Die Kosmologie erforscht das Universum als Ganzes: seinen Ursprung, seine Struktur, seine Entwicklung und sein Schicksal. Sie ist die umfassendste Wissenschaft überhaupt und hat sich im letzten Jahrhundert von Spekulationen zu präzisen Messungen entwickelt.

Das heutige Bild ist merkwürdig. Das Universum entstand vor 13,8 Milliarden Jahren in einem heißen, dichten Zustand. Es dehnte sich aus, kühlte ab und bildete Atome, Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen. Es dehnt sich immer noch aus, und diese Ausdehnung beschleunigt sich, angetrieben von der sogenannten Dunklen Energie. Gewöhnliche Materie, aus der Sterne, Planeten und Menschen bestehen, macht nur etwa 5 Prozent des Universums aus. Dunkle Materie macht etwa 27 Prozent aus. Der Rest ist Dunkle Energie.

Kosmologen nutzen verschiedene Beweismittel: die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, die Verteilung der Galaxien, die Häufigkeit leichter Elemente und die anhand von Supernovae gemessene beschleunigte Expansion. Diese Beobachtungen fügen sich zu einem Modell namens Lambda-CDM zusammen, dem Standardmodell der Kosmologie. Es ist zwar nicht vollständig, funktioniert aber bemerkenswert gut.

Die größten offenen Fragen sind, was dunkle Materie und dunkle Energie eigentlich sind. Um sie zu beantworten, bedarf es neuer physikalischer Prinzipien, neuer Experimente und vermutlich neuer Ideen.