למרות שגיל היקום מוערך ב-13.8 מיליארד שנה, היקום הנצפה הוא בגודל 46.5 מיליארד שנות אור וזאת בשל התפשטות המרחב יחד עם האור היוצא מהעצמים שבו, כך שאנו יכולים לראות עצם שנמצא במרחק 46.5 מיליארד שנות אור אף שגילו הוא כגיל היקום.
חלק זה של היקום נקרא היקום הנצפה (observable universe), או היקום הידוע (Known Universe), והוא כולל בתוכו מיליארדי גלקסיות שבכל אחת מהן מאות מיליארדים של כוכבים, ואת המרחבים העצומים המשתרעים בין הגלקסיות, ובין הכוכבים שבתוך הגלקסיות, הנקראים אזורים בין כוכביים ובין גלקטיים. באזורים אלו קיים גם חומר שקשה להבחין בו, וקיומו ניכר באמצעים עקיפים בלבד.
גודל היקום.
גודל היקום מעבר ליקום הנצפה אינו ידוע, מאחר שלא ניתן לצפות בו. כרגע איננו יודעים לומר אפילו אם הוא סופי או אינסופי. אבל יש הערכות ספוקלטיביות של פיזיקאים תאורטיים שמדברות על כך שגודלו של היקום מעבר ליקום הנצפה צריך להיות גדול לפחות פי 250 יותר מאשר היקום הנצפה. הערכות אחרות מדברות על יקום שגודלו הוא אפילו גדול עוד יותר באופן בלתי נתפש, גם אם עדיין סופי.
הרכב היקום.
רובו של החומר הנראה (קורן ושאינו קורן) ביקום מורכב ממימן שהוא היסוד הקל ביותר, ומהליום שהוא היסוד השני הקל ביותר. כמעט כל היסודות הכבדים נוצרו בתוך כוכבים, לאחר מכן הם התפזרו בחלל בצורה של גז ואבק, חזרו והתחברו ויצרו כוכבים חדשים. בשפה מליצית ניתן לומר כי "כולנו עשויים מאבק כוכבים".
צפיפות היקום.
בטבלה הבאה מסוכמת צפיפות היקום ביחס למרכיבים העיקריים שבו. טבלה זו מבוססת על מדידות והערכות שנעשו בשנים 2003–2005 ותיתכן בה שגיאה של formula_1 עבור כל נתון. הצפיפויות מבוטאות ביחידות של צפיפות קריטית.
גיל היקום.
גיל היקום הוא, על-פי הגדרה פשטנית, הזמן שחלף מאז החל היקום להתקיים. לא תמיד הייתה למושג זה משמעות - היו זמנים שבהם התאוריות השליטות קבעו שהיקום יציב, ולכן חסר גיל. תיאורית המפץ הגדול, המקובלת כיום, קובעת שהיקום התחיל בנקודה מסוימת, ואם כך נראה שאפשר להגדיר את גיל היקום כזמן שחלף מאז המפץ. אולם, דווקא התאוריות המודרניות מחייבות הגדרה מדויקת יותר של המושג.
על פי הערכות משנת 2014 המבוססות על ניתוח קרינת הרקע הקוסמית וחוק האבל, גיל היקום הוא 13.819 מיליארד שנה.
מבנה היקום.
שאלת מבנה היקום העסיקה את האדם מימי קדם ותפישת העולם של האדם בסוגיה זו עברה שינויי פרדיגמה רבים במיוחד. היקום של הקדמונים הצטמצם בעיקר במה שמצוי במסגרת מערכת השמש: כוכבי הלכת הגדולים והקרובים והירח, כשכדור הארץ מהווה את מרכז היקום. גישה זו, שמוכרת כגיאוצנטריות, התחלפה לאחר המהפכה הקופרניקאית לשיטה ההליוצנטרית, שבה השמש משמשת כמרכז. לשינוי זה היו השלכות דתיות וחברתיות מרחיקות לכת, מלבד ההשלכות המדעיות.
המצאות כגון הטלסקופ, שהרחיבו את מפת השמיים מעבר למערכת השמש, העלו לתודעת האדם את בלתי המוגבלות של גודל היקום, לפחות במונחים אנושיים. גם גילוי הגלקסיות בטלסקופ, היפותזה אותה העלה כבר הפילוסוף עמנואל קאנט, נתן מושג כמה גדול הוא היקום ובלתי נתפש, למעשה, במוחו של האדם.
התפשטות היקום.
גילויי תחילת המאה העשרים חוללו מפנה עיקרי, בעיקר עם התגלית של אדווין האבל שהובילה להכרה בהתפשטות היקום, בד בבד עם התגבשות תורת הקוסמולוגיה, שהחלה לתת תשובות מדעיות לשאלות שבעבר היו שאלות מטפיזיות בלבד.
היווצרות היקום.
ההכרה בדבר התפשטות היקום הולידה את מודל "המפץ הגדול" (שהתחרה בעוד מודלים כגון "המצב היציב"), שמתאר את רגע היווצרות היקום: אם היקום מתפשט, סביר שהוא היה מרוכז בנקודה אחת, ממנה "נולד". קביעת אופן היווצרותו של היקום מובילה לדרך לחישוב גילו ולקביעת ההרכב הכימי של היקום.
גורל היקום.
התפשטות היקום הובילה לשאלה הבלתי נמנעת, האם התפשטות זו היא אין-סופית, ואם לא, עד מתי תימשך? ומה יקרה כאשר תיעצר? העיסוק בשאלות אלה סובב סביב גורל היקום. השאלה לגבי נצחיותה (או מידתה) של ההתפשטות הביאה את המושג "דילמת אומגה", כלומר האם יש די חומר שיעצור את ההתפשטות באמצעות הכבידה ההדדית או לא.
מחשב-על
מחשב-על (באנגלית: Supercomputer) הוא מושג יחסי לתקופה, המתאר מחשב הנמצא בשורה הראשונה של המחשבים בעולם, מבחינת יכולות החישוב העוצמתיות שלו. לרוב יכולות אלו באות לביטוי ביכולת לבצע חישובים מסוג מסוים במהירות גבוהה במיוחד. מחשבי על לא נמכרים לציבור אלא משמשים למחקרים, אוניברסיטאות ותאגידים גדולים.
בין אפריל 2021 ליוני 2022, מחשב העל החזק ביותר היה פוגקו היפני, עם מעבדים מתוצרת Fujitsu, שמהירות החישוב המרבית שלו היא 442 פטה-פלופס, כמעט פי שלושה ממחשב-העל במקום השני, מחשב יבמ סאמיט שפותח ב-2018 ושביצועיו עומדים על 148 פטה-פלופס. החל מיוני 2022 מחשב העל המהיר בעולם הוא הפרונטיר האמריקני, המבוסס על מעבדי AMD במהירות של 1.102 ExaFlop/s שעלותו מוערכת ב-600 מיליון דולר.
התפתחות מחשבי העל.
תחילה התייחסה הגדרה זו למחשבים בעלי מעבד יחיד מהיר במיוחד, לאחר מכן נכללו בה מחשבים שמהירותם מושגת באמצעות מעבדים רבים הפועלים במקביל לביצועה של משימה אחת, וכעת מורכבים מחשבי-על מאשכולות של מחשבים מרובי מעבדים. עיבוד וקטורי, כלומר ביצוע פעולת חישוב על נתונים רבים בבת-אחת, הוא מאפיין נוסף הקיים באחוז מסוים ממחשבי-על. הגדרה מחויכת למושג זה מיוחסת לסימור קריי, המתכנן הבולט ביותר של מחשבי-על במאה העשרים:
"A supercomputer is a device for turning compute-bound problems into I/O-bound problems."
ובתרגום לעברית: "מחשב-על הוא מתקן להפיכת בעיות חישוביות לבעיות של קלט-פלט". כלומר, מהירות החישוב איננה המחסום במחשב שכזה, אלא המהירות שבה מסוגלים להזין לו את הנתונים ולקבל תוצאות.
המחשב CDC 6600, שהוצג בשנת 1964, נחשב בדרך כלל מחשב העל המוצלח הראשון, וביצועיו עלו פי שלושה על המחשב שקדם לו, IBM 7030 Stretch . הוא סימן את תחילת שליטתה של חברת קונטרול דאטה (CDC) בשוק מחשבי העל, שנמשכה עם ממשיך דרכו, CDC 7600, שהוצג ב-1969. CDC 7600 שמר על תואר המחשב המהיר בעולם כמעט עד להגעת קריי 1 ב-1976 (), ובשנים הבאות, עד 1990, החליפו ביניהם קריי ו-CDC את ההובלה מספר פעמים, כשהמחשבים הבאים של CDC עדיין מבוססים על הארכיטקטורה של 6600 ו-7600. השליטה המוחלטת של שתי החברות בתחום הסתיימה כשב-1990 הציגה פוג'יטסו מחשב עם ביצועים תאורטיים של 4 gigaFLOPS - פי אלף מ-CDC-6600, ופי מאה מה-7600, ובערך כפליים מהמחשב (של קריי) שקדם לו.
השוואה נפוצה נעשית בין כוח המחשוב של מחשבים אלו עם הטכנולוגיה המודרנית, ובפרט לטלפון חכם. ב-2021, לטלפון חכם ממוצע עצמת חישוב גדולה בכמה סדרי גודל מעוצמתו של קריי-1, עם ביצועי נקודה צפה שנמדדים במאות gigaFLOPS, ועומד לרשותו זיכרון גדול ומהיר יותר בכמה סדרי גודל.
מחשבי העל המודרניים בנויים רובם ככולם מעשרות אלפי מעבדים שפועלים במקביל, כשבדרך כלל כל אחד מהם מכיל או שולט על מאות או אלפי של "יחידות עיבוד" פשוטות יותר, שבדרך כלל ארוזות בשבבים מסוג GPU. לעומת מהירות השעון של 6600 ו-7600 שנמדדה במגההרץ, במחשבים מודרניים הקצב נמדד בגיגה-הרץ, כלומר גידול של כשלושה סדרי גודל. לעומת זאת, הביצועים, ובפרט ביצועי החישוב בנקודה צפה שבמחשבים אלו נמדדו ב"megaFLOPS", כלומר formula_1 פעולות בשנייה, נמדדים כיום במאות petaFLOPS - כלומר formula_2 פעולות בשנייה, עלייה של 11 סדרי גודל. עיקר ההבדל נובע ממספר המעבדים העצום במחשבי על מודרניים.
משימות של מחשבי-על.
מחשבי-על משמשים למשימות עתירות חישובים, כגון חיזוי מזג אוויר וחקר אקלים, מודלים של תהליכים כימיים, חיפושי נפט וגז, סימולציות פיזיקליות (כגון הדמיות של הרגעים הראשונים של היקום, סימולציה של ניסויים בנשק גרעיני ואווירודינמיקה של מטוסים וחלליות), פענוח צפנים, בינה מלאכותית ולמידת מכונה, ועוד. חישובים אלה נעשים בדרך כלל באריתמטיקה של נקודה צפה, ולכן מהירותם של מחשבי-על נמדדת ב-FLOPS, כמות הפעולות בנקודה צפה שמבצע המחשב בשנייה.
הארכיטקטורה המקבילית של מחשבי-על מכתיבה שימוש במהדרים שנוצרו במיוחד לסביבה זו, ובפרט בגרסאות מיוחדות של Fortran.
דוגמאות למחשבי על.
בין יצרנים של מחשבי-על, ובפרט בין ארצות הברית ליפן, מתקיימת תחרות על המקום הראשון. בתחילת 2002 כבש את ראש הטבלה מחשב-על יפני מתוצרת NEC, העוסק בחקר האקלים ומורכב מ־640 אשכולות של מחשבים שלכל אחד מהם 8 מעבדים וקטוריים וזיכרון בגודל 16GB. מחשב זה פועל באמצעות גרסה מיוחדת של מערכת ההפעלה UNIX. נכון ליוני 2003, עוצמת החישוב של מחשב־על זה, שהיא 35TFLOPS, שקולה לזו של ארבעת הבאים אחריו גם יחד. בשנת 2005 כבש את הפסגה המחשב BlueGene/L מתוצרת יבמ, המותקן במעבדת לורנס ליוורמור בארצות הברית ומשמש לסימולציה של נשק גרעיני. עוצמת החישוב של מחשב־על זה, שהיא 280TFLOPS, גדולה מזו של ארבעת הבאים אחריו גם יחד. שלוש שנים לאחר מכן בשנת 2008 המחשב Roadrunner עקף את קודמיו עם 1PFLOPS. ולאחריו טיאנחה-1 הסיני, הגיע לתוצאה של כ-2.5PetaFLOPS/s. בסוף שנת 2011 התואר מחשב העל המהיר ביותר שייך למחשב ה-K של חברת פוג'יטסו היפנית שהופך לראשון בהיסטוריה שחוצה את קו ה-10 קוודריליון חישובים בשנייה. המחשב מורכב מ-864 מארזים המכילים 88,128 מעבדי SPARC64 VIIIfx שמונה ליבתיים מבית פוג'יטסו, שמסתכמים ב-705,024 ליבות עיבוד.
הארגון המחזיק במספר הגדול ביותר של מחשבי־על הוא ארגון הביון האמריקני, NSA.
מחשבי-על וירטואליים.