Kosmologi, studiet av universum, plågas av många olösta problem. Historiskt sett ledde dessa olösta problem till ny utveckling inom fysiken som fortsatte att revolutionera området, men under det senaste halvseklet har kosmologer upptäckt nya problem och tillhandahållit färre motsvarande lösningar. Att hitta lösningar på dessa problem kan kräva radikalt nytänkande och mer tolerans mot att anställa doktorer som är benägna att driva sina egna idéer snarare än att bara följa seniora forskares.
Ett av de mest iögonfallande problemen inom kosmologi är den kosmologiska konstanten, som styr universums expansion, även känd som mörk energi. En betydande del, cirka 60 %, av massenergin i universum är i en form av mystisk energi som pressar isär kosmos i en accelererande hastighet. Vad är denna energi och var kommer den ifrån? Kosmologer har ingen riktig aning.
Även om det ges ett liknande namn, finns det ett annat problem inom kosmologin, den så kallade mörka materian, som egentligen inte är relaterad till mörk energi, förutom i den mån de involverar saker vi inte förstår. Cirka 90% av massan i universum finns i en till synes osynlig form av materia som vi kallar mörk materia. Denna mörka materia kan bara mätas genom gravitationskraften den har på föremål runt den, och alla galaxer vi observerar innehåller stora glorier av den, som ofta sträcker sig i hundratusentals ljusår bortom kanten av lysande materia. Är denna mörka materia faktisk materia, såsom svagt interagerande massiva partiklar (WIMPs), eller kanske det bara är en observationsartefakt orsakad av en felaktig teori om gravitation? Varje kosmolog som räknar ut detta skulle praktiskt taget vara garanterad ett Nobelpris, men ingen har lyckats.
Ett annat mysterium är varför det finns så mycket mer materia än antimateria i universum. Enligt fysikaliska teorier är dessa former av materia i huvudsak likvärdiga, men konventionell materia observeras i mycket större mängder än antimateria. Fanns det en mycket stor mängd av båda typerna i det tidiga universum, och de förintades mestadels med varandra för att lämna dagens materia? Eller fanns det mycket mer konventionellt ämne från början? Om du är en kosmolog är det den här typen av saker som håller dig vaken på natten.
En del av svaren på ovanstående frågor kan härledas från den antropiska principen – tanken att de observerade värdena var mycket annorlunda, universum skulle vara livsfientligt och därför skulle det inte finnas några kosmologer att ställa dessa frågor. Men andra ser den antropiska principen som en cop-out, eftersom den erbjuder en bekväm förklaring till praktiskt taget allt vi vill att den ska göra. Det finns många andra olösta problem inom kosmologin, som har att göra med genereringen av massa för neutrinos, frågan om entropi i det avlägsna förflutna och universums förhållanden omedelbart efter Big Bang. Om du vill lära dig mer, läs en bok om ämnet av en respekterad kosmolog.