天文学
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最后更新:2025年10月1日

威廉·德西特:相对论宇宙的建筑师

威廉·德西特肖像,背景为宇宙学方程
威廉·德西特(1872-1934)在莱顿天文台办公室的照片。他身后的黑板上写满了与广义相对论和宇宙学相关的方程。左侧是膨胀时空的示意图,这一概念他参与发展。右侧是阿尔伯特·爱因斯坦的肖像,他曾与爱因斯坦就爱因斯坦场方程的宇宙学解进行通信。

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:

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:

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:

爱因斯坦与德西特关于宇宙学常数的立场比较
问题爱因斯坦的立场德西特的位置
\(\Lambda\) 的必要性静态宇宙的关键要素可选,可为零
物理解释“负压”术语时空的几何性质
空荡荡的宇宙没有物质是不可能的当 \(\Lambda \neq 0\) 时可能成立
宇宙膨胀最初被拒绝由他的解决方案所预测

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:

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:

威廉·德西特对现代宇宙学的影响
概念德西特的贡献当前影响
宇宙膨胀膨胀宇宙的第一个解(1917年)大爆炸模型的基础
宇宙常数作为时空属性的解释暗能量的可能解释
空荡荡的宇宙有效的数学解法宇宙暴胀模型
广义相对论开创性的宇宙学应用相对论宇宙学的基础

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。

威廉·德西特生平年表

威廉·德西特生平重要日期
事件上下文
1872出生于荷兰斯内克上诉法院法官之子
1897在格罗宁根获得博士学位天文学中的微分方程论文
1899-1901曾在开普天文台工作双星研究
1908莱顿大学聘任教授继任亨德里克·洛伦兹
1916-1917发现的宇宙学解相对论宇宙模型的发表
1919前往英国与爱丁顿会面广义相对论验证的讨论
1932与爱因斯坦一起发表的静态模型最后一次重大合作
1934在莱顿去世长期患病后

荣誉与认可

德西特的贡献得到了以下认可:

遗言与悼念

几位科学家向德西特表示了敬意:

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