宇宙學(xué)與天體物理學(xué)不同，后者研究的是宇宙中的天體（如星系）的起源和演化。物理宇宙學(xué)是物理學(xué)和天體物理學(xué)的分支，主要運(yùn)用引力理論來(lái)研究宇宙起源、演化和終極命運(yùn)，以及研究宇宙在大尺度上的特征。
宇宙學(xué)這一詞匯首次出現(xiàn)于英國(guó)T.布朗特于1656年寫的《詞集》（Glossographia）一書中，而且在1731年被德國(guó)哲學(xué)家C.沃爾夫用拉丁語(yǔ)Cosmologia Generalis采用。雖然宇宙學(xué)這個(gè)詞是最近才有的，但對(duì)宇宙的研究已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，它牽涉到科學(xué)、哲學(xué)、神學(xué)以及宗教。
宇宙的結(jié)構(gòu)及形成自古以來(lái)就是人們關(guān)心的話題，中外歷史上都曾出現(xiàn)過(guò)多種宇宙學(xué)說(shuō)。如中國(guó)的渾天說(shuō)、蓋天說(shuō)和宣夜說(shuō)，古希臘阿利斯塔克提出的日心說(shuō)、統(tǒng)治中世紀(jì)歐洲上千年的地心說(shuō)、N.哥白尼提出的日心說(shuō)等。牛頓萬(wàn)有定律表明地球上的物體和宇宙中的天體遵從相同的物理規(guī)律，這對(duì)于物理宇宙學(xué)而言是一個(gè)巨大的進(jìn)步。
現(xiàn)代宇宙學(xué)是在愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。A.愛(ài)因斯坦于1917年首次提出宇宙空間均勻且各向同性的假定，并且利用廣義相對(duì)論提出了靜態(tài)宇宙學(xué)模型，開創(chuàng)了現(xiàn)代相對(duì)論宇宙學(xué)。
相對(duì)論宇宙學(xué)可大致分為運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型兩個(gè)部分。前者以宇宙學(xué)原理為基礎(chǔ)，利用弗里德曼-羅伯遜-沃克度規(guī)來(lái)分析、概括宇宙學(xué)尺度上的運(yùn)動(dòng)學(xué)觀察事實(shí)；后者則要根據(jù)宇宙演化各個(gè)不同階段的物質(zhì)狀態(tài)來(lái)求解愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程，并進(jìn)一步說(shuō)明各種有關(guān)宇宙演化的規(guī)律性。
為使宇宙保持靜態(tài)，愛(ài)因斯坦在他的場(chǎng)方程中引入了一個(gè)相當(dāng)于斥力的常數(shù)項(xiàng)，這個(gè)常數(shù)只在宇宙學(xué)涉及的大尺度上才有明顯效應(yīng)，故稱為宇宙學(xué)常數(shù)。同年W.德西特證明這個(gè)模型并不是唯一的，他發(fā)現(xiàn)一個(gè)空虛而膨脹的宇宙同樣滿足引力場(chǎng)方程。德西特宇宙模型盡管在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是神秘難懂的，但它在宇宙學(xué)后來(lái)的發(fā)展中起著重要作用。A.弗里德曼于1922年發(fā)現(xiàn)只有物質(zhì)存在的愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程的膨脹解，G.勒梅特利用這些解最早建立了大爆炸模型的雛形。按照這個(gè)理論，宇宙是在過(guò)去有限的時(shí)間之前，由一個(gè)密度極大且溫度極高的原初狀態(tài)演變而來(lái)，并經(jīng)過(guò)不斷的膨脹到達(dá)今天的狀態(tài)。E.P.哈勃在1929年發(fā)現(xiàn)大多數(shù)星系譜線的紅移（若用多普勒效應(yīng)解釋則體現(xiàn)為星系退行速度）同距離大致成正比，現(xiàn)稱為哈勃定律。這一觀測(cè)事實(shí)意味著宇宙在膨脹，從而否定了宇宙整體靜止的傳統(tǒng)觀念。哈勃定律的發(fā)現(xiàn)使愛(ài)因斯坦放棄了他引入的宇宙學(xué)常數(shù)。耐人尋味的是，這個(gè)被宣判已經(jīng)死亡的宇宙學(xué)常數(shù)，在愛(ài)因斯坦去世半個(gè)世紀(jì)以后，竟然又作為主宰宇宙加速膨脹的暗能量的一種可能性而恢復(fù)了“生命”。基于愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論及宇宙學(xué)原理的大爆炸宇宙模型很好地解釋了宇宙的膨脹、演化及大尺度結(jié)構(gòu)形成。大爆炸理論框架下宇宙先后經(jīng)歷了早期暴漲、輻射為主時(shí)期、物質(zhì)為主時(shí)期，以及現(xiàn)在的加速膨脹時(shí)期。微波背景輻射及宇宙輕元素豐度的觀測(cè)結(jié)果強(qiáng)有力地支持了大爆炸宇宙模型。
如果放棄宇宙學(xué)原理，利用廣義相對(duì)論研究非均勻各向異性的宇宙，則這些宇宙學(xué)模型可分成比安基9類模型。結(jié)合宇宙學(xué)原理及其他非廣義相對(duì)論的引力理論，則可得到其他的宇宙學(xué)模型。
20世紀(jì)90年代后，宇宙背景輻射探測(cè)器（COBE）、威爾金森微波背景各向異性探測(cè)器（WMAP）以及普朗克衛(wèi)星對(duì)微波背景輻射的精確測(cè)量，與大尺度巡天、超新星、引力透鏡等天文觀測(cè)把宇宙學(xué)帶入了精確宇宙學(xué)時(shí)代。
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