愛因斯坦失落的理論被發現

這位著名物理學家在1931年探索了穩態宇宙的觀點

一份被科學家忽視了幾十年的手稿揭示,阿爾伯特·愛因斯坦曾經涉足大爆炸理論的替代方案,而是提出宇宙穩步且永恆地膨脹。這份最近被發現的著作寫於1931年,讓人想起英國天體物理學家弗雷德·霍伊爾近20年後提出的理論。愛因斯坦很快放棄了這個想法,但這份手稿揭示了他仍然對接受宇宙是在一次爆炸性事件中創造出來的猶豫不決。

大爆炸理論在20世紀20年代找到了觀測支援,當時美國天文學家埃德溫·哈勃和其他人發現遙遠的星系正在遠離,並且空間本身正在膨脹。這似乎暗示,在過去,可觀測宇宙的內容曾經是非常稠密和熾熱的“原始湯”。

但是,從20世紀40年代後期開始,霍伊爾認為空間可以永恆地膨脹並保持大致恆定的密度。他說,這可以透過不斷增加新的物質來實現,基本粒子會從空間中自發地彈出。然後,粒子會聚結形成星系和恆星,這些星系和恆星會以適當的速度出現,以佔據空間膨脹創造出的額外空間。霍伊爾的宇宙始終是無限的,因此它的大小不會隨著膨脹而改變。它處於“穩態”。


支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


這份新發現的檔案表明,愛因斯坦早得多就描述了基本相同的想法。“為了使密度保持恆定,必須不斷形成新的物質粒子,”他寫道。這份手稿被認為是在1931年加利福尼亞之旅期間產生的——部分原因是它寫在美國的便箋紙上。

它一直被存放在耶路撒冷阿爾伯特·愛因斯坦檔案館的顯眼位置——並且 在其網站上可以免費檢視 ——但被錯誤地歸類為愛因斯坦另一篇論文的初稿。愛爾蘭沃特福德理工學院的物理學家科馬克·奧·萊弗泰利說,當他意識到這份手稿的內容時,“幾乎從椅子上摔下來”。他和他的合作者已將他們的發現以及愛因斯坦原始德語手稿的英文翻譯釋出在arXiv預印本伺服器上(C. 奧·萊弗泰利 。預印本,網址:http://arxiv.org/abs/1402.0132;2014年),並已將他們的論文提交給《歐洲物理雜誌》。

劍橋大學科學史學家西蒙·米頓說:“這一發現證實了霍伊爾不是一個怪人。”他是2005年出版的傳記《弗雷德·霍伊爾:科學的一生》的作者。僅僅是愛因斯坦曾經嘗試過穩態模型這一事實就可能為霍伊爾在與物理學界就該主題進行辯論時提供了更多的可信度。“如果霍伊爾早知道這一點,他肯定會用它來打擊他的對手,”奧·萊弗泰利說。

儘管霍伊爾的模型最終被天文觀測排除,但它至少在數學上是自洽的,它調整了愛因斯坦廣義相對論的方程,為物質的自發產生提供了一種可能的機制。愛因斯坦未發表的手稿表明,起初,他認為這種機制可以從他最初的理論中產生,而無需修改。但是,奧·萊弗泰利和他的團隊表示,隨後他意識到自己在計算中犯了一個錯誤。當他糾正錯誤時——用不同顏色的筆劃掉了一個數字——他可能認為這個想法行不通,就把它放在一邊了。

新澤西州普林斯頓大學的宇宙學家詹姆斯·皮布林斯說,這份手稿可能“是一份粗略的草稿,最初是出於對一個巧妙想法的興奮而開始的,但很快就被放棄了,因為作者意識到他是在自欺欺人”。似乎沒有任何記錄表明愛因斯坦再次提及這些計算。

但是,愛因斯坦嘗試穩態概念這一事實表明,他仍然抵制大爆炸的觀點,他最初認為大爆炸“令人厭惡”,儘管其他理論家已經證明這是他的廣義相對論的自然結果。(其他主要研究人員,例如著名的劍橋天文學家亞瑟·愛丁頓,也對大爆炸理論持懷疑態度,因為它暗示了一個神秘的創造時刻。)當宇航員發現宇宙膨脹的證據時,愛因斯坦不得不放棄他對靜態宇宙的偏見,而穩態宇宙是次好的選擇,奧·萊弗泰利和他的合作者說。

丹麥奧胡斯大學的科學史學家海爾格·克拉格表示贊同。“這份手稿表明,儘管那時他已經接受了空間的膨脹,但[愛因斯坦]對隨時間變化的宇宙感到不滿,”他說。

本文經《自然》雜誌許可轉載。這篇文章於2014年2月24日首次發表

Davide Castelvecchi is a staff reporter at Nature who has been obsessed with quantum spin for essentially his entire life. Follow him on Twitter @dcastelvecchi

More by Davide Castelvecchi

First published in 1869, Nature is the world's leading multidisciplinary science journal. Nature publishes the finest peer-reviewed research that drives ground-breaking discovery, and is read by thought-leaders and decision-makers around the world.

More by Nature magazine
© .