kosmològija (gr. kosmos – pasaulio tvarka + logos – mokslas), mokslo šaka, tirianti Visatą, jos kilmę, sandarą ir raidą. Kosmologijoje taikomi įvairūs teoriniai modeliai, grindžiami fizikos dėsniais ir astronominiais stebėjimais. 21 a. pradžioje plačiausiai pripažįstamas Visatos atsiradimo ir evoliucijos modelis yra Didžiojo Sprogimo teorija, paremta bendrąja reliatyvumo teorija ir kosmologiniu principu. Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją, erdvėlaikio kreivis priklauso nuo medžiagos ir energijos tankio pasiskirstymo Visatoje, o kosmologinis principas teigia, kad globaliai Visata yra homogeninė ir izotropiška (t. y. statistiškai nagrinėjant milžiniškas, maždaug milijardo šviesmečių dydžio erdvės sritis, kuriose yra daugybė galaktikų, Visatos savybės yra tokios pat bet kuriame taške ir bet kuria kryptimi). Kosmologijos požiūriu Visatos dinamiką ir evoliuciją lemia gravitacija. Manoma, kad laikas prasidėjo ir erdvė atsirado prieš apie 14 mlrd. metų, kai iš gravitacinio singuliarumo būsenos susikūrė ir pradėjo plėstis Visata. Visatos susikūrimo aktas vadinamas Didžiuoju Sprogimu. Hipotezė, kad planetų, žvaigždžių, galaktikų medžiaga praeityje buvo ypač aukštos temperatūros ir didelio tankio (tokia būsena nepasiekiama šiuolaikinei eksperimentinei fizikai), paremta E. P. Hubble’io atradimu, kad galaktikos tolsta nuo mūsų Galaktikos greičiais, proporcingais atstumams iki jų (Hubble’io dėsnis). Remiantis šiuo dėsniu ir fizikos teorijomis bei ekstrapoliuojant Visatos plėtimąsi laike atgal, laiko momentu t = 0 pasiekiamas gravitacinis singuliarumas, kuriame erdvėlaikio kreivis, Visatos temperatūra ir tankis yra be galo dideli, o visi atstumai lygūs nuliui. Manoma, kad pačioje Visatos istorijos pradžioje buvo ypač spartaus plėtimosi (vadinamos infliacijos) fazė, kuriai pasibaigus karšta ir tanki Visata plėtėsi lėčiau ir labai sparčiai vėso. Mažėjant temperatūrai iš pirmapradės fundamentaliosios sąveikos atsiskyrė keturios dabar žinomos sąveikos: iš pradžių – gravitacija, vėliau – stiprioji sąveika (jos jėgos sieja atomų branduolius), po to – silpnoji ir vėliausiai – elektromagnetinė sąveika. Pirmąją egzistavimo sekundę Visata buvo sudaryta iš kvarkų, elektronų, neutrinų, kitų elementariųjų dalelių bei jų antidalelių ir fotonų. Baigiantis pirmajai sekundei jos temperatūra nukrito iki apie 10 mlrd. K. Erdvės dalis, prieš apie 14 mlrd. m. buvusi tik kelių milimetrų skersmens, šiandien yra didžiulis (kelių dešimčių mlrd. l.y.) ir labai šaltas (apie 3 K) mūsų matomas kosmosas. Pradinės karštos ir tankios Visatos būsenos įrodymas yra kosminė foninė spinduliuotė, pirmą kartą užregistruota 1965. Jos atradimas patvirtino Didžiojo Sprogimo hipotezę ir paspartino kosmologijos plėtotę. Ypač daug svarbių stebėjimų duomenų gauta 20 a. pabaigoje ir 21 a. pradžioje naujausiais teleskopais ir NASA erdvėlaiviais: COBE (angl. Cosmic Background Explorer, paleistas 1989) ir WMAP (angl. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, 2001). Remiantis gautais duomenimis buvo patikslinti Visatos evoliucijos modelio parametrai ir nustatyta, kad Didysis Sprogimas įvyko prieš 13,7 ± 0,2 mlrd. metų, o Visata izotropiška šimtatūkstantosios dalies tikslumu. Ia tipo supernovų stebėjimų rezultatai (1998) rodo, kad užuot lėtėjęs Visatos plėtimasis greitėja. Siekiant suderinti Didžiojo Sprogimo teoriją su visais stebėjimų rezultatais ji papildyta postuluojant, kad egzistuoja tamsioji medžiaga, apie kurios buvimą galima numanyti pagal jos gravitacinį poveikį žvaigždžių ir galaktikų judėjimui, ir tamsioji energija, sukelianti greitėjantį Visatos plėtimąsi. Apibendrinus stebėjimų rezultatus daroma išvada, kad hipotetinė nežinomos prigimties tamsioji energija, kuri dideliais atstumais veikia gravitacijos jėgoms priešinga kryptimi, sudaro apie 73 % Visatos masės ir energijos, o apie 23 % tenka tamsiajai medžiagai ir tik apie 4 % mums įprastai medžiagai. Tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos prigimties ir savybių nustatymas – vienas svarbiausių šiuolaikinės kosmologijos uždavinių. Kitas esminis kosmologijos klausimas – koks vidutinis Visatos materijos tankis. Naujausių matavimų duomenys rodo, kad jis labai artimas kritiniam tankiui (apie 10–26 kg/m3 arba 6 vandenilio atomai vienam kubiniam metrui). Jei vidutinis Visatos materijos tankis mažesnis už kritinį, Visata yra atvira ir begalinė, jei didesnis – uždara ir baigtinė, jei lygus kritiniam – plokščia ir begalinė.
693