חורים שחורים הם תופעות אסטרופיזיקליות המייצגות אזורים במרחב-זמן שבהם הכבידה כה חזקה, עד שאין אפשרות לברוח מהם, אפילו לא לאור. הם נובעים מהתמוטטות של כוכבים מסיביים לאחר סיום חייהם. תהליך זה משאיר אחריו חומר מרוכז בנקודה קטנה מאוד, מה שמוביל ליצירת חור שחור. ישנם סוגים שונים של חורים שחורים, וביניהם חורים שחורים מסיביים, חורים שחורים בינוניים וחורים שחורים קטנים.
התפשטות מואצת של היקום היא תופעה פיזיקלית שבה היקום מתרחב במהירות גוברת. כאשר נצפו כוכבים וגלקסיות מרוחקים, נמצא כי הם מתרחקים זה מזה בקצבים גבוהים יותר משהיו בעבר. תופעה זו נחשפה לראשונה בשנות ה-90 של המאה ה-20, כאשר מדענים חקרו את אורם של סופרנובות מסוג Ia. באמצעות מדידות של אור זה, התגלה כי היקום לא רק מתפשט, אלא עושה זאת בצורה מואצת.
מדידת גיל היקום נחשבת לאחת השאלות המרכזיות במדע האסטרונומיה. בשנים האחרונות, התפתחו טכניקות מתקדמות שמאפשרות לקבל הערכות מדויקות יותר לגבי הזמן שחלף מאז המפץ הגדול. באמצעות תצפיות אסטרונומיות, מדענים הצליחו לגלות פרטים חשובים על התהליכים שהתרחשו בעקבות היווצרות היקום.
קרינת הוקינג היא תופעה פיזיקלית המתרחשת סביב חורים שחורים, אשר הוצעה לראשונה על ידי הפיזיקאי סטיבן הוקינג בשנות ה-70. התיאוריה מציעה כי חורים שחורים, במקום להיות אובייקטים שאוכלים את כל מה שסובב אותם, יכולים בעצם לשחרר קרינה. תהליך זה נובע מהשפעת מכניקת הקוונטים על המרחב והזמן בסמוך לאופק האירועים של החור השחור. התוצאה היא שקרינת הוקינג יכולה לגרום לחורים שחורים לאבד מסה ולהתפוגג לאורך זמן.
המפץ הגדול הקר הוא תיאוריה קוסמולוגית המציעה הסבר חלופי למקורות היקום, שונה מהמפץ הגדול המסורתי. תיאוריה זו מציעה כי היקום התפשט באופן הדרגתי אך מתמשך, מבלי שהיו רגעי התפוצצות קיצוניים. המפץ הגדול הקר מציע כי התהליכים הפיזיקליים שיצרו את היקום אינם בהכרח נובעים מאירוע חד פעמי, אלא מתהליכים מתמשכים של קירור והתפשטות.
סופרנובה היא התפוצצות מסיבית של כוכב המתרחשת בסוף חיי הכוכב. מדובר באירוע קוסמי המהווה את אחד מהתהליכים האנרגטיים והדרמטיים ביותר ביקום. ההתפוצצות הזו נובעת משינוי במבנה הפנימי של הכוכב, כאשר הוא מתמוטט לתוך עצמו לאחר שצריכת הדלק הגרעיני שלו מגיעה לסיום.
דינמיקת גלקסיות עוסקת בחקר תנועת הגלקסיות ובאינטראקציות הפיזיקליות המתרחשות בתוכן. גלקסיות הן קבוצות עצומות של כוכבים, גז ואבק, כשהן נתונות בכוח הכבידה ההדדי שלהן. מחקרים בתחום זה מתמקדים בכיצד כוחות כבידה משפיעים על תנועת הגלקסיות, כיצד הן מתהוות ומשתנות עם הזמן, וכיצד ניתן להבין את מבנה היקום על סמך תופעות אלה.
תהליך היווצרות כוכבים הוא אחד התהליכים המרתקים ביותר ביקום. הוא מתרחש כאשר ענני גז בין-כוכביים, המכונים גם "ענני מולקולות", מתמזגים, נקרעים ונחשפים לתהליכים פיזיקליים שמובילים להיווצרות כוכבים חדשים. התהליך הזה מתרחש על פני מיליוני שנים, והוא תלוי בגורמים שונים כמו צפיפות הגז, טמפרטורה וכוח הכבידה.
פיזיקת המיתרים היא תאוריה פיזיקלית המציעה כי כל חלקיקי היסוד אינם נקודות אלא מיתרים חד-ממדיים. מיתרים אלו רועדים בתדרים שונים, והרעידות הללו קובעות את מאפייני החלקיקים, כמו מסה וטעינה. הרעיון המרכזי הוא שמיתרים יכולים להסביר את כל הכוחות הפיזיקליים הידועים, כגון כוח הכבידה, הכוח החשמלי וכוח הגרעין החזק והחלש.
פרדוקס EPR מתייחס למאמר שנכתב בשנת 1935 על ידי אלברט איינשטין, בוריס פודולסקי ונאטן רוזן, אשר הציעו דוגמה שמטרתה להראות את חוסר השלמות של תורת הקוונטים. המאמר טוען כי אם תורת הקוונטים היא המודל הנכון לתיאור המציאות, אזי תופעות מסוימות, כמו "קישוריות" בין חלקיקים, יובילו לתוצאות לא סבירות. בפרדוקס זה, הם הציעו מצב שבו שני חלקיקים יכולים להיות מקושרים באופן כזה שאם נמדוד את אחד מהם, נדע מיד את המצב של השני, גם אם הם נמצאים במרחק רב זה מזה.
