חלל
גילוי

ב־350 לפני הספירה הציע הפילוסוף היווני אריסטו שהטבע מתעב ריק, העיקרון הזה נודע בשם אימת הריק (Horror vacui). רעיון זה נבנה על בסיס טיעון אונטולוגי מהמאה ה־5 לפנה"ס של הפילוסוף היוני פרמנידס, שדחה את אפשרות הקיום של ריק בחלל. על סמך הרעיון שריק לא יכול להתקיים הניחו במערב במשך מאות שנים שהחלל אינו יכול להיות ריק. רעיון זה החזיק מעמד משך זמן רב, עוד במאה ה־17, הפילוסוף הצרפתי רנה דקארט טען שהחלל חייב להיות מלא.
בסין העתיקה היו מספר סגנונות מחשבה שונים בנוגע לטבע השמים, חלק עם דמיון להבנה המודרנית של היום. במאה ה־2 לספירה השתכנע האסטרונום ג'אנג הנג שהחלל חייב להיות אינסופי, שנמשך מעבר למנגנון שתומך בשמש והכוכבים. בספרים ששרדו נאמר שהשמים חסרי גבול "ריקים וחסרי תוכן". כמו כן, ה"שמש; ירח; וחברתם הכוכבים; צפים בחלל הריק, נעים או עומדים במקום."
המדען האיטלקי גלילאו גליליי ידע שלאוויר יש מסה ולכן כפוף לכוח הכבידה. ב־1640, הוא הדגים שכוח מתנגד ליצירה של ריק. תלמידו, אוונג'ליסטה טוריצ'לי, הצליח ליצור את המכשיר שהפיק ריק בשנת 1643. הניסיון הזה הביא ליצירת ברומטר הכספית הראשון ויצר סנסציה מדעית באירופה. המתמטיקאי הצרפתי בְּלֶז פסקל הסיק שאם עמודת הכספית (בברומטר) נתמכה באוויר אז היא תהיה קצרה יותר במקום גבוה יותר שבו לחץ האוויר נמוך. ב-1648 גיסו פלורין פרייה חזר על הניסוי בהר פוי דה דום (גובהו 1,465 מ') שבמרכז צרפת וגילה שהעמודה נהייתה קצרה בכ־7.62 ס"מ. הירידה בלחץ מודגמת שוב בנשיאת בלון חצי־מלא במעלה ההר, בזמן העלייה ניתן לראות את הבלון מתרחב בהדרגה ומתכווץ בהדרגה בזמן הירידה.
ב־1650 הרכיב המדען הגרמני אוטו פון גריקה את משאבת הריק הראשונה: מכשיר שהפריך עוד יותר את עיקרון אימת הריק. הוא צדק כשכתב שהאטמוספירה של כדור הארץ מקיפה את כוכב הלכת כמו קליפה, בעלת צפיפות שפוחתת בהדרגה עם גובה. הוא הסיק שחייב להיות ריק בין כדור הארץ והירח.
במאה ה־15 שיער חוקר הדתות ניקולאוס קוזאנוס שהיקום חסר מרכז והיקף. הוא האמין שהיקום, אף על פי שאינו אינסופי, חסר גבולות שבהם ניתן להכילו. רעיונות אלו הביאו להשערות בקשר למימד האינסופיות של החלל על ידי הפילוסוף האיטלקי ג'ורדנו ברונו במאה ה־16. הוא הרחיב את רעיון הקוסמולוגיה ההליוצנטרית של קופרניקוס לתפיסה של יקום אינסופי מלא בחומר שהוא קרא אֶתֶר (aether), שלא יצר התנגדות לתנועתם של גופים שמימיים. הפילוסוף האנגלי ויליאם גילברט הגיע למסקנה דומה, הוא טען שהכוכבים נראים לנו רק מפני שהם מוקפים באֶתֶר דק או ריק. מקור תפיסת האֶתֶר הוא בפילוסופים יוונים עתיקים, כולל אריסטו, אשר הגו אותו כתווך דרכו גופים שמימיים נעים.
הרעיון של יקום מלא באֶתֶר מפיץ אור נשאר פופולרי בקרב כמה מדענים עד תחילת המאה ה־20. הסוג הזה של אֶתֶר היה נראה כתווך דרכו אור יכול להתפזר. ב־1887 ניסוי מייקלסון־מורלי ניסה להבחין בתנועת כדור הארץ דרך האֶתֶר על ידי התבוננות בשינויים במהירות האור לפי כיוון של תנועת כוכב הלכת.
עם זאת, תוצאת האפס הצביעה שמשהו היה לא בסדר עם הרעיון. הרעיון של האֶתֶר מפיץ האור לאחר מכן ננטש והוחלף על ידי תורת היחסות הפרטית של אלברט איינשטיין, אשר מחזיקה שמהירות האור בריק היא קבועה ולא תלויה בתנועתו של הצופה או מסגרת התייחסות.
האסטרונום המקצועי הראשון שתומך ברעיון של יקום אינסופי היה תומאס דיגס האנגלי ב־1576. אבל קנה המידה נשאר לא ידוע עד מדידת המרחק המוצלחת הראשונה לכוכב סמוך בשנת 1838 על ידי האסטרונום הגרמני פרידריך בסל, שהראה שזווית הפרלקסה (שינוי מדומה במיקומו של עצם עקב שינוי במיקומו של הצופה) של כוכב 61 בברבור הייתה 0.31 שנית־קשת (בהשואה לערך המודרני של 0.287). זווית פרלקסה זו תואמת מרחק של יותר מ־10 שנות־אור. המרחק לגלקסיית אנדרומדה נקבע על ידי האסטרונום האמריקני אדווין האבל ב־1923 לפי מדידת בהירות של משתנים קפאידים בגלקסיה, טכניקה חדשה זו התגלתה על ידי הנרייטה ליוויט. זה קבע כי גלקסיית אנדרומדה, ובהרחבה כל הגלקסיות נמצאות הרבה מחוץ לשביל החלב.
האומדן הידוע המוקדם ביותר של טמפרטורה בחלל החיצון בוצע על ידי הפיזיקאי השווייצרי שארל אדואר גיום בשנת 1896. על ידי שימוש בקרינה המשוערת של כוכבי הרקע הוא הגיע למסקנה כי החלל חייב להיות מחומם לטמפרטורה של 5–6 קלווין. הפיזיקאי הבריטי ארתור אדינגטון עשה חישוב דומה והפיק טמפרטורה של 3.18 מעלות בשנת 1926. ב־1933 הפיזיקאי הגרמני אריך רגנר השתמש בכלל האנרגיה שנמדדה לקרניים קוסמיות בשביל להעריך טמפרטורה גלקטית של 2.8 קלווין.
התפיסה המודרנית של החלל החיצון על בסיס קוסמולוגיית "המפץ הגדול", הוצעה לראשונה בשנת 1931 על ידי הפיזיקאי הבלגי ז'ורז' למטר. תאוריה זו גורסת כי מקורו של היקום הנצפה בצורה מאוד דחוסה שמאז עברה התרחבות מתמדת. אנרגיית הרקע שהשתחררה בהתרחבות הראשונית הנפחתה בקצב קבוע, הובילה ב־1948 על ידי הפיזיקאים האמריקאים רלף אלפר ורוברט הרמן לחיזוי של 5 קלווין לטמפרטורה של החלל.
המושג "החלל החיצון" היה בשימוש כבר ב־1842 על ידי המשוררת האנגליה אמלין סטיוארט־ורטלי בשירה "הנערה של מוסקבה". הביטוי החלל החיצון שימש כמונח אסטרונומי על ידי אלכסנדר פון הומבולדט ב־1845. המושג נעשה פופולרי בכתביו של הרברט ג'ורג' ולס ב־שנת 1901. המושג הקצר והישן יותר "חלל" התייחס לחלקה מעל לשמי כדור הארץ ובשנת 1667 היה לראשונה בשימוש בספרו של ג'ון מילטון גן העדן האבוד.