爱因斯坦的最大错误?

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你知道爱因斯坦一生中所犯的最大错误是什么吗?凑答案!在完成创世巨著《广义相对论》后不久，他发现由该理论所导出的宇宙观竟然与当时物理学家(包括他自己)所接受的不同，于是爱因斯坦人为地在他的方程式里加了一项常数，使其结果能符合当时的宇宙观!没想到12年后，天文学家发现当时的宇宙观根本就是错的!爱因斯坦非常后悔地悄悄将那个常数从其笔记本上擦去，并说这是他一生中所犯的最大错误!可是该常数却阴魂不散，在爱因斯坦去世多年后重新登上舞台，成为今日探讨宇宙历史的主要工具。

20世纪前的宇宙观

宇宙的起源、历史与结构，在16世纪以前，一直被认为是属于宗教与哲学的范畴。因此哥白尼只敢在去世前夕出版地球绕日的理论书，开创了近代天文的研究。约百年后，伽利略改进了望远镜，并将其镜头转向天空，开启了观测天文之门，并大力支持哥白尼地球绕日的理论。

400余年来——尤其是20世纪后，科学家在了解宇宙的性质与演化上已有非常快速的进展!有关创世纪或开天辟地到底是什么时候发生或如何发生的问题，科学家不再需要依靠信仰来解决，已可以用科学仪器去“看”宇宙像什么样子及如何演化。像这类大哲学的问题已不再是信仰的争论，而是证据与理论的问题——正如其他科学探索一样。

哥白尼粉碎了地球为宇宙中心的幻想后，慢慢地，天文学家了解到太阳也不可能是宇宙的中心。以人为主的宇宙观一旦破灭，科学家再没有任何理由认为我们身处的地方在宇宙中占了一个很独特的地位，同样，我们身处的时刻也没有理由是个很特殊的时刻。宇宙永远就是那样存在着，它没有开始，也不会有终结——因为如果有开始，那显然就应有创造者，这不是太宗教了吗?

广义相对论

爱因斯坦在1905年所发表的狭义相对论，虽然震撼物理界，完全改变了物理学家对时间及空间的观念，但很遗憾地不能适用于牛顿的万有引力。经过10年的苦思与奋斗，他终于在1915年完成了他的广义相对论，弥补了这一缺失。爱因斯坦完成这一理论后，立即用它来计算水星绕日的轨迹，解决了牛顿引力理论无法解释的“水星绕日轨迹慢慢变化”的困惑。他更用其广义相对论，预测了光线在经过太阳附近时，会因该处时空变形(因太阳引力的关系)而弯曲。在1919年的日食里，英国天文学家爱丁顿爵士测得了星光经太阳附近后的弯曲，发现其值与爱因斯坦理论计算出来的完全符合!瞬间，全世界报纸竞相刊登这一理论，爱因斯坦一夜之间成了全世界家喻户晓的名字!

爱因斯坦的广义相对论阐释了物体如何改变其周遭的时空几何、及后者又如何反过来决定物体该如何运动，而宇宙充满了物体，因此广义相对论立即成为探讨宇宙的工具。

爱因斯坦当然也在思考宇宙的问题。一个充满星球的无限宇宙在逻辑上是有问题的：任何一点均应感受到无限大的重力及天空不应是黑暗的。可是一个悬挂在空间的有限宇宙也是有问题的：宇宙外的空间又是什么呢?左思右想，爱因斯坦于1917年2月提出了一个连他自己都认为可能被关到疯人院的第三个宇宙结构：没有边界的有限宇宙。爱因斯坦举的例子就是生活在二维球面上的怪人：他们生活的球面是有限的，但却没有边界(上下对他们来说是没有意义的)。这种宇宙观虽然奇怪，但是符合逻辑，在数学上也是完全可能的!但他的方程式却说这样的宇宙只能膨胀或收缩，这与当时大部分科学家所认为的静态宇宙观相冲突!没想到的是，了深植物理学家心中达200余年之久的牛顿时空观念的革命壮士，竟然在这里屈服了：为了符合当时的想法，他在其宇宙论加入了一个具有排斥力的宇宙常数来平衡万有引力，使他的宇宙能保持静态!

膨胀中的宇宙

1929年，美国天文学家，E.哈勃发表了一些有关从遥远星系传来的光谱的测量结果，其频率分析显示其光谱线很有系统地向红色方向位移，其值随星球距离的增加而加大。显然，遥远星系是依一定的规则在远离我们：距离我们越远，后退速率越快。

这一发现得出的无可避免的结论是：宇宙处于一种正在膨胀的状态!这个完全出乎意料的发现，改变了宇宙论研究的整个面貌!如果爱因斯坦在1917年时不追随风尚，而是坚持相信自己相对论的结果，再次大胆地做宇宙膨胀(或缩收)的预测，其大名相信将再次在全世界各大报纸杂志出现。可惜啊!怪不得他自叹那是他一生中所犯的最大错误!

一个膨胀的宇宙是一个正在改变的宇宙，因此应该具有生命的历史，甚至可能有出生与死亡。事实上早在1922年，俄国数学家，A.弗里曼就已用广义相对论去建造膨胀宇宙的各种数学模型：当年，他静静地发表了他的研究结果，这些模型到现在仍被用来作为讨论宇宙论的基本理论架构。这些模型的两个重要特征是：①膨胀率随时间缩小；②虽然现在我们所观察到的星系均相互越离越远，但在过去它们一定曾经非常接近过。依现在为大部分科学家所接受的标准大爆炸宇宙论，现在的宇宙年龄大约是140亿年。

我们虽然对140亿年前宇宙结构的细节非常不清楚，但大部分科学家均认为宇宙是由“一个时空特异点”突然大爆炸而出现的——虽然物理学家尚不知道可用于该特异点的理论。爆炸前的宇宙处于一种高度均匀、非常高温及高辐射能密度的状态，它爆炸后快速膨胀而冷却，于是基本粒子、氢、氦、离子电浆、冷气体、星群、恒星、太阳及地球相继出现，形成我们今天所看到的宇宙。大约在大爆炸后38万年时，辐射能的能量因宇宙膨胀而降低到不足以使氢原子离子化，因此成了“孤魂野鬼”，游荡在太空中。而这一所谓的微波背景辐射也在1964年被发现，成为支持宇宙大爆炸论的最有力的实验证据!

标准大爆炸的几个谜题

我们在前面曾提到大爆炸前的宇宙是均匀的。事实上，微波背景辐射的数据显示，现今的宇宙不但也是均匀的，其均匀度更高达万分之一。这种均匀性当然是从大尺度来看的，正如桌面在显微镜下虽然凹凸不平，但在肉眼下却是平滑的一样。可是为什么这么均匀呢?最简单与合理的解释当然是大爆炸后的瞬间即是如此。可是问题出来了：如果宇宙的生命只有140亿年，而其直径却至少在9300亿光年以上，那相距在140亿光年以上的两个不同区域，如何能互通信息与能量从而达到平衡(均匀)状态呢?当然，宇宙在大爆炸之初并没有这么大，可是前面提过，弗里曼宇宙模型的一个特色便是膨胀速率越来越慢，如果现在不可能互通信息，那以前(大爆炸后不久之时)更不可能了!