아인슈타인의 일반 상대성 이론은 시공간을 기술하는 장방정식을 탄생시키며 우주관의 혁명적인 변화를 예고했습니다. 이 방정식의 수학적 결과는 우주가 정적이지 않고 팽창하거나 수축한다는 역동적인 가능성을 내포하고 있었습니다. 그러나 정적인 우주를 굳게 믿었던 아인슈타인은 방정식에 '우주 상수'라는 보정값을 도입하여 우주의 변화를 부정하고자 했습니다. 그는 우주가 어느 방향으로나 균일하다는 '우주 원리'를 가정하여 수성의 세차 운동 등 복잡한 계산 문제를 해결하려 했고, 나아가 자신의 이론을 우주 전체에 적용하여 그 생김새를 규명하고자 시도했습니다.

우리의 정적인 우주관에 균열을 일으킨 인물은 러시아의 수학자 알렉산드르 프리드만이었습니다. 그는 1922년 아인슈타인의 장방정식을 기반으로 우주의 물질 밀도에 따라 우주가 수축하거나 영원히 팽창할 수 있다는 세 가지 우주 모델을 제시했습니다. 프리드만은 우리의 우주가 끊임없이 움직이고 변화한다는 역동적 신념을 주장했으나, 아인슈타인은 정적 우주론이 더 타당하다고 믿으며 그의 의견을 물리쳤습니다. 하지만 이 역동적 우주론은 훗날 우주의 기원을 설명하는 거대한 아이디어의 기초가 되었습니다.

우리는 어제와 오늘 서로 다른 우주에서 살고 있으며, 내일 역시 또 다른 우주 속에서 살고 있습니다.

1927년 벨기에의 천문학자 조르주 르메트르는 프리드만의 이론을 바탕으로 '원시 원자 가설'을 발표했습니다. 그는 시간을 거꾸로 돌리면 우주의 모든 물질이 하나의 점에서 출발했을 것이라 주장하며, 방사성 붕괴와 같은 폭발적 에너지 방출로 우주가 탄생했다고 설명했습니다. 그러나 아인슈타인은 이 물리적 가설에 강한 반감을 드러내며 그의 물리학을 혐오스럽다고 혹평했습니다. 학계 역시 르메트르를 조롱하며 '빅뱅'이라는 용어를 비아냥거리듯 사용했으나, 역설적으로 이 단어는 현대 우주론의 가장 위대한 이론을 상징하는 이름이 되었습니다.

새로운 우주 모델을 입증하기 위해 천문학자들은 더 멀고 정밀하게 우주를 관측할 수 있는 도구를 개발하기 시작했습니다. 과거 윌리엄 허셜이 우리 은하의 존재를 밝힌 이후, 과학계에서는 우주에 우리 은하만 존재하는지에 대한 대논쟁이 벌어졌습니다. 이 논쟁의 실마리를 제공한 인물은 헨리에타 리비트였습니다. 그녀는 세페이드 변광성의 주기와 밝기 관계를 밝혀내며 우주의 거리를 측정할 수 있는 '표준 촛불'을 발견했습니다. 이를 통해 에드윈 허블은 성운들이 우리 은하 외부의 독립된 은하라는 사실을 역사상 최초로 입증해 냈습니다.

20세기 초 분광학의 발달은 우주 관측에 또 다른 혁신을 가져왔습니다. 원소의 에너지 양자화에 따른 흡수 스펙트럼 분석법은 별의 대기 성분을 분석하는 강력한 도구가 되었습니다. 과학자들은 멀리 떨어진 천체들의 선 스펙트럼이 원래의 위치에서 벗어나 청색이나 적색 계열 쪽으로 미세하게 치우쳐 나타나는 기묘한 현상을 관측했습니다. 이러한 스펙트럼 편이 현상은 기존 물질 구조의 차이가 아니라 우주 규모의 움직임과 깊은 연관이 있음을 암시했고, 이는 대논쟁의 해결과 함께 팽창하는 우주의 움직임을 증명하는 결정적 단서가 될 준비를 마쳤습니다.