La cosmologie est l’étude de l’Univers dans son ensemble, à toutes les échelles de temps, d’espace et de matière. Cette discipline, vieille de vingt-cinq siècles, a toujours eu un impact philosophique considérable car l’espace est notre demeure, le temps est notre fleuve, la matière est notre substrat.
Dès l’Antiquité grecque, trois grandes questions cosmologiques se sont posées : le temps a-t-il une origine ? L’espace est-il fini ou infini ? Quelle est la composition ultime de la matière ? Ce n’est qu’au xxe siècle que les acquis théoriques et observationnels ont permis d’aborder en profondeur ces questions. La cosmologie contemporaine est en effet fondée sur les théories de la relativité générale et de la physique quantique, sur les observations accomplies par les grands télescopes au sol et dans l’espace dans les divers domaines de longueurs d’onde, et sur certaines expériences en physique des hautes énergies.
Selon la relativité générale, l’Univers est décrit par une structure géométrique spatio-temporelle et un contenu énergétique (matière, rayonnements et champs de diverses natures), dont le couplage et la dynamique sont régis par les équations d’Einstein :
Ce cadre formel permet de concevoir une grande variété de modèles d’univers, dont les prédictions caractéristiques doivent être confrontées aux observations. Les astrophysiciens retiennent les solutions qui décrivent un univers homogène et isotrope, c’est-à-dire contenant de la matière uniformément répartie dans l’espace, indépendamment de la direction…