威廉·德西特：相对论宇宙的建筑师

青年与数学教育

威廉·德西特于1872年5月6日出生在荷兰斯内克。他的父亲兰伯图斯·德西特是吕伐登上诉法院的一名法官。在阿纳姆完成中学教育后，他于1889年进入格罗宁根大学学习数学。

1897年，他在雅各布斯·科内利乌斯·卡普坦（Jacobus Cornelius Kapteyn，1851-1922）的指导下获得博士学位，论文主题是天文学中微分方程的解。随后，他在南非好望角天文台工作了两年，专注于双星研究和恒星测光。

在莱顿大学的学术生涯与贡献

1908年，德西特被任命为莱顿大学天文学教授兼莱顿天文台台长，直至去世一直担任此职。他接替的是荷兰理论物理学界的另一位巨擘亨德里克·洛伦兹（1853-1928）。

他在莱顿的主要成就包括：

• 通过购置新仪器实现天文台的现代化
• 理论天体物理研究项目的发展
• 新一代天文学家的培养，包括扬·奥尔特（Jan Oort，1900-1992）

广义相对论的宇宙学解

德西特最重要的贡献涉及相对论宇宙学。在1916-1917年间，他找到了爱因斯坦方程在物质空无（可能除宇宙常数外）的宇宙中的两个精确解。

德西特宇宙（1917年）

该解描述了一个呈指数膨胀的空宇宙，其中尺度因子 \( a(t) \) 按 \( e^{Ht} \) 增长，且 \( H \) 与宇宙学常数 \( \Lambda \) 的平方根成正比。该解表明：

• 真空宇宙可以是动态的（不同于爱因斯坦的静态宇宙）
• 宇宙常数可能导致加速膨胀
• 测试粒子沿着彼此远离的轨迹运动。

爱因斯坦-德西特静态宇宙（1932）

与爱因斯坦合作，德西特提出了一个物质均匀分布且宇宙学常数为零的静态宇宙模型。该宇宙的度规由下式给出：

\( ds^2 = c^2 dt^2 - R^2 \left( \frac{dr^2}{1-r^2} + r^2 d\Omega^2 \right) \)

其中 \( R \) 是宇宙的曲率半径。

与爱因斯坦关于宇宙学常数的辩论

德西特与爱因斯坦就宇宙学常数 \( \Lambda \) 的解释保持了著名的通信往来。他们的交流揭示了根本性的分歧：

天体力学贡献

在从事宇宙学研究之前，德西特对天体力学做出了重要贡献：

• 木星对行星轨道摄动的研究
• 计算木星卫星质量的方法开发
• 月球运动理论的改进

他的著作《论月球交点运动》（1900年）至今仍是天体力学领域的参考文献。

德西特的科学遗产

德西特的工作对现代宇宙学产生了深远影响：

科学合作与通信往来

德西特与他同时代的许多物理学家保持着科学交流。

• 与阿尔伯特·爱因斯坦（1916-1933）关于广义相对论的定期通信
• 与亚瑟·爱丁顿（1882-1944）在相对论观测检验方面的合作
• 与乔治·勒梅特（1894-1966）关于膨胀宇宙模型的交流
• 与卡尔·史瓦西（1873-1916）关于爱因斯坦方程精确解的通信

威廉·德西特生平年表

荣誉与认可

德西特的贡献得到了以下认可：

• 英国皇家学会外籍会员（1922年）
• 皇家天文学会金质奖章（1931年）
• 一个月球陨石坑以他的名字命名（德西特）
• 小行星(1686)德西特
• 莱顿大学理论物理研究所以其名字命名

遗言与悼念

几位科学家向德西特表示了敬意：

• 阿尔伯特·爱因斯坦（1879-1955）：“德西特是第一个完全理解我方程式中宇宙学含义的人。”
• 阿瑟·爱丁顿（1882-1944）：“他的解决方案为现代宇宙学作为一门精确科学铺平了道路。”
• 乔治·伽莫夫（1904-1968）：“没有德西特的工作，我们不会这么快就理解宇宙的膨胀。”