
在科學史上,有些錯誤只是小插曲,有些錯誤卻改寫了整個學科的走向。
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1921年,愛因斯坦獲得諾貝爾物獎后的官方肖像
1917年,愛因斯坦干了一件他后來親口承認的“終身最蠢的事”——他在廣義相對論的引力方程中添加了一個奇怪的“宇宙常量Λ”,只為讓宇宙在理論上保持“靜止”。
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愛因斯坦(第一排居中)在第五次索爾維會議上,這次會議是人類量子力學發展史上最具影響力的事件之一。
多年后,這個被他稱為“愚蠢項”的Λ卻像幽靈一樣,一次又一次地回到宇宙學的中心舞臺,甚至成為我們理解宇宙加速膨脹的關鍵。
這到底是一個科學巨人的失誤,還是一個被時代誤解的遠見?《科學大師的失誤》帶你回到20世紀初的科學現場,重新審視這個堪稱宇宙學“懸案”的來龍去脈。
一
為了“靜態宇宙”
他親手在方程里加了個“怪項”
1917年,在廣義相對論提出兩年后,愛因斯坦將目光轉向了宇宙的整體結構。他想用自己的理論建立一個宇宙模型——不是任何一個星系的運動,而是整個宇宙的演化。
愛因斯坦的廣義相對論預言:足夠致密的質量可以使時空變形,形成黑洞。這張黑洞照片是由事件視界望遠鏡于2019年4月10日拍攝的。
圖/人類捕獲的第一張黑洞相片
那是一個科學家普遍相信宇宙是“靜態”的年代。天空恒久、星辰不動,看上去天體的分布與運動總體上是平衡穩定的。為了讓自己的方程符合這個“常識”,愛因斯坦發現:如果不做任何修改,他的方程預言宇宙要么不斷膨脹,要么不斷收縮,與“靜態宇宙”矛盾。
于是,他引入了一個全新的修正項——宇宙常量Λ,用來提供一種“斥力”,抵消引力的收縮趨勢。這個項不是來源于任何物質或能量,而是被強行“鑲嵌”進時空本身的結構中。它的效果非常奇特:距離越遠,這個斥力越強,與我們日常經驗中的所有力都不同。
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圖/愛因斯坦與質能方程
雖然愛因斯坦自己也覺得這個項在“美學”上不夠優雅,甚至在給朋友的信中自嘲“快要被這個理論逼瘋”,但他還是把它寫進了自己的論文中,只為成就一個符合時代直覺的“靜態宇宙”。
這篇題為《根據廣義相對論對宇宙學所作的考察》的論文,標志著現代宇宙學的誕生,但也埋下了后來巨大爭議的種子。
二
“愚蠢項”Λ
被他人丟棄、痛斥、又重新撿起
愛因斯坦以為這樣就萬事大吉了,沒想到,他的這個“補丁”,被許多后來的科學家視為累贅。
蘇聯數學家弗里德曼第一個指出了問題:如果重新審視愛因斯坦的原方程——不加Λ——其實本身就允許宇宙隨時間膨脹或收縮。愛因斯坦為了迎合“靜態宇宙”的觀念而加入Λ項,反而違背了方程本身的物理直覺。
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亞歷山大·弗里德曼(Alexander Friedmann),蘇聯著名的數學家、氣象學家與宇宙學家。
一開始愛因斯坦并不接受這個批評,還在期刊上公開反駁。但很快,弗里德曼反駁了他的反駁,并從數學上精確指出了愛因斯坦計算中的疏漏。最終,愛因斯坦不得不承認自己的錯誤,撤回了批評。1923年他開始接受膨脹宇宙模型,1931年更是正式承認:“宇宙常量在理論上是不能令人滿意的。”他將Λ稱為自己“畢生最大的錯誤”。
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1925年,物理學家玻爾正在和愛因斯坦探討問題。
伽莫夫在回憶錄中還提到:愛因斯坦曾親口對他說,引入宇宙常量Λ是他“一生中最愚蠢的決定”。而伽莫夫自己也對Λ極度反感,甚至嘲諷這個以希臘字母Λ命名的常量是“丑陋的尖腦袋”,“不請自來地在各種理論里出現”。
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暗能量導致宇宙膨脹的示意圖
但問題并沒有結束。20世紀后期,宇宙學研究發現,宇宙不只是膨脹,而且是在加速膨脹!而解釋這一現象,恰恰需要一個類似Λ的“斥力”。于是,科學家們又把這個被愛因斯坦拋棄的“愚蠢項”重新請回來,賦予它新的含義——暗能量的表現形式。
就這樣,Λ像一位命運多舛的角色,從理論的“補丁”,到被唾棄的“錯誤”,再到今日解釋宇宙命運的關鍵角色。它從來沒有真正退出歷史舞臺。
三
從牛頓到愛因斯坦
宇宙邊界的困境與突破
其實早在愛因斯坦之前,人類就為“宇宙的結構”這個問題糾結了幾千年。是有限還是無限?有邊界還是無邊界?從古代中國、古希臘到牛頓和康德,這個問題始終難解。

牛頓認為宇宙是無限空間中分布著無限數量的恒星,這樣才能避免由于萬有引力導致宇宙塌縮的問題。但這又導致了另一個悖論:既然星星無限多,夜空為什么不是無限明亮的?這就是所謂的“奧爾勃斯佯謬”。
為了維持“靜態宇宙”的可能性,19世紀的德國學者馮·諾依曼和馮·希利格甚至也提出過“宇宙項”的概念,為愛因斯坦日后引入Λ項提供了理論先聲。
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給愛因斯坦帶來深刻影響的兩位科學家:艾薩克·牛頓(左)和伯恩哈德·黎曼(右)。
但真正帶來突破的,是黎曼幾何的引入。愛因斯坦用黎曼空間取代了牛頓的“絕對空間”,提出宇宙可以是“有限無邊”的。也就是說,宇宙像一個球面,表面是有限的,但沒有邊緣。這個思想首次用實證的方法破解了“宇宙有限是否有邊”的哲學死結。
正是這種幾何觀念上的革新,使得廣義相對論不僅是物理理論的進展,更是人類認知框架的更新。而Λ項,無論它多么“丑陋”,在這個新框架中都獲得了前所未有的地位。
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圖/童年和青年時期的愛因斯坦
愛因斯坦在年輕時,以不輕信任何先驗自明的概念而令人嘆服。他雖然在1917年2月文章發表之前,也發現他的引力方程會得出膨脹和收縮解,但是受傳統靜態觀的影響,迫使他放棄這種可能的解。
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圖/晚年愛因斯坦
而愛因斯坦,即便犯了“錯誤”,依然展現了一個科學家的真正勇氣:敢于承認失誤,也敢于挑戰整個宇宙的秩序。這份勇氣,至今仍在推動著我們前行。
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“Λ”項的“逆襲”
仿佛科學史上的“反轉” 彩蛋
你如何看待愛因斯坦的這個失誤?
你還知道哪些科學史上的“誤解”和佚事?
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觀點資料來源:《科學大師的失誤》
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天才也會誤入歧途,失誤也是一面鏡子
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