如果用光谱分析法分析来自天体的光，就能够检出氢、氧、碳等原子发出的、特定的、经过红移之后的波长。由此可以计算出这些特定波长发生的红移程度。按照多普勒效应，天体红移意味着宇宙在膨胀，广义相对论的引力场方程也有“膨胀的宇宙学”的解。于是形成了“宇宙膨胀论”。还有一些人提出了其他形式的宇宙论，如“稳恒态宇宙论”等。这些宇宙论也都主张宇宙膨胀。采用把红移换算成距离的方法，求得天体到地球的距离，随着所采用的宇宙模型不同而各不相同。
决定了宇宙模型，还应当从观测求出用哈勃常数表示的现在宇宙膨胀速度和用“减速参量”表示的宇宙膨胀减速率。
按照宇宙诞生之后就急速膨胀的宇宙模型，假定哈勃常数为50公里/秒/100万秒差距（1秒差距约为3．26光年），“减速参量”为0．5。可以计算出宇宙的年龄为130亿年，地球到宇宙的“尽头”的距离，从理论上来说应是130亿光年。
专家们认为，目前人们所知的宇宙的“尽头”是距地球117亿光年的天体——［4G41．17］。
那是在1988年8月，美国约翰斯·霍普金斯大学的钱伯斯和宇宙望远镜科学研究所的乔治·麦里发现了编号为［4G41．17］的天体。随后美国基特山顶的国立天文台对它进行了摄影和光谱观测。
对氢原子和碳原子发射光谱测定的结果表明［4G41．17］就是红移为3．8的天体，根据前面的模型，这个天体离地球是117亿光年。以前确认编号为［0902+34］的天体离地球最近，它与地球的距离是115亿光年。
光和电波以每秒约30万公里的速度传播。离地球117亿光年的［4G41．17］发出的光和电波经过了117亿年才达到地球。因此我们看到的是117亿年前的［4G41．17］的雄姿，这样我们不仅观测到了“远方的宇宙”，而且也观测到了“昔日的宇宙”。
通过钱伯斯的观测，清楚地表明了，在宇宙诞生后13亿年就有星系形成了。
在宇宙中被称为“黑暗物质”的粒子是很多的，它们占了宇宙质量的绝大部分。质子和中子等重子称为基本粒子。在“黑暗物质”密度非常高的地方凝缩起来就形成了星系。这就是星系形成的“背景模型”。根据“背景模型”宇宙诞生13亿年之后，就有星系形成了。
数年前人们观测到了红移为0．5，距地球60亿光年的星系，为了寻找更远的天体，人们又建立了多台直径为4米的大型望远镜，接着又开发了红外线摄像机和CCD（电荷耦合器件）摄像机等新技术。这为发现新的、距地球更远的天体提供了可能性。红移为7，也就是说，距地球大约125亿光年的星系很可能在不久的将来被观测到。如果发现了那样的星系，宇宙诞生后5亿年，星系就形成了。
经过各种努力之后，仍然不能发现比120亿年更早形成的星系，也许是宇宙诞生10亿年前后，那时“宇宙尘”很多，人们无法看见已经形成的星系。
面对探索宇宙边界的未来，或许当观测技术进一步提高，观测比［4G41．17］更远的天体，精密地求出其气体的化学组成将成为可能。这为进一步了解这些天体的形成过程创造了条件，从而也就可以更准确地推算出宇宙的年龄。也许人们能够找到真正的宇宙的“尽头”吧！
宇宙也会死亡
在宇宙死灭的时间和方式问题上，各种宗教分歧很大。有的宗教警告人们说，宇宙的灭亡就在眼前，到时将有启示录上所讲的大毁灭，罪人将受到严厉的审判。其他的宗教则教导人们，天国即将来临，我们现在所看到的恶劣而无常的世界将被取代。有些东方宗教则倾向于认为，世界处于轮回之中，这个世界的终结便是预示着另一个世界的再生。
现代科学对宇宙的终结有何看法呢？
热力学第二定律在无情地削弱宇宙的组织，使宇宙进入混沌。我们在宇宙的每一个角落都能看到，熵在不可逆转地增大，庞大的宇宙秩序在慢慢地然而也是确实地被消耗。宇宙似乎注定要继续衰败下去，走向一种热力学平衡状态，即达到最大的无序状态，然后就再也不会发生什么令人感兴趣的事了。物理学家们把这种令人沮丧的前景称作“热死”。
热力学第二定律对整个物理学来说是基本的定律，因而没有多少物理学家对其有效性提出怀疑。第二定律使世界带上了时间不对称性，使得过去和将来有了分别。违反热力学第二定律就等于将时间倒转。
然而，第二定律并没有讲述那些把宇宙驱向最大的无序的终结状态的灾难具有什么性质。在过去的30年里，随着现代天文学的飞速发展，已有可能从一些细节上详细说明那些最终将要毁灭宇宙的复杂组织的事件了。而且，我们也有可能详细说明我们周围的世界的活动了。
就我们所处的宇宙区域而言，地球的命运是与太阳的命运紧密相连的。地球上的生命以阳光为生，对太阳现状的任何大的破坏都会造成灾难。太阳很可能有什么变故，一有变故，地球就住不了人了。对太阳恒定的热输出的任何改变都能打破地球脆弱的气候平衡，使我们进入灾难性的冰期。与太阳风（即来自太阳表面的稳定的粒子流）相关的太阳系磁场的变化也可能带来同样的灾难性后果。我们地球附近若有哪个恒星发生了爆炸，便可能使我们陷入致命的辐射之中，某个黑洞穿过太阳系也可能使众行星的运行轨道发生变化。
但是，假如地球能逃脱所有这一切令人不快的可能性，它显然也不能永远维持现状，“永世长存”。太阳所辐射出来的大量的能量，得要用核燃料来补充，而太阳的燃料储备最终会用光的。天体物理学家估计，太阳耗尽燃料还得要40～50亿年。宇宙现在的年龄是180亿年，而太阳的年龄已在45亿年，正处在鼎盛的中年。
随着燃料的减少，太阳会膨大起来，变成天文学家所说的一种红巨星。太阳的内核在艰难地维持能量生产的同时，会收缩又收缩，直至发生了量子效应才使它稳定下来。在这个阶段，太阳可能膨胀得很大，以致太阳附近的行星会被它吞没，地球的大气也被剥离，岩石熔化，甚至汽化。以后，太阳会开始进入一个飘忽不定的生涯，现在十分充沛的氢燃料的核反应到时将会为效率不那么高的氦燃料核反应所取代，氦燃料烧完之后，将会有更重的、再更重的元素燃烧。
当最后所有的燃料耗尽时，太阳就是由铁一类的较重的元素构成的了。那时，核聚变不会再释放能量。铁是原子核的最稳定的形态。根据热力学第二定律，一切系统都寻求达到其最稳定的状态。在这一阶段，太阳的中心温度会稳步上升到接近10亿度。燃料耗尽之后，太阳内部外向的压力将减弱下去，引力将占据支配地位。一蹶不振的太阳将开始在自己的重压下收缩，使其内部的物质受到剧烈的挤压，其物质的密度将高达每立方厘米100万克。燃尽后收缩的太阳将会变得跟地球一样的大小，然后在多少亿年里半死不活地慢慢暗淡下去，最后冷却成为一个黑矮星。
在我们的星系以及所有其他的星系之中，到处都会有这同一套模式的重复：恒星先是不稳定，然后是燃料枯竭、恒星崩塌。所有的恒星会一个接一个地烧完自己的核燃料，最后再也支撑不住自身的重量，终于让无情的引力摧垮。
有些恒星（如超新星）死得颇为壮观。超新星内核先发生惊心动魄的塌缩，将超新星自身炸成碎片，释放出巨大的能量。这些突如其来的超新星爆炸之后，其中较轻的将变成一些弥漫的碎片，环绕在一块高度压缩的物质周围。在这高度压缩的物质之中，质量相当于太阳的物质能被压成一个直径只有几英里的圆球。这样的物质重量巨大无比，一调羹这样的物质就比地球上所有大陆的重量加在一起还重。如此巨大的重力连原子也承受不了。于是，原子被迫向里崩溃，变成了一些纯粹的中子。天文学家们熟悉中子星，因为他们在过去的超新星的爆炸碎片中时常发现中子星。
较重的死星在面对引力巨大无比的力量的情况下，甚至不能够以变成中子星的方式来稳定自身。它们会加速收缩，最后变成黑洞。
宇宙学家爱德华·哈里森描述了宇宙缓慢衰亡的过程，他的语言很是形象生动：
所有的恒星将会开始像即将燃尽的蜡烛一样暗淡下去，然后一个一个地熄灭。在空间的深处，那些宏伟的天体城邦，那些星系，将满载着多少时代的历史记录缓缓地死去。在成百亿年的岁月里，宇宙会越来越黑暗。偶尔会有几点光亮划破宇宙的夜幕，阵阵短促的天体活动使注定要变为星系坟场的宇宙得以苟延残喘。
物理系统在寻求最高熵状态的过程中探索了一些古怪的途径。随着我们所在的星系当中的恒星无情地燃尽，我们星系的组织也会开始瓦解。太阳之类的恒星若要燃尽，得需要几十亿年的时间，而在这段时间里，新的恒星将会不断地从星际气体中产生出来。较小的恒星走向死亡所花的时间，可能要几千倍于太阳死亡所花的时间，然而，锁闭在恒星之中的有序的能量最终还是以辐射的形式杂乱无章地散布到宇宙中去，我们所在的星系将会暗淡、冷却下去。其他的星系也会遭到类似的命运。
那些业已死亡的恒星仍会有大量的活动，但其活动的时间尺度大大增加了。恒星燃尽之后剩余的残骸在星系中漂游，时时会有碰撞发生。黑洞会吞没任何恒星以及它所遇到的其他物质。而且，假如像某些天文学家所认为的那样，我们的星系的中心有一个大黑洞，那么，这个黑洞将会越变越大。黑洞放射出来的引力辐射会使恒星的轨道慢慢地颓坏，因为引力辐射是空间的波纹，这些波纹会使一切大质量物体的轨道能量衰竭下去。在极长的时间里，恒星残骸会越来越靠近星系中心，最后被那永不知饱的黑洞吞没。有些死星却能逃离这一厄运，这是因为它们幸运地撞上了其他的恒星，这些恒星将它们撞出星系，成为星系之间茫茫无涯的空间中的孤独的漫游者。
对这样的死星来说，以及对所有逃脱死于黑洞这一厄运的气体和尘埃来说，这逃脱只是暂时的。假如大统一论是正确的，那么，这些宇宙流浪者的核物质就是不稳定的，大约1032年之后，它们的核物质就会蒸发干净。中子和质子变成正电子、电子，正电子和电子又进而相互湮灭，并湮没任何其他再生的电子。一切固体物质就这样分解了。这种大屠杀的最终结果是什么，要视宇宙实际膨胀速度而定。假如真是像有人估计的那样膨胀得较快，那么，快速膨胀的宇宙就会把电子和正电子扯开，使它们不能相撞，因而也就不会发生完全的湮灭，宇宙当中总是剩下一些粒子。那些湮灭的粒子则产生伽马辐射，伽马辐射本身也随着宇宙的膨胀而缓慢地减弱。除此之外，还有大爆炸残留下来的中微子和热辐射。所有这些东西都会逐渐冷却下来，温度跌向绝对零度，但它们彼此间的降温速度有所不同。物质（电子和正电子）冷却得比辐射快。因此，尽管物质和辐射都走向绝对零度，它们的温差也逐渐减小，但是，它们之间总有一定的温差，而这温差原则上讲是能用作自由能量（负熵）的来源的。因而，尽管这高度衰竭的宇宙的熵已接近其最大值，但从未达到其最大值，所以，在这一限度之内，热死永远也不会发生。
假如宇宙膨胀得较慢，电子和正电子的湮灭就会更容易发生。然而，电子和正电子相互毁灭并非是单纯的偶然碰撞的结果。电磁力使电子被吸引到正电子那里，使它们能够形成一些被称作电子对的“原子”。计算显示，在缓慢膨胀的宇宙中，大部分粒子在1071年之后都会成为电子对，但电子对这种原子实在是稀奇古怪，竟有千万亿光年那么大！这些粒子缓慢地环绕着彼此旋转，它们运动1厘米要花100万年的时间。电子对是不稳定的，它们的巨大轨道会因为它们发射的很低能的光子而非常缓慢地损坏下去。10116年之后，大部分电子对将会崩溃，所有的粒子将发生接触，于是立即会发生湮灭。在电子对的轨道崩坏期间，每个电子对“原子”将放射出不少于1022个光子，使熵大大地增大。
黑洞也并非一直静止不动。在第十三章里简要讨论过的量子效应表明，黑洞严格地说并不黑，而是借着热辐射一直在发着幽暗的光。一个质量跟太阳一样大的黑洞，其温度低得可怜，才只有绝对温度的零上100亿分之1度，而超级黑洞的温度更低。只要宇宙的背景温度高于它们的温度，黑洞就会通过吸热而非常缓慢地持续增大。当黑洞与其他物体或其他黑洞相撞时，仍然会出现一些活动，随着黑洞自旋的消耗，黑洞的旋转会逐渐慢下来。但是，当空间的温度最后降到黑洞的温度以下时，便会出现最为激烈的变化。
比其周围环境热的黑洞会损失热量，因而也就损失了能量。能量的损失将会使黑洞收缩。而黑洞收缩又会使温度稍微增高，使能量辐射加速。于是，黑洞便开始滑向遏制不住的蒸发过程。在极长的时间里，黑洞的收缩速度一直向上攀升，最后，大约经过10108年之后，那些起初比很多星系加在一起还重的黑洞将会缩得一干二净，无影无踪。
现在，人们都还不知道黑洞会如何死亡，但黑洞似乎有可能缩得极小，变得很热，于是开始创造物质。但黑洞在这一阶段只能存活几十亿年。最后，黑洞很可能爆炸，变成一些伽马射线，一点往昔存在的残迹都不留。
上述这些研究显示，我们现在所看到的这个充满活动、富丽堂皇的宇宙将会有一个惨淡的下场。尽管宇宙灭亡所需时间长得令人无法想像（请记住，10100是1后面有100个零），然而，看来没有什么疑问的是，我们目前所观察到的一切结构注定要消失，只留下那黑暗、寒冷、近乎空无一物的空间，其中的物质密度越来越低，只有几个零星的中微子和光子，以及很少的其他东西。很多科学家觉得这个场面很令人沮丧。
然而，宇宙还有另一种下场。之所以得出上述让人沮丧的结论，是因为假设宇宙会一直膨胀下去。这个假设并不确实。人们已知，宇宙的膨胀速度一直在稳步地降低，因为引力在抑制着星系分离。有些天文学家认为，宇宙的膨胀有一天会停下来。实际情况是否真是这样，要由宇宙引力的大小来定，而宇宙引力的大小又要由物质的密度来定。因为宇宙物质包括看不见的物质（如中微子和黑洞）以及看不见的能量（如引力波），所以，要想估计总体的物质密度几乎是不可能的。
