Lehetséges világmodellek

Az első sikeres kozmológiai leírás a standard modellhez fűződik. A hideg sötét anyag standard modelljében (CDM) egy homogén szerkezetű világegyetemben sötét és hideg anyagot (matematikailag: öngravitáló port) figyelünk meg, ez modellezi a galaxisokat. A galaxisok tágulása és a gravitáció jellemző kölcsönhatásban áll egymással: ha az anyag sűrűsége meghalad egy kritikus értéket, a gravitáció képes visszafordítani a tágulást ("a világegyetem anyaga kötött állapotban van"), ekkor a végállapotban minden ismét összezuhan egyetlen ponttá - hasonló állapot áll elő, mint az ősrobbanás idején. Ezt nevezzük zárt világnak. Ha a világegyetem sűrűsége nem éri el a kritikus értéket, a tágulás lassuló ütemben, de örökké tart: ez a nyitott világmodell. A kritikus sűrűségű világegyetem is örökké tágul, ám a tágulás sebessége végtelen idő elteltével aszimptotikusan nullára csökken.

Az anyag gravitációja az általános relativitáselmélet szerint módosítja a világegyetem geometriáját, "meggörbíti" a téridőt, és esetleg specifikusan magát a teret is. A görbület következménye, hogy a párhuzamossági axióma nem teljesül; az ettől való eltérést a háromszögek szögeinek összegével jellemezhetjük. Sík geometriáról beszélünk, ha a háromszögek szögösszege pontosan 180 fok, gömbi geometria esetén ennél több, hiperbolikus geometria esetén kevesebb. Tapasztalatunk szerint a világunk nagyon közel van a sík geometriájú helyzethez (ezt rögzíti a párhuzamossági axióma és lényegében az egész eukleidészi geometria); de elvileg más geometria is lehetséges.
A CDM modell szerint a tágulás jellege (nyitott vagy zárt) és a térgeometria egymással szorosan összefügg. A zárt világok gömbi geometriájúak, a nyitott világok pedig hiperbolikusak.
Tapasztalatunk szerint a világegyetemünk geometriája nagyon jó közelítéssel sík, vagyis sűrűsége nagyon közel van a kritikus értékhez. A látható anyag sűrűsége azonban a kritikus anyagmennyiségnek csak kb. 5%-át alkotja - ezt az ellentmondást mindenképpen meg kell magyarázni! Fel kell tehát tételeznünk a sötét anyag jelenlétét, amely nem sugároz, viszont gravitál. Az elképzelések szerint az anyag és a sötét anyag együttesen elég jó közelítéssel kiadja a világegyetem kritikus sűrűségét. A világegyetem kisebb részei (galaxisok, galaxishalmazok) vizsgálata mindenesetre visszaigazolja, hogy valóban nagy mennyiségű láthatatlan tömeg van jelen a világegyetemben.