1917年，歐洲的戰事仍在繼續，而且還在不斷地擴大。美國人參戰了，他們老是趁別人打到一半兩敗俱傷的時候才摻和進來。美國人半截參戰可以用很小的代價獲取最大的利益，二戰的時候也是這樣，最後還成了救世主。俄國爆發二月革命，沙皇政府倒台。到了這年11月，又爆發了列寧領導的革命，一切權力歸了布爾什維克。
前方戰事吃緊，後方愛因斯坦又病倒了，接連患肝病、胃潰瘍、黃疸病。一個比一個麻煩，這些病斷斷續續拖了四年才徹底根治，估計跟這幾年愛因斯坦生活飲食起居不太規律大有關係。表姐艾爾莎搬來與他一起居住，以便照顧調理這個虛弱的病人。愛因斯坦腦子一刻也不能停止思索，他深知，廣義相對論在解決宏觀問題上是比較擅長的。那時候物理學界僅僅知道兩種基本的力，一種是萬有引力，一種是電磁力，我們日常看得見摸得著的東西，大部分跟電磁力有關。金剛石為什麼那麼硬？石墨又為啥那麼軟呢？這都跟原子結構排布有關係，各種原子之間有化學鍵的連接，才形成了各種各樣的物質，有的軟有的硬，有的是液體，有的是氣體。化學鍵說白了還是電磁力在發揮作用。
對於萬有引力，大家也都有直觀的感受，我們的體重便是由地球的引力造成的，天空中日月星辰繞圈運行也是因為有萬有引力的作用。但是，引力作用太過微弱了，一個小小的磁鐵就可以吸起一枚一元的硬幣。你可知道，腳下龐大的地球在與這一塊小小磁鐵的拔河之中是個輸家，電磁力比引力要強1037倍，雙方的數量級相去甚遠。因此愛因斯坦心裡很清楚，廣義相對論在微觀層面體現不出來，只有宏觀宇宙級別才是廣義相對論最大的舞台，他的眼光就這樣投向了宇宙本身。
何謂「宇宙」？四方上下曰「宇」，古往今來曰「宙」。「宇宙」二字描述的就是時空，宇宙本身，也可以用方程式來描述與計算。從愛因斯坦的方程也能看出大體思路：等號的一邊表示空間的彎曲程度，通俗地講也就是引力；另一邊的是能量，動量，宇宙大體就是這兩部分在起作用。方程式非常難解，寫成張量形式看上去還蠻短，攤開了就是十個二階偏微分方程聯立，已經夠讓人頭痛的了。
解這種偏微分方程，必須有初始條件和邊界條件，愛因斯坦認為宇宙就是現在這個樣子，它是不變的。為什麼呢？因為我們用望遠鏡看到的不僅僅是空間的距離，還是時間間隔。遙遠的星系，他們的光傳到我們地球上，也要好多年的時間呢！我們看到的是它們小時候的樣子。愛因斯坦斷定，看來宇宙過去和現在沒啥不同，遠處的天體與近處的天體看起來都差不多，並沒有明顯的差異，因此就以現在的狀況作為初始條件。
邊界條件呢？愛因斯坦認為我們這個宇宙是個有限無邊的宇宙，一般的物體都是有限的，起碼體積重量都是有限的，但是「無邊」可就不好理解了，一個歐幾里得平面是沒有邊界的，叫做「無限無邊」。有限無邊的東西，又是什麼樣子呢？愛因斯坦說，你看到過球面嗎？一個球，表面積是有限的吧？但是哪有邊界啊？沒邊界嘛。在三維空間中的這個二維球面，就是有限無邊的，我們的宇宙也是類似的情況。宇宙空間可能是個三維超球面，因為沒有邊界，那麼邊界條件就不要了。
當然，還有很多條件都是顯而易見的，但不得不提。比如說在大尺度上宇宙是均勻的，局部的確有聚集效應。比如說太陽系99.75％的物質集中在了太陽上，這當然極端不平均，小尺度內，物質很喜歡抱團聚集，但是你放眼全宇宙，太陽系連個沙粒都夠不上，總體來講還是比較均勻的。還有一個重要的特性就是各向同性，我們在地球上放眼望去，各個方向看到的宇宙沒啥不同，大尺度內還是各向同性的。愛因斯坦總結了一下，提出了一個宇宙學原理：在宇觀尺度上，宇宙是均勻且各向同性的。宇觀尺度，就是比108光年更大的尺度。
湊齊了條件，立馬開算。他鉚足了勁開始解這個方程式，越解越不對勁，完全沒辦法得到一個靜態的宇宙。這個宇宙是動態的，不會老老實實安安靜靜地維持現狀，宇宙始終在變化，要麼膨脹，要麼收縮，收縮到極點還會反彈，就像一顆跳動的心臟。愛因斯坦在個人觀念上並不喜歡變化的宇宙，在他的觀念中，宇宙是靜態的，穩定的，不隨時間變化的，於是他一抬手就給自己的方程式加了一個常數，這個常數是用來平衡一下宇宙的運動和演變，這樣就可以得到一個不變的宇宙了。場方程也就變成了帶有宇宙項的樣子，宇宙項本身意味著排斥效應，這樣就可以平衡引力效應，達到穩定平衡。
愛因斯坦先前在計算水星進動的時候，就想把這個項加進去，但是他算了半天發現不行，加了這個項，計算結果就不對了，於是他就把這個宇宙常數拿掉了。現在，愛因斯坦擺不平動態宇宙，不得已又把這東西拿了出來。他多多少少有點糾結，因為宇宙項並沒有物理上的根據，僅僅是為了滿足不變的宇宙而硬塞上去的。但是愛因斯坦意想不到的是，他無意間放出了一個「幽靈」，這個「幽靈」一直盤桓不去，給當今的物理學家惹來無盡的煩惱……
一方面，愛因斯坦在家調理身體，一方面就折騰這些計算。最近戰事不順利，德國經濟也撐不下去了，物價開始飛漲。德國馬克大戰前是與黃金掛鉤的，貨幣堅挺，俗稱叫「金馬克」，可是戰端一開，大批財富灰飛煙滅，馬克挺不住了，開始不再與黃金掛鉤，俗稱「紙馬克」。到了1917年，物價狂翻不止，愛因斯坦本來是高薪階層，每年拿一萬多馬克，但是戰爭一起，鈔票就變得如同廢紙。別忘了，米涅娃在瑞士的生活費還要他負擔，瑞士法郎並沒有貶值，愛因斯坦痛苦地忍受著每個月要拿出越來越多的馬克去兌換越來越少的瑞士法郎的局面。
基爾港的水兵發動起義，柏林也跟著響應，大批工人罷工學生罷課。德意志帝國岌岌可危，軍官們也不再給威廉二世賣命了，哪怕是老牌的保皇派元帥興登堡也勸皇帝走人。1918年11月，威廉二世宣佈退位，灰溜溜逃走避難。荷蘭的威廉明娜女王收留了威廉二世，畢竟歐洲皇室全是拐著彎兒的親戚，差不多全都沾親帶故。英國維多利亞女王號稱歐洲祖母，她的女兒孫女嫁給了不少歐洲王室，一戰可以說是表兄弟們打了個昏天黑地。
皇帝退位，國家一片混亂，愛因斯坦當然不喜歡搞軍國主義的威廉二世，他覺得這是德國迎來共和的偉大的時刻。他寄了不少明信片給別人報告所見所聞，但是一切都亂糟糟的。愛因斯坦還跟著一幫子教授名流一起呼籲人們不要狂熱，保持秩序。政府倒台之後沒人管事，學生們搞了個委員會，第一件事就是把校長抓起來了，系主任也跟著遭了殃。愛因斯坦和幾個教授跑前跑後，呼籲恢復秩序，先把校長放出來再說。
就在這混亂的時期，愛因斯坦還有件私人的大事要辦，那就是跟米涅娃離婚。他去瑞士正式辦理了離婚手續，孩子全判給了孩子他媽。至於分手的費用，愛因斯坦認定自己必定能得諾貝爾獎，將來要是得了諾貝爾獎，獎金全給米涅娃當補償，現在沒錢，先欠著好了。
一戰戰敗以後亂糟糟的社會總算可以安穩下來，但是經濟一直沒起色，物價還是在漲。德國戰敗，必須俯首帖耳接受協約國處置。1919年，各國首腦在凡爾賽宮舉行巴黎和會，討論戰後處置的問題，美國總統、法國總理、英國首相，各自帶著地理學家開始重新劃分歐洲的版圖。當然，我們最熟悉的就是巴黎和會上，德國在山東的權益給了日本，中國國內爆發五四運動。
這一年，對愛因斯坦也是至關重要的一年。1919年將要發生日全食，這是一次驗證愛因斯坦的廣義相對論的絕佳機會。上次去俄國的那隊人馬被戰爭攪黃了，另外的隊伍老天爺也不賞臉，這一次不能再錯過了！
英國著名的天文學家、物理學家，也是著名的反戰分子愛丁頓開始組織遠征隊到非洲去觀測日全食。愛丁頓爭取到這次機會也不容易，英國沒有多餘的經費，再說了，英國民眾也不答應，英國跟德國打了一仗，不知道多少年輕人死在了對方手裡，這事兒就算完啦？況且英國和德國科學界一直不睦，這是老祖宗牛頓和萊布尼茨當年結下的梁子，愛丁頓你小子居然要證明我們英國偉大的牛爵爺錯了，你算哪邊的？但是，科學家雖然有國籍，科學卻是沒有國界的，族群恩怨不牽扯到科學探索。
愛丁頓知道自己跟英國政府關係不好，他還是英國政府重點關注監控的對象。於是愛丁頓就攛掇皇家天文學家戴森出面去申請，戴森1900年以來搞過好多次日全食觀測，經驗非常豐富，說服力也強。當然了，公關工作也不能忽視，也需要搞點兒政治意義出來，此次遠征觀測，就成了英德和解的象徵。德國科學家的理論，由英國人檢驗，大家一起為全人類做貢獻，妥妥的正能量啊！裡裡外外一忽悠，領導們就給錢了。英國政府勒令愛丁頓將功補過，必須參加戴森的觀測隊伍，這可正中愛丁頓的下懷，他心裡頓時樂開了花。
愛丁頓忙前忙後，組織大隊人馬就去了非洲的普林西比，同時還有另外一支遠征隊去了南美。這一次日食的時間長達六分多鐘，老天爺看來是給足了面子，兩個遠征隊都拍攝了不少照片。照片分析過程很漫長，好幾個月也沒搞出結論。到了1919年11月6號，英國皇家學會和皇家天文學會舉行聯合會議，正式宣佈了愛丁頓的觀測結果及結論。會議由電子的發現者、皇家學會主席、著名實驗物理學家湯姆遜主持。在巨幅的牛頓畫像前，戴森報告了觀測結果，他表示，在仔細研究了照相底片之後，他認為它們毫無疑問地證實了愛因斯坦的預言。最後的測量結果與牛頓理論計算的結果出入較大，愛因斯坦的理論符合較好，故愛因斯坦勝出。第二天一早，各大報紙的頭條消息便引爆了公眾輿論。
這無疑是科學史上的一個輝煌時刻，不過在那之前，愛丁頓的觀測結果就在一個小範圍內傳開了。早在9月22日，洛侖茲就已經迫不及待地搞了個「劇透」，發電報將消息告訴了愛因斯坦。稍後，10月4日，普朗克向愛因斯坦表示了祝賀。10月22日，普魯士科學院院士、德國哲學及心理學家斯頓夫也向愛因斯坦表示了「最誠摯的祝賀」，並表示：在經歷了軍事和政治的失敗後，德國科學能夠取得這樣的勝利令人感到自豪。從此，物理學完全進入了嶄新的時代。
圖11-1 通過照片對比，發現星點發生了位移
我們現在回過頭再去審視這件事，發現愛丁頓他們使用的數據並不完全嚴謹，因為測量誤差比較大，高達30％，這樣的結果要是嚴格審核的話恐怕很難服眾。有人懷疑是不是數據有問題，愛丁頓提供了全套的觀測數據，他沒有做任何保留，你要是不信，可以自己去算。從品行操守上，他沒有瑕疵。後來又發生了劇情大反轉，愛丁頓拋棄的數據反而更貼近愛因斯坦的計算。
儘管當時愛丁頓的數據有人質疑，但是大家還是很喜歡愛因斯坦的理論。愛因斯坦堅信他的理論是對的，後來他寫過一段話表明其思想：「我認為廣義相對論主要意義不在於預言了一些微弱的觀測效應，而是在於它的理論基礎和構造的簡單性……」
在1919年以後，大家陸陸續續地又測量了好多次星光偏轉（圖11-1），精度一直上不去，因為測量偏移都依賴於拍了照以後對玻璃感光底片的測量。愛丁頓拍攝的時候在非洲，大太陽底下溫度很高，底片膨脹，當拿回歐美的實驗室做測量時，溫度下降，底片收縮，熱脹冷縮摻雜進去，精度可就完蛋了。此外，還有一堆亂七八糟的因素阻礙著精確測量。後來的人們就乾脆在觀測地建立了暗室，當場沖洗底片，全程保持在恆溫狀態，即便如此，精度仍然不夠。到了二十世紀的六十年代，出現了一個新的理論叫布蘭斯－迪克理論，這個理論預測的星光偏折比廣義相對論差了8％，這意味著分毫之間決勝負。相對論與牛頓力學預測的結果相比，差兩倍，誤差大點還馬馬虎虎。要打敗這個布蘭斯—迪克理論，精度起碼1％左右，而光學測量恐怕很難達到這個精度。
愛因斯坦夢繞魂牽的就是白天看見星星，可見光波段固然不能實現，射電波段卻是可以的。二十世紀七十年代，天文學家們也真是拼了，用甚長基線干涉技術終於把精度提高到了1％左右，愛因斯坦的廣義相對論勝出。當然，那時候大家都已經毫不懷疑相對論的正確性了。到了1991年，射電觀測把精度提高到了1/10000，再次證明愛因斯坦是對的，離當年首次測量星光偏折，已經過去了七十二年。
讓我們把思緒拉回到1919年，隨著各大媒體頭版頭條通欄大標題的宣傳，愛因斯坦名聲大噪，成了全社會的「偶像明星」。接下來的幾年間，他到處講學訪問，甚至環遊世界。1921年，愛因斯坦首次訪問英國，下榻在霍爾丹勳爵倫敦的住所，霍爾丹的女兒見到這位著名的客人來到她家，一時激動竟然暈了過去，愛因斯坦此時儼然成了「學術超男」。
愛因斯坦越來越繁忙，他橫渡大西洋去完美國，又去日本訪問講學。當他路過上海做停留的時候，喜訊傳來，瑞典駐上海總領事正式通知了愛因斯坦：他獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。
諾獎委員會很保守，不太想涉及相對論，但是此前早就有人提名愛因斯坦，各方呼聲實在太高了，尤其是普朗克力挺，不給諾獎怎麼也說不過去。1921年全年都沒能確定這一年的獎項頒發給誰，最後還是折衷了一下：因為愛因斯坦提出光量子學說，成功解釋了光電效應，所以頒發給他1921年度的諾貝爾物理學獎。這是一個遲到的獎項，1922年才宣佈頒發，同時宣佈獲得1922年度諾貝爾獎的是後起之秀玻爾。玻爾還有點心懷忐忑，他生怕自己在愛因斯坦之前獲獎會內疚，好在他倆的獎項是一起宣佈的。那幾年，諾獎頒發時常延誤，普朗克的獎項也是延遲頒發的。
愛因斯坦環遊世界回到歐洲，先跟瑞典人聯繫，看獎金怎麼劃撥到賬，轉成德國馬克恐怕沒幾天幣值就會跌去不少，還是看看換成別的貨幣是不是更合算，這筆錢最終是要交給米涅娃作為補償費的。就在這個時候，從新生的蘇聯寄出來一篇論文，投到了德國的權威雜誌，這篇論文的作者叫弗裡德曼，他用和愛因斯坦一樣的辦法來計算宇宙，結果也得到了一個動態的宇宙。這個宇宙要麼像心臟那樣跳動，一張一縮，要麼就是一直膨脹下去。靜態穩定的宇宙是不存在的。
稿子被愛因斯坦看到了，他覺得弗裡德曼算得不對。這個問題自己早就解決了，添加一個宇宙項就能搞定，況且，愛因斯坦本人對動態的宇宙是持否定態度的。正是因為愛因斯坦的否定，文章沒能發表，弗裡德曼當時也不知道是愛因斯坦審稿。後來有蘇聯科學家出國訪問，見到了愛因斯坦，碰巧談起這件事，才發現原來這篇論文的審稿人正是愛因斯坦。弗裡德曼得到消息，立刻給愛因斯坦寫信，他為自己做了辯護，認為自己是對的，但愛因斯坦沒給任何回音。弗裡德曼用的方程式不帶宇宙項，因此愛因斯坦在審稿的時候認為他是錯的。弗裡德曼後來轉投了德國的一個數學雜誌，知道的人不多，他的名氣也不是太大，但是他有個叫伽莫夫的學生名氣可不小。此人在宇宙學的發展上有很大貢獻，後文我們會提到。
弗裡德曼的論文發表在一份數學雜誌上，但名氣不大，很多人都沒看到過這篇論文。到了1927年，一個比利時人也算出了類似的結果：宇宙並非是穩定狀態。此人用的方程式跟愛因斯坦用的一樣，是帶著宇宙項的方程，哪怕是這個帶著宇宙常數的方程，也還是會得到膨脹解或者是脈動解。一個穩定的，不變的宇宙，是很難存在的。此人興奮異常，不僅僅是因為科學的成果，也是為了畢生的信仰。他是個神父，名叫勒梅特，畢業於比利時的天主教魯汶大學，虔誠地信仰上帝。自打伽利略那個時代起，上帝就在慢慢地失業，星球的運行這事兒牛頓說不是上帝干的，他只是推了一下，剩下的交給引力與慣性了。到了康德那時候，康德提出天體的形成與運行徹底跟上帝沒關係，不用勞煩上帝推，自己會轉圈。拉普拉斯也差不多得出了類似的結論。到了達爾文時代，把上帝造物給否定了，這回上帝徹底下崗了！作為一個虔誠的基督徒，勒梅特計算出了這個解，他能不高興嗎？我相信他內心裡是有這份期盼的，可算給上帝找到了一份工作！
勒梅特欣喜異常，因為一個膨脹的宇宙，意味著歷史具有開端。假如宇宙一直在膨脹，顯而易見的是：時間往回倒退，只要倒退得足夠久遠，宇宙的體積勢必要縮成0，哪怕不是0，體積也是非常小的，再往前追溯，恐怕就無法追下去了。那麼是誰造就了這麼一個起點呢？對於勒梅特這個天主教神父來講，結論是不言而喻的：上帝創世，第一句話就是「要有光」，所以，科學界很多無神論者對勒梅特報以白眼。勒梅特後來去找愛因斯坦，愛因斯坦也評價他「數學不錯，物理很差」。但是科學的魅力就在於此，不論你信仰什麼，大家都可以用數學公式來交流。上帝是標量還是矢量？難道是張量？反正勒梅特也沒把上帝寫進公式裡，他一直認為自己把信仰與科學分得清清楚楚。可是別人不一定這麼想，宗教領袖們當然喜歡把這個計算結果當做神跡，想要分清科學與宗教，恐怕由不得他自己。
後來，羅伯遜和沃爾克兩位科學家，綜合了弗裡德曼和勒梅特的思想，搞出了一個羅伯遜-沃爾克（RW）度規，他們兩個是分別在1935年和1936年獨立搞出來的。這個度規就是根據「宇宙學原理」，描述一個四維時空之中有限無邊的三維超球面。因為弗裡德曼的貢獻，有時候也把弗裡德曼的名字加上，叫做弗裡德曼-羅伯遜-沃爾克（FRW）度規。一般省事的話，都不加弗裡德曼的名字。當然如果少數的情況下不嫌麻煩，也會把勒梅特的名字加上，叫做弗裡德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克（FLRW）度規。
RW度規不依賴愛因斯坦場方程，純粹是從宇宙學原理推導出來的。所以即便愛因斯坦理論錯誤，RW度規仍然不受影響。我們來打個比方，RW度規就是描述了一輛自行車，有兩個因素特別重要，一個是車把的方向，你是朝前直走，還是朝左或者是朝右拐彎呢？用曲率k來表示，k存在三種情況：
● k＞0，那麼宇宙就是一個封閉的超球面，體積有限。
● k＝0，那麼宇宙是個平直的宇宙，是開放的，體積無限大。
● k＜0，那麼宇宙是一個超雙曲面，也是開放的，體積無限大。
所謂開放和封閉是如何判斷的呢？其實也很容易想像，你在一個空間裡面，計算兩點間的距離，假如這個距離是有極值的，無論如何都不會超過某個值，那麼這個空間必定是封閉的。你隨便去測量地球上兩點間測地線的長度，無論你怎麼量，反正數值不會大於赤道長度。地球表面是個在三維空間中的二維球面，是有限無邊的。假如兩個點想離得多遠都行，不受任何限制，那麼必定是開放的空間。
還有一個因素就是尺度因子a，就好比自行車走了多遠，如果尺度因子a不隨時間變化，那麼就是個靜態的宇宙。僅有RW度規，我們只是有了一輛自行車，這輛車是沒人騎的。我們已知，自行車可以向前走，也可以拐彎。但表演者不上場，我們壓根不知道這輛自行車將會玩兒出什麼樣的特技，這個表演者，正是愛因斯坦場方程。愛因斯坦的場方程告訴了這輛自行車，應該走多快，走多遠，朝哪邊拐彎。當然了，你換個其他度規也是可以的，就相當於換個其他交通工具。比如你換個挖掘機，你還是可以讓場方程上去駕駛一下耍耍，至於計算出來有啥現實意義，那就兩說了。場方程你要硬解那是很難解出來的，有了度規還比較好辦。當然，現代有大型電子計算機，霸王硬上弓也不是不行，可在當年那是不可想像的。
現在我們知道了，尺度因子a是和時間相關的，因此是個動態宇宙。我們的宇宙一刻不停地在演化著，宇宙尺度的變化不僅僅可以通過計算來得到，還可以通過觀察來得到。愛因斯坦之所以認為宇宙應該是靜態的，是因為以前從來也沒人觀測到尺度變化的痕跡。因此愛因斯坦一晃腦袋，不認可勒梅特，也不認可弗裡德曼。哪知道，僅僅過了兩年，愛因斯坦就被啪啪地打臉。