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爱因斯坦所谓最大错误究竟是不是他自己说的?真相并不那么简单!

2020-02-14  徐德文科...

你翻阅任何一本科普书籍,只要有关爱因斯坦的,往往都会有这样一句话:爱因斯坦说,宇宙学常数是他一生中最大的错误。

爱因斯坦究竟有没有说过这句话呢?

什么是宇宙学常数

宇宙学常数的故事开始于一个世纪以前,爱因斯坦在提出广义相对论的时候,陷入了一个困境。那时候所有人都认为宇宙就像一个无边无际由星系和恒星组成的静态网络,物质在宇宙中均匀分布,永生不灭。然而爱因斯坦算出的广义相对论方程解却是一个动态的宇宙,这使得他非常苦恼,思索良久之后,爱因斯坦突然发现,只要在方程中随手加入一个简单的常数,就可将动态宇宙变成他哲学信念中矢志不渝的静态宇宙,这个常数便被称为宇宙学常数,用“Λ”来表示。

问题被天才的头颅用天才的办法极简地解决了,爱因斯坦非常高兴。然而就在这时,一位美国科学家震惊世界的发现传来,把爱因斯坦刚刚放下的苦恼又抬上了他的眉头。

宇宙在膨胀

这位美国科学家就是埃德温·哈勃。1917年美国向德国宣战,哈勃火线入伍,坐火箭升到了中校。然而战争很快结束了,哈勃并没有机会上前线,1919年退伍后,他被威尔森天文台的乔治·海尔聘用,开始其一生都不再挪窝的天文观测活动。

1929年,哈勃经过长期的天文观测后,发表了一份石破天惊的观测报告,指出螺旋星系的红移与其径向距离之间存在线性关系,这意味着宇宙在大尺度上正在膨胀,宇宙并不是静态的!

放弃宇宙学常数

在宇宙膨胀的确切证据下,爱因斯坦在1931年初放弃了宇宙学常数,转而发布了一个类似于弗里德曼宇宙的膨胀宇宙模型。一年后,他再次发表了一个更简单的宇宙模型,同样没有宇宙学常数。

至此,宇宙学常数由爱因斯坦的挚爱变成了最厌恶的东西,于是就有了那个传言:爱因斯坦说宇宙学常数是他一生中最大的错误。

爱因斯坦究竟有没有说过这句话呢?

20世纪物理学最伟大传奇

这句话最早出自1956年,爱因斯坦去世后一年,物理学家乔治·伽莫夫在《科学美国人》杂志上发表了一篇宇宙大爆炸模型的文章,里面提出了这个引人入胜的历史趣闻:爱因斯坦多年前对他说过,宇宙排斥的想法是他一生中犯下的最大错误。之后伽莫夫又在自己的自传里重复了这一说法,这个故事也就此成为20世纪物理学最伟大的传奇之一。

爱因斯坦真的说过这句话吗?

可能是伽莫夫的杜撰

2013年天体物理学家马里奥·里维奥发表的一项研究说,爱因斯坦可能从来没有发表过这样的声明。因为在几乎所有提到爱因斯坦“最大错误”的文章中,通常都附带了一个免责声明,把锅丢给了伽莫夫自己背着。这个声明大致都会说,这句话可能是伽莫夫自己发明的。

看起来伽莫夫同学真是一个伟大的段子手,竟然杜撰了21世纪物理学史上的最大传奇故事。

然而情况真的是这样吗?

伽莫夫可能被冤枉了

爱尔兰沃特福德理工学院一位物理学研究员科马克·奥莱布雷泰格在查阅更多文献后,发表研究文章称,伽莫夫同学可能受到了不公正的指责,因为爱因斯坦可能真的这样说过,而且是和几个人都说过。

许多人对伽莫夫的说法持怀疑态度的原因,一是因为在爱因斯坦的科学著作、个人论文、信件或书籍中,并没有发现他说过这句话的记录;二是伽莫夫虽然是非常著名的物理学家,大爆炸模型的提出者,还写了著名的《物理世界奇遇记》,但他也是一个公认的酒鬼,一生都在和酒精做斗争,不幸每次都会败下阵来;三是怀疑最先来自于二战期间为美国海军聘请爱因斯坦和伽莫夫担任顾问的海军中尉斯蒂芬·布鲁纳尔,在1986年的一篇文章中,他认为伽莫夫可能夸大了他和爱因斯坦之间的互动。

但研究发现,爱因斯坦可能确实说过这句话,这与他从1931年就开始否认宇宙学常数的科学态度是一致的。之所以没在爱因斯坦的文献中发现这句话,是因为这是一个非正式的评论,而且在他晚年也很少涉及宇宙学;布鲁纳因为只涉及海军事务,文章可能也有一些误导,一项关于伽莫夫和爱因斯坦之间通信的研究表明,二战后他们之间有很多与美国军方无关的互动。

最关键的是,并不是只有伽莫夫才说过爱因斯坦承认宇宙学常数是他一生中最大的错误。著名理论物理学家约翰·惠勒在《探索黑洞:介绍广义相对论》一书中明确指出:“当我和爱因斯坦、乔治·伽莫夫一起走进高等研究院富尔德大厅的门口时,我听到爱因斯坦对伽莫夫谈到宇宙学常数时说,‘这是我一生中最大的错误。’”

伽莫夫的一位亲密同事拉尔夫·阿尔弗也在普林斯顿大学网上留言板说,他和爱因斯坦曾经对宇宙膨胀的时间跨度问题有过一段对话:“解决这个问题的办法是重新激活宇宙常数。但爱因斯坦不太喜欢这个,我记得他说过,他在早期作品中引入这个概念是一个错误。”

看来伽莫夫同学真的被冤枉了,爱因斯坦可能确实说过宇宙学常数是他一生中最大的错误。然而,宇宙学常数真的是错误的吗?

宇宙学常数真的是错误吗?

1998年,宇宙学常数再次峰回路转,王者归来,这次它的名字是我们现在已经耳熟能详,占宇宙物质能量总量68.3%的著名的暗能量了。

3位物理学家索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特与亚当·里斯分别领导了两个科学家小组,对大约50顆用来测量宇宙中星系距离的“标准烛光”——Ia型超新星进行了精确测定,结果发现宇宙正在加速膨胀,一股神秘的暗能量正是这种膨胀加速的推动力,而宇宙学常数被认为就是这股暗能量,三位科学家也因此获得了诺贝尔奖。

不过故事依然在继续,就在2016年10月,英国牛津大学的物理学家苏比尔·萨卡教授,领导了一个小组,对更大规模的740颗Ia型超新星进行了更为精确的测量。结果表明,宇宙目前依然处于恒定膨胀速度,并未加速,这一结果发表在《自然科学》期刊上。如果真是这样的话,宇宙学常数又该被驱逐出去了。不过这一结论太过惊人,目前似乎没有什么人提起。

看来爱因斯坦的自我批评实在太着急了一些,宇宙学常数究竟是不是错的,到现在也是扑朔迷离,难以厘清。

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