宇宙观的发展
大约在公元140年，古希腊著名天文学家托勒密在总结前人天文学说的基础上，提出了“地球中心说”，认为地球是宇宙的中心，太阳、月球、行星和其他恒星都围绕地球转动。在后来的1 000多年中，托勒密的地球中心说一直在欧洲占统治地位。到16世纪，波兰天文学家哥白尼经过40多年的辛勤研究，于1543年提出了“日心说”，认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕太阳转动。他把宇宙的中心从地球搬到了太阳，把人类居住的地球降低到了普通的行星地位，从而开始把自然科学从神学中解放出来，并且动摇了神权对于人类的统治。但是，由于受当时生产力水平和实践条件的限制，哥白尼和托勒密一样，都把宇宙局限在很小的范围内，错误地认为太阳系就是全部宇宙，把宇宙看成是有限的，即有边界的。
同托勒密、哥白尼的宇宙有限论相反，中国古代很早就有一些天文学家认为宇宙是无限的。尸佼在《尸子》一书中说“天地四方曰宇，往古来今曰宙”。他把空间和时间联系起来思考，从而模糊地表示了宇宙在空间上和时间上无限的思想。《列子》一书的作者认为，大地仅仅是宇宙间一种很小的东西，而不是宇宙的中心；“上下八方”都是“无限无尽”的，而不是“有极有尽”的。唐代著名的哲学家柳宗元曾在《天对》中说过，宇宙“无中无旁”，即没有中心也没有边界。
1584年，意大利哲学家布鲁诺在伦敦出版了《论无限宇宙和世界》一书，十分明确地提出了宇宙无限的理论。他指出：“宇宙是无限大的，其中的各个世界是无数的。”他认为，在任何一个方向上，都展开着无穷无尽的空间，任何一种形状的天空都是不存在的，任何的宇宙中心都是不存在的。所有的恒星都是巨大的球体，就像太阳一样。他把太阳从宇宙的中心天体降为一个普通的恒星。
由于人类无法在宇宙之外对它进行观测，因而难以给出全面、客观的描述。身处宇宙之中的人类只能通过科学的假设来逐步认识宇宙。没有假设，科学就无法前进。忘记了这是假设，把未经检验的假设当作永恒不变的真理，也会使科学陷入泥潭，成为伪科学。历史在这正反两个方面都给了我们深刻的教训。宇宙不仅比我们知道的更丰富，甚至比我们能够想像的还要丰富多彩。人类对于宇宙的认识只能顺着科技发展的脉络一步步前进。
宇宙学原理
虽然宇宙中还存在着太多我们没有丝毫认识的东西，但是这并不影响我们从手中已有的材料去窥豹一斑。目前，在大尺度天体系统结构研究方面，有两种不同的宇宙模型：等级模型和均匀模型。前者认为天体逐级成团分布不均匀。但是，星系计数、射电源计数及微波背景辐射等观测资料更倾向于支持均匀模型，并称之为“宇宙学原理”。该原理认为在大尺度(约1亿秒差距)上，任何时刻的天体分布都是均匀和各向同性的。宇宙学原理是宇宙学家提出的假设，其含义主要有两点：
1.在宇宙学尺度上，空间任一点和任一方向，在物理上是不可分辨的，即密度、压强、红移等都完全相同。但在同一点，不同时刻，各种物理性质是不同的。
2.宇宙各处的观测者观测到的物理量和物理规律完全相同，所看到的共同的天体演化图景可以作为时间依据，建立普遍适于整个宇宙的“宇宙时”，用来考察宇宙演化。
宇宙学原理的依据是星系计数、射电源计数以及微波背景辐射，尺度以亿光年计。任何一种宇宙学模型必须与宇宙大尺度观测特性相符，宇宙大尺度观测特性包括红移现象、微波背景辐射、星系和微波源计数、元素丰度、天体年龄、星系形态。下面详细解释这几方面的发现。
除少数近距星系外，河外天体谱线都有红移，用射电方法测定的红移与可见光波段一致。红移现象与大尺度运动形态有密切关系，说明红移是各种理论不能回避的问题。类星体的红移量很大，大部分类星体的红移远大于星系。根据哈勃定律，类星体应当是极其遥远的天体。
各种波长的电磁背景辐射携带丰富的宇宙学信息。其中最重要的是微波背景辐射，它的特性是黑体辐射谱，由辐射与物质相互作用形成。宇宙空间物质密度极低，观测到的黑体谱必定起源极早，表明微波背景辐射是极大时空范围内的事件。微波背景辐射具有极高的各向同性，在大尺度上，沿天球各方向的强度仅有0.3％的涨落。微波背景辐射的发现对宇宙学有深远影响，是对“大爆炸宇宙论”的有力支持。然而，背景辐射从何而来温度是怎样变化的温度变化对天体系统的状态有什么影响这些问题都需要宇宙模型回答。
研究大天体结构常用天体计数方法。赫歇耳父子最先用恒星计数方法研究银河系结构。20世纪30年代，天文学家开始将这一方法用于星系计数，目的是了解星系的总体分布。统计表明，亮于13.5等的星系在天球面上分布不均匀，大多数星系以星系群或星系团的形式出现，星系团又可能组成超星系团或更大的星系集团。由于假设前提不一致，观测受到各种限制，因而对大尺度上的星系分布规律迄今没有一致见解。
由光谱分析得出，各种星系的化学组成相似，元素比例相同。宇宙中氢和氦是最丰富的元素，约占99％，其他元素仅占1％。氢和氦的丰度比约为3∶1。所有恒星在演化过程中，只有核心部分少量的氢转化为氦，宇宙中全部氢结合为恒星并经历完整的演化历程，也不足以使氦的含量达到如此高的比例。可见氢和氦一样，应是宇宙早期的产物。
宇宙有多大
要说明宇宙有多大，先要弄清楚银河系有多大。如果你住在北京城，到西边的昌平卫星城有几十千米，坐汽车、火车，个把小时就可以到达，火箭飞行只需要几秒钟，你也许觉得还不太远。如果你继续向西走，到兰州和乌鲁木齐，铁路线的距离约为1 800千米和3 800千米，坐火车需要30和60多小时，火箭飞行这样的距离需要4和8分钟，你一定觉得很遥远。可是，地球的直径约12 800千米，周长约40 000千米，坐火车绕地球一圈约需要670小时，大约是28天，坐火箭飞船绕地球一圈也需要80多分钟。
可是，当你走出地球，从太阳系来看地球时，它又很小很小。地球的质量只占整个太阳系质量的几十亿分之一。离地球最近的天体，即地球的卫星——月球，与地球的平均距离约38万千米，是地球直径的30倍；地球与最近行星——金星的最近距离约4 000万千米，与太阳的平均距离约为14 960万千米，与最远行星——冥王星的最近距离达40多亿千米。
这样的数字太大了，记忆和使用起来很不方便。于是，科学家们建立了另外一把量距离的尺子，叫“天文单位”。这把尺子取地球到太阳的平均距离为1，即1天文单位。这样，地球到冥王星的距离为38.4天文单位。以现在的火箭速度飞行，到冥王星需要10多年的时间。而冥王星的轨道还远远不是太阳系的边界。以太阳风能到达的范围计算，太阳系的半径可达100天文单位；如以太阳和太阳系的引力范围计算，太阳系的半径可达4 500天文单位；如以围绕太阳系的稳定带计算，太阳系的半径可达10万天文单位；如按彗星的活动范围计算，太阳系的半径达23万天文单位。
可是，在银河系约有2 000亿颗太阳(恒星）。离太阳最近的恒星是半人马座α星，它与太阳的距离为43万亿千米，约3亿天文单位。这个数字还是太大了。于是，科学家们又建立了一把更长的尺子——光年，就是以光飞行一年的距离为1个单位。光的飞行速度为每秒钟30万千米，1光年约为10万亿千米。这样，太阳到半人马座α星的距离为4.3光年，而银河系的直径达10万光年。
银河系只是宇宙众多星系中的一