繼安德生發現正電子後，1955年張伯萊發現了反質子，1956年又發現了中子。20世紀60年代前後相繼發現一係列反超子，一個又一個反粒子的發現使人們聯想到是否所有的粒子都有與之對應的反粒子呢？在此後進行的一係列實險中發現除了光子等少數粒子的反粒子是其本身外，所有粒子都有反粒子。人類自古就相信宇宙是對稱的思想不禁又使人們想到了既然粒子能組成物質，那麼反粒子為什麼不會組成反物質呢？
但是探索反物質的道路是艱難的。從發現第一個反粒子到現在已近70年，其間人們也僅是從實驗中獲得了一些反粒子，並且最近幾年才人工合成了第一反原子----反氫原子。而對於能構成反物質的其他各類反原子、反分子都還一無所獲，更談不上反物質了。產生這些困難的原因在於人們發現的反粒都是從宇宙射線路獲得的，而宇宙射線要達地球首先要穿過厚達3000千米----4000千米的大氣層，所以射線中的絕大部分反粒子在到達地球前都已與大氣層中的粒子中和了。因而人們所能探測到的反粒子就微乎其微了。而且反粒子都很不穩定，很容易和周圍物質粒子發生湮滅。所以，科學家們認為在現在我們所處的這個物質世界中是不可能存在反物質的，即使存在也會很快和周圍物質相中和，因此，隻能把探尋反物質的希望寄圩宇宙空間。在宇宙空間深處可能存在一個與物質世界完全相反的空間，在那裏會存在大量的反物質，基於這一考慮，許多國家的科學家們數年共同努力下，“阿爾法磁譜議”終於升入太空。經過10天的太空航行後，它將對宇宙中是否存在反物質做初步探測。到2002年“阿爾法磁譜儀”將被安置到新建的“發現號”空間站，從而開始對反物質的大規模探測。
反物質如果被探明確實存在，那將會是對在此基礎上建立起的現有宇宙起源論及相對論量子力學理論的最有力的實驗驗證。我們都知道根據愛因斯坦質能方程E=mc^2，物質減少的質量將會轉化為能量。
現在的核反應正是利用了這一點，但核反應不能使質能完全轉化；而物質與反物質相中和，湮滅後輻射出的是零質量的r光子，所以其質量將會完全轉化為能量。1千克鈾235完全裂變釋放出的能量相當於2000噸優質煤完全燃燒時所放出的化學能，而同等質量的物質與反物質中和放出的能量則是鈾235的3200多倍！因此探索反物質對於能源相對短缺的現代社會亦有著重要大意義。
5．太空的環境知識
宇宙航行是以整個宇宙空間為活動環境的，因此，我們必須對宇宙環境有一定的了解，就像汽車司機要了解道路環境，登山運動員要了解山地環境，航海人員要了解海洋環境一樣。
太空環境
在人類進入太空以前，對人才環境隻能進推測和理淪研究。與人類對飛天的向往一樣，人們構想了美麗的“天堂”，便有“上有天堂，下有蘇杭”的比喻。現在我們知道，如果“天堂”是指太空的話，就生存環境來說，那是極大的謬誤。
自宇宙大爆炸以後，隨著宇宙的膨脹，溫度不斷降低。雖然隨後有恒星向外輻射熱能，但恒星的數量是有限的，而且其壽命也是有限的，所以宇宙的總體溫度是逐漸下降的。經過100多億年的曆程，太空已經成為高寒的環境。對宇宙微波背景輻射（宇宙大爆炸時遺留在太空的輻射）的研究證明，太空的平均溫度為一270。3℃。
宇宙環境對人類生存影響很大。太陽輻射是地球的光和熱的主要源泉。太陽輻射能量的變化會影響地球環境。如太陽黑子出現的數量同地球上的降水量有明顯的相關性。月球和太陽對地球的引力作用產生潮汐現象，並可引起風暴、海嘯等自然災害。太陽的短波紫外輻射對有機體的細胞質有損害作用，幸而大氣層對所有小於2900埃波長的紫外輻射有遮蔽作用。地球也受宇宙射線的影響。一些遺傳學家把地質時期的某些生物突變歸咎為這種離子輻射。但它在一般含量水平下對生物體的直接影響，現在還不清楚。太陽輻射的紫外線、X射線的強度變化，會影響地球上的無線電短波通信。
隨著航天事業的發展，人類開始進入宇宙環境。飛行器在升空過程中，人體在超重的影響下，活動受阻，呼吸困難，血液循環減弱，並會引起精神失常，甚至死亡。飛行器進入軌道後，人處於失重狀態，不能自由支配自己的行動。神經係統失去平衡，會造成操作錯誤。在失重的影響下，尿中鈣含量增高。宇宙空間沒有空氣，聲音不能傳播，即使是相距很近，也不能對話。宇宙環境缺氧、低壓，充滿各種對人有害的高能宇宙射線，宇航員必須穿宇宙服。宇宙環境雖有壯觀的太空星象使人感到新穎和興奮，但毫無人間氣息。
研究宇宙環境，是探索宇宙環境的各種自然現象及其發生的過程和規律，人類的空間活動同宇宙環境之間相互作用的關係，人和生物在空間飛行條件下的反應等，以便為星際航行、空間利用和資源開發提供科學依據。
6．宇宙在不斷的膨脹
夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對宇宙的遐想之中。20世紀10～20年代，天文學家發現遠星係光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠近而有規律地變比，即譜線紅移。1929年哈勃總結出譜線紅移的規律是：對遙遠星係，紅移量與星係離我們的距離成正比，比例係數H叫哈勃常數，這紅移叫宇宙學紅移。此後，在紅外及整個電磁波波段都觀測到了這個規律。它被解釋為是由星係係統地向遠離我們的方向運動時的多普勒效應產主的。這就像火車遠離我們行駛時汽笛的聲調（即頻率）比靜止不動時的聲調更低一樣，由此得出星係都在做遠離我們的運動，離我們越遠運動速度越快的結論。這就好像是摻有葡萄幹的麵包在烤箱中膨脹起來一樣。這個模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來在宇宙膨脹的基礎上又提出了爆脹宇宙等多種改進模型。
從宇宙膨脹的觀點出發，利用哈勃公式反推到過去宇宙中所有天體應該聚集於一點，由於某種原因在它內部產生了“大爆炸“。誕生了現在的宇宙，從而得出了時間是有開端，空間是有限的結論。宇宙從大爆炸到現在究竟經過了多少時間，即宇宙的年齡是多少，這取決於哈勃常數H的大小。最初哈勃常數僅500（公裏／秒／百萬秒差距），這樣算出的宇宙年齡比地球的45億年的年齡小很多。以後改為50～100之間。若取100，宇宙的年齡隻有100億年，而銀河係的球狀星團的年齡是150億年，矛盾很大。若取50，宇宙年齡為200億年，矛盾不那麼明顯，因此被大爆炸宇宙論者所讚同，但在觀測上，這個數值有些勉強。究竟是多少，一直沒有定論。近年來用哈勃太空望遠鏡觀測的結果傾向於取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來是一直膨脹下去還是又收縮回來，這要取決於宇宙的平均密度。而宇宙平均密度究竟是多少目前還不能確定，因為觀測的距離越遠，平均密度越小，下限有沒有還不能確定。1965年發現了宇宙空間的2。7K微波背景輻射，被大爆炸論者解釋為大爆炸時期的光經過上百億年後的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據，但這種解釋並不是唯一的，因為宇宙空間中充滿介質，2。7K微波背景輻射具有黑體輻射的性質，可以解釋為宇宙空間中介質發出的溫度是2。7K的熱輻射。
仔細分析起來，問題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星係運動的多普勒效應上。過去，人們曾用多普勒效應解釋了銀河係內恒星的光譜線移動，從而成功地確定了星係內存在自轉現象。但現在天文觀測中卻發現一些紅移現象，若用運動的多普勒效應解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機製能產生紅移，這裏列舉幾種觀測結果。
1.多普勒效應對同一個天體，其紅移量與光譜線的頻率無關，因此觀測每個星係中不同譜線的紅移量，比較它們是否一致，就是鑒別紅移是否由多普勒效應產生的一種依據。如果一致，就表示有可能是由多普勒效應產生的；如果不一致，就肯定它至少不完全是由多普勒效應產生的。1949年威爾遜對星係NGC4151的觀測結果表明，雖然不同頻率的紅移量差別不大，但也超出了觀測的誤差範圍，頻率越高，紅移量越小。這樣至少可以認為宇宙紅移不完全是由多普勒效應產生的。
2.從太陽中心到邊緣各點發出的同一種譜線，在扣除了各種已知的運動效應後，越靠近邊緣的地方紅移量越大，在太陽半徑90％左右的地方，紅移量急劇增加。這意味著太陽上還有某種未知的因素在產生紅移。
3.先驅6號宇宙飛船發射的遙測信號中心頻率為2292兆赫，當飛船繞到太陽背麵經過太陽邊緣時觀測到異常紅移現象。
4.類星體紅移量一般都很大，如果把這都歸結為多普勒效應，算出的距離一般在100百萬秒差距以上。由此推算出它發出的總光能力為銀河係的100倍；射電能為銀河係的10萬倍。
而由光變周期算出它的直徑隻有一光年左右，這意味著類星體的輻射密度非常高，但目前一直找不到產生這樣高輻射密度的物理機製。有些天文學家認為，類星體的紅移中至少有一部分不是由多普勒效應產生的，因而類星體離我們的距離較現在推算的要近得多。
5.星係、類星體相互之間都有成協的現象，即這些天體兩兩或更多相距較近並有物理聯係。觀測表明，有些成協天體間紅移值相差較大，有些類星體光譜中的吸收線與發射線互不相同，而且不同的吸收線有各不相同的紅移值，稱為多重紅移。