Üldrelatiivsusteooria ja kosmoloogilised mudelid

Newton kirjeldas gravitatsiooni nähtamatu jõuna, mis ulatub hetkeliselt läbi ruumi mis tahes kahe massi vahel. Üldrelatiivsusteooria asendab selle geomeetriaga: mass ja energia kõverdavad ruumiaja kude ennast, ning iga keha, mis liigub üksnes gravitatsiooni mõjul — planeedid, valgus, kukkuv õun — järgib lihtsalt kõige sirgemat võimalikku teed (geodeeti), mis tal selles kõverdatud ruumiajas on. Astronaut vabalangemises tunneb end kaaluta mitte sellepärast, et gravitatsioon oleks välja lülitatud, vaid sellepärast, et talle tegelikult ei mõju üldse mingit jõudu; see, mida me maapinnal 'gravitatsiooniks' nimetame, on tegelikult maapind, mis surub meid üles, takistades meil järgimast oma loomulikku geodeeti läbi Maa. Sama kõverus, mis painutab langevate kehade teekondi, painutab ka massiivsest kehast mööduva valguse teed ning aeglustab kellasid, mis asuvad sügavamal gravitatsiooniaugus, võrreldes kaugemal asuvate kelladega — kaks efekti, mis tunduvad seostamatuna ainult seni, kuni mõistad, et mõlemad tulenevad samast kõverdatud geomeetriast.

Rakendatuna kogu universumile seovad üldrelatiivsusteooria väljavõrrandid ruumiaja üldise kõveruse selles sisalduva massi ja energia kogujaotusega. Lahendatuna universumi jaoks, mis on kõige suuremas mastaabis igal pool ja igas suunas ligikaudu ühesugune, lubavad need võrrandid loomulikul viisil — ning koos vaatlusega, et galaktikad eemalduvad meist igas suunas kaugusega võrdelise kiirusega (Hubble'i seadus) — ennustada paisuvat universumit. Selle paisumise ajas tagasi kerimine viitab palju kuumemale ja tihedamale varajasele universumile, järelduse, mida kinnitab sõltumatult kosmiline mikrolainetaust: peaaegu ühtlane kiirgusfoon, mis jäi järele ajast, mil universum esimest korda läbipaistvaks muutus, umbes 380 000 aastat pärast algset kuuma ja tihedat olekut, mida tavaliselt nimetatakse Suureks Pauguks.

Oluline on olla täpne selles, mis tegelikult paisub: mitte galaktikad, mis lendavad üksteisest eemale läbi olemasoleva ruumi mingist keskpunktist, vaid ruum ise, mis venib kõikjal korraga, kandes galaktikaid endaga kaasa eemale ja venitades läbimineva valguse lainepikkust — see on ka põhjus, miks paisumisel pole tsentrit ega kohta, kuhu ükski vaatleja saaks näidata ja nimetada seda alguspunktiks. Kaasaegne kosmoloogiline mudel täiendab seda pilti veel äärmiselt lühikese varajase eksponentsiaalse paisumise faasiga (inflatsioon), mille arvatakse selgitavat, miks universum näib kõige suuremas mastaabis nii ühtlane, ning avastusega, et praegune paisumine kiireneb, mitte ei jätka lihtsalt sama tempoga ega aeglustu — mida seostatakse tumeenergiaga, aegruumi endasse ehitatud tõukava efektiga, mis on praeguste mudelite kohaselt erinev gravitreerivast tumeainest.