1919 年 5 月 29 日,一场日食永远改变了我们对引力的概念,改写了物理定律,并将一位 40 岁、头发蓬乱的科学家变成了全球名人——科学天才的化身。
对于阿尔伯特·爱因斯坦来说,这是非常美好的一天。
1919 年横跨南美和非洲的日食为爱因斯坦令人费解的引力理论提供了直接证据。 他于 1915 年提出,引力并不是一种作用于空间的幽灵般的力量,而是空间和时间本质的一个特征。
引力是宇宙结构的扭曲和弯曲。
爱因斯坦的理论————被物理学家J·J·汤姆森誉为“人类思想最伟大的成就之一”。
一个世纪以来,这一点已被更多的观察所证实,包括检测到和第一张图片就在今年。 他破解了宇宙的基本密码。
然而:有些不对劲。
尽管爱因斯坦似乎对宇宙如何构成有最终定论,但最近对深空以及原子内部运作的探索发现了该理论失效的地方。
例如,在黑洞内部,爱因斯坦方程表明物质和能量被压缩得达到无限密度。 但是,这是什么意思? 理论家怀疑这意味着他们需要更好的理论。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家埃米尔·莫托拉说:“一旦数字变得无穷大,你就无法计算超出这一点的任何东西。你就失去了所有控制。”
“这并不意味着大自然不能做到这一点,但它非常可疑。”
当宇宙学家将过去 130 亿年宇宙膨胀的胶片倒带到时间和空间的最开始时,同样的问题也出现了。。 爱因斯坦的理论在创造方面并不完全适用。
臭名昭著——至少在理论物理学家中——没有解释引力如何在最微小的尺度(亚原子粒子领域)发挥作用。
从未被直接观测到,但它的存在是通过其引力效应推断出来的,例如星系中恒星的运动。 周界研究所的理论家李·斯莫林说,可以想象,这可能是爱因斯坦没有预测到的引力的某种变化。
另一个宇宙之谜,是推动宇宙加速膨胀的因素。 这种看似反重力的加速度直到 20 世纪 90 年代末才被发现,强烈表明宇宙将永远膨胀。 那么为什么会发生这种情况呢?
“我们不知道。这就是为什么我们称之为‘暗能量’,”路易斯安那州立大学物理学和天文学教授加布里埃拉·冈萨雷斯说。
“我认为有很多谜团我希望在我的有生之年能找到答案,”她说。 “所有这些事情都需要可以通过实验证实的理论。它们需要有预测的理论。”
这让我们回到爱因斯坦和日食。
1905 年,爱因斯坦凭借一系列令人震惊的论文从默默无闻中脱颖而出,推翻了关于时间和空间的经典概念。 但他最伟大的成就是在十年后的 1915 年,当时他描述了控制引力的方程。
他仅仅利用了宇宙的一个基本特征他大脑的力量。 但这是真的吗? 如果他的方程只是一个数学幻想,在纸上看起来很漂亮但与物理现实不相符怎么办?
爱因斯坦提出了一个实验测试。 日食会阻挡太阳的光线,使科学家能够研究靠近太阳的星光。 他的理论预测,与经典引力理论下的位置相比,太阳的引力场将使星光发生一定程度的位移。
英国天文学家阿瑟·爱丁顿率领一支探险队从两个地点观察了日食,一处位于巴西,另一处位于非洲海岸附近的普林西比岛。
星星支持爱因斯坦。
当皇家天文学家弗兰克·戴森爵士于当年 11 月宣布这一结果时,各大报纸都刊登了头版报道,爱因斯坦因此闻名于世。
作者沃尔特·艾萨克森(Walter Isaacson)在他的爱因斯坦传记中讲述了爱因斯坦与研究生伊尔莎·施奈德(Ilse Schneider)之间的一次交流,当时有消息称该理论得到了支持。 她后来回忆道,她问他,如果日食观测结果与他的理论相矛盾,他会怎么想。
“那么我就会为亲爱的上帝感到难过;这个理论是正确的,”爱因斯坦说。
莫托拉指出,自欧几里得和亚里士多德时代以来,空间和时间一直被视为宇宙事件的被动阶段,不受行星和恒星的来去影响。 但爱因斯坦说事实并非如此:空间和时间受到物质的影响,甚至光也必须服从弯曲空间的几何形状。
现代世界有赖于接受这一宇宙真理。 航天器的轨迹必须考虑广义相对论。 GPS 也是如此。 军事目标也是如此。
爱因斯坦的理论对宇宙中的奇异事物有着惊人的影响,尤其是。 也许现代对爱因斯坦最有力的证实是发现了黑洞碰撞产生的引力波。
爱因斯坦预言了引力波的存在; 一个世纪后,科学家发现了它们。
宇宙并没有耗尽惊喜,理论物理学家仍在继续工作。 随着时间的推移,这些问题并不会变得容易。 当莫托拉被问及宇宙诞生时究竟发生了什么时,他说:“有时你不得不说你不知道。”
2019 ©华盛顿邮报
本文最初发表于华盛顿邮报。