Pristup – teoretska i opažačka kozmologija
Kozmologija je grana astronomije koja proučava opće ustrojstvo svemira i njegov razvoj. Teoretska kozmologija zasniva se na matematičko fizikalnim modelima svemira. Provjera teoretskih modela temelji se na svojstvima svemira izvedenim iz opažanja (opažačka kozmologija).
Danas su nam poznate četiri prirodne sile: jaka i slaba nuklearna, elektromagnetska i gravitacijska sila. Najslabije međudjelovanje je gravitacijsko. No, kako je poznato, upravo gravitacijska sila vlada dinamikom nebeskih tijela (planeta, njihovih satelita i sl.), a izgleda da ona (barem danas), upravlja i općom dinamikom svemira. Jedan od razloga dominacije gravitacijske sile je dugi doseg njena djelovanja, što nije slučaj recimo kod nuklearnih sila koje iščezavaju već u mikroskopskim udaljenostima (reda veličine 10-15m). Iz Newtonova zakona gravitacije je poznato da gravitacijska sila opada s kvadratom udaljenosti. Jednako se ponaša i Coulombova elektrostatska sila. Elektrostatsko međudjelovanje znatno je snažnije od gravitacijskog. Primjera radi, elektrostatska sila između dvaju protona jača je oko 1036 puta od gravitacijske sile među protonima. Međutim, gravitacijska sila je po svojoj prirodi uvijek privlačna. Stoga se gravitacijska polja materijalnih čestica uzajamno udružuju i pojačavaju, za razliku od elektrostatskih sila koje mogu biti odbojne (za istoimene naboje) i privlačne (za raznoimene naboje). Tako npr. ukupno električno polje protona i elektrona, koji grade atom, iščezava već u udaljenostima reda veličine dimenzija atoma (10-10m). Protoni i elektroni u svemiru su većinom udruženi u atome, pa je razumno pretpostaviti da je ukupni naboj svemirskih tijela jednak nuli. Jedino elektromagnetsko djelovanje dugog dosega je elektromagnetsko zračenje. Njegovi nosioci su fotoni, čestice bez mase koje se gibaju brzinom svjetlosti. Oni nam donose informaciju o zbivanjima u svemiru, ali nemaju značajan utjecaj na dinamiku nebeskih tijela.
Dakle, osnovni teoretski okvir za razmatranje opće dinamike svemira je teorija gravitacije. Godine 1915. A. Einstein je utemeljio opću teoriju relativnosti, prema kojoj se gravitacija objašnjava zakrivljenošću prostora. Zakrivljenost ovisi o gustoći materije i energije. Već 1922. godine A. A. Friedmann je pokazao da rješenje Einsteinovih jednadžbi vodi do modela ekspandirajućeg svemira, što je potvrđeno opažanjima (E. Hubble). Danas je općenito prihvaćena teorija Velikog praska, prema kojoj je svemir nastao “eksplozijom” iz zbijenog stanja u kojem je gustoća materije i energije bila vrlo velika.
U slučaju slabih gravitacijskih polja predviđanja opće teorije relativnosti mogu se zanemariti, pa u tom slučaju možemo primijeniti Newtonovu klasičnu teoriju gravitacije. Međutim, kod jakih gravitacijskih polja, (kakva su npr. u crnim jamama i donekle za svemir u cjelini), egzaktni fizikalni pristup temelji se na relativističkim jednadžbama. Ipak, osnovni dinamički modeli svemira mogu se sa zadovoljavajućom točnošću analitički opisati klasičnim Newtonovim zakonom opće gravitacije.
