1916年后，天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家加入了為愛因斯坦的質(zhì)量－能量轉(zhuǎn)換方程解法的探索中。英國(guó)數(shù)學(xué)家愛德華·亞瑟·米爾恩試圖找到簡(jiǎn)化方程式的方法。另外一個(gè)俄國(guó)物理學(xué)家亞歷山大·弗里德曼也投入類似的研究中。他發(fā)現(xiàn)可能存在一個(gè)隨著時(shí)間增長(zhǎng)而不斷膨脹的宇宙。愛因斯坦并不喜歡這個(gè)想法，并嘗試說服弗里德曼他用于求解的數(shù)學(xué)方法可能錯(cuò)了，但弗里德曼依然堅(jiān)持己見。不久以后，天主教牧師、天文學(xué)家、比利時(shí)頂級(jí)橋牌大師喬治斯·勒梅特赫也得出與弗里德里曼一樣的結(jié)論。他考慮到宇宙如果正處于膨脹中，它過去的形態(tài)肯定比現(xiàn)在小，而且必定有一個(gè)宇宙產(chǎn)生的時(shí)間點(diǎn)，即當(dāng)宇宙的半徑為零時(shí)。他將宇宙的初始狀態(tài)稱為“奇點(diǎn)”。弗里德曼和勒梅特赫的工作為數(shù)學(xué)家霍華德·羅伯遜和亞瑟·沃克更正式的數(shù)學(xué)解法奠定了基礎(chǔ)。他們將其方法概括在一個(gè)稱為FLRW度規(guī)的模型中，這是均勻勻質(zhì)宇宙中最普遍存在的形態(tài)。他們運(yùn)用了宇宙學(xué)原理——即我們的地球、太陽系以及銀河系在宇宙中并無特殊之處。這一原理起源于16世紀(jì)一個(gè)波蘭教士尼古拉斯·哥白尼的著作中第一次質(zhì)疑地球并非太陽系的中心。哥白尼理論的擴(kuò)展——我們?cè)谟钪嬷胁⒉惶幱谔厥獾臅r(shí)間和空間——成為確定哪種宇宙模型才是合乎道理的一條有力的原理。

不久以后，其他宇宙的理論模型也紛紛提出。比如，普林斯頓高級(jí)研究所數(shù)理邏輯教授庫(kù)爾特·哥德爾提出一個(gè)出色的模型，認(rèn)為如果宇宙是均勻靜態(tài)的并且處于旋轉(zhuǎn)當(dāng)中，則愛因斯坦的質(zhì)量－能量轉(zhuǎn)換方程便能獲得解答——他的觀點(diǎn)獲得愛因斯坦本人的贊許。哥德爾模型揭示了一種異乎尋常的結(jié)果：它顯示了時(shí)間旅行的可能性！物理學(xué)家不喜歡這樣的想法，因?yàn)檫@聽起來就像是科幻小說，并且違背了人們所珍愛的因果關(guān)系準(zhǔn)則——即一件事必然發(fā)生是因?yàn)橛心承┫嚓P(guān)聯(lián)的其他事使之發(fā)生。劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家、天體物理學(xué)家史蒂芬·霍金提出“時(shí)序保護(hù)猜想”，排除了所有可能存在時(shí)間旅行的宇宙，認(rèn)為物理規(guī)律不允許出現(xiàn)逆時(shí)運(yùn)動(dòng)或閉合類時(shí)曲線。

除此之外，依然存在其他基于靜態(tài)宇宙的解決方法的可能。1948年，一群劍橋出身的天文學(xué)家提出所謂的“穩(wěn)定狀態(tài)模型”。這一模型中的宇宙依然是靜態(tài)而均勻的，但是會(huì)不斷加入新的物質(zhì)。這種假說有助于避免推導(dǎo)出宇宙誕生時(shí)必須壓縮于一個(gè)非常緊密時(shí)空中的結(jié)論。這一宇宙模型的創(chuàng)始人之一弗雷德·霍伊爾并不是特別喜歡弗里德曼、勒梅特赫和其他人的宇宙模型，開玩笑地把他們的模型稱為“宇宙大爆炸”模型，后來這一名稱沿用至今。

那么，宇宙是否真的處于膨脹中呢？馬薩諸塞州羅尼爾天文臺(tái)的韋斯托·斯里弗爾利用多普勒效應(yīng)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了許多螺旋形的銀河系正在離我們遠(yuǎn)去。愛丁頓已揭示了德西特宇宙模型的特征，即如果其中包含物質(zhì)，則意味著這些物質(zhì)將會(huì)膨脹。在20世紀(jì)20年代末30年代初，埃德溫·哈勃利用加利福尼亞威爾遜山天文臺(tái)的天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙中的星系，觀測(cè)到越遠(yuǎn)的星系比近的顯得更紅，這一結(jié)果表明宇宙確實(shí)處于膨脹之中。哈勃闡述道，如果一個(gè)星系比另外一個(gè)星系離地球遠(yuǎn)兩倍，其離地球而去的速度也將是另外一個(gè)的兩倍，這一發(fā)現(xiàn)后來被稱為“哈勃定律”。多年以后，大爆炸理論的支持者們聲稱哈勃的發(fā)現(xiàn)支持了爆炸論的合理性，但宇宙穩(wěn)定狀態(tài)論的支持者則質(zhì)疑哈勃的數(shù)據(jù)將導(dǎo)致一個(gè)問題。哈勃的數(shù)字指向的宇宙是一個(gè)僅有十八億年的新生宇宙，然而放射性碳元素法測(cè)定地球上的巖石可知，地球的存在時(shí)間至少有二十億年。當(dāng)然，多年以后人類的觀測(cè)方法將有很大的進(jìn)步，而且不同的技術(shù)也將運(yùn)用于天文學(xué)觀測(cè)中，但是在20世紀(jì)60年代時(shí)，大爆炸模型是惟一可行的理論，能夠比較合理地解釋宇宙的起源和現(xiàn)狀。

另外一個(gè)廣義相對(duì)論的完美證明應(yīng)該在此特別提及。勒梅特赫最初曾提出宇宙就像一個(gè)“原始的粒子”，但如果宇宙誕生的時(shí)候只有輻射的話會(huì)發(fā)生什么結(jié)果？鮑伯·迪克，即此前曾做實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)過愛因斯坦的等效原理的物理學(xué)家，他確信一些宇宙誕生時(shí)殘留的輻射肯定還留在宇宙的某個(gè)地方?jīng)]被發(fā)現(xiàn)。他與自己的研究生吉姆·皮布爾斯和戴維·威爾金森一起尋找這些輻射殘余。有一天，就如故事中常有的情節(jié)那樣“踏破鐵鞋無覓處，得來全不費(fèi)工夫”，迪克在普林斯頓實(shí)驗(yàn)室的電話響起，兩位在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的科學(xué)家阿諾·阿蘭·彭澤斯和羅伯特·威爾遜向迪克請(qǐng)教，他們制造的射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一些問題：當(dāng)他們利用望遠(yuǎn)鏡試圖觀測(cè)宇宙中幾厘米波長(zhǎng)的信號(hào)時(shí)總是會(huì)監(jiān)測(cè)到非常嘈雜的背景噪音。他們?cè)纫詾檫@些噪音可能是望遠(yuǎn)鏡上落上了鴿子屎，便把設(shè)備重新清理了一遍，但這種噪音依然存在。迪克能幫助他們嗎？迪克聞?dòng)嵨嫔下犕矊?duì)吉姆·皮布爾斯和戴維·威爾金森說，“嗨，有人搶在我們前面了?！钡峡穗S即向彭澤斯和威爾遜解釋說這個(gè)噪音可能意味著他們已發(fā)現(xiàn)了大爆炸殘留下的輻射。此后不久，彭澤斯和威爾遜合寫了一篇論文介紹了他們的發(fā)現(xiàn)，并發(fā)表在名望很高的《天文學(xué)雜志》上。迪克和他的研究生皮布爾斯的論文隨后也發(fā)表在同一刊物上，題為《宇宙黑體輻射》。他們倆用愛因斯坦廣義相對(duì)論來說明大爆炸的輻射會(huì)慢慢冷卻，達(dá)到開氏溫標(biāo)３度的絕對(duì)溫度。從普朗克輻射定律得知，絕對(duì)溫度為３度的輻射其輻射波長(zhǎng)大約在幾個(gè)厘米之間，這就是為什么彭澤斯和威爾遜能獲得背景噪音信號(hào)，因?yàn)榇蟊ǖ某跏驾椛涞牟ㄩL(zhǎng)慢慢變化，到后來成為與宇宙微波背景的波長(zhǎng)相當(dāng)。彭澤斯和威爾遜因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)獲得1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，不過迪克沒能共享這項(xiàng)榮譽(yù)。

除此之外，還有一個(gè)關(guān)于廣義相對(duì)論的預(yù)言值得一提?；叵胍幌滤堫^的水滴和蹦床中的籃球的實(shí)驗(yàn)。如果你打開水龍頭，或把籃球放到蹦床上，地球引力和表面張力之間的微妙平衡就被打破了。如果把籃球往下壓，然后松手：蹦床的表面一般會(huì)上上下下地抖動(dòng)，就像波浪的運(yùn)動(dòng)一樣。水滴實(shí)驗(yàn)中，如果打開龍頭開關(guān)，將會(huì)在水面上形成一些小水滴和一些波紋。相對(duì)論方程式也與此類似。時(shí)空的曲率取決于物體的應(yīng)力張量。如果物體發(fā)生損壞，應(yīng)力張量也發(fā)生變化，那么相對(duì)的時(shí)空曲率也隨之改變。愛因斯坦在一篇1918年的論文中預(yù)言引力波是可能存在的：如果同樣這些難以預(yù)測(cè)的事發(fā)生在一顆星體，星體質(zhì)量發(fā)生重大變化，也將導(dǎo)致時(shí)空的波動(dòng)。對(duì)一顆主要由氣體組成的一般恒星來說，一定氣體的溫度會(huì)產(chǎn)生一定的壓力，防止恒星在自身引力作用下坍塌。當(dāng)該恒星進(jìn)入老年期，它會(huì)燃盡用于保持這種溫度所需的燃料，如果燃料真的用盡，這時(shí)便沒有壓力可以抵消自身引力，它便發(fā)生了坍塌，向內(nèi)破裂了——這種情況下，坍塌會(huì)一直塌陷至離恒星中心一定距離的地方，造成此處的壓力相對(duì)較大。在這個(gè)點(diǎn)上，從外部向內(nèi)塌陷的物質(zhì)被以一種巨大的能量向外反彈，以驚人的速度向外部太空擴(kuò)展，這就是所謂的超新星爆炸。天文學(xué)家經(jīng)常能觀測(cè)到這種超新星爆炸，它們爆炸時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生巨量的Ｘ射線。超新星也是觀測(cè)引力波的好例子。科學(xué)家們正在建造許多引力波探測(cè)器，如果真的能夠捕捉到引力波，那將是廣義相對(duì)論正確性的很好證明。

1974年，美國(guó)人喬·泰勒和盧瑟爾·豪斯發(fā)現(xiàn)一對(duì)奇怪的雙子星。其中一個(gè)是脈沖星，標(biāo)號(hào)為PSR1913＋16，它在圍繞一個(gè)看不見的伙伴天體旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)射出強(qiáng)大的脈沖輻射。天文學(xué)家們認(rèn)為這個(gè)看不見的天體極有可能是一顆脈沖星，這很可能是一個(gè)雙脈沖星系統(tǒng)。1978年，他們通過多年跟蹤觀測(cè)最終表明，根據(jù)愛因斯坦廣義相對(duì)論，該雙星系統(tǒng)發(fā)射出引力輻射，改變了雙星的旋轉(zhuǎn)軌道。這些便是泰勒和豪斯的發(fā)現(xiàn)。在接下來的二十年中，他們一直密切觀測(cè)著這個(gè)雙脈沖星系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)它們的軌道不斷改變。這樣的改變與水星近日點(diǎn)軌道的變動(dòng)還不一樣。兩位天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，脈沖雙星的軌道改變意味著它們正在失去能量。這兩個(gè)星體的能量通過發(fā)出引力輻射而衰減。至此，他們終于證實(shí)恒星確實(shí)會(huì)發(fā)出引力輻射，而且強(qiáng)度跟愛因斯坦的相對(duì)論所預(yù)言的一樣。為了表彰他們對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，泰勒和豪斯被授予1993年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

＊＊＊

愛因斯坦的廣義相對(duì)論完成于1916年。現(xiàn)在這一理論已成為每一位物理學(xué)家的必修課。大爆炸的宇宙模型與廣義相對(duì)論完美地結(jié)合，新一代物理學(xué)家們正在為證實(shí)愛因斯坦的理論提供高科技的手段。微波背景輻射也能為廣義相對(duì)論所完美解釋。宇宙微波背景探測(cè)中心還首次繪制出高分辨率的宇宙微波背景圖，現(xiàn)在通過威爾金森微波背景輻射探測(cè)系統(tǒng)（這套系統(tǒng)是以迪克以前的學(xué)生戴維·威爾金森的名字命名的）的幫助，人們可以發(fā)現(xiàn)非常微小的輻射波動(dòng)。自此，廣義相對(duì)論完全通過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)成為一個(gè)應(yīng)用科學(xué)。