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[交流]
【交流】为什么在宇宙学研究中广义相对论不如牛顿力学
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为什么在宇宙学研究中广义相对论不如牛顿力学 我认为对宇宙学研究的贡献，爱因斯坦远不如牛顿。原因之一就是爱因斯坦广义相对论的基本思想是否定引进惯性参考系在宇宙学研究中的作用。爱因斯坦认为没有必要建立惯性参考系和引进引力这个概念。天体在宇宙时空中的运动可以看成是由宇宙时空的弯曲结构所决定。而宇宙时空的弯曲结构则由宇宙中物质的分布所决定。这样做的结果是，在爱因斯坦广义相对论中可以得到一个从数学表达式来看很简单的引力方程。但真正要对这个引力方程求解数学上却非常困难。于是爱因斯坦只好引进所谓宇宙学原理，以简化他广义相对论中的引力方程以便于数学上求解。这样一来就导致了把天体运动时客观存在的切向分量完全给抹掉了这个大漏洞。使得本来可以在有心力场中达到相对稳定的运动状态无法保持。天体要被有心力场中的引力吸引而落入引力中心（塌缩），无法保持稳定。于是为了能得到一个稳定的解，爱因斯坦只好在他的引力方程又引进了所谓宇宙学常数。后来Friedmann发现，不必引进所谓宇宙学常数，只要假设天体的初始状态存在有一个所谓大爆炸，这个大爆炸给天体一个向外的膨胀的速度，则天体向外的膨胀速度在引力作用下，会减速。但仍然可以保持向外的膨胀。如果大爆炸给天体初始的向外的膨胀的速度不够大，天体的向外膨胀速度在未来会减速到零，然后在引力作用下开始收缩。如果大爆炸给天体初始的向外的膨胀的速度足够大，则天体的向外膨胀速度虽然会减速，但仍然将始终保持向外的膨胀状态。宇宙将一直膨胀下去。这就是宇宙大爆炸理论最初建立时的图像。 1998年天文学家观测发现，现在宇宙的膨胀是在加速而不是减速。于是理论学家相信宇宙大爆炸理论最初建立时的图像错了。于是提出了“暗能量”这个概念来挽救宇宙大爆炸理论。而且把“暗能量”和爱因斯坦的宇宙学常数联系起来。这就是为什么宇宙学常数死而复生的原因。也是为什么李淼先生在他的“暗能量传奇”讲演中提到的“（19）98年以前到（19）29年大家一直在相信宇宙是减速的，大概70年完全是错误的”的背景。 牛顿力学定律是根据开普勒定律建立起来的。而开普勒定律实际上是根据对太阳系中行星运动的观测结果总结出来的。因此根据开普勒定律建立起来的牛顿力学定律是有坚实的宇宙学观测基础的。牛顿力学的另一个优点是可以根据对不同层次宇宙天体系统运动的研究要求，选择不同的近似惯性参考系。但对不同层次宇宙天体系统，可以取不同的近似惯性参考系。例如，我们在研究月亮和其它人造地球卫星的运动时，可以取地心参考系作为近似惯性参考系。在研究太阳系中行星，小行星等天体运动时，我们可以取日心参考系作为近似惯性参考系。在研究银河系中恒星等天体运动时，我们可以取银心参考系作为近似惯性参考系。至于更大尺度宇宙层次的结构和近似惯性参考系，由于现在观测资料的限制，我们现在还无法给以清晰的描述。 |
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2楼2009-09-22 08:40:01
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我不是要对爱因斯坦和牛顿两位伟大科学家进行全面比较评价。要对他们进行全面比较评价确实没有意义，也很困难。他们不是一个时代的人，无法相提并论。但是如果仅就他们对宇宙学研究的贡献，我认为爱因斯坦确实不如牛顿。牛顿力学现在仍然是宇宙学研究中天体力学的不可动摇的基础。而爱因斯坦在宇宙学研究中引进宇宙学原理后建立起来的宇宙学方程，则把宇宙学的研究引向歧途。爱因斯坦引进宇宙学常数实际上是回归到用牛顿力学来解决宇宙学研究中的问题。虽然爱因斯坦他自己当年并没有意识到这一点。可是爱因斯坦自己回来又放弃了宇宙学常数，导致了如同李淼先生在讲演中提到“（19）98年以前到（19）29年大家一直在相信宇宙是减速的，大概70年完全是错误的”。可参看我的帖子“评宇宙学原理的引进”，“评宇宙学原理” |
3楼2009-09-22 11:29:23
xiaomaclever
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4楼2009-09-22 13:47:37
5楼2009-09-22 18:37:40
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xiaomaclever先生：你认为“目前的各种精确的实验观测、CMBR等基本上肯定了大爆炸理论的正确性”。实际上大爆炸理论是在宇宙学方程中没有宇宙学常数的条件下被提出。因此在1998年以前，天文学家和理论物理学家一直都相信宇宙大爆炸后的宇宙膨胀应当是减速膨胀。可是1998年以后有天文学家认为，现在的宇宙膨胀是加速膨胀。因此2009年4月18日李淼先生在科学院图书馆发表了题目为“暗能量传奇”的讲演中提到："（19）98年以前到（19）29年大家一直在相信宇宙是减速的，大概70年完全是错误的"。为了修补大爆炸理论这个漏洞，理论物理学家提出了暗能量这个概念。理论物理学家还把暗能量这个概念和宇宙学常数联系起来，要求在宇宙学方程中恢复宇宙学常数。如果在宇宙学方程中恢复宇宙学常数，则宇宙学方程可以有宇宙不膨胀的解。具体讨论请看我的帖子“试解宇宙学常数之谜”。对此你有何评论？ |
6楼2009-09-23 06:58:12