Odpowiedzi na te pytania zaprowadzą nas poza fizykę, którą znamy, i będą wymagały nowego zrozumienia natury przestrzeni i czasu. Aby naprawdę poznać historię Wszechświata, uczeni muszą odkryć głębokie związki między kosmicznym królestwem tego, co bardzo duże, i kwantowym światem tego, co bardzo małe. Wstyd przyznać, ale astronomowie ciągle nie wiedzą, z czego zbudowany jest nasz Wszechświat. Obiekty wysyłające promieniowanie, które potrafimy obserwować, takie jak gwiazdy, kwazary i galaktyki, stanowią tylko niewielki ułamek całkowitej materii Wszechświata. Olbrzymia jej większość jest ciemna, a natura tej ciemnej materii pozostaje nieznana. Większość kosmologów uważa, że składa się ona ze słabo oddziałujących cząstek, będących pozostałością po Wielkim Wybuchu, ale może to być również coś jeszcze bardziej egzotycznego. Niezależnie od tego wiadomo, że galaktyki, gwiazdy i planety są tylko późniejszym dodatkiem we Wszechświecie zdominowanym przez coś zupełnie innego
W tym dziesięcioleciu poszukiwania ciemnej materii nabiorą jeszcze większego tempa, głównie za sprawą precyzyjnych, przeprowadzanych pod ziemią eksperymentów, których celem jest wykrycie nieuchwytnych cząstek subatomowych. Jest o co walczyć: pozytywny wynik tych poszukiwań powiedziałby nam nie tylko, z czego składa się większość Wszechświata, ale umożliwiłby prawdopodobnie poznanie jakichś zupełnie nowych rodzajów cząstek. OSTATECZNY LOS naszego Wszechświata czy będzie się on rozszerzał w nieskończoność, czy też w końcu zmieni kurs i zapadnie się w tzw. Wielkim Kolapsie zależy od całkowitej ilości ciemnej materii i wywieranego przez nią przyciągania grawitacyjnego. Obecne dane wskazują, że Wszechświat zawiera tylko około 30% materii wymaganej do zatrzymania ekspansji.
(W żargonie kosmologów Q stosunek obserwowanej gęstości do gęstości krytycznej wynosi 0.3.) Przesłanki przemawiające za dalszym rozszerzaniem się Wszechświata nabrały ostatnio jeszcze większej mocy: obiecujące obserwacje odległych supernowych sugerują, że ekspansja Wszechświata raczej przyśpiesza, niż zwalnia. Niektórzy astronomowie twierdzą, że obserwacje te dowodzą istnienia do datkowej siły odpychającej, która na skalach kosmicznych przezwycięża grawitację czegoś, co Albert Einstein nazwał stałą kosmologiczną. Jest to forma utajonej energii w pustej przestrzeni, która (w odróżnieniu od zwyczajnej materii) ma ujemne ciśnienie i wywołuje odpychanie. Badania niewielkich nierównomierności w rozkładzie promieniowania tła dowodzą, że Wszechświat jest plaski w tym sensie, że suma kątów w wielkim trójkącie, rozpiętym w przestrzeni wynosi 180°. Biorąc pod uwagę wszystkie obserwacje łącznie, wszystko dowodzi, że 5% (lub nieco mniej) naszego Wszechświata składa się ze zwyczajnych atomów, około 25% to ciemna materia, a pozostałe 70% to jeszcze bardziej kłopotliwa ciemna energia.
Ważnym tematem badań astronomicznych będzie również ewolucja wielkoskalowej struktury Wszechświata. Gdybyśmy mieli odpowiedzieć jednym zdaniem na pytanie: co wydarzyło się od czasu Wielkiego Wybuchu?, należałoby wziąć głęboki oddech i stwierdzić, że od samego początku grawitacja powiększała niejednorodności, tworząc struktury i zwiększając różnice temperatury co stanowiło warunek konieczny pojawienia się złożoności, która teraz nas otacza i której jesteśmy częścią. Astronomowie dowiadują się obecnie więcej o tym trwającym 14 mld lat procesie, tworząc w komputerach wirtualne wszechświaty. W nadchodzących latach będziemy w stanie odtwarzać historię Wszechświata z jeszcze większym realizmem, a następnie porównywać wyniki z tym, co pokażą teleskopy.