Die Kosmologie, das Studium des Universums, wird von zahlreichen ungelösten Problemen geplagt. Historisch gesehen führten diese ungelösten Probleme zu neuen Entwicklungen in der Physik, die das Feld revolutionierten, aber im letzten halben Jahrhundert haben Kosmologen neue Probleme entdeckt und weniger entsprechende Lösungen bereitgestellt. Die Suche nach Lösungen für diese Probleme erfordert möglicherweise radikales Umdenken und mehr Toleranz gegenüber der Einstellung von Doktoranden, die ihre eigenen Ideen verfolgen, anstatt nur denen von erfahrenen Wissenschaftlern zu folgen.
Eines der auffälligsten Probleme in der Kosmologie ist die kosmologische Konstante, die die Expansion des Universums regelt, auch dunkle Energie genannt. Ein wesentlicher Teil, etwa 60%, der Massenenergie im Universum liegt in Form von mysteriöser Energie vor, die den Kosmos mit zunehmender Geschwindigkeit auseinander treibt. Was ist diese Energie und woher kommt sie? Kosmologen haben keine wirkliche Ahnung.
Obwohl es einen ähnlichen Namen hat, gibt es in der Kosmologie ein weiteres Problem, die sogenannte Dunkle Materie, die eigentlich nichts mit Dunkler Energie zu tun hat, außer insofern es Dinge betrifft, die wir nicht verstehen. Etwa 90 % der Masse des Universums befinden sich in einer scheinbar unsichtbaren Form von Materie, die wir dunkle Materie nennen. Diese dunkle Materie kann nur durch die Anziehungskraft gemessen werden, die sie auf die sie umgebenden Objekte ausübt, und alle Galaxien, die wir beobachten, enthalten große Halos davon, die sich oft Hunderttausende von Lichtjahren über den Rand der leuchtenden Materie hinaus erstrecken. Handelt es sich bei dieser Dunklen Materie um tatsächliche Materie, wie etwa schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs), oder ist es vielleicht nur ein Beobachtungsartefakt, das durch eine falsche Gravitationstheorie verursacht wird? Jedem Kosmologen, der dies herausfindet, wäre praktisch ein Nobelpreis garantiert, aber keiner hat es geschafft.
Ein weiteres Rätsel ist, warum es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie gibt. Laut physikalischen Theorien sind diese Materieformen im Wesentlichen äquivalent, aber konventionelle Materie wird in viel größerer Häufigkeit beobachtet als Antimaterie. Gab es im frühen Universum eine sehr große Menge beider Typen, und sie haben sich größtenteils miteinander vernichtet, um die heutige Materie zu hinterlassen? Oder gab es von Anfang an ganz viel konventionelleres? Wenn Sie ein Kosmologe sind, ist dies die Art von Dingen, die Sie nachts wach halten.
Einige der Antworten auf die obigen Fragen können aus dem anthropischen Prinzip abgeleitet werden – die Vorstellung, dass die beobachteten Werte sehr unterschiedlich waren, das Universum wäre lebensfeindlich und daher gäbe es keine Kosmologen, die diese Fragen stellen würden. Aber andere sehen das anthropische Prinzip als Ausweg, weil es praktisch alles, was wir wollen, bequem erklären kann. Es gibt zahlreiche andere ungelöste Probleme in der Kosmologie, die mit der Massenerzeugung von Neutrinos, der Entropiefrage in ferner Vergangenheit und den Zuständen des Universums unmittelbar nach dem Urknall zu tun haben. Wenn Sie mehr erfahren möchten, lesen Sie ein Buch zu diesem Thema von einem angesehenen Kosmologen.