        = 4380713
 |url          = https://cds.cern.ch/record/647738
 |type         = Submitted manuscript
 |access-date  = 2018-08-21
|archive-date = 2021-05-17
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}}</ref><ref name="_spacetime_topology">{{cite conference
|first1=Jean-Pierre
|last1=Luminet
|first2=Boudewijn F.
 |last2=Roukema
 |title=Topology of the Universe: Theory and Observations
|book-title=Proceedings of Cosmology School held at Cargese, Corsica, August 1998
|date=1999
|arxiv=astro-ph/9901364
|bibcode=1999ASIC..541..117L }}</ref>。

===形狀===
{{main|宇宙的形狀}}
[[File:End of universe.jpg|thumb|250px|宇宙形狀的三種可能情况]]
[[廣義相對論]]描述了質量和能量（即引力）如何彎曲和扭曲時空。宇宙的[[拓撲學|拓撲]]或[[幾何]]包括[[可觀測宇宙]]的局部幾何和整個宇宙的全域幾何。宇宙學家通常會使用一個稱為[[同移距離|同移座標]]的[[時空]]切片來研究宇宙。可觀測的時空區域由向後的[[光錐]]界定，它標識了[[宇宙學視界]]。宇宙學視界，也稱為粒子視界或光視界，是在[[宇宙的年齡]]內，[[基本粒子|粒子]]可以到達[[觀察|觀察者]]的最大距離。這個視界劃分了可觀測區域與不可觀測區域的邊界<ref name="books.google.com">{{cite book|author=Edward Robert Harrison|title=Cosmology: the science of the universe|url=http://books.google.com/books?id=kNxeHD2cbLYC&pg=PA447|accessdate=2011-05-01|year=2000|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-66148-5|pages=447–|archive-date=2016-08-26|archive-url=https://web.archive.org/web/20160826075123/https://books.google.com/books?id=kNxeHD2cbLYC&pg=PA447|dead-url=no}}</ref><ref>{{cite book|author1=Andrew R. Liddle|author2=David Hilary Lyth|title=Cosmological inflation and large-scale structure|url=http://books.google.com/books?id=XmWauPZSovMC&pg=PA24|accessdate=2011-05-01|date=2000-04-13|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-57598-0|pages=24–|archive-date=2019-01-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20190107010914/https://books.google.com/books?id=XmWauPZSovMC&pg=PA24&hl=en|dead-url=no}}</ref>。

決定宇宙未來演化的一個重要參數是[[弗里德曼方程|密度參數]] (Ω)，它被定義為宇宙的平均物質密度與臨界密度的比值。根據Ω等於1、小於1還是大於1，宇宙可以具有3種可能的[[宇宙的形狀|幾何結構]]，這些結構分別稱為平坦宇宙、開放宇宙和封閉宇宙<ref name=FateOfTheUniverse>{{cite web|title=What is the Ultimate Fate of the Universe?|url=http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_fate.html|website=National Aeronautics and Space Administration|publisher=NASA|accessdate=2015-08-23|archive-date=2019-10-15|archive-url=https://web.archive.org/web/20191015052245/https://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_fate.html|dead-url=no}}</ref>。

根據[[宇宙背景探測者]]、[[威爾金森微波各向異性探測器]]和[[普朗克衛星]]對宇宙微波背景的測繪及觀測結果，表明宇宙有無限空間，但是具有有限的年齡，這與[[弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規]]的描述一致<ref name="Nat03"/><ref name="nasa_popular_uni_curv">[https://web.archive.org/web/20120601032707/http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html Will the Universe expand forever?], WMAP website at NASA.</ref><ref name="RBSG08">{{cite journal|last =Roukema|first =Boudewijn|author2=Zbigniew Buliński |author3=Agnieszka Szaniewska |author4=Nicolas E. Gaudin |title =A test of the Poincare dodecahedral space topology hypothesis with the WMAP CMB data|journal = Astronomy and Astrophysics|volume =482|issue = 3| page =747|date = 2008|arxiv =0801.0006|doi =10.1051/0004-6361:20078777|bibcode=2008A&A...482..747L}}</ref><ref name="Aurich0403597">{{cite journal|last =Aurich|first =Ralf|author2=Lustig, S. |author3=Steiner, F. |author4=Then, H. |title =Hyperbolic Universes with a Horned Topology and the CMB Anisotropy|journal =Classical and Quantum Gravity|volume =21|issue = 21| pages =4901–4926|date =2004 |doi = 10.1088/0264-9381/21/21/010 |arxiv=astro-ph/0403597|bibcode=2004CQGra..21.4901A}}</ref>。該模型支持了暴脹模型和標準宇宙學模型，描繪了一個[[閔考斯基時空|平坦]]、均勻的宇宙，現今由[[暗物質]]和[[暗能量]]所主導<ref name="planck_cosmological_parameters">{{cite journal |arxiv=1303.5076 |title=Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters |author=Planck Collaboration |journal=Astronomy & Astrophysics |date=2014 |bibcode=2014A&A...571A..16P |doi=10.1051/0004-6361/201321591 |volume=571 |page=A16|s2cid=118349591 }}</ref><ref>{{cite web
|title = Planck reveals 'almost perfect' universe
|url = http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/21/planck-reveals-almost-perfect-universe
|work = Michael Banks
|publisher = Physics World
|date = 2013-03-21
|accessdate = 2013-03-21
|archive-date = 2013-03-24
|archive-url = https://web.archive.org/web/20130324022238/http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/21/planck-reveals-almost-perfect-universe
|dead-url = no
}}</ref>。

===生命的支持===
{{main|微調的宇宙}}
微調宇宙假說認為，宇宙中允許可觀測[[生命]]存在的條件，只有當某些基本[[物理常數]]位於非常狹窄的範圍內時才會出現。根據這一假說，如果若干基本常數中的任何一個稍有變化，宇宙很可能就無法適應[[物質]]、天文結構、元素多樣性或生命的形成與發展。這一假說是否成立，以及探討這個問題是否具有邏輯意義，都是廣泛爭論的話題<ref name=stanford_encylopedia>{{cite web
|url=https://plato.stanford.edu/entries/fine-tuning/
|title=Fine-Tuning
|website=[[The Stanford Encyclopedia of Philosophy]]
|publisher=Center for the Study of Language and Information (CSLI), Stanford University
|access-date=2022-02-15
|date=2021-11-12
|first=Simon
|last=Friederich
|archive-date=2023-10-10
|archive-url=https://web.archive.org/web/20231010234820/https://plato.stanford.edu/entries/fine-tuning/
|url-status=live
}}</ref>。這一命題在[[哲學家]]、[[科學家]]、[[神學家]]以及[[創造論]]支持者之間都有討論<ref name=toa>{{cite web |url=http://www.talkorigins.org/indexcc/CI/CI301.html |title=CI301: The Anthropic Principle |access-date=2007-10-31 |editor-first=Mark |editor-last=Isaak |date=2005 |work=Index to Creationist Claims |publisher=[[TalkOrigins Archive]] |archive-date=2014-07-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140701145811/http://www.talkorigins.org/indexcc/CI/CI301.html |url-status=live }}</ref>。

==成分==
{{see also|星系的形成和演化|星系團|星雲}}
宇宙的組成幾乎完全是由暗能量、暗物質和[[物質|普通物質]]構成。其他成分包括[[電磁輻射]]（估計佔宇宙總[[質能等價|質量-能量]]的0.005%到接近0.01%）以及[[反物質]]<ref>{{cite encyclopedia|title=electromagnetic radiation {{!}} physics|url=http://www.britannica.com/science/electromagnetic-radiation|access-date=2015-07-26|encyclopedia=Encyclopædia Britannica|last=Fritzsche|first=Hellmut|page=1|archive-date=2015-08-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20150831050929/http://www.britannica.com/science/electromagnetic-radiation|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://physics.ucr.edu/~wudka/Physics7/Notes_www/Pdf_downloads/8.pdf|title=Physics 7:Relativity, SpaceTime and Cosmology|access-date=2015-07-26|website=Physics 7:Relativity, SpaceTime and Cosmology|publisher=University of California Riverside|archive-url=https://web.archive.org/web/20150905155421/http://physics.ucr.edu/~wudka/Physics7/Notes_www/Pdf_downloads/8.pdf|archive-date=2015-09-05|url-status=dead}}</ref><ref>{{Cite web|title=Physics – for the 21st Century|url=http://www.learner.org/courses/physics/unit/text.html?unit=11&secNum=6|website=learner.org|access-date=2015-07-27|publisher=Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Annenberg Learner|archive-url=https://web.archive.org/web/20150907212145/http://www.learner.org/courses/physics/unit/text.html?unit=11&secNum=6|archive-date=2015-09-07|url-status=dead}}</ref>。

宇宙中的物質和能量比例在其歷史進程中發生了變化<ref>{{cite web|title=Dark matter – A history shapes by dark force|publisher=National Geographic|url=http://ngm.nationalgeographic.com/2015/01/hidden-cosmos/timeline-graphic|work=Timothy Ferris|year=2015|access-date=2015-12-29|archive-date=2016-03-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20160304095337/http://ngm.nationalgeographic.com/2015/01/hidden-cosmos/timeline-graphic|url-status=dead}}</ref>。在過去的20億年中，宇宙內生成的電磁輻射總量大約減少了一半<ref>{{Cite web|title=It's Official: The Universe Is Dying Slowly|url=http://www.scientificamerican.com/article/it-s-official-the-universe-is-dying-slowly/|access-date=2015-08-11|first=Nola Taylor|last=Redd, SPACE.com|website=[[Scientific American]]|archive-date=2015-08-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20150812010821/http://www.scientificamerican.com/article/it-s-official-the-universe-is-dying-slowly/|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite web |title=RIP Universe – Your Time Is Coming… Slowly {{!}} Video |url=http://www.space.com/30194-rip-universe-your-time-is-coming-slowly-video.html |publisher=Space.com |first=Will |last=Parr |display-authors=et al |access-date=2015-08-20 |archive-date=2015-08-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150813221122/http://www.space.com/30194-rip-universe-your-time-is-coming-slowly-video.html |url-status=live }}</ref>。如今，普通物質——包括原子、恆星、星系和[[生命]]——只佔宇宙總內容的4.9%<ref name="planck2013parameters" />。這種類型的物質當前[[密度]]極低，約為每立方厘米4.5 × 10<sup>−31</sup>克，相當於每4立方米空間內僅有一個質子<ref name="wmap_universe_made_of" />。暗能量和暗物質的性質仍然未知。暗物質是一種尚未被識別的神秘物質，佔宇宙總內容的26.8%。而暗能量——這是一種存在於空間中的能量，導致宇宙膨脹加速——則佔剩下的68.3%<ref name="planck2013parameters">{{cite web|title=First Planck results: the universe is still weird and interesting|url=https://arstechnica.com/science/2013/03/first-planck-results-the-universe-is-still-weird-and-interesting/|work=Matthew Francis|publisher=Ars technica|date=2013-03-21|access-date=2015-08-21|archive-date=2019-05-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20190502143413/https://arstechnica.com/science/2013/03/first-planck-results-the-universe-is-still-weird-and-interesting/|url-status=live}}</ref><ref name="DarkMatter" /><ref name="peebles">{{cite journal |author=Peebles |first1=P. J. E. |last2=Ratra |first2=Bharat |name-list-style=amp |date=2003 |title=The cosmological constant and dark energy |journal=Reviews of Modern Physics |volume=75 |issue=2 |pages=559–606 |arxiv=astro-ph/0207347 |bibcode=2003RvMP...75..559P |doi=10.1103/RevModPhys.75.559 |s2cid=118961123}}</ref>。

[[File:Formation of galactic clusters and filaments.jpg|thumb|upright=2.4|[[冷暗物質]]模式下星系團、[[大尺度纖維狀結構]]與[[暗能量]]的構成圖。本圖顯示了4,300萬秒差距（1.4億光年）範圍內，紅移值從30至現今的結構演化（左上z=27.36至右下z=0）。]]
[[Image:Nearsc.gif|thumb|upright=2.4|一幅地球附近的超星系團與[[空洞 (天文學)|空洞]]地圖。]]

物質、暗物質和暗能量在超過約3億光年的尺度上均勻分佈<ref>{{Cite journal |last1=Mandolesi |first1=N. |last2=Calzolari |first2=P. |last3=Cortiglioni |first3=S. |last4=Delpino |first4=F. |last5=Sironi |first5=G. |last6=Inzani |first6=P. |last7=Deamici |first7=G. |last8=Solheim |first8=J.-E. |last9=Berger |first9=L. |doi=10.1038/319751a0 |last10=Partridge |first10=R.B. |last11=Martenis |first11=P.L. |last12=Sangree |first12=C.H. |last13=Harvey |first13=R.C. |title=Large-scale homogeneity of the universe measured by the microwave background |url=https://archive.org/details/sim_nature-uk_1986-02-27_319_6056/page/750 |journal=Nature |volume=319 |issue=6056 |pages=751–753 |year=1986 |bibcode=1986Natur.319..751M |s2cid=4349689 }}</ref>。然而，在較小的尺度上，物質呈現出層次性的聚集：許多[[原子]]凝聚成[[恆星]]，大多數恆星聚集成星系，大多數星系再聚集成{{le|星系群與星系團|Galaxy groups and clusters|星系團、超星系團}}，最終形成大規模的[[大尺度纖維狀結構|星系絲狀結構]]。可觀測宇宙中估計包含多達2兆個星系<ref name="BBC-20231129">{{cite news |last=Gunn |first=Alistair |title=How many galaxies are there in the universe? – Do astronomers know how many galaxies exist? How many can we see in the observable Universe? |url=https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/how-many-galaxies-in-universe |date=2023-11-29 |work=[[BBC Sky at Night]] |url-status=live |archiveurl=https://archive.today/20231203021645/https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/how-many-galaxies-in-universe |archivedate=2023-12-03 |accessdate=2023-12-02 }}</ref><ref>{{cite journal |title=New Horizons spacecraft answers the question: How dark is space? |website=phys.org |url=https://phys.org/news/2021-01-horizons-spacecraft-dark-space.html |access-date=2021-01-15 |language=en |archive-date=2021-01-15 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210115110710/https://phys.org/news/2021-01-horizons-spacecraft-dark-space.html |url-status=live }}</ref><ref>{{cite news |last1=Howell |first1=Elizabeth |title=How Many Galaxies Are There? |url=https://www.space.com/25303-how-many-galaxies-are-in-the-universe.html |website=Space.com |access-date=2021-03-05 |date=2018-03-20 |archive-date=2021-02-28 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210228013433/https://www.space.com/25303-how-many-galaxies-are-in-the-universe.html |url-status=live }}</ref>，並且總共估計有多達10<sup>24</sup>顆恆星<ref name="ESA-2019">{{cite web |author=Staff |title=How Many Stars Are There In The Universe? |url=https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Herschel/How_many_stars_are_there_in_the_Universe |date=2019 |work=[[European Space Agency]] |access-date=2019-09-21 |archive-date=2019-09-23 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190923134902/http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Herschel/How_many_stars_are_there_in_the_Universe |url-status=live }}</ref><ref>{{Cite book|chapter=The Structure of the Universe|doi=10.1007/978-1-4614-8730-2_10|title=The Fundamentals of Modern Astrophysics|pages=279–294|year=2015|last1=Marov|first1=Mikhail Ya.|isbn=978-1-4614-8729-6}}</ref>——比[[地球]]上的[[沙]]粒總數還多（包括類地行星）<ref name="SU-20020201">{{cite web |last=Mackie |first=Glen |title=To see the Universe in a Grain of Taranaki Sand |url=http://astronomy.swin.edu.au/~gmackie/billions.html |date=2002-02-01 |work=[[Centre for Astrophysics and Supercomputing]] |access-date=2017-01-28 |archive-date=2012-06-30 |archive-url=https://archive.today/20120630205715/http://astronomy.swin.edu.au/~gmackie/billions.html |url-status=live }}</ref><ref name="CNET-20150319">{{cite news |last=Mack |first=Eric |title=There may be more Earth-like planets than grains of sand on all our beaches – New research contends that the Milky Way alone is flush with billions of potentially habitable planets – and that's just one sliver of the universe. |url=https://www.cnet.com/science/the-milky-way-is-flush-with-habitable-planets-study-says/ |date=2015-03-19 |work=[[CNET]] |url-status=live |archiveurl=https://archive.today/20231201144523/https://www.cnet.com/science/the-milky-way-is-flush-with-habitable-planets-study-says/ |archivedate=2023-12-01 |accessdate=2023-12-01 }}</ref><ref name="MNRAS-20150313">{{cite journal |last1=T. Bovaird |first1=T. |last2=Lineweaver |first2=C.H. |last3=Jacobsen |first3=S.K. |title=Using the inclinations of Kepler systems to prioritize new Titius–Bode-based exoplanet predictions |url=https://academic.oup.com/mnras/article/448/4/3608/970734 |date=2015-03-13 |journal=[[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] |volume=448 |issue=4 |pages=3608–3627 |doi=10.1093/mnras/stv221 |url-status=live |archiveurl=https://archive.today/20231201151205/https://academic.oup.com/mnras/article/448/4/3608/970734 |archivedate=2023-12-01 |accessdate=2023-12-01 |doi-access=free |arxiv=1412.6230 }}</ref>；但比宇宙中的原子總數（約10<sup>82</sup>）要少<ref name="LS-20210711">{{cite news |last=Baker |first=Harry |title=How many atoms are in the observable universe? |url=https://www.livescience.com/how-many-atoms-in-universe.html |date=2021-07-11 |work=[[Live Science]] |url-status=live |archiveurl=https://archive.today/20231201143640/https://www.livescience.com/how-many-atoms-in-universe.html |archivedate=2023-12-01 |accessdate=2023-12-01 }}</ref>，並且比[[宇宙暴脹|暴脹宇宙]]中（包括已觀測和未觀測的部分）估計的恆星總數（約10<sup>100</sup>）要少<ref name="SR-20200203">{{cite journal |last=Totani |first=Tomonori |title=Emergence of life in an inflationary universe |date=2020-02-03 |journal=[[Scientific Reports]] |volume=10 |number=1671 |page=1671 |doi=10.1038/s41598-020-58060-0 |doi-access=free |pmid=32015390 |pmc=6997386 |arxiv=1911.08092 |bibcode=2020NatSR..10.1671T }}</ref>。典型星系的大小範圍，小到擁有約1,000萬顆恆星的[[矮星系]]<ref>{{cite journal|date=2000-05-03|url=http://www.eso.org/public/usa/news/eso0018/|title=Unveiling the Secret of a Virgo Dwarf Galaxy|journal=European Southern Observatory Press Release|pages=12|publisher=ESO|access-date=2007-01-03|bibcode=2000eso..pres...12.|archive-date=2015-07-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20150713223811/http://www.eso.org/public/usa/news/eso0018/|url-status=live}}</ref>，大到擁有1兆顆恆星的巨型星系<ref name="M101">{{cite web|date=2006-02-28|url=http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/hst_spiral_m10.html|title=Hubble's Largest Galaxy Portrait Offers a New High-Definition View|publisher=NASA|access-date=2007-01-03|archive-date=2020-05-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20200527063744/https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/hst_spiral_m10.html|url-status=live}}</ref>。在較大結構之間存在[[空洞 (天文學)|空洞]]，這些空洞的直徑通常在10到150百萬秒差距（約3,300萬至4.9億光年）之間。[[銀河系]]位於[[本星系群]]中，而本星系群隸屬於[[拉尼亞凱亞超星系團]]<ref name=":0">{{Cite journal|url=http://www.nature.com/news/earth-s-new-address-solar-system-milky-way-laniakea-1.15819|title=Earth's new address: 'Solar System, Milky Way, Laniakea'|journal=Nature|date=2014-09-03|access-date=2015-08-21|doi=10.1038/nature.2014.15819|last1=Gibney|first1=Elizabeth|author-link=Elizabeth Gibney|s2cid=124323774|archive-date=2019-01-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20190107010904/http://www.nature.com/news/earth-s-new-address-solar-system-milky-way-laniakea-1.15819?error=cookies_not_supported&code=81eb43f5-e92f-436d-9725-3b681615454d|url-status=live}}</ref>。這個超星系團的跨度超過5億光年，而本星系群的跨度超過1,000萬光年<ref>{{cite web|url=http://www.universetoday.com/30286/local-group/|title=Local Group|publisher=Universe Today|work=Fraser Cain|date=2009-05-04|access-date=2015-08-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20180621093042/https://www.universetoday.com/30286/local-group/|archive-date=2018-06-21|url-status=dead}}</ref>。宇宙中還存在著巨大的相對空無區域，已知最大的空洞直徑達到18億光年（550百萬秒差距）<ref>{{Cite news|url=https://www.theguardian.com/science/2015/apr/20/astronomers-discover-largest-known-structure-in-the-universe-is-a-big-hole|title=Astronomers discover largest known structure in the universe is ... a big hole|date=2015-04-20|newspaper=The Guardian|last1=Devlin|first1=Hannah|author-link=Hannah Devlin|last2=Correspondent|first2=Science|access-date=2016-12-18|archive-date=2017-02-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20170207131614/https://www.theguardian.com/science/2015/apr/20/astronomers-discover-largest-known-structure-in-the-universe-is-a-big-hole|url-status=live}}</ref>。

[[File:Universe content bar chart.svg|thumb|upright=1.5|根據2008年的五年期WMAP數據，將當今宇宙的組成與大爆炸後38萬年時的組成進行比較<ref>{{Cite web|title=Content of the Universe – WMAP 9yr Pie Chart|url=http://wmap.gsfc.nasa.gov/media/080998/|website=wmap.gsfc.nasa.gov|access-date=2015-07-26|archive-date=2015-09-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20150905184934/http://wmap.gsfc.nasa.gov/media/080998/|url-status=live}}</ref>。由於四捨五入的誤差，這些數字的總和並不等於100%。這反映了2008年時WMAP在定義暗物質和暗能量方面的能力限制。]]

可觀測宇宙在遠大於超星系團的尺度上呈現[[各向同性]]，這意味著從地球觀察到的宇宙統計性質，在所有方向上都相同。宇宙中充滿了高度各向同性的[[微波]][[電磁波|輻射]]，這些輻射對應於大約2.72548[[克耳文]]的[[熱平衡]][[黑體 (物理學)|黑體波譜]]<ref name="Fixsen" />。宇宙在大尺度上均勻且具有各向同性，這一假設被稱為[[宇宙學原理]]{{sfn|Rindler|1977|p=202}}。一個均勻且各向同性的宇宙，從任何觀察點看都相同，而且沒有中心<ref name=Liddle>{{cite book |title=An Introduction to Modern Cosmology |edition=2nd |first=Andrew |last=Liddle |isbn=978-0-470-84835-7 |year=2003 |publisher=John Wiley & Sons}}. p. 2.</ref><ref name="livio">{{cite book|title=The Accelerating Universe: Infinite Expansion, the Cosmological Constant, and the Beauty of the Cosmos|last=Livio|first=Mario|author-link=Mario Livio|date=2001|publisher=John Wiley and Sons|page=53|url=https://books.google.com/books?id=4EidS6_VVNYC&q=cosmological+principle+%22center+of+the+universe%22&pg=PA53|access-date=2012-03-31|isbn=978-0-471-43714-7|archive-date=2021-05-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20210513224845/https://books.google.com/books?id=4EidS6_VVNYC&q=cosmological+principle+%22center+of+the+universe%22&pg=PA53|url-status=live}}</ref>。

===暗能量===
{{Main|暗能量}}
宇宙為何正在膨脹，長期以來都找不到比較好的解釋。目前假設可能是由於一股未知的能量充斥在宇宙空間中，稱之為「暗能量<ref name="peebles"/>」。在[[質能等價]]的基礎上，暗能量的密度（6.91 × 10<sup>−27</sup> kg/m<sup>3</sup>）比星系中普通物質或暗物質來得小。然而，在現今的暗能量時代，由於暗能量均勻分布於宇宙中，因此它支配著宇宙的質能<ref>{{cite web | url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/dareng.html | title=Dark Energy | work=Hyperphysics | accessdate=2014-01-04 | archive-url=https://web.archive.org/web/20130527105518/http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/astro/dareng.html | archive-date=2013-05-27 | dead-url=yes }}{{unreliable source?|date=2015年1月}}</ref>。

目前科學家所提出暗能量的兩種型態，皆為[[宇宙學常數]]；其一是「靜態」的能量密度，它能均勻分佈在空間中<ref name="carroll">{{cite journal|author=[[Sean M. Carroll|Carroll, Sean]]|year=2001|url=http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2001-1/index.html|title=The cosmological constant|journal=Living Reviews in Relativity|volume=4|accessdate=2006-09-28|deadurl=yes|archiveurl=https://web.archive.org/web/20061013042057/http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2001-1/index.html|archivedate=2006-10-13}}</ref>，以及如[[第五元素 (物理學)|第五元素]]或{{link-en|模數 (物理學)|Moduli (physics)|模數}}等{{link-en|純量場理論|Scalar field theory|純量場}}中；其二是「動態」的能量密度量數，會隨著空間與時間而有所變化。宇宙學常數通常也包含了恆定空間中純量場的貢獻。宇宙學常數可被定義為等同[[真空能量]]。如果純量場之間僅有非常微小的空間不均勻差異，那麼光從宇宙學常數就沒有辦法分辨出這些有差異的純量場。

===暗物質===
{{Main|暗物質}}
暗物質是一種假設性的[[物質]]，對所有[[電磁波譜]]都不可見，但卻構成了宇宙中大部分的物質。暗物質的存在和特性是通過它對可見物質、輻射和宇宙[[可觀測宇宙#大尺度結構|大規模結構]]的引力影響來推斷的。除了作為[[熱暗物質]]的[[中微子]]外，暗物質還沒有被直接探測到，這使它成為現代[[天文物理學]]中最大的謎題之一。暗物質既不[[黑體 (物理學)|發射]]也不吸收光或其他任何形式的[[電磁輻射]]。據估計，暗物質構成了宇宙總質能的26.8%和總物質的84.5%<ref name="DarkMatter">Sean Carroll, Ph.D., Caltech, 2007, The Teaching Company, ''Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe'', Guidebook Part 2. p. 46, Accessed October 7, 2013, "……暗物質：一種無形的、基本上不會發生碰撞的物質組成部分，佔了宇宙中大約25%的能量密度……這是一種不同的粒子……在實驗室中尚未被觀察到……"</ref><ref name=planckcam>{{cite web |url=http://www.cam.ac.uk/research/news/planck-captures-portrait-of-the-young-universe-revealing-earliest-light |title=Planck captures portrait of the young universe, revealing earliest light |date=2013-03-21 |publisher=University of Cambridge |access-date=2013-03-21 |archive-date=2019-04-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190417165900/https://www.cam.ac.uk/research/news/planck-captures-portrait-of-the-young-universe-revealing-earliest-light |url-status=live }}</ref>。

===普通物質===
{{main|物質}}
宇宙質能中剩餘的4.9%是由普通物質構成，也就是[[原子]]、[[離子]]、[[電子]]以及由它們組成的物體。這包括了[[恆星]]（它們產生了我們從銀河系觀測到的幾乎所有光線）、[[星際物質|星系間]]和{{link-en|暖-熱星系際介質|Warm–hot intergalactic medium|星系際}}介質中的星際氣體、[[行星]]，以及日常生活中我們可以碰觸、感覺或壓縮的所有物體<ref name="Davies2">{{cite book |author=Davies |first=P. |url=https://books.google.com/books?id=akb2FpZSGnMC&pg=PA1 |title=The New Physics: A Synthesis |date=1992 |publisher=[[Cambridge University Press]] |isbn=978-0-521-43831-5 |page=1 |language=en |access-date=2020-05-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210203103749/https://books.google.com/books?id=akb2FpZSGnMC&pg=PA1 |archive-date=2021-02-03 |url-status=live}}</ref>。宇宙中大多數普通物質實際上看不見，因為銀河和星團中的可見恆星和氣體所占的比例不到普通物質對宇宙質能密度貢獻的10%<ref name="Persic"/><ref>{{Cite journal |last1=Shull |first1=J. Michael |last2=Smith |first2=Britton D. |last3=Danforth |first3=Charles W. |date=2012-11-01 |title=The Baryon Census in a Multiphase Intergalactic Medium: 30% of the Baryons May Still Be Missing |url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/759/1/23 |journal=The Astrophysical Journal |volume=759 |issue=1 |pages=23 |doi=10.1088/0004-637X/759/1/23 |arxiv=1112.2706 |bibcode=2012ApJ...759...23S |s2cid=119295243 |issn=0004-637X |quote=銀河調查顯示，約有10%的重子物質已經凝聚成像星系、星系群或星團等結構[...]而剩餘80%到90%的宇宙重子物質中，大約有一半存在於低紅移的星際介質中。|access-date=2023-11-19 |archive-date=2023-09-21 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230921160249/https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/759/1/23 |dead-url=no }}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Macquart |first1=J.-P. |last2=Prochaska |first2=J. X. |last3=McQuinn |first3=M. |last4=Bannister |first4=K. W. |last5=Bhandari |first5=S. |last6=Day |first6=C. K. |last7=Deller |first7=A. T. |last8=Ekers |first8=R. D. |last9=James |first9=C. W. |last10=Marnoch |first10=L. |last11=Osłowski |first11=S. |last12=Phillips |first12=C. |last13=Ryder |first13=S. D. |last14=Scott |first14=D. R. |last15=Shannon |first15=R. M. |date=2020-05-28 |title=A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts |url=http://www.nature.com/articles/s41586-020-2300-2 |journal=Nature |language=en |volume=581 |issue=7809 |pages=391–395 |doi=10.1038/s41586-020-2300-2 |pmid=32461651 |arxiv=2005.13161 |bibcode=2020Natur.581..391M |s2cid=256821489 |issn=0028-0836 |access-date=2023-11-19 |archive-date=2023-11-05 |archive-url=https://web.archive.org/web/20231105012727/https://www.nature.com/articles/s41586-020-2300-2 |dead-url=no }}</ref>。

普通物質通常存在於四種[[物質狀態|狀態]]（或[[相 (物質)|相態]]）：[[固態]]、[[液態]]、[[氣態]]和[[等離子態]]<ref>{{cite book |url=https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-2-phases-and-classification-of-matter |title=Chemistry 2e |publisher=OpenStax |first1=Paul |last1=Flowers |display-authors=etal |year=2019 |isbn=978-1-947-17262-3 |page=14 |access-date=2023-02-17 |archive-date=2023-02-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230217173041/https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-2-phases-and-classification-of-matter |url-status=live }}</ref>。然而，隨著實驗技術的進步，揭示了其他先前僅存在於理論中的相態，例如[[玻色–愛因斯坦凝聚態]]和[[費米子凝聚態]]<ref>{{Cite web |title=The Nobel Prize in Physics 2001 |url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2001/popular-information/ |access-date=2023-02-17 |website=NobelPrize.org |language=en-US |archive-date=2023-02-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230217172801/https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2001/popular-information/ |url-status=live }}</ref><ref>{{Cite book |last1=Cohen-Tannoudji |first1=Claude |url=https://books.google.com/books?id=HT_ICgAAQBAJ |title=Advances In Atomic Physics: An Overview |last2=Guery-Odelin |first2=David |date=2011 |publisher=World Scientific |isbn=978-981-4390-58-3 |pages=684 |language=en |author-link=Claude Cohen-Tannoudji |access-date=2023-02-17 |archive-date=2023-06-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230604212103/https://books.google.com/books?id=HT_ICgAAQBAJ |url-status=live }}</ref>。普通物質由兩種類型的[[基本粒子]]組成：[[夸克]]和[[輕子]]<ref name="Hooft">{{cite book |author='t Hooft |first=G. |url=https://archive.org/details/insearchofultima0000hoof |title=In search of the ultimate building blocks |date=1997 |publisher=[[Cambridge University Press]] |isbn=978-0-521-57883-7 |page=[https://archive.org/details/insearchofultima0000hoof/page/6 6] |language=en |url-access=registration}}</ref>。例如，質子由兩個[[上夸克]]和一個[[下夸克]]組成；中子由兩個下夸克和一個上夸克組成；電子則是一種輕子。原子由[[原子核]]和環繞核運動的電子組成，其中原子核由質子和中子構成（兩者都是[[重子]]）<ref name="OpenStax-college-physics">{{cite book |url=https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/33-4-particles-patterns-and-conservation-laws |title=College Physics 2e |publisher=OpenStax |first1=Paul Peter |last1=Urone |display-authors=etal |isbn=978-1-951-69360-2 |year=2022 |access-date=2023-02-13 |archive-date=2023-02-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230213180410/https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/33-4-particles-patterns-and-conservation-laws |url-status=live }}</ref>{{rp|1476}}。

[[大爆炸]]後不久，隨著早期宇宙的溫度降至兩萬億度以下，原始的質子和中子從[[夸克-膠子電漿]]中形成。幾分鐘後，在一個稱為[[太初核合成]]的過程中，原子核由這些原始質子和中子生成。這次核合成主要形成了輕元素，即原子序數較小的元素，如[[鋰]]和[[鈹]]，但隨著原子序數的增加，重元素的豐度急劇減少。在這段時間內可能形成了一些[[硼]]，但下一個較重的元素[[碳]]並未大量生成。由於宇宙膨脹導致的溫度和密度迅速下降，太初核合成在大約20分鐘後結束。隨後的[[重元素]]則經由[[恆星核合成]]和[[超新星核合成]]形成<ref name=Clayton1983>{{cite book|last1=Clayton|first1=Donald D.|title=Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis|url=https://archive.org/details/principlesofstel0000clay|url-access=registration|date=1983|publisher=The University of Chicago Press|isbn=978-0-226-10953-4|pages=[https://archive.org/details/principlesofstel0000clay/page/362 362–435]}}</ref>。

===粒子===
{{main|粒子物理學}}
{{File2|zh-hans=Standard Model of Elementary Particles zh-hans.svg|zh-hant=Standard Model of Elementary Particles zh-hant.svg|thumb|upright=2.2|基本粒子標準模型包括12個基本費米子和4個基本玻色子。棕色的環線指示哪些玻色子（紅色）與哪些費米子（紫色和綠色）耦合。這些列代表了三代物質（費米子）和一代基本作用力（玻色子）。在前三列中，有兩行是夸克，兩行是輕子。上兩行的列分別對應上夸克（u）和下夸克（d）、粲夸克（c）和奇夸克（s）、頂夸克（t）和底夸克（b），以及光子（γ）和膠子（g）。下兩行的列分別對應電中微子（ν<sub>e</sub>）和電子（e）、緲中微子（ν<sub>μ</sub>）和緲子（μ）、陶中微子（ν<sub>τ</sub>）和陶子（τ），以及弱力的Z<sup>0</sup>和W<sup>±</sup>載體。每個粒子的質量、電荷和自旋都有列出。|alt=這是一個四乘四的粒子表格，列分為三代物質（費米子）和一代基本力（玻色子）。在前三列中，有兩行對應夸克，另外兩行對應輕子。上兩行的列分別對應上夸克（u）和下夸克（d）、粲夸克（c）和奇夸克（s）、頂夸克（t）和底夸克（b），以及光子（γ）和膠子（g）。下兩行的列分別對應電中微子（νₑ）和電子（e）、緲中微子（νₘ）和緲子（μ）、陶中微子（νₜ）和陶子（τ），以及 Z⁰ 和 W± 弱作用力載體。每個粒子的質量、電荷和自旋都有列出。}}
普通物質及其所受的作用力可以用[[基本粒子]]來描述<ref>{{cite book |author=Veltman, Martinus |title=Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics |url=https://archive.org/details/factsmysteriesin0000velt |url-access=registration |publisher=World Scientific |year=2003 |isbn=978-981-238-149-1}}</ref>。這些粒子有時被稱為「基本」，是因為它們的內部結構尚未被揭示，目前也不確定它們是否由更小、更基本的粒子構成<ref name=PFIp1-3>{{cite book
 |first1=Sylvie
 |last1=Braibant
 |first2=Giorgio
 |last2=Giacomelli
 |first3=Maurizio
 |last3=Spurio
 |year=2012
 |title=Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics
 |url=https://books.google.com/books?id=e8YUUG2pGeIC&pg=PA1
 |edition=2nd
 |pages=1–3
 |publisher=[[Springer (publisher)|Springer]]
 |isbn=978-94-007-2463-1
 |access-date=2016-01-27
|archive-date=2016-08-26
|archive-url=https://web.archive.org/web/20160826133823/https://books.google.com/books?id=e8YUUG2pGeIC&pg=PA1
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 }}</ref><ref name=Close>{{cite book
 |author-last=Close
 |author-first=Frank
 |year=2012
 |title=Particle Physics: A Very Short Introduction
 |publisher=Oxford University Press
 |isbn=978-0-19-280434-1
}}</ref>。在大多數當代模型中，這些粒子被認為是空間中的點<ref>{{Cite web |last=Mann |first=Adam |date=2022-08-20 |title=What Are Elementary Particles? |url=https://www.livescience.com/65427-fundamental-elementary-particles.html |access-date=2023-08-17 |website=Live Science |archive-date=2023-08-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230817161504/https://www.livescience.com/65427-fundamental-elementary-particles.html |url-status=live }}</ref>。所有基本粒子目前都可以用[[量子力學]]來適當解釋，並展現出[[波粒二象性]]：它們的行為既有粒子性，也有[[波]]動性，具體特徵在不同情況下會有所不同<ref>{{cite book |last=Zwiebach |first=Barton |title=Mastering Quantum Mechanics: Essentials, Theory, and Applications |publisher=MIT Press |year=2022 |isbn=978-0-262-04613-8 |page=31 |author-link=Barton Zwiebach}}</ref>。

[[標準模型]]是一個至關重要的理論，主要涉及[[電磁學|電磁]]相互作用、[[弱核力]]和[[強核力]]<ref name="Oerter2006">{{cite book |author=Oerter |first=R. |title=The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics |publisher=[[Penguin Group]] |year=2006 |isbn=978-0-13-236678-6 |page=2 |format=Kindle }}</ref>。標準模型得到了實驗的支持，確認了組成物質的粒子——[[夸克]]和[[輕子]]，以及它們的「[[反物質]]」對應物的存在，並證實了介導這些相互作用的力粒子——[[光子]]、[[W及Z玻色子]]，以及[[膠子]]的存在<ref name=PFIp1-3 />。標準模型預測了最近發現的[[希格斯玻色子]]，它是一種粒子，代表著宇宙中一個能賦予粒子質量的場<ref name="OnyisiFAQ">{{cite web
 |last=Onyisi
 |first=P.
 |date=2012-10-23
|title=Higgs boson FAQ
 |url=https://wikis.utexas.edu/display/utatlas/Higgs+boson+FAQ
 |publisher=[[University of Texas]] ATLAS group
 |access-date=2013-01-08
|archive-date=2013-10-12
|archive-url=https://web.archive.org/web/20131012130340/https://wikis.utexas.edu/display/utatlas/Higgs+boson+FAQ
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 }}</ref><ref name="strasslerFAQ2">{{cite web
 |last=Strassler
 |first=M.
 |author-link=Matt Strassler
 |date=2012-10-12
|title=The Higgs FAQ 2.0
 |url=http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/the-higgs-particle/the-higgs-faq-2-0/
 |work=ProfMattStrassler.com
 |access-date=2013-01-08
|quote=[問] 為什麼粒子物理學家如此關注希格斯粒子？<br>[答] 事實上，他們並不真正關心希格斯粒子。他們真正關心的是希格斯場，因為它極其重要。[原文強調]
 |archive-date=2013-10-12
|archive-url=https://web.archive.org/web/20131012042637/http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/the-higgs-particle/the-higgs-faq-2-0/
 |url-status=live
 }}</ref>。由於在解釋多種實驗結果方面的成功，標準模型有時被稱為「幾乎萬有的理論」<ref name=Oerter2006 />。然而，標準模型並未包含引力。一個真正的「萬有理論」尚未被提出<ref name="Weinberg2011">{{cite book|first=Steven|last=Weinberg|title=Dreams of a Final Theory: The Scientist's Search for the Ultimate Laws of Nature|publisher=Knopf Doubleday Publishing Group|isbn=978-0-307-78786-6|date=2011}}</ref>。

====強子====
{{main|強子}}

強子是由夸克組成的[[複合粒子]]，經由[[強作用力]]結合在一起。強子分為兩類：[[重子]]（如[[質子]]和[[中子]]），由三個夸克組成；以及[[介子]]（如[[π介子]]），由一個夸克和一個[[反夸克]]組成。在強子中，質子很穩定，而被束縛在原子核中的中子也很穩定。其他強子在普通條件下很不穩定，因此在現代宇宙中所占比例微不足道<ref name=Allday2002/>{{rp|118–123}}。

在[[大爆炸]]後約10<sup>−6</sup>秒期間，稱為[[強子時期]]，宇宙的溫度已經下降到允許夸克結合成強子的程度，當時宇宙的質量主要由[[強子]]組成。最初，溫度仍然足夠高，能夠形成強子–反強子對，從而保持物質和反物質之間的[[熱平衡]]。然而，隨著宇宙溫度的進一步下降，強子–反強子對不再產生。大多數強子和反強子隨後在粒子–反粒子[[湮滅]]反應中被消滅，當宇宙大約一秒鐘時，僅留下少量強子殘餘<ref name=Allday2002>{{cite book|last1=Allday|first1=Jonathan|title=Quarks, Leptons and the Big Bang|url=https://archive.org/details/quarksleptonsbig0000alld_e2n4|date=2002|publisher=IOP Publishing|isbn=978-0-7503-0806-9|edition=2nd}}</ref>{{rp|244–266}}。

====輕子====
{{main|輕子}}

輕子是一種[[基本粒子]]，具有[[費米子|半整數自旋]]，不參與強相互作用，但受[[泡利不相容原理]]的限制；同一種輕子不能同時處於完全相同的狀態<ref>{{cite encyclopedia
 |title=Lepton (physics)
 |url=http://www.britannica.com/EBchecked/topic/336940/lepton
 |encyclopedia=[[Encyclopædia Britannica]]
 |access-date=2010-09-29
|archive-date=2015-05-11
|archive-url=https://web.archive.org/web/20150511203531/http://www.britannica.com/EBchecked/topic/336940/lepton
 |url-status=live
 }}</ref>。輕子有兩大類：帶[[電荷|電]]輕子（又稱為類電子輕子）和中性輕子（通常指[[中微子]]）。電子是穩定的，也是宇宙中最常見的帶電輕子，而[[緲子]]和[[τ子]]則是不穩定的粒子，會在高能碰撞（如[[宇宙射線]]或[[粒子加速器]]中的碰撞）後迅速衰變<ref>{{cite book
 | last=Harari | first=H.
 | year=1977
 | chapter=Beyond charm
 | title=Weak and Electromagnetic Interactions at High Energy, Les Houches, France, Jul 5 – Aug 14, 1976
 | editor1-last=Balian | editor1-first=R.
 | editor2-last=Llewellyn-Smith | editor2-first=C.H.
 | series=Les Houches Summer School Proceedings
 | volume=29 | page=613
 | publisher=[[North-Holland Publishing Company|North-Holland]]
}}</ref><ref>{{cite conference
 |author=Harari H.
 |title=Three generations of quarks and leptons
 |url=https://www.slac.stanford.edu/cgi-bin/getdoc/slac-pub-1974.pdf
 |book-title=Proceedings of the XII Rencontre de Moriond
 |editor1=E. van Goeler
 |editor2=Weinstein R.
 |page=170
 |year=1977
 |id=SLAC-PUB-1974
 |conference=
 |access-date=2020-05-29
|archive-date=2020-05-13
|archive-url=https://web.archive.org/web/20200513180308/https://www.slac.stanford.edu/cgi-bin/getdoc/slac-pub-1974.pdf
 |url-status=live
 }}</ref>。帶電輕子可以與其他粒子結合，形成如[[原子]]和[[正電子素]]等[[複合粒子]]。[[電子]]在幾乎所有[[化學]]過程中起著主導作用，因為它存在於[[原子]]中，並直接影響所有[[化學性質]]。中微子很少與其他物質相互作用，因此難以被觀測到。中微子遍布宇宙，但與正常物質的相互作用極為罕見<ref>{{cite press release
 |publisher=[[Massachusetts Institute of Technology|MIT News Office]]
 |date=2007-04-18
|title=Experiment confirms famous physics model
 |url=http://web.mit.edu/newsoffice/2007/neutrino.html
 |access-date=2015-06-02
|archive-date=2013-07-05
|archive-url=https://web.archive.org/web/20130705100832/http://web.mit.edu/newsoffice/2007/neutrino.html
 |url-status=live
 }}</ref>。

[[輕子時期]]是宇宙早期演化過程中由[[輕子]]主導質量的階段。該階段大約在[[大爆炸]]後1秒開始，當時大多數強子和反強子在[[強子時期]]結束時已相互湮滅。在輕子時期，宇宙的溫度仍然足夠高，可以創造輕子–反輕子對，因此輕子和反輕子保持在熱平衡狀態。大約在大爆炸後10秒，宇宙的溫度已下降到無法再產生輕子–反輕子對的程度<ref>{{cite web|title=Thermal history of the universe and early growth of density fluctuations|url=http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/~gamk/TUM_Lectures/Lecture4.pdf|work=Guinevere Kauffmann|publisher=[[Max Planck Institute for Astrophysics]]|access-date=2016-01-06|archive-date=2016-08-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20160821041542/http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/~gamk/TUM_Lectures/Lecture4.pdf|url-status=live}}</ref>。隨後，大多數輕子和反輕子在[[湮滅]]反應中被消滅，只剩下少量輕子殘餘。此時，宇宙的質量由[[光子]]主導，進入了隨後的[[光子時期]]<ref>{{cite web|title=First few minutes|work=Eric Chaisson|publisher=Harvard Smithsonian Center for Astrophysics|url=https://www.cfa.harvard.edu/~ejchaisson/cosmic_evolution/docs/fr_1/fr_1_part3.html|access-date=2016-01-06|archive-date=2013-12-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20131204050252/https://www.cfa.harvard.edu/~ejchaisson/cosmic_evolution/docs/fr_1/fr_1_part3.html|url-status=live}}</ref><ref>{{cite web|title=Timeline of the Big Bang|work=The physics of the Universe|url=https://www.physicsoftheuniverse.com/topics_bigbang_timeline.html|access-date=2016-01-06|archive-date=2020-03-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20200330140345/https://www.physicsoftheuniverse.com/topics_bigbang_timeline.html|url-status=live}}</ref>。

====光子====
{{main|光子時期}}
{{see also|{{le|光微子|Photino}}}}

光子是[[光]]及所有其他形式[[電磁輻射]]的[[量子]]。它是[[電磁力]]的{{le|力載子|Force carrier|載體}}。由於光子具有零[[靜止質量]]，這使得它能夠進行長距離的[[基本相互作用|相互作用]]，因此電磁力的效應在[[微觀]]和[[宏觀]]層面上都很容易觀察到<ref name="OpenStax-college-physics"/>{{rp|1470}}。

光子時期開始於輕子時期結束時，大部分輕子和反輕子在大爆炸後約10秒被[[湮滅]]。光子時期的最初幾分鐘內發生了核合成過程，創造了原子核。在光子時期的其餘時間內，宇宙中充滿了由原子核、電子和光子組成的高溫致密[[等離子體]]。大約在大爆炸後38萬年，宇宙的溫度下降到足以使原子核與電子結合形成中性原子的程度。結果，光子不再頻繁與物質相互作用，宇宙變得透明。來自這一時期的高度紅移的光子形成了宇宙微波背景。宇宙微波背景中可檢測到的微小溫度和密度變化是所有後來[[結構形成]]的早期「種子」<ref name=Allday2002 />{{rp|244–266}}。

{{Big Bang timeline}}

==生命宜居性==
[[生命#外星生命|宇宙中生命]]存在的頻率一直是[[天文學]]和[[天體生物學]]研究的焦點議題，這包括[[德雷克方程]]及其不同解釋，從[[費米悖論]]（指我們尚未發現任何外星生命跡象的困境）到支持生物[[物理宇宙學]]的觀點，即認為生命是宇宙物理特性中固有的一部分<ref name="v237">{{cite book | last=Dick | first=Steven J. | title=Space, Time, and Aliens | chapter=The Biophysical Cosmology: The Place of Bioastronomy in the History of Science | publisher=Springer International Publishing | publication-place=Cham | date=2020 | isbn=978-3-030-41613-3 | doi=10.1007/978-3-030-41614-0_4 | pages=53–58}}</ref>。

==宇宙學模型==
===基於廣義相對論的宇宙模型===
{{main|{{link-en|愛因斯坦場方程式的解|Solutions of the Einstein field equations}}}}
{{see also|大爆炸|宇宙的終極命運}}
[[廣義相對論]]是[[阿爾伯特·愛因斯坦]]於1915年提出的[[引力]][[微分幾何|幾何學]][[理論物理學|理論]]，也是[[現代物理學]]中對引力的主流解釋。這一理論構成了當今宇宙學模型的基礎。廣義相對論擴展了[[特殊相對論]]和牛頓的[[萬有引力定律]]，將引力解釋為{{link-en|物理中的時間|Time in physics|時間}}與[[空間]]（也就是時空）的一種幾何屬性。更具體地說，時空的[[曲率]]與其中存在的[[物質]]和[[輻射]]的[[能量]]與[[動量]]有直接關聯<ref name="zeilik_cosmology">{{cite book |title=Introductory Astronomy & Astrophysics |url=https://archive.org/details/introductoryastr0000zeil |last1=Zeilik |first1=Michael |last2=Gregory |first2=Stephen A. |date=1998 |edition=4th |publisher=Saunders College Publishing |isbn=978-0-03-006228-5 |section=25-2}}</ref>。

這一關聯由一套[[偏微分方程]]系統界定，稱為[[愛因斯坦場方程式]]。在廣義相對論框架下，物質與能量的分布決定了時空的幾何結構，進而影響物質的[[加速度|加速運動]]。因此，解出愛因斯坦場方程式能夠描述宇宙的發展歷程。當這些方程式與關於宇宙中物質數量、類型與分布的實測數據結合時，廣義相對論便能夠描繪出宇宙隨時間演進的全貌<ref name="zeilik_cosmology"/>。

基於[[宇宙論原則]]的假設，即宇宙在各處都呈現均勻且同向的性質下，一個描述宇宙的特定場方程式解稱為[[傅里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃克度規]]：
:<math>
ds^2 = -c^{2} dt^2 +
R(t)^2 \left( \frac{dr^2}{1-k r^2} + r^2 d\theta^2 + r^2 \sin^2 \theta \, d\phi^2 \right)
</math>
其中(r,θ,φ)是指[[球座標系]]。這個度規只包含兩個未定義的參數，其中一個參數是[[無因次量]]的長度[[宇宙標度因子|比例因子]]R，它描述了宇宙的尺度隨時間變化的情況（R的增加代表著[[宇宙的膨脹]]）<ref>{{harvtxt|Raine|Thomas|2001|p=12}}</ref>，另一個是曲率指數k，用來描述宇宙的幾何形態。k的值被定義為只能是三個數值之一：0，代表平面的[[歐幾里得幾何]]；1，代表正[[曲率]]的空間；或-1，代表正或負曲率的空間<ref name="RaineThomas66" />。R隨時間t的變化取決於k和宇宙常數Λ<ref name="zeilik_cosmology"/>。宇宙常數代表空間真空的能量密度，與暗能量可能相關<ref name="peebles" />。描述R如何隨時間變化的方程式稱為[[弗里德曼方程式]]，以其發現者[[亞歷山大·弗里德曼]]之名命名<ref>{{cite journal |author=Friedmann |first=A. |author-link=Alexander Friedmann |date=1922 |title=Über die Krümmung des Raumes |url=http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/files/16735/E001554876.pdf |url-status=live |journal=Zeitschrift für Physik |volume=10 |issue=1 |pages=377–386 |bibcode=1922ZPhy...10..377F |doi=10.1007/BF01332580 |s2cid=125190902 |archive-url=http://arquivo.pt/wayback/20160515100312/http%3A//publikationen.ub.uni%2Dfrankfurt.de/files/16735/E001554876.pdf |archive-date=2016-05-15 |access-date=2015-08-13}}</ref>。

R(t)的解取決於k和Λ，不過這些解有一些普遍的基本特性。最關鍵的一點是，宇宙的長度比例因子R只有在宇宙完全同向且具有正曲率（k=1）時才能保持恆定，且宇宙中每處的密度都必須達到一個特定值，這一觀點最早由[[阿爾伯特·愛因斯坦]]提出<ref name="zeilik_cosmology" />。然而，這種平衡狀態很不穩定：如果任何地方的密度與這個必要值（R）略有差異，這種差異將會隨著時間被放大。

其次，所有的解都指出，過去曾存在一個[[引力奇點]]，當時R變成零，物質和能量密度為無窮大。這個結論可能看起來不太確定，因為它基於完全均勻和同向的假設（即宇宙原理），以及僅考慮引力交互作用的重要性。然而，[[彭羅斯-霍金奇點定理]]表明，在極其廣泛的條件下，必然會存在奇點。因此，根據愛因斯坦場方程式，R從一個難以想象的熱和密集的狀態迅速增長，這種狀態是在重力奇異點之後立即形成的（當時R是一個小而有限的數值）；這正是大爆炸模型中對宇宙起源的核心描述。要理解大爆炸的奇點，可能需要一個尚未形成的[[量子引力]]理論<ref>{{harvtxt|Raine|Thomas|2001|pp=122–123}}</ref>。

再者，曲率指數k決定了在足夠大的長度（超過約十億[[光年]]）上平均恆定時空表面的曲率正負<ref name="RaineThomas66">{{harvtxt|Raine|Thomas|2001|p=66}}</ref>。若k=1，則曲率為正，意味著宇宙的體積是有限的<ref name="RaineThomas70" />。擁有正曲率的宇宙常被想象為嵌入四維空間中的[[三維球面]]。相反地，如果k是零或負，則宇宙的體積是無限的<ref name="RaineThomas70">{{harvtxt|Raine|Thomas|2001|p=70}}</ref>。雖然當R=0時，數學上預測在一瞬間就能創造出一個無限大且密度無窮的宇宙，這種結果看似違反直覺，但當k是非正值且符合[[宇宙論原則]]時，就有可能產生這種情況。作為類比，無限平面的曲率為零但面積無限；無限長的圓柱在一個方向上是有限的，而圓[[環面]]在兩個方向上都是有限的。圓環面形狀的宇宙可能表現得像一個有[[週期性邊界條件]]的正常宇宙。

[[宇宙的終極命運]]仍是一個未解之謎，因為這與曲率指數k和宇宙常數Λ有關。若宇宙密度足夠高，則k將為+1，意味著其平均曲率為正，宇宙最終將會在一場[[大擠壓]]中重新塌縮<ref>{{harvtxt|Raine|Thomas|2001|p=84}}</ref>，這可能會觸發一次大反彈，形成新的宇宙。相反地，若宇宙密度不夠，k將為0或-1，宇宙將無限擴張，逐步冷卻，最終導致[[膨脹宇宙的未來|大凍結]]和宇宙的[[熱寂]]<ref name="zeilik_cosmology" />。現代的數據顯示宇宙擴張正在加速；如果這種加速過快，宇宙可能最終會經歷一次[[大撕裂]]。從觀測數據來看，宇宙似乎是平坦的（k=0），其整體密度非常接近於塌縮和永恆擴張之間的臨界值<ref>{{harvtxt|Raine|Thomas|2001|pp=88, 110–113}}</ref>。

=== 多重宇宙假說 ===
{{Main|多重宇宙論|多世界詮釋}}
{{See also|{{link-en|永恆暴脹論|Eternal inflation}}}}
一些理論推測，我們的宇宙僅是眾多互不相關的宇宙之一，這些宇宙[[集合 (數學)|總體]]被稱作[[多重宇宙]]，這一概念挑戰或擴展了對宇宙的傳統定義<ref name="EllisKS032" /><ref>{{cite journal |author=Munitz |first=M. K. |date=1959 |title=One Universe or Many? |journal=Journal of the History of Ideas |volume=12 |issue=2 |pages=231–255 |doi=10.2307/2707516 |jstor=2707516}}</ref>。在科學上，多重宇宙模型與神祕學的{{link-en|層界|Plane (esotericism)}}或[[模擬理論|模擬實境]]等概念有明顯區別。

[[馬克斯·泰格馬克]]提出了一套[[多重宇宙論#平行宇宙的分類|四類分類方案]]，用於區分科學家為解決物理學中各種問題而提出的不同多重宇宙類型。例如，一種多重宇宙來自於早期宇宙的{{link-en|永恆暴脹論|Eternal inflation|混沌膨脹模型}}<ref name="chaotic_inflation">{{cite journal |author=Linde |first=A. |author-link=Andrei Linde |date=1986 |title=Eternal chaotic inflation |url=https://cds.cern.ch/record/167897 |url-status=live |journal=Mod. Phys. Lett. A |volume=1 |issue=2 |pages=81–85 |bibcode=1986MPLA....1...81L |doi=10.1142/S0217732386000129 |s2cid=123472763 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190417211031/https://cds.cern.ch/record/167897/ |archive-date=2019-04-17 |access-date=2017-08-06}}<br />{{cite journal |author=Linde |first=A. |author-link=Andrei Linde |date=1986 |title=Eternally existing self-reproducing chaotic inflationary Universe |url=http://www.stanford.edu/~alinde/Eternal86.pdf |url-status=live |journal=Phys. Lett. B |volume=175 |issue=4 |pages=395–400 |bibcode=1986PhLB..175..395L |doi=10.1016/0370-2693(86)90611-8 |archive-url=https://web.archive.org/web/20131127164909/http://www.stanford.edu/~alinde/Eternal86.pdf |archive-date=2013-11-27 |access-date=2011-03-17}}</ref>。另一種則源自於量子力學中的[[多世界詮釋]]。在這種解釋下，平行世界的形成類似於[[態疊加原理|量子疊加]]和[[量子去相干|去相干]]，[[波函數]]的所有狀態在不同的世界中得以實現。實際上，在多世界觀中，多重宇宙會像{{link-en|全體波函數|Universal wavefunction}}那樣來進化。如果創造了我們所在多重宇宙的大爆炸也創造了一系列的多重宇宙，那麼這一系列的波函數在某種意義上會有糾纏的特性<ref name=everett1957>{{cite journal |last1=Everett |first1=Hugh |author-link=Hugh Everett |year=1957 |title=Relative State Formulation of Quantum Mechanics |journal=Reviews of Modern Physics |volume=29 |issue=3 |pages=454–462 |bibcode=1957RvMP...29..454E |doi=10.1103/RevModPhys.29.454 |s2cid=17178479 }}</ref>。關於是否能從這一理論中提取有科學意義的概率，一直是並將繼續成為熱烈討論的主題，而且多世界解釋有多種版本<ref name="ball">{{Cite web |last=Ball |first=Philip |author-link=Philip Ball |date=2015-02-17 |title=Too many worlds |url=https://aeon.co/essays/is-the-many-worlds-hypothesis-just-a-fantasy |url-status=live |access-date=2021-09-23 |website=[[Aeon.co]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20210927130915/https://aeon.co/essays/is-the-many-worlds-hypothesis-just-a-fantasy|archive-date=2021-09-27}}</ref><ref>{{Cite book |last=Peres |first=Asher |title=[[Quantum Theory: Concepts and Methods]] |publisher=Kluwer Academic Publishers |year=1995 |isbn=0-7923-2549-4 |pages=374 |author-link=Asher Peres}}</ref><ref>{{Cite journal |last=Kent |first=Adrian |author-link=Adrian Kent |date=February 2015 |title=Does it Make Sense to Speak of Self-Locating Uncertainty in the Universal Wave Function? Remarks on Sebens and Carroll |journal=Foundations of Physics |language=en |volume=45 |issue=2 |pages=211–217 |arxiv=1408.1944 |bibcode=2015FoPh...45..211K |doi=10.1007/s10701-014-9862-5 |issn=0015-9018 |s2cid=118471198}}</ref>（一般來說，對於[[量子力學詮釋]]存在著分歧<ref>{{Cite journal |last1=Schlosshauer |first1=Maximilian |last2=Kofler |first2=Johannes |last3=Zeilinger |first3=Anton |author-link3=Anton Zeilinger |date=2013-08-01 |title=A snapshot of foundational attitudes toward quantum mechanics |journal=Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics |volume=44 |issue=3 |pages=222–230 |arxiv=1301.1069 |bibcode=2013SHPMP..44..222S |doi=10.1016/j.shpsb.2013.04.004 |issn=1355-2198 |s2cid=55537196}}</ref><ref name=":22">{{Cite journal |last=Mermin |first=N. David |author-link=N. David Mermin |date=2012-07-01 |title=Commentary: Quantum mechanics: Fixing the shifty split |url=https://archive.org/details/sim_physics-today_2012-07_65_7/page/8 |journal=[[Physics Today]] |volume=65 |issue=7 |pages=8–10 |bibcode=2012PhT....65g...8M |doi=10.1063/PT.3.1618 |issn=0031-9228 |quote=New interpretations appear every year. None ever disappear. |doi-access=free}}</ref><ref name=":5">{{Cite book |last=Cabello |first=Adán |title=What is Quantum Information? |publisher=Cambridge University Press |year=2017 |isbn=9781107142114 |editor-last=Lombardi |editor-first=Olimpia |editor-link=Olimpia Lombardi |pages=138–143 |chapter=Interpretations of quantum theory: A map of madness |bibcode=2015arXiv150904711C |doi=10.1017/9781316494233.009 |editor2-last=Fortin |editor2-first=Sebastian |editor3-last=Holik |editor3-first=Federico |editor4-last=López |editor4-first=Cristian |arxiv=1509.04711 |s2cid=118419619}}</ref>）。

在泰格馬克的分類方案中，最不引起爭議但仍有爭議的多重宇宙類型是[[多重宇宙論#平行宇宙的分類|第一級]]。這一級的多重宇宙由我們自己宇宙中遙遠時空事件所構成。泰格馬克和其他人<ref>{{cite journal |first1=Jaume |last1=Garriga |first2=Alexander |last2=Vilenkin |date=2007 |title=Many Worlds in One |journal=Physical Review D |volume=64 |issue=4 |page=043511 |doi=10.1103/PhysRevD.64.043511 |arxiv=gr-qc/0102010v2|s2cid=119000743 }}</ref>提出，如果空間是無限的，或足夠大且足夠均勻，則地球整個[[哈伯體積]]的相同歷史情況將會偶然重現。泰格馬克估算，我們最接近的所謂「[[分身]]」距離我們約為10<sup>10<sup>115</sup></sup>米（遠超過[[古戈爾普勒克斯]]的[[雙重指數函數]]）<ref name="TegmarkPUstaple">{{cite journal |author=Tegmark |first=Max |date=2003 |title=Parallel universes. Not just a staple of science fiction, other universes are a direct implication of cosmological observations |url=https://archive.org/details/sim_scientific-american_2003-05_288_5/page/40 |journal=Scientific American |volume=288 |issue=5 |pages=40–51 |arxiv=astro-ph/0302131 |bibcode=2003SciAm.288e..40T |doi=10.1038/scientificamerican0503-40 |pmid=12701329}}</ref>。然而，這些論證的性質僅僅是推測<ref>{{cite journal |last1=Gil |first1=Francisco José Soler |last2=Alfonseca |first2=Manuel |date=2013 |title=About the Infinite Repetition of Histories in Space |journal=Theoria: An International Journal for Theory, History and Foundations of Science |volume=29 |issue=3 |page=361 |arxiv=1301.5295 |doi=10.1387/theoria.9951 |s2cid=52996408 |hdl-access=free |hdl=10486/664735}}</ref>。此外，從科學角度驗證一個相同哈伯體積的存在是不可能的。

這裡可以想象存在著互不相連的時空，每個時空都獨立存在卻無法相互影響<ref name="TegmarkPUstaple" /><ref name="EllisScA">{{cite journal |author=Ellis |first=G. F. |date=2011 |title=Does the Multiverse Really Exist? |url=https://archive.org/details/sim_scientific-american_2011-08_305_2/page/38 |journal=Scientific American |volume=305 |issue=2 |pages=38–43 |bibcode=2011SciAm.305a..38E |doi=10.1038/scientificamerican0811-38 |pmid=21827123}}</ref>。一個形象的比喻是一組分隔的[[肥皂泡]]：在其中一個肥皂泡上的觀察者原則上無法與其他肥皂泡上的觀察者互動<ref>{{cite web |url=http://www.livescience.com/15530-multiverse-universe-eternal-inflation-test.html |title=Weird! Our Universe May Be a 'Multiverse,' Scientists Say |first=Clara |last=Moskowitz |date=2011-08-12 |work=livescience |access-date=2015-05-04 |archive-date=2015-05-05 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150505003038/http://www.livescience.com/15530-multiverse-universe-eternal-inflation-test.html |url-status=live }}</ref>。按照一種常用的術語，每一個時空的「肥皂泡」被稱作一個宇宙，而人類所處的特定時空也被稱作宇宙<ref name="EllisKS032" />。這些分隔時空的總和被稱作多重宇宙<ref name="EllisKS032">{{cite journal |last1=Ellis |first1=George F. R. |author-link=George Francis Rayner Ellis |last2=Kirchner |first2=U. |last3=Stoeger |first3=W. R. |date=2004 |title=Multiverses and physical cosmology |journal=[[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] |volume=347 |issue=3 |pages=921–936 |arxiv=astro-ph/0305292 |bibcode=2004MNRAS.347..921E |doi=10.1111/j.1365-2966.2004.07261.x |doi-access=free |s2cid=119028830}}</ref>。

按照這種術語，不同的宇宙之間不存在[[因果關係]]<ref name="EllisKS032" />。理論上，這些不相連的宇宙可能擁有不同的時空[[維度]]和[[拓撲學|拓撲]]結構、不同類型的[[物質]]和[[能量]]，甚至不同的[[物理定律]]和[[物理常數|常數]]，儘管這些都是純粹的推測<ref name="EllisKS032" />。有些理論家認為，{{link-en|永恆暴脹論|Eternal inflation|混沌膨脹}}過程中形成的每個泡泡都構成一個獨立的宇宙，但在這種模型中，這些宇宙都共享一個因果起點<ref name="EllisKS032" />。

== 歷史概念 ==
{{main|宇宙學|宇宙學年表|自然哲学的数学原理#第三卷 论宇宙的系统|尼古拉·哥白尼#天文学观点}}
<!--*參見[[Talk:宇宙]]-->
在歷史上，人們對宇宙（或宇宙學）及其起源有過許多不同的看法。希臘人和印度人首次提出宇宙是一個受客觀物理法則支配的概念<ref name=Routledge />。而古代中國的哲學則視宇宙為涵蓋一切空間和時間的整體<ref>{{cite journal|last=Gernet|first=J.|date=1993–1994|title=Space and time: Science and religion in the encounter between China and Europe|journal=Chinese Science|volume=11|pages=93–102}}</ref>。隨著幾個世紀以來天文觀察技術的提升，以及運動和引力理論的發展，人類對宇宙的了解變得日益精確。現代宇宙學的起點可追溯至[[阿爾伯特·愛因斯坦]]在1915年提出的[[廣義相對論]]，這一理論使我們能夠定量地預測宇宙的起源、演化過程及其最終命運。現今主流且被普遍接受的宇宙學理論大多基於廣義相對論，其中尤以大爆炸理論為核心<ref name="Blandford">{{cite journal|title=A century of general relativity: Astrophysics and cosmology|url=https://archive.org/details/sim_science_science_2015-03-06_347_6226/page/1102|author=Blandford R. D.|journal=Science|volume=347|issue=6226|pages=1103–1108|doi=10.1126/science.aaa4033|bibcode=2015Sci...347.1103B|pmid=25745165|year=2015|s2cid=30364122}}</ref>。

===神話===
{{main|创世神话|{{link-en|宗教宇宙論|Religious cosmology}}|佛教宇宙論|天體演化學}}
許多文化都有講述{{link-en|創世神話列表|List of creation myths|世界和宇宙如何起源的傳說}}。這些文化普遍將這些故事視為具有一定的真實性。然而，在那些信仰宇宙有超自然起源的人群中，對這些故事的理解和應用卻有諸多不同，例如從上帝直接創造現在的宇宙，到僅僅啟動了宇宙的運行（例如透過大爆炸和進化的機制）等等<ref>{{cite book |quote=在日常用語中，「神話」一詞通常指的是不真實或僅僅是幻想的敘述或信仰；民族或族群神話中的故事描述了常識和經驗告訴我們不可能存在的角色和事件。儘管如此，各種文化依然頌揚這些神話，並賦予它們不同程度的字面或象徵意義的真實性。|last=Leeming |first=David A. |isbn=978-1-59884-174-9 |date=2010|page=xvii |title=Creation Myths of the World |url=https://archive.org/details/creationmythsofw0002leem |publisher=ABC-CLIO}}</ref>。

研究神話的民族學家和人類學家開發了多種分類方法，用以整理創世故事中出現的各種主題<ref name=Eliade1964>{{cite book|last1=Eliade|first1=Mircea|title=Myth and Reality (Religious Traditions of the World)|date=1964|publisher=Allen & Unwin|isbn=978-0-04-291001-7}}</ref><ref name=Leonard2004>{{cite book|last1=Leonard|first1=Scott A.|last2=McClure|first2=Michael|title=Myth and Knowing: An Introduction to World Mythology|url=https://archive.org/details/mythknowingintro0000leon|date=2004|publisher=McGraw-Hill|isbn=978-0-7674-1957-4|edition=}}</ref>。比如，在某些故事中，世界是從一顆「{{link-en|世界蛋|World egg}}」中誕生，這類故事包括[[芬蘭人|芬蘭]]的[[史詩]]《[[卡勒瓦拉]]》、中國的[[盤古]]傳說或印度的《{{link-en|梵天往世書|Brahmanda Purana}}》。另一些故事中，宇宙由單一實體自行創造，比如[[藏傳佛教]]中的[[普賢王如來|本初佛]]概念、[[古希臘]]的大地之母[[蓋亞]]故事、[[阿茲特克神話|阿茲特克]]的女神{{link-en|克亞特里庫|Cōātlīcue}}神話、[[古埃及宗教|古埃及]]的[[亞圖姆]][[九柱神|神話]]，以及{{link-en|猶太-基督教|Judeo-Christian}}{{link-en|創世紀的創世敘事|Genesis creation narrative}}，描述{{link-en|亞伯拉罕宗教的上帝|God in Abrahamic religions}}創造宇宙的過程。又有故事描繪宇宙由男女神的結合而成，如{{link-en|毛利族神話|Māori mythology|毛利族}}的{{link-en|朗吉和帕帕|Rangi and Papa}}故事。還有一些故事中，宇宙是由既有材料製造而成，如[[巴比倫]][[埃努瑪·埃利什|史詩]]中利用[[提阿瑪特]]的屍體、或[[北歐神話]]中利用巨人[[尤彌爾]]的身體製造；或由混沌物質創造，如[[日本神話]]中的[[伊邪那岐]]和[[伊邪那美]]。在其他故事裡，宇宙則是從基本原則如[[梵]]和[[原質]]、[[塞雷爾人]]的{{link-en|塞雷爾人的創世神話|Serer creation myth|創世神話}}，或[[道家]]的[[陰陽]]中發展而來。

===哲學模型===
{{Further|宇宙學}}
{{See also|前蘇格拉底哲學|物理學 (亞里斯多德)|{{le|印度宇宙學|Hindu cosmology}}|{{le|穆斯林世界的宇宙學|Cosmology in the Muslim world}}|時空哲學}}

[[前蘇格拉底哲學|前蘇格拉底的希臘哲學家]]和印度哲學家發展了一些最早的宇宙哲學概念<ref name=Routledge /><ref>{{cite book|title=The Unfinished Universe|url=https://archive.org/details/unfinisheduniver0000youn|page=[https://archive.org/details/unfinisheduniver0000youn/page/21 21]|publisher=Oxford University Press|first=Louise B.|last=Young |year=1993 |isbn=978-0-195-08039-1 |oclc=26399171}}</ref>。早期的希臘哲學家注意到，表象可能具有欺騙性，並試圖理解表象背後的真實性。他們特別關注物質的形態變化（例如冰變成水再變成蒸汽），並且有幾位哲學家提出，世界上的所有物質都是單一原始物質或[[始基]]的不同形式。[[泰勒斯]]是第一位提出這一觀點的哲學家，他認為這種原始物質是{{le|水 (古典元素)|Water (classical element)|水}}。泰勒斯的學生[[阿那克西曼德]]認為一切源自無限的「[[阿派朗|無定]]」。[[阿那克西美尼]]則認為原始物質是{{le|空氣 (古典元素)|Air (classical element)|空氣}}，因為空氣具有吸引和排斥的特性，能夠使始基凝結或解體為不同的形式。[[阿那克薩哥拉]]提出了「[[智性]]」的原理，而[[赫拉克利特]]則認為{{le|火 (古典元素)|Fire (classical element)|火}}是始基（並談及「[[邏各斯|理性]]」）。[[恩培多克勒]]提出，元素由土、水、空氣和火構成，他的四元素理論非常流行。像[[畢達哥拉斯]]一樣，[[柏拉圖]]認為所有事物都是由[[數字]]組成的，恩培多克勒的元素對應著[[柏拉圖立體]]。[[德謨克利特]]及後來的哲學家，特別是[[留基伯]]，提出宇宙是由在[[空洞 (天文學)|虛空]]（或[[真空]]）中運動的不可分割的[[原子]]所構成，但[[亞里士多德]]認為這不可能，因為空氣如同水一樣對運動產生[[阻力]]。空氣會立刻填滿真空，而且在沒有阻力的情況下，這一過程將以無限快的速度進行<ref name=Routledge />。

儘管赫拉克利特主張永恆的變化<ref>{{cite SEP|url-id=heraclitus |title=Heraclitus |date=2019-09-03 |last=Graham |first=Daniel W.}}</ref>，他的同時期學者[[巴門尼德]]則強調不變性。巴門尼德的詩作《自然論》被解讀為認為所有變化都是幻覺，真正的根本現實永恆不變且具有單一性質，或者至少，每個存在事物的本質特徵必須永恆存在，沒有起源、變化或終結<ref>{{cite SEP|url-id=parmenides |title=Parmenides |date=2020-10-19 |first=John |last=Palmer}}</ref>。他的學生[[埃利亞的芝諾]]以幾個著名的[[芝諾悖論|悖論]]挑戰了日常對運動的觀念。亞里士多德則透過發展可計數無窮大的概念以及無限可分的連續體來回應這些悖論<ref>{{cite SEP|url-id=zeno-elea |title=Zeno of Elea |date=2021-04-08 |first=John |last=Palmer}}</ref><ref>{{cite IEP|url-id=zenos-paradoxes |title=Zeno's Paradoxes |first=Bradley |last=Dowden}}</ref>。

[[印度哲學]]家[[迦那陀]]，[[勝論]]學派的創始人，提出了[[原子論]]的概念，並認為[[光]]和[[熱量|熱]]是同一種物質的不同形式<ref>[[Will Durant]], ''Our Oriental Heritage'': {{blockquote|「兩種印度思想體系提出了與[[古希臘|希臘]]相似的物理理論。勝論哲學的創始人迦那陀認為，世界由原子組成，這些原子的種類與各種元素一樣多。[[耆那教]]的觀點更接近[[德謨克利特]]，他們認為所有原子都是同一種類，通過不同的組合方式產生不同的效果。迦那陀認為光和熱是同一種物質的不同形式；{{le|烏達雅納|Udayana}}則教導說，所有的熱量都來自太陽；而{{le|婆察斯巴蒂·彌尸羅|Vāchaspati Misra}}則像[[牛頓]]一樣，將光解釋為由物質發射的微小粒子組成，這些粒子撞擊眼睛而產生視覺。」}}</ref>。公元5世紀，{{le|佛教原子論|Buddhist atomism}}哲學家[[陳那]]認為[[原子]]是無延時的點狀物，而且由能量構成。他們否認實質物質的存在，並認為運動由能量流的瞬間閃爍所構成<ref>Stcherbatsky, F. Th. (1930, 1962), ''Buddhist Logic'', Volume 1, p. 19, Dover, New York: {{blockquote|「佛教徒完全否認實質物質的存在。在他們看來，運動是由瞬間構成的，是一種斷續的運動，是能量流的瞬間閃爍……佛教徒說「一切皆無常」，因為沒有實質存在……[[數論 (印度哲學)|數論]]派和後來的印度佛教這兩個系統有一個共同點，即它們傾向於將對存在的分析推至最微小、最終的元素，這些元素被想像為絕對的性質，或僅具有一種獨特性質的事物。這些元素在兩個系統中都被稱為「性質」（guna-dharma），意指絕對的性質，一種原子或亞原子能量，構成了經驗中的事物。因此，兩個系統都否認了「實體」和「性質」這些範疇的客觀現實，以及將它們聯繫在一起的「推理」關係。在數論派哲學中，性質並不獨立存在。我們所稱的性質只是一種微妙實體的特定表現。每一種新的性質單元都對應於一種稱為「性質」（guna）的微妙物質量，但實際上它代表了一種微妙的實體。同樣地，早期佛教認為所有性質都是實體……或更準確地說，是動態實體，儘管它們也被稱為「法」（dharmas，性質）。」}}</ref>。

{{le|時間有限論|Temporal finitism|時間有限}}的概念源自[[亞伯拉罕諸教]]（[[猶太教]]、[[基督教]]和[[伊斯蘭教]]）的創世教義。[[基督教哲學]]家[[約翰·費羅普勒斯]]提出了反對古希臘無限過去和未來觀念的哲學論證。菲洛波諾斯對無限過去的反對論點被{{le|早期伊斯蘭哲學|Early Islamic philosophy}}家[[肯迪]]、[[猶太教哲學]]家[[薩阿迪亞·果昂]]（約瑟夫之子薩阿迪亞）和[[伊斯蘭教義學]]家[[阿布·哈米德·加札利]]所採用<ref name="Viney1985">{{cite book |author=Viney |first=Donald Wayne |title=Charles Hartshorne and the Existence of God |url=https://archive.org/details/charleshartshorn0000vine |publisher=SUNY Press |year=1985 |isbn=978-0-87395-907-0 |pages=[https://archive.org/details/charleshartshorn0000vine/page/65 65]–68 |chapter=The Cosmological Argument}}</ref>。

[[泛神論]]是一種[[哲學]][[宗教]]信仰，認為宇宙本身就是[[神性]]，並且是[[神|至高無上的存在]]或實體<ref name="Pearsall">{{cite book |last1=Pearsall |first1=Judy |title=The New Oxford Dictionary Of English |date=1998 |publisher=Clarendon Press |isbn=978-0-19-861263-6 |edition=1st |location=Oxford |page=1341}}</ref>。因此，物理宇宙被理解為一個包羅萬象且具有[[內在]]的神祇<ref name="Edwards">{{cite book |last1=Edwards |first1=Paul |url=https://archive.org/details/encyclopediaofph08edwa |title=Encyclopedia of Philosophy |date=1967 |publisher=Macmillan |location=New York |page=[https://archive.org/details/encyclopediaofph08edwa/page/34 34] |url-access=registration}}</ref>。「泛神論者」指的是那些認為「萬物構成一個統一體，並且這個統一體是神聖的，包含著一個包羅萬象、可顯現的[[神的概念|神]]或[[女神]]」之人<ref name="Edwards2">{{Cite book |title=Encyclopedia of Philosophy ed. Paul Edwards |publisher=Macmillan and Free Press |year=1967 |location=New York |page=34}}</ref><ref>{{cite book |last=Reid-Bowen |first=Paul |title=Goddess as Nature: Towards a Philosophical Thealogy |date=2016-04-15 |publisher=[[Taylor & Francis]] |isbn=9781317126348 |page=70}}</ref>。

===天文學概念===
{{main|天文學史|天文學大事年表}}
[[File:Aristarchus working.jpg|thumb|right|公元前3世紀，[[阿里斯塔克斯]]計算了太陽、地球和月球（從左到右）的相對大小，這些計算保存在公元10世紀的希臘抄本中。]]

現代天文學前身可辨識的最早書面記錄來自約公元前3000至1200年的[[古埃及]]和[[美索不達米亞]]<ref name=Lindberg2007a>{{Cite book |last=Lindberg |first=David C. |title=The beginnings of Western science: the European Scientific tradition in philosophical, religious, and institutional context |url=https://archive.org/details/beginningsofwest0000lind_d9a5 |publisher=University of Chicago Press |year=2007 |isbn=9780226482057 |edition=2nd |page=[https://archive.org/details/beginningsofwest0000lind_d9a5/page/12 12]}}</ref><ref name="Grant2007a">{{cite book |last=Grant |first=Edward |title=A History of Natural Philosophy: From the Ancient World to the Nineteenth Century |url=https://archive.org/details/historyofnatural0000gran |publisher=Cambridge University Press |year=2007 |isbn=978-0-521-68957-1 |edition=|location=New York |pages=[https://archive.org/details/historyofnatural0000gran/page/1 1]–26 |chapter=Ancient Egypt to Plato |chapter-url-access=limited}}</ref>。公元前7世紀的[[巴比倫天文學]]家認為，世界是一個被海洋包圍的[[地平說|平坦圓盤]]<ref>{{cite journal|first=Wayne |last=Horowitz |journal=Iraq |year=1988 |title=The Babylonian Map of the World |volume=50 |pages=147–165 |doi=10.2307/4200289 |jstor=4200289|s2cid=190703581 }}</ref><ref>{{cite book |last1=Keel |first1=Othmar |title=The Symbolism of the Biblical World |year=1997 |publisher=Eisenbrauns |isbn=978-1-575-06014-9 |url=https://books.google.com/books?id=Fy4B1iMg33YC |pages=20–22 |access-date=2023-02-26 |archive-date=2024-03-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20240313184352/https://books.google.com/books?id=Fy4B1iMg33YC |url-status=live }}</ref>。

隨後的[[古希臘]]哲學家觀察天體運行，致力於發展基於[[經驗證據]]的宇宙模型。第一個連貫的宇宙模型由[[歐多克索斯]]提出，他是柏拉圖的學生，繼承了柏拉圖認為天體運動必須是圓形的理念。為了解釋行星運動中的複雜現象，特別是[[順行和逆行|逆行運動]]，歐多克索斯的模型中包括了27個不同的[[天球]]：每顆肉眼可見的行星有四個天球，太陽和月亮各有三個天球，還有一個天球屬於恆星。這些天球全部以地球為中心，地球保持靜止，而天球則永恆地旋轉。亞里士多德進一步完善了這一模型，將天球的數量增加到55個，以解釋行星運動的更多細節。對亞里士多德而言，普通[[物質]]完全包含在地球圈內，並遵循與{{le|以太 (元素)|Aether (classical element)|天體物質}}根本不同的規則<ref>{{Cite journal |last=Wright |first=Larry |date=August 1973 |title=The astronomy of Eudoxus: Geometry or physics? |url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0039368173900022 |journal=Studies in History and Philosophy of Science |language=en |volume=4 |issue=2 |pages=165–172 |doi=10.1016/0039-3681(73)90002-2 |bibcode=1973SHPSA...4..165W |access-date=2023-02-27 |archive-date=2023-03-15 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230315164807/https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0039368173900022 |url-status=live }}</ref><ref>{{Citation |last=Dicati |first=Renato |title=The Ancients' Astronomy |date=2013 |url=http://link.springer.com/10.1007/978-88-470-2829-6_2 |work=Stamping Through Astronomy |pages=19–55 |place=Milano |publisher=Springer Milan |language=en |doi=10.1007/978-88-470-2829-6_2 |isbn=978-88-470-2828-9 |access-date=2023-02-27 |archive-date=2024-03-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20240313184405/https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-88-470-2829-6_2 |url-status=live }}</ref>。

亞里士多德之後的論文《[[論宇宙]]》（作者和日期不詳）中指出：「五種元素位於五個區域的球體中，較小的（元素）每次被較大的（元素）包圍——即地被水包圍，水被空氣包圍，空氣被火包圍，火被以太包圍——構成了整個宇宙<ref name=1908DeMundo>{{cite book |url=https://archive.org/details/demundoarisrich |title=De Mundo |year=1914 |author=Aristotle |author2=Forster, E. S. |author3=Dobson, J. F. |page=[https://archive.org/details/demundoarisrich/page/2 2] |location=Oxford |publisher=The Clarendon Press}}</ref>。」這一模型由[[卡里普斯]]進一步完善，並在放棄同心球體後，由[[托勒密]]將其與天文觀測結果幾乎完美地進行匹配<ref name="almagest">{{cite journal |last=Goldstein |first=Bernard R. |date=1997 |title=Saving the phenomena: the background to Ptolemy's planetary theory |journal=Journal for the History of Astronomy |volume=28 |issue=1 |pages=1–12 |bibcode=1997JHA....28....1G |doi=10.1177/002182869702800101 |s2cid=118875902}}</ref>。這一模型的成功很大程度上歸因於數學上的事實，即任何函數（如行星的位置）都可以分解為一組圓函數（[[傅立葉級數]]）。其他希臘科學家，如[[畢達哥拉斯主義|畢達哥拉斯哲學]]家[[菲洛勞斯]]（根據[[約翰尼斯·斯托拜烏斯]]的記載），提出宇宙中心有一個「中央之火」，[[地球]]、[[太陽]]、[[月亮]]和[[行星]]圍繞它做均勻圓周運動<ref>Boyer, C. (1968) [https://archive.org/details/AHistoryOfMathematics ''A History of Mathematics'']. Wiley, p. 54.</ref>。

[[古希臘天文學]]家[[阿里斯塔克斯]]是已知第一個提出[[日心說|日心]]模型的人。雖然他的原始著作已遺失，但[[阿基米德]]在《[[數沙者]]》中提到了阿里斯塔克斯的日心模型。阿基米德寫道：

<blockquote>蓋倫王，你知道，「宇宙」這個名稱是大多數天文學家用來稱呼一個球體的，這個球體的中心就是地球的中心，而它的半徑等於從太陽中心到地球中心的直線距離。這是你從天文學家那裡聽到的常見說法。但阿里斯塔克斯出版了一本書，提出了某些假設。根據這些假設，似乎這個宇宙比剛才提到的宇宙大許多倍。他的假設是，恆星和太陽保持不動，地球沿著圓周圍繞太陽運轉，太陽位於軌道的中心，而固定恆星的球體，與太陽位於同一中心，其大小如此之大，以至於他認為地球運行的圓周相對於固定恆星的距離，如同球體的中心相對於其表面一樣<ref>{{Cite book |last=Heath |first=Thomas |url=https://books.google.com/books?id=rZmHAAAAQBAJ |title=Aristarchus of Samos, the Ancient Copernicus: A History of Greek Astronomy to Aristarchus, Together with Aristarchus's Treatise on the Sizes and Distances of the Sun and Moon |date=2013 |publisher=Cambridge University Press |isbn=978-1-108-06233-6 |pages=302 |language=en |author-link=Thomas Heath (classicist) |access-date=2023-02-26 |archive-date=2024-03-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20240313184546/https://books.google.com/books?id=rZmHAAAAQBAJ |url-status=live }}</ref>。</blockquote>

因此，阿里斯塔克斯認為恆星非常遙遠，並將這解釋為為什麼沒有觀測到[[恆星視差]]——即地球繞太陽運行時，恆星之間沒有相對移動的現象。事實上，恆星的距離比古代普遍認為的要遠得多，這就是為什麼只有使用精密儀器才能檢測到恆星視差的原因。地心模型由於能解釋行星視差，當時被認為是無法觀測到恆星視差的解釋<ref>{{Cite book |last=Kolkata |first=James J. |url=http://iopscience.iop.org/book/978-1-6817-4100-0 |title=Elementary Cosmology: From Aristotle's Universe to the Big Bang and Beyond |date=2015 |publisher=IOP Publishing |isbn=978-1-68174-100-0 |doi=10.1088/978-1-6817-4100-0ch4 |access-date=2023-02-27 |archive-date=2018-06-05 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180605142714/http://iopscience.iop.org/book/978-1-6817-4100-0 |url-status=live }}</ref>。

[[File:Flammarion.jpg|thumb|right|{{le|弗拉馬里翁版畫|Flammarion engraving}}，1888年巴黎出版。]]

古代唯一已知支持阿里斯塔克斯日心模型的天文學家是[[塞琉西亞的塞琉古]]，他是一位生活在阿里斯塔克斯之後一個世紀的[[古希臘天文學#希腊化天文学|希臘化天文學]]家<ref>{{cite journal|author-link=Otto E. Neugebauer|author=Neugebauer, Otto E. |date=1945|title=The History of Ancient Astronomy Problems and Methods|journal=Journal of Near Eastern Studies|volume=4|issue=1|pages= 166–173|quote=the [[Chaldaea]]n Seleucus from Seleucia|jstor=595168|doi=10.1086/370729|s2cid=162347339 }}</ref><ref>{{cite journal |author=Sarton |first=George |author-link=George Sarton |date=1955 |title=Chaldaean Astronomy of the Last Three Centuries B. C. |journal=Journal of the American Oriental Society |volume=75 |issue=3 |pages=166–173 [169] |doi=10.2307/595168 |jstor=595168 |quote=薩摩斯的阿里斯塔克斯發明日心說天文學，並在一個世紀後仍由[[巴比倫]]的塞琉古繼續支持。}}</ref><ref>William P. D. Wightman (1951, 1953), ''The Growth of Scientific Ideas'', Yale University Press. p. 38, where Wightman calls him [[Seleucus of Seleucia|Seleukos]] the [[Chaldea]]n.</ref>。根據普魯塔克的記載，塞琉古是第一個通過[[理智|推理]]證明日心系統正確的人，但我們不知道他具體使用了什麼論據。塞琉古支持日心宇宙論的論據可能與[[潮汐]]現象有關<ref>[[Lucio Russo]], ''Flussi e riflussi'', Feltrinelli, Milano, Italy, 2003, {{ISBN|88-07-10349-4}}.</ref>。據[[史特拉波]]記載（1.1.9），塞琉古是第一位指出潮汐由月球引力引起的人，且潮汐的高度取決於月球相對於太陽的位置<ref>{{harvtxt|Bartel|1987|loc=p. 527}}</ref>。另一種可能性是，他經由確定日心模型的[[幾何]]常數並發展計算行星位置的方法來證明日心說，類似於16世紀的[[尼古拉·哥白尼]]<ref>{{harvtxt|Bartel|1987|loc=pp. 527–529}}</ref>。在[[中世紀]]，[[中古伊斯蘭天文學|波斯天文學]]家[[阿布·馬謝爾]]<ref>{{harvtxt|Bartel|1987 |loc=pp. 534–537}}</ref>和{{le|西傑茲|Al-Sijzi}}<ref name=Nasr>{{Cite book |last=Nasr |first=Seyyed H. |author-link=Hossein Nasr |orig-year=1964 |date=1993 |title=An Introduction to Islamic Cosmological Doctrines |edition=2nd |publisher=1st edition by [[Harvard University Press]], 2nd edition by [[State University of New York Press]] |isbn=978-0-7914-1515-3 |pages=[https://archive.org/details/introductiontois00nasr/page/135 135–136] |url=https://archive.org/details/introductiontois00nasr/page/135 }}</ref>也提出了[[日心說|日心模型]]。

[[File:ThomasDiggesmap.JPG|thumb|left|1576年，[[托馬斯·迪格斯]]提出的{{le|哥白尼日心說|Copernican heliocentrism|哥白尼宇宙模型}}，修正了恆星不再局限於一個球體內，而是均勻分布在圍繞[[行星]]的空間中。]]

大約2,000年以來，亞里士多德的宇宙模型在[[西方世界]]被普遍接受，直到哥白尼重新提出阿里斯塔克斯的觀點，即如果[[地球]]繞軸自轉，並且[[太陽]]位於宇宙中心，天文數據就能有更合理的解釋<ref name="TMU">{{Cite book |last1=Frautschi |first1=Steven C. |title=The Mechanical Universe: Mechanics and Heat |title-link=The Mechanical Universe |last2=Olenick |first2=Richard P. |last3=Apostol |first3=Tom M. |last4=Goodstein |first4=David L. |date=2007 |publisher=Cambridge University Press |isbn=978-0-521-71590-4 |edition=Advanced |location=Cambridge [Cambridgeshire] |page=58 |oclc=227002144 |author-link=Steven Frautschi |author-link3=Tom M. Apostol |author-link4=David L. Goodstein}}</ref>。

{{blockquote|將太陽安置在中心。因為誰會將這盞美麗廟宇的燈放在比這裡更好或更適合的位置，使其能同時照亮一切？|尼古拉·哥白尼|《天體運行論》第一卷第十章（1543年）}}

如哥白尼所述，[[地球自轉]]的觀念由來已久，至少可以追溯到[[菲洛勞斯]]（{{Circa|前450年}}）、{{le|赫拉克利德·朋狄庫斯|Heraclides Ponticus}}（{{Circa|前350年}}）和畢達哥拉斯學派的{{le|埃克凡圖斯|Ecphantus the Pythagorean}}。大約在哥白尼之前一個世紀，基督教學者[[庫薩的尼各老]]在他的著作《有知識的無知》（''{{lang|en|On Learned Ignorance}}''，1440年）中也提出了地球自轉的觀點{{sfn|Misner|Thorne|Wheeler|1973|p=754}}。西傑茲<ref>{{cite book|title=Science in the Quran|volume=1|publisher=Malik Library|first=Ema Ākabara|last=Ālī|page=218}}</ref>同樣提出過地球繞軸自轉的觀點。使用彗星現象來證明地球自轉的[[觀察研究|實證證據]]由[[奈綏爾丁]]（1201年—1274年）和{{le|阿里·卡什吉|Ali Qushji}}（1403年—1474年）提出<ref>{{Citation |last=Ragep |first=F. Jamil |year=2001 |title=Tusi and Copernicus: The Earth's Motion in Context |journal=Science in Context |volume=14 |issue=1–2 |pages=145–163 |doi=10.1017/s0269889701000060 |s2cid=145372613 }}</ref>。

這一宇宙學被[[艾薩克·牛頓]]、[[克里斯蒂安·惠更斯]]及後來的科學家所接受{{sfn|Misner|Thorne|Wheeler|1973|pp=755–756}}。牛頓證明了相同的[[牛頓運動定律|運動和引力定律]]適用於地球上的物質和天體物質，使得亞里士多德對兩者的區分變得過時。[[埃德蒙·哈雷]]（1720年）{{sfn|Misner|Thorne|Wheeler|1973|p=756}}和[[尚-菲利浦·德·歇索]]（1744年）<ref>{{cite book |author=de Cheseaux JPL |title=Traité de la Comète |date=1744 |publisher=Lausanne |pages=223ff |author-link=Jean-Philippe de Cheseaux}}. Reprinted as Appendix II in {{cite book |author=Dickson |first=F. P. |title=The Bowl of Night: The Physical Universe and Scientific Thought |date=1969 |publisher=M.I.T. Press |isbn=978-0-262-54003-2 |location=Cambridge, Massachusetts |language=en-us}}</ref>分別指出，如果假設一個無限的空間均勻地充滿了恆星，那麼夜空應該會與太陽一樣明亮；這一現象在19世紀被稱為[[奧伯斯悖論]]<ref>{{cite journal |author=Olbers HWM |author-link=Heinrich Wilhelm Matthäus Olbers |date=1826 |title=Unknown title |journal=Bode's Jahrbuch |volume=111}}. Reprinted as Appendix I in {{cite book |author=Dickson |first=F. P. |title=The Bowl of Night: The Physical Universe and Scientific Thought |date=1969 |publisher=M.I.T. Press |isbn=978-0-262-54003-2 |location=Cambridge, Massachusetts |language=en-us}}</ref>。牛頓認為，一個均勻充滿物質的無限空間會導致無限的力和不穩定性，最終使物質在自身引力作用下向內塌縮{{sfn|Misner|Thorne|Wheeler|1973|pp=755–756}}。這種不穩定性在1902年由[[金斯不穩定性]]準則進行闡明<ref>{{cite journal|last1=Jeans |first1=J. H. |date=1902 |title=The Stability of a Spherical Nebula |journal=[[Philosophical Transactions of the Royal Society A]] |volume=199 |pages=1–53 |issue=312–320 |doi=10.1098/rsta.1902.0012 |bibcode=1902RSPTA.199....1J |jstor=90845 |doi-access= }}</ref>。解決這些悖論的其中一個方法是[[卡爾·沙利葉|沙利葉]]宇宙模型，在這一模型中，物質以[[分形]]的方式層次分明地排列（如環繞體系中的物體本身又在更大的體系內環繞，無限重複），使得整個宇宙的總體密度可以忽略不計；這一宇宙模型也早在1761年由[[約翰·海因里希·朗伯]]提出過{{sfn|Rindler|1977|p=196}}{{sfn|Misner|Thorne|Wheeler|1973|p=757}}。

在18世紀，[[伊曼努爾·康德]]推測星雲可能是獨立於銀河系之外的整個星系，1850年，[[亞歷山大·馮·洪堡]]將這些獨立的星系稱為「世界島嶼」（{{lang|de|Weltinseln}}），這個術語後來發展為「島宇宙」<ref>{{Cite journal |last=Jones |first=Kenneth Glyn |date=February 1971 |title=The Observational Basis for Kant's Cosmogony: A Critical Analysis |url=http://journals.sagepub.com/doi/10.1177/002182867100200104 |journal=Journal for the History of Astronomy |language=en |volume=2 |issue=1 |pages=29–34 |doi=10.1177/002182867100200104 |bibcode=1971JHA.....2...29J |s2cid=126269712 |issn=0021-8286 |access-date=2023-02-27 |archive-date=2023-02-27 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230227183635/https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/002182867100200104 |url-status=live }}</ref><ref>{{Cite journal |last=Smith |first=Robert W. |date=February 2008 |title=Beyond the Galaxy: The Development of Extragalactic Astronomy 1885–1965, Part 1 |url=http://journals.sagepub.com/doi/10.1177/002182860803900106 |journal=Journal for the History of Astronomy |language=en |volume=39 |issue=1 |pages=91–119 |doi=10.1177/002182860803900106 |bibcode=2008JHA....39...91S |s2cid=117430789 |issn=0021-8286 |access-date=2023-02-27 |archive-date=2023-02-27 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230227183635/https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/002182860803900106 |url-status=live }}</ref>。1919年，隨著[[威尔逊山天文台#100英寸胡克望远镜|胡克望遠鏡]]的建成，當時的主流觀點認為宇宙完全由銀河系組成。[[愛德溫·哈伯]]使用胡克望遠鏡，在幾個螺旋星雲中發現了[[造父變星]]，並在1922至1923年期間證實[[仙女座星系|仙女座星雲]]和[[NGC 604|三角座星雲]]等是我們銀河系之外的完整星系，從而證明宇宙是由無數星系組成的<ref name="SharovNovikov1993">{{cite book|last1=Sharov|first1=Aleksandr Sergeevich|last2=Novikov|first2=Igor Dmitrievich|title=Edwin Hubble, the discoverer of the big bang universe|url=https://books.google.com/books?id=ttEwkEdPc70C&pg=PA34|access-date=2011-12-31|date=1993|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-41617-7|page=34|archive-date=2013-06-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20130623075250/http://books.google.com/books?id=ttEwkEdPc70C&pg=PA34|url-status=live}}</ref>。

現代[[物理宇宙學]]的時代始於1917年，當時[[阿爾伯特·愛因斯坦]]首次將他的[[廣義相對論]]應用於建立宇宙模型的結構和動態<ref name="einstein_1917">{{cite journal |last=Einstein |first=Albert |author-link=Albert Einstein |date=1917 |title=Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie |journal=Preussische Akademie der Wissenschaften, Sitzungsberichte |series=1917 |volume=(part 1) |pages=142–152}}</ref>。本時期的發現及尚未解答的問題已在上面各章節中概述。

{{wide image|Observable Universe Logarithmic Map (horizontal layout english annotations).png|2250px|這是一張顯示已知的可觀測宇宙地圖（截至2018年），其中標註了若干著名的天文物體。地圖中的長度比例向右側以指數級增加。為了便於理解這些天體的形狀，地圖中的天體被放大顯示。}}
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== 參考資料 ==
=== 註解 ===
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=== 引用 ===
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=== 傳記 ===
* {{cite journal|last=Bartel |first=Leendert van der Waerden |author-link=巴特爾·倫德特·范德瓦爾登|date=1987|title=The Heliocentric System in Greek, Persian and Hindu Astronomy|doi=10.1111/j.1749-6632.1987.tb37224.x|bibcode=1987NYASA.500..525V|journal=Annals of the New York Academy of Sciences|volume=500|issue=1 |pages=525–545 |s2cid=222087224 |ref=harv}}
* {{cite book|date=1975|title=The Classical Theory of Fields (Course of Theoretical Physics)|volume=2 |edition=4th |publisher=Pergamon Press|location=New York|isbn=978-0-08-018176-9|pages=358–397|name-list-style=vanc|last1=Landau|first1=Lev|last2=Lifshitz|first2=E.M.|author-link1=Lev Landau|author-link2=葉夫根尼·利夫希茨 |title-link=理論物理學教程|ref=harv}}
* {{cite book|last1=Liddell |first1=H. G.|last2=Scott |first2=R.|name-list-style=amp |title=A Greek-English Lexicon|url=https://archive.org/details/greekenglishlexi0000lidd_y0v2 |publisher=Oxford University Press|isbn=978-0-19-864214-5 |date=1968}}
* {{cite book|title=Gravitation|location=San Francisco|publisher=W. H. Freeman|date=1973|isbn=978-0-7167-0344-0|pages=[https://archive.org/details/gravitation0000misn/page/703 703]–816|last1=Misner|first1=C.W.|last2=Thorne|first2=Kip|last3=Wheeler|first3=J.A.|author-link1=查爾斯·W·米斯納|author-link2=Kip Thorne|author-link5=John Archibald Wheeler|title-link=重力論|ref=harv}}
* {{cite book |title=An Introduction to the Science of Cosmology |first1=D. J. |last1=Raine |first2=E. G. |last2=Thomas |year=2001 |publisher=Institute of Physics Publishing |ref=harv}}
* {{cite book|last=Rindler|first= W.|date=1977|title=Essential Relativity: Special, General, and Cosmological|publisher=Springer Verlag|location=New York|isbn=978-0-387-10090-6|pages=193–244|author-link=沃夫岡·潤德勒|ref=harv}}
* {{cite book |edition=2nd |editor-first=Martin |editor-last=Rees |date=2012 |title=Smithsonian Universe |url=https://archive.org/details/universe0000unse_f2g0 |location=London |publisher=Dorling Kindersley |isbn=978-0-7566-9841-6}}

== 参见 ==
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* [[宇宙曆]]
* [[宇宙拿鐵]]
* {{le|對數時間線細節|Detailed logarithmic timeline}}
* [[地球在宇宙中的位置]]
* [[假真空衰變]]
* [[膨脹宇宙的未來]]
* {{le|星系發展調查|Galaxy And Mass Assembly survey}}
* [[熱寂]]
* {{le|宇宙中心的歷史|History of the center of the Universe}}
* [[揭示計畫]]
* {{le|非標準宇宙學|Non-standard cosmology}}
* [[核宇宙編年學]]
* [[作品中的多元宇宙]]
* [[地球殊異假說]]
* {{le|太空生存|Space and survival}}
* [[數量級 (時間)]]
* [[早期宇宙時間線]]
* [[遙遠未來的時間線]]
* [[3千紀]]
* {{le|零能量宇宙|Zero-energy universe}}
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