一份被科学家忽视了几十年的手稿揭示,阿尔伯特·爱因斯坦曾经涉足大爆炸理论的替代方案,而是提出宇宙稳步且永恒地膨胀。这份最近被发现的著作写于1931年,让人想起英国天体物理学家弗雷德·霍伊尔近20年后提出的理论。爱因斯坦很快放弃了这个想法,但这份手稿揭示了他仍然对接受宇宙是在一次爆炸性事件中创造出来的犹豫不决。
大爆炸理论在20世纪20年代找到了观测支持,当时美国天文学家埃德温·哈勃和其他人发现遥远的星系正在远离,并且空间本身正在膨胀。这似乎暗示,在过去,可观测宇宙的内容曾经是非常稠密和炽热的“原始汤”。
但是,从20世纪40年代后期开始,霍伊尔认为空间可以永恒地膨胀并保持大致恒定的密度。他说,这可以通过不断增加新的物质来实现,基本粒子会从空间中自发地弹出。然后,粒子会聚结形成星系和恒星,这些星系和恒星会以适当的速度出现,以占据空间膨胀创造出的额外空间。霍伊尔的宇宙始终是无限的,因此它的大小不会随着膨胀而改变。它处于“稳态”。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
这份新发现的文件表明,爱因斯坦早得多就描述了基本相同的想法。“为了使密度保持恒定,必须不断形成新的物质粒子,”他写道。这份手稿被认为是在1931年加利福尼亚之旅期间产生的——部分原因是它写在美国的便笺纸上。
它一直被存放在耶路撒冷阿尔伯特·爱因斯坦档案馆的显眼位置——并且 在其网站上可以免费查看 ——但被错误地归类为爱因斯坦另一篇论文的初稿。爱尔兰沃特福德理工学院的物理学家科马克·奥·莱弗泰利说,当他意识到这份手稿的内容时,“几乎从椅子上摔下来”。他和他的合作者已将他们的发现以及爱因斯坦原始德语手稿的英文翻译发布在arXiv预印本服务器上(C. 奥·莱弗泰利 等。预印本,网址:http://arxiv.org/abs/1402.0132;2014年),并已将他们的论文提交给《欧洲物理杂志》。
剑桥大学科学史学家西蒙·米顿说:“这一发现证实了霍伊尔不是一个怪人。”他是2005年出版的传记《弗雷德·霍伊尔:科学的一生》的作者。仅仅是爱因斯坦曾经尝试过稳态模型这一事实就可能为霍伊尔在与物理学界就该主题进行辩论时提供了更多的可信度。“如果霍伊尔早知道这一点,他肯定会用它来打击他的对手,”奥·莱弗泰利说。
尽管霍伊尔的模型最终被天文观测排除,但它至少在数学上是自洽的,它调整了爱因斯坦广义相对论的方程,为物质的自发产生提供了一种可能的机制。爱因斯坦未发表的手稿表明,起初,他认为这种机制可以从他最初的理论中产生,而无需修改。但是,奥·莱弗泰利和他的团队表示,随后他意识到自己在计算中犯了一个错误。当他纠正错误时——用不同颜色的笔划掉了一个数字——他可能认为这个想法行不通,就把它放在一边了。
新泽西州普林斯顿大学的宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯说,这份手稿可能“是一份粗略的草稿,最初是出于对一个巧妙想法的兴奋而开始的,但很快就被放弃了,因为作者意识到他是在自欺欺人”。似乎没有任何记录表明爱因斯坦再次提及这些计算。
但是,爱因斯坦尝试稳态概念这一事实表明,他仍然抵制大爆炸的观点,他最初认为大爆炸“令人厌恶”,尽管其他理论家已经证明这是他的广义相对论的自然结果。(其他主要研究人员,例如著名的剑桥天文学家亚瑟·爱丁顿,也对大爆炸理论持怀疑态度,因为它暗示了一个神秘的创造时刻。)当宇航员发现宇宙膨胀的证据时,爱因斯坦不得不放弃他对静态宇宙的偏见,而稳态宇宙是次好的选择,奥·莱弗泰利和他的合作者说。
丹麦奥胡斯大学的科学史学家海尔格·克拉格表示赞同。“这份手稿表明,尽管那时他已经接受了空间的膨胀,但[爱因斯坦]对随时间变化的宇宙感到不满,”他说。