如何看待清華大學(xué)天文系教授中科院院士李惕碚對廣義相對論和大爆炸宇宙模型的批判？

2021年2月16日，中科院院士、清華大學(xué)教授、中科院高能物理所研究員李惕碚在網(wǎng)絡(luò)視頻講座中批判了愛因斯坦的廣義相對論。

當(dāng)然，批判是允許的，反正也沒人打他。

科學(xué)理論是什么？不能把它絕對神話，科學(xué)理論是人類對自然真理的模擬，它不是自然真理，世界的運(yùn)行、萬物的運(yùn)作不需要科學(xué)。

人類發(fā)展出科學(xué)才兩三百年時(shí)間，如果從牛頓來論的話，在此之前難道地球就不圍繞著太陽運(yùn)行了嗎？這是不對的。

模擬真理不能保證完美，現(xiàn)在科學(xué)也承認(rèn)，也可以從邏輯原理上來說，沒有一種理論是100%完美的，一定會(huì)有個(gè)缺陷。所以，質(zhì)疑是合理的。

廣義相對論本身有對的地方，也有和實(shí)際有出入的地方，這都是本著實(shí)事求是的原則，我們必須承認(rèn)。

但是很多人不理解，以為廣義相對論沒有被證實(shí)，所以才可以質(zhì)疑。

▍廣義相對論已被證實(shí)。

而且，證實(shí)的部分，理論計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)測量的數(shù)據(jù)無限吻合。

這個(gè)必須重復(fù)一遍，這是有史以來人類能夠找到的，理論計(jì)算和實(shí)踐無限吻合的唯一理論。

這就是為什么說，廣義相對論非常偉大。

有人認(rèn)為廣義相對論只能計(jì)算宇宙、計(jì)算恒星，實(shí)際上廣義相對論能計(jì)算宏觀時(shí)空的幾乎所有物質(zhì)。

因?yàn)樗且粋€(gè)巨大的理論框架，在這個(gè)理論框架下，覆蓋了所能夠覆蓋的所有范圍，所以往往給人一種誤解。

在宇宙的誕生上，這個(gè)解叫做廣義相對論的宇宙學(xué)解，解釋了宇宙是有一場大爆炸的結(jié)果。

該解由前蘇聯(lián)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家弗里德曼給出。

廣義相對論用在恒星的演化上，會(huì)得到一個(gè)解，這個(gè)解是一個(gè)黑洞。

黑洞這個(gè)解也可以說是證實(shí)了。因?yàn)橐呀?jīng)觀測到黑洞存在的證據(jù)，而且理論值和觀測值都吻合的很好，包括雙黑洞的合并，計(jì)算出來的引力波傳播速度和質(zhì)量虧損，都沒有問題。

當(dāng)然，對于我們?nèi)粘Ｉ睿@兩個(gè)問題都沒有意義。對于日常生活中最有意義的，就是廣義相對論對于時(shí)空彎曲的解釋。

廣義相對論正確的計(jì)算了光線在引力場中的偏轉(zhuǎn)，光線在引力場中的紅移、蘭移，以及由于星系的轉(zhuǎn)動(dòng)形成的時(shí)空拖曳效應(yīng)。

以上所有的效應(yīng)都是廣義相對論預(yù)言的，在此之前沒有被人想到。

是愛因斯坦預(yù)言了以后，人們才去找這些效應(yīng)。找到以后，發(fā)現(xiàn)確實(shí)有這些效應(yīng)，而且觀測值和理論計(jì)算值無限吻合。

這些計(jì)算成果在導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)上要作為時(shí)間修正。所以，廣義相對論絕對不是僅僅能夠計(jì)算出宇宙大爆炸和恒星變成一個(gè)黑洞，它和我們的生活密切相關(guān)。

▍那么，為什么有些專家會(huì)質(zhì)疑廣義相對論的成果呢？

這是因?yàn)椋_實(shí)有一些觀測證據(jù)和廣義相對論的計(jì)算不吻合，而且差的非常多。

主要是宇宙大爆炸的理論計(jì)算成果，和實(shí)際觀測值不一樣。

廣義相對論計(jì)算出來的宇宙大爆炸中的物質(zhì)密度分布是不均勻的，這個(gè)就像我們通常的炸彈爆炸一樣，爆炸點(diǎn)那肯定是炸的比較厲害，遠(yuǎn)離爆炸點(diǎn)，那肯定是碎片比較少。

但是，實(shí)際上宇宙的物質(zhì)密度分布是均勻的。

按照廣義相對論計(jì)算出來的物質(zhì)密度分布比現(xiàn)有實(shí)際觀測值高100萬倍。如果按照廣義相對論，人類就不會(huì)存在，因?yàn)樵谔栂祪?nèi)就會(huì)塞進(jìn)100萬個(gè)太陽。

這是廣義相對論不對的地方。

但是我們上文已經(jīng)說過了，廣義相對論是對真理的模擬，它不能代替真理。這說明宇宙另外有一套規(guī)律，但是目前這套規(guī)律還沒有任何一個(gè)科學(xué)家找到。

▍那么接下來的問題，廣義相對論可不可以被推翻？

準(zhǔn)確的說，廣義相對論是不能被推翻的，因?yàn)橐坏┩品瓘V義相對論，整個(gè)理論物理的大廈會(huì)全部倒塌。

物理學(xué)追求的是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不變性。

牛頓運(yùn)動(dòng)定律描述的是在伽利略變換下，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不變性；狹義相對論描述的是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在洛倫茲變換下，運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不變性。

伽利略變換，只是洛倫茲變換在低速情況下的近似。

廣義相對論其實(shí)有兩種推導(dǎo)過程，愛因斯坦是用等效原理，在引力場的局部用做加速運(yùn)動(dòng)的慣性系做替換，做出來的這樣一個(gè)理論。因?yàn)閼T性系必須遵從狹義相對論，所以廣義相對論是狹義相對論的推廣。

后來，科學(xué)家艾米.諾特又給了廣義相對論一個(gè)更嚴(yán)格的推導(dǎo)，用狹義相對論做了一個(gè)數(shù)學(xué)變換，就直接推導(dǎo)出廣義相對論，這被稱為廣義相對論的數(shù)學(xué)證明。

牛頓定律、狹義相對論、廣義相對論是同一套理論在不同條件下的數(shù)學(xué)表達(dá)。區(qū)別是，廣義相對論可以適用于任意坐標(biāo)系，包括曲面坐標(biāo)。

所以，廣義相對論一旦被推翻，相當(dāng)于把狹義相對論、牛頓定律全部推翻。

接下來的問題是人類該用什么物理法則？

我們要認(rèn)識到，我們?nèi)祟愔皇亲匀唤绱嬖诘囊徊糠郑皇窃煳镏鳌?/p>

所以我們對自然界的運(yùn)行規(guī)律只能認(rèn)識到一部分，這是人類自身的局限，而且永遠(yuǎn)也無法突破。

從這一點(diǎn)上來講，廣義相對論可以被更大的理論框架所覆蓋，但是不會(huì)被推翻。

那么這個(gè)更大的理論框架是什么？現(xiàn)在沒有人找到真正的答案，只是有可能性的答案。

▍這里我們要講一下物理世界是什么。

第2次世界大戰(zhàn)的時(shí)候，美國打日本，日本也打美國，那么兩方面發(fā)射的炮彈、炸彈，不管有沒有擊中目標(biāo)，所有的物質(zhì)碎片肯定都會(huì)落回到地球上。

不會(huì)說我打一個(gè)炮彈，然后這個(gè)炮彈無影無蹤了，那么第2次世界大戰(zhàn)就打不起來了。

我們可以這樣歸納的說，在物理世界里面，所有物理法則的執(zhí)行結(jié)果，仍然在物理世界之內(nèi)。

如果我們把物理世界，用數(shù)學(xué)來描述，就是說所有東西、所有現(xiàn)象、所有物質(zhì)存在，都裝在一個(gè)符號學(xué)的框架里面，就叫做集合。

那么，物理法則相當(dāng)于對這些集合里面的元素進(jìn)行一種運(yùn)算，這個(gè)運(yùn)算的結(jié)果也必然在這個(gè)集合中。

就像正電子碰到負(fù)電子，會(huì)變成高能光子，但是這個(gè)高能的光子仍然在我們的宇宙中，不會(huì)說正電子跟負(fù)電子一碰，所有的東西都消失了。

這樣一種集合，在數(shù)學(xué)里有一個(gè)專門的名字，叫做群。

這里就有一個(gè)問題，我們區(qū)分這些物質(zhì)世界存在的時(shí)候，必須依賴附加在群元素上的運(yùn)算規(guī)律。

科學(xué)家仔細(xì)檢查了運(yùn)算法則，發(fā)現(xiàn)了有兩種運(yùn)算方式，第1種運(yùn)算方式可以交換，就比如說a×B=B×a。

但是，還有一種運(yùn)算方式，里面的元素的順序是不能被打亂的，這叫不可交換。

能交換的叫做交換群，不能交換的叫做不可交換群。

有些物理現(xiàn)象是定義在交換群上的，但是更深刻的物理現(xiàn)象是定義在不可交換群上的。

我們再舉一個(gè)例子，比如說洗澡的時(shí)候脫光了進(jìn)去，洗頭和洗身體的其他部分，這個(gè)過程是可以交換的，但是脫衣服、洗澡這個(gè)過程是無法交換的。

像電磁力就是定義在交換群上的，弱互作用力和強(qiáng)互作用力，就是定義在不可交換群上的。

那么萬有引力到底是定義在可交換群上的呢？還是不可交換群上的？這就是科學(xué)家要搞明白的問題。

現(xiàn)在物理學(xué)正在朝著這個(gè)方向發(fā)展，而不是去簡單的把它推翻。

相對論被質(zhì)疑、批判，和愛因斯坦不是上帝，是等價(jià)的，所以這沒有什么問題。但是相對論該用的時(shí)候還得用，因?yàn)槟壳爸挥羞@個(gè)理論可用。

就像人吃五谷雜糧難免得病，但是該吃還得吃。