离我们最近的恒星叫做比邻星，距离我们四光年，大约二十三万英里。(太阳的距离仅八公分)。恒星集中在银河系，也叫螺旋星系。这一点在，公元1750年天文家威廉·赫歇尔爵士，对恒星进行编目得到证实，但该思想在20世纪才被人接受。1924年现代宇宙图像才被奠定。

美国天文家，埃德温·哈勃证明，我们的星系不是唯一的星系，由许多星系组成。哈勃通过间接的手段，测量它们的距离——视亮度。视亮度包括两个方面：光度和距离。太阳是银河系的1000亿个恒星之一，局部集团只是形成我们宇宙中最大已知结构的几千个集团和星系团之一。

我们生活在一个宽度约为10万光年并慢慢旋转的星系中；在它的螺旋臂上的恒星周围绕着它的中心转一圈大约花费几亿年。恒星距离我们如此遥远，绝大多数恒星只有一个特征可观测，光的颜色。

牛顿发现太阳光通过棱镜的三角形状的玻璃就会被分解成彩虹一样的光。用一台望远镜聚焦在一个单独的恒星或星系上，便可观测到不同的光谱。任何不透明的炙热的物体发出的光，有一个只依赖于它的温度的特征光谱，也就是热谱，可从恒星的光得知其温度。每一种化学元素可以吸收非常独特的颜色族系，将它们和恒星光谱中失去的颜色相比较。通过恒星热谱中，某些特定颜色的丢失，就可以来确定恒星大气中存在哪些元素，哪种化学元素。

20世纪20年代，天文学家在开始观察其他星系中的恒星光谱时，发现奇异的现象：它们和我们的银河系一样，具有吸收的特征线族，只是所有这些线族都向光谱的红端移动了同样的相对量。

多普勒效应可以解释这一现象，光是电磁场的起伏和波动构成的。按照波长从短至长可以分为：伽马射线、ｘ射线、紫外线、可见光波段、红外线、微波、无线电波。例如，一个恒星，以固定的波长发出光波，本应该我们接受到的波长和发射波长一致(星系的引力场没有强到影响它的波长)。

假定该恒星光源开始向我们移动，当光源发出第二个波峰时，他就会离我们近一些。这两个波峰之间的距离比恒星静止时，我们接收到波长会较短(光谱向蓝端移动)。假定光源离开我们运动，我们接收波的波长将较长(光谱向红端移动)。这是多普勒效应的频率和速度变化规律，同样适用于声波和电磁波。

交通警察利用多普勒效应的原理，测量电波脉冲车上反射回来的波长，来测车速。

爱因斯坦一九一五年发表广义相对论时，还在为宇宙是静止的，引入常数来修正自己的理论。哈勃为星系距离进行观察编目，观察它们的光谱。1929年发表结论，星系离开我们的速度和距离成正比。星系越远，他离开我们运动的越快。宇宙星系不是静止，而是在膨胀！这是20世纪最伟大的智力革命之一。我们的科学就是这样不断发展进步的！

俄国物理学家数学家亚力山大·佛里德曼有假设一，无论在任何地方进行观测，宇宙看起来都是一样的。

1965年，美国贝尔电话实验室，物理学家，阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊用微波探测器接收到比预想还要大的噪声——来自宇宙。1992年，宇宙背景探险者（COBE），在不同方向探测宇宙，都有微小变化。

普林斯顿大学，罗伯特·狄克、詹姆士·皮帕尔斯，研究乔治·伽莫夫，二人的一个见解认为，早期宇宙一定是非常密集的白热的。现在仍然能看见宇宙的白热，因为从它的非常的部分来的光，刚好现在才到我们这，然而宇宙的膨胀，把红光移得如此厉害。现在只能做微波辐射被我们观察到。同时彭齐亚斯和威尔逊听到他们的工作，并意识到自己已经找到了它，为此1978年被授予诺贝尔奖。

弗里德曼的第二个假设：所有星系都相互直接离开，就如在气球上画上好多斑点，被吹胀。任何两个星系互相离开的速度和它们之间的距离成正比，这也预言了哈勃的观测。

直到1935年，为响应哈勃的宇宙均匀膨胀的发现。美国，物理学家霍瓦德·罗伯逊，英国的数学家，阿瑟·瓦尔克，发现了类似的模型。弗的工作才被西方普遍知道。

满足弗的两个假设共有三种模型：第一，是弗找到的，宇宙膨胀的足够慢，不同星系之间的吸引力使膨胀减慢，并最终停止，然后，星系开始相互靠近，而宇宙收缩。

第二类模型：宇宙膨胀的如此之快，引力虽能使之缓慢却永远不能使之停止。第三种模型：宇宙的膨胀快到足以刚好避免坍缩。

宇宙在每年10亿年里膨胀5％~10％，然而在我们以及其他星系里应该包含大量的暗物质，那是我们不能直接看到的，但由于它的引力对星系中轨道的影响，我们知道它必定存在，所以对宇宙的平均密度测量的更准确。

宇宙已经至少膨胀了100亿年，即便宇宙将要坍缩，至少要再过这么久才有可能。这不是我们过度忧虑，到那时，除我们已到太阳系以外开拓了殖民地，否则人类早就随着太阳消灭而死亡殆尽！

约100至200亿年前，宇宙中邻近星系间距离为０，大爆炸那一刻之前，密度和空间曲率无限大，这就是数学中的一个奇点例子。

1948年奥地利赫曼·邦迪和托马斯·戈尔德，还有英国的弗雷德·霍伊尔，当星系相互离开时，由正在连续产生的新物质在他们中间，不断形成新的星系，即使产生率极低(大约每年每立方千米个粒子)，这就是稳态理论。

20世纪50到60年代马丁·赖尔、邦迪、戈尔德、霍伊尔研究从空间来的射电源，得出弱源比强源多。有两个解释，第一、单位空间体积内普通的源，似乎在近处比远处稀少，我们处于宇宙的一个巨大区域的中心。第二、宇宙在射电波向我们发射的过去的那一刻，具有比现在更密集的源。

关于奇点理论的几个观点。

第一、弗里德曼认为，约100至200亿年前，宇宙中邻近星系间距离为０，大爆炸那一刻之前，密度和空间曲率无限大。

第二、1948年赫曼·邦迪、托马斯·戈尔德、弗雷德·霍伊尔星系相互离开时，由正在连续产生的新物质在他们中的间隙不断形成新的星系。

第三、马丁·赖尔领导研究从外太空来的射电源，弱源比强源多。

第四、1965年彭齐亚斯和威尔逊的微波背景辐射，宇宙在过去必定密集得多。

第五、1963年欧格尼·利弗席兹，艾萨克·哈拉尼可夫，宇宙不仅直接相互离开，还有一定斜向速度，星系从来没有必要恰好在同一处，只不过非常靠近而已。宇宙不是来自于大爆炸奇点，而是来自于更早的收缩相。利弗席兹和哈拉尼克夫也认为，实际上并没有大爆炸。

第六、1965年英国数学家、物理家罗杰彭罗斯，坍缩的恒星在自己的引力作用下，陷入到一个区域之中，恒星中的所有物质将被压缩到一个零体积的区域里，密度和曲率得到一个奇点，包含在一个叫做黑洞的时空区域中。

1970年，那时的史蒂芬·霍金发展了一个新的数学技巧，当时正是一个寻求，完成博士论文的研究生，两年前被诊断为肌萎缩性侧索硬化症，也叫卢伽雷病，运动神经细胞病。医生告诉他活不过两年，但他依然顽强生活，积极追求美好生活，与简·瓦尔德订婚。霍金和彭罗斯合作完成毕业论文。假定广义相对论是正确的，而且宇宙包含着我们观测到的这么多物质，则过去一定有过一个大爆炸奇点，完成这一巨大历史时刻！

在第三章中，我们看到，在不到半个世纪的时间里，人们几千年来形成的宇宙观在不断慢慢转变，从哈勃发现宇宙在膨胀到霍金和彭罗斯，在数学定理角度论证奇点。人们从极其巨大范围的理论理解宇宙，转变极其微小范围的理解。从用广义相对论到用量子理论来探索宇宙。人们为了眺望最远方，不断突破自我，激发自己的潜能，让我感受着大师们不断探索宇宙的决心，体味着科学的魅力！