每年，我们似乎总能够找到一些理由来庆祝爱因斯坦的丰功伟绩。例如，2015年，全世界都在庆祝爱因斯坦的广义相对论发表100周年；2016年，LIGO终于探测到爱因斯坦100年前就预言存在的引力波；而今年，除了在4月25日即将上映的10集《天才：爱因斯坦》（Genius）外，也是现代宇宙学诞生的100年。
虽然人们在过去一直思考着宇宙的起源等问题，但在1917年之前，对宇宙学的研究一点也不现代。我们今天所经常谈论的暗能量、微波背景辐射、宇宙大爆炸和暴胀等都是基于广义相对论的基础之上的。这一切都始于爱因斯坦在100年前写的一篇论文。正如物理学家Cormac O’Raifeartaigh在他的一篇论文中写道：“毫无疑问，爱因斯坦在1917年发表的论文......为现代理论宇宙学打下了坚实的根基。”
【1】
爱因斯坦场方程
我们先来认识一下广义相对论中的核心方程——爱因斯坦场方程，它长这样：
方程的左边被称为
爱因斯坦张量
，描述了时空的几何，比如在不同的地方时空的弯曲是如何变化的。方程的右边我们看到的是一些熟悉的常数
（比如万有引力常数G和光速c ）
乘以所谓的
应力-能量张量
，它包含了在时空中的东西（比如物质、能量和压力）的信息。这些东西是时空弯曲的来源。等式就意味着时空的几何和在时空中的东西被联系在一起。用约翰·惠勒的话总结就是：“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。”
△ 物质导致时空弯曲。（图片来源：EOIN DUFFY）
爱因斯坦将他的新理论优美地应用在太阳系内，在过去的一百年间通过了无数次最严峻的检验。举个例子，早在19世纪的时候，天文学家就发现了离太阳最近的水星的轨道有异常。根据牛顿的万有引力定律，在没有其它质量的干扰或影响下，行星环绕着太阳的轨道是个完美的闭合椭圆。而实际上，太阳系有若干效应导致水星的轨道不会闭合，产生所谓的进动
（如下图）
。
△ 根据牛顿的引力定律，水星的绕着太阳的轨道是闭合的椭圆轨道（红色）；蓝色为爱因斯坦预测的水星椭圆轨道。（图片来源：Wikimedia Commons）
利用牛顿的引力定律，考虑所有能够影响水星其它因素（包括所有已知行星以及地球的岁差），我们仍发现理论预言和观测存在着误差，即每世纪43弧秒的误差。直到1915年，爱因斯坦利用广义相对论才完美的解决了水星近日点进动问题。在那个时候，甚至是在今天，有一个新的引力理论能够精确地的描述如此微小的效应都是非常不可思议的。
广义相对论下的宇宙观
当牛顿的引力定律运用在整个宇宙的时候也遇到了问题。如果所有的质量之间都相互吸引，那么整个宇宙中的所有物质最终会在引力下坍缩。为此，牛顿提出宇宙是无限的大的，充满了物质，因此向内的吸引会被遥远物质的吸引相抵消。当然，这个解释是不足以说服人的。其中一个原因是，它需要非常精确的安排：一旦一颗恒星消失，吸引力之间的平衡就会被打破，宇宙终将坍缩。它也要求有无限多的恒星存在，这又引发了
奥伯斯佯谬：
为什么夜空是黑的？
（详见：
《天文学的五大悖论》
）
。
爱因斯坦希望他的引力理论能够解决牛顿引力所遭遇的问题。因此，在1917年，爱因斯坦向普鲁士科学院提交了一篇题为《广义相对论下的宇宙学思考》的论文
【2】
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△ 爱因斯坦在1917年发表的论文被标记为现代宇宙学的诞生。（图片来源：Albert Einstein）
他推断，假定质量告诉空间如何弯曲，那么如果能够知道整个宇宙中所包含的质量，他就能够推导宇宙的几何。这是历史上第一次，有人尝试从物理和数学出发去推导宇宙的形状，而不是从哲学或神学观点。
