物理学家 天文学中早已被推翻, 但还被普通民众视为常识的理论
比如2017年底在一次科普活动中，有一位年长的院士参与我们的座谈。有观众提问，为什么说是宇宙大爆炸？这位院士说，在他年轻的时候学习毛选，毛主席从哲学家的角度认为宇宙是无穷无尽的，哲学家的观点是那样的；哲学家和科学家各有不同的观点。其实他这个解释是个典型的误解。从根源上来说，无限宇宙不是来自哲学观念，而是来自牛顿力学的推测，是已经被“大爆炸宇宙学”推翻的观念。1、无限宇宙是牛顿的推测牛顿在1687年出版了他的划时代名著《自然哲学中的数学原理》，提出了运动三定律和万有引力定律，证明月亮围绕地球运动和苹果落地遵守同样的科学规律，从而第一次把天上地下的运动统一起来，改变人们对自然界的认识。《原理》的第二版编辑、剑桥大学三一学院院长理查德·本特利向牛顿提出了一个问题，万有引力可以解释太阳系的运动规律，那么如果应用于整个恒星世界，在吸引力的作用下，它们是否会被撕裂或撞到一起导致宇宙的毁灭？
文章插图
牛顿仔细思考了这个问题，在回信中，他认为如果仅有万有引力主导的话，我们的宇宙看起来又是永恒的和静态的，那么宇宙应该是无限而且完全均匀的；在这样条件下，任何一颗恒星都会受到各个方向均等的引力作用，所有的力都是平衡的。因此，牛顿推测，宇宙空间无穷无尽，时间均匀流动，没有起点也没有终点。不过，牛顿也承认，尽管在数学上来说，宇宙应该是无限的，但这种理想模型是不稳定的，恒星略微晃动，就会引起宇宙的崩塌。所以他只好祈求“神的力量”偶尔干涉一下，使宇宙保持稳定。对于牛顿和当时的人们来说，这种绝对时空、无限宇宙是可以接受的。毕竟，永恒这个概念是符合古希腊以来的哲学观念，数千年来的星空也总是那样平静安详，不曾发生（显著）的变化，宇宙看起来永远都是那个样子。因此，虽然牛顿的解释并不完善，虽然哈雷很快就发现了恒星本身也在发生相对运动，随着牛顿物理学的发展壮大，“无限宇宙观”还是被普遍接受，进而成为包括马克思在内的哲学家们讨论世界规律的基础。后来在笔者从事科学传播活动中，也碰到很多年长者就像开头说到的那位院士一样，对“宇宙大爆炸”困惑不已。因为这跟他们（包括我）在求学时代学到的马哲里“无限宇宙”观念是相违背的——其实它的根源不是哲学，而是牛顿自己也不敢肯定的一种推测。2、为什么是宇宙大爆炸“无限宇宙观”既然被普遍接受，也就有了它的生命力，甚至反过来影响科学家们对宇宙的讨论。即使到了20世纪初，爱因斯坦也“深受其害”。爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论推翻了牛顿“绝对时空”，证明时间和空间的性质并非像牛顿设想的那样，而是彼此有联系的，从而创造了“时空”（spacetime）这个词；1915年完成的广义相对论，又更新了引力理论，证明牛顿万有引力定律只是在引力不太强的条件下适用。广义相对论很快就有了两个强有力的证明，一是爱因斯坦亲自计算解释了困惑天文学家数十年的水星近日点进动问题，二是1919年爱丁顿对日全食的观测验证了爱因斯坦关于星光从太阳旁边经过时的路径偏折现象，在两个问题上，广义相对论的计算结果都是完美的，牛顿理论都不能胜任。但在“宇宙”这个问题上，爱因斯坦却犯下了“最大的错误”。在1915年的时候，爱因斯坦就已经意识到，就像牛顿认识到的一样，在广义相对论框架下，宇宙同样不应该是静态的。但是爱因斯坦仍然把牛顿时代形成的“无限宇宙”作为了默认的事实，在1917年的论文《使用广义相对论的宇宙学思考》（Cosmological Considerations in the General Theory of Relativity）中，他往方程里添加了一项“宇宙学常数”。这是一个反引力项，从而跟物质之间的引力达到平衡，让宇宙“稳定”下来。爱因斯坦这个“画蛇添足”的动作，让他跟发现“宇宙不稳定”失之交臂。不过，爱因斯坦这个错误是可以理解的。毕竟，在这个时候，就像牛顿一样，科学家们还没有发现星空里的剧烈变化。在这个时期，揭示恒星演化规律的“赫罗图”才刚刚发表，天文学家们还没有理解恒星究竟是如何演化的，连它们的能量来源都不知道；而且，从宇宙尺度上来说，组成宇宙的基本“团块”并不是恒星，而是星系——一直到1924年，哈勃才通过对造父变星的观测证明仙女星云是河外星系，是跟我们银河系同等量级的恒星集团。
推荐阅读
- 为什么历史上很多物理学家化学家都终身单身呢
- 孩子初中早恋怎么办
- 偏理论的物理学家的长相有什么相同点吗？
- 天文学中的秒差距是什么意思？
- 如果木卫二存在智慧生物，你认为他们会研究天文学吗？
- 射电暴的速度是多少？
- 古代星官，如何与现代天文学的“超新星“”彗星”对应？
- 天文学家在银河系中发现的“怪兽”黑洞有何特点？
- 一些天文学家为何认为暗能量甚至可能不存在？
- 天文学家发现银河系和仙女系将在擦肩而过之后再次相撞，之后会发生什么？