мини|Границе између Земље и свемира.
Свемир је празнина која се налази између небеских тела. Она није потпуно празна, али се састоји из високог вакуума мале густине честица, међу којима доминира плазма хидрогена и хелијума, као и електромагнетна радијација, магнетска поља, неутрини, космичка прашина и космички зраци. Основна температура, успостављена спољном космичком радијацијом изазваном Великим праском износи 2.7 келвина (K). Плазма са густином од мање од једног атома хидрогена по кубном метру и температура од неколико милиона келвина у простору између галаксија представља најбарионичнију материју у свемиру; локалне концентрације су кондензирале и сада чине звезде и галаксије. У већини галаксија, осматрања пружају доказ да је 90% масе непознатог порекла и материјала који се назива тамна материја, и која реагује у додиру са другим материјама кроз гравитационе, али не и електромагнетне силе. Подаци указују на то да је већина једнакости масе и енергије у свемиру који се може посматрати лоше схваћена енергија вакуума свемира коју астрономи називају тамном енергијом. Међугалактички свемир заузима највећи део свемира, али чак се и галаксије и звездани системи скоро у потпуности састоје из празног простора.
Не постоји дефинитивна граница која указује на то где почиње свемир. Међутим, Карманова линија, на висини од изнад нивоа мора, се конвенционално користи као почетак свемира у свемирским уговорима и ради одржавања записа о ваздушно-космичком простору. Оквир интернационалног свемирског закона је успостављен Уговором о свемиру, који су саставиле Уједињене нације 1967. године. Овај уговор искључује могућност било каквих потенцијалних идеја о националном суверенитету и дозвољава свим државама да слободно истражују свемир. Године 1979. су потписивањем Месечевог уговора све површине објеката као што су планете као и орбитални простор око тих тела, стављене под јурисдикцију интернационалног комитета. Упркос састављању резолуција Уједињених нација о мирном коришћењу свемира, већ су испитана анти-сателитска оружја у подручју Земљине орбите.
Људи су започели физичко истраживање свемира током 20. века појавом високолетећих балона, што је касније било испраћено и слањем ракета у свемир са људском посадом. Земљину орбиту је први посетио Јуриј Гагарин из Совјетског Савеза 1961. године, и од тада па до сада су свемирске летелице без посаде посетиле све познате планете Сунчевог система. Због високе цене одласка у свемир, свемирске летелице са посадом су своје посете ограничиле на ниски део Земљине орбите и Месец. У августу 2012. године, Војаџер 1 је била прва летелица која је ушла у међузвездани простор.
Свемир представља средину која је човечанству велики изазов за истраживање због вакуума и радијације. Нулта гравитација има негативан утицај на људску психу, те изазива како атрофију мишића, тако и губитак костију. Поред проналажења решења за ове здравствене и проблеме животне средине, људи ће такође морати да пронађу начин како би значајно смањили цену одласка у свемир, ако би желели да постану цивилизација која није ограничена свемиром.
Откриће Године 350. п. н. е., грчки филозоф Аристотел је предложио да се природа гнуша вакуума, horror vacui. Овај концепт се заснива на онтолошком аргументу из 5. века пре нове ере грчког филозофа Парменида, који је порекао постојање празнине у свемиру. На основу ове идеје да вакуум не може постојати, у Западној култури је током много векова била распрострањена идеја да свемир не може бити празан. Тек у 17. веку, француски филозоф Рене Декарт је изнео аргументе да цео свемир мора бити испуњен нечиме.
У древној Кини су постојале разне мислилачке школе које су се бавиле природом неба, међу којима су се неке залагале за идеје које су доста сличне данашњим схватањима свемира. У 2. веку, астроном Џанг Хенг је био убеђен да је свемир безграничан, и да се простире далеко изван механизма који је одржавао Сунце и звезде. Преживеле књиге Ксуанг је школе говоре да су небела била безгранична, "празна, и немају никакве супстанце у себи". Такође, "Сунце, Месец и пратеће звезде лебде у празном простору, да ли крећући се или стојећи".
Италијански научник Галилео Галилеј је знао да ваздух има масу и да стога подлеже гравитацији. Године 1640. је демонстрирао да се једна успостављена сила одупрла формирању вакуума. Међутим, тек ће његов ученик Еванђелиста Торичели направио апарат који је произвео вакуум 1643. године. Овај експеримент је резултирао првим барометром са живом, те је направио научну сензацију у Европи. Француски математичар Блез Паскал је сматрао да ако је стуб живе подржан од стране ваздуха, онда би стуб био краћи на већој висини, где је ваздушни притисак нижи. Године 1648. је његов зет, Флорин Перије, поновио експеримент на планини Пуи де Дом у централној Француској, те је открио да је стуб био краћи за три инча. Ово умањење у притиску је касније даље приказано ношењем полу-пуног балона уз планину и посматрањем његовог постепеног надувавања, а затим и постепеног издувавања по силаску.
мини|лево|Оригинална Магдебургова атмосфера (доле лево) коришћена ради демонстрације Ото вон Герикове вакуумске пумпе (десно)|alt=Стаклени излог држи механички уређај са држачем, уз две металне хемисфере да би вукле конопце Године 1650. је немачки научник Ото фон Герике конструисао прву вакуумску пумпу: уређај који је могао даље да оповргне принцип horror vacui. Он је тачно приметио да атмосфера Земље окружује планету као оклоп, са густином која се постепено смањује са висином. Закључио је да мора да постоји вакуум између Земље и Месеца.
У 15. веку, немачки геолог Никола Кузански је шпекулисао да универзум није имао центар и обим. Није веровао да универзум, иако није неограничен, није могао бити сматран ограниченим, с обзиром на то да није имао никакве границе у оквиру којих би могао бити задржан. Ове идеје су довеле до шпекулација о бесконачној димензији свемира италијанског филозофа Ђордана Бруна у 16. веку. Проширио је Коперникову хелиоцентричну космологију до концепта бесконачности универзума испуњеног супстанцом која се назива етар, и која се не одупире кретању небеских тела. Енглески филозоф Вилијам Гилберт је дошао до сличног закључка, тврдећи да су звезде видљиве нама само зато што су окружене танким етром или празнином. Овај концепт етра је настао међу древним грчким филозофима, међу којима су Аристотел, који је из њега саставио теорију о томе како се крећу небеска тела.
Концепт универзума испуњеног етром је остао у моди међу неким научницима све до почетка 20. века. Овај облик етра је виђен као медиј кроз који би већина светлости могла да се рашири. Године 1887. је путем Мајкелсон-Морлијевог експеримента покушано да се открије кретња Земље путем посматрања промена у брзини светлости, која зависи од смера кретања планете. Међутим, нула резултат је показао да постоји нека грешка у концепту. Тада је идеја о етру напуштена, те је замењена специјалном теоријом релативитета Алберта Ајнштајна, којом се тврди да је брзина светлости у вакууму фиксна константа, независна у односу на претњу посматрача или референтног оквира.
Први професионални астроном који је подржао концепт бесконачног универзума је био Енглез Томас Дигз 1576. године. Али, скала универзума је остала непозната све до првог успешног мерења удаљености оближње звезде 1838. године од стране немачког астронома Фридриха Бесела. Он је показао да је звезда 61 Сигни имала паралаксу од само 0.31 арксекунди (у поређењу са савременом вредношћу од 0.287″). Ово одговара удаљености од преко 10 светлосних година. Удаљеност од Андромедине галаксије је утврђена 1923. године од стране америчког астронома Едвина Хабла мерењем светлости цефеиде у тој галаксији, што је нова техника коју је открила Хенријета Левит. Овим је утврђено да се Андромедина галаксија налази изван Млечног пута.
Најранија позната процена температуре свемира је начињена од стране швајцарског физичара Чарлса Едварда Гијома 1896. године. Користећи процењену радијацију позадинских звезда, закључио је да свемир мора бити загрејан до температуре од 5–6 калвина. Британски физичар Артур Едингтон је направио сличне прорачуне да би извео температуру од 3.18° 1926. године. Године 1933. је немачки физичар Ерик Регенер је користио тоталну измерену енергију космичких зрака да би проценио међугалактичку температуру која износи 2.8 калвина.
Савремени концепт свемира се заснива на теорији великог праска, која је први пут поменута 1931. године од стране белгијског физичара Жоржа Леметра. Ова теорија тврди да је видљиви свемир настао из веома компактног облика који је од тада био субјекат сталне експанзије. Спољашња енергија која се испуштала током првобитне експанзије се стабилно смањивала у густини, што је одвело до тога да су 1948. године амерички физичари Ралф Алфер и Роберт Херман предвидели да температура свемира износи 5 калвина.
Термин свемир је први пут коришћен 1842. године од стране енглеске песникиње Леди Емелин Стјуарт-Вортли у њеној песми "Девојка из Москве". Израз свемир је први пут искористио као астрономски термин Александар фон Хумболт 1845. године. Касније је популаризован у писмима и делима Херберта Џорџа Велса 1901. године.
Формирање и стање десно|350п|мини|Ово је уметнички концепт метричког ширења свемира, при чему је запремина универзума представљена у сваком временском интервалу циркуларним одељцима. Лево је приказана убрзана инфлација од првобитног стања, праћена даљим приказом стабилне експанзије све до данашњег дана, приказаној десно.
Према теорији Великог праска, универзум је настао из једног врло топлог и густог стања пре око 13,8 милијарди година, те је убрзано почео да се шири. Око 380.000 година касније се универзум охладио довољно да би дозволио електронима и протонима да се споје и формирају хидроген, и то је такозвана епоха рекомбинације. Када се ово догодило, материја и енергија су се одвојиле, и тиме дозволиле фотонима да слободно путују свемиром. Материја која је остала након првобитне експанзије је од тада подвргнута гравитационом колапсу да би од ње биле створене звезде, галаксије и други астрономски објекти, оставивши за собом дубоки вакуум који формира оно што ми данас називамо свемиром. Како светлост има коначну брзину, ова теорија такође и ограничава величину директно видљивог универзума. Ово оставља отворено питање о томе да ли је универзум ограничен или неограничен.
Данашњи облик универзума је утврђен из мерења космичког позадинског зрачења користећи се сателитима. Ове опсервације указују на то да је видљиви универзум раван, што значи да ће фотони на паралелним путањама у једном тренутку остати паралелни док путују кроз свемир, све до границе видљивог универзума, осим под утицајем локалне гравитације. Равни универзум, заједно са измереном масом густине универзума и убрзаном експанзијом универзума указују на то да свемир има енергију вакуума која није равна нули, и која се назива тамна енергија.
Према проценама, просечна густина енергије универзума је еквивалентна износу од 5.9 протона по кубном метру, укључујући и тамну материју, тамну енергију и барионску материју (обична материја сачињена од атома). Атоми заузимају само 4,6% тоталне густине енергије, или густине једног протона по четири кубна метра. Густина универзума, међутим, дефинитивно није униформисана; варира од релативно високе густине у галаксијама, укључујући и врло високу густину у структурама у оквиру галаксија, као што су планете, звезде, и црне рупе, до услова у потпуним празнинама који имају много мању густину, бар што се тиче видљиве материје. Супротно од материје и тамне материје, тамна енергија није концентрисана у галаксијама: иако тамна енергија може бити одговорна за већину масивне енергије у универзуму, утицај тамне енергије износи 5 редова величине мање у односу на материју и тамну материју Млечног Пута.
Средина