Gravure sur bois dite « de Flammarion », auteur inconnu, gravure sur bois, Paris (1888). Colorisation : Heikenwaelder Hugo, Vienne (1998).

L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe, régi par un certain nombre de lois.

La cosmologie cherche à appréhender l'Univers d'un point de vue scientifique, comme l'ensemble de la matière distribuée dans l'espace-temps. Pour sa part, la cosmogonie vise à établir une théorie de la création de l'Univers sur des bases philosophiques ou religieuses. La différence entre ces deux définitions n'empêche pas nombre de physiciens d'avoir une conception finaliste de l'univers (voir à ce sujet le principe anthropique).

Si l'on veut faire correspondre le mouvement des galaxies avec les lois physiques telles qu'on les conçoit actuellement, on peut considérer que l'on n'accède par l'expérience qu'à une faible partie de la matière de l'Univers, le reste se composant de matière noire. Par ailleurs, pour expliquer l'accélération de l'expansion de l'Univers, il faut également introduire le concept d'énergie sombre. Plusieurs modèles alternatifs ont été proposés pour faire correspondre les équations et nos observations en prenant d'autres approches.

Découverte dans l'Histoire

Les sciences grecques tentèrent de comprendre le monde et de l'expliquer :

les philosophes Parménide, Platon, et Aristote avaient intégré l'idée d'une Terre sphérique, mais ils la voyaient au centre de l'Univers physique, alors que l'école de Milet se représentait la Terre plate ;

Les pythagoriciens pensent que le soleil (le feu) est au centre de l'univers et que la terre qui n'est qu'une planète comme les autres se meut autour du centre (Aristote-Traité du ciel- II, XIII, 293 a 18)

Ératosthène tenta de réaliser des calculs précis, notamment la mesure de la circonférence d'un méridien terrestre ;

Aristarque de Samos est le premier à envisager un modèle de système planétaire héliocentré. Cette découverte ne fut alors pas suivie, pour des raisons philosophiques surtout parce qu'une telle cosmologie est en désaccord avec la conception géocentrée du monde qui était retenue par de grands philosophes comme Parménide, Platon, et Aristote. Il calcule aussi la distance Terre-Lune pour laquelle il trouve une valeur discutée, mais qui se situe en tout état de cause dans un ordre de grandeur acceptable, ainsi qu'une distance Terre-Soleil. ;

Hipparque poursuit ce travail : il recalcule, selon des méthodes nouvelles, la distance Terre-Soleil ainsi que la distance Terre-Lune (pour laquelle il retient la valeur de 67 1/3 rayons terrestres, contre 60,2 en réalité), recense 1 500 étoiles, retrouve approximativement la période de précession des équinoxes, qui était déjà connue des Babyloniens.

Ptolémée poursuit le travail d'Hipparque. Son Almageste sera la référence astronomique essentielle pendant treize siècles.

L'Univers selon le système de Ptolémée, vu par Andreas Cellarius en 1660-1661.

Ces connaissances du monde grec perdurèrent et influencèrent les sciences arabes après l'effondrement de l'Empire romain d'Occident. Elles restèrent présentes en Orient (particulièrement, avec des hauts et des bas, à Byzance), même si Cosmas d'Alexandrie tente, sans succès, de restaurer le modèle d'un monde plat.

La Renaissance porte à son apogée cette représentation du monde, grâce aux explorations et aux grandes découvertes qui eurent lieu du XIII au XVI siècles, à partir de systèmes géographiques et cosmologiques très élaborés (projection de Mercator).

La révolution copernicienne bouleverse cette cosmologie en trois étapes :

Copernic redécouvre l'héliocentrisme. Toutefois, cette redécouverte n'est que partiellement révolutionnaire : en effet, Copernic reste attaché aux sphères transparentes du modèle d'Aristote (pourtant délaissé par Ptolémée) censées soutenir les planètes et leur imprimer leur mouvement ; il présente son système comme un simple artifice destiné à simplifier les calculs.

Le dominicain Giordano Bruno défend la réalité du modèle héliocentrique et l'étend à toutes les étoiles, ouvrant la dimension de l'Univers physique à l'infini. Il sera brûlé au bûcher en tant qu'hérétique non pour des raisons scientifiques, mais religieuses.

Kepler, Galilée et Newton posent les bases fondamentales de la mécanique à partir du mouvement des planètes, grâce à leurs études respectivement du mouvement elliptique des planètes autour du Soleil, l'affinement des observations astronomiques avec la définition du mouvement uniformément accéléré, et la formalisation mathématique de la force de gravité. L'Univers, toutefois, reste confiné dans le système solaire.

Des modèles physiques tels que la sphère armillaire ou l'astrolabe ont été élaborés. Ils permettent d'enseigner et de calculer la position des astres dans le ciel visible. Aujourd'hui encore, la carte du ciel mobile aide les astronomes amateurs à se repérer dans le ciel, c'est une réincarnation de l'astrolabe.

Naissance

Expansion, âge et Big Bang

Les observations du décalage vers le rouge des rayonnements électromagnétiques en provenance d'autres galaxies suggèrent que celles-ci s'éloignent de notre galaxie, à une vitesse radiale d'éloignement proportionnelle à ce décalage (effet Doppler-Fizeau).

En étudiant les galaxies proches, Edwin Hubble s'est aperçu que la vitesse d'éloignement d'une galaxie était proportionnelle à sa distance par rapport à l'observateur (loi de Hubble) ; une telle loi est explicable par un Univers visible en expansion.

Bien que la constante de Hubble ait été révisée par le passé dans d'importantes proportions (dans un rapport de 10 à 1), la loi de Hubble a été extrapolée aux galaxies éloignées, pour lesquelles la distance ne peut être calculée au moyen de la parallaxe ; cette loi est ainsi utilisée pour déterminer la distance des galaxies les plus éloignées.

En extrapolant l'expansion de l'Univers dans le passé, on arrive à une époque où celui-ci a dû être beaucoup plus chaud et beaucoup plus dense qu'aujourd'hui. C'est le modèle du Big Bang, conçu par Georges Lemaître prêtre catholique belge, qui est un ingrédient essentiel de l'actuel modèle standard de la cosmologie et possède aujourd'hui un grand nombre de confirmations expérimentales. La description du début de l'histoire de l'Univers par ce modèle ne commence cependant qu'après qu'il fut sorti d'une période appelée ère de Planck durant laquelle l'échelle d'énergie de l'Univers était si grande que le modèle standard n'est pas en mesure de décrire les phénomènes quantiques qui s'y sont déroulés. Durant cette époque, seule une théorie de la gravitation quantique pourrait expliquer le comportement microscopique de la matière sous l'influence importante de la gravité. Mais les physiciens ne disposent pas encore (en 2015) d'une telle théorie. Pour des raisons de cohérence avec les observations, après l'ère de Planck le modèle du Big Bang privilégie aujourd'hui l'existence d'une phase d'inflation cosmique très brève mais durant laquelle l'Univers aurait grandi de façon extrêmement rapide. C'est à la suite de cette phase que l'essentiel des particules de l'Univers aurait été créé avec une haute température, enclenchant un grand nombre de processus importants qui ont finalement abouti à l'émission d'une grande quantité de lumière, appelé fond diffus cosmologique, qui peut être aujourd'hui observé avec une grande précision par toute une série d'instruments (ballons-sondes, sondes spatiales, radiotélescopes).

C'est l'observation de ce rayonnement fossile micro-onde, remarquablement uniforme dans toutes les directions, qui constitue aujourd'hui l'élément capital qui assoit le modèle du Big Bang comme description correcte de l'Univers dans son passé lointain. De nombreux éléments du modèle restent encore à déterminer (par exemple le modèle décrivant la phase d'inflation), mais il y a aujourd'hui consensus de la communauté scientifique autour du modèle du Big Bang.

Dans le cadre du modèle ΛCDM, les contraintes issues des observations de la sonde WMAP sur les paramètres cosmologiques indiquent une valeur la plus probable pour l'âge de l'Univers à environ 13,82 milliards d'années avec une incertitude de 0,02 milliard d'années, ce qui est en accord avec les données indépendantes issues de l'observation des amas globulaires ainsi que celle des naines blanches. Cet âge a été confirmé en 2013 par les observations du satellite Planck.

Taille et Univers observable

À ce jour, aucune donnée scientifique ne permet de dire si l'Univers est fini ou infini. Certains théoriciens penchent pour un Univers infini, d'autres pour un Univers fini mais non borné. Un exemple d'Univers fini et non borné serait l'espace se refermant sur lui-même. Si on partait tout droit dans cet Univers, après un trajet, très long certes, il serait possible de repasser à proximité de son point de départ.

Les articles populaires et professionnels de recherche en cosmologie emploient souvent le terme « Univers » dans le sens d'« Univers observable ». L'être humain vit au centre de l'Univers observable, ce qui est en contradiction apparente avec le principe de Copernic qui dit que l'Univers est plus ou moins uniforme et ne possède aucun centre en particulier. Le paradoxe se résout simplement en tenant compte du fait que la lumière se déplace à la même vitesse dans toutes les directions et que sa vitesse n'est pas infinie : regarder au loin revient à regarder un événement décalé dans le passé du temps qu'il a fallu à la lumière pour parcourir la distance séparant l'observateur du phénomène observé. Or il ne nous est pas possible de voir de phénomène issu d'avant le Big Bang. Ainsi, les limites de l'Univers observable correspondent au lieu le plus lointain de l'Univers pour lesquelles la lumière a mis moins de 13,7 milliards d'années à parvenir à l'observateur, ce qui le place immanquablement au centre de son Univers observable. On appelle « horizon cosmologique » la première lumière émise par le Big Bang il y a 13,7 milliards d'années.

On estime que le diamètre de cet Univers observable est de 100 milliards d'années lumière. Celui-ci contient environ 7×10 étoiles, répandues dans environ 100 milliards de galaxies, elles-mêmes organisées en amas et superamas de galaxies. Mais le nombre de galaxies pourrait être encore plus grand, selon le champ profond observé avec le télescope spatial Hubble.

Il est cependant possible que l’Univers observable ne soit qu'une infime partie d’un Univers réel beaucoup plus grand.

La définition de l'Univers choisie par cet article (« ensemble de tout ce qui existe ») soulève par ailleurs différents problèmes. Tout d'abord, il ne peut pas posséder de « bord » au sens intuitif du terme. En effet, l'existence de bord impliquerait l'existence d'un extérieur à l'Univers. Or par définition l'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe, il ne peut donc rien exister à l'extérieur. Toutefois cela ne signifie pas que l'Univers est infini, il peut être fini sans avoir de « bord », sans avoir en fait d'extérieur. Cela soulève une autre interrogation : que signifie pour l'Univers d'être en expansion s'il n'a ni bord ni extérieur ?

Forme

Une importante question de cosmologie est de connaître la forme de l'Univers.

Est-ce que l'Univers est « plat » ? C'est-à-dire : est-ce que le théorème de Pythagore pour les triangles droits est valide à de plus grandes échelles ? Actuellement, la plupart des cosmologues pensent que l'Univers observable est (presque) plat, juste comme la Terre est (presque) plate.

Est-ce que l'Univers est simplement connexe ? Selon le modèle standard du Big Bang, l'Univers n'a aucune frontière spatiale, mais peut néanmoins être de taille finie.

Ceci peut être compris par une analogie bidimensionnelle : la surface de la Terre n'a aucun bord, mais possède une aire bien déterminée. Vous pouvez également penser à un cylindre et imaginer de coller les deux extrémités du cylindre ensemble, mais sans plier le cylindre. C'est aussi un espace bidimensionnel avec une surface finie, mais au contraire de la surface de la Terre, il est plat, et peut ainsi servir de meilleur modèle.

Par conséquent, à proprement parler, nous devrions appeler les étoiles et les galaxies mentionnées ci-dessus « images » d'étoiles et de galaxies, puisqu'il est possible que l'Univers soit fini et si petit que nous pouvons voir une ou plusieurs fois autour de lui, et le vrai nombre d'étoiles et de galaxies physiquement distinctes pourrait être plus petit. Des hypothèses d'Univers multiconnexe ont été proposées et sont en cours d'étude.

Modèle dimensionnel

L'Univers a-t-il trois, six, dix dimensions ou plus ?

La théorie des cordes prédit qu'espace et matière sont consubstantiels. Il n'y a pas de « contenant » (l'espace) mais un fond d'espace-temps qui interagit avec la matière. Dans certains cas particuliers, la notion de « nombre de dimensions de l'espace » dépend de l'intensité avec laquelle les cordes réagissent entre elles. Si cette interaction est faible, elles semblent se propager dans un espace à neuf dimensions - auxquelles il faut rajouter celle du temps. Si cette interaction croît, cela développe une dimension de plus (ou plus en fonction de l'intensité de l'interaction) à laquelle il faut toujours rajouter celle du temps. Supposons maintenant qu'on enferme l'Univers dans un espace « fini » (une boîte pour être concret) et que cet espace rapetisse jusqu'à 10 centimètre de côté, la théorie des cordes le prédit équivalent à un Univers très grand. La conception d'espace est fondamentalement bouleversée. La mise en route du grand collisionneur de hadrons de Genève, Large Hadron Collider (plus communément appelé LHC), viendra peut-être confirmer cette théorie. Elle ne pourra en revanche pas l'infirmer, car aucun ordre de grandeur n'a été prédit par la théorie des cordes. Ainsi, si le phénomène n'est pas détecté, cela pourrait signifier que trop peu d'énergie a été générée pour rendre le phénomène observable, sans impliquer pour autant que la théorie soit nécessairement erronée.

Avenir

Selon les prédictions du modèle cosmologique le plus couramment admis de nos jours, les « objets galactiques » auront une fin : c'est la mort thermique de l'Univers. Le Soleil, par exemple, s'éteindra dans 5 (à 7) milliards d'années, lorsqu'il aura consumé tout son combustible. À terme, les autres étoiles évolueront elles aussi dans des cataclysmes cosmologiques (explosions, effondrements). Déjà les naissances d'étoiles ralentissent faute de matière, qui se raréfie au fil du temps. Dans 20 milliards d'années environ, aucun astre ne s'allumera plus. L'Univers sera peuplé d'étoiles éteintes (étoiles à neutrons, naines blanches, trous noirs) et des naines rouges résiduelles. À bien plus longues échéances, les galaxies se désagrègeront dans des collisions géantes par leurs interactions gravitationnelles internes et externes.

En ce qui concerne le contenant (« l'espace »), certains physiciens pensent que le processus d'expansion sera gravitationnellement ralenti et s'inversera selon le scénario du Big Crunch. Pour d'autres, l'expansion, qui semble à présent accélérée par la présence d'une énergie répulsive de nature inconnue (l'énergie sombre), continuera à jamais. Peu à peu, les astres éteints s'agglutineront en trous noirs. L'Univers, sans aucune structure, ne sera plus qu'un bain de photons de plus en plus froids. Toute activité dans l'Univers s'éteindra ainsi à jamais : c'est le Big Chill. Si au contraire la quantité d'énergie sombre croît, l'Univers continuera son expansion à une vitesse toujours plus grande pour exploser à toutes les échelles : toute la matière qui le compose (y compris les atomes) se déchirera par dilatation de l'espace. C'est le Big Rip (littéralement : « grand déchirement »). Certains modèles prévoient une telle fin dans 22 milliards d'années.

Chacun de ces scénarios dépend donc de la quantité d'énergie sombre que contiendra l'Univers à un moment donné. Actuellement, l'état des connaissances suggère non seulement qu'il y a insuffisamment de masse et d'énergie pour provoquer ce Big Rip, mais que l'expansion de l'Univers semble s'accélérer et continuera donc pour toujours.

宇宙中每一圆盘都是一个又一个的“星系”

19世纪法国科普作家C.Flammarion书中的木刻插图：旅行家以天球中探出头来，探索宇宙运行的机制。

宇宙（英语：Universe）是所有时间、空间与其包含的内容物所构成的统一体；它包含了行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子与所有的物质与能量。目前人类可观测到的宇宙，其距离大约为28 × 10秒差距（91 × 10光年）；而整个宇宙的大小可能为无限大，但尚不明朗。物理理论的发展与对宇宙的观察，引领着人类进行宇宙构成与演化的推论。

根据历史记载，人类曾经提出宇宙学、**演化学与科学模型，解释人们对于宇宙的观察。最早的理论为地心说，由古希腊哲学家与印度哲学家所提出。数世纪以来，逐渐精确的天文观察，引领尼古拉斯·哥白尼提出以太阳系为主的日心说，以及经约翰内斯·克卜勒改良的椭圆轨道模型；最终艾萨克·牛顿的重力定律解释了前述的理论。后来观察方法逐渐改良，引领人类意识到太阳系位于数十亿恒星所形成的星系，称为银河系；随后更发现，银河系只是众多星系之一。在最大尺度范围上，人们假定星系的分布平均，且各星系在各个方向之间的距离皆相同，这代表着宇宙既没有边缘，也没有所谓的中心。透过星系分布与谱线的观察，产生了许多现代物理宇宙学的理论。20世纪前期，人们发现到星系具有系统性的红移现象，表明宇宙正在膨胀；借由宇宙微波背景辐射的观察，表明宇宙具有起源。最后，1990年代后期的观察，发现宇宙的膨胀速率正在加快，显示有可能存在一股未知的巨大能量促使宇宙加速膨胀，称做暗能量。而宇宙的大多数质量则以一种未知的形式存在着，称做暗物质。

大爆炸理论是当前描述宇宙发展的宇宙学模型。大爆炸产生了空间与时间，充满了定量的物质与能量；当宇宙开始膨胀时，物质与能量的密度也开始降低。在初期膨胀过后，宇宙开始大幅冷却，引发第一波次原子粒子的组成，稍后则合成为简单的原子。这些原始元素所组成的巨大星云，借由重力结合起来形成恒星。假设目前推测的模型正确，宇宙的年龄将会是137.98±0.37 亿年。

目前有各种假说正竞相描述着宇宙的终极命运。物理学家与哲学家仍不确定在大爆炸前是否存在任何事物；许多人拒绝推测与怀疑大爆炸之前的状态具有可侦测性。目前也存在各种多重宇宙的假说，其中部分科学家认为可能存在着与现今宇宙相似的众多宇宙，而现今的宇宙只是其中之一。

定义

宇宙

大爆炸

宇宙年龄

宇宙年表

暴胀

太初核合成

引力波背景 (GWB)

宇宙微中子背景辐射

宇宙微波背景辐射

红移

哈柏定律

空间的度规膨胀

弗里德曼方程

FLRW度规

宇宙的形状

结构形成

再电离

星系的形成和演化

大尺度结构

大尺度纤维状结构

宇宙的终极命运

膨胀宇宙的远景

ΛCDM模型

暗能量

暗物质

暗流体

暗流

宇宙学年表

大爆炸年表

宇宙微波背景辐射的发现

观测宇宙学

2度视场星系红移巡天

SDSS

COBE

BOOMERanG

WMAP

普朗克卫星

伽利略

哥白尼

牛顿

爱因斯坦

霍金

弗里德曼

勒梅特

哈柏

彭齐亚斯

巴德瓦杰

托尔曼

威尔逊

伽莫夫

狄基

**

阿伦森

马瑟

鲁宾

彭罗斯

阿尔文

斯穆特

苏尼亚耶夫

Ehlers

艾尔斯

苏尼亚耶夫

施密特

桑泽夫

德西特

古斯

其他

迷信诠释

天文学

分类：宇宙学

词源

宇宙的英语「universe」起源于古法语的「univers」，而该词又源自于拉丁语的「universum」。西塞罗与后来的拉丁语作者曾使用过「universum」这个词汇，与现代英语所使用的「universe」意义相同。 至于中文「宇宙」的来源，可追溯自战国时期尸佼的著作《尸子》〈卷下〉篇：「上下四方曰宇，往古来今曰宙。」首次将宇宙两字合为一体则是出现于《庄子》的〈齐物论〉：“旁日月，挟宇宙。” 同义词 毕达哥拉斯以降的古希腊哲学家，将宇宙称做「τὸ πᾶν」（「一切」），定义为一切的物质与空间，而「τὸ ὅλον」（「一切事物」）则不包含空无状态。另外一个同义词则是「ὁ κόσμος」（意义为「世界」、「宇宙」）。拉丁语学者也常使用「totum」、「mundus」、「natura」等词称呼宇宙，且影响现今的语言，如德国以「Das All」、「Weltall」与「Natur」称呼宇宙。英语中也能找到宇宙的同义词，如「everything」（如万有理论）、「cosmos」（如宇宙学）、「world」（如多世界诠释）与「nature」（如自然法或自然哲学）。

大爆炸与年表

当前能解释宇宙发展的模型为大爆炸理论。大爆炸模型指出，宇宙最早处于温度与密度极高的状态中，接着开始膨胀。该模型基于广义相对论与空间同质性、各向同性等简单推论而来。为了针对宇宙的各种观察进行说明，科学家使用了包含宇宙学常数与冷暗物质在内的简单模型，称做ΛCDM模型。大爆炸模型针对星系间的距离关联性与红移现象、氢与氧原子的数目比例、以及微波辐射背景等观察做出说明。 宇宙的时间表 在本图中，时间轴方向为从左至右，宇宙的其中一个维度则予以隐藏，因此在图中的任何给定时间，宇宙会以碟状「切片」的型态显示。 宇宙初始时的高热、高密度状态，称为普朗克时期；此时期从时间零点到1个普朗克时间单位，需时约10秒，非常短暂。普朗克时期期间，所有型态的物质与能量都会集中，达到紧致的状态；此时科学家相信重力与其他的基本力一样强大且达成统一的状态。普朗克时期过后，宇宙开始膨胀成现在的型态；也许宇宙在如此短的时间发生暴胀，导致其体积能够在10秒内达到非常大的规模。 在普朗克时期与暴胀时期之后，宇宙开始经历夸克、强子与轻子时期。从大爆炸之后起算，前面所述的这些时期所经历的时间，总共不超过10秒。

性质

宇宙的时空通常以欧几里得的观点解析，也就是三维空间加上时间维度的「四维空间」。时间与空间可结合成一个流形，称作闵考斯基时空；物理学家以此简化了大量的物理理论，并使用更统一的方式，描述包含超星系与次原子层次的宇宙运作机制。 时空的事件并非绝对限定于空间与时间上，而是观测者的已知相对运动。闵考斯基空间非常接近宇宙的无重力状态；广义相对论的伪黎曼流形描述了物质与重力在内的时空。弦理论则假设宇宙存有额外的维度。 在4种基本相互作用中，重力于宇宙中星系与大尺度结构等大规模范围中，具有主导地位。重力的影响可以累积；相对地，正电荷与负电荷的影响则会相互抵消，使得电磁作用于宇宙大尺度结构中的影响力变低。至于弱相互作用与强交互作用的影响力，则会随着距离增加而大幅下降，因此它们主要作用于次原子尺度。 宇宙中有着物质比反物质多的现象，这种不对称可以从CP破坏的观察中得到。宇宙既没有动量，也没有角动量；假设宇宙有限，就会遵循公认的物理定律（分别是高斯定律与应力-能量-动量赝张量的非散发型态）。 可观测宇宙的空间尺度 大小与区域 宇宙的大小目前仍难以界定。根据一种较为严谨的定义，宇宙为与自身所系时空的任何一切，且人们与时空可以相互交互。根据广义相对论，宇宙空间中的部分区域可能会因为有限光速与持续的空间扩展，导致在宇宙存在的时间中，永远无法与人们产生交互。举例，从地球发出的广播消息，即使宇宙永远存在，可能永远无法抵达宇宙空间中的部分区域：空间扩展所花费的时间，会比光抵达该区域的时间还快。 宇宙空间中较远的区域，即使人们无法和这些区域交互，但仍会假定这些区域存在，并且是现实的一部份。人们可影响与受影响的空间区域，称为可观测宇宙。可观测宇宙的大小，取决于观察者的位置。借由旅行，观察者可以观测到更广大的区域，比起站在定点所观察到的区域还大。然而，即使是最快的旅行者，仍将无法与所有的宇宙空间交互。一般来说，可观测宇宙指的是观察者从银河系中的有利位置所观察到的一部份宇宙。 公元100年左右的东汉时代，当时科学家张衡最早提出“过此而往者，未知或知也。未知或知者，宇宙之谓也”和“宇之表无极，宙之端无穷”的观点。明确提出由空间和时间构成的宇宙大小是无限的观念。目前关于宇宙是否无限的问题还有争议。如果整个宇宙的空间部分是有限的，那幺可以用一个距离来表示。对于均匀各向同性的宇宙来说，这就是三维空间的曲率半径。但是，即使宇宙整体是无限的，宇宙的可观测部分仍是有限的：由于相对论限定光速为宇宙中信息传播的最高速度，如果一个光子从大爆炸开始传播，到今天传播的固有距离为930亿光年，由于宇宙在膨胀，相应的共动距离约为其3倍，具体数值与宇宙学参数有关，这一距离称为今天宇宙的粒子视界。 另一个在物理学数量级估计中常用来表示宇宙大小的距离称为哈勃距离，是哈勃常数的倒数乘以光速，其数值约为1.29×10公尺，也约为138亿光年。科普和科技书籍中所指宇宙的大小常指这个数值。哈勃距离可理解为四维时空的曲率半径。 形状 宇宙形状的三种可能选项。 广义相对论描述了时空如何经由物质与能量产生扭曲与弯折。宇宙的拓朴学与几何学包含了可观测宇宙内的局部几何与全域几何。宇宙学家通常会将时空给予一个类空间隔的切片，称之为同移座标。在时空中可以观察到的部分是过去的光锥，划定了宇宙学视界。宇宙学视界（也称作粒子视界或光视界）的最大距离，为粒子在宇宙年龄范围中，旅行至观察者的距离。而视界则代表宇宙中可观察到无法观察区间的界限。宇宙学视界的存在、性质与显著性是随特定的宇宙学视界而定。 决定宇宙未来发展的一个重要参数为密度参数（Ω），定义为宇宙的实际（或观测）密度与弗里德曼宇宙临界密度之比值。宇宙的形状有3种可能的几何型态，取决于Ω是否等于、小于或大于1。这将会分别决定宇宙的形状为扁平态、开放态或封闭态。 根据宇宙背景探测者、威尔金森微波各向异性探测器与普朗克卫星对于宇宙微波背景辐射的观察，认为宇宙是具有有限年龄的无限空间，为弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规所描述的内容之一。该模型支持暴胀理论与标准宇宙学模型，描述宇宙为具有同质性的扁平状空间，而暗物质与暗能量占有主导地位。

成分

冷暗物质模式下星系团、大尺度纤维状结构与暗能量的构成图。本图显示了4,300万秒差距（1.4亿光年）范围内，红移值从30至现今的结构演化（左上z=30至右下z=0）。 宇宙几乎是由暗能量、暗物质与原有物质组成。其他的成分为电磁波（约占0.005-0.01%）与反物质。宇宙中所产生的电磁波总量，在过去20亿年中减少了一半。 原有物质包含了原子、恒星、星系与生命，在宇宙中只占有全部成分的4.9%。现存的原有物质总密度非常低，约为每立方公分4.5 × 10公克，相当于每4立方公尺只有1个质子。暗物质与暗能量的本质目前尚未知晓。暗物质是一种目前尚未被侦测的神秘物质型态，占宇宙全部成分的26.8%。暗能量是真空中的能量，也是导致宇宙加速膨胀的原因，在全部宇宙成分中占68.3%。 一幅地球附近的超星系团与空洞地图。 物质、暗物质与暗能量均匀分布于宇宙3亿光年的大尺度范围中。然而，在小尺度范围中，物质会趋向集结为块状层次；大多数原子会聚集成恒星，大多数恒星会聚集成星系，而大多数星系会聚集成星系团与超星系团，最后则聚集成大尺度纤维状结构。可观测宇宙包含了大约300涧（3×10）个恒星与超过1,000亿（10）个星系。通常星系的规模可以小到只有1,000万（10）个恒星（矮星系），也可以大到拥有1兆（10）个恒星，形成巨大的星系。各结构之间存有空洞，直径通常为1,000万－1.5亿秒差距（3,300万－4.9亿光年）之间。银河系是本星系群的其中一个星系，其所属的超星系团为拉尼亚凯亚超星系团。此超星系团范围广达5亿光年，而本星系群范围则超过1,000万光年。相对地，宇宙也有广大的空无区域；已知最大的空洞范围广达180亿光年（5.5亿秒差距）。 在规模比超星系团大的可观测宇宙，具有各向同性，也就是从地球上观察宇宙的任一方向，其统计学上的性质皆相同。宇宙中充满了强烈且各向同性的微波辐射，对应于热平衡黑体波谱，大约为2.72548克耳文。「大尺度宇宙为各向同性」的假说，成为目前为人所知的宇宙学原理。无论在任何一个瞭望点观察宇宙，皆具有均匀性与各向同性，且宇宙没有所谓的中心。 暗能量 宇宙为何正在膨胀，长期以来都找不到比较好的解释。目前假设可能是由于一股未知的能量充斥在宇宙空间中，称之为「暗能量」。在质能等价的基础上，暗能量的密度（6.91 × 10 kg/m）比星系中原有物质或暗物质来得小。然而，在现今的暗能量时代，由于暗能量均匀分布于宇宙中，因此它支配着宇宙的质能。 目前科学家所提出暗能量的两个型态，皆为宇宙学常数；其一是「静态」的能量密度，它能均匀分布在空间中，以及如第五元素或模数等纯量场中；其二是「动态」的能量密度量数，会随者空间与时间而有所变化。宇宙学常数通常也包含了恒定空间中纯量场的贡献。宇宙学常数可被定义为等同真空能量。如果纯量场之间仅有非常微小的空间不均匀差异，那光从宇宙学常数是无法分辨出这些纯量场。

宇宙的命运

根据天文观测和宇宙学理论，可以对可观测宇宙未来的演化作出预言。均匀各向同性的宇宙的膨胀满足弗里德曼方程。 多年来，人们认为，根据这一方程，物质的引力会导致宇宙的膨胀减速。宇宙的最终命运决定于物质的多少：如果物质密度超过临界密度，宇宙的膨胀最后会停止，并逆转为收缩，最终形成与“大爆炸”相对的一场“大坍缩”（big crunch）；如果物质密度等于或低于临界密度，则宇宙会一直膨胀下去。另外，宇宙的几何形状也与密度有关：如果密度大于临界密度，宇宙的几何应该是封闭的；如果密度等于临界密度，宇宙的几何是平直的；如果宇宙的密度小于临界密度，宇宙的几何是开放的。并且，宇宙的膨胀总是减速的。 然而，根据近年来对超新星和宇宙微波背景辐射等天文观测所知，虽然物质的密度小于临界密度，宇宙的几何却是平直的，也即宇宙总密度应该等于临界密度。并且，膨胀正在加速。这些现象说明宇宙中存在着暗能量。不同于普通所说的“物质”，暗能量产生的重力不是引力而是斥力。在存在暗能量的情况下，宇宙的最终命运取决于暗能量的密度和性质，较不可能是“大挤压”，可能是渐缓膨胀趋于稳定，更可能是继续无限膨胀或不断加速膨胀至连原子也被摧毁的“大撕裂”（big rip）。目前，由于对暗能量的性质缺乏了解，还难以对宇宙的命运作出肯定的预言。

多重宇宙

宇宙成分的推估中，有证据显示一种暗物质占极大部分，但是至今依然是理论和谜团。 对于多重宇宙有不同的理解。一种理解是，位于可观测宇宙之外的时空，构成其它的宇宙。例如，在宇宙暴胀中形成的其它大量时空，或者我们宇宙中黑洞奇点内我们所无法理解的时空。这些不同的时空部分总体构成了多重宇宙。另一种理解则强调这些不同的宇宙不仅仅是时空区的独立，而且其中的表现的物理规律也可能有所不同，例如其中的粒子也许具有不同的电荷或质量，其物理常数也各不相同。 有时人们也把平行宇宙与多重宇宙当作同义词。不过，平行宇宙还有一种理解，即量子力学中的多世界解释。这种解释认为，在量子力学中，存在多个平行的世界，在每个世界中，每次量子力学测量的结果各自不同，因此不同的历史发生在不同的平行世界中。

神话和宗教的宇宙观

起初古人没有普遍意识到有其他世界的可能性，甚至认为「山后面没有人」，更不用说到宇宙了。但在地球上探险和征服的活动频繁下，又见到新奇的世界甚至星座的变化，从而想像宇宙整体，虽然这些宇宙观主要是纯思辨的产物，但客观上对于后来探险和观测活动是起了指导的作用。 佛教宇宙观 佛教中的世界一词，相当于英语，既可指世界也可以指宇宙，但都是一种有限和被分割的观念，而且大小是任意的，即可以从个人可以到达或看见和想像的层次区分成。而其虽然包括了星空和天象，但常被说成是有边界的苍穹而不是无边的虚无的宇宙。 “世”为时间（注：三十年为一世）意，“界”为空间意，涵盖了时间空间不可分隔的道理，这也正符合了爱因斯坦的相对论。中国古代形容大千世界多用“天下”一词，而并无“世界”。盖因世界乃佛教名词，如今被广为用之，但应当了解这个名词的来源。据楞严经卷四载：世，即迁流之义；界，指方位。即于时间上有过去、现在、未来三世之迁流，空间上有东南西北、上下十方等定位场所之意。 上下四方谓之宇，古往今来谓之宙，结合上一段，可以理解宇宙观、世界观即为“时空观” 佛经中，大的空间叫佛刹、虚空，小的叫微尘，统称为“三千大千世界”。“佛教宇宙观”主张宇宙系有无数个世界。集一千个小世界称为“小千世界”，集一千个小千世界称为“中千世界”，集一千个中千世界称为“大千世界”；合小千、中千、大千总称为三千大千世界。《华严经》称：“知一世界即是无量无边世界，知无量无边世界即是一世界，知无量无边世界入一世界，知一世界入无量无边世界。” 色界诸天分为四禅，即初禅、二禅、三禅、四禅,总计十八天。初禅天三天,有梵众天、梵辅天、大梵天；第二禅天三天,有少光天、无量光天、极光净天；第三禅天三天,有少净天、无量净天、遍净天；第四禅天为九天,有无云天、福生天、广果天、无想天﹑无烦天、无热天、善现天、善见天、色究竟天。在无色界,还有空无边处天、识无边处天、无所有处天、非想非非想处天等四无色天。 中国人关于宇宙的上古神话 《艺文类聚》记载“天地浑沌如鸡子，盘古生其中。万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地”。 这是盘古开天地的神话，也是关于宇宙起源的最初描述：宇宙最初是混沌的，外形像鸡蛋，盘古生于其中。据某个国外研究小组的计算机模拟实验结果显示，宇宙大爆炸之初就是“椭圆形”的。而“盘古”可以理解为一种能量，像某些地区的古人会把火山爆发看作是某个神一样。很多很多年后（“万八千岁”，有时被生硬理解为18000年，但中国文化的“万千”多指“非常大、非常长、非常多”，无法计算），盘古开天辟地，阳清为天，阴浊为地。“阴浊”可以理解为形成星球的物质，“阳清”则是那些游离于星球之外的物质。按照贴近大爆炸理论理解中华古代宇宙开创理论：不知道原因，盘古（即奇点产生的爆炸能量）诞生，盘古撑开了宇宙，开天辟地，阳清为天（宇宙空间、真空、暗物质等），阴浊为地（星体等）。盘古化为日月山川河流，即大爆炸由纯能量，部分转化为质量。 《郭店楚简》记载：“大一生水。水反辅大一，是以成天。天反辅大一，是以成地。天地[复相辅]也，是以成神明。神明复[相]辅也，是以成阴阳。阴阳复相辅也，是以成四时。” 到战国后中国出现了论天三说即：盖天说和宣夜说与浑天说。 其他神话 印度神话描述宇宙之始，有一梵卵化为一人，即普鲁沙，普鲁沙有着数千个头、眼睛和脚，后来普鲁沙一分为三，就是三大神，大梵天（Brahma)，大自在天（Shiva)，以及妙毗天（Vishnu)。其中大梵天为宇宙之主，妙毗天是宇宙与生命的守护者。 古埃及神话中认为初始宇宙是来自阿多姆神（Atum），阿多姆一分为二，变成风神休（Shu）和雨神泰芙努特（Tefnut），接着Shu和Tefnut又生一女一子，也就是天空女神努特（Nut）和大地之神盖布（Geb）。