From Wikipedia, the free encyclopedia
સ્થૂળ રીતે જેટલી પણ વસ્તુઓ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જેમ કે સમગ્ર અવકાશ અને સમય, તમામ પ્રકાર અને રૂપનાં દ્રવ્યો, ઊર્જા અને વેગ તથા આ સહુને નિયંત્રિત કરતા ભૌતિક નિયમો અને સ્થિરાંકો, આ સહુને એકત્રિત રીતે બ્રહ્માંડ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. છતાં, બ્રહ્માંડ શબ્દનો ઉપયોગ સહેજ જુદા પ્રકારના સંદર્ભોમાં પણ થાય છે; જેમ કે નિયમ અને વ્યવસ્થાસભર વિશ્વ , દુનિયા અથવા કુદરત જેવી બાબતો સમજાવવા માટે બ્રહ્માંડ શબ્દ વાપરવામાં આવે છે.
 | વિકિપીડિયાના માપદંડ મુજબ આ લેખને ઉચ્ચ કક્ષાનો બનાવવા માટે તેમાં સુધારો કરવાની જરુર છે. તેમાં ફેરફાર કરીને તેને સુધારવામાં અમારી મદદ કરો. ચર્ચા પાના પર કદાચ આ બાબતે વધુ માહિતી મળી શકે છે. |
હાલના ખગોળશાસ્ત્રીય નિરીક્ષણોના અર્થઘટનો દર્શાવે છે કે બ્રહ્માંડની વય ૧૩.૭૩ ( ± ૦.૧૨) અબજ વર્ષ છે,[1] અને અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડનો વ્યાસ ઓછામાં ઓછો ૯૩ અબજ પ્રકાશ વર્ષો અથવા ૮.૮૦ ૧૦-૨૬ મીટર જેટલો છે.માત્ર ૧૩ અબજ વર્ષોમાં બે તારાવિશ્વો એકબીજાથી ૯૩ અબજ પ્રકાશ વર્ષો જેટલી દૂર થઈ ગયાં તે વાત વિરોધાભાસી લાગી શકે, કારણ કે વિશિષ્ટ સાપેક્ષતા અનુસાર અવકાશ-સમયના પ્રાદેશિક વિસ્તારમાં દ્રવ્ય પ્રકાશના વેગને ઓળંગી શકે નહીં. જો કે સામાન્ય સાપેક્ષતા અનુસાર અવકાશ કોઈ પણ આંતરિક મર્યાદા વિના પોતાની રીતે વિસ્તરી શકે છે; અને આમ બે તારાવિશ્વો જો તેમની વચ્ચેનો અવકાશ વિસ્તરે તો પ્રકાશના વેગ કરતાં પણ વધુ ઝડપથી જુદી પડી શકે છે.) બ્રહ્માંડનું કદ સીમિત છે કે અસીમિત તે અનશ્ચિત છે.
મહાવિસ્ફોટ (બિગ બૅન્ગ) નામે જાણીતી બ્રહ્માંડ અંગેની પ્રચલિત વૈજ્ઞાનિક માન્યતા અનુસાર બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ પ્લાન્ક યુગારંભ નામના એક અત્યંત ગરમ, ઘન પદાર્થમાંથી થયું હતું, જેમાં અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડનાં તમામ દ્રવ્ય અને ઊર્જા સંકોચાયેલા હતાં. પ્લાન્ક યુગારંભથી શરૂ કરીને બ્રહ્માંડ તેના અત્યારના સ્વરૂપ સુધી કદાચ બ્રહ્માંડના ફુલાવાના (૧૦-૩૨ સેકન્ડ કરતાં ઓછા એવા) એક સંક્ષિપ્ત ગાળાના વેગથી વિસ્તરતું આવ્યું છે.કેટલાંક સ્વતંત્ર પ્રાયોગિક પરિમાણો આ વિસ્તરણના અનુમાનને અને વધુ સામાન્યપણે મહાવિસ્ફોટના તર્કને ટેકો આપે છે. તાજેતરનાં અવલોકનો દર્શાવે છે કે આ વિસ્તરણ સતત વધતું જવાનું મૂળ કારણ શ્યામ ઊર્જા અને બ્રહ્માંડના મોટા ભાગના દ્રવ્ય અને ઊર્જા પૃથ્વી પર જોવા મળતાં દ્રવ્ય અને ઊર્જા કરતાં મૂળભૂત રીતે જુદા છે અને સીધી રીતે અવલોકનક્ષમ નથી, તે છે. બ્રહ્માંડની છેવટની નિયતિ અંગેની આગાહીઓને હાલનાં અવલોકનોની અચોક્કસતા અવરોધે છે.
તેની સમગ્ર વિસ્તાર અને ઇતિહાસમાં બ્રહ્માંડ એક સરખા ભૌતિક કાયદાઓ અને સ્થિરાંકથી નિયંત્રિત છે એવું પ્રયોગો અને અવલોકનો સૂચવે છે. બ્રહ્માંડના અંતરો વચ્ચેનું મુખ્ય બળ ગુરુત્વાકર્ષણ છે, અને હાલમાં સૌથી ચોકસાઈભરેલો ગુરુત્વાકર્ષણનો નિયમ સામાન્ય સાપેક્ષતા છે. જેના આધારે તે કામ કરે છે તે બાકીનાં ત્રણ મૂળભૂત બળો અને તમામ જાણીતા કણો પ્રમાણભૂત મૉડલમાં દર્શાવવામાં આવ્યાં છે. બ્રહ્માંડ અવકાશના કમ સે કમ ત્રણ અને સમયનું એક પરિમાણ ધરાવે છે, અલબત્ત પ્રાયોગિક ધોરણે અતિશય નાનાં પરિમાણોને ગણતરીમાં લઈ શકાયાં નથી. અવકાશ-સમય, અવકાશનાં ત્રણ અને સમયનું ચોથું એમ ચાર અસરપરસ સંબંધિત સ્થિતિના ચાર પરિમાણ એકબીજા સાથે નિર્વિધ્ને અને સ્પષ્ટપણે જોડાયેલાં છે, અને અવકાશ ખૂબ નાનો, મધ્યમસર વળાંક ધરાવે છે, જેથી સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં એકંદરે યુકલીડની ભૂમિતિ ચોક્કસ સાબિત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, વેગની માપપટ્ટી પર અવકાશ-સમય અત્યંત અશાંત/તોફાની હોય છે.
બ્રહ્માંડ શબ્દને, તમામ વસ્તુઓ જેમાં સમાઈ જાય છે તે બ્રહ્માંડ, એમ સામાન્ય રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. જો કે, બીજી વૈકલ્પિક વ્યાખ્યા અનુસાર, કેટલાક લોકો એવું અનુમાને છે કે આ "બ્રહ્માંડ" એ બીજાં ઘણાં "બ્રહ્માંડો"માંથી છૂટું પડેલું માત્ર એક બ્રહ્માંડ છે, અને આ બ્રહ્માંડોના સમૂહને બહુ-બ્રહ્માંડ કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બ્રહ્માંડના પરપોટાના અનુમાન અનુસાર, અનંત પ્રકારનાં "બ્રહ્માંડો" અસ્તિત્વ ધરાવે છે, અને દરેકના ભૌતિક સ્થિરાંકો જુદા જુદા હોય છે. એવી જ રીતે, અનેક-વિશ્વોની કલ્પના અનુસાર, દરેક કવોન્ટમ મેઝરમેન્ટ સાથે નવાં "બ્રહ્માંડો" પેદા થાય છે. આ બ્રહ્માંડો સામાન્ય રીતે આપણા પોતાના બ્રહ્માંડથી સદંતર કપાયેલા, છૂટાં છે એવું ધારવામાં આવ્યું છે અને તેથી તેને પ્રાયોગિક રીતે જોવા/તપાસવા અશકય છે.
સમગ્ર દસ્તાવેજિત ઇતિહાસમાં, બ્રહ્માંડને લગતા અભ્યાસ/અવલોકનો માટે કેટલાંક બ્રહ્માંડમીમાંસા અને બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ અંગેના અનુમાન રજૂ કરવામાં આવ્યાં છે. તેમાં સૌથી જૂનાં છે પ્રાચીન ગ્રીકોએ વિકસાવેલાં પરિમાણવાચક ભૂકેન્દ્રીય મૉડલો. તેમના અનુમાન મુજબ, બ્રહ્માંડ અનંત અવકાશ ધરાવે છે અને સનાતન સમયથી તેનું અસ્તિત્વ છે, પણ તે સીમિત કદના સમાનકેન્દ્રીય ગોળાઓનું એક જૂથ ધરાવે છે- જે અવિચલ તારાઓ, સૂર્ય અને વિવિધ ગ્રહોની આસપાસ ગોળાકારમાં ફરે છે પણ પૃથ્વી સ્થિર છે.એ પછીની સદીઓમાં વધુ ચોક્કસ નિરીક્ષનો અને ગુરુત્વાકર્ષણની સુધારેલા સિદ્ધાન્તોના પરિણામે કૉપરનિક્સના સૂર્યકેન્દ્રીય મૉડલ અને ન્યૂટનપ્રેરિત સૌરમંડળના મૉડલનો જન્મ થયો. ખગોળશાસ્ત્રમાં જેમ વધુ પ્રગતિ થતી ગઈ તેમ આકાશગંગાની લાક્ષણિકતાઓ અને અન્ય તારામંડળોની તથા પશ્ચાદ્ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગ વિકિરણોની શોધ થઈ; આ તારામંડળો અને તેમની વર્ણપટ રેખાઓના વિતરણના કાળજીપૂર્વકના અભ્યાસના પરિણામે આજની આધુનિક બ્રહ્માંડમીમાંસાએ આકાર લીધો છે. ચિત્ર:Hubble ultra deep field high rez edit1.jpg|thumb|right|275px|હબલ અવકાશ ટેલિસ્કોપમાંથી લેવાયેલી આ ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી ચળકતા ગહન ક્ષેત્રની તસવીરમાં વિવિધ યુગો, કદ, આકારો અને રંગોનાં તારાવિશ્વો દેખાય છે. મહાવિસ્ફોટ પછીના થોડા જ સમય બાદ એકદમ નાનાં, લગભગ ૧૦૦ જેટલાં, રતુમડાં તારાવિશ્વો એ દ્રષ્ટિગમ્ય ટેલિસ્કોપથી જોઈ શકાતાં સૌથી દૂરનાં તારાવિશ્વો છે.]]
સ્થૂળ રીતે જેટલી પણ વસ્તુઓ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જેમ કે સમગ્ર અવકાશ અને સમય, તમામ પ્રકાર અને રૂપનાં દ્રવ્યો, ઊર્જા અને વેગ તથા આ સહુને નિયંત્રિત કરતા ભૌતિક નિયમો અને સ્થિરાંકો, આ સહુને એકત્રિત રીતે બ્રહ્માંડ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. છતાં, બ્રહ્માંડ શબ્દનો ઉપયોગ સહેજ જુદા પ્રકારના સંદર્ભોમાં પણ થાય છે; જેમ કે નિયમ અને વ્યવસ્થાસભર વિશ્વ , દુનિયા અથવા કુદરત જેવી બાબતો સમજાવવા માટે બ્રહ્માંડ શબ્દ વાપરવામાં આવે છે.
હાલના ખગોળશાસ્ત્રીય નિરીક્ષણોના અર્થઘટનો દર્શાવે છે કે બ્રહ્માંડની વય ૧૩.૭૩ ( ± ૦.૧૨) અબજ વર્ષ છે,[2] અને અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડનો વ્યાસ ઓછામાં ઓછો ૯૩ અબજ પ્રકાશ વર્ષો અથવા 8.80 ×1026 મીટર જેટલો છે.માત્ર ૧૩ અબજ વર્ષોમાં બે તારાવિશ્વો એકબીજાથી ૯૩ અબજ પ્રકાશ વર્ષો જેટલી દૂર થઈ ગયાં તે વાત વિરોધાભાસી લાગી શકે, કારણ કે વિશિષ્ટ સાપેક્ષતા અનુસાર અવકાશ-સમયના પ્રાદેશિક વિસ્તારમાં દ્રવ્ય પ્રકાશના વેગને ઓળંગી શકે નહીં. જો કે સામાન્ય સાપેક્ષતા અનુસાર અવકાશ કોઈ પણ આંતરિક મર્યાદા વિના પોતાની રીતે વિસ્તરી શકે છે; અને આમ બે તારાવિશ્વો જો તેમની વચ્ચેનો અવકાશ વિસ્તરે તો પ્રકાશના વેગ કરતાં પણ વધુ ઝડપથી જુદી પડી શકે છે.) બ્રહ્માંડનું કદ સીમિત છે કે અસીમિત તે અનશ્ચિત છે.
મહાવિસ્ફોટ (બિગ બૅન્ગ) નામે જાણીતી બ્રહ્માંડ અંગેની પ્રચલિત વૈજ્ઞાનિક માન્યતા અનુસાર બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ પ્લાન્ક યુગારંભ નામના એક અત્યંત ગરમ, ઘન પદાર્થમાંથી થયું હતું, જેમાં અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડનાં તમામ દ્રવ્ય અને ઊર્જા સંકોચાયેલા હતાં. પ્લાન્ક યુગારંભથી શરૂ કરીને બ્રહ્માંડ તેના અત્યારના સ્વરૂપ સુધી કદાચ બ્રહ્માંડના ફુલાવાના (૧૦-૩૨ સેકન્ડ કરતાં ઓછા એવા) એક સંક્ષિપ્ત ગાળાના વેગથી વિસ્તરતું આવ્યું છે.કેટલાંક સ્વતંત્ર પ્રાયોગિક પરિમાણો આ વિસ્તરણના અનુમાનને અને વધુ સામાન્યપણે મહાવિસ્ફોટના તર્કને ટેકો આપે છે. તાજેતરનાં અવલોકનો દર્શાવે છે કે આ વિસ્તરણ સતત વધતું જવાનું મૂળ કારણ શ્યામ ઊર્જા અને બ્રહ્માંડના મોટા ભાગના દ્રવ્ય અને ઊર્જા પૃથ્વી પર જોવા મળતાં દ્રવ્ય અને ઊર્જા કરતાં મૂળભૂત રીતે જુદા છે અને સીધી રીતે અવલોકનક્ષમ નથી, તે છે. બ્રહ્માંડની છેવટની નિયતિ અંગેની આગાહીઓને હાલનાં અવલોકનોની અચોક્કસતા અવરોધે છે.
તેની સમગ્ર વિસ્તાર અને ઇતિહાસમાં બ્રહ્માંડ એક સરખા ભૌતિક કાયદાઓ અને સ્થિરાંકથી નિયંત્રિત છે એવું પ્રયોગો અને અવલોકનો સૂચવે છે. બ્રહ્માંડના અંતરો વચ્ચેનું મુખ્ય બળ ગુરુત્વાકર્ષણ છે, અને હાલમાં સૌથી ચોકસાઈભરેલો ગુરુત્વાકર્ષણનો નિયમ સામાન્ય સાપેક્ષતા છે. જેના આધારે તે કામ કરે છે તે બાકીનાં ત્રણ મૂળભૂત બળો અને તમામ જાણીતા કણો પ્રમાણભૂત મૉડલમાં દર્શાવવામાં આવ્યાં છે. બ્રહ્માંડ અવકાશના કમ સે કમ ત્રણ અને સમયનું એક પરિમાણ ધરાવે છે, અલબત્ત પ્રાયોગિક ધોરણે અતિશય નાનાં પરિમાણોને ગણતરીમાં લઈ શકાયાં નથી. અવકાશ-સમય, અવકાશનાં ત્રણ અને સમયનું ચોથું એમ ચાર અસરપરસ સંબંધિત સ્થિતિના ચાર પરિમાણ એકબીજા સાથે નિર્વિધ્ને અને સ્પષ્ટપણે જોડાયેલાં છે, અને અવકાશ ખૂબ નાનો, મધ્યમસર વળાંક ધરાવે છે, જેથી સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં એકંદરે યુકલીડની ભૂમિતિ ચોક્કસ સાબિત થાય છે. તેનાથી વિપરીત, વેગની માપપટ્ટી પર અવકાશ-સમય અત્યંત અશાંત/તોફાની હોય છે.
બ્રહ્માંડ શબ્દને, તમામ વસ્તુઓ જેમાં સમાઈ જાય છે તે બ્રહ્માંડ, એમ સામાન્ય રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. જો કે, બીજી વૈકલ્પિક વ્યાખ્યા અનુસાર, કેટલાક લોકો એવું અનુમાને છે કે આ "બ્રહ્માંડ" એ બીજાં ઘણાં "બ્રહ્માંડો"માંથી છૂટું પડેલું માત્ર એક બ્રહ્માંડ છે, અને આ બ્રહ્માંડોના સમૂહને બહુ-બ્રહ્માંડ કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બ્રહ્માંડના પરપોટાના અનુમાન અનુસાર, અનંત પ્રકારનાં "બ્રહ્માંડો" અસ્તિત્વ ધરાવે છે, અને દરેકના ભૌતિક સ્થિરાંકો જુદા જુદા હોય છે. એવી જ રીતે, અનેક-વિશ્વોની કલ્પના અનુસાર, દરેક કવોન્ટમ મેઝરમેન્ટ સાથે નવાં "બ્રહ્માંડો" પેદા થાય છે. આ બ્રહ્માંડો સામાન્ય રીતે આપણા પોતાના બ્રહ્માંડથી સદંતર કપાયેલા, છૂટાં છે એવું ધારવામાં આવ્યું છે અને તેથી તેને પ્રાયોગિક રીતે જોવા/તપાસવા અશકય છે.
સમગ્ર દસ્તાવેજિત ઇતિહાસમાં, બ્રહ્માંડને લગતા અભ્યાસ/અવલોકનો માટે કેટલાંક બ્રહ્માંડમીમાંસા અને બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ અંગેના અનુમાન રજૂ કરવામાં આવ્યાં છે. તેમાં સૌથી જૂનાં છે પ્રાચીન ગ્રીકોએ વિકસાવેલાં પરિમાણવાચક ભૂકેન્દ્રીય મૉડલો. તેમના અનુમાન મુજબ, બ્રહ્માંડ અનંત અવકાશ ધરાવે છે અને સનાતન સમયથી તેનું અસ્તિત્વ છે, પણ તે સીમિત કદના સમાનકેન્દ્રીય ગોળાઓનું એક જૂથ ધરાવે છે- જે અવિચલ તારાઓ, સૂર્ય અને વિવિધ ગ્રહોની આસપાસ ગોળાકારમાં ફરે છે પણ પૃથ્વી સ્થિર છે.એ પછીની સદીઓમાં વધુ ચોક્કસ નિરીક્ષનો અને ગુરુત્વાકર્ષણની સુધારેલા સિદ્ધાન્તોના પરિણામે કૉપરનિક્સના સૂર્યકેન્દ્રીય મૉડલ અને ન્યૂટનપ્રેરિત સૌરમંડળના મૉડલનો જન્મ થયો. ખગોળશાસ્ત્રમાં જેમ વધુ પ્રગતિ થતી ગઈ તેમ આકાશગંગાની લાક્ષણિકતાઓ અને અન્ય તારામંડળોની તથા પશ્ચાદ્ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગ વિકિરણોની શોધ થઈ; આ તારામંડળો અને તેમની વર્ણપટ રેખાઓના વિતરણના કાળજીપૂર્વકના અભ્યાસના પરિણામે આજની આધુનિક બ્રહ્માંડમીમાંસાએ આકાર લીધો છે.
યુનિવર્સ (Universe) શબ્દ જૂના ફ્રેન્ચ શબ્દ યુનિવર્સ (Univers) પરથી આવ્યો છે, અને એ ફ્રેન્ચ શબ્દ લૅટિન શબ્દ યુનિવર્સમ (universum) પરથી આવ્યો છે.[3] આધુનિક અંગ્રેજી શબ્દ જે તાત્પર્યમાં વપરાય છે તે જ અર્થમાં સિસરો અને પાછળથી બીજા અનેક લૅટિન લેખકોએ આ લૅટિન શબ્દ વાપર્યો હતો.[4] યુન (un), યુનિ (uni) (યુનસ (unus), અથવા "એક"નું સંયુકત રૂપ) અને વોર્સમ(vorsum), વેરસમ(versum) (વેર્ટેર (vertere), એટલે કે "કંઈક ફરતું, ગબડતું, બદલાયેલું"-ના સંપૂર્ણ કર્મણિ કૃદંત પરથી બનાવેલી સંજ્ઞા)ના સંધિથી બનેલો લૅટિન શબ્દ યુનવોર્સમ (Unvorsum) કાવ્યાત્મક સંક્ષેપને કારણે ઉદ્ભવ્યો હતો અને સૌથી પહેલા લુક્રેટીયસે તેના ડે રેરુમ નેચુરા (વસ્તુઓની પ્રકૃતિ પર )માં બુક IV (262મી લીટી)માં આ શબ્દપ્રયોગ કર્યો હતો.[4] "દરેક વસ્તુ ગોળ ગોળ ફરીને એકમાં ફેરવાય છે, તમામ વસ્તુઓ એકમાં જોડાય છે" એ અર્થમાં લુક્રેટીયસે આ શબ્દ વાપર્યો હતો.
યુનવોર્સમ (unvorsum) શબ્દનું વૈકલ્પિક અર્થઘટન "તમામ વસ્તુઓ એક થઈને ફરે છે" અથવા "તમામ વસ્તુઓ એકની આસપાસ ફરે છે" એવું થઈ શકે છે.આ અર્થમાં, તેને યુનિવર્સ માટેના જૂના ગ્રીક શબ્દ, περιφορα, "કંઈક વર્તુળાકારે ફરે છે"- ના અનુવાદ રૂપે વિચારી શકાય, જે મૂળે ભોજનના સમયે, ભોજન માટે બેઠેલા મહેમાનો પાસે વર્તુળાકારે લઈ જવાતી વાનગીઓ માટે વપરાતો હતો.[5] આ ગ્રીક શબ્દનો સંબંધ યુનિવર્સના પૂર્વકાલીન ગ્રીક મૉડલ સાથે હતો, જેમાં ફરતા ગોળાઓમાંના તમામ પદાર્થ પૃથ્વી કેન્દ્રિત હતા; ઍરિસ્ટોટલની ફિલસૂફી પ્રમાણે ગતિ માટે તેમ જ અંદરની તમામ વસ્તુઓમાં આવતા ફેરફાર માટે સૌથી બહારની કક્ષાના ગોળાનું પરિભ્રમણ જવાબદાર હતું. પૃથ્વી નિશ્ચલ છે અને પૃથ્વીની આસપાસ સ્વર્ગ ફરી રહ્યા છે એવું ધારવું ગ્રીકો માટે કુદરતી હતું, કારણ કે એ સિવાયની બાબત સાબિત કરવા માટે ઝીણવટપૂર્વકના ખગોળશાસ્ત્રીય અને ભૌતિક માપ (જેમ કે ફોઉકાલ્ટ પેન્ડુલમ)ની આવશ્યકતા હતી.
પાયથાગોરસ આગળના પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફોમાં "યુનિવર્સ" માટે સૌથી સામાન્ય પ્રચલિત શબ્દ હતો το παν(તમામ), જેમાં તમામ દ્રવ્યો (το ολον) અને તમામ અવકાશ (το κενον) આવી જાય.[6][7] યુનિવર્સ માટે પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફો દ્વારા વપરાતાં અન્ય સમાનાર્થીઓમાં κοσμος (એટલે કે દુનિયા, વ્યવસ્થાસભર વિશ્વ અને φυσις (એટલે કે કુદરત, જેના પરથી આપણે ફિઝિકસ (ભૌતિક) શબ્દ તારવ્યો).[8] લૅટિનો લેખકો પણ આવા જ સમાનાર્થીઓ વાપરતાં (ટોટમ , મુન્દસ , નેચુરા )[9] અને આ શબ્દો આધુનિક ભાષાઓમાં પણ સચવાયેલા જોવા મળે છે, ઉ.દા. યુનિવર્સ માટે જર્મન ભાષામાં વપરાતા શબ્દો દાસ ઓલ , વેલ્ટોલ અને નાટુર . અંગ્રેજીમાં પણ આવા જ સમાનાર્થીઓ જોવા મળે છે, જેમ કે એવરીથિંગ (એવરીથિંગની ફિલસૂફીમાં છે તે મુજબ), કોસમોસ (કોસ્મોલૉજી/બ્રહ્માંડમીમાંસા મુજબ), વિશ્વ (અનેક વિશ્વોની પૂર્વધારણા મુજબ) અને નેચર (કુદરતી નિયમોઓ અથવા કુદરતની ફિલસૂફીમાં છે તે મુજબ).[10]
મધ્યયુગના ફિલસૂફ જોહાન્સ સ્કોટસ ઈરીઉગેનાના ડે ડિવિઝીઓને નેચુરાએ (De divisione naturae)માં બ્રહ્માંડની સૌથી વ્યાપક વ્યાખ્યા મળે છે; તેમણે તેને એકદમ સાદી રીતે તમામ કહીને વ્યાખ્યાયિત કરી છેઃ અસ્તિત્વ ધરાવે છે તે તમામ અને અસ્તિત્વ નથી ધરાવતું તે તમામ. ઈરીઉગેનાની વ્યાખ્યામાં સમયનો સમાવેશ નથી; આમ તેમની વ્યાખ્યા અનુસાર અસ્તિત્વ ધરાવતા તમામ, જે કદી અસ્તિત્વ ધરાવતા હતા તે તમામ અને જે ભવિષ્યમાં અસ્તિત્વ ધરાવશે તેનો તથા જેનું અસ્તિત્વ નથી તે તમામ, જેનું કદી અસ્તિત્વ નહોતું અને જેનું કદી અસ્તિત્વ હોવાનું નથી તે તમામનો સમાવેશ થાય છે. તમામ બાબતોને અપનાવતી આ વ્યાખ્યાને પાછળના મોટા ભાગના ફિલસૂફોએ અપનાવી નહીં, પણ કવોન્ટમ ફિઝિકસમાં તેનાથી સંપૂર્ણપણે ભિન્ન ન હોય તેવું કંઈક ફરીથી પ્રદર્શિત થયું, ફેયંમેનના અભિન્ન-પથ સૂત્રમાં કદાચ તે સૌથી સ્પષ્ટપણે બહાર આવ્યું.[11] આ સૂત્ર પ્રમાણે, સંપૂર્ણપણે સ્પષ્ટ શરૂઆતની સ્થિતિ ધરાવતા તંત્ર પર કરવામાં આવતા પ્રયોગનાં પરિણામો વિવિધ સંભાવના આયામો ધરાવે છે, તંત્ર શરૂઆતની સ્થિતિથી અંતિમ સ્થિતિ સુધી પહોંચવા માટે પ્રગતિના જેટલા પણ પથ લઈ શકે તેમ હોય તે તમામ શકયતાઓનો સરવાળો કરવાથી નિશ્ચિત થાય છે.સ્વાભાવિક રીતે, કોઈ પણ પ્રયોગનું પરિણામ તો એક જ હોય; બીજા શબ્દોમાં, આ બ્રહ્માંડમાં માત્ર એક જ સંભવ પરિણામને કવોન્ટમ ગણતરીની રહસ્યમય પ્રક્રિયા થકી વાસ્તવિક રૂપ મળે છે, આ પ્રક્રિયા તરંગક્રિયાનું પતન (collapse of the wavefunction) તરીકે પણ જાણીતી છે (પણ બહુ-બ્રહ્માંડના વિભાગમાં નીચે દર્શાવેલી અનેક વિશ્વોની પૂર્વધારણા પણ જોશો). ગણિતની દષ્ટિએ સુવ્યાખ્યાયિત આ વ્યાખ્યામાં જેનું અસ્તિત્વ નથી (તમામ સંભવિત પથ) તે પણ છેવટે જેનું અસ્તિત્વ રહે છે (પ્રાયોગિક ગણતરી) તેના પર પ્રભાવ ધરાવે છે એવું સ્પષ્ટ કરે છે. એક ચોક્કસ ઉદાહરણ લઈએ તો, દરેક ઈલેકટ્રોન બીજા તમામ ઈલેકટ્રોન સાથે આંતરિક રીતે સમરૂપ હોય છે; અને તેથી, સંભાવના આયામો ગણતી વખતે તેઓ પરસ્પર જગ્યાઓ બદલે, જે સમપ્રમાણ અદલાબદલી તરીકે ઓળખાય છે, તે સંભાવનાને પણ ગણતરીમાં લેવી પડે. બ્રહ્માંડની આ અવધારણા હયાત અને બિનહયાત બંનેને સ્વીકારે છે, જે બૌદ્ધોના શૂન્યતાના અને વાસ્તવિકતાના પરસ્પરાવલંબી વિકાસના સિદ્ધાન્તને, અને ગોટફ્રાઈડ લાઈબનિઝની અનિશ્ચિતતા અને અભિન્નની ઓળખાણ જેવી વધુ આધુનિક વિભાવનાઓને કંઈક અંશે સમાંતર છે.
વધુ પ્રચલિત રીતે, બ્રહ્માંડને જે જીવંત છે તે તમામ, જે જીવંત હતું તે અને જે જીવંત હશે એમ વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આ વ્યાખ્યા મુજબ અને આપણી વર્તમાન સમજણ મુજબ, બ્રહ્માંડ કુલ ત્રણ ઘટકોનું ધરાવે છેઃ અવકાશ અને સમય, જે સામૂહિક રીતે અવકાશ-સમય અથવા શૂન્યાવકાશ તરીકે જાણીતાં છે; દ્રવ્ય અને વિવિધ રૂપની ઊર્જા તથા અવકાશ-સમયને આવનારો વેગ; તેમ જ પહેલા બેને નિયંત્રિત કરનારા સ્થૂળ કાયદાઓ. આ ઘટકો વિશે વધુ વિગતવાર વાત આગળ કરવામાં આવશે. બ્રહ્માંડ શબ્દપ્રયોગ સાથે સંબંધિત એક બીજી વ્યાખ્યા- બ્રહ્માંડના જે-તે સમયની ક્ષણે જેટલું પણ અસ્તિત્વ ધરાવે છે તે તમામ, જેમ કે વર્તમાન, ઉદાહરણ તરીકે આ વાકયમાં દર્શાવ્યા મુજબ "બ્રહ્માંડ હવે વિદ્યુત-ચુંબકીય તરંગોના વિકિરણમાં એકસમાનરૂપે નહાઈ રહ્યું છે."
બ્રહ્માંડના ત્રણ ઘટકો (અવકાશસમય, દ્રવ્ય-ઊર્જા અને ભૌતિક કાયદા) ઍરિસ્ટોટલના ખ્યાલો સાથે અમુક અંશે મળતા આવે છે. ધ ફિઝિકસ (Φυσικης, જેના પરથી આપણે "ફિઝિકસ"(ભૌતિકશાસ્ત્ર) શબ્દ તારવ્યો) નામના તેના પુસ્તકમાં ઍરિસ્ટોટલે το παν (તમામ)ને આશરે ત્રણ મળતાં આવતાં તત્ત્વોમાં વહેંચ્યું છેઃ દ્રવ્ય (જેનાથી બ્રહ્માંડ બન્યું છે તે તત્ત્વ), સ્વરૂપ (એ દ્રવ્ય અવકાશમાં રહી શકે તે માટેની જે વ્યવસ્થા છે તે) અને રૂપાંતર (દ્રવ્ય કેવી રીતે બને છે, વિનાશ પામે છે કે તેના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર થાય છે, અને એ જ રીતે, કઈ રીતે રૂપમાં ફેરફાર થાય છે). દ્રવ્યોના ગુણધર્મો, રૂપ અને તેમના રૂપાંતરને નિયંત્રિત કરતા નિયમોને સ્થૂળ કાયદાઓ તરીકે જોવામાં આવે છે. પાછળથી લુક્રેટીયસ, અવેરોઝ, અવિકેન્ના અને બારુચ સ્પીનોઝા જેવા ફિલસૂફોએ આ વિભાગોમાં ફેરફાર કર્યો હતો અથવા તેને વધુ સ્પષ્ટ કર્યા હતા; ઉદાહરણ તરીકે નેચુરા નેચુરાતા , પૂર્વોકત જેના પર કામ કરતા હતા તે નિષ્ક્રિય ઘટકો-માંથી ઍવેરોઝ અને સ્પીનોઝાએ નેચુરા નેચુરાન્સ (બ્રહ્માંડને નિયંત્રિત કરતા સક્રિય સિદ્ધાન્તો)ને સ્પષ્ટ કર્યા હતા.
હયાત છતાં અરસપરસ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે અશકત એવા એકબીજાથી ભિન્ન અવકાશ-સમયોની ધારણા સંભવ છે. સરળતાથી જેની કલ્પના કરી શકાય તે રૂપક અમુક જુદા જુદા સાબુના પરપોટાઓનો સમૂહ છે, જેમાં એક સાબુના પરપોટા પર વસતા નિરીક્ષકો, સાબુના બીજા પરપોટાઓ પરના સાથે કોઈ અરસપરસ વ્યવહાર કરી શકતા નથી, સૈદ્ધાન્તિક ધોરણે પણ નહીં. એક પ્રચલિત શબ્દપ્રયોગ પ્રમાણે, અવકાશ-સમયનો દરેક "સાબુનો પરપોટો" બ્રહ્માંડ છે, જયાં ચોક્કસ અવકાશ-સમયને બ્રહ્માંડ માનવામાં આવે છે, જેમ આપણે આપણા ચંદ્રને ચંદ્ર કહીએ તેમ જ. આ જુદા જુદા અવકાસ-સમયોના સમૂહને બહુ-બ્રહ્માંડ તરીકે જોવામાં આવે છે.[12] સિદ્ધાન્ત પ્રમાણે, બીજા વિખૂટા બ્રહ્માંડો અવકાશ-સમયની જુદી જુદી પરિમિતિઓ અને સંસ્થિતિ, દ્રવ્ય અને ઊર્જાના જુદા જુદા રૂપ, અને જુદા જુદા સ્થૂળ કાયદાઓ અને ભૌતિક સ્થિરાંકો ધરાવતાં હોઈ શકે છે, જો કે આવી સંભાવનાઓ હાલમાં ઊંડી વિચારણા હેઠળ છે.
હજી થોડી વધુ સંકુચિત વ્યાખ્યા અનુસાર, આપણા સંયુકત અવકાશ-સમયમાં આવેલી તમામ બાબતો બ્રહ્માંડ છે, જે આપણી સાથે અરસપરસ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે અને તેનાથી ઊલટું પણ સાચું છે. સાપેક્ષવાદના સામાન્ય સિદ્ધાન્ત મુજબ, પ્રકાશની મર્યાદિત ગતિ અને અવકાશના સતત વિસ્તરણને કારણે અવકાશના કેટલાક પ્રદેશો કદાચ આપણા બ્રહ્માંડ સાથે, તેના સમગ્ર જીવનકાળ દરમ્યાન કયારેય કોઈ પારસ્પરિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નહીં કરે. ઉદાહરણ તરીકે, પૃથ્વી પરથી મોકલાયેલો રેડિયો સંદેશો, અવકાશના અમુક પ્રદેશો સુધી કદી પહોંચશે જ નહીં, ભલે ને બ્રહ્માંડ અનાદિ કાળ સુધી રહેવાનું હોય; કારણ કે પ્રકાશના વેગ કરતાં અવકાશ વધુ ઝડપથી વિસ્તરી શકે છે. અહીં એ નોંધવું યોગ્ય છે કે અવકાશના એ દૂર-સુદૂર આવેલા વિસ્તારો ખરેખર અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને આપણા જેટલા જ વાસ્તવિકતાનો હિસ્સો છે; છતાં આપણે કયારેય તેમની સાથે સંપર્ક કેળવી શકીશું નહીં. અવકાશના જેટલા વિસ્તારમાં આપણે અસર પામી શકીએ છીએ અને અસર પહોંચાડી શકીએ છીએ તે અવકાશના વિસ્તારને અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડ કહેવામાં આવે છે. સખત શબ્દોમાં, આ અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડનો વિસ્તાર અવલોકનકારના સ્થળ પર આધાર રાખે છે. જે અવલોકનકાર સ્થિર રહે છે તેના કરતાં પ્રવાસ કરીને આગળ વધતો અવલોકનકાર અવકાશ-સમયના વધુ મોટા વિસ્તારના સંપર્કમાં આવી શકે છે; આમ પ્રવાસ કરનાર અવલોકનકાર માટે, સ્થિર રહેનાર અવલોકનકાર કરતાં અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડ વધુ મોટું હોય છે. છતાં, સૌથી વેગીલો પ્રવાસી પણ અવકાશના તમામ હિસ્સાઓના સંપર્કમાં આવી શકતો નથી. લાક્ષણિક રીતે, આકાશગંગા તારાવિશ્વના આપણા અનુકૂળ બિંદુ પરથી દેખાતાં અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડની સરેરાશને અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડ ગણવામાં આવ્યું છે.
બ્રહ્માંડ ખૂબ વિશાળ છે અને કદાચ તેનો કદ-વિસ્તાર અનંત છે; તેનું અવલોકનક્ષમ દ્રવ્ય અવકાશમાં કમ સે કમ 93 અબજ પ્રકાશ વર્ષો સુધી પથરાયેલું છે.[13] સરખામણી કરીએ તો, એક નમૂનારૂપ તારાવિશ્વનો વ્યાપ માત્ર 30,000 પ્રકાશ-વર્ષોનો હોય છે, અને બે પડોશી તારાવિશ્વો વચ્ચેનું લાક્ષણિક અંતર માત્ર 30 લાખ પ્રકાશ-વર્ષો હોય છે.[14] ઉદાહરણ તરીકે, આપણી આકાશગંગા આશરે 100,000 પ્રકાશ વર્ષોનો વ્યાસ ધરાવે છે,[15] અને આપણું સૌથી નજીકનું તારાવિશ્વ, એન્ડ્રોમેડા તારાવિશ્વ આશરે 250 લાખ પ્રકાશ વર્ષો દૂર આવેલું છે.[16] અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડમાં સંભવતઃ 100 અબજ (1011) કરતાં વધુ તારાવિશ્વો છે.[17] લાક્ષણિક તારાવિશ્વોમાં તારાવિશ્વના કેન્દ્રીય જથ્થાની આસપાસ પરિભ્રમણ કરતાં 100 લાખ[18] (107) તારા ધરાવતા વામન તારાવિશ્વથી માંડીને એક ટ્રિલિયન[19] (1012) તારાઓ ધરાવતા વિરાટ તારાવિશ્વો હોય છે.
જયારે સરેરાશ અંતર 3000 લાખ પ્રકાશ વર્ષો કરતાં વધુ હોય ત્યારે, આખા બ્રહ્માંડમાં અવલોકનક્ષમ દ્રવ્ય એકસરખી રીતે (સમસ્વભાવી ) પથરાયેલું હોય છે.[20] જો કે, ઓછું અંતર હોય ત્યારે, દ્રવ્ય-જથ્થો "ઢગલો" બનાવતો દેખાય છે, એટલે કે સ્તરીકરણવાળો ગુચ્છો બનાવે છે; ઘણા અણુઓ સંકોચન પામીને તારાઓ, મોટા ભાગના તારાઓ તારાવિશ્વો, મોટા ભાગના તારાવિશ્વો ફરીથી ગુચ્છ, મહાગુચ્છ અને છેવટે, તારાવિશ્વની વિરાટ દીવાલ જેવું સૌથી મોટા કદનું માળખું બને છે. બ્રહ્માંડનો અવલોકનક્ષમ દ્રવ્ય-જથ્થો સમદેશિક રીતે પણ પથરાયલો હોય છે, એટલે કે ગમે તે દિશામાંથી અવલોકન કરો તે અન્ય દિશા કરતાં જુદું ભાસશે નહીં; આકાશનો દરેક ભાગ આશરે એકસરખા ઘટકો ધરાવે છે.[21] બ્રહ્માંડ અત્યંત સમદેશિક વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોમાં પણ નહાયેલું હોય છે જે આશરે 2.725 કેલ્વિનના થર્મલ સમતુલા શ્યામ વર્ણપટને મળતા આવે છે.[22] વિશાળ કદનું બ્રહ્માંડ સમસ્વભાવ અને સમદેશિક છે એ પૂર્વધારણા બ્રહ્માંડમીમાંસાના સિદ્ધાન્ત તરીકે પણ જાણીતી છે,[23] અને ખગોળશાસ્ત્રીય અવલોકનો પણ તેની સાખ પૂરે છે.
બ્રહ્માંડની વર્તમાન એકંદર ઘનતા ઘણી ઓછી છે, આશરે 9.9 × 10−30 ગ્રામ પ્રતિ ઘન સેન્ટીમીટર. આ દ્રવ્ય-ઊર્જાના જથ્થામાં 73% શ્યામ ઊર્જા, 23% ઠંડું શ્યામ દ્રવ્ય અને 4% સામાન્ય દ્રવ્ય હોય છે. આમ, અણુઓની ગીચતા દર ચાર ઘનમીટરના કદ-વિસ્તારમાં એક હાઈડ્રોજન અણુ પર આધાર રાખે છે.[24] શ્યામ ઊર્જા અને શ્યામ દ્રવ્યના ગુણધર્મો ઘણે ભાગે અજાણ્યા છે. શ્યામ દ્રવ્ય, સામાન્ય દ્રવ્યની જેમ જ ગુરુત્વાકર્ષણ પામે છે અને આમ તે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને ધીમું પાડે છે; તેનાથી વિપરીત, શ્યામ ઊર્જા તેના વિસ્તરણને વેગ આપે છે.
આપણું બ્રહ્માંડ ઘણું જૂનું છે અને સતત ઉત્ક્રાંતિ પામે છે. બ્રહ્માંડની ઉંમર અંગેના સૌથી ચોકસાઈભરેલા અનુમાન મુજબ, બ્રહ્માંડની ઉંમર 13.73±0.12 અબજ વર્ષો છે, જે બ્રહ્માંડી વિદ્યુતચુંબકીય પશ્ચાદ્ વિકિરણોના અવલોકનોના આધારે નક્કી કરવામાં આવી છે.[25] સ્વતંત્ર અનુમાનો (કિરણોત્સર્ગી તારીખો જેવી ગણતરીઓ પર આધારિત) પણ તેની સાથે સહમત થાય છે, અલબત્ત તેઓ એટલા ચોક્કસ નથી, તેઓ તેની ઉંમર 11–20 અબજ વર્ષો[26]થી 13–15 અબજ વર્ષો જેટલી ગણે છે.[27] ઇતિહાસના દરેક તબક્કે બ્રહ્માંડ એકસરખું નહોતું; ઉદાહરણ તરીકે, કવાસરો અને તારાવિશ્વોની સંખ્યા બદલાઈ છે અને અવકાશ પણ વિસ્તર્યો હોવાનું જણાય છે. તારાવિશ્વનો પ્રકાશ માત્ર 13 અબજ વર્ષો પણ જેટલો પણ ખસ્યો હોય છતાં પણ પૃથ્વી-સ્થિત વિજ્ઞાનીઓ કેવી રીતે 30 અબજ પ્રકાશ વર્ષો દૂરના એક તારાવિશ્વનો પ્રકાશ જોઈ શકે છે, તેનો જવાબ આ અવકાશનું વિસ્તરણ આપે છે; મૂળે તેમની વચ્ચેનો અવકાશ વિસ્તર્યો હોય છે. દૂરના તારાવિશ્વનો પ્રકાશ રકતવિચલન પામે છે તે નિરીક્ષણ સાથે આ વિસ્તરણ સાતત્ય ધરાવે છે; આ પ્રવાસ દરમ્યાન બહાર ફેંકાતા ફોટોન ખેંચાઈને લાંબો તરંગલંબ રચે છે અને ઓછું આવર્તન ધરાવે છે. ટાઈપ આઈએ (Ia) સુપરનોવાએનો અભ્યાસ અને અન્ય માહિતી તરફથી મળતી પુષ્ટિના આધારે કહી શકાય છે કે આ અવકાશી વિસ્તરણનો વેગનો દર વધી રહ્યો છે.
સંબંધિત આંશિક જુદા જુદા રાસાયણિક ઘટકો- ખાસ કરીને હાઈડ્રોજન, ડ્યૂટીઅરિઅમ અને હિલિઅમ જેવા સૌથી હલકા અણુઓ - આખા બ્રહ્માંડમાં અને તેના સમગ્ર અવલોકનક્ષમ ઇતિહાસમાં સમરૂપ લાગે છે.[28] બ્રહ્માંડમાં અદ્રવ્ય કરતાં ઘણા વધુ પ્રમાણમાં દ્રવ્ય આવેલાં હોય તેવું લાગે છે, આ અસમપ્રમાણ મોટા ભાગે સીપી (CP) ઉલ્લંઘનને લગતાં અવલોકનો સાથે સંબંધિત છે.[29] બ્રહ્માંડમાં કોઈ પણ પ્રકારની વિદ્યુત જાળ જોવા મળતી નથી, અને તેથી બ્રહ્માંડના અંતરો માટે મુખ્યત્વે ગુરુત્વાકર્ષણ જ પ્રબળ અસર ધરાવે છે.બ્રહ્માંડ કોઈ ચોખ્ખો વેગ અને કોણીય વેગ ધરાવતું હોય તેમ ભાસતું નથી. જો બ્રહ્માંડ સીમિત હોય તો, વિદ્યુત જાળની ગેરહાજરી અને વેગ હોવાથી તે સ્વીકૃત ભૌતિક નિયમોને (ગાસુનો નિયમ અને અનુક્રમે તણાવ-ઊર્જા-કૃત્રિમ વેગ ટેન્સરના નોન-ડાઈવર્જન્સને) અનુસરશે.[30]
બ્રહ્માંડ સરળ, અખંડ અવકાશ-સમય ધરાવે છે, જેમાં ત્રણ અવકાશી પરિમાણો છે અને એક સમયનું પરિમાણ છે. એકંદરે, અવકાશ લગભગ એકદમ સપાટ (શૂન્ય અંશના વળાંકની નજીક) જણાયો છે, તેનો અર્થ એમ થયો કે આખા બ્રહ્માંડના મોટા ભાગના હિસ્સામાં યુકલીડની ભૂમિતિ પ્રાયોગિક ધોરણે ખૂબ ચોકસાઈ સાથે સાચી પડે છે.[31] અવકાશ-સમય સંસ્થિત સાથે પણ સ્પષ્ટપણે જોડાયેલાં છે, કમ સે કમ અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડના લંબાઈ-પરિમાણ સાથે તો ખરાં જ. જો કે બ્રહ્માંડને વધુ પરિમાણો છે અને તેનો અવકાશ-સમય વૈશ્વિક સંસ્થિતિ સાથે બહુવિધ રીતે, દ્વિ-પરિમાણીય અવકાશોની નળાકાર અથવા ટોરોઈડલ સંસ્થિતિઓ સાથે સામ્યતા ધરાવતી રીતે, જોડાયેલો હોઈ શકે એવી સંભાવનાઓને વર્તમાન અવલોકનો અવગણી શકે નહીં.[32]
આખું બ્રહ્માંડ એકસરખાં સ્થૂળ કાયદાઓ અને સ્થૂળ સ્થિરાંકોથી નિયંત્રિત હોય તેમ લાગે છે.[33] ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રચલિત પ્રભાણભૂત મૉડલ અનુસાર, તમામ દ્રવ્યનું બંધારણ લેપ્ટોન (lepton) અને કવાર્ક (quark)ની ત્રણ પેઢીઓથી થયું છે, આ બંને ફેર્મિઓન્સ(fermion) છે. આ પ્રાથમિક કણો ત્રણ મૂળભૂત રીતે સંપર્કમાં આવે છેઃ વિદ્યુતચુંબકીય અને નબળા અણુકેન્દ્રીય બળને સમાવતી નબળીવિદ્યુત અન્યોન્ય ક્રિયા દ્વારા; કવોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિકસ થકી વર્ણાવાતા શકિતશાળી અણુકેન્દ્રીય બળ દ્વારા; અને ગુરુત્વાકર્ષણ દ્વારા, જે અત્યારે સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાન્તથી શ્રેષ્ઠ રીતે સમજાવવામાં આવે છે. પહેલી બે અન્યોન્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ફરીથી નિરૂપાયેલી કવોન્ટમ ફિલ્ડ થીયરીથી સમજાવી શકાય છે અને અમુક ચોક્કસ પ્રકારની નિયત સમપ્રમાણતાને મળતા આવતા ગેજ બોસોન્સ દ્વારા તેને વિહિત કરવામાં આવે છે.સામાન્ય સાપેક્ષતાની કવોન્ટમ ફિલ્ડ થીયરીનું ફેરનિરૂપણ હજી સુધી પૂર્ણ થયું નથી, અલબત્ત સ્ટ્રિંગ થીયરીના વિવિધ રૂપો ઘણા આશાસ્પદ લાગે છે. જો અવકાશી અને સમયના લંબ પૂરતા ટૂંકા હોય તો વિશિષ્ટ સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાન્ત આખા બ્રહ્માંડને લાગુ પડતો માનવામાં આવે છે; નહીં તો પછી સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાન્ત લાગુ પડવો જોઈએ. પ્લાન્કનો સ્થિરાંક એચ(h) અથવા ગુરુત્વાકર્ષણનો સ્થિરાંક જી(G) ની જેમ આપણા આખા બ્રહ્માંડમાં ભૌતિક સ્થિરાંકોના ચોક્કસ મૂલ્યો માટે કોઈ ખુલાસો આપી શકાય તેમ નથી. કેટલાક સંરક્ષણ કાયદાઓ પારખી શકાયા છે, જેમ કે સ્ફોટક પ્રવાહ, વેગ, કોણીય વેગ અને ઊર્જાનું સંરક્ષણ; અનેક કિસ્સામાં, આ સંરક્ષણ કાયદાઓને સમપ્રમાણતા અથવા ગણિતીય સૂત્રો સાથે સંબંધિત કરી શકાય છે.
જે-તે સમયે ઉપલબ્ધ માહિતી અને બ્રહ્માંડ વિશેની ધારણાઓના આધારે બ્રહ્માંડ (બ્રહ્માંડમીમાંસાઓ) અને તેની ઉત્પત્તિ (બ્રહ્માંડ ઉત્પત્તિશાસ્ત્રો)ના અનેક પ્રરૂપો રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. ઐતિહાસિક દષ્ટિએ જોઈએ તો ભગવાને કેવી વિવિધ રીતે તેની રચના કરી તેની કથા પર આ બ્રહ્માંડમીમાંસાઓ અને બ્રહ્માંડ ઉત્પત્તિશાસ્ત્રો આધારિત હતા. સ્થૂળ કાયદાઓથી નિયંત્રિત વ્યકિત નિરપેક્ષ બ્રહ્માંડનું તત્વજ્ઞાન સૌથી પ્રથમ ગ્રીક અને ભારતીયોએ રજૂ કર્યું હતું. સદીઓના સમયગાળા પછી ખગોળશાસ્ત્રના અવલોકનો, ગતિના સિદ્ધાન્તો અને ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંતમાં આવેલી સ્પષ્ટતાથી બ્રહ્માંડનું વધુ ચોકસાઈભર્યું વિવરણ આપવું શકય બન્યું. ૧૯૧૫ની આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનની સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાન્તથી બ્રહ્માંડમીમાંસાનો આધુનિક યુગ શરૂ થયો. જેના કારણે ઉદ્ભવ, ઉત્ક્રાંતિ અને સંપૂર્ણ બ્રહ્માંડ સુધીની બાબતોનું સંખ્યાત્મક અનુમાન કરવું શકય બન્યું. બ્રહ્માંડમીમાંસાની સૌથી આધુનિક અને સ્વીકૃત થીયરી સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાન્ત પર આધારિત છે. અને વધુ સ્પષ્ટપણે તેમાં મહાવિસ્ફોટનું અનુમાન કરવામાં આવ્યું છે. જો કે કઈ થીયરી સાચી છે તે નિશ્ચિત કરવા માટે હજી વધુ ચોકસાઈ ભરેલી ગણતરીઓ આવશ્યક છે.
વિશ્વની ઉત્પત્તિનું વર્ણન કરતી વાર્તાઓ અનેક સંસ્કૃતિઓમાં છે, આપણે તેને લગભગ આટલા સામાન્ય પ્રકારોમાં વહેંચી શકીએ. એક પ્રકારની વાર્તાઓમાં, વિશ્વનો જન્મ એક વિશ્વ ઈંડામાંથી થયો છે; ફિનિશ પૌરાણિક મહાકાવ્ય કાલેવાલા , ચીની વાર્તા પંગુ અથવા ભારતીય બ્રહ્માંડ પુરાણનો સમાવેશ આ પ્રકારની વાર્તાઓમાં થાય છે. આ વાર્તાઓ સાથે સંબંધિત વાર્તાઓમાં, આદિ-બુદ્ધ જેવી તિબેટી બૌદ્ધ વિભાવના, ગૈયા (ધરતી માતા)ની પ્રાચીન ગ્રીક વાર્તા, કૌટલીક દેવી એઝટેક અથવા પ્રાચીન ઈજિપ્ત દેવ ઓટમની જેમ તેમાં બ્રહ્માંડનું સર્જન કોઈ એક વ્યકિતમાંથી અથવા તેમણે જાતે ઉત્પન્ન કરેલા કશાકમાંથી થયેલું ગણવામાં આવે છે. બીજા પ્રકારની વાર્તાઓમાં, દેવનર અને દૈવીનારીના ઐકયના પરિણામે આ વિશ્વનું સર્જન થયું છે, જેમ કે રંગી અને પાપાની માઓરી વાર્તા. તે સિવાયની વાર્તાઓમાં, પહેલેથી મોજૂદ સામગ્રીમાંથી આ બ્રહ્માંડની રચના કરવામાં આવી છે, જેમ કે બેબીલોન મહાકાવ્ય એનુમા એલિશમાંના ટિયામત અથવા નોર્સની પૌરાણિક કથામાંના વિરાટ યામીરની જેમ - અથવા જાપાની પૌરાણિક કથાઓ ઈઝાનાગી અને ઈઝાનામીમાં દર્શાવ્યા સદંતર અસ્તવ્યસ્ત સામગ્રીમાંથી બ્રહ્માંડનું સર્જન થયું છે. બીજા પ્રકારની વાર્તાઓમાં, પ્રાચીન ઇજિપ્તની વાર્તા પતાહ અથવા ઉત્પત્તિ અંગેના બાઈબલના વૃતાન્તની જેમ બ્રહ્માંડની રચના દૈવી આદેશને પગલે થઈ છે. બીજી વાર્તાઓમાં, બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ મૂળભૂત સિદ્ધાન્તોમાંથી થઈ છે, જેમ કે બ્રહ્મા અને પ્રકૃતિ, અથવા તાઓના યિન અને યાંગ.
બ્રહ્માંડના સૌથી પૂર્વકાલીન, જાણીતાં તત્વજ્ઞાની પ્રરૂપો ઈસવિસન પૂર્વે ૨જી સહસ્રાબ્દિના ઉત્તરાર્ધમાં ભારતીય દર્શનશાસ્ત્ર અને હિન્દુ તત્વજ્ઞાનના વૈદિકકાળના ગ્રંથો, વેદો માં જોવા મળ્યા છે. તેમાં પ્રાચીન હિન્દુ બ્રહ્માંડમીમાંસાનું વિવરણ કરવામાં આવ્યું છે, જેમાં બ્રહ્માંડ સર્જન, વિનાશ અને પુનઃર્જન્મના પુનરાવર્તિત ચક્રમાંથી પસાર થાય છે અને આ દરેક ચક્ર ૪૩,૨૦,૦૦૦ વર્ષો સુધી ટકે છે. પ્રાચીન હિન્દુ અને બૌદ્ધ ફિલસૂફોએ પાંચ મૂળભૂત તત્ત્વોનો તાત્ત્વિક સિદ્ધાંત પણ રચ્યો છેઃ વાયુ(હવા), પાણી, અગ્નિ, પૃથ્વી/ભૂમિ (ધરતી) અને આકાશ. ઈસ. પૂર્વે છઠ્ઠી સદીમાં, કાનડા વૈશેષિકા શાળાના સ્થાપકે પરમાણુવાદનો સિદ્ધાન્ત રચ્યો અને પ્રકાશ અને ગરમી એક જ તત્ત્વના ભિન્ન રૂપ છે એવું રજૂ કર્યું.[34] ઈ.સ. ૫મી સદીમાં, બૌદ્ધ પરમાણુવાદી તત્વવેત્તા દીગ્નાગાએ પરમાણુ એ ટપકાંના કદના, અવધિરહિત અને ઊર્જાના બનેલા છે તેવું પ્રસ્થાપિત કર્યું. તેમણે નક્કર દ્રવ્યની હાજરીનો ઈનકાર કર્યો અને ગતિ એ ઊર્જાના પ્રવાહના ક્ષણિક ઝબકારાઓથી બનેલી છે એવી રજૂઆત કરી.[35]
ઈશુ ખ્રિસ્ત પૂર્વે છઠ્ઠી સદીથી સોક્રેટીસ-પહેલાંના ગ્રીક ફિલસૂફોએ બ્રહ્માંડ અંગેના પશ્ચિમના વિશ્વમાં સૌથી પહેલા જાણીતા દાર્શનિક મૉડલ વિકસાવ્યા હતા. બાહ્ય દેખાવ છેતરામણો હોઈ શકે એવું નોંધીને આ પૂર્વકાલીન ગ્રીક ફિલસૂફોએ બાહ્ય દેખાવ પાછળ છુપાયેલી વાસ્તવિકતા સમજવાનો પ્રયત્ન કર્યો હતો. ચોક્કસ ઉદાહરણ સાથે વાત કરીએ તો દ્રવ્યની સ્વરૂપ બદલવાની ક્ષમતા (ઉ.દા. તરીકે, બરફનું પાણી, પાણીનું વરાળ સ્વરૂપમાં બદલાવું) બાબતે નોંધ્યું હતું અને અમુક ફિલસૂફોએ એવી રજૂઆત કરી હતી કે વિશ્વના બહારથી તદ્દન ભિન્ન દેખાતાં ઘટક-દ્રવ્યો (લાકડું, ધાતુ, વગેરે) ખરેખર એક જ ઘટક-દ્રવ્યના, આદિતત્ત્વના જુદાં જુદાં રૂપ છે. આવું કહેનારા પહેલા હતા થેલ્સ, તેમણે આ ઘટક-દ્રવ્યને જળ કહ્યું. તેમના પછી, એનેકિસમેન્સે તેને વાયુ કહ્યું, અને આદિતત્ત્વને સંકોચન અથવા જુદા જુદા રૂપ ધરવા માટે પ્રેરનાર કોઈક આકર્ષક અને કંટાળાજનક બળો જરૂર હશે તેવી પૂર્વધારણા પર ભાર મૂકયો. બ્રહ્માંડની વિવિધતાને સમજાવવા માટે બહુવિધ મૂળભૂત ઘટક-દ્રવ્યો આવશ્યક છે એવું કહીને એમ્પેડોકલ્સે ચાર મૂળભૂત ઘટકો (પૃથ્વી, વાયુ, અગ્નિ અને જળ)ના અસ્તિત્વ ધરાવે છે એવી રજૂઆત કરી, અલબત્ત આ ઘટકો ભિન્ન સંયોજનો અને રૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ઘણા અનુગામી ફિલસૂફોએ આ ચાર-ઘટકો અંગેની ફિલસૂફી સ્વીકારી. એમ્પેડોકલ્સ પહેલાંના કેટલાક ફિલસૂફોએ આદિતત્ત્વ માટે ઓછા ઘટક-દ્રવ્યો હોવા અંગેની હિમાયત કરી હતી; હેરાકિલટુસએ શબ્દ (લોગોસ) માટે દલીલ કરી હતી, પાયથાગોરસ માનતા હતા કે તમામ વસ્તુઓ આંકડાઓથી જ બનેલી છે, તો થેલ્સના શિષ્ય, એનાકિસમાન્ડેરે રજૂઆત કરી કે તમામ ચીજો અનંત (એપિરોન) નામે ઓળખાતા અસ્તવ્યસ્ત તત્ત્વમાંથી જ બની છે, તેમની આ ફિલસૂફી કવોન્ટમ ફોમની આધુનિક વિભાવના સાથે અમુક અંશે મળતી આવતી હતી. પ્રસ્તાવિત એપિરોન ફિલસૂફીમાં વિવિધ ફેરફારો સૂચવવામાં આવ્યા, જેમાં સૌથી વધુ નોંધપાત્ર સુધારો એનાકસાગોરસે સૂચવ્યો હતો; સતત ફરતા રહેતા એપિરોનમાં વણાયેલા વિશ્વનાં વિવિધ દ્રવ્યો નાઉસ (મન)ના સિદ્ધાન્ત મુજબ ગતિમાં આવે છે, એવી તેમની રજૂઆત હતી. છતાં બીજા ફિલસૂફોએ- ખાસ કરીને લેયુસીપસ અને ડેમોક્રિટસે - બ્રહ્માંડ ખાલી જગ્યા, શૂન્યાવકાશમાં ગતિશીલ અવિભાજય પરમાણુઓનું બનેલું છે એવો મત ધરાવતા હતા; ગીચતાની સાથે સાથે ગતિનો અવરોધ પણ વધે છે; એથી, શૂન્યાવકાશમાં તો ગતિને કોઈ અવરોધ હશે નહીં, જે સંભવતઃ અનંત વેગમાં પરિણમે એવી દલીલ સાથે ઍરિસ્ટોટલે આ દષ્ટિકોણ ("પ્રકૃતિ શૂન્યાવકાશને તિરસ્કારે છે")નો વિરોધ કર્યો.
હેરાકિલટુસે સનાતન બદલાવ તરફી દલીલ કરતા હતા, પણ તેમના દેખીતા-સમકાલીન પાર્મેન્ડીસે ક્રાંતિકારી સૂચન કર્યું- તમામ બદલાવ એક ભ્રમણા છે, અંદરની છુપાયેલી વાસ્તવિકતા સનાતન અપરિવર્તનશીલ છે અને એક જ પ્રકૃતિની છે. પાર્મેન્ડીસે આ વાસ્તવિકતાને το εν (એક) નામ આપ્યું. ઘણા ગ્રીક ફિલસૂફોને પાર્મેન્ડીસની આ થીયરી અસંભવિત લાગી, પણ તેના શિષ્ય ઈલેઅના ઝેનોએ તેમને કેટલાક પ્રખ્યાત વિરોધાભાસો દર્શાવીને પડકારી. અખંડને અસીમ સુધી વિભાજિત કરી શકાય છે એવો વિચાર ઘડી કાઢીને અને તેને અવકાશ અને સમયને લાગુ પાડીને ઍરિસ્ટોટલે આ વિરોધાભાસો નિવાર્યા.
બ્રહ્માંડ ઉત્પત્તિ વિનાનો અનંત ભૂતકાળ ધરાવે છે એવું માનતા પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફોથી વિપરીત, મધ્યયુગીન ફિલસૂફો અને ધર્મશાસ્ત્રીઓએ બ્રહ્માંડ એક ચોક્કસ શરૂઆત અને મર્યાદિત ભૂતકાળ ધરાવે છે એવી વિભાવના વિકસાવી. યહૂદી ધર્મ, ખ્રિસ્તી અને ઈસ્લામઃ આ ત્રણ અબ્રાહ્મીક ધર્મોએ બ્રહ્માંડના સર્જનની જે દંતકથાઓ રજૂ કરી હતી તેનાથી ઉપરોકત દષ્ટિકોણ પ્રેરાયેલો હતો. બ્રહ્માંડને અસીમ/અનંત ભૂતકાળ છે એવા પ્રાચીન ગ્રીક માન્યતા સામે સૌથી પહેલી આવી દલીલ ખ્રિસ્તી ફિલસૂફ જહોન ફિલોપોનસે રજૂ કરી. જો કે, અસીમ ભૂતકાળ સામે અત્યંત કુશળ અને વિગતવાર મધ્યયુગીન દલીલો પૂર્વકાલીન મુસ્લિમ ફિલસૂફ અલ-કિન્દી (અલકિન્દસ); યહૂદી ફિલસૂફ સાદિયા ગાંવ (સાદિયાબેન જોસેફ); અને મુસ્લિમ ધર્મશાસ્ત્રી, અલ-ગાઝલી (અલગાઝેલ)-એ રજૂ કરી હતી. અસીમ ભૂતકાળની વિરુદ્ધમાં તેમણે બે તાર્કિક દલીલો વિકસાવી હતી, જેમાં પહેલી હતી "ખરેખરા અનંત/અસીમના અસ્તિત્વની અશકયતા માટેની દલીલ", જેમાં લખ્યું હતું:[36]
બીજી દલીલ હતી, "ખરેખરા અનંતને ક્રમશઃ ઉમેરાથી પૂર્ણ કરવાની અશકયતા અંગેની દલીલ", જેમાં લખ્યું હતું:[36]
એ પછીના ખ્રિસ્તી ફિલસૂફો અને ધર્મશાસ્ત્રીઓએ આ બંને દલીલોને સ્વીકારી હતી અને ઈમ્યુનલ કાન્ટે પોતાના સમય અંગેની વિસંગતિના પહેલા પ્રબંધમાં તેનો ઉપયોગ કર્યો તે પછી વિશેષ કરીને બીજી દલીલ વધુ જાણીતી બની હતી.[36]
બેબિલોનના ખગોળશાસ્ત્રીઓએ ખગોળશાસ્ત્રની શરૂઆત કરી તે પછી થોડા જ વખતમાં બ્રહ્માંડ અંગેના ખગોળશાસ્ત્રીય પ્રરૂપો રજૂ થવા માંડ્યા હતાં. તેઓ બ્રહ્માંડને દરિયામાં તરતી એક ચપટી સપાટ તકતી તરીકે જોતા હતા, અને તેના આધારે જ એનાકિસમાન્દેર અને મિલેટસના હેકાટીયસના પૂર્વકાલીન ગ્રીક નકશાઓ બન્યા હતા.
એ પછીના ગ્રીક ફિલસૂફો સ્વર્ગીય પદાર્થોની ગતિનું અવલોકન કરીને આનુભવિક પુરાવાઓના આધારે બ્રહ્માંડ માટેનું ગહન પ્રરૂપ વિકસાવવા માગતા હતા. સ્નિદોસના યુડોકસસએ આવું પહેલું સમજાઈ શકે તેવું પ્રરૂપ રજૂ કર્યું હતું. આ પ્રરૂપ અનુસાર, અવકાશ અને સમય અનંત અને શાશ્વત હતાં, પૃથ્વી ગોળાકાર અને નિશ્ચલ હતી અને બાકીનું તમામ દ્રવ્ય સમાનકેન્દ્રી ભ્રમણ કરતાં ગોળાઓ હતા. કેલિપ્પસ અને ઍરિસ્ટોટલે આ મૉડલને વધુ સ્પષ્ટ કર્યું, અને પ્ટોલેમીના ખગોળશાસ્ત્રીય નિરીક્ષણો સાથે લગભગ સંપૂર્ણ રીતે સુસંગત બનાવ્યું. આ પ્રરૂપની સફળતા મોટા ભાગે, કોઈ પણ ક્રિયાને (જેમ કે ગ્રહની સ્થિતિ) અમુક વર્તુળાકાર ક્રિયાઓના જૂથમાં (ધ ફોરિઅર મોડ્સ) વિઘટિત કરી શકાય છે, એવી ગાણિતિક હકીકતને આભારી હતી. જો કે, તમામ ગ્રીક વિજ્ઞાનીઓએ બ્રહ્માંડના આ ભૂકેન્દ્રીય પ્રરૂપને માન્ય રાખ્યું નહીં. સામોસના ગ્રીક ખગોળશાસ્ત્રી એરીસ્ટારકસે સૌથી પહેલી સૂર્યકેન્દ્રી થીયરી રજૂ કરી. તેની મૂળ પ્રત ખોવાઈ ગઈ હોવા છતાં, આર્કિમિડિઝના પુસ્તક ધ સેન્ડ રોકનરમાં એરીસ્ટારકસની સૂર્યકેન્દ્રી થીયરીનું વિવિરણ છે. આર્કિમિડિસે લખ્યું હતું: (અંગ્રેજીમાં અનુવાદિત)
તમે રાજા ગૅલોન એ બાબતથી અવગત હશો કે "બ્રહ્માંડ" એ મોટા ભાગના ખગોળશાસ્ત્રીઓએ ગોળાના કેન્દ્રને આપેલું નામ છે, કે જે પૃથ્વીનું કેન્દ્ર છે, અને જેની ત્રિજયા સૂર્યના કેન્દ્ર અને પૃથ્વીના કેન્દ્ર વચ્ચેની સીધી રેખા સમાન છે. આ સામાન્ય વૃત્તાંત તમે ખગોળશાસ્ત્રીઓ પાસેથી સાંભળતા આવ્યા હશો.પણ એરીસ્ટારકસે એક ચોક્કસ પૂર્વધારણા ધરાવતું પુસ્તક રજૂ કર્યું છે, જેમાં નિશ્ચિત અનુમાનોના પરિણામે હમણાં આપણે જે "બ્રહ્માંડ"ની વાત કરી તેના કરતાં કેટલાય ગણું મોટું બ્રહ્માંડ છે એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. તેમની પૂર્વધારણા મુજબ, નિશ્ચલ તારાઓ અને સૂર્ય સ્થિર છે, પૃથ્વી સૂર્યની આસપાસ અને સૂર્ય ગોળા સમાન મધ્યબિંદું ધરાવતા સ્થિર તારાઓની આસપાસ પણ વર્તુળાકારે પ્રદક્ષિણા કરે છે. એટલે તેમના મત પ્રમાણે, પૃથ્વીએ જે કક્ષામાં પ્રદક્ષિણા કરવી ઘટે તે એ સ્થિર તારાઓથી અંતરનો એટલો ગુણોત્તર ધરાવે છે, જેટલો આ ગોળાઓનું મધ્યબિંદુ પોતાની સપાટીથી અંતરનો ગુણોત્તર ધરાવે છે.
આમ એરીસ્ટારકસ માનતા હતા કે તારાઓ ખૂબ ખૂબ દૂર છે અને તેથી જ ગમે ત્યાંથી જુઓ તો પણ કોઈ દેખીતો ફેરફાર દેખાતો નથી, અને પૃથ્વી સૂર્યની આસપાસ ફરતી હોવાથી તારાઓ વચ્ચે એકબીજા સાપેક્ષે ગતિ જોઈ શકાય છે. પ્રાચીન સમયમાં જે અંતર કલ્પવામાં આવ્યું હતું તેનાથી હકીકતમાં આ તારાઓ અનેકગણા અંતરે આવેલા છે, તારાઓની ગતિ માત્ર ટેલિસ્કોપથી જોઈ શકાય છે. ગ્રહોની ગતિ દર્શાવતું ભૂકેન્દ્રીય મૉડલ, તેની જ સમાંતર ઘટના તારાઓની ગતિને ન જોઈ શકવા માટેનો ખુલાસો ધારવામાં આવે છે. પ્લુટાર્ચના નીચેના ફકરામાં જોઈ શકાય છે તેમ સૂર્યકેન્દ્રી દષ્ટિકોણનો દેખીતી રીતે ઘણો વિરોધ થયો હતો (ઓન ધ એપરન્ટ ફેસ ઈન ધ ઓર્બ ઓફ ધ મૂન - ચંદ્રના ગોળામાં દેખીતો ચહેરો):
કલેન્થસ (એરીસ્ટારકસના સમકાલીન અને સ્ટોઈકસના વડા)નું માનવું હતું કે સામોસના એરીસ્ટારકસ પર બ્રહ્માંડના હાર્દને (એટલે કે પૃથ્વીને) ગતિમાં મૂકવાના પાપ માટે ગુનાહિત ગણવો એ ગ્રીક લોકોની ફરજ છે, ...ધારો કે સ્વર્ગ વિરામ લઈ રહ્યું છે અને પૃથ્વી ત્રાંસા વર્તુળમાં ભ્રમણ કરે છે, અને જયારે એ ફરે છે ત્યારે એ જ વખતે, તે પોતાની ધરીની આસપાસ પણ ફરે છે.1
એરીસ્ટારકસના સૂર્યકેન્દ્રી મૉડલને ટેકો આપનાર પ્રાચીનકાળનો એક માત્ર ખગોળશાસ્ત્રી, કે જેનું નામ જાણી શકાયું છે તે હતા સેલેયુસિયાના સેલેયુકસ; તેઓ હેલેનિસ્ટીક ખગોળશાસ્ત્રી હતા અને એરીસ્ટારકસ પછી એક સદી જીવ્યા હતા.[37][38][39] પ્લુટાર્ચ અનુસાર, તાર્કિક રીતે સૂર્યકેન્દ્રી વ્યવસ્થા સમજાવનાર સેલેયુકસ પ્રથમ હતા, પણ તેના માટે તેમણે કઈ દલીલોનો ઉપયોગ કર્યો હતો તે જાણીતી નથી. સૂર્યકેન્દ્રી થીયરી માટે સેલેયુકસની દલીલો સંભવતઃ ભરતી-ઓટની ઘટના સાથે સંબંધિત હતી.[40] સ્ટ્રાબો (1.1.9) પ્રમાણે, ભરતી-ઓટ ચંદ્રના આકર્ષણને કારણે આવે છે, અને મોજાંની ઊંચાઈ ચંદ્રની સૂર્ય સાપેક્ષે સ્થિતિ સાથે સંબંધ ધરાવે છે, એવું પ્રસ્થાપિત કરનાર સેલેયુકસ પ્રથમ હતા.[41] સૂર્યકેન્દ્રી થીયરી સાબિત કરવા માટે, વૈકલ્પિક રીતે તેમણે કદાચ ભૌમિતિક મૉડલના સ્થિરાંકો નિશ્ચિત કરીને અને પાછળથી 16મી સદીમાં નિકોલસ કોપરનિકસે બનાવ્યું હતું તેવા મૉડલનો ઉપયોગ કરીને ગ્રહોની સ્થિતિની ગણતરી કરવાની પદ્ધતિ વિકસાવી હોઈ શકે.[42] મધ્યયુગ દરમ્યાન, ભારતીય ખગોળશાસ્ત્રી, આર્યભટ્ટે,[43] અને પર્શિયન ખગોળશાસ્ત્રીઓ, અલ્બુમાસર[44] અને અલ-સિજઝીએ પણ કદાચ સૂર્યકેન્દ્રી મૉડલો રજૂ કર્યા હતાં.[45]
લગભગ બે સહસ્રાબ્દિ સુધી પશ્ચિમ વિશ્વમાં એરિસ્ટોટલનું મૉડલ સ્વીકૃત રહ્યું, પણ પછી કોપરનિકસે જો પૃથ્વી તેની ધરી પર ફરતી હોય અને જો સૂર્યને બ્રહ્માંડના કેન્દ્રમાં ગણવામાં આવે તો ખગોળશાસ્ત્રીય માહિતી વધુ વાજબી રીતે સમજાવી શકાય છે એવી એરીસ્ટારકસની થીયરી પુનર્જીવિત કરી.
In the center rests the sun. For who would place this lamp of a very beautiful temple in another or better place than this wherefrom it can illuminate everything at the same time?
— Copernicus, in Chapter 10, Book 1 of De Revolutionibus Orbium Coelestrum (1543)
કોપરનિકસે જાતે નોંધ્યું હતું તેમ, પૃથ્વી ફરે છે એવું સૂચન ઘણું જૂનું હતું, કમ સે કમ ફિલોલસ (c.ઈશુ ખ્રિસ્ત પૂર્વે 450), હેરેાકિલડસ પોન્ટીકસ (c.ઈશુ ખ્રિસ્ત પૂર્વે 350) અને ઈકફાન્ટસ ધ પાયથાગોરિયનના સમયથી આવું સૂચન ચાલ્યું આવે છે. કોપરનિકસ કરતાં એકાદ સદી પહેલાં, ખ્રિસ્તી અભ્યાસુ કયુસાના નિકોલસે પણ પોતાના પુસ્તક, ઓન લર્નેડ ઈગનોરન્સ (1440)માં, પૃથ્વી પોતાની ધરીની આસપાસ ફરે છે તેવું લખ્યું હતું.[46] આયભટ્ટ (476–550), બ્રહ્મગુપ્ત (598–668), અલ્બુમાસર અને અલ-સિજઝીએ પણ પૃથ્વી પોતાની ધરીની આસપાસ ફરે છે તેવી રજૂઆત કરી હતી. ધૂમકેતુની ઘટનાનો ઉપયોગ કરીને પૃથ્વી પોતાની ધરી પર ફરે છે તેનો પહેલો આનુભાવિક પુરાવો તુસી (1201–1274) અને અલી કુસ્કુ(1403–1474)-એ આપ્યો. છતાં, તુસી એરિસ્ટોટલની બ્રહ્માંડની વિભાવનામાં માનતો રહ્યો, જયારે એરિસ્ટોટલની પૃથ્વી સ્થિર છે એવી માન્યતાને અનુભવના આધારે રદિયો આપનાર કુસ્કુ પહેલો હતો, પાછળથી કોપરનિકસ પણ પૃથ્વીના ભ્રમણને કંઈક આવી રીતે જ વાજબી ઠેરવ્યું હતું. પૃથ્વીના પોતાના ધરી પરના ભ્રમણને સમજાવવા માટે જેમ ગેલિલિયો ગેલિલેઈએ સમજાવ્યું હતું તેમ, અલ-બિરજાન્દી(d. 1528)એ આગળ વધીને "ગોળાકાર જડતા"ની થીયરી વિકસાવી.[47][48]
સૌથી પહેલા થોમસ ડિગ્ગેસે પોતાના પેરફિટ ડિસ્ક્રિપ્શન ઓફ ધ સેલેસ્ટેલિયલ ઓર્બ્સ અકોરડિંગ ટુ ધ મોસ્ટ એનસિઅન્ટ ડૉકટરાઈન ઓફ ધ પાયથાગોરિઅન્સ, લેટલી રીવાઈવ્ડ બાય કોપરનિકસ એન્ડ બાય જિઓમેટ્રિકલ ડેમોન્સ્ટ્રેશન્સ અપ્રૂવ્ડ (1576)માં રજૂઆત કરી હતી તેમ કોપરનિકસના સૂર્યકેન્દ્રી મૉડલમાં તારાઓને ગ્રહોની વીંટળાયેલા (અનંત) અવકાશમાં એકસરખી રીતે સ્થિત થયેલા દર્શાવવામાં આવ્યા હતા.[49] અવકાશ અનંત છે અને આપણા જેવા સૌરમંડળોથી ભરેલું છે એવા વિચારને ગિઓર્દાનો બ્રુનોએ સ્વીકાર્યો હતો; પણ આ દષ્ટિકોણને પ્રકાશન પછી, 17 ફેબ્રુઆરી 1600ના તેને રોમમાં કૅમ્પો દી ફિઓરીમાં થાંભલા સાથે બાંધીને જીવતો સળગાવી દેવામાં આવ્યો હતો.[49]
આઈઝેક ન્યુટન, ક્રિસ્ટીયન હુયજેન્સ અને પછીના વિજ્ઞાનીઓએ આ બ્રહ્માંડ મીમાંસાનો આંશિક રીતે સ્વીકાર કર્યો હતો,[50] અલબત્ત તેમાં કેટલાક વિરોધાભાસો હતા, જેનો નિવેડો સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાન્તની રચના થયા પછી જ આવ્યો હતો. આ વિરોધાભાસોમાંથી પહેલો હતો કે જેમાં એવું ધારવામાં આવ્યું હતું કે અવકાશ અને સમય અનંત છે, અને બ્રહ્માંડના તારાઓ હરહંમેશથી સળગતા રહ્યા છે; જો કે, તારાઓ સતત ઊર્જાનું વિસર્જન કરતા રહે છે એટલે અસીમિત ઊર્જાનું અસ્ખલિતપણે વિસર્જન કરતા રહેતા તારા સીમિત હોય તે બાબત પરસ્પર વિરોધી લાગે છે. બીજું, એડમન્ડ હૅલી (1720)[51] અને જિનફિલિપ દે ચેસેઅયુકસ (1744)[52]-એ સ્વતંત્રપણે નોંધ્યું છે કે એકસમાન તારાઓથી ભરેલા અનંત અવકાશની ધારણા, રાત્રિનું આકાશ પણ સૂર્યની જેમ જ તેજસ્વી પ્રકાશથી ભર્યું હશે તેવા અનુમાન તરફ દોરી જાય છે; 19મી સદીમાં આ વિરોધાભાસ ઓલ્બર્સના વિરોધાભાસ તરીકે જાણીતો બન્યો હતો.[53] ત્રીજું, ન્યૂટને જાતે દર્શાવ્યું હતું કે એકસમાન દ્રવ્યોથી ભરેલું અનંત અવકાશ, અનંત બળ અને અસ્થિરતાને જન્મ આપશે, જેથી દ્રવ્ય પોતાના જ ગુરુત્વાકર્ષણમાં ધ્વસં પામશે.[49] અસ્થિરતા અંગે વધુ સ્પષ્ટતા 1902માં જિન્સના અસ્થિરતાના માનાંકમાં કરવામાં આવી હતી.[54] આ વિરોધાભાસોમાંથી છેલ્લા બેનું નિવારણ ચાર્લીઅર બ્રહ્માંડમાં છે, જેમાં દ્રવ્ય ખંડિત થઈને સ્તરીકરણમાં (મોટી વ્યવસ્થામાં પરિભ્રમણ કરતાં દ્રવ્ય-પદાર્થો, જાતે પોતાની આસપાસ પણ ફરે છે, એડ ઈનફિનિટમ ) ગોઠવાયેલા છે, એવી રીતે કે જેથી બ્રહ્માંડ નહિવત્ એવી એકંદર ઘનતા ધરાવે; બ્રહ્માંડનું આવું વ્યવસ્થાસભર મૉડલ પૂર્વકાલીન સમયમાં 1761માં જોહાન હેઈનરીચ લામ્બર્ટે પણ સૂચવ્યું હતું.[55] તારાઓ સમગ્ર અવકાશમાં એકસરખી રીતે વહેંચાયેલા નથી, ઊલટાનું તેઓ જુદા જુદા જૂથ બનાવીને તારાવિશ્વો રચે છે એવી થોમસ રાઈટ, ઈમ્યુનેલ કાન્ત અને અન્યોને થયેલી પ્રતીતિથી ખગોળશાસ્ત્રમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ થઈ હતી.[56]
બ્રહ્માંડનું માળખું અને ગતિશીલતાના પ્રરૂપ પર જયારે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈને પોતાનો સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાન્ત લાગુ પાડી જોયો ત્યારે ૧૯૧૭થી સ્થૂળ બ્રહ્માંડમીમાંસાનો નવો યુગ શરૂ થયો.[57] આ સિદ્ધાન્ત અને તેના પરિણામી અસરો વિશે વધુ વિગતવાર વાત નીચેના વિભાગમાં કરવામાં આવશે.
બ્રહ્માંડ વિસ્તારમાં પારસ્પરિક ક્રિયા માટેના ચાર મૂળભૂત બળોમાંથી, ગુરુત્વાકર્ષણ સૌથી પ્રભાવી હતું; ગ્રહો, તારાઓ, તારાવિશ્વો અને તેથી વધુ મોટા માળખાઓના સ્તરે તેમનું માળખું/બંધારણ નિશ્ચિત કરવામાં બાકીનાં ત્રણ બળો ખૂબ નહિવત્ એવો ભાગ ભજવતા હોવાનું માનવામાં આવતું હતું. તમામ દ્રવ્યો અને ઊર્જા ગુરુત્વાકર્ષણ પામે છે, એટલે ગુરુત્વાકર્ષણની અસર સંયુકતરૂપે ઊભી થાય છે; તેનાથી વિપરીત ધન ભાર અને ૠણ ભાર એકબીજાની અસરને નાબૂદ કરતા હોવાથી, બ્રહ્માંડના વિસ્તારમાં વિદ્યુતચુંબકીય બળ પ્રમાણમાં બિનમહત્ત્વનું રહે છે. પારસ્પરિક ક્રિયા ઉપજાવતાં બીજાં બે બળો, નબળા અને શકિતશાળી અણુકેન્દ્રી બળો, અંતર વધવાની સાથે ખૂબ ઝડપથી ક્ષીણ થતા જાય છે; તેમની અસર મુખ્યત્વે અણુથી પણ નાના વિસ્તારો સુધી મર્યાદિત રહે છે.
બ્રહ્માંડના માળખાઓને આકાર આપવામાં ગુરુત્વાકર્ષણનો પ્રબળ પ્રભાવ હોવાથી, બ્રહ્માંડના ભૂતકાળ અને ભવિષ્યના સચોટ અનુમાનો માટે ગુરુત્વાકર્ષણનો ચોક્કસ સિદ્ધાન્ત આવશ્યક છે. ઉપલબ્ધ હોય તેવો સૌથી શ્રેષ્ઠ સિદ્ધાન્ત આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનનો સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાન્ત છે, જે અત્યાર સુધીની તમામ પ્રાયોગિક ચકાસણીઓમાંથી પાર ઉતર્યો છે. છતાં, બ્રહ્માંડના વિસ્તારમાં તેના ઘનિષ્ઠ પ્રયોગો કરવામાં ન આવ્યા હોવાથી, સામાન્ય સાપેક્ષતાનો વિચાર કદાચ અચોક્કસ પણ નીવડી શકે. જો કે તેના બ્રહ્માંડને લગતાં અનુમાનો ખગોળશાસ્ત્રીય અવલોકનો સાથે સુસંગત છે, અને એટલે જ બીજા કોઈ સિદ્ધાન્તને અપનાવવા માટેનું કોઈ ફરજિયાત કારણ નથી.
સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં દળ-ઊર્જા અને વેગના વિતરણથી ઉકેલાવા ઘટે તેવા અવકાશ-સમયના મેટ્રિક (આઈન્સ્ટાઈનનાં ક્ષેત્ર સમીકરણો) માટે સામાન્ય સાપેક્ષતા દસ અરેખિત અંશતઃ વિભેદક સમીકરણો પૂરાં પાડે છે. આ અંગેની ચોક્કસ વિગતો અપ્રાપ્ય હોવાથી, બ્રહ્માંડના સિદ્ધાન્તોના આધારે બ્રહ્માંડના મૉડલ ઊભા કરવામાં આવ્યા છે, જે દર્શાવે છે કે બ્રહ્માંડ સમસ્વભાવી અને સમદેશિક છે. આ સિદ્ધાન્ત એમ દર્શાવે છે કે આ બ્રહ્માંડ બનાવતા વિવિધ તારાવિશ્વોની ગુરુત્વાકર્ષી અસરો, જો આખા બ્રહ્માંડમાં એકંદર ઘનતા ધરાવતી ઝીણી ધૂળ એકસરખી રીતે પાથરવામાં આવે તેના જેટલી જ છે. આ એકસરખી ધૂળની ધારણાથી આઈનસ્ટાઈનના ક્ષેત્ર સમીકરણો ઉકેલવામાં અને બ્રહ્માંડના સમયના માપક્રમો પર બ્રહ્માંડના ભૂતકાળ અને ભવિષ્યની આગાહી કરવામાં સરળતા થાય છે.
આઈનસ્ટાઈનના ક્ષેત્ર સમીકરણોમાં, પરિહાર પ્રદેશમાંની ઊર્જાની ઘનતા સાથે મળતા આવતા બ્રહ્માંડ સંબંધી સ્થિરાંક(Λ ),[57][58]નો સમાવેશ થાય છે.[59] તેના ચિહ્નના આધારે બ્રહ્માંડનો સ્થિરાંક કાં તો બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને ધીરું (ૠણ Λ )) પાડે છે અથવા તો વધુ વેગ (ધન Λ )) આપે છે. આઈનસ્ટાઈન સહિતના ઘણા વિજ્ઞાનીઓ Λ ને શૂન્ય વિચારતા હતા,[60] પરંતુ તાજેતરના પ્રકાર આઈએ (Ia) સુપરનોવના ખગોળશાસ્ત્રીય અવલોકનોમાં બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને ગતિ આપતી "શ્યામ ઊર્જા" મોટા પ્રમાણમાં જોવા મળી હતી.[61] પ્રારંભિક અભ્યાસો સૂચવે છે કે આ શ્યામ ઊર્જા ધન Λ સાથે મેળ ખાય છે, છતાં હજી તેના આધારે વૈકલ્પિક થીયરીઓને રદ કરી શકાય તેમ નથી.[62] Λ એ કવોન્ટમ ફિલ્ડ થીયરીના વાસ્તવિક રજકણો સાથે સંકળાયેલી શૂન્ય-બિંદુંની ઊર્જાનું માપ છે એવો મત રશિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી ઝેલ’દોવિચે વ્યકત કર્યો, એટલે કે પ્રસરણશીલ શૂન્યાવકાશ ઊર્જા બધે જ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, એકદમ ખાલી જગ્યા, પરિહાર પ્રદેશમાં પણ તેનું અસ્તિત્વ હોય છે.[63] કાસીમીર અસરમાં આ શૂન્ય-બિંદુની ઊર્જાનો પુરાવો જોવા મળ્યો હતો.
બ્રહ્માંડ ઓછામાં ઓછા ત્રણ અવકાશી અને એક સમયનું પરિમાણ ધરાવે છે. લાંબા સમય સુધી એવું મનાતું રહ્યું કે આ અવકાશી અને સમયનાં પરિમાણો ભિન્ન પ્રકૃતિના અને એકબીજાથી સ્વતંત્ર છે. જો કે, સાપેક્ષવાદના વિશિષ્ટ સિદ્ધાન્ત મુજબ, અવકાશી અને સમયના અલગ પરિમાણો, તેમની ગતિમાં બદલાવ લાવવાથી આંતરપરિવર્તનક્ષમ (સીમાની અંદર) બને છે.
આ આંતરપરિવર્તન સમજવા માટે, ત્રણ અલગ અવકાશી પરિમાણો વચ્ચે થતા સમાન પ્રકારના આંતરપરિવર્તનને સમજવાથી મદદ થશે. L લંબાઈના એક સળિયાના બે છેવાડાના બિંદુ લો. સંદર્ભ ફ્રેમમાં છેવાડાના બે બિંદુઓના ત્રણ નિર્ણાયક ભુજ Δx, Δy અને Δzના તફાવતથી
પાયથાગોરસના પ્રમેયનો ઉપયોગ કરીને તેની લંબાઈ નિશ્ચિત થઈ શકે છે. વારાફરતી સંદર્ભ ફ્રેમ બદલવાથી, નિર્ણાયક ભુજના તફાવતમાં ફેરફાર જોવા મળે છે, પણ છેવટે જવાબ એક સરખી લંબાઈ જ દર્શાવે છે.
આમ, નિર્ણાયક ભુજોનો તફાવત ()(Δx, Δy, Δz) અને (Δξ, Δη, Δζ) સળિયાના અંતરંગ ભાગ નથી, પણ માત્ર તેને દર્શાવવા માટે વપરાયેલી સંદર્ભ ફ્રેમને સૂચવે છે; તેનાથી વિપરીપ, L લંબાઈ એ સળિયાનો અંતરંગ ભાગ છે. માત્ર તેની સંદર્ભ-ફ્રેમ વારાફરતી બદલીને, સળિયાને કોઈ અસર પહોંચાડયા વિના નિર્ણાયક ભુજોનો તફાવત બદલી શકાય છે.
અવકાશ-સમયમાંની સામ્યતાને બે ઘટનાઓ વચ્ચેનો અંતરાલ કહેવામાં આવે છે; અવકાશ-સમયમાંના એક બિંદુ તરીકે, અવકાશમાં એક નિશ્ચિત સ્થિતિ અને સમયમાં એક ચોક્કસ ક્ષણ તરીકે, ઘટનાને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. બે ઘટનાઓ વચ્ચેનો અવકાશ-સમય અંતરાલ આપેલો છે
જેમાં c એ પ્રકાશનો વેગ છે. વિશિષ્ટ સાપેક્ષતા અનુસાર, જયાં સુધી બદલાવમાં અવકાશ-સમયનો અંતરાલ s જળવાતો હોય ત્યાં સુધી એક અવકાશી અને સમયના અલગ પરિમાણો(L 1, Δt 1)ને સંદર્ભ-ફ્રેમ બદલીને બીજા (L 2, Δt 2)માં બદલી શકાય છે. સંદર્ભ-ફ્રેમમાં આ પ્રકારનો બદલાવ તેમની ગતિમાં બદલાવ સાથે મેળ ખાય છે; ગતિશીલ ફ્રેમમાં લંબાઈઓ અને સમયો, સ્થિર સંદર્ભ-ફ્રેમમાંના તેમના પ્રતિરૂપોથી જુદાં હોય છે. લોરેન્ટઝ રૂપાંતર દ્વારા ચોક્કસ જે રીતે નિર્ણાયક ભુજા અને સમયના તફાવતો ગતિમાં બદલાય છે તેનું વિવરણ આપવામાં આવ્યું છે.
ચક્કર ચક્કર ફરતાં રહેતાં તારાવિશ્વો વચ્ચેનું અંતર સમય સાથે વધતું જાય છે, પણ દરેક તારાવિશ્વમાંના તારાઓ વચ્ચેનું અંતર આશરે સરખું જ રહે છે, તેનું કારણ તેમની વચ્ચેની ગુરુત્વાકર્ષી ક્રિયા-પ્રતિક્રિયા છે.આ ઍનિમેશન શૂન્ય બ્રહ્માંડ સંબંધી સ્થિરાંક Λ સાથેનું બંધ ફ્રાઈડમૅન બ્રહ્માંડ દર્શાવે છે; આવું બ્રહ્માંડ મહાવિસ્ફોટ અને મહાસંકોચન વચ્ચે ઝોલાં ખાતું હોય છે.
ચોરસ ન હોય તેવા અથવા તો વળાંક ધરાવતા તંત્રમાં, પાયથાગોરસનો પ્રમેય માત્ર અતિસૂક્ષ્મ લંબાઈના પરિમાણમાં જ લાગુ પાડી શકાય છે અને તેને વધુ સામાન્ય મેટ્રિક ટેન્સર g μν સાથે મોટું કરવું પડે છે, વળી તે સ્થળે સ્થળે બદલાય છે, અને જે-તે કોઓર્ડિનેટ તંત્રની સ્થાનિક ભૂમિતિને દર્શાવે છે. છતાં, બ્રહ્માંડ તમામ સ્થળે સમસ્વભાવી અને સમદેશિક છે એ બ્રહ્માંડ સંબંધી સિદ્ધાન્તનો ઉપયોગ કરીએ તો, અવકાશમાંનું કોઈ પણ બિંદુ બીજા કોઈ પણ બિંદું જેવું જ છે; તેથી મેટ્રિક ટેન્સર તમામ જગ્યાએ એકસરખું જ રાખવું ઘટે. પરિણામે મેટ્રિક ટેન્સરનું એક જ રૂપ બન્યું, જેને ફ્રાઈડમૅન-લેમાઈટર-રોબર્ટસન-વૉકર મેટ્રિક,
જયાં (r , θ, φ) ગોળાકાર તંત્ર સાથે મળતું આવે છે. આ મેટ્રિકના માત્ર બે પ્રાચલો જ અનિશ્ચિત છેઃ એકંદર લંબાઈ માપ R , જે સમય સાથે બદલાઈ શકે, અને વક્ર સૂચક k , જે યુકલીડની સપાટ ભૂમિતિ સાથે અથવા ધન કે ૠણ વળાંકના સ્થળો સાથે મળતા આવતાં 0, 1 અથવા −1 માત્ર હોઈ શકે છે. બ્રહ્માંડમીમાંસામાં, બ્રહ્માંડનો ઇતિહાસ નક્કી કરવા માટે R ને સમયના પરિબળ તરીકે, k આપેલું હોય અને આઈન્સ્ટાઈનના ક્ષેત્ર સમીકરણોમાં (નાનકડું) પરિબળ ગણાતો બ્રહ્માંડ સંબંધી સ્થિરાંક Λ આમ આ સહુની ગણતરીથી બ્રહ્માંડનો ઇતિહાસ નિશ્ચિત કરવા અંગેની ગણતરીઓ થઈ શકે છે. આ સમીકરણ R સમય સાથે કેવી રીતે બદલાય છે તે દર્શાવે છે, અને તેના શોધક એલેકઝાન્ડર ફ્રાઈડમૅન પરથી આ સમીકરણને ફ્રાઈડમૅન સમીકરણ કહેવામાં આવે છે.[64]
ચિત્ર:Closed Friedmann universe zero Lambda.oggIMAGE OPTIONSAnimation illustrating the
R(t) માટેનો ઉકેલ k અને Λ પર આધાર રાખે છે, પરંતુ તેના કેટલાક ગુણાત્મક પાસાંઓ સામાન્ય છે. સૌથી પહેલું અને સૌથી અગત્યનું, આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈને સર્વપ્રથમ નોંધ્યા મુજબ જો ધન વળાંક (k =1) સહિત બ્રહ્માંડ સંપૂર્ણપણે સમદેશિક હોય અને દરેક સ્થળે એક ચોક્કસ મૂલ્યની ગીચતા ધરાવતું હોય, તો અને તો જ બ્રહ્માંડનું લંબાઈ પરિબળ R અવિચલ રહી શકે છે. જો કે આ સમતુલા અસ્થિર છે અને નાનાં માપોમાં બ્રહ્માંડ પણ સમસ્વભાવી ન હોવાનું જણાયું છે, એટલે સામાન્ય સાપેક્ષતા મુજબ R બદલવો જ પડે. જયારે R બદલાય છે, ત્યારે બ્રહ્માંડમાંના તમામ અવકાશી અંતરો તેના અનુસંધાનમાં બદલાય છે; અવકાશનું આમ એકંદર વિસ્તરણ અથવા સંકોચન થાય છે. તારાવિશ્વો એકબીજાથી દૂર સરતા જાય છે એવા અવલોકનનો પણ આ ખુલાસો આપે છે; તેમની વચ્ચેનો અવકાશ ખેંચાતો જાય છે. અવકાશનું આ વિસ્તરણ, 13.7 અબજ વર્ષો અગાઉ એક જ બિંદુ પરથી શરૂ થયેલા બે તારાવિશ્વો, અને કદી પણ પ્રકાશના વેગથી વધુ ઝડપથી દૂર ન જતા હોવા છતાં એકબીજાથી 40 અબજ પ્રકાશ વર્ષો દૂર હોવાના દેખીતા વિરોધાભાસને પણ સ્પષ્ટ કરે છે.
બીજું, જયારે R શૂન્ય પર પહોંચતો હતો અને દ્રવ્ય અને ઊર્જા અનંતપણે ગાઢ બનતા હતા, ત્યારે ભૂતકાળમાં એકરૂપ ગુરુત્વાકર્ષણ બળ હતું એવું તમામ ઉકેલો સૂચવે છે. સંપૂર્ણ એકરૂપતા અને સમદેશિકતા (બ્રહ્માંડ સંબંધી સિદ્ધાન્ત) હોવાના અને જયાં માત્ર ગુરુત્વાકર્ષી પાસ્પરિક ક્રિયા નોંધપાત્ર હતી તેવી પ્રશ્નાર્થ ધરાવતી ધારણા પર આધારિત આ નિષ્કર્ષ અનિશ્ચિત ભાસી શકે. છતાં, પેનરોઝ-હોકિંગ એકરૂપ(સિંગ્યુલારિટી) પ્રમેયો એવું દર્શાવે છે કે એકરૂપ ખૂબ સામાન્ય સ્થિતિમાં અસ્તિત્વ ધરાવતું હોવું જોઈએ. તેથી, આઈન્સ્ટાઈનના ક્ષેત્ર સમીકરણો મુજબ, એકરૂપની સ્થિતિ પછી (જયારે R ખૂબ નાનો, સીમિત મૂલ્ય ધરાવતો હતો) તુરત સર્જાયેલી અકલ્પનીય ઉષ્ણ, ગાઢ સ્થિતિમાંથી R ખૂબ ઝડપથી વિકસ્યો હતો; બ્રહ્માંડના મહાવિસ્ફોટ મૉડલનો આ અર્ક છે. એક સામાન્ય ગેરસમજણ પ્રવર્તે છે કે અવકાશ અને સમયના એક જ બિંદુમાંથી દ્રવ્ય અને ઊર્જા વિસ્ફોટ પામ્યા એવું અનુમાન મહાવિસ્ફોટ મૉડલમાં કરવામાં આવ્યું છે; પણ એવું નથી. ઊલટાનું અવકાશનું સર્જન જ મહાવિસ્ફોટથી થયું હતું અને તેમાં નિયત માત્રાની ઊર્જા અને દ્રવ્ય એકસરખી રીતે ફેલાયા હતા; જેમ જેમ અવકાશનું વિસ્તરણ થતું ગયું (એટલે કે, જેમ R(t) વધતા ગયા), તેમ તેમ દ્રવ્ય અને ઊર્જાની ઘનતા ઘટતી ગઈ.
| style="text-align: left;" | અવકાશને કોઈ સીમા નથી - તે કોઈ બાહ્ય અવલોકન વિના અનુભવથી વધુ સ્પષ્ટ છે.તેનો અર્થ એમ નથી કે અવકાશ અનંત છે... (અનુવાદિત, મૂળ જર્મન) |
| બર્નહાર્ડ રિમેન (હેબિલિટેટેશન વોરટ્રેગ, 1854) |
ત્રીજું, વક્ર સૂચક k અવકાશ-સમયના સરેરાશ અવકાશ વળાંકને નિશ્ચિત કરે છે, જે એક અબજ પ્રકાશ વર્ષોના લંબાઈ માપનું સરેરાશ હોય છે. જો k =1 છે, તો વળાંક ધન (પોઝિટિવ) છે અને બ્રહ્માંડ મર્યાદિત કદ ધરાવે છે. આવાં બ્રહ્માંડોને મોટા ભાગે ત્રિ-પરિમાણીય ગોળા તરીકે કલ્પવામાં આવે છે, S3 જે ચતુષ્પરિમાણીય અવકાશમાં બેસાડેલો છે. તેનાથી વિપરીત, જો k શૂન્ય અથવા ૠણ (નેગેટિવ) છે, તો તેની એકંદર સંસ્થિતિ મુજબ બ્રહ્માંડ અનંત કદ ધરાવતું હોઈ શકે. જયારે R =0 હોય ત્યારે માત્ર એક જ ધડાકે મહાવિસ્ફોટથી અનંત અને છતાં અનંત રીતે ગાઢ બ્રહ્માંડનું સર્જન થયું હોઈ શકે તે બાબત પ્રતિ-અંતઃપ્રજ્ઞા લાગી શકે, પણ જયારે k બરાબર 1 ન હોય ત્યારે ગાણિતિક રીતે બરાબર આવું જ અનુમાન કરી શકાય છે. સરખામણી કરીએ તો, એક અનંત મેદાન શૂન્ય વળાંક પણ અનંત વિસ્તાર ધરાવે છે, જયારે એક અનંત નળાકાર એક દિશામાંથી મર્યાદિત છે અને એક ટોરસ એ બંને છેડાથી મર્યાદિત છે. એક ટોરોઈડલ બ્રહ્માંડ, એસ્ટિરોઈડ્સ જેવી વીડિયો રમતોમાં "રૅપ-અરાઉન્ડ" જોવા મળે છે તેવી નિયતકાલિક સરહદ પરિસ્થિતિઓ ધરાવતા સામાન્ય બ્રહ્માંડની જેમ ભાસી શકે છે; અવકાશની બાહ્ય "સરહદ" વટાવતો એક પ્રવાસી બહાર જતો દેખાય છે, તે તરત જ સરહદના બીજા બિંદુથી અંદર આવતો દેખાય છે.
બ્રહ્માંડની છેવટની નિયતિ હજુ સુધી નિશ્ચિત થઈ શકી નથી, કારણ કે તેનો આધાર નિર્ણાયકરૂપે વળાંક સૂચક k અને બ્રહ્માંડ સંબંધી સ્થિરાંક Λ પર છે. જો બ્રહ્માંડ પૂરતું ગાઢ હોય, તો k બરાબર +1 થશે, એટલે કે તેનો સરેરાશ વળાંક સમગ્ર વિસ્તારમાં ધન (પોઝિટિવ) હશે અને બ્રહ્માંડ ઘટનાક્રમે ફરીથી મહાસંકોચનમાં વિધ્વસં પામશે, જે કદાચ મહાઉછાળથી એક નવા બ્રહ્માંડની રચનાની શરૂઆત કરશે.તેનાથી વિપરીત, જો બ્રહ્માંડ અપૂરતું ગાઢ હોય, તો k બરાબર 0 અથવા −1 થશે અને બ્રહ્માંડ હંમેશ માટે વિસ્તરતું રહેશે, ઠંડું પડશે અને ધીમે ધીમે તમામ જીવન માટે પ્રતિકૂળ બનશે, જેમ તારાઓ મૃત્યુ પામશે અને તેમનું તમામ દ્રવ્ય કાળા છિદ્રો (બ્લેક હોલ)માં સમાઈ જશે (મહાહિમ અને બ્રહ્માંડની ગરમીનું મૃત્યુ). ઉપર નોંધ્યા પછી, તાજેતરની માહિતી દર્શાવે છે કે પહેલા ધાર્યું હતું તેમ, બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ ઓછું થતું જોવા મળ્યું નથી, તેના બદલે તેના વિસ્તરણનો વેગ વધી રહ્યો છે; જો અચોક્કસ સમય સુધી આમ ચાલ્યા જ કરે તો, બ્રહ્માંડ ધીમે ધીમે ટુકડે ટુકડા થઈને વેરાઈ જશે (મહાવિસર્જન). પ્રાયોગિક ધોરણે, બ્રહ્માંડની એકંદર ઘનતા વિધ્વંસ અને શાશ્વત વિસ્તરણ વચ્ચે ખૂબ નાજુક મૂલ્યની નજીક છે; આ પ્રશ્નના નિવારણ માટે વધુ ઝીણવટપૂર્વકના, કાળજીપૂર્વકના ખગોળશાસ્ત્રીય નિરીક્ષણો આવશ્યક છે.
પ્રચલિત મહાવિસ્ફોટ મૉડલ ઉપર દર્શાવેલા ઘણા પ્રાયોગિક અવલોકનો માટે સ્પષ્ટતા પૂરી પાડે છે, જેમ કે તારાવિશ્વો વચ્ચેના અંતર અને રકતવિચલન વચ્ચેનો સંબંધ, હાઈડ્રોજનઃહિલિઅમ અણુઓનો વૈશ્વિક ગુણોત્તર, અને સર્વવ્યાપક, સર્વદેશિક વિદ્યુતચુંબકીય કિરણોત્સર્ગી પશ્ચાદ્. ઉપર નોંધ્યું છે તેમ, અવકાશના મેટ્રિક વિસ્તરણના કારણે રકતવિચલન ઉદ્ભવે છે; અવકાશ પોતે વિસ્તરતું હોવાથી, અવકાશમાંથી પસાર થતા ફોટોનની તરંગલંબાઈ પણ વધે છે, અને તેની ઊર્જા ઘટે છે. ફોટોન જેટલો લાંબો પ્રવાસ ખેડે છે, તેટલા વધુ વિસ્તરણમાંથી પસાર થાય છે; અને તેથી, વધુ દૂરના તારાવિશ્વોમાંથી દેખાતા જૂના ફોટોન સૌથી વધુ રકત-વિચલિત દેખાય છે. અંતર અને રકતવિચલન વચ્ચેનો સંબંધ નિશ્ચિત કરવો એ પ્રાયોગિક ભૌતિક બ્રહ્માંડમીમાંસાનો એક મહત્ત્વનો કોયડો હતો.
અવકાશના એકંદર વિસ્તરણ સાથે અણુકેન્દ્રીય અને અણુશકિતના ભૌતિકવિજ્ઞાન જોડીને બીજા પ્રાયોગિક અવલોકનો પણ સમજાવી શકાય છે. બ્રહ્માંડ જેમ જેમ વિસ્તરતું જાય છે, તેમ તેમ ઊર્જાના વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણો, દ્રવ્ય કરતાં વધુ ઝડપથી ઘનતા ગુમાવે છે, કારણ કે ફોટોનની ઊર્જા તેની તરંગલંબાઈ સાથે ઘટતી જાય છે. આમ, ભલે અત્યારે બ્રહ્માંડમાં ઊર્જાની ઘનતા પર દ્રવ્યનું પ્રભુત્વ છે, પણ એક સમયે તેના પર વિકિરણોનું પ્રભુત્વ હતું; કાવ્યાત્મક ભાષામાં કહીએ તો, બધું જ પ્રકાશમય હતું. જેમ બ્રહ્માંડ વિસ્તરતું ગયું, તેમ તેની ઊર્જાની ઘનતા ઘટતી ચાલી અને તે વધુ ઠંડું બન્યું; એવું થતાં દ્રવ્યનાં પ્રારંભિક કણો સ્થિરતાથી સૌથી મોટા સંયોજનો બનાવી શકે છે. આમ, દ્રવ્ય-વર્ચસ્વી યુગના પૂર્વાર્ધમાં, સ્થિર પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન બન્યા, જે પાછળથી આણ્વિક મધ્યવર્તી કેન્દ્ર સાથે સંકળાય છે. આ તબક્કે, બ્રહ્માંડ મુખ્યત્વે ૠણ ઈલેકટ્રોનના ઉષ્ણ, ગાઢ પ્લાઝમા, તટસ્થ ન્યુટ્રોન અને ધન મધ્યવર્તી કેન્દ્ર હોય છે. આ ધન મધ્યવર્તી કેન્દ્રો વચ્ચે થતી અણુકેન્દ્રી પ્રક્રિયાના પરિણામે આજના હળવા ન્યુકલેઈ, વિશેષ કરીને હાઈડ્રોજન, ડ્યૂટેરિઅમ અને હિલિઅમ વિપુલ પ્રમાણમાં પેદા થયા છે. ધીમે ધીમે ઈલેકટ્રોન અને ન્યૂકલેઈ જોડાઈને સ્થિર અણુનું રૂપ ધારણ કરે છે, જે વિકિરણોની તરંગલંબાઈ પ્રત્યે પારદર્શક હોય છે; આ બિંદુએ, વિકિરણો દ્રવ્યમાંથી અયુગ્મિત બને છે અને આજે જોઈ શકાતા વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોનું સર્વવ્યાપક, સર્વદેશિક પશ્ચાદ્ બનાવે છે.
આજનું ભૌતિકવિજ્ઞાન બાકીનાં અવલોકનો માટે સ્પષ્ટતા આપી શકયું નથી. પ્રચલિત થીયરી અનુસાર, બ્રહ્માંડના સર્જનમાં પ્રતિદ્રવ્યો કરતાં દ્રવ્યોનું સહેજ ચડિયાતું અસંતુલન હાજર હતું, અથવા તો તેના સર્જન પછી તરત જ, કદાચ સૂક્ષ્મ ભૌતિક વિજ્ઞાન વિહે નોંધેલા સીપી (CP) ઉલ્લંઘનને કારણે તેમનું ટૂંક સમયમાં સર્જન થયું હશે. અલબત્ત, દ્રવ્ય અને પ્રતિદ્રવ્ય મોટા ભાગે એકબીજાનો જડથી નાશ કરીને ફોટોન ઉપજાવે છે, આમ દ્રવ્યનો એક નાનો અવશેષ ટકી ગયો, જેના પરિણામે આજનું દ્રવ્ય-વર્ચસ્વી બ્રહ્માંડ બન્યું. બ્રહ્માંડના ઇતિહાસની ખૂબ શરૂઆતમાં (તેના સર્જન પછી આશરે 10−35 સેકન્ડ પછી), તે ઝડપથી ફુલવા માંડ્યું હતું. તાજેતરનાં અવલોકનો પણ એવું સૂચવે છે કે બ્રહ્માંડ સંબંધી સ્થિરાંક (Λ ) શૂન્ય નથી અને બ્રહ્માંડના ચોખ્ખા દળ-ઊર્જા જથ્થામાં શ્યામ ઊર્જા અને શ્યામ દ્રવ્યનું પ્રભુત્વ રહ્યું છે, જેની લાક્ષણિકતાઓનો પૂરતો વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસ થયો નથી. તેમની ગુરુત્વાકર્ષી અસરોમાં તફાવત હોય છે. શ્યામ દ્રવ્ય, સામાન્ય દ્રવ્યની જેમ જ ગુરુત્વાકર્ષી અસર પામે છે અને આથી બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને ધીમું પાડે છે; તેનાથી વિપરીત, શ્યામ ઊર્જા બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને વેગ આપે છે.
આ બ્રહ્માંડ એ બહુ-બ્રહ્માંડ તરીકે ઓળખાતા, એકબીજાથી વિખૂટા પડેલા બ્રહ્માંડોના જૂથનો એક હિસ્સો જ માત્ર છે, એવું પણ કેટલીક થીયરીઓમાં રજૂ કરવામાં આવ્યું છે, જે તમામ બાબતનો જેમાં સમાવેશ છે તે બ્રહ્માંડ એવી વિભાવનાને આંતરે છે.[12][65] વ્યાખ્યા પ્રમાણે, એક બ્રહ્માંડમાંની બાબતો બીજાને અસર કરી શકે તેવી કોઈ સંભાવના નથી, અને જો બે "બ્રહ્માંડો" એકબીજાને અસર કરી શકે, તો વળી તે એક જ બ્રહ્માંડના ભાગ ગણાય. આમ, ભલે કેટલાક કાલ્પનિક પાત્રો સમાંતર કાલ્પનિક "બ્રહ્માંડો" વચ્ચે આવ-જા કરે, ખરેખર તો જો કડક શબ્દોમાં કહેવામાં આવે તો આ બ્રહ્માંડ શબ્દનો ખોટો શબ્દપ્રયોગ છે. વિખૂટા બ્રહ્માંડો નક્કર છે, એટલે કે દરેકને પોતાનો અવકાશ અને સમય છે, દરેક પોતાના દ્રવ્ય અને ઊર્જા ધરાવે છે અને દરેકના પોતાના ભૌતિક નિયમો છે એવું માનવામાં આવે છે- જે સમાંતરતાની વ્યાખ્યાને પણ પડકારે છે, કારણ કે આ બ્રહ્માંડો (તેમની પાસે તેમનો પોતાનો સમય છે એટલે) સંયુકતરૂપે અથવા તો (જુદા જુદા બ્રહ્માંડોની અવકાશી સ્થિતિ વચ્ચે કોઈ સમજી શકાય તેવો સંબંધ નથી એટલે) ભૌમિતિક રીતે સમાંતર અસ્તિત્વ નથી ધરાવતા. આવા નક્કર, વિખૂટા બ્રહ્માંડોને, ચેતનાના વૈકલ્પિક ફલકની તાત્ત્વિક વિભાવનાથી અલગ તારવવા ઘટે, કારણ કે ચેતના આ ફલકોને નક્કર સ્થળ કલ્પવામાં નથી આવ્યા અને તે માહિતીના પ્રવાહથી જોડાયેલાં છે. વિખૂટા પડેલા બહુ-બ્રહ્માંડોની વિભાવના ઘણી જૂની છે; ઉદાહરણ તરીકે 1277માં પૅરિસના બિશપ ઍટીની ટેમ્પીયરે જાહેર કર્યું હતું કે ઈશ્વર ઇચ્છે તેટલા બ્રહ્માંડો સર્જી શકે છે, આ પ્રશ્ન ફ્રેન્ચના ધર્મશાસ્ત્રીઓમાં ખૂબ ઉગ્રપણે ચર્ચાયો હતો.[66]
બહુ બ્રહ્માંડોને બે વૈજ્ઞાનિક ભૂમિકાએ ચર્ચવામાં આવ્યા છે. પહેલી, વિખૂટા અવકાશ-સમયનું અસ્તિત્વ કદાચ હોઈ શકે; એવી અટકળ કરી શકાય કે દ્રવ્ય અને ઊર્જાના તમામ સ્વરૂપો એક બ્રહ્માંડમાં મર્યાદિત છે અને બે બ્રહ્માંડો વચ્ચે તેની આપલે થઈ શકતી નથી. આવી થીયરી એ બ્રહ્માંડના શરૂઆતના અંધાંધૂંધ ફુલાવાનું ઉદાહરણ છે.[67] બીજું, અનેક-વિશ્વોની પૂર્વધારણા અનુસાર, કવોન્ટમ પરિમાણો સાથે સામ્ય ધરાવતાં સમાંતર વિશ્વનો જન્મ થયો છે; આ બ્રહ્માંડની સમાંતર પ્રતો પેદા થાય છે, અને વળી દરેક જુદા કવોન્ટમ પરિમાણો સાથે સામ્ય ધરાવે છે. જો કે, "બહુ-બ્રહ્માંડ"નો શબ્દપ્રયોગ બંને અર્થમાં વિચારણા હેઠળ છે અને તેને અવૈજ્ઞાનિક કહી શકાય; એક બ્રહ્માંડમાં કરવામાં આવેલો કોઈ પણ પ્રયોગ/કસોટી, બીજા વિખૂટા બ્રહ્માંડના અસ્તિત્વ કે ગુણધર્મો વિશે કોઈ માહિતી આપી શકતા નથી.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
