我们对宇宙的运行方式认识的发展也许是人类最伟大的智力成果。由于人类掌握了物理定律，因此即便是距离地球几十亿光年的恒星和星系，都可以获得它们的准确信息。爱因斯坦的相对论修正了牛顿运动定律，因而人类能计算星体的质量，通过接受来自这些星体的光谱分析，了解到它们的化学成分信息。
人类大脑为了达到提升生存能力这一基本目的而与非洲平原上的其他动物竞争，这是不可避免的，考虑到这一事实时，我们就会发现人类的思维能力是如此强大。尽管我们已经发现了被称为阿贝尔1835IR1916星系，距离我们有132亿光年，但在地球与宇宙最遥远边界的范围内，摆在我们面前的仍然是未知的迷。
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中微子都到哪去了？
自1897年英国物理学家汤姆森发现电子后，要想进一步了解基本粒子结构变得越来越难。在过去无知的年代，原子被认为是不可分割的。事实上，“原子”这个词来源于古希腊词，意为“不可分割”。电子发现后，人们才意识到大多数原子的质量都集中在一个微小的原子核内，并绕原子做轨道旋转。后来人们发现原子核是由质子（于1919年发现）和中子（于1932年发现）组成的。然而，如果将原子分裂成质子，中子和电子数是不够的。人们证明了电子只是不同粒子中一种叫“轻子”的粒子，而质子和中子本身是由更小的粒子——夸克组成。还有一种叫“规范玻色子”的粒子也是原子中的一部分，但目前中微子的去向问题仍困扰着我们。
中微子与电子很相像，只不过中微子不带任何电荷，且运行速度接近光速，却不作用于任何物质。每秒钟都会有上万亿的中微子穿过我们，而我们对此浑然不觉。1930年，第一次有人提出关于中微子存在的假说，它的存在能够解释原子核衰变过程中能量和动量出现明显损失的原因。直到1956年，人们终于通过实验发现了中微子的存在。
然而，要想在理论和实验之间找到平衡显得更加难以捉摸。太阳的原子反应产生的中微子数量可以通过测量接收到的能量预知，但中微子实际检测数量远低于预测的数量。这种差异是由不同类型的中微子引起的，一些中微子本身带有质量，一些则没有，那么中微子究竟有哪些类型呢？对来自太阳和其他的宇宙力量的能量进行测量，我们可以得到一个答案，对中微子的直接检测显示出另一个答案，而粒子物理中所谓的“标准模型”给出了第三个答案。这似乎表明，这个促成宇宙结构的形成且又难以捉摸的“暗物质”可能是由中微子组成的，但在弄清中微子有几种类型以前，我们对其在暗物质中扮演的角色仍一无所知——这也把我们引入下一个问题……
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什么是暗物质，它从何而来？
1962年，美国物理学家兼哲学家托马斯·库恩出版了他颇具影响力的著作《科学革命的结构》，书中他提出了“范式转移”的概念，他认为范式的突破会引发科学革命，从而使科学获得一个全新的面貌。哥白尼的日心说，牛顿的重力和运动定律，爱因斯坦的相对论和量子力学等，都是范式转移的例子。库恩表示这种剧变不仅仅会出现在科学领域，在社会、文化和历史领域也出现过范式转移。
在科学发展史上，当旧的理论越来越难以解释新出现的观测结果，且现有猜想的全部框架开始吱呀作响时，范式转移出现的时机也就成熟了。天文学和宇宙学目前就在经历这样一个阶段，尽管这场革命早75年前就已开始了。
1934年，瑞士天文学家弗里茨·兹威基发现星系轨道速度十分异常。星系运动方向由引力决定，但在星系中却不存在明显的引力。事实上，一个星系中所含的物质远超过了100种，而兹威基为解释星系运动，巧妙地提出了“暗物质”这一概念。暗物质看不见，不与电磁辐射相互作用，但它有质量，能产生引力，由此造成星系运动的异常。暗物质存在于过去被认为是“空的”宇宙空间内，当然现在已知道并不是空的。
就像兹威基提出抽象的暗物质概念一样，人们很难检测到暗物质，所以该理论一直未引起重视。直到上世纪90年代，现有理论受到越来越多观测数据的挑战，人们需要利用暗物质进行解释各种现象。暗物质的存在不仅能解释我们目前所观测到的星系的旋转运动，还能解释星系最初是如何形成的。宇宙大爆炸后第一时间内开始形成暗物质，我们的世界因此发生变化。这进一步证明，没有暗物质的存在就不可能形成整个宇宙。事实上按保守估计，暗物质总量在宇宙物质中约占80%。
2009年12月，斯坦福大学参与低温暗物质搜寻的研究人员对外宣布，他们可能已经发现了暗物质存在的直接证据（尽管他们承认有23%的可能性是其他物质）。但究竟什么是暗物质以及它从哪里来，在目前来说仍然是一个谜。但接下来这个问题也许不像暗物质那么神秘了……
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什么是暗能量？它来自哪里？
1998年，从遥远的星系测得的数据中我们得出一个结论：这些星系正以超过我们预期的速度快速向外扩散，这不禁使得我们对宇宙的奥秘更加好奇。结论显而易见：宇宙不仅在膨胀，且其膨胀速度也在加快。这与近一个世纪前引发爱因斯坦提出“宇宙常数”的问题相类似。尽管爱因斯坦原本的意图是保持宇宙恒定不变，解释静态宇宙的存在。但随着“宇宙并非处于静止状态而在不断的膨胀中”这一观点被越来越多的人所接受，爱因斯坦提出的“宇宙常数”也就被淘汰了。但是没有任何东西可以解释宇宙膨胀速度加快的原因。
然而爱因斯坦的理论再次帮助我们揭示了这个问题——他提出的著名质能方程式：
E＝mc2
表示物质和能量之间存在等价性，由此推断出暗物质和暗能量之间也必然存在相似的结论。宇宙的膨胀速度可以解释为暗能量作用的结果，这些暗能量的来源与暗物质的来源一样神秘莫测。但最新预测表明整个宇宙的物质能量中，72.8%由暗能量组成，另有22.7%由暗物质组成，仅有4.6%才是我们认为的普通物质——普通物质占整个宇宙的物质能量不到1/20，因此它并不是普通物质，而成了稀有物质。
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哈勃常数的真正意义是什么？
上世纪20年代，美国天文学家埃德温·哈勃建立了一条简单法则：
V=H0D(www.xing528.com)
他把向外飞离的星系速度V与其离地球的距离D之间建立了一个关系。而H0便是哈勃常数，该法则表明宇宙膨胀的速度取决于哈勃常数值，且宇宙的年龄计算也基于该常数。哈勃定律可以帮助人们通过计算宇宙向外退行的速度知晓，当宇宙所有物质都处于原来位置时大爆炸发生的全部情况。
星系运行的速度可以从我们接收到的光的红移速度判断出来，但该星系与我们之前测出的距离准确性还不很高，这说明哈勃常数H0的数值不同。最近关于宇宙膨胀速度加快的一个新发现也表明，哈勃常数可能并不是一个恒定的数值，因此天文学家已经改称它为“哈勃参数”。
当前对于哈勃常数的计算表明，宇宙的年龄介于136.4亿—138.6亿岁之间，但该数值会随着哈勃常数值的变化而不断调整。
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一些星系距离地球很远且退行速度很快，人类将永远无法知道它们的存在吗？
将哈勃定律和爱因斯坦的狭义相对论结合考虑，我们就能知道，不仅一些星系正在以接近光的速度远离我们，而且宇宙本身也在向外膨胀之中，且退行速度明显大于光速。这种情况下，我们所能观察到的宇宙的边界距离大约为460亿光年。这就引出了一个问题：这些星系是否会继续以超过光速的速度向外退行，使得它们发出的光自大爆炸以来就没能有时间进行传播，且将来也不会有足够的时间传播到地球上来？
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光速会一直保持不变吗？
爱因斯坦的广义相对论大多是建立在真空中一个基本恒定的光速条件下的，且在不同地方、不同时间该速度依然保持不变。这一理论长期以来与许多测量和观察结果没有出入，但上述列出的条件表明，光速是会随着宇宙的变化而变化的。尽管还没有相关实验证据能够支持这个观点，仍有一些科学家认为其有一定道理……
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光速在哪都保持恒定不变吗？
即使在宇宙任何角落光的速度都相同，但在宇宙外的遥远星系中光速还是会发生变化，这是引起爱因斯坦广义相对论与实际测量数据不一致的原因。
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外星智能探索的科学家在1977年8月15日发现的所谓WOW！信号是什么？
致力于研究外星智能探索的杰里·埃曼博士【（俄亥俄州立大学的外星智能探索项目（SETI）】于1977年8月15日意外接收到了一个与外太空截然不同的无线电信号，该信号噪声比正常背景噪声大30倍，且持续了72秒。当计算机把信号的代码打印出来后，埃曼博士用笔将异常的细节圈了出来，他认为这些都是人工产生的信号标志，并在边上写了“WOW！”（表示惊讶“哇！”）。然而该信号再也没出现过，也没有发现与之类似的信号。
一些人看到这一信号后认为是宇宙中存在智能生命的证据，还有人认为它是地球发出的信号，只不过被一块太空碎片反射回来了。但是没人能真正解释什么是WOW！信号。
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产生伽马射线暴的原因是什么？它的威力能毁灭地球？
伽马射线在距离地球数十亿光年远的地方闪闪发光，它的产生可能与遥远星系的大爆炸有关，伽马射线照射到地球所持续的时间在几毫秒至几分钟不等。到了末期，伽马射线会发生爆炸，释放出的能量可能比太阳在其整个生命周期释放的能量还要多。由于它们释放的能量巨大，伽马射线暴（Gamma Ray Bursts，缩写GRBs）被认为出自超新星爆炸事件，即是在大质量恒星爆炸中形成中子星或黑洞时产生的。
到目前为止检测到的所有伽马射线暴都处于银河系以外，这对我们来说是幸运的。因为如果在我们星系内存在伽马射线暴的话，它的爆炸释放的电磁能足够消灭地球上所有的生命。但目前还没有将伽马射线暴的产生与某一超新星爆炸联系起来，人类还不能解释伽马射线产生的机制。
科学正是专家们的无知所坚信的信仰。
——理查德·费曼（1918—1988）
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