جهان چگونه آغاز شد؟ چگونه به حالت کنونی خود رسید ؟ و سرنوشت نهایی آن چیست ؟ این پرسشها و کوششهایی که برای پاسخ گفتن به آنها انجام می شود جوهر علم کیهانشناسی را تشکیل می دهد . در طول تاریخ “جهان بینی ” های مختلف هر کدام برای مدتی متداول بوده است .
این جهان بینی ، جهان بینی انفجار بزرگ است که خوانندگان باید دستکم با نام آن آشنا باشند . کیهانشناسان مدعی نیستند که دقیقا می دانند جهان چگونه از حالتنی با حجم صفر و چگالی بینهایت یعنی از یک گسیختگی فضا – زمانی – با انفجاری قدم به عرصه هستی نهاد . اما آنان کم و بیش مدعیند که می توانند به تفصیل بسیار شرح دهند که چگونه آتشگوی سوزانی از ماده و اشعه، از زمان یک صدهزارم ثانیه پس از آفرینش تا 20000 میلیون سال بعد، به پهنه ای تاریک و سرد از فضای تهی تحول یافت که در گوشه کنار آن کهکشانهایی که را می توان سراغ کرد. کهکشانهایی که از ستاره ها، گازها، غبارها، و سیاراتی تشکیل شده اند که در حول و حوش خود می بینیم.
اساسی ترین رصد نجومی اینست که شب به دنبال روز می اید. این رصد به تنهایی کافی است که ما را از انبساط جهان آگاه سازد و این نکته را متذکر شود که جهان باید از حالتی متراکم تر، انبساط یافته باشد: انفجار بزرگ. یک جهان تاریکی، تنها در صورتی می تواند پر از کهکشانهای پر نور باشد که انبساط پیدا کند.
لب مطلب این است که گرانش موجب شد تجمع هایی در گازهای ئیدروژن و هلیومی که جهان را می انباشت صورت پذیرد. سپس این تجمع ها انقباض یافتند و ابرهای متراکمی از گاز را بوجود آوردند. در این ابرها نیز قسمتهای کوچکتری منقبض شدند و ستارگان را پدید آوردند. اینکه آیا فروریزش و انقباض اولیه در مقیاس کهکشانی بود یا مجموعه های کهکشانی و یا حتی ابرمجموعه هایی از آنها، هنوز روشن نیست. در حقیقت یک مکتب فکری بر آنست که نخست توده های کوچکتر منقبض شدند و ستاره ها را پدید آوردند و سپس با توده های کوچک دیگر یکی شدند و اجتماعات بزرگتر ماده (کهکشانها) را تشکیل دادند.
برای بررسی مکانیک جهان، روش معقول آنست که کهکشانها را جرمهایی مجزا و در حال کنش متقابل با یکدیگر شمرد. می توان هر یک از آنها را چنان تصور کرد که گویی انحنای کوچکی در فضای نزدیک خود بوجود می آورد، همانطور که خورشید در منظومه شمسی چنین می کند. سپس باید آثار آنها را با هم ترکیب کرد. ولی دشواریهای ریاضی این روش، سهمگین است.
در عوض مدلی که کیهانشناسان بکار می برند،مدلی ئیدرودینامیکی است که در آن جرم کهکشانها بطور یکنواخت در سراسر فضا پراکنده شده و شاره ای با کنش متقابل گرانشی و بدون چسبندگی را بوجود آورده است. عقیده عمومی بر اینست که این تقریب، اگرچه آشکارا جز نقطه شروع کار نیست، فیزیکی اساسی مسأله را متضمن است.
در این شیوه بررسی، جهان در حال انبساط با دو معادله توصیف می شود. در این معادلات پنج کمیت دخالت می کند که مقادیر آها بطور قطع و یقین معلوم نیست. سه کمیت، چگالی متوسط ماده و انرژی، فشار و عامل مقیاس (متناسب با «شعاع» جهان) با زمان تغییر می کند و دو کمیت دیگر را ثابت انحنا، که نوع فضایی را که در آن زندگی می کنیم مشخص می کند، و ثابت کیهانشناختی که در زیر توضیح خواهیم داد.
جوابهای معادلات مذکور برای جهانی در حال تکامل، نشان می دهند که عامل مقیاس چگونه با زمان تغییر می کند. دو دسته جواب وجود دارد: آنهایی که با انفجاری بزرگ در گذشته ای دور (عامل مقیاس برابر با صفر) شروع می شوند و جوابهایی که در ان جهان از اندازه ای متناهی آغاز می کند. گروه دوم معمولاً از حیث فیزیکی کمتر جالب توجه شمرده می شود، زیرا ظاهرا لازم می آید که فرضهای بیشتری درباره شرایط اولیه پذیرفته شود تا مثلاً بتوان زمینه میکروموجی، تکوین کهکشانها و توزیع اخترنماها را توضیح داد. بنابراین خرد متداول، بیشتر به کیهانشناسی افنجار بزرگ متمایل است. کیهانشناسی انفجار بزگر می تواند یکی از سه صورت زیرین را داشته باشد. جهانی در حال نوسان که در زمان صفر با سرعت زیاد انبساط را آغاز می کند ولی بتدریج انبساط کند می شود، توقف می کند و سرانجام معکوس می شود و جهان به حالتی باز می گردد که بدواً آغاز کرده بود. یکی از علل کند شدن، جاذبه گرانشی متقابل ماده در جهان است.