人们是怎样认识茫茫宇宙中距离非常遥远的、众多的天体的呢?对天体的化学组成、物理性质、运动状态及其演化规律又是怎么知道的呢?正是由于光谱学方法的出现,才打开了对天体物理研究的途径。人们利用光谱仪分解太阳光束时,发现了七色光带背景上还有许多暗线。这些暗线表示不同的元素,当发射光或吸收光时,都有特殊谱线,太阳光谱中的暗线就是由相应的元素引起的。天体光谱就好比是一种密码,人们一旦识破了这种密码,就可以从中知道许多天体的知识。除了知道天体的物质成分以外,还可以通过光谱分析测量天体的温度等。

随着科技的进步,射电望远镜和大气层外探测器的出现,使天文观测的手段大大提高,天文观测的领域也扩展到了整个电磁波段。天文的视野从人类周围的太阳系、银河系扩展到了银河系以外无边无际的宇宙空间。目前各类望远镜的功率(“目力”),可以使10亿以上的河外星系呈现在人们的眼前。目前的光学望远镜和射电望远镜可以测出相距几亿甚至上百亿光年距离的天文目标,分辨能力已达到可以在300多千米以外,辨别出一根头发丝的程度。

过去,国外的天文望远镜功率较大,发现的天文目标也较多,因而在天文、物理方面基本上都是外国人获得诺贝尔奖,还没有一位中国国籍的天文学家或物理学家获得过诺贝尔奖。华裔科学家杨振宁和李政道于1957年获得诺贝尔物理学奖也算是对中国人的巨大鼓舞。值得高兴的是我国在贵州建成了一个超级“天眼”,也是迄今为止人类建造的最大单口径射电天文望远镜,在未来的20～30年,中国的这只“天眼”将保持世界一流的地位。

由于来自宇宙天体的无线电信号极其微弱,半个多世纪以来,所有当今各国的射电望远镜收集的能量尚翻不动一页纸。因此,要想获得更远、更微弱的射电,“阅读”到宇宙深处的信息,就需要更大口径的射电天文望远镜。回顾1992年美国的宇宙背景探测器(COBE)首次检测到了来自宇宙深处的噪声,其幅度大约为十万分之一,且证实了此声音来自宇宙深处,来自太阳系外,甚至银河系之外。彭齐亚斯和威尔逊在新泽西州荷姆德尔通过角状天线,在无意中发现了宇宙微波背景。因此,他们获得了1998年的诺贝尔物理学奖。

美国的哈勃利用威尔逊山天文台的100英寸口径的大型望远镜观测星空,1929年哈勃发表了他的观测结果：发现了来自遥远星系的光线,它们的光谱都向红端做轻微的移动,而且星系越远,这种“红移”就越大。实际上,人们发现各星系“红移”的大小与它们离我们的距离成正比。

对于这种“红移”现象,最自然的解释莫过于假设一切星系都在离开我们,离开的速度随距离的增大而增大。这个问题事实上是宇宙间所有星系都在彼此分开罢了,而这个现象也可以说是散布在宇宙空间的各星系普遍在经历着均匀膨胀而已。

根据观测所得数据分析,宇宙的膨胀速度和当今各相邻星系间的距离的科学推导,发现宇宙的这种膨胀至少10亿年前就已经开始了。

哈勃的原始数据是：两个相邻星系的平均距离为170万光年(即1.6×1019km),它们之间相对退行的速度为3×105 m/s左右,并假设宇宙是均匀膨胀的,它的膨胀时间就可能是：

后来通过观测又发现了一些新的情况和新的数据,其计算所得到的值要比以上的计算结果更大一些。(www.daowen.com)

总之,关于宇宙间“红移”现象的原因,至今还是没有完全弄清楚。但是也很有可能我们在这里(地球上)初次碰到了某种自然的新规律,而这种新规律到今天之所以没有被我们知道,是因为它只能在距我们极大距离的场合才会出现。也可以说,对于“红移”现象,也许是总星系中我们这一部分里,在我们这一个时代里的某种局部现象,是由和我们最近的星系的相对速度的分布所引起的(这种星系的轨道,正如我们银河系的轨道一样,目前还完全不知道)。而在总星系的另一部分而且是在另一个时代,可能看到完全不同的一种视线速度分布。

有理由认为,在宇宙的历史开端(是否有开端也是一个理论上有争议的问题),在宇宙的胚胎阶段,所有用当今威尔逊山天文台望远镜(观察半径为5亿光年)看到的一切物质都被挤压在一个半径8倍于太阳的球体内(太阳半径为70万千米,8倍于太阳的球体直径大约为1120万千米),而我们的银河系圆盘直径为10万光年,而1光年又可换算为10万亿千米。因此,相对于银河系圆盘直径,8倍于太阳球体直径的1120万千米,是很小很小的。形象地讲,如果把银河系缩小到原来的一万亿分之一,那么太阳将变成芝麻那样大,而地球和其他行星就小得必须用放大镜才能看得见。用这个比例尺来看一个8倍于太阳的假想物体,此时,该物体还不如一粒黄豆大,而我们的银河系直径仍然有100万千米。宇宙的胚胎阶段,一切物质都被挤压在一个半径8倍于太阳的球体内,因此可以说,当时的宇宙体积几乎为零。当时的宇宙是非常紧密的,也就是存在一个极小体积,因而是有极高密度、极高温度的奇点,所以当时的宇宙也是无限热的!

又根据核液体的密度为1014g/cm3,而目前空间物质的密度为10-30g/cm3,所以宇宙的线收缩率为：。因此,5×108光年(即5亿光年)的距离在当时只有光年(即1000万千米)。

在这种极为致密的状态下,宇宙物质被挤压在这样一个球体内的状态,想来也是不可能长期存在的。在这种情况下,要不了一两秒钟,在迅速的膨胀作用下,宇宙的密度就将达到水的几百万倍,几小时后就会达到水的密度。大约就在这个时候,原先连续的气体会分裂成单独的气体球,它们就是今天的恒星。在不断的膨胀下,这些恒星后来又被分开,形成各个星云系统,它们就是当今的各个星系,如今仍在向着不可测的宇宙深处退去。

我们现在可以自问一下,造成这种宇宙膨胀的作用力是什么样的一种力呢?这种膨胀将来会不会停止,并且转变成为宇宙收缩呢?宇宙是否可能会掉过头来,把银河系、太阳、地球和人类挤压成具有原子核密度的凝块呢?

我们根据目前较为可靠的科学情报,估计这种事情是绝不会发生的。因为在很久以前,在宇宙进化的早期,宇宙冲决了一切束缚自己的锁链——这锁链就是阻止宇宙物质分离的重力——膨胀了。因此,它们就会遵照惯性定律接着继续膨胀下去。这也就是说,宇宙会无限地膨胀下去,而不会被它们之间的引力重新拉近。根据当前的理论,宇宙还会继续膨胀,即使宇宙真的会停止膨胀并回转过来进行收缩,那也需要几十亿年的时间。

然而值得注意的是,今天人们所掌握的有关宇宙的各方面的数据,总的说来,都是不那么准确的。如果将来的进一步研究把过去得到的整个结论颠倒过来也不足为奇。这是因为今天人类主要靠数学计算来分析和研究所观测到的结果,而不是亲眼所见,更不是有人亲自接触和有什么实证。我们必须认识到,所谓理论只不过是宇宙或它的受限制的部分的模型,此模型只存在于人们的头脑中,还属于纸上谈兵的阶段,未经实践所检验。因此这些模型不管在任何意义上来说,都不具有其他的实在性。