這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

能令愛因斯坦意識到自己犯了一個大錯誤,想必一定是非常重要的問題或者是一個核心觀點,要知道愛因斯坦就連對量子力學的哥本哈根詮釋都是一直持反對態度的。那麼標題所言的定律究竟是什麼呢?被愛因斯坦承認的錯誤又是什麼呢?

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

答案就是哈勃定律,為此愛因斯坦還特地在他建立的引力場方程中將宇宙常數項刪去,認為這是他一生中犯過的最大錯誤(要知道如果當初愛因斯坦沒有為引力場方程強加一個宇宙常數項,那麼他就很有可能早就預言出咱們的宇宙是動態的、膨脹的),進而承認宇宙不是靜態的,而是時刻膨脹著的。

而使愛因斯坦做出如此舉動的,就是哈勃定律的提出者——愛德文·鮑威爾·哈勃(1889年—1953年)。

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

哈勃 1889—1953年

此前的一篇文章中,我們介紹的光譜紅移,知道了有三種方式能導致紅移的出現,分別是多普勒紅移、引力紅移、以及宇宙學紅移。而哈勃定律正是與這個宇宙學紅移有關,由此才引開了後來科學家對於宇宙起源的迅猛探索,並且還未宇宙大爆炸理論提供了一個重要的觀測證據。

時間來到1919年,時年30歲的哈勃被威爾遜山天文臺所聘用,而看中哈勃的正是著名天文學家喬治.海爾(1868-1968年),而在這裡,哈勃的天文觀測才能終於開始大肆發揮了,藉助於當時威爾遜山天文臺裝備的全世界最先進的望遠鏡——2.5m口徑的胡克望遠鏡(這歸功於喬治.海爾當年向當時洛杉磯富商胡克拉的贊助)。

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

胡克望遠鏡

而哈勃先確定了當時很多被稱為星雲的天體實際上是河外星系(也就是我們銀河系之外的星系),哈勃利用眾多星雲照片中辨認出的造父變星,來確定了這些星雲距離地球的距離,並且當時已經測得了銀河系直徑大約在10萬光年左右。(造父變星被稱作“量天尺”,相關內容等以後有機會另寫一篇文章介紹)

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

哈勃在觀測

而在這樣的基礎上,哈勃便開始測量這些遙遠星系的光譜情況,隨著分析的星系數量不斷增加,哈勃發現了一個有趣的現象,那就是這些星系幾乎無一例外的都表現出光譜紅移的跡象,並且隨著星系的距離的上升,紅移的也越發明顯(也即是紅移值變高)。

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

對於這一現象,相信每個人的第一反應便是多普勒效應,這些河外星系與咱們的銀河系存在相對運動,在不斷的遠離我們,因此都表現出光譜的紅移。但隨著星系的數的不斷增多,人們開始察覺到,可能單單隻用多普勒效應來解釋有些不太合理了。畢竟,如此巨量的星系,並且分佈的還均勻,也就是在地球的四面八方的星系,都幾乎的同時遠離咱們。很顯然,這裡面還有一層更深的原因。

時間來到了1929年,這一年哈勃在分析了大量的觀測數據之後,明確的指出:那些離地球越遠的河外星系,它們的遠離速度就更快,速度和距離呈現正比關係(可以見下圖)

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

用數學方程表示:v=HD,其中v是河外星系的退行速度,D是距離,而H被稱為哈勃常數(所代表的含義就是每隔一段百萬秒差距的距離,星系退行的速度就會上漲一個數值),根據2013年普朗克衛星提供的數據顯示,哈勃常數的數值大約在67.8公里每秒,也即是每隔一個百萬秒差距(約326萬光年),星系的速度就增加67.8公里每秒。

而這段描述就是著名的哈勃定律,這個定律被認為是宇宙膨脹最好的證據,為後來的宇宙大爆炸理論的建立也提供的重要支撐。

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

此外這裡還需要簡單強調一下,雖然哈勃定律聽上去,星系紅移的原因仍舊是因為星系的運動所致,但這裡的遠離並非我們常規觀點中地遠離(列如小汽車開遠了),因為那些星系的紅移屬於宇宙學紅移,它只是一個因為空間尺度的伸展而導致的光線紅移,也就是說這種退行速度,只是一種表面上的主觀認知下地遠離行為,而不是真的哪一方運動了(比如像小汽車那樣的運動)。

因為根據宇宙各向同性,哈勃定律在宇宙中任意位置都適用,也就是你不管在哪顆外星球,只要你朝四周宇宙空間觀測,你都會得出距離越遠的星系,它的退行速度越快。

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

但這個定律在當時意義則更多的是表現在打破了千百年來人類對宇宙的傳統認知。

雖然人類早就承認了地球不是宇宙的中心,此後又逐步突破了天貴地輕的觀點(比如在太陽上發現了大量地球上存在元素),但千百年來,宇宙是穩定且靜態的觀點一直佔據著人們的內心,即使偉大如愛因斯坦,也仍舊沒有突破這個傳統的束縛。甚至於愛因斯坦將他的引力場方程,非常“粗暴”的直接強加了一項宇宙常數項,因為他發現,如果按照原先的引力場方程,我們的宇宙將不可能是靜態的,這是多麼荒謬的一件事啊!

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

亞歷山大.弗裡德曼

實際上通過廣義相對論發現我們的宇宙並非靜態的,不止愛因斯坦一人,比如當時的蘇聯科學家弗裡德曼,他經過對愛因斯坦廣義相對論的研究,在數學角度上考慮,宇宙常數項顯的十分多餘,從引力場方程出發,弗裡德曼甚至還論證了在時間的流逝上,我們的宇宙具有逐漸膨脹的可能性。

即便如此,愛因斯坦一開始依舊非常堅定自己沒有錯,因為一個穩定而又靜態的宇宙是那麼的美麗,這從他對追求理論之美的這一點上也可以看出。但這些總歸是愛因斯坦的一廂情願,畢竟事實勝於雄辯,即便對方是愛因斯坦。

這一定律的出現,讓愛因斯坦承認自己犯了一個大錯誤!

哈勃的觀測事實證明,愛因斯坦犯了一個大錯誤。以至於當年聽聞了哈勃的觀測成果後,還親自跑到哈勃工作的天文臺去親自確認。最終他不得不自己承認,他加入的宇宙常數項是一個多餘的手段,這也成了愛因斯坦自己一生中最大的錯誤和遺憾。

本篇文章的內容到此結束。

謝謝各位閱讀!

以後還會不斷更新精心準備的通俗科普長文

期待您的點評和關注哦!


分享到:


相關文章: