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爱因斯坦最大的错误是什么?

作者:怪奇物言

如果这个世界上的任何人都会永远举世闻名,那么爱因斯坦就不会让它出名了!这是一位开创了科学革命时代的伟人,他的成就永远流淌在科学的长河中!

一百多年前的一天,阿尔伯特·爱因斯坦向柏林的普鲁士科学院提交了一篇论文《相对论中的宇宙学思维》。这篇论文后来于1917年2月15日发表在《科学院院刊》上,为今天的大爆炸模型奠定了基础。

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然而,就在论文发表前一年多,爱因斯坦终于完成了他的伟大杰作,一个关于引力、空间和时间、广义相对论的新理论。新理论的基本原则之一是,空间和时间不是绝对的,恒定的量,而是可塑的,相互依存的,并受到物质存在的影响;

爱因斯坦在1917年发表的开创性的宇宙学思想论文中指出,广义相对论确实给出了静态宇宙的一致模型。但是,有两个假设是必要的。首先,宇宙是一个封闭的空间几何体(如三维球体),在时间上没有开始或结束。其次,需要在相对论的场方程中引入一个新术语。

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有些人认为新术语,宇宙常数,是模棱两可的,并声称它破坏了原始场方程的对称性和简单性。然而,广义相对论肯定并允许使用这个术语;事实上,一个鲜为人知的事实是,爱因斯坦在1916年的首次论述中指出了将其扩展到场方程的可能性。现在宇宙学常数已经发现了一个重要的应用,因为它允许宇宙模型与爱因斯坦的惯性相对论观点保持一致。

宇宙学思维

爱因斯坦的宇宙学思想论文是一篇引人入胜的读物,因为它包含了对牛顿宇宙学局限性的讨论,以及他对通往令人满意的宇宙学模型的漫长道路的描述。然而,宇宙学思维的一个令人费解的方面是,爱因斯坦没有考虑到静态宇宙的稳定性。他的分析预测了宇宙的大小与宇宙中物质密度之间的直接关系,但是如果物质的密度随时间而变化,会发生什么,正如人们所期望的那样?事实上,后来的研究表明,爱因斯坦的世界在物质密度的扰动方面是高度不稳定的。

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就在《宇宙学思维》发表几个月后,荷兰天文学家德西特指出,在场方程中添加宇宙学常数可能会导致另一个宇宙解,一个没有物质的宇宙。在本文中,Desit用一个包围时空几何的空四维宇宙取代了爱因斯坦的三维物质。爱因斯坦的理论受到Desit模型的巨大挑战,因为宇宙真空解决方案的存在与他对马赫原理的理解直接冲突。两位物理学家随后进行了长时间的辩论,但我们在爱因斯坦的工作中没有发现任何证据表明他已经接受了Desit的解决方案作为宇宙的现实模型。

1922年,年轻的俄罗斯物理学家亚历山大·弗里德曼(Alexander Friedman)建议,应该在宇宙模型中考虑爱因斯坦场方程的非静态解。从修改后的场方程开始,弗里德曼推导出两个微分方程,将宇宙的时间演化与物质密度和宇宙常数联系起来。爱因斯坦并不完全接受弗里德曼的理论。他的第一反应是,俄国人犯了一个数学错误。虽然这种批评最终被撤回,但爱因斯坦撤回的书的未发表草稿表明,他认为弗里德曼的宇宙学是不现实的。

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1927年,比利时物理学家勒马尔·特雷(Lemar Trey)也从修改后的场方程中推导出了宇宙半径的时变方程。通过将新的天文观测与广义相对论联系起来,他认为数据表明宇宙不是静止的,而是膨胀的。显然,爱因斯坦也不同意这一发现:在他的回忆录中,勒玛·特雷回忆说,爱因斯坦将他膨胀的宇宙模型描述为"令人憎恶的"!

所有这一切都在1929年发生了变化,当时美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)发表了第一个确凿的证据,证明螺旋星云的下降与其径向距离之间存在线性关系。许多物理学家接受哈勃的结果作为宇宙正在膨胀的证据,并提出了各种宇宙相对论模型。最终,爱因斯坦自己在这一点上放弃了他的静态宇宙学。在1930年代早期,他发表了两种不同的膨胀宇宙模型,一个是闭合空间曲率模型,另一个是欧几里得几何模型。在每种情况下,他都放弃了宇宙学常数,说这个术语既不令人满意,也不多余,不满意,因为它在静态模型中给出了一个不稳定的解决方案,并且因为相对论可以描述膨胀的宇宙,而这个术语并不存在。

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1931年,Lema Trey再次大胆地提出了这个想法。他指出,在过去,膨胀的宇宙无疑是更小、更密集、更温暖的,所以他认为我们的宇宙可能起源于一个在数十亿年内膨胀和冷却的小原始火球。这个想法后来被称为宇宙的"大爆炸"模型,最初几乎没有得到支持,但在1960年代有一些支持的证据,其中最重要的是在宇宙微波的背景下从婴儿宇宙遗留下来的微弱的宇宙辐射,现在已成为科学家研究的焦点。

爱因斯坦最大的错误

在他的回忆录中,俄罗斯科学家乔治·加莫(George Gamo)报告说,爱因斯坦将宇宙常数描述为"我最大的错误"。近年来,人们对加尔莫的说法表示怀疑,其他物理学家也发表了类似的报告。当然,如果哈勃望远镜没有将宇宙学常数引入场方程,那么宇宙的膨胀就会在哈勃望远镜观测之前很多年就被预测出来了。另一方面,重要的是要记住,爱因斯坦在1917年的任务是研究相对论是否可以描述一个已知的宇宙,假设是一个静止的宇宙。如果爱因斯坦确实犯了"最大的错误"评论,很可能他没有注意到宇宙常数没有提供一个稳定的、静态的宇宙模型。

爱因斯坦最大的错误是什么?

直到今天,我们已经发现了宇宙膨胀的加速,宇宙常数已经戏剧性地回到了相对论。所以也许有些人认为爱因斯坦真正的错误是在1930年代放弃了这个词,但这种观点再次有点与历史脱节,因为他当时并不知道加速扩张的证据。

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