爱华网2006年12月3日，瑞典皇家科学院宣布，将本年度诺贝尔物理学奖授予美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特，以表彰他们精确测量了宇宙微波背景辐射的黑体谱形，以及其温度在空间不同方向的微小变化。他们用COBE卫星进行的精确观测，为宇宙起源的大爆炸理论提供了有力支持。大爆炸理论的确立，终于使人们对宇宙的起源有了接近一致的认识。什么是大爆炸？关于宇宙的起源，人类在认知上又经历了怎样的历程呢？
宇宙从何而来
我们在宇宙中处于怎样的位置？宇宙有没有起源？如果有，它是怎样起源的？几千年来，人类观察宇宙的手段，从肉眼发展到望远镜和人造卫星；视野从太阳系扩展到银河系和河外星系，而对宇宙的认识则经历了蒙昧时期的神话、古代哲人的猜测、文艺复兴以来的科学革命，直到20世纪现代宇宙学的诞生。
“大爆炸”理论认为，约140亿年前，宇宙从极端高温高密的状态起源，随着体积的膨胀和温度的下降，以质子、中子等基本粒子形态存在的物质，首先结合形成氘、氚、氦、锂等较轻的元素，随后进一步冷却，形成恒星。在恒星内部合成碳、氧、硅、铁等更重的元素，再抛射到周围形成行星。最后在像地球这样条件适合的行星上演化出生命，成为目前的宇宙。
宇宙有一个开端的想法并不新鲜，圣经中就描绘了上帝用7天创造世界的故事。三国时徐整所著的《三五历记》，记录了盘古开天辟地的神话。徐整在《三五历记》中说：“未有天地之时，混沌状如鸡子，盘古生其中，万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地。”天每日升高一丈，地每日下沉一丈，盘古在中间每日长高一丈。这样过了一万八千年，天变得非常高，地变得非常深，天地之间相隔九万里。虽然这些数据没有什么科学根据，但是从观念上来讲，它有了膨胀速度，天地的年龄。另外，还给出了天和地的距离。可以说这些观念跟我们现在的大爆炸学说还是有些相似的。
爱钻牛角尖的希腊人
公元前5世纪，爱琴海的萨摩斯岛上，有一位发明了几何学中“勾股定理”的数学天才——毕达哥拉斯。毕达哥拉斯从球形是最完美的几何体的观点出发，认为大地是球形的，而且所有天体都是球形，它们的运动是匀速圆周运动。地球处于宇宙的中心，周围是空气和云，往外是太阳、月亮、行星作匀速圆周运动的地方，再外是恒星所在之处，最外面是永不熄灭的天火。
毕达哥拉斯的宇宙模型并没有说明地球有多大，日、月、星辰离地球有多远。最早根据实测数据算出地球大小的人，是公元前3世纪的希腊天文学家埃拉托西尼。埃拉托西尼生活的地方，是埃及的亚历山大港。他当时已经知道地球是球形的。他听说在埃及阿斯旺附近有一口深井，在每年夏至的时候，太阳光可以直接射到这个井的底部，这说明太阳光在当地是垂直入射的。然后，埃拉托西尼就在埃及北方的亚历山大找了一个方尖塔。他在夏至的那一天，测量了斜入射的太阳光与垂直于当地地面的方尖塔之间的角度，这个角度实际上就是从阿斯旺到亚历山大的这一段距离（相当于地球的一段弧长）所对应的圆心角，当时他测得的是七度多一点，相当于一个圆周角的大约五十分之一，就是三百六十度的五十分之一。那这一段弧长，也就是说从阿斯旺到亚历山大的距离，也就相当于地球周长的五十分之一。这样一来，如果他知道从阿斯旺到亚历山大的距离，将这个距离乘以五十，就是地球的周长。埃拉托西尼当时测得的结果，相当于三万九千多千米，跟我们现在知道的地球四万千米的周长几乎相差无几。
月球离地球有多远呢？当时希腊人已经猜测到，月食是因为地球走到太阳与月球之间而引起的。出生于萨莫斯岛的阿利斯塔克提出，测量月食时掠过月面的地影与月球的相对大小，利用几何学方法，可以算出以地球直径为单位的地球至月球的距离。
公元前150年，古希腊又出了一位叫依巴谷的天文学家。依巴谷重复了这项工作，他得出地球到月球距离是地球直径的30倍。根据埃拉托西尼求得的地球直径计算，月球到地球的距离就是382680千米，他还同时得出了地球与太阳的距离。
阿利斯塔克和依巴谷知道，在月球的一半被太阳光照亮的时候，也就是我们所说的弦月的时候，地球、月球和太阳，组成一个直角三角形。地月距离相当于一个短的直角边，而日地距离相当于斜边。阿利斯塔克测得这两条边的夹角是八十七度，实际上那个夹角应该是八十九度还要多，非常接近于九十度。因此他利用这个三角关系所得出的结果，即地球到太阳的距离是地球到月球距离的十九倍，尽管跟现代的结果差了很多。但这已表明地球到太阳的距离很远，太阳应该是个比地球大很多的天体。
地心说与日心说
公元140年，埃及的亚历山大城里，出了一位希腊裔的天文学家，他的名字叫托勒玫，他提出了一个完整的地心体系。托勒玫认为地球处于宇宙的中心。为了解释观察到的太阳、月亮、和金、木、水、火、土星等7个天体的运动，就把它们在不同距离围绕着地球做匀速圆周运动的轨道，称之为“均轮”；在每个天体的均轮之上，又加了一个小圈，叫做“本轮”。除了沿着均轮运动，它还在各自的本轮上打转。这就是托勒玫的“地心说”，他用天体的“均轮”和“本轮”较好地解释了天体的运动。
然而随着观测精度的提高，为了解释天体运动需要引入越来越多、越来越复杂的本轮和均轮体系。到16世纪的时候，有一个人站出来表达了相反的观点。他认为，是地球绕太阳，而不是太阳绕地球旋转。这个勇敢的人，就是波兰天文学家尼古拉·哥白尼。哥白尼认为，宇宙应该是简单的、和谐的。极端复杂的“均轮”和“本轮”，不符合于宇宙的本原。他指出如果宇宙的中心不是地球，而是太阳，五大行星，加上地球和月亮，都围绕着太阳运转。而月亮不仅围绕着太阳运转，它还首先围绕着地球运转。如果是这样的话，就不需要复杂的本轮和均轮而可以自然地解释它们的运动。
哥白尼的日心体系改写了托勒玫延续千年的宇宙模型，开启了天文学的革命。然而，因为沿袭了旧体系中天体做匀速圆周运动的思想，仍然未能彻底摆脱本轮、均轮观念的束缚。
哥白尼死后66年（即1609年），德国天文学家开普勒在《新天文学》一书中宣布，他用丹麦天文学家第谷留下的精密观测资料发现行星是沿着椭圆轨道围绕太阳运动。开普勒的发现打破了天体必须做匀速圆周运动的传统观点，并彻底消除了哥白尼体系中的均轮和本轮。几乎与此同时，另一位科学家的发现宣告了“地心说”的终结。
伽利略与牛顿
1609年的一天，意大利物理学家伽利略听说市场上在出售一件有趣的东西，一根镶有玻璃片的管子。这件被当成玩具出售的东西出自荷兰。伽利略经过研究，自己制作成一架口径4.4厘米，长1.2米，放大率32倍的望远镜。他开始用望远镜来观察天体。伽利略首先观测了一些比较近的天体，如太阳和月亮。他看见太阳上面有黑子。而月亮上面有环形山和陡峭的峡谷，所以就开始怀疑天体为完美球形的传统观念是否正确。
伽利略接着开始观察水星与火星，最终，他被木星吸引住了。从1610年1月起，伽利略连续观察木星，他发现在木星周围有4个暗弱的星体在围绕着它运转。这4颗卫星后来被称为“伽利略卫星”，它们的发现表明了托勒玫地心宇宙体系站不住脚。因为，人类第一次发现了有天体围绕着不是地球的行星在运行。地球是宇宙中心的说法，再也说不通了。
自伽利略发明望远镜后，对宇宙的观测便日新月异。望远镜能够发展到今天的水平，还得感谢牛顿对它的改进。牛顿生于1642年。1661年，他离开家乡伍尔索普，前往剑桥大学三一学院，于1665年毕业。随后的18个月，他回到家乡躲避瘟疫，研习数学，发明了微积分。1667年，牛顿回到剑桥，于次年成为剑桥大学卢卡斯数学教授。
不久，牛顿着手对望远镜进行了改良。他发明了使用反射镜而不是透镜制作的望远镜，这使得镜筒变短，并观察到更清晰的图像。后来巨型的望远镜就是在此基础上发展起来的。正是这项发明，引起了皇家学会对牛顿工作的注意。已经得享大名的牛顿，开始思考运动定律以及物体如何移动的问题。
伽利略和开普勒的研究结果，都支持哥白尼的学说。但是，究竟是什么原因维持着这些天体的运动呢？开普勒曾经猜想，也许是磁力造成的这种运动，但是真正解决这个问题的人是牛顿。牛顿认为，支持这种运动的可能是重力，比如地球对地球上的物体的一种往下的很强的牵引力。
这种力就是所有物体间普遍存在的万有引力。由于万有引力，一个大质量的物体，才可以把一个较小的物体吸引到自身上，所以，苹果才会从树上落下来。牛顿把他的理论应用于天体的研究，他发现，包括月球和行星的运动，都可以通过严格的数学计算和推导得出来。这样他就终于证实，万有引力是维系天体运动的原因。这些结果发表在他的《自然哲学的数学原理》一书中。从此，“日心说”的建立，就有了坚实的理论基础。
托勒玫的宇宙模型，到牛顿时期被彻底摈弃了。牛顿认为，是万有引力支配着宇宙，是它使得人能够牢牢站在移动的地球上。也是它让行星围绕太阳运动，而均匀分布恒星的无限宇宙也因引力平衡而永恒不变。
恒星有多远
17至18世纪，望远镜性能有了长足的进步，天体方位的测量精度提高了几十倍。1716年，英国天文学家哈雷提出，利用金星凌日的机会来测量太阳和地球的距离。当金星走到太阳与地球之间时，从地球上不同的两个地方，同时观测金星投射到太阳圆面两点的轨迹，由此即可推算出太阳与地球的距离。可惜金星凌日十分罕见。直到1772年，法国天文学家潘格雷在分析了1769年金星凌日时各国天文学家的全部观测资料后，得出太阳与地球的距离为1.5亿千米的结论，才实现了这一设想。
用什么样的方法才能测出遥远恒星的距离呢？最早尝试的一个人是伽利略。他提出的方法是：由于地球围绕着太阳运转，如果我们把地球围绕着太阳运转的轨道两端作为两个观测点，在这端观测一下所要测量的恒星，半年之后，到另一端再看那颗星，我们就会在更遥远的恒星背景上看到这颗星有移动，然后按照三角方法测量出它的距离。
这个方法原理虽然简单，但由于恒星距离太远，实测非常困难。许多天文学家多次努力都未获成功。直到1836年以后，3位不同国籍的天文学家才根据伽利略的方法，成功地对恒星距离进行了测算。
这3位天文学家当中，有一个俄国人，名叫斯特鲁维。他用一台德国光学家夫琅和费制作的高品质望远镜对星空进行观测。他发现，哪颗恒星移动的位置最大，就表明它离我们最近，光度也越亮，观测的精度也最高。斯特鲁维将望远镜对准了织女星和邻近一颗暗星的相对位置，他测出织女星的视差为0.125角秒。所谓视差，即是以日地距离为基线进行三角测量时，在不同位置和时间所得出的角距离。1角秒视差对应的距离，是太阳到地球距离的20万倍，这称为1秒差距。离我们最近的恒星视差为0.76角秒，距离地球大约4.3光年，恒星的距离就这样算出来了。
天文学家才发现，原来恒星的距离远比伽利略想的要远得多。譬如说织女星，现在我们知道它离我们二十六光年。也就是说，织女星现在发出的光，要过二十六年以后才能到达地球。
旋涡星系
一位定居英国的德国人——威廉·赫歇尔提出了估计恒星距离的另一种方法。他认为，假如所有恒星的真正亮度与太阳相同，那么看上去亮度越暗的，距离就应该越远。威廉·赫歇尔用这种方法，估计银河系的尺度至少为2600光年。从此，人类的视野从太阳系扩展到了更为广阔的宇宙空间。
望远镜在宇宙探索中取得的成就，促使人们不断努力提高它的性能。1845年在爱尔兰中部的比尔城堡，第三代罗斯伯爵威廉·帕森斯建造了一架口径1.8米、重达10吨的望远镜。牛顿时代，望远镜的镜片很小，只能看到月亮、太阳和一些行星。而罗斯伯爵的这架望远镜，镜片的直径足有1.8米，它是当时世界上最大和倍率最高的望远镜。使用这架望远镜，罗斯伯爵看到了一个呈旋涡状的美丽星云。
英国皇家天文学会极为重视罗斯伯爵的发现，在这个学会1850年的记录里，我们看到了这个旋涡星系的素描画。这是有史以来人类首次观测到旋涡星系。天文学家们后来了解到，这个旋涡星系的距离为2100万光年，远远超出了银河系10万光年的范围。
无论在托勒玫还是哥白尼的体系中，恒星都是固定在天球上不动的。但是，天文学家发现，事实并非如此。1718年，哈雷把他测定的大角星和天狼星的方位与1500年前托勒玫的观测结果比较，发现这两颗星有了明显位移。这是怎么回事呢？
原来恒星并不是像水晶球似的固定在天球上，它们实际上会在万有引力的作用下相对运动。我们可以把这种运动分解成两个成分：一个是在天体和我们之间的连线上的运动，叫做“视向运动”；另外一个是和这个方向垂直的运动，就是通常我们看到的在天球上的移动。这个移动是对于比较遥远的恒星的背景来说的，称为“自行”。单位是一百年走了多少角秒。这个数值很小，一般也是很难测的，但是总可以测出来。而在“视向方向”的速度，在当时就没有什么办法测量。
多普勒妙方
1842年，在维也纳，一个名叫多普勒的奥地利物理学家发表了一篇讨论双星颜色的论文。他认为，如果有两颗恒星在万有引力作用下，围绕同一轨道运行，其中一颗朝向我们运动，而另一颗则远离我们运动。若让来自这两颗星的光通过三棱镜，仔细观察它们的光谱，就会发现不仅光的波长有变化，光的颜色也会不同。恒星运动的信息，就隐藏在这光线里。
当恒星向着我们来时波长相对压缩，频率变高；离开我们而去时波长拉长，频率变低。这样在颜色上就会显示出来，因为长波是发红的，短波是发蓝的，如果有这样的变化，那就可以看出它的运动方向和速度大小。这种现象称为多普勒效应。1812年德国物理学家夫琅和费在太阳光谱中发现了狭窄的暗线，由于测量谱线位移远比测量连续谱颜色的变化容易，从而为利用多普勒效应测定天体视向速度铺平了道路。
八十多年以后，美国天文学家哈勃正是运用这种效应，做出了宇宙正在膨胀的重大发现。
1859年，英国天文学家威廉·哈金斯用一台装有高色散分光仪的20厘米望远镜，开始观测一些亮星的光谱，并在其中找出了钠、钙、镁等化学元素的谱线。1868年，他利用多普勒效应，首次从谱线的微小位移测出了天狼星的视向速度。1880年前后，哈金斯对太阳光谱中构成谱线的化学元素进行分析，以了解太阳和恒星都是由何种成分构成的。哈金斯发现，太阳和恒星的光谱线中都有着清晰的氢和氦的特征线。于是他得出结论：太阳和恒星主要是由氢和氦构成的。这一发现宣告太阳和遥远的恒星没有什么差别。人类也因此进一步了解到，地球不是宇宙的中心，太阳也同样不是宇宙的中心。
1923年10月4日夜晚，埃德温·哈勃在洛杉矶威尔逊山天文台那架口径为2.54米的望远镜前观测。当他把望远镜锁定在仙女座大星云时，底片上出现了一颗他从未见过的星星。第二天，他又发现了两颗。这一发现预示人们的视野将超越银河系，进入一个前所未知的广阔宇宙。
弯曲时空
1905年，一个在瑞士伯尔尼专利局工作的小职员——德国犹太人阿尔伯特·爱因斯坦发表了一篇关于运动物体的电磁现象的论文，提出了狭义相对论。10年之后，他又提出了广义相对论。相对论同量子论一起推动了20世纪物理学的革命，也为从整体上研究哈勃发现的星系宇宙，奠定了理论基础。
20世纪以前的物理学，建立在牛顿绝对时空观的基础上。时间永恒地均匀流逝，空间是不动的舞台，两者相互独立并且不受物质的影响。爱因斯坦的革命性发现是：时间和空间是不可分割的统一体，时空告诉物质如何运动，而物质告诉时空如何弯曲。
在爱因斯坦的理论中，两个物体间的相互作用并不像牛顿所描述的那样，彼此直接产生引力，而是由每个物体对周围的时空产生影响，它们在时空中造成凹陷或扭曲，一个物体经过另一个物体的旁边，路径就会受到扭曲而偏向，这就好像是物质互相吸引一样。
为了便于理解，让放在橡胶膜上的一个重物代表恒星或整个星系，橡胶膜上的网格代表时间和空间。重物的质量越大，空间和时间凹陷的程度也越深，那些从附近经过的东西也就越难逃脱坠落在这个大质量物体上的命运。为什么时间和空间会是弯曲的呢？
这首先要从什么是平直时空说起。古希腊有一位数学家叫欧几里德。他发展的一套几何学理论，就是欧式几何。他从一些基本的假设、公设出发进行推导，可以推出很多定理。其中有一条公设叫做“第五公设”，又叫“平行公设”。根据这条公设，可以推出三角形的三个内角之和总是等于一百八十度。平面上的三角形，显然是满足这个条件的。所以人们把凡是符合欧几里德这套几何学的空间，叫做平直空间。
十九世纪初，德国数学家高斯、匈牙利数学家鲍耶、俄国数学家罗巴切夫斯基等人认识到，除了平直空间以外，没有第5公设的非平直空间在逻辑上也是可能的。在这样的空间中，三角形的内角之和未必是180度。描述这种空间的几何学叫做非欧几何。我们怎么理解非欧几何呢？比如我们看一个球面，如果你在球面上画一个三角形，也叫球面三角，你会发现它的三个内角之和加起来并不等于一百八十度，而是超过一百八十度。另外还有一种曲面，叫做“双曲面”或者“马鞍面”，在这些面上，如果画出一个三角形，你会发现它的三个内角之和小于一百八十度。你可能说，实际上这并不是一个真正的三角形，而是弯曲的，因为它局限在这个曲面上。但是，其实这是从三维的观点来看二维。如果你局限在二维里，比如你是一只蚂蚁，在球面上爬，你就没有办法跑到球面里头、跑到三维空间里去，只能局限在二维空间里。我们也是一样，我们就局限在这个三维空间里，不可能从更高维的空间里来观测这个现象。所以对我们来说，同样存在这个空间究竟是平直的，还是非平直的这样一个问题。
爱因斯坦理论
非欧几何虽然被发现了，但在爱因斯坦之前，它仅仅是在理论上可能。而爱因斯坦的相对论说明，在大质量物体附近的时空，真的就需要非欧几何来描述，这就是所谓弯曲时空。爱因斯坦并且预言，由于时空弯曲，从太阳表面附近经过的星光会偏折1.75角秒，是牛顿理论预言值的2倍。1919年5月发生的日全食，提供了判决两者孰是孰非的绝佳时机。英国天文学家爱丁顿领导的两个远征队，分赴巴西东北海岸的索布拉尔和西非几内亚湾的普林西比岛进行观测。半年以后，英国皇家学会正式宣布，他们的观测结果符合爱因斯坦的预言！这个消息立刻轰动了世界，广义相对论从此得到科学界公认。
爱因斯坦建立广义相对论后，立刻开始思索是否可以用它来研究整个宇宙的性质。
当时人们认为，宇宙在时间上和空间上都是无限的。宇宙中有无限多的物质，这些物质整体上是静止的，而不是处在一种运动的状态。但是如果在一个无限大的宇宙中有无限多的物质，那么，就会有无限大的万有引力。这些万有引力迟早会发生作用，使得宇宙中全部的物质最后都聚集到一起，形成唯一的一大块物质。这样就形成了牛顿宇宙学的一个很深刻的内在矛盾。
爱因斯坦认为，利用非欧几何里的弯曲空间可以解决这个问题。所以，他在1917年提出了一个宇宙模型。这个模型的空间部分是一个球面，弯曲的空间使得宇宙看起来是有限的。因此可以避免引力变成无限大的问题。但是爱因斯坦发现，和牛顿的宇宙一样，这个模型里的物质也很难保持静止不动。他想了一个办法，在他的广义相对论方程当中加入了一项表示斥力的常数，叫做“宇宙学常数”。加入这个宇宙学常数之后，引力和斥力能够保持平衡，这样，这个空间就可以保持永恒静止了。
很快有人反对爱因斯坦的这个静态宇宙模型，第一个提出质疑的是俄国学者阿列克谢·弗里德曼。在1922年发表的一篇论文中，弗里德曼求解了不包括宇宙学常数的广义相对论方程，发现宇宙不会静止不动，而是要么膨胀、要么收缩。爱因斯坦看到弗里德曼的论文后，给发表它的杂志去信，说弗里德曼可能算错了。弗里德曼并没有屈服于爱因斯坦的权威，他详细写出了自己的计算过程给爱因斯坦寄去。后来，爱因斯坦在同一个杂志上发表声明，承认自己错了而弗里德曼是对的。
弗里德曼不仅发现宇宙有可能膨胀和收缩，而且他还认识到，如果假定空间有最大的对称性，那么三维空间的几何只有三种可能：一种是我们熟悉的欧几里德空间，即平直空间；一种是爱因斯坦模型中类似球面的空间，即闭合空间；还有一种是类似马鞍形的双曲面空间，即开放空间。在此后几十年的时间里，探索宇宙空间的几何形状一直是宇宙学家们最重要的课题。
另一位从理论上研究宇宙学的，是比利时神甫、洛文天主教大学的物理学教授乔治·勒梅特。在1927年的一篇论文中，勒梅特指出爱因斯坦的静态宇宙模型是不稳定的，如果宇宙学常数的斥力稍稍超过物质的引力，宇宙就会开始膨胀，而且越膨胀越快。
20世纪初，天文学家想要了解的是银河系以外是否还有类似银河的星系。有些人猜测，旋涡星云就是其它的银河系，即康德所说的宇宙岛，利克天文台的柯蒂斯也这样主张。但是，威尔逊山天文台的沙普利则估计银河系的尺度约有30万光年，他认为旋涡星云应该还在这庞大的银河系内。1920年4月，他们两个人在华盛顿举行的美国科学院会议上进行了一场大辩论。两个人的论据似乎都有道理。究竟谁正确呢？
这时，一位天文学界的新秀——埃德温·哈勃来到了威尔逊山。哈勃明白，要弄清星云的本质，关键是要测定它们的距离。他手里有两个完成这项任务的有利条件：一是威尔逊山上清澈的大气和无风的稳定状况，极适合天文观测；二是威尔逊山天文台有当时世界上威力最大的、口径2.54米的望远镜。
哈勃观察着那些遥远的星云，夜空是如此的浩瀚，怎么才能测算出它们的距离呢？
1912年，哈佛大学天文台的女天文学家赫丽塔·勒维特在南半球天空的麦哲伦星云中找到了一类特殊的天体，叫做“造父变星”。它们的亮度先是快速上升，随后缓慢下降，呈周期性变化，越亮的造父变星光变周期越长。不久，勒维特的发现就被哈佛天文台台长沙普利知道了。沙普利立即认识到，通过造父变星可以推算出星团的距离。怎么推算呢？假定不同距离的造父变星有相同的周光关系，如果在距离未知的星团中发现了一颗造父变星，根据观测到的周期从已定标好的周光关系得出其光度，然后就可从其测得的视亮度算出它所在星团的距离了。沙普利正是用这种方法测定出银河系的尺度为30万光年，虽然比实际值偏高，但这种方法还是帮助他做出了太阳并不在银河系中心的重大发现。
哈勃发现令人吃惊的结果
哈勃用同样的方法在仙女座大星云和三角座星云中发现了一批造父变星，推算出它们的距离都是93万光年，甚至远远超出了沙普利的大银河系的范围。从此人们知道，天上许多暗弱的星云并不属于银河系，而是一个个独立的星系。当他确定了一批星系的距离以后，又拿这些距离跟它们的光谱的位移来进行比较，得到的结果使哈勃大吃一惊。
哈勃发现，大部分星系的光谱都发生了红位移，距离越远的星系红移量越大。根据多普勒效应，这意味着所有的星系都在远离我们，而且离我们越远的星系，退行的速度也越快。哈勃在1929年发表的这个初步结论后来被更多观测所证实，成为人们公认的“哈勃定律”。其中速度与距离成正比关系的比例常数，被称为“哈勃常数”。
哈勃定律的重要意义在于，它显示出宇宙中的星系就像一个膨胀气球上的斑点，彼此分散运动，从而为弗里德曼和勒梅特的膨胀宇宙模型提供了观测依据。哈勃的观测证实了，这个膨胀的宇宙和以前人们想象的那个无限和永恒的宇宙完全不同。仿佛电影中的画面，若倒着播放，所有的星系都在时空中逆行，它们将越来越靠近。如果不断沿时间上溯，越早期的宇宙就会越小，那么，总会有足够早的某个时刻，宇宙处在非常致密的状态，这便是那个“奇点”。那一点表示了宇宙的创生。我们能看到的一切，所有恒星、所有行星、所有地球上和宇宙中的生物，都有赖于那一刻的创生，这就是我们后来所说的“大爆炸”宇宙模型。
这时，勒梅特听说了哈勃的发现，他知道这是自己一直等待的结果，他决定找到爱因斯坦，当面向他陈述自己的想法。1931年，爱因斯坦访问威尔逊山天文台，哈勃是主人，勒梅特也赶到加州和他们见面。他们推心置腹地讨论了各自的观点。在一次演讲中，勒梅特以诗意的叙述向爱因斯坦陈述了他的理论。按他的说法，宇宙是从一个“原始原子”开始，不断分裂膨胀而成的，就如同一颗小小的橡果，长大成为一棵参天的橡树那样。他还以哈勃的观测为证，说明宇宙是创生于“没有昨天的那一天”。演讲结束的时候，他看到爱因斯坦站起来说：“这是我所看到过的最美丽的结果”。从那时开始，爱因斯坦承认引进“宇宙学常数”是他一生最大的失误。
前景似乎一片光明，但一个新的问题也随之产生。在当时，哈勃取得了这些进展以后，有很多科学家还是不太相信宇宙学。因为当时哈勃测量的精度比较低，如果按照当时测量所得到的星系退行的速度V和距离D来计算，出现了一个很大的矛盾。我们知道距离除以速度，得到的就是时间。如果假定这个星系可以往回退的话，总有一个时间，它会退到一个原点上，就是它最初出发的那个点上。那么这一段时间，实际上就是宇宙的年龄。当时哈勃得到的宇宙年龄是约二十亿年，可是当时地质学家们通过研究地球上最古老的岩石，得到的一个结果，这些岩石的年龄不小于四十亿年。宇宙的年龄怎么可能比地球的年龄还小呢？一定是什么地方出了问题。
霍伊尔说：我反对
1948年的一天，英国广播电台正在播出一个宇宙学的科普节目，主讲人是剑桥大学的数学家弗里德·霍伊尔。由于事先进行了预告，引起了许多人的关注。霍伊尔在节目里说：“你们可能跟我一样，在成长过程中了解到，宇宙是在某个久远的时间点以前由一次大爆炸形成的。现在我要告诉你们，这是错的。”
霍伊尔对宇宙有一个起点的说法提出了一系列质疑，他特别反对宇宙起源于一次大爆炸的观点。实际上，“大爆炸”这个词正是他在电台科普节目中用来嘲讽勒梅特的“原始原子”理论的。1948年，他与同事邦迪和戈尔德一起提出了与大爆炸理论完全对立的“稳恒态宇宙”理论。
霍伊尔认为大爆炸理论很荒谬。他问道：“如果说宇宙起源于大爆炸，那么大爆炸之前难道就没有宇宙吗？”这从哲学上让人感到困惑。所以他提出了所谓完美宇宙学原理的假设，认为宇宙不仅在空间上均匀，而且面貌不随时间改变。霍伊尔的这个稳恒态理论的要点是，虽然我们所处的这部分空间是在膨胀，这个星系之间的距离是越拉越大，但是中间会不断有新的物质产生出来，填补由于宇宙膨胀造成的物质的变稀。所以，你看上去宇宙总是这个样子。
由于新物质的产生会保持宇宙内稳定的密度，所以霍伊尔认为宇宙是稳恒态的。但是这个理论遇到一个问题，即它不能解释宇宙间的新物质是如何形成的，因为霍依尔的“稳恒态”违反了物质守恒和能量守恒的原理。
霍伊尔辩称他的理论虽然有这样的问题，但是和大爆炸理论相比，大爆炸理论要求整个宇宙是一下子创生出来的，而稳恒态理论只要求物质是一点一点创生出来的。所以他认为，从哲学上看，他这个理论并不比大爆炸理论更令人难以接受。而且由于宇宙永远看起来是相同的样子，所以也就避免了宇宙的年龄问题。
由于哈勃根据星系退行速度测算出宇宙年龄只有20亿年，导致霍依尔的“稳恒态”一时占了上风。因为根据霍依尔的理论，既然宇宙一直存在，也就不会出现地球年龄大于宇宙年龄的矛盾了。正当宇宙年龄所造成的疑惑使大爆炸理论陷入困境的时候，天文学家发现，哈勃当年测定的星系距离全都偏低，由此推算出的宇宙年龄也自然就偏低了。为什么会出现这种情况呢？
1948年，美国帕洛玛山天文台5米望远镜投入使用，取代威尔逊山天文台的望远镜成为当时世界上最大的望远镜。德国后裔的天文学家沃尔特·巴德用这个望远镜做出了一个新的发现。他发现，原来沙普利也好，哈勃也好，他们所选用变星的光度的起点都定得有问题。这就好像一个灯泡本来是一百瓦却被误认为四百瓦，所以他们定出来的距离就差了很多。这一发现纠正了哈勃的测定结果，所有的河外星系的距离，都比原来定的要远一倍。
当初哈勃不知道这种差别，导致他将星系的距离低估了一倍，因此也就将宇宙的年龄低估了一倍。在改正了这个错误以后，宇宙的年龄就不会比地球的年龄低了。沃尔特·巴德的发现，为大爆炸理论的确立扫除了一个障碍。
霍伊尔的另一个质疑是，勒梅特并没有具体说明“原始原子”究竟是什么，它是如何形成、又如何崩解为各种元素的？自19世纪中叶，光谱分析应用于天文学以来，人们在天体中发现了几十种元素，最常见的是氢和氦。进入20世纪以后，物理学家又陆续发现原子核是由质子和中子组成的。在适当条件下，较重的原子核可以裂变为较轻的核；较轻的核也可以聚变成更重的核。在此过程中释放出的能量，可以为恒星提供足够的能源。
霍伊尔和他的合作者阐明了元素在恒星内逐级合成的具体反应过程，直到今天，这仍然是教科书中的标准理论。从哈勃望远镜拍摄到的一颗新的恒星在星云中形成情景的照片可以看到，当空间中的氢原子由于引力逐渐凝聚到一起，形成越来越大的球体时，恒星形成了。当恒星像滚雪球似的越滚越大时，引力造成的内部压力也越来越高。这种压力会把氢原子紧紧压合在一起，产生聚变反应，形成新的元素“氦”。当氢燃烧完后，恒星内的氦可以再聚变为氧和碳，如此持续，合成越来越重的原子，直到铁的产生。比铁更重的元素则可以在一些特殊的环境，如大质量恒星演化晚期的超新星爆发中产生。而组成我们身体的碳、氧、铁等重元素，都是先在恒星中产生，再于恒星爆发后被抛射出来，在太空中像灰尘一样地游荡，直到跟其它的星尘混合，因重力形成新的恒星。可以说，我们每个人都曾经是某颗恒星中的一部分。生命，也由此产生。
给我证据
1954年在太平洋比基尼珊瑚岛进行了一次氢弹核爆试验，它通过裂变反应发生爆炸。在爆炸的中心可产生上百亿度的高温，这与大爆炸后1秒钟内宇宙的温度相当。高温引发氢核产生聚变反应，形成氦核，同时在这过程中释放出更大的能量。
霍伊尔关于重元素在恒星内合成的理论固然非常成功，但却不能解释轻元素氦在宇宙中含量高达1/4的观测事实。因为假如这么多氦都是在恒星中合成的话，恒星非常多，那么夜晚也会比白天还亮了。1946年，移居美国的前苏联科学家伽莫夫另辟蹊径，提出了宇宙中的氦主要是在大爆炸后不久的高温条件下合成的理论。
这个理论的要点是：在宇宙大爆炸后的高温高密下，物质不可能以它现在的分子、原子形式存在，而只剩下一些基本粒子，比如说光子、电子、正电子、质子、反质子、中子、反中子、中微子等。随着宇宙的膨胀，温度就降低了，当温度下降到十亿度时，一些原子核就形成了，这中子和质子的比例是1比7。氦的原子核是由两个质子和两个中子组成的，中子不稳定，它必须结合到原子核里去。中子全部结合完以后，还剩下一些质子，这样可以算出来，剩下的质子和中子的质量比例，应该是氦核占百分之二十五，氢原子或者氢原子核，也就是质子占百分之七十五。这个比例跟我们天文观测的结果是非常符合的。这是很不简单一件事情，可以说，它是一个预言。
但是，霍伊尔不愿意承认这一点，他提出了一个尖锐的问题：如果宇宙起始于一次大爆炸，在那种高温高热状态下所产生的辐射一定会在太空中留下某种痕迹，即使是在大爆炸已经过去了140亿年的今天，也应该能找到哪怕一丁点儿辐射痕迹的残留。可问题是这个痕迹能找到吗？
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