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如同自然科学的所有分支一样，宇宙学的初始假定是：自然是通过各种逻辑和规则来运行的。我们可以通过仔细检查观测到的数据，并根据以往的成功经验来发现这些逻辑和规则。由此得出的结果十分振奋人心，如果有人持不同意见，我建议想一想制造和操作手机的过程中大量使用的基础物理学知识。尽管物理学从多方面展示出了它的强大力量，但它也同其余自然学科一样仍不完备。或许将来的发现会把科学的物理学根基补充完整，进而揭示自然界运行的根本规律。又或者，这些发现将不断逼近这一根本规律。
当然，科学的标准和公认的方法必须与可以完成的任务相适应。在物理宇宙学和河外天文学中，我们可以对天体进行观测但无法触及它们。在宇宙学中，实验无法复现，人们只能诉诸“时间的化石”（fossils of times），从中推断出一些东西。我们发现，一些化石年代较新，比如地球上的岩石或是宇宙中的某些星体，它们都有自己的创生故事。因为我们探测到的辐射一直以光速接近我们，所以过去的光锥让我们可以观测过去：物体的距离越远，能够观测到的宇宙演化就越早。融合于人类历史的光锥捕获了一直在发生的事件中极短暂的一个片段，但它揭示了广阔宇宙中很长一段时间内事物的面貌，该现象提供了很多可以供人们观测与解读的信息。
正如自然科学中常见的那样，在宇宙学中，引领我们走到当前位置的研究之路，以对开放性问题的讨论为标志。但是人们对宇宙学问题极富热情，因此它所获得的支持和遭受的批评都比当时已发现的证据可以提供的支持和批评多得多。部分原因是可以解决宇宙学问题的观测似乎不可能实现，或者说几乎不可能。但我认为一个重要的因素是人们对宇宙本质的问题往往有着浓厚的兴趣。宇宙真的在演化吗？还是说处于一种稳定的状态？如果不断演化，最终结局会是怎样呢？是大挤压还是大冻结？一切从何而来？如今我们已探索出一套经过大量检验的理论，相关论证虽日渐沉寂，但尚未结束。
在20世纪，宇宙学研究通常以研究小组的形式进行，可能是一个人单独工作，也可能是与同事或一两个学生一起工作。但在21世纪，不断发展的宇宙学研究变得越来越丰富，这就需要更大的研究组开发用于数据采集的专用设备，数据处理和分析小组也得相应地扩充人手。“大科学”对宇宙学来说已经变得很重要：我们必须收集大量数据，分析这些数据并采用大尺度的数值模拟来帮助弥合理论与观测之间的鸿沟。但“大科学”最好将目标放在动机明确、定义清晰的问题上。本书主要考虑的问题是，研究方向看似彼此独立的小组是如何发现他们的研究成果汇聚到一起，可形成一个经得住推敲、值得用“大科学”来严格检验的宇宙学理论的。在我看来，实现这一革命性的汇聚并得出一个似乎可信的理论，是在1998年至2003年的这五年。
在这革命性的五年后，宇宙学研究仍十分活跃并富有成果。不同之处在于，用库恩（1962）
的术语来说，学界已就一个范式达成了共识（当然，这是大多数人的想法，并非所有人都同意）。遵循常规宇宙学的一个例子是对星系的形成和演化进行研究，它在标准和公认的宇宙演化理论基础上建立了星系形成理论。进行这种常规研究可能会发现异常的现象，这些现象则可能揭示出一个更好的基础理论。这是宇宙学中特别值得关注的一点，因为该理论既经过了充分的、有说服力的检验，但又特别不完备。
我们目前的正统宇宙学中涵盖了一个绝妙的案例，能够证明存在与普通物质仅有极弱相互作用甚至完全没有相互作用的暗物质。宇宙学对暗物质的性质有着严格限定，但是除了从引力吸引的影响进行推断之外，尚没有明确的探测证据可以证明这种物质的存在。一些人认为，除非有更多证据证明暗物质的存在，否则它只能是一种假说：这些证据也许会来自实验室中的探测结果，也许会来自提示暗物质除了能够将星系紧紧结合在一起之外，还能对星系产生其他作用的发现。其他人则认为这个问题已经很明确，暗物质确实存在。爱因斯坦的宇宙学常数Λ也是如此，它还获得了一个新名称：暗能量。但这只是一种“敷衍手段”（fudge factor）的拙劣伪装，我们之所以接受宇宙学常数，是因为它能很好地统一理论和解释观测现象。在当前标准的宇宙学和自然科学的其他分支中，还有其他的“敷衍手段”，这些假说使得理论可以解释现象。科学研究一直在不断改进对理论的检验，无论是不是刻意为之，这些检验都可能催生更加严密的理论，而后者又有可能启发产生出新的检验。而且这些检验有时可能会用范式中的统一理论来替换那些“敷衍手段”，从而使这项事业中的各个部分更加紧密地联系在一起。这样的事情时有发生。
作为这本历史视角作品主题的物理宇宙学是一门实证科学，也就是说，它是基于探测器（例如显微镜、望远镜和人）观测或测量到的结果的，也是用这些结果来检验的。但我们必须注意理论与直觉的作用，以及理查德·戴维德（2013，2017）所说的“非实证性理论评估”。这段历史中的一个显著的例子是，在宇宙学研究过去一个世纪的多数时间里，宇宙学界的大部分人都心照不宣地接受了爱因斯坦的广义相对论。很少有人指出，这只是由20世纪60年代几次不甚严谨的广义相对论检验得出的过度推论。20世纪90年代，随着宇宙学研究汇集出一个得到了很好的检验的理论，研究者在小到实验室尺度，大到太阳系的尺度对广义相对论的预测进行了苛刻的检验，探测长度范围达10 13 cm。但是在宇宙学哈勃长度尺度（约10 28 cm）上的应用，是我们从精确测试中外推的结果，其跨越的长度尺度约有15个数量级。以我的经验来看，这一点没有被经常提及，一旦提及，往往会造成某些科学家的不安，至少暂时如此。在21世纪的前几十年，广义相对论中与标准宇宙学有关的部分已经通过了大量苛刻的检验。简言之，爱因斯坦基于实验室实验建立的理论，只在水星轨道上进行了严格的检验（由插图III中的人物主导，对太阳质量引起的光的引力偏折的预言的检验广受推崇，但仔细想想，证据似乎并不充分）。该理论可以成功地外推到在可观测宇宙这一广阔尺度上的应用，这是一个了不起的结果。
广义相对论是电磁学在平坦时空中的优雅延伸。有人说，这是一个等待被发现的理论（事后说这些总是很容易的）。对其外推法的信念体现了非实证性理论评估的强大影响力和实际的成功。当然，非实证性评估太有影响力可能会误导他人：请考虑一下，在20世纪30年代至90年代，很少有人会反对某些权威专家的观点，即爱因斯坦的宇宙学常数Λ肯定会被抛弃。现有证据表明，以新名称“暗能量”命名的Λ是我们久经检验的宇宙学的重要组成部分。
非实证性评估的做法有时被称为“后经验主义”，但在戴维德的著作中，我没有找到这个术语。戴维德曾指出：
根据我的理解，非实证性评估极其依赖不断从研究领域的其他方面收集来的实证数据，以及对被审视的理论的实证确认。在“后经验”阶段，不再有实质性的新数据，非实证性评估将越来越值得怀疑，并且终将被废止。（个人交流，2018）
这与我理解的物理学常规操作一致。也就是说，我一直关注我们在实践的非实证性评估，但不过分关注于此。
我也考虑了另外三种评估：个人评估、学界评估（尽管有些人可能会不同意）和实用角度评估。前两个无须多言，下面我以宇宙学为例来讲实用角度评估。常规做法是根据广义相对论来分析数据和观测值。当然，这一定程度上是由于该理论所具有的美感，还有部分原因是对爱因斯坦伟大直觉的尊重。但同样重要的是，使用通用理论可以基于相同的基本原理对相同或不同的数据进行独立的分析，并将得出的结论进行比较。我不认为学界对这一点进行了多少思考，但我相信宇宙学中（我想在自然科学的其他分支中也是如此）隐含着的实用主义方法有助于减轻多种理论造成的混乱。
实用主义科学方法如果走得太远，可能会因沿着越来越清晰的错误道路前行而浪费时间和资源。即便事实证明，流行的、务实的选择已将我们引向了有用的方向，除常规构想之外，准备可靠的替代方案也很重要，因为由此可以对已证明了的构想和观测结果进行仔细评估。它可能揭示出或大或小的修正，指出一条更有收获的道路。例如，20世纪中叶，曾有人提议对物理学教科书进行调整，使其包括物质持续不断自发产生的内容，这实在令人鼓舞。但这些勇敢地为稳恒态宇宙学辩护的人并不总是能受到温和的对待，而在我看来，在关于广义相对论与稳恒态世界观孰优孰劣的辩论中，他们付出的努力和得到的回报是一样的，辩论的激烈程度超过了支持或反对任何一方的证据所能证明的程度。如今，在宇宙学中，人们不再认真考虑宇宙中持续产生新东西这一点，但这一想法产生了有益的影响。新的想法会激发对原有理论的辩护和攻击，进而激发新研究，对旧理念进行务实的辩护有助于防止研究退化为混乱。
一种本质上的实用主义评估的一个重要例子是，爱因斯坦提出的一个看法受到了普遍承认。这个看法认为，宇宙尽管在局部是不规则的，然而在整体上仍然是均匀的。在20世纪60年代之前，与此相关的证据很少。相反，星系在天空中的分布图表明，星系正在彼此远离，进入渐近真空或接近真空的空间，就像分形星系分布那样。但无论是出于偶然还是必然，这一相关思考在很大程度上被搁置了，辩论的焦点集中在演化这一概念上，或者近乎均匀的宇宙的稳定状态上。关于均匀性的第一个严肃证据在爱因斯坦提出他的观点之后半个世纪才被发现，源自20世纪60年代基于其他目的的研究，这将在第2章中进行讨论。无论是靠好运还是敏锐的直觉，学界并没有分心于优雅但错误的分形宇宙的观念。
很难理解为什么有些问题就是比其他问题更容易受到更多关注，我想这样的事情大概是偶然。在拒绝表面看上去有趣的想法这一问题上，我们确实有相当明确的标准。例如，1948年引入的稳恒态宇宙学是美的，但其预测显然违反了后来的实证检验。我不知道是否有什么可以推动宇宙学向另一个方向发展的明确方法，具体地说，就是把一种可行的模型上升到标准理论的高度。我们可以使用“学界意见”一词来描述此类决策。
1990年，广义相对论通常被视为研究宇宙大尺度结构的合适基础，但是如前所述，这在本质上是一种实用主义评估，因为该理论很好地充当了研究的工作基础。2003年，在世纪之交的这场革命（下文简称为“宇宙学革命”）之后，宇宙学测试为学界的观点提供了强有力的证据。学界当时认为，在被应用于后来被称为ΛCDM宇宙学模型的模型中的假定时，广义相对论能够很好地描述宇宙。这些假定的内容，包括爱因斯坦提出的宇宙学常数Λ和假定的冷暗物质，我们将在第8.2节中进行回顾。虽然有些人对此并不同意，但可以肯定的是，大多数证据（在第9章中进行了回顾）已经给出了充足的限制条件，足以根据ΛCDM理论对过去“真正发生过的事情”进行大胆的讨论。实在（reality）这一概念很复杂，因此更安全的说法是，无论发生了什么（我们假定真的发生过什么），它留下的痕迹都非常符合ΛCDM的预测，而且这些痕迹十分丰富，并且经过反复核实，包括我在内的学界学者都认为：该理论几乎可以肯定是有用的，尽管对于实际发生的事情来说，它仍然只是一种不完备的近似。