Το σύμπαν, στις μεγάλες διαστάσεις του, είναι αντικείμενο μελέτης της επιστήμης τηςαστροφυσικής. Στις πολύ μικρές διαστάσεις το σύμπαν το εξερευνά ηκβαντική μηχανική. Ενδιάμεσα προσπαθούν να κατανοήσουν τη λειτουργία του και την υπόστασή του όλες οι επιστήμες.
Οι γνωστές μορφές της ενέργειας, όπως τοφως, ηθερμότητα κτλ. συνδέονται με την ύλη μέσα από σχέσεις ανταλλαγής. Σύμφωνα με τη σύγχρονηΦυσική, υπάρχει ισοδυναμία μεταξύ ύλης και ενέργειας, οπότε και οι δύο συνολικά απαρτίζουν το σύμπαν. Μέσα στο σύμπαν ενδεχομένως περιλαμβάνεται και ησκοτεινή ύλη, όχι όμως απαραίτητα και ησκοτεινή ενέργεια.
Το σύμπαν αφορά την τωρινή κατάσταση της ύλης και της ενέργειάς του. Η εικόνα της παρατήρησης αστέρων, γαλαξιών κλπ είναι ψευδής σε ότι αφορά το παρόν και δεν αποτελεί κατ' ανάγκη τη μορφή που έχει το σύμπαν σήμερα, καθώς έναςαστέρας π.χ. μπορεί να έχει πάψει να υπάρχει και να μην το γνωρίζουμε ακόμα γιατί δεν έχει ταξιδέψει ως εμάς η πληροφορία αυτή μέσω του φωτός. Υποθέτοντας πως στο σύμπαν δεν εισρέει ύλη ή ενέργεια, και ούτε χάνονται από αυτό, η εικόνα του παρελθόντος, με βάση την ισοδυναμία ύλης και ενέργειας, μας βοηθάει να εκτιμήσουμε ποσοτικά το σύνολό τους.
Θεωρίες όπως αυτή τηςμεγάλης έκρηξης εκτιμούν ότι το σχήμα του Σύμπαντος είναι, το πιθανότερο,υπερσφαιρικό.[εκκρεμείπαραπομπή]Μια υπερσφαίρα (η οποία ορίζεται σε 4 διαστάσεις) μπορεί να νοηθεί αφαιρετικά ως μιασφαίρα τριών διαστάσεων της οποίας ηακτίνα συνεχώς μεταβάλλεται, μοιάζοντας με μπαλόνι που διαστέλλεται. Αυτή η διαστολή φαίνεται να συνεχίζεται από τη δημιουργία του μέχρι σήμερα, σύμφωνα με το μοντέλο της μεγάλης έκρηξης.
Σύμφωνα με μια νέα θεωρία, το Σύμπαν είναι μια δομή δύο διαστάσεων και αυτό που βιώνουμε εμείς είναι ένα τρισδιάστατο ολόγραμμα.[3]
Επειδή οι αποστάσεις μεταξύ των μελών του Σύμπαντος, τωνουρανίων σωμάτων, είναι πάρα πολύ μεγάλες κατέστη αναγκαίο στην Αστρονομία να γίνει χρήση μιας μεγάλης μονάδας μήκους, που ονομάζεταιέτος φωτός (ε.φ.) / light year (l.y.) και που δεν είναι τίποτα άλλο από την απόσταση που διανύει το φως (στο κενό), με τη γνωστή ταχύτητά του, των σχεδόν 300.000 km/s (για την ακρίβεια 299.792,458 km/s) σε χρονική διάρκεια ενός έτους. Το έτος φωτός ισούται με 9,465×1012 χιλιόμετρα.
Παρά τη μεγάλη ισχύ των σημερινώντηλεσκοπίων, το πέρας του Σύμπαντος δεν είναι καν αντιληπτό.
Από τοΑστεροσκοπείο του Πάλομαρ, όπου βρίσκεται ένα από τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου, διακρίνονταιουράνια σώματα και πέραν της απόστασης των 2 δισεκατομμυρίων ε.φ. Επίσης, από τα μεγάλαραδιοτηλεσκόπια είναι δυνατόν οι αστρονόμοι να διεισδύσουν στον χώρο του Σύμπαντος μέχρι των έξι δισεκατομμυρίων ε.φ. Και όμως το Σύμπαν τελικά είναι τόσο μεγάλο, που θα χρειασθεί να κατασκευασθούν πολύ ισχυρότερα τηλεσκόπια για να κατορθωθεί να γίνει αντιληπτή η έκτασή του στο σύνολό της.
Η έκταση του ορατού Σύμπαντος είναι άμεσα συνδεδεμένη με την ηλικία του, της οποίας η πιο ακριβής εκτίμηση αυτή τη στιγμή είναι 13,73 ± 0,12 δισεκατομμύρια έτη. Τούτο συνεπάγεται ότι, με βάση τηνειδική σχετικότητα, η ακτίνα του εκτιμάται στα 13,7 δισεκατομμύρια ε.φ., δηλαδή η απόσταση που μπορεί να έχει διανύσει το φως στο προηγούμενο χρονικό διάστημα από την εποχή της Μεγάλης έκρηξης. Όμως με βάση τηγενική σχετικότητα, λόγω της διαστολής του χώρου, η ακτίνα του ορατού Σύμπαντος εκτιμάται στα 46 δισεκατομμύρια ε.φ. (1 ). Πολλές παρατηρήσεις επαληθεύουν την υπόθεση διαστολής, όπως για παράδειγμα η παρατηρούμενημετάθεση προς το ερυθρό της ακτινοβολίας από πολύ μακρινούς γαλαξίες. Υποθέτοντας ότι το Σύμπαν είναι σχεδόν επίπεδο ως προς την καμπυλότητά του, ο όγκος του υπολογίζεται σε 3×1080 m³.
Η διάμετρος ενός μεσαίου μεγέθους γαλαξία είναι της τάξης των 40 ± 10 χιλιάδων ε.φ. και η μέση απόσταση μεταξύ δύο μεγάλων γαλαξιών είναι της τάξης των 1-3 εκατομμύρια ε.φ. Ο δικός μαςΓαλαξίας έχει διάμετρο περίπου 100 χιλιάδες ε.φ. και η απόσταση του από τον γειτονικόγαλαξία της Ανδρομέδας είναι περίπου 2,54 ± 0,06 εκατομμύρια ε.φ.
Το ορατό Σύμπαν περιέχει περίπου 3 ως 7×1022 άστρα, τα οποία είναι οργανωμένα σε περίπου 8×1010 γαλαξίες και οι οποίοι με τη σειρά τους συγκροτούνσμήνη και υπερσμήνη. Ο αριθμός των ατόμων στο ορατό Σύμπαν υπολογίζεται σε περίπου 1080.
Η χωρική καμπυλότητα του ορατού Σύμπαντος είναι κοντά στο μηδέν, η οποία σύμφωνα με τα σύγχρονα κοσμολογικά μοντέλα δείχνει ότι η παράμετρη πυκνότητα του Σύμπαντος πρέπει να είναι κοντά σε μία συγκεκριμένη κρίσιμη τιμή. Η τιμή αυτή έχει υπολογισθεί σε 9.9×10−27 kg/m³, ή περίπου 5,9 άτομα υδρογόνου/πρωτονίων ανά κυβικό μέτρο. Σύγχρονες παρατηρήσεις υπολογίζουν την ορατή ύλη στο 4,6% του περιεχομένου του ορατού Σύμπαντος, με το υπόλοιπο 23% να αποτελείται από ψυχρή σκοτεινή ύλη και περίπου 73% από σκοτεινή ενέργεια. Συνεπώς, το ορατό Σύμπαν έχει μία μέση πυκνότητα ορατής ύλης περίπου 0,27 ατόμων υδρογόνου/πρωτονίων ανά κυβικό μέτρο.Κατά συνέπεια η μάζα του ορατού Σύμπαντος χωρίς να υπολογίζουμε τη σκοτεινή ύλη θα είναι της τάξεως 1053 Kgr.
Γενικά, ταουράνια σώματα διακρίνονται σεπλανήτες καιαπλανείς ή αστέρες. Α.Πλανήτες (Planets) είναι τα ουράνια σώματα που κινούνται (πλανώνται) γύρω από τον Ήλιο σεελλειπτικές τροχιές σύμφωνα με τουςΝόμους του Κέπλερ. Χαρακτηριστικά γνωρίσματα των Πλανητών είναι:
Μεταβάλλονται οι γωνιώδεις αποστάσεις μεταξύ τους και σε σχέση με τουςαπλανείς.
Παρατηρούμενοι μετηλεσκόπιο μεγεθύνονται, λόγω της μικρής σχετικά απόστασης.
Ο σημαντικότερος πλανήτης του Ηλιακού συστήματος είναι ηΓη, καθώς είναι ο μοναδικός γνωστός που φιλοξενεί ζωή.
Β.Απλανείς ήΑστέρες χαρακτηρίζονται οι λίαν απομακρυσμένοι ήλιοι, δηλαδή οι αστέρες που μένουν φαινομενικά ακίνητοι στον χώρο (δεν πλανώνται). Χαρακτηριστικά γνωρίσματα των απλανών είναι:
Δεν μεταβάλλονται οι μεταξύ τους γωνιώδεις αποστάσεις.
Είναι σώματα αυτόφωτα.
Παρατηρούμενοι με τηλεσκόπιο δεν μεγεθύνονται, λόγω της πολύ μεγάλης απόστασης.
Το εκπεμπόμενο από αυτούς φως δεν είναι σταθερό, αλλά παρουσιάζειστίλβη.
Landau L, Lifshitz E (1975).The Classical Theory of Fields (Course of Theoretical Physics).2 (revised 4th English έκδοση). New York: Pergamon Press. σελίδες358–397.ISBN978-0-08-018176-9.
.jpg)
