Una cosmologia no estàndard és qualsevol model cosmològic físic de l'univers que es va proposar, o encara es proposa, com a alternativa al model estàndard de cosmologia vigent en aquell moment. El terme no estàndard s'aplica a qualsevol teoria que no s'ajusti al consens científic. Com que el terme depèn del consens predominant, el significat del terme canvia amb el temps. Per exemple, la matèria fosca calenta no s'hauria considerat no estàndard el 1990, però sí que ho hauria estat el 2010. Per contra, una constant cosmològica diferent de zero que resultés en un univers accelerat s'hauria considerat no estàndard el 1990, però forma part de la cosmologia estàndard el 2010. esquerra|miniatura|Nicolau Copèrnic (1473-1543) Diverses disputes cosmològiques importants han tingut lloc al llarg de la història de la cosmologia. Una de les primeres va ser la Revolució Copèrnica, que va establir el model heliocèntric del Sistema Solar. Més recent va ser el Gran Debat de 1920, després del qual es va establir l'estatus de la Via Làctia com una de les moltes galàxies de l'Univers. Des de la dècada de 1940 fins a la de 1960, la comunitat astrofísica estava dividida a parts iguals entre els partidaris de la teoria del Big Bang i els partidaris d'un univers rival en estat estacionari; actualment, això s'ha decidit a favor de la teoria del Big Bang pels avenços en la cosmologia observacional a finals de la dècada de 1960. No obstant això, van romandre detractors clars de la teoria del Big Bang, com ara Fred Hoyle, Jayant Narlikar, Halton Arp i Hannes Alfvén, les cosmologies dels quals van ser relegades a la perifèria de la recerca astronòmica. Els pocs opositors al Big Bang que encara es mantenen actius avui dia sovint ignoren les proves ben establertes de les investigacions més recents i, en conseqüència, avui dia les cosmologies no estàndard que rebutgen completament el Big Bang rarament es publiquen en revistes científiques revisades per parells, sinó que apareixen en línia en revistes marginals i llocs web privats.
El model estàndard actual de cosmologia és el model Lambda-CDM, en què l'Univers es regeix per la relativitat general, va començar amb un Big Bang i avui és un univers gairebé pla que consta d'aproximadament un 5% de barions, un 27% de matèria fosca freda i un 68% d'energia fosca. Lambda-CDM ha estat un model reeixit, però les proves observacionals recents semblen indicar tensions significatives en Lambda-CDM, com ara la tensió de Hubble, el buit KBC, el problema de les galàxies nanes, estructures ultragrans, etc. La recerca sobre extensions o modificacions de Lambda-CDM, així com models fonamentalment diferents, està en curs. Els temes investigats inclouen la quintaessència, la dinàmica newtoniana modificada (MOND) i la seva generalització relativista TeVeS, i la matèria fosca càlida.
Història La cosmologia física moderna, tal com s'estudia actualment, va sorgir per primera vegada com a disciplina científica en el període posterior al debat de Shapley-Curtis i als descobriments d'Edwin Hubble d'una escala de distàncies còsmiques, quan els astrònoms i els físics van haver d'acceptar un univers d'una escala molt més gran que la mida galàctica que s'havia assumit anteriorment. Els teòrics que van desenvolupar amb èxit cosmologies aplicables a l'univers a major escala són recordats avui com els fundadors de la cosmologia moderna. Entre aquests científics hi ha Arthur Milne, Willem de Sitter, Alexander Friedman, Georges Lemaître i el mateix Albert Einstein.
Després de la confirmació de la llei de Hubble per observació, les dues teories cosmològiques més populars van ser la teoria de l'estat estacionari de Hoyle, Gold i Bondi, i la teoria del Big Bang de Ralph Alpher, George Gamow i Robert Dicke, amb un petit nombre de partidaris i un grapat d'alternatives. Un dels principals èxits de la teoria del Big Bang en comparació amb la seva competidora va ser la seva predicció de l'abundància d'elements lleugers a l'univers que es correspon amb les abundàncies observades d'elements lleugers. Les teories alternatives no tenen cap mitjà per explicar aquestes abundàncies.
Les teories que afirmen que l'univers té una edat infinita sense principi tenen problemes per explicar l'abundància de deuteri al cosmos, perquè el deuteri experimenta fàcilment fusió nuclear a les estrelles i no es coneixen processos astrofísics a part del Big Bang que puguin produir-lo en grans quantitats. Per tant, el fet que el deuteri no sigui un component extremadament rar de l'univers suggereix tant que l'univers té una edat finita com que hi va haver un procés que va crear deuteri en el passat que ja no es produeix.
Les teories que afirmen que l'univers té una vida finita, però que el Big Bang no va ocórrer, tenen problemes amb l'abundància d' heli-4. La quantitat observada de 4He és molt més gran que la quantitat que s'hauria d'haver creat a través d'estrelles o qualsevol altre procés conegut. En canvi, l'abundància de 4He en els models del Big Bang és molt insensible a les suposicions sobre la densitat de barions, ja que només canvia un petit percentatge a mesura que la densitat de barions canvia en diversos ordres de magnitud. El valor observat de 4He està dins del rang calculat.
Tot i això, no va ser fins al descobriment de la radiació de fons de microones còsmica (CMB) per Arno Penzias i Robert Wilson el 1965, que la majoria dels cosmòlegs finalment van concloure que les observacions s'explicaven millor amb el model del Big Bang. Els teòrics de l'estat estacionari i altres cosmologies no estàndard van tenir la tasca de proporcionar una explicació del fenomen si volien seguir sent plausibles. Això va conduir a enfocaments originals, incloent-hi la llum estel·lar integrada i els bigotis de ferro còsmics, que pretenien proporcionar una font per a un fons de microones omnipresent en tot el cel que no es devia a una transició de fase de l'univers primerenc. esquerra|miniatura|Representació artística de la nau espacial WMAP al punt de Lagrange L2. Les dades recollides per aquesta nau espacial s'han utilitzat amb èxit per parametritzar les característiques de la cosmologia estàndard, però encara no s'ha aconseguit una anàlisi completa de les dades en el context de cap cosmologia no estàndard. L'escepticisme sobre la capacitat de les cosmologies no estàndard per explicar el CMB va fer que l'interès en el tema disminuís des de llavors, però hi ha hagut dos períodes en què l'interès per la cosmologia no estàndard ha augmentat a causa de les dades observacionals que van plantejar dificultats per al Big Bang. El primer va ocórrer a finals dels anys setanta, quan hi havia diversos problemes sense resoldre, com ara el problema de l'horitzó, el problema de la planitud i la manca de monopols magnètics, que van desafiar el model del Big Bang. Aquests problemes es van resoldre finalment amb la inflació còsmica als anys vuitanta. Aquesta idea va passar posteriorment a formar part de la comprensió del Big Bang, tot i que s'han proposat alternatives de tant en tant. El segon va ocórrer a mitjans dels anys noranta, quan les observacions de les edats dels cúmuls globulars i l'abundància d'heli primordial, aparentment, no coincidien amb el Big Bang. No obstant això, a finals de la dècada de 1990, la majoria dels astrònoms havien conclòs que aquestes observacions no qüestionaven el Big Bang i dades addicionals del COBE i el WMAP van proporcionar mesures quantitatives detallades que eren consistents amb la cosmologia estàndard.
Avui dia, els cosmòlegs consideren generalment que les cosmologies heterodoxes no estàndard no són dignes de consideració, mentre que moltes de les cosmologies no estàndard històricament significatives es consideren falsificades. Els elements essencials de la teoria del Big Bang han estat confirmats per una àmplia gamma d'observacions complementàries i detallades, i cap cosmologia no estàndard ha reproduït la gamma d'èxits del model del Big Bang. Les especulacions sobre alternatives no solen formar part de les discussions de recerca o pedagògiques, excepte com a lliçons objectives o per la seva importància històrica. Una carta oberta iniciada per alguns defensors restants de la cosmologia no estàndard ha afirmat que: "avui dia, pràcticament tots els recursos financers i experimentals en cosmologia es dediquen a estudis del Big Bang..." miniatura|Animació que mostra els múltiples universos de branes en massa A la dècada del 1990, l'inici d'una "edat d'or de la cosmologia" va anar acompanyat d'un descobriment sorprenent que l'expansió de l'univers, de fet, s'estava accelerant. Abans d'això, s'havia assumit que la matèria, ja sigui en la seva forma de matèria fosca visible o invisible, era la densitat d'energia dominant a l'univers. Aquesta cosmologia "clàssica" del Big Bang va ser derrocada quan es va descobrir que gairebé el 70% de l'energia de l'univers era atribuïble a la constant cosmològica, sovint anomenada "energia fosca". Això ha portat al desenvolupament d'un model anomenat de concordança ΛCDM que combina dades detallades obtingudes amb nous telescopis i tècniques en astrofísica observacional amb un univers en expansió i amb una densitat canviant. Avui dia, és més comú trobar a la literatura científica propostes de "cosmologies no estàndard" que en realitat accepten els principis bàsics de la cosmologia del Big Bang, alhora que modifiquen parts del model de concordança. Aquestes teories inclouen models alternatius d'energia fosca, com ara la quinta essència, l'energia fantasma i algunes idees en cosmologia de branes; models alternatius de la matèria fosca, com ara la dinàmica newtoniana modificada; alternatives o extensions a la inflació, com ara la inflació caòtica i el model ekpiròtic; i propostes per complementar l'univers amb una primera causa, com ara la condició de contorn de Hartle-Hawking, el model cíclic i el paisatge de cordes. No hi ha consens sobre aquestes idees entre els cosmòlegs, però no obstant això són camps actius de recerca acadèmica.
Alternatives a les cosmologies del Big Bang Abans de recollir proves observacionals, els teòrics van desenvolupar marcs basats en el que entenien que eren les característiques més generals de la física i els supòsits filosòfics sobre l'univers. Quan Albert Einstein va desenvolupar la seva teoria general de la relativitat el 1915, aquesta es va utilitzar com a punt de partida matemàtic per a la majoria de teories cosmològiques. Tanmateix, per arribar a un model cosmològic, els teòrics havien de fer supòsits sobre la naturalesa de les escales més grans de l'univers. Els supòsits en què es basa el model estàndard actual de cosmologia són:
la universalitat de les lleis físiques – que les lleis de la física no canvien d'un lloc ni d'un moment a un altre, el principi cosmològic – que l'univers és aproximadament homogeni i isòtrop en l'espai, tot i que no necessàriament en el temps, i el principi copernicà – que no observem l'univers des d'un punt localitzat preferit.
miniatura|En el Big Bang, l'Univers en expansió fa que la matèria es dilueixi amb el temps, mentre que en la teoria de l'estat estacionari, la creació contínua de matèria garanteix que la densitat es mantingui constant al llarg del temps. Aquestes suposicions, combinades amb la Relativitat General, donen com a resultat un univers governat per la mètrica de Friedmann-Robertson-Walker (mètrica FRW). La mètrica FRW permet un univers que s'està expandint o contraient (així com universos estacionaris però inestables). Quan es va descobrir la llei de Hubble, la majoria dels astrònoms van interpretar la llei com un signe que l'univers s'està expandint. Això implica que l'univers era més petit en el passat i, per tant, va portar a les següents conclusions:
l'univers va emergir d'un estat calent i dens en un temps finit en el passat,