Η Κοσμολογία παρόλο που προσπαθεί να δώσει απάντηση σε θεμελιώδη ερωτήματα, ερωτήματα που έθεσε ο άνθρωπος από την αυγή του πολιτισμού, είναι μια σχετικά νέα επιστήμη, και θα μπορούσε να χαρακτηρισθεί ως επιστήμη του 20ου αιώνα. Το ερώτημα «Πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν και ο Άνθρωπος» -στο οποίο μέχρι πρόσφατα η απάντηση αναζητιόταν μόνο στο χώρο της Φιλοσοφίας και της Θρησκείας- άπτεται πλέον της Επιστήμης και των μεθοδολογιών της. Η ιστορική διαδρομή που διένυσε η ανθρώπινη νόηση για να φτάσει στο σημείο να μελετά με αυστηρά επιστημονικές μεθόδους την ίδια τη γένεση και εξέλιξη του Σύμπαντος είναι πολύ μακρά και έχει περάσει μέσα από δαιδαλώδεις λαβύρινθους αναζήτησης.  Μόνο στις αρχές του 20ου αιώνα με την ανάπτυξη της φασματοσκοπίας, των μεγάλων τηλεσκοπίων αλλά και με τη θεμελίωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, η Κοσμολογία κατέκτησε την θέση της, περίοπτη μάλιστα, ανάμεσα στις σύγχρονες επιστήμες.

Κάνοντας μια μικρή ιστορική διαδρομή των κοσμολογικών αντιλήψεων μέσα στους αιώνες, δεν μπορούμε παρά να σταματήσουμε στην αρχαία Ελλάδα και να θαυμάσουμε τις φιλοσοφικές αναζητήσεις και τα συμπεράσματα στα οποία κατέληξαν οι πρόγονοί μας παρατηρώντας τη Φύση. Οι αρχαίοι Έλληνες στοχαστές, ιδιαίτερα οι Ίωνες, ήταν οι πρώτοι στην ιστορία του ανθρώπινου πολιτισμού που απορρίπτοντας τις μυστικιστικές δοξασίες και τις μυθολογικές διηγήσεις και ερμηνείες περί της γένεσης του κόσμου -διηγήσεις που κυριαρχούσαν στους λαμπρούς πολιτισμούς της Ανατολής.  Αποπειράθηκαν να εξηγήσουν το Σύμπαν παρατηρώντας διεξοδικά τα φαινόμενα, χρησιμοποιώντας βέβαια και τις αναλυτικές καταγραφές τους από προγενέστερους πολιτισμούς (Ασσυριακό, Βαβυλωνιακό αλλά και Αιγυπτιακό), και ερμηνεύοντας τα βάση αυτών που σήμερα ονομάζουμε Φυσικές επιστήμες. Πολλές φορές προσέγγισαν με εκπληκτική διορατικότητα σύγχρονες επιστημονικές αλήθειες, που για να τις κατακτήσει η ανθρωπότητα χρειάστηκε η συσσώρευση γνώσης δεκάδων αιώνων.  Παραδείγματος χάριν, δεκαοκτώ περίπου αιώνες πριν τον Κοπέρνικο, ο Αρίσταρχος ο Σάμιος επηρεασμένος πιθανώς από την Πυθαγορική κοσμολογία (όπως την διατύπωσε ο Φιλόλαος) ότι η Γη δεν βρίσκεται στο κέντρο του Σύμπαντος αλλά περιστρέφεται, μαζί με τον ήλιο και τους άλλους πλανήτες, γύρω από ένα κοινό κέντρο, το Κεντρικό Πυρ αλλά και από την εκπληκτική παρατήρηση του Ηρακλείδη του Πόντιου (ότι ο Ερμής και η Αφροδίτη έχουν μια μέγιστη γωνιακή απόκλιση από τον Ήλιο που ποτέ δεν υπερβαίνουν και συνεπώς περιστρέφονται γύρω από αυτόν), προτείνει, σε ένα κείμενο που δυστυχώς δεν έχει σωθεί (το γνωρίζουμε από μεταγενέστερες αναφορές), το Ηλιοκεντρικό σύστημα: "υποτίθεται γάρ τά απλανέα των άστρων και τόν άλιον μένειν ακίνητον, τάν δέ γαν περιφέρεσθαι περί τόν άλιον κατά κύκλου περιφέρειαν, ός έστιν έν μέσω τώ δρόμω κείμενος". Αυτή του η θέση δεν έγινε αποδεκτή από το φιλοσοφικό κατεστημένο της εποχής που αποδεχόταν την κυρίαρχη Αριστοτελική φιλοσοφική θεώρηση σύμφωνα με την οποία η Γη, η κατοικία Θεών και ανθρώπων, ήταν το κέντρο του Σύμπαντος.

Επίσης ενδιαφέρουσα είναι η θέση του Ηράκλειτου του Εφέσιου (~500 πΧ), του πατέρα της Διαλεκτικής κατά πολλούς, ότι πυρός τε ανταμοιβή τά πάντα καί πύρ δέ πάντων, που διαισθητικά προσεγγίζει την ταυτότητα ύλης και ενέργειας μέσω της μετατροπής του ενός στο άλλο.

Θεωρητική πρόβλεψη της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας (ΓΘΣ) του  Einstein είναι το δυναμικά εξελισσόμενο Σύμπαν, παρόλο που ο ίδιος ο Einstein, όπως και οι περισσότεροι στοχαστές διαχρονικά, πίστευε σε ένα στατικό Σύμπαν. Εξαιτίας αυτής του της πίστης έχασε την ευκαιρία να διατυπώσει αυτός τη γενική λύση των εξισώσεων πεδίου, λύση που βρήκε πρώτος ο Friedman, ένας νεαρός Ρώσος μαθηματικός το 1922 και που απέδειξε ότι στην γενική τους μορφή, οι λύσεις των εξισώσεων της ΓΘΣ προβλέπουν διαστολή του Σύμπαντος, γεγονός που αργότερα, το 1929,  αποδείχτηκε πειραματικά, με την ανακάλυψη της μετάθεσης στο ερυθρό του φάσματος των γαλαξιών, από τον Hubble. Δυστυχώς ο Friedman δεν πρόλαβε να δει την επιβεβαίωση των λύσεων του, μιας και πέθανε το 1925.
Η σύγχρονη μορφή της θεωρίας της «Μεγάλης Έκρηξης» θεμελιώθηκε από τους Gamow, Herman & Alpher, και υποστηρίζει ότι το Σύμπαν «γεννήθηκε» με μία έκρηξη από μία αρχική κατάσταση υψηλότατης πυκνότητας και θερμοκρασίας, η οποία δημιούργησε τον ίδιο το χώρο και το χρόνο. Από την αρχική «σούπα» στοιχειωδών σωματιδίων καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται και ψύχεται, με την πάροδο του χρόνου, συντίθενται τα δομικά συστατικά της ύλης, τα πρωτόνια, τα νετρόνια, τα ηλεκτρόνια αλλά και τα νετρίνα. Στις αρχικές υψηλές θερμοκρασίες και έως το Σύμπαν να ψυχθεί στους ~4000 ^οΚ, η αρχική θερμική ακτινοβολία είναι συζευγμένη με την ύλη λόγω των ελεύθερων ηλεκτρονίων που δρούσαν σαν ανακλαστήρες της ακτινοβολίας (βλέπε παρακάτω). Μόλις η θερμοκρασία πέσει και η ακτινοβολία απελευθερωθεί και ξεκινήσει το αέναο ταξίδι της στο Σύμπαν τότε, και κάτω από την επίδραση της βαρύτητας, οι αρχικά μικρές διαταραχές στην πυκνότητα της βαρυονικής ύλης (που είναι η γνωστή μας ύλη, αποτελούμενη από τα πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια) αρχίζουν να μεγαλώνουν, επηρεασμένες από τις ήδη υπάρχουσες διαταραχές στην σκοτεινή ύλη (δες παράρτημα 1), που ξεκίνησαν να μεγαλώνουν πολύ νωρίτερα, και εν τέλει δημιουργούν τις γνωστές δομές τους Σύμπαντος, τους γαλαξίες, τα σμήνη και ομάδες γαλαξιών  και τα άστρα (δες σχήμα 1).


ΣΧΗΜΑ 1. Σχηματική εξέλιξη της διαστολής του Σύμπαντος από την αρχική έκρηξη (αριστερά) μέχρι την δημιουργία γαλαξιών και άστρων (δεξιά).

Η δυναμική εξέλιξη του Σύμπαντος εξαρτάται από το συνολικό ποσό της ύλης και της ενέργειας που περιέχει. Μπορούμε να χωρίσουμε την εξέλιξη του Σύμπαντος σε τρεις βασικές περιπτώσεις, που εξαρτώνται από το συνολικό ποσό υλο-ενέργειας που περιέχει:

• Μικρό ποσό υλο-ενέργειας σημαίνει ότι το Σύμπαν θα διαστέλλεται επ΄άπειρον («Ανοικτό» Σύμπαν) και ότι η Γεωμετρία που το διέπει είναι υπερβολική (στις δύο διαστάσεις το ανάλογο σχήμα θα ήταν αυτό μιας σέλας αλόγου).
• Μεγάλο ποσό υλο-ενέργειας σημαίνει ότι το Σύμπαν θα αρχίσει να συστέλλεται μετά από κάποιο χρονικό διάστημα («Κλειστό» Σύμπαν) και η Γεωμετρία που το διέπει είναι σφαιρική.
• Κρίσιμο ποσό, που είναι το σύνορο μεταξύ των δύο παραπάνω περιπτώσεων. Η Γεωμετρία σε αυτή την περίπτωση είναι η Ευκλείδια («Επίπεδο» Σύμπαν), αλλά το πως διαστέλλεται το Σύμπαν εξαρτάται και από το είδος της υλο-ενέργειας που περιέχει. Πχ, μπορεί το συνολικό ποσό της ύλης (σκοτεινής και βαρυονικής) στο Σύμπαν να έχει την κρίσιμη τιμή, οπότε το Σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται με σταθερό ρυθμό. Μπορεί όμως στην δυναμική του Σύμπαντος να συνεισφέρει και η λεγόμενη «σκοτεινή» ενέργεια (δες παράρτημα 2), στην οποία περίπτωση το ποσό της ύλης (σκοτεινής και βαρυονικής) είναι μικρότερο από την κρίσιμη τιμή αλλά συμπληρώνεται από την «σκοτεινή ενέργεια», οπότε το Σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται αλλά σε αυτή την περίπτωση με επιταχυνόμενο ρυθμό. Το τι πιθανολογούμαι ότι είναι η «σκοτεινή ενέργεια» αναφέρεται πιο κάτω.

Πρόσφατα, με τις παρατηρήσεις των διαταραχών θερμοκρασίας του υπόβαθρου μικροκυμάτων (κυρίως με τα πειράματα BoomeranG και τον δορυφόρο WMAP), βρέθηκε ότι το Σύμπαν έχει το κρίσιμο ποσό υλο-ενέργειας και άρα είναι «Ευκλείδιο». Επιπλέον, με την ανάλυση μακρινών υπερκαινοφανών αστέρων (supernovae), που παρατηρήθηκαν σχετικά πρόσφατα με τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια της Γης, βρέθηκε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Αυτό συνεπάγεται τη συμμετοχή στο συνολικό ποσό της συμπαντικής υλο-ενέργειας και της «σκοτεινής ενέργειας», όπως αναφέραμε προηγούμενα. Σχηματικά μπορούμε να δούμε πως διαστέλλεται το Σύμπαν σε αυτή την περίπτωση στην εικόνα 2, όπου η ροζ καμπύλη αντιστοιχεί στην εξέλιξη της ακτίνας του Σύμπαντος σαν συνάρτηση του χρόνου. Λίγο μετά την αρχική έκρηξη η διαστολή αρχίζει να επιβραδύνεται λόγω της ιδιοβαρύτητας του ίδιου του Σύμπαντος, δηλαδή λόγω των ελκτικών δυνάμεων που ασκεί στο ίδιο το Σύμπαν η περιεχομένη εντός του υλο-ενέργεια. Μετά όμως από κάποιο χρόνο, τις ελκτικές δυνάμεις τις υπερνικά η «σκοτεινή ενέργεια» (μια έκφανση της οποία είναι και η λεγόμενη Κοσμολογική Σταθερά) που δρα σαν μια δύναμη με αντίθετο πρόσημο από αυτό της βαρύτητας, δηλαδή δρα σαν «αντι-βαρύτητα». Έτσι η αρχική επιβράδυνση της διαστολής αντιστρέφεται και γίνεται επιτάχυνση, την οποία σήμερα μετράμε με τη βοήθεια των υπερκαινοφανών αστέρων.


ΣΧΗΜΑ 2. Σε αυτή την εικόνα φαίνεται σχηματικά η εξέλιξη της ακτίνας του Σύμπαντος με τον κοσμικό χρόνο για την περίπτωση ύπαρξης «σκοτεινής ενέργειας» με την μορφή Κοσμολογικής σταθεράς. Δύο από τις πιθανές μελλοντικές εξελίξεις του Σύμπαντος παρουσιάζονται: Η περίπτωση Ευκλείδιου Σύμπαντος (δηλαδή Σύμπαν το οποίο περιέχει την κρίσιμη τιμή συνολικής υλο-ενέργειας) φαίνεται με την ροζ καμπύλη ενώ η περίπτωση κλειστού Σύμπαντος (δηλαδή Σύμπαν το οποίο περιέχει παραπάνω από την κρίσιμη τιμή συνολικής υλο-ενέργειας αλλά και Κοσμολογική σταθερά) φαίνεται με τη λευκή καμπύλη.

Είναι αξιοπερίεργο ότι η «σκοτεινή ενέργεια» συμμετέχει στο συνολικό ποσό συμπαντικής υλο-ενέργειας με ποσοστό που είναι περίπου ίσο με αυτό της ύλης (σκοτεινής και βαρυονικής), γεγονός που αποτελεί το λεγόμενο «πρόβλημα σύμπτωσης», μιας και δεν υπάρχει κανείς a priori φυσικός λόγος για αυτή τη σύμπτωση. Επιπλέον, υπάρχει και το πρόβλημα γιατί η συμπαντική υλο-ενέργεια έχει ακριβώς την κρίσιμη τιμή και όχι οποιανδήποτε από την απειρία των τιμών που θα μπορούσε να έχει.
Μια πιθανή λύση στα προβλήματα αυτά μπορεί να αναζητηθεί στο γεγονός ότι εάν το Σύμπαν διαστελλόταν με ρυθμό πολύ μεγαλύτερο της κρίσιμης τιμής, εάν δηλαδή περιείχε πολύ μικρό συνολικά ποσό υλο-ενέργειας, τότε η βαρύτητα που ασκείται συνολικά στο Σύμπαν, από την εμπεριεχομένη εντός αυτού ύλης και ενέργειας, δεν θα ήταν σε θέση να αντιστρέψει τη διαστολή σε συστολή ούτε στις σχετικά υψηλής πυκνότητας περιοχές. Κατ' επέκταση δεν θα είχαν δημιουργηθεί οι κοσμικές δομές και τα άστρα, στον πυρήνα των οποίων δημιουργούνται τα συστατικά στοιχεία από τα οποία είναι φτιαγμένα τα έμβια όντα (οξυγόνο, άνθρακας κλπ) και η εξέλιξη των οποίων τελικά τροφοδοτεί, με αυτά τα στοιχεία, το Σύμπαν. Αντίστοιχα, εάν το Σύμπαν διαστελλόταν με ρυθμό σημαντικά βραδύτερο της κρίσιμης τιμής, εάν δηλαδή περιείχε πολύ μεγαλύτερο συνολικά ποσό υλο-ενέργειας, τότε πάλι πριν προλάβουν να δημιουργηθούν οι κοσμικές δομές και τα άστρα, το Σύμπαν θα είχε ξανά-συσταλεί σε μία υπέρθερμη θάλασσα ακτινοβολίας. Επομένως,  το γεγονός της ύπαρξης μας προϋποθέτει ότι το Σύμπαν διαστέλλεται περίπου με τον ρυθμό που μετράμε. Αυτό είναι μια έκφανση αυτού που ονομάζετε «Ανθρωπική Αρχή» (η ασθενής εκδοχή της), δηλαδή ότι η ίδια η ύπαρξη της ανθρώπινης ζωής προϋποθέτει ότι το Σύμπαν περιέχει το συγκεκριμένο ποσό υλο-ενέργειας (όπως επίσης ότι τις συγκεκριμένες  τιμές που μετράμε των σταθερών τη φύσης). Πολλές φορές αυτή η αρχή χρησιμοποιείται και σαν πανάκεια για να δώσει λογικοφανή ερμηνεία σε φαινόμενα που δυσκολευόμαστε να ερμηνεύσουμε αλλά κατά την άποψη μου αυτή της η χρήση είναι εσφαλμένη και αντι-επιστημονική.

Μία από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις που βοήθησαν στην θεμελίωση της σύγχρονης κοσμολογίας είναι η διαστολή του Σύμπαντος. Πρώτος ο Hubble το 1929 με παρατηρήσεις δικές του αλλά και του Shlipher από το 1914, ανακάλυψε ότι το φάσμα του φωτός των γαλαξιών είναι μετατοπισμένο προς το ερυθρό, που σύμφωνα με το φαινόμενο Doppler σημαίνει ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται από τον παρατηρητή και επιπλέον ότι η ταχύτητα απομάκρυνσης των γαλαξιών είναι τόσο μεγαλύτερη όσο πιο μακριά βρίσκονται οι γαλαξίες (νόμος του Hubble).

ΣΧΗΜΑ 3. Σε αυτή την εικόνα φαίνεται σχηματικά ένα κύμα όπως το «βλέπει» ένας κινούμενος παρατηρητής. Το κύμα φωτός ξεκινά, ας πούμε στο ιώδες (όπως φαίνεται στο σχήμα) και το λαμβάνει ο απομακρυνόμενος παρατηρητής στο ερυθρό μέρος του φάσματος.

Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τι εννοούμε όταν λέμε ότι το Σύμπαν  διαστέλλεται; Σκεπτόμενος κλασικά θα μπορούσαμε (εσφαλμένα) να θεωρήσουμε ότι βρισκόμαστε στο κέντρο του διαστελλόμενου Σύμπαντος και για αυτό βλέπουμε  όλους τους γαλαξίες να απομακρύνονται από εμάς. Αυτή είναι μια εσφαλμένη θεώρηση, γιατί το κέντρο της διαστολής δεν βρίσκετε στο τρισδιάστατο χώρο αλλά στην τέταρτη διάσταση, το χρόνο (συμπίπτει δηλαδή το κέντρο της διαστολής με t=0). Στην πραγματικότητα ο κάθε γαλαξίας απομακρύνεται από κάθε άλλο γαλαξία με ταχύτητα ανάλογη της απόστασης τους. Σκεφτείτε το ως εξής: Βρισκόμενοι στο γαλαξία Α βλέπουμε όλους τους άλλους γαλαξίες να απομακρύνονται. Εάν μεταφερθούμε νοητά στο γαλαξία Β πρέπει να κάνουμε διανυσματική αφαίρεση έτσι ώστε στο σύστημα αναφοράς του να βρισκόμαστε σε ηρεμία. Διαπιστώνουμε τώρα ότι ο γαλαξίας Α απομακρύνεται από εμάς (Β) με την ίδια ταχύτητα που απομακρυνόταν ο Β όταν βρισκόμασταν στο γαλαξία Α (δες σχήμα 3).

Μία από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις του δεύτερου μισού του 20ου αιώνα, ανακάλυψη που ουσιαστικά επιβεβαίωσε τη Θεωρία της «Μεγάλης Έκρηξης» και έδωσε στους Penzias και Wilson το βραβείο Νόμπελ το 1965, είναι η ύπαρξη μιας διάχυτης ακτινοβολίας μικροκυμάτων που είναι το ίχνος της αρχικά υπέρθερμης και υπέρπυκνης κατάστασης του πρώιμου Σύμπαντος. Σε αυτήν την κατάσταση, η ακτινοβολία και η ύλη ήταν συζευγμένες λόγω των ελεύθερων ηλεκτρονίων που δρούσαν σαν ανακλαστήρες της ακτινοβολίας. Όταν η θερμοκρασία του Σύμπαντος έπεσε περίπου στους 4000 βαθμούς Kelvin (280000 χρόνια μετά τη «Μεγάλη Έκρηξη»), τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια συνέθεσαν τα άτομα των ελαφρών στοιχείων (κύρια του υδρογόνου) και έτσι η ακτινοβολία ελεύθερα διαχύθηκε στο Σύμπαν. Αυτή η θεωρία προβλέπει ότι λόγω της διαστολής του Σύμπαντος η θερμοκρασία της ακτινοβολίας αυτής ελαττώνεται με το χρόνο και πρέπει να είναι σήμερα 2.7 βαθμοί Kelvin καθώς και ότι το φάσμα της ακτινοβολίας πρέπει να έχει τη μορφή φάσματος θερμικής προέλευσης (φάσμα μέλανος σώματος). Και οι δύο προβλέψεις επιβεβαιώθηκαν περίτρανα και με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια στις αρχές της δεκαετίας του '90 από τα παρατηρησιακά δεδομένα του δορυφόρου COBE της ΝΑSΑ (http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/). Ο δορυφόρος αυτός, όπως και ο πρόσφατος δορυφόρος WMAP (http://wmap.gsfc.nasa.gov/), ουσιαστικά φωτογράφισαν το Σύμπαν όταν είχε ηλικία μόλις 2/100000 της σημερινής του ηλικίας (δες σχήμα 4).

ΕΙΚΟΝΑ 4. Οι διαταραχές θερμοκρασίας του υπόβαθρου τη ακτινοβολίας μικροκυμάτων από τις παρατηρήσεις του δορυφόρου COBE (άνω εικόνα) και του δορυφόρου WMAP (κάτω εικόνα). Ουσιαστικά αποτυπώνουν το Σύμπαν όταν είχε ηλικία μόλις 280000 έτη (2/100000 περίπου της σημερινής του ηλικίας). Η διακριτική ικανότητα του WMAP είναι σαφώς μεγαλύτερη από αυτή του COBE με αποτέλεσμα την αποτύπωση των διαταραχών με μεγάλη ακρίβεια. Το γεγονός αυτό έδωσε τη δυνατότητα στους επιστήμονες να υπολογίσουν με ακρίβεια την καμπυλότητα του χώρου και επομένως το γεγονός ότι το Σύμπαν είναι «Ευκλείδειο» (έχει καμπυλότητα μηδέν).

Επιπλέον, με τις ακριβείς μετρήσεις των διαταραχών θερμοκρασίας της ακτινοβολίας μικροκυμάτων, που έγιναν με το πείραμα BOOMERanG, που διεξήχθη στην Ανταρκτική χρησιμοποιώντας ένα αερόστατο, αλλά κυρίως με τις παρατηρήσεις του δορυφόρου WMAP, βρέθηκε ότι πράγματι ο ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος είναι εξαιρετικά κοντά σε αυτόν της κρίσιμης τιμής, πράγμα που υποδηλώνει ότι η γεωμετρία του Σύμπαντος είναι η Ευκλείδια.

Στην υπέρπυκνη και υπέρθερμη κατάσταση του πρώιμου Σύμπαντος τα πρωτόνια και νετρόνια, που είναι τα στοιχειώδη σωμάτια από τα οποία αποτελούνται οι πυρήνες των ατόμων όλων των στοιχείων της φύσης, όντας μη συζευγμένα σε άτομα, δημιουργούν τους πυρήνες των ελαφρύτερων στοιχείων της ύλης (Υδρογόνου, Ήλιου, Δευτέριου, Λίθιου). Οι συγκεκριμένες αρχικές αναλογίες αυτών των στοιχείων εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες μεταξύ των οποίων είναι ο ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος δηλαδή ο ρυθμός ψύξης του, ο λόγος πρωτονίων νετρονίων κ.α. Η θεωρία του «Μεγάλης Έκρηξης» προβλέπει συγκεκριμένες αναλογίες των ελαφρών αυτών στοιχείων, πρόβλεψη που και αυτή έχει επιβεβαιωθεί από τις παρατηρήσεις.
Τελειώνοντας αυτή τη σύντομη παρουσίαση των βασικών στοιχείων της σύγχρονης Κοσμολογίας, επισημαίνω ότι παρόλο που γνωρίζουμε ίσως πιο πολλά για την ιστορία του Σύμπαντος από ότι, παραδείγματος χάριν, για την πρώιμη ιστορία του ανθρώπου ή για την λειτουργία του ανθρώπινου νού, απέχουμε ακόμη από το να γνωρίζουμε όλες τις λεπτομέρειες για τα συστατικά στοιχεία του Σύμπαντος και με ακρίβεια τη μελλοντική εξέλιξη του. Αναμένουμε ότι στα επόμενα χρόνια ένας μεγάλος αριθμός στοχευμένων πειραμάτων, όπως το Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Εταιρίας (http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=17) που θα μελετήσει με εξαιρετικά μεγάλη λεπτομέρια τις διαταραχές θερμοκρασίας του υπόβαθρου μικροκυμάτων, τα πειράματα εντοπισμού της «σκοτεινή ενέργειας», ανάμεσα στα οποία τα: Dark Energy Survey (DES: http://www.darkenergysurvey.org/, SuperNova Acceleration Probe (SNAP http://snap.lbl.gov/), HETDEX (http://www.as.utexas.edu/hetdex/) κλπ, θα δώσουν αποτελέσματα που πιστεύουμε ότι θα απαντήσουν στα περισσότερα Κοσμολογικά  ερωτήματα που παραμένουν ακόμα αναπάντητα.

1. Σκοτεινή Ύλη
Σαν «σκοτεινή ύλη» εννοούμε την ύλη που δεν εκπέμπει ηλεκτομαγνητική ακτινοβολία και αποτελείται από σωματίδια που αλληλεπιδρούν με την υπόλοιπη (βαρυονική) ύλη αλλά και μεταξύ τους μόνο μέσω της βαρυτικής αλληλεπίδρασης. Θέλει μια προσοχή εδώ γιατί υπάρχει και βαρυονική ύλη που δεν εκπέμπει έντονα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (πχ. τα λεγόμενα ετερόφωτα σώματα, πλανήτες, κλπ) που παρόλο που δεν εκπέμπουν μέσω της διαδικασίας σύντηξης ατομικών πυρήνων, εκπέμπουν συνήθως θερμική ακτινοβολία, και επομένως δεν είναι αυτό που ορίζουμε ως «σκοτεινή ύλη». 
Η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης πιθανολογήθηκε ήδη από τα μέσα του περασμένου αιώνα από τη μελέτη των ιδίων κινήσεων γαλαξιών μέσα σε σμήνη γαλαξιών (αρχικά του σμήνους τη Κόμης).  Βρέθηκε ότι οι σχετικές ταχύτητες των γαλαξιών, μελών του σμήνους, ήταν κατά πολύ μεγαλύτερες από ότι προέβλεπε το βαρυτικό δυναμικό του σμήνους, υπολογισμένου χρησιμοποιώντας τις μάζες των μελών γαλαξιών (βάση της έντασης της ακτινοβολία τους). Σύμφωνα με αυτούς τους υπολογισμούς η ταχύτητα διαφυγής των γαλαξιών ήταν τέτοια που θα έπρεπε να έχουν «διαφύγει» και το σμήνος να έχει διαλυθεί. Η πιθανή ύπαρξη σκοτεινής ύλης δίνει λύση σε αυτό το πρόβλημα μιας και αυξάνει κατά πολύ το πραγματικό βαρυτικό δυναμικό του σμήνους σε επίπεδα που να επιτρέπουν οι γαλαξίες να έχουν τις παρατηρούμενες ταχύτητες δίχως να θέτουν σε κίνδυνο την ακεραιότητα του σμήνους. Επιπλέον, μεταγενέστερες μελέτες των επίπεδων καμπύλων περιστροφής των σπειροειδών γαλαξιών πάλι ερμηνεύτηκαν με την ύπαρξη σκοτεινής ύλης. Υπάρχουν βέβαια και άλλες πιθανές λύσεις των παραπάνω προβλημάτων που έχουν να κάνουν κυρίως με την λεγόμενη «μεταβαλλόμενη βαρύτητα» (modified gravity). Αυτές οι λύσεις προϋποθέτουν ότι η δύναμη βαρύτητας δεν έχει σε όλες τις κλίμακες τη γνωστή αναλογία με την απόσταση (αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου τη απόστασης) ή ακόμα ότι η σταθερά τη βαρύτητα, G,  μεταβάλλεται (απειροελάχιστα) με την κλίμακα. Όμως αυτές οι θεωρίες δεν έχουν μπορέσει, μέχρι στιγμής, να ερμηνεύσουν όλα τα φαινόμενα που ερμηνεύονται με την ύπαρξη σκοτεινής ύλης. Επιπλέον, η ύπαρξη τη σκοτεινής ύλης προβλέπεται και από τις παρατηρήσεις των διαταραχών του υπόβαθρου μικροκυμάτων αλλά και από τι μελέτες της σμηνοποίηση των κοσμικών δομών. Είναι πολύ σημαντικό να πούμε ότι χωρίς την ύπαρξη σκοτεινής ύλης δεν μπορούμε να ερμηνεύσουμε την ίδια την ύπαρξη κοσμικών δομών, μιας και οι διαταραχές του υπόβαθρου της ακτινοβολία μικροκυμάτων, όντας διαταραχές και της πυκνότητας της βαρυονικής ύλης του πρώϊμου σύμπαντος (θυμηθείτε ότι ύλη και ακτινοβολία είναι συζευγμένες), είναι πολύ μικρές για να δημιουργήσουν σμήνη γαλαξιών και του ίδιους τους γαλαξίες. Μόνο αν υπάρχει σκοτεινή ύλη, η οποία δεν συζεύγνεται με την ακτινοβολία και της οποίας οι διαταραχές πυκνότητας άρχισαν να μεγαλώνουν πολύ πριν αποδεσμευτεί η βαρυονική ύλη και η ακτινοβολία, τότε υπάρχουν αρκετά μεγάλες διαταραχές στην πυκνότητα της σκοτεινής ύλης, μέσα στις οποίες πέφτουν τα αποδεσμευμένα βαρυόνια και δημιουργούν, με την πάροδο του χρόνου, κοσμικές δομές.