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 [转帖]讨论：爱因斯坦理论的严重错误？
爱因斯坦理论的严重错误？
另一个重大问题要追溯到爱因斯坦在 1917 年是如何推导出他的方程式的。物理学是一门与数学密切相关的学科，我们所使用的数学方法通常都会给出某种选择答案。例如，如果 x2 = 1，那么 x 可能等于 +1 或 -1。爱因斯坦选择了在其方程式中包含一个常数，被称为宇宙常数或拉姆达 (λ)。出于一个有趣的原因，他一开始就决定将其包括进来。
负引力
艾萨克·牛顿爵士
(c) 加州技术学院收藏。保留所有权利。
牛顿在 17 世纪最先提出了万有引力理论，他认为由万有引力控制的宇宙存在一个问题。原因是太空中的物质团很不稳定，它们会相互吸引，然后收缩到一起。对此，最简单的一种作法就是给它们一些能量以使其彼此分开。这一点听起来很熟悉，对吗？
然而，在 1917 年，爱因斯坦（及其他所有人）认为宇宙是静止的，既不会膨胀，也不会收缩。如果没有宇宙常数 λ，那么绝不会从爱因斯坦的方程式中得出宇宙是静止的这一结论。有了该常数后，宇宙是静止的就可以成为正确答案了。到目前为止，一切都还不错，但是，当人们在 1923 年发现了宇宙的膨胀时，爱因斯坦丢弃了宇宙常数，并且将它的引入说成是他一生中所犯的最严重的错误。
有了宇宙常数，宇宙就可能是稳定的，因为它表示太空中均匀分布着一种“东西”，它抵抗万有引力，是排斥而不是吸引。所以这将抵消“真实”物质由于吸引而导致的收缩趋势。问题在于没有找到与这种抵抗万有引力物质有关的任何其它证据，将它置于理论中仅仅是为了使理论与目前观察到的结果相符合，对此，可能就连爱因斯坦本人也觉得很牵强。然而，从数学观点出发，宇宙常数是有理由存在的，这说明数学能知道其它任何学科都无法知道的事情。
宇宙常数逐渐被认可
十年当中，在物理学的另一个分支中，有迹象表明真空中的确有可能存在某种具有排斥作用的物质。这一物理学分支称为量子论，它可以看作是适用于原子大小物体的牛顿运动定律。量子论甚至比相对论还要奇怪。除了对各种熟悉事物（从荧光到人体扫描器）的原理给出了近乎完美的解释外，量子论对真空领域的一些问题也有独到的见解。
对于“真空”，物理学家所指的意思与您猜测的一样，即表示其中什么都没有。然而与常识相反，量子论指出真空中存在物质。宇宙常数也说明了这一点。迄今为止，或许这还不算太糟，因为尚没有充足的理由来证明真空没有重量。毕竟，当我们称东西时，在天平的另一边也会有同样多的真空。但对于整个宇宙而言，真空的质量可能会非常重要。
有一点我无法解释，就是这种真空物质具有排斥万有引力的作用。它实际上加速了宇宙的膨胀，而不是减缓（就像从扔石头这个普通例子中得出的那样）。这是不靠数学就很难解释的事情之一。它直接出自爱因斯坦的相对论，也可以通过完全不同的途径从量子论中得出。在这两种情况下，真空的本质其实是蕴涵在建立这些理论的方法中的。真空会施加排斥力，这个奇特的观点靠其自身是无法解释的。
但是也许能在实验室里测量出真空的某种作用，并由此得出正确答案。很不幸，实验室太小了，在其中进行实验无法测量出这种物质，量子论（尽管能够从中得到一些正确的预测）在预测总效应时会将事情弄得一团糟。实际上，这种预测的误差系数至少有 10140。也就是要在 10 后面加上 140 个零 - 一个相当大的错误。此预测与深藏在量子论基础中尚未完善的一些理论密切相关。但这些预测及实验给出了某种相信宇宙常数的理由，它与爱因斯坦方程式和宇宙膨胀问题毫不相干。
宇宙本身就是一个有重要作用的大实验室！
如果真空有质量，那么它会影响两件事。其质量会影响欧米加，并因此会对判断宇宙是否是无限的产生影响。第二件事更为复杂。真空中既有“斥力”也有“引力”。虽然我们能够将其与欧米加相关的物质视为普通物质，但“斥力”还有其它作用。它加速了宇宙的膨胀。随着宇宙的膨胀，空间会变大，所以会出现越来越多的真空，而其中的“斥力”也会越来越大。所以，如果宇宙常数存在，那它很可能会使宇宙膨胀得越来越快。
顺便提一下，真空的这种自我增生的能力（使自身变大等）实际上可能就是当初引发“宇宙大爆炸”的原动力！请在相关链接中了解有关的详细内容。欧米加的最佳（理论上）值为 1.0。
大爆炸和宇宙大爆炸
目前，天文学家已经能够测量这种作用。他们已为之奋斗了几十年，但现在和过去几乎没什么两样。
当我们现在看到的光是从某个遥远的星系发出时，那么就可以很容易（真令人惊讶）地测量出宇宙的年龄有多少。宇宙膨胀时，星系会快速地离我们而去，所以光会变得越来越红。尽管要收集到暗淡物体的必需数据可能会花费很长时间，但确定这种变红现象（又称红移）是一种很直接的测量方法。红移将宇宙时间固定在光发出的时刻。对于距离我们很遥远的星系，通过将其明暗度与附近类似的星系进行比较，也许能够测量出它有多远。距离和红移的测量足以揭开宇宙膨胀的奥秘。如果膨胀速度加快，则到宇宙生命初期发光的物体的距离会变得更长。也就是说，会比宇宙减速或稳定时更长。距离 - 红移曲线的相对形状为此提供了线索。
本图是基于 S. 珀尔姆特 (S. Perlmutter) 及其同事*所写的一篇文章中出现的一幅图表得出的。它给出了到超新星的距离与其亮度之间的关系图；其亮度直接取决于距离。两条线描绘了两种宇宙，它们具有不同的物质数量和宇宙常数。
红线表示的宇宙几乎不含有真实物质，但是它的宇宙常数大得足以（恰好）使宇宙成为有限的。绿线正好相反，它代表的宇宙没有宇宙常数，但是有足够多的真实物质使宇宙闭合。
* Perlmutter et al., 1999, Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae, Astrophysical Journal，517 期，第 565 页。
此项目的真正困难之处在于寻找某种物体（即星系），它
足够亮，能够在距离很远时看到
亮度已知且
保证自身亮度不会随着宇宙时间的推移而变化。
例如，那些在遥远的过去（当它们产生恒星时）较亮的星系是不符合要求的。
很久以前，在很远的地方有一颗恒星爆炸了。超新星 1994D（见左下方的亮点）出现在碟状星系 NGC 4526 的边缘。
有一种类型的物体的确象是能通过这些检验，它就是被称为超新星的正在爆炸的恒星。某些恒星以巨大的爆炸来结束自己的生命，就像是一颗巨型热核炸弹一样。实际上，经过数十年艰苦的努力之后，人们终于确定了某种可辨认的超新星正是可用来测量宇宙距离的物体。从那时起，一批批天文学家用巨型望远镜对天空进行着艰苦的搜索，为了能找到一点可能会显示出遥远的超新星的线索，他们使用计算机查阅了数百万张图像。迄今为止，他们在六年中已经发现了三十六颗这样的星体。
当这些天文学家将发现的超新星绘制成距离 - 红移图后，他们得出了一个在二十世纪的物理学中最引人注目的结果：宇宙常数不仅存在，而且它对宇宙膨胀所产生的影响比其中所有的普通物质都大。太空中含有许多观察不到的物质，对于这种观点，我们已经熟知了，但令人吃惊的是竟然发现这些观察不到的物质比其它任何物质都要重要！宇宙最基本的特征（大小、膨胀速度和寿命）是由真空的本质所决定的。目前，最佳的真空欧米加值约为 0.7。与约为 0.3 的物质欧米加合在一起，得到的总欧米加为 1 - 这正是平衡处于外部膨胀和内部收缩之间的宇宙所需的幻数，此外，对于欧米加，只有这个值才有一些理论依据。
此图中，在代表两种不同类型宇宙的线上添加了由珀尔姆特观察到的实际数据。
图中可以清楚地看出数据的走势。相对绿线而言，它们更偏向于红线。要特别注意线（它们所代表的宇宙有很大的差别）间的小间隔，以及红移值高的超新星在图中所示的理论上可能的高端是如何分布的。这就是存在宇宙常数的证据。
* Perlmutter et al., 1999, Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae, Astrophysical Journal，517 期，第 565 页。
真是这样吗？
还不是！
第一个原因和前面一样，即：三十六颗虚幻暗淡的超新星是一个相对来说极其微小的样本集，它们无法囊括一个如此高深的科学分支。对这些数据仍有很多疑虑，这些资料只能作为参考。
其次，存在这样一个激动人心的事实：即量子论能够预测宇宙常数的大小，并因此能够预测与之相关的欧米加值。量子论的预测犯了很荒诞（或者说很滑稽）的错误。不过，它至少还能够做出预测。解决这个矛盾对于宇宙来说具有现实的重要意义。量子论（即研究微小物质、原子及电子的物理学）已经成为解释宇宙现象的理论。它会成功吗？请留心观察太空吧！ |
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2005-03-24 22:47
