從宇宙到宇宙學
在歷史的絕大部分時間裡，宇宙作為整體是神話的領地，而非測量的對象。改變這一切的，是一個大膽卻行得通的假設：你在實驗室裡驗證的同一套物理——重力、熱力學、原子光譜——統御著整個宇宙。接受這一點，宇宙便成了一道你真能解出的物理習題。本主題的一切都押在這個賭注上，而它一再兌現。
實用的簡化是宇宙學原理：在足夠大的尺度上，宇宙是均勻的（處處相同）且等向的（各方向相同）。在局部，宇宙壯麗地凹凸不平——恆星、星系、空洞——但把大於約三億光年的區塊平均起來，凹凸便被抹平。正是這種對稱使數學變得可解：單一個時間的函數就能描述整個宇宙。
還有一份免費的禮物：因為光以有限的速度 c 行進，看向遠方就是看向過去。一個十億光年外的星系，我們看見的是它十億年前的模樣。宇宙是它自己的史書，而望遠鏡是一台指向過去的時光機。
萬物正各奔東西
1929 年，哈伯發現了現代宇宙學由之展開的那個單一事實：遙遠的星系正離我們而去，而且星系越遠、退行得越快。速度正比於距離。這就是哈伯定律。
退行速度隨距離線性增長。斜率 H_0（哈伯常數）約為每百萬秒差距 70 公里每秒。
我們由紅移量測那速度：退行光源的光被拉長到較長（較紅）的波長，正如遠去的警笛音調變低。波長被拉伸的比例定義了紅移 z。
紅移量度一段波長在發射與觀測之間被拉伸了多少。
把影片倒著放
若宇宙今天在膨脹，那麼昨天它更小、更緻密，也——因為壓縮氣體會使之升溫——更熾熱。把膨脹倒推得夠遠，你會抵達一個熾熱緻密到超乎我們所能建造的時期。那個外推就是大霹靂：它不是空間之中的一聲爆炸，而是空間本身的膨脹那熾熱緻密的起點，約在一百三十八億年前。
協和模型
把證據拼在一起——哈伯膨脹、微波背景、氦的豐度、星系的成長、遙遠的超新星——得到一幅出奇一致的圖像，即宇宙學標準模型，通常稱為 \LambdaCDM。它對當今宇宙的清點令人謙卑：只有約 5% 是普通物質（一切由原子構成之物、所有恆星與氣體），約 27% 是暗物質，而約 68% 是暗能量。
再讀一次這份清單：宇宙的 95% 是我們看不見、也不理解的東西。然而容納它的模型卻是精密的勝利——它寥寥數個參數，被彼此吻合的獨立資料集釘死到百分之一的精度。本主題其餘部分將逐一拆解它：膨脹如何運作（指南 2）、熾熱的早期宇宙及其餘暉（指南 3）、暗的那 95%（指南 4），以及最前沿最深的未解之謎（指南 5）。