宇宙論は、全体の実体としての宇宙の性質の研究です。 宇宙論という言葉は、調和または秩序を意味するギリシャ語のコスモスに由来します。 宇宙学者は、宇宙とその構成要素の形成、進化、未来に興味があります。
望遠鏡で見ることができるほとんどの天体は大きいか、極端な距離に存在しています（惑星、星、銀河、銀河団、さらには超銀河団など）。, 宇宙論者の大多数の見解は、これらの物体はすべて、私たちの周りに見える空間を作り出した（そして創造し続けている）、約14ギガイヤー前の初期の、非常に熱く緻密な形成イベントの後に形成されたということです。 このイベントはビッグバンと呼ばれます。
ホットビッグバンモデルは、私たちが私たちの周りで観察するものの多くを説明するように見えますが、まだ多くの基本的な質問が存在します。 宇宙の物質の大部分は何でできているのでしょうか？ 星の周りの惑星はどのくらい一般的ですか？ いくつかの銀河が楕円形、螺旋状、または不規則な形をしている原因は何ですか？, 宇宙の幾何学とは何ですか？ 神秘的なダークエネルギーとは何ですか？ 宇宙定数はありますか？ それは変数ですか？ 他の宇宙は存在するのでしょうか？
最大の天体（例えば銀河や大規模構造）の性質だけでなく、宇宙論は最小の天体の性質にますます関心を持つようになっています。
宇宙の始まりに何が起こったのかを判断するために、宇宙学者は素粒子物理学者の助けを必要としています。 ビッグバンモデルは、多くの興味深い素粒子物理現象が起こる宇宙への非常に熱くて密集した始まりを記述する。, これらの現象は、私たちが住む宇宙のタイプに影響を与えました。
初期の段階では、宇宙は非常に熱く、物質は存在できませんでした。 宇宙は放射線が支配されていました。 宇宙が膨張して冷却されるにつれて、素粒子が生成され、後に水素、ヘリウム、リチウムなどの最も軽い元素が形成されました。 重い元素は、大質量星の高温、圧力および密度の中心で元素合成を介して作ることができるように、星が形成されるのを待たなければならなかった。,
素粒子物理学の標準モデルは、12の基本粒子（6つのレプトンと6つのクォーク）と3つの力（電磁、弱、強）の数学的記述です。 ビッグバンから10-11秒後には、4つの力（現在の時代）（上記の三つと重力）すべてが別々の力になったと考えられている。 しかし、ビッグバンから約10-43秒後（プランク時間）に4つの力はすべて一つの力に統一された。 互いから離れる力のプロセスは、自発的な対称性の破れと呼ばれます。,
最初の宇宙学者は、空を観察し、太陽、月、最も明るい星、惑星の見かけの動きを予測することができるバビロニア人とエジプト人でした。
紀元前4世紀、ギリシャの哲学者は、星は球形の地球の周りを回転する天球上に固定されていると推測しました。 惑星、太陽、月は、地球と星の間のエーテルと呼ばれる流体物質の中を移動しました。,
Credit:Swinburne
2世紀のプトレマイオスは、すべての動きが円形であるという信念に基づいていた。 それ自体にループバックするように見える惑星のいくつかの動きを説明するために、プトレマイオスは惑星が円の上に円で移動するように周転周期を導入した。
新しい観測は理論の進歩を促し、新しい理論は新しい観測に拍車をかけることができます。, しかし、宇宙論における重要な新しい発展が起こるまで、何世紀も経過しました。
16世紀にニコラス-コペルニクスは、地球がその軸上を回転し、他の惑星とともに太陽を周回する太陽中心系を提案した。 しかし、時間の観測的証拠は、周転周期ベースのPtolemaicシステムを支持した。 地動説システムはいくつかによって促進されたが、それは地球が太陽を周回することを間違いなく証明した1728年に星明かりの収差の発見だった！,
17世紀初頭、ガリレオ-ガリレイが木星の周りを公転する衛星を発見しました。 それは明らかに地球が特別ではなく、太陽を周回する惑星の地動説の太陽中心モデルを多くの人に信じさせたことを示しました。 アイザック-ニュートンは、太陽系の惑星や彗星の楕円軌道を説明することができる重力の逆二乗則を発見しました。 天体の動きのための物理的な枠組みが発見されていた。
地球が太陽の周りを回っている場合、背景と比較して近くの星の位置が変わるはずです。, しかし、最初の観測ではそのような動きは検出されなかった。 地球が太陽の周りを回っているときの星の位置に観測可能なシフトや視差がないことは、星が太陽から遠くになければならないことを暗示していた。 ニュートンは、宇宙は私たち自身の太陽のように、無限で永遠の星の海でなければならないと結論づけました。
18世紀には、二つの著名な哲学者が同様のアイデアを持って登場しました。 1750年、トーマス-ライトは、天の川銀河は、星と惑星からなる巨大な回転円盤であることを示唆した。, イマニュエル-カントは1755年に”天の一般自然史と理論”を書き、天空を横切って観測されたかすかな星雲である螺旋状星雲は、天の川から独立した外部の銀河または島の宇宙であると示唆した。
物理宇宙論、宇宙論の定量的なバージョンは、彼が相対性理論の彼の一般的な理論へのソリューションを介して宇宙の最初の実質的なモデルを開発したときに1915年にアルバート-アインシュタインから始まりました。 これらのソリューションは、Alexander Freidmann、Willem de Sitter、Georges Lemaitre、H.P.によって追加され、改善されました。, ロバートソンとアーサー-ジェフリー-ウォーカー その段階では、天文学者は宇宙の膨張に気づいておらず、アインシュタインは宇宙が静的であることを保証するために数学的用語、宇宙定数を導入し,
クレジット：スティーブ-マドックス、ウィル-サザーランド、ジョージ-エフスタシオウ、ジョン-ラブデイ
1912年にヘンリエッタ-レヴィットがセフェイド変数を発見した。マゼラン雲の中の星は、より長い周期の変数がより大きな光度を持っていることを確認しました。 1912年以降、ローウェル天文台のヴェスト-スリファーは、螺旋状の星雲の速度を蓄積し始めた。, 1920年代半ばまでに、これらの星雲の大部分は後退の速度を持っていましたが、いくつかは数千km/sでした。
1920年代半ばまでにJ-C-ダンカンとエドウィン-ハッブルは、メシエ33、メシエ31、NGC6822のセフェイド変光星も検出していた。 これらの星は周期-光度の関係に従い、その変動の周期は固有の明るさに関連していた。, 既知の距離を持つ近くのケフェイドの較正が確立されたら、各変数までの距離は、その変動期間のみに基づいて割り当てることができる。 これらの変光星に基づいて、推測された距離は、これらの螺旋状星雲が私たちの銀河の一部であることを可能にするにはあまりにも大きかっ 彼らはそれ自身の権利で銀河でした。 ライトとカントは正しかった。
1929年、ハッブルは銀河までの距離とその観測された視線速度との関係を記述した画期的な論文を発表した。, より遠くの銀河は、より大きな退行速度を持っています（Vesto Slipherによるより小さなサンプルで見られていたように）。 ルンドマルクとルマイトルがこの発見にハッブルを殴ったというケースが作られることがあります。 同様に、H.P.Robertsonは宇宙expansion張として結果を記述した最初の人でした。 アインシュタインはその後、彼の宇宙定数を捨てた。 宇宙は静的ではなく、拡大していました。
1950年代、Hermann Bondi、Thomas Gold、Fred Hoyleは宇宙の定常状態モデルを提唱しました。, このモデルでは、物質は宇宙の真空から作られ、宇宙はいつでもどの方向でも同じように見えました。 哲学的にエレガントな、それは宇宙への開始と終了を避けました。 しかし、それはテスト可能でした。 観測された電波源の進化、そして後に観測された数十億光年離れたクエーサーの数密度のピークは、定常状態モデルを疑問視した。, 1960年代初頭、アルノ-ペンジアスとロバート-ウィルソンは、全天放射に対応するマイクロ波領域で約3度Kの非常に暗い信号を検出し、波長2mmの強度でピークを迎えた。,
クレジット：NASA/WMAP科学チーム
3度K放射は、宇宙がプラズマが中性原子のガスを形成するのに十分な冷却を行ったときに、ビッグバンの約300,000年後に放出されました—– その後、宇宙背景放射の光子は、それ以来ずっと物質と相互作用することなく（私たちに）直線上を移動してきました。, さらなる観測により、放射は非常に高温の起源に対して期待される黒体形であり、ホットビッグバンモデルは好ましい宇宙モデルとして再燃したことが分かった。 宇宙の背景に加えて、他の二つの観測がビッグバンモデルを支えています。 一つは、初期の熱い宇宙における元素合成は、水素、重水素、ヘリウム3、ヘリウム4、リチウム7などの軽い核同位体の宇宙存在量を正しく説明するということである。 二つ目は、遠くの銀河の運動によって暗示されるように観測された宇宙の膨張であった。,
しかし、ビッグバンモデルは宇宙の特定の観測を説明することができませんでした。 空間を数億光年の立方体に分割すると、それぞれの立方体は質量密度、銀河密度、コヒーレント構造の量に関して似ています。 この大規模な均一性は、遠くの銀河の調査で観測されます。, しかし、標準的なビッグバンモデルでは、宇宙は非常に速く進化するので、そのような類似性が確立される時間はありません。 この問題はホライゾン問題として知られており、ビッグバンの瞬間から情報やエネルギーが横断した可能性のある最大距離を示すためにホライゾンが使用されている。 簡単に言えば、宇宙は非常に大きなスケールでほぼ均質で等方性です。
第二の問題は平flat性問題です。 宇宙の質量密度は、その進化と運命を支配します。, 質量密度が臨界密度を超えると、重力は現在の膨張を逆転させるのに十分なほど強くなり、宇宙は閉じたと呼ばれる幾何学を持つ。 質量密度が臨界値よりも小さい場合、宇宙は永遠に拡大し続け、宇宙は開いた幾何学を持っています。 臨界値に対する実際の質量密度の比はオメガとして知られている。 一般相対性理論は、オメガが正確に1.0である場合にのみ、宇宙の幾何学がユークリッドであることを意味するので、オメガ=1宇宙は平坦と呼ばれる。, 現時点では、オメガの値は10の1.0倍の範囲内にあると考えています。 オメガの価値がこの時代に1.0に近いことは注目に値する–それが最初に1.0から非常に、わずかな量だけであったならば、14億年の進化はこの現在の時代にこの価値からかなり離れていたであろう。 すべての目的のために宇宙は平らに見えます。
クレジット：NASA/GSFC Imagine the Universe
これらの観測された”問題”を説明するために、1980年にAlan Guthは、ビッグバンの10-34秒後に非常に急速な指数関数的な膨張、”インフレーション”の期間が発生したと判断した。 このインフレーション期間の直後、現在私たちに見える宇宙の半径は約1mでした。, その後のインフレーションの微調整はAndrei Linde、Andreas Albrecht、Paul Steinhardtによって行われており、現在のバージョンには、ある種のインフレーションを受けている複数の宇宙（例えば、chaotic、eternal）が含まれています。 インフレーションは弦理論やブレーン宇宙論と結びついており、4次元（3つの空間次元、一つの時間次元）のブレーンははるかに高い次元のバルクの部分集合と考えることができる。
非常に初期の宇宙インフレーション期間、そしてそれは物理的な原因ですが、宇宙の最近の観察に関連している可能性があります。, 遠くの高赤方偏移超新星は、予想よりもわずかに明るくないように見え、これは加速された膨張の段階を経ている宇宙と解釈することができる。 ダークエネルギーは、この加速を駆動する一種の反重力として仮定されています。
現在の宇宙論研究の分野には、暗黒物質とダークエネルギーの性質、最初の星や銀河の探索、宇宙背景の性質、大規模構造の数値シミュレーションが含まれています。