Seit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie auf das Wissen um das Universum als Ganzes angewendet wurde, wird vermutet, dass sich das Universum ausdehnt. Als Edwin Hubble und Milton Humason in den 1920er Jahren entdeckten, dass sich praktisch alle Galaxien am Himmel mit großer Geschwindigkeit von uns wegbewegen, nährte dies den Verdacht, dass sich das Universum mit hoher Geschwindigkeit ausdehnt. Doch erst im Jahr 2000 wurden mit umfangreichen Rotverschiebungs-Durchmusterungen sehr weit entfernter Objekte endgültige Beweise für die Expansion des Universums gefunden.
Das expandierende Universum wird oft als der bedeutendste Befund der modernen Kosmologie bezeichnet. Zu Einsteins Zeiten war die Steady-State-Theorie die vorherrschende Theorie, die besagte, dass das Universum bei gleicher Größe im Gleichgewicht blieb. Einstein, dessen Gleichungen eine universelle Expansion oder Kontraktion, aber keine Stase vorhersagten, führte künstlich eine stabilisierende Variable in seine Gleichungen ein, die als „kosmologische Konstante“ bezeichnet wird. Nachdem er durch Hubbles Beobachtungen erkannt hatte, dass sich das Universum wahrscheinlich ausdehnte, nannte er dies später seinen „größten Fehler“.
Das Phänomen, das Kosmologen und Astronomen zuerst dazu veranlasste, ein expandierendes Universum vorherzusagen, war Hubbles Analyse der Rotverschiebung. Mit dem Mount-Wilson-Observatorium, das zu dieser Zeit das beste Teleskop der Welt war, beobachtete Hubble entfernte Galaxien und sah, dass sie zunehmend rötlich aussahen. Er schaute weiter weg in den Weltraum und damit auch weiter zurück in die Zeit, da das Licht viele Milliarden Jahre braucht, um von diesen Galaxien zur Erde zu gelangen. Da der Rötungsfaktor so gut mit der Zunahme der Entfernung korrelierte, vermutete Hubble, dass es sich um ein zuverlässiges Phänomen mit physischer Ursache handelte.
Als Ursache wurde folgendes festgestellt: Während sich das Universum ausdehnt, nimmt das Volumen des darunter liegenden Raums zu, aber das Licht, das ihn durchquert, bleibt gleich. Der sich ausdehnende Raum streckt die Wellenlänge des Lichts, macht es länger und dadurch röter. Eine manchmal verwendete Analogie sind Punkte auf der Oberfläche eines sich ausdehnenden Ballons. Zeichnen Sie ein Wellenmuster auf einen Ballon und beobachten Sie beim Aufblasen, wie sich die Welle ausdehnt und länger wird. Dies ist das gleiche Prinzip hinter dem Phänomen der Rotverschiebung.
1998 wurde entdeckt, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt, sondern dass es sich wahrscheinlich beschleunigt ausdehnt. Der physikalische Grund dafür wird einer mysteriösen „dunklen Energie“ zugeschrieben, die so genannt wird, weil wir kaum etwas darüber wissen.