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宇宙是什么样的呢？这是和“我是谁？”、“我从哪来？”是同等高度的问题，从古至今，人们都没有停止对宇宙外太空的探索，从古时候的仰望星空，到如今的航空事业，无不说明了这一点。 宇宙是方的还是圆的？有没有界限？是不是像人类一样，也会不断地长大膨胀？还是慢慢缩小，或是保持不变？相信这曾是前人脑海中浮现出的一个又一个问题中的几个。 现在我们知道宇宙是膨胀的，就像吹气球一样，一点点地胀大鼓起来，时不时地也加个速，比如138亿年前宇宙大爆炸的那一瞬间，一秒都不到的时间，宇宙飞速膨胀！有时也会放缓速度，宇宙像个顽皮的孩子，随着性子，或是快或是慢的成长着。
怎么知道宇宙是膨胀的，又怎么测量它是加速了还是减速了呢？膨胀是由美国天文学家哈勃最早观测出来的，1929年，埃德温·哈勃发现遥远的星系似乎正远离我们而去。 为此，哈勃还提出了体积的概念，什么是哈勃体积呢？哈勃假设出一个球形的气泡，你站在气泡的中心，在气泡包围的区域内，所有的物体都会远离你而去，离去的速度小于光速；而在哈勃体积之外的所有物体远离你则会超过光速。
寻常生活中，最直观的事情莫过于观察，眼见为实，然而，很多时候在物理学中眼睛会欺骗你，你亲眼所见的并非是真实的。比如，下图两根线哪条更长一些呢？
所以，严谨的学者并不会说，我观察到的是这样，所以就是这样，会有相应的理论支持，而支持宇宙膨胀的理论就是多普勒效应。 别看名字很难懂，其实解释起来很简单。就是因为振源和观察者之间有着相对运动导致的的，这样观察者听到的声音频率和振源频率是不同的。假设振源是声源，当它向我们靠近时，我们听到的声音越来越高；而当它逐渐远去，我们听到的声音就会越来越低。生活中这样的例子比比皆是：一辆救护车或者警车从旁边呼啸而过，声音都是由刺耳变得越来越弱。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变就越明显，这就是多普勒效应的定义。 一说多普勒效应，看过生活大爆炸的人会忍不住咧起嘴角。里面有个怪才——物理学家谢耳朵（谢尔顿），有一集讲的是化装舞会上，谢耳朵选的是“多普勒效应”礼服，却被所有人当做斑马服。Sheldon衣服上的白色小圆点代表着观察者，黑白条纹示意波形，仔细观察，会发现靠近白色圆点的位置，黑白条纹越变越细，远离圆点，黑白条纹变粗了，模拟着波形的频率。
所有的波动现象都存在多普勒效应，无论是电磁波，还是光波。而埃德温·哈勃正是利用波的多普勒效应得出“宇宙正在膨胀”的结论的。在运动的波源之前，波被压缩，波长变短，频率变高；运动波源之后，则会发生相反的现象：波长变长，频率变低。应用到宇宙之中就是远离银河系的天体发射的光线频率变低，即移向光谱的红端，称为红移，当天体离开银河系的速度越来越快的时候，红移越大相反地，如果天体正移向银河系，则光线会发生蓝移。根据光波红/蓝移的程度，科学家们还能计算出星波源循着观测方向运动的相对速度。 红移增加的比例与距离成正比，这一关系为宇宙在膨胀的观点提供了有力的支持，包括大爆炸宇宙模型。其实，最初的时候红移是在可见光波段中被发现的，后来人们对电磁波谱各个波段都有所了解，任何电磁辐射的波长都被称为红移。即使有些红移是真的：比如γ射线、X-射线和紫外线等波段，波长变长确实是波谱向红光移动，有些红移却不那么名副其实：对于波长较长的红外线、微波和无线电波等波段，尽管波长增加实际上是远离红光波段，但还是被人们称为“红移”。 多普勒效应是怎么被发现的，又怎么会叫这么个怪名字呢？原来，它之所以得名是因为它的发现者叫做多普勒，全名克里斯琴·约翰·多普勒。多普勒1803年出生于奥地利的萨尔茨堡一个经营石匠生意的家族。1929年，多普勒毕业于维也纳大学，成为高等数学和力学教授的助教。1841年，因为出色的工作能力再加上几篇论文的助力，他转为理工学院的数学教授。 生活中的多普勒教授是位热衷于思考的人，一个休息日，他带着孩子出去玩，走到了布拉格理工学院附近有一条铁路附近，孩子们看到呜呜呜冒着烟的火车由远而近，觉得很有意思，拍手欢呼。 多普勒也被呼啸而过的火车吸引住了，他很好奇，为什么火车靠近时笛声越来越刺耳，在火车通过他们之后，声调逐渐降低了。这在生活中是很常见的现象，但是多普勒喜欢打破沙锅问到底，是什么导致的笛声声调高低变化的呢？ 虽然那天并没有思考出什么结果，但是多普勒一直没有放弃对这种现象的研究，直至频移现象被发现：振源与观察者间的相对运动使观察者听到的声音频率与振源频率不同，前文已经全面阐释过。 经过更加细入的研究，多普勒发现声源每完成一次全振动就会向外发出一个固定波长的波，那么，波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数（频率表示单位时间内完成的全振动的次数）。因此，观察者听到的声音音调，就是观察者接收到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数。所以，精益求精的多普勒不仅弄清了声源变化的原因，还研究出了声源和观测者之间的关系，并能用公式来计算表示。
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