一个世纪后,为何爱因斯坦的相对论仍旧屹立不倒?

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网友:是时候该重新审阅爱因斯坦的相对论了吗?

回答:开始审阅爱因斯坦的相对论?早在100多年前,当相对论的最终版本还未发表时,这项工作就已经开始了。

但这是一项非常艰巨的任务。不但由于这个理论总体上与观测效果(即便对于更为古怪的猜测)非常同等,同时它也极少依赖假设,以是这是一个非常“美满”的理论,以至于后人很难再对它进行修改。

一个世纪后,为何爱因斯坦的相对论仍然屹立不倒?

图源:forbes

假设你只做了一个非常,非常微小的改变。砰,你发现太阳系里光的弯曲被你弄乱了,它同时依赖于空间和时间的曲率。去掉其中的任何一个,或者仅仅改变它们的相对比例,你就已经严重地与一系列太阳系的实验相矛盾了。这些实验不但涉及到光,还与准确测量那些从太阳或者行星旁擦边而过的航天器无线电信号有关。

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图源:physics.stackexchange

你意识到,至少对于线性近似,这个理论和爱因斯坦的理论是同等的。没关系,那我们就来做一些只干扰非线性部分的事吧!究竟谁需要非线性引力(就是说,引力作用于它自身)呢?你拿出你那个优美的、闪闪发光的新理论,效果发现你只猜测了水星近日点猜测进展的3/4,你只能羞愧地把它给藏起来。唉。

一个世纪后,为何爱因斯坦的相对论仍然屹立不倒?

图源:r18worker.info

好吧,没事,一阶条件下就算是非线性的效果也必须和爱因斯坦的理论同等。但是,我们一定可以等待点别的事儿。比如这个有关伯克霍夫定理的谬论是怎么回事:一个脉动引力单极子并不发射引力波?让我们来校正它吧,但接着会有人提醒你,我们从20世纪70年代就开始观测的脉冲双星表现没有任何证据可以证实动能会以单极引力辐射的形式损失。

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图源:YouTube

算了,不管那个。我们需要一些新的根据。局域洛伦兹-庞加莱稳定性是广义相对论(它的假设之一)的一个基石。我们可以把它放宽一点吗?当然可以,直到你发现在你的新理论里,一个电子在引力场中转了一圈后回到它的起始位置,它的电荷和原来不一样了。诶!

一个世纪后,为何爱因斯坦的相对论仍然屹立不倒?

图源:Pinterest

如我所说,这个理论非常严密。这并不是说它没有修改的余地,但是理论家们必须非常严谨准确。即使这样,讨厌的效果也大概会静静出现,在你发觉之前毁掉这个优美的理论。或许你能管理这个题目,但只能以增长成堆的额外假设为代价,就像在创口贴上又贴上创可贴,以是到末了,甚至连你自己都不再信赖你自己的理论了。

这就是为什么爱因斯坦的理论已经蒙受住了100多年的磨练。它确实是一个非常优雅,可靠的理论,使得许多奇怪的猜测被观测证实,偶然甚至有着极高的准确度。

事实上,这有一张美国国家航空航天局曾展示过的图表,它表现了已修正的引力理论与爱因斯坦理论之间的观测边界:

一个世纪后,为何爱因斯坦的相对论仍然屹立不倒?

图源:Quora

它明白地展示了两个所谓的爱丁顿参数,它们被用来测量一个理论会在何种程度上偏离爱因斯坦的引力(表示为β=γ=1)。如你所见,这个边界非常严酷。当然,我们可以以一种更加玄妙的方式去构建一个偏离爱因斯坦的理论,但就像我在上面说过的,这是一个非常艰巨的任务。想象一下,某个地方有一块坟场,竖着非常、非常多的墓碑,每一个墓碑上都刻着一个方程,那全是一次次至今未能乐成修改广义相对论的尝试。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. forbes-折桂令

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