爱因斯坦发表广义相对论后,将目光投向了宇宙。1917年,他提出了一个基于广义相对论的宇宙模型。这个模型颠覆了人们的传统认知,提出了一个有限无边的宇宙。以往人们认为有限意味着有边界,而无限则没有边界。然而,爱因斯坦将这两个概念区分开来,提出了有限无边的概念。

以一个长方形桌面为例,它虽然有限但有边界。同样地,一个篮球的表面也是有限无边的。这些例子帮助我们理解爱因斯坦的理论。按照宇宙学原理,三维空间在宇观尺度上是均匀各向同性的。爱因斯坦认为,这样的空间必定是常曲率空间,即弯曲程度相同。因此,他设想了一个三维超球面作为宇宙模型。这种超球面是有限无边的,生活在其中的人类无论朝哪个方向前进都不会碰到边界。

爱因斯坦试图通过广义相对论的场方程求解这一模型,但由于缺乏初始条件和边界条件,求解过程非常复杂。为了使方程变得易于求解,他假设宇宙是有限无边的、静态的,并且具有均匀各向同性。尽管如此,他发现广义相对论无法直接得出静态宇宙的结论。因此,爱因斯坦引入了一个“排斥”项,即宇宙项,从而计算出了一个静态的、均匀各向同性的、有限无边的宇宙模型。这一发现引起了巨大轰动,科学界似乎找到了关于宇宙有限还是无限的答案。