miniatura|310px|A imaxe de luz visible máis profunda do cosmos, o Campo Ultra Profundo do Hubble. miniatura|dereita|400px|Localización da Terra no seo do Universo. O Universo é máis comunmente definido como todo o que existe fisicamente: a totalidade do espazo e do tempo, de todas as formas da materia, a enerxía e o impulso, e as leis e constantes físicas que as gobernan. A grande escala, é o obxecto de estudo da cosmoloxía, que se basea na física e na astronomía, aínda que algúns dos temas de estudo bordean a metafísica. O Universo comprende todo o que ten existencia dentro dunha determinada clase de obxectos ou entidades. Hoxe en día, os expertos non están de acordo sobre se é posible (en principio) de chegar a observar a totalidade do Universo.
Universo é unha palabra derivada do latín que á súa vez provén de unus ('un', no sentido de 'único') e versus ('desenvolvido, posto xunto'). Con todo, o termo "universo" pode ser utilizado en sentidos contextuais lixeiramente diferentes, para referirse a conceptos como o cosmos, o mundo ou a natureza.
Observacións astronómicas indican que o universo ten unha idade de 13,73 ± 0,12 millardos de anos e polo menos 93 000 millóns de anos luz de extensión.Lineweaver, Charles; Tamara M. Davis (2005). Misconceptions about the Big Bang, consultado o 28 de agosto de 2018 dende a páxina do autor. Scientific American O evento que se cre que deu inicio ao universo denomínase big-bang. Naquel instante toda a materia e a enerxía do universo observable estaba concentrada nun punto de densidade infinita. Despois do big-bang, o universo comezou a expandirse para chegar á súa condición actual, e continúa facéndoo.
Debido a que, segundo a teoría da relatividade especial, a materia non pode moverse a unha velocidade superior á velocidade da luz, pode parecer paradoxal que dous obxectos do universo puidesen separarse 93 mil millóns de anos luz nun tempo de unicamente 13 mil millóns de anos; con todo, esta separación non entra en conflito coa teoría da relatividade xeral, xa que esta só afecta ao movemento no espazo, pero non ao espazo mesmo, que pode estenderse a un ritmo superior, non limitado pola velocidade da luz. Polo tanto, dúas galaxias poden separarse unha da outra máis rapidamente que a velocidade da luz se é o espazo entre elas o que se dilata.
Medicións sobre a distribución espacial e o desprazamento cara ao vermello (redshift) de galaxias distantes, a radiación cósmica de fondo de microondas, e as porcentaxes relativas dos elementos químicos máis lixeiros, apoian a teoría da expansión do espazo, e máis en xeral, a teoría do big-bang, que propón que o universo en si se creou nun momento específico do pasado. Observacións recentes demostraron que esta expansión estase acelerando, e que a maior parte da materia e a enerxía no universo é fundamentalmente diferente da observada na Terra, e non é directamente observable (véxanse materia escura e enerxía escura). A imprecisión das observacións actuais limitou as predicións sobre o destino final do universo.
Os experimentos suxiren que o universo rexeuse polas mesmas leis físicas, constantes ao longo da súa extensión e historia. A forza dominante en distancias cósmicas é a gravidade, e a relatividade xeral é hoxe en día a teoría máis exacta para describila. As outras tres forzas fundamentais, e as partículas nas que actúan, son descritas polo modelo estándar. O universo ten polo menos tres dimensións de espazo e unha de tempo, aínda que experimentalmente non se poden descartar dimensións adicionais moi pequenas. O espazo-tempo parece estar conectado de forma sinxela, e o espazo ten unha curvatura media moi pequena ou ata nula, de maneira que a xeometría euclidiana é, como norma xeral, exacta en todo o universo.
A ciencia modeliza o universo como un sistema pechado que contén enerxía e materia adscritas ao espazo-tempo e que se rexe fundamentalmente por principios causais.
Baseándose en observacións do universo observable, os físicos intentan describir o continuo espazo-tempo en que nos atopamos, xunto con toda a materia e enerxía existentes nel. O seu estudo, nas maiores escalas, é o obxecto da cosmoloxía, disciplina baseada na astronomía e a física, na cal descríbense todos os aspectos deste universo cos seus fenómenos.
A teoría hoxe en día máis aceptada sobre a formación do universo, dada polo belga valón Lemaître, é o modelo do big-bang, que describe a expansión do espazo-tempo a partir dunha singularidade espazotemporal. O universo experimentou un rápido período de inflación cósmica que arrasou todas as irregularidades iniciais. A partir de entón o universo expandiuse e converteuse en estable, máis frío e menos denso. As variacións menores na distribución da masa deron como resultado a segregación fractal en porcións, que se atopan no universo actual como cúmulos de galaxias.
En canto ao seu destino final, as probas actuais parecen apoiar as teorías da expansión permanente do universo (Big Freeze ou Big Rip), aínda que outras afirman que a materia escura podería exercer a forza de gravidade suficiente para deter a expansión e facer que toda a materia se comprima novamente; algo ao que os científicos denominan o Big Crunch ou a Grande Implosión.
Universo observable
250px|miniatura|Ilustración do universo observable co Sistema Solar no centro, os planetas interiores, o cinto de Asteroides, os planetas exteriores, o cinto de Kuiper, a nube de Oort, Alfa Centauri, o brazo de Perseus, a Vía Láctea, Andrómeda e as galaxias próximas, a arañeira cósmica de cúmulos galácticos, a radiación de fondo de microondas e o big-bang no bordo.
Os cosmólogos teóricos e astrofísicos utilizan de xeito diferente o termo universo, designando ben o sistema completo ou unicamente unha parte del.JSTOR: Un Universo ou muitos? Segundo o convenio dos cosmólogos, o termo universo refírese frecuentemente á parte finita do espazo-tempo que é directamente observable utilizando telescopios, outros detectores, e métodos físicos, teóricos e empíricos para estudar os compoñentes básicos do universo e as súas interaccións. Os físicos cosmólogos asumen que a parte observable do espazo comóbil (tamén chamado o noso universo) corresponde a unha parte dun modelo do espazo enteiro e normalmente non é o espazo enteiro. Frecuentemente utilízase o termo o universo como ambas: a parte observable do espazo-tempo, ou o espazo-tempo enteiro.
Algúns cosmólogos cren que o universo observable é unha parte extremadamente pequena do universo «enteiro» realmente existente, e que é imposible observar todo o espazo comóbil. Hoxe en día descoñécese se isto é correcto, xa que de acordo aos estudos da forma do universo, é posible que o universo observable estea preto de ter o mesmo tamaño que todo o espazo. A pregunta segue debaténdose. Se unha versión do escenario da inflación cósmica é correcta, entón aparentemente non habería xeito de determinar se o universo é finito ou infinito. No caso do universo observable, este pode ser só unha mínima porción do universo existente, e por conseguinte pode ser imposible saber realmente se o universo está sendo completamente observado.
Historia do estudo do universo O estudo do universo, a pesar da súa inaccesibilidade, foi unha preocupación constante desde a máis remota antigüidade. Naturalmente que, naquelas épocas, o coñecemento do universo se reducía tan só a unha pequena parte do sistema solar (aquela que é visible directamente). Nas antigas civilizacións críase que a Terra era plana e, ao non poder comprender que puidera sosterse por si soa no espazo, imaxinaron que estaba sostida por heroes ou por monstros (Atlas, para os gregos; un dragón sagrado para os chineses; catro elefantes xigantes para os indios; unha serpe, para os xaponeses etc.).
Os antigos babilonios foron os iniciadores do estudo "do ceo", é dicir, da astronomía. Nesta época efectúanse os primeiros rexistros astronómicos sistemáticos. Os babilonios trataban de identificar os planetas máis próximos á Terra, e desenvolveron un preciso sistema que lles permitiu predicir os movementos da Lúa e, polo tanto, as eclipses e, posteriormente, un calendario baseado nos desprazamentos do noso satélite (calendario, chamado lunar, aínda hoxe utilizado nos países árabes e de cultura islámica). Descubriron numerosos astros, deron nome a algunhas constelacións, como as do zodíaco etc.
Aínda que os coñecementos astronómicos dos exipcios, coetáneos dos babilonios, eran inferiores aos destes, a civilización exipcia incorporou moitos dos seus logros. Os antigos exipcios melloraron o calendario e comprobaron que algúns fenómenos naturais (como, por exemplo, as enchentes do Nilo) non coincidían con este. Destacaron tamén pola súa precisión (as pirámides están perfectamente orientadas aos catro puntos cardinais) e polo seu culto aos astros, especialmente ao Sol (Ra).
Os antigos gregos tamén contribuíron ao coñecemento do universo, recoñecendo a esfericidade da Terra, clasificando as estrelas pola súa magnitude etc. A partir do século VI a.C., dúas escolas de filosofía propuxeron concepcións diferentes do cosmos, aínda que cunha importante coincidencia: ambas postulaban unha orde intelixíbel e racional que permite describir e predicir os acontecementos celestes mediante a observación e o cálculo. A escola pitagórica explicaba o universo segundo un modelo matemático baseado na harmonía dos números. Pola súa parte, a escola platónica consideraba os corpos celestes como entes obrigados a describir movementos circulares, o que permitía medir as súas translacións.
Aristóteles (Estaxira, 384 a.C. - Calcis, 322 a.C.), discípulo de Platón, estableceu solidamente o modelo xeocentrista ao definir a forma do cosmos como unha serie de esferas concéntricas xirando ao redor da Terra. Este sistema non explicaba diferentes feitos, como as distancias fixas de Venus e Mercurio con respecto ao Sol, pero polo menos daba aos acontecementos celestes unha explicación racional nos que a intervención divina se daba só na orixe e na final, non no transcurso. Baseándose neste sistema, Hiparco elaborou, no século II a.C., un catálogo de 850 astros e amosou que a Terra non estaba no centro xeométrico do universo, senón que era excéntrica respecto del.
miniatura|300px|Modelo ptolomeico. Na época helenística (século II d.C.), Tolomeo, en Alexandría, na súa obra coñecida como Almaxesto impón a teoría xeocéntrica do universo. Esta teoría supoñía á Terra inmóbil e situada no centro do universo, e xirando ao redor dela, en pequenos círculos, a Lúa. Mercurio, Venus e o Sol, por esta orde, e todo isto debaixo dunha bóveda de estrelas fixas. Nesta época, pero uns douscentos anos máis tarde, destaca tamén Hipatia de Alexandría, considerada como a primeira muller científica da historia (matemática e filósofa), e unha das derradeiras representantes do neoplatonismo; o seu pensamento filosófico (e a súa negativa a converterse ao cristianismo) suscitou as iras do patriarca de Alexandría, Cirilo, de xeito que a astrónoma foi asasinada por unha turba de cristiáns, segundo se di (sen probas) instigados por Cirilo. Así que o sistema xeocéntrico, "doutrina oficial", chegou a converterse practicamente nun dogma, e perdurou até finais da Idade Media, debido á grande influencia que exercían as concepcións relixiosas, que condenaban -a causa dunha interpretación literal da Biblia- calquera idea que se afastase do modelo xeocéntrico. Por outra parte, Tolomeo reuniu un catálogo con máis de 1 000 astros.
A civilización romana realizou escasas achegas á ciencia astronómica, xa que practicamente se limitou a conservar os coñecementos adquiridos. Así, a obra dos grandes astrónomos antigos que acumulaba nas súas bibliotecas pasaron a Bizancio ou Constantinopla (capital do Imperio romano de Oriente), de onde chegaron ás mans dos árabes.