^{【春节期间应《科技导报》之约为“引力波专辑”写了一点感想，题目就是这个，加了个副标题：“爱因斯坦预言百年的引力波来了”。下面是第一部分。昨天才发现，老爱起初与史瓦西谈到引力波的时候，也是认为它不存在。但既然提到了，说明已经意识到它可能存在，所以我们还是可以认为引力波的生日在早春二月。】}

   春天来了，风从东方来，也从太空来，吹皱了时空的涟漪。LIGO收到了引力波迟来的问候，恰好是引力波百年生日的礼物——爱因斯坦最早谈到引力波就在1916年2月与史瓦西（Karl Schwarzschild）的通信中。然而，爱因斯坦对引力波是否存在，一直都很纠结。在1916年6月发表的第一篇引力波论文^[1]里，他认为“在所有能想得到的情况下，引力波的辐射都可以忽略。”在这一点上，他显然不像对光线偏折和水星轨道进动那么重视，而且他也没有把引力波作为广义相对论（GR）的基本实验证据——在GR的第一篇完整论文里，他只列了3个实验：引力红移，光线弯曲和行星轨道的进动^[2]。当然，那时他可能没想到引力波是真实的物理效应，因为两年后他才计算了引力波的能量流^[3]。

即使引力波携带能量，它也没令人感觉更实在。如相对论的大功臣爱丁顿（Arthur Stanley Eddington）就认为它是“虚”（spurious）的，嘲笑它“以思想的速度传播”^[4]。1936年，爱因斯坦自己也差点否定引力波的存在。他在给玻恩（Max Born）的一封信中说，他和一个年轻人（即Nathan Rosen）得到一个“有趣的结果”：引力波不存在（Iarrived at the interesting result that gravitational waves do not exist），因为他没能得到场方程的非奇异精确解（他大概也没想到区分坐标奇点与物理奇点）^[5]。幸好，从帕萨迪纳来的年轻人Howard Percy Robertson及时帮他纠正了错误，用柱坐标系消除了解的奇异性^[6]。虽然引力波被勉强“留下”，爱因斯坦还是认为它的发射不会减缓波源的运动^[7]。

引力波的疑惑是非线性的（而且是张量的）引力场带来的^[8,9]，爱因斯坦甚至怀疑场方程说明不了多少东西。他的数学感觉远不如物理直觉，他对引力波的态度，以及他在寻求场方程过程中的曲折和他对Weyl规范理论的态度等，都反映了他对物理直觉的自信和对数学形式的迟疑。就像彭罗斯（Roger Penrose）在新版《爱因斯坦传》^[10]的序言中写的，“这时候，爱因斯坦失去了从前工作所表现的自信，只有犹豫和迟疑：他一直说他相信他发现了理论的最终形式，结果却是过几个月就否定了前面的东西，然后又满怀信心提出一个完全不同的纲领。”费曼（Richard Phillips Feynman）也曾对戴森（Freeman Dyson）说过，爱因斯坦的创造力都来自他的物理直觉，当他成为“解方程手”（manipulator of equations）时，创造也就停止了^[11]。40岁以后的爱因斯坦逐渐“淡出”物理学舞台中央，直到最后被主流“晾”在一边，不仅是因为他失去了早年的物理直觉，更是因为他的直觉把他领得太远，走进了“他自己都不能做出可靠的专业判断的领域”^[10]。

在给玻恩的那封信中，爱因斯坦接着（也许顺便）说，他“仍然不相信统计的量子理论”。可他在1918年的文章里也说过：“一个完备的量子理论也将一定会修改引力理论”^[3]。他心目中的“完备的”量子理论是以因果律为基础导出的量子理论——这是他为自己设立的三大要务（three desiderata）之一。另外两个要务是：统一引力与电磁力，用连续场论的无奇点解描述基本粒子。所以当他得到有奇点的引力波解时，会不惜否定它的存在。这几个要务显然都是他“自己都不能做出可靠的专业判断的领域”。

 

参考文献

[1] Albert Einstein. Näherungsweise integrationder feldgleichungen der gravitation[J]. KöniglichPreussische Akademie der Wissenschaften Berlin, Sitzungsberichte, 1916a, part 1: 688-696.

[2] Albert Einstein. Die Grundlage der allgemeinen relativitätstheorie[J].Annalen der Physik, 1916b, 49: 769-822.

[3] AlbertEinstein. über gravitationswellen[J]. Königlich Preussische Akademie derWissenschaften Berlin, Sitzungsberichte, 1918: 154-167.

[4] Eddington A S. The mathematicaltheory of relativity[M]. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1960: 130.

[5] Max Born (). The einstein born letters[M].Letter no.71. London:MacMillan, 1971: 124-125.

[6] KennefickD J. Traveling at the speed of thought: Einstein and the quest for gravitationalwaves[M]. Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 2007.

[7] Albert Einstein, Nathan Rosen. Ongravitational waves[J]. Journal of the Franklin Institute, 1937, 223: 43-54.

[8] Thorne K S. Multipoleexpansions of gravitational radiation[J]. Reviews of Modern Physics, 1980, 52(2): 299-340.

[9] Maggiore M. Gravitational waves: Volume 1:Theory and experiments[M]. Oxford: Oxford UniversityPress, 2007.

[10] PaisA. Subtle is the Lord: The science and the life of Albert Einstein[M]. New York: Oxford University Press, 2005: 552.

[11] Gleick J. Genius, the lifeand science of Richard Feynman[M]. United Kingdom: Vintage, 1993: 531.

相关专题：人类首次探测到引力波
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自李泳科学网博客。
链接地址：https://blog.sciencenet.cn/blog-279992-960928.html

上一篇：匹夫格物玫瑰花
下一篇：风乍起，吹皱一池春水（2）