A kozmológiai elv

A kozmológiai elméletek kulcsfontosságú eleme az, hogy a matematikai leírás milyen szimmetriákat követ. Matematikai szimmetriát azért kell föltételezni, mert enélkül reménytelenül elbonyolódik a helyzet, és kezelhetetlenné válik maga az elmélet... Ugyanakkor a világegyetem emberi méretskálán biztosan nem szimmetrikus. Az eddigi tapasztalatokkal teljesen összeegyeztethető módon viszont kijelenthető, hogy nagy léptékben, kellően nagy "kockákban" összeátlagolva, a világegyetem tartalma mindenhol ugyanolyan; továbbá a világegyetem, bármerre is tekintünk, lényegében "ugyanolyannak látszik" (pl. hasonló sűrűséggel figyelhetünk meg elliptikus galaxisokat minden irányban). Ezt fogalmazza meg a kozmológiai elv: kellően nagy térfogatot tekintve a világegyetem homogén és izotrop. Ez az elv teljesen összeegyeztethető a megfigyeléseinkkel, és a belőle származó elméletek sikerei is igazolják, hogy ez az "axióma" lényegében helytálló.
A kozmológiai idő múlásával a világegyetem szerkezete változik, ezt is figyelembe vehetjük a kozmológiai elv kimondásakor: a világegyetem bármely pontjához lehetséges olyan időpontot rendelni, amikor a világegyetem az adott pont nagy környezetében "úgy néz ki", mint egy tetszőleges referenciahelyről egy referencia-időpontban szemlélve; továbbá a világegyetem bármely pontból szemlélve és bármely időben izotrop.

A Hubble-törvény

Edwin Hubble 1926-1928 között publikálta azon eredményeit, amelyek a kozmológiai kutatások egyik legfontosabb sarokkövévé váltak: megfigyelése szerint a világegyetem egyenletesen tágul. Az akkori műszerekkel elérhető galaxisokra meghatározott pontos vöröseltolódásokat és távolságokat összevetve arra a következtetésre jutott, hogy a galaxisok tőlünk távolodnak. Pontosabban, minél messzebb van egy galaxis tőlünk, a vöröseltolódása annál nagyobb, annál nagyobb sebességgel távolodik. Ezt a jelenséget úgy értelmezhetjük, mint az ősrobbanás alkalmával "szétrepülő" anyag ma megfigyelhető mozgását. (A kezdeti sebesség mára jelentősen csökkent a galaxisok egymásra gyakorolt vonzása következtében.)
Az elméleti kozmológia jóslata szerint a kapott vöröseltolódások pontos értelmezése nem távolodási, hanem tágulási effektus. Nem csak a galaxisok távolodnak tőlünk, hanem az egész tér tágul, amelyben a fény halad. A megfigyelhető vöröseltolódást éppen az okozza, hogy a tér tágulása mintegy "megnyújtja" a fotonok hullámhosszát is. A kozmológiai vöröseltolódás egészen pontosan azt mutatja meg, hogy a táguló világegyetem ma mennyivel nagyobb, mint abban az időpontban, amikor a fény elindult hozzánk az adott galaxisokról.
A tágulás dinamikáját figyelembe véve (például: az anyag öngravitációja lassítja a tágulás sebességét) látható, hogy a Hubble-törvény nem szigorúan lineáris összefüggés. Lokálisan értelmezve lineáris (mint ahogy az 1920-as években ismert univerzum is lényegében egy lokális szeletnek minősül), azonban a világegyetem történetének korábbi szakaszaiban, vagyis például a távoli univerzumban, a tágulás sebessége, így a Hubble-állandó értéke más. Ezért korszerű szóhasználattal nem is Hubble-állandót szokás emlegetni, hanem időben változó Hubble-paramétert, a kozmológia egyik lehetséges ábrázolása pedig éppen a Hubble-paraméter változása.