人类眼中的宇宙是一个无限延展的空间，几千年来，关于宇宙产生了种种既令人兴奋又令人着谜的话题：宇宙究竟从何而来？它有多人，边界在哪儿？它会消亡吗？它又也含多少物质，各自又有怎样的特点？近百年来，人类不断地研制各式各样的望远镜及空间探测器，希望它们能够帮助我们早日揭开宇宙的神秘面纱。
人类对宇宙的认识是一个不断探索研究和发展的过程，从“天圆地方说”到“地心说”，再到“日心说”。直到17世纪，牛顿的万有引力定律，奠定，经典的宇宙学基础。以上这些宇宙观基奉上只是局限于太阳系范围，还称不上宇宙结构。随着近代科学的进步，人类对宇宙的认识有了转变。20世纪初德国物理学家爱因斯坦发表了，“广义相对论”，并率先运用这一理论考察了宇宙整体的运动特征和可能的演变方式，从理论上开创了现代宇宙学。
古代人对宇宙的认识
公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖大地为盒底的大盒子大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象身上而象则站在巨大的龟背上公元前7世纪末古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘。上面笼罩着拱形的天穹。
地心说
公元2世纪，古希腊天文学家托勒密在总结前人对宇宙认识的基础上提出“地球中心说”的宇宙模式。这学说认为地球在宇宙的中央安然不动月亮太阳和诸行星以及最外层的恒星都在以不同的速度绕着地球旋转，为了说明行星运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动地心说曾在欧洲流传了100O多年。
日心说
1543年哥白尼在他出版的不朽名着《天体运行论》中系统地提出了“日心说”在他的日心体系中太阳居于宇宙的中心静止不动包括地球在内的所有行星都围绕太阳转动，它们离太阳由近及远的排列次序为水星、金星、地球、火星、木星、土星（当时还没有发现天王星、海王星），而月亮则绕地球转动。恒星在离开太阳很远很远的一个圆球面上静止不动。
万有引力的发现
1687年牛顿通过苹果落地得到启示而提出了万有引力定律和牛顿三大定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础牛顿创立了天体力学使人们在这以后可以以力学万法研究宇宙学。
广义相对论三大语言
由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生1．7妙的偏转。这一预言后来被英国天文学家爱丁顿的实验研究所证。
爱因斯坦
爱因斯坦（1879～1950），举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人，爱因斯坦创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力宇宙模型并引进了宇宙学原理，弯曲空间等新概念大大推动了现代天文学的发展。
宇宙的起源
宇宙，是所有天体共同的家园。但宇宙是什么时候、如何形成的？千百年来，一直是人类探讨的话题，并随着人类文明的进步和科学技术的发展而逐步加深。20世纪初期，人们开始科学地探讨宇宙的起源，科学家提出了“宇宙大爆炸理论”。今日之宇宙是在人约150亿年前发生的一次无比壮观的火爆炸中形成的。
宇宙模型
20世纪以来有两种“宇宙模型”比较有影响。是稳态理论它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是不随时间变化的是稳恒不变的不仅在空间上是均匀的，各向同性的而且在时间上也是稳定的。另一类叫演化态模型它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是随时间在变化的。1917年爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了个静态有限无界的宇宙模型奠定了现代宇宙学的基础。但在众多的宇宙模型中，目前影响较大的是热大爆炸宇宙学说。
乔治·伽莫夫
乔治伽莫夫（1904～1968）美籍俄裔物理学家、天文学家、科普作家热大爆炸宇宙学模型的创立者，它在1948年提出宇宙大爆炸理论。这理论认为，宇宙开始是个高温致密的火球，它不断地向各个万向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度这个火球就会发生剧烈的核聚变反应。随着温度和密度的降低宇宙早期存在的微粒在引力作用下不断聚集最后逐渐形成今天宇宙中的各种天体。
在爆炸发生之前，宇宙内的物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高密度极大之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出去宇宙空间不断膨胀温度也相应下降后来相继出现在宇宙中的所有星系，恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。
证据的支持
20世纪20年代后期，爱德温·哈勃发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。60年代中期阿尔诺彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。另一重要证据是空气中氢气和氮气的比例。最新的科学测算表明，当前宇宙中氢和氮的比例与大爆炸残余物中的氢氮比例相差不多，假如宇宙没有开端，是永恒存在的，那么宇宙中的氢早就该被消耗殆尽全部转化为氮了。现在，大爆炸理论广泛地为人们所接受。
哈勃定律
1929年，哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了着名的哈勃定律。这一定律揭示宇宙是在不断膨胀的。这种膨胀是一和全空间的均匀膨胀。因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。
红移
红移在物理学和天文学领域，指物体的电磁辐射由于某种原因波长增加的现象。在可见光波段表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离，即波长变长频率降低相反的波长变短，频率升高的现象则被称为蓝移。通常认为它是多普勒效应所致即当一个波源（光波或射电波）和个观测者互相快速运动时所造成的波长变化。
大爆炸
大爆炸是时间、空间，以及宇宙中所有物质等构架的开端。在爆炸之初，宇宙只是一片由微观粒子构成的均匀气体，它温度高、密度大，并以很大的速率膨胀。气体的热膨胀使温度降低，原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现，最终逐渐形成今天宇宙中的各种天体。
奇点
在时间的起点和终点空间为零这样的点称为奇点。当一颗具有足够质量的恒星到了生命的最后时期就会在万有引力的作用下形成黑洞。黑洞巨大的引力使成千上万颗恒星都被卷入这个旋涡之中，产生一个具有巨大质量的集合体。物理学家将这个集合体视为大爆炸奇点的模式。
暴胀
宇宙爆炸之后的，次快速膨胀称为暴胀。暴胀前宇宙体积极小星系或其前身全都紧密地挤在一起。暴胀结束后膨胀速度开始放慢。物理学家将暴胀所释放出的能量归因于大爆炸之后一个新的量子场——“暴胀子”中所储存的势能。势能可以产生引力排斥效应，从而加速宇宙膨胀。
原子的产生
原子的产生是电磁力和核力的“杰作”。宇宙大爆炸后，最早的基本粒于之——夸克，每三个他一组结合产生质子和中子。将这些夸克联系在一起的是强大的核力。核力再集合质子和中子，形成氢和氦的核宇宙太爆炸30万年之后，电磁力建构原子的物质促使每个质子与一个电子相结合形成一个氢原子。另外，电磁力使每个氢核与两个电子聚集形成一个氦原子。
基本力
我们的宇宙由四种力支配，这四种力就是基本力，即引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。宇宙大爆炸后，基本粒子和四种基本力才逐渐分离出现。分离强作用力时，释放出巨大的能量，提供了宇宙膨胀的能源。这些基本粒子和基本力决定了所有物质的命运。
质子和中子
质子和中子是原子核的组成部分。质子是指原子核中的非基本粒子，带有+1的电荷。中子是指种不带电荷的通常可以在原子核中找到的非基本粒子。在宇宙大爆炸后的1秒钟内，宇宙中充满了亚原子微粒，它们相互碰撞，从而形成了质子和中子。
物质的积累
宇宙在暴胀过程中，产生了x和反×两种超重粒子。宇宙极速冷却后这两种粒子变得不稳定而转变成夸克及轻子，同时也产生了反粒子。由于反粒子数量较少所以在暴胀结束后物质和反物质粒子的相互消减过程中，物质最终得以保存下来。
虚粒子
量子力学的不确定性原理允许宇宙中的能量于短时间内在固定的总数值左右起伏，起伏越大则时间越短。从这种能量起伏中产生的粒子称为虚粒子。当能量恢复时虚粒子湮灭。宇宙大爆炸时产生的巨大能量生成了虚粒子对物质和反物质但它们几乎是在生成的同时又相互消减。
反物质
反物质就是由反粒子组成的物质，所有粒子都有反粒子，反粒子的特点是其质量、寿命、自旋、同位旋与相应的粒子相同、但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数却与相应的粒子相反。当反物质和物质相遇时就会发生湮灭、爆炸、放出伽玛射线并产生大量的能量。
湮灭效应
河外星系由既包含粒子，又包含反粒子的等离子体构成。当河外星系在万有引力的作用下开始收缩时柱子和反粒子便会产生湮灭效应，同时释放出巨大能量。
宇宙的冷却
宇宙的冷却是指宇宙爆炸之后温度下降，同时原子产生并且不参与辐射，使光线能够以直线的形式前行的一种状态。当宇宙冷却到了足够的程度，才打破了这种物质的均匀分布。电了由于温度下降与核子结合成原子。原子不再发生辐射作用，光线能够直射，宇宙逐渐变得透明。
光子散射
光子是光的基本粒子，原干吸收光子后辐射出另一光子的过程称为散射。在宇宙初期光子被一个粒子反弹又撞向另一个粒致使光线无法直行、这时的宇宙处于黑暗时期。一直到电子的运动速度减慢，并与质子结合生成原子后，光线才得以顺利通过。
不断膨胀的宇宙
宇宙自产生后就存不断膨胀。银河系外的其他星系都在远离我们而去，越远的星系，退行的速度越快。然而根据爱因斯坦能量守恒方程，星系本身并不运动，而是星系之间的空间在膨胀。宇宙膨胀是指随着空间的伸展带动星系之间的相互远离。
膨胀和重力
膨胀和重力决定着宇宙空间的大小。自宇宙大爆炸后星体和各星系直在膨胀。从理论上讲相互维系的重力应该控制这个膨胀的速度但事实上膨胀还在加速进行。科学家们推断：如果宇宙总质量超过某一个值宇宙就是封闭的，最后，膨胀速度会因重力吸引而减慢，并且往内压缩：若宇宙总质量等于该值，宇宙就将均速膨胀，如果宇宙总质量小于该值，宇宙就会加速膨胀。
红移蓝移
红移反映了天体运动的光谱变化。当光源远离观测者时它所发出的光会因波长变长而稍稍发红这种现象称之为“红移”。相反，当光源接近观测者时波长就会因变短而发蓝这就是“蓝移”。哈勃发现，来自星系的光谱呈现出某种系统性的红移，这说明星系正在远离我们。
哈勃定律
1929年，天文学家哈勃发现星系的退行速度v与距离d成正比关系，即v=Hd这就是哈勃定律公式中的H称为哈勃常数。哈勃定律有着广泛的应用，它是测量星系距离的唯一有效方法。只要测出星系谱线的红移，再换算出退行速度，便可由哈勃定律算出该星系的距离。
多普勒效应
多普勒效应是以19世纪奥地利物理学家克里斯蒂安·约翰·多普勒的名字命名的原理，即：如果光源或声源朝向或背离我们运动时，我们接收到的光或声青的波长将随之变化。太空中的多普勒效应是1912年由天文学家维斯托·迈尔文·斯里弗首次发现的。
宇宙的膨胀速率
哈勃定律中的哈勃常数H，就是星系退行速率，因此也是宇宙膨胀速率的量度。不过人们对这个常数的估计值一直在变。天文学家一次次地根据新获得的更加精确的观测结果对这个常数进行修订。当前哈勃常数的估算值是每百万秒差距（1百万秒差距约等于326万光年）每秒73千米。换言之，一个距离为1百万秒差距的星系将以每秒73千米的速度退行，这就是宇宙膨胀的速率。
宇宙的成分
经过精密计算，宇宙大爆炸后最初三分钟所生成的元素应该是77％的氢、23％的氨和O．0000001％的锂。而现在的宇宙成分中有4％是原子，其他23%是由不明粒子组成的冷暗物质，另有73％为一种暗能量。
暗物质
宇宙中不能发光、不能看见的物质被称为暗物质。由于这些物质由具有低热速度的物质组成，一般又称为“冷暗物质”。这些物质和通常的可见物质在引力的作用下聚集，形成一些从个别星系到巨人的超星系团等大小不一的天体。整个宇宙中有90％左右的质量为暗物质。
引力透镜效应
引力透镜效应是爱因斯坦的厂义相对论所预言的一种现象。由于时空在大质量天体附近会发生畸变，使光线在大质量天体附近发生弯曲（光线沿弯曲空间的短程线传播）。在有些情况下起引力透镜作用的天体是个星系，它对光的弯曲作用能产生类星体或其他星系等更遥远天体的多重像引力透镜效应可使背景的光源产生畸变，测量这种畸变可以准确地测定前方透镜天体的质量，特别是不发光的暗物质。
重力波
重力波是一种跟电磁波一样的波，又称为引力波。它是在真空中以光速传播的，种穿透性极强的横波。恒星等巨大天体的重力使空间弯曲剧烈的宇宙活动，如超新星爆发和黑洞的台并等，又会产生局部重力的快速变化。重力波能够用来探测光难以观测到的超新星和黑洞内部。目前，世界上正在建造各种大型天体探测装置，以探测宇宙重力波。
暗物质的数量
据科学家计算，暗物质在宇宙中的比重不超过99％，超过这个数目，物质就会朝着相反的方向运动，宇宙就会发生坍缩，这就是“大紧缩”。如果没有紧缩的过程宇宙将会永远膨胀下去。
宇宙射线