爱因斯坦如何差一点搞砸了广义相对论？

1913年，阿尔伯特?爱因斯坦年夜致完当作了广义相对论。可是一个简单的错误让他对本身的理论再三思虑，备受熬煎，这一过程年夜约履历了两年时候。直至今天，数学家仍在试图解决他碰到的阿谁问题。

爱因斯坦在1915年末颁发了他的广义相对论，但他两年前就应该完当作了它。当后来的学者研究这段时候的爱因斯坦笔记本时，他们就看到完整的方程式，只是少了一两个细节。匹兹堡年夜学的爱因斯坦专家和科学史学家John Norton说：“这应该就是他最终得出的理论。

但在最后，爱因斯坦犯了一个严重的错误，使他陷入了不竭思疑和发现的困境之中——这差点使他掉去了最年夜的科学当作就。他决议的后果仍在今天的数学界和物理学中继续引起反应。

爱因斯坦在创立广义相对论时所犯的错误

广义相对论旨在代替牛顿的引力理论，这意味着它必需诠释牛顿方程可以或许诠释的所有物理现象，以及牛顿方程不克不及诠释的其他现象。然而，约在1913年6月时，爱因斯坦认为本身的理论呈现了一些问题，他的新理论无法诠释引力衰的问题——而牛顿的万有引力心猿意马律可以对此给出很好的诠释。Norton暗示：“回忆起来，这只是一个奇异的错误。”

为了改正这一认知缺陷，爱因斯坦认为他必需抛却他新理论的焦点特征之一，那就是爱因斯坦场方程——广义相对论方程，描述了时空的外形是若何跟着物质和能量的转变而演变的。为了描述这种演变，需要在时空上加一个坐标系统，例如经纬度，如许才能得知哪些点在哪里。

坐标系是人类发现的，熟悉到这一点很是主要。假设在一个坐标系中标识表记标帜一个点为(0, 0, 0)，而在另一个坐标系中标识表记标帜统一个点为(1, 1, 1)。它的物理属性并没有改变，只是我们用分歧的体例标识表记标帜了这个点。

加州年夜学尔湾分校的科学哲学家James Weatherall暗示：“这些标识表记标帜对我们来说是有效的，但它们并不是这个宿世界的素质工具。”

最初，爱因斯坦但愿他的方程式与坐标是无关的，他称之为“广义协变性”。这意味着无论我们利用哪种坐标系，城市发生准确的、一致的宇宙描述。但为领会决这个他误觉得的错误，爱因斯坦认为他必需抛却广义协变性。

爱因斯坦不仅在这方面掉败了，并且他还错上加错。他试图证实，即使在原则上，这个理论可能不具有坐标系自力的性质，因为它已经违反了因果纪律。正如一项针对爱因斯坦的研究所表白的那样，对于一个一流的脑筋来说，形当作一种似乎无法做到的且貌似合理的论点，很是简单。

不外，爱因斯坦实时改正了错误。到了1915年底，他知道德国年夜数学家年夜卫?希尔伯特已经将近完当作广义相对论的研究。在1915年11月的几个礼拜里，爱因斯坦回到了他已经获得两年多的广义相对论方程中，并进行了最后的润色。1915年11月，爱因斯坦一会儿颁发了四篇论文，起首颁布发表了广义相对论。自此今后，我们对物质宿世界的观点就完全改变了。

现在，爱因斯坦场方程具有广义协变性。这个理论表述了关于宇宙的不异物理真理——在能量和物质存在的环境下，时空是若何弯曲的，无论我们用什么坐标来标识表记标帜事物成果都是一样的。

然而，数学家和物理学家至今仍在环绕坐标系的问题进行研究。例如，他们尽力和谐广义相对论与量子理论之间的矛盾，部门原因是量子引力理论难以成长，并使之具有与爱因斯坦场方程不异的广义协变性。