물리 우주론(物理宇宙論, physical cosmology)은 우주론 모형의 연구와 관련된 우주론의 한 분야이다. 우주론적 모형은 우주의 가장 큰 규모의 구조와 역학에 대한 수학적·물리적 설명을 제공하며, 우주의 기원, 구조, 진화 및 궁극적인 운명에 대한 근본적인 질문을 연구할 수 있게 한다.
과학으로서의 우주론은 천체가 지구와 동일한 물리 법칙을 따른다는 코페르니쿠스 원리와, 그러한 물리 법칙을 최초로 이해할 수 있게 한 뉴턴 역학에서 출발하였다. 그러나 현대적인 의미의 물리 우주론은 1915년 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성이론의 발전과 함께 본격적으로 시작되었다. 이후 1920년대에는 에드윈 허블이 외부 은하의 존재를 발견하고, 베스토 슬라이퍼 등의 연구를 통해 우주가 팽창하고 있다는 관측적 증거가 확보되었다. 이러한 발전을 바탕으로 조르주 르메트르가 우주론을 주도하는 모형으로서 대폭발(빅뱅) 이론을 확립하였다.
물리 우주론은 우주론 원리(우주가 큰 규모에서 균질하고 등방적이라는 가정)를 기반으로 한다. 1990년대 이후 우주 마이크로파 배경 복사, 원거리 초신성, 은하 적색편이 탐사 등의 관측적 발전을 통해 ΛCDM 모형으로 알려진 우주론의 표준 모형이 정립되었다. 이 모형은 우주가 약 138억 년 전 대폭발로 시작되었으며, 현재의 우주는 약 4%의 보통 물질(중입자), 약 23%의 암흑 물질, 약 73%의 암흑 에너지로 구성되어 있음을 제시한다. 다만 암흑 물질과 암흑 에너지의 본질은 아직 정확히 규명되지 않았다.
물리 우주론의 주요 연구 분야로는 극초기 우주와 우주 급팽창, 대폭발 핵합성, 우주 마이크로파 배경 복사의 관측과 분석, 거대 구조의 형성과 진화, 암흑 물질과 암흑 에너지의 탐구, 중력파 천문학 등이 있다. 이 학문은 이론 물리학, 입자 물리학, 천체 물리학, 일반 상대성이론, 양자 역학, 플라스마 물리학 등 다양한 물리학 분야의 연구 성과에 크게 의존한다.
물리 우주론은 천문학과 물리학의 교차점에 위치한 학문으로, 관측 우주론과 이론 우주론으로 구분되기도 한다. 대부분의 우주론자들은 대폭발 이론이 현재까지의 관측 데이터를 가장 잘 설명한다는 데 동의하고 있으며, 물리 우주론은 현대 자연과학에서 우주 전체를 하나의 물리적 계로 다루는 대표적인 학문 분야로 자리 잡고 있다.
