Ilustrasi sederhana gugusan bintang di alam semesta.
Alam semesta adalah totalitas dari segala sesuatu yang ada: ruang, waktu, materi, energi, planet, bintang, galaksi, dan semua bentuk radiasi elektromagnetik. Mempelajari alam semesta, atau kosmologi, adalah upaya manusia untuk memahami asal-usul, evolusi, struktur, dan takdir akhir dari semua keberadaan. Skala alam semesta begitu masif sehingga sulit untuk dijangkau oleh intuisi manusia biasa. Kita berbicara tentang jarak yang diukur dalam tahun cahaya—jarak yang ditempuh cahaya selama satu tahun penuh (sekitar 9,46 triliun kilometer).
Dari perspektif kita di Bumi, matahari adalah pusat sistem kita, tetapi Matahari hanyalah satu dari ratusan miliar bintang di Galaksi Bima Sakti. Dan Bima Sakti hanyalah salah satu dari perkiraan dua triliun galaksi yang ada di alam semesta yang teramati. Pemahaman ini secara fundamental mengubah cara kita memandang posisi kita di kosmos.
Konsensus ilmiah terkuat mengenai penciptaan alam semesta adalah Teori Dentuman Besar (Big Bang). Teori ini menyatakan bahwa sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu, seluruh alam semesta yang kita kenal terkompresi menjadi satu titik tunggal yang sangat padat dan panas—singularitas. Kemudian, terjadi ekspansi yang sangat cepat dan luar biasa dalam sepersekian detik pertama.
Setelah ekspansi awal, alam semesta terus mendingin dan mengembang. Proses pendinginan ini memungkinkan pembentukan partikel-partikel subatomik, kemudian atom ringan (terutama hidrogen dan helium). Seiring berjalannya waktu miliaran tahun, gravitasi mulai menarik materi-materi ini, membentuk awan gas raksasa yang akhirnya menyala menjadi bintang pertama dan kemudian menyusun galaksi-galaksi seperti Bima Sakti. Bukti kuat yang mendukung teori ini termasuk pergeseran merah (redshift) galaksi yang menjauh (menunjukkan ekspansi berkelanjutan) dan keberadaan radiasi latar gelombang mikro kosmik (CMB), sisa panas dari masa awal alam semesta.
Alam semesta tersusun dalam hierarki struktur yang semakin besar. Pada skala terkecil, kita memiliki materi yang membentuk atom. Kumpulan atom membentuk planet dan bintang. Kumpulan bintang membentuk galaksi. Galaksi sendiri tidak tersebar secara acak; mereka berkelompok dalam gugus galaksi (groups), supergugus galaksi (superclusters), yang kemudian membentuk struktur kosmik terbesar: filamen dan dinding kosmik, yang mengelilingi kekosongan besar (voids).
Struktur filamen ini memberikan alam semesta bentuk seperti "busa" raksasa. Inti dari semua struktur ini diperkirakan dipegang oleh sesuatu yang tidak dapat kita lihat atau sentuh secara langsung: materi gelap (dark matter) dan energi gelap (dark energy). Materi gelap menyumbang sekitar 27% dari total massa-energi alam semesta dan menyediakan "kerangka gravitasi" agar galaksi tetap menyatu. Sementara itu, energi gelap, yang menyusun sekitar 68%, adalah kekuatan misterius yang bertanggung jawab atas percepatan ekspansi alam semesta saat ini. Materi biasa (baryonik), yang membentuk kita, bintang, dan planet, hanya menyumbang kurang dari 5% total isi alam semesta.
Salah satu pertanyaan terbesar dalam kosmologi adalah nasib akhir alam semesta. Jika energi gelap terus mendominasi, alam semesta kemungkinan akan terus mengembang semakin cepat. Skenario yang paling mungkin saat ini adalah "The Big Freeze" atau kematian panas (Heat Death), di mana semua bintang akan padam, galaksi akan menjauh satu sama lain hingga tak teramati, dan alam semesta akan menjadi sangat dingin, gelap, dan kosong. Meskipun masih banyak misteri yang belum terpecahkan, penjelajahan alam semesta terus mendorong batas-batas pengetahuan manusia, mengingatkan kita akan keindahan sekaligus kerentanan eksistensi kita di tengah kosmos yang luas.