所谓江湖分享 http://blog.sciencenet.cn/u/xingzz 伪老派知识分子 职业理论物理学家

博文

爱因斯坦相信引力波吗? 精选

已有 19807 次阅读 2016-2-28 11:54 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

19137月,德国著名物理学家马克斯·普朗克(Max Planck)和瓦尔特·能斯特(Walther Nernst)亲自来到苏黎世,拜访了34岁的阿尔波特·爱因斯坦(Albert Einstein)。他们开出令人动心的薪水和其他优厚条件,邀请爱因斯坦作为特殊“千人计划”人才到柏林普鲁士科学院工作。爱因斯坦接受了这份难得的邀请,于19143月抵达柏林。他没有让德国科学界失望,到位仅一年后就发表了举世震惊的广义相对论,成为那个时代以及后来最出名的科学家。

19166月,爱因斯坦基于自己一年前建立的广义相对论在《普鲁士科学院会刊》(物理数学卷)发表了第一篇预言引力波的论文。19182月,他在同一期刊发表了第二篇关于引力波的文章,详细探讨了这种奇特的弯曲时空中的涟漪。然而到了1936年,老成稳重的爱因斯坦却突然对引力波的存在失去了信心,差一点闹出科学史上的大笑话。

193661日,当时已离开德国三年、身在普林斯顿高等研究院的爱因斯坦与年仅27岁的合作者内森·罗森(Nathan Rosen)完成了一篇题为“引力波存在吗?”(Do Gravitational Waves Exist?)的学术论文,并将它投给了美国物理学会主办的《物理评论》期刊。在这篇文章中,爱因斯坦和罗森给出的答案是否定的,就像他在写给德国物理学家马克斯·玻恩(Max Born)的信中所说的那样,“…我与一位年轻的合作者得到的有趣结果是,引力波并不存在,尽管在初级近似下它们的存在曾被认为是确定无疑的。这表明非线性的广义相对论波动场方程可以告诉我们更多东西,或者更确切地说,对我们的限制远多于我们迄今为止所相信的。”他们的论文在《物理评论》编辑部滞留了整整一个月,才于76日被送审。这是很反常的,因为先前爱因斯坦投给该期刊的几篇论文都没有走正常的审稿程序,而是被编辑部接收后直接送到出版社发表了。

时任《物理评论》期刊主编的约翰·泰特(John T. Tate)这次没有为爱因斯坦的论文开绿灯,而是将它送到了正在加州理工学院进行学术休假访问的普林斯顿大学副教授霍华德·罗伯逊(Howard P. Robertson)手里。罗伯逊是那个时期少数几个深谙广义相对论真谛的美国物理学家。他生性活泼开朗,据说喜欢尽其所能地诽谤自己的同事们,因此无端培养了许多敌人。罗伯逊花了一周时间仔细审理了爱因斯坦和罗森的论文,撰写了长达10页的评审报告,委婉地指出了论文中的错误并提出了适当的修改方案,于1936714日把他的审稿意见连同写给泰特的一封信寄出。这封信三天后到达《物理评论》编辑部,而此时正是罗森准备动身前往苏联的日子。723日,泰特致信爱因斯坦,建议他与合作者考虑匿名审稿人的意见,对论文做一定程度的修改。727日,泰特收到了一封来自爱因斯坦的撤稿信。这位物理学一代宗师把《物理评论》处理稿件的做法理解为对自己的怠慢,愤怒地用德文写道:

“亲爱的先生,我们(罗森先生和我)投稿给您是为了发表,并没有授权您在论文发表之前让任何专家过目。我认为没必要回复您的匿名专家那些无论如何都是错误的意见。基于这种情况,我宁愿把论文发表在其它地方…”

身为主编的泰特自然理解爱因斯坦的郁闷,因为这位那个时代最有影响力的作者的论文可能从来没有遭遇过这样的匿名评审。于是他在730日专门写信给爱因斯坦,对这位大师不屑于回复审稿意见和撤回论文的决定表示遗憾。不过泰特一直致力于把《物理评论》打造成世界级的学术期刊,因此他最终坚持了所有稿件都必须走匿名评审程序的原则。然而他所付出的代价也是惨重的:爱因斯坦从此再也没有在《物理评论》上发表任何论文。

一时下不来台的爱因斯坦随后将他和罗森的那篇质疑引力波的论文投给了名气有限的《富兰克林研究所学报》。但接下来发生的事情却改变了他们对引力波的认识。19368月中旬,罗伯逊从加州理工学院返回普林斯顿大学;同年10月初,38岁的波兰物理学家利奥波特·英费尔德(Leopold Infeld)来到普林斯顿高等研究院,成为爱因斯坦的新助手[1]。据英费尔德后来在自传中回忆,当他第一次在普林斯顿见到爱因斯坦时,大师正在黑板前与意大利数学家图利欧·列维-奇维塔(Tullio Levi-Civita)“用他们自认为是英语的语言”交谈着。爱因斯坦向英费尔德和列维-奇维塔演示了自己关于不存在引力波的证明过程。起初将信将疑的英费尔德逐渐接受了爱因斯坦的证明,但是当他向新交的朋友罗伯逊提及此事时,后者却不以为然。罗伯逊作为爱因斯坦和罗森那篇论文的匿名审稿人,早知道他们的证明有误,所以他指出了英费尔德的逻辑中所存在的漏洞,促使这位爱因斯坦的新助手最终相信,是自己所崇拜的偶像错了。

当英费尔德告诉了爱因斯坦这件事时,老先生的反应竟然很平静,说自己最近也恰巧发现了先前的证明有问题。就在这段时间里,罗伯逊当面向爱因斯坦解释了如何改进他和罗森的计算从而得到正确结果的思路。其实罗伯逊早把这种思路写在了七月份的审稿报告中,只不过当时气急败坏的爱因斯坦没有注意罢了。当然,罗伯逊本人从来没有在爱因斯坦和英费尔德面前透露他的匿名审稿人身份。意识到自己的问题之后,爱因斯坦在收到《富兰克林研究所学报》寄给他的论文刊发校样时,对先前的计算做了更新,明显弱化了他对引力波是否存在的消极看法,并把论文的题目修改成语气上更加温和的“关于引力波问题”(On Gravitational Waves)。经过爱因斯坦之手的论文校样于19361113日抵达费城的《富兰克林研究所学报》编辑部。19371月,爱因斯坦和罗森的论文正式发表,虽然两人在论文的附注中感谢了罗伯逊的帮助,但并没有说明帮助的程度究竟有多大。

尽管这篇论文发表在了一家并不出名的期刊上,它还是引起了大众媒体的注意。19372月,远在苏联的罗森写信给爱因斯坦,告诉他已经从报纸上听说了两人的论文以不同于先前的题目和期刊发表了。他本人也差不多与爱因斯坦同时意识到最初的证明和结论有问题,但那时他们之间的通讯和交流由于政治原因而变得十分不便。人们回过头来可以设想一下:假如当初泰特没有把爱因斯坦和罗森的论文送给匿名专家评审,或者身为评审人的罗伯逊没有提出让爱因斯坦深感不快的修改意见,那么这篇明显有错的论文将会顺利发表在广受关注的《物理评论》期刊上。其后果一定是传递给科学界和大众一个误导性的信息:引力波不存在,或者这个星球上最聪明的人发表了一篇内容和结论都很有问题的论文。倘若这一切真的都发生了,那么将无疑对作者、审稿人和期刊本身都是一种伤害,至少泰特将不可能在《物理评论》编辑的职位上一直干到去世为止。

2007年,由阿肯色大学教授丹尼尔·肯尼菲克(Daniel Kennefick)撰写的科普著作《传播,以思想的速度:爱因斯坦与引力波的探索之旅》(Traveling at the Speed of Thought: Einstein and the Quest for Gravitational Waves)在普林斯顿大学出版社出版了[2]。作者记述了一个援引自英费尔德的有趣情节,借此说明爱因斯坦在193610月所处的尴尬境地。当时普林斯顿高等研究院为爱因斯坦安排了一个学术报告会,届时他计划讲解一下自己与罗森关于引力波的新结果。可是就在这场报告会的前夜,爱因斯坦意识到了自己的证明过程存在错误。由于还没有与罗伯逊讨论过那篇论文,爱因斯坦尚不清楚如何走出困境,他只好在报告会上无可奈何地演示了他和罗森的证明的无效性。演讲结束的时候,爱因斯坦总结道:“如果你们问我引力波是否存在,我必须回答:我不知道。但这是一个极为有趣的问题。”[3]

 

虽然爱因斯坦本人关于引力波的研究大致止于1937年,但科学家们探测引力波的努力却在他1955年去世之后方兴未艾。2016211日,LIGO合作组向全世界宣布,他们首次直接探测到了爱因斯坦100年前所预言的引力波。引力波天文学的大门,正朝着所有对宇宙和太空怀有好奇心的人们缓缓开启…

 

2016221日于北京,本文已经被高能所微信传媒采用。


[1]他因1938年与爱因斯坦合作出版了《物理学的进化:从早期概念到相对性与量子的思想发展》(The Evolution of Physics: The Growth of Ideas from Early Concepts to Relativity and Quanta)一书而声名大噪。

[2]该书的中文版由中国科学院高能物理研究所的黄艳华翻译,上海科技教育出版社2010年出版。

[3]引自英费尔德的自传《探索:自传》(Quest: An Autobiography),美国数学会1965年出版。



人类首次探测到引力波
http://blog.sciencenet.cn/blog-3779-959229.html

上一篇:引力波:Kip Thorne这次赌赢啦!
下一篇:为新书《中微子猎手》写的序言

80 李轻舟 王振亭 曾泳春 陈楷翰 谢力 牛登科 文克玲 刘敏 李天成 田云川 史晓雷 姬扬 韦玉程 武夷山 赵美娣 郭向云 段洪涛 喻海良 王涛 黄永义 赵保明 罗会仟 陆玲 刘拴宝 马红孺 刘洋 蒋国华 杨远帆 王三民 谢维 许培扬 李颖业 黄平 鲍得海 刘立 应行仁 虞左俊 王鸿飞 吴斌 唐凌峰 余震 李学宽 李泳 陆志峰 王安良 薛宇 陆俊茜 杨新铁 张鹏举 马磊 韩枫 杨正瓴 王杰 赵凤光 汪强 李霜文 魏焱明 何俊 李毅伟 wliming mxt110 wangqinling xiyouxiyou clp286 fumingxu ncepuztf decipherer biofans aliala qzw shenlu xchen ymytm bridgeneer cloudyou ep4h yangb919 liangzx jiareng kxw006

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (101 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-6-18 06:48

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部