日前,《中国科學報》 有一則看來很聳動的新聞,標題為「出大事了,中国天文學家證明愛因斯坦可能錯了!」但未看內文我已經笑了,因為這句話根本沒有邏輯。何謂「證明⋯⋯可能錯了」?若已「證明」愛因斯坦錯了,就不必再說「可能」;若只是「可能」有錯,那你實際上並沒「證明」什麼。
愛因斯坦的相對論至今已提出超過一世紀,其間經過無數次的驗證,而每次國際天文學界有新發現,都只是反覆證明「愛因斯坦又中」而已。這次,中国天文學家到底挑出什麼錯誤呢?
4月9日,中国国家天文台發布一項研究,他們基於「暗能量光譜儀(Dark Energy Spectroscopic Instrument,簡稱DESI)」的相關資料,發現「暗能量(dark energy)」隨時間而變化,不是像愛因斯坦假設的「宇宙學常數(cosmological constant)」那樣一成不變。如果宇宙學常數不是常數,愛因斯坦不就是錯了?
事實上,根本不用勞煩中国天文學家出來「糾正」,愛因斯坦本人早於1931年就已放棄「宇宙學常數」這個假設,其後還跟友人(如George Gamow)說過,這是他一生「最大的錯誤(the biggest blunder)」。如果中国人現在真的能夠「證明」宇宙學常數是錯,其實還是證明愛因斯坦對了——證明他認錯是對的。
愛因斯坦第一次把宇宙學常數寫進他的宇宙模型,是1917年。當時他發現根據廣義相對論計算,宇宙應該在縮小,像被重力拉着往回跑。然而那個年頭,大家都深信宇宙是靜止的,就連愛因斯坦這位勇於顛覆既有觀念的智者也未能免俗,不想打亂宇宙的平靜。所以他把心一橫,往自己的方程式裏塞了一個新東西,叫「宇宙學常數」,代號Λ(唸成 Lambda),彷彿拿膠帶黏住理論的破口,然後跟全宇宙說:「不要動,你給我安靜地躺平下去。」
這個Λ,簡單來說,可以理解為遍佈宇宙真空的固定能量密度。在愛因斯坦最初的構想中,宇宙學常數的作用是抵消重力影響,確保宇宙處於既不膨脹也不收縮的穩定狀態。但到了1929年,哈勃(Edwin Hubble)發現宇宙其實正在膨脹,馬上顛覆了全世界的認知。事實勝於雄辯,愛因斯坦這才發現,自己用來給宇宙「維穩」的常數是多餘的。1931年,愛因斯坦修訂了他的宇宙模型,從善如流,將那個可疑的宇宙學常數丟進垃圾桶。
也許宇宙(或上帝)真的很喜歡跟人類開玩笑,當全世界都以為愛因斯坦也犯錯時,宇宙學常數卻在大半個世紀後離奇「復活」了——不過這次它並不是拿來令宇宙靜止,而是用來為「暗能量」代言。時間快轉到1998年。天文學家本來以為宇宙膨脹速度會慢下來,但他們觀測一些遙遠的超新星時,卻發現它們正在加速飛走,也就是說,宇宙正在加速膨脹!
是什麼驅動宇宙加速呢?科學家於是提出「暗能量」這個概念作解釋。通過計算,科學界普遍認為暗能量佔當今宇宙所有能量物質總和的70%左右。換言之,我們的宇宙有七成是由暗能量組成,而這七成到底是什麼,至今還沒有人(或AI)說得清。這麼奧妙的東西,應該怎樣寫進宇宙的方程式呢?這時,大家便從垃圾堆中翻出那Λ常數,小心翼翼重新供奉——它也許不是愛因斯坦的錯誤,而是被誤會了大半世紀的「神預言」。
這個宇宙故事,越說越玄妙。有人用量子場論算一下Λ的值,卻發現這個理論值跟實際觀察到的數值,居然相差10^120倍(即1字後有120個零)。什麼意思呢?不妨打個譬喻:科學家根據理論算出來的宇宙學常數是超級大的,就像十個宇宙加起來那麼大,但實際上觀測到的數值,卻只有一粒沙那麼小!你期待的是幾個宇宙,結果上帝只給你一粒沙,彷彿在調侃人類的自以為是。
看到這裏,你應該明白宇宙學常數這回事,本來就有很多糾纏不清的問題,跟現實落差很大,何況愛因斯坦也早已認錯,把這個常數棄如敝屣,而1998年後「被復活」的宇宙學常數2.0,意義和功能又偏離愛因斯坦原意很遠——愛因斯坦的時代,根本不知道有暗能量——在這樣的歷史背景下,你說中国科學家「證明」愛因斯坦「可能錯了」,分明是誤導讀者。
當然,中国天文學家團隊也是有貢獻的,但我想補充一點:他們賴以研究的資料來自DESI,而DESI 是由美國能源部資助、柏克萊實驗室 (Lawrence Berkeley National Laboratory)主導的大型國際合作計畫。中国團隊的確有份參與,但那個探測暗能量影響的強大儀器,是安裝在美國亞利桑那州的Mayall望遠鏡上。即使真的「證明」愛因斯坦錯了,中国團隊還是要跟美國say thank you。
相關文章:
中国熱賣「愛因斯坦的腦子」
Google量子晶片「垂柳」,打開了平行宇宙?