关于河外星系的各种发现中，最让人惊讶的是它们远离我们的速度。这是通过研究它们的光谱，观察光谱线的移动得出的。将我们的运动影响除去，河外星系都以极高的速度远离我们，随着距离的增加，速度也在增大。威尔逊山的天文学家说，大熊座中的一个暗弱星系远离我们的速度大约是1.1万千米/秒。当分光仪能够观察到更遥远的星系时，它们远去的速度更快。比利时的勒梅特（Lemaitre）提出了表示宇宙膨胀的数学公式。这个公式表明，远处物体以很快的速度离我们而去，如同我们观察到的河外星系的情况。

现在，大家都听说过“大爆炸宇宙学”。不过，当人们第一次听到这个说法时，一定会觉得非常疑惑。我们知道，宇宙是无限的，而时间是一直在流逝的。那么，宇宙如何由一点爆炸而来呢？宇宙为什么是从大爆炸开始的呢？

宇宙指的是自然界中所有物质的总和。宇宙学的研究对象不是某个天体，而是整个宇宙的行为，但需要借助天体传达给我们的信息。在宇宙学中，我们要根据现在的观测推测宇宙的遥远过去和长久未来。宇宙学不是哲学，而是与物理学相关。我们判断过去、预测未来的依据是什么呢？我们需要参考预设的两个“宇宙学原理”：第一，物理定律的普遍适用性。物理定律能够应用于宇宙的任何地方、任何时间中；第二，宇宙是均匀的、各向同性的。均匀指的是大尺度均匀，而各向同性指的是各个方向的空间的性质相同，宇宙不存在中心。首先，从其他天体上进行的大尺度观测与地球上观察到的现象一致；其次，从任何地方观测宇宙的发展与地球上观察到的发展相同。我们定义统一的时间坐标，然后在相同时刻观察宇宙，任何地方观察到的宇宙都是一样的。通过星系团的空间分布、射电源的空间分布、宇宙背景辐射等现象推测，宇宙在大尺度上的各个方向的性质相同。

在历史上，曾经有过各种各样的宇宙模型，我们分析一下。

1.牛顿静态宇宙论：时间均匀地流逝，空间是一个没有东西的骨架。在欧几里得空间中，均匀地分布着许多静止不动的天体，这是一个非常简单的宇宙。不过，这个宇宙存在着奥尔伯斯佯谬（Olbers paradox，1826年）：假设空间是无限的，到处都是恒星；虽然恒星有生有灭，但宇宙中的恒星密度总体不变；时间是无限的。这样一来，得出的结论是：黑夜和白天一样明亮，天空中各处的亮度都相同。

2.等级宇宙论：宇宙中的天体或者系统都具有聚集在一起的趋势。在小尺度上（太阳系、星团、星系、星系团等）和大尺度上都是如此。不过，这个理论否定宇宙是均匀的、各向同性，天体分为不同的等级和不同的层次，一级级逐渐升高。由于不均匀，所以奥尔伯斯佯谬消失了。但是，依然无法解释宇宙背景辐射。

3.稳态宇宙：宇宙不仅是均匀的、各向同性的，而且在时间上非常稳定，宇宙特征在任何时候都不会发生变化。红移属于多普勒效应，而宇宙一直在膨胀。由于各处始终在创造物质，所以膨胀很均匀。人们有这样一个疑问：为什么虚无中能够产生能量和物质呢？

4.静态宇宙模型：1917年，爱因斯坦发表了静态宇宙说法。将宇宙常数引入广义相对论的引力场方程中，并求出相应的解。只是求出了静态解（因为他觉得宇宙是静态的）：宇宙是一个封闭的三维球面，天体分布在球面中，半径大约是35亿光年。不过，这与哈勃定律相互矛盾。宇宙常数像是画蛇添足的一笔，爱因斯坦认为这是自己一生中犯的最大错误。

5.膨胀的宇宙学模型：1917年，德西特通过广义相对论引力场方程得到了真空静态宇宙，只要在其中加入物质，宇宙就会膨胀。因此，他发现了膨胀的宇宙学模型。1922年，弗里得曼（A.Friedman）从广义相对论引力场方程中求出了另一组解，每一个解对应着一个不同类型的宇宙，他的模型中包含了宇宙膨胀。1948年，伽莫夫（G.Gamow）提出了大爆炸宇宙学。1967年，宇宙微波背景辐射的发现大力支持了大爆炸宇宙学模型。现在，大爆炸宇宙学模型已经得到了广泛认可，而且被称为“标准宇宙学模型”。