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Nouvelle " science fondamentale " de notre époque, la cosmologie est l'étude de l'histoire de l'Univers. Née entre 1915 (Einstein) et 1920 (Hubble), elle a pris un tournant avec l'étude du rayonnement fossile ayant débouché, à partir de 1965, puis avec les mesures par satellites depuis 1992, sur la vérification quantitative sans cesse plus affinée de la théorie du big bang et de l'expansion de l'Univers.
Initialement enseigné à l'Ecole polytechnique et au DEA de physique théorique de l'Université de Paris et de l'Ecole normale supérieure, ce cours contient tous les outils physiques ou mathématiques nécessaires à l'étude de cette spécialité enseignée en deuxième et troisième cycles. II présente notamment une version de la relativité générale valable dans le cas d'un univers localement homogène et isotrope.
La simplicité de cet espace permet d'introduire les éléments de problèmes plus complexes. On y trouve notamment les observations et les théories les plus récentes, l'accent étant mis sur l'estimation des densités de matière et d'énergie du vide, en étudiant les fluctuations de densité primordiales ainsi que la nature de la matière noire.