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La Cosmologia (dal greco κόσμος, kosmos “mondo” e λογία, logia “studio di”) è una branca dell'Astronomia che si occupa degli studi sull'origine e l'evoluzione cronologica dell'Universo. La Cosmologia fisica è lo studio scientifico dell'origine dell'Universo, delle sue strutture e dinamiche su larga scala e del suo destino finale. ¹⁾

Il termine cosmologia fu usato per la prima volta in inglese nel 1656 nella Glossographia di Thomas Blount, ²⁾ e nel 1731 in latino dal filosofo tedesco Christian Wolff, in Cosmologia Generalis. ³⁾

La Cosmologia religiosa o mitologica è un corpo di credenze basato sulla letteratura mitologica, religiosa ed esoterica e sulle tradizioni dei miti e dell'escatologia della creazione.

La Cosmologia fisica è studiata da scienziati, come astronomi e fisici, così come da filosofi, metafisici, filosofi della fisica e filosofi dello spazio e del tempo. A causa di questo obiettivo condiviso con la Filosofia, le teorie della Cosmologia fisica possono includere proposizioni sia scientifiche che non scientifiche e possono dipendere da ipotesi che non possono essere verificate. La Cosmologia differisce dall'Astronomia per il fatto che la prima riguarda l'Universo nel suo insieme, mentre la seconda tratta gli oggetti celesti individuali. La moderna Cosmologia fisica è dominata dalla teoria del Big Bang, che tenta di riunire l'Astronomia osservativa e la Fisica delle particelle; ⁴⁾ più specificamente, una parametrizzazione standard del Big Bang con materia oscura ed energia oscura, nota come modello Lambda-CDM.

L'astrofisico teorico David N. Spergel ha descritto la Cosmologia come una “scienza storica” perché “[…] quando guardiamo nello spazio, guardiamo indietro nel tempo” a causa della natura finita della Velocità della luce. ⁵⁾

Rigveda (1700-1100 a.C. circa)
Classificazione: “ciclico, o oscillante, infinito nel tempo.”
Un ciclo di esistenza è di circa 311 trilioni di anni e la vita di un universo intorno agli 8 miliardi di anni. Questo ciclo universale è preceduto da un numero infinito di universi e deve essere seguito da un altro numero infinito di universi. Include un numero infinito di universi in un dato momento.

Jain Agamas (scritto attorno al 500 d.C. secondo gli insegnamenti di Mahavira [599-527 a.C.] Classificazione: “ciclico, o oscillante, eterno e finito.”
La cosmologia giainista considera il loka , o universo, come un'entità increata, esistente sin dall'infinito, la forma dell'universo simile a un uomo in piedi con le gambe divaricate e il braccio appoggiato alla vita. Questo Universo, secondo il Giainismo , è ampio in alto, stretto al centro e di nuovo diventa ampio in basso.

Letteratura babilonese (3000 a.C. circa)
Classificazione: “Terra piatta che galleggia in infinite 'acque del caos'.”
La Terra e il Cielo formano un'unità all'interno di infinite “acque del caos”; la Terra è piatta e circolare, e una cupola solida (il “Firmamento”) tiene fuori il “caos”.

Parmenide (515 a.C. circa)
Classificazione: “finita e sferica in estensione.”
L'Universo è immutabile, uniforme, perfetto, necessario, senza tempo e né generato né deperibile. Il vuoto è impossibile. La pluralità e il cambiamento sono prodotti dell'ignoranza epistemica derivata dall'esperienza sensoriale. I limiti temporali e spaziali sono arbitrari e relativi al tutto parmenideo.

Genesi della creazione.
Classificazione: “Terra che galleggia in infinite 'acque del caos'.”
La Terra e il Cielo formano un'unità all'interno di infinite “acque del caos”; il “Firmamento” tiene fuori il “caos.”

Anassagora (500-428 a.C. e, in seguito Epicuro)
Classificazione: “infinito in estensione”
L'Universo contiene solo due cose: un numero infinito di piccoli semi (atomi) e il vuoto di estensione infinita. Tutti gli atomi sono fatti della stessa sostanza, ma differiscono per dimensioni e forma. Gli oggetti sono formati da aggregazioni di atomi e si decompongono di nuovo in atomi. Incorpora il principio di causalità di Leucippo: “Nulla accade a caso, tutto accade per ragione e necessità.” L'Universo non era governato dagli dei.

Filolao (470-390 a.C., commentato dal dossografo Aezio I o II Sec. d.C.)
Classificazione: “esistenza di un 'Fuoco Centrale' al centro dell'Universo.”
Un fuoco nel mezzo, al centro, ch’egli chiama “Focolare” del Tutto, e “Casa di Zeus”, e “Madre degli dei”, nonché “Altare”, “Concentrazione” e “Misura della natura”; ed ancora un differente fuoco nella zona più alta, l’involucro. Primo poi sarebbe per natura il fuoco mediano, ed intorno a esso farebbero le loro evoluzioni dieci corpi divini: i cinque erranti, dopo i quali il Sole, sotto il quale la luna, sotto la quale la terra, sotto la quale l’Antiterra (In greco antico: Αντίχθων “Antichthon“); dopo tutti quanti i quali il fuoco del focolare, che tiene la posizione nella zona centrale.“

Pseudo Aristotele (forse tra il 350 e il 200 a.C.) Classificazione: “L'Universo è un sistema costituito da Cielo e Terra e dagli elementi che sono contenuti in essi.”
Ci sono “cinque elementi, situati in sfere in cinque regioni, meno l'essere, in ogni caso circondato dal più grande - vale a dire, la Terra circondata dall'acqua, l'acqua dall'aria, l'aria dal fuoco e il fuoco dall'etere - costituiscono l'intero universo.

Stoici (300 a.C. . 200 d.C.)
Classificazione: “isola dell'Universo.”
Il cosmo è finito e circondato da un vuoto infinito. È in uno stato di flusso e pulsa. Subisce periodici sconvolgimenti e conflagrazioni.

Aristotele (384-322 a.C.)
Classificazione: “Geocentrico, statico, stato stazionario, estensione finita, tempo infinito.”
La Terra sferica è circondata da sfere celesti concentriche. L'Universo esiste invariato per tutta l'eternità. Contiene un quinto elemento, chiamato etere, che è stato aggiunto ai quattro elementi classici.

Aristarco (circa 280 a.C.)
Classificazione: “Eliocentrico.”
La Terra ruota ogni giorno sul proprio asse e ruota ogni anno attorno al Sole in un'orbita circolare. La sfera di stelle fisse è centrata sul Sole.

Tolomeo (II secolo d.C.)
Classificazione: “Geocentrico (basato sull'Universo aristotelico).”
L'orbita dell'Universo intorno a una Terra stazionaria. I pianeti si muovono in epicicli circolari, ognuno dei quali ha un centro che si sposta in un'orbita circolare più grande (detta un eccentrico o un deferente) attorno a un punto centrale vicino alla Terra.

Aryabhata (499 d.C.)
Classificazione: “Geocentrico, o Eliocentrico.”
La Terra ruota e i pianeti si muovono in orbite ellittiche attorno alla Terra o al Sole; incerto se il modello è geocentrico o eliocentrico a causa di orbite planetarie date in relazione sia alla Terra che al Sole.

Filosofi medievali (500-1200 d.C.)
Classificazione: “Finito nel tempo”
Un Universo che è finito nel tempo e ha un inizio è proposto dal filosofo cristiano John Philoponus, che discute contro l'antica nozione greca di un passato infinito. Argomentazioni logiche a sostegno di un Universo finito sono state sviluppate dal filosofo musulmano Alkindus (Al-Kindi), dal filosofo ebreo Saadia Gaon e dal teologo musulmano Algazel (Al-Ghazali).

Fakhr al-Din al-Razi (1149-1209 d.C.)
Classificazione: “Multiverso, mondi e universi multipli.”
Esiste uno spazio infinito oltre il mondo conosciuto, e Dio ha il potere di riempire il vuoto con un numero infinito di universi.

Scuola Maragha (1259-1528)
Classificazione: “Geocentrico”
Varie modifiche al modello tolemaico e all'universo aristotelico, tra cui il rifiuto degli equanti (dal latino: punctum aequans) ed eccentrici nell'Osservatorio Maragheh e l'introduzione della coppia Tusi di Al-Tusi (Nasir al-Din al-Tusi). Modelli alternativi successivamente proposti, incluso il primo accurato modello lunare di Ibn al-Shatir, un modello che rifiuta la Terra stazionaria in favore della rotazione terrestre di Ali Kuşçu, e il modello planetario che incorpora “l'inerzia circolare” di Al-Birjandi.

Nilakantha Somayaji (1444-1544) Classificazione: “Geocentrico ed Eliocentrico.”
Un Universo in cui i pianeti orbitano attorno al Sole, che orbita attorno alla Terra; simile al successivo sistema ticonico.

Niccolò Copernico (1473-1543)
Classificazione: “Eliocentrico con orbite planetarie circolari.”
Descritto per la prima volta in De revolutionibus orbium coelestium

Tycho Brahe (1546-1601)
Classificazione: “Geocentrico ed Eliocentrico.”
Un Universo in cui i pianeti orbitano attorno al Sole e il Sole orbita intorno alla Terra, in modo simile al modello precedente di Nilakanthan.

Giordano Bruno (1548-1600)
Classificazione: “Estensione infinita, tempo infinito, omogeneo, isotropico, non gerarchico.”
Rifiuta l'idea di un Universo gerarchico. La Terra e il Sole non hanno proprietà speciali rispetto agli altri corpi celesti. Il vuoto tra le stelle è pieno di etere e la materia è composta degli stessi quattro elementi (acqua, terra, fuoco e aria) ed è atomistica, animista e intelligente.

Johannes Kepler (1571-1630)
Classificazione: “Eliocentrico con orbite planetarie ellittiche”
Le scoperte di Keplero, sposando Matematica e Fisica, fornirono le basi per la nostra attuale concezione del Sistema Solare, ma le stelle lontane erano ancora viste come oggetti in una sfera celeste sottile e fissa.

Isaac Newton (1642-1727)
Classificazione: “Statico (in evoluzione), stato stazionario, infinito.”
Ogni particella nell'Universo attrae ogni altra particella. La materia su larga scala è distribuita uniformemente. Equilibrato secondo la gravità, ma instabile.

René Descartes, (1596 - 1650 )
Classificazione: “Statico (in evoluzione), stato stazionario, infinito.”
Il sistema di enormi vortici turbinanti di materia eterea o sottile produce ciò che chiameremmo effetti gravitazionali. Ma il suo vuoto non era vuoto; tutto lo spazio era pieno di materia.

Immanuel Kant, Johann Lambert, (1724 - 1804 / 1728 - 1777)
Classificazione: “Statico (in evoluzione), stato stazionario, infinito.”
La materia è raggruppata su scale di gerarchia sempre più grandi. La materia è riciclata all'infinito.

Albert Einstein, (1879 - 1955 Universo con una costante cosmologica)
Classificazione: “Statico (nominalmente). Limitato (finito)”
“Materia senza movimento”. Contiene materia distribuita uniformemente. Spazio sferico uniformemente curvo; basato sull'ipersfera di Riemann. La curvatura è impostata su Λ. In effetti Λ è equivalente a una forza repulsiva che neutralizza la gravità. Instabile.

Willem de Sitter (1872 - 1934)
Classificazione:“Espansione dello spazio piatto . Stato stazionario. Λ > 0”
“Movimento senza materia”. Solo apparentemente statico. Basato sulla Relatività generale di Einstein. Lo spazio si espande con un'accelerazione costante. Il fattore di scala aumenta esponenzialmente (inflazione costante).

William Duncan MacMillan (1871 - 1948)
Classificazione: “Statico e stato stazionario”
La nuova materia è creata dalle radiazioni; luce stellare riciclata perpetuamente in nuove particelle di materia.

Alexander Friedmann (1888 - 1925)
Classificazione: “Spazio di espansione sferico k = +1; no Λ”
Curvatura positiva Costante di curvatura k = +1. Si espande poi si ripiega. Spazialmente chiuso (finito).

Alexander Friedmann (1888 - 1925)
Classificazione: “Spazio di espansione iperbolico. k = -1; no Λ.”
Curvatura negativa. Si espande per sempre.

Paul Dirac (1902 - 1984)
Classificazione: “Espansione”
Richiede una grande variazione in G, che diminuisce col tempo. La gravità s'indebolisce man mano che l'Universo si evolve.

Einstein e De Sitter, (1932)
Classificazione: “Espansione dello spazio piatto. k = 0; Λ = 0. Densità critica”
Costante di curvatura k = 0. “Cosmo illimitato di estensione limitata”. Si espande per sempre. “Più semplice” di tutti gli universi conosciuti. Prende il nome da Friedmann ma non è considerato dallo stesso. Ha un parametro di decelerazione q = 1/2, il che significa che la sua espansione rallenta.

Georges Lemaître (1894 - 1966)
Classificazione: “Espansione Λ > 0; Λ > |Gravità|”
Λ è positivo e ha un'ampiezza maggiore della gravità. L'Universo ha uno stato iniziale ad alta densità (“atomo primordiale”). Seguito da un'espansione a due stadi. Λ è usato per destabilizzare l'Universo. (Lemaître è considerato il padre del modello del big bang).

Favorito da Alexander Friedmann, negli anni '20
Classificazione: “Espansione e contrazione in cicli”
Il tempo è infinito e senza inizio; (evita così il paradosso dell'inizio del tempo). Cicli perpetui di big bang seguiti da una grande crisi. (La prima scelta di Einstein dopo aver rifiutato il suo modello del 1917).

Arthur Eddington (1882 - 1944)
Classificazione: “Prima statico poi si espande”
Statico per Einstein 1917. Un Universo con la sua instabilità disturbato in modalità di espansione; con implacabile diluizione della materia diventa un Universo alla De Sitter. Λ domina la gravità.

Edward Milne (nel 1933, 1935) e William H. McCrea (anni '30)
Classificazione: “Relatività Cinematica. Espansione cinematica senza espansione spaziale”
Rifiuta la Relatività generale e il paradigma spaziale in espansione. Gravità non inclusa come ipotesi iniziale. Osserva il principio cosmologico e la Relatività speciale; consiste in una nube sferica finita di particelle (o galassie) che si espande all'interno di uno spazio piatto infinito e altrimenti vuoto. Ha un centro e un bordo cosmico (superficie della nube di particelle) che si espande alla velocità della luce. (Spiegazione della gravità elaborata e poco convincente).

Howard Robertson e Arthur Walker (nel 1935)
Classificazione: “Espansione uniforme”.
Classe di universi che sono omogenei e isotropi. Lo spazio-tempo si divide in uno spazio uniformemente curvo e in un tempo cosmico comune a tutti gli osservatori che si spostano. Il sistema di formulazione è ora noto come metrica FLRW o modello Robertson-Walker del tempo cosmico e dello spazio curvo.

Hermann Bondi e Thomas Gold (nel 1948)
Classificazione: “Espansione, stato stazionario, infinito”
La velocità di creazione della materia mantiene una densità costante. Creazione continua dal nulla. Espansione esponenziale. Decelerazione q = -1.

Fred Hoyle (nel 1948)
Classificazione: “Espansione, stato stazionario; ma instabile”
La velocità di creazione della materia mantiene una densità costante, ma, dal momento che il tasso di creazione della materia deve essere esattamente bilanciato con il tasso di espansione dello spazio, il sistema è instabile.

Hannes Alfvén (nel 1965) e Oskar Klein
Classificazione: “Universo cellulare, in espansione per mezzo dell'annichilimento materia-antimateria”
Basato sul concetto di cosmologia del plasma . L'Universo è visto come “meta-galassie” diviso da doppi strati e quindi con una natura simile a una bolla. Altri universi sono formati da altre bolle. Gli annientamenti di antimateria mantengono le bolle separate e si allontanano impedendo loro d'interagire.

Carl H. Brans e Robert H. Dicke
Classificazione: “Espansione”
Basato sul principio di Mach. G varia col tempo mentre l'Universo si espande. “Ma nessuno è abbastanza sicuro di quale sia il vero principio di Mach” ^{[citazione necessaria]}

Alan Guth (nel 1980)
Classificazione: “Il Big Bang modificato per risolvere problemi di orizzonte e planarità”
Basato sul concetto d'inflazione a caldo. L'Universo è visto come un flusso quantico multiplo - da qui la sua natura simile a una bolla. Altri universi sono formati da altre bolle. L'espansione cosmica continua ha tenuto le bolle separate e in movimento.

Andreï Linde (un modello a più universi - nel 1983)
Classificazione: “Big Bang con inflazione cosmica”
Multiverso basato sul concetto d'inflazione a freddo, in cui gli eventi inflazionistici si verificano a caso ciascuno con condizioni iniziali indipendenti; alcuni si espandono in universi di bolle apparentemente come il nostro intero cosmo. Bolle nucleate in uno spazio-tempo di schiuma quantica.

Paul Steinhardt e Neil Turok (nel 2002)
Classificazione: “Soluzione del problema di entropia di Tolman”
L'Energia fantasma frammenta l'Universo in un gran numero di patch disconnesse. I patch contengono solo energia oscura con entropia zero.

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Scoperta delle onde gravitazionali nel 2016)
Classificazione: “Albert Einstein Model Continuation, Gravitational Wave Theory Proven”
Nel 2014, il modello BICep2 non riuscì a dimostrare le scoperte relative alle onde gravitazionali. LIGO, nel 2016, è stato in grado di rilevare e dimostrare che le onde gravitazionali sono effettivamente emesse intorno ai buchi neri quando due buchi neri si uniscono e creano un buco nero più grande. ⁶⁾