【原】​中科院李惕碚对广义相对论、宇宙大爆炸模型的批判，该如何理解？

2021年2月16日，中科院院士、清华大学教授、中科院高能物理所研究员李惕碚在网络视频讲座中批判了爱因斯坦的广义相对论。

当然，批判是允许的，反正也没人打他。

科学理论是什么？不能把它绝对神话，科学理论是人类对自然真理的模拟，它不是自然真理，世界的运行、万物的运作不需要科学。

人类发展出科学才两三百年时间，如果从牛顿来论的话，在此之前难道地球就不围绕着太阳运行了吗？这是不对的。

模拟真理不能保证完美，现在科学也承认，也可以从逻辑原理上来说，没有一种理论是100%完美的，一定会有个缺陷。所以，质疑是合理的。

广义相对论本身有对的地方，也有和实际有出入的地方，这都是本着实事求是的原则，我们必须承认。

但是很多人不理解，以为广义相对论没有被证实，所以才可以质疑。

▍广义相对论已被证实。

而且，证实的部分，理论计算数据和实验测量的数据无限吻合。

这个必须重复一遍，这是有史以来人类能够找到的，理论计算和实践无限吻合的唯一理论。

这就是为什么说，广义相对论非常伟大。

有人认为广义相对论只能计算宇宙、计算恒星，实际上广义相对论能计算宏观时空的几乎所有物质。

因为它是一个巨大的理论框架，在这个理论框架下，覆盖了所能够覆盖的所有范围，所以往往给人一种误解。

在宇宙的诞生上，这个解叫做广义相对论的宇宙学解，解释了宇宙是有一场大爆炸的结果。

该解由前苏联物理学家、数学家弗里德曼给出。

广义相对论用在恒星的演化上，会得到一个解，这个解是一个黑洞。

黑洞这个解也可以说是证实了。因为已经观测到黑洞存在的证据，而且理论值和观测值都吻合的很好，包括双黑洞的合并，计算出来的引力波传播速度和质量亏损，都没有问题。

当然，对于我们日常生活，这两个问题都没有意义。对于日常生活中最有意义的，就是广义相对论对于时空弯曲的解释。

广义相对论正确的计算了光线在引力场中的偏转，光线在引力场中的红移、兰移，以及由于星系的转动形成的时空拖曳效应。

以上所有的效应都是广义相对论预言的，在此之前没有被人想到。

是爱因斯坦预言了以后，人们才去找这些效应。找到以后，发现确实有这些效应，而且观测值和理论计算值无限吻合。

这些计算成果在导航卫星系统上要作为时间修正。所以，广义相对论绝对不是仅仅能够计算出宇宙大爆炸和恒星变成一个黑洞，它和我们的生活密切相关。

▍那么，为什么有些专家会质疑广义相对论的成果呢？

这是因为，确实有一些观测证据和广义相对论的计算不吻合，而且差的非常多。

主要是宇宙大爆炸的理论计算成果，和实际观测值不一样。

广义相对论计算出来的宇宙大爆炸中的物质密度分布是不均匀的，这个就像我们通常的炸弹爆炸一样，爆炸点那肯定是炸的比较厉害，远离爆炸点，那肯定是碎片比较少。

但是，实际上宇宙的物质密度分布是均匀的。

按照广义相对论计算出来的物质密度分布比现有实际观测值高100万倍。如果按照广义相对论，人类就不会存在，因为在太阳系内就会塞进100万个太阳。

这是广义相对论不对的地方。

但是我们上文已经说过了，广义相对论是对真理的模拟，它不能代替真理。这说明宇宙另外有一套规律，但是目前这套规律还没有任何一个科学家找到。

▍那么接下来的问题，广义相对论可不可以被推翻？

准确的说，广义相对论是不能被推翻的，因为一旦推翻广义相对论，整个理论物理的大厦会全部倒塌。

物理学追求的是物质运动规律的不变性。

牛顿运动定律描述的是在伽利略变换下，物质运动规律的不变性；狭义相对论描述的是物质的运动规律，在洛伦兹变换下，运动规律的不变性。

伽利略变换，只是洛伦兹变换在低速情况下的近似。

广义相对论其实有两种推导过程，爱因斯坦是用等效原理，在引力场的局部用做加速运动的惯性系做替换，做出来的这样一个理论。因为惯性系必须遵从狭义相对论，所以广义相对论是狭义相对论的推广。

后来，科学家艾米.诺特又给了广义相对论一个更严格的推导，用狭义相对论做了一个数学变换，就直接推导出广义相对论，这被称为广义相对论的数学证明。

牛顿定律、狭义相对论、广义相对论是同一套理论在不同条件下的数学表达。区别是，广义相对论可以适用于任意坐标系，包括曲面坐标。

所以，广义相对论一旦被推翻，相当于把狭义相对论、牛顿定律全部推翻。

接下来的问题是人类该用什么物理法则？

我们要认识到，我们人类只是自然界存在的一部分，而不是造物主。

所以我们对自然界的运行规律只能认识到一部分，这是人类自身的局限，而且永远也无法突破。

从这一点上来讲，广义相对论可以被更大的理论框架所覆盖，但是不会被推翻。

那么这个更大的理论框架是什么？现在没有人找到真正的答案，只是有可能性的答案。

▍这里我们要讲一下物理世界是什么。

第2次世界大战的时候，美国打日本，日本也打美国，那么两方面发射的炮弹、炸弹，不管有没有击中目标，所有的物质碎片肯定都会落回到地球上。

不会说我打一个炮弹，然后这个炮弹无影无踪了，那么第2次世界大战就打不起来了。

我们可以这样归纳的说，在物理世界里面，所有物理法则的执行结果，仍然在物理世界之内。

如果我们把物理世界，用数学来描述，就是说所有东西、所有现象、所有物质存在，都装在一个符号学的框架里面，就叫做集合。

那么，物理法则相当于对这些集合里面的元素进行一种运算，这个运算的结果也必然在这个集合中。

就像正电子碰到负电子，会变成高能光子，但是这个高能的光子仍然在我们的宇宙中，不会说正电子跟负电子一碰，所有的东西都消失了。

这样一种集合，在数学里有一个专门的名字，叫做群。

这里就有一个问题，我们区分这些物质世界存在的时候，必须依赖附加在群元素上的运算规律。

科学家仔细检查了运算法则，发现了有两种运算方式，第1种运算方式可以交换，就比如说a×B=B×a。

但是，还有一种运算方式，里面的元素的顺序是不能被打乱的，这叫不可交换。

能交换的叫做交换群，不能交换的叫做不可交换群。

有些物理现象是定义在交换群上的，但是更深刻的物理现象是定义在不可交换群上的。

我们再举一个例子，比如说洗澡的时候脱光了进去，洗头和洗身体的其他部分，这个过程是可以交换的，但是脱衣服、洗澡这个过程是无法交换的。

像电磁力就是定义在交换群上的，弱互作用力和强互作用力，就是定义在不可交换群上的。

那么万有引力到底是定义在可交换群上的呢？还是不可交换群上的？这就是科学家要搞明白的问题。

现在物理学正在朝着这个方向发展，而不是去简单的把它推翻。

相对论被质疑、批判，和爱因斯坦不是上帝，是等价的，所以这没有什么问题。但是相对论该用的时候还得用，因为目前只有这个理论可用。

就像人吃五谷杂粮难免得病，但是该吃还得吃。