优雅的宇宙3爱因斯坦的错误

主播

筱小

这是我们“优雅的宇宙”第三讲。

先让我们做一下前情回顾：

昨天我们说，几百年前伽利略发表了观点，说天上有无数颗恒星，于是开普勒提出了质疑，问出了那个“那夜晚为啥这么黑？”的经典问题。

后来，哈勃根据光谱的红移，发现了宇宙正在膨胀，空间就像是被吹大的气球，或者是平底锅上膨胀起来的面包，星系就像是气球上的斑点，或是在面包上点缀的葡萄干，彼此之间的距离是越来越远——因此得出了宇宙大爆炸理论。

有趣的是，我们的大科学家爱因斯坦，早在哈勃发现宇宙膨胀之前，就预言了“宇宙正在膨胀”这种奇怪的行为，并将其以广义相对论的“引力场方程”表达了出来。

▲这个我们不必看懂，就看看这个方程的“简洁优雅之美”就可以了。

爱因斯坦其实早就算出了宇宙正在膨胀，可是，他拒绝接受这种说法：他觉得这不对！宇宙应该是无始无终的静态的才对啊！

于是，他给方程增加了一个完全没必要的“常数”，就是上面我给你划红线的那个像中文的“入”字一样的符号（这是一个希腊字母，读作lambda）

爱因斯坦加入这个符号，就是想要表达宇宙是个静态的，因为他拒绝接受宇宙正在膨胀的理论。

在数学上，有没有这一项，引力的性质都一样，“λ”仅仅是为了让宇宙不膨胀而存在的，所以被称为“宇宙常数”。

爱因斯坦算出了宇宙膨胀，又觉得不对，加入宇宙常数“λ”提出广义相对论，是年的事情。

后来，到了年，哈勃宣布宇宙的确正在膨胀时，爱因斯坦一听到立刻就冲到了威尔逊天文台，借用哈勃的望远镜观察星空。

这里还有一段插曲：

据说当时在山上的天文台上，有人对爱因斯坦的妻子艾尔莎解释说：“这台英寸口径的巨型望远镜可厉害了，它甚至可以用来确定宇宙的结构！”

“好吧好吧，”艾尔莎回答说：“这件事我丈夫在一个旧信封的背面就做到了....”

是的，爱因斯坦，就是这么厉害。

也许一说到科学家，你只会想到爱因斯坦和牛顿，确实，爱因斯坦和牛顿大约是人类历史上最厉害的两个科学家了。

但是他们有个很大的区别：

牛顿面对同时代的科学家是非常傲慢的，谁都看不起，谁都入不了我们牛顿牛爵爷的法眼，但是牛顿对大自然却充满着敬畏。

牛顿说，我只不过是在海边玩耍的一个小孩子，偶尔发现了几个漂亮的贝壳，但是我背后，我没看到的，却是真理的汪洋大海！

而爱因斯坦却刚好相反：

爱因斯坦是个非常谦逊的人，从来不跟同辈的科学家争名夺利，为人谦和低调，还和哥德尔成为忘年之交。

可是，爱因斯坦对大自然却充满了雄心壮志，他认为自己一个人就能发现终极真理！他仅凭自己就想掌握宇宙的规律！

那你可想而知，在威尔逊天文台上看到的东西给爱因斯坦留下了多么深刻的印象，我们可以猜出当时爱因斯坦会是什么样的心情——他本来已经算出来宇宙应该膨胀了，可是为了让宇宙不膨胀，才自作聪明地加了宇宙常数那一项，结果错过了对“宇宙膨胀的理论”预测。

真的是悔不当初啊！

最终，他只能从自己的方程中去掉了那个突兀的“λ”，爱因斯坦承认，既然宇宙正在膨胀，那么维持静态宇宙的“λ”的值，只能是0。

就像下面这个例子：

A=B+C，结果后来得知A=10，B=10，那么只有当C=0时，这个公式才能成立，也就是说，C根本就没有必要出现。

所以，爱因斯坦说，

这个宇宙常数，

是我一生中所犯的最大的错误！

年，当时有一本书叫做《个作者反对爱因斯坦》，爱因斯坦得知这本书后，回应却是：如果他是错的，那么只有一个就够了。

爱因斯坦就是这么一个人，他承认自己的错误，并且修改完善了自己的引力场方程，现在，“λ”没有了，公式更加简洁优美了。

经过这么一番折腾，

现在，一切都舒服啦~~

可是，人们不知道的是，

事情，根本还没有结束！

后来科学家们问了这么一个问题：

既然宇宙有一个开始，那就是大爆炸，然后宇宙在膨胀，那么按理说，膨胀到一定阶段后，就会减慢，甚至停止，这个逻辑没错吧？就像你抛一个小球，一开始速度越来越快，然后变慢，之后就会停止，没错吧？

如果你把小球往天上抛，也就是往“引力的反方向”扔，那么它不仅会停止，还会回来，对吧？

这个宇宙里遍布着无数的恒星，它们都会提供引力，那么按理说，宇宙膨胀的速度会变慢、停止、甚至最后有可能还会缩小。这么想，是没错的吧？

于是，年，两组世界各地的科学家想要看看，宇宙的膨胀，到现在，亿年之后，变慢了多少？这时候爱因斯坦去世已经43年了。

结果一检测，全世界的天文学家的下巴，都惊掉了——宇宙膨胀的速度不仅没有变慢，反而还加快了！

宇宙从爆炸开始，就以一定的速度，居然一直都在保持着膨胀的“加速度”，于是戏剧性的情况出现了——天文学家们又把当初爱因斯坦给去掉的“λ”挖了出来，重新加入到了引力场方程...

公式现在，又回来了！

但是这时候，“λ”就不是表示静态宇宙的常数了，而是表示宇宙加速膨胀的常数。

似乎这个宇宙中，充斥着一种与引力相反的“排斥力”，正是这种神秘的力量到现在为止还在让宇宙加速膨胀。科学家们给这种排斥力起了个名字，叫做——暗能量。

于是从年开始，暗能量登上了宇宙戏剧的舞台，它的名字非常恰当地体现了它的神秘，以及，我们对它的无知。

后来，两组科学家根据宇宙还在加速膨胀而得知的暗能量，无可争议地获得了年的诺贝尔物理学奖。

根据目前为止最精确的测量结果，在这个宇宙中，暗能量绝对是主角，虽然我们还不知道它到底是个啥，但是它占据了所有质量能量的68%，而暗物质占27%（这个暗物质我们明天会讲到），而一般物质，也就是我们看得见的所有璀璨夺目的恒星，全部加起来，只占宇宙的5%。

这也就是说，

爱因斯坦最大的错误，

就是宣称那个“λ”，

是他最大的错误...

现在，人们根据光谱红移发现了宇宙正在膨胀，后来又根据宇宙膨胀发现了暗能量。

但说来暗能量也是奇怪！

这种与引力相反的斥力根本就是“凭空产生”的，在真空中就能产生，而不是像引力那样需要大质量的物质才能产生——它的产生完全不依赖任何物质。

这也就是说：

随着真空的增长，宇宙的密度也就会越小，那么真空更大，斥力就会更大，更大的斥力会产生更多的真空，而更多的真空还会产生更大的斥力，慢慢迫使宇宙进入——无休止的指数级加速膨胀。

▲绿色箭头为物质与暗物质导致的“引力”，黑色箭头为暗能量导致的“斥力”

也许到这里你会问：那这些意味着什么呢？宇宙不是一开始就在膨胀吗？继续膨胀，有什么问题吗？

我们都知道，我们这个宇宙里光速是最快的，没有什么能快过光速，可是，空间膨胀的速度是可以超过光速的。事实上，在我们第一讲里，早期宇宙爆炸时，膨胀的速度就一直是超过光速的。

还记得吗？宇宙大爆炸过去1秒后，宇宙就已经几光年那么大了。

那些离我们越遥远的恒星，离开我们的速度会超过光速，那么，它们的光，就永远都不会传递到我们这里了。

你说一个人跑的速度超过了光速，那么你连看都看不到他了，你只能看到他“超过光速的那前一瞬间”的样子，之后的光，就再也看不到了。

也就是说，如今我们在夜空中可以观测到的遥远的星系，最终都会消失在目光可及的视野之外——因为那些星系远去的速度比光速还快，永远不可能再回头了！

天文学家们预测：

大约再过一万亿年，居住在我们银河系里的所有人，可能根本就不知道还有其他星系存在了——我们将看不到任何恒星，那时候我们再抬头，就没有满天的繁星了，取而代之的，是无尽的虚空。

暗能量是宇宙的基本属性，

而它最终必定会削弱我们对宇宙的理解。

试想一下：

如果一万亿年后，还有人类，或者其他的智慧生命存在，而我们没能把现在的天文学知识做好记录，完美地保存到一万亿年之后，那么那个时候的人，我们的后代，他们的天文学将会和我们的非常不一样。

他们也许根本就不知道星系为何物，他们的宇宙里永远只有一个银河系，甚至只有太阳系，他们永远都不知道，宇宙中其实还存在着那么多星系。

因为他们缺乏这个“关键信息”，

他们永远都想不到宇宙的历史。

那时候，才真的是“无始无终、没有前后”的宇宙啊！连星光都没有，他们想必也观测不到红移，也不知道宇宙大爆炸。

但是，还有更可怕的！

如果说一万亿年以后的人缺少关键信息，那么我们这一代人，是不是也缺少了某些关键信息呢？以至于有关这个宇宙，有些东西是我们永远都不能理解的呢？

我们是否也错过了宇宙在过去“某个篇章”里的“基本章节”呢？

这真的是一场噩梦，就像一万亿年后的人类，我们，是不是也和他们一样呢？

也许就像天文学家们说的一样：

要知道，这个宇宙，

根本就没有义务，让你理解！

好，以上就是我们今天的全部内容，

感谢阅读，与君共勉。

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