我们在宇宙中处于怎样的位置，宇宙有没有起源，如果有，它如何起源？几千年来，人类观测宇宙的手段从肉眼发展到望远镜到人造卫星，视野从太阳系扩展到银河系再到河外星系。对宇宙的认识经历了蒙昧时期的神话。
神话时代
不管东方还是西方，几乎每个国家和地区都有自己的创世纪传说。西方说世界是上帝创造的，上帝先创造了男人亚当，然后又用亚当的一根肋骨创造了夏娃，此后才有了人类。而我们的神话中则认为世界是由盘古开天辟地之后女娲创造了人类。
“天地浑沌如鸡子，盘古生其中。万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地。盘古在其中，一日九变，神于天，圣于地。天日高一丈，地日厚一丈，盘古日长一丈，如此万八千岁。天数极高，地数极深，盘古极长。后乃有三皇。数起于一，立于三，成于五，盛于七，处于九，故天去地九万里。”——东汉末 · 徐整著《三五历纪》
从地平说到日心说
科学革命并不是“知识的革命”，而是“无知的革命”。真正让科学革命起步的伟大发现，就是发现“人类对于最重要的问题其实毫无所知”。——《人类简史》
地平说
天圆地方是各个文明对天地最朴素的感受。在古代没有观测仪器的情况下，感官经验提供的证据是几乎不可推翻，不容置疑的。
公元前6世纪，被称为“科学和哲学之祖”的古希腊泰勒斯，提出地球是一块圆盘，它漂浮在海洋中上下波动，所以时而有地震的发生。
地心说
公元前5世纪，数学家毕达哥拉斯从球形是最完美几何体的观点出发，认为大地与其他所有天体都是球形的，它们的运动是匀速圆周任务，地球处于宇宙的中心，周围是空气和云，往外是太阳，月亮，行星做匀速圆周运动的地方，再往是恒星所在之处，最外面是永不熄灭的天火。
后来，亚里士多德总结了3种方法来证明大地是球形的：
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越往北走，北极星越高；越往南走，北极星越低，且可以看到一些在北方看不到的新的星星。
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远航的船只，先露出桅杆顶，慢慢露出船身，最后才看得到整艘船。
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在月食的时候，地球投到月球上的形状为圆形。
托勒密体系
但地心说不能解释一些在地球上所看到的现象：从地球上看部分星体的运动轨迹，有时这些星体会往反方向行走。
公元140年，希腊裔的天文学家托勒密提出了一个完整的地心体系。在托勒密的模型中，其他天体是按着自己的本轮作匀速圆周运动，本轮的圆心按着均轮做匀速圆周运动。
托勒密的宇宙模型可以用作预测行星的运行路径，在精确度要求不是非常高的情況下，托勒密的理论解释了为何五大行星会有逆行的现象，并能用这个模型去预测行星的位置。
在往后的1300年里，托勒密的学说没有受到真正具有意义的挑战，千年来的学者均是在托勒密的基础上修正他的模型。现代的星空投影仪也是用托勒密模型的原理来做模拟投影。
地心说
然而，到公元1543年的时候，波兰天文学家哥白尼提出了完整了日心说宇宙模型。他认为宇宙简单的，而托勒密的本轮和均轮理论极端复杂，不符合宇宙的本原。如果太阳是宇宙的中心，地球围绕太阳运动做匀速圆周运动，而月亮是绕着地球做匀速圆周运动的话，完全不需要均轮。
但哥白尼的观点在当时是非常难以令人接受的，也不能与当时的观测数据吻合，因此日心说只受到了很少的关注。
1609年，开普勒用丹麦科学家第谷留下的精确观测资料测算出行星是沿椭圆轨道围绕太阳运动，修正了哥白尼的日心说。
1610年意大利物理学家伽利略通过自己制作的望远镜连续观察木星，他发现木星周围有4个暗弱的星体围绕着木星运转，木卫体系的发现直接说明了地球不是宇宙的唯一中心。
那行星为什么会有这样的运动方式呢？
开普勒曾经猜想，也许是磁力导致了这种运动。但后来牛顿认为支持这种运动的是重力，也就是万有引力，是万有引力让一个较大的星体可以将较小的星体吸引，行星的运动也可以通过严格的数学计算推导出来。
望远镜，观测宇宙的眼睛
望远镜对于人类观测宇宙的意义十分重大，自伽利略发明望远镜之后，人们致力于提供望远镜的性能。
1716年，英国天文学家哈雷提出，可以通过极为罕见的金星凌日的机会来测量太阳和地球的距离：当金星走到太阳和地球之间的时候，在地球上的两个不同的地方同时观测金星投影到太阳圆面两点的轨迹，由此可以推算出太阳到地球的距离。
直到1772年法国天文学家潘格雷分析了1769年金星凌日时的各国观测资料后，得出太阳与地球的距离约为1.5亿公里。
得知太阳到地球的距离以后，测算恒星距离的想法也因而产生。1836年俄国天文学家斯特鲁维测算出到织女星的距离约为4.3光年，1845年英国天文学家威廉·帕森思观测到旋涡星云，而这个猎犬座M51旋涡星云距离地球大约2300万光年。
光之中的秘密
1814年，德国光学家夫琅和费发现阳光投射到三棱镜后，投射出的光谱中存在许多清晰的线。而太阳光与人造光源的光谱的谱线分布完全一致。他意识到在光谱中隐藏着发出这些光线的化学元素的指纹，只要研究这些谱线，就能鉴别这些谱线是什么元素构成的，这些谱线也被称为夫琅和费线。
1880年威廉·哈金斯分析了太阳和其他恒星的光谱构成，发现都有着氢和氦的特征，这也说明太阳只不过是宇宙中一颗普通的恒星。
1842年奥地利物理学家多普勒提出，如果有两颗恒星在万有引力作用下，一颗朝向地球运动，而另一颗远离地球运动。若让这两颗星的光通过三棱镜，仔细观察他们的光谱，会发现不仅光的波长有变化，光的颜色也不同。向着我们来的恒星发出的光，波长相对压缩，反之则拉长。如此可以观测出恒星是否在运动，以及运动的速度有多大。
用宇宙中星球所发出的谱线来测量和观察星体的不同运动方向是多普勒运用夫琅和费线的一个创造，如果光源在向我们接近，夫琅和费线会向着光谱的蓝端移动，这被称为蓝移，反之被称为红移。
宇宙的起源是什么？
1912年到1922年间，美国天文学家维斯托·斯里弗观测了41个星系的光谱，发现其中的36个星系的光谱发生红移，他认为这种现象意味着这些星系正在远离地球。
从牛顿的万有引力出发，人们认为宇宙在时间上和空间上都是无限大的，所以在无限大的万有引力的作用下，星体应该不能保持自己的运行轨迹，宇宙中全部的物质迟早将聚集到一起。
1916年，爱因斯坦提出了广义相对论。在爱因斯坦的理论中，两个物体的相互作用，并不是像牛顿所说的那样直接产生引力，而是由每个物体对周围的时空产生影响，他们在时空中造成凹陷或扭曲。而当物体经过另一个物体的旁边，路径就会收到扭曲而偏向，这就好像是物质互相吸引一样。
1927年，比利时天文学家乔治·勒梅特计算出爱因斯坦场方程的一个解，发现宇宙在不断地膨胀。1929年，美国天文学家埃德温·哈勃发表其观测结果：距离银河系越远的星系退行越快。这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。
这个膨胀的宇宙和人们以前想象的无限的和永恒静止的宇宙完全不同。如果将宇宙膨胀的这一现象在时间上不断上溯，越早期的宇宙就会越小。那么总会有足够早的某个时刻，宇宙存在一个极度致密的状态，这便是宇宙的起点。
但1949年英国物理学家霍伊尔提出了质疑：“如果宇宙起源于大爆炸，那大爆炸之前，就没有宇宙吗？如果真的有大爆炸，那么它留下来的痕迹是什么？” 他是与大爆炸对立的宇宙学模型——稳态理论的倡导者。稳态理论认为宇宙不仅在空间上均匀，而且面貌不随时间上改变，随着宇宙扩张，新的物质会不断产生。
在霍伊尔提出质疑后，伽莫夫就在研究这个问题，他坚信即时是在100多亿年后的今天，高热爆炸产生的辐射也不会完全消失。
利用传统的光学望远镜，恒星和星系之间的空间（背景）是一片漆黑。然而，利用灵敏的辐射望远镜可发现微弱的背景辉光，且在各个方向上几乎一模一样，与任何恒星，星系都毫无关系，这种光的电磁波谱在微波区域最强。1965年，宇宙微波背景辐射的发现，让主流物理学界广泛接受大爆炸理论对宇宙的描述比稳态理论正确。
1970年，霍金提出，如果广义相对论和经典物理学是正确的，那么时空中一定存在奇点，而且黑洞和宇宙大爆炸都会存在，而且是不可避免的。
但宇宙大爆炸学说并不是完美的，在标准大爆炸模型中，随着更加古老的光到达地球，新的区域落入到地球的可观测范围之内，但这些区域的背景辐射也有着几乎相同的温度等特征。这带出了一个难题。
为了解决这个问题，1980年美国理论物理学家阿兰·古斯提出了暴胀模型的想法，暴胀模型认为在大爆炸之后的后10^(−36)秒开始，持续到大爆炸后10^(−33)至10^(−32)秒之间，整个宇宙急剧扩大。暴胀之后，宇宙继续膨胀，但速度则低得多。
虽然造成暴胀的详细粒子物理学机制还没有被发现，但是基本绘景所作出了多项预测已经被观测所证实
爱因斯坦广义相对论所描述的重力，是时空扭曲所产生的一种现象。质量可以导致这种扭曲，质量越大所造成的时空扭曲也越大。当物质在时空中运动时，时空的扭曲也会跟着移动。这些有加速度的物体运动时所产生的扭曲变化会以光速像波一样向外传播。这一传播现象就是引力波。
2014年3月17日，哈佛－史密松天体物理中心的天文学家宣布利用BICEP2探测器在宇宙微波背景中观测到引力波的效应，这成为大爆炸理论和暴胀模型的强烈证据。
思考科学
科学发展的本质
大爆炸理论是否是最终答案
