愛因斯坦如何差一點搞砸了廣義相對論？

1913年，阿爾伯特?愛因斯坦年夜致完當作了廣義相對論。可是一個簡單的錯誤讓他對本身的理論再三思慮，備受熬煎，這一過程年夜約履歷了兩年時候。直至今天，數學家仍在試圖解決他碰到的阿誰問題。

愛因斯坦在1915年末頒發了他的廣義相對論，但他兩年前就應該完當作了它。當后來的學者研究這段時候的愛因斯坦筆記本時，他們就看到完整的方程式，只是少了一兩個細節。匹茲堡年夜學的愛因斯坦專家和科學史學家John Norton說：“這應該就是他最終得出的理論。

但在最后，愛因斯坦犯了一個嚴重的錯誤，使他陷入了不竭思疑和發現的困境之中——這差點使他掉去了最年夜的科學當作就。他決議的后果仍在今天的數學界和物理學中繼續引起反應。

愛因斯坦在創立廣義相對論時所犯的錯誤

廣義相對論旨在代替牛頓的引力理論，這意味著它必需詮釋牛頓方程可以或許詮釋的所有物理現象，以及牛頓方程不克不及詮釋的其他現象。然而，約在1913年6月時，愛因斯坦認為本身的理論呈現了一些問題，他的新理論無法詮釋引力衰的問題——而牛頓的萬有引力心猿意馬律可以對此給出很好的詮釋。Norton暗示：“回憶起來，這只是一個奇異的錯誤。”

為了改正這一認知缺陷，愛因斯坦認為他必需拋卻他新理論的焦點特征之一，那就是愛因斯坦場方程——廣義相對論方程，描述了時空的外形是若何跟著物質和能量的轉變而演變的。為了描述這種演變，需要在時空上加一個坐標系統，例如經緯度，如許才能得知哪些點在哪里。

坐標系是人類發現的，熟悉到這一點很是主要。假設在一個坐標系中標識表記標幟一個點為(0, 0, 0)，而在另一個坐標系中標識表記標幟統一個點為(1, 1, 1)。它的物理屬性并沒有改變，只是我們用分歧的體例標識表記標幟了這個點。

加州年夜學爾灣分校的科學哲學家James Weatherall暗示：“這些標識表記標幟對我們來說是有效的，但它們并不是這個宿世界的素質工具。”

最初，愛因斯坦但愿他的方程式與坐標是無關的，他稱之為“廣義協變性”。這意味著無論我們利用哪種坐標系，城市發生準確的、一致的宇宙描述。但為領會決這個他誤覺得的錯誤，愛因斯坦認為他必需拋卻廣義協變性。

愛因斯坦不僅在這方面掉敗了，并且他還錯上加錯。他試圖證實，即使在原則上，這個理論可能不具有坐標系自力的性質，因為它已經違反了因果紀律。正如一項針對愛因斯坦的研究所表白的那樣，對于一個一流的腦筋來說，形當作一種似乎無法做到的且貌似合理的論點，很是簡單。

不外，愛因斯坦實時改正了錯誤。到了1915年底，他知道德國年夜數學家年夜衛?希爾伯特已經將近完當作廣義相對論的研究。在1915年11月的幾個禮拜里，愛因斯坦回到了他已經獲得兩年多的廣義相對論方程中，并進行了最后的潤色。1915年11月，愛因斯坦一會兒頒發了四篇論文，起首頒布發表了廣義相對論。自此今后，我們對物質宿世界的觀點就完全改變了。

現在，愛因斯坦場方程具有廣義協變性。這個理論表述了關于宇宙的不異物理真理——在能量和物質存在的環境下，時空是若何彎曲的，無論我們用什么坐標來標識表記標幟事物成果都是一樣的。

然而，數學家和物理學家至今仍在環繞坐標系的問題進行研究。例如，他們盡力和諧廣義相對論與量子理論之間的矛盾，部門原因是量子引力理論難以成長，并使之具有與愛因斯坦場方程不異的廣義協變性。