1915年11月,，愛因斯坦向柏林普魯士科學(xué)院提交了一篇顛覆牛頓思想的論文。這篇論文的內(nèi)容正是耗費(fèi)了他十多年的心血所思考出的新引力理論：廣義相對論,，將彎曲的時(shí)空和宇宙中的物質(zhì)和能量連接在一起,。用約翰·惠勒的話來總結(jié)就是：時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)；物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲,。

愛因斯坦的理論重現(xiàn)了所有牛頓引力理論的所有成功,，也解釋了牛頓理論無法解決的水星進(jìn)動(dòng)問題，同時(shí)做出了一系列可檢驗(yàn)的新預(yù)言,。例如,，廣義相對論預(yù)言了星光經(jīng)過大質(zhì)量天體的時(shí)候會(huì)發(fā)生偏折，這個(gè)現(xiàn)象在1919年的日全食觀測中被驗(yàn)證了,。而在100年后,，廣義相對論所預(yù)言的引力波才被我們直接探測到，為探索宇宙打開了一扇新的窗口,。

但唯一的問題是,，當(dāng)愛因斯坦將他的新理論應(yīng)用在整個(gè)宇宙的時(shí)候，卻遇到了麻煩,。當(dāng)時(shí),，愛因斯坦認(rèn)為宇宙是靜態(tài)的,，但是廣義相對論卻預(yù)示著靜態(tài)的時(shí)空是不穩(wěn)定的，這意味著宇宙可以在引力的作用下發(fā)生坍縮,。為了防止這種情況發(fā)生，愛因斯坦在他的方程中加入一個(gè)所謂的宇宙學(xué)常數(shù),。

到了1922年,，年輕的弗里德曼（Alexander Friedmann）在專研了愛因斯坦理論背后晦澀難懂的數(shù)學(xué)后，找到了一個(gè)優(yōu)美的方式來解救我們的宇宙,，同時(shí)也不需要宇宙學(xué)常數(shù),，那就是不要假設(shè)宇宙是靜止的！弗里德曼認(rèn)為正如我們所觀測到的,，宇宙中充滿了物質(zhì)和輻射,，并且是會(huì)彎曲的。他進(jìn)一步假設(shè),，宇宙大致是各向同性（每個(gè)方向看起來都一樣）和均勻（宇宙各處的特性都一樣）的,。基于這些，就可以從廣義相對論的核心方程——愛因斯坦場方程中推導(dǎo)出兩個(gè)方程：弗里德曼方程,。這兩個(gè)方程讓我們知道,，宇宙并不靜止，而是膨脹或者收縮（取決于宇宙的膨脹率和成分）,。更重要的是,，它們還能告訴我們宇宙在過去或者將來將如何隨時(shí)間而演化。

值得一提的是,，在弗里德曼提出這個(gè)思想之前,，我們還未曾發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹，我們甚至還不能確定銀河系之外是否存在著其它星系,。但在不久后,，哈勃基于勒維特（Henrietta Leavitt）在造父變星的工作，成功測量了仙女座中造父變星的距離,，從而推斷銀河系之外還有許多星系,。到了1920年代末，勒梅特（Georges Lema?tre）和哈勃都獨(dú)立的找到了紅移和距離的關(guān)系,，從而發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹,。但那個(gè)時(shí)候，年輕的弗里德曼（1888年 - 1925年）卻早已因傷寒癥不幸去世,。

而隨著我們對宇宙更深入的理解,，就會(huì)發(fā)現(xiàn)弗里德曼留下的科學(xué)遺產(chǎn)有多么的重要,。在弗里德曼方程中，第一個(gè)是最重要的,，它和觀測有著最簡單直接的聯(lián)系,。方程的一邊相當(dāng)于宇宙的膨脹率，或者更常被稱之為哈勃常數(shù),。它告訴我們的是宇宙的構(gòu)造會(huì)如何隨著時(shí)間膨脹或收縮,。

○ 第一個(gè)弗里德曼方程。

方程的另一邊包含了所有的物質(zhì),、輻射和其它任何組成宇宙的能量形式,。方程中也包含了空間固有的曲率，取決于宇宙是閉合的（正曲率）,、開放的（負(fù)曲率）,，或平坦的（零曲率）。方程中也加入了“Λ”項(xiàng),，代表的正是宇宙學(xué)常數(shù),，它可以是一種能量的形式或者空間固有的性質(zhì)。（在哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹后,，愛因斯坦認(rèn)為加入宇宙學(xué)常數(shù)是自己一生中犯過最大的錯(cuò)誤,。但自上個(gè)世紀(jì)九十年代天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)暗能量后，人們才意識到宇宙學(xué)常數(shù)的重要性可能一直被低估了,。）