著名的物理學和數學公式包括:廣義相對論的引力場方程、歐拉恆等式、質能方程、粒子物理標準模型的拉格朗日量、麥克斯韋方程組、雅各布螺線方程。這裡就來簡單介紹一下一個源自於愛因斯坦引力場方程的極為重要方程:弗裡德曼方程。
上式中H表示哈勃參數,G表示萬有引力常數,ρ表示宇宙密度,Λ表示與暗能量有關的宇宙學常數,c表示真空中的光速,k/α^2表示空間曲率。弗裡德曼方程是現代宇宙學的理論基礎,計算宇宙的大小和年齡、了解宇宙的演化都離不開這個方程。
在1922年,在愛因斯坦提出了新的引力理論之後不久,弗裡德曼從引力場方程中推導出了弗裡德曼方程。這個方程表明,宇宙要麼在坍縮,要麼在膨脹,就是不可能保持靜態,這打破了當時人們的固有認知,這也是愛因斯坦所沒有想到的。到了1929年,哈勃通過星系紅移的規律發現了宇宙正在膨脹,這有力地證實了弗裡德曼的預言。
在弗裡德曼走完短暫的一生之後,他的學生伽莫夫把弗裡德曼的理論發揚光大,使其成為描述宇宙起源和演化的最重要理論,目前的觀測結果都十分符合弗裡德曼方程的描述。由於弗裡德曼方程結合了物質、能量以及宇宙在某一時間的膨脹速率,所以通過這個方程,我們能夠了解宇宙的過去,並且還能預知宇宙的未來。