爱因斯坦干的最大“蠢事”，今天仍发人深思

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在科学史上，有些错误只是小插曲，有些错误却改写了整个学科的走向。

1921年，爱因斯坦获得诺贝尔物奖后的官方肖像

1917年，爱因斯坦干了一件他后来亲口承认的“终身最蠢的事”——他在广义相对论的引力方程中添加了一个奇怪的“宇宙常量Λ”，只为让宇宙在理论上保持“静止”。

爱因斯坦（第一排居中）在第五次索尔维会议上，这次会议是人类量子力学发展史上最具影响力的事件之一。


多年后，这个被他称为“愚蠢项”的Λ却像幽灵一样，一次又一次地回到宇宙学的中心舞台，甚至成为我们理解宇宙加速膨胀的关键。


这到底是一个科学巨人的失误，还是一个被时代误解的远见？《科学大师的失误》带你回到20世纪初的科学现场，重新审视这个堪称宇宙学“悬案”的来龙去脉。








一




为了“静态宇宙”
他亲手在方程里加了个“怪项”


1917年，在广义相对论提出两年后，爱因斯坦将目光转向了宇宙的整体结构。他想用自己的理论建立一个宇宙模型——不是任何一个星系的运动，而是整个宇宙的演化。

爱因斯坦的广义相对论预言：足够致密的质量可以使时空变形，形成黑洞。这张黑洞照片是由事件视界望远镜于2019年4月10日拍摄的。
图/人类捕获的第一张黑洞相片


那是一个科学家普遍相信宇宙是“静态”的年代。天空恒久、星辰不动，看上去天体的分布与运动总体上是平衡稳定的。为了让自己的方程符合这个“常识”，爱因斯坦发现：如果不做任何修改，他的方程预言宇宙要么不断膨胀，要么不断收缩，与“静态宇宙”矛盾。


于是，他引入了一个全新的修正项——宇宙常量Λ，用来提供一种“斥力”，抵消引力的收缩趋势。这个项不是来源于任何物质或能量，而是被强行“镶嵌”进时空本身的结构中。它的效果非常奇特：距离越远，这个斥力越强，与我们日常经验中的所有力都不同。

图/爱因斯坦与质能方程


虽然爱因斯坦自己也觉得这个项在“美学”上不够优雅，甚至在给朋友的信中自嘲“快要被这个理论逼疯”，但他还是把它写进了自己的论文中，只为成就一个符合时代直觉的“静态宇宙”。


这篇题为《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》的论文，标志着现代宇宙学的诞生，但也埋下了后来巨大争议的种子。








二




“愚蠢项”Λ

被他人丢弃、痛斥、又重新捡起


爱因斯坦以为这样就万事大吉了，没想到，他的这个“补丁”，被许多后来的科学家视为累赘。


苏联数学家弗里德曼第一个指出了问题：如果重新审视爱因斯坦的原方程——不加Λ——其实本身就允许宇宙随时间膨胀或收缩。爱因斯坦为了迎合“静态宇宙”的观念而加入Λ项，反而违背了方程本身的物理直觉。

亚历山大·弗里德曼（Alexander Friedmann），苏联著名的数学家、气象学家与宇宙学家。


一开始爱因斯坦并不接受这个批评，还在期刊上公开反驳。但很快，弗里德曼反驳了他的反驳，并从数学上精确指出了爱因斯坦计算中的疏漏。最终，爱因斯坦不得不承认自己的错误，撤回了批评。1923年他开始接受膨胀宇宙模型，1931年更是正式承认：“宇宙常量在理论上是不能令人满意的。”他将Λ称为自己“毕生最大的错误”。

1925年，物理学家玻尔正在和爱因斯坦探讨问题。 


伽莫夫在回忆录中还提到：爱因斯坦曾亲口对他说，引入宇宙常量Λ是他“一生中最愚蠢的决定”。而伽莫夫自己也对Λ极度反感，甚至嘲讽这个以希腊字母Λ命名的常量是“丑陋的尖脑袋”，“不请自来地在各种理论里出现”。

暗能量导致宇宙膨胀的示意图


但问题并没有结束。20世纪后期，宇宙学研究发现，宇宙不只是膨胀，而且是在加速膨胀！而解释这一现象，恰恰需要一个类似Λ的“斥力”。于是，科学家们又把这个被爱因斯坦抛弃的“愚蠢项”重新请回来，赋予它新的含义——暗能量的表现形式。


就这样，Λ像一位命运多舛的角色，从理论的“补丁”，到被唾弃的“错误”，再到今日解释宇宙命运的关键角色。它从来没有真正退出历史舞台。








三




从牛顿到爱因斯坦

宇宙边界的困境与突破


其实早在爱因斯坦之前，人类就为“宇宙的结构”这个问题纠结了几千年。是有限还是无限？有边界还是无边界？从古代中国、古希腊到牛顿和康德，这个问题始终难解。

牛顿认为宇宙是无限空间中分布着无限数量的恒星，这样才能避免由于万有引力导致宇宙塌缩的问题。但这又导致了另一个悖论：既然星星无限多，夜空为什么不是无限明亮的？这就是所谓的“奥尔勃斯佯谬”。


为了维持“静态宇宙”的可能性，19世纪的德国学者冯·诺依曼和冯·希利格甚至也提出过“宇宙项”的概念，为爱因斯坦日后引入Λ项提供了理论先声。

给爱因斯坦带来深刻影响的两位科学家：艾萨克·牛顿（左）和伯恩哈德·黎曼（右）。


但真正带来突破的，是黎曼几何的引入。爱因斯坦用黎曼空间取代了牛顿的“绝对空间”，提出宇宙可以是“有限无边”的。也就是说，宇宙像一个球面，表面是有限的，但没有边缘。这个思想首次用实证的方法破解了“宇宙有限是否有边”的哲学死结。


正是这种几何观念上的革新，使得广义相对论不仅是物理理论的进展，更是人类认知框架的更新。而Λ项，无论它多么“丑陋”，在这个新框架中都获得了前所未有的地位。

图/童年和青年时期的爱因斯坦


爱因斯坦在年轻时，以不轻信任何先验自明的概念而令人叹服。他虽然在1917年2月文章发表之前，也发现他的引力方程会得出膨胀和收缩解，但是受传统静态观的影响，迫使他放弃这种可能的解。

图/晚年爱因斯坦


而爱因斯坦，即便犯了“错误”，依然展现了一个科学家的真正勇气：敢于承认失误，也敢于挑战整个宇宙的秩序。这份勇气，至今仍在推动着我们前行。

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物质世界，先有一盘散沙充满没有宇宙的物质世界空间温度是双电子中微子凝聚变化学反应温度-259度的双电子中微子气体暗物质，后有夸克中微子、中子、中子团、中子团陨石、行星质量中子团星黑洞、太阳质量中子团星黑洞、负电子、正质子、中子星云、正夸克、夸克中微子、夸克中微子星云、正电、勇节约艰苦奋斗俭双电子中微子星云、宇宙种子恒星超大俭双电子中微子星；再后有恒星小俭双电子中微子星、恒星超大大中小斗奋苦艰约节勇双电子中微子星、恒星夸克中微子星、恒星中子星、恒星原子星太阳、分子星行星卫星慧星、宇宙超大俭双电子中微子星系、斗奋苦艰约节勇双电子中微子星系、夸克中微子星系、中子星系、太阳系、行星系、卫星系；再后有一盘散沙充满没有宇宙的物质世界空间……双电子中微子气体暗物质；……。

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宇宙种子恒星超大俭双电子中微子星之间库仑斥力（库仑斥力库仑引力合力库仑斥力）=万有引力（万有引力万有斥力合力万有引力），使它们悬浮在太空，质量最大的宇宙种子恒星超大俭双电子中微子星悬浮恒定在太空。随着时间推移，宇宙种子恒星超大俭双电子中微子星喷发物质质量减小，质量宇宙种子恒星超大俭双电子中微子星之间库仑斥力

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宇宙种子恒星超大俭双电子中微子星喷发极高温负电子、双电子中微子、正电子气体物质后，先后产生后代星小俭双电子中微子星、超大大中小斗奋苦艰约节勇双电子中微子星、夸克中微子星、中子星、原子星太阳、分子星行星卫星慧星，产生宇宙超大俭双电子中微子星系。随着时间推移，宇宙恒星俭斗奋苦艰约节勇双电子中微子星、夸克中微子星、中子星、原子星太阳喷发物质质量减小，绕它们悬浮转动的子星系绕转速度减小收缩悬浮转动，宇宙俭双电子中微子星系或者宇宙斗双电子中微子星系、斗奋苦艰约节勇双电子中微子星系、夸克中微子星系、中子星系、太阳系发生收缩，并不是发生膨胀。现在，宇宙超大俭双电子中微子星系已经变成了宇宙大俭双电子中微子星系，我们人类观察到了宇宙中心恒星大俭双电子中微子星喷发极高温气体物质发生膨胀扩散大爆炸景象，并不是宇宙发生了膨胀，我们人类要清醒的认识到这一点。宇宙及其其他恒星系只能发生收缩，不能发生膨胀。

yellow君

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