宇宙微波背景辐射的研究最早源自美国科学家阿尔弗和赫尔曼的预言。1948年，他们预言因宇宙的膨胀和冷却，宇宙大爆炸产生的残留辐射现在所具有的温度大约在绝对零度以上5K。绝对零度等于摄氏零下273度。最新的精确测量结果显示，宇宙微波背景辐射的温度是零下270摄氏度。当时，他们的预言没有引起人们的普遍重视。
1965年，美国新泽西州贝尔实验室的两位无线电工程师阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊，在为跟踪一颗卫星调整一个高灵敏度的无线电天线这个偶然的机会下，发现了宇宙微波背景辐射的宇宙辐射场。其实，在1964年，这两位工程师就在检测无线电天线接收卫星信号功能的时候发现，天线接收过程中存在着无法消除的背景噪音。他们认为，这些背景噪音是来自宇宙的微波噪声，波长为7．35厘米，如果假设它们是热辐射，温度就是3．5K。1965年，他们发现宇宙微波辐射之后，将3．5K更正为3K。之后，他们将这一发现公诸于世，1978年，他们因为这一发现获得了诺贝尔物理学奖金。
几乎与贝尔实验室的两位无线电工程师同时，附近普林斯顿大学中由罗伯特·迪克领导的一个科学家小组，已经肯定阿尔弗和赫尔曼之前作出的预言，并开始着手设计一台能探测到大爆炸残留辐射的探测器。
他们听说贝尔实验室的接收机器中存在着无法消除的噪声，就立即将它们解释为源自大爆炸的残余辐射，相当于电磁波谱的微波部分波长为7．35厘米的某种无线电波信号。他们假设辐射是热辐射，那它的能量就相应于2．7K的温度，这与两位工程师的结论非常相近。
1989年，美国宇航局的探测卫星又探测到0．5毫米～5毫米波段的微波信号。
这些有意无意探测发现的微波，被称为“宇宙微波背景辐射”。宇宙微波背景辐射的存在，强有力地支持了宇宙大爆炸理论。
微波背景辐射首先也是最主要的特征是具有黑体辐射谱。能在地面上直接探测到的是0．3厘米～75厘米波段，其余波段的都不能直接探测到。大于100厘米的射电波段无法直接探测，是因为银河系本身的超高频辐射把来自河外空间的辐射掩盖掉了。而小于0．3厘米波段因受地球大气辐射的干扰，凭借气球、火箭或卫星等空间探测手段才能探测到。从0．054厘米到数十厘米波段内进行的测量显示，背景辐射是温度接近于2．7K的黑体辐射。
黑体辐射谱的特征表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有辐射与物质相互作用，才能形成黑体谱。但我们现在所观测到的黑体谱一定起源于很久之前，因为我们现在宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质之间的作用非常之小。微波背景辐射中应该包含比遥远星系和射电源索提供的更古老的信息。
微波背景辐射另外一个特征是具有极高度的各向同性。这个特征包含着两方面的含义，一方面是在小尺度上有各向同性，微波背景辐射在几十弧分的范围中的辐射强度的起伏小于0．2％～0．3％；另一方面是大尺度上的各向同l生，即使是在天体的各个不同方向上，辐射的涨落相差也不到0．3％。这一特征说明，在各个不同方面和各个相距非常遥远的空间中，是存着相互联系的。
宇宙微波背景辐射似乎被多数科学家看成是宇宙大爆炸学说的重要论据。大爆炸后物质的射电辐射，随着宇宙的不断膨胀而衰减，温度也逐渐下降。1949年，美籍俄人盖莫夫估计，宇宙物质的射电辐射大约与3K（约零下270℃）温度下的黑体辐射相当。如果是这样，地球上接收的微波就是来自于整个宇宙。
而事实是，这种微波信号不一定来自整个遥远的宇宙，它还极有可能是太阳等离子云层对太阳微波的反射。
厘米波段的信号可能是比较重的元素的等离子体反射的；而毫米波段的信号可能是质子、Q粒子反射的。这与地球上空不同的离子层反射不伺波长的短波一样。这算得上是对宇宙微波背景辐射的一个质疑。
而质疑不只是这一个。近年来，有的天文学家还提出了不同的怀疑。
中国的欧阳埏先生在《宇宙演化》中指出，近来的测量表明，背景微波辐射在宇宙中有O．1％的变化，狮子座方向的地方温度最高，宝瓶座方向的地方温度最低，温度随角度遵循余弦曲线的规律变化，与黑体辐射谱有差异，且从统计的数据来看，差异是显著的。
所以，只要通过实验证明了微波背景辐射并不是来自于宇宙深处，而是来自于太阳等离子云层，那么“宇宙微波背景辐射”就应改称为“太阳微波背景反射”，而且这也直接证明了2光年高空存在等离子云层。
宇宙之谜4：暗物质
提到宇宙，我们首先想到的几乎都是太阳、月亮、星星等发光发亮、能肉眼观测到或用望远镜观测到的其他星体。而宇宙遵循的并不是“所见即所得”的原则。许多科学家都认为，发光发亮的物质仅是宇宙中很小的一部分，大部分都是暗物质，且它们包围着宇宙中的每个星系，现有的科技手段还无法直接检测到。
所谓的暗物质，指的是那些由天文观测推断存在于宇宙中不发光的物质。目前人们通过引力产生的效应能推断出宇宙中存在着大量的暗物质。暗物质有可能是由轻量级的中微子组成，也有可能是看不见的黑洞。
能推断出宇宙中存在暗物质的事实主要有三个：
第一个：我们的宇宙虽然处在膨胀状态，但高速运动中的星系不会相互散开，仅靠可见物质，它们是无法做到这一点的。太阳系中太阳的质量占整个星系的99．86％，所以离太阳近的行星受到的太阳引力，比离太阳远的行星大，那么，离太阳近的行星绕太阳公转的速度要比离太阳远的行星快，因为只有这样才能产生更大的离心加速度来平衡较大的太阳引力。但在星系中心，离星系中心近的恒星的运动速度，并不比离得远的恒星的运动速度快。这就说明星系的质量并不是几种在星系的中心，在星系周围一定存在着大量的我们看不见的暗物质。
第二个：因天体的亮度能反映处于天体的质量，所以天文学家常常用星系的亮度来估算星系的质量。而通过引力也能估算出星系的质量，但这样估算出的银河系的质量，比根据亮度估算的银河系质量高十倍以上，在外围区域甚至能高达五千倍。从这个方面也能推断出，宇宙中必然存在着大量暗物质。
第三个：20世纪70年代，天文学家测量旋涡星系中不同恒星的速度后，画出了表现它们到星系中心距离之间关系的“旋转曲线”。原本认为，恒星的速度在增大到一个峰值后，会逐渐随着远离星系而逐渐减小，但测量的结果却不是这样的。实际测量显示，恒星的速度确实会先增大到一个峰值，但随着逐渐远离星系，它们的速度是保持基本、不变的，也就是平坦的旋转曲线。如果是这样，在星系的边缘恒星应该就被甩出了星系，但它们是安稳存在的，也就是说一定有科学家们没有探测到的暗物质维系住了它们。
宇宙中有暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学家通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等各个方面的研究，指出我们目前所知道的宇宙只占真实宇宙的4％，暗物质则占23％，剩下的73％是导致宇宙加速膨胀的暗能量。
1933年，瑞士天体物理学家弗里茨·兹维基在研究后发星系团（位于后发座天区、距离我们较近的一个规则星系团）的时候，发现星系间的引力很小，是无法维持住整个星系团的，所以，他首先提出了宇宙中存在暗物质。“暗物质”这一概念刚刚提出的时候，它仅是理论的产物，但到了现在，它已经成为宇宙的重要组成部分。
暗物质和暗能量被科学家们看作是宇宙研究中最有挑战性的课题。因为目前的科技水平还无法直接观测到暗物质。但我们却能明显地感受到暗物质的存在，它能干扰星体发出的光波或引力。对于暗物质，科学家们曾提出了许多假设，但直到现在那些假设也没有充足的证据证明。
一个质量非常大的天体，如星系团的周围会出现许多“弧线”，它们是背景星系所发出的光被前方的星系团引力扭曲、放大后所产生的像。通过对这些弧线的大小和形状的研究，天文学家能计算出星系团的质量。而将星系团的质量与星系团中发光星系的总质量相比，就能计算出星系团中存在多少暗物质。
由计算得知，暗物质的总质量是普通物质的6．3倍，它包含的能量占宇宙能量的l／4。更重要的是，暗物质是宇宙结构的主导。暗物质的本质是什么，现在还无人能知，但如果假设它是一种相互作用很弱的亚原子粒子的话，那由此形成的宇宙大尺度结构与观测是一致的。但近来通过对星系以及亚星系结构的分析可知，这一假设与观测结果之间存在着一定的差异。这就为同时出现多种可能的暗物质理论提供了条件。通过研究小尺度结构密度、分布、演化以及其环境，能区分这些潜在的暗物质模型，这为暗物质的研究带来了新的曙光。
那么，暗物质在宇宙中是怎样分布的呢？
首次绘制出的暗物质分布图是令人信服的，它是证明暗物质是恒星和星系赖以支撑的框架的证据。
从分布图上，我们可以看到，暗物质不是处处分布，只在某些地方聚集成团状。将星系的图片与暗物质的分布图重叠后，我们发现，星系与暗物质的位置是基本吻合的，有暗物质的地方就有恒星和星系，没有暗物质的地方，就什么也没有。在整个宇宙中，暗物质好似是恒星和星系的一个隐形的而又不可缺少的背景。
虽然有关暗物质的许多方面，科学家都给出了结论，有的还绘制出了图谱，增加说服力，但在暗物质上，我们还需要更多的证据。
其中一个证据来自于星系团之间的碰撞。子弹星系团是两个星系团碰撞的产物。当两个星系团发生碰撞时，它们中的绝大多数星系会不受影响地彼此穿过，因为星系团中各个恒星之间有足够的空间。
星系团中的高温气体占重子（三个夸克组成的基本粒子，三个反夸克组成的是反重子）物质总量的绝大部分，而普通物质之间是通过电磁力而发生作用的。所以，当星系碰撞时，就会以辐射的形式损失能量，这造成了高温气体减速。
天文学家使用引力透镜探测子弹星系团时，间接地探测到不可见物质的分布，并发现在星系碰撞期间，它们也能不受影响地彼此穿过。这个证据超越了推测，是更加真实的证据。
比上面的更进一步，一个天文学家小组用哈勃太空望远镜探测到了位于遥远星系团中的暗物质，它们呈环状分布。通过哈勃太空望远镜拍摄的照片，我们能看到宇宙中一个跨度约为260万光年的暗物质环。天文学家们称，这是迄今为止能证明暗物质存在的最强有力的证据。
随着天文科技水平的提高，探测暗物质的方法不断出现，能证明暗物质的真实证据越来越多。但我们所说和所做的证据只是证明了暗物质的存在，以及它的分布情况，并不是在了解神秘暗物质的性质问题，所以，暗物质仍然是宇宙空间中的一个谜，仍有待于科学家们进行进一步的研究和探索。
宇宙之谜5：中微子
在宇宙中，有一种粒子，像幽灵一样，既不会被其他物质吸收或反射，也几乎不与任何物质发生作用，能畅通地穿过任何东西。这个“幽灵”就是中微子，也叫做微中子，是轻子的一种，在燃烧的火焰中生成，如在即将死亡的星球向超新星转化的爆炸过程中生成。