Jede naturwissenschaftliche Erkenntnis beruht auf vier Quellen: Theorie, neuerdings Computersimulation sowie Beobachtung und Experiment. Das gilt auch für die Physikalische Kosmologie.
• Ihre theoretischen Grundlagen sind vor allem die Allgemeine Relativitätstheorie, Thermodynamik, Quantenphysik und Hochenergie-Teilchenphysik, aber auch Plasmaphysik und Hydrodynamik.
• Computersimulationen gehören mit zur „Theorie” – genauer: Sie sind deren praktische Anwendung. Sie erlauben es, komplexe Vorgänge zu visualisieren und unter verschiedenen Randbedingungen durchzuspielen.
• Zu den Beobachtungen gehören vor allem Daten der Astrophysik in allen Wellenlängen von der Radio- bis zur Gammastrahlung. Hinzu kommen teilchenphysikalische Messungen der Kosmischen Strahlung und künftig die Gravitationswellen-Astronomie.
• Experimentieren kann man mit dem Urknall selbstverständlich nicht. Doch die Verhältnisse in den ersten Sekundenbruchteilen lassen sich in Teilchenbeschleunigern auf der Erde nachahmen. Dies erlaubt Rückschlüsse, die wiederum mit astrophysikalischen Daten verglichen werden.
Vieles in der Kosmologie haben Theoretiker vorausgesagt, lange bevor es gemessen wurde (Expansion, Hintergrundstrahlung und ihre Temperaturschwankungen, Neutrino-Hintergrund, Dunkle Energie, Inflation). Inzwischen wissen die Forscher sogar über die Entwicklung des Alls in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall sehr genau Bescheid (siehe Grafik links).
