原来宇宙在膨胀
夜晚仰望星空，我们看到的星星，除金星、火星、木星和土星外，还有许多像太阳一样的恒星，但因它们离我们太远，不能像太阳一样照耀着我们，为我们提供光能，我们肉眼看到的仅是浩瀚太空中的一个亮点。
我们从小到大看到的天空中的星星似乎是不变的，一年四季它们都有固定的位置，而实际上则不是这样。当地球绕着太阳公转时，看似固定的恒星在位置上有非常微妙的变化。通过测量和计算，那些离我们越近的恒星，在位置上移动得就越多。
早就有天文观测结果显示，所有星云彼此之间的距离都很遥远，而且相互之间离得越远，相互远离的速度就越快。1929年，美国天文学家埃得温·哈勃根据以上结果，得出结论：整个宇宙是不断膨胀的，星系和星体之间的分离运动不是任何力的作用，而是膨胀的一部分。
哈勃得出以上结论的5年之前，就证明了我们的星系不是唯一的星系，宇宙中还有很多其他的星系，各星系之间是巨大的空虚的太空。为了证实自己的结论，哈勃需要确定出这些星系的距离。
星系之间的距离是如此的遥远，不像邻近的恒星那样，这就使得哈勃不得不用间接的手段去测量这些距离。我们都知道，恒星表现出来的亮度受两个因素的制约，一个是有多少光被辐射，另一个是恒星离我们有多远。对稍近的恒星，我们能测量出它们表面的亮度和距离，这样我们就能计算出它们的绝对亮度。相反，如果我们知道其他星系中恒星的绝对亮度，就能在测量它们的表面亮度后，计算出它们的距离。
哈勃还指出，当某种类型的恒星离我们足够近的时候，它们的绝对光度是相同的。
所以，哈勃认为如果能在其他星系找出这样的恒星，那我们就可以假设它们的绝对光度是相同的，如此一来就能算出那个星系里我们的距离。假如能对同一个星系中的许多恒星这样做，且得出的计算结果都是相同的，那么，这个结果就有很高的准确度。哈勃用这样的方法算出了九个不同星系的距离。
那么，通过对比相同星系在一段时间中的距离变化，我们就看出宇宙是不是在膨胀，应该也能算出宇宙的膨胀速率。那只有这一种验证方法吗？当然不是，宇宙中的光能说明很多问题。
因离我们比较遥远，我们看到的恒星只不过是极小的光点，看不清它们的大小和形状。我们要分清不同恒星的种类，对绝大多数的恒星来说，仅有一个特征能观测和分辨，那就是光的颜色。将望远镜聚焦在单独的恒星或星系上，就能观测到它们的光谱线。不同的恒星有不同的光谱，但不同颜色的相对亮度总是正好与一个红热的物体发出的光谱完全一致。
20世纪20年代，天文学家开始观测其他星系中的恒星光谱，他们在观测中发现了奇怪的现象：那些所有恒星的线族都向光谱的红端移动了同样相对的量。那么这种移动说明什么？
在人的眼睛看来，不同频率的光是不同的颜色。最低的频率出现在光谱的红端，最高的出现在蓝端。如果在离我们一个固定的距离处有一个恒星，以固定的频率发出光波，那我们接收到的光波和恒星发出的频率是一样的。首先，我们假设这个恒星正在靠近我们，当它发出第二个波峰时，就离我们更近一些，那这个波峰离我们的距离就比恒星不动时近一些，这也说明两个波峰到达我们的时间间隔变小了，所以我们每秒接收波的振动数比恒星静止的时候高。相反，恒星离我们远去，我们每秒接收的波的振动数就变高了。这对光来说，当恒星离我们远去，光谱向红端移动；当恒星靠近我们时，光谱则向蓝端移动。
按以上推断，恒星出现红移就是在离我们远去。哈勃在对星系的观测中发现，大部分星系是红移，在离我们远去。对星系与我们距离的观测和星系光谱线的观测，促使哈勃发表了宇宙膨胀说。
除哈勃外，俄国物理学家和数学家亚历山大·弗利德曼，也提出了宇宙膨胀说。他从爱因斯坦的相对论出发，研究了“穹形”结构，指出一个时间不发生变化的空间（静止的宇宙）是不存在的，随着时间的推移，宇宙要么变大，要么变小。对这两种情况作出分析后，弗利德曼得出宇宙在膨胀的理论。他还认为，星系远离我们的速度受星系间引力的制约。
宇宙是怎样膨胀的
宇宙究竟是怎样膨胀的呢？弗利德曼作出了三种假设，并建立了相应的宇宙模型。
第一种假设是，当整个宇宙密度极大、引力也极大时，星系远离我们的速度会不断减慢，直到不再远离，那时宇宙的膨胀也就停止了；但这个停止的过程不会持续很长时间，因为让宇宙慢下来的力会让它逆转整个进程，就像是人在倒行，宇宙开始收缩，直到成为一点，这种模型称为封闭式模型。
第二种假设是，宇宙诞生之前的体积为零，一旦出现膨胀，就不会停止，因为宇宙的物质密度不能给它提供停下的万有引力，这个模型称为开放式宇宙模型。
第三种假设是，宇宙开始的膨胀与封闭式和开放式的膨胀一样，但之后虽然也不断在膨胀，但总是在收缩的边缘徘徊，这称为平直式宇宙模型。
弗利德曼的3个模型中，所有的星系都直接相互离开。这就像是被吹胀的气球上的斑点，气球在膨胀的时候，任意两个斑点之间的距离都是在增大的，而且两个距离越远的斑点，远离的速度会越大，但没有一个斑点能成为膨胀的中心。
与之相似，弗利德曼的模型中任意两个星系相互离开的速度与它们之间的距离都成正比。
弗利德曼的模型理论在哈勃之前，也就是说，弗利德曼预言了哈勃的观测。即使是这样，在哈勃之后，弗利德曼仍没被世人普遍认知，直到美国物理学家哈瓦·罗伯逊和英国数学家阿瑟·瓦尔克提出与之相似的模型之后，弗利德曼才被人认识。
弗利德曼的3个模型还有一个特点，就是在过去的某个时刻，相邻两个星系之间的距离是零。这个时刻被称为是大爆炸前的那一刻，那时的宇宙密度无穷大，空间一时间曲率也无穷大。
但数学不能处理无穷大的数。这说明广义相对论预言的在宇宙中存在一点的理论在这里失效了，这是数学中称为奇点的一个事例。
而实际上，我们所有的科学理论表述的基础都是空间一时间是光滑的和几乎平坦的。这就说明，即使大爆炸之前还有事件发生，也不能用它去确定后来要发生的事，因为可预见性在大爆炸处失效了。
同样，如果我们只知道大爆炸后发生的时间，也不能确定之前发生的事情。那么，大爆炸之前的事件就不能成为宇宙的科学模型的一部分。我们应该将其从模型中去掉，而且还要宣称时间始于大爆炸之时。
分析了这么多，那究竟要用弗利德曼的哪个模型来描述我们的宇宙呢？宇宙到底将会停止膨胀还是永远膨胀呢？
我们先来看看目前宇宙的膨胀速度和平均密度。如果密度小于一个由膨胀率决定的某临界值，那么引力就会因为太弱而不能让膨胀停止；相反，如果密度大于这个临界值，引力就会在某个时刻让宇宙的膨胀停止，并让宇宙坍缩。
弗利德曼之后，科学家们为了给宇宙确定一条唯一的发展路径，对宇宙的物质密度和膨胀速度展开了深入地研究。
宇宙的物质密度不像是星系退行的速度，只要经过细致地观测和计算，就能得出准确的结论，它是一个令人头疼的问题。
如果仅用人类观察范围内的物质质量来计算，宇宙的物质密度很小，由此可得出宇宙将永远膨胀下去。但需要注意的是，宇宙中还有许多人类没有观测到的领域和暗物质。暗物质有热暗物质和冷暗物质之分。
热暗物质指的是中微子，虽然有的科学家认为中微子的质量可以忽略不计，但一位叫怀特的科学家在1994年测得中微子也是有质量的，只是轻微到几乎检测不出来。但不管怎么说，只要有暗物质存在，宇宙的物质密度就需要重新计算，这直接影响到科学家对宇宙模型的选择。
现在证据显示，宇宙已经膨胀了100亿多年，那它还会无限膨胀下去吗？如果宇宙不是无限膨胀，而是出现坍缩，那要多久才能出现呢？这不得不说是一个让人头疼的问题。
研究显示，暗能量占宇宙结构的四分之三，有绝对的统治地位，能推动宇宙的运动。对此，天文学家解释说，大爆炸后的初期，宇宙经历了一个急速膨胀阶段，之后，因为暗物质以及物质之间的距离非常近，在引力作用下，宇宙的膨胀速度开始减慢；但在至少90亿年前，以排斥能量出现的暗能量逐渐抵消引力的作用，并在大约50亿至60亿年前超越引力，宇宙转为加速膨胀状态，而且一直持续到现在。
星系团被称为“宇宙放大镜”，美国宇航局研究人员声称，利用它能推测出神秘暗能量的分布情况，还得出了它可能会让宇宙继续扩张下去，永不停止，直到变成无垠的寒冷荒凉之地的结论。
我们无法从小尺度的天体得到暗能量的信息，所以要研究暗能量就要从大尺度的天体入手。暗能量的存在会让星系团形成的更慢一些，因为引力要先将这种斥力克服。
Abell 1689星系团非常符合科学家们研究的条件。
美国宇航局的研究人员通过哈勃望远镜对Abell 1689星系团进行的观察发现，在Abell 1689星系团内部和周围，恒星发出的光出现了弯曲，呈现出弧形的图像。
结合观测的各种数据和哈勃望远镜拍到的34张该星系团的照片，研究人员分析了光弯曲的形式，推测出星系团引力和暗能量的驱动能力，从而推测出Abell 1689星系团的质量、暗能量的分布以及与我们的距离。‘这是一种解决暗能量问题的新方法，我们能看到引力和暗能量相互作用的结果。既然这证明了暗能量存在的巨大作用，那么宇宙就会处在一种不断膨胀的状态。
有各个国家科学家们的倾力研究和探测，即使宇宙的格局、内涵和命运之间的关系再错综复杂，也会在将来的某一天让我们看到一个明晰的宇宙命运。
大作用，那么宇宙就会处在一种不断膨胀的状态。
有各个国家科学家们的倾力研究和探测，即使宇宙的格局、内涵和命运之间的关系再错综复杂，也会在将来的某一天让我们看到一个明晰的宇宙命运。
