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运用引力公式来预言水星轨道的行为只需要在公式里填上质量和距离然后直接计算即可。而要对整个宇宙进行这样的计算，就需要将所有已知的和未知的恒星和行星都考虑进来。这野心似乎大得荒谬——那难道这样的计算就肯定是不可能的了？为此，爱因斯坦通过一项关于宇宙的简化了的假设，来使任务的难度降低到可控的水平。
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爱因斯坦的这一假设就是著名的宇宙学原理，它指出，宇宙在各处或多或少地是一样的。更专业点说，这一原理假定宇宙是各向同性的，这意味着它从每个方向看上去都是相同的——当天文学家观测深空时得到的印象差不多就是如此。宇宙学原理还假设，宇宙是同质的，这意味着宇宙在大尺度上各处看起来完全一样，无论你从哪个地方看。这句话也可以理解为地球在宇宙中并不占据某个特殊位置的另一种说法。
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当爱因斯坦将广义相对论和他的引力公式应用到整个宇宙后，他对理论给出的宇宙如何运作的预言略感惊讶和失望。他发现，这个结果意味着宇宙是不稳定的。爱因斯坦的引力公式表明，宇宙中的每个天体都在宇宙尺度上被拉向其他天体。这将导致每一个天体都向其他天体靠拢。这种吸引力开始时可能只是一种稳定的蠕变，但它会逐渐变成雪崩，这种雪崩将以全方位的坍缩结束——宇宙似乎注定要自我毁灭。回到我们用蹦床比喻的时空结构，我们可以想象一个巨大的弹簧垫上躺着几个保龄球，开始时每一个球都创立有自己的空洞。但迟早，两个球会滚到一块儿，形成一个更深的凹陷，而这个深坑又将吸引其他的球，直到它们全部坠落在一个坑内，形成一个非常深的深井。
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这是一个荒谬的结果。正如第1章所讨论的，科学界在20世纪初确信，宇宙是静态的，永恒的，而不是收缩和暂态的。因此爱因斯坦不喜欢一个坍缩的宇宙的概念就不足为奇了：“认可这种可能性似乎毫无意义。”
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虽然艾萨克·牛顿的引力理论是不同的理论，但它也带给人们一个崩溃的宇宙。对此牛顿也一直为他的这一理论暗示所困扰。他的一个解决办法是设想一个无限大的、对称的宇宙，其中的每个对象因此将在所有方向上受到同样的拉伸，这样就没有整体移动，也没有塌陷。不幸的是，他很快意识到，这种精细平衡的宇宙将是不稳定的。一个无限大的宇宙理论上可以处于一种平衡状态，但在实践中，在这种引力平衡下哪怕存在最微弱的扰动，都会破坏这种平衡，并最终导致灾难。例如，一颗彗星穿过太阳系，就会使它路过的空间的每个部分的质量密度暂时性增大，而这种增大又会吸引更多的物质向这些区域聚集，从而引发总崩溃。即使翻动一页书都将改变整个宇宙的平衡，只要时间足够长，从而也将引发灾难性的崩溃。为了解决这个问题，牛顿认为，上帝会不时进行干预，以便使恒星和其他天体保持分开。
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爱因斯坦不准备认可上帝在保持宇宙分离上所起的作用，但同时他又急于找到一种方法来维持一个永恒的和静态的宇宙以符合科学界的共识。在重新审视了他的广义相对论之后，他发现了一个数学技巧，可将宇宙从崩溃的边缘拯救回来。他看到，在他的引力公式中添加一个被称为宇宙学常数的因子，整个公式同样管用。这个因子使虚空空间充满了一种内在的压力，它将宇宙向四处推开。换句话说，宇宙学常数使整个宇宙空间有了一种新的排斥力，它可以行之有效地抵御所有恒星的引力。这是一种反引力，其强度取决于给出的常数的恒定值（理论上该常数可以取任意值）。爱因斯坦意识到，通过仔细选择宇宙学常数的值，他可以完全抵消传统的引力吸引，阻止宇宙坍缩。
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关键是，这种反引力在巨大的宇宙距离上变得显著，而在较短的距离上可以忽略不计。因此它并没有破坏广义相对论在相对较近的距离上或在恒星尺度上已被证明了的成功的模拟引力的能力。总之，爱因斯坦的修订后的广义相对论公式在描述引力方面可说是取得了以下三个明显的成功：
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1.解释一个静态的、永恒的宇宙；
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2.在弱引力（如地球）条件下可以取得牛顿理论能够取得的所有成就；
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3.在牛顿理论失效的地方（如水星近日点处的强引力环境）取得了成功。
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许多宇宙学家对爱因斯坦的宇宙学常数持欢迎态度，因为它似乎起到了让广义相对论兼容静态永恒宇宙的作用。但是，没有人太在意宇宙学常数实际上代表着什么。从某些方面看，它可以与托勒密的本轮相提并论，因为它是一个临时性的调整，目的只是使爱因斯坦获得他想要的结果。即使爱因斯坦羞于承认这一点，但这是事实，他承认，宇宙学常数“仅对于造成物质的准静态分布这一目的才是必要的”。换句话说，这是一个忽悠，目的只是爱因斯坦用以得到预期的结果，即一个稳恒的宇宙。
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爱因斯坦还承认，他发现了宇宙学常数很别扭。谈到其在广义相对论中的作用时，他曾说它“严重有损于理论的形式美”。这是个问题，因为物理学家钻研理论的动机常常是出于审美上的追求。学界有一个共识，即物理定律应该是优美、简单而和谐的。这些因素往往像绝佳的指南指引着物理学家去看待哪些定律可能是有效的，哪些被斥之为虚假的。美在任何情况下都很难界定，但当我们看到它时我们都知道。当爱因斯坦看着他的宇宙学常数时，他不得不承认，这个不是很漂亮。尽管如此，他还是准备在他的公式上牺牲一定程度的美，因为它使广义相对论能够相容于稳恒态宇宙，这是科学的正统要求。
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与此同时，另一位科学家采取了相反的观点，并以一种根本不同的宇宙观将美置于正统之上。亚历山大·弗里德曼，在津津有味地读过爱因斯坦的宇宙学论文后，对宇宙学常数提出质疑，并向科学界提出挑战。
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图29 亚历山大·弗里德曼，俄罗斯数学家，他的宇宙学模型显示了一个不断发展和膨胀的宇宙。
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弗里德曼于1888年出生于圣彼得堡，成长之际历经巨大的政治动荡，并从小就学会了挑战权威。他在十几岁时，就组织学生罢课以响应全国的反对沙皇政府镇压群众的抗议活动。1905年，随抗议活动而起的革命导致宪法改革和一个相对平静的时期，尽管沙皇尼古拉二世继续掌权。
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1906年，弗里德曼进入圣彼得堡大学学习数学，并成为弗拉基米尔·斯捷克洛夫教授的门生。斯捷克洛夫自己就反对沙皇，但在学术上他鼓励弗里德曼来解决那些让其他学生望而却步的问题。斯捷克洛夫是个非常挑剔的人，他记录了当他让弗里德曼去解一个与拉普拉斯方程有关的高难度数学问题时所发生的事情：“我在我的博士论文里提到了这个问题，但并没有具体地去解它。我认为弗里德曼先生应能够设法解决这个问题，鉴于他较之其他同龄人所具有的出色的工作能力和知识。今年1月，弗里德曼先生递交给我一份大约有130页的研究报告，他给出了这个问题的一个比较满意的解。”
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弗里德曼不仅对数学这一高度抽象的学科充满激情和才华，而且对科学和技术也非常热心，在第一次世界大战期间他准备从事军事研究。他甚至主动要求去执行驾机轰炸任务，并运用他的数学技能较好地解决了弹着点的精度问题。他写信给斯捷克洛夫：“我最近有机会在轰炸普热梅希尔的飞行中来验证我的想法；炸弹被证明是按理论预言的方式下落的。为了掌握这一理论结果的确凿证据，我会在这几天再飞。”
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正如积极投身一战，弗里德曼也经受了1917年的革命和随后的内战。当他最终回归到他的学术生涯时，他碰上了姗姗来迟的爱因斯坦的广义相对论。在俄罗斯学术界注意到这一理论时，广义相对论已在西欧经历了几年的成熟期。事实上，也许正是俄罗斯与西方科学界的隔绝，才使得弗里德曼能够忽视爱因斯坦的宇宙学方法，建立其他自己的宇宙模型。
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与爱因斯坦开始就设定一个永恒宇宙的假设，然后通过添加宇宙学常数来使他的理论符合预期的做法不同，弗里德曼采取的是相反的立场。他从形式上最简单、最美观的广义相对论公式——不含宇宙学常数——出发，这使他能够自由地看到在理论上宇宙的逻辑演化结果应该是什么样子的。这是一种典型的数学处理方法，因为弗里德曼本质上就是一位数学家。显然，他希望他的这种更纯粹的做法能给出对宇宙的准确描述，但对于弗里德曼来说，正是方程的美和理论的威严使他将这二者作为超越实在——或者更确切地说，超过预期——的优先考虑。
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弗里德曼的研究在1922年达到高潮，这一年，他在德文版的《物理学杂志》（Zeitschrift für Physik）上发表了一篇文章。我们知道，爱因斯坦主张通过对宇宙学常数的微调来使宇宙达到微妙的平衡，而弗里德曼现在描述的是，如果采用不同的宇宙学常数的值，可产生的宇宙模型到底有多大不同。最重要的是，他在文中概述了一种将宇宙学常数设置为零的宇宙模型。这种模型实质上就是爱因斯坦原先的无任何宇宙学常数的引力场方程。由于没有宇宙学常数来抵消引力，弗里德曼的模型很容易遭受引力的无情拉拽。这使得该宇宙模型成为一个动态的和演化的模型。
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在爱因斯坦及其同事看来，这种动力学模型注定导致宇宙灾难性坍缩。因此，大多数宇宙学家认为它是不可想象的。但对于弗里德曼来说，这种动力学与宇宙相关联，可能导致宇宙初始时的膨胀，因此它具有一种反抗引力的动力性质。这是一幅全新的宇宙图景。
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弗里德曼解释了他的宇宙模型如何能以三种可能的方式对引力做出反应，到底是哪一种方式，取决于宇宙开始时膨胀得有多快以及它所包含的物质有多少。第一种可能性是假设宇宙的平均密度很高，在给定的体积里有很多恒星。恒星多就意味着有强大的引力，最终将所有的星星拉回来，膨胀停止，并逐步使宇宙转为收缩，直至彻底崩溃。弗里德曼模型的第二种变体是假定恒星的平均密度过低，在这种情况下，引力的作用将无法克服宇宙的膨胀，因此宇宙将继续膨胀直至永远。第三种变体是取两个极端之间的密度，这导致宇宙中的引力会减弱，但无法完全遏制膨胀。因此，宇宙既不坍缩到一个点，也不会膨胀到无穷大。
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一个有用的类比是考虑以固定的发射速度发射炮弹到空中。想象这一过程是发生在三个不同大小的行星上，如图30所示。如果行星的质量巨大，那么炮弹会飞到几百米高的空中，再高引力就会使其回落到地面。这种情况类似于弗里德曼的第一种质量密度非常高的宇宙模型，先膨胀然后坍缩。如果行星的质量非常小，那么它的引力将非常弱，炮弹打出去就再也不会回到地面，这类似于弗里德曼的第二种宇宙永远膨胀的模型。然而，如果行星的质量中等，其引力也是中等强弱，则炮弹向上飞行到一定高度后，将减速并进入轨道运行，其运动状态既不远离也不靠近行星，这类似于弗里德曼的第三种场景。
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