结合了紫外线，可见光和红外线的哈勃极限深空观测图像的一部分是我们所拍摄的对宇宙的最深注视。 此处可见的各种星系处于不同的距离并具有不同的红移，这使我们可以得出哈勃定律。宇宙是巨大的，在各个方向上都有数十亿光年，充满了恒星和星系。 光线从大爆炸中传播出来，离开产生它的每个光源，并且只有一小部分光线到达了我们的眼睛。 但是光不仅会从发射点到我们今天所在的地方在空间中移动； 除此之外，空间的结构也得以扩展。
银河离我们越远，我们之间的空间延伸的越多，并转移到光谱的红色部分，最终将出现在我们眼中的光。 观察更大的距离，我们会看到红移增加。 如果我们绘制表观去除速度如何取决于距离的关系，我们将得到一个美丽而直接的关系：
哈勃定律 。 但是这条线的斜率（哈勃常数）实际上根本不是常数。 这是所有天文学中最有力的误解之一。
红移对遥远星系距离的依赖性。 由于速度不同， 未落在直线上的点会产生偏差，但它们与观察到的整体图像仅略有偏离。 最初的数据由埃德温·哈勃（Edwin Hubble）亲自获得，并首先用于证明宇宙的膨胀，该数据适合左下角的红色小矩形显示。我们通过两种方式了解宇宙的扩展：理论上和通过观察。 观察宇宙，我们发现了与膨胀有关的几个重要事实：
- 宇宙在各个方向都以一种速度膨胀。
- 银河越远，它离开我们的速度就越快。
- 所有这一切仅在平均水平上是正确的。
在各个星系中，由于与宇宙万物之间的引力相互作用，实际速度存在较大的散射。
最接近我们的宇宙部分的二维截面，其密度分别为平均值的较高（红色）和较低（蓝色/黑色）。 线和箭头显示了特殊速度的方向，但是整个图片包含在扩展空间的结构中。但是这个问题不是无法克服的。 宇宙中有不止几个星系，我们可以测量它们的距离和红移。 我们实际上是对数百万个星系进行了这样的测量。 我们可以对大量星系进行分组，以便每个组与我们之间都具有一定的平均距离，并且可以计算出它们的平均红移。 经过此过程，我们发现了定义哈勃定律的直接关系。
但这是惊喜。 如果您查看足够大的距离，很明显扩展率不再遵循简单的定律，而是开始四舍五入。
可见膨胀率（y轴）对距离（x轴）的依赖性对应于以下事实：宇宙过去的膨胀速度更快，但今天却在膨胀。 这是哈勃作品的现代版本（2014年），传播的距离大了数千倍。 请注意，这些点未形成直线，这意味着扩展率会随时间变化。使用术语“哈勃常数”，我们指的是这条线的斜率。 如果这不是一条直线（即，其斜率发生了变化），则表明宇宙的哈勃扩展速率不是常数！ 我们将其称为哈勃常数，是因为宇宙在任何时候都以相同的速度膨胀：哈勃常数在空间中是恒定的。
但是膨胀率和哈勃常数的值会随时间变化。 这不是一个谜，而是可以预料的。 为了理解这一点，让我们从不同的角度来看它：理论上的。
埃森·西格尔（Ethan Siegel）在2017年美国天文学会超弦乐的背景下，以及第一个弗里德曼方程式在右侧。
＃我最喜欢的方程式
弗里德曼的第一个方程根据其内容预测宇宙的膨胀率如果我们从一个均匀地充满了物质，辐射和所有其他形式的能量的宇宙开始，那么第一个
弗里德曼方程就是由我们获得的。 这里使用的唯一假设是，宇宙是各向同性的（在所有方向上都是相同的），均质的（在每个地方都具有相同的密度）并且遵守相对论通论。 接受这一点，您将得到H的大小，哈勃速度（左）与宇宙的各种形式的物质和能量（右）之间的关系：
弗里德曼的第一个等式，就像今天通常写的那样。 左侧部分确定了扩展速度和时空的演化，右侧部分包括了所有不同形式的物质和能量以及空间曲率有趣的是，随着宇宙的膨胀，物质，辐射和能量的密度会发生变化。 例如，随着宇宙的膨胀，其体积增加，但粒子总数保持不变。 这意味着在不断扩展的宇宙中：
- 物质密度下降为-3 ，
- 辐射密度下降，如-4 ，
- 暗能量的密度保持恒定，并演化为0 ，
其中
a是宇宙的比例因子（距离或半径）。 随着时间的流逝，
a越来越大，并且宇宙的各个组成部分相对于彼此变得越来越重要。
像物质（上方）一样，辐射（在中间）和宇宙常数（下方）在不断扩展的宇宙中随时间发展具有更高能量密度的宇宙膨胀得更快。 相反，能量密度较低的宇宙膨胀得更慢。 随着年龄的增长，宇宙膨胀：随着膨胀，物质和辐射的密度降低。 随着密度的降低，膨胀率也降低。 在任何时间点，膨胀率都会确定哈勃常数的值。 在遥远的过去，扩张速度要大得多，但今天是最慢的。
宇宙的各种成分和对能量密度的贡献及其支配时期。 如果宇宙线或畴壁的存在量很大，它们将对宇宙的扩展做出重大贡献。 甚至可能还有我们不再看到的宇宙中的其他组成部分，或者即将证明自己的组成部分！ 直到今天，暗能量仍占主导地位，物质非常重要，并且可以忽略辐射。那么，为什么很遥远的星系会受到这种直接的关系呢？ 因为从我们邻近的星系发出的光到位于距我们数十亿光年的银河系发出的所有入射到我们的眼睛的光，到我们接近它时都达到了138亿年。 等到光明来临时，宇宙中的所有事物都生活在与我们一样不断变化的宇宙中。 过去，哈勃射出的大部分光都恒定不变，但是它花了数十亿年的时间才能将这种光带入我们的眼睛。
可以发出不同波长的光，但是宇宙的膨胀会沿途伸展。 134亿年前银河系发出的紫外光将被转移到红外范围。随着时间的流逝，宇宙膨胀了，这意味着光的波长增加了。 暗能量仅在最近的60亿年中才变得非常重要，而我们已经达到了这样的地步，它很快成为影响宇宙膨胀速度的唯一宇宙成分。 如果我们在宇宙还年轻两倍的时候回来，那么扩张速度将比今天高80％。 当宇宙是当前年龄的10％时，膨胀率是今天的17倍。
当宇宙比今天大十倍时，其膨胀率将是今天的18％。
蓝色遮盖了过去和将来暗能量密度如何偏离的可能不确定性范围。 数据表明存在真正的宇宙学“常数”，但到目前为止，没有人拒绝其他可能性。 不幸的是，物质转化为辐射不能成为暗能量的候选者。 结果，以前表现得像物质的东西就像辐射一样。都是因为暗能量的存在，就像宇宙常数一样。 在遥远的将来，与暗能量相比，物质和辐射将变得相对不重要，这意味着宇宙的能量密度将保持恒定。 在这种情况下，膨胀率将达到稳定且有限的值，并将保持不变。 在遥远的未来，哈勃常数将不仅在空间上而且在时间上都将变为常数。
在遥远的将来，通过测量到所有可见物体的速度和距离，我们到处都会得到这条线的相同斜率。 哈勃常数将变为真正的常数。
在过去的不同时间，宇宙能量的各个组成部分的相对重要性。 当未来的暗能量接近100％时，宇宙的能量密度将在任意大的时间内保持恒定。如果天文学家能更准确地处理单词，他们将H称为Hubble参数，而不是Hubble常数，因为它随时间变化。 但是对于连续几代人来说，我们可以测量相对较短的距离，而H似乎是恒定的，因此我们没有重命名。 我们只需要澄清H是时间的函数，只有今天-当我们将其称为H
0时 -才是常数。 实际上，哈勃参数会随时间变化，并且仅在整个空间内保持恒定。 但是，如果我们生活在遥远的未来，我们将看到H在某个时候停止改变。 今天，我们可以仔细分离实际常数值和随时间变化的常数，但是在遥远的将来，由于暗能量的存在，这种差异将不再存在。