如果說愛因斯坦是引力波理論的先驅(qū)，那么韋伯就是引力波探測的先驅(qū)。正如愛因斯坦會犯錯誤一樣，韋伯在引力波探索史上也有一段曲折的故事。

盧昌海

約瑟夫·韋伯（Joseph Weber）生于1919年，早年是學(xué)工程的。他不僅在探索引力波的歷史上有過曲折，就連人生經(jīng)歷也充滿了驚險(xiǎn)，二戰(zhàn)期間曾一度在航母上服役，先是躲過了日本對珍珠港的突襲，而后又在慘烈的珊瑚海海戰(zhàn)中幸存（他所服役的航母在遭重創(chuàng)后自沉）。戰(zhàn)后的韋伯開始研究物理，并于20世紀(jì)60年代開始建造一系列所謂的“韋伯棒”，用來探測引力波，成為最早將引力波探測付諸實(shí)施的物理學(xué)家。

“韋伯棒”

“韋伯棒”之所以能探測引力波，是因?yàn)橐Σ梢砸l(fā)它的振動，若頻率合適的話，還可引發(fā)共振，通過對共振信號的監(jiān)測，“韋伯棒”原則上就具備了發(fā)現(xiàn)引力波的潛力。當(dāng)然，實(shí)際的情形要復(fù)雜得多，“韋伯棒”探測到的也可能只是噪音。為了消除噪音，韋伯與他的合作者們做了長達(dá)數(shù)年的努力，并且采用了通過兩個遠(yuǎn)距離分隔的“韋伯棒”來探測引力波的做法（因?yàn)樵胍舨惶赡軐蓚€遠(yuǎn)距離分隔的“韋伯棒”產(chǎn)生同步的影響，引力波則可以，因此通過探測同步信號，韋伯可以將噪音甄別出來）。

雖然物理學(xué)家們普遍不看好引力波探測（因?yàn)橐Σǚ浅Ｎ⑷酰?，但韋伯的嘗試在當(dāng)時幾乎是唯一認(rèn)真付諸行動的引力波探測，因而還是引起了一些興趣，并且也得到了一些起碼是口頭上的支持。比如1963年，美國物理學(xué)家戴森就曾表示對韋伯的探測值得給予持續(xù)關(guān)注。據(jù)說在整個20世紀(jì)60年代，廣義相對論會議上的一句常用的問候就是：韋伯探測到引力波了嗎？

韋伯探測到引力波了嗎？從1967年到1970年，韋伯在著名期刊《物理評論快報(bào)》上接連發(fā)表五篇論文，宣布了探測結(jié)果。

韋伯的第一篇論文發(fā)表于1967年3月27日，標(biāo)題為“引力輻射”。這篇論文發(fā)布了10組疑似引力波造成的信號，每組都標(biāo)明了信號出現(xiàn)的時間，跨度從1965年9月21日到1967年2月17日。10組信號中，較早的7組是由單個“韋伯棒”探測到，較晚的3組則是由相距三公里左右的兩個“韋伯棒”共同探測到的同步信號。很明顯，在這10組信號中，由單個“韋伯棒”探測到的7組其實(shí)沒什么價值，因?yàn)闆]法甄別噪音；值得關(guān)注的只有由兩個“韋伯棒”共同探測到的那3組同步信號。

在發(fā)表這篇論文時，韋伯的態(tài)度還相當(dāng)謹(jǐn)慎，他表示，那幾組信號若真是引力波造成的，則強(qiáng)度似乎太大，大到了應(yīng)當(dāng)伴隨有其他天體物理效應(yīng)——比如超新星爆發(fā)——的程度。由于并未有人觀測到與他的信號相伴隨的其他天體物理效應(yīng)，那些信號“源自引力輻射顯得很不可能”。假如源自引力輻射“顯得很不可能”，那信號會來自何方呢？韋伯猜測是地震。1967年11月，在給同事的一封信中，韋伯坦率地表示，“韋伯棒”的抗干擾能力雖然不錯，卻遠(yuǎn)非完善，他并且將信號源自引力波的概率估計(jì)為1/50。這個估計(jì)雖無實(shí)質(zhì)的定量依據(jù)，卻顯示出謹(jǐn)慎的態(tài)度。

“很好的證據(jù)”

不過，這種謹(jǐn)慎的態(tài)度在后續(xù)論文中越來越少，直至消失。

韋伯的第二篇論文發(fā)表于一年多之后的1968年6月3日，標(biāo)題為“引力波探測器事件”。這篇論文發(fā)布了為期兩個月的時間跨度內(nèi)探測到的4組新信號，全都是由兩個相距兩公里的“韋伯棒”探測到的同步信號。在這篇論文中，韋伯對同步信號純屬碰巧的概率作了估計(jì)。這種估計(jì)從道理上講是很有必要的，因?yàn)槟呐略趦山M完全隨機(jī)的信號中，也會純屬碰巧地出現(xiàn)一些同步信號——尤其是在“同步”本身界定得比較粗糙的情形下。韋伯以同步信號每隔多少時間才會純屬碰巧地出現(xiàn)一次作為衡量其概率的指標(biāo)。針對那4組信號，他給出的結(jié)果分別為150天、300天、40年和8,000年。

假如韋伯的估計(jì)無誤，那么很明顯，每隔40年和8,000年才能純屬碰巧地出現(xiàn)一次的信號——尤其后者——是相當(dāng)稀罕的，稀罕到了不太可能“純屬碰巧”的程度。因此雖然探測精度并無實(shí)質(zhì)改進(jìn)，韋伯的信心卻因?yàn)檫@種估計(jì)而顯著增加了，在論文的結(jié)論部分表示：“極低的隨機(jī)巧合概率使我們能排除純粹的統(tǒng)計(jì)起源”，“起碼稀罕的信號有可能是引力輻射所激發(fā)的”。這個口氣雖依然帶有謹(jǐn)慎色彩（因?yàn)檎劦闹皇恰坝锌赡堋保?，比起將信號源自引力波的概率估?jì)為1/50來，明顯是加強(qiáng)了。

又隔了一年多，1969年6月16日，韋伯發(fā)表了第三篇論文，標(biāo)題為“引力輻射的發(fā)現(xiàn)證據(jù)”。這篇論文單從標(biāo)題上看，口氣就比前兩篇加強(qiáng)了許多，因?yàn)榍皟善臉?biāo)題——“引力輻射”和“引力波探測器事件”——都未對結(jié)果定性，而“引力輻射的發(fā)現(xiàn)證據(jù)”這一新標(biāo)題卻首次將探測結(jié)果定性為了“引力輻射的發(fā)現(xiàn)”。

從技術(shù)層面講，雖然“韋伯棒”還是原先的水準(zhǔn)，但兩個“韋伯棒”之間的距離由兩三公里擴(kuò)大到了1,000公里，從而起碼從道理上講，對較大范圍的干擾也具有了甄別能力。與第二篇論文相類似，韋伯對這篇論文所涉及的同步信號純屬碰巧的概率也作了估計(jì)，結(jié)果從數(shù)百天到7,000萬年不等，這其中7,000萬年才能碰巧一次的信號簡直就只能來自引力波了。因此韋伯用不再含糊的口氣作出了結(jié)論：“這是很好的證據(jù)，證明引力波已被發(fā)現(xiàn)了?！?/p>

新方法

1970年，韋伯再接再厲，又發(fā)表了第四和第五篇論文。

其中在第四篇論文中，韋伯改變了發(fā)布結(jié)果的方法，不再提供信號出現(xiàn)的時間。讀者們也許還記得，在第一篇論文中，韋伯曾因?yàn)椤安⑽从腥擞^測到與他的信號相伴隨的其他天體物理效應(yīng)”，而得出了那些信號“源自引力輻射顯得很不可能”的結(jié)論。如今，隨著信心的屢次增加，他不僅不再談?wù)摗霸醋砸椛滹@得很不可能”那樣的喪氣話，甚至不再提供信號出現(xiàn)的時間了，這在一定程度上意味著他已不再關(guān)注“與他的信號相伴隨的其他天體物理效應(yīng)”，或者說不再寄望于用“其他天體物理效應(yīng)”來印證自己的信號了。

那么，韋伯發(fā)布結(jié)果的新方法是什么呢？是改為了只提供給定時段內(nèi)純屬碰巧的信號數(shù)目與實(shí)際信號數(shù)目的比較。在這兩個數(shù)目中，前者可通過概率手段估計(jì)出，后者則是實(shí)際探測到的同步信號數(shù)目。這兩個數(shù)目倘若相近，則說明探測到的同步信號大都是純屬碰巧。不過韋伯發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，后者比前者大一個數(shù)量級左右，因而并非純屬碰巧。

韋伯發(fā)布結(jié)果的這種新方法是很籠統(tǒng)的，但也并非毫無目的的籠統(tǒng)，因?yàn)檫@種新方法便于表述一類新的探測結(jié)果。在那類探測中，韋伯將其中一個“韋伯棒”的記錄時間延后了兩秒。這類新觀測的意義在于：對于純屬碰巧的信號來說，因?yàn)楸揪褪请S機(jī)的，延后與否都純屬碰巧，從而信號數(shù)目不會有顯著變化；但引力波造成的信號乃是必然同步的，延后兩秒就會不復(fù)存在，從而信號數(shù)目會顯著減少。因此，延后兩秒是否會導(dǎo)致實(shí)際探測到的同步信號數(shù)目顯著減少可視為判斷信號來源的輔助手段，若顯著減少，則說明信號是引力波造成的。

那么探測的結(jié)果如何呢？韋伯在論文中宣布，通過對為期20天的延后兩秒的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，他發(fā)現(xiàn)信號數(shù)目顯著減少了，于是可以得出結(jié)論：這類觀測“支持了早先得出的引力輻射已被觀測到的宣稱”。

以上四篇論文無論在口氣還是實(shí)驗(yàn)手法上都顯示出一種層層遞進(jìn)的雄辯性，這種雄辯性吸引了很多人的關(guān)注。就連研究領(lǐng)域相當(dāng)理論化的霍金也一度被韋伯所吸引，不僅于1970年撰文討論了引力波的探測，并且將韋伯探測到引力波視為了已確立的事實(shí)。在引力波探測的后續(xù)征程中將起到重要作用的美國物理學(xué)家索恩則在1972年發(fā)表的綜述中表示：“我們認(rèn)為韋伯的引力波實(shí)驗(yàn)證據(jù)相當(dāng)有說服力”。而一些原先認(rèn)為引力波太過微弱，引力波探測太過渺茫的實(shí)驗(yàn)組則轉(zhuǎn)變了看法，開始認(rèn)真跟進(jìn)。那些實(shí)驗(yàn)組的跟進(jìn)可視為韋伯的影響力快速擴(kuò)展的標(biāo)志。

低級錯誤

然而不無戲劇性乃至悲劇性的是，韋伯影響力的擴(kuò)展雖快速，墜落的速度卻也毫不遜色，因?yàn)樗牡谖迤撐摹彩?970年發(fā)表的第二篇論文——就成為了自己“滑鐵盧”的一部分。

這“滑鐵盧”其實(shí)早在1969年就開始了。1969年7月，在以色列舉辦的一次學(xué)術(shù)會議上，韋伯作了個報(bào)告，在報(bào)告中他出示了一批數(shù)據(jù)，顯示被他認(rèn)定為來自引力波的信號呈現(xiàn)出24小時的周期性。韋伯表示，這種周期性意味著引力波來自天空中的一個固定方向。相對于“韋伯棒”來說，每當(dāng)?shù)厍虻淖赞D(zhuǎn)使那個固定方向接近天頂時，信號就會變強(qiáng)，由于地球每24小時自轉(zhuǎn)一圈，因此信號呈現(xiàn)出24小時的周期性。至于那個固定方向究竟指向何方，韋伯的猜測是指向銀河系的中心——這是銀河系范圍之內(nèi)引力場最強(qiáng)，從而最有可能頻繁產(chǎn)生引力波的區(qū)域。韋伯的這一報(bào)告首次涉及了引力波的來襲方向，可算是將引力波探測推向了一個新的層面。

可惜這項(xiàng)研究犯了一個巨大的錯誤。

幾乎立刻就有物理學(xué)家指出，對引力波來說地球是完全透明的，因此假如引力波來自一個固定方向，則這個方向在天頂附近跟在地球背面的天頂附近，對“韋伯棒”的影響應(yīng)該是完全相同的。這意味著來自引力波的信號應(yīng)呈現(xiàn)出12小時而非24小時的周期性。

這一錯誤讓韋伯陷入了巨大的尷尬。

之所以尷尬，不僅因?yàn)檫@一錯誤對引力波的研究者來說這是非常低級的錯誤，更是因?yàn)轫f伯居然能拿出數(shù)據(jù)來支持這樣的低級錯誤，這幾乎無可避免地使人們懷疑韋伯是通過選擇性地?cái)[弄數(shù)據(jù)而炮制出自己預(yù)期的結(jié)果的。一些物理學(xué)家后來表示，他們對韋伯的懷疑正是始于這一錯誤。

這一錯誤被指出之后，韋伯在上面提到的發(fā)表于1970年的第五篇論文，以及發(fā)表于1971年的上述會議發(fā)言的書面文稿中都作了訂正。訂正的方式是宣稱自己粗心了，數(shù)據(jù)所支持的其實(shí)是12小時的周期。也許真的只是粗心，但懷疑既已萌生，就不是這種宣稱所能撲滅的了。這種宣稱反倒更顯得韋伯的數(shù)據(jù)是任人打扮的小姑娘，一些物理學(xué)家從此懷疑韋伯有能力炮制出自己所需的任何結(jié)果。

“零結(jié)果”

對韋伯的另一類懷疑來自他宣稱探測到的引力波的強(qiáng)度。據(jù)韋伯自己估計(jì)，假如他所探測到的引力波來自銀河系的中心，則要想產(chǎn)生他所探測到的信號，銀河系的中心每年因引力波造成的質(zhì)量損失將高達(dá)1,000個太陽質(zhì)量。

但英國物理學(xué)家里斯在1972年的一項(xiàng)研究中提出，銀河系中心只要每年損失超過70個太陽質(zhì)量，因引力束縛的減少而導(dǎo)致的銀河系的膨脹將會被觀測到。由于我們并未觀測到銀河系的膨脹，這表明來自銀河系中心的引力波沒有韋伯估計(jì)的那么強(qiáng)，從而也就不可能如此頻繁地被韋伯探測到。

不僅如此，倘若銀河系中心每年因引力波造成的質(zhì)量損失果真高達(dá)1,000個太陽質(zhì)量，則別說是銀河系的中心，就連整個銀河系都撐不了幾億年就會耗盡質(zhì)量，這跟銀河系已有近百億年高齡的事實(shí)是完全沖突的。

而對韋伯最系統(tǒng)的打擊，則是來自那些一度可視為韋伯影響力快速擴(kuò)展的標(biāo)志的實(shí)驗(yàn)組。因?yàn)橛许f伯的開路在先，那些“站在韋伯肩上”的實(shí)驗(yàn)組以極快的速度建起了多個“韋伯棒”，而且在精度上不僅毫不遜色，甚至猶有過之。僅僅一兩年之間，那些實(shí)驗(yàn)組就陸續(xù)出了初步結(jié)果，然而卻全都是“零結(jié)果”，沒有一個能驗(yàn)證韋伯的“發(fā)現(xiàn)”。

1972年，在美國得克薩斯州舉辦的一次相對論天體物理會議上，多個實(shí)驗(yàn)組報(bào)告了自己的“零結(jié)果”。雖然由于探測時間較短，那些“零結(jié)果”尚不能一錘定音，但足以加深物理學(xué)家們對韋伯的懷疑，并且足以顯示出像韋伯那樣頻繁地觀測到引力波信號是極不可能的。

在接下來的幾年里，那些實(shí)驗(yàn)組繼續(xù)沿著韋伯開辟的道路前進(jìn)，積累著數(shù)據(jù)，卻始終未能發(fā)現(xiàn)任何能讓韋伯高興的結(jié)果——也就是未能發(fā)現(xiàn)任何經(jīng)得起復(fù)核的信號。在那些實(shí)驗(yàn)組所用的“韋伯棒”中，有的連共振頻率都跟韋伯的相同，從而使韋伯甚至無法以引力波只在他所探測的頻率上才存在這種小概率假設(shè)為借口來辯解。

一落千丈

在接下來的幾年里，隨著“零結(jié)果”的持續(xù)積累，韋伯遭到了越來越猛烈而系統(tǒng)的批評。那些批評所針對的已不僅僅是無法重復(fù)韋伯的觀測，而且還切實(shí)指向了韋伯所犯的具體錯誤，比如韋伯用來確定同步信號的計(jì)算機(jī)程序被發(fā)現(xiàn)存在錯誤，比如韋伯對數(shù)據(jù)的處理被發(fā)現(xiàn)存在不自洽的地方，有些批評者甚至毫不客氣地將矛頭指向了韋伯的誠信，指責(zé)他對數(shù)據(jù)的處理不誠實(shí)。焦頭爛額的韋伯對其中最嚴(yán)重的“不誠實(shí)”指控作出了否認(rèn)，然而糟糕的是，否認(rèn)過程中牽扯出的信息反倒證實(shí)了他確實(shí)對數(shù)據(jù)采用過不自洽的處理，目的是找出盡可能多的同步信號。

而最慘不忍睹的則是，韋伯曾報(bào)告過一批他的數(shù)據(jù)跟另一個實(shí)驗(yàn)組的數(shù)據(jù)之間的同步信號，這原本可作為強(qiáng)有力的證據(jù)，顯示韋伯的數(shù)據(jù)具有能與其他實(shí)驗(yàn)組相互比對的客觀性，結(jié)果卻被發(fā)現(xiàn)雙方所用的時鐘根本不在同一時區(qū)——韋伯用的是美國東部時間，另一個實(shí)驗(yàn)組卻是用的格林威治時間。彼此相差好幾個小時的數(shù)據(jù)被韋伯當(dāng)成同一時區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，居然還搞出了一大批同步信號！這個形同丑聞的錯誤對韋伯的信譽(yù)造成了毀滅性打擊，同時也說明了他處理數(shù)據(jù)的方法哪怕是誠實(shí)的，也不過是誠實(shí)的錯誤，具備無中生有的能力。

韋伯曇花一現(xiàn)的聲望就此墜下深淵。

若干篇論文，若干次會議，若干個報(bào)告，細(xì)節(jié)越來越多，口氣越來越肯定，卻如沙灘壘塔般在越壘越高之后，最終垮塌下來。在一個半開玩笑的意味上，我們或許可將《六祖壇經(jīng)》中那則風(fēng)動，幡動，還是心動的小故事套到韋伯探測引力波的故事上來——當(dāng)然寓意不盡相同：“風(fēng)動”是引力波的作用，“幡動”是“韋伯棒”的振動，“心動”則是韋伯對探測引力波的巨大心理期望。風(fēng)動，幡動，還是心動？對韋伯的探測來說，可基本確定為“心動”。從“韋伯棒”所記錄的信號圖線看，也確實(shí)像是純粹的噪音，只有“心動”的人才能從中看到“風(fēng)動”導(dǎo)致的“幡動”。

癡心不改

雖然遭到學(xué)術(shù)界的否定，但韋伯本人卻癡心不改，終其一生都堅(jiān)信自己探測到了引力波。在韋伯的辦公室里，到處堆著書架和文件柜，只有一條窄窄的過道通往辦公桌，辦公桌上方的墻上則貼著一幅愛因斯坦的相片。直到退休之后，韋伯依然不時地前往實(shí)驗(yàn)室查看結(jié)果。對于其他實(shí)驗(yàn)組無法重復(fù)他的觀測，韋伯先是將之歸因于那些實(shí)驗(yàn)組的技術(shù)有問題，后來又以“陰謀論”的手法將之歸咎為美國激光干涉引力波天文臺想要壟斷引力波探測，從而不允許“韋伯棒”出結(jié)果。這種近乎偏執(zhí)的態(tài)度是不太光彩的，也是韋伯故事里最具悲劇性的色彩。一些同事認(rèn)為，假如韋伯不是如此頑固地堅(jiān)信自己，他在這一領(lǐng)域所能得到的敬意將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過他實(shí)際得到的，他的頑固和偏執(zhí)使他不必要地被邊緣化了。

在結(jié)束本文的時候，有幾點(diǎn)是應(yīng)該替韋伯美言一下的：第一，他雖終其一生都堅(jiān)信自己探測到了引力波，甚至堅(jiān)信到偏執(zhí)的程度，但他公開允許同行們到他的實(shí)驗(yàn)室來檢查數(shù)據(jù)和設(shè)備，在這點(diǎn)上他是謹(jǐn)守學(xué)術(shù)規(guī)范的。第二，他的頑固并未使他失去幽默感。韋伯的第一任妻子1971年去世之后，他與美國天文學(xué)家特林布爾結(jié)婚。數(shù)十年后，在與人談起此事時他微笑著表示：剛結(jié)婚時他比妻子有名，現(xiàn)在兩人對換了。第三，韋伯雖然失敗了，甚至在某些方面失敗得不太光彩——起碼不太瀟灑，但他作為引力波探測的先驅(qū)人物將被科學(xué)史所銘記。事實(shí)上，他的“韋伯棒”如今已被包括美國激光干涉引力波天文臺在內(nèi)的若干機(jī)構(gòu)所收藏。