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了第一篇关于宇宙学的论文《根据广义相对论对宇宙学所做的考查》。文中，
他也分析了牛顿无限宇宙理论中的矛盾和不自洽。
牛顿经典力学在讨论一个有限力学体系的运动时，总是假定可以选取一
个参考系，使引力势在无限远处成为常数。在解决局部天体的运动问题时，
这个条件是非常关键的。但是，按照牛顿的无限宇宙图象，物质是均匀分布
在整个无限的空间中，那么，根据牛顿经典力学又将得出无限远处引力势不
为常数的结论，这就是一种矛盾。如果，放弃物质均匀分布于整个空间的假
设，认为物质主要集中在周围有限的范围，那么，可以保证无限远处的引力
势是常数，但物质的宇宙确仍然是有限的。所以，牛顿的引力理论在原则上
是无法描写宇宙这一物理体系的。
爱因斯坦利用广义相对论得出的引力场方程对宇宙体系进行了考察，并
提出了两个假定，一是各向同性的假定，即宇宙从大尺度上来看，在任何给
定的时刻，对各个方向观测的结果相同；另一是均匀性的假定，即宇宙从大
尺度上看，天体的分布是均匀的，星系的平均密度、光度和相互间的距离都
是一样的。这两个假定也称宇宙学原理。根据这一原理，他由引力场方程得
出了一个静态的宇宙解，即物质在宇宙中总的分布不随时间变化的解，这个
解表明，宇宙是闭合的、有限的，但又是无边的。这个宇宙模型虽然简单，
而且后来的星系远离运动的观测事实也表明宇宙这个物理体系不是静态的，
但它确是第一个科学的现代宇宙模型，为现代科学宇宙学的发展奠定了基
础。
同年，荷兰天文学家德西特由引力场方程得出另一个静态的宇宙解。该
解认为宇宙的物质有运动但平均密度趋于零。
1925年，苏联数学家弗里德曼由爱因斯坦的引力方程中得到一个非定态
解，但当时未引起人们的重视，1927年，比利时天文学家勒梅特把这种动态
时空解作为一个宇宙模型进行了考察，提出了弗里德曼一勒梅特宇宙模型和
大尺度的空间会随时间而膨胀的观点。
1929年，美国天文学家哈勃（1889—1953）在研究河外星系光谱红移中
发现，星系系统的退离速度与距离成正比，这表明，宇宙在膨胀，非静态宇
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宙模型获得观测证实。
爱因斯坦起初对弗里德曼等人的动态宇宙模型持怀疑态度，认为非定态
解是求解引力场方程时的数学错误所造成的，但在哈勃红移现象发现以后，
爱因斯坦收回了对弗里德曼的批评，承认了自己的错误，并万分感慨地说，
这是他“一生中最大的错事”。
1932年，勒梅特又在宇宙膨胀的基础上进一步提出宇宙起源于原始火球
的大爆炸观点。1948年，美籍物理学家盖莫夫（1904—1968）把宇宙起源与
化学元素起源联系起来，提出宇宙大爆炸学说。这一宇宙学模型认为，宇宙
起始于一个密度极大、温度极高的炽热物质凝团，这个凝团快速并各向同性
地爆炸，物质向外散开，在膨胀和冷却过程中形成了星系和恒星。现代天文
学家观测到的大尺度天体的系统红移与这种宇宙学说是一致的。
关于宇宙的形成以及巨大宇宙物质如“塌缩恒星”、“黑洞”等的奇异
性质在现代理论天体物理学中是相当引人入胜的话题，但是，这一方面探索、
研究的进展已超出了本书的范围。爱因斯坦创立的广义相对论为人们研究宇
宙、开拓宇宙奠定了基础，而随着研究的深入，相对论也遇到了挑战，人们
对自然的认识也随着一个个挑战的产生和解决而不断深入。
3。科学巨匠爱因斯坦
（1）爱因斯坦的科学贡献
科学巨匠爱因斯坦在现代科学技术史上占有极其重要的地位，他的一生
对科学宝库作出了巨大的贡献，对物理学的贡献就有以下几个主要方面：
一是分子运动论方面。爱因斯坦用统计方法研究分析了原子、分子的热
运动问题。1827年，英国的植物学家布朗 （1773—1858）在显微镜下发现，
浸泡在液滴中的花粉粒子在不停地作不规则的运动 （后来以发现者的名字，
命名这种运动为布朗运动），粒子越小，液体温度越高，运动就越激烈。布
朗运动实际上是由液体分子的不规则热运动引起的。1905年春，爱因斯坦撰
写的关于液体中悬浮粒子运动的两篇论文才真正从理论上完全解释了布朗运
动，并以统计方法给出了悬浮粒子的运动状态与液体性质之间的数学关系
式，还给出了测定分子大小的方法。1908年，法国物理学家裴兰用实验证实
了“布朗运动的爱因斯坦定律”，并因此获得1926年的诺贝尔奖。爱因斯坦
的研究证明，热是能量的一种形式，是由不规则的分子运动引起的，证明了
物质是由分子、原子构成的。他的工作使原先对原子论抱怀疑和反对态度的
人如马赫和奥斯特瓦尔德 （1853—1932）也不得不宣称“改信原子学说”，
对原子论的胜利作出了决定性的贡献。
二是量子论方面。1905年，爱因斯坦推广了普朗克的“能量子假说”提
出“光量子假说”，以最简练、明晰的方式解释了1887年赫兹所发现的“光
电效应”现象，并给出了光电效应的“爱因斯坦公式”。10年后，该公式在
美国实验物理学家密立根（1868—1953）的实验中得到了证实。爱因斯坦关
于光的这种新的理论，发展了普朗克在热辐射问题上阐明的量子思想，首次
揭示了光的两重性，即光既有波动性，又有微粒性，使惠更斯和牛顿彼此对
立的光学理论在新的概念、新的高度上得以统一。后来，德布罗意（1892—）
和薛定谔 （1887—1961）把爱因斯坦的这种观点又推广到电子，提出电子和
光子一样具有波粒二重性，而波粒二重性则是量子力学和量子场论的支柱。
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1906年，爱因斯坦把量子概念运用到物体内部的晶格振动问题中，解决了低
温时固体比热同温度变化的关系问题；1912年，又把量子概念用于光化学现
象，提出光化学当量定律；1916年，他从玻尔的基本假定出发导出了普朗克
的辐射公式，并提出受激辐射的理论，这一理论对60年代激光技术的发展有
重要意义；1924年，他利用刚刚提出的德布罗意物质波假说处理单原子理想
气体，同玻色一起建立了玻色—爱因斯坦量子统计理论。由于爱因斯坦在量
子论方面的贡献以及对量子力学产生的推动作用，他和玻尔一起被称为量子
力学的两个“教父”。
三是相对论的创立和发展。包括前面所述的狭义相对论、广义相对论的
创立，以及广义相对论创立之后在宇宙论和统一场论研究领域的开拓、发展。
被人们尊称为 “相对论之父”的爱因斯坦，实际上在多学科
领域中都是出类拔萃的理论研究家。1921年，爱因斯坦因在光电效应理论方
面的贡献获得诺贝尔奖，而他的学生兰佐斯认为，爱因斯坦一生理应获得五
个诺贝尔奖，即指布朗运动研究，提出光量子理论，创立狭义相对论，发现
质能关系式和创立广义相对论。其中前四项涉及三个领域的重大成果是在
1905年3月到9月这半年之内完成的。当时爱因斯坦年仅26岁，在瑞士伯
尔尼专利局任技术员，一无名师指导，二无专门研究机构的条件，而他完全
靠业余时间独立钻研取得这些成果。爱因斯坦的成就不能不说是科学技术史
上的一大奇迹，也是人类科技史上最光彩夺目的一页。毫无疑问，爱因斯坦
具有不同于常人的高度发达的“信息加工中心”——大脑，科学家们至今仍
在努力揭开这个“信息加工中心”的奥秘，但从另一方面看，爱因斯坦的成
就并不是偶然的。
（2）从学生时代到就职于伯尔尼专利局
1879年3月14日，爱因斯坦出生于德国乌尔姆的一个犹太商人家庭。
他和牛顿一样，并不早慧，但从�