勒梅特埋首于爱因斯坦的定理，是由于爱因斯坦很快就成为当时最有远见的科学家。为了生活和学术经费，爱因斯坦曾经在瑞士首都伯恩的专利局上班。在这时期，写下了他对物理定律的各种想法。他在1905年发表了他第一个主要的作品，即第一个相对论，就是所谓的“狭义相对论”（Special Relativity）；在1915年才发表的，称作“广义相对论”（General Relativity）。这两个理论都是在处理观察者和他所观察的事件之间的关系。“狭义相对论”主要是说明当观察者和事件之间有个稳定的运动关系时，会发生什么事；而“广义相对论”则将重力也考虑进去了，它也说明了任何的运动在速度增加或减少时的情况。这两个都是很艰深的理论，要完全掌握它们不是件容易的事。然而，人们普遍认为这些概念促使爱因斯坦登上科学的世界舞台。原本爱因斯坦并不是特地要去解释宇宙，但是他的理论无疑引起宇宙学家的注意，这是因为爱因斯坦实际上已经重写了那些自牛顿时代以来未曾被挑战过的物理定律。
爱因斯坦认为，无论观察者是在哪个位置观察事件，此事件所遵循的物理定律都是一样的。这个想法源自于他知道同样一个事件对不同的观察者而言，看起来是不同的，这跟他们的相对位置有关。有几个日常生活的例子常常被用来说明这一点，其中一个是我们熟悉的例子：两列火车并排停在火车站时，你可能坐在其中一列火车，从窗口望向另一列火车，那时它似乎开始在动了。刹那间，你不能确定它是真正开始动了，还是你坐的火车开始在动，你所知道的是其中一列火车必定相对于另外一列在移动，这就是为什么有相对论的缘故。
现在想象另一个状况：有一名观察者在火车上，另外一名在月台上。这时候，那列火车正好快速开进车站。在车厢里的观察者前面的桌上有一个杯子，离他60厘米。对他而言，杯子是不动的，但对于站在月台的另一名观察者来说，杯子看起来就像以火车的速度穿越车站一样。
时间扭曲
爱因斯坦发展出一套数学方程式来描述这种关系。总的来说，它们定义了时空的性质，这对宇宙学家有重大的影响。首先要时间和空间的失真这些图是简化过的，只把空间表示成二维的，像一张纸，而现实中的空间是三维的。根据爱因斯坦的相对论，一个大质量物体，比如说一颗恒星，可以扭曲空间，这种效果在二维空间可以很容易地表示出来，尤其是来自黑洞的这种极端扭曲的情况，如果把时间加上的话就是第四维空间，在这里无法演示出来，它也被强引力场所影响。
提的是，时间和空间在数学上是同样的东西，因此牛顿对于重力的解释必须完全修正，虽然它似乎相当精确。爱因斯坦认为，两个物体并不如牛顿所想的会直接互相吸引。每一个物体都会影响时间和空间，任何重力作用皆是因此而造成的。如果你觉得这样的观念很难懂，那么就想象一个代表太阳的重物（如一颗炮弹）放置在一片代表时空的紧绷橡皮上。炮弹的重量使它往下沉，在橡皮上形成一个圆锥形的凹处——我们可以把它想象成水涌进小洞时所形成的涡流。
勒梅特在研究爱因斯坦的方程式时，发现一些真正令他兴奋的事情。爱因斯坦的数学，其中一个结果是：宇宙不是静态而是动态的。我们很容易就可以明白道理何在。如果时间和空间会被任何有质量的东西扭曲，则当一个天体经过另一个时，就会被拉过去。在这样的情况下，如果宇宙是静态的，则所有的物体最终会彼此靠近，所有物质会聚集在时空里最大的一个凹处底部。牛顿得出他的重力理论时，这个问题也曾经困扰过他。经过了数十亿年后，宇宙里所有的物质怎么还能分得那么开呢？为什么它们不会因为重力而靠在一起，形成一个聚合物呢？牛顿的想法局限在物体和物体之间的吸引力，爱因斯坦的理论则牵涉到有质量的物体影响时空的数学描述。因此，牛顿的理论体系对于所有物体会聚在一起的问题束手无策，而爱因斯坦的数学是可以避免这种窘境的。在爱因斯坦的理论里，空间和时间必须随着质量的存在而相应变化。因此，空间和时间必须是动态而不是静态的。结果，时空和宇宙不能保持静止的状态，而且如果它要改变，只有变得更大或更小，它必须是慢慢膨胀或是收缩。
