仰望星空，千百年來，天文學家注意到星體是在運動的，但是這種運動是遵循某種規律的。因此，很長一段時間，人們總體上認為宇宙是相對靜止的。
但是，到了20世紀初，愛因斯坦在研究廣義相對論時發現，宇宙要麼應該是收縮，要麼應該是膨脹，總之絕不該是“靜止”。
不過，愛因斯坦確實被自己的結論嚇壞了，他想，這麼離經叛道的結論絕不會被物理學界接受，自己肯定是搞錯了。於是他通過引入宇宙常數的辦法強行修正了結論，使得結論維持宇宙的靜止不變。
此時的愛因斯坦並不知道，已經有天文學家發現了紅移現象。那麼，什麼是紅移現象？宇宙究竟是在膨脹還是靜止？
宇宙在膨脹嗎？
讀者朋友是否注意到，高速行駛的列車向你駛來的時候，聽到的聲音通常是非常尖利的；而當列車離你遠去時，聲音就會變得相對低沉，這個現象叫多普勒效應。醫院裡常用的“彩超”就是利用了這個原理。
連續光譜
除了聲波之外，電磁波（即我們常說的光波）也是符合多普勒效應的。
物理學家和天文學家在觀察恆星時注意到：如果恆星朝著地球運動，人們觀察到的光波波長會變短、頻率變高，這個現象又叫藍移。
反之，恆星遠離地球運動時，人們觀察到的光波波長會變長、頻率變低，即發生紅移。
紅移和藍移
不僅是恆星會發生藍移或紅移，星系也會發生藍移、紅移。
1929年，美國天文學家哈勃在研究星系的距離和紅移之間的關係時發現，星系的距離和紅移之間有一個大致的線性關係，即“觀察到的星系紅移量越大，距離地球就越遠”。這一發現經修改完善後被稱為哈勃定律。
有趣的是，哈勃起初並沒有意識到自己發現的規律暗示著宇宙正在膨脹。
不過，物理學家們卻明白背後的原因——早在哈勃的報告之前，通過廣義相對論的計算，物理學家就發現宇宙膨脹的必然結果就是會出現所謂的哈勃定律。
因此，愛因斯坦在知曉了哈勃的研究後，立即明白自已原先的結論是正確的，宇宙的確是在膨脹，所以立即放棄了宇宙常數，並認為這是他“一生中最大的錯誤”。
哈勃定律的發現有力地推動了現代宇宙學的發展，它有力地否定了“宇宙靜止”的傳統觀點。
愛德文·鮑威爾·哈勃，美國天文學家
遙遠天體間的距離怎麼測量？
宇宙在膨脹，那遙遠天體間的距離怎麼測量？
在地面上，我們可以使用尺子來直接測量距離，而宇宙中直接測量距離卻不容易。
比較近的天體，如月球還可以用激光、無線電來“直接”測量。對於更加遙遠距離的天體，研究人員只能通過相關性質數據的比較，並通過數學模型進行估算。
一般我們能觀察到的天體都能發光，並且光源離我們越近，亮度就越高。
於是，天文學家可以通過光度比較的方法來計算未知天體的距離。但是，這就需要先找到一個已知距離的天體，記錄亮度。這個距離、亮度都知道的天體被稱為“標準燭光”，相當於一把尺子的0刻度。
有了0刻度，現在只要觀察記錄附近一個未知距離天體亮度，然後再同標準燭光進行比較，就能算出這個天體與我們的距離了。
那麼，怎麼找標準燭光呢？
有時夜空中會突然出現一顆耀眼的星，而幾個小時前它還不在那裡。這顆星往往亮如燈塔，不過要注意，這顆新星其實並不是一顆真正的恆星，或者說現在已經不是了。
這個看起來耀眼的新星其實就是一顆恆星走到生命的最後時刻爆炸而成的，所以在天文學上被稱為超新星（supernova）。
由於超新星在短暫的爆炸階段內放出的能量甚至要比太陽一生中發出的還多，所以NASA認為，超新星可以算是“宇宙空間中最大的爆炸”。
藝術家繪製的IA超新星爆發想象圖
但是，不同超新星的爆發亮度並不完全一致，不能直接當作標準燭光。
然而，有一種稱作I型A類的超新星（Type Ia supernova，簡稱IA超新星），被普遍認為是從某種特殊的情況演化而來，且爆發時的狀態幾乎完全一致，也就是說所有IA超新星爆發時的光度幾乎都是同一亮度，這個和諧統一的性質為距離的測量提供了最好的基礎。
同時IA超新星爆發時的亮度比太陽要亮五十億倍，能夠在極其遙遠的距離上被觀測到，因此常常被天文學家選做標準燭光。
由於我們知道IA超新星爆發時的真實光度，現在我們只要測量好觀測到的超新星的現實光度，通過公式計算就能得到現在這顆IA超新星的距離，真是簡單粗暴好用。
宇宙膨脹是減速還是加速？
自從天文學家和物理學家們確認了宇宙膨脹的事實，理所當然地進行了一系列理論推導，最終形成了我們現在所聽到的宇宙大爆炸學說（Big Bang theory）。
不過，當時天文學家預計，由於宇宙中物質的引力，膨脹的速度總是會逐漸減弱的，甚至有人開始擔心，如果引力足夠大的話會導致宇宙開始收縮，最終宇宙中的恆星、星系和行星將會撞擊在一起，引起宇宙發生塌陷（大坍縮假說Big Crunch）。
然而到了20世紀末，情況出現了變化。
到底宇宙膨脹會不會減速？美國伯克利實驗室的天體物理學家Saul Perlmutter認為，通過比較從近至遠的眾多IA超新星的亮度與紅移，就能得出宇宙的膨脹率和時間的關係。於是他在1988年創立了“超新星宇宙學項目”（SPC，Supernova Cosmology Project）開始尋找IA超新星並記錄其數據。
Perlmutter原本希望發現宇宙膨脹一直在放緩的證據。然而相反，數據顯示宇宙在加速膨脹。“會不會哪裡出問題了？”SPC項目組都開始懷疑人生了。不過另一個在1994年成立的“High-z超新星搜尋小組”（High-z Supernova Search Team）也得到了同樣的結論。
最終在1998年，兩個小組都找到了足夠的目標天體，並且各自通過統計與研究分別得出了結論——作為標準燭光的IA超新星的紅移比預計更嚴重，如果換算成距離的話大約要遠10%~15%左右。這顯示了宇宙的膨脹正在加速。
雖然有人對此結論表示懷疑，但很快，其他觀測也顯示宇宙在加速膨脹，包括地基宇宙微波背景（CMB）觀測和大星系紅移測量結果。
至此，宇宙在加速膨脹的結論得到廣泛認可，兩個小組的主要人員也因此獲得了2011年度的諾貝爾物理學獎。
是什麼在推動宇宙加速膨脹？
可是，到底是什麼在推動宇宙加速膨脹呢？暗能量（Dark energy）嗎？
宇宙能夠克服引力法則加速膨脹，必然是有某一個奇怪且看不見的反引力正不斷地將宇宙推開。這時，研究人員又想起了已經被愛因斯坦廢棄的宇宙常數Λ。
愛因斯坦引力場方程，Λ即宇宙常數cosmological constant（Λ為希臘字母，讀作Lambda）
如果宇宙常數Λ存在，且當它比預想值更大時，那反引力就可以解釋了。但是新的問題又出現了。Λ究竟意味著什麼？
我們地球上到處充滿著各種物質。但是為了保溫隔熱我們把熱水瓶壁中的空氣抽出製造了“真空”；為了防止計算機硬盤高速運轉中發生故障我們也對其抽真空；還有發光的很多燈具也被抽真空處理。但是真空裡真的什麼都沒有嗎？
物理學家發現，實際上根本沒有“真空”，所謂的真空中其實有各種粒子在不斷地飛來飛去、碰撞、泯滅、又出現。總之“真空”中不但不是空的，而且滿得像海洋。只是我們無法察覺。
通過對宇宙的觀測也會發現，我們所熟悉的原子構成的物質只佔宇宙總物質-能量的4%，不發光也不反射光但是具有引力的所謂暗物質（Dark matter）大約佔24%。那剩下的72%是什麼呢？沒人能知道。但是它真的很像愛因斯坦的宇宙常數Λ。
因此，研究人員認為應該創造個新詞來描述這種未知的力量，於是美國理論宇宙學家Michael Turner提出暗能量這個假設性的詞彙並被大家廣泛接受。
由於暗能量總量現在佔了宇宙中接近四分之三，所以它才能將其餘的所有物質（普通物質和暗物質）高速拉開。但是究竟暗能量又是什麼？雖然有很多假說，可是能簡短而精確的回答卻沒有。
研究人員提出各種可能的解釋，比如驅動膨脹的能量是動態、非固定常數，或者宇宙會在膨脹和收縮之間來回跳躍，甚至有人大膽提出——愛因斯坦的廣義相對論有缺陷。於是一個新的標準宇宙學模型——ΛCDM（Λ-冷暗物質，Lambda cold dark matter）被提出來了，並得到很多證據的支持。
通過宇宙微波背景輻射拍攝的宇宙照片，支持了ΛCDM模型（其中偏紅顏色表示溫度較高區域，偏藍表示溫度較低區域）ΛCDM模型向我們描述了宇宙是137億7000萬歲，並且宇宙的加速膨脹被認為是從大約40億年前宇宙進入其暗能量主導的時代開始的。“暗能量”可能是一種真空能。
暗能量，不僅對整個宇宙有影響，也能操控指引恆星、星系和星系團（galaxy cluster）的演化進程，而人們只是最近20年才發現了它的一絲蹤跡。
不過，人類對於宇宙的認識是不斷髮展的，我們現在無法解釋的問題，或許多年以後，都能夠被科學家們揭開。
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