陶梓鈺

2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予三名引力波探測(cè)計(jì)劃的科學(xué)家、包括中國(guó)在內(nèi)的全球70多家天文臺(tái)共同宣布探測(cè)到雙中子星合并產(chǎn)生的引力波……“引力波”這個(gè)一百年前由天才物理學(xué)家愛(ài)因斯坦提出的概念一下就“火”了。但很多人都不知道，在引力波概念提出后的數(shù)十年間，愛(ài)因斯坦曾反復(fù)糾結(jié)于“引力波真的存在嗎？”

這一切還得從1915年愛(ài)因斯坦提出晦澀的廣義相對(duì)論說(shuō)起。這個(gè)新理論的提出，革新了自牛頓以來(lái)的引力觀(guān)和時(shí)空觀(guān)，創(chuàng)造性地論證了引力的本質(zhì)是時(shí)空幾何在物質(zhì)影響下的彎曲。1916年，愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論的框架內(nèi)，又發(fā)表論文，預(yù)言了引力的作用以波動(dòng)的形式傳播，這就是引力波的由來(lái)。

然而在當(dāng)時(shí)，這個(gè)結(jié)論其實(shí)只是愛(ài)因斯坦從純數(shù)學(xué)的角度，求解他提出的引力場(chǎng)方程時(shí)得出的答案。但引力波究竟是只存在數(shù)學(xué)推理中的空想，還是在現(xiàn)實(shí)中可以觀(guān)測(cè)到的物理現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦自己也沒(méi)有概念。因此在論文中，他有些沮喪地提到，“引力波輻射的能量極少，在所有能想得到的情況下，引力波的輻射都可以被忽略?！?/p>

一百年前，很少有人能真正理解廣義相對(duì)論，甚至連愛(ài)因斯坦本人在一些問(wèn)題上也犯下不少錯(cuò)誤。因此在接下來(lái)的幾十年中，愛(ài)因斯坦數(shù)次修改對(duì)引力波的判斷。其中最著名的一次發(fā)生在1936年。當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦試圖重新求解自己提出的引力場(chǎng)方程，這需要更深的數(shù)學(xué)知識(shí)。幸運(yùn)的是，助手納森·羅森在此方面功力深厚，兩人在研究引力場(chǎng)方程時(shí)共同提出了包括“蟲(chóng)洞”在內(nèi)的一系列新物理概念。

在“解題”時(shí)，最讓愛(ài)因斯坦和羅森疑惑的是，無(wú)論如何努力建立坐標(biāo)系，總能發(fā)現(xiàn)時(shí)空中某個(gè)地方存在“奇點(diǎn)”，簡(jiǎn)而言之，他們認(rèn)為這足以證明引力波不存在。于是他們合寫(xiě)了一篇論文投到美國(guó)頂級(jí)期刊《物理評(píng)論》，這篇題為《引力波存在嗎？》的論文明確得出結(jié)論——“引力波并非真實(shí)存在”。

按照美國(guó)科學(xué)期刊的慣例，這篇深?yuàn)W的論文被《物理評(píng)論》的編輯寄給了另一個(gè)科學(xué)家進(jìn)行評(píng)估。提供審稿意見(jiàn)的是熟知廣義相對(duì)論的美國(guó)物理學(xué)家霍華德·羅伯森。他寫(xiě)了一份長(zhǎng)達(dá)10頁(yè)的報(bào)告，認(rèn)為引力波是真實(shí)存在的，并明確指出論文中的錯(cuò)誤所在。

這份報(bào)告很快以匿名審稿人的方式被寄回給愛(ài)因斯坦。不幸的是，愛(ài)因斯坦以前的論文都發(fā)表在歐洲期刊上，而當(dāng)時(shí)歐洲并沒(méi)有像這樣對(duì)論文進(jìn)行同行評(píng)議的傳統(tǒng)。不熟悉美國(guó)習(xí)慣的愛(ài)因斯坦對(duì)此大為生氣，他在給《物理評(píng)論》編輯的回信中直白地說(shuō)：“我認(rèn)為沒(méi)有必要回應(yīng)您那位匿名專(zhuān)家的意見(jiàn)（本來(lái)就是錯(cuò)誤的）。鑒于此，我寧愿選擇在別的地方發(fā)表這篇文章?！?/p>

惱火的愛(ài)因斯坦并未認(rèn)真研究羅伯森的審稿意見(jiàn)，很快將這篇論文原封不動(dòng)地發(fā)給另一份美國(guó)物理期刊。這次論文很快被接受了，眼看愛(ài)因斯坦的一世英名就要?dú)в谝坏疫\(yùn)的是，他認(rèn)識(shí)了一名新同事。對(duì)，就是那個(gè)匿名給他審稿的霍華德·羅伯森。羅伯森成功指出了愛(ài)因斯坦和羅森論文中的錯(cuò)誤，并幫助解決了問(wèn)題。趕在論文正式發(fā)表前，愛(ài)因斯坦重新修改了完全相反的結(jié)論，提出“柱狀引力波是真實(shí)存在的”。得以及時(shí)糾正錯(cuò)誤的愛(ài)因斯坦在論文結(jié)尾還特意增加一段備注，感謝“我的同事羅伯森教授在澄清原文中的錯(cuò)誤時(shí)給予的親切幫助”。

盡管愛(ài)因斯坦本人幸運(yùn)地糾正了錯(cuò)誤的論文，但對(duì)于引力波是否真的存在，物理學(xué)界依然存在諸多爭(zhēng)議。直到1955年物理學(xué)家費(fèi)曼提出著名的“粘珠”思想實(shí)驗(yàn)后，引力波才真正得到科學(xué)界的認(rèn)同?？茖W(xué)家們開(kāi)始建造更靈敏的探測(cè)器，尋找宇宙中的引力波信號(hào)。最終，在引力波概念被提出一百年后，美國(guó)科學(xué)家于2016年宣布第一次直接探測(cè)到引力波的存在，從而“找回”愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的“拼圖”。

如今在驚嘆“愛(ài)因斯坦百年前又一神奇預(yù)言被證實(shí)”的同時(shí)，也不應(yīng)忘記羅森、羅伯森等科學(xué)家的工作。畢竟現(xiàn)代科學(xué)早已過(guò)了“閉門(mén)造車(chē)、單打獨(dú)斗”的時(shí)代，愛(ài)因斯坦能取得偉大成就，不僅是站在前人的肩膀上，也離不開(kāi)同行者的相互扶持。▲