Alam semesta adalah totalitas dari segala sesuatu yang ada: ruang, waktu, materi, energi, planet, bintang, galaksi, dan semua bentuk radiasi serta semua hukum fisika yang mengaturnya. Ini adalah konsep yang memukau sekaligus menantang untuk dipahami secara keseluruhan. Dalam skala terbesarnya, alam semesta tidak terbatas dan terus berkembang.
Konsensus ilmiah saat ini mengenai asal usul alam semesta adalah Teori Dentuman Besar, atau Big Bang. Teori ini menyatakan bahwa sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu, seluruh alam semesta terkandung dalam satu titik singularitas yang sangat padat dan panas. Kemudian, terjadi ekspansi yang sangat cepat—bukan ledakan dalam ruang, melainkan pengembangan ruang itu sendiri. Dalam momen-momen awal setelah Big Bang, alam semesta mendingin cukup cepat sehingga partikel-partikel dasar mulai terbentuk.
Seiring berjalannya waktu, energi berubah menjadi materi. Sekitar beberapa ratus ribu tahun setelah Big Bang, alam semesta telah mendingin cukup untuk memungkinkan proton dan elektron bergabung membentuk atom netral pertama, sebagian besar hidrogen dan helium. Periode ini dikenal sebagai Rekombinasi, dan cahaya yang dilepaskan saat itu masih terdeteksi hingga hari ini sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik (Cosmic Microwave Background/CMB)—salah satu bukti terkuat Big Bang.
Alam semesta tersusun dalam hierarki skala yang luar biasa. Struktur terkecil yang kita kenal adalah partikel subatomik, yang kemudian membentuk atom, molekul, dan debu. Miliaran atom membentuk bintang, dan miliaran bintang terikat oleh gravitasi membentuk galaksi. Galaksi, seperti Bima Sakti kita, biasanya memiliki diameter puluhan hingga ratusan ribu tahun cahaya.
Galaksi tidak tersebar secara acak. Mereka berkelompok menjadi gugus (clusters), yang kemudian membentuk supergugus (superclusters). Supergugus-supergugus ini tersusun dalam struktur filamen raksasa yang mengelilingi 'rongga' atau ruang hampa yang sangat besar. Struktur kosmik skala besar ini terlihat seperti jaring laba-laba raksasa yang membentang di seluruh kosmos yang teramati.
Meskipun kita bisa melihat bintang, planet, dan nebula (materi normal), ilmuwan telah menemukan bahwa materi yang kita kenal hanyalah sebagian kecil dari total isi alam semesta. Sekitar 95% alam semesta terdiri dari dua komponen misterius: Materi Gelap dan Energi Gelap.
Nasib akhir alam semesta sangat bergantung pada sifat dan kepadatan Energi Gelap. Jika Energi Gelap terus mendorong ekspansi dengan laju yang sama atau meningkat, skenario yang paling mungkin adalah "The Big Freeze" atau Kematian Panas (Heat Death). Dalam skenario ini, galaksi akan semakin menjauh satu sama lain, bintang-bintang akan kehabisan bahan bakar dan mati, dan alam semesta akan menjadi semakin dingin, gelap, dan menyebar hingga tidak ada lagi energi yang tersedia untuk melakukan kerja.
Memahami alam semesta adalah salah satu tujuan utama sains. Setiap penemuan baru, mulai dari lubang hitam hingga gelombang gravitasi, membawa kita selangkah lebih dekat untuk mengungkap misteri tak terbatas yang terhampar di atas kita.