星都向外发出光波，如果恒星朝着我们运动，它的光被恒星或星系的原子吸收的地方会出现黑色的线条，因而看上去显得比较蓝。随着这颗恒星离开我们越来越远，这些线条就会始终向着红光的方向偏移，从视觉上看它发出的光会变红，这就是天文学家所说的“红移”现象。越遥远的星系的发光具有越大的红移，表明这个星系离开地球的速度就越快。
据科学家考察，最遥远的星系正以每秒几千米的速度向外运动。
那么，宇宙会不会永久地膨胀下去呢？这种膨胀是由什么引起的？为此人们进行了大量的观测与研究。
根据最新的观测资料，科学家发现，宇宙的膨胀速度正在渐趋减小。那么这又是由什么原因引起的呢？这种膨胀速度会不会最终停止下来，而导致宇宙开始收缩，并回归宇宙大爆炸之初的状态呢？或者在经历强烈的收缩之后，产生一次新的大爆炸，产生一个新的宇宙呢？
当然，要使宇宙终止膨胀，就需要一定量的引力。能否达到这个量，取决于宇宙物质的平均密度能否达到一个量，这个量就是临界密度。但是，如果宇宙存在大量的“暗物质”，那么它的平均密度就难测定了。
宇宙年龄的测定也是宇宙膨胀与否的一个指标，但宇宙年龄的测定难度也很大。
宇宙究竟是继续膨胀着，还是将要收缩呢？在我们现在的宇宙产生之前是否就曾有过这样膨胀、收缩的循环过程呢？目前还没有足够的理论来说明这个问题。
宇宙旋转探秘
地球一刻不停地自转，导致人类生活在昼夜交替的景色之中。宇宙间的物体很少有不旋转的，自转着的地球和所有它的自转着的姊妹行星都绕着自转着的太阳运行，而太阳又和数千亿颗自转着的恒星一道绕着银河中心旋转，组成我们的银河系。银河系的漩涡结构与奶油倒进一杯咖啡里形成的漩涡花样很相似。奶油的分子是由电子、质子和中子这样一些不停顿地旋转着的粒子组成的。而目前已知的宇宙中最小的和最大的物体，夸克和超星系团，也都在一刻不停地转动着。宇宙在旋转吗？如果它真的在旋转将产生哪些后果呢？设想在正方形的四角各有一个星系，若忽略星系间的引力相互作用，则它们将随着宇宙的膨胀而相互退行。在单纯膨胀的宇宙模式中，这个正方形仅仅是随着时间变大而已。在较为复杂的情形下，正方形切变为增大的平行四边形。但若宇宙在旋转，则星系将沿着螺线形轨道相互退行。1982年，法国天文学家保罗伯奇在研究130多个河外双射电源的观测数据时，发现这些源所在空闻磁场矢量的方位角与各相应射电源主轴的方位角之差，在一半天空为正值，而在另一半天空为负值。伯奇认为这是由于这些天体相对于星系际介质作旋转，而旋转轴与宇宙旋转的轴相重合的结果。他还计算出，宇宙旋转的角速度大约为每年2xl08角秒！
目前，宇宙学家和粒子物理学家公认的暴胀宇宙模型能够解释宇宙学中长期存在的一些谜：如在大尺度上宇宙是均匀的和各向同性的，宇宙的密度接近于使其停止膨胀所需的临界密度，等等。1983年，欧洲核子研究中心的伊里斯和奥立夫从理论上探讨了在早期宇宙中宇宙旋转对暴胀模型的影响。从观测到的2.7K微波背景辐射的均匀性（温度起伏在万分之一）可计算得：今天，宇宙作为一整体，其旋转速度不能大于每年4xl(Tn角秒，比上述伯奇的计算结果小3个数量级！至于宇宙为什么转得这样慢，伊里斯和奥立夫统一认为这是宇宙暴胀的自然后果。即使极早期宇宙旋转得很快，经过暴胀阶段它便急剧地减慢。因为，在暴胀阶段宇宙的体积增大了10多倍而其角动量却保持不变，犹如冰上舞蹈家张开双臂时其旋转速度自然减慢的情形一样。
与此同时，英国剑桥天文研究的费乃伊和韦伯斯特对伯奇处理观测数据的统计分析方法进行了检验。他们发现，伯奇所取射电源样本的延线（主轴）取向和其在天空的位置之间在扭转的意义上没有不对称的明证。他们还认为，伯奇发现的其他不对称性，包括来自这些射电源的射电波的偏振方向的不对称性，可能是由于在对视线方向星际介质的影响做校正时的系统误差所致。
但剑桥大学的统计学家肯德尔和杨对新获得的一些河外射电一的观测数据用他们自己发展的统计分析方法处理，所得结果却表明宇宙旋转现象是存在的。
1984年，加拿大多伦多大学的宓坦霍尔茨及克隆贝尔格对277个河外射电源的数据用适当的统计方法重复伯奇的分析，未获得大尺度各向异性或宇宙旋转的明证。同年，美国苏塞克斯大学的巴罗、索鲁达和波兰天文学家居斯凯维茨利用对2.7K微波背景辐射均匀性的最新测定值，从理论上探讨了对宇宙旋转角度的限值。他们的计算结果是：如果宇宙是开放的，也就是说如果宇宙永远膨胀下去，其旋转不能快于每年约109角秒。这一结论耷即排除了伯奇效应的任何宇宙旋转的解释，对于其他宇宙模型，限值更为严峻。
由此可见，宇宙是否在旋转涉及观测精度，处理数据所用的统计分析方法及宇宙模型等一系列问题，短期内还下不了结论。
宇宙有关“反物质”说法之谜我们都知道，目前人类观测到的世界是由物质构成的，而物质又是由原子构成的。原子的中心是原子核，原子核是由质子和中子组成的，电子在围绕原子转。
原子核里的质子带正电荷，电子带负电荷，它们携带的电量相等。从它们的质量比较上看，质子是电子的1840倍，形成了强烈的不对称性。因此，本世纪初有一些科学家就提出疑问，两者相差这么悬殊，会不会存在另外一种粒子，这种粒子与基本粒子电量相等而电荷相反？
1978年8月，欧洲一些物理学家成功地分离并储存了300个反质子达85个小时。1978年，美国新墨西哥州州立大学的科学家把一个有60层楼高的巨大氢气球放到离地面35千米的高空，气球飞行了8个小时，他们宣布捕获了28个反质子。从此，人们开始相信，每种粒子都有相应的反粒子。目前，科学家利用高能加速器巳制造出了反氘核和反氦核。
既然有反粒子的存在，人们很自然地联想到反氢分子、反元素、反分子，由此便构成了一个反物质世界。有人进一步提出假说：宇宙是由等量的物质和反物质构成的。如果真有反物质世界，那么，它只有不与物质会合才能存在。可物质和反物质怎样才能不会合呢？怎样才能判断出宇宙中哪些天体是物质，哪些又是反物质呢？为什么我们所知道的世界中反物质会这么少？
待人们去解开的谜团。
黑洞之谜
晴朗的夜晚人们遥望星空，那些亮晶晶的小星星看起来没有什么个性，它们存在的唯一证明只是它们的明亮。然而还有不发出亮光的星体，它们的意义更为重大。美国宇航局曾经发射了高能的天文观测系统，研究太空中看不见的光线。在发回的X射线宇宙照片中，最惊人的一幕是那些从前认为“消失”了的星体依旧放出强烈的宇宙射线，远甚于太阳这样的恒星体。这证明了长久以来一个怪异的设想：宇宙中存在着看不见的“黑洞”。
黑洞的性质不能用常规的观念思考，但是它的原理中学生都能接受。黑洞形成的必要条件就是：一个巨大的物体，集中在一个极小的范围。晚期的恒星恰巧具备了这个条件。当恒星能量衰竭时，高温的火焰不能抵消自身重力，逐渐向内聚合，原子收缩——牛顿法则起作用了：恒星进人白矮星阶段，体积变小，亮度惊人。白矮星进一步内聚，最后突然变成一个点，整个过程不到一秒。在我们看来，恒星消失了，二个黑洞诞生了。
一个像太阳这样大的恒星自身引力如此之大，可能最终收缩成一个高尔夫球，甚至“什么都没有”。由于无限大的密度，崩坍了的星体具有不可思议的引力，附近的物质都可能被吸进去，甚至光线都不能逃脱——这是看不见它的原因。这个深不可测的洞，就被称为“黑洞”。科学家相信大多数星系的中心都有黑洞，包括我们身在其中的银河系。根据相对论，90%的宇宙都消失在黑洞里。所以一种更令人吃惊的说法是：“无限的黑洞乃是宇宙本身。”
黑洞里面有什么？只能从理论上推测。假如一位勇敢的人驾驶飞船奔向黑洞，他感觉到的第一件事就是无情的引力。从窗口望出去是周围星光衬托下一个平底锅似的圆盘，走得更近了，远方似乎宽广的“地平线”发出X光，包围着深不可测的黑洞。光线在附近扭曲，形成一个光环。这时宇航员要返航已来不及了，双脚引着他向黑洞中心飞去，头和脚之间巨大的引力差使他如同坐在刑具台上，远在“地平线”以外3000英里，引力就把他撕碎了。
那么，怎么才能在无际的太空中发现黑洞呢？天文学家利用光学望远镜和X射线观察装置密切地注视着几十个“双子”星座，它们的特别之处在于两个恒星大小相等，谁都不能俘获谁，因而互为轨道运转。如果其中一颗星发生不规则的轨道变化，亮度降低或消失，有可能就是因为附近产生了黑洞。
人类为探索黑洞付出了不懈努力。最为成功的一次是在肯尼亚发射的第一颗X射线卫星观测系统，被称作“乌胡鲁”，这个装置在发射后运行3个月就感到天鹅星座的异常。天鹅座X一1星发出的“无线电波”使得人们可以准确地测定它的位置。X一1星比太阳大20倍，离地球8000光年。研究表明这颗亮星的轨道发生了改变，原因在于它的看不见的邻居——个有太阳5至10倍大的黑洞，围绕X一1旋转的周期是5天，它们之间的距离是1300万英里。这是人类确定的最早的一颗黑洞体。
自从哥白尼和伽利略以后，还没有一个关于宇宙的理论具有如此的革命性。黑洞的普遍性一旦证实，那么“宇宙不仅比我们所想像的神秘，而且比我们所能想像的还要神秘”。我们知道宇宙处于不断的扩张中，这是“宇宙核”初始爆炸的结果，宇宙核仍是一切物质的来源。当那里的物质越来越稀薄时，宇宙是否停止扩张？天体的巨大引力是否最终引起宇宙收缩？“相对论”回答：是的黑洞的存在部分地证实了它的预言。即使宇宙不会消失在一个黑洞中，也可能会消失在几百万个黑洞中。另外，彻底揭开黑洞之谜，还意味着给予有关人类终极命运的思索一个明确的答案。
长期以来，天文界对银河系的年龄说法不一。有的认为只有70亿岁，有的认为有200亿岁。1983年，美国教授纳斯詹姆士和彼雷迪马库，使用一种新的测量技术对银河系的年龄进行了反复的计算，结果最后测定银河系的年龄接近120亿岁。发明宇宙天文钟的荷兰天文学家经测量认为，1990年宇宙年龄的上限为120亿年。
银河系的结构的很久以来，天文学家一直认为银河系是一个游涡星系。但1991年，美国科学家认为银河系是棒旋星系，为此提出了种种线索。例如，银心附近的星际云的不规则运动是以一个棒为中心的。
银河系之谜
银河系的年龄
对银河系核心附近的恒星的近红外光观测，为棒状结构发现提供了直接证据。棒略微倾斜，它的东端向南倾斜穿出银道面，如它在天空中的大角厚度所揭示的那样，那部分离地球也比较近。经贝尔实验室的科学家计算，证明棒的重力将使附近的大质量星际气体云迅速地旋进核心，其结果很可能是激烈的中心恒星爆发。在爆发中，大量的非常亮的大质量恒星形成。
银河系的分子云
1982年美国科学家发现，在银河系外缘部有新的分子云。太阳系距离银河系中心大约3万光年。新近发现的分子云大约位于太阳系外侧3万至5万光年处，其主要成分是氢和一氧化碳分子云的范围大约为3万光年。
1996年，美国天文学家在靠近银河系中心的位置发现了一个天体。该天体被认为是一颗正在消亡的“中子星”。这是X射线天文学35年来的首次发现，引起了科学家们极大的兴趣，争先恐后地投入研究，以赶在该星体消亡前获得尽可能多的数据。
该星体的直径仅16千米，但却有巨大的质量——相当于太阳的质量；有巨大的重力场——相当于地球的1亿倍。该星体的密度极高，仅一手指尖大小的物质就有1亿吨。该星体从一个比它更大的伴星上吸取气体，获得能量，其抽取气体的力量之大可把这些气体加温至1亿摄氏度，并由此引发每半秒钟一次X射线长时间的爆发。该星体的独特之处还在于在X光波长上同时具有脉冲和爆发两种现象，还存在X射线大爆发现象，一天达二十余次。有的科学家说该发现是一个“奇迹之巅的奇迹”。
银河系的新星诞生
1989年，日本科学家在世界上首次记录了一颗银河系新星的诞生过程。他们借助微波干涉仪完成了系列摄影，根据这些相片可以观察到作为一颗新星形成过程的初始阶段怎样向银河中部的一个点集中。研究巳确定，即将从中产生恒星的气体星云直径总计为一光年；气体围绕“云雾”中心旋转的速度，边缘为一秒钟一公里，靠近中心为一秒钟三公里。
银河系存在巨大黑洞
天文学中“黑洞”是指演变到最后阶段的恒星，由中子星进一步收缩而形成的。黑洞有巨大的引力场，使它所发射的任务电磁波都无法向外传播，从而变成看不见的孤立天体。我们只能通过引力作用来确定它的存在，所以叫作“黑洞”，也叫“坍缩星”0由于天河中心释放出X光和电波，所以科学界认为银河中心存在着黑洞。但是，多年来科学界一直未找到证明黑洞确实存在的证据。
在1997年8月于日本京都市举行的第23届国际天文学联系总会上，美国及德国的两个科研小组同时报告：在银河系中心的确存在g大的黑洞，他们的研究巳找到了这种证据。两个小组的研究均得出几乎相同的结果，足可使银河系中心存在巨大黑洞成为事实。
找到这种证据的是德国麦克斯普兰克研究所的研究小组，另一个是美国加利福尼亚大学的研究小组。
德国的研究小组在以往的6年间，利用智利的3.5米口径望远镜，对处于天马星座银河系中心附近的星体活动进行了详细观测。发现在从银河中心到光行进一周时间的距离内的星体正以每秒约两千米的迅猛速度绕银河中心周围旋转。从这一速度计算得出，星体旋转轨道内侧的质量约为太阳质量的250万倍。将如此巨大的质量集中于如此狭小的范围内，除了黑洞没有其他可能。
