sơ lược vũ trụ

Vũ trụ bao gồm tất cả các vật chất, năng lượng và không gian hiện có, được xem là một khối bao quát. Vũ trụ hiện tại chưa xác định được kích thước chính xác, giả thuyết cho rằng nó đã được mở rộng kể từ khi khởi đầu ở vụ nổ Big Bang khoảng 13,8 tỷ năm trước

Vũ trụ bao gồm các hành tinh, sao, thiên hà, các thành phần của không gian liên sao, những hạt hạ nguyên tử nhỏ nhất, vật chất và năng lượng. Vũ trụ quan sát được có đường kính vào khoảng 28,5 tỷ parsec (93 tỷ năm ánh sáng) trong thời điểm hiện tại và ước tính có khoảng 2 nghìn tỉ thiên hà trong vũ trụ quan sát được.

Các nhà thiên văn chưa biết được kích thước toàn thể của Vũ trụ là bao nhiêu và cũng có thể là gần như vô hạn. Những quan sát và phát triển của vật lý lý thuyết đã giúp suy luận ra thành phần và sự tiến triển của Vũ trụ.Xuyên suốt các thư tịch lịch sử, các giả thuyết vũ trụ học và tinh nguyên học, bao gồm các mô hình khoa học, đã từng được đề xuất để giải thích những hiện tượng quan sát của Vũ trụ. Các thuyết địa tâm định lượng đầu tiên đã được phát triển bởi các nhà triết học Hy Lạp cổ đại và triết học Ấn Độ. Trải qua nhiều thế kỷ, các quan sát thiên văn ngày càng chính xác hơn đã đưa tới thuyết nhật tâm của Nicolaus Copernicus và dựa trên kết quả thu được từ Tycho Brahe, cải tiến cho thuyết đó về quỹ đạo elip của hành tinh bởi Johannes Kepler, mà cuối cùng được Isaac Newton giải thích bằng lý thuyết hấp dẫn của ông. Những cải tiến quan sát được xa hơn trong Vũ trụ dẫn tới con người nhận ra rằng Hệ Mặt Trời nằm trong một thiên hà chứa hàng tỷ ngôi sao, gọi là Ngân Hà.

Sau đó các nhà thiên văn phát hiện ra rằng thiên hà của chúng ta chỉ là một trong số hàng trăm tỷ thiên hà khác. Ở trên những quy mô lớn nhất, sự phân bố các thiên hà được giả định là đồng nhất và như nhau trong mọi hướng, có nghĩa là Vũ trụ không có biên hay một tâm đặc biệt nào đó. Quan sát về sự phân bố và vạch phổ của các thiên hà đưa đến nhiều lý thuyết vật lý vũ trụ học hiện đại. Khám phá trong đầu thế kỷ XX về sự dịch chuyển đỏ trong quang phổ của các thiên hà gợi ý rằng Vũ trụ đang giãn nở, và khám phá ra bức xạ nền vi sóng vũ trụ cho thấy Vũ trụ phải có thời điểm khởi đầu. Gần đây, các quan sát vào cuối thập niên 1990 chỉ ra sự giãn nở của Vũ trụ đang gia tốc cho thấy thành phần năng lượng chủ yếu trong Vũ trụ thuộc về một dạng chưa biết tới gọi là năng lượng tối. Đa phần khối lượng trong Vũ trụ này tồn tại dưới một dạng chưa từng biết đến là vật chất tối. Lý thuyết Vụ Nổ Lớn là mô hình vũ trụ học được chấp thuận rộng rãi, nó miêu tả về sự hình thành và tiến hóa của Vũ trụ. Không gian và thời gian được tạo ra trong Vụ Nổ Lớn, và một lượng cố định năng lượng và vật chất choán đầy trong nó; khi không gian giãn nở, mật độ của vật chất và năng lượng giảm. Sau sự giãn nở ban đầu, nhiệt độ Vũ trụ giảm xuống đủ lạnh cho phép hình thành lên những hạt hạ nguyên tử đầu tiên và tiếp sau là những nguyên tử đơn giản. Các đám mây khổng lồ chứa những nguyên tố nguyên thủy này theo thời gian dưới ảnh hưởng của lực hấp dẫn kết tụ lại thành các ngôi sao. Nếu giả sử mô hình phổ biến hiện nay là đúng, thì tuổi của Vũ trụ có giá trị tính được từ những dữ liệu quan sát là 13,799 ± 0,021 tỷ năm. Có nhiều giả thiết đối nghịch nhau về số phận sau cùng của Vũ trụ. Các nhà vật lý và triết học vẫn không biết chắc về những gì, nếu bất cứ điều gì, có trước Vụ Nổ Lớn. Nhiều người phản bác những ước đoán, nghi ngờ bất kỳ thông tin nào từ trạng thái trước này có thể thu thập được. Có một số giả thuyết về đa vũ trụ, trong đó một vài nhà vũ trụ học đề xuất rằng Vũ trụ có thể là một trong số nhiều vũ trụ cùng tồn tại song song với nhau

Từ "vũ trụ" trong tiếng Việt được vay mượn từ tiếng Hán "宇宙". Vũ "宇" trong vũ trụ "宇宙" có nghĩa là không gian, còn trụ "宙" có nghĩa là thời gian. Vũ trụ nghĩa mặt chữ là không gian và thời gian.

Vũ trụ có thể được định nghĩa là mọi thứ đang tồn tại, mọi thứ đã tồn tại, và mọi thứ sẽ tồn tại. Theo như hiểu biết hiện tại, Vũ trụ chứa các thành phần: không thời gian, các dạng năng lượng (bao gồm bức xạ điện từ và vật chất), và các định luật vật lý liên hệ giữa chúng. Vũ trụ bao hàm mọi dạng sống, mọi lịch sử, và thậm chí một số nhà triết học và khoa học gợi ý rằng nó bao hàm các ý tưởng như toán học và logic

Thời gian biểu của sự hình thành và phát triển của vũ trụ mô tả lịch sử vũ trụ và tương lai của vũ trụ theo thuyết Vụ Nổ Lớn (Big Bang theory). Người ta ước tính quá trình mở rộng metric của không gian đã khơi mào từ 13,8 tỷ năm trước. Thời gian xuất hiện từ thời khắc Big Bang xảy ra được gọi là thời gian vũ trụ.

Tóm tắt những giai đoạn quan trọng trong lịch sử và tương lai của vũ trụ, theo thuyết Vụ Nổ Lớn, gồm: Vũ trụ rất sơ khai, từ thời kỳ Planck đến thời kỳ phình to vũ trụ, tương ứng với những pico giây đầu tiên của thời gian vũ trụ; thời kỳ này được nghiên cứu bởi nhiều lý thuyết vật lý, nhưng các lý thuyết này chưa có được các thí nghiệm của vật lý hạt kiểm chứng. Vũ trụ sơ khai, từ Kỷ nguyên quark đến hết Kỷ nguyên photon, khoảng 377.000 năm đầu của thời gian vũ trụ, khi các lực cơ bản và hạt cơ bản bắt đầu xuất hiện, nhưng vũ trụ vẫn còn đang ở trạng thái plasma. Thời kỳ tối và xuất hiện các cấu trúc cô đặc lớn trong vũ trụ, từ 377.000 năm đến khoảng 150 triệu năm của thời gian vũ trụ, ở cuối giai đoạn này, vũ trụ đã bắt đầu trong suốt nhưng chưa có cấu trúc vật chất cô đặc lớn nào xuất hiện. các cấu trúc vật chất cô đặc lớn bao gồm sự tiến hóa của sao, sự hình thành và tiến hóa của thiên hà sự hình thành các quần tụ thiên hà và siêu đám thiên hà, từ khoảng 150 triệu năm của thời gian vũ trụ đến hiện tại, và còn tiếp tục đến khoảng 100 tỷ năm trong thời gian vũ trụ; Ngân Hà, thiên hà chứa loài người, bắt đầu hình thành vào khoảng 5 tỷ năm trong thời gian vũ trụ. Vũ trụ hiện nay, từ 1 tỷ năm đến 12.8 tỷ năm, vũ trụ giống như nó bây giờ. Nó sẽ tiếp tục nhìn giống như thế này trong vài tỷ năm tới. Hệ Mặt Trời hình thành khoảng 4,6 tỷ năm trước, và sự sống xuất hiện trên Trái Đất khoảng 3,5 tỷ năm trước. Tương lai xa, khi các vì sao ngừng hình thành, có nhiều giả thuyết về số phận sau cùng của vũ trụ.

Thời gian ngắn hơn 10−43 giây (thời gian Planck) Kỷ nguyên Planck là một kỷ nguyên trong vũ trụ học vụ nổ lớn truyền thống (không phình to) mà trong đó nhiệt độ quá lớn nên bốn lực cơ bản—lực điện từ, lực hấp dẫn, tương tác hạt nhân yếu, và tương tác hạt nhân mạnh—là một lực cơ bản. Hiện có ít hiểu biết về vật lý tại nhiệt độ này; các giả thuyết khác nhau đưa ra các viễn cảnh khác nhau. Vũ trụ học vụ nổ lớn truyền thống dự đoán rằng có một điểm kì dị không-thời gian trước thời gian này, nhưng lý thuyết này dựa vào thuyết tương đối rộng, nó được cho là không hiệu quả trong kỷ nguyên này hiệu ứng lượng tử. Trong vũ trụ có phình to, thời gian trước khi dừng phình to (khoảng 10−32 giây trước Vụ Nổ Lớn) không tuân theo dòng thời gian vụ nổ lớn truyền thống. Các mô hình với mục đích trình bày các quá trình của kỷ nguyên Planck là các đề xuất phỏng đoán cho "Vật Lý Mới". Các ví dụ bao gồm trạng thái ban đầu Hartle–Hawking, phong cảnh dây, vũ trụ học khí dây, và vũ trụ ekpyrotic.

Giữa 10−43 giây và 10−36 giây Vụ Nổ Lớn Khi vũ trụ giãn nở và nguội đi, nó trải qua nhiệt độ chuyển đổi, tại đây các lực tách rời khỏi nhau. Điều này có thể được coi là chuyển pha giống như chuyển đổi pha ngưng tụ và đông đặc của các vật chất bình thường. Kỷ nguyên thống nhất lớn bắt đầu khi lực hấp dẫn tách rời khỏi các lực trường chuẩn. Vật lý không hấp dẫn của kỷ nguyên này được miêu tả bởi thuyết thống nhất lớn (GUT, grand unified theory). Kỷ nguyên thống nhất lớn kết thúc khi các lực GUT tách thành các lực điện yếu và mạnh.

Tiến trình của Vũ trụ Dòng thời gian của vũ trụ. Đại diện cho sự tiến hóa của vũ trụ trong 13,77 tỷ năm. Hình bên trái mô tả khoảnh khắc sớm nhất mà chúng ta có thể thăm dò hiện nay, khi một thời kỳ "lạm phát" tạo ra sự bùng nổ tăng trưởng theo cấp số nhân trong vũ trụ. (Kích thước được mô tả bằng phạm vi thẳng đứng của lưới trong hình này.) Trong vài tỷ năm tiếp theo, sự giãn nở của vũ trụ dần dần chậm lại khi vật chất trong vũ trụ tự kéo lên nhờ lực hấp dẫn. Gần đây hơn, sự giãn nở đã bắt đầu tăng tốc trở lại khi các tác động đẩy của năng lượng tối lấn át sự giãn nở của vũ trụ. Ánh sáng rực rỡ mà WMAP nhìn thấy được phát ra khoảng 375.000 năm sau khi lạm phát và đã đi khắp vũ trụ mà không bị cản trở gì kể từ đó. Các điều kiện của thời gian trước đó được in dấu trên ánh sáng này; nó cũng tạo thành đèn nền cho những phát triển sau này của vũ trụ. Trong biểu đồ này, thời gian truyền từ trái sang phải, vì vậy tại bất kỳ thời điểm nào, Vũ trụ được biểu diễn bằng một "lát" hình đĩa của biểu đồ. (Chú thích: Quantum Fluctuations: Dao động lượng tử; Inflation: Lạm pháp; Afterglow Light Pattern 375,000 yrs.: Mẫu ánh sáng rực rỡ 375.000 năm; Dark Ages: Thời kì đen tối; 1st Stars about 400 million yrs.: Ngôi sao đầu tiên khoảng 400 triệu năm; Development of Galaxies, Planets, etc.: Sự phát triển của các Thiên hà, Hành tinh, v.v.; Dark Energy Accelerated Expansion: Năng lượng tối mở rộng được tăng tốc.) (Chú ý: duới hình có một thanh ngang đó là thanh thời gian: Big Bang Expansion 13.77 billion years: Mở rộng Big bang: 13.77 tỉ năm.)