星系和不断扩展的宇宙
爱因斯坦几乎立即将他的引力理论应用于整个宇宙，于1917年发表了他的第一篇宇宙学论文。由于他对天文学的最新工作不甚了解，因此他认为宇宙是静止不变的。爱因斯坦认为物质在整个宇宙中是均匀分布的，但他找不到场方程的静态解。问题在于宇宙中所有物质的相互引力将使宇宙收缩。因此，爱因斯坦引入了一个附加项，其中包含因子Λ，即“宇宙常数”。新术语提供了一种普遍的宇宙排斥力，它可以在很远的距离处起作用以抵消引力的影响。当爱因斯坦后来得知宇宙膨胀时，就将宇宙学常数描述为他职业生涯中最大的错误。（但是宇宙常数已经爬回到20世纪末和21世纪宇宙论中。即使爱因斯坦错了，他也常常对事物产生深远的兴趣。）
爱因斯坦的静态解表示一个有限体积的宇宙，但是没有边缘，因为空间向后弯曲。因此，一个虚构的旅行者可以永远沿直线行进，而永远不会来到宇宙的边缘。该空间具有正曲率，因此三角形中的角度总计超过180°，尽管仅在具有足够大小的三角形中才可见。（一个很好的二维类比是地球的表面。它的面积是有限的，但是没有边缘。）
20世纪初，大多数专业天文学家仍然认为，银河系与可见宇宙本质上是同一回事。少数人相信岛屿宇宙的理论，即螺旋星云是巨大的恒星系统，与银河系相当，并且散布在空间中，两者之间的距离很大。对岛屿宇宙理论的一个反对意见是，在银河系（所谓的避让区）的平面附近几乎看不到螺旋形。因此，旋涡必须以某种方式成为银河系的一部分。但是美国天文学家希伯·柯蒂斯（Heber Curtis）指出，一些可以从头到尾看到的螺旋形显然在其“赤道”平面上含有大量的尘埃。也许人们还希望银河系在其整个平面上都有大量的尘埃，这可以解释为什么在那里看不到许多暗淡的螺旋形。在低银河纬度下，能见度完全被遮盖。1917年，柯蒂斯在他的螺旋照片中还发现了三个新星。这些新星的微弱暗示着这些旋涡距离银河系很远。
宇宙的静态特性很快受到挑战。1912年，在美国亚利桑那州洛厄尔天文台，美国天文学家Vesto M. Slipher开始测量螺旋星云的径向速度。斯利珀检查的第一个螺旋线是仙女座星云，它被证明是蓝移的，也就是说，正朝银河方向移动，其速度接近每秒300公里（200英里），是有史以来观测到的最大速度反对那个时候。到1917年，Slipher的径向速度达到25个螺旋线，有些高达每秒1,000公里（600英里）。以这种速度移动的物体几乎不属于银河系。尽管少数发生了蓝移，但绝大多数都发生了红移，这与银河系的运动相对应。但是，天文学家没有立即得出结论，宇宙正在膨胀。相反，由于斯利珀的螺旋线在天空中分布不均匀，因此天文学家利用这些数据来推论太阳相对于螺旋线系统的速度。Slipher的大部分螺旋状漩涡位于银河系的一侧并逐渐消退，而另一些则位于另一侧并接近。对于斯利弗而言，银河系本身就是一个螺旋形，相对于更大的螺旋形运动而言。
1917年，荷兰数学家威廉·德·西特（Willem de Sitter）发现了场方程的另一种显然是静态的宇宙学解，与爱因斯坦的方程不同，该解表明距离和红移之间存在相关性。尽管尚不清楚de Sitter的解决方案可以描述宇宙，因为它没有物质，但这确实激发了天文学家寻找距离与红移之间的关系。1924年，瑞典天文学家卡尔·隆德马克（Karl Lundmark）发表了一项经验研究，得出了螺旋的距离和速度之间的线性关系（尽管有很多分散）。困难在于足够准确地知道距离。伦德马克使用在仙女座星云中观察到的新星来确定该星云的距离，方法是假设这些新星的平均绝对亮度与银河系中的新星具有相同的平均绝对亮度，而新星的距离大约是已知的。对于更远的螺旋，Lundmark引用了粗略的假设，即这些螺旋必须具有与仙女座星云相同的直径和亮度。因此，新星充当标准蜡烛（即具有确定亮度的对象），并且对于更远的螺旋，螺旋本身成为标准蜡烛。
从理论上讲，1922年至1924年间，俄罗斯数学家亚历山大·弗里德曼（Aleksandr Friedmann）研究了爱因斯坦方程组的非静态宇宙学解。这些超出了爱因斯坦的模型，允许了宇宙的膨胀或收缩，超出了德西特的模型，允许了宇宙包含物质。弗里德曼还介绍了具有负曲率的宇宙学模型。（在负弯曲的空间中，三角形的角度加起来小于180°。）弗里德曼的解决方案几乎没有立即产生影响，部分原因是他于1925年去世，部分原因是他没有将其理论工作与天文观测联系起来。爱因斯坦发表一份说明弗里德曼（Friedmann）在1922年发表的论文中包含一个基本错误的说明并没有帮助。爱因斯坦后来撤回了这一批评。
