现代大学生的发明——举公式表达诉求(2)——决定宇宙命运的弗里德曼方程

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作者:cheva(用开源ai stable diffusion 2.0创作)

接着聊大学生举着公式表达诉求的话题。说到昨天说的量子隧穿效应的方程,此外还有人举这样一个方程:

这个方程就太冷门了。我根本就不知道它是干嘛的?看到是网上有行家解读说,这个方程叫福里德曼方程,发音很像Free 的man——“自由的人”。所以它也是在表达大学生希望解除对学校的封控,还大学生自由的诉求。

当然,如果只是简单的讲讲字面上的意思那就太没意思了。还是来看看这个方程背后的故事吧。写出这个方程的科学家是前苏联的一位理论物理学家他的名字就叫福里德曼。这个方程是根据阿因斯坦的广义相对论场方程推导出来的。别看这个方程写法并不算太复杂,但却包含着一个深刻的哲学问题。解出这个方程就能解答著名的哲学三问中的一个问题,就是“我是谁?我从哪里来?要到哪里去?”而这个方程会告诉我们第三个问题的答案,也就是宇宙最终的结局是什么。

故事还是得从爱因斯坦说起。爱因斯坦创立了他的相对论体系,从根本上颠覆了由牛顿建立的经典物理体系。而牛顿的理论体系的基础就是绝对的时空观,也就是空间永远存在不管其中是否有物质时,间也是永远流动没有起始也没有终结。虽然阿因斯坦的相对论是革命性,的但是爱因斯坦本人仍然深受牛顿理论的影响。他认为我们的宇宙应该是一个静态的宇宙,没有边界无限大,也不会膨胀或者收缩。但是在上世纪20年代,苏联科学家弗里德曼经过复杂的数学推导从爱因斯坦的广义相对论场方程中得出了上面这个弗里德曼方程。这个方程的左边,A点除以A实际上就是宇宙膨胀的速率,而方程的右边是一大堆的常熟,唯一重要的参数就是K。

k可以有三种取值,分别是-1,0和1。而这三种取值就预示着宇宙的三种结局当K取+1的时候就说明宇宙是一个四维的球体,思维球体我们人类很难想像,但是可以先降维思考,把我们想像成一只蚂蚁生活在一个二维的宇宙中,如果K=1的话,这个二维的宇宙就是一个球形,对于我们人类来说,这个宇宙就是有限的,但是没有边界。而如果我们的宇宙真的是K曲+1的话。那么说明宇宙是从一个点膨胀开的并且膨胀会不断减速,到达一个顶点时就会重新坍缩,又变成一个奇点,然后再发生宇宙大爆炸,开启一个新的宇宙。这就是宇宙循环理论。如果K等于0的话,那就是爱斯坦所喜欢的静态宇宙模型,宇宙是平坦的,既没有膨胀也没有收缩,而且也是没有边际无限大的。第三种情况就是K等于-1这种情况。宇宙既不是一个平面,也不是球面,而是一个马鞍型的双曲面。这样的宇宙会永远膨胀下去,直到所有的原子都彼此分离。到那时万事万物也就自然不复存在了。

弗里德曼将自己的发现写成论文发表在杂志上。这篇论文还被爱斯坦看到了。但是这与他心目中所青睐的宇宙模型完全不相符。所以爱斯坦还特地写了一封信到杂志社,说宇宙在膨胀或者收缩都是不可能的,弗里德曼的数学推导肯定是出错了。因为当时的爱斯坦已经是大名鼎鼎的人物了。杂志就把爱斯坦的这封来信给照登了出来。弗里德曼看到自己的偶像对自己如此不留情面,很郁闷。但还是写信向爱因斯坦解释,并确认他在数学推导中没有任何错误。也许是此时的爱斯坦已经有些端架子了,没有回复他的信件。但是后来在另一位大科学家的劝说下承认弗里德曼的数学推导确实是完全正确的,并且向那家杂志再次写信确认了这一点。同时他仍然声称尽管弗里德曼的推导在数学上是成立的,但是K不等于0的取值是没有物理意义的,因此,弗里德曼的理论仍然没有被主流学术界所接受。而在两年之后弗里德曼就去世了。

但是后来美国的天文学家哈勃通过望远镜观察和测量远方星系发出光线的平移,证实宇宙确实是在膨胀。这时爱因斯坦也不得不承认他自己错了。但弗里德曼已经不可能收到他的道歉了。

那么讲完这个故事也许对手举弗里德曼公式表达诉求的大学生的本意,能够有新的理解。也许他是想让校方选择K等于1还是等于0或-1。如果选择1的话就是继续把大家封控在这个有限的校园里面。而选择0和-1就是还学生一个无限宽广的天地。