虽然大爆炸宇宙学和暴胀宇宙学非常成功，但还有一些重要问题尚待澄清。比如，观测得到的可见物质密度和暗物质密度之和仍远小于临界密度，似乎与暴胀宇宙学的预言不符。难道还有第三种怪物质填补这个空缺？又比如，宇宙膨胀早已是不争的事实，但万有引力的存在，使宇宙膨胀只能减速，不能等速，更不能加速。人们花了几十年时间试图测出宇宙膨胀的减速因子，却分歧极大，得不到协调的结果。再比如，宇宙年龄的测定也出现问题。通常，把球状星团（最古老的天体）的年龄看作宇宙年龄的下限，而把哈勃年龄（指按等速膨胀外推而定出的年龄）看作宇宙年龄的上限。然而，有一段时间在观测上竟出现了上、下限倒置的情形，意味着宇宙的年龄小于球状星团的年龄（有点像“父亲的年龄”小于“儿子的年龄”），实属荒唐。
为了测定宇宙膨胀的减速因子，必须找到一种标准烛光的极强光源。标准烛光是为了可以通过亮度观测来确定距离，强光是为了放在遥远的宇宙学距离上仍能观测到。Ⅰa型超新星是由白矮星和它的伴星组成的双星系统，在白矮星不断从伴星吸积物质，当其质量增加到钱德拉塞卡（S. Chandrasekhar）极限(约1.4倍太阳质量)时所发生的猛烈爆发。正因为它总是发生在几乎相同的质量条件下，Ⅰa型超新星就应几乎具有标准烛光的性质，同时又是极强的光源。1998年，利斯（A. G. Riess）等人的高红移超新星课题组和1999年，珀耳莫特（S. Perlmutter）等人的超新星宇宙学课题组，就用Ⅰa型超新星经过诸多校正后作为“标准烛光光源”进行观测，两个课题组都发现那些远的Ⅰa型超新星的亮度比预期的更暗（即更远）。从而，他们发现了宇宙不是在减速膨胀，而是在加速膨胀。这是一个十分令人震惊的发现。所谓万有引力，自然是只有引力，没有斥力。因此，宇宙膨胀只可能减速，不可能加速。几十年来人们也只是致力于测定宇宙膨胀的减速因子而得不到明确结果。加速膨胀的发现意味着存在斥力，而且，现今的宇宙整体上看应当是以斥力为主。这就意味着要修改万有引力定律，或者至少要增加一种新力（斥力），或者增加一种能产生斥力的新物态。无论哪一种，都是了不起的新发现。
回顾历史，我们可以看到，早在1917年爱因斯坦首次发表现代宇宙学奠基论文时，为了获得静态宇宙而曾引入代表斥力的宇宙学常数Λ。1929年哈勃发现宇宙膨胀后，宇宙已经不是静态，爱因斯坦就放弃了这个常数。有趣的是，在天体物理研究领域，这个常数曾经三起三落。就是说，当出现问题时，人们就想到它，当问题解决后，人们又把它扔掉，如此这般已发生了三次。如今发现了加速膨胀，人们再一次领悟到，这个常数也许就是解读此谜的一把钥匙。
宇宙学常数Λ相当于真空具有一个能量密度。人们称这种真空介质为暗能量。按照广义相对论，不仅物质的质量（或密度），而且它的压强，均可以产生万有引力。通常的物质，密度和压强总取正值，因此它们均产生引力。比如，一盒气体（无论是普通物质，还是暗物质），当它的温度降到趋于绝对温度0度时，它的压强也趋近于0；当它的温度趋于无穷高时，它的压强趋于密度乘光速平方的三分之一。因此，任何温度的气体的压强永远是正的。但是，观测表明宇宙膨胀是在加速，就是说，除非存在一种新物质，它的压强是负的。这种负压强物质就称为暗能量。爱因斯坦的宇宙学常数Λ，也相当于一种暗能量。
可见，宇宙加速膨胀的发现告诉我们，宇宙中除了通常物质（重子物质）、暗物质以外，还应有一种新物质，叫暗能量。一般地，宇宙物质密度是以临界密度为单位衡量的，即用物质密度（ρ）与临界密度（ρc）之比来表示：Ω=ρ/ρc。对于宇宙物质的三种成分，可分别表示为：重子物质（ΩB=ρB/ρc）、暗物质（ΩDM=ρDM/ρc）和暗能量（ΩΛ=ρΛ/ρc）。它们各占多少？三者之和是否按暴胀模型所预言的那样为1？这是要用观测来确定和检验的。
第九个里程碑：微波背景辐射各向异性的发现
微波背景辐射高度各向同性意味着在年龄为38万岁时宇宙物质分布是高度均匀的。这个特征强烈支持了宇宙学原理和大爆炸宇宙学。在此基础上如何形成今天的宇宙大尺度结构（恒星、星系、星系团）呢？这可不是容易的事。虽然人们早就知道，均匀分布物质中的微小扰动可以通过引力不稳定性——即金斯（J. H. Jeans）机制——来形成星系、恒星，但是，怎样在合理的宇宙年龄范围内由适当的扰动不均匀性形成今天观测到的星系、恒星，却并不容易。上世纪80年代初，前苏联的泽耳多维奇（Ya. B. Zeldovich）就把宇宙大尺度结构问题看作宇宙学晴朗天空中的一朵乌云。暴胀理论曾缓解了这个困难。在暴胀期内，以前的起伏不均匀性会被衰减掉。有效的非均匀性种子，将由暴胀后的量子起伏来提供，由它们成长为宇宙微波背景辐射的各向异性，进而形成今天观测到的宇宙大尺度结构。理论计算表明，如果宇宙物质只是重子物质，为生成今天观测到的宇宙大尺度结构，需要有微波背景辐射约10-3量级的各向异性作为种子。如果计及暗物质，就只需要有10-5量级的各向异性作为种子。1992年，COBE卫星果然观测到了微波背景辐射10-5量级的微小各向异性。这个发现为人们显示了今天宇宙大尺度结构（星系、恒星形成）的起源之所在。微波背景辐射实际上是人们能够直接看到的最远，也就是最早的信号。它的各向异性展示的实际上是最远，也就是最早的宇宙图像，相当于宇宙幼年（38万岁）的照片。斯莫特（G. Smoot）把这个成就“诙谐地”比作“看到了上帝的脸”。
2001年发射升空的WMAP卫星，在性能上比COBE卫星改进了许多。由WMAP卫星测出的宇宙微波背景辐射的各向异性图像，显然比由COBE卫星测出的要清晰得多。因此，WMAP的功劳清晰地确认了COBE的成果，促进了诺贝尔奖于2006年授予COBE项目的马瑟和斯莫特。
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