和所有人一樣,愛因斯坦的科學研究也會誤入歧途。通過了解這些過程,可以看出愛因斯坦的思想脈絡,對青年科學工作者是有裨益的。

1936 年 12 月愛因斯坦在《科學》雜誌上發表了一篇題為《恆星通過引力場偏折光線的類透鏡行為》的論文,其中談及距離恆星足夠近,光線就可能被引力強烈地扭曲,出現光線類似通過透鏡一樣的效果,稱為「引力透鏡」。文章結論是 ,光線經過鄰近恆星時形成的多重像之間的間隔大小 ,實際上是分辨不出來的。愛因斯坦雖然提出了「引力透鏡」的概念,但沒有意識到引力透鏡效應的強度與重要性。

引力透鏡效應

引力透鏡效應

數月後,加州理工學院天文學家弗裡茨·茲威基的文章尖銳地指出,如果恆星群結合起來形成星系,應該能觀測到包含千億顆恆星的大質量星系造成的引力透鏡效應。茲威基預言了引力透鏡的三個用途,即引力透鏡可放大那些本來看不到的遙遠天體,可用來測量最大尺度宇宙結構的質量,更進一步檢驗廣義相對論。這使引力透鏡的研究成了天文學的熱點。

2015 年 9 月 14 日,首次由鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)發現,距地球 13 億光年遠的兩個黑洞合併時產生了引力波,並以光速向四周傳播。

引力波是空間形狀本身的震動,其中包含大量的質量和能量,即使穿過非常熱、密度非常高的地區,也不會被大幅吸收和分散,比電磁波更易觀測。利用對它的研究,可詳細繪製黑洞周圍翹曲的時空形狀。而探索黑洞碰撞時旋風般的時空形狀可以了解宇宙誕生時的大爆炸。100 年前愛因斯坦闡述的引力波概念,成為當今物理學研究的熱點,可當年最初的論文險些讓愛因斯坦與今日之成就失之交臂。

紀念愛因斯坦推出引力波概念 100 年

紀念愛因斯坦推出引力波概念 100 年

1916 年,愛因斯坦把一篇《引力波是否存在?》的論文投稿到《物理評論》雜誌,編輯把該文轉發給同行評審,匿名審稿人指出了其中的錯誤,這引起了愛因斯坦的不悅,表示要撤稿。當愛因斯坦把稿件轉投《富蘭克林研究所雜誌》時,原審稿人、物理學教授羅伯森通過他的助手,善意地解釋了最初論文中的錯誤和可能解決的方法,使愛因斯坦意識到了問題的所在,最後發表論文的版本已經改寫成《論引力波》。多虧審稿人的熱心相助,使他避免了發表最初的、關於引力波不存在的錯誤論斷。

韋斯、索恩和巴里什三人因對引力波的研究獲 2017 年諾貝爾物理學獎 (Rainer Weiss ;Kip S. Thone;Barry C. Barish)。

2017 年諾貝爾物理學獎獲得者

2017 年諾貝爾物理學獎獲得者

愛因斯坦的另一個錯誤就是大家熟知的關於「宇宙常數」的問題了。當1915 年愛因斯坦完成了廣義相對論時,學術界普遍的看法是,我們的銀河系被一個靜態永恆且無窮大的虛空所環繞。1917 年愛因斯坦發表了一篇論文《廣義相對論的宇宙學思考》,在廣義相對論的方程中引入了一個額外的常數項,即「宇宙常數」,以迎合當時普遍認為宇宙是靜態的觀點。

十多年後,科學界觀測到很多「宇宙並非靜態」的現象。愛因斯坦訪問哈勃和他所在的威爾遜天文臺後,了解到哈勃定律,即「後退星系的速度與太陽系距離之間的線性關係」,讚揚了宇宙大爆炸的膨脹模型。其實若愛因斯坦當初堅持廣義相對論,不支持靜態宇宙的觀點,就很可能是第一個預言宇宙膨脹的科學家了。

很快,愛因斯坦就否定了「宇宙常數」的存在。但是從現代量子理論的角度思考和 1998 年觀測到的新結果,說明宇宙在暗能量的驅動下,正在加速膨脹。引入「宇宙常數」,是否是可以解釋宇宙加速膨脹的理由之一呢?

2011 年諾貝爾物理學獎授予美國加州大學柏克萊分校天體物理學家薩爾·波爾馬特、亞布萊恩·施密特以及美國科學家亞當·里斯以表彰他們「通過觀測遙遠距離超新星發現宇宙加速膨脹 」。

薩爾·波爾馬特、亞布萊恩·施密特及亞當·里斯

2011 年諾貝爾物理學獎獲得者

愛因斯坦實際上發生了兩次誤判,第一次是因為錯誤的理由引入了「宇宙常數」;另一次則是迅速地丟棄了它,而沒有探索它的深層意義。

任何一個偉大的科學家都有可能犯糊塗。其實理論只是對事實的解讀,但解讀可能有多種不同,也並非要全部與事實相符合, 所以迷信理論不如尊重事實。

1973 年諾貝爾物理學獎日本籍得主江崎玲於奈曾對日本近年多次獲獎反思後,提出獲獎的「江崎黃金率」,即不可受制於迄今為止形成的經驗和正規化,否則發揮創造力無望;可以接受教誨, 但不可唯大學者、大教授馬首是瞻;孩子般的好奇心與天真爛漫的感情意識不容錯失。

有關愛因斯坦的故事是否也與「江崎黃金率」暗合呢?

本文經授權轉載自:原點閱讀 作者:金湧

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