Astronomické modely vesmíru
První astronomické modely vesmíru byly vytvořeny krátce po vzniku astronomie babylonskými astronomy, kteří viděli Zemi jako plochý disk plovoucí v oceánu, a tak vytvořili předpoklady pro vznik raných řeckých map světa od Anaximandra a Hekataia z Milétu.
Pozdějšíi řečtí filozofové sledovali pohyby nebeských těles a snažili se vytvořit modely vesmíru, založené na hlubších empirických důkazech. Podle modelu Eudoxa z Knidu je prostor a čas nekonečný a věčný, Země je kulatá a pevná, a všechno ostatní je omezeno pouze na otáčení dutých soustředných sfér, v jejichž středu je nehybná Země, jejíž střed je středem všech koulí. Tento model byl zdokonalen řeckými astronomy Kalippem a Aristotelem,[80] a k téměř do dokonalé shodě s astronomickým pozorováním jej přivedl Ptolemaios. Model s pevnou Zemí uprostřed se shoduje s bezprostřední lidskou zkušeností a Řekové byli přesvědčeni, že jen kruhový pohyb může trvat věčně. Nicméně všichni řečtí vědci nepřijali geocentrický model vesmíru. Pythagorejský filozof Filolaos předpokládal, že ve středu vesmíru je "ohnivé centrum", kolem kterého krouží Země, Slunce, Měsíc a planety rovnoměrným kruhovým pohybem. Řecký astronom Aristarchos ze Samu byl první známým astronomem, který navrhl heliocentrický model vesmíru. Ačkoli jeho původní spis se ztratil, odkaz v Archimédově knize O počítání písku popisuje Aristarchovu heliocentrickou teorii. Archimedes napsal:
„Aristarchos Samský však vydal knihy jakési s názvem Hypothesy, v nichž vychází z předpokladu, že vesmír jest mnohokrát větší, než jak výše bylo řečeno. Předpokládá totiž, že stálice a Slunce zůstávají nehybné, země pak obíhá po obvodě kruhu kolem Slunce, jež stojí uprostřed dráhy, že dále koule stálic rozložená kolem téhož středu jako Slunce jest takové velikosti, že kruh, v němž, jak předpokládá, země obíhá, jest ku vzdálenosti stálic v tomtéž poměru, v jakém jest střed koule k povrchu. Totoť, jak patrno, jest nemožno. Neboť, ježto střed koule nemá žádné velikosti, jest se domnívati o něm, že není v žádném poměru k povrchu koule. Jest však přijmout, že Aristarchos myslil takto: jakmile předpokládáme, že Země jest jakoby středem vesmíru, tu v tom poměru, v jakém jest Země k tomu, co nazýváme vesmírem, jest koule, v níž jest kruh, v němž, jak předpokládá, Země obíhá, ke kouli stálic. Neboť důkazy fenoménů přizpůsobuje k tomuto předpokladu, a obzvláště zdá se, že velikost koule, v níž dává Zemi se pohybovati, pokládá za stejnou s tím, co nazýváme vesmírem.“
Aristarchos také věřil, že hvězdy musí být velice daleko, protože nemají viditelnou paralaxu, a nelze tím pádem pozorovat pohyb hvězd vůči sobě, jako např. pohyb Země kolem Slunce. Hvězdy se nacházejí v mnohem větší vzdálenosti od Země, než se ve starověku všeobecně předpokládalo, proto mohla být hvězdná paralaxa zjištěna dalekohledy až počátkem 19. století, což starověcí astronomové nemohli tušit.[84] Geocentrický model s planetární paralaxou podle nich vysvětloval, proč nelze pozorovat paralaxy hvězd. Odmítnutí heliocentrického názoru bylo zřejmě velmi silné, jak ukazuje následující pasáž z Plutarchova díla:
...Kleanthés z Assu, současník Aristarcha a představitel stoicismu byl přesvědčen, že bylo povinností Řeků obvinit Aristarcha ze Samu z bezbožnosti za to, že uvedl do pohybu srdce vesmíru (tj. Zemi) ... a že předpokládal, že nebe je v klidu, Země obíhá po šikmé kružnici a zároveň se otáčí kolem vlastní osy. Je to také první doložená žaloba na vědce, který zastával odlišný názor.
Jediný další známý astronom starověku, který podporoval Aristarchův heliocentrický model vesmíru, byl Seleukos z Babylónu, helénský astronom, který žil sto let po Aristarchovi. Podle Plutarcha byl Seleukos první astronom, který se snažil dokázat heliocentrický systém racionální úvahou, ale jeho argumenty nejsou známé. Pravděpodobně souvisely s fenoménem přílivu a odlivu. Podle Strabóna totiž Seleukos přišel jako první s myšlenkou, že přílivy a odlivy jsou způsobeny přitažlivostí Měsíce, a že výška přílivu závisí na poloze Měsíce vzhledem ke Slunci. Ve středověku přišli s heliocentrickým modelem vesmíru ještě indický astronom Aryabhata a perští astronomové Albumasar a Al-Sijzi.
Aristotelův a Ptolemaiův model byl v západním světě přijímán zhruba po dvě tisíciletí, než Koperník oživil Aristarchovu teorii, že by se astronomická data dala lépe vyložit, kdyby se Země otáčela kolem své osy a Slunce bylo ve středu vesmíru.
Koperník sám říká, že názor o rotaci Země je velice starého původu a lze jej sledovat přinejmenším k Filolaovi (asi 450 př.n.l.),[88] k Herakleidovi z Pontu (přibližně 350 př.n.l.) a k Ekfantovi ze Syrakus. Sto let před Koperníkem křesťanský učenec Mikuláš Kusánský napsal ve své knize De docta ignorantia („Vědění o nevědění“, 1440), že Země se otáčí kolem své osy, totéž tvrdil Aryabhata (476-550), Brahmagupta (598-668) a Albumasar Al-Sijzi. První empirický doklad rotace Země kolem vlastní osy na základě pozorování komet podal ázerbájdžánský astronom Tusi (1201-1274) a perský astronom Ali Qushji (1403 -1474). Tusi dále hájil Aristotelův geometrický model vesmíru, kdežto Qushji ho odmítal, podobně jako Koperník později obhájil rotaci Země. Al-Birjandi v roce 1528 dál rozvinul teorii "kruhové setrvačnost" pro vysvětlení rotace Země, kterou dále rozšířil Galileo Galilei.
Koperníkův heliocentrický modelu vesmíru hvězdy umístil rovnoměrně do nekonečného prostotu kolem planety, tak jako Thomas Digges ve své knize Perfit Description of the Caelestiall Orbes according to the most aunciente doctrine of the Pythagoreanse („Úplný popis nebeských oběžných drah podle prastaré nauky Pythagorejců“) v roce 1576. Dominikánský mnich Giordano Bruno myšlenku o nekonečnosti prostoru též přijal a věřil, že ve vesmíru je mnoho Slunečních soustav podobných naší, a za přijetí tohoto názoru byl upálen dne 17. února 1600 na náměstí Campo dei Fiori v Římě jako kacíř.
Toto pojetí vesmíru přijal Isaac Newton, Christiaan Huygens a další vědci, ačkoli obsahovalo několik paradoxů, které byly vyřešeny teprve s rozvojem obecné teorie relativity. První z nich byl, že se předpokládalo, že prostor a čas jsou nekonečné, a že hvězdy ve vesmíru stále vyzařují energii, nicméně hvězda má konečnou hmotnost, a tudíž nemůže věčně vyzařovat energii. Za druhé, Edmund Halley (1720) a Jean-Philippe de Cheseaux (1744) upozornili, že kdyby byl nekonečný prostor rovnoměrně vyplněný hvězdami, musela by noční obloha zářit tak jasně, jako Slunce ve dne (v 19. století dostal tento paradox název Olbersův paradox) Za třetí, Newton poukázal na to, že nekonečný prostor stejnoměrně vyplněný hmotou by způsobil nekonečné síly a nestabilitu, takže hmota by se musela rozdrtit vlastní gravitací. Tuto nesnáz vysvětlilo v roce 1902 kritérium Jeansovy nestability. Jedním z možných řešení posledních dvou paradoxů byl Charlierův vesmír, ve kterém je hmota uspořádána hierarchicky (systémy obíhajících těles, které obíhají větší systém, a tak dále do nekonečna), takže vesmír je fraktálně uspořádán a má zanedbatelně malou celkovou hustotu. Takový model vesmíru navrhl už v roce 1761 Johannem Heinrichem Lambertem. Významným pokrokem v astronomii 18. století bylo to, že např. Thomas Wright, Immanuel Kant a jiní pochopili, že hvězdy nejsou rozloženy rovnoměrně v celém prostoru, ale seskupují se do galaxií.
Moderní éra kosmologie začala v roce 1917, kdy Albert Einstein poprvé aplikoval svoji obecnou teorii relativity pro modelování struktury a dynamiky vesmíru. Tato teorie a její důsledky je podrobněji popsána v následující části.