宇宙星空
由於光的傳播需要時間，我們看到的距離我們一億光年的星係，實際上是那個星係一億年以前的樣子。所以，我們用望遠鏡看到的，不僅是空間距離遙遠的星係，而且是它們的過去。從望遠鏡看來，不管多遠距離的星係團，都均勻各向同性地分布著。因而我們可以認為，宇觀尺度上（105光年以上）物質分布的均勻狀態，不是現在才有的，而是早已如此。
於是，天體物理學家提出一條規律，即所謂宇宙學原理。這條原理說，在宇觀尺度上，三維空間在任何時刻都是均勻各向同性的。現在看來，宇宙學原理是對的。所有的星係都差不多，都有相似的演化曆程。因此我們用望遠鏡看到的遙遠星係，既是它們過去的形象，也是我們星係過去的形象。望遠鏡不僅在看空間，而且在看時間，在看我們的曆史。
愛因斯坦發表廣義相對論後，考慮到萬有引力比電磁力弱得多，不可能在分子、原子、原子核等研究中產生重要的影響，因而他把注意力放在了天體物理上。他認為，宇宙才是廣義相對論大有用武之地的領域。
愛因斯坦1916年發表廣義相對論，1917年就提出一個建立在廣義相對論基礎上的宇宙模型。這是一個人們完全意想不到的模型。在這個模型中，宇宙的三維空間是有限無邊的，而且不隨時間變化。以往人們認為，有限就是有邊，無限就是無邊。愛因斯坦把有限和有邊這兩個概念區分開來。
一個長方形的桌麵，有確定的長和寬，也有確定的麵積，因而大小是有限的。同時它有明顯的四條邊，因此是有邊的。如果有一個小甲蟲在它上麵爬，無論朝哪個方向爬，都會很快到達桌麵的邊緣。所以桌麵是有限有邊的二維空間。
我們再看一個籃球的表麵，如果籃球的半徑為r，那麼球麵的麵積是4πr2，大小是有限的。但是，這個二維球麵是無邊的。假如有一個小甲蟲在它上麵爬，永遠也不會走到盡頭。所以，籃球麵是一個有限無邊的二維空間。
按照宇宙學原理，在宇觀尺度上，三維空間是均勻各向同性的。愛因斯坦認為，這樣的三維空間必定是常曲率空間，也就是說空間各點的彎曲程度應該相同，即應該有相同的曲率。由於是物質存在的，四維時空應該是彎曲的。三維空間也應是彎的而不應是平的。愛因斯坦覺得，這樣的宇宙很可能是三維超球麵。三維超球麵不是通常的球體，而是二維球麵的推廣。通常的球體是有限有邊的，體積是4/3πr3，它的邊就是二維球麵。三維超球麵是有限無邊的，生活在其中的三維生物（例如我們人類就是有長、寬、高的三維生物），無論朝哪個方麵前進均碰不到邊。假如它一直朝北走，最終會從南邊走回來。
宇宙學原理還認為，三維空間的均勻各向同性是在任何時刻都保持的。愛因斯坦覺得其中最簡單的情況就是靜態宇宙，也就是說，不隨時間變化的宇宙。這樣的宇宙隻要在某一時刻均勻各向同性，就永遠保持均勻各向同性。
愛因斯坦試圖在三維空間均勻各向同性、且不隨時間變化的假定下，求解廣義相對論的場方程。場方程非常複雜，而且需要知道初始條件（宇宙最初的情況）和邊界條件（宇宙邊緣處的情況）才能求解。他設想宇宙是有限無邊的，而且是靜態的。再加上對稱性的限製（要求三維空間均勻各向同性），場方程就變得好解多了。但還是得不出結果。反複思考後，愛因斯坦終於明白求不出解的原因：廣義相對論可以看作萬有引力定律的推廣，隻包含“吸引效應”不包含“排斥效應”。而維持一個不隨時間變化的宇宙，必須有排斥效應與吸引效應相平衡才行。這就是說，從廣義相對論場方程不可能得出“靜態”宇宙。要想得出靜態宇宙，必須修改場方程。於是他在方程中增加了一個“排斥”項，叫做宇宙項。這樣，愛因斯坦終於計算出一個靜態的、均勻各向同性的、有限無邊的宇宙模型。一時間大家非常興奮，科學終於告訴我們，宇宙是不隨時間變化的，是有限無邊的。看來，關於宇宙有限還是無限的爭論似乎可以畫上一個句號了。
幾年之後，一個名不見經傳的前蘇聯數學家弗利德曼，應用不加宇宙項的場方程，得到一個膨脹的、或脈動的宇宙模型。弗利德曼的宇宙在三維空間上也是均勻的、各向同性的，但是，它不是靜態的。這個宇宙模型隨時間變化，分三種情況。第一種情況，三維空間的曲率是負的；第二種情況，三維空間的曲率為零，也就是說，三維空間是平直的；第三種情況，三維空間的曲率是正的。前兩種情況，宇宙不停地膨脹；第三種情況，宇宙先膨脹，達到一個極大值後開始收縮，然後再膨脹，再收縮……因此第三種宇宙是脈動的。弗利德曼的宇宙模型最初發表在一個不太著名的雜誌上。後來，西歐一些數學家物理學家得到類似的宇宙模型。愛因斯坦得知這類膨脹或脈動的宇宙模型後，十分興奮。他認為自己的模型不好，應該放棄，弗利德曼模型才是正確的宇宙模型。