Vi skal forsøke å ekstrapolere fremover i tid noen trender i dagens astronomi og astrofysikk. Vi vil konsentrere oss om kosmologi, et felt som skulle ha spesiell interesse for alle fysikere, men vi skal til slutt også se kort på et par andre temaer.
Kosmologien har gjennomgått en rivende utvikling fra midten av 1960-årene til i dag. Som vitenskap startet kosmologien med et meget tynt observasjonelt grunnlag, først og fremst Hubbles observasjoner av galaksenes rødforskyvning og dessuten noen meget generelle observasjoner som at det blir mørkt om natten. Dette hindret ikke en stor mengde teoretiske arbeider som var basert på meget grove antagelser, antagelser som merkelig nok ofte har vist seg å være riktige! Hele det teoretiske grunnlaget for homogene og isotrope (og andre) universmodeller ble lagt allerede i 1920-årene. Fra 1960-årene kom et bedre observasjonelt grunnlag med oppdagelsen av kvasarene (og at det er mange flere av dem ved høy rødforskyvning enn i dag) og overraskende resultater ved tellingen av antall radiogalakser som funksjon av fluks. Begge pekte klart mot et univers som ikke er uforanderlig, men tvert i mot temmelig forskjellig ved en rødforskyvning omkring 1 til 2 fra hvordan universet er i dag. Dette var oppdagelser som pekte fremover mot den enorme utviklingen den astrofysiske kosmologien skulle gjøre og som klart motbeviste Steady-State-modellen for dem som hadde et åpent sinn. Enda viktigere var oppdagelsen av den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen CMB = Cosmic Microwave Background) i 1965. Sammen med de tidligere resultatene som viste et univers i utvikling, ble CMB grunnlaget som overbeviste det overveldende flertall av forskere om at Big-Bang-modellen i hovedtrekk var korrekt.
Fra 1970-årene økte antallet kosmologer hurtig, og disse ble splittet i to grupper: `reduksjonister' eller `fysiker-kosmologer', med bakgrunn som høyenergifysikere (enkelte som relativister) som har arbeidet ved fysikkinstitutter og som har konsentrert seg om det tidlige univers; og `syntetikere' eller `astrofysiker-kosmologer', med bakgrunn som astrofysikere/astronomer som har arbeidet med utvikling av universets strukturer, og som stort sett har arbeidet ved astronomi/astrofysikkinstitutter. Selv om de snakker hvert sitt språk, er samarbeidet mellom disse gruppene blitt meget viktig, spesielt de siste 10 årene. Det er klart at initialbetingelsene for modellene for strukturutvikling i det tidlige univers må basere seg på egenskaper ved fundamental fysikk ved høye energier (altså mikrokosmos). Observasjonene av CMB-fluktuasjoner etter 1990, sammen med andre astronomiske observasjoner (bl.a. supernovaer av type Ia ved høy rødforskyvning) har også vist at vi nå er i den epoken der disse effektene er blitt observerbare.
Fysiker-kosmologene har først og fremst interessert seg for det tidlige univers. De ville anvende kjent, og etter hvert mer spekulativ høyenergifysikk, for å si hvordan egenskapene var i universet lenge før epoken for dannelse av atomkjerner, det vil si da universets alder var mye mindre enn ett sekund. Av spesiell interesse er å se om forskjellige fysiske modeller gir opphav til forskjeller i forholdene i universet som gir observerbare konsekvenser også i dag. Viktige spørsmål som er tatt opp av fysiker-kosmologene har vært: Hva skyldes forskjellen mellom antall partikler og antipartikler (grunnen til at universet ikke bare består av stråling)? Har det vært faseoverganger i det tidlige univers, og vil disse ha kunnet forårsake topologiske defekter i tidrommet? En mindre gruppe fysikere som har arbeidet med kvantegravitasjon og kvantekosmologi, har forsøkt å nærme seg Plancktiden. En av de mest interessante idéene er kommet fra fysiker-kosmologene, idéen om en inflasjonsfase i det meget tidlige univers.
Det har foregått en minst like stor, om ikke større, utvikling i den astrofysiske kosmologien. Her er målet å forstå utviklingen av strukturer i universet. Hvordan har de strukturene vi ser i dag, galakser, galaksehoper og superhoper, og deres fordeling, oppstått og utviklet seg? Mens den `høyenergifysiske' kosmologien først og fremst utnyttet den aller nyeste og spekulative fysikken temmelig rendyrket, er astrofysikerens metode ofte komplekse anvendelser av kjent kunnskap fra forskjellige deler av fysikken (relativitetsteori, hydrodynamikk, kjernefysikk, strålingsdynamikk etc). De teoretiske arbeidene i den astrofysiske kosmologien er tett knyttet til observasjonell kosmologi, til studiet av galakser og galaksehoper, kvasarer etc., og til hvordan de er fordelt i tid og rom. Observasjonsmaterialet økte kraftig i tiden fra begynnelsen av 1970-årene, blant annet på grunn av nye observasjonsteknikker.
Fra å være en vitenskap meget fattig på data, er kosmologi nå blitt en vitenskap meget rik på data. Ved de nye CMB-eksperimentene (som nærmer seg eksperimentene ved CERN i antall forskere, og i teknisk og organisasjonsmessig kompleksitet) er den store utfordringen hvordan man skal analysere de enorme datamengdene. Samarbeid mellom astrofysikere, partikkelfysikere, statistikere, matematikere og informatikere viser seg svært fruktbart! Vi ser at de to `hovedtypene' av kosmologer i dag arbeider tett sammen, spesielt på CMB-eksperimentene.
Fritt etter Martin Rees er i dag vår forståelse av universet basert på følgende postulater, der graden av sikkerhet er i synkende rekkefølge - til og med postulat 3 skal det svæ rt mye til for å rokke på mens de siste er langt mer usikre:
Hvis alt går slik det ser ut nå, vil vi om ca. 10 år være i den situasjon at vi har bekreftet disse postulatene, og vi har med stor nøyaktighet bestemt de parametrene som er viktige for disse, slike som universets utvidelseshastighet (Hubble-parameteren), tettheten av baryonisk (ordinær) materie, tettheten av mørk ikke-baryonisk materie, tettheten av `mørk energi', parametrene som fastsetter hvordan kvantefluktuasjonene under inflasjonsfasen var etc. Hva så? Vil da det meste være løst og det som gjenstår være å rydde opp i noen detaljer.
For det første kan det hende at dette scenariet er galt. Kanskje vil vi meget snart vise at ett eller flere av postulatene over er feil. I så fall står vi overfor en situasjon der vi ikke kan spå annet om fremtiden enn at den vil bli spennende! Men selv om det traurige skulle skje at postulatene bekreftes og parameterene bestemmes med stor presisjon og nøyaktighet, vil vi allikevel ha spennende tider foran oss. Det vi vil ha fastsatt er bare grunnlaget som vi kan arbeide videre med. Enkelte hevder at skillet mellom fysiker-kosmologene (reduksjonistene) og astrofysiker-kosmologene (syntetikerene) igjen vil bli større. Det er tvilsomt, for gruppene er svært avhengige av hverandres resultater, men begge gruppene vil i alle fall stå overfor meget store utfordringer.
Astrofysiker-kosmologene har mye arbeid foran seg for å kunne forstå skikkelig hvordan strukturene i universet har utviklet seg fra det enkle universet vi hadde ved rekombinasjonene, 300000 år etter Big Bang, til galaksene, stjernene og planetene vi ser i dag. Hvordan og når ble de første stjernene til? Hvordan og når ble materien reionisert av disse første stjernene? Hvordan og når ble de første sorte hullene dannet? Var disse også viktige for å reionisere materien? Og hvor mye betydde alt dette i dannelsen av galaksene? I løpet av de neste 50 år vil vi, ved syntetisk bruk av kjent fysikk, og meget intensiv bruk av regneanlegg til bl.a. numeriske simuleringer, komme meget langt i å besvare disse spørsmålene.
Fysiker-kosmologene vil kanskje i enda større grad kaste seg over det `ultratidlige' univers og funda mentalfysikk, eksotiske ting som universet før inflasjonsfasen, braner, parallelle universer (multi vers) etc. Noen spørsmål man vil forsøke å besvare er:
Et annet spennende forskningsfelt i astronomien er dannelsen av stjerner, og spesielt stjerner med planetsystemer. Denne forskningen fikk et stort puff fremover i 1995 med den første sikre deteksjon av en planet i bane omkring en vanlig stjerne. Fra 1995 til i dag er det oppdaget over 100 planeter i bane omkring andre stjerner, og et stort antall nye observasjonsmetoder er utviklet. Størst interesse knytter det seg til den europeiske romorganisasjonen ESAs prosjekt Darwin. En gang etter 2015 vil en flotilje av seks frittflyvende satellitter bruke interferometri til å studere 1000 av de nærmeste stjernene. Denne teknikken gjør det mulig å `fjerne' lyset fra stjernene, som er omtrent en milliard ganger kraftigere enn lyset fra planetene, slik at man direkte vil kunne observere planeter som Venus, Jorden og Mars ut til en avstand på over 30 lysår. Ikke bare vil man kunne se dem, men man vil også kunne ta spektra av atmosfærene deres, spektra som ville være så gode at man kan detektere vann og oksygen. Med Darwin ville en tenkt observatør 30 lysår unna kunne si at den tredje planeten omkring Solen har tydelige tegn på liv! Hvis Darwin oppdager forholdsvis sikre tegn på liv på planeter omkring andre stjerner, vil det bli en av de største oppdagelsene i de neste 50 år. Skal vi bli litt mer spekulative, må vi også ta i betraktning at mulighetene for å motta signaler fra eventuelt intelligent liv utenfor solsystemet vil øke kraftig de neste 50 årene. Kanskje vi får kontakt?
Det siste tiåret har vi innsett at vår plass i solsystemet er mer utsatt enn vi før var klar over. Store meteoritter, asteroider og kometkjerner har større sannsynlighet enn vi før trodde for å treffe Jorden og forårsake store katastrofer, kanskje så store at de kan utslette menneskeheten. Så det er jo ikke sikkert vi kommer til å over leve de neste 50 år! Men vissheten om denne fare har også satt i gang en rekke prosjekter for å kartlegge truslene mer detaljert, og man regner med at over halvparten av alle farlige asteroider alt er kjent. De neste 50 år vil resten bli kartlagt, og man får dermed for første gang muligheten til å gjøre noe med de farene som truer utenfra slik at vi ikke ender opp som dinosaurene.