Kosmologia zajmuje się nie tylko historią Wszechświata, ale próbuje także odpowiedzieć na pytanie, jak będzie jego przyszłość. Czy będzie on rozszerzał się nieskończenie? Czy ucieczka galaktyk zostanie powstrzymana i nastąpi proces odwrotny - kurczenie się Wszechświata? W jakiej formie przetrwa materia? Podobnych pytań można stawiać wiele. Odpowiedzi na nie zależą od tego, jaka jest średnia gęstość materii wypełniającej Wszechświat, inaczej mówiąc - jaka jest gęstość Wszechświata. Gęstość materii, gdyby Wszechświat był płaski, to znaczy była na krawędzi między kurczeniem się a rozszerzaniem nazywamy gęstością krytyczną (parametr W). W zależności od gęstości rzeczywistej możliwe są trzy warianty przyszłych losów Wszechświata.

Jeżeli gęstość materii Wszechświata jest mniejsza od gęstości krytycznej (W<1) wówczas Wszechświat będzie rozszerzał się w sposób nieograniczony, a prędkość ucieczki galaktyk będzie większa od prędkości zerowej. Gwiazdy wypalą się i ostygną, materia zostanie uwięziona w czarnych dziurach, gwiazdach neutronowych i całkowicie już wystygłych) białych karłach. Być może będą się one łączyć w coraz większe czarne dziury. Jeżeli poza nimi zostanie jakakolwiek materia, będzie ona bardzo zimna i rzadka. Ten scenariusz nosi nazwę Wielkiego Chłodu.

Jeżeli gęstość materii Wszechświata jest dokładnie równa od gęstości krytycznej (W=1) wówczas Wszechświat będzie co prawda rozszerzał się nieograniczenie, ale prędkość ucieczki galaktyk będzie zmniejsza się do zera.

Jeżeli gęstość materii Wszechświata jest większa od gęstości krytycznej (W>1) to rozszerzanie się Wszechświata będzie trwało tylko do pewnego momentu, po którym zacznie się on kurczyć. Galaktyki będą najpierw się zbliżać, a potem łączyć. Kolejne etapy przebiegną coraz szybciej. W pewnej chwili zaczną zderzać się ze sobą gwiazdy, a potem poszczególne atomy. Materia znowu stanie się całkowicie zjonizowana. Temperatura i gęstość będą rosły. Gdy zaczną zderzać się jądra atomowe, nastąpi ich rozbicie na protony i neutrony, a następnie swobodne kwarki. Wszechświat przejdzie przez wszystkie fazy Wielkiego Wybuchu, tyle że w odwróconej kolejności. Materia ponownie skupi się w jednym punkcie osobliwym. Scenariusz ten nosi nazwę Wielkiego Skurczu. Otwartym pozostaje pytanie, czy po skupieniu materii nastąpi kolejny wybuch i historia się powtórzy. Na razie nie znamy odpowiedzi na to pytanie i nie wiadomo czy ją kiedykolwiek poznamy?
Obecnie gęstość znanej materii stanowi zaledwie 4% gęstości krytycznej. Przypuszczamy, że masy jest dużo więcej więcej i gęstość oscyluje około gęstości krytycznej. Nieznaną materię nazywamy ciemną materią i ciemną energią.

---

Nowe teorie ewolucji Wszechświata

Samopowielający się Wszechświat stworzony za pomocą symulacji komputerowej składa się z rozległych domen, których rozmiary rosły wykładniczo. W każdej z nich obowiązują inne prawa fizyki (reprezentowane przez różne kolory). Ostre maksima odpowiadają nowym "wielkim wybuchom", a ich wysokość odzwierciedla gęstość energii w danym miejscu we wszechświecie. Na samych szczytach kolory raptownie zmieniają się, co wskazuje, że prawa fizyki jeszcze się tam nie ustaliły. Natomiast obowiązują one już w dolinach; jedna z nich odpowiada wszechświatowi podobnemu do tego, w którym żyjemy.

Fizyka Wszechświata przed Wielkim Wybuchem stała się jedną z najmodniejszych dziedzin badań w przodujących laboratoriach na całym świecie. Rodzi się nowy dział nauki, zwany kosmologią kwantową. Chociaż nie ma jeszcze doświadczalnych dowodów przemawiających za poprawnością kosmologii kwantowej, teoria ta ma tak nieodparty urok, że znalazła się w centrum intensywnych badań naukowych. Już teraz zmusiła nas, niemal wbrew naszej woli, abyśmy stawili czoło niezwykłym możliwościom istnienia wszechświatów równoległych, tuneli czasoprzestrzennych i dziesiątego wymiaru.
Pojawia się obecnie wiele modeli czysto teoretycznych próbujących opisać cały wielki Wszechświat.

Samopowtarzający się Wszechświat inflacyjny

Nowe hipotezy z dziedziny fizyki energii i cząstek elementarnych podważają dominujący pogląd, że Wszechświat rozpoczął się od stanu o nieskończonej gęstości. Według najnowszych wersji scenariusza inflacyjnego Wszechświat jest samopowtarzającym się fraktalem. Składa się z wielu pęczniejących bąbli (wszechświaty równoległe), które produkują nowe bąble, które z kolei produkują jeszcze więcej bąbli i tak w nieskończoność. Wszechświat więc według tej teorii trwa wiecznie, cyklicznie przechodząc kolejne etapy ewolucji, znikającego, by ponownie się odradzać, być może w zmienionej. formie.
Istnieją koncepcje, że jest możliwe przechodzenie z jednego Wszechświatu do drugiego poprzez czarną dziurę. W jej wnętrzu parametry nieco się zmieniły i powstaje wszechświat, w którym obowiązują nieco inne prawa fizyki. W tym nowym wszechświecie tworzy się kolejna czarna dziura i tak dalej.

Zderzenia płaskich Wszechświatów

W 2001 roku przedstawiono nową atrakcyjną wizję początku Wszechświata. Jej autorzy przyjmują, że to co uważamy za Wszechświat, jest tylko jednym z wielu (być może nieskończenie wielu) podobnych tworów rozmieszczonych rozmieszczonych w wielowymiarowej (najprawdopodobniej dziesięciowymiarowej) przestrzeni. W teorii superstrun, którą najlepsi współcześni teoretycy rozwijają w nadziei na rozwikłanie problemów fizyki cząstek elementarnych, owe twory noszą nazwę bran (skrót od ang. membrane - membrana). W trójwymiarowym świecie brany można sobie wyobrażać jako rozciągnięte płaskie lub zakrzywione powierzchnie. Teoria przewiduje, że brany mogą przesuwać się względem siebie, a nawet się zderzać. Gdy dojdzie do takiej kolizji, z natury niemal pusta brana wypełnia się gorącą mieszaniną cząstek elementarnych i "od wewnątrz" wygląda tak samo jak młody Wszechświat według klasycznej teorii Wielkiego Wybuchu. Podobnie też ewoluuje. Test to tylko hipoteza ale okazuje się, że tak samo wyglądający młody Wszechświat mógł powstać wskutek Wielkiego Wybuchu i inflacji lub zderzenia bran. Która z tych czysto teoretycznych opcji jest bliższa drodze rzeczywiście przebytej przez Wszechświat nie wiemy i najprawdopodobniej jeszcze długo nie będziemy wiedzieć.

---