愛因斯坦發表廣義相對論後,將目光投向了宇宙。1917年,他提出了一個基於廣義相對論的宇宙模型。這個模型顛覆了人們的傳統認知,提出了一個有限無邊的宇宙。以往人們認爲有限意味着有邊界,而無限則沒有邊界。然而,愛因斯坦將這兩個概念區分開來,提出了有限無邊的概念。

以一個長方形桌面爲例,它雖然有限但有邊界。同樣地,一個籃球的表面也是有限無邊的。這些例子幫助我們理解愛因斯坦的理論。按照宇宙學原理,三維空間在宇觀尺度上是均勻各向同性的。愛因斯坦認爲,這樣的空間必定是常曲率空間,即彎曲程度相同。因此,他設想了一個三維超球面作爲宇宙模型。這種超球面是有限無邊的,生活在其中的人類無論朝哪個方向前進都不會碰到邊界。

愛因斯坦試圖通過廣義相對論的場方程求解這一模型,但由於缺乏初始條件和邊界條件,求解過程非常複雜。爲了使方程變得易於求解,他假設宇宙是有限無邊的、靜態的,並且具有均勻各向同性。儘管如此,他發現廣義相對論無法直接得出靜態宇宙的結論。因此,愛因斯坦引入了一個“排斥”項,即宇宙項,從而計算出了一個靜態的、均勻各向同性的、有限無邊的宇宙模型。這一發現引起了巨大轟動,科學界似乎找到了關於宇宙有限還是無限的答案。