20世纪初,爱因斯坦创立了广义相对论，描述了宇宙发展演变的历史。在这一理论体系中，空间与时间融合成连续的统一体，而宇宙则可被描述为一个四维时空网格。
从这一观点出发，宇宙膨胀并非是说宇宙在扩展自己的版图，而是指时空网格本身在膨胀。在相对论问世之前，牛顿物理学（认为天体遵循着牛顿定律运行的物理观点）、空间和时间都是绝对的，在牛顿运动方程里,时间仅仅是一个参数而已。
同时，引力被看成为巨大天体之间的吸引力，而为什么会产生引力却是一个谜。即使在许多实际情况中，广义相对论的运动方程都能被简化为牛顿运动方程，但两者的物理概念却是截然不同的。
在广义相对论中，天体借助于引力赋予了时空网格一些独特的性质。引力使时空连续统一体弯曲，广义相对论则将引力作用视为时空弯曲的表现形式。在引力的作用下，一些天体会从不太弯曲的时空“掉进”更为弯曲的时空。
根据爱因斯坦的广义相对论方程，包含有物质的时空无法保持静止状态，必须不断膨胀或收缩；星系并非在真正意义上相互远离，而是因为它们身处某一固定的、不断膨胀的时空网格中，才给人相互远离的假象。
打个比方，在一个气球表面画上一些小黑点，然后将气球吹胀。小黑点（代表星系）之间的距离将会变大，如果你居住在其中一个小黑点上，你就会认为其他的小黑点正在离你远去。实际上，相对于气球表面上的两个坐标（纬度和经度）而言，小黑点仍处在原来的位置上，并未移动，是气球的不断膨胀造成了这种错觉。
这里所提出的问题，仅仅考虑四维空间的广义相对论理论体系无法给出答案，因为这意味着时空之外还另有一个坐标。由于时空与物质紧密相连，因此“气球”表面之外是不存在的——时空本身就包含了一切。
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