04.04 阻止天才愛因斯坦成為神的,是這三大錯誤

即使有人對阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)的研究工作不甚瞭解,也肯定知道他非常聰明,以至於愛因斯坦這個名字已經成了天才的代名詞。愛因斯坦1915年提出的廣義相對論奠定了他在科學界的地位,但他當然還是人,不是神。所以說,愛因斯坦也會犯錯。

這位偉大的科學家出生於139年前的圓周率日(3月14日),本文回顧了他曾經犯下的三個錯誤。

1912年,物理學家阿爾伯特·愛因斯坦站在一塊黑板旁邊,上面寫滿了數學算式。

1. 星光會彎曲——但彎曲了多少?

把一個重量很大的球放在橡膠材質的薄膜上,球的重量會讓薄膜變形。愛因斯坦意識到太空中會發生類似的事情:來自恆星和其他大質量天體的引力會彎曲附近光線的傳播路徑。舉例來說,如果來自一顆遙遠恆星的光線在通往地球的路上經過太陽,那麼它應該會發生彎曲,造成該恆星的觀測位置出現微小偏移。

要驗證這個想法並不容易。首先,偏移是極其微小的。而且,太陽的眩目光芒會讓我們難以看清遙遠的恆星。但是,天文學家意識到,在太陽光線被完全遮擋的日全食期間,即使是微小的偏移,我們也應該能觀測到。

阻止天才愛因斯坦成為神的,是這三大錯誤

英國格林尼治皇家天文臺的遠征隊於1919年5月29日在巴西索布拉爾觀測到的日全食。

愛因斯坦進行了一系列的計算,以確定預測中偏移的大小,但他最初的努力出現了差錯,得到的結果是正確值的一半。

如果天文學家在最早的日食觀測行動中獲得驗證這個數字的機會,他們的觀測結果將不符合愛因斯坦的預測。不過,天文學家的努力在1912年和1914年兩度受阻,第一次是因為天氣,第二次則是因為戰爭。等到他們在1919年春天完成必要的觀測時,愛因斯坦已經修正了自己的錯誤——天文學家觀測到的偏移跟他預測的一模一樣。

2. 引力波不存在——真的嗎?

人類在2016年探測到引力波被譽為愛因斯坦理論的勝利,即證實了他在1916年做出的預言。但你或許也猜到了,這個故事還有更多內情。

在提出廣義相對論之後不久,愛因斯坦開始猜想,是否存在一種跟引力有關的波,就跟電磁有與之相關的電磁波一樣(電磁波包括可見光、無線電波、微波以及X射線)。

之後,愛因斯坦轉向其他問題的研究。當他在20年後重新拾起這個問題時,他斷定引力波不可能存在,因為它們會創造出“奇點”,也就是空間和時間被拉伸到無窮大的區域。

阻止天才愛因斯坦成為神的,是這三大錯誤

2016年2月11日,馬克斯·普朗克引力物理研究所(又稱阿爾伯特·愛因斯坦研究所)在位於德國漢諾威市的萊布尼茨大學舉辦的新聞發佈會上,一位科學家在引力波視覺化圖像下的剪影,當時。

不過,愛因斯坦在這裡犯了大錯,根源在於他用來解決問題的數學座標系。來自阿肯色大學(University of Arkansas)的物理學家丹尼爾·肯納菲克(Daniel Kennefick)表示,這有點像使用經緯度在地球上定位時會發生的事。這種辦法在地球的大多數地方是行之有效的,但當一個人靠近極點時,經線匯聚在一起,這套系統就崩潰了。

“這並不意味著地球沒有北極,那是一個真實存在的地方,只不過座標系不起作用了,”肯納菲克說道。

愛因斯坦並非證明了引力波不可能存在,而只是證明了它們無法存在於他所使用的數學系統中。

愛因斯坦向《物理評論》(Physical Review)提交了一篇宣稱引力波不存在的論文,該雜誌的審稿人將其打回,要求進行修訂。愛因斯坦惱火不已,撤回了論文,等到他把論文提交給另一家學術期刊時,他已經糾正了自己的錯誤。修訂後的論文指出,引力波是確實存在的。

3. 愛因斯坦和不斷膨脹的宇宙

愛因斯坦對相對論的一些推論感到不舒服,其中最“大”的一個是:宇宙並非靜態的東西,而是一個必然會膨脹或收縮的實體。在愛因斯坦看來,這是不可想象的,他認為宇宙存在於一種“穩定狀態”當中。

於是,愛因斯坦在自己的方程式中引入了一個生造出來的因子,一種與真空有關的能量。這個宇宙常數讓愛因斯坦理論中的宇宙得以保持穩定,但果不其然,上世紀20年代的天文學家證實了宇宙正在不斷膨脹。後來,愛因斯坦把這個宇宙常數稱為自己學術生涯中“最大的錯誤”。

瑪西婭·巴圖西亞克(Marcia Bartusiak)說,考慮到愛因斯坦接受的經典物理學教育,他對宇宙膨脹說的抗拒是可以理解的。她是麻省理工學院的科學新聞學教授,並著有幾本關於物理學史的書籍。愛因斯坦在19世紀的80、90年代接受學校教育,當時的主流觀點認為宇宙是靜態的,而這種觀點是基於可追溯至艾薩克·牛頓研究工作的物理學理論。不斷膨脹的宇宙“並不符合他對宇宙運行機制的看法”,巴圖西亞克如是說。但當天文學家向愛因斯坦展示了數據時,他改變了看法。

“他聽取了天文學家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)提供的證據。”巴圖西亞克說,“他承認了自己的錯誤。”

(在上世紀90年代末,天文學家發現宇宙不僅在膨脹,而且正在加速膨脹。現在,他們想知道是不是有一個類似於愛因斯坦宇宙常數的東西在起作用,這意味著愛因斯坦早前的錯誤實際上可能是一個領先於時代的想法。)

阻止天才愛因斯坦成為神的,是這三大錯誤

1919年,40歲的阿爾伯特·愛因斯坦在自己位於柏林的書房。

愛因斯坦的這些錯誤無損於他的非凡成就。事實上,如果它們是由一位不那麼有名的思想家犯下的,我們可能根本注意不到。歷史學家尤爾根·雷恩(Jürgen Renn)表示,愛因斯坦沒有被自己的錯誤帶偏,他能夠根據新出現的證據修正方向,這些事實正是其天才的標誌。

“儘管遇到了令人難以置信的障礙,儘管犯下了種種錯誤,他執著向前,”柏林馬克斯·普朗克歷史研究所的主任雷恩說,“最後,他提出了物理學中最具革命性的理論之一。”

翻譯:何無魚

校對:其奇

造就:劇院式的線下演講平臺,發現最有創造力的思想

點擊藍字“瞭解更多”,獲取更多「造就」精彩內容


分享到:


相關文章: