宇宙加速膨脹是宇宙的膨脹速度越來越快的現象。以天文學術語來說，就是宇宙標度因子的二次導數是正值，這意味著星系遠離地球的速度，隨著時間演進，應該會持續地增快。
這速度是哈柏定律裏所提到的退行速度。於1998年觀測Ia超新星得到的數據，提示宇宙的膨脹速度正在加快。物理學者索羅·珀爾穆特、布萊恩·施密特與亞當·黎斯「透過觀測遙遠超新星而發現了宇宙加速膨脹」，因此，共同榮獲2006年邵逸夫天文學獎與2011年諾貝爾物理學獎。
在過去數年中，從各方面獨立觀測得到的結果，證實了宇宙加速膨脹的正確性，這包括宇宙微波背景輻射、宇宙的大尺度結構、宇宙的年齡、對於超新星更精確的觀測量、星系團galaxy cluster的X射線性質。
現在，天文學者已研究出很多解釋宇宙加速膨脹的模型，這包括某種形式的暗能量：宇宙常數、第五元素、暗流體（dark fluid）、幻能量（phantom energy）。暗能量具有負壓強，相當均勻地分佈於空間。這是暗能量所具有最重要的性質之一。
根據宇宙論假說大撕裂，幻能量會造成以指數函數增加的發散擴張，戰勝本域星系團的重力，將室女座超星系團徹底撕裂，然後會撕裂銀河系、太陽系、最後甚至小小原子。對於宇宙膨脹加速度的測量是決定宇宙的終極命運的關鍵。但是，這重要發現可能在短期內不會達成。
隨著宇宙膨脹，暗物質的密度會比暗能量的密度減低更快。最終結果是暗能量會成為主控因素。更確切地說，假設宇宙體積加倍，則暗物質密度會減半，但暗能量密度大致保持不變（假若暗能量是宇宙常數，則暗能量會保持不變）。在宇宙常數模型裏，暗能量已經主控了物質的質能（包括暗能量），而宇宙膨脹大約是時間的指數函數。根據這模型，在未來，膨脹的標度因子加倍時間大約為114億年。
大撕裂是一種宇宙論假說，在2003年首度被發佈，關於宇宙的終極命運，假說中認為宇宙中的物質，從恆星和星系到原子和次原子粒子，在有限時間的未來會因為宇宙的膨漲進一步的被撕裂。理論上，宇宙的尺度因素在未來有限的時間會變得無限大。
這個假說對宇宙中暗物質的類型有著極度關鍵的依賴性。關鍵的數值是狀態方程w，暗能量壓力和能量密度之間的比例。 當w < −1，宇宙最終將因拉扯而分裂，這種能量稱為幻能量( phantom energy)，精質的一種極端形式。
在以幻能量為主導的宇宙中，宇宙中的"絲狀結構"會以前所未有的比率增加。然而，這也暗示可觀測宇宙的大小是持續的退縮中；無論是多麼的接近邊緣，可觀測宇宙的距離都是以光速遠離的那些地點。當可觀測宇宙小於任何一種的基本粒子時，無論是重力或電磁力(無論是弱或強)，即使在結構上能達到的最遠處也沒有交互作用存在，並且它們將被剝離開。
首先，星系將彼此遠離。值得爭議的是已經移動至可觀測宇宙之外的星系(估計在465億光年之遙)，目前發生了什麼事。大約在結束之前的6000萬年，重力將減弱至無法將銀河和其他個別的星系聯繫在一起。在結束之前的三個月，太陽系將不再受到重力的束縛。在最後的三分鐘，恆星和行星都將被扯散掉，而在最後的瞬間，原子也會被摧毀。
這個假說的創造者，達特茅斯學院的領導者羅伯特·考德威爾，計算認為宇宙的末日約在從現在起之後的500億年。
可觀測宇宙（常被錯誤的稱為哈伯體積，英語：Hubble Volume）是一個以觀測者作為中心的球體空間，小得足以讓觀測者觀測到該範圍內的物體，也就是說物體發出的光有足夠時間到達觀測者。現在可觀測宇宙半徑約為460億光年。
「可觀測」在這個意義上與現代科技是否容許我們探測到物體發出的輻射無關，而是指物體發出的光線或其他輻射可能到達觀測者。實際上，我們最遠只能觀測到宇宙從不透明變為透明的臨界最後散射面（surface of last scattering），但我們可能能夠從重力波的探測推斷這個時間之前的信息。
不論是通俗的還是專業的研究文章都會使用「宇宙」一詞指代「可觀測宇宙」，因為我們不可能知道任何與我們沒有因果關係的事物。但至今沒有發現指出「可觀測宇宙」等同於整個宇宙。此外，宇宙也可能比可觀測宇宙小。在這個情況下，觀測者認為距離很遠的天體，其實只是一個較近的天體發出的光環繞著宇宙移動而產生的複製影像。但這個理論很難被驗證，因為天體的不同影像可能處於不同的時代，外貌因而大不相同。
重力波是物理中，在重力的度規理論，重力波是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞。重力輻射是另外一種稱呼，指的是這些波從星體或星系中輻射出來的現象。
重力波相當微弱，我們所預期在地球上可觀測到的最強重力波會來自很遠且古老的事件，在這事件中大量的能量發生劇烈移動（例子包括兩顆中子星的對撞，或兩個極重的黑洞對撞）。這樣的波動會造成地球上各處相對距離的變動，但這些變動的數量級應該頂多只有10-21。以雷射干涉重力波天文台（LIGO）的雙臂而言，這樣的變化小於一顆質子直徑的千分之一。這樣的案例應該可以指引出為什麼偵測重力波是十分困難的。
重力波的存在而且也真的無所不在，是廣義相對論中一項毫不模糊的預言。所有目前相互競爭而且被「認可」的重力理論（「認可」：與現前可得一切證據能達到相當準確度的相符）所預言的重力輻射特質即各有千秋；而原則上，這些預言有時候和廣義相對論所預言的相差甚遠。但很不幸地，現在要確認重力輻射的存在性就已相當具有挑戰性，更不用說要研究它的細節。
雖然重力輻射並未被清楚地「直接」測到，然而已有顯著的「間接」證據支持它的存在。最著名的是天文學家對脈衝星雙星系統PSR B1913+16的觀測。這系統被認為具有兩顆中子星，以極其緊密而快速的模式互相環繞對方。其並且呈現了漸進式旋近（in-spiral），旋近時率恰好是廣義相對論所預期的值。對於這樣的觀測，最簡單(也幾乎是廣為接受)的解釋為：廣義相對論對準確說明系統的重力輻射。約瑟夫·泰勒和拉塞爾·赫爾斯因為這些成就共同獲得了1993年諾貝爾物理學獎。
在愛因斯坦的廣義相對論裡，重力的本質是時空曲率的表現。約翰·惠勒所推廣的宣傳詞——「物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動。」——簡單傳神地表達出這項關係。舉例來說，若人站立著，可以感受到地面對足部的壓力。從廣義相對論的觀點，這表示與地面的接觸阻止了物體的自由下落，因而加速了物體。既然加速被視為對世界線的彎折，這表示非在自由下落的人體的世界線並不是短程線(測地線)。另一方面，時空若遠離任何質能則幾乎是完美平直。也因此，短程線表現上近似於較為人知的實體幾何學中的直線，因而小物體可以表現出直線慣性運動。
廣義相對論以及其他類似的重力理論是以寫下場方程式來表達，有時可能另外也寫下運動方程式。也就是說，這些理論是古典相對論性場論，在這之中重力場或多或少都和時空曲率有關。因此某種程度上，一些區域的質能的快速運動會產生時空的漣漪，並向外輻射出，呈現為重力波。換個角度說，這是場的更新資訊從一處向另一處傳遞的表現。
相似於電磁輻射，在廣義相對論（以及其他競爭理論）中，重力輻射以光速前行，並且具有橫波的特性。橫波表示了重力波對於測試粒子運動的影響是發生在與傳播方向相垂直的平面。然而粗略來說：
重力波代表了一個二階張量場(矩陣)的微擾；在量子場論術語中會稱作是「自旋-2」。
電磁波則是來自於向量場的微擾；在量子場論中會稱作是「自旋-1」。
其他類型的物理學波動有很多來自於純量場的微擾；在量子場論中會稱作是「自旋-0」。
在電磁現象中，帶電粒子（例如電子）一些類型的運動會輻射出電磁波。在重力現象中可以作類比，質量或能量一些類型的運動會輻射出重力波。起自於古典電磁學的量子場論稱作量子電動力學，在其之中有種無靜質量的粒子與電磁輻射相應，稱作光子。類比上，我們會想自古典重力理論（廣義相對論）嘗試創造出相應的量子場論，在這樣的理論中會類比地出現一種無靜質量粒子稱作重力子。然而，這種要將廣義相對論量子化的仿效行為，結果發現是失敗的，使得重力子的可能性角色在重力物理學上反而帶來某種程度的麻煩。或許最好的想法是將它視作一種在近似下所得來的概念，而在一些地方這樣的概念有些益處，但無法如同光子的概念可以那樣的健全。
新近的研究表明，重力波與電磁波有著相同的本質。宇宙背景輻射中的21厘米微波即是宇宙中氫原子輻射的重力波。這項理論和實驗研究的結論與人們關於重力波的傳統觀念完全不同。
Einstein@Home（意為「愛因斯坦在你家」），是一個由威斯康星大學密爾沃基分校主辦，基於BOINC計算平台的分布式計算項目。該項目計劃通過位於美國的雷射干涉重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational wave Observatory，LIGO）和位於德國的GEO 600重力波天文台收集數據，希望從這些收集來的數據當中尋找能夠證實愛因斯坦的廣義相對論中的重力波存在的證據。
科學家渴望能夠自一些難以或無法利用電磁輻射來偵測的天文客體，直接觀測到重力波，用之來探察現象。舉例來說，雖然黑洞不像一般星體會放出可見的電磁輻射--重力紅移，然而當一個物體掉入黑洞時，重力波會被發射出來；另外的發射場合是兩個黑洞互撞。超新星或伽瑪射線暴。 ((重力紅位移或稱重力紅移指得是光波或者其他波動從重力場源（如巨大星體或黑洞）遠離時，整體頻譜會往紅色端方向偏移，亦即發生「頻率變低，波長增長」的現象。))
重力波和電磁波性質迥異，理由是電磁波可以精確地從麥克斯韋方程式推導出來。然而重力波，作為線性、自旋-2的波，常被看作僅僅是特定時空幾何的微擾罷了。換言之，現實中總是會有線性、自旋-1的電磁波，卻不存在有線性、自旋-2的重力波。雖說仍有波樣的擾動，但一般來講，一如廣義相對論中總會出現的，事物是非線性的。這也是重力子可能不存在的理由之一。
科學社群中有部分人一開始對於「重力波是否會如同電磁波一般可以傳遞能量」感到困惑，這樣的困惑來自於一項事實：重力波沒有局域能量密度——如此對於應力-能量張量的量值不會造成貢獻。不像牛頓重力，愛因斯坦重力不是一項力理論。重力在廣義相對論中不是一種力，它是幾何。因此這樣的場原來被認為不含能量，一如重力勢。然而這場確實可以攜帶能量，如同它可以在遠處作出機械功。而這已經用可傳輸能量的應力-能量偽張量進行證明過，也可看出輻射是如何將能量往外攜帶到無限遠處。
四維速度（英語：Four-velocity）是指物理學中，特別是狹義相對論和廣義相對論中，一個物體的四維速度是取代古典意義上的速度（三維向量）的四維向量（四維時空中的向量）。選取四維速度的原因是四維速度在勞侖茲變換下是協變的，而三維速度不是；換句話說，這麼選取可以使光速在任意慣性系下保持不變。
相對論理論中一個事件是在四維時空內的坐標描述的，一個物體在時空中運動產生的軌跡曲線是通過原時這個參數實現參數化的，而這條曲線稱作世界線。四維速度是一維時間與三維空間坐標對原時的改變率所構成的向量，同時也是世界線的切向向量。
作為比較，在古典力學中事件是通過它們在每一時刻上在三維空間中的坐標描述的，它們在三維空間中的軌跡是通過時間這個參數實現參數化的。古典速度是三維空間坐標對時間的改變率所構成的向量，同時也是軌跡的切向向量。
在狹義相對論的框架中，四維速度的大小（模）總是和光速的大小相等。
四維動量（英文：four-momentum）是古典的三維動量在四維時空中的相對論化形式。動量是三維空間中的向量，而類似地四維動量是時空中的四維向量。引入四維動量的原因是它在勞侖茲變換下是協變的。
四維向量 (four-vector) 是實值四維向量空間裏的向量。這四維向量空間稱為閔考斯基時空。四維向量的分量分別為時間與三維位置。在閔考斯基時空內的任何一點，都代表一個事件，可以用四維向量表示。應用勞侖茲變換，而不是伽利略變換，我們可以使對於某慣性參考系的四維向量，經過平移，旋轉，或遞升（相對速度為常數的勞侖茲變換），變換到對於另一個慣性參考系的四維向量。所有這些平移，旋轉，或遞升的集合形成了龐加萊群( Poincaré group)。所有的旋轉，或遞升的集合則形成了勞侖茲群(Lorentz group) 。
時間膨脹是一種物理現象：兩個完全相同的時鐘之中，拿著甲鐘的人會發現乙鐘比自己的走得慢。這現象常被說為是對方的鐘「慢了下來」，但這種描述只會在觀測者的參考系上才是正確的。任何本地的時間（也就是位於同一個座標繫上的觀測者所測量出的時間）都以同一個速度前進。時間膨脹效應適用於任何解釋時間速度變化的過程。
在阿爾伯特·愛因斯坦的相對論中，時間膨脹出現於兩種狀況：
在狹義相對論中，所有相對於一個慣性系統移動的時鐘都會走得較慢，而這一效應已由勞侖茲變換精確地描述出來。
在廣義相對論中，在重力場中擁有較低勢能的時鐘都走得較慢。
狹義相對論中，時間膨脹效應是相互性的：從任一個時鐘觀測，都是對方的時鐘走慢了（當然我們假定兩者相互的運動的等速均勻的，兩者在觀測對方時都沒有加速度）。
相反，重力時間膨脹卻不是相互性的：塔頂的觀測者覺得地面的時鐘走慢了，而地面的觀測者覺得塔頂的時鐘走快了。重力時間膨脹效應對於每個觀測者都是一樣的，膨脹與重力場的強弱與觀察者所處的位置都有關係。
有了時間膨脹效應，人們在以極高速運動的飛船時，儘管外界已經經歷了很長的歲月，自己卻沒什麼老化，因爲極大的速度會使飛船（和裡面的所有物體）的時間減慢。也就是說，飛船的時鐘走了一圈，地球上的時鐘已經轉了許多圈了。只要速度夠高，這個效應便會明顯地顯示出來。比方説，旅行者似乎只航行了一年，對地球上的人來説卻有十年之久。實際上，只要以地球重力加速度（9.80665 m/s2）行進，旅行者在有生之年完成的旅行距離為光從大爆炸起到現在走過的距離，也就是137億光年之遠！這個旅行者回到地球後，地球已經經過了數十億年了。這個題材被用於Pierre Boulle的長篇小説《人猿星球》中。
人們更加有可能利用這個效應把人類送到距離我們最近的恆星上，而不需耗掉太空員的一生光陰。然而，要實現這種省時的情況，我們則需要研發一些更新、更先進的推進技術。另一個問題是，在這麼高的速度下，空間裏的粒子會折射，成爲高能量的宇宙射線。要想飛船不被毀滅，我們必須用到一些不可思議的防輻射措施。其中一種建議的措施是利用強電磁場把前來的物質離子化，或把它們反出去。
目前的太空科技有著許多根本性的限制，如要把飛船加速到接近光速需要大量能量，小型碎片等會對飛船造成威脅。不過，在今天的太空任務中，時間膨脹並不是考慮的因素之一，因爲就算是頂速也達不到有效的速度。另外一個太空飛行會涉及到的時間膨脹效應情況，是接近一個有著極大重力的地方，如黑洞，那裏會有強大的重力時間膨脹效應。
常理會認爲，如果飛船裏的時間被拖慢了，則裡面的太空員會看到外面的世界相對地「加速」了。可是，狹義相對論卻算出相反的結果。
日常生活中其實也有這種怪異的情況：如果兩人相距一段距離，則A會看到B「縮小」了，但是B也覺得A「縮小」了。這種透視現象已經被人們適應、接受了，因爲它存在於平日的生活裏，但是人們對相對論就毫無準備。
我們已經對有關距離的相對論見解習以爲常了：從北京到上海的距離當然等於上海到北京的距離。另一方面，當我們考慮到速度方面，會認爲如果一個物體在運動，運動一定會是相對於某物：星體、地面或另一人。A物相對B物的速度，是相等於B物相對A物的速度，兩者完全相等。
在狹義相對論中，一個移動中的時鐘相對觀測者的時鐘顯得較慢。如果A和B在不同的飛船上，而相對速度為接近光速，則A（使用自己的時鐘）覺得B時間變慢了，B也覺得A的時間慢了。
注意要在參考系統中建立「同步」的概念，「到底一件事是否和另一處的另一件事同時發生」這個問題有著關鍵的重要性。所有計算都最終要涉及到哪些事件是同時發生的。也要留意，要建立兩個空間中相隔的事件的同步性，這兩個地方一定要有訊息相互傳遞，這也代表了光速是決定同步性的一個重要因素。
大家當然會問到，狹義相對論怎麼能在A相對B有時間膨脹而B相對A也有時間膨脹的情況下不前後矛盾。要消除矛盾，我們必須丟棄人們日常對同步性的直覺概念。同步性，是位於一個參考系中的一位觀測者和一系列事件之間的關係。如此類推，我們能接受「左」和「右」是參照於觀測者的位置和方向。這是因爲左和右是一種物體間的關係。同理，柏拉圖解釋，「上」和「下」是對應於地球的表面的一種關係，因此人們是不會在他們的對蹠地掉下去。
理論的架構裏有一個同時性的相對論，它影響著特定事件如何根據有相對運動的觀測者被調准。由於每個觀測者對兩個事件是否同時發生都有不同的見解，因此任一個觀測者都可認爲對方的時鐘減慢了，這並不會導致理論自相矛盾。
大擠壓(亦稱大崩墜)（英語：Big Crunch），是一個解釋宇宙如何滅亡的過程，是由宇宙膨脹論延伸而來的，宇宙膨脹論認為，宇宙是從一團熾熱的火球膨脹而成的。而且到目前為止都還在膨脹，但是宇宙的物質如果夠多的話，產生夠大的重力，會讓宇宙停止膨脹，並且收縮，這會讓宇宙回復到剛誕生時熾熱的狀態，如果沒有，宇宙就永無止境的膨脹。根據研究顯示，把宇宙所有可見的物質加進去只能達到讓宇宙塌縮的1%～2%，但是宇宙中可能有一種不發光的物質叫暗物質，因此不能用望遠鏡觀測到，如果把這種估計的暗物質加進去，大概佔讓宇宙塌縮質量的10%～20%，但宇宙學家又預測宇宙中有另一種更神秘的物質(又被稱為暗能量)，比暗物質更不容易觀測到，如果這樣的話宇宙中的暗物質就超出讓宇宙塌縮質量下限了。
宇宙最終的命運是什麼？ 或許它將終結於寒冰，如果我們打算相信今年的諾貝爾物理學獎的話。他們已經仔細研究了幾十顆遙遠星系之中被稱為“超新星”（supernova）的爆炸恒星，得出了宇宙正在加速膨脹的結論。
即便是對這些獲獎者而言，這項發現也完全出乎他們的意料。他們看到的現象，就好比是把一個小球拋向了空中，卻沒有看到它落回來，反倒看著它越來越快地上升，最終消失在了空中，彷彿引力無法逆轉小球上升的軌跡一般。類似的事情似乎發生在整個宇宙當中。
宇宙膨脹的這種加速度暗示，在蘊藏於空間結構中的某種未知能量的推動下，宇宙正在分崩離析。這種所謂的“暗能量”（dark energy）佔據了宇宙成分的絕大部分，含量超過70%。它的本質仍然是謎，或許是今天的物理學面臨的最大謎題。所以難怪，當兩個不同的研究團隊在1998年公佈相似的結果時，宇宙學的根基被撼動了。
索爾•佩爾穆特（Saul Perlmutter）領導著其中一個團隊，即1988年啟動的“超新星宇宙學專案”（Supernova Cosmology Project）。 布萊恩•施密特（Brian Schmidt）領導著另一個團隊，即1994年啟動的“高紅移超新星研究組”（High-z Supernova Search Team）展開競爭，亞當•裏斯（Adam Riess）在其中起到了至關重要的作用。
兩個研究團隊通過尋找遙遠空間中爆發的超新星，展開了繪製宇宙“地圖”的競賽。 通過確定這些超新星的距離和它們離我們而去的速度，科學家希望能夠揭開我們宇宙的最終命運。他們本來以為，自己會發現宇宙膨脹正在減速的跡象，這種減速將決定宇宙會終結於烈火還是寒冰。結果，他們發現了完全相反的事實——宇宙膨脹正在加速。
天文學發現顛覆我們對於宇宙的觀點，這已經不是第一次了。就在100年前，人們還認為宇宙是一個寧靜的所在，比我們的銀河系大不了多少。宇宙學時鐘可靠而又穩定地滴答作響，記錄著時間的平穩流逝，而宇宙本身則是永恆的，無始無終。但沒過多久，一種顛覆性的紅移就改變了人們的這種觀點。
在20世紀初，美國天文學家漢麗埃塔•斯萬•勒維特（Henrietta Swan Leavitt）發現了一種測量遙遠恒星距離的方法。當時，女性天文學家沒有接觸大型望遠鏡的資格，但她們被天文臺雇傭，來從事分析照相底板的繁重工作。漢麗埃塔•勒維特研究了上千顆被稱為造父變星（Cepheid）的脈動變星，發現越明亮的造父變星，脈動的週期也越長。利用這樣的資訊，勒維特能夠計算出造父變星自身的亮度。
只要有一顆造父變星的距離是已知的，其他造父變星的距離就可以推算出來——恒星的光顯得越暗，它的距離就越遠。一種可靠的標準燭光就這樣誕生了，直到今天，它們仍是宇宙距離尺規上的第一個標記。利用這些造父變星，天文學家很快就得出結論——銀河系只是宇宙中許多星系中普普通通的一個。
到了20世紀20年代，美國加利福尼亞威爾遜山上當時世界上最大的望遠鏡投入了使用，這讓天文學家能夠證明，幾乎所有星系都在遠離我們而去。他們研究的是一種叫做“紅移”（redshift）的現象，當光源遠離我們而去時就會出現。光的波長會被拉長，而波長越長，它的顏色就越紅。
天文學家得出的結論是，星系不光在離我們而去，彼此之間也在相互遠離，而且距離越遠，逃離的速度就越快——這被稱為哈勃定律（Hubble's law）--宇宙正在膨脹。
文章定位：
