偉大的廣義相對論場方程,卻讓愛因斯坦說犯了一生中最大的錯誤

2020-12-06 科海拾貝2020

當你抬頭望向滿天星空時,你是否問過自己,宇宙是否有邊際,宇宙的外面是什麼,宇宙是怎麼運動的。我相信大多數人都有這樣的疑問,更別說那些求知若渴的科學家了。

漫天星空

在牛頓之前的時代,人們還不知道引力的存在,科學先驅布魯諾認為宇宙是永恆靜止的,宇宙中均勻地布滿了恆星。當牛頓發現萬有引力定律之後,這種觀點似乎有了理論支撐,如果整個宇宙中均勻地布滿了恆星,那麼在宇宙中的每一點都受到了各個方向相同大小的引力,恆星就可以保持靜止,整個宇宙也是靜止的,平衡的。

堅持日心說面臨火刑的布魯諾

1915年,愛因斯坦發表廣義相對論後,讓萬有引力定律變成了相對論在低質量低速情況下的近似,宇宙的新圖像需要靠相對論中的場方程來得出。在相對論的一般理論中,相對論場方程將時空的幾何形狀與物質在其中的分布聯繫起來。

青年愛因斯坦

愛因斯坦親自解了這個方程,然而用相對論革新了整個物理大廈基礎的他對永恆不變的宇宙有著不一樣的痴迷,為了使自己的方程得到永恆不變宇宙的結果,他在自己的方程中添加了一個叫宇宙常數的項,當加了這個項後,他終於解到了一個永恆不變的宇宙。愛因斯坦後來稱這是他一生中最大的錯誤,因為後來哈勃的觀測結果,明確地說明了宇宙在不停地膨脹。其實在1922年,俄羅斯物理學家弗裡德曼就算出了不含宇宙常數項的相對論場方程,他發現愛因斯坦的解只是一個特例,並且極不穩定,他的研究表明,宇宙在不停的運動之中。

老年愛因斯坦

但隨著時間的推移,事情又起了戲劇性的變化,這個被愛因斯坦稱為最大錯誤的宇宙常數,在隨後物理學的發展中被賦予了明確的物理意義。愛因斯坦在哈勃發現宇宙膨脹後於1931年就放棄了這一概念。從1930年代到1990年代後期,大多數物理學家都假設宇宙常數等於零。 1998年的令人驚訝的發現改變了這一點,宇宙的膨脹正在加速,這暗示宇宙常數可能為大於零的值。自1990年代以來,研究表明,宇宙中約68%的質能密度可歸因於所謂的暗能量。宇宙常數是暗能量的最簡單解釋,在當前的宇宙學標準模型模型中使用。愛因斯坦認為的最大錯誤,在物理學發展中又獲得了新生。

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相關焦點

  • 廣義相對論場方程誕生史:一場愛因斯坦與希爾伯特的究極競賽
    愛因斯坦與玻爾,相對論和量子力學只有廣義相對論是愛因斯坦一個人的戰鬥,這劃破時代的偉大理論可以說如果沒有愛因斯坦,即使再過幾十年,也沒有人能夠提出。愛因斯坦之於廣義相對論似乎已經毫無爭議,但其實不然。在廣義相對論的誕生史中還是閃過一段非常有趣的插曲,那就是廣義相對論中的核心方程-廣義相對論場方程的提出。這段插曲涉及到了兩個人,一位當然是愛因斯坦,另外一位則是當時世界數學中心哥廷根學派的領袖,被譽為「數學之王」的希爾伯特。
  • 愛因斯坦最大的科學錯誤是什麼呢?
    客觀地說,人無完人,孰能無過。在這個世界上,不可能存在不會犯錯的人。而且很多時候犯錯的過程,也是積累經驗的過程。科學史上的大神們,比如:愛因斯坦,牛頓都曾經犯過一些錯誤。而且牛頓還曾經利用自己的權威去打壓過自己的對手,比如:胡克、萊布尼茨等人。
  • 愛因斯坦的廣義相對論講的是什麼?
    這一想法在愛因斯坦大腦中閃過,但是愛因斯坦敏銳的洞察力從中看到廣義相對論,後來愛因斯坦把這個想法閃過時的愉快,稱作他一生中最快樂的時光。愛因斯坦從電梯思想實驗中,悟出了廣義相對論的重要原理——等效原理,指重力場和適當的加速度場是等價的,也可以說「慣性質量等於引力質量」。
  • 「廣義相對論場方程」到底講了些啥?為啥人們一看就蒙圈?
    我們都知道,愛因斯坦提出廣義相對論中有一個核心,那就場方程。當時其實有兩個方程,場方程和運動方程,但是後來人們發現場方程可以推導出運動方程,所以廣義相對論就只剩下一個場方程了,但是這個場方程卻很少有人能完全看懂,今天我就來講解下這個方程的內涵,先給出場方程的具體公示。
  • 被愛因斯坦視為最大錯誤的宇宙常數,真的是一個失敗的作品嗎?
    愛因斯坦認為自己一生中最大的錯誤,是宇宙常數Λ,在愛因斯坦看來,這是一個失敗的作品,然而現實卻再度和愛因斯坦開了一個大玩笑。隨著對宇宙認識的深入探索,被愛因斯坦宣告「死刑」的宇宙常數卻在宇宙學中重新復活,科學家認為它蘊含著無窮的價值。這究竟是怎麼回事呢?
  • 愛因斯坦的一生:從如日中天到犯下人生中最大的錯誤
    這本傳記較派斯那本著名的愛因斯坦傳記《上帝難以捉摸》要通俗得多,全書幾乎不見令人生畏的物理公式,對廣義相對論的引力場方程也作了簡化處理。此外,該傳記體量又小於艾薩克森寫的那本豐厚的《愛因斯坦傳》,沒那麼多枝蔓,因而讀起來更順暢一些。
  • 第九篇:愛因斯坦一生最大的「錯誤」與宇宙的大小
    相對論的創立者愛因斯坦曾經因為自己的「錯誤」而認輸,然而,這個錯誤成為當今物理學最大的疑問之一。時間來到20世紀二十年代,美國邀請全世界著名的天文學家來華盛頓科學院喝茶,在科學院大禮堂中邊喝茶邊討論一些問題,銀河到底有多大?漩渦星雲到底是什麼?宇宙還有其他星系嗎?
  • 愛因斯坦真正偉大之處是什麼?科學家:敢於承認錯誤!
    愛因斯坦的偉大之處就是敢於打破常規,提出與前人不同的觀點,哪怕是牛頓的經典力學。而在宇宙方面,通常我們於生具來的感受與知覺告訴我們,空間是空間,時間是時間,二者各自絕對獨立並豪無關聯地客觀存在著。愛因斯坦的偉大就在於,他告訴我們:空間與時間根本不是原有的那種關係,我們被原有的感受與知覺給欺騙了。愛因斯坦的偉大還在於敢於承認錯誤,正像中國古語所言:人非聖賢孰能無過。愛因斯坦在研究宇宙常數的時候,曾經犯過一個錯誤。宇宙常數其實還是愛因斯坦最先提出的。1917年愛因斯坦利用他的引力場方程,對宇宙整體進行了考察。
  • 愛因斯坦一生中最大的錯誤是哪個?宇宙常數還是量子力學?
    愛因斯坦犯過兩個最大的錯誤,一個是他承認的宇宙常數問題,另一個是他一起開創,但卻愛恨交加反對了一輩子的量子力學。著名的愛因斯坦研究專家亞伯拉罕·帕斯在《愛因斯坦曾住在這裡》一書中說就算1925年後,愛因斯坦改行釣魚以度過餘生,這對科學來說也沒什麼損失。下面來看偉大的愛因斯坦到底犯了多大錯,居然淪落到釣魚都沒啥影響?
  • 愛因斯坦說,這是他一生所犯的最大的錯誤
    熬過了一戰以及之後的俄國的社會巨變,弗裡德曼終於在1920年前後接觸到了愛因斯坦的論文。彼時,弗裡德曼在鐵道工程研究所教書,並在地球物理觀測站兼職。他所在的城市是曾經的聖彼得堡,而那時改名為彼得格勒。很快,他就確信自己發現了相對論文章中的一個錯誤。但是,身處當時荒涼的俄國,他如何讓那位偉大的德國教授相信自己的發現呢?
  • 愛因斯坦錯了嗎?科學家在相對論上的「最大錯誤」被揭露
    在一次播客中,阿爾伯特·愛因斯坦(ALBERT Einstein)發現了相對論中的一個錯誤,他說這是自己科學生涯中「最大的錯誤」。這一假說被分為兩個領域——狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論適用於基本粒子及其相互作用;廣義相對論解釋萬有引力定律,適用於宇宙學和天體物理學領域。然而,後者迫使愛因斯坦承認他在接下來的幾年裡犯了一個錯誤。愛因斯坦的靜態宇宙模型是這位科學家在1917年提出的進一步模型,他將引力理論應用於整個宇宙。
  • 愛因斯坦的「最大錯誤」,科學史上的一個悲劇
    當然,讀者不能寄希望於這是一本呈現或羅列愛因斯坦「犯錯」的故事集,它仍可算是一本視角獨特的新版愛因斯坦傳記,而且大致也是按照時間脈絡展開的,並不算「另類」。這本傳記較派斯那本著名的愛因斯坦傳記《上帝難以捉摸》要通俗得多,全書幾乎不見令人生畏的物理公式,對廣義相對論的引力場方程也作了簡化處理。
  • 偉大的愛因斯坦也會犯錯|展卷
    全書的重點就是愛因斯坦犯下的兩個科學上的重大錯誤:第一個是宇宙學常數的增加和刪除,第二個是他對待量子力學的態度。愛因斯坦在建立廣義相對論後,很得意能夠以簡潔的方式描述宇宙。但是,當時人們相信宇宙處於穩定的狀態中,而這與廣義相對論的推論相矛盾。
  • 愛因斯坦引入宇宙常數到底是不是錯誤的
    在談到愛因斯坦犯下的錯誤時,人們立即想起愛因斯坦(在與喬治·伽莫夫的談話中)所說的他一生中犯下的最大錯誤:宇宙常數的引入。在愛因斯坦完成了他廣義相對論的空間、時間和引力理論的表述之後,他在1917開始考慮整個宇宙的時空結構。然後他遇到了一個問題。
  • 偉大的愛因斯坦也會犯錯|展卷
    全書的重點就是愛因斯坦犯下的兩個科學上的重大錯誤:第一個是宇宙學常數的增加和刪除,第二個是他對待量子力學的態度。愛因斯坦在建立廣義相對論後,很得意能夠以簡潔的方式描述宇宙。但是,當時人們相信宇宙處於穩定的狀態中,而這與廣義相對論的推論相矛盾。
  • 愛因斯坦改行去釣魚,對科學也沒什麼損失,他這是犯了多大錯誤?
    愛因斯坦犯過兩個最大的錯誤,一個是他承認的宇宙常數問題,另一個是他一起開創,但卻愛恨交加反對了一輩子的量子力學。著名的愛因斯坦研究專家亞伯拉罕·帕斯在《愛因斯坦曾住在這裡》一書中說就算1925年後,愛因斯坦改行釣魚以度過餘生,這對科學來說也沒什麼損失。下面來看偉大的愛因斯坦到底犯了多大錯,居然淪落到釣魚都沒啥影響?
  • 愛因斯坦為了讓宇宙符合他心中模樣,犯了一個錯誤,十分離譜
    英國的科學家說過:「再好的射手都要脫靶的時候」每個人都會犯錯,上到知名的偉人,下到無名小卒,大家都會犯錯,翻臉錯無需耿耿於懷,只要知錯能改就好,著名的科學家愛因斯坦曾經說過,他這輩子犯的最大的錯誤就是在廣義相對論方程式中加入『宇宙常數』,愛因斯坦當初在寫下廣義相對論方程式之後,發現了方程式中描述的宇宙
  • 科普:廣義相對論中愛因斯坦場方程的導出
    廣義相對論是愛因斯坦最偉大的成就,當然也是近代大尺度物理學/宇宙學最偉大的成就。而愛因斯坦場方程則是廣義相對論的最凝練的核心數學表達式,愛因斯坦場方程對很對人來說是非常神聖和神秘的。今天,我們準備寫一篇簡單的科普文章介紹一下愛因斯坦場方程是如何推導出來的。
  • 為什麼說「宇宙常量」的提出是愛因斯坦一生中所犯的最嚴重錯誤?
    阿爾伯特·愛因斯坦不僅是最傑出的物理學家,並且是一位富有哲學探索精神的思想家。因為有了「宇宙常量」的引入,對於「宇宙是在擴張還是在收縮」這一問題未能作岀預言,是愛因斯坦自認為一生中所犯的最為嚴重錯誤,這也許成為他終身的遺憾。
  • 愛因斯坦偉大,僅僅是因為相對論?(前篇)
    前面我寫了很多廣義相對論的文章,加起來估計有20多篇,其中詳細介紹了狹義相對論的起源,推理過程,以及其內涵和場景。今天我想聊聊愛因斯坦的偉大之處到底體現在哪些地方。難道僅僅是因為愛因斯坦發現了相對論?沒錯,這個技術路線最大的難點就是第五步:總結數據之間的規律。為啥這麼說呢?舉個簡單的例子,牛頓當時發現萬有引力公式其實是經歷了這幾個階段。首先牛頓發現兩個星球之間居然有相互靠近的趨勢,說明有一個力在拉彼此。其次牛頓發現兩個星球距離如果越遠,這個力的作用就越小,所以大致猜到力的大小和距離是反相關的。