通過觀測(cè)可知，宇宙中幾乎所有的星系都在遠(yuǎn)離我們的銀河系。并且離得越遠(yuǎn)的星系，退行得越快。當(dāng)星系發(fā)出的光在宇宙中傳播時(shí)，光的波長會(huì)變得更長、更紅，因?yàn)榭臻g本身的結(jié)構(gòu)在不斷拉伸、膨脹。當(dāng)距離達(dá)到足夠遠(yuǎn)之時(shí)，星系被這個(gè)膨脹的宇宙推離得如此之快，以至于那些星系發(fā)出的光不再會(huì)到達(dá)地球。

雖然宇宙空間在各個(gè)地方、各個(gè)方向不斷膨脹，但我們卻沒有，原子的大小保持不變。衛(wèi)星、行星和恒星也是如此，它們之間的距離不會(huì)因?yàn)橛钪媾蛎浂冞h(yuǎn)。即使是在銀河系所處的本星系群中，星系也沒有相互遠(yuǎn)離，而是在相互吸引。那么，為什么在膨脹的宇宙中，有些東西又不會(huì)膨脹呢？

關(guān)于上述問題，先來了解一下引力理論。牛頓把空間想象成絕對(duì)不變的，其中的天體通過引力互相吸引。但愛因斯坦認(rèn)為，空間不是絕對(duì)不變的，而是會(huì)在質(zhì)量和能量的作用下發(fā)生彎曲，空間中的物質(zhì)和能量決定了時(shí)空結(jié)構(gòu)是如何彎曲的。

但如果宇宙空間中存在著達(dá)到一定密度的物質(zhì)和能量，它們將不可避免地使整個(gè)宇宙坍縮成奇點(diǎn)。但愛因斯坦認(rèn)為宇宙是靜態(tài)的，所以他在引力場(chǎng)方程中添加了一個(gè)宇宙常數(shù)。宇宙常數(shù)代表一種額外形式的能量滲透到真空中，它們可以排斥引力，阻止引力坍縮，使宇宙保持穩(wěn)恒態(tài)。

然而，并不是所有的物理學(xué)家都像愛因斯坦那樣認(rèn)為宇宙是靜態(tài)的。物理學(xué)家弗里德曼證明，如果引力場(chǎng)方程不加上額外的宇宙常數(shù)，將會(huì)得到一個(gè)具有活力的宇宙，方程將會(huì)有兩類解：一類是坍縮的宇宙，另一類是膨脹的宇宙。

數(shù)學(xué)只能給出可能的解，但我們還需要從真實(shí)的宇宙中去尋找正確的解。在1924年，天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)了通過恒星測(cè)量河外星系的方法。

另一方面，與哈勃同時(shí)代的天文學(xué)家斯里弗發(fā)現(xiàn)，宇宙任何地方的原子都會(huì)以特定的頻率吸收和發(fā)射光，這取決于它們的電子是如何被激發(fā)或者制激。當(dāng)他觀測(cè)遙遠(yuǎn)星系的光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)，原子特征光譜移動(dòng)到了比實(shí)際波長更長的波段，這就是現(xiàn)在所說的紅移現(xiàn)象。

當(dāng)科學(xué)家把這兩個(gè)觀察結(jié)果結(jié)合起來時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人難以置信的結(jié)果——幾乎所有的星系都在遠(yuǎn)離銀河系，并且距離越遠(yuǎn)的星系退行得越快。這表明宇宙空間本身正在膨脹，而且這種膨脹發(fā)生在空間中的所有地方。對(duì)于距離越遠(yuǎn)的星系，它們之間的空間膨脹得越多，所以星系互相遠(yuǎn)離的速度也就會(huì)越快。如果宇宙中的物質(zhì)非常均勻，那么隨著時(shí)間的推移，宇宙的物質(zhì)密度就會(huì)降低，所有的物質(zhì)都會(huì)遠(yuǎn)離其他物質(zhì)。

然而，宇宙并不是完美的均勻和統(tǒng)一的。宇宙中存在著高密度的區(qū)域，例如，行星、恒星、星系和星系團(tuán)。宇宙中還存在著低密度的區(qū)域，例如，巨大的宇宙空洞，那里幾乎不存在天體。

之所以一些物體沒有隨著宇宙的膨脹而膨脹，是因?yàn)槌擞钪媾蛎浿?，還有其他物理現(xiàn)象在起作用。在小尺度上，像生物的尺度和更低的尺度上，電磁力和核力占主導(dǎo)地位。在更大的尺度上，比如行星、太陽系和星系，引力占主導(dǎo)地位。

宇宙的膨脹效應(yīng)只有在宇宙大尺度下才會(huì)占主導(dǎo)地位，而在小尺度下引力及其他幾種基本力會(huì)占上風(fēng)，所以生物、行星、恒星以及星系等結(jié)構(gòu)才能維持穩(wěn)定，而不會(huì)隨著宇宙膨脹變大。

在宇宙大尺度下，膨脹是主導(dǎo)作用。正因?yàn)槿绱耍钸b遠(yuǎn)的星系正以超光速在遠(yuǎn)離銀河系，以至于它們發(fā)出的光永遠(yuǎn)也不會(huì)傳播到地球上。需要強(qiáng)調(diào)的是，星系退行出現(xiàn)超光速的現(xiàn)象是由空間本身的拉伸膨脹所導(dǎo)致的，而非星系本身在宇宙中的運(yùn)動(dòng)速度真的超過光速。

隨著宇宙不斷膨脹，而且是在加速膨脹（因?yàn)橛钪嬷锌赡艽嬖谏衩氐陌的芰浚?，最終只有本星系群及更小的宇宙結(jié)構(gòu)才能維持穩(wěn)定。而像本星系群所在的本超星系團(tuán)，最終會(huì)在空間膨脹的作用下發(fā)生解體。在未來的宇宙中，只能觀測(cè)到銀河系附近的極少數(shù)星系，那些遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的光再也無法抵達(dá)地球被我們觀測(cè)到，宇宙將會(huì)是空蕩而黑暗的樣子，變得與現(xiàn)在完全不同。