爱因斯坦犯过四个严重错误，但它们都推动了科学的发展

爱因斯坦犯过四个严重错误，但它们都推动了科学的发展

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和普通人一样，爱因斯坦也难免犯错。他没能意识到自己理论的重大意义，一度以为引力透镜效应是根本观测不到的；他因为数学运算的问题，误以为引力波根本不存在；他还给引力方程加入常数项，试图让宇宙保持静止；更广为人知的是，他对量子力学的持续抵抗。但与普通人不同的是，即使是他的错误，也推动了科学的进步。

撰文 | 劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）

翻译 | 钱磊

和所有人一样，爱因斯坦也犯过错误。和大多数物理学家一样，他有时把这些错误写入论文发表出来。对于我们中的大部分人来说，

误入歧途的事很容易遗忘。但对于爱因斯坦，即使是错误也是值得一提的。通过这些错误，我们可以看出爱因斯坦的思想经历了怎样的发展过程，关于宇宙的科学观念随之发生了怎样的变化。爱因斯坦的错误也为前沿发现带来了挑战。在推进人类知识的极限之时，我们很难知道写在纸上的理论是否与真实现象相符，也很难知道激进的新想法究竟是会带来更深刻的认识，还是会不了了之。

多年以来，爱因斯坦——大胆地重新了定义空间和时间的人——低估自己的发现并在事后批评自己的次数多得有点惊人。今天，宇宙学中三个蓬勃发展的领域均建立在他曾误判的想法之上：引力透镜、引力波和宇宙的加速膨胀。

引力透镜

在引力透镜的问题上，爱因斯坦的关键错误是轻视了自己的一个最重要的成果：光会在引力场中弯曲。1936年12月，爱因斯坦在《科学》杂志上发表了一篇题为《恒星通过引力场偏折光线的类透镜行为》（Lens-Like Action of a Star by the Deviation of Light in the Gravitational Field）的短文。这篇文章以一种现代学术论文中不可能找到的方式开头：“不久以前，R·W·曼德尔（R. W. Mandl，一位捷克工程师）拜访了我，让我把在他请求下进行的一点计算的结果发表出来。这篇短文实现了他的愿望。”

这个“一点计算”探讨了引力导致光线极端偏折的可能性。对于爱因斯坦来说，很容易就可以证明，如果天体质量足够大，且来自这个天体后方的光线与它的距离足够近，那么这些光就可以被引力强烈地扭曲，从而可以汇聚到一起，产生远方天体放大或者多重的像。这种效应与光线通过透镜时的弯折类似，故得名引力透镜。引力透镜已经发展成为了现代宇宙学中最重要的观测工具之一，因为它提供了一种得到宇宙中质量分布的方法，甚至对不可见的物质也能奏效。

然而，爱因斯坦没有意识到引力透镜效应的强度和重要性。相反，他在1936年的文章中得出结论，光线经过临近恒星时形成的多重像之间的间隔太小，实际上是分辨不出来的。毫无疑问，这可以解释为什么他文章的引言会如此自谦。严格地说，爱因斯坦的结论是对的，但

是他显然没有意识到恒星不是唯一能导致光线弯曲的天体。

考虑到引力透镜对其科学声誉的重大影响，爱因斯坦的健忘就更令人惊奇了。光线被大质量天体弯曲是广义相对论的一个关键性的观测预言。在1919年，物理学家亚瑟·爱丁顿（Arthur Eddington）领导的一个远征队观测了日食，确认经过太阳的星光正如爱因斯坦所预言的那样发生了弯曲。这个广义相对论得到证实的新闻出现在了世界各地报纸的头版上，英国远征队在一战末期证实德国科学家工作的戏剧性情节无疑也助长了公众的兴趣。爱因斯坦很快获得了无与伦比的科学知名度。

故事还有另外的插曲。爱因斯坦在1912年已经计算了同样的光线弯曲。那时，他同样没有意识到自己的结果在宇宙学中的重要性。更糟糕的是，他犯了一个近乎灾难性的数学错误：他使用了一个早期版本的广义相对论进行计算，得出引力造成的光线偏折程度只有真实值的一半。当时，有研究者已经计划组织考察队，在1914年日食期间寻找太阳造成的光线弯曲，不过这个计划被第一次世界大战的爆发打断了。这次观测未能进行对于爱因斯坦而言是幸运的。如果这次观测成功进行，那么爱因斯坦新引力理论的第一个预言就会和观测数据不符。

无法预料这将如何影响他的生活以及之后的科学史。

在1936年的文章发表之后，爱因斯坦给编辑写了一封信，错误评价了自己的研究：“谢谢您帮忙发表这篇小文章，这篇文章是米斯特·曼德尔从我这里榨取出来的。它几乎没有什么价值，但它会让这个可怜的家伙感到高兴。”

加州理工学院的天文学家、脾气暴躁但绝顶聪明的弗里茨·兹维基（Fritz Zwicky）在爱因斯坦发表文章几个月之后投稿到《物理评论》（Physical Review）的一篇文章中尖锐指出，爱因斯坦所忽略的是，恒星结合起来可以形成星系。兹维基指出，单独恒星产生的引力透镜效应或许太弱而观测不到，但包含千亿颗恒星的大质量星系造成的引力透镜是有可能观测到的。

兹维基于1937年发表的篇幅仅有一页的论文极为成功。在这篇文章中，他提出了引力透镜的三个用途，预言了天文学家在接下来几十年中设法实现的几乎所有应用：检验广义相对论、使用星系的引力透镜放大本来看不到的遥远天体，以及用引力透镜测量宇宙中最大尺度结构的质量。兹维基错过了第四个，后来被证明同等重要的应用，即用星系的引力透镜在最大尺度上探索宇宙的几何结构和演化。

谈到对某种计算重要性的低估，很难想象物理学中还有比这更严重的例子了。

引力波

在引力波（时空涟漪）的问题上，爱因斯坦很早就意识到他的理论暗示了引力波的存在，但一段时间后他收回了自己原本正确的论断。今天，探测来自黑洞碰撞和恒星爆发的引力波已经打开了新的窗口，帮助物理学家更好地探测宇宙。

爱因斯坦在1916年完成广义相对论后不久，就预言了引力波的存在。尽管引力波背后有很复杂的数学，但是他的推导思路并不复杂。根据电磁学定律，如果我们来回移动电荷，那么就制造出了振荡扰动。这种振荡将表现为电磁波，例如光。类似地，如果在池塘水面来回移动一块鹅卵石，那么就制造出了水波。爱因斯坦已经证明了物质会令空间弯曲，故运动物质应该可以产生类似的、空间本身的振荡扰动。不过，他随后开始怀疑这样的扰动在物理上是不是真实存在。

爱因斯坦在1936年提交给《物理评论》的论文中宣布自己的想法有所改变。他如何犯了这个错误以及之后如何发现自己错误的故事近